毕业设计论文刷座注塑模具设计与工艺分析含

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1、全日制普通本科生毕业设计刷座注射工艺分析及模具设计ANALYSIS OF THE INJECTION PROCESS AND MOULD DESIGN OF THE BRUSH BASE由于部分原因，说明书删除部分，完整版说明书，CAD图纸，联系153893706学生姓名：学 号： 年级专业及班级：2008级机械设计制造及其自动化 指导老师及职称：提交日期：2012 年5 月刷座注塑模具设计与工艺分析 摘 要：塑料行业是当今世界增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大的意义。详细介绍了刷座注塑模具设计的整个过程。首先通

2、过对塑件的结构和成型工艺分析，确定塑件的分型面和浇口结构；然后再进行模具零件设计。而在结构设计方面，重点阐述了齿轮齿条抽芯设计要点，模具结构紧凑，合理。 关键词：注塑模具设计；工艺分析；分型面Analysis of Injection Process and Design for The brush base Abstract:Nowadays,plastic industry is one of industry sectors which grow fastest in the word.In this field,injection mold grows faster than the

3、others.Thus,studying injection mold plays the important role in the knowledge of plastic productive and improving the product quality.This article detailed introduction of the whole process in the mold design.First,though study analysis of plastic structure and forming process,plastic parting surfac

4、e and gate structure can be determined.Then the article introduces the brush base of mold design.In the structural design,the article emphasis on the points of core-pulling mechanism of gear and rack design.The requirement of mold structures are compact and reasonable. Keywords:Injection mold design

5、;Industrial analysis;Divide the profile1 概述1.1 国际、国内塑料模具成型发展概况 我国的模具技术却滞后国外尤其是发达国家几十年了。据国际上分析模具统计数据，可以看到根据数据的来源不同，相应的定义与分类产均有所不同。1996年的一项国与国之间模具贸易的研究显示了，美国以29.86亿美元的贸易额排名第一，日本以21.25亿美元排名第2位，德国以13.2亿美元排名第3位。 近年来，中国塑料工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量位居世界第二。塑料制品在农业、塑料包装、塑料管材和异型材、汽车、家电、电子、交通等领域发展迅猛，掀起了一股投资热潮。1.2

6、塑料模具设计方法主要发展方向 模具设计长期以来依靠人的经验和机械制图来完成。自从二十世纪八十年代中国发展模具计算机辅助设计（CAD）技术以来，这项技术已获得认可，并且得到来快的发展。九十年代开始发展的模具计算机辅助工程分析（CAE）企业应用CAD技术，已从二维设计发展到三维设计，三维设计已达70%以上。中国大部分企业还停留在二维设计的水平上，能进行三维设计的企业还不到20%。CAE软件在国外应用已较普遍，国内应用还比较少，用于预测零件成形过程中可能发展缺陷的水平还比较低。 除了模具CAD/CAE技术之外，模具工艺设计也非常重要。计算机辅助工艺设计（CAPP）技术已开始在中国模具企业中应用。由于

7、大部分模具都是单件生产，其工艺规程有别于批量生产的产品，因此应用CAPP技术难度较大，模具企业必须做好开发【1】。虽然CAPP技术应用和推广的难度比CAD和CAE为高，但也必须重视这一发展方向。1.3 毕业设计课题资料查询1.3.1 分析塑件结构及工艺技术要求图1 塑件工程图Figl plastics engineering drawings 由图可知，塑件结构属于弯管件塑件为弯管件，需要采用组合式型芯来进行抽芯工序。而且凸台上还分布有很多盲孔不觉需要抽芯，为了避免进行多次斜抽芯而造成模具的复杂性，可以考虑将凸台面水平放置。这样，凸台上面的孔的抽芯方向和脱模方向相同了。此外，塑件下半部分管面设

8、计成25的锥面，是为了脱模能顺利完成。2塑件的工艺技术要求包括： 塑料的材料为：硬PVC; 尺寸公差按SJ137278,8SEY 处理; 大批量生产；1.3.2 注塑机的技术规格 在按收客户订货时，客户必须对所用注射机提出明确的规格。在所提供的注射机规格中应包括以下内容： 注射机型号及生产厂家； 注射机最大注射容积（最大注射量）； 注射机锁模力； 注射机喷嘴球面半径及喷嘴孔径； 注射机定位孔直径 注射机拉杆内间炬； 注射机容模量（允许的模具最大、最小闭合高度）； 注射机的顶出方式（液压顶出或机械顶出以及顶出点位置、顶杆直径）； 注射机开模行程及最大开距； 必要时还要提供注射机顶出行程及顶出力。

9、1.3.3 塑件加工性能和工艺性能 材料主要性能分述： PVC是一种分子对热不稳定的树脂，纯PVC在空气中100时就开始降解，随着温度的升高降解加剧分解出HCL，HCL又进一步促进PVC分解，所以在PVC加工中必须加入热稳定剂方可使加工得以顺利。 PVC耐热性差，粘度大、流动性差，容易滞留于死角中造成分解、烧焦，此外，由于熔体粘结力差，难于得到理想表面，必须加入高分子助剂。 PVC抗冲击强度差，加入改性剂要求是在室温下能有高强性的高聚合物，且必须与PVC有一定互容能力形成两项结构共混物，从而改善制品的冲击强度、加工性能、耐候性能及焊接角的强度2。PVC材料性质英文名字：poly vingl c

10、hloride密度：1.351.45g/cm3成型收缩率：0.50.7%成型温度：180210C干燥条件：701小时比热容：1260J/(kg.k)导热率：0.210W/(m.k)注射压力：30160Mpa注射速度：一般取中低速螺杆转速：最大速度折合线速度为0.25m/s模具温度：3060保压力：为注射压力的40%60%冷却时间：10.1S制件公差等级：SJ137278.8级喷嘴孔孔径：大与5mm1.3.4 塑件收缩及补缩问题，尽量减少残余内应力和翘曲变形。 由于PVC塑料中的氯乙极性分子吸水，会造成充型后收缩较大，因此原料必须进行干燥，干燥温度85左右，时间2小时以上。 充型过程中，若充弄压

11、力和速度较大，模具各部位温度剃度变化比较大都会引起内应力的增加，因此，需选用合适的允型压力和速度，且加热，冷却系统要设置合理以减少残余内应力和翘曲变形。1.3.5 塑料对模具温度的要求 由于材料的成型接近分解温度，故必须控制尽可能用较低的温度进行注射，同时也应尽可能的缩短注塑周期，以减少熔料在料筒内的滞留时间由于PVC本身耐热性差，料在料筒内长时间受3，会降解析出氯化氢使胶件变黄甚至产生黑点，并且氯化氢对模腔有腐蚀作用，所以要经常清洗模腔及机头死角位。模具温度尽可能低（通常运冻水，控制模温在3045），以缩短成型周期以及减少胶件出模后变形，必要时借助定型模缩水模来较正控制变形。1.3.6 模具

12、材料 塑料模具钢的选用应根据所成型的塑料种类，被成型塑料制品的形状、尺寸、精度、质量及数量的不同要求，同时要考虑创造模具的条件和加工方法，选用不同类型的钢材，如渗碳钢、调质钢、高碳工具钢、耐蚀钢、低碳马氏体时效钢4。根据塑料注射模具设计使用手册表6.1，选择渗碳钢12grni2。1.3.7 模具的热量损耗，冷却水用量，生产效率 模具型腔中的温度是注塑成型中重要的因素之一，它在很大程度上决定着注塑成型周期，即生产效率。如果模具热时损耗大，则熔融塑料在型腔中的表关粘度增加，也就是流动阻力加大，这就使成型周期增加；若模具损耗热量很小，而冷却水的循环又不能使模具温度降低至熔融塑料的分解温度之下，此时，

13、塑料将会分解，对于一些塑料分解的气体还会对模具型腔表面腐蚀等损5。因此，必须根据具体模具的热量损耗情况决定冷却水用量，以提高注塑成型的生产效率。1.4 毕业设计思想简述 本次毕业设计主要是利用已学的专业基础知识和专业知识来进行塑料注塑模具设计。这次的设计要求独立完成任务，达到能基本独立完成一套简单模具的设计的目的。其主要内容是注射模的成型零部件，浇注系统，导向部件，脱模机构和分型抽芯机构等等的设计。同时，在这个过程中，需要通过各种途径进行查阅有关模具的各种参数，如结构参数，成型，热平衡等等。然后充分利用计算机辅助工具CADCAE进行塑件的造型和流体模拟分析。最终设计出一副能达到使用要求的模具。

14、2 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计2.1 成型塑料制件结构工艺性分析 尺寸精度分析：由1.1节可知，塑件尺寸精度等级按尺寸公差按sj137278，8级处理。而模具的制造精度等级比塑料制品的精度高23等级，因此，模具的尺寸精度等级取6级进行制造。 精糙度：由塑料制件的粗糙度确定模具的粗糙度，查得此材料的加工粗糙度的范围为（0.23.2），考虑到分型时，将塑件留在动模内，因此分型面下方即凹模型腔的粗糙度比上模的粗糙度低一级可取下模型腔的粗糙度为Ra0.8mm，上模粗糙度Ra0.4mm。 塑料制件结构设计：塑件为弯管件，因此不可避免侧向分型和抽芯，只能采用组合式型芯，并用齿轮，齿条机构进行斜抽芯

15、，使模具结构简6。 斜度设计：为了便于脱模，选择中心线为设计基准，在塑件的下半部分用用了一段斜度的锥面，由于硬PVC 属于硬材料，其斜度设为1.75，而上模凸台部分脱模高度尺寸为（610）mm，因此选用斜度为2.5。 壁厚：查得PVC材料的壁厚最大和最小允许值为（1.55.0mm），塑件壁厚属均匀，在厚度无法满足其强度时，可适当增加薄壁的厚度以增加起强度。2.2 型腔工艺分析2.2.1 型腔数量的决定（型腔数必需同时满足：交货期、注塑机最大注塑质量、注塑机的塑化能力、锁模力和模板尺寸) (1)由交货期计算型腔数 式中：1.05故障系数（以计） 一副模具定货量（件） 成型周期20s（包括注射2.

16、5s、冷却时间10.1s，开模取制件时间7s） 从定货到交货时间（5月） 模具制造时间（2月） 所在厂的每月工作时间计（600h） 所以代入相关数据得： (1)(2)根据注塑机最大注塑质量求型腔数预选注塑机型号为：SZ500/1200，非聚苯乙烯塑料其最大注塑量计算： 实际注塑量：m=85%m（注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流时，再考虑安全系数取为机器最大注塑能力的85%）。型腔数量计算：式中：p常温下某塑料的密度g/cmp常温下聚苯乙烯的密度g/cmq：1个塑件与均分到浇注系统的质量之和，当n不到1时则应改用较大的机器。m（g）：是指注塑在常温下密度为1.05g/cm的普通聚苯乙

17、烯的对空注塑量因此将数据代入公式可得： (2)考虑到模具结构的尺寸，取n=2(3)根据塑化能力求型腔数模具的注塑容量还必须与注塑机的塑化能力相匹配。型腔数：式中：G塑化能力，kg/h X每分钟的注塑次数，x=60/t t成型周期（s）将数据代入公式可得：结论：根据交货期、注塑机最大注塑质量、以及塑化能力的计算，决定采用一模两腔的模具结构。(4)锁模力的校核型腔压力计算：p=kp P模具型腔及流道内塑料融体平均压力，MP P注塑机料简内螺杆或柱塞施于塑料用体的压力，MPK损耗系数。随塑料品种、注塑机形式、喷嘴阻力、模具流道阻力而不同，其值在1213范围内选取。螺杆式注塑机的值较柱塞式为大，直通喷

18、嘴比弹簧喷嘴的K大。代入公式进行计算得：(5)型腔压力P的经验值确定：通用塑料生产中小型制品，P2040 MPa；在作较详细计算时，应根据具体情况由由经验决定流程愈长，壁愈薄的塑件则需要较大的注塑压力，即需要更大的锁模力。锁模力计算：F注塑机的额定锁模力，KNA制件加上注系统在分型面上的总投影面积，cm2将数据代入公式可得： (3)2.2.2 型腔布置采用一模两腔，通过确定注射机的型号，技术参数，计算出型腔数目为2；可以提升注塑件的产能。2.2.3 确定分型面（有分形面的图，满足充型质量图形说明、模 具最简化：抽芯）分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。(1

19、)型腔分型面位置的设计考虑主要如下问题：外表质量：分型面优选在塑件接触面最大的地方。方便脱模：由于塑件结构为筒形，故需要进行较长距离的抽拔型芯。因此将制件留在动模边。考虑侧向抽芯距离和模具结构复杂性：由于此结构属于弯管类的结构，因此需要进行斜向抽芯，并且需要采用组合式型芯，使模具结构简化。排气：，大部分气泡聚集在孔内部，因此，可以考虑将分型面设置在孔口处，即能够使料流在孔的末端，达到排气的作用，从而能减少充型时的气泡数量。因此，该塑件设有两个分型面。由于凹台水平放置，且接触面最大，适宜分型，故设一水平分型面；由于塑件属于弯管件，为方便抽芯，应设一斜分析7。如图2所示；图2 分型面选择Fig2

20、mouldjoint choose (2)确定浇注系统和排气系统在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：（1）塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。（2）模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。（3）塑件大小及形状：根据塑件大小，开关壁厚，技术桪等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而是采取相应的措施或留有修整的余地。（4）塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方

21、便，同时不影响塑件的外表美观。（5）注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。（6）成型效率：在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。（7）冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。2.2.4 主流道和主流道衬套结构主流道固化时间要求：为了有效地传递保压压力，浇注系统主流道及其附近的塑料熔体应该最后固化。 卧式注塑机主流道结构设

22、计要点：锥角、粗糙度加工划痕方向要求：圆锥形主流道，锥角=24；内壁粗糙度值Ra=0.4m以8；机械加式划痕不得垂直于脱出方向；加工腐蚀性材料还应将流道的内孔镀铬。 主流道与喷嘴结构：接触处多作成半球形的凹坑，凹坑球半径R2应比喷嘴球头半径R1大12mm。 主流道小端直径：应比注塑机喷出孔直径约大0.51mm常取4-8mm。 主流道大端直径：应比分流道深度大15mm以上，锥角一般取26。主流道村套结构：设计成独立的具体要求如下：挠口套与注射机喷嘴的接触部分有两种形式，一种为平面接触，另一种为球面接触。平面接触的主要优点是接触面积较大，密封较好，塑料不易外溢。其缺点是，若注射机的精度不高，容易造

23、成喷嘴孔与浇口套孔不同轴。球面接触喷嘴与浇口套的接触面积较小，若配合不当，容易造成塑料外溢，但由于它能自动调整注射机的偏差，所以在注射机精度不高的下情况也能正常应9。球面接触的浇口套，在正常情况下，浇口套端部的球面半径应大于注射机喷嘴的球面半径，浇口套锥孔的小端直径应大于注射机喷嘴孔径，球面深度35。浇口套上有关主流道部分的设计及其参数，可参照7.3主流道设计。同时要考虑到在注射过程中，为了能充分保压及补缩，主流道部分的塑料应最后固化。表1 塑料模具技术手册 Table 1 Plastic mold technical manual 计算公式 符合物理意义计算处理主流道的体积流率（cm3/s)

24、模具成型塑件体积，通常取注射机的公称注射量注射时间剪切速率 根据以上要求可以选择主流道衬套结构如下：图3 衬套结构Fig3 bush configurational具体尺寸参照塑料模具设计。根据具体的模具结构设计以下尺寸：L1=26mm,L2=36mm,d=26mm定位圈和浇口套的固定方式： 图4 定位圈和浇口套固定方式Fig4 orientatrion and water muzzle fixation fashion冷料井类型和结构 冷料井功用：使冷料不进人分流道和型腔。 冷料井结构：冷料井的底部或四周常作成曲折的钩形或侧向凹槽，使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中拉出留在动模上。2.

25、2.5 主流道、分流道系统设计 此处已删除前后方向，同时向上运动向外分开。由于瓣合模人前后面设计为斜面，为了运动的精确度，还需设计一燕尾槽进行导向作17。具体结构见下图：图8 侧向分型设计Fig8 sidefavar centmoel contrive（2）抽芯机构设计： 本结构的型芯需设计三套，其中的两套型芯所涉及的抽芯是在开模方向进行的，机构比较简单，这里不做详述。需要重点设计的是其中一套需要进行斜抽芯的机18。由于此斜抽芯的所需抽拔距离比较大，因此决定采用齿轮齿条进行抽芯。图9 抽芯机构设计Fig9 takeoutcore frameworkl contrive如图所示，齿形通常采用渐开

26、线短齿。模 数在1-3.5mm之间选取，较多采用2-3mm 传动齿条装于模外时，齿条端应有压紧装置，力以防受变形，传动齿条装于模内时，齿条应设有止转定位销，防止齿条和齿轮错19。合模后，齿条应与齿轮轴脱开，齿轮滑块由定位销定位。（3）齿轮齿条的设计：齿轮模数取m=2；齿数Z=20分度圆直径为：220=40齿顶圆直径为：40+2m=40+4=44齿条齿顶高为：ha=mh=21=2齿根高为hf=ha+cm=2+0.252=2.5（4）轴承的设计根据结构，设计轴承套基本尺寸为d=30mm标记：GB/T 27694图10 轴承设计Fig10 axletree contrive（5） 销形定位装置设计：

27、决定选用销钉基本尺寸d=8mm图11 定位装置设计Fig11 orientation based contrive 弹簧参数为1.511508 型号：GB/T1973.31989小型圆柱螺旋压缩弹20 以上参数代表：钢丝直径平均直径自由长度圈数 由此可计算得出节距为p=7mm，后给予一个顶紧力，使弹簧压缩后的长度为40 弹性挡圈轴径为d=28；材料为65Mn；热处理为4451HRC；标记为挡圈GB894.1 轴和轴承及个零件的结构关系见图12： 图12 轴和轴承结构关系Fig 12 configuration conncetion4.6模具主要连接、定位、导向设计4.6.1模具主要连接件选择或

28、设计（1） 螺钉 连接推杆固定板内六角螺钉规格：GB/T7085 M1226 连接动模板，支架以及动模固定板内六角柱头螺钉螺纹规格：GB7085 M16140连接定模板，以及定模固定板的内六角螺钉规格：GB7085 M1637 连接定位圈，定模固定板的内六角螺钉规格：GB7085 M（2）螺栓 连接齿轮固定板和动模板的螺栓4个，规格：GB2788 M835。连接定模固定板和齿条的螺栓2个；规格：GB2788 M8704.6.2 模具主要定位件选择或设计（1）销钉连接定模固定板和定模板的销钉选择2个，GB/T11986A1240圆柱销；材料为35钢；公称直径为d=12；长度1=40。连接齿轮固定

29、板的销钉2个，GB/T11986A830；材料为35钢。 （2）支承钉：起支承推板作用，同时对推板限位的作21。选择D=18mm，采用A型支承钉，规格为JB/T8028.21999，材料为T8，热处理为HRC5560。备注：其他技术条件按JB/T84.6.3 模具主要导向件选择或设计导柱导套的组合形式：图13 导柱导套组合形式Fig13 mastr and convention assembled（1）导柱的结构：图14 导柱结构Fig14 mastr configuration（2）导套的结构：定模导柱导套选择d基本尺寸为32，导柱L为180，导柱为GB4169.484；导套为GB4163.

30、484。推板动模板导柱导套d基本尺寸为16，导柱L为160。4.7 模具冷却系统设计（1）被传导进模腔的总热量：塑件的体积为 浇道系统的体积为 考虑模具为一模两腔，因此，可得每次注射量为G=0.05Kg由表查得PVC材料的潜热为设注射时间为，冷却时间为，开模取塑件的时间7s由此，每小时的注塑次数为n=3600/20=180次将以上数据代入公式 (18) （2）通过自然冷却传导传出的热量：通过对其模具面积的计算可得模具侧面的面积为 ，对合面积再由设定的、得开模率为： 故得散热面积：设模具平均温度为60，室温20将以上数据代入公式得对流所散发带出的热量： （3）由辐射散发走的热量： (19)式中：

31、为模具四侧面面积 为辐射率，磨光表面代入公式可得： （4）向注塑机工作台传走的热量： (20) 式中，模具与工作台接触面积m2 a传热系数，可使用以下经验值 普通钢a=140(W/m2) 合金钢a=105(W/m2) 铜金钢a=163(W/m2) 将、代入以上公式得： (21) 由上可知： 向型腔传入的热量可由模具和注塑机带走，因此不需要再进行冷却系统设22。鉴于传走的热量太，因此，需要在模板和工作台面加石棉，假设加入的石棉垫为1mm，此时，利用公式： 式中：隔热垫厚度（m） 隔热材料的导热系数 模具总高度的一半（m） 模具材料导热系数将，代入上公式可得： 再将其代入中公式可得： 此时 c+L

32、+R=70.85+5.19+2914.5=2990kj 2947.8kj (22)可知，此时模具已基本达到热平衡。5 总结模具设计是一项具有相当脑力的工作，同时，设计任务工作量非常大。因此，要设计一套合格的模具，设计人员不但 要具有一个工程人员的耐心和细心的基本素质，同时还需要设计人员具备相当广泛和牢固的基础知识和专业知识。在本次的设计过程中，最关键的还是在考虑分型和侧抽芯的方面。因为塑件是弯管件，具有特殊的形状。最后考虑模具的结构简单、紧凑、效率性，将它设计为齿轮齿条斜抽芯，推杆推瓣合模分型的结构。参考文献1屈华昌.塑料成型工艺与模具设计M.机械工业出版社.2007:1-88.2唐志玉.塑料

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36、李蓓智.先进制造技术M,高等教育出版社.2007:15-25.致 谢经过这几个月的忙碌，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有导师的督促指导，想要完成这个设计是非常困难的。在这里我首先要感谢我的指导老师陈文凯老师。他平日里工作繁多，但在我们做毕业设计的每个阶段，他都给予了我们悉心的帮助和指导。由于我们这一组的同学非常多，因此，每次设计指导都需要好几个小时，有时甚至到了中午就餐的时候，陈老师还在继续在我们指导、答疑。我还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢在设计过程中帮助我所有的同学们，正是因为有了互助和支持，本次的毕业设计才会顺利完成。最后感谢湖南农大四年来对我的大力栽培。