塑料端蓋注塑模具設計（含CAD圖紙源文件）,塑料,注塑,模具設計,cad,圖紙,源文件
哈爾濱理工大學
遠東學院
塑料成型工藝與模具設計
課程設計
設計課題
系 部：10級機電系
專 業(yè)：機械設計制造及其自動化
班 級：一 班
學生姓名：林 琳
指導教師：敖曉春
2013年8月21日
·設計任務
1、 設計任務
本課程設計為一塑料端蓋，如圖0-1所示。塑件結(jié)構(gòu)比較簡單，塑件技術要求是不允許有裂紋和變形缺陷，壁厚均勻，未注圓角R5，材料為聚乙烯（PE），生產(chǎn)批量為大批量。塑件公差按模具設計要求進行轉(zhuǎn)換。塑件如圖0-1所示。
圖0-1 塑件
2、 設計要求
（1） 塑件零件圖1張（另行分配）；
（2） 模具裝配圖1張（A0或A1）;
（3） 模具零件圖4——5張（必須有1張手工繪圖）凸模、凹模、型芯等；
（4） 設計說明書一份；
（5） 圖紙總量：至少2張A0。
目 錄
1塑件成型工藝分析...................................1
1.1塑件的分析.......................................1
1.2PE（聚乙烯）的性能分析............................1
1.3PE的注射成型過程及工藝參數(shù).......................2
2.擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機. ...................3
2.1分型面位置的確定. ................................3
2.2型腔數(shù)量和排列方式的確定. ........................3
2.3注射機型號的確定.................................3
3.澆注系統(tǒng)的設計. ...................................6
3.1澆注系統(tǒng)的組成...................................6
3.2澆注系統(tǒng)設計原則.................................6
3.3主流道的設計.....................................6
3.4分流道的設計 ....................................7
3.5澆口的設計.......................................8
3.6冷料穴的設計及計算. ..............................9
4.成型零件的結(jié)構(gòu)設計及計算. .........................9
4.1凹模的結(jié)構(gòu)設計 . ................................10
4.2成型零件的剛才選用. .............................13
4.3成型零件工作尺寸的計算. .........................11
4.4成型零件尺寸....................................12
5 脫模推出機構(gòu)的設計原則. ..........................12
5.1推出方式的確定..................................12
5.2推出結(jié)構(gòu)的設計..................................13
6.模架的選擇. ......................................13
6.1模架的選型......................................13
6.2各模板尺寸的確定................................13
6.3模架各尺寸的校核................................14
7．排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計...........................14
7.1排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計..........................14
7.2 冷卻系統(tǒng)的設計. ................................14
8.導向與定位結(jié)構(gòu)的設計. ............................15
9.總裝配圖的繪制. ..................................15
10設計心得. ........................................16
11參考文獻.........................................18
1.塑件成型工藝分析
1.1塑件的分析
（1）外形尺寸 該塑件壁厚為10mm，塑件外形尺寸為小型，塑料熔體流程不太長，塑件材料為熱塑性塑料，流動性較好，適合于注射成型。
（2）精度等級 一個長孔公差未標注，去公差為MT5，其他公差都已給出來。
（3）脫模斜度 PE即聚乙烯由乙烯單體經(jīng)聚合而成，是無臭、無謂、無毒的白色粉末。成型性良好，成型收縮率較小，參考文獻【1】表2-10選擇塑件上型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為Ⅰ。
1.2PE（聚乙烯）的性能分析
聚乙烯按聚合時搞的壓力不同分為高壓、中壓和低壓聚乙烯。目前習慣于按聚乙烯密度的不同分為高密度、中密度和低密度聚乙烯。經(jīng)擠出造粒成蠟狀半透明顆粒，外觀呈乳白色，密度為0.91～0.98g/cm3。聚乙烯是合成樹脂中產(chǎn)量最大、用途最廣的塑料品種，約占塑料總產(chǎn)量的30%，為塑料工業(yè)之冠。
聚乙烯特性及用途包括：
① 聚乙烯高頻絕緣性能優(yōu)異，由于其吸水性極小，介電性能與頻率、溫度及濕度無關，耐化學性較好，因此適于制造各種高頻通信電纜和海底電纜的絕緣層。
② 聚乙烯化學穩(wěn)定性較高，能耐大多數(shù)酸、堿及鹽的侵蝕，但不耐強氧酸的腐蝕。一般不溶于有機溶劑（除苯及汽油外），可用于制造化工設備的零部件、管道及容器等。
③ 聚乙烯的耐低溫性能好，在-60℃下仍具有較好的力學性能；聚乙烯不耐高溫，低密度聚乙烯（高壓聚乙烯，LDPE）的使用溫度在80℃以下，高密度聚乙烯（低壓聚乙烯，HDPE）的使用溫度在110℃以下。
④ 聚乙烯在熱、光及氧的作用下易發(fā)生老化，逐漸變脆，力學性能和點性能下降。在成型時，氧化會引起熔體黏度下降和變色，產(chǎn)生條紋，影響塑件質(zhì)量。因此，聚乙烯成型過程中需要添加抗氧化劑及紫外線吸收劑等。
參數(shù)
數(shù)值
參數(shù)
數(shù)值
密度ρ（kg*dmˉ3）
0.94——0.97
抗拉屈服強度δ/MPa
22——39
比體積V（dmˉ3*kg）
1.03——10.6
拉伸彈性模量Et（MPa）
（0.84——0.95）*103
吸水率24h/%
＜0.01
抗彎強度δf（MPa）
20.8——40
收縮率S
1.5——3.0
沖擊韌性α（kj*mˉ2）
不斷
熔點t（℃）
105——137
硬度（HB）
2.07邵D60——70
熱變形溫度t（℃）
60——82
體積電阻系數(shù)Pv（Ω*cm）
1013
1.3PE的注射成型過程及工藝參數(shù)
1.3.1注射成型過程
①成型前準備，對PE的色澤、粒度和均勻度經(jīng)行檢驗，PE成型前須經(jīng)行干燥處理溫度為60℃——80℃，干燥時間為2h。
②注射過程。塑料在注射劑料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具的型腔成型，其過程大致可以分為充模、壓實、倒流和冷卻五個階段。
③塑件的后處理（退火），退火處理班費為紅外線燈、烘箱，處理溫度為70℃，處理時間為2h——4h。
1.3.2注射工藝參數(shù)
①注射機：柱塞式
②料筒溫度t/℃：前段170——200；后段140——160.
③模具溫度t/℃：60——70；
④注射壓力（p/MPa）：60——100；
⑤成型時間s：注射時間15——60；高壓時間0——3；冷卻時間15——60；總周期40——140；
2.擬定模具的結(jié)構(gòu)形式和初選注射機
2.1分型面位置的確定
通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應該選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上。
2.2型腔數(shù)量和排列方式的確定
(1)型腔數(shù)量的確定 由于塑件的精度要求不高，且塑件的尺寸中等，初步設定為一模兩腔兩點進料的結(jié)構(gòu)形式。
(2)型腔排列形式的確定 該模具選擇是一模兩腔，垂直主流道，其型腔中心距的確定如圖所示。
(3)模具結(jié)構(gòu)形式的初步確定 由以上分析可知，本模具設計為一模兩腔，對稱排列，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)形狀及材料的性質(zhì)，推出機構(gòu)初選推件板以及推桿脫模方式。澆注系統(tǒng)設計時，流道采用對稱平衡式，澆口采用直澆口，熔融物料通過直澆口時還有摩擦生熱提高料溫的作用，使粘度進一步降低，有利于物料進行下一步的加工，綜上所述，可以確定采用單分型面注射模，垂直式主流道，直澆口，推桿以及推桿推出。
2.3注射機型號的確定
(1)注射量的計算
塑件的體積：V塑=158cm3
取 M=V=150g
(2)澆注系統(tǒng)凝料體積的初步計算
由于澆注系統(tǒng)的凝料在設計之前不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2到1倍來計算。由于本次設計采用的流道簡單而且比較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.3倍來計算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為
V總=1.6nV塑=1.6×158×2=505.6cm3
(3)選擇注射機
根據(jù)以上計算算出在一次注射過程中注入模具型腔的塑料的總體積為334.594cm3，由參考文獻式V公=V總/0.85=505.6/0.85=595cm3。根據(jù)以上的計算，初步選擇公稱注塑量為1000cm3,注射機型號為XS-ZY-1000液壓-機械式注射機，其主要技術參數(shù)見2-1。
表2-1 注射機主要技術參數(shù)
參數(shù) 數(shù)值 參數(shù) 數(shù)值
理論注射量/cm3 1000 移模行程/mm 200
螺桿直徑/mm 85 最大模具厚度/mm 700
注射壓力/Mpa 321 最小模具厚度/mm 300
注射速率/gs-1 120 拉桿內(nèi)向距/mm 650×650 螺桿轉(zhuǎn)速/r·min-1 0~220 噴嘴球半徑/mm 18
塑化能力 70 噴嘴孔直徑/mm 7.5
合模力/N 4500 定位孔直徑/mm 150
鎖模形式 穩(wěn)定式
(4)注射機的相關參數(shù)的校核
①注射壓力校核。由表C-4可知LD-PE 所需注射壓力為60~100Mpa這里取p=100Mpa,該注射機的公稱注射壓力p公=321Mpa，注射機系數(shù)k1=1.25-1.4，這里取k1=1.3，則：
K1=1.3×100=130Mpa
>W+110=110+110=270mm，查表取W3=220mm
因此對應的W=270mm，選擇對應L=400mm,模架的
查表選的L=400，根據(jù)表選擇DA型架，于是所選模架為W×L=270mm×400mm，由于所選尺寸比計算值大一些，為后面的冷卻水道，開模機構(gòu)等多一些空間。
6.2各模板尺寸的確定
（1）定模型腔板 塑件高度為35mm。考慮到模板上還要開設冷卻水道，還需留出足夠的距離，故定模型腔板厚度取90mm。
（2）型芯固定板，按模架標準板厚取40mm。
（3）墊塊尺寸墊塊=推出形成+推板厚度+桿固定板厚度+（5-10）mm=90-100mm，初步定為100mm。
其他尺寸按標準標注，如圖所示
6.3模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注塑機來校核模具的尺寸，
模具平面尺寸160mm×290mm<270mm×400mm,校核合格。
模具高度尺寸 310mm，300mm<310mm<450mm(模具最大厚度和最小厚度)
模具的開模行程S=H1+H2+(5-10)mm=25+40+(5-10)=70mm-75mm<350mm,校核合適。
7．排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計
7.1排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設計
該塑件采用直澆口進料，熔體經(jīng)過分流道向兩周充滿型腔，分流道連著型腔，其配合間隙可作為氣體排出方式，不會在頂部產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時，型腔的氣體會沿著分型面、型芯和推件板之間的間隙向外排出。
7.2 冷卻系統(tǒng)的設計
冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只能進行簡單的計算。設計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)出的熱量，按單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時候所放出的熱量應該等于冷卻水所帶走的熱量。
7.2.1 冷卻介質(zhì)
聚乙烯屬于流動性好的材料，其不耐高溫，低密度聚乙烯的使用溫度在80度以下，高密度聚乙烯在110度以下。所以用常溫水對模具進行冷卻。
8. 導向與定位結(jié)構(gòu)的設計
注射摸的導向機構(gòu)用于動定模之間的開合模導向機構(gòu)的運動導向，按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈與注射劑相配合，使模具的澆口套能與注射劑噴嘴精確定位；而模內(nèi)定位機構(gòu)則通過導柱導套進行合模定位。錐面定位則用于動、定模之間的精密定位。磨具所成型的塑件比較簡單，磨具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所攜帶的定位機構(gòu)。‘
9.總裝配圖的繪制
經(jīng)過上述一系列的計算和繪圖，把設計結(jié)果用總裝配圖表示模具結(jié)構(gòu)，裝配圖的主視圖、俯視圖和左視圖如圖所示：
10設計心得
本次課程設計是在畢業(yè)前最后一次課程設計，在為期將近一個月的設計過程中，我得到了很多關于注塑模設計的心得體會。本次課程設計相對之前的設計是比較復雜的，設計過程中遇到很多問題，這其中也不免有設計錯誤和由于設計順序不當造成的重新計算和選取注塑機和模架的過程。
在課程設計開始之前，我們就知道這次課程設計和以往有所不同，不僅僅體現(xiàn)一般課程設計就一個學分而模具設計兩個學分，如果說大二時做的課設設計是屬于機械專業(yè)的話，那么模具課程設計非材控專業(yè)莫屬。大三這一年中，我們學了很多專業(yè)課，大多數(shù)和塑料機械、高分子材料有關。注塑成型機械塑料成型機械中占有重要地位，因此，作為材控的學生，要想學好專業(yè)知識，注塑成型機械必須的好好去掌握。
在剛剛上完課程設計之后，我們知道接下來兩周任務的繁重，從一開始的找資料了解，到一步一步開始計算，再到一步一步地畫圖，這個過程我復習了很多之前學過的知識。
在弄說明書之前，我先找資料和上網(wǎng)了解HIPS（高沖擊強度聚苯乙烯）的基本性能和加工性能，了解HIPS在實際應用中的背景，他可以很好的彌補聚苯乙烯強度和硬度的缺陷，使得聚苯乙烯的抗沖擊性得到很大的提高，同時了解到HIPS的熔融溫度、成型溫度等加工性能，為下一步的設計做好好一點基礎。
在一開始找資料的過程中，我深深的體會到一個道理，信息追多而要追求精，在現(xiàn)在信息化大大發(fā)展的趨勢中，無可置疑這是一個好消息，同時也是一把雙刃劍，由于過多信息的存在，會讓我們尋找信息的時候迷失方向，因此，平時找信息時要做一個總結(jié)，比如那類信息在那個地方比較權(quán)威比較齊全等。這樣才能迅速而效率的找到資料，我發(fā)現(xiàn)在這次課程設計中，雖然查找資料也花費挺長時間，但是比以前進步了，因為日現(xiàn)在怎么查文本資料、查教材資料、查論文資料。
接著就是畫圖部分，我比較詳細的看了模具指導書，著重了解課設計所需的步驟，根據(jù)大二做減速器課程設計的經(jīng)驗，先把尺寸計算好在畫圖，因為一級減速箱結(jié)構(gòu)簡單，因此計算尺寸以后，只要尺寸計算合理，在畫圖的時候基本不用修改，但注塑模具不太一樣，因為一套模具零件比減速箱復雜的很多，而且結(jié)構(gòu)緊湊，對于第一次接觸模具設計的人來說，步驟是先設計后畫圖，而且畫圖過程中會修改一些尺寸，比如冷卻水道在畫裝配圖的時候要修改和很多次。
最開始先用PRO/E畫塑件三維圖，對塑件進行體積、質(zhì)量分析，由于之前的SRP中學到三維建模的基本操作，所以自己很快就可以把塑件三維圖畫出來，這說明學會一切必備的軟件對設計工作很有幫助，我會繼續(xù)學習PEO/E其他的建快，如曲面建模、裝配圖、工程圖等，爭取在畢業(yè)出去工作時，能對PRO/E算得上入門，為以后的工作打下基礎。
在畫裝配圖和零件圖的時候，用到的是AUTOCAD,CAD大一的時候?qū)W過一點，平時用的不多，大二的時候曾經(jīng)有幾天幫同學畫幾個才能加比賽的三維圖，但當時僅僅是掌握平時直線、圓、剪切、拉伸鏡像等很簡單的操作，面對圖層的設置、文字樣式、標注樣式、等這些還沒有掌握，在畫圖的過程中，如果用到我不會的操作，我都是先百度CAD的操作，然后自己試試，如果自己通過以上嘗試還是不能掌握操作的話，才去請教同學。從前畫圖很慢，操作不熟的現(xiàn)像中，我發(fā)現(xiàn)自己在CAD這塊確實要花很多時間去學習，值得欣慰的是，再用課時3天的是時間后，我對畫模具裝配圖大大多數(shù)操作都已經(jīng)比較熟練，常用的操作還可以用快捷鍵去做，在5天的使用時間之后，發(fā)現(xiàn)自己實用CAD的能力有了一定的提高，但是，CAD里邊還有很多很多的功能沒用到，在以后學習和工作中，必須的不斷學會。
在這次課程設計中，還用到了MoidFlow模擬沖模軟件，這個軟件完全是從零開始，當時就掌握了所畫的塑件點澆口沖模模擬，發(fā)現(xiàn)不管把點澆口放到什么位置，沖模過程都很快很好，不知道是不是我哪里設置的不對，對著門軟件真的掌握的很少，由于畫圖的時間很緊，也沒有去好好的看完下載的教程視頻，以后再好好的掌握下基本操作。
這次課程設計和以前的課程設計不要打一樣，而且我做課程設計的時候也和以前不大一樣，在這次課程設計中，當遇到為題的時候，我先是自己思考，然后找資料，致力于解決問題，如果自己搞不定的話，才去問同學，而不像以前做課程設計那樣經(jīng)常問同學，在這次是課程設計中，雖然問同學少了很多，但發(fā)現(xiàn)自己卻取得比以前課程設計更大的進步，因為通過自己思考，可以對解決問題的過程有更深的印象，是的CAD使用能力，畫工程主圖能力有了明顯提高，我知道香一個優(yōu)秀的人必須要不斷培養(yǎng)自己解決能力的能力。
通過本次設計，在一定程度上掌握了注塑模設計的一般步驟，了解到從整體的角度去設計和選取，考慮地更細致更縝密。對注射模具和各部分結(jié)構(gòu)有了更深一層的認識，此外，由于本次裝配圖和零件圖的繪制過程中有用到繪圖軟件，故我對AutoCAD和pro/e軟件的掌握有了提高，同時對工程制圖進行了復習和加固。
參考文獻
1) 申開智，塑料成型模具（第二版），中國輕工業(yè)出版社，2006.
2) 陳金昌，畫法幾何與機械制圖，華南理工大學出版社，2008.
3) 譚雪晨等，新編塑料模具設計手冊，人民郵電出版社，2007.
4) 吳先明等，塑料模具設計指導（第二版），國防工業(yè)出版社，2010.
5) 劉燕華等，聚合物成型機械，中國輕工業(yè)出版社，2009.
6) 吳志華等，高分子材料成型工藝學，四川大學出版社，2010.
7) 陳培麗，工程材料及熱加工高等教育出版社，2009.
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