毕业设计（论文）-灭火器桶座注塑模具的设计

中文摘要塑料制品工业作为我国轻工业的支柱产业之一，近年来又取得了突飞猛进的发展。我国塑料制品工业的发展历史不长，属于新兴工业。因此，急需通过加快技术进步来优化产品结构，提高生产工艺，技术装备。我的设计题目为灭火器桶座，其有4个侧孔、1个阶梯孔，需要有4个侧向抽芯机构、2个型腔、1个型芯来完成，总体来说本设计较为复杂。通过本次灭火器桶座注塑模的设计，应学会分析和解决塑料模具设计中出现的问题，进一步巩固、加深和拓宽所学的知识；掌握塑料件模具设计的一般规律，培养分析问题和解决问题的能力；通过计算、绘图和运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，进行全面的技能训练，为毕业设计打下一个良好的实践基础。关键词：塑料 ；发展 ；注塑模 ；模具设计 ；实践；全套图纸加扣 3346389411或3012250582 目录引言4第一章 设计课题4第二章 塑件成型工艺性分析52.1塑件的分析52.2PP的性能分析52.3 PP的注射成型过程及工艺参数6第三章 拟定模具的结构形式及注塑机初选73.1模具的结构形式73.2注射机型号的确定7第四章 浇注系统的设计94.1主流道设计94.2冷料穴的设计9第五章 成型零件的结构设计及计算105.1成型零件的结构设计105.2成型零件钢材的选用105.3成型零件工作尺寸的计算10 5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算11第六章 模架的确定126.1各模板尺寸的计算12第七章 排气槽的设计12第十章 脱模推出机构的设计1710.1推出方式的确定17第十一章 冷却系统的计算1711.1冷却介质1711.2冷却系统的简单计算18参考文献20引言 塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且坚固，耐化学腐蚀， 电绝缘性好，价格便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、 电器、家电和通讯产品制造中。 注塑成形是成形塑件的主要方法之一， 是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在 高压下注入到模具内经冷却固化获得产品的方法。注塑的优点是生产速度快，效 率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。塑料模近几年来发展迅速。模具日趋大型化，同时随着生产率提高的要求而发展为一模多腔，精度要求也越来越高，同时注射成型机和注射成型方法对塑料模也有重要的影响。经过对当前塑料模具的了解，我开始着手毕业设计。题目是灭火器桶座注塑模具设计，材料为聚丙烯（简称PP）。PP是无色、透明并有光泽的非结晶型的线型结构的高聚物 ，无毒、无味、无嗅，着色性好，透湿性大于聚乙烯，吸湿性很低，尺寸稳定，具有良好光泽；加工性能好，成本低机械性能随分子量的加大而提高；耐热性低，不能在沸水中使用；耐低温，可承受30的低温；有良好的室内耐老化性；对醇类有机溶剂、矿物油有较好的耐受性，耐酸、碱性能也很好；其原料来源广泛，石油工业的发展促进了聚苯乙烯大规模的生产。 第一章 设计课题学号1306031028：长度乘1.2系数后，一模一腔图1 第二章 塑件成型工艺性分析2.1塑件的分析（1）外形尺寸该塑件的壁厚为2mm，塑件的外形尺寸不大，塑件熔体流程中等，适合于注塑成型，如图1所示。（2）精度等级该塑件未标注公差，由参考文献【1】P28表2-3查得材料PP的公差等级为MT5。（3）脱模斜度PP属于成型收缩率较大，塑件的脱模斜度取0.75。（4）圆角灭火器转角处采用R6的圆角过渡，不仅避免了应力集中，提高强度，而且还使塑件变得美观有利于充模时的流动。2.2PP的性能分析（1）使用性能PP（聚丙烯）化学稳定性较好；耐寒性差，光氧作用下易降解老化，力学性能比聚乙烯好；主要应用于板、片、透明薄膜、绳、绝缘零件、汽车零件、阀门配件、日用品等；主要的使用温度是10120。（2）成型性能1、 无定型塑料。成型时收缩率大，成型性能较好，易产生变形等缺陷。2、 流动性较好。3、 模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推力过大或机械加工时塑件表面会呈现白色痕迹。（3） PP的主要性能指标表1 PP的性能指标总高115mm，最大径向直径118mm，厚度是3mm，该塑件圆周侧壁有4个通孔，塑件如图1所示 图22.3 PP的注射成型过程及工艺参数2.3.1注塑成型过程（1） 成型前的准备：对PP的色泽、粒度和均匀度等进行校验，由于PP吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。（2） 注射过程：原料在注塑机筒内进行加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的成形系统，其过程分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。2.3.2注射工艺参数注射机：螺杆式 （1）螺杆转速（r/min）：3060 （2）料筒温度：前200210 中210230 后180200 （3）模具温度：6080 （4）注射压力(MPa)：7090 （5）成型时间注射时间(s)：35；高压时间：1530；冷却时间：4070；总周期：90-135。 第三章 拟定模具的结构形式及注塑机初选3.1模具的结构形式3.1.1分型面位置的确定通过对塑件结构的分析，采用一次分型，分型面应选择在塑件中部，分型面如A-A，如图3所示 图3分型面的布置3.1.2型腔数量和排列方式的确定考虑到塑件较大，且四周都有较为复杂的通孔，选择一模一腔，根据塑件结构形状，推出机构拟采用脱模板推出机构，采用点浇口。3.2注射机型号的确定3.2.1注射量的计算塑件体积：塑件的质量：式中取0.91g/cm3.2.2选择注射机 （1）浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照体积的0.21倍来估算。由于本次采用流道简单，而且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.5倍来估算，故一次注入模具型腔熔体的总体积为V总=V塑（1+0.5）1=101.961.51=152.94cm3 （2） 初选注塑机根据参考文献【1】P73公式4-1则有：，根据以上计算和楷模行程，由参考文献【2】P39表1-25初步选择注塑机的型号为 LS200M-030MI，其主要参数如下表。表2注射机的主要技术参数3.2.3注塑机的相关参数的校核注射压力校核：P查课本表4-1可知，PP所需的注射压力为70-100MPa，这里取85MPa。注射压力的安全系数k=1.25-1.4，这里取k取1.35，则k1p0=1.3585=114.75塑件在分型面的投影面积 2浇注系统在分型面上的投影面积，按照多型腔的统计分析来确定， 这里适当取小一点，则： 3塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则 4模具型腔内的胀型力，则： 式中是型腔的平均计算压力值，通常取注射压力的20%-40%，大致范围为25-40MPa，取30MPa，从表2可知公称锁模力，锁模力的安全系数，这里取为1.2，则： 所以注射机的锁模力合格。对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 第四章 浇注系统的设计4.1主流道设计（1）主流道的长度：小型模具应尽量小于60mm，本设计取40mm。（2）主流道小端直径:（3）主流道大端直径，式中=4。（4）主流道球面半径：。（5）球面配合高度：h=3mm。（6）主流道凝料体积：（7）主流道当量半径：4.1.1 主流道衬套的形式主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为HRC 5458，主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。4.1.2 主流道衬套的固定主流道衬套采用压入式固定。4.2冷料穴的设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进去模具型腔而影响制品的表面质量。本设计仅有主流道冷料穴，由于该塑件表面要求没有压痕，采用脱模板推出塑件，故采用与Z形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对Z形料杆的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。 图4 第五章 成型零件的结构设计及计算5.1成型零件的结构设计（1） 凹模的结构设计用整体嵌入式凹模，加工效率高，装拆方便，可以保证精度。用螺钉定位，且拼合处有间隙，利于排气。便于模具维修，节省贵重的模具钢。与凹模固定孔的配合为H7/m6。（2） 凸模的结构设计（型芯）凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型，采用凸模采用整体嵌入式结构，放在动模垫板上，型芯与固定孔的配合为H7/m6。5.2成型零件钢材的选用 根据对塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的加工性能和抛光性能。又因为该塑件大批量生产，所以凹模的钢材选用P20，对于成型塑件外圆筒的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。5.3成型零件工作尺寸的计算 采用参考文献【1】P127表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，因为零件未标注尺寸公差，则根据参考文献【1】P28表2-3可知，PP在未标注公差的情况下精度等级取MT5，并根据参考文献【2】P30表2-4选取尺寸公差。查附录，PP收缩率为2%-2.5%,取平均收缩率2.3%，(1)型腔径向尺寸： 型腔深度尺寸： （2）型芯径向尺寸： 型芯径向尺寸: （3） 中心距尺寸： 5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算（1） 凹模侧壁厚度的计算：凹模侧壁厚与型腔内压强及凹模的深度有关，根据型腔的布置，模架初选的标准模架，其厚度根据参考文献【1】P129表4-19中的公式计算。 式中，p是型腔压力（MPa）;E是材料弹性模量（MPa）;h=W,W是影响变形最大的尺寸，W=50mm;是模具刚度计算许用变量。根据注射塑料品种。 式中，。凹模底部厚度的计算 第六章 模架的确定 由考虑到凹模的最小壁厚，导柱、导套及限位拉杆的布置等，再同时根据参考文献【1】P220公式4-67及4-68和参考文献【2】P169表4-3，可确定选用模架。6.1各模板尺寸的计算（1） A板尺寸。A板是定模型腔板考虑到塑件的高度，又考虑到在模板上还要考冷却水通道，需要留出足够的距离，故A板的厚度取53mm。（2） B板尺寸。B板是型芯固定板，在模架的规格中取板厚为40mm。（3） C板（垫块）尺寸。垫块在模架规格中厚度为90mm.经上述尺寸的计算，模架尺寸已经确定，板面为，模架结构形式为直浇口无推料板型。其外形尺寸：， 第七章 排气槽的设计 型腔中的气体可以沿着分型面和型芯与脱模板之间的间隙向外排出，为了保证能够顺利充型。分流道设计在分型面上，气体经分型面排出一部分，另一部分进入型腔后排出。 第八章 合模导向机构设计导向机构用来维持动模和定模的正确合模,合模后维持型腔的正确形式,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。在这里采用导柱导向机构,导柱导向机构是指导柱与导套采用间隙配合使导套在导柱上滑动,配合间隙采用H7/h6级配合,主要导柱导套。（1） 导柱的结构 采用带头直通式导柱如图5所示。图5导柱导柱的直径可用下式计算： 式中：w一根导柱承受模板重力()l模板重心距导柱根部距离（mm）E材料弹性摸量；（2）导套导套形状为了使导柱进入导套比较顺利可在侧面增加通气孔式在导柱的侧壁磨出排气槽。材料的选择可用淬火钢T12或铜等耐磨材料制造，但其硬度应底与导柱硬度，这样可以改善摩擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的精度与配合采用H7/h6。 第九章：抽芯机构9.1抽芯机构的确定9.1.1抽芯距离的确定与抽芯力的计算:抽芯距s=s1+5mmS1 为空深度在这里空深度为壁厚 所以 s=30mm抽芯力的计算:Fc=ChP(cos(a)-sin(a) =37.68200.9107(0.15cos(180)-sin(180)=31.7103NFc-抽芯力 C-侧型芯成行部分的截面的平均周长(m)= X12=36.78 mm h-侧型芯成行部分的高=20 mmp-塑件对侧型芯的收缩应力(包紧力)一般p=(0.8-1.2)x107pa模外冷塑件p=(2.4-3.9)107pa u=0.15,a-侧型芯的脱模斜度或倾斜角=150 9.1.2 斜导柱设计(1) 在确定斜滑块结构尺寸之前，应了解其设计要点： 斜滑块的导向斜角一般取15 o，斜滑块的推出高度必须小于导滑槽总长的2/3。 斜滑块在导滑槽内的活动必须顺利。 内抽芯斜滑块的端面不应高于型芯端面，而应在零件允许的情况下低于型芯端面0.050.10。(2) 斜导柱尺寸的确定 斜导柱的形状如图所示:其工作端的端部设计成半球形。 图6斜导柱的形状其材料选用T12碳素工具钢,热处理要求硬度HRC55,表面粗糙度为Ra0.8nm,斜导柱与固定板之间采用过渡配合H7/m6,滑块上斜导柱之间采用间隙配合H11/b11,或在两者之间保留0.5mm间隙。. 斜导柱倾斜角度的确定a为倾斜角L=s/sin（a）经查资料得 a取15o比较理想。(3) 斜导柱的长度计算 斜导柱的长度如图所示 其工作长度Lz=scos（）/sin（a） 为滑动定向模一侧的倾角因=0o所以L=s/sin（a）=6.5/sin（18 o）=21mmLz 斜导柱的总长度（mm）；d1 斜导柱固定部分大端直径（12mm）；h 斜导柱固定板厚度（20mm）；d 斜导柱工作部分直径（16mm）；S 抽芯距（30mm）。 =40/2tan(18o)+20/cos(0o)+30/sin(18o) 21+20+6.5+100+21.5 169mm 斜导柱安装固定部分长度为：=20/cos(18 o)-40/2tan(18 o)14.5mm 斜导柱安装固定部分长度斜导柱固定部分的直径（40mm）斜导柱固定部板的厚度（20mm）a 斜导柱的倾角(4) 斜导柱受力分析与强度计算Ft是抽芯力FC的反作用力.其大小与FC相等,方向相反,方向相反，Fk是开模力，它通过导滑槽施加于滑块F是斜导柱通过斜导柱孔施加于滑块正压力，其大小与斜导柱受的弯曲力Fw相等，F1是斜导柱与滑块间的摩擦力，F2是滑块与导滑槽间的摩擦力另外斜导柱与滑块，滑块与导滑模之间的摩擦系数为0.5 侧 侧 式中 F1= F2= 由式解得： 因摩擦力太小所以可以省略既（=0）所以 F=Ft/cos(a)=31.7105/cos(18.)=33.43105NFw=Fc/tan(a)=31.7105/tan(18)=9105N由Fc斜导柱的倾斜角在有关资料中可查到最大弯曲力Fw=1000KN 然后根据Fw和Hw=20mm以及可以查出斜导柱直径d=16mm。(5)滑块的设计滑块是斜导柱侧向分型抽芯机构中的一重要零部件，它上面安装有侧向型芯式侧向型芯块，注射成形时塑件尺寸的准确和移动的可靠性都需要靠它的运动精度保证，滑块的结构形状应根据具体塑件和模具结构进行设计可分为整体式和组合式在这里采用整体式图7所示。 图7 滑块的结构形状 第十章 脱模推出机构的设计10.1推出方式的确定本塑件采用脱模板的推出方式，脱模板推出时为了减小脱模板与型芯的摩擦，设计中在脱模板与型芯间留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，同时可以防止脱模板因产生偏心而发生溢料现象。10.2脱模力的计算因为，所以此处视为薄壁圆筒塑件，根据参考文献【1】P143式4-24脱模力为式中，F是脱模力（N）；E是塑料的弹性模量（MPa），查表1；S是塑料成型的平均收缩率（%）查表1；t是塑件的壁厚（mm）；L是被包型芯的长度（mm）；是塑料的泊松比查表1；是脱模斜度（）；是塑料与钢材之间的摩擦系数，查表1；r是型芯的平均半径（mm）；A是塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（）；是由和决定的无因次数，。（2） 推杆的尺寸计算 （3）推杆的强度校核 校核合格 第十一章 冷却系统的计算 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略因空气对流、辐射以及与注塑机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固所释放的热量应等于冷却水带走的热量。11.1冷却介质PP属于中的粘度材料，其成型温度及模具温度分别为190和30-60。所以模具的温度初步选定为30，用常温水进行冷却。11.2冷却系统的简单计算（1） 单位时间内流入模具的塑料熔体的总质量W 1塑料的体积 2塑料制品的质量 3塑件的壁厚为3mm,查参考文献【1】P210表4-34可得6.3.取注射时间，脱模时间，则注射周期：。由此得每小时注射次数： 4单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：。（2） 确定单位质量的塑件在凝固时所释放的 查参考文献【1】P211表4-35可知PP的单位热流量的值取。（3） 计算冷却水的体积流量 设冷却水道入水口的水温，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得： （4) 确定冷却水路的直径d 当时，查参考文献【1】P200表4-30可知，为了使冷却水处于断流状态，取模具冷却水流道的直径d=20mm。（5) 冷却水在管道内的流速 （6） 求冷却管壁与水交界面的膜传热系数 因为平均水温为23.5，查参考文献【1】P200表4-31得，则有 （7） 计算冷却水通道的导热总面积A （8） 计算模具所需冷却水管的总长度L （9） 设冷却水通道的根数 设每条水路的长度,则冷却水路的根为 心得总结我国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分，是塑料工业中不可缺少的环节。这次设计中我主要完成了以下设计任务：（1）完成了产品图的设计；（2）认真完成了产品的工艺性分析；（3）完成了模具的结构排位；（4）模具的实体建模和结构分析。注塑模设计也让我对自己有了一个更加清醒的认识,在大有收获的同时,也看到了自己的不足之处,综合运用知识的能力、独立分析解决问题的能力以及实践经验等都需要在今后的工作中进一步加强。在这次设计中,本人也发现还有很多需要进一步讨论或改进的地方。（1）在产品设计方面,是否能在满足使用功能和外型美观的前提下,将内部结构设计地更加简单；（2）在模架方面，选用一个更大的可能会更好，里面的各类零件排布用不着这么拥挤，更易加工、装配。总之,在这次设计中我得到了极大的收获,也发现了自己还存在的不足。 参考文献1.塑料成型工艺及模具设计/叶久新，王群主编.北京：机械工业出版社，2007.112.注塑成型工艺分析及模具设计指导/高军等编著.北京：化学工业出版社，2008.83.塑料模具设计指导/伍先明等编著.北京：国防工业出版社，2006.54李海梅，申长雨等注塑成型及模具设计实用技术北京：化学工业出版社，20025林清安完全精通Pro/ENGINEER野火4.0中文版综合教程北京：电子工业出版社，20096王昆，何小柏等机械设计课程设计北京：高等教育出版社，199620