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1、I 摘要 塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且坚固，耐化学腐蚀，电绝缘性好，价格 便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、电器、家电和通讯产品制造中。注 塑成形是成形塑件的主要方法之一，是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在高压下注入到模具内经 冷却固化获得产品的方法。注塑的优点是生产速度快，效率高，操作可自动化，能成型形状复杂的 零件，特别适合大量生产。本次课程设计的产品为电源按键，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，易清 洁等特点，为大批量生产产品。本次设计在针对产品进行工艺性分析后，确定模具分型面、型腔 数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结构，以及它们的
2、定位和紧固 方式。此外还进行了脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。最后绘制完整的 模具装配总图和主要的模具零件图及编制成型零部件的制造加工工艺过程卡片。实践证明： 该模具 结构合理、可靠,并 能保证产品质量,对此类注塑产品的模具设计有参考价值。 关键词：塑料 , 注塑成形 , 模具设计 Abstract Plastic is a synthetic polymer material , with the characteristics of plasticity, light weight, sturdiness, electrical insulation, and whi
3、ch is resistance to chemical corrosion and cheap. It is widely used in computers, mobile phones, cars, motors, electrical, home appliances and communication products manufacturing. Injection molding is one of the main methods of forming plastic parts, it refers to the use of plastic injection machin
4、e to inject the thermoplastic melts into the mold under high pressure , after cooled to obtain the products . It has the advantage of fast production speed , high production efficiency , and automated operations , it can form the shape of complex parts, particularly suitable for mass production. The
5、 production of graduation project is power button , which has a light weight , high strength , corrosion resistance and easy cleaning features for mass production . After analysis the process of the product , the mold parting line , cavity number , gate form , gate location can be determined , one o
6、f the most important is to identify core and cavity structures , as well as their positioning and fastening methods. In addition, it also carries out the design of stripping agencies , mold-oriented organizations and the cooling system .At last, draw a complete mold assembly drawing , major parts di
7、agram , and draw up cards of parts manufacturing and processing process . It is proved that the mold structure is reasonable , reliable and can guarantee product quality , and is valuable for the injection mold design of such products . Key Words:Plastic , Injection molding , Mold design 2 1.1 引言 随着
8、塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制 品的应用范围也在不断地扩大，如：家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等 众多领域，塑料制品所占的比例正迅速增加，由于在工业产品中，一个设计合理的塑料件往往 能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状， 并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗 量和加工及装配件工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。 模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。在各种材料加 工工业中广泛地使用着各种模具，例如金属铸造成型使用
9、的砂型或压注模具、金属 压力加工使用的锻压模具、 冷压模具及成型陶瓷、 玻璃等制品使用的各种模具。塑 料模具是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。模具是工业生产中 的重要工艺装备。模具工业是国民经各部门发展的重要基础之一。模具设计水平的 高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱，模具质量的优劣，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。对塑料模具的 全面要求是 : 尺寸精度、外观、物理性能等各方面均能满足使用要求的优质制品。 高效率、自动化、操作简便。结构合理、制造容易、成本低廉。尽量减少 开模、合模和取制件过程中的手工劳动。为此常采用自动开合模
10、及自动顶出机构。 合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具。 1.2 塑料模具在国民经济中的作用 塑料模具 （简称塑模）的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。 塑模是现代塑料工业中的重要工艺装备。塑模工业是国民经济的基础工业。用塑 模生产成形零件的主要优点是制造简单、材料利用率高、生产效率高、产品的尺寸 规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。塑模 也是成型塑料制品的主要工具，它的结构和加工精度对塑件的质量和生产效率等 3 有直接的关系。因而世界各国对塑模的现代设计与制造技术都极为关注。近年来国 外对塑模的热浇道、 温度控制系统、 应用数控机床加工及减少
11、热处理变形等方面都 作了许多探索， 并取得了一定的成果。塑模广泛应用于成型塑料制品，它利用塑料 在高温下所具有的流动性或可塑性，将其成型为具有一定形状和尺寸，并通过化 学或物理变化，定型为塑料制品。在塑料加工工业中，普遍使用有以下几种塑模： （1）压缩成型的塑料模具。（2）压入成型的塑料模具。（3）挤出成型的塑料模 具。 （4）注射（塑）成型的塑料模具。此外，还有发泡成型塑模， 真空成型塑模、 吹塑成型塑模、玻璃纤维增强塑料成型塑模等等，但这些塑模的设计是建立在以 上所述常用的集中塑模设计基础上，且比较简单。随着塑模成型方法的不断出现， 必然将还会产生各种新型塑料的新型成型模具。近年来我国塑料
12、工业生产的发展 速度很快，塑料的应用正普及到国民经济领域的各个部门。采用塑模加工的塑件 也很多，如各种管材、板材、异型材、复合管材、发泡型材及棒材等，都广泛用于 纺织品、医药品、化学物品、机密仪器、日用品及机械行业中的齿轮、轴承等机 械零件， 在汽车、 飞机、 造船业中的仪表、车门、内衬等，化学工业中的贮槽、 贮罐、填料等，电子及电信工业中的电线、电缆绝缘层及防护套等也得到广泛的应 用， 特别是在建筑工业中塑料的应用更为广泛， “以塑代木，以塑代金属”为人 类钻寻求解决替代有限的木材和贵重金属材料开辟了新途径。当前在我国塑料战 线上出现了许多新的塑膜结构和新的塑模的加工方法，为我国塑料模具的设
13、计与制 造走向现代化提供了有利条件。据资料介绍， 国外一些工业比较先进的国家在塑 模的设计与制造方面，已经采用 CAD/CAM 系统，这对提高塑料制品质量，缩短塑 模制造周期，降低塑件成产成本方面取得较好经济效益。 1.3 塑料成型模具发展趋势 近年来，塑料成型加工机械和成型模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、 微型、精密、长寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。 (1) 加深理论 研究 随着对塑料成型加工原理的研究越来越深入，模具设计已由经验设计阶段逐 步向 理论计算设计方面发展。这些理论为塑料模具的计算机辅助设计和辅助工程 4 奠定 了基础。 (2) 高效率、自动化 如多层多型
14、腔注射模结构、 各种自动脱出产品 和流道凝料的脱模机构、 自动分型抽芯机构、热流道浇注系统注射模具以及高效冷 却结构。高效自动化的模具与高速自动化的成型设备相配合对提高生产效率、提高 产品质量，降低生产成本起了很大作用。 (3) 大型、超小型及高精度随着塑料应 用领域日益扩大，在建筑、机械、汽车、仪器、家用电器等采用了许多大型、精密 和高寿命的塑料制品，如汽车壳体、洗衣机桶、传动齿轮、轴承等。大型模具设计 要求作详细准确的理论计算，由于模具自重大， 物料流程长， 型腔 易变形，因此在 结构设计上需作更为周密的考虑。高精度模具要求配合精度和运动精度都很高， 耐 磨损，模温控制精确，在高压下成型，
15、收缩变形小。 (4) 革新模具制造工艺塑料 模具制造中最困难的部分是型腔，特别是异形复杂型腔的加工， 若采用各种坐标机 床、仿形机床、 光控机床、 数控机床等来代替传统的机械加工方法，这样 不仅缩短 制模周期、 提高模具精度， 而且还降低了劳动强度和生产成本。采用精密铸造、冷 挤压、 电加工等新工艺技术给模具型腔加工带来了巨大方便 (5) 模具计算机辅助设 计(CAD)、辅助工程 (CAE) CAD 软件的主要功能是几何造型技术，它将制品图形立 体地精确地显示在屏幕上，完成制件设计的绘图工作， 对制品或模具进行力学分析。 CAE 软件中流动软件可以模拟熔体在模内的流动过程，冷却分析软件可模拟熔
16、体的 凝固过程和在模内的温度变化，预测可能出现的问题，如制品缺陷、翘曲、变形、 内应力等，使计算结果优化。 (6) 标准化 模具标准化包括塑料注射模零件标准、塑料注射模零件技术条件、塑料注射模 模 架标准、塑料注塑模技术条件等， 其中零件标准包括导柱、 导套、推杆、模板等。 模具标准化为塑料模具设计和制造都带来极大的方便，由于标准件可以直接购买， 因此模具设计制造者只需精心设计和加工型腔，这样使塑料模具设计和制造周期大 为缩短，成本降低，质量得到保证。 目前发达国家标准化程度达到 30%以 上，我国 标准化程度不高，还需大力推广，充实完善。 5 目录 1、工艺性分析（1） 2、确定型腔数目 (
17、1) 3、型腔、型芯工作部位尺寸的确定（1） 4、浇注系统的设计 (3) 5、选用模架 (4) 6、校核注射机(5) 7、推出结构设计(5) 8、冷却系统的设计(6) 9、排气系统的设计(6) 10、总 结 (9) 11、参考文献(10) 如图所示塑件，材料为PS ，收缩率 0.5%0.8%。生产批量 15万件。 1、工艺性分析 6 1）该塑件尺寸较适中，一般精度等级，但因形状复杂，采用一模两腔。 2）为了方便加工和热处理，型腔与型芯部分采用拼镶结构。 2、确定型腔数目 根据塑件的生产批量及尺寸要求采用一模2 腔。 7 按照塑件所示尺寸，近似计算： 塑件体积 Vs2.7688cm 3 查表 6
18、-1 塑料 PS的密度为 1.04 1.09g/cm 3 ( 注塑级密度为 1.05g/cm3) 单件塑件重量： ms=2.128*1.09g=2.5195 3g 3、型腔、型芯工作部位尺寸的确定 查表 6-4PS塑料的收缩率是0.5%-0.8%。 平均收缩率： S=(0.5%+0.8%)/2=0.6% 型腔工作部位尺寸： 型腔径向尺寸： L m + 0=(1+ S ) Ls -X + 0 型腔深度尺寸： Hm + 0=(1+ S ) Hs -X + 0 型芯径向尺寸： lm- 0=(1+ S ) ls -X - 0 型芯高度尺寸： hm- 0=(1+ S ) hs -X - 0 中心距尺寸：
19、 Cmz/2=(1+S)Cs z/2 式中 Ls 塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm ） ls 塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm ） Hs塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm ） hs塑件内型高度基本尺寸的最小尺寸（mm ） Cs塑件中心距深度基本尺寸的平均尺寸（ mm ） 修正系数，取 0.50.75 塑件公差（ mm ） z模具制造公差，取（ 1/31/4 ） 各工件部位尺寸计算结果如图所示 通常，制品中 1mm 和小于 1mm 并带有大于 0.05mm公差的部位以及 2mm 和小于 2mm 并带有大于 0.1mm公差的部件不需要进行收缩率计算。 4、浇注系统的设计 （1）确定分型面
20、的位置。 （2）确定浇口形式及位置。 为了提高生产效率， 便于去除浇口凝料采用中心浇口 尺寸与位置如图所示。 8 塑件在浇口处的壁厚为1.5mm,浇口直径可以根据课本： 塑料成型工艺及模具设 计，取 d=2mm (3) 型腔位置的排布。 该件采用一模一腔的结构形式，那么浇注系统的设计应直 接采用从主流道到型腔流道的形状及尺寸相同的设计，即平行式布置的形式。 (4) 初步设计主流道及分流道形状和尺寸。 主流道设计成圆锥形， 其锥角为 。 分流道截面设计成圆形截面，加工较容易，且热量损失与压力损失均不大， 为常用模式。圆形截面分流道的直径可根据塑料的流动性等因素来确定，该塑料为 ABS塑料，流动性
21、好，所以选用圆形截面。根据塑料成型工艺及模具设计分流 道的直径 d 可取 mm ，浇口长度 L=1mm. 5、选用模架 （1）型腔强度和刚度的计算。为了方便加工和热处腔镶件可分为两部分，如图 可看出，型腔为整体式。因此，型腔的强度和刚度按型腔为组合式进行计算。由于 型腔壁厚计算比较麻烦，也可参考经验推荐数据。 查本书表 6-16 型腔壁厚 S1=8mm ，模套壁厚 S2=18mm (2)初选注塑机 1）注塑量：该塑件制件单件重：ms3g 浇注系统重量的计算可根据塑件尺寸计算的浇注系统的体积。 Vj0.5107cm 3 粗略计算浇注系统重量 m jVjp=0.51071.09g 0.56g 总体
22、积 V 塑件=（2.769+0.5017 ）cm 3=3.2771 cm3 总重量 M=3.27711.09g3.572 g 聚苯乙烯的密度为1.054g/ cm 3，PS塑料密度为 1.04 1.09g/cm3。 满足注射量 V 机V塑件/0.80 式中 V机额定注射量（ cm 3）; V塑件塑件与浇注系统凝料体积和（cm 3） 。 9 V 塑件/0.80=3.277/0.80 cm 3=4.096 cm3 或满足注射量 M机M塑件p/ （p10.8 ） 式中 M机额定注射量（ g） ； M 塑件塑件与浇注系统凝料的重量和（g） ； p1聚苯乙烯的密度（ g/cm 3） ； p2塑件采用塑料
23、的密度（ g/cm 3） M塑件p2/ p10.8 =0.53 1.09/1.054 0.8 g =0.69g 2）注射压力：注成型 查表知 ABS塑料成型时的注射压力 成型=7090MPa 3 ）锁模力 P锁模力pF 式中 p塑料成型时型腔压力，ABS塑料的型腔压力p=30MPa ； F浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（ 2 mm） 各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积 F=（3.1416 2+3.14112+3.14152）=1890.28（2 mm） pF=30X1890.28=56708.4N=56.7KN 根据以上分析、计算，查表知初选注射机型号为 注射机有关技术参数如下
24、 最大合模行程 S 160mm 模具最大厚度 180mm 模具最小厚度 60mm 喷嘴圆弧半径 12mm 喷嘴孔直径 2mm 动、定模板尺寸 250mm280mm 拉杆空间 235mm 3）选标准模架根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构 形式和规格，查表可选用 : 定模板厚度： A=50mm 动模板厚度： B=50mm 垫块厚： C=60mm 模具厚度： H 模=40+A+B+C=201mm 模具外形尺寸： 180mm 300mm 201mm 10 6. 校核注射机 1） 注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 2） 开模行程的校核注射机的最大开模行程S S2h件 +h
25、浇+510 S=2 11+30+8=60mm 式中 h 件塑料制品高度 mm h 浇浇注系统高度 mm 3）模具在注射机上的安装从标准模架外形尺寸看小于注射机拉杆空间，并采 用压板固定模具，所以所选注射机规格满足要求 7. 推出结构设计 1）推件力的计算 Ft=Ap（cos-sin ） A塑料包络型芯的面积（ 2 mm ） p塑件对型芯单位面积上的包紧力， 脱模斜度 q大气压力 0.09MPa 塑件对钢的摩擦系数，约为 0.1 0.3 ； A1制件垂直于脱模方向的的投影面积（ 2 mm） A（78.5+207.24+392.5 ） （ 2 mm）=678.24（ 2 mm） Ft=678.24
26、x1.2x 7 10(0.3cos40-sn40)/ 6 10=2346.85N 2）确定顶出 方式及顶杆位置 根据制品结构特点， 确定斜滑块侧向抽芯机构， 四个普通圆顶杆分布在滑块上。 8 冷却系统的设计 如图 11 由于制品平均壁厚为2mm ，制品尺寸又较小，确定水孔直径为8mm 。 由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具材料等很多因 素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。实际生产中，通常都是 根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、水速来满足要求。 采用滑块上及定模板上开水道的形式。 9 排气系统的设计 由于制品尺寸较小，利用分型面及其它零件的结合面
27、的配合间隙排气即可。 10. 顶出机构如图 12 11.按要求绘制装配图。 13 14 总结与展望 一、总结 通过本次课程设计我学到了许多知识， 我的毕业设计题目是带轮注塑模具设计。 此次设计要综合运用到我大学三年里所学到的理论知识和专业知识，并为即将踏入 社会的我奠定了坚实的基础。以下是我对这次的毕业设计的一些体会和心得： 这次课程设计是一个理论与实践相结合的过程，这次设计教会了我发现问题时 如何去解决它。解决问题的方法有很多，但是哪一个更合理这就要通过自己的计算 了。通过这次毕业设计，我还发现了自己的许多不足之处，比如想问题总是过于简 单化，考虑不全面，爱钻死胡同，想到一个方案也不管是否合
28、理就埋头苦算，到最 后还是要改。在今后的工作过程中我会做到扬长避短。 设计时，经过不断的到校图书馆认真地查找和借阅相关的参考资料，不但提高 了个人查阅资料的能力， 还扩阔了我的知识视野。 本模具采用 autoCAD 、 pro/e 设计， 在毕业设计其间对软件的理解与熟练程度得到了很好的提升。 二、今后研究方向 在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，没有实践条件，不能根据实 际的情况来作合适、客观地修改，加上我自己的实践经验又不多，这样做出来的设 计，难免有不足之处，希望杨老师能够体谅。 参考文献 1 塑料模具设计手册 编写组，模具手册之二 塑料模具设计手册 （第 2 版）M ， 北京：
29、机械工业出版社， 2001.2 2 陈万林等， 实用塑料注射模设计与制造 M ，北京：机械工业出版社，2000 3 党根茂，骆志斌，李集仁， 模具设计与制造 M ，陕西：西安电子科技大学 出版社， 1995.12 4 付宏生，刘京华， 注塑制品与注塑模具设计 M ，北京：化学工业出版社， 2003.7 5 模具实用技术编委会， 塑料模具设计制造与应用实例 M ，第一版，北京： 机械工业出版社， 2002.7 6 许发樾， 实用模具设计与制造手册 S，北京：机械工业出版社，2000.10 7 塑料模具设计手册 编委会 , 陕西科技大学计算机与信息工程学院开发, 塑料模 设计手册（软件版） V1.
30、0, 机械工业出版社 ,2004.6 15 8 朱龙根， 简明机械零件设计手册 S，北京：机械工业出版社，1997.11 9 华南理工大学黄毅宏，上海交通大学李明辉， 模具制造工艺 M ，北京： 机械工业出版社， 1999.6 10 夏巨谌，李志刚， 中国模具设计大典数据库 ( 电子版 ) ，中国机械工程学中 国模具设计大典组委会2003.9 11 张祥杰，黄圣杰， Pro/Engineer Wildfire模具设计 M ，中国铁道出版社， 2004.6 12 党根茂， 模具设计与制造 M ，西安电子科技大学出版社，1995 年 13 张建宇，张南，刘志民， 气压瓶盖注射模具设计（电子版）J
31、14 贾润礼，程志远， 实用注塑模设计手册 M ，中国轻工业出版社， 2000.4 15 朱冬梅，胥北谰， 画法几何及机械制图 M ，高等教育出版社， 2000.4 16 致 谢 本论文是在导师XXX的悉心指导下完成的，经过几个月的忙碌和工作，本次毕业 设计已经接近尾声，作为一个大学生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有 许多考虑不周的地方，如果没有指导老师的督促指导，以及一起工作学习的 同学、朋友们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。 在这里，首先要感谢的是我的指导老师X老师。X老师虽然工作繁忙， 但是每周都 抽出时间来亲自指导和检查督促我们做毕业设计，在我做毕业设计的每个阶 段，从开题报告
32、到查阅资料，从设计草案的确定、修改，到中期检查，再到 后期详细设计，装备草图等等整个过程中X 老师都给予我悉心的指导。除了 敬佩老师的专业水平、严谨的治学态度以外，老师科学研究的精神是永远值 得我学习的榜样，并会一直积极影响我今后的工作和学习。 其次我要感谢我的父母和与我一起做毕业设计的同学们。父母给了我强大的精神 动力，同学们在本次设计中勤奋工作克服许多困难来完成此次设计，并分担 了许多工作。如果没有他们的支持和努力，此次设计的过程将变得非常困难。 我还要感谢的是学校图书馆的开放，让我们有足够的资料可以参考、查阅。还要 感谢四年以来所有的老师，为我打下了机械专业知识的基础；同时感谢所有 的同学们，正因为有了你们的支持，本次毕业设计才会顺利完成。 通过毕业设计，使我对塑料注射模具这门课程进一步加深了理解。对于各方面知 识之间的相互联系有了实际的体会。同时也深深感到自己初步掌握的知识与 实际需要还有相当的距离，还需进一步的学习和实践。 本设计由于时间紧和对知识掌握的程度有限，在设计上不很周详，许多应该考虑 的因素可能没有体现出来。在设计过程中，我得到了老师的精心指导和各方 面的帮助，才得以顺利进行，在这里再次表达我的谢意。