畢業(yè)設計（論文）-純凈水瓶蓋注塑模具設計礦泉水瓶蓋

第一章緒論1.1注塑模具的簡介隨著科學技術與工業(yè)技術的不斷進步與更新，注塑模具在機械工業(yè)中占用不可動搖的地位，特別現(xiàn)在的電子產(chǎn)品時代的更新，越來越多的塑料產(chǎn)品進入我們的生活中，新的產(chǎn)品出現(xiàn)于更新?lián)Q代越來越頻繁，比如我們常用的汽車儀表類產(chǎn)品、電子通訊類產(chǎn)品，更是達到了前所未有的高度，2010年之后，我國的整體國民經(jīng)濟狀態(tài)發(fā)生了更大的改變，消費能力有了很大的提高，購買能力大幅的提升刺激了消費水平的提高，同時也促進了現(xiàn)代工業(yè)的生產(chǎn)，迫使現(xiàn)代制造業(yè)制造更快、更好的生產(chǎn)出符合時代的工業(yè)產(chǎn)品。塑料產(chǎn)品在汽車儀表、電器電子、醫(yī)用救援、工程器械等領域有更大的提高，注塑模具是機械行業(yè)與材料工程中發(fā)展最快的領域其中一個板塊。塑料材料是高分子材料工程領域中的一種，塑料材料有不可替代的特點，他的密度不大，質(zhì)量比較輕便，強度和剛度也較好，而且很多高分子塑料還具有絕緣性能，能夠替代傳統(tǒng)的金屬材料，無機非金屬材料。塑料材料在一定溫度下融化，比金屬材料熔點更低，成型更容易，采用塑料材料以及注塑模具生產(chǎn)和制造的塑料具備了生產(chǎn)效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，精度高，工程造價便宜，可以實現(xiàn)大批量連續(xù)生產(chǎn)。而且注塑模具的生產(chǎn)設備注塑機相對于其他金屬材料的制造設備更小。因為具備了上述所有優(yōu)點，所以越來越多的塑料產(chǎn)品進入我們的生活中，注塑模具的發(fā)展水平，是衡量一個國家的工業(yè)制造水平的重要標志之一。目前國內(nèi)的高端模具市場主要分布在珠三角與長三角一帶，也就是人們常說的東莞深圳珠海一帶和江蘇浙江寧波一帶，這些沿海前沿一帶，大量的模具制造企業(yè)，對應的模具水平也比較高。但是從2019年后，國內(nèi)的模具企業(yè)面臨一個重要問題，就是人才短缺，雖然大型進口加工制造設備能夠更好的服務于模具制造企業(yè)，但是對應的技術工程師缺越來越少。在機械制造設備的升級改善大環(huán)境下，中國的模具制造企業(yè)在最近五年有很大程度的告訴發(fā)展。這個行業(yè)不停的加入創(chuàng)興型企業(yè)，各種資本領域也進入模具制造業(yè)中，其中比較典型的就是外資企業(yè)、臺灣企業(yè)、香港企業(yè)的進入或者合資成立。創(chuàng)新型企業(yè)再次進駐模具制造業(yè)行，實現(xiàn)了模具制造的細分在機械制造設備的升級改善大環(huán)境下，中國的模具制造企業(yè)在最近五年有很大程度的高速發(fā)展。這個行業(yè)不停的加入創(chuàng)興型企業(yè)，各種資本領域也進入模具制造業(yè)中，其中比較典型的就是外資企業(yè)、臺灣企業(yè)、香港企業(yè)的進入或者合資成立。創(chuàng)新型企業(yè)再次進駐模具制造業(yè)行，實現(xiàn)了模具制造的細分類目，將以前統(tǒng)一的模具企業(yè)，細分分注塑模具，沖壓模具，壓鑄模具，擠出模具，快速成型模具，吸塑模具等等，不斷是實現(xiàn)模具制造的類目的細分，有利于實現(xiàn)專業(yè)領域的技術提高與成長，增強了企業(yè)競爭力，同時對細分類目的模具工程師提出了更好的要求，其中包括細分模具類目的專業(yè)機加車間的鉗工、銑工、裝配工，數(shù)控加工車間的電火花操作工、CNC數(shù)控加工中心高階編程工程師與操作技師，線切割編程高階人員與操作技術員。同時，政府機構與相關人力資源教育評審機構，對模具類從業(yè)人員進行了更加嚴格的職業(yè)技能鑒定，使得具備專業(yè)職業(yè)技能的高層次人才更加專注各自領域。模具是機械、材料、汽車、家電、電信、日用生活中最基礎的生產(chǎn)制造工藝裝備，屬于輕工業(yè)中科技水平較高層次的產(chǎn)品，而且高級模具一般屬于綜合性設計學科。一般模具工程師主要完成工作量為：數(shù)字化二維工程圖繪制，三維模具建模設計，模具數(shù)字化分析與各類型運動仿真和CAE有限元分析?？梢姮F(xiàn)在的模具的專業(yè)技術層次是越來越高。1.2注塑模具發(fā)展國內(nèi)外現(xiàn)狀塑料產(chǎn)品是采用高分子樹脂材料通過注塑模具與注塑生產(chǎn)工藝制造的產(chǎn)品。塑料產(chǎn)品具備有質(zhì)量輕便，抗酸堿鹽性能好，耐腐蝕性好，有一定的彎折性能，而且絕緣不導電。國內(nèi)現(xiàn)在越來越多的采用塑料制品來替代原來的其他產(chǎn)品，更多的進度我們的日常生活中。2010年之后，隨著國內(nèi)工業(yè)技術的變革創(chuàng)新，機械工業(yè)水平的提高，對應的注塑模具產(chǎn)業(yè)有的快速的增長，大約每年的注塑模具增長速度在10-16%之間，我國的注塑模具從發(fā)展起步至今，經(jīng)過約50年的進步，有了較大的改變，技術水平有了很大的提高，特別是在近幾年的家用汽車普及、家用電器增長、電子電信日用消費子的快速發(fā)展，在沿海前沿地帶形成了以珠三角與長三角一代的專業(yè)模具企業(yè)區(qū)域，逐漸向高精尖領域發(fā)展。塑料模具的發(fā)展將會比沖壓模具、壓鑄模具等其他模具的發(fā)展更快。國內(nèi)模具逐漸往高精度、高質(zhì)量、超大型、超長壽命，縮短制造周期，降低制造成本，高效率方向發(fā)展。新的計算機輔助設計技術，將會極大的改善模具制造企業(yè)的專業(yè)技術層次，應用領域與設計范圍將會實現(xiàn)不斷的擴大，不同類型的模具將會越來越多，創(chuàng)新性越來越多，效益會越來越好。自動化程度和標準化程度或逐步提高。國外高級注塑模具技術與工藝制造裝備主要集中在美國、德國、法國為主的歐美系，與日本、韓國為主的日系中。國外注塑模具的設計、制造、成型技術向著多工位化、高效自動化，超低成本方面發(fā)展?，F(xiàn)在，國外的模具制造企業(yè)，能夠感受到我國模具制造業(yè)的崛起所帶來的國際環(huán)境變化，更多的中國模具進入國際市場領域。占有原來歐美日韓的市場蛋糕，預計到2020年，我國將有可能成為全球范圍內(nèi)最大的注塑模具供應區(qū)域，國外的模具制造周期只有國內(nèi)模具制造周期的46-52%之間。但是國外的模具制造成本卻又中國模具制造成本的130-300%之間，成本可以達到我國成本的三倍之多，我國的人工勞動成本優(yōu)勢是國外人工勞動成本的1/3左右，對國際市場上的客戶產(chǎn)生了深遠影響，2015年之后，德國與日本的整體模具總造價降低了10-20%之間，這和國內(nèi)的注塑模具技術發(fā)展有密不可分的關系。顯然在不遠的將來，隨著國內(nèi)工業(yè)化程度的不斷提高，國內(nèi)模具制造業(yè)在國外會有意想不到的市場。1.3國內(nèi)模具的優(yōu)劣勢國內(nèi)模具制造企業(yè)優(yōu)勢是地域集中，能夠實現(xiàn)高度的群體效益，國家政策扶持引導企業(yè)自主創(chuàng)新，給與國內(nèi)模具制造企業(yè)技術性的經(jīng)濟補貼。還涉及到的出口模方向，國家也給與了模具企業(yè)對應了關稅政策優(yōu)惠。這將大大提高制造企業(yè)的積極性，促進模具行業(yè)向前發(fā)展。國內(nèi)模具制造企業(yè)的劣勢是各個企業(yè)之間各自為政，沒有形成統(tǒng)一的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，國內(nèi)模具的標準化進程與自動化進程還較低，與發(fā)達國家機械工程模具有較大的差距，相關核心技術與工業(yè)制造裝備機床很多需要從國外進口，技術在某些大型模具領域上，不能獨立完成，還需要國外專業(yè)技術人員指導操作。我國的注塑模具在設計與制造的環(huán)節(jié)和國外的發(fā)達國家相比較而言，還有一定的差距，一直在模仿德國、美國、日本等國家的制造經(jīng)驗。通過發(fā)達國家的實際經(jīng)驗學習，能夠快速的彌補我國注塑行業(yè)的不足之處。1.供給不均勻我國的發(fā)展區(qū)域主要是珠三角和長三角區(qū)域、這里的技術比較前沿一些，相關的技術和資源、工藝裝備方面，在這兩個區(qū)域供給就比較方便，如果是其他地域的注塑模具，就會存在供給困難，這樣就造成了沿海地帶可以制造大型的、精密的、高強度、高壽命的模具，而其余地域的模具只能做一些低端的、粗糙的模具。非沿海地帶的模具制造企業(yè)在技術和工藝生產(chǎn)裝備上的提高更多的是依靠沿海地帶和國外資源配給，這就造成了供給不均勻的現(xiàn)象。2.人才資源以及科研能力弱模具行業(yè)是技術性行業(yè)，對人才的需求非常高，一個好的模具設計工程師，在設計環(huán)節(jié)就能極大的節(jié)約制造成本，如何上加工制造更加簡單，需要從設計的源頭上著手，隨著越來越多的高精密模具的誕生，對復合型人才的需求也就越大，不然需要高級的模具從業(yè)人員需要具備專業(yè)水平，還需要具備相關其余輔助知識與管理知識，而高級的模具鉗工技術人才，也是企業(yè)裝配調(diào)試環(huán)節(jié)重要的組成之一，人才資源的培養(yǎng)與技術攻關在我國都現(xiàn)在比較薄弱一些。其次，在科研能力上，我國制造業(yè)雖然一直在穩(wěn)步的增長，但是與我國在高鐵運輸，工程基建上相比，明顯跟不上科研技術的投入，科研能力較弱，如果能投大力投入科研經(jīng)費和科研人才的培養(yǎng)，那么必然可以提高模具制造行業(yè)的人才綜合水平。3.標準化和自動化程度低我國長時間需要依靠國外的一些精密標準件，以及自動生產(chǎn)線來實現(xiàn)模具的自動化生產(chǎn)。模具企業(yè)之間各自經(jīng)營，沒有形成一個整體的合作企業(yè)，每個企業(yè)都去開發(fā)適合自己企業(yè)的一些標準件，而沒有一個行業(yè)去合作統(tǒng)籌實現(xiàn)整個行業(yè)的標準化進程，與國外的模具標準化自動化企業(yè)相比，差距非常大，比較難去完成大型精密模具的設計與制造任務，和國際ISO標準的模具制造企業(yè)有較大的差距，對整個模具制造周期與模具成本的控制也比較困難。能夠實現(xiàn)整個模具制造行業(yè)的標準化和自動化進程是非常重要的。1.4注塑模具生產(chǎn)制造原理注塑模具一般采用剛性材料來制備，注塑模具的制造環(huán)節(jié)，一般是采用剛性材料在對應的機床上進行加工的，機械工的機床包括有車床、銑床、數(shù)控CNC機床、EDM電火花機床、WEDM線切割機床、磨床、以及鉗工裝配、省模拋光環(huán)節(jié)。模具的制造精度根據(jù)產(chǎn)品的不同而采用不同的精度等級來制造，而隨著精度等級的提高，必然的需要對機械機床的精度要求更好，一般精度等級的機床精度在0.02mm左右，而高精度的機床精度可以達到0.005mm左右。注塑模具的制造基本可以采用常用的機械加工機床來實現(xiàn)。注塑模具的生產(chǎn)一般采用的是注塑機來實現(xiàn)，注塑機一般有臥式注塑機、立式注塑機、雙色注塑機等，根據(jù)注塑機的噸位的不同，對應的有小、中、大、超大型注塑機。通過把注塑模具安裝在注塑機上，然后注塑機的料斗進料，經(jīng)過注塑機的蝸桿旋轉和加熱融化，把高分高壓下的融化原料注射進模具的型腔里面，經(jīng)過充填、保壓、冷卻后固化成型，然后通過注塑機后面的頂棍把塑件頂出脫模，完成注塑生產(chǎn)。注塑生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定，生產(chǎn)效率高，能夠實現(xiàn)大批量生產(chǎn)。1.5本課題研究內(nèi)容1.根據(jù)塑件圖完成測繪和建模，繪制塑件的二維工程圖和三維模型。2.分析塑件結構，選擇合適的材料，進行結構方案的確定。3.選擇分型面，確定出模數(shù)量，根據(jù)塑件確定澆口的類型，完成成型系統(tǒng)設計，確定模具整體方案。4.確定模具整體方案之后，進行注塑機的選擇與校核。確定注塑工藝。5.完成模具結構的各類計算與校核。6.采用AutoCAD繪制注塑模具的二維總裝圖、非標零件工程圖，采用三維軟件完成整套模具的三維建模。7.設計完成的模具需要滿足實踐生產(chǎn)需求。第二章塑件工藝分析與材料的選擇2.1塑件工藝分析根據(jù)已知塑件的結構分析，如下圖2.1所示，采用三維建模完成塑件的模型繪制，該塑件的結構屬于中等難度，該塑件尺寸不大，壁厚比較均勻，適合采用注塑模具生產(chǎn)和制造，塑件的生產(chǎn)批量為中等批量注塑成型生產(chǎn)，精度等級可以采用一般精度等級。塑件整體外形呈現(xiàn)一個圓形殼體形狀，在塑件的內(nèi)壁有螺紋，需要采用螺紋型芯旋轉脫模，在設計的時候要重點注意。圖2.1塑件三維模型圖2.2塑件材料的選擇2.2.1塑料的特點該塑料適合采用PP高分子材料，該塑料為熱塑性材料中的一種，查材料的物性表分析PP的性能指標可以得得知，該材料吸水性小，有一定的強度和剛度，絕緣不導電，耐磨，抗彎折性能好，對于成型塑件的的壁厚不能取太大或者太小，一般PP材料的壁厚取值可以采用1-3mm之間，脫模斜度取1-5°范圍值均可。PP材料的綜合性能良好，價格也不貴，所以應用非常廣泛。2.2.1PP的技術指標PP材料的技術參數(shù)如下所示：收縮率：1.0175比重：0.904g/cm3熔融溫度：230-275℃成型溫度：15-65℃成型壓力：105-125Mpa射速：高速注射2.2.3PP的注塑成型工藝參數(shù)PP材料的成型工藝參數(shù)中主要的幾個要求就是注射溫度，模具溫度，注射壓力，注射速度這幾個參數(shù)。注射的溫度就包含了料筒的溫度，料筒分為前中后三段的溫度，和噴嘴的溫度，需要通過查表，了解其基礎工藝溫度，然后結合塑件與模具的實際情況來調(diào)節(jié)注塑機的溫度。模具的溫度可以通過在模具上面設置冷卻水道，根據(jù)水溫高低，控制水流大小流速來實現(xiàn)，保證模具的整體溫度在一個可控的范圍內(nèi)，能夠與實現(xiàn)注塑生產(chǎn)的穩(wěn)定性。最后通過材料物性表控制注射的壓力和射速，來進行較好的工藝生產(chǎn)。以下為該材料的基礎成型工藝參考內(nèi)容。注塑機類型：螺桿式螺桿轉速：35-65r/min料筒溫度：后段：195-200℃；中段200-210℃；前段210-220℃噴嘴溫度：220-225℃預熱溫度：50-60℃注塑壓力：75-95Mpa注射時間：15-20S冷卻時間：20-50S2.3PP材料的應用PP材料主要應用領域在汽車、電子電信、電器儀表、裝飾件、工程件、辦公設備、家用電器外殼、裝飾工程配件、食品包裝、食用水管道、各類小型家電設備，大中小型玩具外殼和配件等諸多領域。在生活中是難以替代的塑料材料。PP具有很好的綜合性能以及非常好的二次加工能力，可以在塑件的表面進行表面噴涂，電鍍，鉆孔加工，絲印，移印等，在該材料中增加和改變不同的成分，可以變成不同的改性材料，該材料的延伸改性材料在日常生活中已經(jīng)是非常常見的的材料之一，在眾多的材料中脫穎而出。2.4塑件的體積與質(zhì)量本次設計中，采用三維軟件進行了塑件模型的建立，可以通過三維軟件直接測量得到塑件的體積，如下圖2.2所示。圖2.2塑件的體積測量然后根據(jù)質(zhì)量公式：M=PV計算得到塑件的質(zhì)量M=PV=0.904g/cm3x2.5cm3=2.26g。2.5塑件壁厚的分析塑件的壁直接影響的注塑成型的質(zhì)量，通過三維軟件分析塑件壁厚在1-2mm之間，滿足材料一般注塑成型要求。圖2.3塑件的平均壁厚第三章模具結構方案的確定3.1出模數(shù)量與型腔布局為保證注塑模具與生產(chǎn)能力之間互相適應，提高生產(chǎn)能力和效率，以及保證合理的經(jīng)濟指標能力，注塑模具在設計的同時需要考慮模具的出模數(shù)量，一般有以下幾種方法結合經(jīng)濟指標確定型腔數(shù)量；結合注塑機的額定注塑量來確定型腔數(shù)量；結合注塑機的鎖模力來確定型腔的數(shù)量；結合塑件的精度等級來確定型腔數(shù)量；通過分析本次設計的塑件，該塑件尺寸不大，塑件結構難度為中等難度，精度等級要求一般，經(jīng)濟性要求合理，然后考慮后續(xù)的模具結構設計形式，注塑機的參數(shù)能綜合性，本次設計采用一模四腔的結構形式，其型腔結構布局如下圖所示。采用對稱布局的結構形式，保證注塑充填的均勻性。圖3.1模具結構布局形式3.2分型面的設計3.2.1分型面設計的原則分型面一般指的是模具型芯和型腔之間隨著動模和定模打開之后的面，分型面得到位置直接影響著塑件的結構形狀，模具分型面的有時候還會開設排氣槽，或者有滑塊抽芯機構等。分型面的設計原則可以按照如下幾點綜合考慮：方便塑料產(chǎn)品的脫模：開模具打開時候，產(chǎn)品要盡可能的留在動模上面。方便抽芯機構的實現(xiàn)，一般還要考慮模具上時候需要設計滑塊抽芯機構。保證塑料的外觀和表面質(zhì)量不受影響，特別是外觀需要光滑或者是鏡面的產(chǎn)品。保證塑料產(chǎn)品的尺寸和精度的等級在合理的公差范圍值之內(nèi)。盡可能的使得模具型腔內(nèi)的空氣通過分型面排出去?？紤]實際機械機床加工的便利性，讓加工更簡單。分型面要考慮讓模具的整體結構更加的精簡和合理，考慮模具整體的裝配便利性，讓裝配技術人員簡單的更換和維修。3.2.2分型面類型的選擇模具的分型面一般分為單分型面和多分型面。其類型特點如下：（1）、單分型面模具一般此類模具結構都比較簡單，也是注塑模具中最常見的結構形式之一?？梢栽O計為單腔模具或者是多腔模具，從分型面打開后，可以之間看見型芯和型腔，澆注系統(tǒng)的結構形式也比較簡單，可以直接用動模的勾料針勾出來。這種單分型模具結構簡單，工作安全可靠，制造便利，能夠很容易的實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。（2）、多分型面模具多分型面模具的結構形式一般指的是三板模，和單分型面的模具相比，他多了一塊脫料板，一般適合采用的是點式澆口注塑成型的模具，澆口在塑件的頂面，在脫模的時候開業(yè)實現(xiàn)澆注系統(tǒng)與塑件的自動分離。但是缺點就是模具結構復雜，制造困難，修模裝配麻煩，制造經(jīng)濟成本高。3.3分型面具體結構形式的確定結合塑件的實際結構形式，以及考慮模具結構形式，適合采用如下圖所示的分型面，該分型面能夠保證模具制造方便，結構合理，注塑充填工藝性能好。圖3.2分型面的選擇第四章模具澆注系統(tǒng)的設計4.1澆注系統(tǒng)的組成澆注系統(tǒng)是原料從注塑機噴嘴出來以后一直到達模具型腔的這一段距離內(nèi)產(chǎn)品的凝料，合理設計澆注系統(tǒng)是非常重要的，澆注系統(tǒng)一般分為普通流道和無流道兩種，普通流道就是常見的冷流道，包括了主流道、分流道、澆口、冷料穴，這幾個重要特點。如果是無流道系統(tǒng)，一般指的是采用了專門的熱流道澆注系統(tǒng)，這類一般造價昂貴，結構復雜，在大型精密模具中才會應用。4.2澆注系統(tǒng)的設計原則1.確定一個合適的流道截面類型，一般有圓形，梯形，半圓形等形狀。2.根據(jù)材料自身的成型性能、以及塑件的結構形式，出模數(shù)量，來確定流道的尺寸大小，長度。3.主流道、分流道的尺寸長度應該盡可能的短，這樣才能減少原材料的損耗，提高經(jīng)濟效益。4.澆注系統(tǒng)周邊盡可能的不要設計冷卻系統(tǒng)，避免澆注系統(tǒng)在進入型腔之前就過快的冷卻。5.澆注系統(tǒng)要盡可能的設計冷料穴，讓充填前端的冷卻凝料不要進入模具型腔里面影響塑件的成型。6.澆口的設計要盡可能的保證充填的均勻，飽滿，同時又要兼顧塑件的表面外觀質(zhì)量。7.澆口盡可能的設計在塑件的隱秘區(qū)域，而且要有利于區(qū)域澆口襯套，不能影響外觀。8.流道的廢料要盡可能的少。4.3流道的設計4.3.1主流道的設計主流道一般是從注塑機連接澆口襯套一直到分流道連接處截止的流道，也可以說是澆口襯套內(nèi)的流道，一把從注塑機出來的凝料首先就要經(jīng)過他，一般情況下主流道和模具的正中心呈現(xiàn)一個中心重合狀態(tài)。澆口襯套與注塑機噴嘴需要滿足如下圖所示的關系式：D=d+(0.5~1)mmR1=R2+(1~2)mm圖4.1澆口襯套與注塑機配合關系4.3.2分流道的設計凝料流過主流道之后，就要進入分流道了，分流道要求塑料原料盡可能快的進入模具型腔，溫度的損失要盡可能的小，模具流道的表面要盡可能的拋光，讓阻力小一些，同時為了提高注射的壓力，此處的分流道應該比主流道略小。分流道的尺寸結合一般塑件的壁厚2-3mm，考慮塑件的實際結構情況，可以采用圓形截面的分流道，分流道的直徑一般取值范圍在3-10mm之間變動，如果材料的流動性比較好，分流道的尺寸還可以小一點，如果原材料的流動性比較差，那么就需要較大的分流道直徑了。分流道的設計方面，應該盡可能的避免彎折或者轉向，保證其射度不能過快的降低。本次設計中，采用了梯形截面的分流道，查表確定分流道尺寸取值為：高度=6mm;寬度=7.4mm4.3.3冷料穴的設計冷料穴是為了把充填前端的冷卻較快的鋒料儲藏起來，避免進入模具型腔里面影響塑件質(zhì)量的一個區(qū)域，一般設計在主流道的末端，下面設計有勾料針，把凝料拉出來，如果是分流道的長度比較長的時候，也會在分流道的末端設計一個冷料穴來儲藏鋒料。一般情況下，冷流道的直徑取值范圍在5-14mm之間，深度大概是6-10mm左右，如果是大型的模具，可能還會開設更大的冷料穴。冷料穴沒有精度要求，只要能夠儲藏前端鋒料即可冷料穴下部設計有勾料針，一般采用Z形勾料針，這種加工簡單，使用方便。4.3.4澆口的設計澆口是澆注系統(tǒng)設計中最重要的一個位置了，澆口的位置以及結構形式，對塑料產(chǎn)品的影響非常大。澆口的類型有：直接式澆口；側入式澆口；潛入式澆口；點式澆口；牛角式澆口等澆口類型。澆口的作用是連接分流道末端與塑料產(chǎn)品之間的橋梁，澆口的位置應該盡可能的小，保證塑件的外觀質(zhì)量良好，同時還要考慮充填的流動性，盡可能的避免熔接痕的產(chǎn)生，如果在塑件的孔位產(chǎn)生了熔接痕，這會導致塑件的強度降低。本次設計中，綜合塑件質(zhì)量要求與模具結構形式，采用點澆口澆注系統(tǒng)，其尺寸查表后取值如下：側澆口直徑L=0.5mm完成后的澆注系統(tǒng)如下圖所示圖4.2澆注系統(tǒng)結構形式4.4澆注系統(tǒng)標準件的選用本次設計中，采用了標準的澆口襯套和定位環(huán)，標準件的采用能夠縮短設計與制造周期、提高模具經(jīng)濟成本，更換容易，修模維修簡單。能夠更好的提高生產(chǎn)效率。圖下圖所示為定位環(huán)與澆口襯套結構形式。圖4.3定位環(huán)與澆口襯套結構形式第五章模具成型系統(tǒng)設計模具的成型零件一般包含了型芯、型腔、各種與塑件想接觸的成型區(qū)域零件的鑲件等零件。而在本文中，特指的是型芯和型腔的結構設計。設計的時候要考慮塑料的材料性能，以及對應的尺寸需求，塑件精度等級、表面粗糙度等技術指標，還需要考慮成型零件的加工便利性。5.1型腔結構設計型腔主要用于成型塑件的外表面或者外觀面，型腔上一般還有澆注系統(tǒng)的流道，以及冷卻水道。本次設計中，采用的是整體式的型腔結構形式，該結構加工簡單，制造容易，更換維修方面，機械加工與裝配工藝簡單，適合本次模具設計，完成后的模具型腔結構設計如下圖所示。圖5.1模具型腔結構設計5.2型芯結構設計型芯主要是用于成型塑件的內(nèi)表面或內(nèi)部結構特征，型芯上一般還有頂出脫模機構，能夠讓頂桿實現(xiàn)順利的脫模，以及冷卻水道。本次設計中，采用的是鑲嵌式的型芯結構形式，該結構加工簡單，制造容易，更換維修方面，機械加工與裝配工藝簡單，適合本次模具設計，完成后的模具型腔結構設計如下圖所示。圖5.2模具型芯結構設計5.3型腔成型零件尺寸計算型腔徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下：式中：；（1.5%）；；；；因為產(chǎn)品為圓柱形殼體，所以長寬相同型腔徑向尺寸計算為：（2）型腔深度尺寸計算型腔深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：式中；；其他符號意義同上。5.4型芯成型零件尺寸計算1、型芯尺寸的計算（1）型芯徑向尺寸計算型芯徑向尺寸的計算采用平均尺寸法，公式如下：；；其他符號意義同上。型芯徑向尺寸計算為：（2）型腔深度尺寸計算型芯深度尺寸采用平均尺寸法，公式如下：；；其他符號意義同上。5.4成型鋼材的選用成型零件的鋼材一般需要選擇專門的模具鋼，需要具備幾個重要的因素：1.鋼材的機械加工性能要好，能夠實現(xiàn)機床的快速切削，并且在加工以后的精度要高，不易變形。2.具備較好的省模拋光性能，一般情況下，模具要達到Ra0.8的表面粗糙度等級，已經(jīng)是接近鏡面的光潔度了，如果是鏡面高光模具，還需要達到Ra0.4mm的表面粗糙度。3.具備良好的強度和剛度，一般情況下，成型零件鋼材的硬度需要達到38-42HRC左右的硬度，太軟了容易承受不了注塑機壓力而產(chǎn)生變形，如果是硬度過高，又會機械加工切削困難。4.具備較好的耐磨性和耐腐蝕性，對于某些塑料材料，在注塑成型的時候塑料材料自身具備一定的腐蝕性和，需要材料能夠抵抗一定的腐蝕性，其次就是一些滑動工作零件需要長期的摩擦配合工作，所以需要具備一定的耐磨性能。綜合以上幾點鋼材選擇要求，本次設計中選擇了牌號為718H鋼材，這種模具鋼材能夠很好的適應本次設計的以及模具生產(chǎn)需求。718H的GB標準鋼材的代號是3Cr2NiMo，這種鋼材材質(zhì)均勻，純潔度好，拋光性能也不錯，機械加工性能好?？梢詽M足一般塑膠模具的成型零件需求。718H鋼材如下圖所示圖5.3718H模具鋼材5.5成型零件的強度校核5.5.1剛度和強度校核要素傳統(tǒng)的理解上模具的強度指的就是模具的強度還有剛度。模具在加工產(chǎn)品的時候，這些產(chǎn)品都是有強度還有剛度的要求的，只有確保了模具的強度以后，它才能進行正常的工作的。因為模具的外形有很多種，在進行計算的時候都不是一樣的而且計算也是比較復雜的，在實際的生產(chǎn)里面，我們要通過經(jīng)驗來進行設計，然后要對強度進行校核，這樣才可以對于我們的設計進行調(diào)整，經(jīng)過這些過程以后，我們的模具才可以正常的進行工作。計算模具的強度的時候是很復雜的，通常我們計算的時候都是使用的簡化的計算方法，在計算的時候使用的做法很保守，過程是：我們選擇的受力結構式最不好的，安全系數(shù)選擇比較大一些的，然后再來將模具的結構進行優(yōu)化，這樣的話模具的強度就提高了很多。為了能夠確保模具可以正常的進行工作，這個時候我們不僅要確保模具整體性的強度達到要求，對于這個整體性的強度我們要進行校核。模具的整體性的強度指的是型腔的側面壁厚，型腔的底面的板的厚度，合模面能夠承受的壓力等等，實際選擇大小應該將尺寸計算出來，然后再進行調(diào)整。進行校核的時候，要對強度還有彎面進行計算，選擇比較大的一個數(shù)值。5.5.2型腔側壁和底板厚度的計算在對加工的塑料產(chǎn)品注射成型的時候，在型腔里面主要承受的是塑料熔體的壓力，所以這個時候模具的型腔里面的強度還有剛度是很大的。如果型腔和底板的厚度不夠，型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應里超過型腔材料本身的許用力時，將會出現(xiàn)嚴重的質(zhì)量問題，因此必須對型腔進行強度和剛度進行計算和校核。本模具采用模仁結構，模仁的力學計算按組合式矩形型腔計算，然而設計目標為異性，計算也不可能得到完全準確的計算結果，我們采用只計算最大可能不滿足條件的區(qū)域來計算。經(jīng)過分析本模具屬于中小型模具，故按強度條件設計，然后按剛度條件來校核。模仁側壁厚度強度計算:按組合式型腔側壁厚度以長邊為計算對象式中：模仁側壁厚度剛度校核0式中本模具中采用包夾滑塊的結構形式，滑塊有斜度，不便于計算。而所有的力均是由為外面的動模板或定模板承受，所以本次計算校核實際上是對定模板或動模板側壁計算校核。經(jīng)以上計算，側壁厚度必須達到68.86mm以上，而此設計中的側壁厚度達到了102mm，所以本模側壁厚度的剛度能夠滿足要求。5.6脫模機構的設計塑件在經(jīng)過充填冷卻成型收縮之后，會對型芯產(chǎn)生包裹力，包緊在型芯上面，需要采用頂出機構來脫模，通常情況下，脫模力指的是頂出機構的瞬時頂出作用力。脫模機構需要滿足塑件的頂出要求。5.6.1脫模機構的選用原則推出機構是注塑模具設計中的非要重要的一點，推出機構能夠保證塑件的最后一步順利脫模。在推出機構的設計上，需要遵循以下幾個原則。（1）、推出頂出需要均勻的分布在塑件上面。（2）、推桿的局部應力不可以過于集中，以免造成頂白、頂穿塑件。（3）、推桿頂桿的自身強度要足夠，在頂出的時候不能發(fā)生彎曲變形。（4）、頂出的時候，不能影響塑件的外觀質(zhì)量。（5）、頂出塑件之后，塑件不會因頂出而發(fā)生變形或者翹曲。5.6.2脫模機構類型的選擇塑料制品中很多工業(yè)和民用產(chǎn)品都存在內(nèi)外螺紋的設計，一般來說，處理螺紋問題有兩類方法：一類是在塑件及材料允許的情況下，采用強行脫模的方法，另一類是螺紋深、材料強度大、產(chǎn)品進度要求高的塑件，必須采用旋轉脫出的方法。在旋轉脫螺紋結構中又分為手動和自動兩種方式，手動脫螺紋生產(chǎn)效率低，但模具結構簡單，適應小規(guī)模生產(chǎn)；自動脫螺紋效率高，質(zhì)量穩(wěn)定，適應大批量生產(chǎn)。在自動旋轉脫螺紋結構中，必須要解決結構設計的可靠性、穩(wěn)定性、安全性、節(jié)能性、等實用性問題。旋轉脫螺紋機構是依靠旋轉力使塑件順利脫出，一般來說動力來源分為以下幾種：1.機動推出機構，是依靠注塑機開模及合模時運動方向的恒向推力或拉力，通過傳動裝置使恒向力變?yōu)樾D力實現(xiàn)塑件自動脫模。設計時但要考慮注塑機行程是否滿足條件。2.液壓推出機構，一般采用液壓馬達或液壓油缸或者來福桿通過齒輪或鏈條的方式，將恒向的力轉換為塑件需要的旋轉力。這種方式不需要考慮注塑機行程，實際應用時范圍更廣。通過以上分析，綜合實際經(jīng)驗，本設計采用來福桿的旋轉脫螺紋推出機構使塑料零件脫模順利。5.6.3自動脫螺紋機構具體設計（1）、來福桿傳動裝置的布置綜合模具設計頂出系統(tǒng)設計原則，結合塑件自身的結構特點來合理的設計脫螺紋裝置，其具體的分布如下圖所示。圖5.10來福桿及傳動裝置（2）、螺紋機構的原理如圖5.10所示，來福桿固定在定模部分，開模時來福桿帶動直齒輪2轉動，直齒輪橫向旋轉，將恒向力通過直齒輪2轉變?yōu)樾D力，直齒輪2和主傳動軸以及直齒輪1同軸，實現(xiàn)相同角度旋轉，同時帶動直齒輪1轉動，直齒輪1與螺旋型芯同軸固定，實現(xiàn)旋轉自動脫螺紋。（2）、螺紋型芯的設計如圖5.10所示，采用了圓形截面的螺紋型芯，零部件的加工精度直接影響著一個完整配合一般為，PS塑料的溢料間隙為。第六章模具溫度系統(tǒng)設計6.1模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)概述注塑機通過把顆粒狀的塑料原材料加熱加壓融化后注射到注塑模具的型腔里面，然后熔料在模具的型腔里面一直冷卻凝固后成型，這段時間是由熔融裝在下的樹脂原料和模具的溫差共同實現(xiàn)的，一般情況下注射的原材料溫度在200-300℃之間，而模具的溫度一般情況下是人手可以輕微觸摸的，在40-80℃之間，根據(jù)不同樹膠材料的成型溫度不同，需要對應的調(diào)節(jié)模具的溫度，來加速冷卻效應，縮短成型周期，并且需要保證這個冷卻過程是均勻的逐步冷卻過程的，不然過快或者過慢的冷卻，都會導致塑件質(zhì)量的不穩(wěn)定或者瑕疵產(chǎn)品的產(chǎn)生。在做模架溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計時候，首先需要材料的自身物理性能，可以通過查詢材料物性表來獲取材料的注射溫度和模具溫度，根據(jù)材料參數(shù)來進行一下調(diào)節(jié)：（1）、如果注塑成型的時候材料溫度不夠的情況下，需要增加模具的加熱裝置。（2）、如果成型塑件的壁厚過大的時候，為了防止收縮，好考慮增加加熱裝置。（3）、如果成型溫度超過材料要求的溫度，就必須要增加模具冷卻裝置。（4）、一般情況下，在做熱塑性材料成型時，都需要設計冷卻系統(tǒng)，來縮短其生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，快速降低模溫。6.2模具冷卻系統(tǒng)設計要求（1）、冷卻水管的間距需要基本保持一致，水管與塑件之間的間距也要盡可能一致，需要排布均勻，形狀也需要盡可能一致。（2）、冷卻水管的直徑一般取值為6-14mm之間的直徑，冷卻水管和產(chǎn)品之間的間距保證在15-30mm之間的間距，如果太近的話，冷卻會過快，如果太遠的話，冷卻效果又會太差。（3）、冷卻水管要先避開澆注系統(tǒng)的流道和澆口，避免澆注系統(tǒng)過快的冷卻而損失壓力和射速。（4）、冷卻水管要考慮塑件成型時候的熔接線位置，盡量不要設置在有熔接線的位置。（5）、冷卻水管整體要形成一個閉合回路，還需要重點實現(xiàn)不同零件之間的聯(lián)通，保證不同零件之間的密封性，通常可以使用防水圈連接，水道止水栓來實現(xiàn)水道末端的封閉。（6）、冷卻水嘴的接頭端應該盡可能的設置在操作人員的背面，這樣不影響員工的調(diào)試與操作。（7）、動模部分與定模部分最好能夠分別獨立的設計冷卻水道，這樣可以方便注塑工藝的調(diào)試以優(yōu)化和控制注塑工藝產(chǎn)生的產(chǎn)品缺陷和不良。（8）、模具冷卻水管的設計方面，需要考慮加工的便利性，一般是采用麻花鉆、深孔鉆來加工，要考慮機床加工性，麻花鉆的直徑等因素。6.3冷卻水道的形式類型冷卻水道最終要形成一個閉合的回路，讓各個區(qū)域都要冷卻均勻。常見的方式有直通式，串聯(lián)式，并聯(lián)式，環(huán)繞式，水塔式（水井式），噴泉式，多層循環(huán)式，側面環(huán)繞式，平面螺旋式。本次設計中，結構模具結構形式，塑件結構特點，考慮澆注系統(tǒng)與成型系統(tǒng)，采用了環(huán)繞式冷卻水道，如下圖所示。圖6.1模具冷卻系統(tǒng)設計6.4模具冷卻水道的計算校核6.4.1冷卻系統(tǒng)簡單計算查注塑模具設計指導手冊，結合熱平衡公式校核：在額定時間內(nèi)，塑料材料固化時候，釋放出來的熱量相當于冷卻水道整體流動過程中增加的熱量校核公式：

1).校核塑料產(chǎn)品在型腔中冷卻成型一個小時內(nèi)放出的熱量Q根據(jù)一般注塑條件取值如下：注塑時間t=2s；冷卻水道進入型腔得到時間t=20s；注塑成型保壓時間t=15s；人工或者機械手取出產(chǎn)品的時間t=3s；所以一個完成一個注塑周期的總時間為t=40s；假定為一般恒溫條件下，進入模具型腔的冷卻水的初始溫度為20度，從模具型腔出來之后的冷卻水溫度為28度，冷卻水為連續(xù)不間斷的流動狀態(tài)，那么一個小時的成型次數(shù)次；所以：根據(jù)材料在單位時間內(nèi)釋放出來的熱量

所以：2).冷卻水的流出體積量

由校核公式：3).校核冷卻水管的直徑查注塑模具設計指導手冊，結合冷卻水的流出體積量，得到冷卻水管的直徑為8mm；第七章標準模架的選用7.1模架概述隨著機械工業(yè)與模具制造業(yè)的發(fā)展，現(xiàn)在逐漸的實現(xiàn)了標準化，在模具中，現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了標準模架型號的GB國標規(guī)范，國內(nèi)企業(yè)中，比較出名的標準模架企業(yè)有龍記模架，明利模架、環(huán)勝模架，標準模架的分類包含了大水口模架系統(tǒng)，細水口模架系統(tǒng)，簡化細水口模架系統(tǒng)，標準模架的選用可以大大的縮短設計與制造的周期，并且可以提高制造精度。7.2標準模架的選用選用標準模架的方式按照以下方法進行1.考慮澆注系統(tǒng)的特點，確定模架的基本類型2.結合型芯、型腔的外形長寬高尺寸，先確定模板的長寬高尺寸。3.考慮塑件的頂出行程，確定墊塊的高度。最后，綜合以上幾點因素，查表確定標準模架的型號和規(guī)格，在實際工作中，還需要考慮整套模具的實際結構形式來綜合選擇標準模架的型號。7.3模架型號的確定根據(jù)以下方式進行選擇模架型號模架長度=型腔長度+（50-80）mm≈400mm模架寬度=型腔寬度+（50-80）mm≈350mm定模板高度=型腔高度+（30-50）mm≈70mm動模板考慮=型芯高度+（40-60）mm≈80mm墊塊高度=頂出行程/0.8+面針板厚度+底針板厚度+垃圾釘高度≈90mm綜合上述數(shù)據(jù)，結合澆注系統(tǒng)結構形式，選擇FAI3540-A70-B80-C90-L340型號的標準模架，但由于本次設計結構的特殊性，模架有一定的改動，改動后的模架的簡圖如下圖所示。圖7.1模架基本結構形式第八章注塑機的選擇與校核8.1注塑機的概述注塑機又可以成為注射機，他的作用是把顆粒狀態(tài)下的原始高分子塑料進行上料加熱，經(jīng)過注塑機蝸桿旋轉加熱，讓高溫高壓狀態(tài)下的融化原材料注射進入模具的型腔里面固化成型，注塑機一般有臥式注塑機，立式注塑機，雙色注塑機這三類。本次設計中可以采用臥式注塑機進行生產(chǎn)，臥式注塑機工作原理如下圖所示。圖8.1注塑機原理圖8.2初選注塑機型號注塑機與注塑模具相互配合，其中既包含了相關的安裝尺寸的校核，也包括了注塑量，注塑壓力，頂出脫模行程等參數(shù)的校核，本次設計中，結合注塑模具的尺寸大小，注塑量等要求進行初步選擇注塑機，然后再對注塑機中的參數(shù)進行校核。本次設計中，初選注塑機的型號為HT120X2B，其參數(shù)表如下型號單位160×2A160×2B160×2C參數(shù)螺桿直徑mm404548理論注射容量cm3253320364注射重量PSg230291331注射壓力Mpa202159140注射行程mm201螺桿轉速r/min0~230料筒加熱功率KW9.3鎖模力KN1600拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)mm455×455允許最大模具厚度mm500允許最小模具厚度mm180移模行程mm420移模開距(最大)mm920液壓頂出行程mm140液壓頂出力KN33液壓頂出桿數(shù)量PC5油泵電動機功率KW18.5油箱容積l240機器尺寸(長×寬×高)m5.4×1.45×2.05機器重量t5最小模具尺寸(長×寬)mm320×320表8-1注塑機參數(shù)8.3校核注塑機注塑量在校核注塑機的最大注塑量的時候，首先通過三維軟件測量澆注系統(tǒng)和塑件的總體積V，然后根據(jù)一般機械安全系數(shù)取值80%計算。需要滿足以下公式。查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注塑量為320cm3，所以滿足注塑量的要求。8.4校核壓力查注塑機參數(shù)表，注塑機的額定注射壓力為159Mpa，而本次選擇的材料注塑壓力范圍值為100-130Mpa之間，滿足注塑壓力要求。8.5校核模具安裝尺寸查注塑機參數(shù)表，注塑機的拉桿內(nèi)間距尺寸為455x455mm，而本次設計的模具外形尺寸為400x400mm，所以滿足長寬尺寸的要求。查注塑機參數(shù)表，注塑機的容模厚度為之間，而本次設計的模具總高度為400mm，多以滿足高度要求。綜上：模具長寬高的安裝尺寸要求在注塑機的安裝尺寸范圍內(nèi)。8.6校核移模行程注塑的工作的時候，不但要頂出塑件，還要把模具打開，讓機械手或者人工可以取出塑件，根據(jù)以下公式校核，查表注塑機總的開模行程為420mm；式中所以滿足開模行程的要求。8.7校核注塑機鎖模力當高溫高壓下的融料進入模具型腔之后，會對模具產(chǎn)生張開力，使得模具會在壓力狀態(tài)下打開，所以需要讓注塑機把模具的前后模呈現(xiàn)鎖緊狀態(tài)。避免產(chǎn)生溢料、毛邊、披鋒等現(xiàn)象。投影面積可以直接在三維軟件中測量得到，校核公式如下；式中：F-注塑機的額定鎖模力n-型腔數(shù)量P-平均型腔成型壓力，取值范圍查表取30Mpa經(jīng)過校核計算，滿足注塑機鎖模力的要求。設計總結經(jīng)過幾個月的努力，通過查閱了大量圖書館的資料，咨詢了指導老師，在各種專業(yè)論壇里面學習相關知識，在繪圖的時候，遇到了困難也得到了同學之間的鼓勵，并相互學習。終于完成了本次的注塑模具設計，我更加的了解國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展狀況，明確了設計流程，設計目的和意義。通過這邊時間的注塑模具設計，我復習了大學幾年的專業(yè)課程，包括機械設計基礎，模具設計基礎，材料學，工程力學，機械制造基礎，機械加工工藝、機械制圖等課程。其次，通過采用三維軟件完成了整套模具的三維總裝圖的繪制，通過采用AUTOCAD軟件繪制了模具完成的二維總裝圖，并且編程了明細表，包括了國標代號，名稱，材料，數(shù)量，技術要求等，針對設計中的非標零件圖，進行了尺寸標注，技術要求編寫，公差，粗糙度等。使得完成后的工程圖更加符合機械制圖規(guī)范。滿足企業(yè)加工需求。再針對完成后的注塑模具設計，進行了注塑機的選擇與校核，校核了其中的注塑量，注塑壓力，注塑機鎖模力，注塑機的安裝尺寸，注塑機的頂出行程等參數(shù)。經(jīng)過校核，該型號的注塑機能夠滿足本套模具注塑生產(chǎn)，并保持一個合理的經(jīng)濟效益。最后根據(jù)完成后的所有內(nèi)容進行了設計說明書的編制，通過對模具的各個系統(tǒng)結構進行理論結合實踐，通過圖文并茂的敘述和講解，使得整套模具結構更加清晰，對模具設計中的來源于數(shù)據(jù)進行驗證。本套設計完成后，滿足實際生產(chǎn)需求，是未來從事本專業(yè)技術設計工作的第一步。為未來打下理論和實踐設計經(jīng)驗。致謝感謝我的母校，經(jīng)過大學幾年的學習和生活，是我收獲良多，馬上就要正式進入社會了，希望母校越來越好。本文是在指導老師的耐心指導下完成的，老師事無巨細的講解，使我在設計困難的時候茅塞頓開。感謝我大學的同學，在我遇到設計困難的時候總是第一時間幫我解答，我自身仍然有很多缺陷，但我相信我自己一定可以彌補不足之處。同時非常感謝指導老師給予我鼓勵和肯定。相信我自己通過自己的努力能獨立保證質(zhì)量完成設計，正是因為指導老師的信任，才使我更堅定自己努力去完成畢業(yè)設計，在設計過程中遇到各種問題和困到想盡辦法去解決來完成設計。通過這次畢業(yè)設計，不但使我將大學期間所學知識再次回顧學習，才知道當初在課程中老師講解的知識是多么重要，感謝老師言傳身教使我受益匪淺，終生難忘。而且也使我學到了許許多在課本上學不到的知識，自己獨立查閱非常多得相關文獻，看了很多資料。最后感謝這次畢業(yè)設計的課題，非常貼近我們的生活，從簡單的生活用具出發(fā)，去了解其中復雜的問題，然后運用自己的知識去解決問題，這對我自己是一次豐富的設計經(jīng)驗積