塑料板凳注塑模具设计说明书毕业论文
塑料板凳注塑模具设计说明书毕业论文
目录
概论------------------------------------------------------------------- 错误！未定义书签。
1 塑料板凳的产品设计---------------------------------------------------------------------- 7
1.1 注塑模具设计的简要过程---------------------------------------------------------- 7
1.1.1 塑件分析---------------------------------------------------------------------- 7
1.1.2 注塑机的选用---------------------------------------------------------------- 8
1.1.3 模具设计的有关计算------------------------------------------------------- 8
1.1.4 模具结构设计---------------------------------------------------------------- 8
1.1.5 排气方式设计---------------------------------------------------------------- 8
1.1.6 模具总体尺寸的确定------------------------------------------------------- 8
1.1.7 注塑机参数的校核---------------------------------------------------------- 8
1.1.8 模具总装配图和零件工作图---------------------------------------------- 9
1.1.9 全面审核投产制造---------------------------------------------------------- 9
1.2 注塑件设计 -------------------------------------------------------------------------- 9
1.2.1 塑件的设计原则------------------------------------------------------------- 9
1.2.2 塑件的工艺性分析-------------------------------------------------------- 11
1.2.3 塑件表面质量分析-------------------------------------------------------- 16
1.3 塑料板凳的ansys受力分析 ---------------------------------------------------- 17
1.3.1 材料参数查询-------------------------------------------------------------- 17
1.3.2 用ansys进行结构静力分析的过程 ----------------------------------- 18
1.3.3 塑料板凳的ANSYS具体分析步骤 ----------------------------------- 19
1.3.4 分析结论-------------------------------------------------------------------- 24
2 注塑模具成型零件设计----------------------------------------------------------------- 24
2.1 成型零件工作尺寸的设计计算 ------------------------------------------------ 25
2.1.1 尺寸的影响因素及平均收缩率----------------------------------------- 25
2.2.2 型腔和型芯工作尺寸的计算-------------------------------------------- 26
2.2 型腔的壁厚设计 ------------------------------------------------------------------ 28
2.2.1 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 ------------------------------------- 29
2.2.2 矩形型腔结构尺寸计算-------------------------------------------------- 30
2.3 分型面的设计 --------------------------------------------------------------------- 33
2.3.1 分型面的选择原则-------------------------------------------------------- 33
2.3.2 分型面的形式-------------------------------------------------------------- 34
2.3.3 型腔总体布置与分型面选择-------------------------------------------- 35
2.4 三板模分型、复位机构设计 --------------------------------------------------- 36
2.4.1 三板模的开模顺序-------------------------------------------------------- 37
2.4.2 弹簧-------------------------------------------------------------------------- 37
2.4.3 复位杆复位----------------------------------------------------------------- 38
3 注射模具浇注系统设计----------------------------------------------------------------- 38
3.1 浇注系统的设计原则 ------------------------------------------------------------ 39
3.1.1 保证产品外观质量-------------------------------------------------------- 39
3.1.2 保证制品上的内部质量-------------------------------------------------- 39
3.1.3 流道设计的注意事项----------------------------------------------------- 39
3.2 浇注系统设计 --------------------------------------------------------------------- 40
3.3 主流道设计 ------------------------------------------------------------------------ 40
3.3.1 主流道设计原则----------------------------------------------------------- 41
3.3.2 浇口衬套的设计----------------------------------------------------------- 41
3.4 分流道的设计 --------------------------------------------------------------------- 42
3.4.1 分流道的截面形状-------------------------------------------------------- 43
3.4.2 分流道的尺寸-------------------------------------------------------------- 44
3.5 浇口设计 --------------------------------------------------------------------------- 44
3.5.1 浇口种类-------------------------------------------------------------------- 44
3.5.2 非限制浇口特点----------------------------------------------------------- 45
3.5.3 限制浇口特点-------------------------------------------------------------- 45
3.5.4 浇口位置的选择----------------------------------------------------------- 47
3.6 成型周期 --------------------------------------------------------------------------- 49
3.6.1 注射时间-------------------------------------------------------------------- 49
3.6.2 闭模冷却时间-------------------------------------------------------------- 50
3.6.3 取出塑件的时间----------------------------------------------------------- 50
4 注塑模具的冷却系统设计-------------------------------------------------------------- 50
4.1 冷却与效率 ------------------------------------------------------------------------ 51
4.2 所需冷却时间的计算 ------------------------------------------------------------ 52
4.3 冷却水道的设计 ------------------------------------------------------------------ 54
4.3.1 冷却水道传热面积计算-------------------------------------------------- 55
4.3.2 冷却时所需冷却介质的体积流量 ------------------------------------- 55
4.3.3 冷却水道传热面积的计算----------------------------------------------- 56
4.3.4 冷却水道数目的计算----------------------------------------------------- 57
5 模架设计 ----------------------------------------------------------------------------------- 58
5.1 脱模机构的设计 ------------------------------------------------------------------ 58
5.1.1 脱模机构的设计原则----------------------------------------------------- 59
5.1.2 脱模阻力的计算----------------------------------------------------------- 59
5.2 推杆的设计 ------------------------------------------------------------------------ 60
5.2.1 推杆的形式----------------------------------------------------------------- 60
5.2.2 推杆的位置----------------------------------------------------------------- 61
5.2.3 推杆的固定及配合-------------------------------------------------------- 62
5.2.4 推杆尺寸的计算----------------------------------------------------------- 62
5.3 支承零件的设计 ------------------------------------------------------------------ 63
5.3.1 动模座板和定模座板----------------------------------------------------- 63
5.3.2 动模板、定模板----------------------------------------------------------- 63
5.3.3 支承板----------------------------------------------------------------------- 64
5.3.4 垫快-------------------------------------------------------------------------- 64
5.4 注塑模的导向机构设计 --------------------------------------------------------- 64
5.4.1 导柱导向机构-------------------------------------------------------------- 65
5.4.2 导向孔----------------------------------------------------------------------- 66
5.5 排气结构设计 --------------------------------------------------------------------- 66
5.5.1 排气方式-------------------------------------------------------------------- 67
5.5.2 排气槽设计要点----------------------------------------------------------- 67
6 注塑机参数选择-------------------------------------------------------------------------- 69
6.1 锁模力的校核 --------------------------------------------------------------------- 69
6.2 安装尺寸的校核 ------------------------------------------------------------------ 70
6.3 注射量的校核 --------------------------------------------------------------------- 71
6.4 模具厚度 --------------------------------------------------------------------------- 72
6.5 开模行程的校核 ------------------------------------------------------------------ 72 致谢------------------------------------------------------------------------------------------- 74 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------- 74
注塑模具设计的基本要求与注意事项：合理地选择模具结构：根据塑件的图纸及技术要求，研究和选择适当的成型方法与设备，结合工厂的机械加工能力，提出模具结构方案，充分征求有关方面的意见，进行分析讨论，以使设计出的模具结构合理，质量可靠中，操作方便。必要时可根据模具设计和加工的需要，提出修改塑件图纸的要求，但需征得用户同意后方可实施。
正确地确定模具成型零件的尺寸：成型零件是确定制件形状、尺寸和表面质量的直接因素，关系甚大，需特别注意。计算成型零件尺寸时，一般可采用平均收缩率法。对精度较高并需控制修模余量的制件，可按公差带法计算，对于大型精密制件，最好能用类线法，实测塑件几何形状在不同方向上的收缩率进行计算，以弥补理上难以考虑的某些因素的影响。
设计的模具应当制造方便：设计模具时，尽量做到使设计的模具制造容易，等价便宜。特别那些比较复杂的成型零件，必须考虑是采用一般的机械加工方法加工还是采用特殊的加工方法加工。若采用特殊的加工方法，那么加工之后怎样进行组装，类似问题在设计模具时均应考虑和解决，同时还应考虑到试模以后的修模，要留有足够的修模余量。
充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工：尽量用模具成型出符合塑件设计特点的制件，包括孔、槽、凸、凹等部分，减少浇口、溢边的尺寸，避免不必要的后加工。但应将模具设计与制造的可行性与经济性综合考虑，防止片面性。
设计的模具应当效率高、安全可靠中：这一要求涉及到模具设计的许多方面，如浇口系统需充模块、闭模块，温调系统效果好，脱模机构灵活可靠，自动化程度高等。
模具零件应耐磨耐用：模具零件的耐用度影响整个模具的使用寿命。因此在设计这类零件时不但应对其材料、加工方法、热处理等提出必要的要求。像推杆一类的销柱件还容易卡住、弯曲、折断，因此而造成的故障占模具故障的大部分。为此还应考虑如何方便地调整与更换，但需注意零件寿命与模具相适应。
由上述可知，一个注射模具的设计包含的内容很多，与其设计相关的内容也很多，比如模具设计前的塑件设计、模具设计后的加工制造、试模、修配等任务，这些都是与模具设计系系相关的。
图1为本塑料板凳模具设计的三维造型图：
图2为模具爆炸视图：
图1 三维模具装配图
·
图2 模具爆炸视图
1 塑料板凳的产品设计
1.1 注塑模具设计的简要过程
1.1.1 塑件分析
1 明确塑件设计要求
仔细阅读塑件制品零件图，从制品的塑料品种、塑件形状、尺寸精度、表面粗糙度等各方面考虑注塑成型工艺的可行行和经济性，必要时，要与产品设计者探讨塑件的材料种类与结构修改的可能性。
2、明确塑件的生产批量
小批量生产时，为降低成本，模具尽可能简单；在大批量生产时，应在保证塑件质量前提下，尽量采用一模多腔或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产效率，因此对模具的推出机构，塑件和流道凝料的自动脱模机构提出了严格要求。
3、计算塑件的体积和质量
计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机，提高设备利用率，确定模具型腔数。
1.1.2 注塑机的选用
根据塑件的体积或重量大致确定模具的结构，初步确定注塑机型号，了解所使用的注塑机与设计模具有关的技术参数，如：注塑机定位圈的直径喷嘴前端孔径及球面半径、注塑机最大注塑量、锁模力、固定模板和移动模板面积大小及安装螺孔位置、注塑机拉杆的间距、闭合厚度、开模行程、顶出行程等。、
1.1.3 模具设计的有关计算
1、凹、凸模零件工作尺寸的计算；
2、型腔壁厚、底板厚度的确定；
3、模具冷却系统的确定。
1.1.4 模具结构设计
1、塑件成型分型面选择；
2、模具型腔数的确定，型腔的排列和流道布局以及浇口位置设置；
3、模具工作零件的结构设计；
4、顶出机构与抽芯机构的设计；
5、拉料杆的形式选择；
1.1.5 排气方式设计
1.1.6 模具总体尺寸的确定
模架已逐渐标准化，根据生产厂家提供的模架图册，选定模架，在以上模具零部件设计基础上初步绘出模具的完整结构图。
1.1.7 注塑机参数的校核
1、最大注塑量的校核；
2、注塑压力的校核；
3、锁模力的校核；
4、模具与注塑机安装部分相关尺寸校核，包括闭合高度、开模行程、模座
安装尺寸等几个方面的相关尺寸校核。
1.1.8 模具总装配图和零件工作图
模具总图绘制必须符合机械制图国家标准，其画法与一般机械图画法原则上没有区别，只是为了更清楚地表达模具中成型制品的形状、浇口位置的设置，在模具总图的俯视图上，可将定模拿掉，而只画动模部分的俯视图。
模具总装图应包括必要尺寸，如模具闭合尺寸、外形尺寸、特征尺寸（与注塑机配合的定位环尺寸），装配尺寸、极限尺寸（活动零件移动起止点）及技术条件，编写零件明细表等。
通常主要工作零件加工周期较长，加工精度较高，因此应首先认真绘制，而其余零部件应尽量采用标准件。
1.1.9 全面审核投产制造
模具设计员一般应参加加工、组装、试模、投产的全过程。
1.2 注塑件设计
1.2.1 塑件的设计原则
塑料制件的设计不仅要满足使用要求，而且要符合塑料的成型工艺特点，并且尽可能使模具结构简单。这样可使成型工艺稳定，保证塑件质量，又可使生产成本降低。在进行塑件结构工艺性设计时，必须遵循以下几个原则：
(1)、在保证塑件的使用性能、物理性能、化学性能与力学性能等的前提下，应考虑塑料的成型工艺性，如流动性、收缩性等。尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。
(2)、设计塑件时力求其结构简单、壁厚均匀、成型方便，塑件形状应有利于模具分型、排气、补缩和冷却。
(3)、设计塑件时应考虑其模具总体结构合理，模具形腔易于加工制造，模具抽芯和推出机构简单。
(4) 、塑件成型前后的辅助工作应尽量少，技术要求应尽量低。同时，在成型以后最好不要再进行机械加工。
此设计的塑料板凳使用要求是：能承受一定的载荷比如一个人的体重80kg 且结构上具有一定的稳定性；一般在室内使用，因此对光照等环境的腐蚀老化要求不高，那么在选材方面要求也不是太高。此设计的首要条件：其一能载人；其二结构得以优化节省材料。下图1.1为本设计的塑料制品，塑料板凳的三维模型。
因现在地板多为木质地板，所以在塑料板凳与地板面接触的部位必须要具有防刮擦措施。基于这一条件，所以在塑料板凳三维造型的腿底部开一个深5mm 的槽，以装橡胶垫防刮擦整个结构如图1.2示。
图1.1为塑件板凳的三维造型设计顶部倒圆角R10
图1.2为塑件板凳与地面接触部位设计
塑件的设计由于塑料成型方法和塑料性能不同而有所差异，因此所选塑料的种类与模具设计有很大的相关性，塑件设计的结构在一定意义上决定着模具的成型零件的设计，而模具的成型零件设计又与冷却浇注系统等结构零件布局相关，且整个模具又得安装在模架上。由此可知任何一个环节的模具设计都是具有相关性的，都要综合考虑前后因果关系。
1.2.2 塑件的工艺性分析
1.材料的特性分析
聚乙烯是目前产量最大、应用最广的塑料品种之一。由于它性能优良、容易成型、原料来源丰富、价格便宜，所以发展很快。取乙烯是典型的热塑性塑料，为无臭、无味、无毒的可燃性白色粉未。成型用的聚乙烯均为经过挤出造粒的蜡状颗粒，外观呈乳白色。聚乙烯有一定睥力学强度，比其它的塑料相比差一点，但他价格比较便宜。聚乙烯具有较高的化学稳定性，常不常溶于任何一种已知溶剂，能耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸及各种碱、盐溶液，但不耐强氧化酸腐蚀。聚乙烯有高度耐水性，长期与水接触，性能可保持不变。在热、光、氧气作用下，逐渐变脆，力学强度性能下降（老化）。塑料板凳的原材料高密度聚乙烯（HDPE）
高密度聚乙烯是聚乙烯在中压或者低压状态下生成的，其密度0.94-0.97g/ 3
cm,结晶度较高的（80％-90％），熔点132-135℃，塑件使用温度在110℃以下，脆化温度在-70℃以下。适于制作承载不高的零件，如齿轮、轴承等。塑料板凳需要具有一定的承载能力，但载荷也不太大也不是交变载荷，此种材料已能满
足要求。
2、材料的结构形状分析
(a)、塑件外形尺寸分析设计
塑件外形尺寸除受塑料流动性的影响之外，还受成型设备的限制。注射成型的塑件尺寸要受到注射机注射量、锁模力和模板尺寸的限制压缩和压注成型的塑件尺寸受到压力机最大压力和压力机工作台面最大尺寸的限制。因此，塑件的设计要注意和注射机参数的匹配。
(b)、塑件的尺寸精度
影响塑件尺寸精度的因素很多，如模具制造精度及其使用后的磨损，塑料收缩率的波动，成型工艺条件的变化，塑件的形状、飞边厚度的波动，脱模斜度及成型后塑件尺寸变化等。一般，为了降低模具加工难度和模具制造成本，在满足塑件使用要求的前提下，应尽量把塑件尺寸精度设计得低一些。和金属件一样，塑件也有公关要求，目前国内主要依据原第四机械工业部制定的塑件尺寸公差标准（SJ 1372—1978）。按此标准规定，塑件精度分为8级，其中1、2两级属于精密技术级，只有在特殊要求下使用。在选择精度等级时，应考虑脱模斜度对尺寸公差的影响。根据塑件精度等级的选用（SJ 1372—1978），材料为高密度聚乙烯，建议采用的精度等级为6级，但此塑件为板凳不与其它零件配合并且也没有特殊用途，所以我选择7级精度。查塑件尺寸公差表（SJ 1372—1978）可知公差数值为1.5mm。又按基本尺寸的上下偏差可根据塑件的特点近长入体原则来分配，从板凳的特点可知有高度尺寸、外壁尺寸、内壁尺寸等，现把这些尺寸看做中心距尺寸，在其基本尺寸后取上1.5mm的一半再冠以（+）号。
3.塑件壁厚分析设计
(a)、塑件壁厚应合理。壁厚过小，一方面难以满足安装、运输、使用所要求的强度和刚度，以及难以承受塑件脱模推力。另一方面塑料熔体充型时流动阻力大，会出现缺料现象。壁太厚，塑件内部会产生气泡，外部易产生凹陷，