塑料端蓋注塑模具設(shè)計(jì)（含CAD圖紙?jiān)次募?塑料,注塑,模具設(shè)計(jì),cad,圖紙,源文件
哈爾濱理工大學(xué)
遠(yuǎn)東學(xué)院
塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)
課程設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)課題
系 部：10級(jí)機(jī)電系
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)：一 班
學(xué)生姓名：林 琳
指導(dǎo)教師：敖曉春
2013年8月21日
·設(shè)計(jì)任務(wù)
1、 設(shè)計(jì)任務(wù)
本課程設(shè)計(jì)為一塑料端蓋，如圖0-1所示。塑件結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，塑件技術(shù)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(shè)計(jì)要求進(jìn)行轉(zhuǎn)換。塑件如圖0-1所示。
圖0-1 塑件
2、 設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)說(shuō)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(guò)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(jī). ...................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(jī)型號(hào)的確定.................................3
3.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì). ...................................6
3.1澆注系統(tǒng)的組成...................................6
3.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則.................................6
3.3主流道的設(shè)計(jì).....................................6
3.4分流道的設(shè)計(jì) ....................................7
3.5澆口的設(shè)計(jì).......................................8
3.6冷料穴的設(shè)計(jì)及計(jì)算. ..............................9
4.成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及計(jì)算. .........................9
4.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . ................................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(jì)算. .........................11
4.4成型零件尺寸....................................12
5 脫模推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則. ..........................12
5.1推出方式的確定..................................12
5.2推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)..................................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(shè)計(jì)...........................14
7.1排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)..........................14
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì). ................................14
8.導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì). ............................15
9.總裝配圖的繪制. ..................................15
10設(shè)計(jì)心得. ........................................16
11參考文獻(xiàn).........................................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(zhǎng)，塑件材料為熱塑性塑料，流動(dòng)性較好，適合于注射成型。
（2）精度等級(jí) 一個(gè)長(zhǎng)孔公差未標(biāo)注，去公差為MT5，其他公差都已給出來(lái)。
（3）脫模斜度 PE即聚乙烯由乙烯單體經(jīng)聚合而成，是無(wú)臭、無(wú)謂、無(wú)毒的白色粉末。成型性良好，成型收縮率較小，參考文獻(xiàn)【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(shí)搞的壓力不同分為高壓、中壓和低壓聚乙烯。目前習(xí)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(wú)關(guān)，耐化學(xué)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(xué)穩(wěn)定性較高，能耐大多數(shù)酸、堿及鹽的侵蝕，但不耐強(qiáng)氧酸的腐蝕。一般不溶于有機(jī)溶劑（除苯及汽油外），可用于制造化工設(shè)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(xué)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(xué)性能和點(diǎn)性能下降。在成型時(shí)，氧化會(huì)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(guò)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(qiáng)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(qiáng)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(diǎn)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(guò)程及工藝參數(shù)
1.3.1注射成型過(guò)程
①成型前準(zhǔn)備，對(duì)PE的色澤、粒度和均勻度經(jīng)行檢驗(yàn)，PE成型前須經(jīng)行干燥處理溫度為60℃——80℃，干燥時(shí)間為2h。
②注射過(guò)程。塑料在注射劑料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具的型腔成型，其過(guò)程大致可以分為充模、壓實(shí)、倒流和冷卻五個(gè)階段。
③塑件的后處理（退火），退火處理班費(fèi)為紅外線燈、烘箱，處理溫度為70℃，處理時(shí)間為2h——4h。
1.3.2注射工藝參數(shù)
①注射機(jī)：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(shí)間s：注射時(shí)間15——60；高壓時(shí)間0——3；冷卻時(shí)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(jī)
2.1分型面位置的確定
通過(guò)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)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(shè)定為一模兩腔兩點(diǎn)進(jìn)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(shè)計(jì)為一模兩腔，對(duì)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(jī)構(gòu)初選推件板以及推桿脫模方式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，流道采用對(duì)稱平衡式，澆口采用直澆口，熔融物料通過(guò)直澆口時(shí)還有摩擦生熱提高料溫的作用，使粘度進(jìn)一步降低，有利于物料進(jìn)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(jī)型號(hào)的確定
(1)注射量的計(jì)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(jì)算
由于澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前不能確定準(zhǔn)確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2到1倍來(lái)計(jì)算。由于本次設(shè)計(jì)采用的流道簡(jiǎn)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(lái)計(jì)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(jī)
根據(jù)以上計(jì)算算出在一次注射過(guò)程中注入模具型腔的塑料的總體積為334.594cm3，由參考文獻(xiàn)式V公=V總/0.85=505.6/0.85=595cm3。根據(jù)以上的計(jì)算，初步選擇公稱注塑量為1000cm3,注射機(jī)型號(hào)為XS-ZY-1000液壓-機(jī)械式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見2-1。
表2-1 注射機(jī)主要技術(shù)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(jī)的相關(guān)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(jī)的公稱注射壓力p公=321Mpa，注射機(jī)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(duì)應(yīng)的W=270mm，選擇對(duì)應(yīng)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(jì)算值大一些，為后面的冷卻水道，開模機(jī)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(shè)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)標(biāo)注，如圖所示
6.3模架各尺寸的校核
根據(jù)所選注塑機(jī)來(lái)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(shè)計(jì)
7.1排氣槽及冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
該塑件采用直澆口進(jìn)料，熔體經(jīng)過(guò)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(huì)在頂部產(chǎn)生憋氣現(xiàn)象。同時(shí)，型腔的氣體會(huì)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(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)的計(jì)算很麻煩，在此只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算。設(shè)計(jì)時(shí)忽略模具因空氣對(duì)流、輻射以及與注射機(jī)接觸所散發(fā)出的熱量，按單位時(shí)間內(nèi)塑料熔體凝固時(shí)候所放出的熱量應(yīng)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(dòng)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(duì)模具進(jìn)行冷卻。
8. 導(dǎo)向與定位結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
注射摸的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)定模之間的開合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向，按作用分為模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過(guò)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(jī)構(gòu)則通過(guò)導(dǎo)柱導(dǎo)套進(jìn)行合模定位。錐面定位則用于動(dòng)、定模之間的精密定位。磨具所成型的塑件比較簡(jiǎn)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(jī)構(gòu)。‘
9.總裝配圖的繪制
經(jīng)過(guò)上述一系列的計(jì)算和繪圖，把設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)心得
本次課程設(shè)計(jì)是在畢業(yè)前最后一次課程設(shè)計(jì)，在為期將近一個(gè)月的設(shè)計(jì)過(guò)程中，我得到了很多關(guān)于注塑模設(shè)計(jì)的心得體會(huì)。本次課程設(shè)計(jì)相對(duì)之前的設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的，設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到很多問題，這其中也不免有設(shè)計(jì)錯(cuò)誤和由于設(shè)計(jì)順序不當(dāng)造成的重新計(jì)算和選取注塑機(jī)和模架的過(guò)程。
在課程設(shè)計(jì)開始之前，我們就知道這次課程設(shè)計(jì)和以往有所不同，不僅僅體現(xiàn)一般課程設(shè)計(jì)就一個(gè)學(xué)分而模具設(shè)計(jì)兩個(gè)學(xué)分，如果說(shuō)大二時(shí)做的課設(shè)設(shè)計(jì)是屬于機(jī)械專業(yè)的話，那么模具課程設(shè)計(jì)非材控專業(yè)莫屬。大三這一年中，我們學(xué)了很多專業(yè)課，大多數(shù)和塑料機(jī)械、高分子材料有關(guān)。注塑成型機(jī)械塑料成型機(jī)械中占有重要地位，因此，作為材控的學(xué)生，要想學(xué)好專業(yè)知識(shí)，注塑成型機(jī)械必須的好好去掌握。
在剛剛上完課程設(shè)計(jì)之后，我們知道接下來(lái)兩周任務(wù)的繁重，從一開始的找資料了解，到一步一步開始計(jì)算，再到一步一步地畫圖，這個(gè)過(guò)程我復(fù)習(xí)了很多之前學(xué)過(guò)的知識(shí)。
在弄說(shuō)明書之前，我先找資料和上網(wǎng)了解HIPS（高沖擊強(qiáng)度聚苯乙烯）的基本性能和加工性能，了解HIPS在實(shí)際應(yīng)用中的背景，他可以很好的彌補(bǔ)聚苯乙烯強(qiáng)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(shí)了解到HIPS的熔融溫度、成型溫度等加工性能，為下一步的設(shè)計(jì)做好好一點(diǎn)基礎(chǔ)。
在一開始找資料的過(guò)程中，我深深的體會(huì)到一個(gè)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(shì)中，無(wú)可置疑這是一個(gè)好消息，同時(shí)也是一把雙刃劍，由于過(guò)多信息的存在，會(huì)讓我們尋找信息的時(shí)候迷失方向，因此，平時(shí)找信息時(shí)要做一個(gè)總結(jié)，比如那類信息在那個(gè)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(shè)計(jì)中，雖然查找資料也花費(fèi)挺長(zhǎng)時(shí)間，但是比以前進(jìn)步了，因?yàn)槿宅F(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(xì)的看了模具指導(dǎo)書，著重了解課設(shè)計(jì)所需的步驟，根據(jù)大二做減速器課程設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)，先把尺寸計(jì)算好在畫圖，因?yàn)橐患?jí)減速箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因此計(jì)算尺寸以后，只要尺寸計(jì)算合理，在畫圖的時(shí)候基本不用修改，但注塑模具不太一樣，因?yàn)橐惶啄＞吡慵葴p速箱復(fù)雜的很多，而且結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)于第一次接觸模具設(shè)計(jì)的人來(lái)說(shuō)，步驟是先設(shè)計(jì)后畫圖，而且畫圖過(guò)程中會(huì)修改一些尺寸，比如冷卻水道在畫裝配圖的時(shí)候要修改和很多次。
最開始先用PRO/E畫塑件三維圖，對(duì)塑件進(jìn)行體積、質(zhì)量分析，由于之前的SRP中學(xué)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(lái)，這說(shuō)明學(xué)會(huì)一切必備的軟件對(duì)設(shè)計(jì)工作很有幫助，我會(huì)繼續(xù)學(xué)習(xí)PEO/E其他的建快，如曲面建模、裝配圖、工程圖等，爭(zhēng)取在畢業(yè)出去工作時(shí)，能對(duì)PRO/E算得上入門，為以后的工作打下基礎(chǔ)。
在畫裝配圖和零件圖的時(shí)候，用到的是AUTOCAD,CAD大一的時(shí)候?qū)W過(guò)一點(diǎn)，平時(shí)用的不多，大二的時(shí)候曾經(jīng)有幾天幫同學(xué)畫幾個(gè)才能加比賽的三維圖，但當(dāng)時(shí)僅僅是掌握平時(shí)直線、圓、剪切、拉伸鏡像等很簡(jiǎn)單的操作，面對(duì)圖層的設(shè)置、文字樣式、標(biāo)注樣式、等這些還沒有掌握，在畫圖的過(guò)程中，如果用到我不會(huì)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(guò)以上嘗試還是不能掌握操作的話，才去請(qǐng)教同學(xué)。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(shí)要花很多時(shí)間去學(xué)習(xí)，值得欣慰的是，再用課時(shí)3天的是時(shí)間后，我對(duì)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(shí)間之后，發(fā)現(xiàn)自己實(shí)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(xué)習(xí)和工作中，必須的不斷學(xué)會(huì)。
在這次課程設(shè)計(jì)中，還用到了MoidFlow模擬沖模軟件，這個(gè)軟件完全是從零開始，當(dāng)時(shí)就掌握了所畫的塑件點(diǎn)澆口沖模模擬，發(fā)現(xiàn)不管把點(diǎn)澆口放到什么位置，沖模過(guò)程都很快很好，不知道是不是我哪里設(shè)置的不對(duì)，對(duì)著門軟件真的掌握的很少，由于畫圖的時(shí)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(shè)計(jì)和以前的課程設(shè)計(jì)不要打一樣，而且我做課程設(shè)計(jì)的時(shí)候也和以前不大一樣，在這次課程設(shè)計(jì)中，當(dāng)遇到為題的時(shí)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(xué)，而不像以前做課程設(shè)計(jì)那樣經(jīng)常問同學(xué)，在這次是課程設(shè)計(jì)中，雖然問同學(xué)少了很多，但發(fā)現(xiàn)自己卻取得比以前課程設(shè)計(jì)更大的進(jìn)步，因?yàn)橥ㄟ^(guò)自己思考，可以對(duì)解決問題的過(guò)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(gè)優(yōu)秀的人必須要不斷培養(yǎng)自己解決能力的能力。
通過(guò)本次設(shè)計(jì)，在一定程度上掌握了注塑模設(shè)計(jì)的一般步驟，了解到從整體的角度去設(shè)計(jì)和選取，考慮地更細(xì)致更縝密。對(duì)注射模具和各部分結(jié)構(gòu)有了更深一層的認(rèn)識(shí)，此外，由于本次裝配圖和零件圖的繪制過(guò)程中有用到繪圖軟件，故我對(duì)AutoCAD和pro/e軟件的掌握有了提高，同時(shí)對(duì)工程制圖進(jìn)行了復(fù)習(xí)和加固。
參考文獻(xiàn)
1) 申開智，塑料成型模具（第二版），中國(guó)輕工業(yè)出版社，2006.
2) 陳金昌，畫法幾何與機(jī)械制圖，華南理工大學(xué)出版社，2008.
3) 譚雪晨等，新編塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)，人民郵電出版社，2007.
4) 吳先明等，塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)（第二版），國(guó)防工業(yè)出版社，2010.
5) 劉燕華等，聚合物成型機(jī)械，中國(guó)輕工業(yè)出版社，2009.
6) 吳志華等，高分子材料成型工藝學(xué)，四川大學(xué)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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