注射模具设计本科毕业论文.doc

注射模具毕业设计

目录

1 绪论............................................................................................................................................................ 1
2 零件材料的选择及其性能........................................................................................................................ 2
2.1 塑件材料选择............................................................................................................................... 2
2.2 PP 性能分析 ................................................................................................................................. 2
2.2.1 化学和物理特性................................................................................................................ 2
2.2.2 注塑工艺条件.................................................................................................................... 3
2.3 PP 的成型条件 ............................................................................................................................. 3
3 注射机的选择............................................................................................................................................ 4
3.1 制品的几何属性........................................................................................................................... 4
3.1.1 塑件的壁厚........................................................................................................................ 4
3.1.2 塑件的圆角...................................................................................................................... 4
3.1.3 脱模斜度.......................................................................................................................... 4
3.1.4 制品的表面质量................................................................................................................ 4
3.2 注射机的选用............................................................................................................................... 6
3.2.1 注射机的两种类型的优缺点.......................................................................................... 6
4 浇注系统设计............................................................................................................................................ 7
4.1 主流道设计..................................................................................................................................... 8
4.1.1 主流道的作用...................................................................................................................... 8
4.1.2 主流道设计要点................................................................................................................... 8
5 成型零件的设计...................................................................................................................................... 11
5.1 成型零件的结构设计................................................................................................................... 11
5.1.1 凹模的结构........................................................................................................................ 11
5.1.2 凸模结构............................................................................................................................. 11
5.2 成型零件工作尺寸的的计算...................................................................................................... 12
5.2.1 影响工作尺寸的因素......................................................................................................... 12
5.2.2 凹、凸模工作尺寸的计算.............................................................................................. 13
6 模架的确定和标准件的选用.................................................................................................................. 18
7 合模导向机构的设计..............................................................................................................................20
7.1 导向机构的总体设计....................................................................................................................20
7.2 导柱设计....................................................................................................................................... 20
7.3 导套设计....................................................................................................................................... 21
7.4 限位拉杆的设计........................................................................................................................... 2
41

8 侧抽芯机构的设计.................................................................................................................................. 24
8.1 侧向分型与抽芯机构类型的确定............................................................................................... 24
8.2 抽芯结构尺寸计算....................................................................................................................... 24
8.2.1 抽拔距................................................................................................................................ 24
8.2.2 抽拔力................................................................................................................................ 24
8.2.3 斜导柱弯曲力计算............................................................................................................ 24
8.2.4 斜导柱截面尺寸确定........................................................................................................ 25
8.2.5 斜导柱长度......................................................................................................................... 25
8.2.6 斜导柱与滑块斜孔的配合................................................................................................ 25
8.2.7 滑块设计............................................................................................................................ 26
8.2.8 楔紧块的设计.................................................................................................................... 26
9 排气系统的设计.................................................................................................................................... 27
9.1 排溢设计............................................................................................................................................. 27
9.2 引气设计..................................................................................................................................... 27
9.3 排气系统几种方式..................................................................................................................... 27
9.4 该套模具的排气方式................................................................................................................. 27
10 温度调节系统设计................................................................................................................................ 28
11.1 加热系统..................................................................................................................................... 28
11.2 冷却系统..................................................................................................................................... 29
11 典型零件的制造工艺............................................................................................................................ 32
12.1 加工工艺..................................................................................................................................... 33
12.2 工序 2 数控编程......................................................................................................................... 33
12 注射模具选材........................................................................................................................................ 35
13 模具工作过程.................................................................................................................................... ..... 37
参考文献................................................................................................................................................ .. .. 38

绪论

此次的设计任务即大口杯盖注射模具设计，零件模型摆在面前，如何才能以最快的速度设计出 模具来，并降低成本，首先应考虑ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术如何才能在设计中发挥其主要优势， 因此，我使用了强大的模具设计软件——PRO/ENGINEER，从最初的零件 3D 建模到最后的模具各 部分零件的装配，都完全依靠 PRO/ENGINEER 的各个模块，因此设计的关键就是 PRO/ENGINEER 设计软件在注射模设计中的应用问题，并且由于该零件的尺寸及复杂程度，使得分模与型腔及型芯 的设计工作变的尤为关键，为圆满完成这次设计任务，我对该软件的几个常用模块，特别是零件、 曲面、工程图及模具模块进行了比较深入的学习，相信能借助 PRO/ENGINEER，使设计工作达到 事半功倍的效果。
根据当前注射模具的发展要求，设计工作应广泛运用ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＭ技术，提高模具 精度、延长模具寿命、降低模具制造成本，提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。为达到这 一设计目标，此次设计完成了以下工作:由产品的 3D 建模，借助 PRO/ENGINEER 设计软件创建型 腔、活块以及其他零件，并自动生成所需要的零件工程图 ；使用草图和厚度检测，评估零件；直 接参照产品三维模型,创建分模曲面及滑块，再生成模具型腔组件（动模、定模）；还利用 PRO/E 的分析功能,进行拔模检测,仿真模具开模顺序,计算填充容积、型腔曲面面积等，其中型腔组件的 实体模型与产品模型相关联；对于模架的设计,利用 PRO/E 模座专家 Expert Moldbase Extension 即 EMX 来完成,从标准模架选择到产品输出,全部采用 3D 化设计,可大大缩短模具设计周期。我在大 口杯盖模具设计过程中，从零件建模到型腔、型芯的设计、模架设计，直至最后的模具开模动作模 拟都充分发挥了 PRO/ENGINEER 设计软件的各个模块和插件的优势，基本做到了无图纸化设计， 这样不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计时间，以确保我在较短的时间内完成设计。此外， 对于杯盖的提手，我采用了回转式型腔一次性获得所需要结构，并且能顺利脱模，避免多用一套模 具或者改变产品结构设计。
在设计过程中，本人遇到了不少的困难，但通过查阅相关资料、虚心请教以及和同学相互讨论， 尤其是指导老师的悉心指导，都一一把困难克服了。相信本设计能符合设计要求，顺利完成毕业设 计任务。由于本人知识水平不高，设计中肯定还会有不完善的地方，恳请老师们批评指正。

注射模具毕业设计

摘要 本论文详细介绍了 大水杯盖的注 射模设计过程 。包括了塑件 结构的分析和 材料的选择、 拟定 模具结构形式、注塑机型号的选择、浇注系统的形式和浇口的设计、成型零件的设计、模架的确定和标准 件的选用、合模导向机构的确定、脱模推出机构的确定、侧向抽芯机构的设计、排气系统的设计。

2 零件材料的选择及其性能

2.1 塑件材料选择
如图 2-1，该塑件是一日用品容器—大水杯盖，，塑件壁薄属薄壁塑件，生产批量很大。要求其 化学稳定性好，熔点高，故选用 PP，玻纤增强，成型工艺性很好，可以注射成型。

2.2 PP 性能分析
2.2.1 化学和物理特性
图 2-1 大水杯盖

PP 是一种半结晶性材料。它比 PE 要更坚硬并且有更高的熔点。由于均聚物型的 PP 温度高于
0C 以上时非常脆，因此许多商业的 PP 材料是加入 1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量 的钳段式共聚物。
共聚物型的 PP 材料有较低的热扭曲温度（100C）、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有有更 强的抗冲击强度。PP 的强度随着乙烯含量的增加而增大。PP 的维卡软化温度为 150C。由于结晶度 较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。
PP 存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对 PP 进 行改性。PP 的流动率 MFR 范围在 1~40。低 MFR 的 PP 材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对 于相同 MFR 的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP 的收缩率相当高，一般为 1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比 PE-HD 等材料 要好得多。加入 30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到 0.7%。
均聚物型和共聚物型的 PP 材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它

对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。PP 也不象 PE 那样在高温下仍具
有抗氧化性。
2.2.2 注塑工艺条件 干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理； 熔化温度：220~275C，注意不要超过 275C； 模具温度：40~80C，建议使用 50C。结晶程度主要由模具温度决定；
注射压力：可大到 1800bar。注射速度：通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小，如
果制品表面 出现了

缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑；
流道和浇口：对于冷流道，典型的流道直径范围是 4~7mm。建议使用通体为圆形的注入口和流 道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是 1~1.5mm，但也可以使用小到 0.7mm 的浇 口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。PP 材料完全可以使用热流道系统。
2.3 PP 的成型条件
表 2-1 PP 成型条件

项目 数值 注射成型机类型 螺杆式
密度 1.04——1.05
计算收缩率 0.4——0.8
温度 t(℃) 80——100

预热和干燥

料筒温度
时间 r(h) 2——3 后段 150——170 中段 165——180

t(℃) 前段 180——200 成型温度 t(℃) 230——290 模具温度 t(℃) 80——90 注射压力 p(MPa) 70——140

成型时间 r(s)
注射时间 20——60
高压时间 0——3 冷却时间 20——90 总周期 50——160

3 注射机的选择

3.1 制品的几何属性
3.1.1 塑件的壁厚 制品的壁厚对其质量有很大的影响，壁厚过小难以满足使用强度和刚度的要求，对于大型复杂
难以充满型腔制品的内部易产生气泡，外部易产生凹陷等缺陷，同时还会增加生产成本。本设计的 制品壁厚为 1.5 ㎜，属于中型塑件壁厚。
3.1.2 塑件的圆角 塑件制品设计圆角，能使其成型时的流动性能好，成型顺利进行。因为当制品带有尖角时，往
往会在尖角处产生应力集中，在受力或受冲击振动时发生破裂。本设计的制品均采用圆角半径为 0.2
㎜
3.1.3 脱模斜度 制品冷却后会紧紧包在凸模上，为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤，擦毛等在制品设
计时应考虑其表面具有合理的脱模度。本设计采用的脱模度为 1°。
3.1.4 制品的表面质量 制品的表面质量包括表面粗糙度和外观质量等，制品的外观要求越高，表面粗糙度值应越低。
这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等缺陷来保证外，主要取决于模具型腔表面的粗糙 度。一般模具表面的 粗糙度要比制品的要求低 1～2 级。精度要求采用 MT5。
如图 3-1，由于该塑件的特殊形状和尺寸，这里拟采用回转式型腔一次成型脱模，所以采用一 模一腔的模具结构较为合理。

图 3-1 塑件三视图
分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构 形状。
型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。 分型面的选择应注意以下几点：
¾ 不影响塑件外观，尤其是对外观有明确要求的制品；
¾ 有利于保证塑件的精度要求；
¾ 有利于模具加工，特别是型腔的加工；
¾ 有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计;
¾ 便于制件的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边.
¾ 分型面应有利于侧向抽心；
¾ 分型面应取塑件尺寸最大处； 拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位。 本塑件分型面位置如图 3-2 所示。

3.2 注射机的选用
3.2.1 注射机的两种类型的优缺点
图 3-2 分型面

采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上，工作位置低，操作方便，稳 定 性 好 ， 顶 出 后 塑

M ——注射机的额定塑化量（16.8g/s）
t ——成型周期，取 30s
3.2.4.2 注射机压力的校核

Pe ≥ K ′P0 = 1.3× 90 = 117MPa 。 而 Pe = 126MPa ，注射压力校核合格。 式中 K ′ ——取 1.3
P0 ——取 90 MPa （壁厚易流动）

3.2.4.3 锁模力的校核

F ≥ KAP型 = 1.2 × 441.79 = 530KN， 而 F = 530KN 锁模力校核合格。其它安装尺寸的校 核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。

4 浇注系统设计

浇注系统是指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，它的作用是将塑料熔体顺 利的充满型腔的各个部位。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。注射成型的基本要 求是在合适的温度和压力下使足量的塑料熔体尽快充满型腔，影响顺利充模的关键之一就是浇注系 统的设计。
浇注系统设计原则
1.结合型腔布置考虑，尽可能采用平衡式分流道布置；
２.尽量缩短熔体的流程，以便降低压力损失、缩短充模时间；
3.浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动、避免产生湍流、涡流、喷射和 蛇形流动，并有利于排气和补缩；
4.避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生；
5.浇注系统凝料脱出应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和整修；
6.熔接痕部位与浇口尺寸、数量及位置有直接关系，设计浇注系统时要预先考虑到熔接痕的部 位、形态，以及对制品质量的影响；
7.尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量；
8.浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有 IT8 以上的 精度要求；
9.设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施；

10.尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合应使两者的偏离距离尽可能小。
由于该模具是一模一腔，中心浇口，所以浇注系统主要计算主流道。
4.1 主流道设计
4.1.1 主流道的作用 主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模
具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若 主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气 不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成 旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加， 热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。
主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地 反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套 式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢 T8A、T10A 等，热处理要求淬火 53HRC～57HRC。
在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小 型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开 设在定模板上。
浇口套是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力同时 由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口 套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦 可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。
4.1.2 主流道设计要点
(1) 浇口套的内孔（主流道）呈圆锥形，锥度 2°～ 6°。若锥度过大会造成压力减弱，流速 减慢，塑料形成涡流，熔体前进时易混进空气，产生气孔；锥度过小，会使阻力增大，热量损耗大， 表面黏度上升，造成注射困难。
(2) 浇口套进口的直径 d 应比注射机喷嘴孔直径 d1 大 0.5～１mm。若等于或小于注射机喷嘴直 径， 在注射成型时会造成死角，并积存塑料，注射压力下降，塑料冷凝后，脱模困难。
(3) 浇口套内孔出料口处（大端）应设计成圆角 r，一般为 0.5～3mm。
(4) 浇口套与注射机喷在接触处球面的圆弧度必须吻合。设球面浇口套球面半径为 SR，注射机 球面半径为 r，其关系式如下：
SR＝r＋1～2mm

浇口套球面半径比注射机喷嘴球面半径大，接触时圆弧度吻合的好。
(5) 浇口套长度（主流道长度）应尽量短，可以减少冷料回收量，减少压力损失和热量损失。 (6) 浇口套锥度内壁表面粗糙度为 Ra1.6～Ra0.8µm,保证料流顺利，易脱模。
(7) 浇口套不能制成拼块结构，以免塑料进入接缝处，造成冷料脱模困难。
(8) 浇口套的长度应与定模板厚度一致，它的端部不应凸出在分型面上，否则会造成合模困难， 不严密，产生溢料，甚至压坏模具。
(9) 浇口

3）主流道剪切速率校核

由经验公式ã&= 3.3q = 3.3× 67.5535 = 2.367 ×102 s −1 < 5 ×103 s −1

n
ðR3
3.14 × (0.3)3

式中 q = q主
+ q塑件
= 2.1535 + 65.4 = 67.5535cm3

Rn =
(5 + 8) / 2
2

= 3.25mm = 0.3cm

1.6
0.8

0.4

1.6
1.6

图 4-1 衬套截面形状 图 4-2 定位圈截面形状

图 4-3 定位圈和衬套组合形式

5 成型零件的设计

直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑料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）。由于凹、凸模件直接与高温，高压的塑料接触， 并且在脱模时反复与塑料摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐 腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。
5.1 成型零件的结构设计
5.1.1 凹模的结构
（1）整体式凹模 直接在模架板上开挖型腔。其优点是加工成本低。但是，通常模架的模板材料为普通的中碳钢，
用做凹模，使用寿命短，若采用好的材料模板制作整体凹模，则制作成本高。
通常，对于成型 1 万次以下塑件的模或塑件精度要求低，形状简单的模具可采用整体式凹模结 构。
（2）整体嵌入式凹模 将稍大于塑件外形（大一个足够强度的闭厚）的较好材料（高碳钢或合金工具钢）制作成凹模，
再将此凹模嵌入模板中固定。 其优点是“好钢用在刀刃上”。既保证了凹模的使用寿命，又不浪费价格昂贵的材料。并且凹
模损坏后，维修、更换方便。
（3）局部镶拼式凹模 对于形状复杂或某局部易损坏的凹模，将难于加工或易损坏的部分设计成镶拼形式，嵌入型腔
主体上。既节省了工具钢，又易于更换损坏的凹模。
（4）四壁拼合式凹模 对于大型的复杂的凹模，可以采用将凹模四壁单独加工后镶入模套中，然后再和底板组合。这
样既易于加工又省料。
5.1.2 凸模结构
（1）整体式凸模 这是形状最简单的型芯，用一块材料加工而成，结构牢固，加工方便，但仅适用于塑料件内表
面形状简单的情况。
（2）嵌入式凸模 主要用于圆形、方形等形状比较简单的型芯。最常使用的嵌入形式是型芯带有凸肩，型芯嵌入
固定板的同时，凸肩部分沉入固定板的沉孔部分，再垫上垫板，并用螺钉将垫板和固定板连接。
（3）异形凸模结构形式

对于形状特殊或结构复杂的凸模，需要采用组合式结构或特殊固定