方桶塑料模设计

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-PAGEII-专科生毕业设计题目：方桶塑料模设计专业年级：学生姓名：学号：指导教师：完成时间：年月日

毕业设计（论文）任务书学生姓名：学号：学院：专业：任务起止时间：年月日至年月日毕业设计（论文）题目：放桶塑料模设计毕业设计工作内容：本论文是对方桶塑料模具的设计，主要着手于方桶塑料模具侧抽芯机构以及推出机构的设计。资料：1林来兴．空间控制技术．宇航出版社，1992：25~422J．R．McDonnell，D．Wagen．EvolvingRecurrentPerceptionsforTime-SeriesModeling．IEEETrans．onNeuralNetworks，1994，5(1)：24~38指导教师意见：签名：年月日指导教师意见：签名：年月日方桶塑料模设计摘要毕业设计是在修完所有大学课程之后的最后一个环节。本次设计的课题是塑料圆规盒的注射模具设计，它是对以前所学课程的一个总结。本文以方桶塑料模具为例熟悉注射模具设计的一般流程，掌握注射模具的结构特点及设计计算方法，能用计算机编制相应的工程计算、分析和优化的程序并进行塑料产品三维造型及设计出其模具；分析了塑料保护盖的结构特点及其成型材料的成型特征,介绍了如何设计该塑件的注射模具结构,着重介绍了斜导柱侧向分型与抽芯机构的设计计算；设计的全过程都在计算机上进行，所用的绘图软件有Solidworks2003和AutoCAD2004,用MicrosoftWord2003完成了说明书的整理；对以前所学相关课程有了一个全面的了解，自己的知识和技能也得到了提高。关键词塑料模具；注塑模；侧向抽芯；推杆推出PAGEII--目录摘要…… =1\*ROMANI第1章绪论 11.1课题背景 11.2国内外行业发展现状 11.2.1国内行业发展现状 11.2.2国外行业发展现状 2第2章塑料件的工艺性分析 42.1塑件原材料分析及尺寸 42.2塑件结构，尺寸精度及表面质量分析 52.3塑件注塑工艺参数确定 6第3章模具的结构设计 73.1分型面的选择 73.2型腔数目的确定 83.3浇注系统的设计 83.3.1主流道的设计 83.3.2浇口设计 93.4成型零件尺寸计算 103.4.1型芯、型腔、侧型芯的计算 103.4.2型腔壁厚度计算 113.5脱合模机构的设计 113.5.1脱模机构的设计 113.5.2突出机构的设计 133.5.3合模导向机构的设计 133.6冷却系统的设计 14第4章模具的总装和校核 164.1模具总装 164.2注塑机的初步选定 164.3模具的校核 17结论 19致谢 20参考文献 21附录 22-PAGE10--PAGE22-绪论课题背景本课题主要是针对方形塑料桶的注塑模具设计,该塑料桶材料为无毒PE材料，是日常生活中常见的一种塑件产品。通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是塑料桶注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产塑件产品，以实现自动化提高产量。毕业设计是在修完所有大学课程之后的最后一个环节。本次设计的课题是塑料圆规盒的注射模具设计，它是对以前所学课程的一个总结。对于一个模具专业的毕业生来说，对塑料模的设计已经有了一个大概的了解。此次毕业设计，培养了我综合运用多学科理论、知识和技能，以解决较复杂的工程实际问题的能力，主要包括设计、实验研究方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定等。它培养了我树立正确的设计思想，勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神，掌握现代设计方法，适应社会对人才培养的需要。毕业设计这一教学环节使我独立承担实际任务的全面训练，通过独立完成毕业设计任务的全过程，培养了我的实践工作能力。另外，本次毕业设计还必须具备一定的计算机应用的能力，在毕业设计过程中都应结合毕业设计课题利用计算机编制相应的工程计算、分析和优化的程序，如利用Solidworks2003三维绘图软件进行塑件的3D造型、塑件的分模及其模具标准件的导出、工程图的设计及将其导入AutoCAD2004软件进行修改和绘制等。国内外行业发展现状国内行业发展现状随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接：“模具就是黄金”。可见模具工业在国民经济中重要地位。我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时，CAE技术应用越来越广，以CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。国外行业发展现状国际上，汽车模具已进入专业化、标准化阶段汽车模具基本是由专业的模具制造商提供，模具商品化率在70％以上，还有许多专门生产模具标准件的企业，汽车模具标准件多达几百种。国外模具的标准化率可达85％(如德国、日本)，中小模具的局部结构标准化程度高(如日本的手机模具)。德国的保险杠模具，模架是标准的，热流道是标准的，和国内相比，周期快，成本降低30％。国内模具企业大型模具的标准化程度约为25％～30％。模具的标准化程度已成为制约国内模具制造周期的瓶颈之一也影响了国内模具的竞争力。

德国、日本模具企业的加工设备先进，基本都是数控、高速切削、单向走丝线切割或4轴～5轴联动的高速加工机床，能实现模具型面的镜面加工。而国内模具企业的4轴～5轴联动的高速加工机床占的比例有限，高光模具的加工与国外相比差距较大德国、日本汽车模具的制造工艺已标准化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在线测量，这方面国内至少差15～20年。德国的精密品牌产品，除了加工过程中的在线检测外，手机类、剃须刀类的产品，全部通过可靠性测试、耐候性测试、寿命测试、剃刀表面和间隙的微观显微放大测试、主要零件外形和装配后外形的激光3D测试等。这些重要数据为产品的更新换代提供了非常重要的依据。塑料件的工艺性分析塑件原材料分析及尺寸图1-1本塑件为方形塑料水桶为日常生活中所常见的塑料制品，主要用于盛装水。根据其使用的特殊性，综合分析各种塑料的性能，聚乙烯（PE）为最佳材料。聚乙烯塑料是塑料工业中常量最大的品种。按聚合时采用的压力不同可分为高压、中压和低压三种。低压聚乙烯的分子链上支链较少，相对分子质量、结晶度和密度较高（故又城高密度聚乙烯），所以低压聚乙烯比较硬，耐磨、耐蚀、耐热及绝缘性较好。高压聚乙烯分子带有许多支链，因而相对分子质量较小，结晶度和密度较低（故又称低密度聚乙烯），且具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性。聚乙烯无毒、无味、呈乳白色。密度为0.91～0.96，为结晶型塑料。聚乙烯有一定的机械强度，但与其他塑料相比其机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙烯有高度的耐水性，长期接触水其性能可保持不变。聚乙烯透水性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸汽的性能好。聚乙烯在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般高压聚乙烯的使用温度在80℃左右，低压聚乙烯为100℃左右。聚乙烯能耐寒，在-60℃时仍有较好的力学性能，图1-2塑件主要尺寸及结构由见图1-1,图1-2，近似计算的塑件体积，查手册聚乙烯密度，故塑件质量。塑件结构，尺寸精度及表面质量分析1）塑件结构分析：如图，图1-1、图1-2分别为塑件的3D俯视图和仰视图。塑件整体高度为160mm，厚度为2mm，桶体底部有一个厚度为3mm高度为2mm的方形的凸台。水桶的内部长为150mm宽为110mm，外部长为154mm宽为110mm，桶口有厚度为2mm、宽10mm的方形截面的边沿。另外，边沿下分布有一对下凸台，长度为20mm，宽度15mm。两凸台外缘距离为170mm。（具体尺寸见塑件三视图）（2）塑件尺寸精度分析：因塑件材料为PE,此塑件上有四个尺寸有精度要求，分别是，，均为MT6级塑料精度，属于中等精度等级，在模具设计和制造过程中要严格保证这些尺寸的精度要求。其余尺寸均无精度要求为自由尺寸，可按MT5级精度查取公差值。（3）塑件表面质量分析：水桶表面精度要求不高，采用中心浇口流道的单分型面型腔注射模可以保证其表面精度。塑件注塑工艺参数确定根据情况，PE的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：前段温度为230～250℃中断温度为240～260后段温度为230～240喷嘴：喷嘴选用直通式，喷嘴温度为220～230℃注射压力：选用100MPa注射时间：选用5s保压时间：选用30s保压压力：选用50Mpa冷却时间：选用40s成型周期：75s模具的结构设计分型面的选择如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：（1）保证塑料制品能够脱模

这是一个首要原则，因为我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据这个原则，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。

（2）使型腔深度最浅

模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响：

①目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工，型腔越深加工时间越长，影响模具生产周期，同时增加生产成本。

②模具型腔深度影响着模具的厚度。型腔越深，动、定模越厚。一方面加工比较困难；另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜过大。

③型腔深度越深，在相同起模斜度时，同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大，如图2。若要控制规定的尺寸公差，就要减小脱模斜度，而导致塑件脱模困难。因此在选择分型面时应尽可能使型腔深度最浅。

（3）使塑件外形美观，容易清理

尽管塑料模具配合非常精密，但塑件脱模后，在分型面的位置都会留有一圈毛边，我们称之为飞边。即使这些毛边脱模后立即割除，但仍会在塑件上留下痕迹，影响塑件外观，故分型面应避免设在塑件光滑表面上。

（4）尽量避免侧向抽芯

塑料注射模具，应尽可能避免采用侧向抽芯，因为侧向抽芯模具结构复杂，并且直接影响塑件尺寸、配合的精度，且耗时耗财，制造成本显著增加，故在万不得己的情况下才能使用.（5）使分型面容易加工

分型面精度是整个模具精度的重要部分，力求平面度和动、定模配合面的平行度在公差范围内。因此，分型面应是平面且与脱模方向垂直，从而使加工精度得到保证。如选择分型面是斜面或曲面，加工的难度增大，并且精度得不到保证，易造成溢料飞边现象。

（6）使侧向抽芯尽量短

抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度。

（7）有利于排气

对中、小型塑件因型腔较小，空气量不多，可借助分型面的缝隙排气。因此，选择分型面时应有利于排气。按此原则，分型面应设在注射时熔融塑料最后到达的位置，而且不把型腔封闭

综上所述，选择注射模分型面影响的因素很多，总的要求是顺利脱模，保证塑件技术要求，模具结构简单制造容易。当选定一个分型面方案后，可能会存在某些缺点，再针对存在的问题采取其他措施弥补，以选择接近理想的分型面。对于本塑件，水桶口下凸边的下缘面为最佳第一分型面。如图3-1所示。图3-1型腔数目的确定确定型腔的方法有：根据锁模力确定；根据最大注射量确定；根据塑件精度确定和经济性确定等。根据设计说明书的设计要求、塑件的几何结构特点及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。浇注系统的设计主流道的设计主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道通常设计在浇口套中，为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为，流道表面粗糙度，小端直径比注射机喷嘴直径大。现取锥角，小端直径比喷嘴直径大。浇口套一般采用碳素工具钢材料制造，热处理淬火硬度。由于小端的前面是球面，其深度为(现取为)，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大。浇口套与模板间配合采用的过渡配合。浇口设计浇口的形式众多，通常都有边缘浇口、扇形浇口、平缝浇口、圆环浇口、轮辐浇口、点浇口、潜伏式浇口、护耳浇口、直浇口等。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：(1）尽量缩短流动距离。(2）浇口应开设在塑件壁厚最大处。(3）必须尽量减少熔接痕。(4）应有利于型腔中气体排出。(5）考虑分子定向影响。(6）避免产生喷射和蠕动。(7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。(8）注意对外观质量的影响根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，联系产品实际使用要求，本产品选用中心浇口较为合适。由于采用中心浇口，所以不设冷料穴。整个浇注系统如图3.2所示。成型零件尺寸计算型芯、型腔、侧型芯的计算型芯是成型塑件内表面的零件，成型其主体部分内表面的零件称为主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆，成型塑件塑件上内螺纹的称为螺纹型芯。型腔是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺纹的称螺纹型环。凹、凸模按结构不同可分为整体式和组合式。本产品模具型芯整体嵌入式，其形式如图8.1。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，查表取PE的成型收缩率为0.01，模具制造公差取z=Δ/3。考虑到实际的模具制造条件和工件的实际要求，成型零件是公差等级取级。由图1可知塑件只有两处有精度要求：和，故只需计算型腔工作尺寸和型芯，其余尺寸均无精度要求，可按塑件尺寸近似取得。由于桶两侧的凸台部有侧孔，所以要采用侧抽芯机构如用图3.2所示。由于考虑到实用性和经济性原则，不采用精度要求，采用近似值即可。图3-2型腔壁厚度计算该塑件模具型腔壁结构为整体式圆形侧壁，其结构及受力情况如图9所示。（1）型腔壁厚计算整体式圆形腔侧壁可视为两端开口、仅受均匀内压力的厚壁圆筒。当型腔受到熔体的高压作用时，其内半径增大，在侧壁与底板之间产生纵向间隙，间隙过大会导致溢料。侧壁和型腔底配合处间隙值为式中——型腔单位面积熔体压力，MPa；——型腔材料泊松比，碳钢取0.25；——型腔材料拉伸弹性模量，钢弹性模量取；——型腔外壁半径；——型腔内壁半径；应使，则壁厚，由前面的计算与分析可知，型腔内壁半径，取，P=100PMa，，，经计算整理并查表得：型腔壁厚S=100mm.脱合模机构的设计脱模机构的设计（1）推出机构应尽量设置在动模一侧由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。（2）保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置。推力点应作用在制品刚性好的部位，如筋部、凸缘、壳体形制品的壁缘处，尽量避免推力点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。（3）机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利脱模。（4）良好的塑件外观推出塑件的位置应尽量设在塑件内部，或隐蔽面和非装饰面，对于透明塑件尤其要注意顶出位置和顶出形式的选择，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。（5）合模时的正确复位设计推出机构时，还必须考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。推出机构的种类按动力来源可分为手动推出，机动推出，液压气动推出机构。本塑件模具采用推杆出机构,如图3.6.2脱模力的计算料制件，脱模推出时还要克服大气压力。型芯的成型端部，一般均要设计脱模斜度。另外，塑件刚开始脱模时所需的脱模力最大，其后，推出力的作用仅仅克服了推出机构的移动摩擦力。图12所示为塑件脱模时型芯的受力分析。由于推出力的作用，使塑件对型芯总压力降低了，因此:推出时摩擦力式中——脱模时型芯受到的摩擦阻力；——塑件对型芯的包紧力；——脱模力；——脱模斜度；——塑件对钢的摩擦系数，一般为0.1～0.3。根据力的平衡原理，可得：故有，因实际上摩擦系数较小，更小，也小于1，故可简化为，其中A为塑件包络型芯的面积，p为塑件对型芯单位面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件，p取；模内冷却的塑件，p取。本设计中的塑件采用模内冷却，A=144026mm，取，脱模斜度，。由于塑件为底部无孔制件，脱模时还应考虑克服大气压力，即F=Ap(=(144026X10X0.2+4.545X144026)N≈942KN突出机构的设计1）推出机构的选择本次设计的塑件结构形状较简单,只有塑件两侧有侧抽芯，只需简单的推杆推出机构即可完成塑件的推出。另外，由于塑件的外廓形状为圆锥形，各内外表面连接处采用圆弧过渡，推杆设置在产品塑件（水桶）的中心内底面上，为使推杆的工作端面与塑件有更大的接触，采用圆形推杆更符合要求。推杆工作部分与支承板或型芯上推杆孔的配合采用H8/f7的间隙配合；材料选用T10A。热处理>55HRC；推杆工作端配合部分的粗糙度Ra取0.8。2）推杆位置的设置对于推杆推出机构而言，合理布置推杆的位置是推杆推出机构设计中最重要的工作之一，它一般从以下几个方面去考虑：推杆应设在脱模阻力大的地方推杆应均匀布置推杆应设在塑件强度刚度较大处由于本塑件对型芯的涨紧力在四周最大，故在塑件的中心布置推杆，以使受力平衡，使塑件均匀地推出。具体如下：图3-3合模导向机构的设计在模具进行装配或成型时，合模导向机构主要用来保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确对合，确以保证塑料制件的形状和尺寸精度，并避免模内各零部件发生碰撞和干涉。合模导向机构主要有导柱导向和锥定位两种形式。本设计采用导柱导向机构，其结构如图3.6所示。图3-4冷却系统的设计无论什么塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此模具温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量较高。为了使模温控制在一理想的范围内，现设计一模具温度调节系统。由于本次设计的塑料 为PE，黏度低、流动性好，模温为20～60℃模具的总装和校核模具总装模具如图4-1所示1.型芯2.导柱3.型腔4.动模板5.导套6.支撑板7.推杆8.推板9.螺母10.动模座板12.定模板13.楔紧块14.螺钉15.弹簧16.侧型芯17.塑件18.销钉19.密封圈20.盖板21.弹簧22.销钉23.螺钉24.镶块25.定位圈26.浇口套27.螺钉28.冷却水道注塑机的初步选定前面已计算的出塑件体积V=150.8cm，且该塑件采用单型腔制造。根据计算的制品体积及质量来确定注射机的型号和规格。为了保证注射成型的正常进行，根据生产经验，一次注射成型所需塑料的总量宜为最大注射量的80%，最大注塑量V=V/0.8=188.5cm，查手册初步选定选定G54-S200/400型注塑机。该型号注塑的规格和性能见下表:项目

单位参数额定注射容量200～400注射压力109注射方式/螺杆式喷嘴孔直径4锁模力2540最大开模行程260模具最小厚度165模具最大厚度406合模方式/液压-机械喷嘴球半径18液压泵电动机功率18.5加热功率5.5外形尺寸4700X1400X1800模具的校核1）注塑压力的校核查手