塑料小桶盖模具的设计模具设计本科学位论文.doc

临沂大学 装订线课题名称 塑料小桶盖模具的设计 第 16 页 共 16 页目 录摘要 1第一章 塑料模具的分类和发展21.1 塑料模具的分类 21.2 塑料模具的发展 3第二章 模具的要求和产品的要求 42.1 模具的要求 42.2 产品的要求 4第三章 模具结构形式的确定 53.1 确定型腔数量及排列方式 53.2 模具结构形式的确定 53.3 注射机型号的确定 53.4 分型面位置的确定 5第四章 浇注系统形式和浇口的设计 84.1 主流道设 84.2 浇口的设计 84.3 分流道的设计 9第五章 成型零件的设计 105.1 凹模结构的设计 105.2 型芯的设计 105.3 型芯固定板的设计 11第六章 脱模推出机构的设计 126.1 推杆的设计 126.2 推板的设计 126.3 导柱的设计 126.4 垫块的设计 136.5 验校模具的高度 13第七章 结束与展望 14致谢 15参考文献 16摘 要模具是工业的重要工艺装备，是许多工业产品生产中不可缺少的组成部分。我国加入WTO以后，吸引外资能力的逐年增强，成为世界产品制造工厂地位愈加突出，而模具也在这其间扮演着越来越重要的角色。塑料作为现代社会经济发展的基础材料之一，是农业、工业、能源、交通运输等经济领域不可缺少的重要材料，其用途已渗透到经济和生活的各个领域，和钢铁、木材、水泥成为材料领域的四大支柱。模具是工业生产的基础工艺装备，被各行业广泛用于生产最终产品，其产生的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍，被誉为“效益放大器”。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个地区制造水平高低的重要标志。大学时光将要成为过眼云烟，然而我们在毕业前还有一个环节毕业设计。我在实习中接触的大多数模具是塑料模具，所以我就选择了在实习时我们公司接到的一模具的设计塑料小桶盖模具的设计。我结合公司的设计图纸设计了这套模具的分型面、主流道、浇口、分流道、推杆、导柱、推板等部分。由于在公司没有相应的设计手册、许多计算的部分我都是借鉴的公司的设计图纸。本套模具是一套一腔四模的注射模，比之单型腔模具而言提高了生产效率，缩短了生产周期。关键词：分型面、型腔、主流道、浇口、分流道、凹模型芯、推杆、导柱、推板第一章 塑料模具的分类和发展1.1 塑料模具的分类模具的类型通常是按照加工对象和工艺的不同进行分类，从行业角度的区分来看主要有塑料模具、橡胶模具、金属冷冲模具、金属冷挤压模具和热挤压模具、金属拉拔模具、粉末冶金模具、金属压铸模具、金属精密铸造模具、玻璃模具、玻璃钢模具等等。       下面就最为常见的塑料制品成型加工中所用不同类型的模具作一介绍。        塑料最常见的成型方法一般分为熔体成型和固相成型两大类：熔体成型是把塑料回热至熔点以上，使之处于熔融态进行成型加工的方式，属于此种成型方法 的模塑工艺主要有注射成型、压塑（缩）成型、挤出成型等；固相成型是指塑料在熔融温度以下保持固态下的一类成型方法，如一些塑料包装容器生产的真空成型， 压缩空气成型和吹塑成型等。此外还有液态成型方式，如铸塑成型、搪塑和蘸浸成型法等。        按照上述成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。        塑料注射（塑）模具：注射模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入 模具型腔，塑料冷却硬化 成型，脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采用塑料模具钢模块， 常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合金工具钢，高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。      塑料压塑模具：包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来成型热固性塑料的一类模具，其所对应的设备是压力成型机。压缩成型方法根 据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在103°108°），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑料在高热，高压作用下呈软化粘 流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是没有单独的加料室，成型前模具先闭合，塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力 作用下调整挤入模具型腔，硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚加氟乙烯）毛坯（冷压成型），光学性能很高的树 脂镜片，轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑 模具制造所用材质与注射模具基本相同。      塑料挤出模具：是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头，广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材 等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融，塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相 同的连续塑料制品。其制造材料主要有碳素结构钢、合金工具等，有些挤出模具在需要耐磨的部件上还会镶嵌金刚石等耐磨材料。挤出中工工艺通常只适用热塑性塑 料品制品的生产，其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。      塑料吹塑模具：是用来成型塑料容器类中空制品（如饮料瓶、日化用品等各种包装容器）的一种模具，吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成 型、注塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型（俗称“注拉吹”），多层吹塑中空成型，片材吹塑中空成型 等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机，吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单，所用材料多以碳素多则制造。      塑料吸塑模具：是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具，其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或凸模上的 塑料板、片，在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上得到所需成型产品，主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生产方面。吸塑模具因成型时压力较 低，所以模具材料多选用铸铝或非金属材料制造，结构较为简单。高发泡聚苯乙烯成型模具：是应用可发性聚苯乙烯（由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料）原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。其原理是可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型，包括简易手工操作模具和液压机直通式泡沫塑料模具两种类型，主要用来生产工业品方面的包装产品。制造此种模具的材料 有铸铝、不锈钢、青铜等。 1.2 塑料模具的发展随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。而且近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。第二章 模具的要求和产品的要求2.1 模具的要求对于本模具订做公司的要求是：是一腔四模，结构简单，牢固耐用。2.2 产品要求塑料桶盖的材料为PE(聚乙烯)乳白色，其表面要求无凹痕，尺寸均无精度要求，可按MT10级精度查取公差值。 图2-1 产品的2D剖视图第三章 模具结构形式的确定3.1 确定型腔数量及排列方式型腔的数量是由厂方给定，为一模四腔，他们已考虑了本产品的生产批量（大批量生产）和自己的注射机型号。因此我们设计的模具为四型腔的模具。 图3-1 模具的型腔排列3.2 模具结构形式的确定注射模的典型结构有以下六种：1.单分型面注射模2.双分型面注射模3.斜导柱侧向分型与抽芯注射模4.斜滑块侧向分型与抽芯注射模5.带有活动镶件注射模6.角式注射机用注射模考虑到模具的简单实用及与实际塑件的要求，单分型面注射模完全符合要求，所以设计为单分型面注射模。3.3 注射机型号的确定一般工厂的塑胶部都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。所以我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具，厂方提供的注射机型号和规格为XS-ZY-125型国产注塑机。3.4 分型面位置的确定分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺有关 ，因此分型面的的选择是注射模设计中的一个关键骤。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：1. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2. 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3. 保证塑件的精度要求。4. 满足塑件的外观质量要求。5. 便于模具加工制造。6. 对成型面积的影响。7. 对排气效果的影响。8. 对侧向抽芯的影响。其中最重要的是第1、2、8点。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面和易于加工的分型面。如下图所示，采用下图2和3之间这样一个平直的分型面就完全可以满足模具的要求，并大大的简化了模具的制造。图3-2 模具的整体构架表3-1 模具各部分的名称在图3-2中，从2和3之间分型，塑件收缩会包在动模型心上，依靠注射机的顶出装置和模具的推板推出塑件。然后用手工清除掉连接在塑件上的废料。第四章 浇注系统形式和浇口的设计4.1 主流道设计主流道尺寸：主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段。主流道一般设计在模具的浇口套中。为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形，其锥角为2-6°，小端直径比注塑机大0.5-1mm。由厂方所提供注塑机的参数查得喷嘴孔直径为4，本模具设计为5mm，大端直径为7mm。小端前面是球面其深度为3-5mm，本模具设计其深度为3mm.注塑机喷嘴球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴面半径大1-2mm,由厂方所提供注塑机的参数查得喷嘴圆弧半径为12mm，本模具设计为16mm。流道的粗糙度Ra0.8um。浇口套长大于定模板的厚度加型腔板的厚度，本模具设计为67mm.通过画图知主流道锥角为4°1856符合2-6°的要求。图4-1 主流道及浇口套的设计图4.2 浇口的设计模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1.尽量缩短流动距离。2.浇口应开设在塑件壁厚最大处。3. 必须尽量减少熔接痕。4.应有利于型腔中气体排出。5. 考虑分子定向影响。6. 避免产生喷射和蠕动。7.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8.注意对外观质量的影响。浇口的形式有直接浇口、中心浇口和侧浇口。侧浇口又称边缘浇口，国外称之为标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。因此它是广泛使用的一种浇口形式，本模具采用应用广泛的侧浇口。浇口的形状有扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、轮辐式浇口、爪浇口、点浇口等几种形式。本模具采用轮辐式浇口，这种浇口耗料比环形浇口少得多，去除浇口凝料容易。浇口的尺寸计算：侧向进料的浇口对中小型塑件，一般的厚度为塑件厚度的1/32/3。对本模具而言为4*1/34*2/3即1.332.66mm之间，本模具设计为2mm。宽度为1.55.0mm之间，本模具设计为4mm。浇口长度为0.72mm本模具设计为2mm。4.3 分流道的设计分流道常用的 面形式有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式，本模具设计为半圆形截面形式。本分流道设计为X形对称分布。分流道的尺寸计算：由排样图知分流的长度=两对角型芯中心距-2*浇口的长度尺寸-2*塑件的半径，即为85/sin45°-2*2-2*33=50.19根据成型条件及经验半圆截面的直径可以在210mm内选取，本模具设计为6mm。为了减少流动过程中的热量与压力的损失，流道边缘皆设计为发6mm的半圆形。粗糙度Ra设计为1.6um。图4-2 分流道的设计图对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。第五章 成型零件的设计模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。5.1 凹模结构的设计凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，按结构不同可分为整体式和组合式两种。为求模具的坚固耐用及使塑件不产生连接痕迹，本模具设计为整体式结构形式。凹模型腔板的设计考虑本厂板料只有20mm、25mm、 40mm、50mm和100mm45#钢几种，以及塑件的厚度为17mm，所以设计凹模时使用40mm的板料，设计最终尺寸为38mm，板料上下两侧各去除材料1mm。最终设计尺寸如图： 图5-1 凹模的设计图5.2 型芯的设计本模具比较简单只要设计一个整体式型芯即可。根据塑件尺寸可得型芯的顶部尺寸。而型芯的高度则要考虑推板及型芯固定板的厚度尺寸。根据经验固定板及推板不需要太厚即能满足模具的要求所以我们选取厚25mm的板料上下各去除材料1mm，设计最终尺寸都为23mm。下面是模具型芯的设计图：图5-2 模具型芯的设计图5.3 型芯固定板的设计 根据排样图、模型腔板的设计尺寸及各部件的紧固方式得型芯固定板的具体尺寸图如下：图5-3 型芯固定板的设计图第六章 脱模推出机构的设计推出机构一般由推出、复位和导向部分组成。本模具的推出机构设计为推杆、推板及导柱三部分组成。6.1 推杆（也叫回程杆）的设计本模具采用直通式推板杆。为减少加工步骤及增加标准件的使用，推杆采用的是四根16*126的标准导柱与四个用车床车削的台肩组成，其间用刃口胶粘结而成。推杆在模具中的基本尺寸计算如下：直径d=16推杆在型芯固定板上的孔为d+1=16+1=17mm推杆台肩部分的直径为d+5=16+5=21mm推杆固定板的台阶孔为d+6=22mm在同一直线上的推板中心距为110mm6.2 上推板的设计本模具为求简单及牢固耐用采用推板直接推出塑件的原理。推板的基本尺寸的长宽应和型芯固定板相同为250*250mm由型芯的设计中知道其厚度为23mm推板由4*M12*50的内六角圆柱头螺钉连接在推杆上。图6-1 上推板的设计图6.3 导柱的设计本模具为减少加工步骤又考虑型腔板、推板及型芯固定板的厚度，采用四个25*8的标准导柱。6.4 垫块的设计用于支撑动模成型部分，并形成推出机构运动空间的零件叫做垫块，也叫模脚或支架。下面是垫块的设计尺寸：图6-2 垫块的设计图6.5 验校模具的高度本模具的闭合高度为248mm,而XS-ZY-125型国产注塑机的闭合高度为200-300mm符合注塑机的要求。第七章结束与展望大学三年的时光一晃即过，在完成大学三年的课程学习和毕业设计中，我熟练地掌握了模具制造、模具设计、机械制图等专业基础课和专业课方面的知识，对模具制造、加工的工艺有了一个系统、全面的理解，达到了学习的目的。对于模具设计这个实践性非常强的设计课题，我们进行了大量的实习。经过在学校实习基地的实训、东星表业的见习尤其是在临淄超宇模具有限公司为期五个月的顶岗实习更加加深了模具尤其是塑料模具认识，更加坚定了我从事模具行业的决心。在这次毕业设计中我选择了这套模具的设计，并主要设计了这套模具的分型面、主流道、浇口、分流道、推杆、导柱、推板等部分。在这套模具的设计当中有许多地方与书本中的设计思路有所偏离但却体现出了实际生产的灵活性。然而百疏终有一漏, 设计中不妥之处在所难免，肯请各位老师指正。 现代工业的飞速发展为素有“工业之母”美誉的模具工业带来前所未有的发展机遇，而模具材料的应用在模具制造中起举足轻重的作用。塑料，作为重要的模具材料之一，随着家电、汽车、电子、电器、通讯产品的迅猛发展而得到更为广泛的应用。而且发达国家将塑料模具向我国转移的趋势进一步明朗化。由于模具行业是一个技术、资金、劳动力和都相对密集的产业，我国的平均劳动力成本仅是美国的1/40-1/30。随着我国经济的快速发展，我国技术人才的水平也逐步提高，而工业发达国家塑料模具发展逐渐萎缩的趋势，也加速了这些国家把本国模具工业向工业和技术基础较好的国家转移。相信在不久的将来我们中国的塑料模具业必在世界同行业中大放光彩。致 谢在这次毕业设计中通过参考、查阅各种有关模具方面的资料，请教工厂中极具经验的模具设计人员和工人师傅以及各位老师有关模具方面的问题，特别是模具在实际中可能遇到的具体问题，使我在这短暂的时间里，对模具的认识有了一个质的飞跃。使我对塑料模具设计的各种成型方法，成型零件的设计，成型零件的加工工艺（如线切割、电火花加工、CNC 电脑数控加工），主要工艺参数的计算，产品缺陷及其解决办法，模具的总体结构设计及零部件的设计等都有了进一步的理解和掌握。模具在当今社会生活中运用得非常广泛，掌握模具的设计方法对我们以后的工作和发展有着十分重要的意义。从陌生到开始接触，从了解到熟悉，这是每个人学习事物所必经的一般过程，我对模具的认识过程亦是如此。经过的努力，我相信这次毕业设计一定能为三年的大学生涯划上一个圆满的句号，为将来的事业奠定坚实的基础。在这次设计过程中得到了公司设计人员、工人师傅和刘文亮老师以及许多同学的帮助，特别是刘老师的悉心指导，使我受益匪浅。在此，对关心和指导过我各位老师和帮助过我的同学表示衷心的感谢!参考文献【1】 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计. 机械工业出版社.2006【2】 彭建声. 简明模具工实用技术手册. 机械工业出版社.2003【3】 唐志玉. 模具设计指南. 国防工业出版社.1999【4】 塑料模设计手册编写组. 塑料模设计手册. 机械工业出版社.2004【5】 贾润礼.程志远. 实用注塑模设计手册. 中国轻工业出版社.2000【6】 廖念钊. 互换性与技术测量. 中国计量出版社.2001【7】 黄毅宏. 模具制造工艺. 机械工业出版社.1999【8】 模具制造手册编写组. 模具制造手册. 机械工业出版社.1996【9】 冯炳尧.韩泰荣.蒋文生. 模具设计与制造简明手册. 上海科学技术出版社.1998【10】 赵如福. 金属机械加工工艺人员手册. 上海科学技术出版社.2000【11】 徐灏. 机械设计手册. 机械工业出版社.2001