骨架零件注塑模具设计

骨架零件注塑模具设计本科毕业设计（论文）骨架零件注塑模具设计Injection Mold Design of Skeleton Parts学 院：机械工程学院专业班级： 机械设计制造及其自动化学生姓名：学号：指导教师：（副教授）2014年5月毕业设计（论文）中文摘要骨架零件注塑模具设计摘 要：本设计主要叙述了丙烯脯-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）为 材料的骨架零件注塑模具的设计过程。此模具在设计时考虑了骨架零 件的生产批量及其生产效率和生产成本。此产品为方形骨架零件，其 外形较为规则，中间为空心结构，其侧面有凹槽。考虑到产品需要一 定的抗冲击性，耐腐蚀性及优良的电气性能。本产品选用丙烯脯-丁 二烯-苯乙烯共聚物（ABS）材料。由于本产品结构为内部空心，且 侧面有凹槽。所以在模具结构上必须带有抽芯结构。由于本产品的生 产批量较大，故模具的自动化要求较高，所以采用斜导柱抽芯机构。 在本设计中模具的结构为斜导柱固定在定模板上，斜滑块在动模板上 滑动的结构形式，定位方式采用定位销和锁紧楔定位锁紧。最后由推 件板将塑件推出。本设计对主要的零件都进行了设计，并在文中插入 了非标准零件图。以及模具结构图。关键词：注塑模具；侧向抽芯；骨架零件毕业设计（论文）外文摘要Injection Mold Design of Skeleton PartsAbstract: The design of the main narrative of acrylonitrile - butadiene - styrene copolymer (ABS) for the material skeleton parts injection mold design process.This mold was designed with a production volume and production efficiency and production costs skeleton parts. This product is a square frame part, its shape more regular, intermediate hollow structure, the side grooves.Taking into account the product requires a certain impact resistance, corrosion resistance and excellent electrical properties. This product is made of acrylonitrile - butadiene - styrene copolymer (ABS) mat erials. As the product structure is hollow inside, and the side grooves. So in the mold structure must be drawn with the core structure. Due to the large batch production, so the higher the mold automation requirements, so the use of bevel pillar core-pulling mechanism. Its structure is substantially inclined pillar in the fixed mold, oblique slider movable mold structure. Its positioning using wedge structure positioning. , Pulling oblique lateral pillar classification. Finally, the board will push plastic parts available.The design of the main parts of the design are carried out and insert a non-standard parts diagram in the text. And the structure of the mold.Keywords:Injection mold; Lateral Pulling; Skeleton parts,-3-/41骨架零件注塑模具设计目 录I绪论02塑件成型工艺性分析22.1 塑件的分析22.2 ABS工程塑料的性能分析33拟定模具的结构形式和初选注射机53.1 分型面位置的确定53.2 型腔数量和排列方式的确定53.3 注射机型号的确定64浇注系统的设计84.1 主流道的设计94.2 分流道的设计1。4.3 浇口的设计114.4 冷料穴的设计125成型零件的结构及计算135.1 成型零件的结构设计135.2 成型零件的工作尺寸计算136模架的确定167导向机构的设计198脱模机构的设计209侧向分型及抽芯机构设计2210温度调节系统的设计2711排气系统的设计3。12注射机参数的校核31结论32-4-/41骨架零件注塑模具设计致谢33参考文献34-5-/41骨架零件注塑模具设计1绪论一、研究意义塑料是2。世纪发展起来的新兴材料，由于应用广泛，已替代部 分金属、木材、皮革及硅酸盐等自然材料，成为现代工业和生活中不 可缺少的一种人造化学合成材料，并及金属、木材和硅酸盐三种传统 材料一起，成为现代工业生产中四种重要的原材料之一。151 二、国内外研究现状和水平塑料模具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，取得了很大成绩。这可以在下列几个方面：(1) CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越 普遍,特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，取得了很大成绩；(2)应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水 平；(3)气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟；(4)热流道技术的应用更加广泛；(5)精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高；(6)模具寿命不断提高；(7)模具效率不断提高；(8)采用模具先进加工技术及设备。综上所述,我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来确实发展 很快,有些已达到或接近国际水平。然而，由于我国模具制造基础薄弱, 各地发展极不平衡,因此总体来看及国际先进水平相比和及国内外市 场需求相比,差距还很大。这主要表现在：塑料模具产品水平，工艺 装备水平，开发能力及经济效益等方面，管理及其他方面和产需矛盾 等方面。三、发展趋势从塑料模具的设计、制造及材料选择等方面的考虑，塑料模具技 术发展趋势可归纳为以下几方面：(1)塑料模具标准化。模具标准化程度将不断提高我国模具标准 化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到 30%左右,国外发达国家一般为80%左右。(2)在模具设计制造中将全面推广CAD/CAM/CAE技术。 CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证 明,CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。(3)加强理论研究。随着塑料制件想大型化，复杂化和精密化发 展，模具的制造成本也悦来越高。所以，模具生产已由传统的经验设 计想理论设计，数值模拟的方向发展。(4)塑料模具专用材料的研究及开发。模具材料选用再模具设计 及制造中占有重要地位，直接影响模具成本，使用寿命及塑料制件的 质量。国内外模具材料工作者进行了大量的研究工作，以开发出的材 料有基本型，预硬型，时效硬化型，热处理硬化型和马氏体时效钢和 粉末冶金模具钢等几种类型。(5)模具加工的新技术及发展。模具加工技术及设备的现代化发 展，推进了模具行业企业向着技术密集，专业化及柔性化相结合，高 技术及高技艺相机和的方向发展。6 / 412塑件成型工艺性分析2.1 塑件的分析该塑件壁厚为2mm3mm,塑件的外形尺寸不大，塑料的熔体 流程不长，且塑件的材料为热塑性材料，流动性较好，适合于注射成 型。塑件的每个尺寸的公差都不一样，但任务书中已给出部分尺寸的 给定公差，未注公差的尺寸取公差MT5.该塑件的形状是一长方体中 空零件，其四周有凹槽，塑件形状尺寸如下图2-1所示图2-1骨架零件2.2 ABS工程塑料的性能分析ABS供聚物):无毒、无味、微黄色：密度为(1.02-1.05) g/cm )制品光泽较好。冲击韧性、力学强度较高、尺寸稳定，电性能、化 学耐腐蚀性好，易于成型和机械加工，可作双色成型件。适于作一般 机械零件，减磨耐磨零件，传动件电信结构件等。111查文献川表0.1可知ABS注射参数如下表注射类型 螺杆转速 喷嘴类型料筒温度模具温度 注射压力 保压力注射时间 保压时间 冷却时间 成型时间 后处理螺杆式30-60r/min直通式；温度180190 C前段 200210 C中段 210230 C后段 180200 C5080 C7090MPa5070MPa35 S15-30 S15-30 S40-70 S红外灯烘箱；温度70 C;时间24h.表2-1ABS注射参数表3拟定模具的结构形式和初选注射机3.1 分型面位置的确定对此塑件进行结构形式的分析可知，此塑件的分型面选用垂直分 型面，分型面形状如图3-1所示图3-1分型面表示图3.2 型腔数量和排列方式的确定在本设计中，由于此骨架零件属于中小型塑件，而且它的形状比 较规则，精度要求也比较一般不是很高，批量生产。但是该塑件的四 周有凹槽，所以需要有侧抽芯机构。如果该塑件采用一模一腔虽然可 以简化模具的结构以及提高塑件精度，但这样会使生产效率降低并提 高生产成本。所以考虑到以上条件在模具中采用一模两腔。由于本塑 件的四周有凹槽所以需要侧向抽芯，故本模具的型腔布置方式如图 3-2所示：图3-2型腔排列图3.3 注射机型号的确定通过Proe/E建模分析的塑件质量为5克，取材料密度为 1.05g/cm；所以塑件体积为：V = =4.76cm1(3-1),。1.05浇注系统的体积。由于浇注系统的凝料体积是个未知的值。若是 流动性好的普通精度塑件，浇注系统凝料月为塑件质量或体积的 15%20% (多浇口多型腔时，注塑厂的统计资料)。若是流动性不 太好、或者是金木塑件，据统计每个塑件所需浇注系统的质量或体积 是塑件的。.21倍。当塑料熔体粘度高，塑件愈小、壁愈薄，型腔 越多又做平衡式布置是，浇注系统的质量或体积甚至还要大，而大型 塑件采用直接浇口时，浇注系统质量相对很小，可忽略不计。在学校 做设计时以0.6nV里作为预测估算。V淡=0.6n V仪=2.856 cm3(3-2)骨架零件注塑模具设计V =n V, + V , =12.376 cm3 (3-3)M； = 12.376x1.05=12.9948g 注射压力：P注/成型(3-3)查文献川表0.1可知P =7090Mpa成型锁模力：PA(3-4)P塑料成型是型腔压力，ABS塑料的型腔压力为30MPaA浇注系统和塑件在分型面上投影面积的总和A=2 5x22.5+3.14x3=571.92mm2(3-5)PA=30x571.92=17157.6KN(3-6)根据之前所计算的数据并查参考文献表13-1可选择注塑机型 号为XS-ZY-60的卧式注射机，其主要技术参数如下表所示：项目条件结构形式理论注射容积/cm60螺杆直径/mm38注射压力/MPa122注射行程/mm170注射时间/s1.2喷嘴口孔径/mm网7 / 41骨架零件注塑模具设计喷嘴球半径/mmSR12定位孔直径/mm外。丁旧移模行程/mm300锁模力/Kg500最大成型面积/mm?130最大模具厚度/mm200最小模具厚度/mm70模板最大行程/mm180锁模方式液压-机械表3-1注射机参数表4浇注系统的设计浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利的充满到模腔深处，以获 得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑件。因此要求充模过程快而有序,压力损失小，热量散失少，排气条件好,浇注系统凝料易于及制品分 离或切除。网4.1 主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴及分流道的塑料熔体通道，是熔体注 入模具最先经过的一段流道，其形状、大小会直接影响熔体的流动速 度和注射时间。在本设计中我采用的是垂直式主流道。在卧式注射机上主流道垂 直于分型面，为了使凝料能顺利拔出，主流道结构为圆锥形。锥角取4 ,内壁粗糙度Ra小于0.4?,主流道小端直径取决于注射机喷嘴孔孔径d=喷嘴孔孔径+ (0.5-1) mm=5mm浇口套的材料为T8A，热处理要求为53-57HRC,SR=喷嘴球半径 + (1-2) mm=13mm主流道长度L 一般控制在60以内在本设计L=50mm主流道大端直径D=d+2Ltan =8mm2球面配合高度h=3-5mm 在本设计中取h=3mm主流道具体尺寸如下图4-1所示4.2 分流道的设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流 道是指主流道末端及浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注 系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流 向变换以获得平稳的流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压 力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小， 能将塑料熔体均衡的分配到各个型腔。分流道长度L=25mm分流道布置形式及截面的形状尺寸如图4-2, 4-3所示:4.3 浇口的设计浇口也称进料口，是连接分流道和型腔的通道，除了直接浇口外, 它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统中的关键部分，浇 口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。浇口的作用是 使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料 以后，浇口应按要求迅速冷却封闭，防止预塑时（螺杆后退）型腔内还未凝固的熔体回流。网本设计中塑料的材料为ABS, ABS适用于各类浇口，在本设计 中选用侧浇口，浇口截面形状为半圆形，其半径为0.5mm长度为 0.5mm4.3冷料穴的设计在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这 一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部 到注射机料筒以内约10mm25mm的深度有个温度逐渐升高的区 域，这时才达到正常的塑料溶体温度。位于这一区域内的塑料的流动 性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会 产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接受 冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间 隔所产生的冷料的井穴成为冷料穴（冷料井）。在本设计中冷料穴为端部是球头形拉料杆的形式。冷料穴截面直 径为20mm,长度为18mm。14 / 415成型零件的结构及计算成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件，各种成型杆及成 型环。1315.1 成型零件的结构设计凹模是成型塑料件外表面的成型零件。凹模的基本结构可以分为 整体式、整体嵌入式和组合式。通过之前所分析本塑件的结构为中 空的工字型薄壁零件，四周有侧凹结构，故在本设计中采用侧向滑块 组合式凹模。本塑件尺寸较小，可采用电火花，线切割等加工方式。 然后将其装入模板中,这样提高了加工效率,且便于日后的维修拆卸。型芯的设计。在本设计中塑件的内表面为一中空的方形孔，故型 芯为方形杆。在脱模时采用推件板推出。5.2 成型零件的工作尺寸计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主 要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽），型腔 的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。任何 塑件都有一定的几何形状和尺寸精度的要求，如有配合要求的尺寸， 则精度要求较高。在模具设计时，应根据塑件的尺寸精度等级确定模 具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素1 .塑件收缩率波动所引起的尺寸误差bs2 .模具成型零件的制造误差Sz3 .模具成型零件的磨损误差6 c4 .模具安装配合的误差6/骨架零件注塑模具设计在本设计中采用按照平均收缩率、平均磨损量和模具平均制造公 差为基准的计算方法。5=xl00%(5-1)为塑料的平均收缩率由材料的性质可知：ABS的收缩率为0.3%-0.8%,代入公式(5-1):所以 5=xl00%=0.55%在型腔和型芯工作尺寸计算之前，需对塑件重要尺寸按机械设计 中最大实体原则进行转换，即塑件外形尺寸L,和高度尺寸H.(名义 尺寸)为最大尺寸，其公差值为负值，制造公差6 z为正值；塑件 的内腔尺寸L,及深度尺寸h,(名义尺寸)为最小尺寸，其公差为 正值，制造公差6 z为负值；模具中心距C.”和中心距尺寸Cs均为公 称尺寸，其公差为正负5z/2。Sa、SmE和 工分别为塑料的最大 收缩率最小收缩率和最大收缩率、最小收缩率和平均收缩率。型腔和型芯工作尺寸的计算型腔径向尺寸L“=(l +亍)LX联(5-2)L.为凹模径向尺寸Ls为塑件径向公称尺寸亍为塑料的平均收缩率为塑件公差值X为修正系数(0.5-0.75)在本设计中取0.75 对于中小型塑件5 z取？。代入公式(5-2):A/1=25+25x0.55%-0.75x0.347“3=24.887316 / 41骨架零件注塑模具设计Lj =22.5+22.5X0.55%-0.75X0.34产=22.37, Ln 乜=16.5+16.5X0.55%0.75X0.24/08 = 16.42/08 L v/4 =14+14X0.55%-0.75X0.24 j008 =13.89708 其中Lm为骨架边缘的长为骨架边缘的宽Lm3为骨架中间部分的长为骨架中间部分的宽 (2)型腔的深度尺寸H.v/=(1 + S)H5-|a =13.899 产 (5-3)(3)型芯径向尺寸1.,二=(1+5)14与黑(5-4)代入公式(5-4):L”i，=(1+0-55%)+0.75x0.24匕=13.2508L”:=(1+0.55%)+0.75x0.24:= 10.74200g V%(4)型芯高度尺寸h$=(l+S)h,+x匕(5-5)代入公式(5-5):11/=(1+0.55%汝14+好0.20兀=14.21几19 / 416模架的确定上述内容经过计算确定之后，即可一句计算结果来选定模架，再 次设计中，我参照各模板的标准尺寸来绘图，但是在以后的工厂设计 时应选用标准模架，以便提高生产周期，提高效益。根据之前所拟定的型腔布局和相互位置尺寸，再根据之前所计算 成型零件的尺寸，再结合标准模架，选用结构外形为A型模架。尺寸 为 180mmx230mm o模具上所有的螺栓应采用内六角螺栓。1 .定模座板（230mmx230mm 厚 20mm）定模座板是注射机模具和连接固定的板，定位圈采用4xM5的内骨架零件注塑模具设计六角圆柱螺栓和定模板固定，定模座板及浇口套的配合尺寸为 例6A8/8配合，材料选45钢。2 .定模板（180mmx230mm 厚 25mm）定模板是用于固定型芯、导套等，在本设计中是用于固定斜导柱 以及导套，锁紧楔的板，需要一定的厚度和一定的强度，一般用45 钢或Q235A钢制作，且调质为230HB-270HB。定模板的导套孔和导套的配合：大端采用H7/k6配合，小端采 用H7/e7配合，定模板及浇口套采用H8/m6配合，定模板及斜导 柱的配合为H7/e7,定模板两侧各有2个M8的孔，以便固定锁紧楔, 其上方还应有两个沉孔以便固定斜导柱。3 .型芯固定板（180mmx230mm 厚 40mm）型芯固定板（动模板）在本设计中型芯固定在动模板上，用推件 板推出。在本设计中采用的是斜导柱侧向滑块抽芯机构，故型芯固定 板上需要有一定的导滑槽以及斜导柱孔，还有导柱孔。其材料选用 45钢。导柱孔及导柱采用H7/m6配合。4 .型芯固定板垫板（180mmx230mm厚10mm）型芯固定板垫板的作用是用来支撑固定型芯的。其材料选用45 钢。5 .垫块（33mmx250mm 厚 50mm）主要作用，在动模座板及支撑板之间形成推出机构的空间，或是 调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。在本设计中采用平行垫块的形式，其材料选用45钢6 .推杆固定板（110mmx230mm 厚 12mm）骨架零件注塑模具设计推杆固定板是用于固定推杆的板其材料选用45钢，其上应有4 个M4的孔以及2个推杆孔和2个导套安装孔，其中推杆孔大小为。6mm, 沉孔大小为。10mm,深度为4mm。导套孔及推板导套采用H7/f9配合。7 .推杆固定板垫板（1 lOmmx230mm厚12mm）推杆固定板垫板是用来支撑推杆的板。其材料选用45钢。及推 杆固定板相同的是有4个M4的沉孔且有两个导套安装孔。导套安装 孔及导套采用H7/f9配合。8 .动模座板（230mmx230mm 厚 20mm）动模座板的材料选用45钢，其上的注射机顶杆孔为前0?，其 上的推板导柱孔及推板导柱采用H7/m6配合。21 / 41骨架零件注塑模具设计7导向机构的设计注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定为两种类型。导柱导 向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动向导。锥面 定为机构用于动、定模之间的精密对中定位。该模具采用导柱导向定位机构。推出机构的导向零件由推板导柱 及推板导套组成。在本设计采用带头导柱，导柱导面部分长度比凸模端面高出 8- 12mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。导柱的材 料选用T10A,热处理至50-55HRC,导向部分的表面粗糙度Ra为 0.8-0.4网,，导柱的固定部分表面粗糙度Ra为0.8m,在本设计中采 用四根导柱。导柱的固定端及模板间的配合采用H7/M6过渡配合、 导向部分配合采用H7/f7间隙配合。导套选用用带头导套的形式采 用H7/m6配合模板。导柱及导套的安装尺寸见装配图。导柱及导套的详细尺寸见零件 图。26 / 418脱模机构的设计脱模推出机构时应遵循下列原则：1 .推出机构应尽量设置在动模一侧。2 .保证塑件不因推出而变形损坏3 .机构简单，动作可靠4 .良好的塑件外观5 .合模时的正确复位脱模力脱模力是动模一侧的主型芯上或型腔脱出塑件所需施加的外力， 它包括塑件对型芯包紧里、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动 阻力。121脱模力是注射模脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算及测 量十分复杂。其计算方法有简单估算法和分析估算法。下面应用简单 估算法对高涛模具的脱模力进行估算由经验公式F: =10f( aE(T, -T,)th(8-1)其中L为脱模系数，即在脱模温度下塑件及型芯表面之间的 静摩擦因数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响a为塑料的线膨胀系数(1/)E为在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量(MPa)Tz为塑料的软化温度CC)T1,脱模时塑件温度CC)t塑件的壁厚(mm)h型芯脱模方向的高度(mm)脱模力计算中物理参量的准确确定是较为困难的。每个参数都会 随着温度而变化，其中脱模系数L的确定最为复杂。L大于钢及塑料 滑动系数的2倍以上，且及模温、压力、冷却时间、顶出速度等工艺 条件有关。查文献中表2-12可得ABS的脱模力计算参量为ABS E=1.8-2.6(103xMPa)f,=0.38-0.55Tz =90-108 ()T. =50-70 ()S故初选注射机的行程符合要求经过上述校核，本设计中模具锁选的注射机型号XS-ZY-60的参 数符合要求结论通过本次毕业设计，对于模具的设计制造我有了更深的理解。在 此次模具的设计过程中，对于模具的设计和制造工艺有了详细的认 知。毕业设计是从学校到实践的桥梁。是我们将学校所学的知识理论 应用到实际生产的第一步。也使我提高了模具的设计能力。在本次设计过程中，我熟练掌握了模具设计的基本技能，绘图、 计算、查阅设计资料和手册。对于模具的国家标准以及国际标准也有 了详细的认知。对于CAD, Pro/E等软件我已经能够熟练的运用。 为以后步入社会打下了基础。我设计的模具是以斜导柱抽芯机构为主要结构的模具。其分型面 采用垂直分型面。斜导柱在定模，斜滑块和型芯在动模的结构。斜滑 块定位采用定位销定位，由锁紧楔锁紧。开模时由推件板推出的原理。骨架零件注塑模具设计此次模具设计让我在模具设计方面有了长足的进步。对于此次毕 业设计，敬请各位老的指正。致谢在本次毕业设计中，老师的悉心指导给了我很大的帮助；在设计 过程中，我及同学们探讨时，也得到了很多的帮助，使我在这次设计 中对模具有了很大的进步。在此，对于指导老师以及同学表示衷心的 感谢。38 / 41骨架零件注塑模具设计参考文献1邹继强.塑料制品及其成型模具设计.北京：清华大学出版社， 20052伍先明，张蓉，杨军等.北京：国防工业出版社，20113徐佩弦.塑料制品及模具设计.北京：中国轻工业出版社，2008洪慎章.实用注塑成型及模具设计.北京机：械工业出版社，200639 / 41骨架零件注塑模具设计齐晓杰.塑料成型工艺及模具设计.北京：机械工业出版社，201240 / 41