塑料螺帽注塑模具设计-模具毕业论文

毕业设计说明书 目录 引言 . 错误 !未定义书签。 第 1 章 绪论 . 2 1.1设计前应明确的事项 .错误 !未定义书签。 1.2 设计基本程 序 .错误 !未定义书签。 1.3 注射模具设计要点 . 2 第 2 章 塑件的工艺分析 . 5 2.1 塑件的分析 . 5 2.2塑件的成型方法 . 7 2.3 塑件的成型参数分析 . 7 2.4根据塑件的的计算重量或体积，选择注射机的型号规格，确定型腔数 . 7 第 3 章 模具的设计 .错误 !未定义书签。 3.1 塑件的分型面 . 9 3.2塑件的行腔布局 . 9 3.3 浇注系统的设计 . 10 3.4排溢系统设计 . 12 3.5 成型零件设计与计算 . 12 3.6脱模机构的设计 . 18 3.7 冷却系统设计 . 25 3.8合模导向机构设计 . 27 设计结语 . 32 参考文献 . 33 毕业设计说明书 引 言 本说明书为我机械系模具设计也制造专业毕业生毕业设计说明书，意在对我专业的学生在大学期间所学专业知识的综合考察、评估。要在有限的时间内单独完成设计。也是在走上工作岗位前的一次考察。 本设计说明书是本人完全根据塑料模具技术手册的要求形式及相关的工艺编写的。说明书的内容包括 ：毕业设计要求，设计课题，设计过程，设计体会及参考文献等。 编写说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计的方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺，型腔及型芯的计算，塑料脱模机构的设计，调温系统的设计等。 由于本人才疏学浅，知识根底不牢，缺少经验，在模具结构设计计算和编写设计说明书的全工程中，得到张蓉老师以及其他机械、模具基础课的老师的细心指导，同时也得到同学的热情帮助和指点，在此谨以致谢。 敬请各位老师和同学批评指正，以促我在以后的工作中减少类似的错误，做出成绩，以报恩师的淳淳教诲 和母校的培养。 毕业设计说明书 毕业设计说明书 毕业设计说明书 毕业设计说明书 第 1 章 绪论 1.1设计前应明确的事项 （ 1） 明确制品的几何形状及使用要求。对于形状复杂的制品，有时除看懂其图样外，还需参考产品模型或样品，考虑塑料的种类及制品的成型收缩率、透明度、尺寸公差、表面粗糙度、允许变形范围等范围，即充分了解制品的使用要求，因为这不仅是模具设计的主要依据，而且还是减少模具设计者与产品设计者已意见分歧的手段。 （ 2） 估算制品的体积和重量及确定成型总体方案。计算制品重量的目的在于选择设备和确定成型总体方案。成型总体方案包括确定模具的机构形式，型腔数目，制品成型的自动化程度 ，采用流道的形式（冷流道或热流道），制品的侧向型孔是同时成型还是后序加工，侧凹的脱模方式等。 （ 3） 明确注射成型机的型号和规则。只有确定采用什么型号和规则的注射成型机，在模具设计时才能对模具上与注射机有关的结构和尺寸的数据进行校核。 毕业设计说明书 （ 4） 检查制品的工艺性。对制品进行成型前的工艺性检查，以确认制品的各个细小部分是否均符合注射成型的工艺性条件。 1.2基本程序 模具及其操作必须满足各种要求，其模具设计的最佳方法是综合考虑，系统制定设计方案，模具设计流程图表示了各条件间的相互关系，以及必须满足主功能的边界条件 和附加条件的关系。 1.3注射模设计审核要点 （ 5） 基本结构审核 1） 模具的结构和基本参数是否与注射机规格匹配。 2） 模具是否具有合模道向机构，机构设计是否合理。 3） 分型面选择是否合理，有无产生飞边的可能，制品能否滞留在设有推出脱模机构的动模（或定模）一侧。 4） 模腔的布置与浇注系统设计是否合理。浇口是否与塑料原料相适应，浇口位置是否恰当，浇口与流道的几何形状及尺寸是否合适，流动比数值是否合理。 5） 成型零部件结构设计是否合理。 6） 推出脱模机构与侧向分型或抽芯机构是否合理、安全和可靠。它们之间或它们与其它模具零部件之间有无干涉或碰撞 的可能，脱模板（推板）是否会与凸模咬合。 7） 是否需要排气结构，如果需要，其设置情况是否合理。 8） 是否需要温度调节系统，如果需要，其热源和冷却方式是否合理。温控元件随是否足够，精度等级如何，寿命长短如何，加热和冷却介质的循环回路是否合理。 9） 支承零部件结构设计是否合理。 10） 外形尺寸能否保证安装，紧固方式选择是否合理可靠，安装用的螺栓孔是否与注射动、定模固定板上的螺孔位置一致，压板槽附近的固定板上是否有紧固用的螺孔。 （ 6） 设计图样审核要点 毕业设计说明书 1） 装配图。零部件的装配关系是否明确，配合代号标注得是否恰当合理，零件标注是否齐全，与明 细表中的序号是否对应，有关的必要说明是否具有明确的标记，整个模具的标准化程度如何。 2） 零件图。零件号、名称、加工数量是否有确切的标注，尺寸公差和形位公差标注是否合理齐合。成型零件容易磨损是部位是否预留了修磨量。哪些零件具有超高精度要求，这种要求是否合理。各个零件的材料选择是否恰当，热处理要求和表面粗糙度要求是否合理。 3） 制图方法。 制图方法是否正确，是否合乎有关规范标准（包括工厂企业的规范标准）。图面表达的几何图形与技术内容是否容易理解。 （ 7） 模具设计质量审核要点 1） 设计模具时，是否正确地考虑了塑料原材料的工艺特性、 成型性能，以及注射机类型可对成型质量产生的影响。对成型过程中可能产生的缺陷是否在模具设计时采取了相应的预防措施。 2） 是否考虑了制品对模具导向精度的要求，导向结果设计得是否合理。 3） 成型零部件的工作尺寸计算是否合理，能否保证制品的精度，其本身是否具有足够的强度和刚度。 4） 支撑部件能否保证模具具有足够的整体强度和刚度。 5） 设计模具时是否考虑了试模和修模要求。 （ 4）装拆及搬运条件审核要点有无便于装拆时用的橇槽、装拆孔和牵引螺钉，对其是否作出了标记。有无供搬运用的吊环或起重螺栓孔，对其是否也作出了标记。 毕业设计说明书 定货明细表总指标：定货批量、费用、交货期塑料制品：几何形状、材料、表面质量强度及其他性能机床参数型腔数目型腔布局分型面数目型腔尺寸、粗造度直浇口及流道浇口冷却系统机械设计结构型腔精确尺寸推出系统导向定位系统排气系统装配模具设计流程图 第 2 章 塑件的工艺分析 2.1塑件分析 2.1.1塑件尺寸图分析 毕业设计说明书 件选用聚丙烯（ PP），聚丙烯有以下优点： A 聚丙烯有极低的密度，是大品种塑料中最轻的一种； B 优良的耐化学药品性和耐疲劳性，在室温下溶剂不能溶剂 PP，另外耐热性较高，对 80%硫酸可耐 100；若无外力作用，制品 150也不会变形； C 耐高频电绝缘性好，在潮湿的环境中也具有良好的电绝缘性； D 优良的力学性能，包括拉伸强度，压缩强度，突出的刚性和耐弯曲疲劳性能； 但是聚丙烯的耐冲击性差，尤其 是低温冲击性差，对缺口十分敏感。 总上所述，本塑件用做螺帽，应使用具有耐化学药品性和耐疲劳性的的材料，由于本塑件是螺帽，会经常抽拔，故材料的力学性能要优良，所以的材料选用聚丙烯（ PP）。由于聚丙烯的耐冲击性差，故塑件外形设计为椭圆形以防止缺口的形成。 由于本塑件是螺帽，所以制造精度要高一些，查阅有关手册，本塑件取 IT4 级。 毕业设计说明书 聚丙烯（ PP）的物理及力学性能： 密度 /( g/cm3 ) 0 9 断裂伸长率 /% 200 700 熔点 / 165 170 弯曲强度 /MPa 49 58 8 脆折点 / -10 弹性模量 /MPa 980 9800 拉伸强度 /MPa 29 4 缺口冲击模量 5 10 塑件的体积 ,质量及正投影面积 A体积：塑件饿体积由环形椭圆环面体、近似椭圆的半椭圆球面体、椭圆边框环和把手四部分体积组成，塑件厚度 t=1.5mm。 椭圆环面的体积 V 1 = t （ ab/4） = 1.5 x （ 3.14 x 205 x 130 4） =31380.38mm3 椭圆半球体体积：由于椭圆体积计算异常烦琐，该椭圆半球近似半圆体，所以椭圆半球体积按正圆体公式计算。由于椭圆体积计算异常烦琐半径却均值为 40mm。体积略偏小，再适当增加即可。 V 2= 3/4 x x（ 40-38.5） 2 = 8164.05 mm3 把手体积 V 3 = 1.5 x 40 x 70 = 4200 mm3 椭圆环面缺口体积： V 4 = t （ ab/4） = 1.5 x （ 3.14 x 85 x 70 4） = 7006.13 mm3 塑件的总体积为： V 总 = V 1+ V 2 + V 3 - V 4 =36738.3 mm3 40 cm3 B塑件的质量 M = V 总 = 40 x 0.9 = 36 g C塑件的正投影面 积：即为椭圆面的面积 S = ab/4 = x 204 x 130 4 =20818.2 mm2 210cm2 2.2塑件的成型方法 本塑件采用材料聚丙烯（ PP），属于热塑性塑料，指定采用注射成型，故本塑件采用注射成型。 毕业设计说明书 2.3.塑件成型的工艺参数 由塑件材料聚丙烯（ PP）查表取工艺参数： 料筒温度 /： 后段 160 180 中段 180 200 前段 200 220 模具的温度： 80 90 注射压力 MPa： 70 100 注射时间 t/s： 20 60 保压时间 t/s： 0 3 冷却时间 t/s： 20 90 总生产时间 t/s： 50 160 2.4根据塑件的的计算重量或体积，选择注射机的型号规格，确定型腔数 A注射机额定注射量 m g，由于没有限定设备，所以每次注射量不超过最大注射量的 80%，即： n = （ 0.8 m g - m j） / m z 式中 n 型腔数 ； m z 浇注系统重量（ g）； m z 塑件重量（ g）； m g 注射机额定注射量（ g）。 估算浇注系统体积 V j，根据浇注系统初步设计方案（下图所示）进行估算。 V j= 1/3 x 35 x （ 2 x2 + 2x3 + 3x3） = 700 mm3 1 cm3 毕业设计说明书 则浇注系统的塑料重量 m j= V j = 1 x 0.7 1g 设 n=1 ，则得 m g =（ m z + m z） / 0.8 = （ 36+1） 0.8 50g 从计算结构，并根据塑料注射机技术规格，结合初步估算模具尺寸，选用 SZ100/60 型注射机。 B根据塑件精度，由于该塑件为螺帽，要求精度高，另外该塑件形状复杂，尺寸较大，故采用单型腔 n=1。 综上所 述，本塑件的模具设计为一模一腔。 毕业设计说明书 第 3 章 模具结构 模具的结构应能发挥成型设备的能力，最大限度地满足塑件的工艺技术要求和生产经济性要求，本塑件的模具结构从以下几个方面分析。 3.1模具的分型面 分型面的选择原则： A 便于塑件脱模，在开模时尽量使塑件留在动模内，应有利于侧面分型和抽芯，应合理安排塑在型腔中的方位； B 考虑好保证塑件的外观不遭损坏； C 尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）； D 有利于排气； E 尽量使模具加工方便。 根据以上分型面的选择原则，本塑件模具的分型面选择如下图所示例： 草图： 3.2型 腔布置 本塑件由于采用单型腔，故没有分流道，而直接有主流道连接浇口进行塑料的注射。 从塑件图可以看到该塑件为中心对称椭圆盖，为了塑料浇注均匀、平衡，所以浇口的位置取在与塑件对称中心轴线重合位置。（如下图所示） 毕业设计说明书 3.3浇注系统 浇注系统对注射成型周期和塑件质量都有直接影响，浇注系统的设计应遵循以下原则： A 在型腔布局方面给尽可能采用平衡式布置，以便平衡分流道；型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象；型腔排列要尽可能紧凑，以减小模具外形尺寸； B 热量及压力损失要小，因此浇注系统流程应 尽量短，断面尺寸尽可能大，尽量减少弯折，表面粗糙度要低； C 确保均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置； D 在满足型腔充满的前提下，塑料损耗要少； E 消除冷料，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量； F 避免塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力、翘曲变形或尺寸偏差过大以及塑料流将嵌件冲压位移或变形等各种成型不良现象； G 塑件外观质量要好，做到去处修整浇口方便，浇口痕迹无损塑件的美观和使用； H 尽可能使塑件不进行或少进行后加工，成型周期短，效率高； I 大多数热塑性塑料熔体的假塑性行为特性，应予充分利 用。 浇口的样式及尺寸 毕业设计说明书 本模具采用单型腔模成型，由前页所述，采用主流道型浇口，塑料熔体直接流入型腔，这样压力损失小，进料速度快，成型容易；另外，传递压力好，保压补缩作用强，简化模具结构，制造方便。 查 SZ 100/60 型注射机参数表，得：喷嘴口直径 = 3.5mm； 塑件厚度 t = 1.5mm； 由经验数据公式得： 浇口小端面直径 d = + （ 0.5 1.0） = 3.5 + 0.5 = 4mm a = 2 6， r = 1 3 ， D=6mm ， L 60； 本设计中 ，浇口由于结构限制，分为部分，两部分之间有密封圈密封防止溢料。在定模板座部分浇口长 20mm，在行腔板部分浇口（在型腔壁厚度校核后）长 25mm，共长 L = 45mm。为了便于加工，在定模座板和型腔板衔接棉初断面尺寸直径取5mm。 浇口设计样式图如下图所示： 浇口套 浇口套一般为标准件，使用浇口套模具有利于安装，更换方便，浇口套不用自己毕业设计说明书 抛光，减少加工工序。 本设计中，浇口套的尺寸为直径 30mm，高 23mm，其中套在定模座板上的肩台直径 40mm，高 5mm。浇口套与喷嘴配合的圆凹槽深 3mm，直径 18mm。 3.4溢流及排气系统 溢流 模具设计时应注意防止设计缺陷而造成在塑件加工时有溢流现象的产生 。 这是就要注意模具的表面精度是否合理，密封是否严密等。 排气 在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑料溶接不良而引起缺陷。 注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气。只有在特殊情况下采用开始排气槽的排气方式。 由本塑件的尺寸 可以看出，塑件的厚度只有 1.5mm，属于薄壁件，另外塑件的正投影面积有 208cm2 ，限度塑件厚度来说，属于大面积的的塑件，所以注射过程中，利用分型面自然排气就可以达到排气的效果，所以本设计不设计排气结构。 3.5成型零件的设计与计算 塑料在成型加工过程中， 用来填充塑料熔体以成型制品的空间称为型腔。而构成这个型腔的零件叫做成型零件。结合本设计的模具结构，成型零件包括凹模、凸模、型腔内外镶件、近似半圆的椭圆型芯。 .凸、凹模设计、尺寸计算及型腔 的刚度强度校核 由于本塑件外形带有椭圆形腔有突出圆环，以及形状复杂的把手，所以该模具的凹模设计为镶嵌式凹模，这样凹模便于加工成型，局部损坏容易更换。 A 型腔壁厚和底版厚度的计算 在注射成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够毕业设计说明书 的强度和刚度。 型腔内镶件侧壁厚度 s 按刚度条件计算得： s r （ 0.75rp+ E） / ( E-1.25rp)1/2 -1 = 40 x (0.75x40x30 + 2.1x105 x0.03) (2.1x105 x0.03 1.25x40x30)1/2 - 1 = 8.99 按强度条件计算 : s r /( -2p)1/2 -1 = 40 x 2500 (2500-2x30)1/2 - 1 = 0.49 由于型腔内镶件其四周还有外镶件过盈配合 ,综合刚度和强度的校核结果 , 型腔内镶件策壁厚度取 s = 6mm.，外镶件厚度为长、短轴分别为 177、 103 和 100、85 组 成的椭圆环。 由以上计算的结果，当 s=15 时为型腔内镶件椭圆顶部的壁厚，那么型腔板的厚度为型腔深度 35mm 与壁厚 15mm 之和，为 h = 50mm。 B 动模型腔侧壁厚度强度校核 按照注射成型模具型腔侧壁厚度经验公式 s = 0.2L + 0.17 = 204x0.2+0.17 = 40.97mm 侧壁厚度 S长 、 S 短 按刚度条件校核分别得： S 长 = S 短 1.15ph4 /(E )1/3 = 1.1530x1.54 (2.1x105 x0.03)1/3 = 0.433mm 按强度条件计算 : S长 r /( -2p)1/2 -1 = 102x2500 (2500-2x30) 1/2 -1 = 1.246mm S 短 r /( -2p)1/2 -1 = 65x2500 (2500-2x30) 1/2 -1 = 0.794mm 根据厚度尺寸和校核结构，侧壁厚度 s =40.97mm 合适，故本模具型腔侧壁厚度 s =50mm，另外动模板厚度 S 也取 S =50 mm. 注： E 模具材料的弹性模量（ MPa），碳钢为 2.1x x105 ； p 型腔压力，一般取 25 40MPa，本设计计算中统一取 p = 30 MPa； 刚度条件，即允许变形量（ mm），查表 =0.025 0.04，本设计计算毕业设计说明书 中统一取值 = 0.03； 模具材料的许用压力（ MPa），一般合金模具钢许用压力为 21002800MPa，本设计计算中统一取值 = 2500MPa； r 型腔半径尺寸，由于本模具型腔为椭圆形，半径取的是约值，或长、 短轴分别计算； 凸、凹模尺寸计算 A型腔内镶件尺寸计算： 由于没有说明塑件公差等级，查有关手册查到该塑件的公差等级为 IT4 级，按照该精度查到长轴尺寸 88、短轴尺寸 73、和深度尺寸 35 的公差分别为 0.01mm、0.008mm、 0.007mm，所以三个尺寸分别标为 880 -0.01mm、 730 -0.008mm、 350 -0.007 . 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 88+88x0.02-3/4x0.01） +（ 1/4x0.01） 0 mm = 89.7525+0.0025 0 mm 90+0.003 0 mm L 短 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 73+73x0.02-3/4x0.008） +（ 1/4x0.008） 0 mm =74.454+0.002 0 mm 74.5+0.002 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 35+35x0.02-3/4x0.007） +（ 1/3x0.007） 0 mm = 35.69475+0.00233 0 mm 35.70+0.002 0 mm B型腔外镶件尺寸计算： 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 177mm 相对椭圆环型腔为 12mm、短轴尺寸 103mm相对椭圆环型腔为 12mm、和深度尺寸 12的公差分别为 0.012mm、 0.01mm、 0.005mm，所以三个尺寸分别标为 177+0.012 0 mm、 103+0.01 0 mm、 12+0.005 0 mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp+x） 0 + z = （ 177+12x0.02+0.75x0.012） 0 -（ 1/4x0.012 ） mm =177.249 0 -0.003mm 毕业设计说明书 177.200 -0.003mm L 短 = （ Ls+LsScp+x） 0 + z = （ 103+12x0.02+0.75x0.01） 0 -（ 1/4x0.01 ） mm =103.2475 0 +0.0025mm 103.200 +0.003mm C型腔板成型部位尺寸计算： 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 180mm 相对外镶件为 12mm、短轴尺寸 106mm 相对外镶件为 12mm、和深度尺寸 12 的公差分别为 0.014mm、 0.01mm、 0.005mm，所以三个尺寸分别标为 1800 -0.014mm、 1060 -0.01mm、 120 -0.005mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 180+12x0.02-3/4x0.014） +（ 1/4x0.014） 0 mm = 180.2302+0.0035 0 mm 180.20+0.004 0 mm L 短 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 106+12x0.02-3/4x0.01） +（ 1/4x0.01） 0 mm =106.2325+0.0025 0 mm 106.20+0.003 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 12+12x0.02-3/4x0.005） +（ 1/3x0.005） 0 mm =12.23625+0.00167 0 mm 12.20+0.002 0 mm D动模型腔尺寸计算： 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 204mm、短轴尺寸 130mm、和深度尺寸 1.5mm 的公差分别为 0.014mm、 0.012mm、 0.003mm，所以三个尺寸分别标为 2040 -0.014mm、 1300 -0.012mm、 1.50 -0.003mm. 长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 204+204x0.02-0.75x0.014） +（ 1/4x0.014） 0 mm =208.0695+0.0035 0 mm 208.00+0.004 0 mm L 短 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 130+130x0.02-0.75x0.012） +（ 1/4x0.012） 0 mm 毕业设计说明书 =132.591+0.003 0 mm 132.60+0.003 0 mm H 深 = （ Hs+HsScp-x ） + z 0 = （ 1.5+1.5x0.02-0.75x0.003） +（ 1/3x0.003） 0 mm =1.52775+0.001 0 mm 1.53+0.001 0 mm E半椭圆球型芯尺寸计算 按照精度 IT4 级查到长轴尺寸 85mm，短轴尺寸 70mm，和成型所需高度尺寸 35mm的公差分别为 0.010mm、 0.008mm、 0.007mm，所以三个尺寸分别标为 85+0.010 0 mm、70+0.008 0 mm、 35+0.007 0 mm. A长、短轴径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 长 = （ Ls+LsScp+x） 0 + z = （ 85+85x0.02+0.75x0.010） 0 -（ 1/4x0.010 ） mm =86.7075 0 -0.0025mm 86.700 -0.003mm L 短 = （ Ls+LsScp+x） 0 + z = （ 70+70x0.02+0.75x0.008） 0 -（ 1/4x0.008） mm =71.406 0 +0.002mm 71.40 0 -0.002mm L 短 = （ Ls+LsScp+x） 0 - z = （ 35+35x0.02+3/4x0.007 0 -（ 1/4x0.0007） mm =35.70525 0 -0.00175mm 35.70 0 -0.002mm B手柄成型部位尺寸计算 按照精度 IT4 级查到手柄尺寸宽 18mm、尺寸和高度尺寸 15mm 的公差均为0.005mm，所以两个尺寸分别标为 180 -0.005mm、 150 -0.005mm。 宽度和高度的尺寸计算中， x = 3/4、 x =2/3 L 宽 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 18+18x0.02-0.75x0.005） +（ 1/4x0.005） 0 mm =18.35625+0.00125 0 mm 18.36+0.001 0 mm H 高 = （ Ls+LsScp-x） + z 0 = （ 15+15x0.02-0.75x0.005） +（ 1/4x0.005） 0 mm =15.29625+0.00125 0 mm 15.30+0.001 0 mm 毕业设计说明书 注： Scp 塑料平均收缩率，聚丙烯塑料的平均收缩率为 1.0% 2.5%，本设计计算中，塑料平均收缩率统一取 Scp = 2.0% = 0.02； 塑件公差； X 修正系数，一般为 1/2 3/4，公差值大取小值，对中小型塑件一般取 3/4，本设计的计算中，修正系数统一取 x = 3/4； x 修正系数，一般为 1/2 2/3，当制品尺寸较大、精度比较低时取小值，反之取大值，本设计的计算中，修正系数统一取 x = 2/3； Lm 型腔或型芯径向尺寸（ mm）； Hm 型腔深度 （ mm）； Ls 塑件外形基本尺寸 （ mm）； Hs 塑件高度基本尺寸 （ mm）； 动模垫板厚度 按照注射成型模具动模垫板厚度经验公式计算 h = 0.12L = 0.12 x 204 = 24.48 mm 故 ：动模垫板厚度 h = 25 mm. 矩形型芯的尺寸 动模板厚 S = 40mm，动模垫板厚 h = 25mm，已经把手的外形尺寸可以得到矩形型芯的尺寸： 高度 H = 40 + 25 + 12 = 77mm 厚度 h = 18mm 按照精度 IT4 级查到塑件长、宽尺寸 18mm、 15mm、和深度尺寸 12 的公差均为0.005mm，所以三个尺寸分别标为 18+0.005 0 mm、 15+0.005 0 mm、 12+0.005 0 mm. 长、宽径向尺寸和深度计算， x = 3/4、 x =2/3 L 18 = （ L 18+ L 18Scp+x） 0 + z = （ 18+18x0.02+0.75x0.005） 0 -（ 1/4x0.005 ） mm =18.363 0 -0.00125mm 毕业设计说明书 18.40 0 -0.001mm L 15 = （ L 15+ L 15Scp+x） 0 + z = （ 15+15x0.02+0.75x0.005） 0 -（ 1/4x0.005） mm =15.303 0 -0.00125mm 15.30 0 -0.001mm H 12 = （ H 12+ H 12Scp+x ） 0 + z = （ 12+12x0.02+0.67x0.005） 0 -（ 1/3x0.005） mm = 12.24335 0 -0.00167 mm 12.200 -0.002 mm 矩形型芯简图如下： 3.6 脱模方式及其脱出机构的设计 脱模机构设计原则： A 结构可靠：机械的运动准确、可靠、灵活，并有足 够的刚度和强度。 B 保证塑件不变形、不损坏。 C 保证塑件外观良好。 D 尽量使塑件留在动模一边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。 脱模力的计算 脱模力是指塑件从型芯上脱出时所需克服的阻力。 本模具设计为两次脱模，第一次是将芯轴顶离动模板，使半球型芯有回转余地，第二次是顶杆前移而拉杆不动，拉杆相对芯轴产生一个力矩，实现半球型芯的回转脱模，有限位支柱限制副顶板移动，这个过程芯轴相对顶杆为浮动，所以将拉毕业设计说明书 杆设计成摆动形式。 A 第一次顶出脱模力的计算 塑件包紧型芯的侧面积 A （ mm2 ）： A = hC = 1.5 x 1.5（ a+b） -srp（ ab） = 1.5 x 3.14x1.5x（ 204+130） -srp（ 204x130） = 1592.688 mm2 1600 mm2 F 正 = p A = 8 x 1600 = 12800 N F 脱 = F 正 （ f cosa-sina） = 12800 x （ 0.5x1 0） = 6400 N F 阻 = 0.1A = 0.1 x 1600 = 160 N 总脱模力 F 脱 的结果为： F 总脱 = F 脱 + F 阻 = 6400 + 160 = 6560 N 7000 N B 第二次顶出脱模力的计算 塑件包紧型芯的侧面积（近似椭圆，按照半径 40 的球计算） A （ mm2 ）： A = 4 R2 /2 =4 x 3.14 x 402 2 = 10048 mm2 F 正 = p A = 8 x 10048 = 80384 N F 脱 = F 正 （ f cosa-sina） = 80384 x （ 0.5x1 0） = 40192 N F 阻 = 0.1A = 0.1 x 10048 = 1004.8 N 总脱模力 F 脱 的结果为： F 总脱 = F 脱 + F 阻 = 40192 + 1004.8 = 41196.8 N 42000 N C 矩形型芯脱模力计算 F 脱 = 8tE Lcos（ f-tg） /（ 1-） K 1 + 10B = 8x1.5x1.65x103 x0.02x15xcos1x（ 0.1-tg1） （ 1-0.43） x1.0087 + 10x3 = 5014.50 N 顶杆的尺寸、校核 毕业设计说明书 A顶杆的位移尺寸 设计椭圆型芯在合模没有顶出时在动模板以下 5mm，顶杆顶出后在动模板以上10mm. 根据椭圆型芯的位移距离，可以得到顶杆位移的第一个阶段 的距离为 L 1 = 15mm. 当顶杆第一阶段顶出完成后，第二阶段的顶出是为了椭圆型芯旋转出椭圆型腔。 如上图所示： L 1 = L 1 ，当 L 1旋转到 L 1 状态时，椭圆型芯完全旋转出型腔， L 3= L 1 35 = sprt（ 422 + 352 ） - 35 = 20mm； 所以当椭圆型芯完全旋转出椭圆型腔顶杆需再顶出 L 2 = 24x20 42 = 11.428mm 12mm. 所以顶杆的位移总量为 L = L 1 + L 2 = 15 + 12 = 27 mm.同时得到顶杆固定板到托板之间的距离为 h = L = 27mm. 有上可得，顶杆的长度为顶杆固定板与托板的间距 27mm，垫板厚 25mm，托板厚40mm，和动模板厚 40mm 之和，减去顶杆在动模板以下的 5mm. 顶杆总长度 L 总 = 27 + 25 + 40 + 40 5 = 127mm B.顶杆的尺寸确定和校核 当设计使用 2根顶杆的来顶出脱模的时，假设顶杆为圆形件，先求直径； d= L2 F 脱 /（ nE） 1/4 = 1272 x （ 7000+5000）（ 2x2.1x105 ） 1/4 = 4.65mm 若用 d=5mm 的直径顶杆 ,材料为 45#钢， 校核如下： c = 4 F 脱 /（ n d2 ） = 4x7000 （ 2x3.14x52 ） = 178.34 MPa 320MPa 所以当顶杆 d=5mm 时，符合要求。但是为了工作平稳，顶杆不取圆柱形，结合d=5mm 尺寸，顶杆去厚度 5mm，宽度 10mm 的圆头矩形 。 .拉杆的尺寸和结构 由于本模具的脱模过程中，第一次脱模时，用拉杆将芯轴顶离动模板，使半椭圆毕业设计说明书 球型型芯有回转余地，这是完成第二次脱模时，顶杆前移而拉杆就不动，拉杆相对芯轴产生一个力矩，实现半椭圆球型芯的回转脱模，当拉杆顶芯轴的时候，即同顶杆的顶出量相同，也是 15mm 后，由限位支柱限制副顶板移动，这个过程中，芯轴相对顶杆为浮动，所以就将拉杆设计为摆动形式。 A根据上述的拉杆工作原理和过程，计算了拉杆的外形尺寸： 假设拉杆为圆柱件，先求其直径，已知设计的拉杆数目为 2 根。 根据公式和拉杆数目得 d = sprt2F/（ ） = sprt2x42000（ 3.14x2500） = 6.68 参考假设值 d = 6.68 的结果，为了半椭圆型芯在脱模过程中，旋转时能够平稳，采用圆头矩形，厚度为 7mm，宽度为 30mm。 B由于拉杆的结构为摆动形式，所以拉杆就有销轴连接的两部分组成，连接部分设计为齿形连接。由于拉杆和顶杆结构相似，有顶杆的尺寸计算结构结合拉杆本身在模具结构中的位置，拉杆和拉杆座的总长度为 163mm，其中固定在副顶板一端的拉杆座长度为 63mm，连接芯轴的一段拉杆座长为 100mm，另加连接部分为7mm，共 107mm。 C连接部分拉杆和栏杆座均为直径 7 的半圆，栏杆部分有 2 个，宽度为 7，栏杆座部分有 3个，宽度为 5mm，交错连接，并有轴销定位。 综合拉杆摆动时受力情况和尺寸，轴销选用直径 3，长 30mm，其中螺纹长 6mm。 拉杆及拉杆座连接草图如下 ： 毕业设计说明书 杠杆复位机构 为了避免合模时椭圆半球型芯与型腔内镶件接触造成檫伤，设计采用杠杆和楔杆使顶出系统先复位。 A杠杆 由杠杆的作用和其在整套模具机构尺寸得到，杠杆在使顶出系统复位的过程中，顶 出系统的位移量限制在 27mm 以下，所以杠杆的一般一半长应为 27mm 加上轴销固定部分主顶板厚度的一半 12mm，故杠杆的一半长为 39mm，但是当一半长恰好为 39mm 时，杠杆就会和托板和主顶板相互垂直而造成“顶死”现象就不能继续工作，严重还会损坏模具，所以半长应大于 39mm，设计开模厚杠杆和托板的夹角为 60，计算杠杆半长 L = 39 /sin60 = 45.03mm，故取杠杆的半长 L 1=45mm. 与楔杆相互作用的一半杠杆，转动范围只有主顶板厚度的一 半 12mm，加上副顶板厚度 24mm，为 36mm，当杠杆与动模座板夹角 60时，杠杆长 41.56mm，取 L 2=45mm。 杠杆在使顶出系统复位时，模具空载，复位力很小，故杠杆尺寸不必校核，根据模具整体尺寸比较，杠杆选用圆头矩形，厚、宽均为 10mm，长度经前面计算 L = L 1 +L 2 = 85mm. B楔杆 楔杆的作用是拨动杠杆，由 于杠杆复位所需力不大，所以楔杆受力也不大，又有挡块导向，所以楔杆强度也可不必校核，尺寸根据整套模具结构选用适当即可。 为了楔杆完全与杠杆端面重合使工作平稳，楔杆一头为楔形并倒圆角，厚、宽均为 10mm。 楔杆若能正常工作，长度应该大于 235mm，小于 250mm，本设计楔杆长度为 L 楔 = 240mm. C楔杆与杠杆中心的间距 为了杠杆和楔杆能顺利工作，经计算，当楔杆与杠杆完全作用，杠杆能将顶出系统完全复位成 60左右时，杠杆轴销中心到楔杆中心的间 距为 S 间 = 30mm. 杠杆轴销中心到主顶板边缘的距离为 25mm。 D 轴销 毕业设计说明书 综合杠杆和楔杆的受力情况和尺寸，轴销选用直径 8，长 29.5mm，其中螺纹长7mm。 轴销草图如下： 限位螺钉及弹簧的确定 限位螺钉和弹簧的作用是当成型部位的矩形型芯滑动的时候限制和先行复位。 A限位螺钉 根据矩形型芯的外形尺寸 18x70x75.5mm，选定标准件 8 的螺钉，其中限位螺钉的长度 L=48mm。 b弹簧参数的确定 由型芯复位时所需的里仅为矩形型芯和 行腔板、托板之间的摩擦阻力所以所需力很小，弹簧受力大小可以忽略，弹簧的参数适当即可，设计弹簧数为 n=3。 参照托板间预留的间隙 15mm 和限位螺钉的直径为 8mm，选取弹簧的规格为： d = 1mm， D 2 =10mm， t = 4.94mm，极限工作负荷 Fj=35.2mm，弹簧高 h=21mm。 弹簧尺寸简图如下： 限位支柱的尺寸为固定位置确定 限位支柱的作用是当拉杆移动到指定为位置时，限制连接拉杆的副顶板在继续前毕业设计说明书 移以达到顺利脱模的目的。 A限 位支柱在模具中不受外力作用，由上、下不同直径的圆柱构成。在脱模的过程中，拉杆上下位移的总量为 15mm，所以限位支柱就是限制副顶板超过该距离，根据模具的尺寸结构得到副顶板到限位支柱的“台阶”处，也就是限制副顶板运动的地方的距离为 15mm。由此可以可以得到不同直径的限位支柱两段的长度分别为大直径段长 36mm，小直径段长 39mm。 B大直径段的直径定为 20mm，小直径段的直径定为 16mm。 C限位支柱有两头各有一个直径 4mm，高 4mm 的圆柱台定位，以使限位支柱固定。 D限位支柱共 4 个，尺寸相同。限位支柱的中 心线到顶板的边界的距离分别是42mm 和 50mm，其中离靠支撑条一边的距离为 42mm。 限位支柱样式简图： 主顶板与副顶版所用螺钉的选取和固定位置确定 A主顶板和副顶板托板的固定均选用 5 的标准内六角圆柱螺钉，螺钉长度为15mm。 B主顶板的托板固定和副顶板的托板固定均使用 6 个螺钉。 C固定螺钉中心到各顶板的边距为 15mm 和 43mm，其中 43mm 为螺钉到靠杠杆槽的一边的边距。 托板、挡块和垫板的尺寸确定 毕业设计说明书 A由的选定中，限位螺钉和弹簧的尺寸预定托板的厚度为 40mm。 B挡块是楔杆工作过 程中，导正楔杆导向的装置，楔杆由于要拨动杠杆，所以挡块一定程度上也受楔杆径向作用力，也可以做为保护楔杆的作用。 楔杆的宽度为 10mm，每个挡块由 2个 6的螺钉与脱板固定，所以确定挡块的宽度为 30mm，厚度 20mm。 C垫板和矩形型芯过盈配合并且有限位螺钉连接，为了矩形型芯固定的稳定和限位螺钉的紧固，垫板的厚度定为 25mm。 3.7冷却系统 塑料在成型过程中，模具温度会直接影响塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以模具上需要设置温度调节系统以达到理想的温度要求，温度调节系统又可分为冷却系统和加热系 统两类。 冷却系统设计原则： A尽量保证塑料收缩均匀，维持模具的热平衡； B冷月水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀； C进可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等； D浇口处加强冷却； E应降低进水与出水的温差，使进水与出水的温差不大于 5； F合理选择冷却水道形式和确定冷却水管接头位置； G冷却谁管道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，冷水管道进出接头应埋入模板内。 查表得到材料聚丙烯（ PP）的成型温度 Ts、模具温度 Tm 和脱模温度 Te 的参数分别为： Ts = 160 260 、 Tm = 40 60、 Te = 60 100 . 冷却介质有冷却水和压缩空气，由于水的热容量大，传热系数大，成本低，所以本模具也设计使用冷却水达到冷却目的。 （ 1） .冷却系统 计算单位时间内从型腔散发的总热量 A每次需要的注射量（ Kg） 毕业设计说明书 G = nG 件 + G 浇 = 1 x 0.036 + 0.001 = 0.037Kg B确定生产周期（ s） 查塑料成型参数 表得：生产周期 t = 50 160 s ； 本设计去生产周期 t = 120s. C聚丙烯单位热流量 Qs （ KJ/Kg） 查塑料性质参数表得：热流量 Qs = 586 KJ/Kg. D每小时需要注射的次数（ N/次） N = 3600/t = 3600 120 = 30 次 E每小时的注射量 （ Kg/h） W = N G = 30 x 0.037 = 1.11 Kg/h 求从型腔内发出的总热量 （ KJ/h） Q 总 = N G Qs = 30 x 0.037 x 586 = 650.46 KJ/h 求模具表面空气对流所散去的热量 Q 散 . A自然对流时的传热系数 a 1 ，单位为 W/（ m2 K） 当 0 Tav 300 时，计算系数，按如下经验公式计算： = 1.1630.25 + 360/（ Tav+300） = 1.163 x 0.25 + 360（ 90+300） = 1.364； a 1 =（ Tav Tr） 1/3 = 1.364 x （ 90 25） 1/3 = 5.484 W/（ m2 K） 式中 Tav 、 Tr 分别为模具平均温度和室温，查表分别取 Tav=90和Tr=25 . B能够发生对流的模具表面积，单位为 m2 . 模具整体长、宽、高约 300mm、 200mm、 300mm，加上凸、凹面等，所以模具四周与空气接触的侧表面积 Amc 0.55 m2 . 分型面的面积 Amf 0.06m2 型腔的表面积 Am = 1.5L + 4 r2 + 4ab/4 - r2 = 1.5x507.23 + 4x3.14x402 = 27434.23mm2 0.0274m2 .其中 L 为椭圆周长 L 1.5（ a+b） -sprt（ ab） ， r 为椭圆半球近似球形的半径， a、 b 分 别为椭圆的长轴和短轴。 开模率 =t-（ t i +t c） /t = 120 - （ 25+25） 120 = 0.583；毕业设计说明书 其中 t为注射成型周期，即总生产周期 t=120s， t i、 t c分别为注射时间和冷却时间，查塑料注射成型参数表， t i=20 60s， t c=20 90s，设计模具的注射时间和冷却时间均为 25s； A 1 = Amc + （ Amf + Am） = 0.55 + （ 0.06 + 0.0274） x 0.583 0.626 m2 . 综合 A.B 两点计算结果得： Q 散 = 3.6a 1 A 1（ Tav Tr） = 3.6 x 5.484 x 0.626 x （ 90 25）= 802.035 KJ/h 综合、的计算结果比较 Q 总 Q 散 ,即模具型腔发出的总热量 Q 总 小于模具表面空气对流所散去的热量 Q 散 ，所以，本设计的模具结构中不设置冷却装置，采用自然冷却。 3.8合模导向机构的设计 为了保证注射模准确合模和开模，在注射模中必须设置导向机构。导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。导向机构的形式主要有导柱导向和锥面导向。 由于本模具生产的塑件为瓶盖，精度要求高，所以设计导柱成导套配合，可以达到精度高，生产批量大的目的，同时设计导柱和导套要符合以下几点： A导柱应合理地均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具强度； B导柱的长度应比型芯（凸模）端面的高度高出 6 8mm，以免型芯进入凹模时与凹模相碰而损坏； C导柱和导套应有足够的耐磨度和强度，常用 20#低碳钢经渗碳 0.5 0.8mm，淬火 48 55HRC，也可以采用 T8A 或 T10 碳素工具钢，经淬火处理； D为了使导柱能顺利进入导套、导柱端面应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角； E导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利毕业设计说明书 脱模取出塑件，因此可根据需 要而决定装配方式； F除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常正常运动； G导柱的直径应根据模具的大小而决定，可参考标准模架数据选取。 导柱 参照经验，本模具属于中小型模具，其导柱直径越为模板两直角边之和的 1/20 1/35。本模具两直角边之和约为 S（ 300+200） =500，按照 1/25 的标准计算得导柱的直径为 20，根据国标和参考标准模架，导柱的直径确定为 20. 导柱的形式为有肩导柱，开设油槽，内存润滑油，既可以与另一模板配合起定位作 用，有定位销效果，还可以减小导柱导向的摩擦。 导柱还支撑模板的重量，所以 20 导柱直径按下式校核： d = 64 L3 /（ 3E） 1/4 = 64x1000x1303 （ 3x2.1x105 x1） 1/4 = 21.73mm