游标卡尺盒注塑模设计

长 沙 学 院

CHANGSHA UNIVERSITY

毕业设计（论文）资料

长沙学院教务处

二○一六年5月制

目 录

第一部分 设计说明书

一、设计说明书

第二部分 过程管理资料

一、 毕业设计（论文）课题任务书

二、 本科毕业设计（论文）开题报告

三、 本科毕业设计（论文）中期报告

四、 毕业设计（论文）指导教师评阅表

五、 毕业设计（论文）评阅教师评阅表

六、 毕业设计（论文）答辩评审表

本科生毕业设计（论文）资料

第一部分 设计说明书

（届）

本科生毕业设计说明书 游标卡尺盒注塑模设计

2016 年05 月

长沙学院本科生毕业设计

游标卡尺盒注塑模设计 系 专 学

学生

指导

（部）：机电工程系 业：材料成型及控制工程 号：2012012122 姓名：朱 旭 教师：刘煜（副教授）

2016 年05 月

长沙学院毕业设计(论文)

摘 要

本文主要设计的是游标卡尺盒注塑模具。首先阐述了卡尺盒制件的工艺特点，包括塑料性能、塑料的成型过程及成型特性、塑件工艺性等，选择了成型设备。然后说明了卡尺盒注塑模的分型面的选择、型腔数目及其型腔位置布置情况，重点描述了成型零件尺寸计算、浇注系统的主流道、分流道、浇口的设计、侧抽芯脱模机构、推杆导向机构以及模具的冷却系统。选择标准注塑模模架，校核了注射机的相关工艺参数。最后阐述了注塑模的工作原理、所设计的注射模的模流分析结果和零件的工艺分析。

本文设计的卡尺盒注塑模采用三板式结构，一模一腔的型腔布置，利用推杆导向机构将制件推出，完成整个注塑过程。

关键词：定位件，注塑模设计，流程分析

I

ABSTRACT

The injection mold about vernier caliper box was mainly designed in this article. First, the technological characteristics of location parts was explained in this article, which was contained it’s material properties, forming process of engineering plastics, forming characteristics, the process of plastic part and so on, the molding equipment were selected. Then, it was explained the choice of injection mold’s parting line about vernier caliper box, the number of cavities and its location. This topic was focused on size calculation of component and part, the design of gating system’s main runner,runner and gate, side core pulling mold emptier, push rod guide mechanism and the cooling system of mold. What’s more, the standard mold bases and mold materials were selected and related process parameters of injection molding machine was checked. Finally, it was explained working principle of the injection mold, mold flow analysis results about the injection which was designed and the process analysis of parts.

The structure of triple-plate mold base was used in injection mold about location in article. There were one cavity in one mold, finally, a push rod was used to push off the working pieces.Thus the whole injection molding was finished.

Keywords: Location, The design of injection mold, Technological process analysis.

1

目 录

摘 要 ............................................................................................................................................................. I

ABSTRACT..................................................................................................................................................... 1

目 录 ............................................................................................................................................................. 2

第1章 绪论 ................................................................................................................................................... 4

一、概述 ................................................................................................................................................. 4

二、塑料模具的发展及趋势 .................................................................................................................. 4

第2章 塑件的分析及塑料的成型工艺性能 ................................................................................................ 6

一、 设计课题.................................................................................................................................. 6

二、塑件的分析及塑料的成型工艺性能 .............................................................................................. 6

三、 塑件的质量与体积计算 ................................................................................................................ 7

图2.2 一半的塑件质量属性 ................................................................................................................. 7

四、注塑成型条件.................................................................................................................................. 8

五、型腔数目的确定.............................................................................................................................. 8

六、注射机的选择................................................................................................................................ 10

第３章 注塑模具的结构设计 .................................................................................................................... 11

一、制品分型面的选择： .................................................................................................................... 11

二、浇注系统的确定............................................................................................................................ 12

三、校核主流道剪切速率 .................................................................................................................... 15

第4章、成型零件的设计与计算 ................................................................................................................ 16

一、凸模的结构设计............................................................................................................................ 16

二、凹模的结构设计............................................................................................................................ 16

三、成型零件尺寸的计算 .................................................................................................................... 16

四、导向机构的设计............................................................................................................................ 20

五、温度调节系统的设计 .................................................................................................................... 21

六、斜划块的设计................................................................................................................................ 24

七、模架的选择 ................................................................................................................................... 25

第5章 注射机相关参数校核 ...................................................................................................................... 26

一、最大注射量的校核 ........................................................................................................................ 26

二、锁模力与注射压力的校核 ............................................................................................................ 26

三、模具厚度H与注射机闭合高度校核 ........................................................................................... 26

四、注射机开模行程的校核 ................................................................................................................ 27

五、PE的成型条件: ............................................................................................................................ 27

六、模具工作原理................................................................................................................................ 28

第6章 典型零件工艺分析 .......................................................................................................................... 29

一、动模嵌件 ....................................................................................................................................... 29

一、定模嵌件 ....................................................................................................................................... 33

参考文献 ....................................................................................................................................................... 37 设计体会 ....................................................................................................................... 错误！未定义书签。

2

3

第1章 绪论

一、概述

近几年,中国科技技术不断发展,模具行业也有了进一步的提高,无论是科技含量还是经济促进能力,都体现了其是中国经济发展的重要组成部分[1]。随着我国经济的快速发展以及科技水平的不断提高,科技对于工业的支撑效果也越来越高。模具行业是一个国家工业水平的重要体现,通过其大规模的应用可以有效的提高工业的生产效率,降低生产成本,其对于高水平的工业是一个重要的支撑[3]。模具是制造业生产的基础工艺装备,被成为"工业之母"[2]。先进制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品结构和生产过程,对模具行业也是如此。模具行业必须在设计技术、制造工艺、生产模式等诸方面加以调整以适应这种要求。制约模具发展主要有三方面的因素:质量、成本和工期。而就目前模具行业的发展来看,工期已成为企业开拓市场、赢得定单的关键因素,因此提高模具的标准化设计与制造水平,减少重复性的劳动,提高工作效率日显重要。同时在面向注塑模具的CAD、CAPP系统的开发过程中,也要求做到模具标准化设计与制造[4]。

随着科学技术的不断发展以及计算机技术的不断成熟，使用CAD/CAE/CAM技术进行模具设计研究已经成为注塑模具发展的必然要求。使用CAD/CAE/CAM技术可以有效地提高注塑模具的设计水平、提高模具的制造质量、缩短研发周期、降低生产成本、减少设计人员的劳动强度等，CAD/CAE/CAM技术在注塑模具行业应用必将受到越来越多的重视

[5]。随着塑料工业与汽车、航天航空及家用电器行业的不断发展,使得大型塑件也受到越来越广泛的重视和应用,相应地对大型注塑模具的设计也提出了更高的要求[6]。模具工业在国民经济中占有非常重要地位。模具技术的进步,不仅关系到机械产品的开发和应用,还影响到汽车、家用电器、电子、化工等新产品、新技术的开发和应用[7]。模具作为一种高效率的工艺装备,具有节约原材料、制件成本低廉等优点[8]。

二、塑料模具的发展及趋势

塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等各方面得到广泛应用,产品性能的提高要求高素质的塑料性能和塑料模具。目前,中国注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比,仍有一定差距,所以发现问题,找出差距,明确适合中国注塑模具发展的方向,才能从根本上解决问题[9]。塑料模具在今年来的发展相对较好,在大 4

经济环境下,各种塑料制品的生产均需要依托与塑料模具。而在现代的塑料产品生产过程之中,模具的质量直接影响塑料产品的质量。因此,在进行模具的相关设计之中,需要遵从设计原则,保证模具质量符合特定标准,从而保证模具在生产塑料产品时能够更好的确保塑料产品的质量[10]。

在批量生产某些复杂形状的塑胶制品中,注塑模具发挥了巨大的作用。众所周知,注塑是一种工业产品生产造型的方法[17]。通过将热融化后的材料注入到模腔中,从而冷却固化后得到成品[11]。注塑模具是成型塑料制件的工艺装备或工具[12]。在塑胶制品生产中,注塑模具是极为重要的组成,是赋予塑胶制品完整形态以及精确尺寸的关键[11]。根据塑料成型工艺方法的不同,通常将塑料模具分为注塑模具、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具等。合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是实现现代塑料制品生产必不可少的三大重要因素。尤其是塑料模具对实现塑料成型工艺要求、保证塑料制件质量、降低生产成本起着重要作用[12]。

随着科技日新月异的发展,先进的制造技术的出现正急剧改变着制造业的产品标准和生产过程,注塑模具业也是如此。一般而言,质量、成本以及工期是限制注塑模具发展的主要的三个方面的因素。而其中工期对于注塑模具的发展又显得尤为重要,因此提高注塑模具的标准化及自动化设计对于提高注塑工作效率非常关键[13]。

我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,大到机床的底座、机身外壳,小到一个杯头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量[14]。而就目前模具行业的发展来看,工期已成为企业开拓市场、赢得定单的关键因素,因此提高模具的标准化设计与制造水平,减少重复性的劳动,提高工作效率日显重要。同时在面向注塑模具的CAD、CAPP系统的开发过程中,也要求做到模具标准化设计与制造[4]。具体表现在模具的CAD/CAM技术,模具的激光快速成型技术,模具的精密成形技术,模具的超精密加工技术,模具在设计中采用有限元法等[16]。我国模具的发展经历了半个多世纪,目前我国模具技术的发展水平有了很大的提高,特别是这20年来,世界模具制造技术有了很大的提高,我国的模具工业向着精密、复杂、高效等方向发展[18]。近年来,模具工业发展相当迅速,己成为国民经济中的重要基础工业之一[20]。然而,中国制造的繁荣一直建立在一个相当脆弱的基础之上。产品主要集中在低端生产,掌握不了产业的制高点;对于来自世界市场的原材料及产品缺乏定价权;销售上严重依赖外部市场,经济对外依存度极高。中国制造面临危机,必须转型,这已经成为各界的普遍共识。如何转型,则是一条仍在探索的艰难之路[19]。

5

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第2章 塑件的分析及塑料的成型工艺性能

一、 设计课题

图2.1

二、塑件的分析及塑料的成型工艺性能

1、塑件的工艺分析

1）。该塑件尺寸较大，并未标注精度等级，所以为一般精度等级，为降低成型费用，采用一模一腔的结构来提高生产率。塑件壁较薄，对制品不进行后加工。

2）。为满足制品高光亮的要求与提高成型效率采用点浇口。

3）。为了方便加工和热处理，型芯部分采用镶拼结构。

2．材料的成型工艺性能

1）。塑件采用，其主要工艺性能有：

A．相对密度小，约为0.91~0.96，。

B．它常温下不溶于任何一种已知的溶剂，并且耐稀酸和各种浓度的碱和各种 6

浓度的碱、盐溶液；耐水性良好，可长期与水接触，但透水汽性能较差；聚乙烯绝缘性能优异。但在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。

C．一般高压聚乙烯的使用温度约为80℃，低压聚乙烯为100℃左右。聚乙烯能耐寒，在—60℃仍有较好的机械性能，—70℃时仍有一定的柔软性。

D．流动性极好，溢边值0.02mm左右，流动性对压力变化敏感。

E．高频率电性能优良，且不受温度影响，成型容易。

F．为结晶型塑料。

三、塑件的质量与体积计算

通过Pro/E建模分析得一半塑件质量属性如下图所示。

塑件体积：V塑=97.762x2=195.524cm （2.1） 3

塑件质量：m塑??V塑?195.524x0.94?183.79g （2.2）

查《塑料橡胶成型模具设计手册》得：ρ=0.94

图2.2

一半的塑件质量属性

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四、注塑成型条件

密度（g/ cm3） 0.91~0.96

计算收缩率（%） 1.5~3.6

预热温度（℃） 140~220

预热时间（h） 1~2

料筒温度（℃） 140~220

模具温度（℃） 40~60

注射压力（MPa） 60~80

适用注射机类型 螺杆、柱塞均可

五、型腔数目的确定

根据塑件计算重量，选择设备型号规格，确定型腔数。

为了是模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。常用的方法有四种：

（1）、根据经济性确定型腔数目。

根据总成型加工费用最经济的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。

设型腔数目为n，制品总件数为N，每个型腔所需的模具费用为C1，与型腔无关的模具费用为C0，每小时注射成型的加工费用为y（元/h），成型周期为t（min），则：

模具费用为 Xm=nC1+C0（元） （2.3）

注塑成型费用为 Xs=N（yt/60n）（元） （2.4）

总的成型加工费用为 X=Xm+Xs，即：

X=N（yt/60n）+ nC1+C0 （2.5） 为使总的成型加工费用最小，即令dx/dn=0，则有N（yt/60n）（-1/n2）+C1=0， 所以 n=Nyt/60C1 （2.6）

（2）、根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。

当成型大型平板制件时，一般用这种方法。设注射机的额定锁模力为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm（MPa），单个制品在分型面上的投影面积为A1（mm2），浇注系统在分型面上的投影面积A2（mm2），则：

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（n A1 + A2）Pm≤F （2.7）

n≤F-Pm?A2/Pm?A1 （2.8）

（3）、根据注射机的最大注射量确定型腔数目。

设注射机的最大注射量为G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统的质量为W2（g），则型腔数目n为：

n≤（0.8G- W2）/ W1 （2.9）

（4）、根据制品精度确定型腔数目。

根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度至少要降低4%。设模具中的型腔数目为n，制品的基本尺寸为L（mm），塑件的尺寸公差为±σ，单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为±Δ%，则有塑件尺寸精度的表达式为：

L?Δ+（N-1）L?Δ?4%≤σ （2.10）

简化后可得型腔数目为：

n≤2500σ/Δ?L -24 （2.11）

对于高精度制件，由于多型腔难使得各型腔的成型条件均匀一致，一般型腔数不超过4个。 现根据初步的设计方案，选用（3）来确定型腔数目：

① 注射机额定注射量mg 每次注射量不超过最大注射量的80%，

（2.12） n?（0.8mg?mj/mz）

式中： n — 型腔数

mj — 浇注系统质量（g）

mz — 塑件重量（g）

mg — 注射机额定注射量（g）

浇注系统体积Vj,根据浇注系统初步设计方案进行计算。

由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定其准确的数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2~1倍来估算。由于本次采用的设计比较简单并且较短，因此凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入的模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和1个塑件体积之和）为

V总?1.3nV塑?1.3x1x183.79?238.927g （2.13）

从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，查 ?塑料模具设计指导? 表13-1得选用XZY—300型注射机。

② 生产批量 试制小批量生产宜采用单腔，大批量生产宜采用多腔，该塑件为小批量生产，故宜采用单腔，由注射机理论，注射量确定型腔数得：

n=（0.8mg-mj）/ mz=（0.8x160-5.20）/122=1 （2.14）

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