毕业设计（论文）塑料空心球柄的模具设计

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1、塑料空心球柄的模具设计塑料空心球柄的模具设计摘要 在综合分析了塑件的结构，使用要求，成型质量和模具制造成本的基础上，介绍结构简单，形状规则的塑件成型。采用侧浇口进料单分型推杆顶出机构，使塑件能一次成型。设计了相应的顶块顶出的注射模，并介绍了模具的工作过程。本文对注射塑料模的设计进行了较详细的阐述，包括注射机的选用、模具设计的有关计算、模具结构的设计、模架的选择、推出机构的设计、合模导向机构的选用以及冷却装置的设计。通过这次设计更加了解注射成型工艺的基础知识，以及掌握塑料模具设计的一般流程。关键词 注射模；顶块顶出；注射机；模具结构；成型工艺Plastic hollow ball handle

2、mold designAbstract: Based on the comprehensive analysis on the plastic parts structure service requirement, mounding quality and mould menu factoring cost. A corresponding injection mould of internal side core pulling was designed. By adopting the multi-direction and multi-combination core-pulling.

3、 A corresponding injection mould of internal side core pulling was designed, the working process of the mould was introduced.The text has tell the design of injection plastic model in detail, including injection machine describes the selection, the relevant calculating mould design, the die structur

4、e design, formwork selection, introduced the design, shut the mould organization the selection of steering mechanism and cooling device design. This design better understand the injection molding process, and master the basic knowledge of the general flow of plastic mold design.Key words: Injection

5、mould ；Medial coepulling ；Injection machine； Mold structure ；Molding process 20目 录前 言11塑件的工艺分析21.1【塑件成型工艺分析】21.2 【原料（ABS）的成型特性与工艺参数】31.2.1 ABS塑料主要的性能指标：31.2.2 ABS的注射成型工艺参数:42注塑设备的选择52.1 【估算塑件体积】52.2 【选择注射机】52.3 【模架的选定】62.4 【最大注射压力的校核】62.4.1最大注塑量的校核62.4.2锁模力校核62.4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核73塑料件的工艺尺寸的计算83.1【型

6、腔的径向尺寸】83.2 【型芯的计算】93.3【模具型腔壁厚的计算】113.4【抽芯机构的设计计算】114浇注系统的设计134.1【主流道设计】134.2【定位圈的安装】144.3【冷料井设计】154.4【分流道设计】164.4.1 分流道设计要点：164.4.2 分流道的长度164.4.3 分流道的断面164.4.4 分流道的布局164.5 【浇口选择】175分型面的选择与排气系统的设计195.1 【分型面的选择】195.2 【排气糟的设计】206合模导向机构的设计217脱模机构的设计228温度调节系统的设计238.1【模具冷却系统的设计】249模 具 的 装 配259.1 【模具的装配顺序

7、】259.2 【开模过程分析】26结论27致谢语28参考资料29前 言光阴似梭，大学的学习时光一晃而过，为具体的检验学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为空心球柄塑料模设计。本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，但成型难度大，模具结构较为复杂，对模具工作人员是一个很好的考验。它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。本次设计以空心球柄模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。在设计该模具的同时总结

8、了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。本次设计中得到了老师的指点。同时也非常感谢学院各位老师的精心教诲。由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指正。1 塑件的工艺分析1.1 【塑件成型工艺分析】如图1-1所示：图1-1 塑件图 该塑件的形状较复杂，孔的深度较深，在保证孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。空心球柄的注塑材料首先选用A

9、BS，该塑件壁厚不均匀，在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用双浇口，但应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给空心球柄的表面带来更多的熔接痕和气孔。也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。1.2 【原料（

10、ABS）的成型特性与工艺参数】丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。1.2.1 ABS塑料主要的性能指标： 密度 (Kg.dm-3) 1.131.14收缩率 % 0.30.8熔 点 1301601.2.2 ABS的注射成型工艺参数: 表1-1 塑件的原材料分析塑料品种结构特点使用温度化学稳定性性能特点成

11、型特点ABS热塑性塑料线性结构非结晶型小于70C较好比较稳定机械强度较好,有一定的耐磨性但耐热性较差,吸水性较大成型性能很好,成型的原料要干燥. 结论该塑料有良好的工艺性能,适宜注射成型,成型前塑料要干燥处理所以:选择ABS料制品的工艺性能好,且经济效益较高.表1-2 ABS塑料的注塑成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度:80-85时间:2-3h成型时间 /S注射时间:20-90保压时间:0-5冷却时间20-120总时间:50-220模具温度50-80注射机类型螺杆式注射压力MPa60-1002 注塑设备的选择2.1 【估算塑件体积】估算塑件体积和质量：该产品材料为ABS，查（1

12、）书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，计算其平均密度为1.135 g/cm3，平均收缩率为0.55。使用PRO/E注塑机型号 XS-ZY-125额定注射量125cm3螺杆（柱塞）直径42mm注射压力120Mpa注射行程115mm注射方式螺杆式锁模力900KN最大成型面积320cm2最大开合模行程300mm模具最大厚度300mm模具最小厚度200mm喷嘴圆弧半径R12mm喷嘴孔直径4 mm2.3 【模架的选定】根据塑件选定模架为：LKM2020BI902570。见图2-1：空心球柄的原料为ABS，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为120 MPa，所以注射压力符合要求。2.

13、4.1最大注塑量的校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：0.8 V机 V塑V浇 （2-1）式中 V机 注塑机的最大注塑量，125cm3 V塑塑件的体积，该产品V塑18cm3 V浇浇注系统体积，该产品V浇2cm3 故 V机（18+4）cm32.4.2锁模力 选定的注塑机的压力为900KN，满足要求。2.4.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核A 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具长模具宽拉杆面积 B模具闭合高度校核Hmin注塑机允许最小模厚=200

14、mmHmax注塑机允许最大模厚=300mmH模具闭合高度=250mm故满足HmaxHHmin。（1） 开模行程校核 注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式： S机注塑机最大开模行程，300mm; H1顶出距 300(250200)184(510)满足条件 3 塑料件的工艺尺寸的计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。因 ABS的成型收缩率为0.40.7%,所以平均收缩率取S=0.5%3.1 【型腔的径向尺寸】查（5）书，得公式（LM）0+=（1+S）

15、Ls-(0.50.75) 0+ （3-1） （3-2）其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。塑件公差为负偏差，S为表3-1 型腔的计算类别模具零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔计算 定模镶件图3-1 型腔表3-2 型腔的计算类别模具零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔计算定模镶件型腔计算定模镶件图3-2 型腔3.2 【型芯的计算】3.2.1 查（5）书，得芯径向尺寸的计算：LM=（1+S）Ls+3/4-0 （3-3）其各字母的含义与前相同，型芯按六级精度制造，根据型芯的基本尺寸，3.2.2 查（5）书，得型芯高度尺寸的计算： 3.2.3 HM=（1+S）Hs+3/4 -

16、0 (3-4)按六级精度制造表3-3 侧型芯的计算型芯计算侧型芯20194544.4933433.718 图3-3 侧型芯表3-3 大型芯的计算型芯计算大型芯25245655.49365.718小型芯44.664中心距计算滑块120.22=12.1210.073图3-4 大型芯3.3【模具型腔壁厚的计算】 如果是利用计算公式的话比较烦琐，且不能保证在生产中的精确性，我们可以根据书中的经验值来取的。成型零件材料选择。为实现高性能的目的；选用模具材料应具有高耐磨性，高耐蚀睡，良好的稳定性和良好的导热性。必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小，但不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。可以采用

17、Cr12，经过调质，淬火加低温回火，正火。HRC55。可以去型腔壁厚为：0.20L+17=33。3.4【抽芯机构的设计计算】（1）查（5）书，得抽芯距s的计算：s=h+（23）=20+5=25mm (3-5)式中 h-侧抽芯成型部分高度。（2）查（5）书，得抽芯力的计算 Fc=Ap(cos-sin） (3-6)=0.016*0. p-塑件对型芯单位面积上的包紧力 u-塑料对模具钢的摩擦系数，为0.10.3 a-侧型芯的脱模斜度和倾斜角（3）确定斜导柱的倾斜角该处的侧向抽芯距小，抽芯力不大，斜导柱的倾斜角取。（4）确定斜导柱的直径根据抽芯力Fc和斜导柱的倾斜角a可查相关表得到最大弯曲力Fw=1.

18、1KN，然后据Fw、a和Hw（侧型芯滑块所受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板的距离，该塑件为22mm），查相关表得斜导柱的直径d=10.78mm。（5）查（5）书，得斜导柱总长度计算Lz=L1+L2+L3+L4+L5 (3-7) =（d2/2）tan a+h/cos a+(d/2)tan a+S/sin a+(510) =tan+20/cos+10tan+20/sin+(510)=108mm 取Lz=110mm。式中 Lz-斜导柱总长度，mm； d2-斜导柱固定部分大端直径，mm； h-斜导柱固定板的厚度，mm； d-斜导柱工作部分的直径，mm； S-抽芯距，mm；（6）确定楔

19、紧块的a由于滑块移动方向与合模方向垂直，故a=a+（23）=1415，取a=15。（7）确定滑块装置的定位距离由于滑块移动方向与合模方向垂直，故滑块装置的定位距离S应等于实际抽芯距。 S=Lscos a=（Lz-L1-L2-L3-L5）cos=25 (3-8)式中 Ls-为斜导柱有效抽芯长度，mm； a斜导柱的倾斜角，取。图3-5 斜导柱4 浇注系统的设计普通=18.9mm(4-1)D-主流道大端直径（mm）; V-流经主流道的容体体积（cm）;K-为容提材料而异的常数， 主流道为圆锥体，锥度取4d=喷嘴孔径+1（mm）R=喷嘴球面半径+（23）mmr=13(mm)H=(1/32/5)R4.1

20、 【冷料井设计】冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。利用球头形的拉料杆配合冷料图4-2 冷凝料4.4【分流道设计】分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为

21、比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。在这里我们选择半圆形。4.4.1 分流道设计要点：（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。4.4.4 分流道的布局在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平

22、衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。它要求各对应部位的尺寸相等。这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。4.5 【浇口选择】浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。其主要作用是：（1） 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。（1） （2）成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免

23、缩孔、凹痕产生。（2） 浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。（3） 浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的

24、，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点绕口。分流道与浇口的连接。在利用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后选择了更具优势的浇口。浇口的选择5 分型面的选择与排气系统的设计5.1 【分型面的选择】 塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则： （1）分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。如果塑件的

25、壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。拔图5-1 分型面5.2 【排气糟的设计】 塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降， 6 合模导向机构的设计导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。定位作用：为避免装

26、配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先图6-1 导柱导套的配合7 脱模机构的设计在对该塑件进行脱模是必须遵循以下原则：1、因为塑料收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。2、用。有时根据塑件的需要，顶杆还可以参加塑件的成型，这时可以将顶杆做成与塑件某一部分相同形状或作为型芯。顶杆多用T8AV、T10A材料，头部淬火硬度达50H

27、RC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8微米，和顶杆孔呈H8/f8配合。所以采用推件板推出机构和推管，由于该塑件的脱模力不是太大，推杆的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸的大小，可以根据经验选取d=6mm的国标推杆（GB/T4169.11984），注意保证推出距离略大于型芯的突出长度23mm，即推出距离大于40m 。为了方便推杆的加工,且制件结构简单对称,采用圆截面的推杆。推杆如图7-1所示：图7-1 推杆8 温度调节系统的设计（1） 在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力低模具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料

28、的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的。（2） 提高模具温度可以改善塑件的表面质量。在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，根据塑料的要求，注射到模具内的塑料温度为2000C左右，而从模具中取出塑件的温度约为600C，温度降低是由于模具通入冷却水，将温度带走了，普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度因该塑料件使用的塑料是ABS，要求模温高，若模具温度过低则会影响塑料的流动性，增加剪切阻力，使塑件的内应力较大，甚至还出现冷流痕、银丝、注不满等缺陷。因此在注射开始时，为防止填充不足，充入温水或者模具加热。总之，要做到优质、

29、高效率生产，模具必须进行温度调节。对温度调节系统的要求：（1） 确定加热或是冷却；（2） 模温均一，塑件各部分同时冷却；（3） 采用低的模温，快速且大量通冷却水；温度调节系统应尽量结构简单，加工容易，成本低谦。8.1【模具冷却系统的设计】 根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。 另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：1、 浇口处加强冷却；2、 冷却水孔到型腔表面的距离相等；3、 冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；4、 冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。进

30、水口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在图8-1 水路9 模 具 的 装 配装配模具是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和

31、型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为0.050.15毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。9.1 【模具的装配顺序】（1）确定装配基准；（2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须

32、去磁并将零件擦拭干净；（3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。（4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；（5） 筒和喷嘴的加热根据工艺 注塑 在料筒中的塑料和模具达到预热温度时，就可以进行试注塑，观察注塑塑件的质量缺陷，分析导致缺陷的原因，调整工艺参数和其他技术参数，直至达到最佳状态。（8）模具的维护模具在使。那么优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致用过程中，会出现正常的磨损或不正常的磨损。不正常。装配滚动轴承

33、允许采用机油进行热装，油的温度不得超过1000C。9.2 【开模过程分析】注塑机推动推杆垫板兼顶管垫板使动定模分开，在导柱导向的情况下，动定模顺利分型，同时拉料杆拉断浇口，使塑件在推板和顶杆的作用下顺利脱出。闭合时，同样在导柱和导套的导向作用下通过顶柱使顶杆先于型腔复位。以免顶杆碰到型腔，损坏模具。结论通过对空心球柄塑料成型模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用CAD软件就是一例，新的工具的利用，大大提高了工作效率。总之，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：充分利用CAD技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。 要的联系邮箱ssigh