1、 本科毕业设计说明书（论文） 第 1 页 共 35 页 1 引言 .2 1.1 塑料模具的现状及发展 .2 1.2 塑料注塑模具的设计步骤 .4 1.3 课程任务要求 .8 2 方案分析与设计 .9 3 注塑成型的准备 . 10 3.1 注塑成型工艺简介 . 10 3.2 注塑机的选择 .11 3.3 注射模具分型面的选择 . 14 3.4 注射模具浇注系统的设计 . 14 3.5 注射模具成型零件和模体的设计 . 18 3.6 注射模具的侧抽芯机构 . 23 3.7 注射模具的顶出机构的设计 . 24 3.8 塑料注射模具的排气设计 . 25 3.9 塑料注射模具的温度调节系统设计 . 25
2、 3.10 模具结构设计 . 26 4 注射模加工工艺设计 . 27 4.1 坯料确定 . 27 4.2 模板的平面加工 . 27 4.3 塑料注射模具型腔常用加工方法及设备 . 28 4.4 成型零件加工 . 30 结束语 . 31 致 谢 . 32 参 考 文 献 . 33 附录：设计图纸（另外装订） 本科毕业设计说明书（论文） 第 2 页 共 35 页 1 引言 1.1 塑料模具的现状及发展 模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各领域发展的重要基础工业之一。塑料模具是用于 成型塑料的模具，它是型腔模具的一种类型。 1.1.1 国外模具技术发展及水 平 模具是工业生产的基础工
3、艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中， 60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。 近年来由于汽车、 建筑 、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展 ， 主要表现在以下几个方 面： （ 1） 模具 CADCAMCAE 技术 模具 CADCAMCAE 技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实现了数字建模、产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程的一体化。
4、随着模具生产中软、硬件技术的不断发展，采用 CADCAMCAE 技术以实现模具设计与制造的一体化和建立模具制造柔性加工系统是模具设计和制造的发展方向。 （ 2） 高寿命和快速经济模具 为了适应大批量生产的需要，研究人员正在从模具结构设计 、模具材料及热处理、模具表面强化、模具制造等方面提高模具寿命。当前研究和应用模具钢（如仿美国生产的预硬钢 P20、国产的易切削预硬钢 5NiSCa 等）以及模具表面强化新技术，使塑料模具的精度和寿命大大提高。同时，为了适应多品种、少批量生产，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。如各种超塑性材料制作的模具、中低熔点合金模具等。 （ 3） 微型化、超大型化和精密
5、化 塑件的 日趋大 型化，以及由于 高效率生产要求的一模多腔（如塑封模已达到一模几百腔）使模具日趋大型化。同时随着零件微型化以及模具结构发展的要求，精密模具的精度已由原来的 5um 提高到 2um 3um，今后有些模具的加工精度公差要求在 1um 以下，这就要求发展超精加工技术。 （ 4） 模具标准化和专业化生产 本科毕业设计说明书（论文） 第 3 页 共 35 页 模具标准化和标准件的专业化生产是现代模具设计与制造的基础，是提高模具质量、缩短模具制造周期的根本措施，也是模具的发展方向。目前在工业技术先进的国家，中小型冲模、塑料注射模、压铸模等模具标准件使用覆盖率已达80 90。而我国只有 3
6、0左右，但已经制定了冲压模、塑料注射模及压铸模等模具的国家标准。在沿海工业发达的地区，模具制造企业已采用了国际通用的模具标准及相应的标准件。 （ 5） 模具制造先进设备和技术 现在高速、精密、数控、自动化的模具加工设备更新发展很快， 数控铣床、加工中心和各 种数控电加工机床的广泛应用，对保证塑料模具的加工精度和缩短加工周期起了关键性的作用。同时，模具加工的新技术、新工艺不断涌现，如快速成型（ RPM）技术、高速铣削加工技术以及三维曲面模具研磨抛光工艺与技术等，都进一步促进了模具制造技术的发展。 （ 6） 高速扫描及数字化系统 英国雷尼绍公司的模具扫描系统，已在我国 200 多家模具厂中得到应用
7、，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的产品所需的诸多功能，大大缩短了研制制造周期（扫描速度最高可达 3m/min）。该系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用 。随着模具高速扫描及数字化系统的发展，今后“逆向工程”和“并行工程”将得到更广泛的应用 1。 1.1.2 国内模具技术发展及水平 中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命。因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能
8、力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造 。 所谓 信息化的模具企业，就是在模具企业应用 INTERNET、 ERP 等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以 IT 形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率。 本科毕业设计说明书（论文） 第 4 页 共 35 页 目前， CAD/CAM 技术的推广已由 “ 甩图板 ” 阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP 技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性； PDM 系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理； MIS/ERP
9、系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率 7,9。这些系统之间实现信息的 集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为 CAD/CAM 技术深化应用的主题 , 是模具发展的第二次变革。 未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括： （ 1） 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； （ 2） 在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术； （ 3） 大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； （ 4） 在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； （ 5） 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； （ 6） 发展优质模具材
10、料和先进的表面处理技术； （ 7） 逐步推广高速铣削在模具加工的应用； （ 8） 进一步研究开发模具的抛光技术和设备； （ 9） 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； （ 10） 开发新的成形工艺和模具 2,3。 1.2 塑料注塑模具的设计步骤 1.2.1 塑件的工艺性分析 （ 1）塑件成型工艺性分析 塑件如图 1 所示 。 图 1 塑件 本科毕业设计说明书（论文） 第 5 页 共 35 页 名称：骨轮 材料：聚甲醛（ POM） 数量：大批量生产 要求：塑件外侧表面光滑，塑件脱模斜度为 45。 （ a） 塑件材料基本特性 聚甲醛是继尼龙之后发展起来的一种性能优良的热塑性工程塑料，其性能不亚
11、于尼龙，而 价格却比尼龙低廉。聚甲醛树脂为白色粉末，经造粒后为淡黄色或白色，半透明有光泽的硬粒。 聚甲醛有较高的抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度，特别适合于用于长时间反复承受外力的齿轮材料；聚甲醛尺寸稳定、吸水率小，具有优良的减摩、耐磨性能 ；能耐扭变，有突出的回弹能力，可用于制造塑料弹簧；常温下一般不溶于有机溶剂，能耐醛、酯、醚、烬及弱酸、弱碱，耐汽油及润滑油性能也很好，但不耐强酸；有较好的电气绝缘性能。 聚甲醛 的缺点是成型收缩率大，在成型温度下的热稳定性较差。 （ b） 塑件材料主要用途 聚甲醛 特别适合于制作轴承、凸轮、 滚轮、辊子、齿轮等耐磨传动零件，还可用于制造汽车仪表板、汽化器、
12、各种仪器外壳、罩盖、箱体、化工容器、泵叶轮、鼓风机叶片、配电盘、线圈座、各种输油管、塑料弹簧等。 （ c） 塑件材料成型特点 聚甲醛 的收缩率大；其熔融温度范围小，热稳定性差，因此过热或在允许温度下长时间受热，均会产生分解，分解产物甲醛对人体和设备都有害。聚甲醛的熔融或凝固十分迅速，熔融速度快有利于成型，缩短成型周期，但凝固速度快会使熔料结晶化速度快，塑件容易产生熔接痕等表面缺陷。所以，在成型时注射速度要快，注射压力不宜过高。其摩擦系数低、弹性高，浅 侧凹槽可采用强制脱出，塑件表面可带有皱纹花样 1。 （ 2）塑件成型工艺参数的确定 查相关手册得到 POM 塑料成型工艺参数： 收缩率 1.2
13、3.0 ； 注射机类型 螺杆式； 本科毕业设计说明书（论文） 第 6 页 共 35 页 螺杆转速 170r/min 180r/min； 料筒温度 前段 170。 C 190。 C，中段 170。 C 190。 C，后段 170。 C180。 C； 喷嘴温度 170。 C 180。 C； 模具温度 90。 C 120。 C； 注射压力 80MPa 130MPa； 保压压力 30MPa 50 MPa； 成型时间 注射时间 2s 5s，保压时间 20s 80s，冷却时间 20s60s。 1.2.2 绘制模具装配草图 模具装配图的设计应先从绘制装配图如手，根据塑件的具体情况，经过认真考虑、比较、初步确
14、定出各部分的结构情况，最大限度地满足塑件的技术要求和模具的合理工艺性。 （ 1）确定分型面和浇口位置及结构形式 分型面是塑件取出时和浇注系统分离的接触面。一般情况下我们在设计时应根据塑料的几何形状，尺寸精度要求，兼顾其浇口形式、脱模方式、 嵌件位置以及排气条件、易清除飞边、便于加工等诸因素，通盘考虑设计。 模具设计中的一个重要环节就是浇口套的位置确定。浇口位置是保证浇注塑件快速和均匀的关键，所以我们要在保证塑件表面不受损伤的前提下，确定浇口主流道和分流道冷料穴的位置形状、大小及排气方法等，使注射时物料流畅，易于成型。且易于清除浇注塑料。 （ 2） 确定成型零件的结构形式及安装方法 成型结构简式
15、注射成型的核心部位，它直接影响塑件质量、加工的难易程度。选择合理的成型位置、结构见状形式，就是能使成型结构简在现有设备状况下，基本满足技术上的需要，易于加工 、易于修改维修和更换。 （ 3） 选择成型设备 模具与注射机必须配套使用，根据塑件的具体情况，先选择注射机并进行模具设计。成型设备有两个重要参数。一是理论注射容量，另一个是在于注射方向相垂直的最大投影面积。根据这两个参数及可选用合适的成型设备。在选用时，本科毕业设计说明书（论文） 第 7 页 共 35 页 成型设备的两个参数应略大于这个模具所用塑料的体积以及他的投影面积，只有这样才能顺利成型。 其次还应注意以下几点： （ a） 测算核实模
16、板所受注射压力应小于注射机的锁模力； （ b） 模具的闭合高度应在注射机的最大闭合高度和最小高度之间； （ c） 模体外形尺寸能从注射机的拉 杆空间安装； 应了解注射机的定位孔直径、喷嘴孔径及喷嘴球半径尺寸，使模具与之配套；模具采用的顶出方式应适应注射机的顶出方式和顶出距离，注射机的模板行程应满足在开模时能去除塑件时所需要的距离。 （ 4） 侧抽机构的确定 根据塑件侧壁凹凸槽结构选择合适的侧抽机构。 （ 5） 顶出机构的确定 定模动模分型后，侧抽芯也完成了抽芯动作。塑件落在动模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障碍，折实顶出机构在注射机顶杆的驱动下将成型塑件从动模中顶出。 （ 6） 确定温
17、度调节方式 温度的控制直接影响了塑件成型的尺寸、质量、外观和效率， 所以每个模具都必须尽可能好的设计温度控制部分，为了取得较好的冷却效果，对冷却回路应由良好的布局，如冷却回路的位置、尺寸形状等，并预先考虑流出足够的冷却水路的安装空间。 （ 7） 确定主要结构件的尺寸 通过以上问题的初步确定，即可勾画出模体的轮廓，这时应确定导向机构的导柱及顶出系统的复位以及必要的先复位等的结构形式和安装位置，以及各组合部分的连接形式及所必须的支承板、支承块等 4。 1.2.3 对零件进行造型设计并绘制工程图 装配草图绘制完成后，就应开始对各零件做详细的造型设计。工程图尽量按1： 1的比例画出， 因为这样比较直观
18、，容易发现问题，如果需要放大或缩小，必须严格按比例画出。按制图规划，正确标出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。 本科毕业设计说明书（论文） 第 8 页 共 35 页 最后，对模具进行装配并绘制装配图，编写设计说明书。主要零件绘制完成，对装配草图的自我检验和审定。即已存在的问题会充分暴露出来，经过改正修订后，描清并正式编号，标出模体的外轮廓尺寸以及模具的定位和安装尺寸。 1.3 课程任务要求 本课题是骨轮注射模的设计。要求对骨轮进行测绘，并 完成其 CAD 三维造型设计。骨轮注射模要求一模两腔，并能自动脱模，实现自动化。完成该注射模具装配图设计，全 部零件图纸设计，模具成型零件 CAD 三维造
19、型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。 本科毕业设计说明书（论文） 第 9 页 共 35 页 2 方案分析与设计 如下图所示，开模时沿 1分型面分型，由于滑块侧凹卡住塑件，致使塑件开模时停留在动模一侧， 凝料留在定模一侧。 推杆 3 推动滑块 9的同时，抽出侧型芯 ，塑件自动脱落。 图 2 装配图 1-动模座板 2-推板 3-推杆 4-推杆固定板 5-支承板 6-垫块 7-型芯固定板 8-模套 9-滑块 10-弹簧顶销 11-定模座板 12-型芯 13-紧固螺栓 14-浇口套 15-型芯 16-弹簧 17-定距螺钉 18-中间板 本科毕业设计说明书（论文） 第 10 页 共 35 页 3
20、注塑成型的准备 3.1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 ， 首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 ， 使之成为粘流状态熔体 ，然后在柱塞或螺杆的高压推动下 ， 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中 ， 经过一段时间的保压冷却以后 ， 开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 。 一般分为三个阶段的工作 ，如图 3所示。 图 3 注塑成型压力 时间曲线 （ 1） 物料准备 ： 成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注
21、射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。 （ 2）注塑过程 ： 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示 3所示。图中 T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（ T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从时间 T1到 T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶
