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目錄
目錄 1
前言 1
第一章 塑料模具的現(xiàn)狀及展望 2
1.1 模具工業(yè)在國民生產(chǎn)中的作用
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀
1.3塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
第二章塑件產(chǎn)品的分析 5
2.1 產(chǎn)品材料的選用
2.2套管塑件產(chǎn)品的測繪
2.3套管塑件三維造型
第三章 成型設(shè)備的選用 7
3.1 注塑機的選擇
3.2 模架的選擇
3.3 模具參數(shù)的校核
第四章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬訂 11
4.1 確定型腔數(shù)量及排列方式
4.2 注射模分型面的選擇
第五章 澆注系統(tǒng)形式和澆口的設(shè)計 11
5.1主流道設(shè)計
5.2 分流道設(shè)計
5.3 澆口設(shè)計
第六章 成型零部件設(shè)計 16
6.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
第七章導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計 17
第八章推出機構(gòu)和復(fù)位機構(gòu)的設(shè)計 18
8.1推出機構(gòu)的設(shè)計
第九章 模具冷卻系統(tǒng) 19
9.1 冷卻水管管道的設(shè)置
第十章 支承與連接零件的設(shè)計與選擇 20
10.1 固定板
10.2 支承板和墊塊
10.3 模座
第十一章 結(jié)論 21
致 謝 22
參考文獻 22
前言
隨著我國科技文化技術(shù)以及國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，模具行業(yè)的地位越來隨著我國科技文化技術(shù)以及國民經(jīng)濟的迅速發(fā)展，模具行業(yè)的地位越來越重要，模具技術(shù)的發(fā)展也越來越先進。
模具行業(yè)是一個對工作和實踐經(jīng)驗要求非常強的專業(yè)，它要求我們在學(xué)校要掌握扎實的理論知識，并要求我們有充分的實踐環(huán)境。大學(xué)四年的本科學(xué)習(xí)即將結(jié)束，在這大學(xué)四年里我完成了規(guī)定的課程，并取得了不錯的成績，熟練地掌握了機械制圖、機械設(shè)計、互換性與技術(shù)測量基礎(chǔ)、材料科學(xué)基礎(chǔ)、模具制造工藝、塑料成型工藝與模具設(shè)計、塑性成型工藝與模具設(shè)計等相關(guān)的基礎(chǔ)課、專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識，對模具行業(yè)的發(fā)展、模具技術(shù)的應(yīng)用、模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計、模具材料的選用、公差配合的選用有了一個比較系統(tǒng)和比較全面的理解，基本上達到了學(xué)習(xí)的目的。
課程設(shè)計時大學(xué)學(xué)習(xí)過程中的最后一個環(huán)節(jié)，也是最重要的一個環(huán)節(jié)，是對以前所學(xué)的基礎(chǔ)理論知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗，
以套管成型工藝分析及模具設(shè)計為主線，依據(jù)模具的基本組成部分，基礎(chǔ)和設(shè)計技巧相結(jié)合，理論與實踐相結(jié)合，對套管模具結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵之處以及可能出現(xiàn)的問題和處理方式進行詳細地剖析。同時，從模具的加工工藝的角度出發(fā)，分析并提供便于加工的模具結(jié)構(gòu)形式，使模具設(shè)計和加工更加緊密的結(jié)合在一起。在技術(shù)上，使用了計算機輔助設(shè)計來繪圖三維與二維相結(jié)合達到優(yōu)化設(shè)計的目的。
在課程設(shè)計的過程中，肯定會遇到很多困難和許多疑惑，但是在指導(dǎo)教師李老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，克服了所有的困難，完滿的完成本次課程設(shè)計，給大學(xué)生活畫上一個圓滿的句號。由于我的水平有限，缺乏實際的模具設(shè)計經(jīng)驗，設(shè)計中肯定會存在錯誤和不妥之處，敬請各位老師批評指正。
第一章 塑料模具的現(xiàn)狀及展望
1.1 模具工業(yè)在國民生產(chǎn)中的作用
模具技術(shù)是衡量一個國家制造水平的重要標志之一。模具技術(shù)能促進工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并獲得極大的經(jīng)濟效益。模具是效益的放大器，用模具生產(chǎn)的產(chǎn)品的價值往往是模具價值的幾十倍、上百倍。在美國模具被稱為點鐵成金的磁力工業(yè)，德國則認為其是所有工業(yè)中的關(guān)鍵工業(yè)，日本則認為模具工業(yè)是促進社會繁榮富裕的動力。
模具工業(yè)在我國幾經(jīng)成為國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。國名經(jīng)濟的五大支柱產(chǎn)業(yè)——機械、電子、汽車、石油化工和建筑都要求模具工業(yè)的發(fā)展相適應(yīng)，都需要大量模具，特別是汽車、電動機、電器、家電和通信等類產(chǎn)品中60%-80%的零部件都依靠模具成型。
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀
塑料模具技術(shù)是一門涉及面廣、技術(shù)綜合性強的精密基礎(chǔ)工藝裝備技術(shù)，包括：各類模具設(shè)計、制造、保管、修理、調(diào)試、標準化、專業(yè)化生產(chǎn)、“四新”即：新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的開發(fā)與推廣應(yīng)用……等方方面面，涉及到冶金、材料、理化、計量、摩擦與潤滑、機械、電子、機電一體化、計算機等多門學(xué)科以及鑄、鍛、熱處理、有削及無削加工、檢測等有關(guān)工種，是一個要由上述眾多學(xué)科和工種共同打造的龐大的系統(tǒng)工程。
我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面，已能生產(chǎn)48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具;精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進展，氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50～80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。
?近年來，國內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20、3Cr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距。
1.3塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢
模具市場的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的。
因此，塑料模的未來發(fā)展趨勢主要為以下幾個方面：
（1）提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多控所致。
（2）在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造了良好的條件;基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題;CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高;塑料制件及模具的3D設(shè)計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
（3）推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產(chǎn)價廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且其常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
（4）開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
（5）提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標準件的應(yīng)用要大力推廣。
（6）應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
（7）研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價的檢測設(shè)備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。
（8）大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù)。
（9）逐步推廣高速銑削在模具業(yè)務(wù)的應(yīng)用。
（10）進一步研究開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備。
第二章塑件產(chǎn)品的分析
2.1 產(chǎn)品材料的選用
本次設(shè)計中采用的材料是ABS,因為其具有很多良好的性能所以被人們廣泛采用，ABS材料的應(yīng)用范圍、注塑工藝條件及化學(xué)物理性質(zhì)途簡述如下：
典型應(yīng)用范圍:
汽車（儀表板，工具艙門，車輪蓋，反光鏡盒等），電冰箱，
大強度工（頭發(fā)烘干機，攪拌器，食品加工機，割草機等），電話機殼體，
打字機鍵盤，娛樂用車輛如高爾夫球手推車以及噴氣式雪撬車等。
注塑模工藝條件:
干燥處理：ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件為809～0℃下最少干燥2小時。材料溫度應(yīng)保證小于0.1%。
熔化溫度：210～280℃；建議溫度：245℃。
成型溫度：200～240℃。
模具溫度：60～80℃。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低）。
注射壓力：100～140Mpa。
注射速度：中高速度。
化學(xué)和物理特性:
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
ABS外觀成粒狀或粉狀，呈淺象牙色，不透明但成型的塑料件有較好的光澤。它無毒、無味，易燃燒、無自熄性，密度為1.08～1.2g/cm3。ABS具有較高的抗沖擊強度，且在較低溫度下也不迅速下降;具有良好的機械性能和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS具有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易成型加工，且易著色。ABS幾乎不受酸、堿、鹽及水和無機化合物的影響，溶于酮、醛、酯、氯代烴中，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化膨脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的侵蝕，會引起應(yīng)力開裂。此外，ABS的熱穩(wěn)定性差，熱變形溫度為93℃，脆化溫度為-27℃，使用溫度范圍為-40～100℃,而且ABS的耐候性也差，紫外線作用下容易氧化降解，從而會導(dǎo)致制件變硬變脆。
2.2塑件工件的測繪
任何一個零件從傳統(tǒng)意義上來說，它必須含有二維平面圖紙，這樣它的尺寸就一目了然了。本次的架子塑料件經(jīng)測繪后的平面圖如圖2.1所示：
圖2.1 臺階端蓋
2.3端蓋塑件三維造型
端蓋是工業(yè)上一種用的非常廣泛的結(jié)構(gòu)件。廣泛適用于各種電器的塑料零部件。本次設(shè)計的端蓋為注塑機一次成型，外觀主要有許許多多的孔和凸臺組成。采用一模四腔的點澆口進料機構(gòu)。精度采用一般精度5級，表面粗糙度為0.8，產(chǎn)品三維效果圖如圖2.2所示。
圖2.2 塑件三維效果圖
第三章 成型設(shè)備的選用
3.1 注塑機的選擇
對于模具設(shè)計，必須首先選則合適的注塑機型號，以確定額定注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、模具的安裝尺寸及開模行程等技術(shù)規(guī)范后，才能進行下面真正的模具設(shè)計。
根據(jù)塑件的形狀及尺寸，計算其在分型面上的投影面積和塑件以及澆注系統(tǒng)的質(zhì)量，計算所需鎖模力、總注射物料量，然后才能初選設(shè)備。
由于制品的外觀由許多孔和凸臺組成，形狀復(fù)雜，首先利用三維軟件的分析功能對制品的體積和在分型面上的投影面積進行計算與測量。在三維軟件里打開三維模型，利用其質(zhì)量屬性分析對表面積、體積、質(zhì)量進行分析與計算。根據(jù)軟件計算得出結(jié)果如下：
塑件在分型面上的投影面積：S=13266.5mm2
塑件體積：V=17.875cm3(2-1)
塑件密度： =1.05g/cm3
所以塑件的質(zhì)量： m=17.875×1.05=18.77g(2-2)
根據(jù)產(chǎn)品的特點和設(shè)計要求，該塑件采用潛伏式澆口形式，并且采用一模四腔的形式，在設(shè)計過程中計算出澆注系統(tǒng)及冷凝料材料體積約為4.32cm3?？傮w積為16.84cm3。
結(jié)合以上數(shù)據(jù)初選設(shè)備為SZ-100/630其主要技術(shù)規(guī)格見表3.1所示。
表3.1 SZ-100/630設(shè)備主要技術(shù)規(guī)格
額定注射量/cm3
105
最大開合模行程/mm
350
螺桿直徑/mm
35
模具最大厚度/mm
350
注射壓力/Mpa
224
模具最小厚度/mm
150
注射行程/mm
150
動、定模固定板最大尺寸/mm
370×320
注射速度g/s
80
鎖模形式
雙曲軸
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)/(r/min)
8
噴嘴圓弧半徑/mm
15
鎖模力/KN
630
噴嘴孔直徑/㎜
4
模具定位孔直徑/mm
35
頂出形式
兩側(cè)設(shè)有頂出，機械頂出，中心距為230 mm
3.2 模架的選擇
通過塑件的分析，以及注塑機的技術(shù)規(guī)格要求，選用DI型模架，該模架各模板以及相關(guān)尺寸見圖3.1、表3.2所示。
圖3.1模架示意圖
表3.2 模架各板厚尺寸
上模座H1
模板A
模板B
支撐板H2
下模座H3
25
60
55
75
25
H1=25㎜；A=60㎜；B=55㎜; C=75㎜；H3=30㎜；所以模具的總厚度為：245mm，在注塑機的裝模行程之內(nèi)。
3.3 模具參數(shù)的校核
（1）注射量的校核
要求注射量不超過注射機的最大注射量，在注塑生產(chǎn)中，注塑機每一個成型周期向模具腔內(nèi)注入的塑料熔體體積或質(zhì)量稱為塑件的注射量，其中包括澆注系統(tǒng)內(nèi)所存留的塑料熔體體積，選擇注塑機時，必須保證塑件的注射量小于注塑機的最大注射量的（80～85）%，最小注射量不小于注塑機注射量的20%，根據(jù)式
kMmaxM，M=Mi+m(3-1)
式中Mmax-----注塑機最大注射量/ cm3；
Mi-----澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量或體積/ cm3；
m-----單個制件質(zhì)量或體積/ cm3；
n-----型腔數(shù)目/個；
k-----注射機最大注射量利用系數(shù)，一般取0.8。
0.8×1053.13×4+4.32=16.84 cm3。（3-2）
故：注射機注射量滿足要求。
（2）注射壓力的校核
塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機類型、噴嘴形式、塑件形狀以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。注射壓力的校核是檢驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。
所選的塑料原料為ABS，制件結(jié)構(gòu)合理，流體流動性能好，其注射壓力在（100～140）Mpa之間，其值在所選的注射機成型范圍之內(nèi)，故能滿足要求。
（3）鎖模力的校核
注射時塑料熔體充滿型腔的時候，存在較大的壓力，它會使模具從分型面漲開，該壓力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上不重合的投影面積之和乘以型腔的壓力，它應(yīng)小于注射機的最大鎖模力，才能使注射時不發(fā)生溢料和漲?，F(xiàn)象。
為了保證注射成型過程當中型腔能夠可靠的鎖閉，必須滿足：
（nA1+Aj）pFn
(4×1.38+1.9)10080%=593.6kN<630kN(3-2)
故：注射機鎖模力滿足要求。
（4）模具厚度校核
由于注射機的動模和定模固定板之間的距離都有一定的調(diào)節(jié)量H，因此，對安裝使用的模具厚度有一定的限制，一般情況下，模具的實際厚度H必須在注射機允許安裝的最大模具厚度和最小模具厚度之間。
所選用的注射機的模具最大厚度Hmax為350mm，最小模具厚度Hmin為150mm。所設(shè)計的模具總厚度H為240mm，所以滿足關(guān)系：Hmin
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