1、1塑料圆筒注塑模设计摘 要：本文主要介绍的是塑料圆筒注塑模具的设计方法。首先介绍了注塑模的现状及塑料圆筒工艺特点，包括材料性能、成型特性与条件、结构工艺性等，并选择了成型设备。接着介绍了圆筒注塑模的分型面的选择、型腔的布置，重点介绍了浇注系统、成型零件、合模导向机构、脱模机构以及冷却系统的设计。动模和定模都采用了镶拼结构并选择标准模架和模具材料，并对注射机的工艺参数进行相关校核。最后对模具的工作原理进行阐述，本文论述的塑料圆筒注塑模具采用两板式结构、一模两腔的型腔布置，最后利用推杆将制件推出。关键词：注塑模；一模两腔；浇注系统；脱模机构；Plastic Injection Mold Desig
2、n of The CylinderAbstract: This paper mainly introduces the plastic cylinder injection mold design method. Firstly introduces the present situation of the injection mold and plastic cylinder process characteristics, including material properties and forming characteristics and conditions, molding pr
3、ocess, and select the molding equipment. Then introduces the cylinder of the injection mold parting surface selection, cavity arrangement, mainly introduces the gating system, molding parts, steering mechanism, and demoulding mechanism and the design of the cooling system. Dynamic model and fixed mo
4、del are adopted with spell structure and select standard mold base and mold material, and the process parameters of injection machine to check. Finally elaborates the working principle of the mold, the plastic cylinder injection mould in this paper by using two plate type structure, the cavity of a
5、mold two cavity layout, the use of push rod parts will launch.Key words: Injection mold; A mold two cavity; Pouring system;Demoulding mechanic1 前言模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复2杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”
6、 ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 1999 年 8 月 20 日党中央和国务院发布的关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定指出：要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通讯、计算机及软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航天航空、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。要加强传统产业的技术升级。注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提
7、高国产技术装备的水平。成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 2934 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率不到 10%,与国外的 5080%相比，差距
8、较大。 在制造技术方面，CAD/CAM/CAE 技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的 CAD/CAM 系统，如美国 EDS 的 UG II、美国Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer、及澳大利亚 Moldflow 公司的 MPA 塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具 CAD/CAM 技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模 CAD/C
9、AM 系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的 CAXA 系统及 CAE 软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。经过近几年的发展，在塑料模具发展开发、结构的调整以及企业管理等方面中国塑料模具工业已显示出以下新的发展趋势。在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，越来越的用户将交货周期放在首位.3大力增强主动开发能力。模具企业不能等有了合同，才根据用户要求进行塑胶模具设计。目前，青岛海尔模具公司等企业的 “你给我一个概念，我还你一个产品”的一站式服务模式以及太仓求精模塑公司等企业主动开发的办法
10、已被越来越多的企业所接受。 随着模具企业的设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺而转变为主要依靠技术。这一趋势不但使得模具的标准化程度不断提高，而且使得模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了整个模具工业水平的提高，同时也要加强塑胶模具工业生产发展。 模具企业及其模具生产正在向信息化方向迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 的应用已远远不够。总之，中国塑料模具具有光辉灿烂的前景。只有那些能够把握机遇、开拓市场、不断发现新的增长点的塑胶模具企业和能够生产高技术含量模具的企业，才能在竞争激烈的市场中占有一席之地
11、。图1 零件图Fig1 Part drawing2 拟定模具的结构型设计21 塑件成型工艺分析（1） 该塑件是(一塑料圆筒件，如图 2-1 所示，塑件壁厚属薄壁塑件)，生产批量为中批量生产，材料为聚苯乙烯（PS ） ，成型工艺性很好，可以注射成型。 （2） 材料为聚苯乙烯（PS） ，电绝缘性(尤其高频绝缘性)优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,着色性耐水性,化学稳定性良好,.强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯.汽油等有机溶剂。4成型特点：1.无定形料,吸湿小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力.流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型. 2.宜用高料温,高模温,低注射压
12、力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔.变形. 3.可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去处浇口时损坏塑件.脱模斜度大,顶出均匀塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热。成型收缩率:0.29-0.76% ，成型温度：170-250 。主要用途： 适用于管材、板材、薄膜、容器、单丝、各种仪器零件等。主要用于发泡成型，用作保温、隔热、防震、包装材料及漂浮制品。通用型（R）适用于包装材料；阻燃型（F）适用于建筑、绝热材料，聚苯乙烯的经常被用来制作泡沫塑料制品。聚苯乙烯还可以和其他橡胶盒等等。通用的聚苯乙烯是苯乙烯的聚合物，外观透明，但有发脆的缺点，因此，通过加入聚丁二烯可制成耐冲击性聚苯
13、乙烯（HTPS ） 。聚苯乙烯的主要生产方法有本体聚合、悬浮聚合和溶液聚合。 通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,PS特性如下。表1 材料的特性Table 1 Characteristics of the material塑料名称 PS 维卡软化点/ 105拉伸强度/MPa 51.9 马丁耐热温度/ 弯曲强度/MPa 110 体积电阻率/ cm10171019断裂
14、伸长率/% 2 吸水率% 0.05落球冲击强度 J/m 16 透光度/% 8892洛氏硬度（M） 115 雾度% 3氧指数（OI ）18.1 折射率 1.592热变形温度/ 85 价格（元/吨） 11501230以上的性能分析对比中看出,在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定 PS 为塑件材料 .因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。2.2 分型面位置的确定分型
15、面就是分开模具取出塑件的那个面，而如何确定分型面，需要考虑的因素比5较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：a)分型面必须开设在零件断面轮廓最大的地方，这样才能保证塑料制品能够脱模 b)使型腔深度最浅 c)使塑件外形美观，容易清理 d)尽量避免侧向抽芯e)使分型面容易加工 f)保证塑件的精度要求g)使侧向抽芯尽量短 ，抽芯越短，斜抽移动的距离越短，一方面能减少动、定模的厚度，减少
16、塑件尺寸误差；另一方面有利于脱模，保证塑件制品精度 。h)有利于排气 。根据塑件的结构形式，分型面选在塑件的最大轮廓处，如图 2 所示。图2 分型面Fig 2 Parting surface2.3 确定型腔数量和排列方式2.3.1 型腔数量的确定该塑件的精度除了给定尺寸有精度要求，其余的为中等要求，而又是中批量生产，可以采用一模多穴的形式，各方面的考虑，初定为一模两穴的模具形式。2.3.2 型腔排列方式的确定 型腔方式如图 3 所示。6图 3 型腔的排布Fig 3 Cavity of the configuration2.4 模具结构形式的确定从上面分析中可知，本模具采用一模两穴二板模，推杆推
17、出，流道采用平衡式，浇口采用潜伏式或侧布置，两边带侧抽芯，确定模具结构形式为 FUTABA-SC 型的单分型面注射模。如图 4 所示：图 4 模具结构形式Fig 4 The mould structure form2.5 注射机型号的确定251 初选注射机通过 Pro/E 建模分析，塑件体积和浇注系统的体积总和为 44.1cm3,初选注射机的型号为 XZ-ZY-125 卧室注射机。2.5.2 塑件和凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力计算流道凝料(包括浇口)在分型面的投影面积 A2，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的分析，A 2 是每个塑件在分型面上的投影面积 A1 的 0.20.5 倍，
18、用 0.35nA1来进行估算，所以A=n A1+ A2= nA1+0.35nA1=1.35 x2x405.6=1095.12 mm2 （1）式中 A1=405.6mm2。7Fm=Ap =1095.6x30=32853.6N=32.8536KN （2）式中型腔压力取 30Mpa( 因是薄壁零件，浇口又是侧浇口，压力损失大，取大一点)。2.5.3 注射机的主要参数根据每一生产周期的注射机的有关参数的校核和锁模力的计算值，可以选择 XZ-ZY-125 卧室注射机（上海塑料机械厂） ，见表 2：表 2 注射机的主要技术参数Table 2 Main technical parameters of inj
19、ection machine标称注射容量/ cm3 104 推出形式 两侧推出注射行程/mm 160 两侧推出时中心距/mm 230注射压力/Mpa 150 模板行程/mm 300注射时间/ s 1.8 模板最大模厚/mm 300合模力/KN 900 模板最小模厚/mm 200螺杆转速/(r/min) 10140 定位圈尺寸/mm 100喷嘴球半径/mm 18 喷嘴孔直径/mm 4注射方式 螺杆式 塑化能力/(g/s) 103 模具浇注系统设计 浇注系统可分为普通浇注系统和热流道浇注系统两大类。浇注系统控制着塑件成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件质量关系极大。浇注系统是指从注塑机喷嘴进入
20、模具开始，到型腔入口为止的那一段流道。普通模具的浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。3.1 主流道设计 3.1.1 主流道尺寸主流道的设计如图 5 所示：根据所选注射机，则主流道小端尺寸为D=注射机喷嘴尺寸+(0.51)=4+0.5=4.5mmSR=喷嘴主流道球面半径球面半径+（12）=11+2=13mm8图 5 主流道衬套Fig 5 Spruce bushing3.1.2 主流道衬套形式主流道衬套如图 5 所示，材料为 T8A 钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC57HRC。 3.1.3 主流道凝料体积计算q 主 = = =779 .35mm1cm （3）)(122dDh15)
21、8.24(23.1.4 主流道剪切速率校核由经验公式 r= =(3.3x20.168)/3.14x0.173=4313.36 s-12 （24）型腔数校核合格。19式中 k-注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8；M-注射机的额定塑化量（8g/s）;t-成型周期，因塑件小，壁厚不大，取 30s ；m1-单个塑件的质量和体积,取 8.05g；m2-浇口系统所需质量和体积（g 或 cm 3） ，取 0.6x2m1。10.2 注射压力的校核PekP 0=1.3x100=130 Mpa,而 Pe=150 Mpa,注射压力校核合格。式中 k-取 1.3（见塑料模具设计指导式 2-10） ；P0-取
22、100Mpa。10.3 锁模力的校核锁模力是指当高压熔体充满模具型腔时，会在型腔内产生一个很大的力，力图使模具分型面涨开，其值等于塑件和流道系统在分型面上总的投影面积乘以型腔内塑料压力。作用在这个面上的力应小于注塑机的额定锁模力 F.FKAP 型=1.2x252.37=302.84Mpa，而 F=900KN，锁模力的校核合格。式中 K 锁模力的安全系数，一般取 1.11.2。10.4 开模行程和模板安装尺寸校核根据型腔的布局可以看出，型腔嵌件尺寸为 120x60,又根据两边侧抽芯，以及导柱、连杆螺钉布置应占的位置、推出问题，选择 SC 型，模架尺寸为 200mmx350mm 的标准模架，就能符
23、合要求。S max S= H1+H2+（510） （25）S max-注射机的最大开模行程（mm）S-模具所需开模距离（mm）H1-塑件脱模距离（mm）H2-包括浇注流道凝料在内的塑件高度（mm）S=60+40+18.5+10=128.5mmS max S=128.5 则开模行程在注射机的行程之内，所以合格。 11 典型零件的加工工艺规程11.1 型腔的加工艺规程:型腔加工工艺过程如下：1）下料：用轧制的圆棒料在锯床上切断。2）锻造：将棒料锻成 122X62X42 的长方体毛坯。203）退火：经锻造后的毛坯必须进行退火，以消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。4）铣床加工：铣矩形 122X62
24、X42 六个平面，留精磨余量 0.30.5mm。铣两边的槽、分流道、浇口留精磨余量 0.30.5mm。5）划线：划出各孔位置，并在孔中心处钻中心眼。6）孔加工：加工各螺纹孔和 8 的孔。7）磨销加工：精磨长方体的六个平面，保证它们的位置关系。8）铣销加工：由于塑件的精度要求不高，用铣床铣塑件外表面配合的表面，再用电火花至所需要的内形。9）精加工：钳工精修。11.2 型芯的加工工艺规程：型芯的加工工艺过程如下：1）下料：用轧制的圆棒料在锯床上切断。2）锻造：将棒料锻成 122X62X42 的长方体毛坯。3）退火：经锻造后的毛坯必须进行退火，以消除锻造后的内应力，并改善其加工性能。4）铣床加工：铣
25、矩形 122X62X42 六个平面，铣分流道、留精磨余量0.30.5mm。5）划线：划出各孔位置，并在孔中心处钻 2 的中心眼。6）孔加工：加工各螺纹孔和 3 的孔。7）磨销加工：精磨长方体的六个平面，保证它们的位置关系。8）铣销加工：由于塑件的精度要求不高，用铣床铣塑件内表面配合的表面，再用线切割至所需要的外形。9）精加工：钳工精修。 12 结论毕业设计即将结束，敬请各位老师对我的设计过程作最后检查。塑料摸技术发展很快，在国内模具工业产值中塑料模具所占比例不断的扩大。在精度方面，塑件的尺寸精度可达 IT8-11 级以上，型面的粗造度达到 Ra1.6-0.12.5um，塑料使用达 1 万以上。
26、在塑料模具的设计制造中 CAD/CAM 技术得到较快的普及，CAE 软件已在部分厂家应用，气辅注射技术和高效多色注射技术也开始成功应用。这次毕业设计给我提供了一个学习塑料模具设计相关知识的机会，进一步拓宽了21我的知识面，同时也给了我一个温习以前所学知识的机会，使我进一步巩固了机械设计的基础知识。通过这次设计，我学到了许多绘图技巧，对 PRO/E 3.0 和 CAD 的用运更加熟练，特别是对模具 CAD 的应用以及知识的运用有了比较深入的了解，对机械行业的前景有个新的了解。由于以前接触相关知识比较少，但是在陈文凯老师的悉心指导和同学的帮助下，我基本上完成了本次毕业设计的设计任务，在此向他们致以
27、诚挚的谢意！最后，由于水平有限，设计中难免存在不足，诚恳期盼各位老师予以指正。参考文献1 伍先明,王群,庞佑霞等编著. 塑料模具设计指导M. 北京：国防工业出版社，2008.2：108-1502 张秀玲,黄红辉主编. 塑料成型工艺与模具设计M. 湖南：中南大学出版社，2008.1：86-983 申开智主编. 塑料成型模具M. 北京：机械工业出版社，2001：35-574 申树义，高济塑料模具设计M北京：机械工业出版社，1999：22-505 陈万林使用塑料注射模具设计与制造M北京：机械工业出版社，2000：125-1556 党根茂，骆志斌，李集仁模具设计与制造M西安：西安电子科技大学出版社，2
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