拉线盘注射工艺分析及模具设计本科毕业论文.doc

目 录

摘要…………………………………………………………………………………………1
关键词………………………………………………………………………………………1
1 前言………………………………………………………………………………………2
1.1 研究意义…………………………………………………………………………2
1.2 国内外研究现状…………………………………………………………………2
1.3 发展方向…………………………………………………………………………3
2 塑料的工艺性分析……………………………………………………………………3
2.1 塑件的原材料分析………………………………………………………………3
2.2 制件分析…………………………………………………………………………3
2.2.1 塑件的结构分析…………………………………………………………3
2.2.2 塑件尺寸精度的分析……………………………………………………3
2.2.3 表面质量分析……………………………………………………………4
2.3 塑件的体积重量…………………………………………………………………4
2.4 塑件的注射工艺参数的定………………………………………………………5
3 型腔数的确定及浇注系统的设计………………………………………………………6
3.1 分型面的选择……………………………………………………………………6
3.2 型腔数的确定……………………………………………………………………7
3.3 型腔排列方式的确定……………………………………………………………7
3.4 设计浇注系统……………………………………………………………………7
3.4.1 设计主流道………………………………………………………………7
3.4.2 设计浇口道………………………………………………………………8
3.4.3 设计浇口…………………………………………………………………8
4 设计侧抽芯机构…………………………………………………………………………9
4.1 确定斜导柱倾斜角……………………………………………………………10
4.2 计算斜导柱的长度……………………………………………………………10

拉线盘注射工艺分析及模具设计
学 生：廖知航
指导老师：陈文凯
（湖南农业大学东方科技学院，长沙 410128）

摘 要：注射成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。本设计进行了一款拉线盘的注塑模设计，对零件结构进行了工艺分析。确定了分型面、浇注系统等，选择了注射机，计算了成型零部件的尺寸。采用侧浇口。利用直导柱导向，推杆顶料,斜顶杆完成脱模及内抽芯方式并对模具的材料进行了选择。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠。最后对模具结构与注射机的匹配进行了校核。并用autoCAD绘制了一套模具装配图和零件图。

关键词：注射工艺；注射模具；工艺分析；

Design of Cable Set Mold and It's Process Analysis of Injection
Student:Liao Zhihang
Tutor:Chen Wenkai
(College of Orient Science &Technology,Hunan Agricultural University,Changsha 410128,China)

Abstract: Injection molding is one of the main molding methods for thermo plastics, and it can once-formed delicate plastic members with sophisticated shape. This paper discussed the design of plastic injection mould of the upper cover of the cable set mold., and the process analysis of the parts' structures.The author determined the parting surfaces and the gating system etc, choosed the injection molding machine，calculated the sizes of the molding parts. Side gate and hydraulic inner action was used, straight pillar and puncher was used for guiding and conveying the materials. The author also choosed the materials of the mould. The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould. Finally, the author checked the match between the mould structure and the injection molding machine. And the author also drew a set of mold assembling chart and parts chart using autoCAD software.
Key words: Process of injection;injection mold;Analysis of process;

1 前言
1.1 研究意义
模具工业是当今世界上产值增长最快的工业门类，而作为模具一大组成部分塑料成型工业，也有着不可低估的作用，塑料成型工业是新兴的工业，并随着石油工业的发展应运而生。目前，塑料制件几乎进入了一切工业部门以及人民日常生产生活的各个领域。特别是在办公用品、照相器材、汽车、仪器仪表、航空、交通、轻工、通信、建材用品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现以塑料代金属的全塑品。
随着国民经济领域的各个部门对塑料品种和产量需求愈来愈大，产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件的质量要求愈来愈高，因而对模具设计和制造的周期和质量提出了更高的要求，这就促使塑料模具设计制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业以及机械加工工业的高速发展。可以说模具技术，特别是设计制造大型、精密、长寿命的模具技术，便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。目前，世界模具市场仍然供不应求。近几年世界模具市场总量已经超过700亿美元，其中美国、日本、法国、瑞士等过一年出口模具约占本国总产值的1/3。因此，研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
1.2 国内外研究现状
我国塑料模工业从起步到现在，经历半个世纪，有了很大的发展，模具水平有较大提高。在大型模具方面已能生产48寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方向，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的生产水平，并且采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿轮误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08的一模两腔的航空杯模和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.02-0.05mm，表面粗糙Ra0.2um，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10-30万次，淬火钢模达50-1000万次，交货期较以前缩短。
1.3 发展方向
随着科学技术的高速发展，高新科技在模具生产领域的应用越来越广。特别是在市场的激烈竞争中，企业的产品开发和更新越来越快。甚至每年要生产多个品牌的产品，投放市场，参加竞争。因此，与之配套的模具也不例外，而大部分产品百分之八十以上的零部件需要模具加工，这样一来，模具的需求量成倍增加，其生产周期愈来愈短。而模具生产，是多品种小批量生产，乃至单间生产。其特点是品种多样化；生产工程多样化；生产能力复杂化。为解决这一问题，首先要普及CAD技术，再者要提高其应用软件的档次，例如从AutoCAD为主流逐步发展到以Pro/E、UGⅡ、CATIA等大型工程软件为主。这样所有的装配过程以及运用的干涉。都在计算机上模拟进行，提高了产品的开发速度，降低了成本。利用现代的CAD/CAM/CAE技术，才是模具经济、快捷的开发制造技术，也是其发展方向。
2 塑料的工艺性分析
2.1 塑件的原材料分析
塑件的材料采用丙烯-丁二烯-丙乙烯（ABS)，属热塑性塑料，该塑料具有如下的成型特性：
1) 吸湿性大、不易分解。
2) 力学性能和热性能都好，硬度高，表面易镀金属。
3) 耐酸碱等化学腐蚀。
4) 耐疲劳和抗应力开裂，冲击强度高。
5) 加工成型容易。
6) 要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。
2.2 制件分析
2.2.1 塑件的结构分析
该零件的总体形状为圆形，壁厚较为均匀，最大圆处有两处要求开槽，需要用到两个半圆的侧抽芯，且其内环部有四处圆孔，并有四处凹缘，总体结构比价复杂，需要用到的型芯、型腔比较难以加工。
2.2.2 塑件尺寸精度的分析
该零件尺寸均为自由公差，由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属偏下，对应模具相关零件尺寸的加工可以保证，从塑件的厚度上来看，较为均匀。
2.2.3 表面质量分析
该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其他特别要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。制作图如下：

图1 制件图
Fig 1 Component figure

2.3 塑件的体积重量
计算塑件的质量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
制品质量：用PROE三维软件分析V=16530mm3，根据手册查得ABS的密度为ρ=1.02-1.16 g/cm3,选取ρ=1.1 g/cm3故单件塑件制品质量为W=Vρ≈16g。
根据计算的制品体积及质量来确定注射机的型号和规格。为了保证注射成型的正常进行，根据生产经验，一次注射所需要的塑料总量宜为最大注射量的80%，即W1≦80%W2或W2 ≧W1/0.8
式中： W2——注射机最大注射量（cm3或g）
W1——制品成型时所需的塑料总量（cm3或g）。
根据注射机所需的压力和塑件的重量以及其他的要求，可初选注射机为XS-Z-60型注塑成型机，该注塑机的各参数如下所示：

表1 注射机参数
Table 1 Inject machine paramete
理论注射量/cm3 60 开模行程/mm 200
螺杆直径/mm 38 模具最大厚度/mm 200
注射压力/MPa 120 模具最小厚度/mm 70
锁模力KN 500 喷嘴孔直径/mm 4
拉杆间距/mm 260 喷嘴圆弧半斤/mm 12

2.4 塑件的注射工艺参数的确定
根据情况，ABS的成型工艺参数可作如下的选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。
料筒温度：后段温度t3: 选用200℃
中段温度t2: 选用220℃
前段温度t1: 选用210℃
喷嘴温度：选用200℃
模具温度：选用70℃
注射压力：一般可选80-120MPa之间，考虑到制作件较薄可选较大值，此处选取 100MPa
注射时间：选用3s
保压时间：选用20s
保 压：选用55MPa
冷却时间：选用20s
总周期： 50s
3 型腔数的确定及浇注系统的设计
3.1 分型面的选择
分型面的确定，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面收到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺及精度、嵌件位置以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多方面因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较、选择较为合理的方案。选择分型面时，一般应遵循以下原则：
1. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2. 分型面的应选择有利于塑件顺利脱模，并尽量使塑件开模后留在动模一边。
3. 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量。
4. 分型面的选择应有利于模具加工。
5. 分型面的选择应有利于排气。
6. 应使侧抽芯行程较短。
综合以上几条原则，分清主次。为了便于模具加工制造，应尽可能选择平直分型面加工，同时需要考虑到抽芯问题，故零件可以采用如下图分型面设计制造：

图2 分型面的选择
Fig 2 The choice of separated surface

3.2 型腔数的确定
型腔数可以通过多种方法确定，但是此次设计要采用一模两腔的设计，并且注射机的注射量要保证满足要求，故选用以下方法确定：
（1）
∴
n≦ = =2.4

现取 n=2
式中：n：型腔数
m：单个塑件体积
mj：浇注系统凝料
mn：注射机最大注射量
k： 注射机最大注射量利用系数，k取0.8
mj：一般为制件质量的0.2-1.0倍，取0.5
3.3 型腔排列方式的确定
根据型腔布置的注意事项，本塑件在注射时采用一模两腔，故采用对称式布局。
3.4设计浇注系统

3.4.1 设计主流道
——塑件孔或凹槽深度尺寸
——修正系数，此处取0.5
∴由式（9）得

——小型芯被切的圆柱高度
——哈夫块的高度
——大型芯凸起部分的高度

5.3 计算型腔侧壁厚度和底板厚度
5.3.1 计算型腔侧壁厚度
根据矩形整体式型腔的侧壁计算公式
（10）
式中 ——侧壁厚度mm
——型腔压力（MPa），取55
——由 决定系数，取0.93
——模具材料的弹性模量（MPa），取
——刚度条件，取0.05
将上述各式带入公式得

5.3.2 计算底板厚度
由底板厚度公式
（11）
代入上述的数值 可得：

根据计算可得型腔侧壁厚度应该大于11.68mm，底板厚度应大于4mm，根据前面计算出的型腔和型芯条件可选择标准模架，根据《塑料注射模中小型模架及技术条件》（GB/T12556-90),根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。
6 设计与设计推出机构
推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成。凡是与塑件直接接触并将从模具型腔中或型芯上推出脱模的元件，称为推出元件。常见的推出元件有推杆，推管，推出板，成型推杆等。推出机构进行推出动作后满载下次注射前必须复位，复位元件是为了使推出机构能回复到塑件被推出时的位置而设置的。导向元件是对推出机构进行导向，使其在推出和复位工作过程中运动平稳无卡死现象，同时对于推板和推杆固定板等零件起支撑作用。
6.1 设计推出机构
（一） 推出机构应尽量设置在动模一侧，由于推出机构的动作时通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以在一般情况，推出机构设在动模一侧。正因为如此，在分型面设计时应该尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。
（二） 保证塑件不因推出而变形损坏，为了保证塑件在推出过程中不会变形、损坏设计时应该仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小，选择合理的推出方式及推出位置。推出点应该作用在制品刚性好的部位，如凸缘、壳型制品的壁缘处，尽量避免推出点作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如壳体型制件及筒型制件多采用推板推出。从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。
（三） 机构简单动作可靠，推出机构应使推出动作可靠、灵活、制造方便，机构本身要有足够的刚度、硬度和强度，以承受推出过程中各种力的作用，确保塑件顺利脱模。
根据上述原则，考虑到本设计中零件的特点，推杆的设置以及布置采用如下的形式

图6推杆的设计
Fig 6 The set of putter
6.2 计算推出力
塑件注射时成型后在模内冷却定型由于体积收缩对型芯产生包紧力，塑件从模具中推出时，必须先克服因包紧力而产生的摩擦力，由公式
（12）
式中 ——脱模力的大小
——塑件对型芯单位面积上的包紧力，此处取Pa
——塑件包络型芯的侧面积（mm）
——脱模斜度，此处取1°
——塑件对钢的摩擦系数取=0.2
将上述数据带入可得

6.3 计算推杆直径
推杆推出塑件是应该有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端为铰链的压杆稳定模型，根据压杆稳定公式推导推杆直径的计算公式为：
（13）
推杆的强度校核公式为
（14）
式中 ——推杆直径
——安全系数，常取1.5
——推杆长度（mm），=104
——脱模力（N），=8036N
——推杆材料的弹性模量，
——推杆的根数，
——推杆材料的屈服点（MPa），
将上述数值带入公式（13）可得
取整为
将上述数值带入公式（14）可得

由此可得推杆的直径为4mm符合要求。
7 温度调节系统
7.1 模具冷却装置的选择及其要求
模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺不同对模具的温度要求也不同。有的模具仅需要设计冷却系统，适用于要求模具温度较低（一般小于80℃）的塑料，如如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等；而对于要求模具温度较高的塑料（如聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚等），或模具较大散热面积广等情况，其模具不仅需要设计冷却系统，还需要设置加热系统以便在注射之前进行模具加热。本次设计仅需要设计冷却系统。模具的冷却方法有水冷却、空气冷却和油冷却。因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔周围或型腔内开设冷却水通道，利用循环水将热量带走。冷却装置的设计要考虑以下几点：
（1） 冷却水孔的数量越多，孔径越大，对塑件冷却也就越均匀。
（2） 冷却水道距模腔表面的距离S；当塑件壁厚均匀时，S宜相等；当壁厚不均匀时，壁越厚，S越小；水道距型腔壁的距离应≥8㎜,常取8～12㎜,；水道间的中心距一般取水道直径的3～5倍。
（3） 浇口出要加强冷却，冷却水道口应开设在浇口附近，出口应远离浇口，并要求在模具上应有出入水口标记。
（4） 冷却水道的布置应使出入水口温差尽量小，一般取5°～8°
（5） 冷却水道方向应尽量沿着塑件收缩的方向布置。
（6） 冷却水通道要避免接近塑件的熔接痕部位。
（7） 应保证冷却水道不发生泄露，密封性好。
（8） 冷却水道应避免与模具结构的其它部件发生干涉。
（9） 冷却水道的布置应便于制造和清理，水管接头应尽量位于模具的同一侧，并设在注塑机的背面，以便于生产操作。
8 注射机与模具各参数的校核
8.1 校核锁模力
由公式
（15）

式中 ——注射机的额定锁模力（KN），
——制件和流道在分型面上的投影面积和（）
——型腔的平均压力（MPa），取55MPa
——安全系数，通常取
将上述数值带入公式（15）得

8.2 校核注射压力
由公式
（16）
式中 ——注射机的额定注射压力（MPa）
——成型时所需的注射压力（MPa）
——安全系数，取1.1
将上述数值带入式中可得

8.3 校核模具的参数
模具各板的厚度如下
——上模座 20mm ——凹模板 50mm
——凸模板 30mm ——垫块 60mm
——下模座 20mm ——推杆固定板 10mm
——推杆推板 10mm
模具的封闭高度
由XS-Z-60型注射机可知其所许的最大模具厚度为200mm，最小模具厚度为70mm，最大开模行程为200mm。
可知模具的封闭高度H满足注射机的要求，其开模距为50mm左右也满足注射机的要求由此可知，初选的注射机是符合要求的，因此注射机确定为XS-Z-60。
9 主要模具零件加工工艺过程
表2 小型芯加工工艺过程
Table 2 The processing craft of the small punch mold
序号 工序名 工序内容
1 备料 锻件（退火状态）
2 平端面 径向夹紧，平一端面
3 粗车 径向夹紧，粗车外圆，分别得到尺寸φ9.1mm，φ6.2mm，φ3.1mm
4 铣 径向夹紧，铣对称平面，达到尺寸4.12mm
5 半精铣 径向夹紧，铣对称平面，达到尺寸4,09mm
6 半精车 径向夹紧，半精车外圆，分别得到尺寸φ9.05mm,φ6.15mm,φ3.09mm
人工修整
7 热处理 淬火，使硬度达到58-62HRC
8 磨 磨外圆，达到尺寸φ9mm，φ6.10mm，φ3.08mm
9 钳 人工修整

表3 主型芯加工工艺过程
Table 3 The processing craft of the important punch mold
序号 工序名 工序内容
1 备料 锻件（退火状态）
2 平端面 径向夹紧，平一端端面
3 钻孔 径向夹紧，钻孔φ16mm
4 扩孔 径向夹紧，扩孔φ16.15mm
5 粗车 径向夹紧，粗车外圆得到φ73mm，φ66mm
6 半精车 径向夹紧，半精车外圆得到φ72.5mm，φ65.5mm
7 热处理 淬火使硬度达到58-62HRC
8 磨 磨外圆得到φ72.43mm，φ65,39mm
9 线切割 得到成型形状和尺寸
10 清洗 去油与去屑
11 钳 人工修整

参考文献
[1]王树勋，朱亚林.典型模具结构图册[M].广州：华南理工出版社，2005:15-18.
[2]叶久新，王群.塑料模具制品成型及模具设计[M].长沙：湖南科技出版社，2005:32-34.
[3]朱栋.塑料注塑模分型面的确定[J].机械制造与研究，2006:26-28.
[4]陈志刚.塑料模具设计[M].北京：机械工业出版社，2003:44-48.
[5]黄虹.塑料加工业模具[M].北京：化学工业出版社，2003:76-80.
[6]彭志，周勇.CAD/CAM技术在模具概念设计中的应用[M].上海：科技出版社， 2004:28-30.
[7]黄锐.塑料成型模具[M].北京：中国轻工业出版社，1996:66-70.
[8]于华.注射模具设计技术[M].北京：机械工业出版社，2002:50-55.
[9]李及仁.模具设计与制作[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001:29-31.
[10]冯炳晓.模具设计与制造简明手册[M].北京：人民邮电出版社，2001:88-90.
[11]任志华.模具设计[M].北京：中国电力出版社，2007:66-70.
[12]曲华昌.塑件成型工艺与模具设计[M].北京：高等教育出版社，2005:40-43.
[13]李学锋.塑件模具设计与制作[M].北京：机械出版社，2001:53-55.
[14]纪名刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2002:12-22.
[15]杨俊秋.浅谈塑料模具毕业设计[J].模具制造，2005:38-40.
[16]邹继刚.机械设计[M].北京：高等教育出版社，2002:122-130.
[17]周四新，和青芳，杜守军.pro/engineer wildfire 综合培训教程[M].北京：机械工业出版社，2004:69-73.
[18]王先奎.机械制造工艺学[M].北京：机械工业出版社，1995:24-26.
[19]吕茂成.表面加工技术[M].辽宁：科学技术出版社，1984:70-73.
[20]董梅萼.现代加工方法[M].北京：国防工业出版社1987:80-85.
[21]徐配玄.塑料制品与模具设计[M].北京轻工业出版社，2001:100-103.
[22]History Of Mechanical Technology And Mechanical Design Stafa-Zuerich Trans Tech Publications Ltd,2011:30-40.
[23]Engineering mechanics and design applications Boca Raton CRC Press,c2012:60-70.

致 谢
历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—陈文凯老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！
感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。
感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。
由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！

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