线轮注塑模具设计.doc

1、目 录引言1第1章 塑件工艺性分析21.1 塑件材料分析21.2 塑件工件分析3第2章 拟定模具结构形式42.1 确定型腔数量42.2 分型面位置确定4第3章 注塑机的选择53.1 注射量的计算53.2 注射机的选定53.3 注射机有关参数的校核6第4章 浇注系统的设计84.1 浇口套的选择84.2 分流道的设计84.3 浇口的设计94.4 冷料穴设计10第5章 成型零件的结构设计和计算115.1 成型零件结构设计115.2 成型零件尺寸计算115.3 型腔壁厚及底板厚度计算12第6章 导向机构设计13第7章 脱模机构设计147.1 脱模力的计算147.2 推出机构的设计147.3 脱模机构的

2、复位15第8章 抽芯机构设计168.1 斜导柱抽芯机构的结构形式168.2 抽拔力和抽拔距的计算168.3 抽芯机构设计要点168.4 连接板178.5 滑块的定位装置188.6 斜导柱的设计19第9章 模具温度调节系统的设计209.1 冷却水道的设计原则209.2 冷却水路的形式设计20第10章 模架的确定及校核2210.1 模架的确定2210.2 模架的校核22第11章 模具的总装图和工作原理23结论24致谢25参考文献26线轮注塑模具设计摘 要：本设计进行了线轮模具的设计。在设计之前对塑件结构进行工艺性分析,根据塑件特征选择注塑机并对其进行校核；通过考虑成型的经济性、可行性等因素，确定模

3、具的型腔数为一模一腔；根据塑件特点确定模具的浇注系统和分型面位置；该模具采用侧浇口、结构简单、易于制造；通过合理布置温度控制系统，调节模具工作温度，提高塑件的成型质量；利用推杆将塑件从模具中推出；结合塑件特点和模具其他零部件的特征选择模架，并对其进行校核；该模具利用直导柱和斜导柱导向，这样的结构设计可确保模具工作运行可靠。第1章 塑件工艺性分析1.1 塑件材料分析ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，原料易得，价格便宜，是目前应用最广、产量最大的工程塑料之一。ABS无毒、无味，为呈微白色或黄色不透明粒料，成形的塑件有较好的光泽，密度为1.051.18g/cm。收缩率为0.3%0.8%

4、。ABS塑化效率高，比热容低，凝固也快，所以成形周期短；ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性也很强，考虑到一模具的结构的复杂性，模具设计可采用侧浇口形式。1.2 塑件工件分析该塑件是一个塑料线轮，如图1.1所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量大，使用ABS材料，成型工艺好，可以注射成型。图1.1 线轮二维零件图该塑件线轮的三维图如图1.2所示。图1.2 线轮的三维图材料为ABS塑料，须考虑圆周方向侧向分型；塑件各部位壁厚均为3mm，属薄壁制品；为减轻重量及增加强度，两端外侧各有环形加强筋2条、分布均匀的轮辐式加强筋24条；右端内侧有环形加强筋1条、分布均匀的轮辐式加强筋6条，塑件转角处用圆弧过渡，

5、从而可以避免尖角。1.2.1 尺寸精度分析由以上分析可见,该零件的尺寸精度为低精度,对应的模具相关零件加工可以保证塑件用于一般配合，精度等级为一低精度等级，即5级精度。1.2.2 表面质量分析塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的表面粗糙度。要求制品不能有缩孔、沙眼、裂纹、气孔、凹坑、杂质物等。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增加，塑料制品表面的粗糙度取为Ra =0.8m。第2章 拟定模具结构形式2.1 确定型腔数量 方案：一模一腔。 优点：模具结构较简单，易于制造。 缺点：生产效率较低。 方案：一模多腔。 优点：生产效率高。 缺点：模具结

6、构很复杂,所需轮廓太大,比较难实现。综合比较方案、分析，由于该线轴注塑模尺寸较大,要实现大批量生产，提高模具生产效率，应采用一模一腔的设计,故采用方案。2.2 分型面位置确定分型面是模具闭合时型腔和型芯接触的表面。依据便于脱模的原则，分型面的位置放在塑料工件断面尺寸最大处，而且不能影响塑料制品的外观。根据线轮的结构特征选定如图2.1所示分型面。图2.1 分型面第3章 注塑机的选择3.1 注射量的计算通过UG建模分析，塑件体积为，ABS的密度。质量m为：浇注系统的体积估算为0.6倍的塑件体积。即实际注射量应该选在额定注射量为的20%80%。式中：n是型腔数； 是浇注系统的体积； 是单个塑件的体积

7、。3.2 注射机的选定根据计算的数据，查文献1初选注射机SZ-500/200注射机，参数如下表3.1。表3.1 注射机主要技术参数项目参数理论注射容积/cm3500螺杆直径/mm 55注射压力/MPa150锁模力/KN2200拉杆内间距/mm570X570移模行程/mm500最大模具厚度/mm500最小模具厚度/mm280喷嘴球半径/mmSR203.3 注射机有关参数的校核3.3.1 型腔数的校核1.按最大注射量校核，即 式中， n为型腔数； 为注射机的最大注射量； 同上公式中注释。根据计算结果可以看出，符合要求。2.按额定锁模力校核，即 式中： F为注射机的额定锁模力； 为塑料熔体对型腔的平

8、均压力（MPa），一般为注射压力30%65%,这里取40%； 为浇注系统在制品分型面上的投影面积，一般取； 为单个制品在分型面上的投影面积；这里mm33.3.2 工艺参数的校核1.注射量校核实际注射量与模具型腔和流道最大容积比较，即实际注射量：mm3模具型腔和流道最大容积：cm3式中，为注射系数，数值取0.750.85，结晶形塑料可取0.75，无定形塑料可取0.85，该塑件取0.85； V为指定规格与型号注射机的注射量容积，该设计中注射机的注射量为500cm3。由计算结果看出，故符合要求。2.最大注射压力校核注射机压力要大于塑件需要成型所需要的压力。如表3.2所示，查得塑件材料ABS的注射压力

9、为7090MPa。表3.2 ABS的注塑参数塑料注射成型机类型密 度/g.cm3料 筒 温 度/c模具温度/c注射压力/MPa成型时间/s后段中段前段注射时间保压时间冷却时间成型时间ABS 螺杆式104018020021023020021050707090330153015304070所选择的压力机的最大注射压力为Pmax=150MPa。经过比较，显然比ABS的注射压力大，故满足要求。3.锁模力的校核因为当高压的塑料熔体充填模腔内时会沿锁模方向产生一个很大的胀形力所以模具的锁模力必须要比型腔内压力大；型腔压力取30MPa，锁模力外F，即式中， F为KN； K为安全系数，k取1.3; 塑料熔体在

10、模具腔体的平均压力。所选注射机的锁模力为2000KN远大于F，故符合要求。第4章 浇注系统的设计4.1 浇口套的选择在设计时，应该注意以下加点：主流道小端直径用该稍微大于注射机喷嘴直径，一般大（0.51）mm。主流道界面都是圆形的，主流道的整体形状为内圆锥形，圆锥的锥度取。值得注意的是，流道的长度选取时以不超过60mm为宜。浇口套一般采用T8A或T10A材料，热处理硬度为5055HRC(低于注射机喷嘴的材料硬度)。为了减少流料在转向时的阻力，主流道的出口端要设置大圆角过渡。浇口套可选用标准件，但是在选择时应该注意一点：在选够浇口套时应注意：浇口套进料口直径和球面坑半径。该设计中选用的浇口套如图

11、4.1所示。图4.1 浇口套与定位圈4.2 分流道的设计4.2.1分流道截面形状分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，因为难加工、热量损失大等各种原因，在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。本设计选用半圆形的分流道截面，如图4.2所示。图4.2 分流道截面 因为半圆形断面的这种分流道易于机械加工，且热量损失和阻力损失均不大，故它也是一种常用的形式。4.2.2 分流道的尺寸计算分流道尺寸由塑料品种、塑件的大小及长度确定。由经验可知，对于ABS塑料来说，其圆形截面分流道直径推荐值为4.79.5，考虑到上一流道要比下一流道的直径大10%左右，取分流道的直径为7mm。另外，

12、分流道的表面粗糙度Ra一般去1.6m就行，表面不必要求非常的光滑。4.3 浇口的设计浇口有直浇口、环形浇口、侧浇口和点浇口等形式。该模具为圆筒形塑件，一模一腔，所以采用点浇口形式，结构见图4.3。 图4.3 点浇口4.4 冷料穴设计冷料穴是主流道的延长一部分，用来收集接受流料，存放料流前端的冷料。冷料穴尺寸要稍微大于主流道大端直径，冷料穴的长度约等于主流道大端直径。冷料穴配合拉料杆，可以在开模时将主流道中的凝料拉出。设计中使用的冷料穴和拉料装置如图4.5所示。图4.5 冷料穴及拉料装置第5章 成型零件的结构设计和计算5.1 成型零件结构设计5.1.1 凸模结构设计凸模的结构形式有整体式、整体嵌

13、入式、活动式和镶拼组合式之分，结合塑件特点，选用整体嵌入式的凸模。5.1.2 凹模结构设计凹模用来成型塑件的外形，按结构也可以划分为整体式、整体嵌入式、镶拼组合式等结构，该设计是骨架式的塑件，所以选择镶拼组合式的结构。5.2 成型零件尺寸计算所用的材料ABS，收缩率S=0.3%0.8% ,则型腔径向尺寸计算公式： 型芯径向尺寸计算公式：型腔深度尺寸计算公式:型芯高度尺寸计算公式:式中， 型腔径向尺寸；型芯径向尺寸；平均收缩率； 塑件的基本尺寸；塑件的公差值；模具成形零件的制造公差；H型腔深度最小基本尺寸；塑件的最大基本尺寸；型芯高度的最大尺寸；塑件内形深度最小尺寸。根据以上公式，代入塑件的尺寸

14、：5.3 型腔壁厚及底板厚度计算因为该模具结构特点，无需计算型腔壁厚，对于型腔底板的厚度要具体的看选择相对应模胚的尺寸来决定，但是一般情况下底板的厚度不能小于2530mm，以防止固定型芯时，强度不足。第6章 导向机构设计6.1 导向结构的总体设计该设计中的模具有4组导柱和导套，均匀的分布在模具的四周，为了保障模具的强度，中心到模具边缘应该留有足够的距离。模具的导柱安装在动模板上，导套安装在定模版上。需要注意的是，在合模时，为避免凸模先进入型腔，导致模具额损坏，应该保证导向零件首先接触,所以加上一根复位杆以保证正确和模。本次直接采用基本模架GB/T12555-2008所给的导柱，所以不再细述第7

15、章 脱模机构设计7.1 脱模力的计算线轮属于薄壁圆形塑件，选用公式：式中， 为圆环形制品的壁厚，； E为塑料的弹性模量，ABS的弹性模量E=1800MPa。查参考文献【5】； S为塑料的平均收缩率，S=0.55%； L为塑件对型芯的包容长度，L=105mm； 为模具型芯的脱模斜度，=1； 为塑件与型芯之间的摩擦因数；ABS与钢的摩擦因数=0.21，查参考文献【5】； 为塑料的珀松比。ABS的珀松比=0.394，查参考文献【5】； A为不通孔塑件在垂直于脱模方向上的投影面积，但通孔塑件为0，参阅文献【5】；A=0mm2。K2= 5763.6N7.2 推出机构的设计该模具采用推杆推出，推杆材料为4

16、5钢推杆直径的计算：式中， 为安全系数，取=1.8； L为推杆长度（mm），L=52.56mm； F为脱模力（N），F=5763.6N； n为推杆数目，n=2； E是推杆材料的弹性模量(MPa)，E=250MPa；带入公式中得:=5.73mm因此，推杆的直径取7mm。推杆直径不能过细，以保障足够的强度和刚度，直径在3mm以下的推杆就要将下部加粗，呈梯形，这里不需要，该模具的结构和粗糙度如图7.1所示。图7.1 推杆7.3 脱模机构的复位常见的复位形式有复位杆、推杆兼任复位杆、弹簧复位杆等，该模具的复位杆如图7.2所示。 图7.2 复位杆第8章 抽芯机构设计8.1 斜导柱抽芯机构的结构形式此模具

17、使用侧向抽芯机构，为提高生产效率，采用机动抽芯机构。机动抽芯机构分为三种，这里选用最常用的斜导柱抽芯机构。斜导柱抽芯机构由斜导柱、滑块、锁紧块和定位装置组成，下面会逐一介绍。8.2 抽拔力和抽拔距的计算8.2.1 抽拔距该塑件圆形线轮骨架结构，较为特殊，有特定的公式计算抽拔力，公式中， D为塑件线轮的坐盘直径D=132mm； D为塑件线轮的圆筒形骨架直径d=60mm；所以 =8.2.2 抽拔力抽拔力的计算与脱模力的计算类似，都受多种因素影响，计算时去几个最主要的因素考虑，因此简化公式为：式中， Q为抽拔力（N）； A为侧型芯被抱紧的截面周长（cm），A=2622=524cm； h为成型部分深度

18、（cm），h=36cm； q为单位面积级压力（N/cm2），一般取8001200，q=1000 N/cm2； 为摩擦因数，去0.10.2，=0.2； 为脱模斜度，=21。=1254N8.3 抽芯机构设计要点斜导柱的倾斜角一般取15 25，锁紧楔块的楔角应该大于强者23。斜导柱和滑块孔的配合应该有0.51mm的间隙。滑块长度L应大于滑块宽度的1.5倍，抽芯完后，留在导滑槽内的长度。8.4 连接板根据上述设计要点设计，该模具滑块采用连接板，装配示意图如图8.1所示。 图8.1连接板装配示意图8.5 滑块的定位装置为了使滑块在抽芯完毕以后停留在规定的位置上，需要在模具上设计定位装置。有多种形式，这里

19、不再赘述。由于该模具在设计的时候在滑块外侧安装了用于冷却的水嘴，所以不能使用挡板来进行限位。只能在模具内部限位，于是，选用限位钉来进行定位 具体形状如图8.3所示。 8.6 斜导柱的设计8.6.1 斜导柱的直径计算 斜导柱的直径公式如下：式中， d为斜导柱直径（cm）； P为抽拔力（N），P=2914N； 为斜导柱倾斜角，=21； H为P2力与A点的距离在水平方向上的投影（cm），查参考文献【5】；由受力可知受力点是斜抽芯部分的中点，所以H=57.5mm=5.75cm。 为抗弯强度（N/cm2）；碳素钢取。然后再查参考文献，找d的直径，最后选取公称直径d为20mm的斜导柱。8.6.2 斜导柱的

20、长度计算斜导柱长度的计算公式为： 式中， 斜导柱总长度 D斜导柱台肩直径30mm； 斜导柱抽拔角21； 斜导柱固定板厚度14mm； 斜导柱与侧滑块料孔的配合间隙0.5mm； 斜导柱工作部分直径20mm； 抽芯距，实际间距加24mm。带入计算，求得斜导柱长度334mm。第9章 模具温度调节系统的设计9.1 冷却水道的设计原则1.水道孔直径一般取812mm，该模具用12mm的水道孔直径。2.水孔的中心距取水道孔直径的35倍。水孔距离型腔壁的距离要相等以防止受热不均。3.应该降低进、出水温差。4.设计的水道要便于加工、清理。5.要注意浇口位置的冷却。9.2 冷却水路的形式设计结合该模具的特点，设计水

21、道布置如下主视图，图9.1。 图9.1 冷却水道冷却水路布局方式的俯视图，如图9.2所示。 图9.2 水道布置第10章 模架的确定及校核10.1 模架的确定分析工件的特征和上述设计各部分的特征，确定该设计中使用的模架属于中小型注射模架。模具的动模型腔和定模型腔采用的是整体嵌入式，并且该模具采用斜导柱侧抽芯。结合以上两点考虑，选用AI型模具。使用AI模架还便于滑块导滑槽的加工，参见文献【1】。根据模具的各部分特点和模具型腔位置因素，选用系列模具。10.2 模架的校核1.最大与最小模具厚度模具闭合时的厚度应在注射机动定模板最大闭和高度和最小闭和高度之间，参考文献【1】。用公式表达：式中，注射机所允

22、许的最小模具厚度； 模具的闭和高度； 注射机所允许的最大模具厚度。模具的闭合高度为455mm，在这个范围之内，故符合要求。2.模架尺寸与注射机拉杆内间距校核模架的外形尺寸mm。拉杆内间距为mm。因为，所以符合要求。第11章 模具的总装图和工作原理经过对塑件的分析，成型零部件相关尺寸的计算以及模架和注塑机的校核，模具总装图如图11.1所示。图11.1 总装配图1-限位螺钉2-上模座3-托板 4-定模扳 5-定模镶块6-拉料杆7-浇口套8-定位圈9-水套10-型芯11-滑块12-模套13-连接板 14-支承板 15-斜导柱 16-下模座 17-推板 18-型芯19-卡环 20-复位杆 21-型芯

23、22-推管23-动模板24-拉杆开模时，T形块将塑件推出型芯18，塑件包在型芯上在拉料杆的作用下随动模部分一起移动，在斜导柱的作用下，侧型芯滑块向两边运动逐渐脱离塑件，直至斜导柱与滑块脱离，侧向抽芯和分型才告结束，限位螺钉限制脱出距离。动模部分继续移动，顶出机构动作，推管把塑件从凸型芯上脱下来并由限位螺钉保证推管最大位移。合模时，滑块靠斜导柱复位，在注射时，滑块由压连接板13锁紧，以使其处于正确的成型位置而不因受熔体压力的作用向两侧松动。结 论本次毕业设计的课题是线轮的模具设计。在设计过程中，通过分析塑件的成型特点，运用所掌握的模具知识，翻阅大量的模具资料，精心的设计和计算，最终完成了本次线轮

24、的模具设计。在设计模具过程中，严格按照模具设计的步骤进行，在设计前仔细研究了任务书中塑件的特点，注塑使用的材料，加工批量等信息。在研究塑件形状时，及时将塑件的三维图绘制出来，在绘制的过程中即对塑件有了深刻的了解，又为下面模具三位装配图的绘制做准备。在模具结构设计的过程中，先确定了型腔的数目为一模二腔。选择了注射机的型号，并对其进行了较为详细的校核。然后选择了分型面的位置，设计了浇注系统。然后通过计算和查资料确定模具的脱模方式，确定型芯和型腔的结构和他们的固定方式。根据塑件和模具结构特点选用模架，并对其进行必要的校核。当然还有温度控制系统的设计。该套模具因为产品比较大，设计成一模二腔时模具也会比

25、较大，给安装模具时带来了困难，但是这样设计却提高了生产效率，结束模具的整体设计后，首先使用autoCAD软件进行了模具二维装配图的绘制。通过画二维装配图上的各个零件，对模具的结构再进行一定的调整。在完成以上工作后，拆分各个零件二维零件图，用以更加细致的描述模具的零件结构，以便加工。通过本次的毕业设计，对注塑模具有了更深一层次的了解，在绘图方面也有了很大的提高，最重要的是体会到了设计的思路和方法，是学习阶段一下颇为难得的提高。致 谢在入题、学习、材料收集以及论文的写作到定稿，给予无私的指导和帮助。王老师深厚的学术造诣、严谨求实的治学精神一直以来都深深地影响着我，促使我养成作为技术工作者应该具有的

26、良好品质。在毕业设计期间，导师对我在学习过程中所犯的错误从来都不予以批评，而是教我如何从错误中找出原因、分析原因、总结经验，并指导我如何用最科学、合理的方法去进行改进，少走弯路，培养了我较强的独立思考和分析能力。这些东西将会使我终身受益。在此，我对导师高尚的品格和诲人不倦的美德致以崇高的敬意和最诚挚的谢意！能顺利完成大学本科的毕业设计论文，由衷地感谢老师们给予我在学习上指导、生活上关心和帮助；感谢我的同学和朋友们，在我遇到困难和挫折的时候给予我最大的鼓励和信心，在此向他们表示我最诚挚的谢意!在论文完成之际，我要感谢我的家人对我始终如一的理解和支持，无私付出的一切。正是他们给予了我精神上和物质上

27、的极大鼓励和支持，才使我能够全身心地投入到学习中去，圆满完成学业。最后向百忙之中评阅本论文的各位专家、教授们表示衷心的感谢！参考文献1郑涌.模具行业现状及其发展趋势J.科技信息,2007(4):64-65.2李松江.模具制造技术与发展趋势J.模具制造,2006(7):3-6.3刘向阳,屈平.我国模具工业发展现状J.世界制造技术与装备市场,2004(2):58-60.4张正修,张镇.模具产业的现状与发展态势J,五金科技,2005(8):1-21,27.5屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.北京:高等教育出版社,20056崔忠圻,覃耀春.金属学与热处理M.北京:机械工业出版社,2007.5.7杨占尧

28、.塑料注塑结构与设计M.北京:高等教育出版社,2008.8洪慎章.实用注塑模具结构图册M.上海:上海交通大学出版社,2006.9杨占尧.塑料模具典型结构设计实例M.北京:化学工业出版社,2008.10杨占尧.塑料模具课程设计指导与范例M.北京:化学工业出版社,2009.611杨永顺,郭俊卿.塑料成型工艺与模具设计M.哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2008.10.12赵大兴.工程制图M.北京:高等教育出版社,2009.7.13毛平淮.互换性与测量技术基础M.北京:机械工业出版社,2007.7.14王平平.材料成型设备M.北京:机械工业出版社,2011.6.15杨占尧.塑料模具标准件及设计应用手册M.北京:化学工业出版社,2008.4.16齐卫东.塑料模具设计与制造M.北京:北京理工大学出版社,2007.17张荣清.模具制造工艺M.北京:高等教育出版社,2006.1.18陈万年.实用塑料注塑模设计与制造M.北京:机械工业出版社,2006.19谭雪松,林晓新,温丽.新编塑料模具设计手册M.北京:人民邮电出版社,200626