1、兰州交通大学毕业设计 I 台阶端盖注塑模设计 摘 要 台阶端盖是应用广泛的一个塑料制品，需求量较大，因此此次设计主要是针对台阶端盖的模具设计 。 经过对塑件的结构性和工艺性分析的比较，最终确定采用注塑成型的方法。设计主要内容包括工艺性设计、模具设计和绘图。工艺性设计包括分型面的选择、型腔数目的确定、注射机的初选等。通过对台阶端盖的结构分析，确定分型面选择在下端最大截面处；塑件要求大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，采用侧浇口自动脱模结构，选择一模四腔的浇注形式。根据塑件体积的计算和浇注系统的估算进行初选 注射机，及对注射机进行相关参数校核；模具结构设计是本次设计的
2、主要内容，其内容包含了主流道及分流道的设计与布局、成型零件的设计、冷却系统的设计、推出机构、导向机构定位机构等一系列模具的重要零部件的设计。绘图包括绘制总装图和非标准零件图，非标准零件图包括凸凹模的尺寸公差及形位公差等。 关键词：模具设计；注塑模具；台阶端盖兰州交通大学毕业设计 II The design of injection mould for a step end cover parts Abstract Step end cover is a plastic products widely used, its demand is bigger, so the design mainl
3、y directes towards the mold design of steps cover. Through a comparative analysis of the structural and process of the plastic parts,the method of injection molding is decided finally.This design mainly includes the process design, mold design and drawing. The design process include the selection of
4、 parting surface and the determination of the number of cavity and choosing the injection machine. Through the analysis of the bench end cover structure, the max cross section is located at the lower end of the parting surface; plastic parts is made for mass production, so the efficiency of the inje
5、ction mold should be higher. gating system automatically release, using automatic demoulding side gate structure, selecting the casting form of a mold four cavity.The selection of injection machine is based on the calculation and pouring system volume of plastic parts, and then to check the injectio
6、n machine.The design of die structure is the main content, its content contains the sprue and runner design and layout,forming part of the design,cooling system design, launch, the guide mechanism and positioning mechanism and a series of important parts of mold design.Drawing include drawing assemb
7、ly drawing and non-standard parts,which include die size and geometrical tolerances. Keyword: mould design; injection mold; step end cover兰州交通大学毕业设计 I 目 录 1 前言 . 1 1.1 塑料模具发展史 . 1 1.2 模具发展趋势 . 2 1.3 模具设计 . 3 2 台阶端盖的结构分析与工艺性设计 . 5 2.1 台阶端盖的结构分析 . 5 2.2 ABS 工程塑料的性能分析 . 6 2.3 成型工艺的确定 . 6 2.4 台阶端盖注塑成型过程
8、及工艺参数 . 6 2.4.1 注射成型工艺过程 . 6 2.4.2 注射工艺参数 . 7 2.5 拟定模具的结构形式和初选注射机 . 7 2.5.1 分型面位置的确定 . 7 2.5.2 型腔数量和排位方向的确定 . 8 2.6 初选注射机 . 8 2.7 注射机的相关参数的校核 . 10 2.7.1 注射压力校核 . 10 2.7.2 锁模力的校核 . 10 3 模具结构设计 . 12 3.1 浇注系统的设计 . 12 3.1.1 主流道的设计 . 12 3.1.2 分流道的设计 . 13 3.1.3 校核主流道的剪切速率 . 14 3.1.4 校核剪切速率 . 15 3.1.5 分流道的
9、表面粗糙度和脱模斜度 . 15 3.1.6 浇口的设计 . 15 3.1.7 冷料穴的设计及计算 . 16 3.2 成型零件的结构设计及计算 . 16 3.2.1 成型零件的结构设计 . 16 3.2.2 成型零件工作尺寸计算 . 17 3.3 模架的确定和标准件的选用及校核 . 21 3.3.1 模架选 择 . 21 兰州交通大学毕业设计 II 3.3.2 模架各尺寸的校核 . 22 3.4 排气结构的设计 . 22 3.5 脱模推出结构的设计 . 22 3.6 冷却系统的设计 . 24 3.6.1 冷却介质 . 24 3.6.2 冷却系统的简单计算 . 24 3.7 导向预定为机构的设计
10、. 25 4 绘制总装图和非标准零件图 . 26 5 典型零件加工工艺卡 . 27 5.1 凹模板的加工工艺过程 . 27 5.2 凸模加工工艺过程 . 27 设计体会和总结 . 28 致 谢 . 29 参考文献 . 30 兰州交通大学毕业设计 1 1 前言 1.1 塑料模具发展史 塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自 1909 年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起，塑料工业已有 90 余年的历史。 1927 年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展，各种性能的塑料，特别是聚酰胺、聚甲醛、 ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料 发展迅速，其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙
11、烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻、耐腐蚀、电气绝缘性好、易于造型、生产效率高与成本低廉等。但也存在许多自身的缺陷，诸如：抗老化性、耐热性、抗静电性、耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。 塑料的种类增多，新的工程塑料品种的增加，塑料成 型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展，为塑件的应用开拓了广阔的领域。目前，塑件已深入到国民经济的各个部门中。特别是在办公机器、
12、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、航空、交通、通信、轻工、建材业产品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品。据报道，美国塑料工业已变为全美第四个最大的工业，每年的塑料消耗量已经超过钢材。在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材。我国的塑料工业发展也很快，特别是近 20 年，产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料也已投入批量生产。塑件 1990 年达到 536.8 万吨，居世界第四位。如今，我国塑料工业已形成了相当规模的完整体系，它包括塑料的生产，成型加工，塑料机械设备，模具加工以及科研、人才培养等。塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作
13、用。 随着科学技术的进步与国民经济发展对塑件的广泛需求，塑料模塑成型技术正在向高精度、高效率与长寿命的方向迈进。由于它是一项综合性技术，所以它的发展必然涉及许多领域的共同配合。 塑料成型理论的进展 ，塑料在充模过程中的各种流变行为的研究不断深入；有关挤出成型的流变理论和数学模型已经基本上建立，并且已在生产 实际中得到应用；有关注射成型的流变理论尚在进行探讨；注射成型的塑料熔体在一维和二维简单模腔中的充兰州交通大学毕业设计 2 模流动理论和数学模型已经有所解决，今后的工作是如何将理论与生产实际相结合，进一步加强对塑料熔体在三维模腔中流动行为的研究。进一步加深塑料成型理论基础和工艺原理的研究借以改
14、进成型工艺方法、成型模具和成型设备。 塑料成型方法的革新，对于一些新型塑料和一些具有特殊要求的塑件，旧的成型方法已不再适用。因此，近年来出现了许多新型的塑料成型方法，如无流道凝料的注射成型、热固性塑料的注射成型、低发泡注射成型、排气注射成型、流动 注射成型、动力熔融注射成型、气体辅助注射成型以及多品种塑料的共注射成型、铸塑成型、塑料粉末烧结成型等。 模具是塑件生产的重要工艺装备之一。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点及不相同的塑料模具。塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素占 80%。一副质量好的注射模可以成型上百万次，压缩模大
15、约可以生产 25 万件，这些都同模具设计和制造有很大的关系。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的因素，尤其是塑料模具 对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说，模具设计与
16、制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。 1.2 模具发展趋势 近年，模具行业结 构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加； “三资 ”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。 模具成型具有优质，高产，低消耗，低成本的特点。因而，在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。在模
17、具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化学稳定性好，电绝缘性强，力学性能高，自润滑，耐磨及相对密度小等独特的优异性能，成为兰州交通大学毕业设计 3 工业部分必不可少的新型材料。 根据业内专家预测，今年中国塑料模具市场总体规模将增加 13%左右，到 2009 年塑料模具产值将达到 460 亿元，模具及模具标准件出口将从现在的 9000 多万美元增长到 2009 年的 2 亿美元左右，产值在增长，也就意味着市场在日渐扩大。 相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外 资的优势，所以中国塑模市场的前景一片辉
18、煌，这是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在。 按照我国国家标准，模具共分为 10 大类 46 个小类，塑料模具是 10 大类中的 l个大类，共有 7 个小类：热塑性塑料注塑模、热固性塑料注塑模、热固性塑料压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他类塑料模。塑料模的发展是随着塑料工业的发展而发展的，在我国起步较晚，但发展却很快，特别是最近几年，无论在质量、技术和制造能力上，都有很大发展。但就总体来看，与国民经济发展和世界先进水平相比，差距仍较大，一些大型、精密、复杂、高效、长寿命的塑料模具每 年仍大量进口。据悉目前全世界年产出模具约 650 亿美元，其中塑料模具约为 260 亿美元。我国 1999
19、 年模具总产值 245亿元其中塑料模具约为 82 亿元， 2000 年近 100 亿元。七类塑料模具中，注塑模具所占比例很大，约占全部塑料模具的 80%左右。 塑料模具的主要用户是家用电器行业、汽车、摩托车行业、电子音像设备行业、办公设备行业、 建筑材料行业、信息产业及各种塑料 制品行业等。目前 国内年需塑料模具约 130-140亿元，真中有 30多亿元仍靠进口，进口量最多的 塑料模具有汽车摩托车饰件模具、大屏幕彩电壳模具、冰箱洗衣机模具、 通讯及办公设备塑壳模具、塑料异型材模具等。 大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着
20、我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。 1.3 模具设计 传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技 术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即 CAD 及计算机辅助工程 CAE。 兰州交通大学毕业设计 4 我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高
21、效和长寿命模具又上了新台阶。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具 CAD/CAM/CAE 技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具 CAD/CAE 软件。塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在制造技术方面，首先是采用 CAD/CAM技术，用计算机造型、编程并由数控机 床加工已是主要手段， CAE 软件也得到应用。 兰州交通大学毕业设计 5 2 台阶端盖的结构分析与工艺性设计 图 1 零件图及要求 2.1 台阶端盖的结构分析 （ 1）外形尺寸：如图 1 所示该塑件壁厚为 2.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不长，塑件材料为热塑性塑料，流动性
22、为中性，适合于注射成型。 图 2 零件实体 兰州交通大学毕业设计 6 （ 2）精度等级：塑件的尺寸精度为一般精度 MT3。 （ 3）脱模斜度： ABS 的成性收缩率不大， ABS 的流动性为中性，为使注射充型流畅， ABS 的脱模斜度选为 1 1。 （ 4）圆角：取圆角半径 R1.5 2.2 ABS 工程塑料的性能分析 ABS 无毒，无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为 1.02-1.05g/cm3。ABS 有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过
23、调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70 度左右，热变形温度约为 90 度左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点： ABS 在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大， ABS易吸水，成型前加工要进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚，溶料 温度及收缩率影响极小。 2.3 成型工艺的确定 通过以上分析可知，该零件尺寸较小，精度要求一般，材质为 ABS，且为大批量生产，适合注塑成型。 2.4 台阶端盖注塑成型过程及工艺参数 2.4.1 注射成型工艺过程 注射成型工艺过程包括注射前准备、注射过程和制品的后处理三个主要阶段。（ 1）注射前准备包括对原料的处理、清洗料筒，预热嵌件和选择脱模剂等。 原料的预处理 选取颗粒大小适当，均匀度较高的 ABS 颗粒作为原材料；然后表 1 ABS 的主要技术标准 密度 /g.cm-3 比体积 /cm3.g-1 吸水率 收缩率 熔点 / 比热容 /J.(kg. )-1 1.02-1.08 0.8-0.98 0.2%-0.4% 0.4-0.7 130-160 83-103. 屈服强度 拉伸弹性模量 拉伸强度 抗弯强度 抗压强度 弯曲弹性模量 50Mpa 1.4 103Mpa 38Mpa 80Mpa 53Mpa 1.4 103Mpa
