毕业设计（论文）POM活动圈塑料成型工艺与模具设计

毕业设计(论文)POM 活动圈塑料成型工艺与模具设计学 院： 机械工程学院 专 业： 模具设计与制造 姓 名： 学 号： 指导教师： 2010 年 6 月中文摘要 I 摘要此论文主要讲述的是活动圈注塑模具的设计，它是成型塑件的一种重要工艺装备。注塑成型是利用塑料的可挤压性和可模塑性，对塑料加热使其处于粘流状态，在一定压力的闭合模具中成型具有一定形状和尺寸的塑件制品。根据其技术要求和使用要求，选择塑料种类为 POM，再根据塑料的形状质量和生产批量，选择 SZ-60 注塑成型机。出于对塑件表面质量的要求及外观的考虑，本模具采用点浇口。此模具采用一模二腔,一次分型，通过弹簧、阶梯定距杆、橡胶胀套等机构顺序开模。首先分型通过凝料杆等脱出凝料再分型通过顶杆等顶出机构脱出塑件。型芯和型腔采用冷却水槽结构的冷却系统，采用各零件间隙排气，可有限避免缺陷。在确定模具结构方案后，绘制模具装配图草图，并进行计算以确定各件。最后绘制模具非标准零件图，经全面审核后投产制造。关键词：注塑模具，型芯，一次分型Abstract II AbstractThis paper is talking about the design of injection molds; which is an important equipment of plastic forming. Injection molding is to make glutinous fusibility form required plastic product with designed shape and size in closed molds under needed pressure by means of plastic extrusion and plasticity. According to its technical request and used request, POM is to be closed as its material. According to its designed shape and the numbers of the products, we choose the SZ-60 cast shaper. At the same time, we use the mold spot runner as the request of the beautiful of the surface and the quality of the products .This mold uses a mold cavity,one minute leaves models.firstly,make the congels the material out of the mold ,then,push the products out of the mold . The core and the cavity uses the cooling water system, tuck to exhaust the gas, but avoids the flaw. After ascertaining the project of the structure of the mould, protract mould-fitting drawing. At last, carry out an all-around checkout and auditing and launch into manufacture.Key words: the injection moulds, core , a mold cavity.目录 III 目 录摘要.IABSTRACT.II第一章 引言.11.1 课题的背景和意义.21.2 注塑模具的现状和发展.31.3 本课题的研究对象、目标和方法.3第二章 设计及计算过程.52.1 确定零件加工的整体方案.52.2 注塑工艺参数的校核.7第三章 浇注系统与排气系统设计.93.1 浇注系统的设计原则.93.2 主浇道设计.103.3 浇口的设计.113.4 冷料穴和拉料杆的设计.123.5 排气系统的设计.13第四章 成型零件设计.144.1 分型面的选择.144.2 成型零件的结构与设计.144.3 成型零件尺寸的计算.15第五章 导向与脱模机构设计.185.1 导向机构设计.185.2 脱模机构设计.18第六章 温度调节系统设计设计.20目录 IV 6.1 冷却系统设计.20总结.22参考文献.23致谢.24第一章 引 言 - 1 - 第一章 引言1.1课题的背景和意义模具是工业产品生产用的重要工艺装备。改革开放的二十多年来，随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业及日常生活等各个领域的应用越来越广泛。塑料是继钢铁、木材、水泥之后，当代新兴的第四大类工业材料。塑料品生产的关键常在于模具。在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪 80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。通过毕业设计，我们能够利用所学的知识，独立完成一般机械及模具的设计过程，为毕业后从事机械设计、模具设计工作打下了良好的基础。毕业设计是对大学两年所学知识的系统的总结，是对所学知识的综合运用。这对我们而言是一个提高自己的机会。我们要运用所学的知识与课题定向结合，能够用所学的知识高质量的完成课题，力求做到所设计的模具机构合理，成本低廉，使用寿命长。1.2 注塑模具的现状和发展1.产品结构现状模具是制造业的重要工艺基础，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，特别是汽车、摩托车、轻工、电子、航空等行业尤为突出。而作为制造业基础的机械行业，根据国际生产技术协会的预测，本世纪机械制造工业的零件，其粗加工的 75和精加工的 50都将依靠模具完成，因此，模具工业已经成为国名经济的重要基础工业。模具工业发展的关键是模具技术的进步。模具作为一种附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一。世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的开发，大力发展模具工业，积极采用先进技术设备，提高模具制造水平，并且已经取得了显著的经济效益。不论是经济繁荣还是经济萧条时期，模具工业都不可或缺。因此，模具工业被称为不衰的行业。中国加入 WTO 以来，全球制造业重心逐步向中国大陆转移，我国的汽第一章 引 言 - 2 - 车、电子、通信、电器、仪器、和家电等相关产业得以飞速发展。而这些领域的产品85以上都是靠模具成型，这势必会带动模具行业的迅猛发展。目前，我国行业总产值已突破 5000 亿元，发展势头强劲。随着上海市 GDP 每年以 10以上的增长率高速发展，上海在全世界的经济地位日益提高。而以上海为龙头、江浙为两翼的长江三角洲地区，经济基础雄厚，区域条件优越，经济增长势头良好，发展潜力巨大。其中汇集了 6 万家的模具企业，增长势头迅猛，商业渠道覆盖海内外的广阔市场领域，已成为全国模具产品的主要集散地。 据近 10 年全国（未含港、澳、台统计数字，下同）模具生产及进出口发展情况分析可知，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 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。 虽然我国模具总量目前已达到相当规模，模具水平也有很大提高，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等工业发达国家许多。当前依然存在低档模具供过于求，总量供不应求的问题。国内模具自配率只有 70%左右。其中，中高档模具自配率只有 50%左右。因此，必须加快模具工业的发展。模具工业的发展不仅可以解决国内中高档模具自配率低的问题，同时对制造模具机床和设备的研制和生产也带来了前所未有的机遇，国内的模具制造设备及机床也已经逐步走上规模化、专业化、国际化的发展道路，反第一章 引 言 - 3 - 过来又为广大模具企业提供良好的发展契机。随着全球制造业重心加快向中国大陆转移，我国将在十年内成为世界制造业中心。中国积极发展汽车工业，并且保持连续增长势头，从而将带动模具工业市场的进一步繁荣。可以预言，随着工业生产的不断发展，模具工业在国民经济中的地位将日益提高，并在国民经济发展过程中发挥越来越重要的作用。2.国外注塑模的现状与发展 随着全球经济的发展，新的技术革命不断取得新的进展和突破，技术的飞速发展已经成为动世界经济增长的重要因素。在塑料成型生产中，先进的模具设计、高质量的模具设计、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。 一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。计算机、激光、电子、新材料、新技术的发展，使得快速经济制模技术如虎添翼，应用范围不断扩大，类型不断增多，创造的经济效益和社会效益越来越显著模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优质的注塑模具可以成型上百万次。因此，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。计算机辅助工程（CAE）技术已成为塑料产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。同传统的模具设计相比，CAE 技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。模具 CAD 技术及其应用也日趋成熟，并发挥越来越重要的作用。快速原型制造 RPM 技术是一种综合运用计算机辅助设计技术，数控技术，激光技术和材料科学的发展成果，是当代具有代表性的先进制造技术之一。第一章 引 言 - 4 - 1.3 本课题的研究对象、目标和方法本课题的研究对象是一个塑料制 件-活动圈。要求制定一个合理方案将其注塑成型。（一） 首先由制件设计者提出注塑成型塑料制件的任务书，其内容如下：1. 经过审签的正规制件图纸，并注明采用塑料的牌号、透明度等。 2. 塑料制件说明书或技术要求。 3. 生产产量。 4. 塑料制件样品。 通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。（二）收集、分析、消化原始资料 收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料，以备设计模具时使用 。1.消化塑料制件图，了解制件的用途，分析塑料制件的工艺性，尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理，熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度，有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析，看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外，还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。 2.消化工艺资料，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当，能否落实。 成型材料应当满足塑料制件的强度要求，具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途，成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。（三）选择成型设备根据成型设备的种类来进行选择，因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说，在规格方面应当了解以下内容：注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等，具体见相关参数。要初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。（四）具体结构方案确定模具类型的主要结构第一章 引 言 - 5 - 选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数，在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状，表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低，生产效率高，模具能连续地工作，使用寿命长，节省劳动力。影响模具结构及模具个别系统的因素很多，很复杂：1.型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。 2.确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。 3.确定浇注系统（主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小）和排气系统（排气的方法、排气槽位置、大小）。 4.选择顶出方式（顶杆、顶管、推板、组合式顶出），决定侧凹处理方法、抽芯方式。 5.决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。 6.根据模具材料、强度计算或者经验数据，确定模具零件厚度及外形尺寸，外形结构及所有连接、定位、导向件位置。 7.确定主要成型零件，结构件的结构形式。 8.考虑模具各部分的强度，计算成型零件工作尺寸第二章 设计及计算过程 - 6 - 第二章 设计及计算过程2.1 确定零件加工的整体方案 光纤清洁器的注塑模具设计1. 塑件分析：零件图如右该产品是活动圈，此产品的形状较规则，精度要求不高，它们的尺寸是相互配合的，所以只须设计一套注塑模具，同一个的型芯、型腔即可。2.明确塑件的批量 该产品大批量生产，故设计时要有较高的效率， 图 2.1浇注系统能够自动脱模。塑件的尺寸虽然不算太大，但由于内部的结构复杂，故采用一模二腔，浇口采用点浇口。3.计算塑件的体积和质量该产品材料为 POM 查手册可知其密度为 1.41-1.43 克/立方厘米 成型收缩率:1.2-3.0% 成型温度：170-200 干燥条件：80-90 2 小时4.分析塑件的工艺性塑件尺寸不大，内部结构不复杂，塑件上没有侧孔，所以不用安排侧抽芯机构，其他特征符合塑件的设计要求。5.选择注塑机确定型腔数根据塑件的形状估算体积和质量塑件总体积3.718cm3根据塑件的计算重量和体积选择设备型号规格确定型腔数当未限定设备时。应该考虑以下因素：第二章 设计及计算过程 - 7 - 注塑机额定注塑量 mg,每次注塑量不超过注塑量 80%，即估算浇注系统的体，jV根据浇注系统初步设计方案，如图进行估算=2,则浇注系统塑件质量=1.4gjV3cmjmjV设 n=2，=n*+=2x5.2+2.8=13.2ggmzmjm从计算结果并根据塑料注塑机技术规格选用型注塑机，采用一模二腔。XS-Z-30 型注塑机的各项参数型注塑机的各项参数项目注塑容量注塑重量注塑压力锁模力移模行程拉杆间距最大模厚顶出行程顶出力30cm313.2g119MP250KN160mm235mm180mm160mm15KN6. 确定成型方案 即确定模具总体结构形式。其内容包括：确定成型位置、确定分型面、侧孔的成型方法、脱模方式、浇注系统形式、进浇点位置、排气方式、成型温度和模具温度调节以及确定成型零部件结构形式等。7. 根据注塑机的尺寸选取的标准模架如下图所示，第二章 设计及计算过程 - 8 - 图 2.21.动模座板 2.垫板（1） 3.推杆 4.导套 5.型芯固定板（1） 6.导柱 7.成型板 8.垫板（2） 9.定模座板 14.阶梯定距杆 15.型芯固定板（2）16.推件板 17.支撑板 19.垫块 20.推杆固定板 21.螺钉 M12x11522.螺钉 M8x21 2.2 注塑工艺参数的校核为了使注塑成型过程顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。 1.最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑料质量（塑料和流道凝料质量之和）应在公称注塑量的 35%-75%范围内，最大可达 80%，最小应不小于 10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在 50%-80%。第二章 设计及计算过程 - 9 - 零件与凝料的重量之和 m +m =10.4+2.8=13.20.8*v*r=0.8301.4=33.4gzj2.注射压力校核所选用注塑机的注射压力需大于成型塑件所需的注射压力。成型所需的注射压力与塑料品种、塑件形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。查手册可知，注塑机的注塑压力为 119Mpa 大于 POM 的的注塑压力 60Mpa.3.锁模力校核注塑时，为防止模具分型面被顶开。必须对模具施以足够的锁模力，否则产生溢料。要求：注塑机的锁模力注塑时模具将分型面张开之力。即 FP (nA +A ) 其中， m0jF：锁模力，吨； P ：模具型腔中的平均压力，Mpa; n:型腔数； A 、Am0：塑件和浇注系统凝料在分型面上的投影 ,mm . P =(0.250.5)P P :j2m00注塑机的注塑压力经计算，塑件在分型面上的投影面积 A =40 x40-20 x20=1.2cm , 凝料的面积为03A =0.314 cm ，则 P (nA +A )=3010 （2400+314）=81.4KNF=250KNj3m0j6锁4.开模行程校核液压-机械式锁模机构注塑机的最大开模行程由曲轴机构的最大行程决定，与模具厚度无关。(1) 对于单分型面注塑模具，其开模行程按下式校核SH +H +(5-10)mm12式中 S 注塑机最大开模行程（移动模板台面行程）（mm）; H 塑件脱模距离（mm）;1 H 包括流道凝料在内的塑件高度（mm）.2(2) 对于双分型面注塑模，开模行程按下式校核SH +H +a+(5-10)mm12式中 a 定模座板与定模型腔板分开的距离（应足以取出流道凝料）(mm). 塑件脱模距离 H 通常等于模具型芯高度，但对于内部有阶梯状的塑件时，1H 不必等于型芯高度，以能顺利取出为准。1 经计算，S= H +H +a+(5-10)mm =30+19.5+10+30=89.5160mm.12第三章 浇注系统与排气系统设计 - 10 - 第三章 浇注系统与排气系统设计浇注系统是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道。它的作用是将塑料溶体顺利的充满型腔的各个部位，并在填充及保压的过程中，将注射压力传递到型腔的各个部位，塑造外形清晰、内在质量优良的塑件。他向型腔中的传质、传热、传压情况决定这塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统设计的好坏是影响生产的一个关键问题，也是注塑模具设计中的主要内容之一。一个完整的有凝料浇注系统由三段组成：第一段是从浇口套入口到浇口套出口与分流道交界之间的这段流道，称为主流道；第二段是从主流道出口到与浇口交界之间的这段流道，称为分流道；第三段是交口段流道。正确设计浇注系统首先应了解塑料及其流动特性。热塑性塑料溶体属于非牛顿流体，在流动过程中，其表观粘度随剪切速率的变化而变化。多数热塑性塑料属于假塑性体，当剪切速率增加时，表观粘度降低。另外，当温度变化时，表观粘度也会发生显著变化。由于塑粘熔体在模具浇注系统中和型腔内的温度、压力和剪切速率都是随时随地变化的，在设计浇注系统时，应综合加以考虑。以期在在充模阶段，熔体以尽可能低得表观粘度和较快的速度充满整个模腔：在保压阶段，又能通过浇注系统使压力充分的传递到型腔内的各处，同时通过浇口的适时凝固来空置补料时间，以获得外形清晰、尺寸稳定、内应力小且无气泡、缩孔和凹陷的塑料制件。3.1 浇注系统的设计原则（1） 排气良好 能顺利地引导熔融塑料填充到型腔的各个深度，不产生涡流和紊流，并能使型腔内的气体顺利流出。（2） 流程短 在满足成型和排气良好的前提下，要选取短的流程来充填型腔；且应尽量减少弯折，以降低压力损失，缩短填充时间。（3） 防止减少型芯和嵌件变形，应尽量避免熔融塑料正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，防止型芯弯曲变形和嵌件移位。第三章 浇注系统与排气系统设计 - 11 - （4） 整修方便 浇口位置和形式应结合塑件形状考虑，做到整修方便并无损塑件的外观和使用。（5） 防止塑件翘曲变形 在流程较长活需开设两个以上浇口时应注意这一点。（6） 合理设计冷料穴或溢料槽 冷料穴或溢料槽设计是否合理，直接影响塑件的质量。（7） 浇注系统的断面面积和长度 除满足以上各点外，浇注系统的断面面积和长度应尽量取小值，以减少浇注系统占用的塑料量，从而减少回收料。3.2 主流道设计 1 .主流道设计 指从浇口套入口到浇口套出口与分流道交界之间的这段流道，与喷嘴在一轴线上，料流方向不改变。 （1） 便于流道凝料从主流道衬套中拔出，主流道设计成圆锥形 。 锥角 =2 4粗糙度 Ra0.63 与喷嘴对接处设计成半球形凹坑，球半径略大于喷嘴头半经。 （2） 主流道要求耐高温和摩擦，要求设计成可拆卸的衬套，以便选 用优质材料单独加工和热处理。 （3） 衬套大端高出定模端面 510mm ，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位作用。 （4） 主流道衬套与塑料接触面较大时，由于腔体内反压力的作用使衬套易从模具中退出，可设计定位。 （5） 直角式注射机中，主流道设计在分型面上，不需沿轴线上拔出凝料可设计成粗的圆柱形。 2. 分流道设计 指塑料熔体从主流道进入多腔模各个型腔的通道，对熔体流动起分流转向作用，要求熔体压力和热量在分流道中损失小。 （1）分流道的截面形式： 第三章 浇注系统与排气系统设计 - 12 - a、 图形断面：比表面积小（流道表面积与其体积之比），热损失小，但加工制造难，直径 510mm 。 b、 梯形：加工较方便，其中 h/D = 2/3 4/5 边斜度 515 c、 u 形：加工方便，h/R=5/4 d、 半圆形：h/R=0.9 （2） 分流道的断面尺寸要视塑件的大小，品种注射速度及分流道的长度而定。 一般分流道直经在 56mm 以下时，对流动性影响较大，当直经大于 8mm 时，对流动性影响较小。 （3） 多腔模中，分流道的排布： 平衡式：分流道的形状尺寸一致。 非平衡式：a、靠近主流道浇口尺寸设计得大于远离主流道的浇口尺寸。 b、分流道不能太细长，太细长，温度，压加体大会使离主流道较远的型腔难以充满。 c、一般需要多次修复，调理达到平衡 d、即使达到料流和填充平衡，但材料时间不相同，制品出来的尺寸和性能有差别，对要求高的制品不宜采用e、非平衡式分布，分流道长度短 。 f、如果分流道较长，可将分流道的尺寸头沿熔第三章 浇注系统与排气系统设计 - 13 - 体前进方向稍征长作冷料穴，使冷料不致于进入型腔。 图 3.1g、分流道和型腔布置时，要使用塑件投影面积总重心与注塑机锁模力的作用线重合。浇口套如下右图：3.3 浇口的设计浇口是浇注系统末端的一小段流道，是浇注系统比较关键的一段流道。浇口与模腔交界的截面有大小之分，截面大的浇口进料快，注射压力经过浇口损失小，浇口融料多，凝固慢，补料容易，使制品密实，收缩小；但大浇口与制品分离难，而且浇口痕迹大。注射压力经过小浇口损失大，注射压力要求高，浇口融料少，浇口封口快，给补料带来困难，造成制品收缩大，或密度不均匀；但小浇口的凝料容易与制品分离，浇口痕迹也小。而且小浇口对融料能起摩擦升温和加速作用，使融料黏度进一步降低，提高了融料的流动性，加快融料充满模腔的速度，提高融料的溶接性，对表面有细小纹理的制品成型有利。点浇口是最典型的小浇口。融料通过点浇口产生的摩擦热使融料的黏度进一步降低，提高了融料的流动性和流速，增加了流程。点浇口适合低粘度、黏度对小浇口敏感的塑料浇注，点浇口痕迹小，浇口处应力也小。点浇口浇道凝料脱出与脱模顶出机构无关，有自己单独的脱浇道凝料机构，浇口分流道布置与分型面无关，所以点浇口位置设置自由度很大，对任何形状制品都可以浇注，是理想的多点浇注浇口。多点进料的好处是缩短了流程，加快了充模速度，使融料内外温差接近，避免了熔接痕产生和融料内外冷却速度不一致造成的翘曲变形，所以点浇口很适合复杂制品的浇注。点浇口截面小容易产生被压，可以多点平衡进料，对相同形状多模腔浇注有利。故本模具采用点浇口。其图形如下：第三章 浇注系统与排气系统设计 - 14 - 图 3.27.成型板 8.垫板 9.定模座板 10.定位圈 11.螺钉 M8x21 12.浇口套 13.型芯（2） 15.型芯固定板（2） 18.型芯（1）主流道，分流道，浇口的计算浇注流道内的融料流速在整个截面上的分布是不相等的，中心最大两边界为零。融料的流速从流道中心到边界随半径变化的变化率称为剪切速率，用以下经验公式表明： = 33 . 3nRQ剪切速率，s；1Q体积流速，cm s；3流道半径，cm；Rn体积流速用下式表示：Q=（0.50.8）tVV注塑机额定注射体积，cm ；3t可调定的注射时间， s；0.50.8是指制品和浇道体积占注塑机额定注射体积的比例。第三章 浇注系统与排气系统设计 - 15 - 注塑机额定注射量和可调定的注射时间的关系可查表得知。3.4 冷料穴与拉料杆的设计 冷料穴是用来储存注射间隔期间喷嘴上产生的冷凝料头，以防冷凝料头进入流道堵死浇口，或进入模腔影响制品表面质量。冷料穴一般设置在有分流道的浇注系统上，常设在主流道跨过分流道的末端，或设在分流道的末端。在设计中选用了带倒锥形头拉料杆的冷料穴。设计中，拉料杆贯穿垫板后与凹模板连接。当开模时，拉料杆将凝料从主流道中脱出，后经阶梯定距杆、顺序开模机构的作用一次分型凝料从拉料杆上脱落，推件板将塑件顶出。结构如下图所示： 图 3.31.动模座板 2.垫板（1） 3.推杆 4.导套 5.型芯固定板（1） 第三章 浇注系统与排气系统设计 - 16 - 6.导柱 7.成型板 8.垫板（2） 9.定模座板 10.定位圈 11.螺钉 M8x21 12.浇口套 13.型芯（2） 14.阶梯定距杆 15.型芯固定板（2） 16.推件板 17.支撑板 18.型芯（1） 19.垫块 20.推杆固定板 21.螺钉 M12x115 22.螺钉 M8x21 3.5 排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气处，还有成型过程中固化反应产生的气体。这些气体要顺利地排出模具之外，否则，被压缩的气体所产生的高温将引起塑件局部烧焦炭化或产生气泡，还可能产生焊接痕等。尤其是高速注射和热固性塑料注射成型，排气是很有必要的。常用排气方法有两种：即在模具上单独开设排气槽和利用模具零件的配合间隙自然排气。本设计应用了后者，即利用模具零件的配合间隙自然排气。其示意图如下图所示:第四章 成型零件设计 - 17 - 第四章 成型零件设计直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为凸模（或型芯）。由于凸、凹模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凸、凹模件具有足够的强度、刚度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。4.1 分型面的选择：分开模具能取出塑件的面，称作分型面，其它的面称作分离面或称分模面，注射模只有一个分型面。 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。选择分型面的位置时， （1） 分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 （2） 使塑件留在动模一边，利于脱模 （3） 将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 （4） 轴芯机构要考虑轴芯距离 （5） 分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 一般在分型面凹模一侧开设一条深 0.025 0.1mm 宽 1.56 mm 的排气槽。亦可以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气 4.2 成型零件的结构及设计1. 凹模是成型塑料制品外型的主要零件。它可以有整体式型腔、整体镶嵌式、局部镶嵌式、和组合式型腔。(1) 整体式：结构简单，成型的制品质量较好，但是对于形状复杂的凹模，机械加工工艺性较差(2) 整体镶嵌式：整体镶嵌式型腔是将型腔轮廓加工在一块零件上，为了减少高价模具钢用量，或便于加工，可采用整体镶嵌式型腔。（3） 局部镶嵌式型腔：型腔某一部位因形状特殊加工困难，或易损坏需经常更换，特意将该部位做成镶嵌结构。因塑件工艺需要，如用零件拼接缝做排气、引气通路，特意将困气部位做成镶嵌结构。第四章 成型零件设计 - 18 - （4） 组合式型腔：大型模具为加工、热处理和抛光研磨方便，将完整的型腔分割成几部分，分开加工后再组装在一起。一般组合式型腔是四壁与底部进行组合。在设计中采用了整体式型腔，这样可以做到结构简单设计合理。 2 .型芯的结构设计 型芯是成型塑料制品内表面的成型零件。 型芯主要有结构形式有整体式型芯、整体镶嵌式型芯、组合式型芯 (1)整体式型芯：整体式型芯是将型芯轮廓直接加工在模板上，整体式型芯结构牢固，制品成型质量好，但高度高的的型芯零件加工量大，浪费多，结构复杂的还不便加工。高度较低的扁平状型芯零件，或型芯零件材料比较普通时，可采用整体式型芯(2)整体镶嵌式型芯：整体镶嵌式型芯是将型芯轮廓加工在一块零件上，可用台阶压板法和沉孔嵌入法安装固定在模板上。为了节约高价模具钢用量，或便于加工，可采用整体镶嵌式型芯。（3）组合式型芯：结构复杂的型芯一体加工比较困难，分割后单独加工简单方便，加工完在拼装成一体。（4）型芯杆：成型孔一类 的小型芯称为型芯杆，或称内 嵌件。在设计中采用的整体镶嵌式型芯和型芯杆，型芯杆单独加工完安装在凹模上，其头部作为小型芯加工成孔的形状。 图4.1第四章 成型零件设计 - 19 - 4.3 成型零件尺寸的计算用零件图的形状可相应得到型腔的的尺寸。塑件的加工精度取为 5 级，从而可根据零件的尺寸公差确定模具的制造公差，同时还要考虑零件的装配要求，即要保证相互配合零件间的配合要球。1.确定活动圈模具的尺寸由型芯的尺寸公式得：=1l 4/31kl塑 43. 028. 14/30055. 019343. 07 .94=2l 4/31kl塑 15. 044. 04/30055. 01608. 099. 6深度尺寸h =19.51 3/21kh塑 15. 044. 03/20055. 011915. 0模具型芯位置尺寸计算：C =12/1 kC塑231*74. 00055. 0180123. 056.80C =22/1 kC塑231*00. 10055. 0140167. 038.402.确定活动圈的尺寸由型腔的尺寸公式得：=1l 4/31kl塑 43. 028. 14/30055. 019343. 07 .94=2l 4/31kl塑 15. 044. 04/30055. 01608. 099. 6深度尺寸：h =19.51 3/21kh塑 15. 044. 03/20055. 011915. 0模具型芯位置尺寸计算：C =12/1 kC塑231*74. 00055. 0180123. 056.80C =22/1 kC塑231*00. 10055. 0140167. 038.40第五章 导向与脱模机构设计 - 20 - 第五章 导向与脱模机构设计5.1 导向机构设计塑料模具设有导向机构，在模具工作时，导向机构可以维持动模和定模正确合模，合模后保持型腔的正确形状。同时，导向机构可以引导动模按顺序合模，防止型芯在合模过程中损坏；并能承受一定的侧向力。导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用。定位作用是为了避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于因为位置的偏移而引起壁厚不均，或者模塑失败：导向作用则是在动定模合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模获型芯撞击型腔，损坏零件。承受一定侧压力指塑料注入型腔后会产生单项侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定侧压力。当侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需要增设锥面定位装置。对于三板模、脱模板脱模等，导柱还要承受悬浮板的质量。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，本设计采用导柱导向，下图为导柱的示意图：图 5.15.2 脱模机构设计脱模元件是直接与塑料制品接触，推制品出模的工作零件。第五章 导向与脱模机构设计 - 21 - 1. 脱模机构设计时遵循以下原则：因为塑料收缩时抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模；（1） 顶出力应作用在塑料刚性和强度最大的部位，如加强肋，凸缘，厚壁等处，作用面积也可能大一些，以防止塑料变形和损坏；为保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或塑件外观影响不大的部位；若顶出部位需设在塑件使用或装配的基面上时，为不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件 0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。2. 简单脱模机构在动模一边施加一次顶出力，就可以实现塑件脱模的机构称为简单脱模机构。通常包括顶杆（或推杆）脱模机构、顶管（推管）脱模机构、顶板（或推板）脱模机构、顶块（或推块）脱模机构、活动镶件或凹模脱模机构。本设计采用顶杆和推板脱模机构。这是最常用的一种脱模机构。这些顶杆一般只起顶出作用。有时根据塑件的需要，顶杆还可以参加塑件的成型，这时可将顶杆做成与塑件某一部分相同形状或作为型芯。顶杆多用 T8A 或 T10A 材料，头部淬火硬度达到 50HRC 以上，表面粗糙度取 Ra 值小于 0.8，和顶杆孔呈 H8/f8 配合。顶杆是模m具标准件，在很多城市的模具标准件商场里有各种直径、长度、断面形状的顶杆销售。图 5.2第五章 导向与脱模机构设计 - 22 - 顶杆顶出塑件后，必须回到顶出前的初始位置，才能进行下一循环的工作。因此，可设计复位杆来实现这一动作，也可模具合模时由型腔推回。目前常用的回程形式有三种：回程（或复位）杆回程，复位杆端面与分型面平齐，合模时，定模板推动复位杆，通过顶杆固定板、顶板使顶杆恢复到顶出前的位置。复位杆必须装在固定杆的同一固定板上。顶杆兼回程杆回程。弹簧回程。在设计中采用的是顶杆和推板脱出塑件后回程杆回程。有时，顶出机构中的顶杆较多、顶杆较细、或顶出力不均衡，顶出后顶杆可能发生偏斜，造成顶杆弯曲或折断，此时，应考虑设计顶出机构的导向装置。 推件板中间开孔与型芯的配合间隙以不产生溢料的临界间隙为最大允许间隙。推件板推件反复与型芯根部摩擦，日久配合间隙变大，溢料废边越来越明显。为了减小磨损，推件板开孔侧面与型芯根部侧面可做成 510 度的斜面配合结构，推件板侧面和型芯根部侧面磨损就少，拼接缝密封好，制品质量高，配合面磨损又能自动补偿。第六章 温度调节系统设计 - 23 - 第六章 温度调节系统设计塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。模具温度过高，成型收缩大，脱模后塑件变形速率大，而且还容易造成溢料和粘膜。模具温度过低，则熔体流动性差，塑件轮廓不清晰，表面会产生明显的银丝或流纹等缺陷。当模具温度不均匀时，型芯和型腔温度差过大，塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形，会影响塑件的形状和尺寸精度。6.1 冷却系统设计（1） 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。（2） 冷却孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。，根据经验，本设计为 10mm ,冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水孔直径的 1-2 倍，冷却水孔中心距约为水孔直径的 3-5 倍。（3） 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应相等。（4） 浇口处加强冷却。一般在注射成型时，浇口附近的温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却。（5） 应降低进水与出水的温差。如果进水与出水的温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温度差不大于 5 C。0（6） 合理选择冷却水道的形式。对于收缩大的塑件应沿收缩方向开设水孔。（7） 合理确定冷却水管接头位置。为不影响操作，进出口水管接头通常设在注塑机背面的模具同一侧。第六章 温度调节系统设计 - 24 - （8） 冷却系统的水道应尽量避免与模具上其他机构（如推杆、小型芯孔等）发生干涉现象。设计时通盘考虑。（9） 冷却水管进出接头应埋入模板内，一面模具在搬运过程中造成损害。图 6.1方槽宽总结 - 25 - 总结本次设计 所研究的注塑成型模具设计， 主要是设计了一套活动圈的注塑模具。此活动圈是采用了 POM 为材料。 其内容包括：导柱、定模座板、动模座板、定位圈、推杆、水管接头、上模座、工件、落料凹模的设计等。本次设计是为了解决实际生产过程的快速成型问题，以满足个生产企业的需要，降低工人的劳动强度，提高产品生产效率和质量，进而提高企业的经济效益。本次设计采用 Auto CAD 平面设计软件为工具，大大提高了绘图的速度，与图纸的美观性，充分体现了计算机辅助绘图的灵活、高效。参考文献 - 26 - 参考文献1机械设计手册，北京：机械工业出版社，20042曾正明主编，机械工程材料手册（金属材料），机械工业出版社，20033陈再枝，马党参编注，塑料模具钢应用手册，化学工业出版社，20054朱光力，万金宝等编注塑料模具设计，清华大学出版社，20035张佑生主编，塑料模具计算机辅助设计，机械工业出版社，20036塑料机械设计，轻工业出版社，1999.107洪慎章编著，实用注塑成形及模具设计，机械工业出版社，2006.18申开智主编，塑料成型模具，中国轻工业出版社，2002.69蒋继红，王萧岳等编绘，塑料成型模具典型结构手册，中国轻工业出版社。2006.410王兰美主编，机械制图，高等教育出版社，2003致谢 - 27 - 致谢感谢机械工程学院的所有老师在三年来对我学习和生活上的帮助，谨向所有老师表示衷心的感谢！本人的毕业设计论文一直是在导师姜英的悉心指导下进行的。姜老师治学态度严谨，学识渊博，为人和蔼可亲。并且在整个毕业设计过程中，姜老师不断对我画的图纸进行校正，并提出许多新的问题，使得我的毕业设计课题能够深入地进行下去，也使我接触到了许多理论和实际上的新问题，使我做了许多有益的思考。在此表示诚挚的感谢和由衷的敬意。 姜老师在模具设计方面具有丰富的实践经验，对我的设计工作给予了很多的指导和帮助，使我能够将理论中的结果与实际相结合。另外，他对待问题的严谨作风也给我留下了深刻的印象，姜老师本人也非常和蔼，对于学生的问题，无论多么简单，他都是有问必答，即使不是自己带的学生，也是仔细作答直到学生会了为止。在此表示深深的谢意。 此外，还要感谢，所有关心、帮助过我的朋友和同学。 - 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