模具毕业设计--塑料衣架模具设计.doc

题目： 塑料衣架模具设计

目录
引 言 1
第一章 制品图样 2
1.1制品3D图 2
1.2制品的尺寸 2
第二章 制品分析 3
2.1材料的选择 3
2.2材料的性能参数 3
2.3塑件的生产批量分析 3
第三章 模具结构的确定 4
3.1型腔数目的确定 4
3.2型腔的布置 4
3.3分型面的选择 5
3.4浇注系统的结构 6
3.5冷料穴与拉杆的形式 7
3.6脱模机构（推出机构）的结构形式 8
3.7模具的冷却系统 10
3.8 模具的排气系统 12
第四章 注射机的选用 12
五章 注射机有关参数的校核 13
5.1最大注射量校核 13
5.2注射压力校核 13
5.3锁模力的校核： 13
5.4 开模行程的校核 14
第六章 标准模架的选择 15
第七章 模架及其他结构零件 16
7.1 注射模的标准模架 16
7.2 支承零部件设计 17
7.3 导向装置 17
结论 19
致谢 20
参考文献 21

1

引 言
在现代生产中，模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。由于模具成型具有优质、高产、省料和成本低等特点，在国民经济经济中占有重要的地位，特别是汽车、拖拉机、航天航空、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等部门得到极其广泛的应用。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的好几倍，因此模具工业是国民经济的基础工业，模具的生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求。
本课题是《塑料衣架模具的设计》。通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理选用注塑机，并对各个参数进行了校核，设计出一副合理，经济，适用的塑料注塑模具。
第一章 制品图样
1.1制品3D图

图1-1 衣架3D图
1.2制品的尺寸
该制件只要能满足一般使用要求，对精度要求一般，根据ABS塑料的性质及特性，其精度等级可按MT3来查并取其公差，其主要尺寸如下图所示：

图1-2 衣架的尺寸

第二章 制品分析
2.1材料的选择
本设计选用ABS塑料成型，ABS是一种具有良好综合性能的工程材料，它具有苯聚乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧性，聚丙烯晴的化学稳定性和表面硬度，其抗拉强度可达35～50Mpa，ABS粘度适中，流动性好。它的另一个优点是耐气候性，其制品的使用温度范围40℃～100℃。ABS的线膨胀系数小，制品具有良好的尺寸稳定性，且抗蠕变性好；拉伸强度、冲击强度、硬度值都较高；能耐水、无机酸、碱等.由于ABS中B组分的存在，耐候性差，易发生光氧化老化和热氧化老化，为了提高耐候性，可加入抗氧化剂和光稳定剂。综上所述，由于ABS具有良好的耐酸碱性、较强力学性能、使用温度范围较宽，相比之下ABS更加适合做衣架的成型材料。
2.2材料的性能参数
ABS是目前较常用的塑料材料，它是一种非结晶性材料。ABS的密度1.05--1.08g/cm3。收缩率在0.3--0.8%之间，熔点（130--160）。C，热变形温度（65—98）℃ ，拉伸强度：35--44MP，拉伸弹性模量1.8GPa，弯曲强度：800MP，弯曲弹性模量：1.4GPa，压缩强度18~39MPa，硬度R62~86。
ABS（丙烯晴-丁二烯-苯乙烯聚物）具有耐热、表面硬度高、尺寸稳定、耐化学及电性能好、易成型加工、可镀金各等特点。
鉴别：外观：浅象牙色或白色，不透明。 火焰：颜色---黄色 形态—软化无滴 气味—特殊味 烟—慢然烟黑。
2.3塑件的生产批量分析
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。在大批量生产中，由于注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具；如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。该塑件的产量要求达10万件。
第三章 模具结构的确定
3.1型腔数目的确定
由于儿童塑料衣架不是太大，又考虑到模具承受偏载会产生溢料现象，所以采用一模两腔。
单型腔和多型腔的优缺点及使用范围 如下表：
表3-1
类型
优点
缺点
适用范围
单型腔模具
塑件的精度高；工艺参数易于控制；模具结构简单；模具制造成本低，周期短
塑件成形的生产率低，成本高
塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产
多型腔模具
塑件成形的生产率高，成本低
塑件的精度低；工艺参数难以控制；模具结构复杂；模具制造成本高，周期长
大批量，长期生产的小型塑件
由上表可知，本设计采用一模两腔符合要求。
3.2型腔的布置
型腔的布置和浇口的开设部位应力要求对称，以防模具承受偏载而产生溢料现象，所以采用H形排列：

图3-1 衣架型腔分布图
3.3分型面的选择
分型面的选择是注射模设计中的一个关键。它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。
（1）分型面应先在塑件外形的最大轮廓处
（2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模
（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的加工
（5）分型面的选择要有利于排气
该衣架设计中，注射模具只有一个分型面，分型面的形状采用平直分型面，将分型面选在塑件外形最大轮廓处；并在动模一侧设计拉料杆，使塑件在开模后留在动模一侧，有利于塑件的顺利脱模，有利于排气，符合设计原则。（参考塑料模具设计手册p155）
3.4浇注系统的结构
主流道的设计原则
一、要能保证塑件的质量(避免常见的充填问题)
二、尽量减小及缩短浇注系统的断面及长度
三、尽可能做到同步填充
主流道为直接与注射几的喷嘴连接的部分。主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触，容易损坏，为便于更换，常设计成可拆卸的主流道衬套结构，此衬套称作浇口套。浇口套的下端面有塑料，对其产生回退作用力，因此浇口套要用螺钉连接固定或是利用定位圈来压紧固定。主流道为一圆锥孔，其小头正对注射机的喷嘴，因喷嘴外形为球面，所以主浇道小头孔端的外形应为一凹球面，为了配合紧密，防止溢料，凹球面的半径应比喷嘴的球面半径略大1～2mm，主流道的部分尺寸如图：

图3-2 浇道的形式
衣架模具主流道的尺寸：
d=注射机喷嘴孔直径+（0.5～1）mm=4.5mm
R=注射机喷嘴球面半径+（2～3）mm=15mm
=2°～4° 本设计中取2°
r=1～3mm，取2mm
H=（1/3～1/5）R=5～3mm
D≈流道的宽度=10mm
技术参数：浇口套材料选用T8A钢材制作，要求淬火硬度50～55HRC。粗糙度为Ra（0.4～1.6）um.
分流道的设计原则
一、保证熔体迅速而均匀地充满型腔
二、分流道的尺寸尽可能短，容易尽可能小
三、要便于加工及刀具的选择
分流道是指主流道与浇口的通道，其作用是使熔融塑料过度和转向。本设计采用圆形截面，如下图：

图3-3 分流道的截面示意图

根据分流道直径推荐尺寸，ABS材料推荐直径为4.8～9.5mm，所以本设计的分流道d取6mm。
在一模多腔时，分流道截面面积应为各浇口截面面积的总和，分流道的表面不必修的很精光（一般Ra为0.8左右），因为料流外层的流动慢些为好，但必须避免有凸起和凹入，以免分型和脱模不良。
3.5冷料穴与拉杆的形式
常在主流道或一级分流道的转弯的末端设置冷料穴。冷料穴的直径稍大于主流道大端直径d2，冷料穴与拉料杆头部结构紧密相连。本设计采用Z形拉料勾冷料穴，这种结构形式有足够大的冷料穴，在成型韧性好的塑料制品时，应用比较广泛。在取出主流道凝料时无需作侧向移动，易于实现自动化操作。如下图：
图3-4冷料穴的结构形式
衣架的主流道直径D取10mm，所以冷料穴的直径D=12mm。
3.6脱模机构（推出机构）的结构形式
（1）推出机构分类
推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件组成，推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑料制件的质量。
推出机构按基本传动形式可分为机动推出、液压推出和手动推出等三类。本设计采用液压推出，它是利用开模动作，由注射机上的液压缸推动模具上的推出机构，将塑件从动模部分推出。
推出机构按推出元件的类别可分为推杆推出、推管推出、推件板推出等。本设计采用推杆推出机构，推杆推出机构是推出机构中最简单、动作最可靠、最常见的结构形式，因为设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造、修配方便，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。
（2）推杆的形状
本设计中推杆的形状采用圆形截面的推杆，衣架推杆直径d取6mm，其尺寸为标准件（GB/T4169.1--1984）,如图所示:

图3-5 推杆
（3）推杆的固定与配合
在推杆固定板上制有台阶孔，将推杆装入其中。这种形式强度高，不易变形，但在推杆很多的情况下，台阶孔深度的一致性很难保证，本设计所使用的推杆数为8个，可采用此种形式。推杆固定板上的孔为d+0.5mm，即6.5mm；推杆直径d与模板上的推杆孔采用H8/f7～H8/f8的间隙配合，本设计采用的推杆直径较小，且ABS塑料的流动性好，据此取H8/f7。
推杆的材料用T8碳素工具钢，热处理要求硬度≥50HRC，工作配合部分的表面粗糙度Ra≤0.8um。
4）推杆位置的选择
衣架设计采用的推杆数为8，为使推杆位置的选择能保证塑件推出时受力均匀。推杆位置如图所示

图3-6 推杆分别位置
由于推杆的工作端面在注射时是模腔底部的一部分，如果推杆的端面低于型腔底面，则在塑件上会留下一个凸台，这样将影响塑件的使用。因此，通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.05～0.1mm。本设计中推杆的端面与其型腔底面平齐。
3.7模具的冷却系统
一般的塑料都需在200℃左右的温度由注射机的喷嘴注射到模具内，熔体在60℃左右的模具内固化、脱模，其热量除少数辐射，对流到大气环境以外，大部分是由通入模具内的冷却水给带走；而有些塑料的成形工艺要求模具的温度较高（80～120℃）时，模具不能仅靠塑料熔体来加热，需对注射模设计加热系统。由此可见，有的模具仅需要设置冷却系统，适用于要求模具温度较低（一般小于80℃）的塑料，如聚乙烯，聚丙烯，ABS等。本设计采用ABS材料，所以模具不需设置加热系统，只需要设置冷却系统以提高生产效率。
模具冷却系统的设计原则
1. 冷却水孔数量尽可能多，尺寸尽可能大，使得冷却均匀；
2. 冷却水孔至型腔表面为等距离，一般水孔边离型腔的距离大于10mm，常用12～15mm，本设计取12mm
3. 浇口处加强冷却，普通熔融的塑料充填型腔的时候，浇口附近温度最高，因此浇口附近要加强冷却。
4. 降低入水与出水的温度差，如果温度差别太大时，使模具温度分布不均匀，如果塑件冷却速度不一样，就容易造成塑件变形。
5. 水道的开设应便于加工和清理，冷却水通道要易于机械加工，便于清理。一般孔径设计为8～12mm。本设计取10mm。
冷却系统的计算：
塑料传给模具的热量 Q=nmq
Q-----单位时间内塑料传给模具的热量，KJ/h
n-----每小时的注射次数，n=60
m-----每次注射的塑料量，包括浇注系统，kg.
q-----单位质量的塑料在型腔内散发的热量，KJ/kg
m=密度*体积=1.05*（79.82*0.25+79.82）=99.775g
q=Cp（a1-a0）
Cp----塑料的比热容，KJ/kg*k，取0.4
a1----塑料熔体充模的温度，℃，取170
a0----塑件脱模的温度，℃，取70
代入已知数据求得
q=0.4（170-70）=40KJ/kg
Q=60*0.099775*40=239.46KJ/h
由冷却水带走的热量 Qw=95%Q
代入已知数据得
Qw=0.95*239.46=227.487KJ/h
冷却水道表避的面积 Aw=Qw/（3.6hP）
Aw----冷却水道表避的面积，m²
h----冷却水对其管壁的传热系数，w/m²k
P----模具型腔表面的平均温度与冷却水的平均温度的差值，℃，其中冷却水的平均温度指的是冷却水进口与出口的温度平均值
h=2041*（1+0.015Pw）（V0.87/dw0.13）
dw----冷却水道直径，mm
V----冷却水的流速，m/s
Pw----冷却水的平均温度，℃
为了使冷却水在管中呈紊流状态，冷却水道直径应小于20mm，且产生紊流的最小流速为：
表3-2 流速与水道直径的关系
dw/mm
8
10
12
15
20
V/（m/s）
1.66
1.32
1.10
0.87
0.66
根据冷却水处于紊流状态下的流速与水道直径d的关系，确定模具冷却水的流速V=1.32m/s
代入已知数据得
h=2041*（1+0.015*40）（100.87/1.320.13）=8756.28w/m²k
Aw=227.487/（3.6*8756.28*80）=9.02*10-5m²=90.2mm²
冷却水管总长度 Lw=Aw/（3.14dw）=90.2/（3.14*10）=2.87mm
3.8 模具的排气系统
塑料模具的注射过程是熔融塑料将型腔中的空气置换出来的过程，当塑料将型腔填充时，必须顺利的排放出型腔及浇注系统中的空气及塑料受热而产生的热空气，如果气体不能顺利排出，塑件会由于填充不足而产生接缝或表面轮廓不完整等缺陷。模具排气的形式主要有以下三种方式：
1、利用配合间隙排气 模具的分型面、推杆与模板之间及活动型芯模板之间都有一定的配合间隙，一般间隙值都在0.03~0.05mm之间，利用模具零件之间的这种间隙，可以将型腔中的气体顺利排出。
2、利用分型面排气 对于小型模具可以利用模具分型面的间隙来排出型腔内的气体，但分型面必须位于熔体流动的末端；对于大型模具可以在分型面上开设排气槽，加强型腔内部气体的排放。
3、利用粉末烧结合金块排气 粉末烧结合金材料质地疏松，气体能顺利通过，但强度较差，一般要在模具需要排气的地方开孔，将粉末烧结块镶嵌上，为防止型腔压力将其挤压变形，底部通气孔直径不宜过大。
本设计是中小型模具设计，不设排气槽，所以采用了利用分型面排气和推杆与型腔的配合间隙排气。
第四章 注射机的选用
使用pro-E软件计算功能，得出该衣架体积为39.91cm³，因为本设计采用一模两腔，所以V1=39.91x2=79.82cm³根据公式总体积V=V1+0.25V1计算得：
V=79.82+0.25x79.82=99.775cm³。要求注射成型时的总注射量应是注射机最大注射量的80%以下，初选注射机为XS-ZY-125
表4-1 注射机技术参数
最大注射量/cm³
125
注射压力/Mpa
119
锁模力/KN
900
最大注射面积/cm³
320
模具最大厚度/mm
300
模具最小厚度/mm
200
最大开模行程/mm
300
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴孔半径/mm
4
模板尺寸/mm×mm
420×450

第五章 注射机有关参数的校核
5.1最大注射量校核
V1+0.25×V1≤KMn
K---------注射机最大注射量利用系数，一般取0.8；
Mn--------注射机最大注射量，cm³；
V1=79.82cm³，0.25×V1=19.955，KMn=0.8×125=100cm³
将已知数据代入得
79.82+19.955=99.755cm³，99.755 cm³＜100 cm³
所以所以校核最大注射量满足要求。

5.2注射压力校核
注射机的最大注射压力必须大于成型塑件所需要的注射压力。成型塑件所需的注射压力其值一般在70～150Mpa范围内。本设计材料为ABS，其值一般在60～100Mpa，注射机的注射压力为119Mpa，，即注射压力>型腔成型压力，所以注射压力满足要求。
5.3锁模力的校核：
表5-1 不同塑件选用的型腔压力
条件
型腔压力/Mpa
举例
易成型的塑件
25
PE、PS等壁厚均匀日用品、容器
普通塑件
30
薄壁容器类
高黏度塑料，高精度塑料
35
ABS、POM等工业机器零件，高精度塑件
塑料黏度特别高，高精度塑料
40
高精度机械零件
由以上表格可知ABS材料选用型腔压力为35Mpa。使用CAD软件计算功能得出塑件和浇注系统在分型面上的垂直投影面积之和为11759mm²。根据公式：
F≥Pm（nAz+Aj）
式中：F-------注射机额定锁模力（N）
Pm------塑料熔体在型腔内的平均压力（Mpa）
Az，Aj------分别为塑件和浇注系统在分型面上的投影面积（mm²）
代入已知数据得：35Mpa×11759mm²=411565N=411.565KN，F=900KN，
F＞Pm（nAz+Aj），所以锁模力满足要求。
5.4 开模行程的校核
由于本设计采用的注射机是XS-ZY125，所以其最大开模行程是由肘杆机构或合模液压缸的冲程所决定的，而与模具厚度无关，当模具厚度变化时可由其调模装置调整。故校核时只需使注射机最大开模行程大于模具所需的开模距离即可。单分型面注射模的最大开模行程按下式校核：Smax≥S=H1+H2+（5~10）
式中：Smax---注射机最大开模行程（mm）
S------模具所需开模距离（mm）
H1-----塑件脱模距离（mm）
H2-----包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）
代入已知数据 S=7+145+10=162mm，Smax =300，所以S＜Smax，符合设计要求。
第六章 标准模架的选择
衣架采用Cl型整体式模架。
有关壁厚公式的计算得到型腔壁厚尺寸。
tc=r[（a/a-2p）1/2-1]
式中 tc---型腔侧壁厚，mm
r----型腔内半径，mm
a----许用应力，Mpa
p----型腔内熔融塑料的压力，Mpa
代入已知数据得
tc=3.5{[160/（160-2×35）] 1/2-1}=1.17mm
底板厚度尺寸
td=（3pr²/4a）1/2，代入已知数据得：td=（3×35×3.5²/4×160）1/2=1.42mm
计算的模板周界不大可能与标准的尺寸相等，所以必须将计算的数据想标准尺寸“靠拢”，一般取向较大的修整。另外还得考虑到在壁厚位置上应该有足够的位置安装其他的零部件，如果不够的话，需要增大尺寸。一般情况下，动定模镶块的尺寸比制件的外形尺寸大30～80mm，制件外形尺寸也大，镶块尺寸与制件外形的尺寸的差值也应该选的越大。这里根据制件外形尺寸和型腔排列情况，选取动定模镶块尺寸为360mm×420mm，可以确定模板的周界尺寸为390mm×560 mm。
因为选择了Cl型的模板，所以H=h1＋A＋B＋C＋h1 ,H=25+120+150+150+25=
470. 具体机构如图4-1

图6-1 模架结构

第七章 模架及其他结构零件
注射模具由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件部分包括注射模的标准模架、注射模的支承零部件和合模导向机构。支承零部件主要由固定板（动、定模板）、支承板和动、定模座板等组成。
7.1 注射模的标准模架
模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆等组成。
我国塑料注射模架的国家标准有两个，即《塑料注射模中小型模架及技术条件》（GB/T12556—1990）和《塑料注射模大型模架》（GB/T12555—1990）。前者按结构特征分为基本型（4种）和派生型（9种），适用的模板尺寸为B（宽）×L（长）≤560mm×900mm；后者也分为基本型（2种）和派生型（4种），适用的模板尺寸为B（宽）×L（长）为630mm×630mm至1250mm×2000mm。
本设计零件尺寸属于中型，所以采用中型模架标准制造生产，选取基本型Cl型作为基本模架结构，公制单位（mm），衣架身模架尺寸为360mm×420mm，其中定模取值高度为120mm，动模取值150mm，标记为C1-60660-A120-B150-C150.
模架的精度直接决定着模具的精度和质量，一般对于模架生产要保证的工艺条件有：模架四周的垂直度、板件的平行度、板件平面度与侧面的垂直度、导柱导套与模板配合的松紧程度、相对运动板件间的开合自如程度，另外还有整套模架的外观，如表面粗糙度、倒角等。
7.2 支承零部件设计
7.2.1垫块
垫块的作用主要是在动模支承板与动模座板之间形成推出机构所需的动作空间。另外，也起到调节模具总厚度，以适应注射机模具安装厚度要求的作用。因为该模具为中小型模具，所以适合用角架式垫块。在安装时，务必保持所有的垫块高度保持一致，否则由于负荷不均匀会造成相关模板的损坏，垫块与动模支承板之间一般用螺栓连接，要求高时可用销钉定位。本设计采用模架库中的标准件，衣架模架垫块高度为150mm，长为600mm，宽为100mm，材料为45钢，GB/ T70.1—2000，M8螺栓连接。
7.2.2动定模座板
设计时必须保证它们的轮廓形状和尺寸与注射机上的动定固定模板相匹配，开设的安装结构也必须与注射机定模固定板安装螺孔的大小和位置相适应。
它在注射成型过程中起着传递合模力并承受成型力，为保证定模座板具有足够的刚度和强度，动定模座板也应具有一定的厚度。在衣架的设计中动定模座板采用模架库中的标准件，尺寸为600mm×700mm，厚度为25mm。
7.3 导向装置
7.3.1导柱导向机构
1）导柱的设计 导柱的结构一般可按标准件选用，也可以自行设计。本设计中采用标准件当中的有肩导柱，衣架模架取d为50mm。
2 ）导柱的安装与配合
导柱安装时模板上与之配合的孔径公差按H7确定，安装沉孔直径视导柱直径可取D+（1～2mm）。
3 ）导柱结构的技术要求
a.形状 导柱前端面应做成锥面或半球面，以使导柱能顺利地进入导向孔。
b.材料 导柱材料采用T8A（GB/T1298-1986）
c.表面粗糙度 导柱固定部分的表面粗糙度为Ra=0.8μm。导滑部分表面常用Ra=0.4μm
d.技术条件：①热处理50～55HRC，
②导柱直径d的尺寸公差根据使用要求可在相同公差等级内变动
e.导柱布置
一副模具至少用两根导柱，本设计中采用4根直径相同的导柱对称布置。
7.3.2 导套
1）导套的设计
因本设计中的导柱采用有肩导柱，所以导套须采用有肩导套。
2）导套的安装与配合
导套安装时模板上与之配合的孔径公差按H7确定，有肩导套安装沉孔直径视导柱直径可取D+（1～2mm）。导套长度由模板厚度决定。
3）导柱结构的技术要求
a）形状 为使导柱顺利进入导套，导套前端应倒角。
b）材料 导柱材料采用T8A（GB/T1298-1986），
c）表面粗糙度 带头导套用H7/m6或H7/k6过渡配合镶入模板，导向固定部分的粗糙度为Ra=0.8μm。导向部分粗糙度为Ra=0.4～08μm
d）技术条件：①热处理50～55HRC。
②导柱直径d的尺寸公差根据使用要求可在相同公差等级内变动
e）导柱布置
导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离通常为导柱直径的1～1.5倍）本设计中取导柱中心到模具边缘距离为导柱直径的1倍。为了确保合模时只能按一个方向合模，导柱的布置采用等直径导柱布置。

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