1、东华理工大学长江学院毕业设计 摘要 摘 要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；该产品选用 ABS 材料，详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明，通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到模具设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。 本套模具设计 通过三维软件 Pro/E 对其造型，分析以及建模，并运用其插件 EMX生
2、成标准模架及模具标准结构件。详细介绍了一套塑料模具设计的全部过程。 关键词： 塑料模具 ; ABS 材料 ; 模具设计 ; 三维软件 Pro/E 东华理工大学长江学院毕业设计 ABSTRACT ABSTRACT The plastics industry in the world grows one of now quickest industry classes, but the injection mold is develops the quick type, therefore, the research injection mold to understood that the pl
3、astic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced injection moldings basic principle, specially single is divided the profile to inject molds structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic pr
4、inciple of design; The product selects ABS material.Introduced in detail the cold flow channel injection mold gating system, the temperature control system and goes against systems design process, and has given the explanation to the mold intensity request, through this design, may have a preliminar
5、y understanding to the injection mold, notes in the mold design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work. This set of mold design get through three-dimensional software Pro/E to set modeling, analysis and modeling, use of the plug-in EMX produce standard mode
6、l base and mold standard structure. Introduces a set of plastic mold all process design in detail. Key word: Plastic mold; ABS material; Mold design; three-dimensional software Pro/E 东华理工大学长江学院毕业设计 目录 目 录 1. 绪论 . 1 1.1 课题来源及意义 . 1 1.2 模具工业在经济中的地位 . 1 1.3 模具国内外发展趋势及存在的问题 . 1 2. 塑料材料分析 . 4 2.1 塑料材料的基本
7、特征 . 4 2.2 塑件材料成型性能 . 4 2.3 塑件材料主要用途 . 4 3. 塑件的工艺分析 . 6 3.1 塑件尺寸及精度 . 7 3.2 塑件表面粗糙度 . 7 3.3 塑件的结构设计 . 7 3.4 塑件的体积和质量 . 8 4. 注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定 . 9 4.1 注射成型工艺过程分析 . 9 4.2 浇口种类的确定 .10 4.3 按注射机的最大注射量确定型腔数目 .10 4.4 计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 .12 4.5 注塑机选择 .12 5. 浇注系统的设计 .14 5.1 主流道的设计 .15 5.2 分流道的设计 .16 5.3 分
8、型面的选择设计原则 .18 5.4 浇口的设计 .19 5.5 冷料穴的设计 .20 6. 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计 .22 6.1 成型零部件的结构设计 .22 6.2 成型零部件的工作尺寸计算 .22 6.3 成型零部件的强度与刚度计算 .24 7. 模架的选择 .22 8. 导向机构的设计 .26 8.1 导柱的设计 .26 8.1.1 导柱设计原则 .26 8.1.2 导柱尺寸 .26 8.2 导套的结构设计 .26 8.2.1 材料 .26 8.2.2 形状 .27 8.3 推出机构的设计 .27 8.3.1 推件力的计算 .28 东华理工大学长江学院毕业设计 目
9、录 8.3.2 推杆的设计 .28 9. 冷却系统的设计 .30 9.1 确定冷却水道直径 .30 10. 模具排气槽的设计 .32 11. 校核 .33 总 结 .34 致 谢 .35 参考文献 .36 东华理工大学长江学院毕业设计 绪论 1 1. 绪论 1.1 课题来源及意义 本课题来自日常生活中常见的塑料制品。所选课题是 920 前盖的设计 。 包含了模具的基本结构，没有侧向抽芯机构和斜顶机构，属于中低等难度的塑料模具。本设计介绍了注射成型的基本原理，对注塑产品提出了基本的设计原则。 还 分别介绍了塑料模具的一般设计方法、设计步骤、材料的选取、材料性能、结构和用途的分析等。 详细介绍了注
10、射模具的材料及工艺分析，浇注系统、主要零部件、推出机构、温度调节系统和排气系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明， 以及模具的各种工艺参数的确定与校核等。亦介绍了模架选取的方法和校核注射机的各种工艺参数等。 在模具制造中运用了现代先进的线切割、电火花成型加工和数控加工等加工 技术 。 综合利用三维 pro/e 和二维 Auto CAD 进行设计并绘制各种非标准零件图纸。 在设计中附有大量的模具结构图和各种说明图片。说明书已详细地阐述设计的全过程。 通过对模具设计专业的学习，掌握了常用材料在成型过程中对模具的工艺要求 ，掌握模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模
11、具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，结合模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。 此次毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识； 此次设计除文字叙述外，其计算公式及相关设计原则等资料均来自教材和图书馆丛书中查取，并采用国家标准。 1.2 模具工业在经济中的地位 模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中， 60%-90%的工业产品需要使用模具，模具工业已成为工业发 展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产，根据国际生产技术协会的预测， 21 世纪机械制造工业的零件，其粗加工的 75%和精加工的 50%都
12、依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国民经济的重要基础工业。据有关统计资料表明，塑料成型模具的应用在各类模具的应用中占有与冲压模并驾齐驱的“老大”位置。随着我国经济与国际的接轨和国家经济建设持续稳定发展，塑料制件的应用快速上升，模具设计与制造和塑料成型的各类企业日益增多，塑料成型工业在基础工业中的地位和对国民经济的影响日益重要。 1.3 模具国内外发展趋势 及存在的问题 近年来 ,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占 30%东华理工大学长江学院毕业设计 绪论 2 左右，而在整个塑料模具市场以注塑模具需求量最大。随着模具制造行业的发展，许多企业开始追求提高产品质量及生产效
13、率 ,缩短设计周期及制造周期 ,降低生产成本，最大限度地提高模具制造业的应变能力等目标。新兴的模具 CAD 技术很大程度上实现了企业的愿望。近年来， CAD 技术的应用越来越普遍和深入 , 大大缩短了模具设计周期 , 提高了制模质量和复杂模具的制造能力。 作为重要组成部分之一 壳体，它的结构设计及质量也式非常重要的。目前，主要采用 注射成型的方法得到壳体，用这种方法生产的优点是：成型周期短，能一次成型外形复杂的结构，对各种塑料的适应性强，生产效率高。壳体采用的材料主要有：聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯共聚物（ ABS）等。由于 ABS综合性能好，冲击韧性好，机械强度高，
14、易于成型和机械加工等优点，常采用其作为壳体材料。 壳体注射模 CAD 主要研究的是注射模具的结构设计及分析 (CAD)、模具结构分析与优化设计 (CAE)、辅助制造 (CAM)。塑料模具 CAD 集成技术 , 就是把塑料模具制造过程所涉及的各项单元技术集成起来 , 统一数 据库和文件传输格式 , 实现信息集成和数据资源共享 , 从而大大缩短模具的设计制造周期 , 提高制模质量。模具的 CAD 设计、分析 , 包括根据产品模型进行模具分型面的设计、确定型腔和型芯、模具结构的详细设计、塑料充填过程分析等几个方面。利用先进的特征造型软件如 PRO/E、 UGII等很容易地确定分型面 , 生成上下模腔
15、和模芯 , 再进行流道、浇口以及冷却水管的布置等。确定了这些设计数据以后 , 再利用模具分析软件 (CAE), 如 Plastic Advisor、CFLOW 进行塑料的成形过程分析。根据 Plastic Advisor软件和它的丰富的材料、工艺数据库 , 通过输入成形工艺参数 , 可动态仿真分析塑料在注塑模腔内的注射过程流动情况 (含多浇口注射时的塑料汇流纹分析 )、分析温度压力变化情况、分析注塑件残余应力等 , 根据分析情况来检查模具结构的合理性、流动状态的合理性、产品的质量问题等。比如是否存在浇注系统不合理 , 出现流道和浇口位置尺寸不当 , 无法平衡充满型腔 ; 是否存在注塑工艺不对
16、, 出现产品的翘曲变形等。模具通过 CAD 设计和分析 , 就可以将错误消除在设计阶段 , 提高一次试模成功率。模具的计算机辅助制造(CAM)技术主要应用 在数控铣削加工、线切割加工、电火花加工等方面。 CAM 技术尤其是在复杂模具的型腔、型芯及电极的铣削加工中起着更加重要的作用。利用模具技术在电脑上模仿机床的加工过程 , 能直观反映加工的结果 , 能直接评估加工后零件的质量 , 能检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时 , 可在电脑上对加工后的实体模型进行任意的剖切 , 直接测量其尺寸和精度。因此 , 它能把错误消除在加工工艺编程设计阶段 , 减少加工后的修补和返工 , 大大提高模具的制
17、造效率和质量。 我国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要有以下问题： (1) 工艺装备落后。虽然部分企业经过近几年的技术改造 , 工艺装备水平已经比东华理工大学长江学院毕业设计 绪论 3 较先进 , 有些三资企业的装备水平也并不落后于国外 , 但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是我们的企业组织协调能力差 , 难以整合或调动社会资源为我所用 , 从而就难以承接比较大的项目。 (2) 创新能力弱。一方面是技术人员比例低、水平不够高 , 另一方面是科研开发投入少 , 更重要的是观念落后 , 对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发 , 同时也要重视产品的创新。 (3) 体制和人才问
18、题的解决尚待时日。在社会主义市场经济中 , 竞 争性行业 , 特别是像模具这样依赖于特殊用户 , 需单件生产的行业 ,国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。虽然各地都在努力解决这两个问题 , 但要得到较好解决尚待时日。 (4) 近几年 , 原材料、能源、人工等成本持续上升 , 而模具价格却持续下降 , 因此模具企业的总体利润率不断下滑。为了发展 , 模具企业必须在改善管理、提高生产效率 , 特别是在创新上下功夫才行。从以前的经验型和模仿型设计向自主创新设计方向发展 , 以及积极采用高新技术已然成为一种趋势。 东华理工大学长江学院毕业设计
19、 塑料材料分析 4 2. 塑料材料分析 2.1 塑料材料的基本特征 我所选用的材料为炳烯腈 -丁二稀 -苯乙烯共聚物（ ABS）。 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使具有良好的综合力学性能。丙烯腈使 ABS 有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为 1.021.05/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。水、无机盐、碱、酸类对ABS 几乎无影响
20、，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。 ABS 塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过色可配成任 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 93 度左右。耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。 根据 ABS 中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。 2.2 塑件材料成型性能 ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加
21、工前应进行干燥处理； ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用侧浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生 熔接痕，模具设计时应该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、熔料温度对收缩率影响及小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60C0 ，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 60 80C0 。ABS 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 2.3 塑件材料主要用途 ABS在机械工业上用来制造汽车空调转盘、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板、东华理工大学长江学院毕业设计 塑料材料分析 5 扶手、热空气调节导管等，还可用 ABS 夹层板制小轿车车身。 ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器农药喷雾器及家具等。东华理工大学长江学院毕业设计 塑件的工艺分析 6 3. 塑件的工艺分析 本次设计的产品为 920 前盖，其三维实体如下图 3-1和 3-2 所示。 图 3-1 920 前盖外侧 图 3-2 920 前盖内侧 在塑件结构工艺性设计时，应考虑一下几个方面的因素： （ 1） 塑料的各项性能特点，如物理机械性能、成型工艺性能等。
