1、塑料底座模具毕业设计（论文）第 1 章 绪论1.1 塑料成型在工业生产中的重要性1.1.1塑料及塑料工业的发展塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，简称高聚物。塑料其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。塑料制件在工业中应用日趋普遍，这是由于它的一系列特殊的优点决定的。塑料密度小、质量轻。塑料比强度高；绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力；塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要
2、材料之一。塑料工业的发展阶段大致分为一下及个阶段：1. 初创阶段 30 年代以前，科学家研制分醛、硝酸纤维和聚酰胺等热塑料，他们的工业化特征是采用间歇法、小批量生产。2. 发展阶段 30 年代，低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工业化生产，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。3. 飞跃阶段 50 年代中期到 60 年代末，塑料的产量和数量不断增加，成型技术更趋于完善。4. 稳定增长阶段 70 年代以来，通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料性能，提高产品质量，扩大应用领域，生产技术更趋合理。塑料工业向着自动化、连续化、产品系列化，以及不拓宽功能性和塑料的新领域发展
3、。我国塑料工业发展较晚。50 年代末，由于万吨级聚氯乙稀装置的投产和 70 年代中期引进石油化工装置的建成投产，使塑料工业有了两次的跃进，于此同时，塑料成型加工机械和工艺方法也得到了迅速的发展，各种加工工艺都已经齐全。塑料由于其不断的被开发和应用，加之成型工艺的不断发展成熟于完善，极大塑料底座模具毕业设计（论文）地促进了成型模具的开发于制造。随着工工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求的日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料和产量和质量提出了越来越高的要求。1.1.2塑料成型在工业生产中的重要作用模具是工业生产中重要的工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。塑料模是指
4、用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的好坏，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基础” ，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的劳动力” 。近年来，我国各行业对模具的发展都非常重视。1989 年，国务院颁布了“当前产业政策要点的决定” ，在重点支持改造的产业、产品中，把模具制造列为机械技术改造序列的第一位，它确定了模具工业在国民经济中的重要地位，也提出了振兴模具工业的主要任务。1.1.3 塑料成型技术的发展趋势一副好的塑料模具与模具的设计、模具材料及模
5、具制造有很大的关系。塑料成型技术发展趋势可以简单地归纳为一下几个方面:1. 模具的标准化 为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国标准化程度只达到 20。注射模具零部件、模具技术条件和标准模架等有一下 14 个标准：当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架、精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向标准化模块等。2. 加强理论研究3. 塑料制件的精密化、微型化和超大型化4. 新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用各种新材料的研制和应用，模具加工技术的革新，CAD/CAM/CAE 技术的应用都是模具设
6、计制造的发展趋势。1.1.4CAD/CAM开发平台及其发展趋势塑料底座模具毕业设计（论文）CAD/CAM 技术从诞生至今已有三十多年的历史，历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段，其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。通过三十多年的努力，CAD/CAM 技术在基础理论方面日趋成熟，同时推出了许多商品化系统，诸如 Pro/Engineer，UGII,CATIA，Solid Works 等。 “美酒愈陈愈香” ，但软件技术则不同，停止就意味着被淘汰，CAD/CAM 系统的开发正伴随着计算机软硬件技术的高速发展向着更高、更深层次方向发展。AD/CAM 系统
7、的开发主要可分为三种方式：（1）完全自主版权的开发，一切需从底层做起；（2）基于某个通用CAD 系统的二次开发，如基于 AutoCAD 软件的二次开发；（3）基于 CAD/CAM 软件平台的开发，此类开发界于前两种方式之间，较二次开发可以更深入核心层，具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点，当然平台的价格也很昂贵.当今比较流行的 CAD/CAM 平台很多，主要有ACIS，PARASOLID，CAS.CADE，Pelorus，DESIGNBASE 等。可以得知 CAD/CAM 开发平台向着更深、更高层次发展，同时不断融入计算机软件新技术，并呈现出开放化、多元化发展趋势。CAD/CAM
8、 平台发展趋势概括如下：(1) 支持多种主流的计算平台，包括 Windows 95由前pnQ述可知 =134cm3。查塑料模具技术手册机械工业出版社 1997.6 表310查塑料模设计手册软件版=16.65SQpS塑料底座模具毕业设计（论文）nQ注射机的公称注射量(200cm3)注射时间图 238 可知为8.05s根据以上要求可以选择主流道衬套结构如下：图 2311L2=10mm，L3=8mm，L1=22mm，d=27mm。定位圈和浇口套的固定方式：图 2312D=124mm，d=110mm，螺钉孔距 L=92mm3.42 点浇口的设计：(1)点浇口断面积：本次设计采用点浇口。浇口其断面积约为
9、主流道断面积的39%，在本设计中取为 3mm2；浇口长度约 0.52.5mm 在本设计中取为 1mm；剪切速率校核： (2-6)1-43s0Rqv式中 主流道浇口剪切速率 ； 1/塑料底座模具毕业设计（论文）主流道浇口体积流量 ； =16.65 vqscm3vqscm3R主流道浇口当量半径 cm；R=0.6cm。带入相关数据，得 =6 ,固符合要求。-14s0-14浇口主视图 浇口侧视图(2)浇口位置设计说明（根据 CAE 分析已得出结论，此处作为说明） 。浇口的设计需要满足以下条件： 1.有利于减小制品翘曲变形2.有利于改善注塑制品的力学性质3.有利于避免注塑成型时的喷射现象 4.有利于充模
10、流动、排气和补料5.有利于减少熔接痕，增加熔接牢度：6.浇口位置应防止料流将型芯或嵌件挤歪变形 3.4.3 冷料井的设计冷料井又称冷料穴，它是为贮存两次注塑间隔产生的冷料头。防止冷料头进入塑料底座模具毕业设计（论文）型腔造成制品熔接不牢，影响制品质量，甚至堵住浇口，而造成成型不良。冷料井常主流道末端。冷料井的直径稍大于主流道大端直径，长度一般取主流道直径的1.52 倍。冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。这里采用最常用的 Z 形头拉料杆冷料井。3.4.4排溢系统设计当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除
11、干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填料等缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存气体还会产生反向压力而降低充模速度。因此设计时必须考虑排气问题。注射模成型时排气通常以如下四种方式进行：1. 利用配合间隙排气；2. 在分型面上开设排气槽排气；3. 利用排气塞排气；4. 强制排气。根据塑件的结构特点和型芯型腔以及模具的结构，本副模具因为型芯是采用镶拼结构，固采用利用间隙配合排气，同时，钳工在加工时，适当在分型面上开设很小的排气槽（ABS 排气槽深度为 0.03） 。3.5 成型零件的设计与计算成型零件决定塑件的几何行状和尺寸。成型零件工作时，
12、直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑料间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确几何形状，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，有较高强度、刚度及较好的耐磨性能。模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括凹模、型芯、镶块、凸模和成型杆等。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键零件进行强度和刚度校核。塑料底座模具毕业设计（论文）3.5.1模具材料的选择根据模具的生
13、产条件和模具的工作条件需要，结合模具材料的基本性能和相关的因素，来选择适合模具需要的，经济上合理、技术上先进的模具材料。对于一种模具，如果单纯从材料的基本性能考虑，可能几种模具材料都能符合要求，然而必需综合考虑模具的使用寿命、模具制造工艺过程的难易程度、模具制造费用以及分摊到制造的每一个工件上的模具费用等多种因素，进行综合分析评价，才能得出符合实际的正确结论。主要指标有：1. 模具材料的基本性能 要考虑模具材料的耐磨性、韧性、硬度和红硬性（红硬性是指模具材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力） 。还要根据实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能，如抗氧化能力、抗压强度、抗拉强度和抗弯
14、强度、疲劳强度等。2. 模具材料的工艺性 模具材料的工艺性，经常考虑一下几种：可加工性；淬火温度和淬火变形；淬透性和淬硬性；氧化脱碳敏感性等。3. 模具材料的冶金质量及其它考虑因素 冶金质量也对模具材料的性能有很大的影响，只有优秀的冶金质量，才能充分发挥模具材料的各种性能。常考虑的冶金质量指标有：冶炼质量，锻造轧制工艺，热处理和精加工，导热性，精料和制品化等。其它还要考虑选用的模具材料的价格和通用性。总之，选用高质量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造的主要发展趋势，我国也正在向这一方向发展。以下成型零件材料就根据以上
15、原则选择。3.5.2 凹模的设计为了提高零件的加工效率，装拆方便，保证两个型腔形状，尺寸一致，采用整体式凹模结构。在凹模与定模板间的配合用 。67mH影响成型零件的尺寸因素有：1.塑件的收缩率，其值为 s=（S max-Smin ）L s;式中 s塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；塑料底座模具毕业设计（论文）Smax塑料的最大收缩率；Smin塑料的最小收缩率；Ls 塑件的基本尺寸。2.模具成型零件的制造误差；参考塑料成型工艺与模具设计P 所列出的经验值，成型零件的制造公差约占塑件总公差的 - ,或取 IT7-IT8 级作为模具制造公差。模具成型零件制造公差用314 z 表示。收缩率的波动引起
16、塑件尺寸误差随塑件的尺寸增大而增大。在计算成型零件时，所用到的收缩率均用平均收缩率来表示 = 100%S2min-ax式中 塑件的平均收缩率；SSmax塑料的最大收缩率；Smin塑料的最小收缩率。计算公式参考教材 P151 式（ 5-18）：(LM) z =(1+ )LS(0.50.75) z0 0式中 表示塑料的平均收缩率；( =0.55%)SLS表示塑件的基本尺寸；表示塑件尺寸的公差；Z取 /3。当制件的尺寸较大、精度级别较底时式中取 0.75，当精度级别较高时式中取0.5。本塑件为塑料底座其精度要求较高，故在本设计中取 0.75。腔深度的计算：计算公式参考教材 P151 式(5-20)(
17、HM) z =(1+ )HS z00式中 HM表示型腔的深度；表示塑料的平均收缩率；塑料底座模具毕业设计（论文）HS表示塑件凸出的高度；修正系数， =1/21/3，精度要求低时取小值，反之取大值。在此取 1/3。表示塑件的基本尺寸；Z=1/3。基本尺寸为 16 的计算：查教材 P67 表 3-9 该尺寸的公差为 =0.16。利用公式 (HM) z =(1+ )HS z00=(1+0.55%)161/30.16 0.0530=16.002 0.053 mm03.5.3 型心尺寸的计算型心尺寸的计算公式参考教材 P151 式 5-19：(LM) z =(1+ )LS+0.75 z00式中 表示塑料
18、的平均收缩率；( =0.55%)SLS表示塑件的基本尺寸；表示塑件尺寸的公差；Z取 /3。当制件的尺寸较大、精度级别较底时式中取 0.75，当精度级别较高时式中取0.5。本塑件为塑料底座其精度要求较高，故在本设计中取 0.75。型芯高度尺寸的计算运用平均收缩率法： (hm)z =（1+S cp）L S+1/3 zH 型芯高度尺寸（mm）z 型芯高度制造公差（mm）(hm) =(1+0.55%)14+0.16/3=14.097中心距离的尺寸计算塑料底座模具毕业设计（论文）中心距离尺寸的计算公式参考教材 P151 式 5-22：(CM) Z/2=(1+ ) CS Z/2式中 表示塑料的平均收缩率；
19、( =0.55%)SSCS表示塑件的基本尺寸；表示塑件尺寸的公差；Z取 /3。3.5.4 模具型腔侧壁和底版厚度的计算塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因硬度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度和顺利脱模。因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。矩形型腔的结构尺寸计算在本模具设计中采用了整体矩形型腔。整体式矩形型腔，这种结构与组合式型腔相比刚度较大。由于底板与侧壁为一体，所以在型腔底面不会出现溢料间隙，因此在计算型腔壁厚时变形量的控制主要是为保证塑件尺寸精度和顺利脱模。矩
20、形板的最大变形量发生在自由边的中点上。壁厚的计算公式参考模具设计与制造手册表 2-158 凹模侧壁和底板厚度的计算。S=34Ecpa式中 C常数，其值由型腔的高度与型腔的长度之比确定。因型腔的高度与型腔的长度之比=14/119.52=0.117135，查手册得 C=1.4。P型腔压力，一般取 2545MPa，在此取 40 MPa。a型腔的深度。其值为 10。塑料底座模具毕业设计（论文）E弹性模量。钢的取 2.1105。允许变形量，查教材表 5-12ABS 为0.05，在此取 0.01。则：S= 34Ecpa= 3012594=13.3mm。查教材表 5-17 矩形型腔壁厚推荐尺寸，取 45 m
21、m。所以本模具型腔的壁厚值为45 mm。底板厚度计算.由于熔体压力，板的中心将产生最大变形量。按刚度条件，型腔厚度为 h=34Epdc式中 C， 常数，其值由型腔的高度与型腔的长度之比确定。因型腔的高度与型腔的长度之比=14/119.52=0.117135，查手册得 C=1.4；P型腔压力，一般取 2545MPa，在此取 40 MPa；a型腔的深度。其值为 10.；E弹性模量。钢的取 2.1105；允许变形量，查教材表 5-12ABS 为0.05，在此取 0.01。h= 34Epdc= 0128654=32.17 mm查手册的推荐值在此取 37 mm。动模垫板厚度的确定查模具设计与制造手册动模
22、垫板厚度的推荐值，塑件在分型面上的投影面积为（119.5264）2=15298.56 合 152.98，在 100200 的范围内，则垫板的厚度为3040，在此取 40mm。塑料底座模具毕业设计（论文）3.6推出机构的设计推出机构的设计主要考虑以下几项的原则：1. 推出机构应尽量设计在动模的一侧；2. 保证塑件不因推出而变形损坏；3. 机构简单动作可靠；4. 保证良好的塑件外观；5. 合模时的真确复位。在本模具的设计过程中采用推杆的形式对塑件进行脱模，其具体的布置情况考虑平衡受力的原则。3.6.1 脱模力的计算注射成型以后，塑件在模具中冷却定型，由于体积收缩，对型腔产生包紧力，塑件必须克服磨擦
23、阻力才能从模腔中脱出。按力的平衡原理，列出平衡方程式：Ft=AP(cos-sin)在式中 塑料对钢的摩擦系数，约为 0.10.3；A塑件对型芯的包容面积；P塑件对型芯的单位面积上的包紧力 ,模内冷却一般取（0.81.2 ）10 7；在此取中间值 1.0107。Ft脱模力；型芯的脱模斜度，在本模具中为 40。先计算 A 值：A=（1064.98+ 119.5210）4=7380Ft=Ap(cos-sin)=7380（0.2 cos40-sin40）=7.3106KN。3.7侧向分型与抽芯机构的设计塑料底座模具毕业设计（论文）在给定的制件外形分析，成型时可用侧向分型机构来完成，但使模具结构复杂。考
24、虑到要实现制件的外形，观察其外形形状，在內两侧边可以用侧向抽芯实现成型，在型腔与型芯之间用一镶块的型芯来成型，必须用抽芯机构进行成型，这样可以把模具结构简化，降低制造成本。在本模具设计过程中采用的是机动侧向抽芯机构。抽芯距离的确定和抽芯力的计算：为了安全的起见，侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大 23mm。抽芯距用 s 表示，则 s=s1+23mm=2+2=4mm。抽芯力的计算：对于侧向抽芯的抽芯力，往往采用如下的公式进行估算：Fc=chP(cos-sin)在式中 塑料对钢的摩擦系数，约为 0.10.3；c侧型芯成型部分的截面平均周长 (m);h侧型芯成型部分的高度(
25、m)；本模具为 9mmP塑件对型芯的单位面积上的包紧力,模内冷却一般取（0.81.2 ）10 7；在此取中间值 1.0107。Fc抽芯力(KN)；型芯的脱模斜度，在本模具中为 40。在此先算 c侧型芯成型部分的截面平均周长：故抽芯力 Fc=chP(cos-sin)=1080.0010.0091.0107（0.2cos40-sin40）=17820.08=142.56(KN)3.7.1侧滑块的设计在本模具的侧滑块采用了镶拼的形式，导滑槽采用的是矩形的形式其配合用 H8/f8的间隙配合。其零件图见图纸。塑料底座模具毕业设计（论文）3.7.2 合模导向机构的设计导向机构是保证动定模或上下模合模时，正
26、确定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。本模具采用导柱导向定位。3.7.2.1导向机构的作用1、定位作用 模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。2、导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。3、承受一定的侧压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。若侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。导柱导向机构的主要零件是导柱和导套，导柱和导
27、套均采用标准件。导柱设置在动模一侧，导柱固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合：导柱的导向部分采用H7/f7的间隙配合，而导套用H7/r6的配合镶入模板。3.7.2.2导套和导柱3.7.2.2.1导柱 1、导柱的结构形式 导柱采用1表 2-111 标准形式，这种形式结构简单，加工方便，用于简单模具。2、导柱结构和技术要求 (1) 长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出 812mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔。(2) 形状 导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱顺利进入导向孔。(3) 材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用Y8、T10 钢经淬火处
28、理，硬度为 HRC5055。导柱固定部分表面粗糙度 Ra 为 0.8m,导向部分表面粗糙度 Ra 为 0.80.4m。(4) 配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用 H7/m6 或 H7/k6 的过渡配合；导柱的导向部分通常采用 H7/F7 或 H8/f7 的间隙配合。塑料底座模具毕业设计（论文）3.7.2.2.2导套1、导套的结构形式 本模具的结构形式采用1表 2-114 形式，这种形式结构较简单，便于加工。2、导套的结构和技术要求(1) 形状 为了使导柱顺利地进入导套，在导套的前端应倒圆角，导柱孔最好作成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。如模板较厚，导柱孔必须作成盲孔时，可在盲孔的侧面打
29、一小孔排气。(2) 材料 导套与导柱用相同的材料或同合金等耐磨材料制造，其硬度应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为 Ra0.8m。(3) 固定形式及配合精度 导套用环形槽代替缺口，固定在定模板上。用H7/f7 或 H7/k6 配合镶入模板。3.8 温度调节系统设计注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。根据 ABS 塑料的成型工艺，本模具只要设置冷却系统即可。3.8.1冷却系统的计算冷却系统的计算包括热传导面积的计算、温控介质通道的尺寸和介质用量的确定以及通道回路的排布等，这些工作是注射模设计中的一个难点。这里略，其参数根据资料推荐值选则。3.8.2冷却系统的设计准则为了提高冷却效率和争取型腔表面温度的均匀和稳定，在系统的综合设计中应遵守生产中的约定原则。在管道回路布置时，还需要进一步考虑型腔的形状和尺寸，并使加工方便和密封效果好。冷却水道的设计原则如下：1. 冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大；2. 冷却水道至型腔表面距离应尽量相等个；
