《支撐板注射成型工藝 與模具設計》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《支撐板注射成型工藝 與模具設計（41頁珍藏版）》請在裝配圖網上搜索。

1、重慶理工大學畢業(yè)論文 支撐板注射成型工藝與模具設計 目 錄 摘要 I Abstract II 緒 論 1 一、塑件的工藝分析 3 1.1 塑件工藝性分析： 3 1.2 塑件材質及成型工藝性： 8 1.3 注塑模工藝條件 9 1.4 填寫工藝卡 10 二、塑件模具分析及方案 11 2.1分型面的設計 11 2.2 確定型腔數量和排列方式 11 2.3 模具結構形式的確定 12 2.4 注射機型號的選定 12 2.5 開模行程的校核 13 三、澆

2、注系統(tǒng)的設計 14 3.1 主流道設計 14 3.2 分流道設計 15 3.3 澆口的設計 16 3.4 冷料井的設計 17 3.5 噴嘴的選擇 17 3.6 排氣系統(tǒng)的設計 17 四、成型零件的設計 19 4.1 成型零件的機構設計 19 4.2 成型零件鋼材的選用 19 4.3 其它模具零件材料的選擇 21 4.4 計算成型零件工作尺寸 21 五、模具結構設計強度校核 24 5.1 標準模架的選擇 24 5.2 凹模型腔的強度 24 六、推出機構的設計及校核 26 6.1 模具對脫模機構的要求 26 6.2 與脫模力相關的因素 26

3、6.3 脫模力的具體計算 26 6.4 推桿的設計與校核 27 七、冷卻系統(tǒng)設計 29 7.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 29 7.2 冷卻系統(tǒng)的簡易計算 29 7.3 冷卻回路的設計 31 八、模具的論述與評價 32 8.1 模具的工作原理 32 8.2 模具的經濟評價 32 九、模具加工工藝 33 9.1 凸模加工工藝過程 33 9.2凹模加工工藝過程 34 結論 35 致謝 36 參考文獻 37 36 摘要 塑料工業(yè)是當今世

4、界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大意義。 本設計介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結構與工作原理，對注塑產品提出了基本的設計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程，并對模具強度要求做了說明。 通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理；通過對moldflow的學習，就可以對塑件進行模擬流動分析，從而有效的提高工作效率。 關鍵詞：塑料模具；參數化；分型面

5、 Abstract The industry of plastic is one of quickest industry classes in the nowadays, and the injection mold is the fastest type among of that. Therefore, the research of injection mold has very big significance to find out the process of production and improve the quality of plastic p

6、arts. This project introduced the basic theory of injection molding, especially the principle of the injection mold of single parting surface. And the design basis was put forward to the part of injection molding. In this paper, the size of the mold casting system, the mold formation part structure

7、, goes against the system, the cooling system, the injection molding machine was introduced in detail. I also choose the appropriate material according to the feature of object. According to this program, I have a basic knowledge of injection mold and have an ability to find out the structure

8、of mold. It can improve the working efficiency through use the analysis of Moldflow. Key word: The plastic mold;the parametrization;divides the profile 緒 論 塑料是以高分子合成樹脂為基本原料，加入一定量的添加劑在一定的溫度和壓力下作用塑制成具有一定結構形狀，能在常溫下保持其形狀不變的材料，一類具有可塑性的高分子材料的通稱，一般按照它的熱熔性可把它們分成：熱固性塑料和熱塑性塑料。 一、塑料工

9、業(yè)在國民經濟中的地位。 塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一，自從1909年實現(xiàn)以純粹化學合成方法生產塑料算起，塑料工業(yè)以有九十余年的歷史。1927年聚氯乙烯塑料問世以來，隨著高分子化學技術的發(fā)展，各種性能的塑料，特別是聚酰胺，聚甲醛，ABS，聚碳酸脂，聚砜，聚苯醚與氟塑料等工程塑料發(fā)展迅速，其速度超過了聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯與聚苯乙烯等四種通用塑料，是塑料在工業(yè)產品與生活用品方面獲得廣泛的應用，以塑料代替金屬的實例，比比皆是。 二、塑料模具設計與制造在塑料工業(yè)中的地位。 塑料模具設計與制造技術的發(fā)展與塑料工業(yè)的發(fā)展息息相關由于塑料的制造是一項綜合性技術，圍繞塑件成型生產將用到有關成型物

10、料，成型設備，成型工藝，成型模具及模具制造等方面知識，所以這些知識變構成了塑件成型生產的完整系統(tǒng)，它大致可包括產品計，塑件的選擇，塑件的成型，模具設計與制造四個主要環(huán)節(jié)，在上述四個環(huán)節(jié)中，模具設計與制造是實現(xiàn)最終目標——塑件使用的重要手段之一。 三、塑料模成型及模具加工技術的發(fā)展動向。 隨著科學技術的進步與國民經濟的發(fā)展，對塑件需求越來越廣泛，塑料模塑成型技術正在向高精度，高效率與長壽命的方向邁進。由于它是一向綜合性技術，所以它的發(fā)展必然涉及許多領域的共同配合。 塑料成型具有以下幾個方面的特點： ① 成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸準確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件。 ② 對成

11、型各種塑料的適應性強。目前，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，某些熱固性塑料也可以采用注塑成型。 ③ 生產效率高，易于實現(xiàn)自動化生產。 ④ 注塑成型所需設備昂，模具結構比較復雜，制造成本高，所以注塑成型特別適合大批量生產。 四、 塑料成型技術的發(fā)展 1)、塑料成型理論的進展，有關擠出成型的流度理論和數學模型已經基本上建立，并且在實際生產中得到應用，有關注射成型的流變理論尚在進行探討，注射成型的塑料溶體在一維和二維簡單模腔中的充模流動理論和數學模型已經有所解決，今后的工作是如何將理論與生產實際相結合，進一步加強對塑料溶體在三維模腔中流動行為的研究。 2)、塑料成型方法

12、的革新，如無流到凝料的注射成型，熱固性塑料注射成型，低發(fā)泡注射成型，排氣注射成型等。 3)、塑件的精密化，微型化和超大型化。 五、 模具加工技術的發(fā)展 目前開發(fā)模具新材料，塑料模具鋼的發(fā)展有兩大趨向，(1) 從碳素工具鋼→低合金工具鋼→高合金工具鋼發(fā)展。(2)從高級材料(一般熱處理)→低級材料(表面硬化處理)發(fā)展。其次研制新設備，主要研制高效，精密自動化的模具加工設備，從手工機械操作向計算機數控操作方向發(fā)展。最后，是應用了新技術。當今，最突出的新技術莫過于模具設計與制造的CAD／C觸WCAE技術的模具表面強化處理技術和實施標準化，模具的標準化對于提高模具的質量，縮短制模周期，提高生產效率

13、，降低制造成本是十分重要的。 一、塑件的工藝分析 1.1 塑件工藝性分析： 產品名稱：座注塑模 產品材料：PP 產品數量：大批量生產 塑料尺寸：如圖1.1所示 圖 1.1 塑料要求：塑料外側表面光滑，下端外沿不允許有澆口痕跡。塑件上不能出現(xiàn)缺料、溢料、飛邊、凹陷、氣孔、熔接痕、翹曲收縮，尺寸不穩(wěn)定現(xiàn)象。制件為小型零件。 通過moldflow軟件對制件進行分析如下： 塑件圖：圖1.2 圖 1.2 充填的時間如下圖1.3 圖 1.3 注射位置處得時間—壓力關系圖：圖1.4

14、 圖 1.4 最大注射壓力在T=0.993 s ，此時的壓力P為17.9754 MPa 體積收縮率如下圖所示：圖1.5 圖 1.5 時間—鎖模力圖：圖1.6 圖1.6 最大鎖模力是在充填期間 =5.3131 tonne 時間—注射量的關系圖：圖1.7 圖1.7 制件溫度分布位置圖：圖 1.8 圖 1.8 對塑件進行變形分析，塑件棱角邊緣處容易導致變形，如下圖：圖 1.9 圖 1.9 1.2 塑件材質及成型工藝性： 該塑件所采用材料為：聚丙烯（PP）。它來源廣泛，合成工藝較簡單、密度?。?.90~0.91g/cm3，是通用塑料中最輕的一種）、價格低、加工成型

15、容易。拉伸強度、壓縮強度等都比低壓聚乙烯高，還有很突出的剛性和耐折疊性，以及優(yōu)良的耐腐蝕性和電絕緣性，同時還具有優(yōu)良的耐熱性，長期使用溫度可高達100~120℃。但沖擊性能不足，低溫條件下易脆裂，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。且成型收縮率較大，熱變形溫度不高。 由于均聚物型的PP溫度高于0C以上時非常脆，因此許多商業(yè)的PP材料是加入1~4%乙烯的無規(guī)則共聚物或更高比率乙烯含量的鉗段式共聚物。共聚物型的PP材料有較低的熱扭曲溫度（100C）、低透明度、低光澤度、低剛性，但是有有更強的抗沖擊強度。PP的強度隨著乙烯含量的增加而增大。 PP的維卡軟化溫度為150C。由于結晶度較高

16、，這種材料的表面剛度和抗劃痕特性很好。 PP不存在環(huán)境應力開裂問題。通常，采用加入玻璃纖維、金屬添加劑或熱塑橡膠的方法對PP進行改性。PP的流動率MFR范圍在1~40。低MFR的PP材料抗沖擊特性較好但延展強度較低。對于相同MFR的材料，共聚物型的 強度比均聚物型的要高。 由于結晶，PP的收縮率相當高，一般為1.8~2.5%。并且收縮率的方向均勻性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加劑可以使收縮率降到0.7%。 均聚物型和共聚物型的PP材料都具有優(yōu)良的抗吸濕性、抗酸堿腐蝕性、抗溶解性。然而，它對芳香烴（如苯）溶劑、氯化烴（四氯化碳）溶劑等沒有抵抗力。 它主要的成形特性如下：

17、 1. 結晶性料，吸濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長期與熱金屬長期接觸易發(fā)生分解。 2. 流動性極好，溢邊值在0.003mm左右。 3. 冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應散熱緩慢。 4. 成形收縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形、方向性強。 5. 注意控制成形溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50℃以下塑件不光澤，易產生熔接不良，流痕；90℃以上易發(fā)生翹曲、變形。 6. 塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以避免應力集中。 表1-1聚丙烯成型條件 塑料名稱 聚丙烯 料筒溫度（℃） 后段 160～170 中段 200～220 前段 180

18、～200 縮寫 PP 注射壓力（MPa） 70～120 注射成形機類型 螺桿式 注射時間（s） 0～5 密 度（g/cm3） 0.90～0.91 保壓時間（s） 20 ～60 比 容（ml/g ） 1.92 冷卻時間（s） 15～50 收縮率（ % ） 1.0～2.5 總周期 （s） 40～120 噴嘴溫度（℃） 170～190 螺桿轉速（r/min） 48 干燥 溫度（℃） 70～85 適用注射機類型 螺桿式 柱塞式均可 時間（h） 2 模具溫度（℃） 40～80 后處理 無 1.3 注塑模工藝條件 干

19、燥處理：如果儲存適當則不需要干燥處理。 熔化溫度：220~275℃，注意不要超過275℃。 模具溫度：40~80℃，建議使用50℃。結晶程度主要由模具溫度決定。 注射壓力：可大到1800bar。 注射速度：通常，使用高速注塑可以使內部壓力減小到最小。如果制品表面出現(xiàn)了缺陷，那么應使用較高溫度下的低速注塑。 流道和澆口:對于冷流道，典型的流道直徑范圍是4~7mm。建議使用通體為圓形的注入口和流道。所有類型的澆口都可以使用。典型的澆口直徑范圍是1~1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的澆口。 對于邊緣澆口，最小的澆口深度應為壁厚的一半；最小的澆口寬度應至少為壁厚的兩倍。

20、1.4 填寫工藝卡 表1-2 塑件工藝卡片 產品名稱 零件名稱 支撐板 設備型號 產品圖號 零件圖號 ZCBM01-21 SZ-60/450 材 料 材料名稱 聚丙烯 收 縮 率 材 料 預 處 理 材料牌號 PP 1.0%～2.5% 干燥70～85℃ 零件凈重 14.3g 零件毛重 22.85g 每?？傊?5.7g 備 注 工 藝 參 數 噴嘴溫度 190～200℃ 填充時間 10～25s 注射量:45.7g 模具溫度 40℃ 成型時間 15～20s 壓力：70～120MPa

21、 成型溫度 195～240℃ 取件時間 8～15s 注射速度：100～180cm3/s 工 藝 規(guī) 程 原料準備 核對原料生產廠家原料要預熱先烘干 模具準備 模具需通冷卻水循環(huán) 成型過程 -- 生產操作 -- 成形后處理 修邊并進行后處理 模具名稱 支撐板模具 每模件數 2 備 注 模具圖號 ZCBM01-00 件 數 大批量 技術定級 工 人 等 級 單 位 工 時 班 產 熟練工人 職 責 簽 字 日 期 工 藝 員 劉吉偉 20110531

22、 工藝組長 更 改 標 記 更 改 單 號 數 簽 字 日 期 審 核 批 準 二、塑件模具分析及方案 2.1分型面的設計 選擇分型面的原則 1. 應選在塑件外形最大輪廓處 2. 應有利于塑件脫模 3. 應保證塑件的質量 4. 應有利于排氣 5. 應便于模具的加工制造 6. 應有利于側向分型和抽芯 7. 應盡量減小脫模斜度給塑件大小端尺寸帶來的差異 8. 應考慮注射機的技術參數 為了取出塑件所需要的開模距離必須小于注射機的最大開模距離。在實際設計中，對于某一塑件，以上分型面原則有時可能發(fā)生矛盾同，

23、不能全部符合，應根據實際情況，以滿足主要要求為宜。 經分析制件的結構，最終將分型面選擇在支撐板底部最外邊緣輪廓處，如圖1.1 俯視圖所標記處。 2.2 確定型腔數量和排列方式 1） 型腔數量的確定 為了使模具注塑機相匹配以提高生產率和經濟性，并保證塑件精度，模具設計時因合理確定型腔數目。模具型腔數量的確定主要是根據制品的投影面積、幾何形狀、制品精度、批量以及經濟效益來確定的。該塑件結構較簡單，且流程比不長，兩邊成對稱分布。根據分析與經驗，選擇正上表面的中心位置進澆。所以選用一模兩件。 2） 型腔排列方式的確定 采用一模兩腔，加上模具結構簡單，制造費用也將較低，材質硬度高。因此這次設

24、計采用推桿脫模機構進行脫模，型腔排列方式采用并列排列的方式。 2.3 模具結構形式的確定 從上面分析可知，本模具擬采用一模兩腔，并行排列，推桿推出，流道采用平衡式，澆口采用邊緣澆口，定模不需要設置分型面，動模需要一塊動模型芯固定板，因此基本上可以確定模具結構形式為基本型A1型帶推件板的單分型面注射模。 2.4 注射機型號的選定 1） 注射量的計算 通過計算，塑件質量m1為14.29g，塑件體積V1===13.61cm3，流道凝料的質量m2還是個未知數，可按塑件質量的60%來估算。從上述分析中確定的一模兩腔，所以注射量為 m=1.6nm1=1.6×2×14.29=45.728g 2

25、） 塑件和流道凝料在分型面上的投影面積及所需鎖模力的計算 流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積A2，在模具設計前是一個未知值，根據多型腔模的統(tǒng)計分析，A2是每個塑件在分型面上的投影面積A1的0.2~0.5倍，因此可用0.35nA1來進行估算，所以 A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=1.35×4869.5=6573.825mm2 式中 A1=ab-d2 -4(cd+ef）-2gh =60×89-0.785×102-4×（20×3+9×2）-2×2×20=4869.5mm2。 Fm=Ap型=6573.825×30=197214

26、.75N=197.21475kN 式中型腔壓力F型取30MPa（因為薄壁塑件，壓力損失大，所以取大一些）。 3） 選擇注射機 根據每一生產周期的注射量和鎖模力的計算值，可選用SZ-60/450臥式注射機（上海第一塑料機械廠），見下表 理論注射容量/cm3 78 鎖模力/kN 450 螺桿直徑/mm 30 拉桿內間距/mm 280×250 注射壓力/MPa 170 移模行程/mm 220 注射速率/(g/s) 60 最大模厚/mm 300 塑化能力/(g/s) 5.6 最小模厚/mm 100 螺桿轉速/(r/min) 14~200 定位孔直徑/

27、mm 55 噴嘴球半徑/mm 20 噴嘴孔直徑/mm 3.5 鎖模方式 雙曲肘 4） 注射機有關參數的校核 （1） 由注射機料筒塑化速率校核模具的型腔數n。 n≤==8.2＞2，型腔數校核合格。 式中 k——注射機最大注射量的利用系數，一般取0.8； M——注射機的額定塑化量（5.6g/s）; t——成型周期，取30s。 （2） 注射壓力的校核 pe≥k‘p0=1.3×130=169MPa，而pe=170MPa，注射壓力校核合格。 式中 k'——取1.3（注射壓力安全系數，一般取k’=1.25~1.4。）;

28、 P0——取130MPa(屬薄壁窄澆口類)。 （3） 鎖模力校核。 F≥KAp型=1.2×197.21475=236.6577kN，而F=450kN，鎖模力校核合格。 其他安裝尺寸的校核要待模架選定，結構尺寸確定后才可以進行。 2.5 開模行程的校核 開模行程與塑件推出距離的校核取出制件所需的開模距離，必須小于注塑機的最大開模距離。塑件的總高度為8mm左右，頂出距離最大為13mm左右即可，加上模具的總厚度206㎜，而注塑機的最大開模行程為220mm。所以，開模行程與塑件推出距離相匹配。 三、澆注系統(tǒng)的設計 3.1 主流道設計 1） 主流道尺寸 根據所選注

29、射機，則主流道小端尺寸為 d=注射機噴嘴尺寸+（0.5~1）=3.5+0.5=4mm 主流道球面半徑為 SR=噴嘴球面半徑+（1~2）=6+1=7mm 2） 主流道襯套形式 襯套和定位圈設計成整體式，主流道長度取61mm，如圖3.1所示，材料采用T10A鋼，熱處理淬火后表面硬度為大于等于55HRC。 圖3.1 3） 主流道凝料體積 q主=(D2+Dd+d2)=（82+8×5+52）=2059.7mm3≈2.0597cm3 4） 主流道剪切速率校核 由經驗公式 γ==≈905s-1＜5×103 s-1 式中qv=q主+q分+q塑件=2.0597+0.294

30、+27.22=29.574cm3 Rn==0.325cm 主流道剪切速率偏小主要是注射量小、噴嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。 3.2 分流道設計 1） 分流道布置形式 分流道應該滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地經分流道均衡的分配到各個型腔，因此，采用平衡式分流道。如圖3.2所示。 2） 分流道長度 L=14mm 3） 分流道的形狀、截面尺寸以及凝料體積 （1） 形狀及截面尺寸。 為了便于機械加工及凝料脫模，本設計的分流道設置在分型面上定模一側，截面形狀采用加工工藝性比較好的U形截面。U形截面對塑料熔體及流動阻力均不大，一般采用一下經驗公式來確定截

31、面尺寸，即 B=0.2654.=0.2654×=2.88mm 根據參考取B=3mm。 H=B=×3=2mm 分流道截面形狀如圖3.3所示。 圖 3.2 分流道布置 圖3.3 分流道截面形狀 （2） 凝料體積 分流道長度 L=2×14=28mm 分流道截面面積 A=×3=10.5mm 凝料體積 q分=28×10.5=294mm3 4） 分流道剪切速率校核 采用經驗公式 γ==2.64×103 s-1在5×102~5×103之間，剪切速率校核合格。式中q===1×13.61=1

32、3.61cm Rn==0.1755cm 式中 t——注射時間，取1s； A——梯形面積（0.105cm2）； c——梯形周長（1.3cm）。 5） 分流道的表面粗超度 分流道的表面粗超度Ra要求并不是很低，一般取0.8μm~106μm，在此取1.6μm如圖 3.3 所示。 3.3 澆口的設計 1） 澆口位置的確定 澆口位置需根據塑件的幾何形狀﹑結構特征﹑技術和質量要求及塑件的流動性能等因素綜合加以考慮。根據這個塑件本身的結構特點，將其定在塑件底部表面的中心邊緣上。如圖3.4所示。 2） 澆口形式的確定 根據外部特征，外觀表面質量要求比

33、較高，應看不到明顯的澆口痕跡。對于這類小型薄壁制件，此次設計選擇邊緣澆口，其優(yōu)點是：便于機械加工，易保證加工精度，而且試模時澆口的尺寸容易修整，可以分別調整充模時的剪切速率和澆口封閉時間。澆口封閉時間即補料時間，主要由澆口的厚度決定。 3） 澆口尺寸計算 澆口深度h為 根據經驗公式 h=k·δ=2×0.7=1.4mm 式中 δ——制件厚度，mm k——材料系數，查表得PP為0.7 澆口寬度ω可按下式近似計算 ω===1.63mm 式中 A——凹模邊緣型腔表面積，即塑件外表面積，mm2 3.4 冷料井的設計 如圖3.4所示，采用帶Z型頭拉料桿

34、，該該拉料桿根部固定在推出板上，由于拉料桿頭部的側凹將主流道凝料鉤住，分模時即可將凝料從主流道拉出，推出制件時冷料也同時被推出，取產品時向拉料桿的側向稍許移動，即可脫鉤將制件連同澆注系統(tǒng)凝料一道取下。 圖 3.4 3.5 噴嘴的選擇 噴嘴是流道系統(tǒng)最末端的部分，它與型腔直接相連，連接處稱為澆口。采用如下圖3.5所示的主流道襯套。 圖 3.5 3.6 排氣系統(tǒng)的設計 排氣是注射模設計不可忽視的問題。在注射模成型中，若模具排氣不良，型腔內的氣體受壓將產生很大的背壓，阻止塑料熔體正?？焖俪淠Ｍ瑫r氣體壓縮產生的熱量能使塑料燒焦。 排氣的形式有兩種，通常是利用模具零件間的配合間隙及

35、分型面之間的間隙進行排氣，在必要時可特采用排氣槽排氣。本模具的設計中，因為除了分型面還有推桿可以很好的排氣，而且塑件的厚度還比較均勻，所以不必另開排氣槽來排氣。 四、成型零件的設計 4.1 成型零件的機構設計 模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。在本設計中成型零件就是成型支撐板外表面的凹模，成型內表面的型芯（凸模）。成型零件工作時，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度

36、和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結構合理，有較高的強度、剛度及較好的耐磨性能。設計成型零件時，應根據塑料的特性和塑件的結構及使用要求，確定型腔的總體結構，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進行成型零件結構設計，計算成型零件的工作尺寸，對關鍵的成型零件進行強度和剛度校核。 4.2 成型零件鋼材的選用 1）塑料模具鋼的具有以下特點。 1. 塑料模具用鋼涵蓋廣泛，從普通鋼材到專用剛才動有。這在塑料模具初期更加明顯，如今已日趨正規(guī)和高級。專門用鋼已自成體系，模具用鋼的化學成分和合金工具鋼的基本相同，但其冶金質量更高，加工精良，對熱處

37、理有利 2. 塑料模具鋼性能要求嚴格，熱處理難度大。 3. 為避免模具零件在強韌化過程中的變形或其他熱處理問題，模具鋼以預硬化形式供應市場已較普遍。 4. 以石化產品為原料的塑料制品，某些度不同的腐蝕性，所以耐蝕鋼應用也較多。 5. 配合預硬化鋼、非調質剛的應用，易切削性也是塑料模具鋼的特點。 我國過去無專用的塑料模具鋼，一般塑料模具用正火的45和40Cr經調質后制造，因而模具硬度低、耐磨性差，表面粗糙度值高，加工出來的塑料產品外觀質量較差，而且模具使用壽命低；精密塑料模具及硬度高塑料模具采用CrWMo、Cr12MoV等合金工具鋼制造，不僅機械加工性能

38、差，而且難以加工復雜的型腔，更無法解決熱處理變形問題。由此，國內對專用塑料模具用鋼進行了研制，并獲得了一定的進展。我國已有了自己的專用模具鋼系列，目前已納入國家標準的有兩種，即3Cr2Mo和3Cr2MnNiMo，納入行業(yè)標準的已有20多種，已在生產中推廣應用十多種新型塑料模具鋼，初步形成了我國塑料模具用鋼體系。 2）近期塑料模具用鋼開發(fā)應用的動向 1. 發(fā)展易加工、拋光性好的材料 隨著光盤、磁盤、棱鏡等精密件的生產，對易加工鏡面鋼的要求增加。這種鋼含非金屬雜質少，金相組織細致均一，沒有纖維方向性。它是塑料模具鋼材的主要發(fā)展方向。 2. 耐蝕鋼

39、模具在長期運轉和保持過程中，容易生銹受蝕，而且近來隨著塑料成型中添加各種成分，模具更容易受蝕。因此要求提高母材機體的耐腐蝕性能，開發(fā)了一些耐蝕不銹鋼材。 3. 馬氏體時效合金鋼 這種剛才具有足夠的力學性能和突出的工藝性能，特別是有較高的強度、韌度、耐磨性、低的熱膨脹系數，是制造注塑模的好鋼材，但是價格貴。 4. 硬質合金 主要用于制作壽命要求很高，制件生產批量大的模具。 在這次設計中凹模選用的材料為：5NiSCa，凸模選用的材料為：55號鋼 5NiSCa屬易切削高韌性塑料模具鋼，在預硬態(tài)（35~45HRC）韌性和切削加工性良好；鏡面拋光性能好

40、，表面粗超度值低，表面粗超度可達Ra0.2~0.1μm，使用過程中表面粗超度保持性能強；滲透性好，可作型腔復雜、質量要求高的塑料模；該鋼在高硬度下（50HRC以上），熱處理變形小，韌性好，并具有較好的阻止裂紋擴展的能力。 5NiSCa工藝性能：1）鍛造 加熱溫度1100℃，始鍛溫度1070~1100℃，終鍛溫度850℃，鍛后沙冷。2）球化退火 加熱溫度770℃，保溫3h，等溫溫度660℃，保溫7h，爐冷到550℃出爐空冷。退火硬度小于或等于241HBW，加工性能良好。3） 淬火溫度 880℃~900℃，小件取下限，大件取上限，油冷或260℃硝鹽分級淬火。 4.3 其它模具零件材

41、料的選擇 1 、導柱、導套材料的選擇 使用要求：對導柱要求表面硬度較高，內部具有足夠的韌性，不易折斷、折彎；表面的耐磨性要好。 在材料上,導柱應具有硬而耐磨的表面,堅韌而不易折斷的芯部,因此多采用低碳鋼滲碳(0.5～0.8mm深),經淬火處理(55HRC～60HRC)或碳素工具鋼(T8A、T10A)經淬火或表面淬火處理(50HRC～55HRC)。在這里采用20鋼。 導套材料選用20鋼，淬硬到50HRC～55HRC。其硬度較導柱低5度，以免。同硬度材料之間碰撞磨損。 2 .推桿、復位桿材料的選用 使用要求：有一定的強度，不能產生壓桿失穩(wěn)，也要有一定的耐磨性。頭部要與塑料接觸，硬度也要

42、達到要求；此外，推桿經常會更換，還要具有好的經濟性，并且容易得到。 T8A淬火低溫回火硬度大于等于55HRC，用于本模具的推桿和復位桿材料。 3. 模板、推板、推板固定板、墊塊和模座等的材料選擇 本模具為中小型注塑模具。要求模板、推板、推板固定板、墊塊、模座等具有足夠的強度、剛度，易于加工成型。大部分時候是從模具的經濟性方面來考慮這些零件的材料。該模具采用45鋼作為模板、推板、推板固定板、墊塊和模座等的鋼材。 4.4 計算成型零件工作尺寸 查閱相關資料，查得PP收縮率為1.0﹪～2.5﹪，取PP的平均成形收縮為1.75%，塑件未注公差按照SJ1372-78中5級精度公差值選取。經分

43、析該塑件，其尺寸精度要求不是太高。所以在這里采用平均值法計算，簡單方便。 按IT9，容易修淺計算，其計算公式如下： 1.型腔徑向尺寸： 2.型腔軸向尺寸： 3.型芯徑向尺寸： 4.型芯軸向尺寸： 計算結果如下表： 塑件尺寸 型腔徑向尺寸 制造公差 89 90.233 0.087 60 60.791 0.074 56 56.720 0.074 20 20.182 0.052 13.4 13.594 0.043 10 10.097 0.036

44、 4 4.015 0.030 3 3.007 0.025 2 2.005 0.025 1.4 1.401 0.025 塑件尺寸 型腔軸向尺寸 制造公差 13 13.425 0.043 7 7.308 0.036 5 5.160 0.030 2 2.097 0.025 1 1.079 0.025 塑件尺寸 型芯徑向尺寸 制造公差 11 11.330 0.043 6 6.208 0.030

45、 4 4.172 0.030 塑件尺寸 型芯軸向尺寸 制造公差 3.5 3.735 0.030 4 4.244 0.030 6 6.280 0.030 8 8.326 0.036 11 11.389 0.043 五、模具結構設計強度校核 5.1 標準模架的選擇 根據黃虹、陳元芳主編《塑料成型工藝及模具設計》輔助教材，結合本次設計模具特點及特殊要求，塑件的大小，及注射機的型號最終選定250×250的模架。 由于注射模具的工作狀態(tài)是長時

46、間的承受交變負荷，同時也伴有冷熱的交替?，F(xiàn)代的注射模使用壽命至少幾十萬次，多至幾百萬次。因此，模具必須具有足夠的強度和剛度。 5.2 凹模型腔的強度 由于注射壓力的作用，凹模型腔有向外脹出的變形產生。當變形量大于塑件在壁厚方向的成形收縮量時，會造成脫模困難。嚴重時還會不能開模。我們必須通過計算來確定側壁。 此模具的凹模屬于組合式凹模。[嵌底式組合凹模側壁的計算] 1. 按剛度條件計算： 式中：p是型腔壓力（MPa），一般取20～40MPa; H表示型腔深度; 表示型腔的長度 =131mm; 表示型腔所在的模板的厚度 =32mm。

47、 E是模具材料的彈性模量（MPa），取5.1x； []是滿足剛度條件的允許變形量（mm） 查表取[]=0.03 帶入數據計算 2. 按強度條件計算： 式中 []是模具材料的彎曲許用應力（MPa） 取[]=300MPa 帶入數據計算 18.67mm 因此凹模側壁的厚度應不小于62mm。本模具在設計中取側壁厚為100mm，符合剛度和強度的要求。 六、推出機構的設計及校核 注塑模必須設有準確可靠的脫模機構，以便在每一循環(huán)中將塑件從型腔內或型芯上自動地脫出模外，本課題選

48、用簡單的推桿脫模機構，以及液壓缸側向抽芯。 6.1 模具對脫模機構的要求 （1）結構優(yōu)化、運行可靠，機構盡可能簡單，零件制造方便，配換容易。機構動作要準確可靠、運行靈活、機構本身具有足夠的剛度合強度，以抵抗脫模阻力。 （2）不影響制件外觀，不造成塑件變形破壞，推塑件的位置盡量設在塑件內部或隱蔽處，以免損壞塑件外觀，要保證塑件在脫模過程中不變形、不擦傷。因此本課題在正確分析脫模力的大小和集中的部位，從而選擇脫模方式和推頂位置如圖，使脫模力得到均勻合理的分布。 （3）脫出機構應便于使塑件留在動模，模具的結構應保證塑件在開模過程中留在具有脫模裝置的半模即動模上。 6.2 與脫模力相關

49、的因素 將制件從包緊的型芯上脫出時所需克服的阻力稱為脫模力。計算脫模力時應考慮以下方面； （1）由收縮包緊力造成的制品與型芯的摩擦阻力，該值由試驗決定； （2）由大氣造成的阻力； （3）由塑件的粘附力造成的脫模阻力； （4）推出機構運動摩擦阻力 以上各項中，（1）與（2）兩項起決定作用，（3）與（4）兩項可用修正系數的形式包括在脫模力的計算公式中。 此外，脫模力的 大小還與制品的厚薄及幾何形狀由關系，因此將制品所需脫模力，按厚壁和薄壁兩類加以區(qū)別，在本課題中，對脫模力作粗略估算。 6.3 脫模力的具體計算 本制件屬于薄壁制件，且為矩形斷面。根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具

50、》，制件為矩形斷面所需的脫模力為 K2——無量綱系數，其值隨f和而異；K2可從表中查取； δ2——矩形制件的平均壁厚/㎜； S——塑料平均成型收縮率； E——塑料的彈性模量/MPa； L——制件對型芯的包容長度/mm； f——制件與型芯之間的摩擦系)； ——脫模斜度0 μ——塑料的泊松比； A——盲孔制品型芯在垂直于脫模方向上的投影面積/mm2，通孔制件的A等于0。 根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》查表得 PP的相關參數為： E 的范圍為1100～1600 MPa,取1350MPa； μ取0.32 f取0.33 脫模斜度取 δ2＝2㎜ S＝2.25

51、％ L＝2×11=22mm A=0 查表得=1.0058 6.4 推桿的設計與校核 在設計推桿脫模時應注意： 1. 推桿的截面應有不少于1/2的面積承受脫模力，否則易于彎曲。 2. 推桿的直徑的選擇，依塑件具體情況而定，原則上寧多勿少，直徑寧小勿大。 3. 推桿外周距型芯應留有不小于0.2～0.5㎜的距離（依型芯大小而定），以免推桿觸及型芯。另外推桿孔磨損時，有更換較大截面推桿的余地。從投影面上看，應位于陰影部位范圍之內有深槽、深孔的部位局部壁厚部位加強筋部位機構復雜部位 圓形推桿的設計與計算： （1）圓形推桿直徑公式為：mm 式中：d —— 圓形推桿的最

52、小直徑 mm； K—— 安全系數，可取 K=1.5；L —— 推桿的長度,105 mm ; F —— 脫模力（N），136.76N n —— 推桿數目, 16個； E —— 鋼材的彈性模量,2.1×107 MPa。 ≥0.46 取為d=2m 。 （2） 強度校核 推桿直徑確定后還應該進行強度校核，公式為： 小于推桿鋼材的屈服強度32000（N/㎝2） 滿足強度要求。 七、冷卻系統(tǒng)設計 7.1 冷卻系統(tǒng)的設計原則 1.注意凹模和型芯的熱平衡，要把注意力放在型芯的冷卻上。 2.對于簡單模具，可先社頂冷卻

53、水出入口的溫差，然后計算冷卻水的流量、 3.冷卻管道直徑、保證湍流的流速以及維持這一流速所需的壓力降便已足夠。但對于復雜而精密的模具，則應做詳細計算。 4.對于大批量生產的普通塑件，可采用快冷以或得較短的循環(huán)注射周期。 7.2 冷卻系統(tǒng)的簡易計算 1. 成型周期的確定 根據制件材料為PP，并且制件中壁厚最大達到2㎜，根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》查表10-6及結合moldflow對塑料制品的分析，得保壓時間為，該制件為自動脫模，設開模時間為，再加上注射時間，設取件時間為故得本制件的成型周期為： 2.求塑料制件在固化時每小時釋放的熱量Q（KJ/h）即單位時間型

54、腔內的總熱量 式中 W—單位時間內注入型腔中的塑料質量，KJ/h ——單位質量的塑料制品在凝固時所放出的熱量，，根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》查表10-4 常用塑料熔體的單位熱流量 5.9×102 將以上參數代入公式，得=3237.54KJ/h 3.求冷卻水的體積流量 根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》 Q—塑料制件在固化時每小時釋放的熱量（KJ/h） ——冷卻水的體積流量， ——冷卻水的密度， ——冷卻水的出口溫度， ——冷卻水的入口溫度， ——冷卻水的比熱容， 根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》查表10-4得

55、 綜上，則： 4.根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》查表10-1 選取冷卻水的穩(wěn)定湍流速度和直徑 5.冷卻水道在管道中的流速v 根據黃虹主編的《塑料成型加工與模具》式10-16 6.冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數 根據《塑料成型加工與模具》表10-5， 取系數f為7.22（） ——冷卻水的密度， ——冷卻水的平均流速 d——冷卻水管道直徑 則 7.冷卻管道總傳熱面積A ——冷卻水的溫差 = 8.冷卻水道個數 由于是冷卻水道的個數，所以

56、取整數 4 7.3 冷卻回路的設計 定模冷卻回路,從定模板引水進去。 動模冷卻回路,采用從動模板引水，由于此模具采用的是組合式型芯和型腔，水可能會在型芯與動模板和型腔與定模板相接的地方漏出。為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，在其接觸的地方加上密封圈。 八、模具的論述與評價 8.1 模具的工作原理 1-內六角圓柱頭螺釘M6×14；2-主流道襯套；3-定模底板；4-內六角圓柱頭螺釘M10×30；5-銷釘；6-定模板；7-定模型芯；8-冷卻水道；9-動模型芯；10-動模板；11-推桿；12-墊塊；13動模板；14-內六角圓柱頭螺釘M12×40；15-推板；1

57、6-內六角圓柱頭螺釘M8×26；17-推桿固定板；18-主流道拉料桿；19-推板導套；20-推板導柱；21-檔釘；22-導柱；23-導套；24-內六角圓柱頭螺釘M8×15；25-水嘴M8；26-復位桿 如上圖所示，模具的分型面分別在定模板6與動模板10，型腔板7與型芯板9之間的表面上。熔融塑料充滿型腔，冷卻固化后。定模與動模分開。動模往后退，同時推板在注射機頂桿地推動下，向前運動，從而推動推桿往前運動，頂出制件。模具閉合時，通過復位桿復位。從而開始下一次的注射。 8.2 模具的經濟評價 該模具完全實現(xiàn)自動化生產，很好的實現(xiàn)了大批量生產的要求，有利于提高生產效率。 九、模具加工工藝

58、9.1 凸模加工工藝過程 表9-1 凸模加工工藝 工序號 工序名稱 工藝說明 注意事項 1 備料 按下料計算方法計算出長度，在鋸床上切斷，并留有余量 2 鍛造 將毛坯鍛成矩形及要求的形狀 每邊留有4到5mm的刨加工余量 3 熱處理 退火，以消除內應力，改善加工性能 4 刨六面 在刨床上將毛坯刨成六面體 每面留預磨余量0.5mm 5 磨削 磨六個面 磨到要求尺寸 6 劃線、加工孔 劃線型芯輪廓，鉆孔，攻螺紋 7 工作型面粗加工 按劃線刨或銑出凸模輪廓 單面留精修余量0.15到0.25mm 8 熱處理 淬火、回火 55

59、HRC—60HRC 9 工作平面精加工 電火花線切割凸模，使其接近尺寸 留研磨余量 10 研磨 對凸模工作部分進行研磨，保證與凹模的配合間隙值 9.2凹模加工工藝過程 表9-2 凹模加工工藝 工序號 工序名稱 工藝說明 注意事項 1 備料 按下料計算方法計算出長度，在鋸床上切斷，并留有余量 2 鍛造 將毛坯鍛成矩形及要求的形狀 每邊留有4到5mm的刨加工余量 3 熱處理 退火，以消除內應力，改善加工性能 4 刨 在牛頭刨床上刨削 各面留預磨余量0.5mm 5 平磨 平磨六個面 磨到要求尺寸

60、 6 劃線 畫出凹模輪廓 7 工作型腔粗加工 按劃線去除型孔中心廢料，在銑床上按劃線加工 留單邊余量0.15~0.25mm 8 冷卻水孔加工 鉆孔 9 熱處理 淬火、回火 36~38HRC 10 平面磨削 平面磨床磨上、下平面后修整 11 坐標磨床磨削 用坐標磨床磨對凹模工作部分及冷卻水孔進行磨削 12 拋光 拋光凹模工作部分 結 論 本設計首先說明了塑料工業(yè)的重要地位和當今注塑模具的現(xiàn)狀，隨著經濟的發(fā)展，塑料工業(yè)將繼續(xù)呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展之勢。其次介紹了注塑件的一般設計原則，對塑件的特征如倒圓角等

61、做了說明，從實際來看，幾乎所有的注塑件都遵循這些原則。在做好注塑成型的準備工作之后，接著介紹了模具設計的內容，冷流道注塑模具無外乎包括四大系統(tǒng)：澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和機構系統(tǒng)（其實也可以歸為頂出系統(tǒng)，該系統(tǒng)如斜導柱、滑塊和開閉器等）。在澆注系統(tǒng)的設計中根據經驗公式取流道橫截面形狀，確定澆口尺寸；溫度調節(jié)系統(tǒng)說明了設計的一般步驟，確定冷卻時間，計算體積流量等；頂出系統(tǒng)著重說明了推桿的安裝要求，并進行強度校核；該模具屬于簡單脫模機構，無滑塊抽芯機構，也無開模先后順序的要求，做完這些工作之后，該模具的設計到此結束。 在設計的過程中發(fā)現(xiàn)經驗公式有不一致的地方，不同公式的計算結果有的相差很

62、大，特別是在溫度調節(jié)與脫模力的計算這兩塊。在完成圖紙之后發(fā)現(xiàn)塑件的設計有的地方是不合理的，比如說壁厚，雖然有經驗可循，但從實際中看顯然本設計的塑件壁厚過大；從這里可以知道，注塑件的設計與模具設計關系密切，好的塑件結構可以簡化模具結構，降低生產成本。 單分型面注射模是最為簡單和常見的一種結構形式，約占全部注射模具的70%左右，但目前傳統(tǒng)冷流道模具設計還是以經驗為主，很難對注射各參量進行嚴密的數學建模，因為各參量相互影響，關系復雜。隨著科技的進步及注射理論的突破，熱流道模具發(fā)展的越來越迅速，隨著技術的成熟，熱流道模的生產控制將會變得比以前更為輕松，產品質量將會得到更好提高，所以，以后注射模具的研

63、究會以熱流道模具為主。 致 謝 經過一個學期的努力,我順利的完成了指導老師交給我的畢業(yè)設計題目.從最初的模糊到現(xiàn)階段的清晰,這一個過程中,我學到了很多東西,并對大學四年所學的知識有了更深的理解.這其中,計算機繪圖水平及輔助設計水平也有了得到了很大的提高.最重要的是我學會了如何認真去做一件事,這對以后的工作是相當重要的. 在這個設計過程中，我的指導老師李又兵老師，給我做了全方位的指導，在此我要向我的導師致以衷心的感謝。此外，其他的老師對我所請教的問題都作了耐性的解答，我在此非常的感謝！還要感謝在這個設計過程中幫助過我的同學！ 最后，我還要再次感謝李又兵老師，他讓我懂

64、得了什么是嚴謹。雖然這次畢業(yè)設計做的不好，有許多錯誤及不足之處，但我會在以后的學業(yè)道路上時時刻刻記住這種嚴謹，時時刻刻堅持這種嚴謹。 衷心的感謝在百忙之中評閱論文和參加答辯的各位專家、教授！ 參 考 文 獻 [1] 伍先明等.塑料模具設計指導.2008.2 重印 北京 國防工業(yè)出版社 [2] 廖念釗等.互換性與技術測量.2007.6 北京 中國計量出版社 [3] 黃虹，陳元芳編.塑料成型工藝及模具設計課程設計指導書.2004.09 重慶工學院 [4] 付麗等. 塑料模具設計與應用實例. 2009.11 北京 機械工

65、業(yè)出版社 [5] 申開智 塑料成型模具 2010.2 北京 中國輕工業(yè)出版社 [6] 王喜梅 通用塑料改性技術 2006.9 北京 機械工業(yè)出版社 [7] 陳開來 工程塑料手冊 2004.8 北京 機械工業(yè)出版社 [8] 劉延華 聚合物成型機械 2009.8 北京 中國輕工業(yè)出版社 [9] 諸世敏 現(xiàn)在工程制圖 2007.4 北京 北京郵電大學出版社 [10] 洪慎章 注塑加工速查手冊 2009.9 北京 機械工業(yè)出版社 [11] 吳生緒 塑料成形模具設計手冊 2008.1 北京 機械工業(yè)出版社 [12] 呂琳 模具制造技術 2009.1 北京 化學工業(yè)出版社 [13] 黃銳 塑料成型工藝學 2009.2 北京 中國輕工業(yè)出版社 [14] 高軍 注塑成型工藝分析及模具設計指導 2008.8 北京 化學工業(yè)出版社 [15] 付洪生 塑料成型工藝與注塑模具 2007.1 北京 化學工業(yè)出版社 [16] 王秀芬 聚合物改性 2009.3 北京 中國輕工業(yè)出版社 [17] 黃虹主編.塑料成型加工與模具.2003.03 北京 化學工業(yè)出版社