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1、湖 南 科 技 大 学课 程 设 计题目指示灯罩注塑模设计作者学院专业学号指导教师二一五 年 十二 月 二十五 日湖 南 科 技 大 学毕业设计（论文）任务书 院 系（教研室）系（教研室）主任: （签名） 年 月 日学生姓名: 学号: 专业: 1 设计（论文）题目及专题： 2 学生设计（论文）时间：自 年 月 日开始至 年 月 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：4 设计（论文）应完成的主要内容：5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：6 发题时间： 年 月 日指导教师： （签名）学 生： （签名）前言模具是我国国民经济的基础工业，是制造业的重要基础工艺装备，随着社会的不
2、断进步、经济的不断发展，各种各样的商品被不断生产出来，其中大多数商品的生产都依赖于模具的多样化。国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑业的发展也要求模具工业的发展与之相适应。塑料模具设计学习的结束，使自己对模具的认识有了清晰的了解。这次设计的题目是指示灯罩塑件进行注塑设计，通过对塑件进行分析、对模具结构的设计和计算。通过pro/E进行造型分析，最后用Auto/CAD软件对主要的零部件与装配图进行绘制，虽然对模具的结构有一些感性的认识和理性的认识，也进行过实践和相应的课程设计，但这次设计是对本期学习的一个总结，由于缺乏真正的实践经验，使这次毕业设计的过程中遇到了很多困难，但是通过老师
3、的指导和详细的查阅资料，以及和同学们的讨论，解决了不少的问题。相信这次设计能够符合设计的要求，完成设计的任务。由于自身知识的不够完善，在设计的过程中存在着一些不足和不完善的地方，恳请老师指正。 目录摘要5第一章 模具结构型式及注射机的初步确定7塑料件可行性分析71.1.1塑料的性能特点81.1.2塑件的成型工艺性分析81.2拟定模具结构型式81.2.1分型面位置的确定91.2.2型腔数量的确定91.3注射机型号的确定91.3.1估计塑件体积质量91.3.2 塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及锁模力。10第二章 浇注系统的设计112.1主流道的设计112.1.1主流道尺寸122.1
4、.2主流道的凝料体积122.1.3主流道当量半径122.1.4主流道浇口套的形式122.2分流道的设计122.3 浇口设计132.4 冷料穴的设计13第三章 成型零件的结构设计及计算133.1成型零件材料的选用133.2成型零件工作尺寸的计算143.3 型腔壁厚的选取16第四章 脱模推出机构抽芯机构的设计17第五章 模架的确定185.1 各模板尺寸的确定195.2模架各尺寸的校核19第六章 排气槽的设计19第七章 冷却系统的设计207.1冷却介质207.2冷却系统的简单计算217.2.1单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W217.2.2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量QS217.2.3
5、计算冷却水的体积流量qv217.2.4确定冷却水路的直径217.2.5求冷却管壁与水交界面的膜转热系数217.2.6计算冷却水通道的导热总面积217.2.7计算模具冷却水管的总长度217.2.8冷却水路的根数x21设计总结22参考文献：23摘要本次设计是塑料模具设计，注塑件是指示灯罩，该灯罩带有外螺纹。设计的内容为：模具结构型式及注射机的初步确定；浇注系统的设计；成型零件的设计；模推出机构的设计；侧向分型与抽芯机构设计；模架的确定和标准件的选用；合模导向机构的设计；排气系统的设计；温度调节系统的设计。并用CAD绘制了一套模具装配图和零件图。关键词：塑料模具设计；指示灯灯罩；CAD。Abstra
6、ctThe plastic injection would be the mould design.Injection molding parts is a lampshade with external thread.Content for the design includes determine the die types of flasless die forging technology and injection molding machine;the design of gating system;the design of its molding part;the design
7、 of ejecting mechanism;the design of side pating and core-pullingmechanism;thedetermination of formwork and the selection of standard parts;the design of principle;the design of temperature control system.Detail drawing for a full set of mould would be made by CAD.Key word:injection moulding, lampsh
8、ade,CAD第一章 模具结构型式及注射机的初步确定塑料件可行性分析塑件图如图1.1：图1.1塑件图1.1.1塑料的性能特点 该塑件材料为PMMA，俗称有机玻璃，具有优秀的透明度及耐气候变化特性，故特别适合制作指示灯罩。PMMA常温下有较高的机械强度，抗蠕变特性及较好的抗冲击特性。收缩率较小，在0.3%0.4%之间。在模具设计方面，PMMA流动性较差，必须设计流动阻力小的浇注系统，脱模斜度要足够大以使脱模顺利注意设计合理的排气结构和冷料穴，防止出现气泡、熔接焊等缺陷。注塑工艺条件：PMMA原料必须经过严格干燥，建议干燥条件为95100，时间6小时以上，料斗应持续保温以免回潮。料斗温度22027
9、0，模具温度为4070。注塑速度不能太快以免气泡明显，但速度太慢会使熔合线变粗。1.1.2塑件的成型工艺性分析 塑件的成型工艺性包括结构形状、壁厚、肋板、圆角、表面粗糙度、尺寸精度、表面修饰、脱模斜度等。本课程设计主要分析壁厚、脱模斜度、表面粗糙度。该塑件壁厚变化较均匀，有利于成型，且在PMMA小型制件的常用壁厚推荐值1.5mm的左右。脱模斜度在塑件高度为25mm以下时可以不予考虑，但考虑PMMA的收缩率。PMMA塑料：凹模取12，凸模50130。本课程设计取1。 表面粗糙度分析：该塑件的精度等级为MT3，尺寸按照这一精度查取，属于一般精度的塑件。本设计中球面部分的表面粗糙度要求为0.4um，
10、其余部分为1.6um。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低12级。1.2拟定模具结构型式 1.2.1分型面位置的确定分型面选择原则：1） 符合塑件的脱模基本要求，就是能使塑件从塑件从模具中取出，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。2） 分型面不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。3） 确保塑件留在动模一侧，利于推出且推杆痕迹不显露于外观表面。4） 确保塑件质量。5） 应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块。6） 满足模具的锁模要求，将塑件投影面积大的方向放在定、动模的合模方向上，而将投影面积小的方向作为侧向分型面；另外，分型面是曲
11、面时，应加斜面锁紧。7） 合理安排浇注系统，特别是浇口位置。8） 有利于模具加工。根据此原则确定分型面在如图1.2所示位置图1.2分型面1.2.2型腔数量的确定 该塑件属于小型制件，考虑模具经济性和实用性，可采取一模多腔。由于塑件存在外螺纹结构，型腔越多越容易损伤塑件，故采用一模两腔。1.3注射机型号的确定1.3.1估计塑件体积质量 利用proe软件可直接测量体积，如下图1.3所示图1.3塑件体积得到体积V=7811mm3 质量M=v=1.187.811=9.21g根据塑料模具设计指导p6(2-1)m=nm1+m2 式中m一副模具所需要塑料的质量 n初步选定的型腔数量 m1单个塑件的质量 m2
12、浇注系统的质量学校做设计时以0.6nm1作为预测估算，即：m=1.6nm11.3.2 塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及锁模力。A=n A1+A2Fm=(n A1+A2)P型式中 A塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm2） A1单个塑件在分型面上的投影面积（mm2） A2流道凝料在分型面上的投影面积（mm2） Fm模具所需的锁模力 P型塑料熔体对型腔的平均压力查塑料模具设计指导表2-2中的P型为25Mpa。计算得 m=29.47 Fm=349050N预选注射机为SZ-100/60螺杆式注射机。其主要技术参数如下表2-1。表2-1 注射机主要技术参数理论注射容积100cm螺杆直
13、径35mm注射压力150Mpa锁模力600KN模板行程260mm模具最大厚度340mm模具最小厚度170mm拉杆空间440340mm定位孔直径125mm锁模形式双曲轴喷嘴球半径12mm合模方式液压-机械第二章 浇注系统的设计2.1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。2.1.1主流道尺寸（1） 主流道的长度。一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取50mm进行计算。（2） 主流道小端直径。d=注
14、射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=3.5mm。（3） 主流道大端直径。D=d+Ltan=7mm，式中4。（4） 主流道球面半径。SR=注射机喷嘴球头半径+（12）mm=12+2=14mm。（5） 球面的配合高度。h=3mm。2.1.2主流道的凝料体积V=L(R+r+Rr)/3=1068.8mm。2.1.3主流道当量半径R=1.75+3.5/2=2.625mm。2.1.4主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便
15、于选用优质刚才单独加工和热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。所选浇口套如图2.1所示：图2.1浇口套2.2分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的通道。此副模具采用梯形的截面形状，对于壁厚小于3mm,质量在200g一下的塑件，截面的直径可采用如下的经验公式：B=0.2654M4L H=2B/3 其中B是分流道的高，L是分流的长度，M是塑件的质量，此副模具选分流道的截面积为B=2.4mm，H=1.5mm,L=82.6mm。由于分流道的内表面粗糙度Ra要求一般取0.8um左右。分流道在分型面上的布置的形式， 它必须遵循以下两方面的原则， 即
16、一方面排列紧凑， 缩小模具板面的尺寸， 一方面流程尽量短， 锁模力力求平衡， 该模具采用平衡式的分流道。2.3 浇口设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。 浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口，它一方面通过截面积的突然变化， 使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性， 调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔
17、防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。 本套模具浇口采用圆形浇口， 浇口位置处于零件安装的内侧表面， 避免零件表面存在痕迹， 造成不美观。根据塑件的样品图、 生产的批量等，采用一模两腔结构。 浇口采用牛浇口，潜入到动模内，具体尺寸见总装图。2.4 冷料穴的设计冷料穴是为储存因熔点与低温模具接触而在料流前锋产生的冷料而设置的，这些冷料如果进入型腔将减慢熔体填充速度，最终影响制品的成型质量。该设计冷料穴设置在主流道末端和分流道末端。第三章 成型零件的结构设计及计算3.1成型零件材料的选用 根据对成型塑件的分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机
18、械加工性能和抛光性能。所以构成型腔的凹模材料选用P20，对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此材料选用P20钢，进行渗氮处理。3.2成型零件工作尺寸的计算 采用成型零件尺寸计算方法中的平均尺寸法的公式计算：凹模径向尺寸：LM=(1+SCP)ls-x+z型芯径向尺寸：lM=(1+SCP)ls+x- z凹模深度尺寸：HM=(1+SCP)HS-x+ z型腔高度尺寸：hM=(1+SCP)HS+x- z式中：Z-模具制造公差一般取塑件公差的1/31/6。 x一般在0.50.8之间，本设计取0.6。 LM凹模径向尺寸。 lS塑件径向基本尺寸。 lM型芯径向尺寸。 HM凹模深度尺寸。
19、 HS塑件高度基本尺寸。 hm型芯高度尺寸。 SCP塑件的平均收缩率。由于该产品是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求高。一般取 Ra=0.4,在机床上加工，然后需要抛光才可以直接投入使用。考虑模具的修模以及型芯的磨损，在精度范围内，型芯尺寸尽量取大值。而型腔则取大值，型腔的表面粗糟将决定产品的外观，因此型腔的表面粗糙度则要求较高，一般取 Ra0.80.4。 在本次设计中，型腔、型芯的成型面取 Ra0.4。要计算型芯、型腔的工作尺寸，必先确定塑件的公差及模具的制造公差。根据要求塑件精度取MT3。根据“工程塑料模塑塑料件尺寸公差”（GB/T1448393）塑件在三级精度下的公差值如表3-1。表3-1
20、 部分尺寸公差表基本尺寸mm公差mm基本尺寸mm公差mmA系列B系列A系列B系列30.120.3218240.240.44360.140.3424300.280.486100.160.3630400.320.5210140.180.3840500.360.5614180.200.4050600.400.60得出塑件具体尺寸的公差值，如图3.1所示。图3.1塑件尺寸则型腔尺寸及公差如图3.2：图3型腔尺寸型腔宽度：R1=（1+0.005）170.750.20+0.033=16.940+0.033D1=（1+0.005）33.40.750.320+0.053 =33.330+0.053D3=（1+
21、0.005）400. 750.320+0.053= 39.960+0.053D4=（1+0.005）40.06980.750.320+0.053=40.030+0.053型腔深度：H2=(1+0.005)2-0. 660.120+0.02=1.9300+0.02 H3=(1+0.005)16-0. 660.20+0.033=15.950+0.033 H4=(1+0.005)1. 5-0. 660.120+0.02=1.430+0.02 型腔宽度：r1=(1+0.005)15+0.750.20-0.033=15.230-0.033 d1=(1+0. 005)30.627+0.750.280-0.
22、047=30.970-0.047型芯深度：h1=(1+0. 005)33.165+0.660.320-0.053=33.380-0.053螺纹型环：D2 外=(1+0.005)36-1.20.320+0.05=35.800+0.05 D2 中=(1+0.005)34.7-0.320+0.04=34.550+0.44D2 内=(1+0.005)33.8-0.320+0.05=33.650+0.053.3 型腔壁厚的选取型腔壁厚选取 塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度计算是模具设计中经常遇到的问题，尤其对大型模具更为突出。目前常用的计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类，但塑料模具要求既不许因强度
23、不足而发生明显变形，甚至破坏，也不许刚度不足而变形过大的情况，因此要求对强度和刚度加以考虑。型腔壁和底版厚度的计算比较复杂且繁琐，为了简化模具设计，一般采用经验数据或查有关的模具设计手册。如表3-2型腔厚度参考值、3-3支承板厚度参考值。表3-2 型腔厚度参考值矩形凹模内侧短边长b整体凹模壁厚S镶拼式凹模凹模壁厚S1模套壁厚S2402592222254050253091050603035101125286070354211122835708042481213354080904855131440459010055601415455010012060721517506012014072851719
24、6070140160859519217080表4-2支承板厚度参考值塑件在分型面上的投影面积A(cm2)支承板厚度H515510152010502025501002530100200304020040由于斜滑块设计上的原因，型腔厚度远大于表4-1 的值，所以模具型腔厚度按照斜滑块设计值即可。根据4-2，本模具支承板应该选用厚度为25mm。考虑到模具高度，支承板所承受的重量比较大，所以支承板选用厚度为 40mm。第四章 脱模推出机构抽芯机构的设计在本次模具设计中，分析制件的结构。在抽拔距不大的情况下用斜滑块侧抽芯能简化模具的结构，并获得很好的效果。开模时在推杆作用下，在锥形模套凹槽内滑动，在向上
25、升的同时向两侧分开，塑件也逐渐脱离主型芯，限位螺钉起滑块限位作用。滑块的角度必须小于30，一般取525。本设计斜滑块的导向机构角度为25因为产品的底圆和外圆存在倒扣，若要脱模，必须让每一侧滑块向外移动6.2mm。同时为确保零件不会陷入到滑块内侧使零件不能取出，滑块不能移动超过10.7mm，即超过产品外径。滑块跟零件预留3mm的安全距离，确保零件能安全取出，S=S1+K=6.2+3=9.210.7mm，符合使用要求。即S=9.2mm。滑块垂直方向的移动距离：L=S/tan=9.2/tan25=19.73mm 取整数20mm。斜滑块结构如图5.1所示图5.1 斜滑块结构图1定模板 2弹簧销 3限位
26、钉 4锥形模套5塑件 6型芯 7斜滑块 因为选用的是卧式模具，保留在动模部分长度L12/3H,H为滑块总高79.5mm，所以斜滑块的行程符合设计的要求。第五章 模架的确定 根据模具型腔的布局的中心距可算出型腔所占平面尺寸为150mm40mm，利用塑料模具设计指导（式7-1）经验公式，即塑件投影宽度WW3-10,即W3=W+10=150+10=160mm，查塑料模具设计指导表7-4得W=270mm，因此需采用270mm270mm的模架。根据塑料模具设计指导表7-1可确定选用直浇口A型模架，查表7-4得WL=270mm270mm及各板的厚度尺寸。5.1 各模板尺寸的确定1）A板尺寸。A板是定模型腔
27、板，塑件在定模部分为19mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需留出足够的距离，故A板厚度取40mm。2）B板尺寸。B板是型芯固定板，由于斜滑块有80mm。故B板厚度取100mm。3）C块（垫块）尺寸。垫块=推出行程+推杆固定板厚度+推板厚度+（510）mm=20mm+15mm+20mm+(510)mm=60mm65mm，初步选定C为70mm。 经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：C2727-4010040GB/T12555-2006。其他尺寸按标准标注，如图5.1。图5.1 模架结构尺寸5.2模架各尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。1) 模具平面尺寸27027044034
28、0(拉杆空间)，校核合格。2) 模具高度尺寸290mm，170mm290mm340mm。（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。3) 模具的开模行程S=H1+H2+(510)=25+40+(510)mm=60+(510)mm260mm，校核合格。第六章 排气槽的设计排气系统对确保塑件成型质量起至关重要的作用，排气方式有以下几种。1） 利用排气槽。2） 利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙；利用分型面上的间隙。3） 利用烧结合金塞排气。4） 负压及中空抽气。本设计斜滑块与型芯的配合间隙、斜滑块与定模的配合间隙可作为气体排出方式。同时，气体会沿着分型面的间隙向外排出。所以不会产生憋气现象。故本设计不另
29、外设计排气结构。第七章 冷却系统的设计7.1冷却介质 PMMA流动性较差，注塑时料筒温度220270。模具温度3040，变形温度98。所以模具温度初步选定407.2冷却系统的简单计算7.2.1单位时间内注入模具中的塑料熔体总质量W(1)塑料制品的体积V=V主+V分+nV塑=1068.8mm3+198mm3+27811mm3=16888.8mm3=16.89cm3(2)塑料制品的质量m=V=1.1816.89=19.9g0.019kg(3)塑件壁厚2mm，查资料得t冷=9s。取注射时间t注=2s，脱模时间t脱=7.5s，则注射周期：t=9s+2s+7.5s=18.5s。由此得每小时注射次数N=1
30、94.5次，取整数194次。(4)单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：W=Nm=3.7kg/h7.2.2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量QS查塑料成型工艺及模具设计表435直接可知PMMA的单位热流量QS=315kJ/kg。7.2.3计算冷却水的体积流量qv设冷却水道入水口的水温为2=22，出水口的水温为1=25，取水的密度=1000kg/m3,水的比热容c=4.187Kj/(kg.)。则根据公式可得：Qv=WQ/60c(1-2)=3.7286/6010004.187(25-22)=1.410-3m3/min7.2.4确定冷却水路的直径一般水路直径可根据塑件平均壁厚来确定，平均壁厚为
31、2mm时，根据经验值，水道直径取6mm。7.2.5求冷却管壁与水交界面的膜转热系数因为平均水温为23.5，查塑料成型工艺及模具设计表4-31可得f=6.72，则有h=4.187f(v)0.8/d0.2=1700.8kJ/(m2h)7.2.6计算冷却水通道的导热总面积A=WQ/h=0.01427.2.7计算模具冷却水管的总长度L=A/d=0.754m=754mm7.2.8冷却水路的根数x设每条水路的长度为l=300mm,则冷却水路的根数为X=L/l=7543002.5根有上述计算可以看出，本设计可以动定模各三条冷却水道对型芯和凹模进行冷却。 设计总结通过这次课程设计，我对注塑模具的设计方法与流程
32、有了一个比较全面的了解。在这个不断设计、学习、再设计的反复操作过程中，我学习到了一种科学的设计思路和方法。这对我以后的工作态度和方法将产生积极的影响在设计的过程中，遇到了很多问题，尤其是在流道的设计、抽芯机构的设计以及成型零件的计算等方面，费了很多周折。经过了很长时间的思考和查阅资料，才成功的完成本套模具的设计。在模具的设计过程中，很多时候都是依靠同学们的帮助和老师的指导，才能顺利完成设计，在这里感谢同学们的帮助，也向老师表示衷心的感谢。参考文献：1叶久新，王群.塑料成型工艺及模具设计M.北京：机械工业出版社，20072伍先明，陈志刚.塑料模具设计指导M.北京：国防工业出版社，20153张维合.注射模具设计实用教程M北京：化学工艺出版社，20114塑料模具设计手册编写组.塑料模设计手册M.北京：机械工业出版社，1994.
