1、 本科毕业论文 （ 20 届） 调味盒注塑模具设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文 2 摘 要 随着国内机械行业的不断发展， CAD/CAM 技术已经逐渐成为模具设计制造的主流方式，尤其是在注塑模具的生产制造中， CAD/CAM 技术的使用更 为广泛。调味盒的虽然形状较为简单，但在模具设计中要考虑的因素仍然有很多，除考虑它的出模、分型面，还需要考虑它成型的质量、表面光洁度和模具的制造难度和成本，所以应认真分析塑料制品的整体结构，寻求最佳的设计方案。分型面的选择也很重要，分型面的选择既要考虑不影响制件表面的美观，又要达到
2、结构要求。 本文对国内外模具发展，研究状况进行了探讨。通过对调味盒结构的工艺分析，对该塑件模具的设计要点做了介绍，并对模架、冷却系统、成型零件、浇注系统和推出机构等模具的主要组成部分进行了重点分析，设计的模具结构合理，工作可靠，塑件 质量符合设计要求。 此外还利用 AutoCAD 软件绘制出模具装配图以及各种成型零件图，并对模具进行结构分析和参数校核。本文从模具的整体结构设计，注塑机的选用以及浇注系统的设计等方面，详细探讨实际设计制造的方法和关键点，以及实际生产中塑件可能出现缺陷的原因和解决方案。 关键词： 调味盒；注塑模；模架； CAD 本科生毕业论文 3 Abstract With the
3、 development of the domestic machinery industry, CAD / CAM technology has gradually become the main way of mold design and manufacturing， and CAD / CAM technology is more widely used ,especially in the manufacturing of plastic injection molds .Although the spice box shape is simple, in the mold desi
4、gn there are a lot of things to considerate , apart from considering its model, sub-surface, also need to consider its quality, surface finish , mold manufacturing difficulty and its cost . So it is necessary to analyze the overall structure of plastic products carefully, find the best design.The ch
5、oice of sub-surface also is important, and the choice of parting not only has to consider the appearance without affecting the surface of the workpiece, but also the structural requirements. This paper is mainly about the development of domestic and foreign mold .Through the process analysis of the
6、spice box, the design element of the plastic mold have been described .The main components, like mold, cooling systems, molding parts, casting mold system and so on, are analyzed .The structure of mold design is reliable and reasonable and quality of plastic parts meets the design requirements. In a
7、ddition, use AutoCAD to draw the mold assembly drawings and a variety of molded parts diagram, and analyze the structure of the mold and check parameters of the mold. From the overall structure of the mold design, injection molding machine selection and other aspects of the design of gating system,
8、this paper discusses the actual design and manufacture of the method and key points in detail, and defect of the actual production that may occur, and its causes and solutions. Keywords: spice box; injection mold; mold frame; CAD 本科生毕业论文 4 目录 第一章 绪论 . 6 1.1 选题背景 . 6 1.2 国内模具研究状况 . 6 1.3 塑料模具的发展方向 .
9、8 1.4选题需要解决的几个主要问题 . 9 第二章 调味盒结构工艺分析 . 10 2.1 产品结构说明 . 10 2.2 产品的结构分析 . 10 2.3 PP 材料的注射成型工艺 .11 2.3.1 注射成型工艺过程 .11 2.3.2 PP 材料的注射成型工艺参数 .11 2.4 PP 材料性能分析 . 12 第三章 注射成型机的选用 . 13 3.1 腔数量的确定 . 13 3.2 件的质量体积计算 . 13 3.3 注射机型号的确定 . 13 3.4 最大注射压力的校核 . 13 3.5 锁 模力校核 . 14 3.6 最大注射力的校核 . 14 3.7 型腔数目的确定 . 14 3
10、.8 分型面的设计 . 15 第四章 浇注系统的设计 . 16 4.1 主流道的设计 . 16 4.2 衬套的固定 . 17 4.3 浇口的设计 . 17 第五章 成型零件的设计 . 20 5.1 凹模结构设计 . 20 5.2 型芯结构设计 . 21 5.3 零件工作尺寸的计算 . 21 本科生毕业论文 5 5.3.1 塑件公差的选取 . 21 5.3.2 型腔尺寸设计 . 22 第六章 冷却系统与推出机构的设计 . 24 6.1 冷却系统的设计 . 24 6.2 脱模机构设计原则 . 25 6.3 推杆设计 . 25 6.4 推件板的设计 . 26 6.5 开模行程的校核 . 26 6.6
11、 模架选择 . 26 6.7 模具装配机构 . 28 6.8 排气装置的设计 . 29 小结 . 30 致谢 . 错误 !未定义书签。 参考文献 . 31 本科生毕业论文 6 第一章 绪论 1.1 选题背景 从 整体 上 看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍 需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 加入 WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机
12、会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的 1/5 1/3，加入 WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入 WTO 前本来就主要依靠进口，加入 WTO 后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先 进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由
13、于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长 50%以上就是一个很好的证明。 虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。这一状况 在 2007 年已得到改善，逆差 已 有减少。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有 13%，而未达
14、17%。 从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑 料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持 20%左右的水平。 1.2 国内模具研究状况 自二十世纪以来，我国模具工业己经走过了半个多世纪。改革开放后，我国模具工业发展迅猛，目前，我国模具生产厂点约有 3 万多家，在业人数 80 多万人。 2005 年生产模具销售额达 610 亿元，同比增加 25；生产模具出口 7.4 亿美元，比 2004 年的 4.9 亿美元增加约5
15、0，均居世界前 列 5。 2006 年，我国塑料模具总产值约 300 多亿元人民币，其中出口额约58 亿元人民币。除 自产自用外，市场销售方面， 2006 年中国塑料模具总需求约为 313 亿元人民币，国产模具总供给约为 230 亿元人民币，市场满足率为 73.5%。 我国的注塑模具在量和质方面都有较快的发展，其中最大的注塑模具单套重量己超过 50本科生毕业论文 7 吨，而最精密的注塑模具精度己达到 2 微米 4。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
16、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 5，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。 整体来看我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不
17、 太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。而且由于我国的注塑模具行业过去长期处于一种生产力水平低下、主体技术不高、规模过小、游离分散生产、企业管理水平不高、国家投入不足的状况，大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。国外的技术要比我国技术领先 10 到 20 年。表 1 是国内外塑料模具技术比较。 表 1 国内外塑料模具技术比较 项目 国内 国外 注塑模型腔精度 0.02 0.05 mm 0.005 0.01mm 型腔表面粗糙度 mRa 02.0 mRa 05.001.0 非淬火钢模具寿命 10 30 万次 10 60 万次 淬火钢模具寿命
18、50 100 万次 160 300 万次 热流道模具使用率 总量不足 10% 80% 标准化程度 小于 30% 70% 80% 中型塑料生产周期 2 4 个月 一个月左右 在模具行业中的占有量 25% 30% 30% 40% 除此之外，在模具材料和标准件方面，国内大多数冶金厂设备、工艺较落后，大多采用电炉冶炼 ，钢的纯度差，表面脱碳层深、碳化物级别高、疏松超标。钢材的冶金质量低、成材率低，一般质量的模具钢多，高质量的模具钢材少。而国外模具钢生产 80%以上采用真空精炼和电渣重熔生产，钢材纯度、等向性高。而国内通过电渣重熔生产的模具钢所占的份额很少，大约 1/10。国外发达国家的模具钢成材率在
19、85% 90%，而国内成材率仅为 70%，与国外相比存在很大差距。我国列入国家标准中的塑料模具钢仅为 3Cr2Mo 和 3Cr2MnNiMo。而国外常用的塑料模具钢已形成较完整的系列。我国塑料模用钢的随意性较大， 80%是用碳钢和40Cr 钢 。对于复杂、精密模具，为避免热处理变形，一般在退火态、正火态或调质态加工使用，因此寿命仅为国外同类模具的 1/10 1/2。国内汽车塑料模具企业大多愿意选用德国、日本、瑞典三大系列的模具钢，高光模具材料用 NK80、 2738、 P20；关键模具材料用进口的 2738、NAK80、 S136 等。但是，在国内购买欧洲模具钢材，价格上扬 30% 40%，严
20、重影响了国内模具的竞争力。 在模具制造周期方面。德国的模具制造周期在 2 周 20 天，备料 4 5 天，试模 2 3 天。日、韩的模具周期要求 2 周，原因是他们有专门的模具配件城，滑块、 顶杆、浇口套组件等均可以买到，型腔件加工好装上就行了。国内配件标准化做不到；零件加工精度做不到。国本科生毕业论文 8 外对发出去的模具进行可靠性、稳定性跟踪。国内是模具出了问题，再派人去。 在加工设备、模具制造工艺和测量技术方面。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
21、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 7。 1.3 塑料模具的发展方向 塑料模具的发展主要取决于两个方面，即一方面是模具为之服务的各行各业的发展趋势，另一方面是整个社会和世界科学技术的发展趋势，这实际上就是
22、需要和可能。 模具是为制件，也就是成形产品服务的，因此模具 必然要以制件 (成形产品 )的发展趋势为自己的发展趋势，模具必须满足他们的要求。 制件发展趋势主要是轻便、精美、快速高效生产、低成本与高质量，每一项都预示了模具发展趋势。现简要分析如下：要轻便就会增加使用塑料及开发新材料，包括各种新型塑料、改性塑料、金属塑料、镁合金、复合材料等等，这就要求有新的成形工艺，从而也就要求有与之相适应的新型模具。例如，汽车上越来越多地采用高强度板也是为了减轻重量，对一些超高强度板进行热成形及与之相适应的热成形模具也就自然而然成为发展趋势等等。 要精美，就要求外形美观大方，内部无缺陷， 这就要求有精细、精密和
23、高质量模具与之相适应。目前我们在精细化方面差距很大，精细化往往被忽视，功亏一篑。 快速高效生产，这一方面是要求模具企业要尽量缩短模具生产周期，尽快向模具用户交付模具，另一方面更重要的是要使用户能用你提供的模具来快速高效地生产制品。例如一模多腔多件生产、叠层模具、利用好热流道技术来缩短成形时间以及使用多层复合技术、模内装饰技术、高光无痕注塑技术、在线检测技术、多工序复合技术、多排多工位技术等等。同时制件成形过程智能化还要求有智能化的模具来适应。 低成本，这既要通过模具生产的设计、加工、装 配来实现模具的低成本制造和低成本供给，更重要的是要使模具用户能使用模具来实现低成本生产。这就对模具提出了更高
24、的要求。模具生产企业必须做到先使模具用户赚钱，然后才能使自己赚钱。在要求低成本的过程中，无论是模具生产企业还是使用模具的企业，不断改善治理，逐步实现信息化治理都是企业的共同要求及进步和发展的方向。 高质量，要做到制品的高质量，首先必须是模具的高质量，模具的稳定性一定要好，保证制品的一致性也要好，而且还要保证寿命。高质量模具与技术休戚相关。 除上述各点外，许多新领域、新兴产业、新制件和个性化要求也都会对 模具不断提出新要求。所以发展趋势的本身也是在不断发展的。从科技发展趋势来看模具发展趋势可以先从下列最基本的六个方面进行分析： 新材料 模具新材料及为成形产品新材料成形的新型模具 ； 新工艺 新的
25、成形工艺及模具加工的新工艺 ； 本科生毕业论文 9 新技术 技术进步带动模具生产逐步向超高速、超精和高度自动化方向发展 ； 信息化 数字化生产、信息化治理、充分利用 IT 技术 ； 网络化 溶入和利用好世界全球化网络 。 循环经济与绿色制造一用尽量少的资源来创造尽量多的价值，包括再利用与环保等，不但模具要能这样，而且更要使模具用户也能这样。 塑料模具是一项新兴的产业，随着塑料产品品种和市场需求的不断增长，随着塑料模具设计和制造技术的不断提高，我国塑料模具产业将会有更好的发展前景。 1.4 选题需要解决的几个主要问题 本课题的研究需要熟悉了解塑件的几何形状，表面质量，使用要求以及塑件使用的原料。
26、最主要的问题就是注塑模具结构的设计，包括对调味盒塑料制品结构的工艺分析、模架、冷却系统、成型零件、浇注系统和推出机构等模具的主要组成部分的设计。 本科生毕业论文 10 第二章 调味盒结构工艺分析 2.1 产品结构说明 本次设计的塑件是调味 盒，它是家居日常使用到的盛物类壳体产品，属于小型塑件。调味盒设计在工业产品设计中是一类比较普遍的家居型产品的设计，涉及到因素不多，最主要的是外观得体，能够吸引消费的购买。所以它的尺寸要求不高，表面质量要求也不太高，外观平滑等现象。该塑件设计为一整体，成型后与调味盒盖相配合，但没有较高的精度要求，因此作一般精度来加工制造，注塑成型材料选为 PP（聚丙烯）。 图
27、 2.1所示为调味盒整体图，外形轮廓尺寸为 89 mm 136 mm 170（高） mm，该产品的壁厚约 2.5 mm。 图 2.1 调味盒 2.2 产品的结 构分析 该产品属于薄壁深腔制品，把手处由于要与调味盒盖连接，设计了带异型孔的连接部分，把手内部设计了加强筋以增加把手的强度，把手部分造型为曲面。调味盒外表面要求光滑，不能有刮痕、毛刺等机械损伤及断裂等外表面质量缺陷，不能有明显的色差、收缩痕、毛边及熔接痕。塑件的结构与工艺性分析： （ 1）尺寸精度 塑件的尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品图中尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件的精度的因素很多，如模具制造精度及使用后的磨损程
28、度、塑料收缩率的波动、成型工艺条件的变化、塑件的形状等。因此，塑件的尺寸精 度一般不高，应在保证使用要求的前提下尽可能选用低级精度。根据我国目前塑件的成型水平，塑件的尺寸公差可依据机械设计手册确定，而对塑件图上无公差要求的自由尺寸，建议采用标准中的 5 级精度。此外，根据机械设计手册，将塑件尺寸分成 7 个等级， MT1 级精度较高，一般不采用。一般情况下，对塑件上孔的公差采用单向正偏差，尺寸数值冠以（ +）；对于塑件上轴的公差采用单向负偏差，尺寸数值冠以（ -）；对于中心距尺寸几其他位置尺寸可取表中数值之半冠以（）。 在本设计中，根据机械设计手册，调味盒塑件选用的精度等级为 MT5 级 。 （ 2）壁厚 塑料的壁厚与使用要求和工艺要求有关，因此，合理地选择塑件的壁厚是很重要的。在
