北華航天工業學院畢業論文摘 要本次設計要對水箱端蓋進行工藝分析和模具設計，首先介紹了立項背景與設計主要技術條件及參數，然后介紹了設計的整體思路。第三章成型水箱端蓋模具設計是本次設計的重點，在這章里先對塑件進行了模流分析，各方面分析結果表示設計方案是可行的，然后對整套模具進行了全面的設計，最后對注射機的有關參數進行了校核，各個參數均能滿足要求。根據塑件結構特點，模具采用單分型面注塑模，一模四腔，利用斜導柱導出側型芯，頂桿頂出塑件，能夠滿足實際中大批量生產，有很高的生產效率。關鍵詞： 水箱端蓋 注塑模具 模流分析 一模四腔 單分型面 側抽芯 AbstractThis design will analyze the process and will design injection mold for the Cistern cover. In this paper, it introduce the background of setting up the project and main engineering factors and parameters firstly, and then it introduce the whole idea. The third section which is about the designing injection mold for the Cistern cover is the key of this paper, in this section , firstly, it analyze the Cistern cover by using moldflow and all the result show that the design is reasonable ;secondly design all parts of the injection mold; at last, check the parameters about the injection machine, and all parameters could meet the require.According to the trait of the Cistern cover, the injection mold has one parting surfaces、four cavities. Using the oblique guide column derived side coresand take out the Cistern cover by mandril. The mold is efficient and could be used to realize volume-produce.Key words: Cistern cover injection mold moldflow four cavities one parting surfaces core目 錄摘要 Abstract 第1章 緒論 11.1 立項背景 11.2 設計主要技術條件及參數 2第2章 總體設計思路及總體技術方案設計 4第3章 成型水箱端蓋注塑模具設計 53.1 塑件結構工藝性分析 53.2 塑件精度及公差確定 63.3 塑件體積及質量計算 6 3.4.1 單個塑件 6 3.4.2 四個塑件和澆注系統凝料 6 3.4 初選注塑成型機的型號和規格 6 3.5確定型腔數量及排列方式 73.6 模具結構形式的確定 83.7 注射模詳細設計93.8.1 分型面位置的確定93.8.2 確定澆注系統尺寸9 3.8.3 成型零件尺寸計算10 3.8.4 合模導向及定位機構的設計11 3.8.5 確定型腔、型芯的結構和固定方式13 3.8.6 確定頂出機構13 3.8.7 排氣機構的設計14 3.8.8 溫度調節系統設計14 3.8.9 注射機有關參數的校核15結論 16致謝 17參考文獻18第1章 緒 論 本設計題目是水箱端蓋塑料模具設計，塑件材料是ABS，精度等級為一般精度(4級精度)，制品要求外觀表面光澤，無雜色，無收縮痕跡，生產批量為大批量生產，試設計注射成型模具。ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。這三種組分的各自特性，使ABS塑料具有“硬韌剛”的綜合力學特性。ABS無毒、無味，成型塑件光澤性好。密度為1.021.05g/cm3。ABS有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩定性和電氣性能。其尺寸穩定性好，易于成型加工。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響。根據ABS塑料中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應各種不同的用途。根據應用不同，ABS塑料可分為超高抗沖擊型、高抗沖擊型、中抗沖擊型、抵抗沖擊型和耐熱型等。ABS為熱塑性材料，密度為，抗拉強度，抗彎強度，拉伸彈性模量，彎曲彈性模量，收縮率為，常取。該材料綜合性能好，即沖擊強度高，尺寸穩定，易于成型，耐熱和耐腐蝕性能也較好，并有較好的耐寒性。從第一個塑料產品賽璐珞誕生算起，塑料工業迄今已有120年的歷史。塑料制品發展歷史短，但發展速度驚人。2006年，中國塑料產量為2801.9萬噸，比上年同期增長18.65%。現在塑料已成為在鋼鐵、木材、水泥之后的第四大工業基礎材料。近年來無論在注塑理論和實踐方面，還是在注塑工藝和成型設備方面都有較深的研究和進展。注塑時，首先遇到的是注塑的可成型性，這是衡量塑料能否快速和容易地成型出合乎質量要求的產品。并希望能在滿足質量要求的前提下，以最短注塑周期進行高效率生產。目前，注塑成型技術是塑料加工中最常用的方法之一，可用來生產間幾何形狀非常復雜的塑料制件。近年來，各種注塑成型技術取得了顯著的進步，其發展總趨勢是不斷滿足高分子制品向高度集成化、高精密化、高產量等方面發展的要求，實現對制品材料的聚集態、相形態、組織形態等方面的控制，或實現對制品進行異質材料的復合，最大程度地發揮聚合物的特性，達到制品高性能的目的。深入研究塑料注塑成型技術與注塑成型設備，克服制品中的缺陷，對科技進步與人們高標準的生活要求有重要意義。 隨著國民經濟的發展，人們對塑料制品的需求日益提高，作為塑料制品成型加工中最為普遍的注塑成型工藝技術，在不斷注入高新技術的基礎上，今年來獲得了長足的進步，塑料注塑制品已成為國民經濟建設、國防建設和人們日常生活中不可短缺的用品，且對其需求程度越來越大。1.1 立項背景在我們的日常生活中，塑料端蓋隨處可見，如水箱端蓋、軸承端蓋、電機端蓋、濾芯端蓋、太陽能端蓋等等這次畢業設計的塑件如圖所示，外形小巧，結構不算復雜，有一個側孔，方便人們日常生活，故設計生產此塑件的注塑模具有很大的現實意義。1.2設計主要技術條件及參數塑料成型工藝與模具設計是我們最主要的專業課之一，對理論知識的扎實掌握為本次設計打下了良好的基礎。我們還學習了有關注塑模具設計的各種軟件，如CAXA、proe、UG、moldflow、cimatron等。四年來的學習，我們已經掌握了足夠的專業知識。為了更好的完成本次畢業設計，每位同學都有經驗豐富的指導老師全程指導，同時學校實驗室有各種設備和儀器可供我們參考，如注塑機、線切割機床等。學校圖書館有大量的資料可供我們參考。總之，在指導老師的細心指導下，在學院提供各種資源的環境下，我們根據所給塑件設計出結構合理的、適用的注塑模具。所給塑件的材料是ABS, ABS為熱塑性材料，該材料綜合性能好，即沖擊強度高，尺寸穩定，易于成型，耐熱和耐腐蝕性能也較好，并有較好的耐寒性。 其吸濕性強，塑件在成型前必須充分預熱干燥，其含水量應小于。對于要求表面光澤的零件，塑料在成型前更應該進行長時間預熱干燥。流動性中等，溢邊值。塑料的加熱溫度對塑件的質量影響較大，溫度過高易于分解（分解溫度為250）。成型時宜采用較高的加熱溫度（模溫5080）和較高的注射壓力（柱塞式注射機：料溫180230，注射壓力；螺桿式注射機：料溫160220，注射壓力）。本畢業設計設計的產品為水管接頭（如圖1-1 ），水管接頭的工作環境比較惡劣，設計時必須考慮到選材，尺寸等問題的重要性，首先根據零件圖分析該水管接頭的結構，要充分考慮其工作環境和工作方式。表1-1 ABS工藝參數 參數數值密度（g/cm3）1.031.07收縮率（%）預熱溫度/0.30.87090預熱時間/h3料筒后段溫度/160180料筒中段溫度/180230料筒中段溫度/210260模具溫度/注射壓力/MPa408070100第2章 總體設計思路及總體技術方案設計 由于我們所設計的模具是適用于大批量生產，要求有較高的生產效率，所以要采用多腔的設計思路。根據塑件本身的結構特點和一模多腔的設計思路，采用側澆口（如果采用一個側澆口進料方式，塑件出現嚴重的質量問題）。塑件上有一個側孔，為了成型側孔需要側型芯，這就需要設計相應的側抽芯機構。塑件壁厚基本均勻，但較薄，且高度方向上較高，你采用頂桿頂出，保證制件的成型質量和較小的生產周期。第3章 成型水箱端蓋注塑模具設計3.1塑件結構工藝性分析 圖 3-1 水箱端蓋二維圖圖3-2 水箱端蓋三維圖塑件的二維圖和三維圖分別如圖3-1和圖3-2所示，由圖可見塑件的內外形狀基本為圓柱形，結構較為簡單，塑件壁厚基本均勻，成型過程中各部分的收縮率不會相差很大。該塑件有一個側孔，成型時需要有側抽芯機構。3.2 塑件精度與公差確定塑料制品的尺寸精度一般是根據使用要求確定的，但還必須充分考慮塑料性能及成型工藝的特點，過高的精度要求是不恰當的。本次設計中的塑件不是用在要求很高的場合，采用一般精度等級即可，材料為ABS塑料，精度等級為一般精度(4級精度)，制品要求外觀表面光澤，無雜色，無收縮痕跡，查教材表3-14的各個尺寸的公差如下：塑件A類尺寸： mm mm塑件B類尺寸： mm mm mm mm3.3 塑件體積及質量計算3.3.1 單個塑件根據Pro/E三維軟件模型分析功能，直接求得塑件的體積為：單個塑件：體積= 質量= 3.3.2 四個塑件和澆注系統凝料經估算，四個塑件和澆注系統凝料的總體積總質量3.4 初選注塑成型機的型號和規格從實際注射量應在額定注射量的20%80%之間考慮，初選額定注射量為160注射機，其型號為，主要技術參數如表3-3所示。 表3-3 SZ-60/40注射機的主要技術參數項目注射裝置螺桿直徑/mm40螺桿轉速/（r/min）0220理論注射容量/160注射壓力/MPa150注射速率/(g/s)105塑化能力/(kg/h)45鎖模裝置鎖模力/kN200拉桿間距(HV)/(mmmm)345345模板行程/mm325模具最小厚度/mm200模具最大厚度/mm300定位孔直徑/mm100定位孔深度/mm10噴嘴伸出量/mm20噴嘴球半徑/mm15頂出行程/mm100頂出力/kN153.5 確定型腔數量及排列方式前面已經確定，本設計采用一模四腔，故型腔數量為4個。為了保證每個塑件的注塑條件是相同的，型腔的排列方式采用平衡式布置，其布置方式如圖3-4所示 圖3-4 型腔布置方式3.6 模具結構形式的確定該塑件有一個側孔，成型時必須采用側向外抽芯，采用組合式斜導柱抽芯機構，結構簡單并且可以有利于節約優質鋼材而且機械加工容易。可以適用的模具結構有兩種，即單分型面注射模和雙分型面注射模。方案一 單分型面注射模型腔（凹模）在定模上，主流道設在定模的一側，分流道設在分型面上，開模后塑件連同流道內的凝料一起留在動模一側；動模上設有頂出機構，用以頂出塑件和流道內的凝料。可能的澆口形式有：直接澆口、側交口、扇形澆口、重疊式澆口和潛伏式澆口等。該類模具采用側向斜導柱抽芯機構（斜導柱在定模，滑塊在動模）。方案二 雙分型面注射模 它從不同的分型面分別取出流道內的凝料和塑件，又稱三板式注射模具。與單分型面注射模相比，三板式注射模具增加了一個可移動的中間板（又名澆口板）。中間板適用于采用點澆口進料的單型腔和多型腔模具。在開模時由于定距拉桿的限制，中間板與定模板作頂距離分開，以便取出這兩塊板之間流道內的凝料，利用推板或推桿將型芯上的塑件脫出，適合的澆口形式有：點澆口、直接澆口、側澆口、扇形澆口、重疊式澆口等。該零件為水箱端蓋，要求外表面光滑，無痕跡，可選用的澆口形式有側澆口、點澆口和潛伏式澆口，其中潛伏式澆口去除澆口留下的痕跡可選在制品內側，對制品的外觀無任何影響，但澆口的制造較為復雜；點澆口去除澆口留下的痕跡在制品的外表面，對制品的外觀有一定的影響，而且必須采用結構復雜的三板模；側澆口制造最為簡單，去除澆口留下的痕跡不會過多影響到制品的外觀，該零件為大批量生產，要求模具簡單，費用低廉。 綜上，選擇單分型面注射模，型腔布置采用平衡式布置，采用側澆口，流道和澆口道在動模上，其形狀均為半圓形。根據塑件的特點確定采用頂桿頂出的方式使塑件與模具分離。 3.7 注射模詳細設計3.7.1 分型面位置的確定模具閉合式，型腔與型芯相接觸的表面稱之為分型面。分型面的總體選擇選擇原則是保證塑件質量、便于制品脫模、簡化模具結構，分型面位置設置在塑件截面尺寸最大的部位，便于脫模和加工型腔。本塑件的分型面見圖3-5: 3-5分型面位置3.7.2 確定澆注系統尺寸如圖所示，澆注系統一般由主流道、分流道、澆口、冷料井四部分組成。其作用是使來自注射機噴嘴的塑料熔體穩定而順利地流入并充滿全部型腔，同時，在充模的過程中將注射壓力傳遞到型腔的各個部位，以保證塑件的完整成型。3.7.2.1 主流道 上端直徑d=注射機噴嘴尺寸+0.5mm=4.5mm，R=噴嘴球半徑+1mm=16mm，下端直徑D=8mm。3.7.2.2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道。在多模型腔中，一般均設置分流道，為了制造，本模具分流道為半圓形，只設在動模一側，分流道寬度同主流道直徑D=8mm，高度h=6mm。3.7.2.3 澆口 采用半圓形澆口，考慮給零件的使用場合及外觀要求。澆口高可取最小壁厚T的1/32/3 h=1mm。澆口寬度b可取（510）h，澆口長度l可取（0.72.0）mm3.7.2.4 冷料穴 本模具采用倒錐形冷料穴，適用于全自動生產的模具，C=D=8mm，深度為 812mm。3.7.2.5 澆口套 根據注射機模板中心孔尺寸，澆口套公稱直徑為mm。 3.7.3 成型零件的尺寸計算3.7.3.1型腔徑向尺寸的計算：式中，x是工作尺寸的制造與使用修正系數。塑件尺寸很大、精度很低時，可忽略不計，x=1/2；塑件尺寸較小、精度較高時，=/3，x=3/4，故x的取值范圍為1/23/4。這里x取2/3。3.7.3.2 型腔高度尺寸的計算：3.7.3.3型芯徑向尺寸的計算3.7.3.4型芯高度尺寸的計算3.8.4 合模導向及定位機構的設計合模導向及定位機構對于塑料模具是必不可少的部分，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。導向機構的主要作用有：定位、導向和承受一定側壓力。定位作用：為避免裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔過程中會產生單向側壓力，或由于注射機的精度限制，使導柱工作中承受一不定的導向作用。動定模合模時，首先導向機構接觸，引導動定模正確閉合，避免凸模或型芯先進入型腔，產生干涉而壞零件。為了便于加工導柱導套，獲得較好的技術經濟效益使用有肩導柱，導柱設在動模一側。由于模具是對稱的，所以導柱對稱布置。3.8.4.1 導柱的設計（1）長度及尺寸 導柱的長度必須比凸模端面要高出812mm，以避免出現導柱未導正方向而凸模先進入型腔與其相碰而損壞。標準中導柱的直徑規定為1263mm，本設計中選標準導柱20mm。（2）形狀 導柱的端部做成錐形或球形的先導部分，使導柱能順利進入導柱孔。（3）材料 導柱應具有硬而耐磨的表面，堅韌而不易折斷的內芯，因此多采用20鋼滲碳處理并淬火，經淬火處理硬度5055HRC，導柱固定部分表面粗糙度Ra 為0.8m，導向部分表面粗糙度Ra 為0.80.4m。（4）數量及布置 導柱應合理均布在模具分型面的四周，導柱中心到模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具強度（導柱中心到模具邊緣距離為導柱直徑的11.5 倍）。（5）配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用H7/m6的過渡配合；導柱的導向部分通常采用H7/f7 的間隙配合。本設計中導柱采用標準件，根據QJ842866-84 選用帶頭導柱。材料選用T8A，淬火低溫回火HRC55。如圖3.8.4.2導套的設計(1) 分類 導套有直導套和帶頭導套，直導套結構簡單，加工方便，用于簡單模具或導套后面沒有墊板的場合；帶頭導套結構較復雜，用于精度較高的場合，導套的固定孔便于與導柱的固定孔同時加工。也可以直接在模板上開設導向孔，而不用獨立的導套，這種形式的孔加工簡單，適用于生產批量小，精度要求不高的模具。(2) 形狀 為了使導柱進入導套比較順利，在導套的前端倒圓角，導柱孔最好打通，否則導柱進入未打通的導柱孔時，孔內空氣無法逸出而產生壓力，給導柱的進入造成阻力。(3) 材料 可用淬火銅或銅等耐磨材料制造，但其硬度應低于導柱硬度，這樣可以改善磨擦，以防止導柱或導套拉毛。導套的選擇應根據模板的厚度來確定，材料為20鋼滲碳0.50.8mm厚，淬硬到HRC5660。導套固定部分和導滑部分的表面粗糙度一般為Ra0.8m。本設計導套采用標準件，根據QJ842866-84選用帶頭導套，裝在定模板上，其材料選用T10A，淬火低溫回火HRC60。如圖3.8.5 確定型腔、型芯的結構和固定方式3.8.5.1 型腔、型芯的結構設計為了便于熱處理和節約優質模具鋼，型芯整體采用鑲塊式。3.8.5.2固定方式型芯采用臺階式固定方式固定3.8.6確定頂出機構頂出機構的結構因塑件的脫模要求的不同而有所變化，但對頂出機構所應達到的基本要求是一致的：使塑件在頂出過程中不會損壞變形；保證塑件在開模的過程中留在設置有頂出機構的動模內；若塑件需要留在定模內，則要在定模上設有頂出機構。其中，一次頂出機構3.8.6.1 推桿的數量及結構形式根據推桿布置的許可空間，每個制品設有3根推桿，共有12根；推桿頭部直徑為4.5mm，尾部直徑為8mm3.8.6.2 復位裝置設計頂出機構在完成塑件頂出動作后，為進行下一步循環必須回到其初始位置。常用的復位機構有彈簧復位機構和復位桿復位機構，由于彈簧復位機構不可靠，所以在此選用復位桿復位機構3.8.6.3 斜導柱直徑及長度斜導柱材料選用T8A，淬火硬度HRC5055。塑件對斜導柱的影響：單位面積壓力P=10Mpa 面積A=f=0.10.2 方案中f=0.1則壓力F=PA=11800N 抽力=Ff=1180N 彎力P=/cos20=1256N直徑斜導柱的長度 3.8.6.3 滑塊的設計采用壓板固定式，導滑槽采用T字形槽，設在動模固定板上，導滑槽與滑塊之間采用H7/f7或H8/h8的間隙配合。3.8.7 排氣機構的設計 因為該塑件較小，而且能夠利用分型面及頂桿之間的縫隙排氣，所以不必單獨考慮排氣方式。3.8.8 溫度調節系統設計模具溫度對收縮率的影響很大，要保持模具溫度的恒定，溫度過高易于分解（分解溫度250。成型時要控制模溫在5080根據塑件結構及模具結構，模具上模布置兩條直通式冷卻水道，冷卻水道直徑為8mm，具體布置方式請參見裝配圖。3.8.9 注射機有關參數的校核3.8.9.2最大注塑量的校核 注塑機的最大注塑量應大于制品的質量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好是小于注塑機的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機最大注塑量應滿足：0.8 V機 V塑 式中 V機 注塑機的最大注塑量， 250 cm3 V塑塑件的體積及澆注系統凝料體積，該產品V塑77.45cm30.8V機 77.45cm3，故能滿足要求。3.8.9.2注射壓力的校核 塑件材料為ABS,所需注射為70-100MPa，而所選注射機壓力為150MPa，所以注射壓力符合要求。3.8.9.3 鎖模力校核 公式： F鎖qA式中 q熔融型料在型腔內的壓力，取q=30Mpa A塑件和澆注系統在分型面上的投影面之和，經計算A=6388 mm2 F鎖注塑機的額定鎖模力，為200kN。 F鎖qA=30 Mpa6380 mm2 =191.64kN，故選定的注塑機滿足要求。3.8.9.4 模具閉合高度校核 模具的閉合高度H =240mm又知： Hmin-注塑機允許最小模厚=200mmHmax-注塑機允許最大模厚=300mm HmaxHHmin，故滿足要求。3.8.9.5 開模行程校核 注塑機的最大行程與模具厚度無關，故注塑機的開模行程應滿足下式：SH1H2(510) S注塑機最大開模行程，為325mm; H1頂出距離，為13mm； H2包括澆注系統在內的塑件高度，91mm; SH1H2(510)=13+91+10=114mm，故能滿足要求。結論 這次畢業設計中，我全面的利用了所學知識，把最基礎的二維制圖運用到塑料模具的整體設計，在這個過程中我鞏固了以前所學的專業知識、熟練的掌握了各種應用軟件，使自己的專業技能有了很大的提高。現在已經掌握了CAXA電子圖板及塑料模具設計的整體過程在整個設計的過程中也遇到了一些問題，如第一次的設計方案考慮不夠周全，適用性差，后經過老師指點及自己認真的考慮、仔細的分析，修改方案后得到了老師的認可。有時候作圖不夠認真謹慎，經過各位老師的細心指導和自己不懈的努力最終設計出了符合要求的、適用性強的模具。也正是這些問題使我認識到了自己對知識的掌握還不夠，同時也促進了我的成長與進步，這次畢業設計讓我受益匪淺。致 謝經過半年的忙碌，本次畢業設計已經接近尾聲，在此，我要感謝每一個幫助過我的人。首先,我要感謝的是我的導師王敏老師。在整個設計過程中，王老師都細致耐心的指導我。當我遇到問題時，王老師都能很快做出準確的解答。我在外試工期間一直與王老師保持聯系，由于試工能用來做畢業設計的時間少，王老師經常提醒我要充分利用時間、工作之余做做畢業設計，而且關于畢業設計學校有什么動態王老師都及時通知我，這令我深深感動，利用工作之余的時間我初步完成了裝配圖。回學校后開始全心全意進行畢業設計，一遇到問題就會及時與王老師溝通，不管問題是大是小，王老師在給其他班同學上課、指導其他年級課程設計的同時，還要準確高效的指導我們的畢業設計，王老師的敬業讓我很佩服。從王老師身上得到的不僅是對畢業設計的指導，還讓我看到了一種高尚的工作態度，這是值得我學習的，而且會讓我受益終身。再次，我要感謝幫助過我的其他老師，如等老師。在設計過程中，我還請教過其他老師，每位老師都會細心的指導我，指出我設計中存在的不合理的地方并啟發我找到合理的方案。這次畢業設計是在老師全面指導下完成的，里面融入了包括王老師在內的各位老師的孜孜教導，也融入了他們的大量心血。正因為各位老師在這段時間盡心盡責的指導幫助，我才能順利完成這次設計，才能有如此大的提高，在此再次對各位老師表示由衷的感謝，并祝福他們桃李滿天下！參考文獻1羅河勝. 塑料材料手冊. 廣東: 廣東科技出版社, 2006: 304.2付宏生,劉京華. 塑料制品與塑料模具設計. 北京: 化學工業出版社, 2007.7: 1.3張玉龍,張子欽. 塑料注射制品配方與加工實例. 北京: 國防工業出版社,