哈爾濱工業大學工學碩士學位論文-PAGEII-?？粕厴I設計題目：方桶塑料模設計專業年級：學生姓名：學號：指導教師：完成時間：年月日

畢業設計（論文）任務書學生姓名：學號：學院：專業：任務起止時間：年月日至年月日畢業設計（論文）題目：放桶塑料模設計畢業設計工作內容：本論文是對方桶塑料模具的設計，主要著手于方桶塑料模具側抽芯機構以及推出機構的設計。資料：1林來興．空間控制技術．宇航出版社，1992：25~422J．R．McDonnell，D．Wagen．EvolvingRecurrentPerceptionsforTime-SeriesModeling．IEEETrans．onNeuralNetworks，1994，5(1)：24~38指導教師意見：簽名：年月日指導教師意見：簽名：年月日方桶塑料模設計摘要畢業設計是在修完所有大學課程之后的最后一個環節。本次設計的課題是塑料圓規盒的注射模具設計，它是對以前所學課程的一個總結。本文以方桶塑料模具為例熟悉注射模具設計的一般流程，掌握注射模具的結構特點及設計計算方法，能用計算機編制相應的工程計算、分析和優化的程序并進行塑料產品三維造型及設計出其模具；分析了塑料保護蓋的結構特點及其成型材料的成型特征,介紹了如何設計該塑件的注射模具結構,著重介紹了斜導柱側向分型與抽芯機構的設計計算；設計的全過程都在計算機上進行，所用的繪圖軟件有Solidworks2003和AutoCAD2004,用MicrosoftWord2003完成了說明書的整理；對以前所學相關課程有了一個全面的了解，自己的知識和技能也得到了提高。關鍵詞塑料模具；注塑模；側向抽芯；推桿推出PAGEII--目錄摘要…… =1\*ROMANI第1章緒論 11.1課題背景 11.2國內外行業發展現狀 11.2.1國內行業發展現狀 11.2.2國外行業發展現狀 2第2章塑料件的工藝性分析 42.1塑件原材料分析及尺寸 42.2塑件結構，尺寸精度及表面質量分析 52.3塑件注塑工藝參數確定 6第3章模具的結構設計 73.1分型面的選擇 73.2型腔數目的確定 83.3澆注系統的設計 83.3.1主流道的設計 83.3.2澆口設計 93.4成型零件尺寸計算 103.4.1型芯、型腔、側型芯的計算 103.4.2型腔壁厚度計算 113.5脫合模機構的設計 113.5.1脫模機構的設計 113.5.2突出機構的設計 133.5.3合模導向機構的設計 133.6冷卻系統的設計 14第4章模具的總裝和校核 164.1模具總裝 164.2注塑機的初步選定 164.3模具的校核 17結論 19致謝 20參考文獻 21附錄 22-PAGE10--PAGE22-緒論課題背景本課題主要是針對方形塑料桶的注塑模具設計,該塑料桶材料為無毒PE材料，是日常生活中常見的一種塑件產品。通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設計出一副注塑模。該課題從產品結構工藝性，具體模具結構出發，對模具的澆注系統、模具成型部分的結構、頂出系統、冷卻系統、注塑機的選擇及有關參數的校核、都有詳細的設計，同時并簡單的編制了模具的加工工藝。通過整個設計過程表明該模具能夠達到此塑件所要求的加工工藝。根據題目設計的主要任務是塑料桶注塑模具的設計，也就是設計一副注塑模具來生產塑件產品，以實現自動化提高產量。畢業設計是在修完所有大學課程之后的最后一個環節。本次設計的課題是塑料圓規盒的注射模具設計，它是對以前所學課程的一個總結。對于一個模具專業的畢業生來說，對塑料模的設計已經有了一個大概的了解。此次畢業設計，培養了我綜合運用多學科理論、知識和技能，以解決較復雜的工程實際問題的能力，主要包括設計、實驗研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定等。它培養了我樹立正確的設計思想，勇于實踐、勇于探索和開拓創新的精神，掌握現代設計方法，適應社會對人才培養的需要。畢業設計這一教學環節使我獨立承擔實際任務的全面訓練，通過獨立完成畢業設計任務的全過程，培養了我的實踐工作能力。另外，本次畢業設計還必須具備一定的計算機應用的能力，在畢業設計過程中都應結合畢業設計課題利用計算機編制相應的工程計算、分析和優化的程序，如利用Solidworks2003三維繪圖軟件進行塑件的3D造型、塑件的分模及其模具標準件的導出、工程圖的設計及將其導入AutoCAD2004軟件進行修改和繪制等。國內外行業發展現狀國內行業發展現狀隨著中國當前的經濟形勢的日趨好轉，在“實現中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業也日趨蓬勃發展；而模具技術已成為衡量一個國家制造業水平的重要標志之一，模具工業能促進工業產品生產的發展和質量提高，并能獲得極大的經濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I在國民經濟中重要地位。我國對模具工業的發展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關于當前國家產業政策要點的決定》中，就把模具技術的發展作為機械行業的首要任務。

近年來，塑料模具的產量和水平發展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產量中所戰比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經過噴嘴和模具的澆注系統進入模具型腔內，塑料在其中固化成型。注塑模具在量和質方面都有較快的發展，我國最大的注塑模具單套重量己超過50噸，最精密的注塑模具精度己達到2微米。制件精度很高的小模數齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產，多腔塑料模具已能生產一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出和低發泡鋼塑共擠等各種模具。在CAD/CAM技術得到普及的同時，CAE技術應用越來越廣，以CAD/CAM/CAE一體化得到發展，模具新結構、新品種、新工藝、新材料的創新成果不斷涌現，特別是汽車、家電等工業快速發展，使得注塑模的發展迅猛。國外行業發展現狀國際上，汽車模具已進入專業化、標準化階段汽車模具基本是由專業的模具制造商提供，模具商品化率在70％以上，還有許多專門生產模具標準件的企業，汽車模具標準件多達幾百種。國外模具的標準化率可達85％(如德國、日本)，中小模具的局部結構標準化程度高(如日本的手機模具)。德國的保險杠模具，模架是標準的，熱流道是標準的，和國內相比，周期快，成本降低30％。國內模具企業大型模具的標準化程度約為25％～30％。模具的標準化程度已成為制約國內模具制造周期的瓶頸之一也影響了國內模具的競爭力。

德國、日本模具企業的加工設備先進，基本都是數控、高速切削、單向走絲線切割或4軸～5軸聯動的高速加工機床，能實現模具型面的鏡面加工。而國內模具企業的4軸～5軸聯動的高速加工機床占的比例有限，高光模具的加工與國外相比差距較大德國、日本汽車模具的制造工藝已標準化，制品精度高、制造周期短。精密模具零件的加工均采用在線測量，這方面國內至少差15～20年。德國的精密品牌產品，除了加工過程中的在線檢測外，手機類、剃須刀類的產品，全部通過可靠性測試、耐候性測試、壽命測試、剃刀表面和間隙的微觀顯微放大測試、主要零件外形和裝配后外形的激光3D測試等。這些重要數據為產品的更新換代提供了非常重要的依據。塑料件的工藝性分析塑件原材料分析及尺寸圖1-1本塑件為方形塑料水桶為日常生活中所常見的塑料制品，主要用于盛裝水。根據其使用的特殊性，綜合分析各種塑料的性能，聚乙烯（PE）為最佳材料。聚乙烯塑料是塑料工業中常量最大的品種。按聚合時采用的壓力不同可分為高壓、中壓和低壓三種。低壓聚乙烯的分子鏈上支鏈較少，相對分子質量、結晶度和密度較高（故又城高密度聚乙烯），所以低壓聚乙烯比較硬，耐磨、耐蝕、耐熱及絕緣性較好。高壓聚乙烯分子帶有許多支鏈，因而相對分子質量較小，結晶度和密度較低（故又稱低密度聚乙烯），且具有較好的柔軟性、耐沖擊性及透明性。聚乙烯無毒、無味、呈乳白色。密度為0.91～0.96，為結晶型塑料。聚乙烯有一定的機械強度，但與其他塑料相比其機械強度低，表面硬度差。聚乙烯的絕緣性能優異，常溫下聚乙烯不溶于任何一種已知的溶劑，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。聚乙烯有高度的耐水性，長期接觸水其性能可保持不變。聚乙烯透水性能較差，而透氧氣和二氧化碳以及許多有機物質蒸汽的性能好。聚乙烯在熱、光、氧氣的作用下會產生老化和變脆。一般高壓聚乙烯的使用溫度在80℃左右，低壓聚乙烯為100℃左右。聚乙烯能耐寒，在-60℃時仍有較好的力學性能，圖1-2塑件主要尺寸及結構由見圖1-1,圖1-2，近似計算的塑件體積，查手冊聚乙烯密度，故塑件質量。塑件結構，尺寸精度及表面質量分析1）塑件結構分析：如圖，圖1-1、圖1-2分別為塑件的3D俯視圖和仰視圖。塑件整體高度為160mm，厚度為2mm，桶體底部有一個厚度為3mm高度為2mm的方形的凸臺。水桶的內部長為150mm寬為110mm，外部長為154mm寬為110mm，桶口有厚度為2mm、寬10mm的方形截面的邊沿。另外，邊沿下分布有一對下凸臺，長度為20mm，寬度15mm。兩凸臺外緣距離為170mm。（具體尺寸見塑件三視圖）（2）塑件尺寸精度分析：因塑件材料為PE,此塑件上有四個尺寸有精度要求，分別是，，均為MT6級塑料精度，屬于中等精度等級，在模具設計和制造過程中要嚴格保證這些尺寸的精度要求。其余尺寸均無精度要求為自由尺寸，可按MT5級精度查取公差值。（3）塑件表面質量分析：水桶表面精度要求不高，采用中心澆口流道的單分型面型腔注射?？梢员ＷC其表面精度。塑件注塑工藝參數確定根據情況，PE的成型工藝參數可作如下選擇，在試模時可根據實際情況作適當的調整。注射溫度包括料筒溫度和噴嘴溫度。料筒溫度：前段溫度為230～250℃中斷溫度為240～260后段溫度為230～240噴嘴：噴嘴選用直通式，噴嘴溫度為220～230℃注射壓力：選用100MPa注射時間：選用5s保壓時間：選用30s保壓壓力：選用50Mpa冷卻時間：選用40s成型周期：75s模具的結構設計分型面的選擇如何確定分型面，需要考慮的因素比較復雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統設計、塑件的結構工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析比較，從幾種方案中優選出較為合理的方案。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則：（1）保證塑料制品能夠脫模

這是一個首要原則，因為我們設置分型面的目的，就是為了能夠順利從型腔中脫出制品。根據這個原則，分型面應首選在塑料制品最大的輪廓線上，最好在一個平面上，而且此平面與開模方向垂直。分型的整個廓形應呈縮小趨勢，不應有影響脫模的凹凸形狀，以免影響脫模。

（2）使型腔深度最淺

模具型腔深度的大小對模具結構與制造有如下三方面的影響：

①目前模具型腔的加工多采用電火花成型加工，型腔越深加工時間越長，影響模具生產周期，同時增加生產成本。

②模具型腔深度影響著模具的厚度。型腔越深，動、定模越厚。一方面加工比較困難；另一方面各種注射機對模具的最大厚度都有一定的限制，故型腔深度不宜過大。

③型腔深度越深，在相同起模斜度時，同一尺寸上下兩端實際尺寸差值越大，如圖2。若要控制規定的尺寸公差，就要減小脫模斜度，而導致塑件脫模困難。因此在選擇分型面時應盡可能使型腔深度最淺。

（3）使塑件外形美觀，容易清理

盡管塑料模具配合非常精密，但塑件脫模后，在分型面的位置都會留有一圈毛邊，我們稱之為飛邊。即使這些毛邊脫模后立即割除，但仍會在塑件上留下痕跡，影響塑件外觀，故分型面應避免設在塑件光滑表面上。

（4）盡量避免側向抽芯

塑料注射模具，應盡可能避免采用側向抽芯，因為側向抽芯模具結構復雜，并且直接影響塑件尺寸、配合的精度，且耗時耗財，制造成本顯著增加，故在萬不得己的情況下才能使用.（5）使分型面容易加工

分型面精度是整個模具精度的重要部分，力求平面度和動、定模配合面的平行度在公差范圍內。因此，分型面應是平面且與脫模方向垂直，從而使加工精度得到保證。如選擇分型面是斜面或曲面，加工的難度增大，并且精度得不到保證，易造成溢料飛邊現象。

（6）使側向抽芯盡量短

抽芯越短，斜抽移動的距離越短，一方面能減少動、定模的厚度，減少塑件尺寸誤差；另一方面有利于脫模，保證塑件制品精度。

（7）有利于排氣

對中、小型塑件因型腔較小，空氣量不多，可借助分型面的縫隙排氣。因此，選擇分型面時應有利于排氣。按此原則，分型面應設在注射時熔融塑料最后到達的位置，而且不把型腔封閉

綜上所述，選擇注射模分型面影響的因素很多，總的要求是順利脫模，保證塑件技術要求，模具結構簡單制造容易。當選定一個分型面方案后，可能會存在某些缺點，再針對存在的問題采取其他措施彌補，以選擇接近理想的分型面。對于本塑件，水桶口下凸邊的下緣面為最佳第一分型面。如圖3-1所示。圖3-1型腔數目的確定確定型腔的方法有：根據鎖模力確定；根據最大注射量確定；根據塑件精度確定和經濟性確定等。根據設計說明書的設計要求、塑件的幾何結構特點及尺寸精度要求，本制品采用一模一腔。澆注系統的設計主流道的設計主流道是指澆注系統中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經模具的部分，它的形狀與尺寸對塑料熔體的流動速度和充模時間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。主流道通常設計在澆口套中，為了讓主流道凝料能順利從澆口套中拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角為，流道表面粗糙度，小端直徑比注射機噴嘴直徑大?，F取錐角，小端直徑比噴嘴直徑大。澆口套一般采用碳素工具鋼材料制造，熱處理淬火硬度。由于小端的前面是球面，其深度為(現取為)，注射機噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大。澆口套與模板間配合采用的過渡配合。澆口設計澆口的形式眾多，通常都有邊緣澆口、扇形澆口、平縫澆口、圓環澆口、輪輻澆口、點澆口、潛伏式澆口、護耳澆口、直澆口等。模具設計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設位置對塑件成型性能及質量影響很大，因此合理選擇澆口的開設位置是提高質量的重要環節，同時澆口位置的不同還影響模具結構。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：(1）盡量縮短流動距離。(2）澆口應開設在塑件壁厚最大處。(3）必須盡量減少熔接痕。(4）應有利于型腔中氣體排出。(5）考慮分子定向影響。(6）避免產生噴射和蠕動。(7）澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。(8）注意對外觀質量的影響根據澆口的成型要求及型腔的排列方式，聯系產品實際使用要求，本產品選用中心澆口較為合適。由于采用中心澆口，所以不設冷料穴。整個澆注系統如圖3.2所示。成型零件尺寸計算型芯、型腔、側型芯的計算型芯是成型塑件內表面的零件，成型其主體部分內表面的零件稱為主型芯或凸模，而成型其他小孔的型芯稱為小型芯或成型桿，成型塑件塑件上內螺紋的稱為螺紋型芯。型腔是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺紋的稱螺紋型環。凹、凸模按結構不同可分為整體式和組合式。本產品模具型芯整體嵌入式，其形式如圖8.1。本設計中零件工作尺寸的計算均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算，查表取PE的成型收縮率為0.01，模具制造公差取z=Δ/3?？紤]到實際的模具制造條件和工件的實際要求，成型零件是公差等級取級。由圖1可知塑件只有兩處有精度要求：和，故只需計算型腔工作尺寸和型芯，其余尺寸均無精度要求，可按塑件尺寸近似取得。由于桶兩側的凸臺部有側孔，所以要采用側抽芯機構如用圖3.2所示。由于考慮到實用性和經濟性原則，不采用精度要求，采用近似值即可。圖3-2型腔壁厚度計算該塑件模具型腔壁結構為整體式圓形側壁，其結構及受力情況如圖9所示。（1）型腔壁厚計算整體式圓形腔側壁可視為兩端開口、僅受均勻內壓力的厚壁圓筒。當型腔受到熔體的高壓作用時，其內半徑增大，在側壁與底板之間產生縱向間隙，間隙過大會導致溢料。側壁和型腔底配合處間隙值為式中——型腔單位面積熔體壓力，MPa；——型腔材料泊松比，碳鋼取0.25；——型腔材料拉伸彈性模量，鋼彈性模量取；——型腔外壁半徑；——型腔內壁半徑；應使，則壁厚，由前面的計算與分析可知，型腔內壁半徑，取，P=100PMa，，，經計算整理并查表得：型腔壁厚S=100mm.脫合模機構的設計脫模機構的設計（1）推出機構應盡量設置在動模一側由于推出機構的動作是通過裝在注射機合模機構上的頂桿來驅動的，所以一般情況下，推出機構設在動模一側。正因如此，在分型面設計時應盡量注意，開模后使塑件能留在動模一側。（2）保證塑件不因推出而變形損壞為了保證塑件在推出過程中不變形、不損壞，設計時應仔細分析塑件對模具的包緊力和粘附力的大小，合理的選擇推出方式及推出位置。推力點應作用在制品剛性好的部位，如筋部、凸緣、殼體形制品的壁緣處，盡量避免推力點作用在制品的薄平面上，防止制件破裂、穿孔，如殼體形制件及筒形制件多采用推板推出。從而使塑件受力均勻、不變形、不損壞。（3）機構簡單動作可靠推出機構應使推出動作可靠、靈活，制造方便，機構本身要有足夠的強度、剛度和硬度，以承受推出過程中的各種力的作用，確保塑件順利脫模。（4）良好的塑件外觀推出塑件的位置應盡量設在塑件內部，或隱蔽面和非裝飾面，對于透明塑件尤其要注意頂出位置和頂出形式的選擇，以免推出痕跡影響塑件的外觀質量。（5）合模時的正確復位設計推出機構時，還必須考慮合模時機構的正確復位，并保證不與其他模具零件相干涉。推出機構的種類按動力來源可分為手動推出，機動推出，液壓氣動推出機構。本塑件模具采用推桿出機構,如圖3.6.2脫模力的計算料制件，脫模推出時還要克服大氣壓力。型芯的成型端部，一般均要設計脫模斜度。另外，塑件剛開始脫模時所需的脫模力最大，其后，推出力的作用僅僅克服了推出機構的移動摩擦力。圖12所示為塑件脫模時型芯的受力分析。由于推出力的作用，使塑件對型芯總壓力降低了，因此:推出時摩擦力式中——脫模時型芯受到的摩擦阻力；——塑件對型芯的包緊力；——脫模力；——脫模斜度；——塑件對鋼的摩擦系數，一般為0.1～0.3。根據力的平衡原理，可得：故有，因實際上摩擦系數較小，更小，也小于1，故可簡化為，其中A為塑件包絡型芯的面積，p為塑件對型芯單位面積上的包緊力，一般情況下，模外冷卻的塑件，p取；模內冷卻的塑件，p取。本設計中的塑件采用模內冷卻，A=144026mm，取，脫模斜度，。由于塑件為底部無孔制件，脫模時還應考慮克服大氣壓力，即F=Ap(=(144026X10X0.2+4.545X144026)N≈942KN突出機構的設計1）推出機構的選擇本次設計的塑件結構形狀較簡單,只有塑件兩側有側抽芯，只需簡單的推桿推出機構即可完成塑件的推出。另外，由于塑件的外廓形狀為圓錐形，各內外表面連接處采用圓弧過渡，推桿設置在產品塑件（水桶）的中心內底面上，為使推桿的工作端面與塑件有更大的接觸，采用圓形推桿更符合要求。推桿工作部分與支承板或型芯上推桿孔的配合采用H8/f7的間隙配合；材料選用T10A。熱處理>55HRC；推桿工作端配合部分的粗糙度Ra取0.8。2）推桿位置的設置對于推桿推出機構而言，合理布置推桿的位置是推桿推出機構設計中最重要的工作之一，它一般從以下幾個方面去考慮：推桿應設在脫模阻力大的地方推桿應均勻布置推桿應設在塑件強度剛度較大處由于本塑件對型芯的漲緊力在四周最大，故在塑件的中心布置推桿，以使受力平衡，使塑件均勻地推出。具體如下：圖3-3合模導向機構的設計在模具進行裝配或成型時，合模導向機構主要用來保證動模和定模兩大部分或模內其他零件之間的準確對合，確以保證塑料制件的形狀和尺寸精度，并避免模內各零部件發生碰撞和干涉。合模導向機構主要有導柱導向和錐定位兩種形式。本設計采用導柱導向機構，其結構如圖3.6所示。圖3-4冷卻系統的設計無論什么塑料進行注射成型，均有一個比較適宜的模具溫度范圍，在此模具溫度范圍內，塑料熔體的流動性好，容易充滿型腔，塑件脫模后收縮和翹曲變形小，形狀與尺寸穩定，力學性能以及表面質量較高。為了使模溫控制在一理想的范圍內，現設計一模具溫度調節系統。由于本次設計的塑料 為PE，黏度低、流動性好，模溫為20～60℃模具的總裝和校核模具總裝模具如圖4-1所示1.型芯2.導柱3.型腔4.動模板5.導套6.支撐板7.推桿8.推板9.螺母10.動模座板12.定模板13.楔緊塊14.螺釘15.彈簧16.側型芯17.塑件18.銷釘19.密封圈20.蓋板21.彈簧22.銷釘23.螺釘24.鑲塊25.定位圈26.澆口套27.螺釘28.冷卻水道注塑機的初步選定前面已計算的出塑件體積V=150.8cm，且該塑件采用單型腔制造。根據計算的制品體積及質量來確定注射機的型號和規格。為了保證注射成型的正常進行，根據生產經驗，一次注射成型所需塑料的總量宜為最大注射量的80%，最大注塑量V=V/0.8=188.5cm，查手冊初步選定選定G54-S200/400型注塑機。該型號注塑的規格和性能見下表:項目

單位參數額定注射容量200～400注射壓力109注射方式/螺桿式噴嘴孔直徑4鎖模力2540最大開模行程260模具最小厚度165模具最大厚度406合模方式/液壓-機械噴嘴球半徑18液壓泵電動機功率18.5加熱功率5.5外形尺寸4700X1400X1800模具的校核1）注塑壓力的校核查手