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苏州大学本科生毕业论文（设计）1摘要本文主要介绍了薄壁凸台套筒注塑模具的设计过程，以Pro/E、CAD等绘图工具为基础，对注塑模具的结构进行了详细设计，完成了模具的装配图以及主要零件的零件图。设计过程中，分析了塑件的结构、成型工艺可行性，介绍了模具的基本工作原理，并对注塑机的选择、浇注系统、型腔布置、成型零件、脱模机构、导向机构、顶出系统、排气系统、冷却系统、以及相关参数的设计及校核作了详细的计算。除了设计之外，本文还通过模流分析软件moldflow对模具浇注系统、冷却系统及流动系统进行了模拟分析，基本完成了模具的整个设计过程。关键词：薄壁、注塑、模具、moldflow苏州大学本科生毕业论文（设计）2AbstractThispaperappliesthedesignprecedureoftheinjectionmoldofthin-walledconvexsleeves.BasedonPro/eandCAD,detaileddesignofthestructureoftheinjectionmoldiscarriedout.Theassemblydrawingandsomepartdrawingsofthemainpartsarecompleted.Duringtheprocessofthedesign,thestructureoftheplasticpartandthefeasibilityofformingtechnolohyareanalysed,withthebasicoperationprincipleofthemouldintroduced,anddetailedcalculationofthechoiceofinjectionmoldingmachine、pouringsystem、designofcavity、moldingparts、demouldingmechanism、steeringmechanism、ejectionmechanism、exhaustsystem、coolingsystem、designandcheckofrelatedparametersareprovided.Besides,thesimulationofthefeedsystem、coolingsystemandrunningsystemisgivenoutthroughmoldflow.Theentireprocessofthedesignismostlycompleted.Keywords:thin-walled、injection、mould、moldflow苏州大学本科生毕业论文（设计）3前言在实际生产过程中，经常会遇到加工各种不同类型的薄壁零件，在加工过程中容易变形。对其内在外在引起变形的根源进行分析，在加工薄壁类零件时，找到如何防止其变形，从而达到零件图纸的设计要求，达到各项技术指标和稳定性要求的处理方法的探索是非常必要的。薄壁零件已日益广泛地应用在各工业部门，因为它具有重量轻，节约材料，结构紧凑等特点。但由于薄壁零件刚性差，强度弱，给加工过程带来了各种技术上的问题。塑料制品通常简称为塑件，研究塑件的结构设计工艺性具有重要意义。结构良好的塑件对模塑过程、减少缺陷、获得更快的充模速度等方面有良好作用。以壁厚为例,如果仅从满足使用性能考虑而使壁厚产生剧烈变化以及在长的窄通道末端存在着厚壁均将影响模腔充填,使制品产生缺陷。要在不改变结构的情况下解决这种流动不良的现象,就需要更高的注射温度和压力,以及更长的保压时间,因而延长了模塑周期。薄壁塑料制品的结构工艺性直接影响制品本身的性能指标、成型工艺的实施和模具结构的复杂程度。因此,模具设计人员必须熟悉与设计模具有关的塑料制品结构工艺性方面的要求,以便在满足使用要求的前提下,考虑塑件在模具中成型的特点,充分发挥所用塑料在性能上的优势,达到简化塑件及模具结构、降低生产成本的目的。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量，就具有决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇和排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度和形状精度以及塑件的物理力学性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模具外，一般说来制模费用十分昂贵，大型塑料模更是如此。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含义，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成型设备被确定之后，塑件质量的优劣以及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步是刻不容缓的策略。尤其大型塑料膜的设计技术与制造水平，常常可标志一个国家工业化的发展程度。苏州大学本科生毕业论文（设计）4第一章塑件可行性分析1.1外形尺寸及精度等级该塑件外径φ5.98mm，长度14mm，最大壁厚0.45mm，尾部锁紧扣尺寸，长度0.3mm，单边高度0.15mm。其中尺寸φ5.08，φ5.98，14mm存在公差，查表可知公差等级为IT11，未注公差取自由公差等级。图1-1薄壁凸台套筒1.2塑件的材料及其性能PS聚苯乙烯，热塑性材料，流动性较好，抗拉强度高，化学性能稳定，成型性能好，适合于点浇口。（具体参数如表1-1）表1-1PS主要性能参数密度1.04~1.06g/cm³收缩率0.5~0.6%抗拉屈服强度35~63MPa拉伸弹性模量2800~3500MPa抗弯强度61~98MPa冲击韧性0.54~0.86kJ/m热变形温度65~96°C硬度M65~80HB苏州大学本科生毕业论文（设计）51.3分型面和脱模斜度的确定由于零件尾部锁紧扣锥度方向与抽芯方向相反，而且型腔深度较深，不便于加工，所以选择分型面时综合分析，将分型面设在零件大端面。考虑到零件尾部锁紧扣尺寸较小（单边尺寸0.15mm），根据使用用途，塑件变形后可以回弹不影响功能，故将芯轴按照零件内型加工，留出收缩量，并在芯轴外圆上加工多道台阶，台阶高度双边0.1mm，宽度1mm，可将注塑后零件从型腔中抽出，再使用退料板将零件从芯轴上推下，可实现注塑过程。PS（聚苯乙烯）的成型性能良好，成型收缩率较小，根据参考文献查表，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1度。1.4型腔数量和排列方式的确定该塑件要求月产量200万件，属于大批量生产，在保证塑件质量前提下，尽可能采用一腔多模或高速自动化生产，以缩短生产周期，提高生产率。按照一台注塑机两班生产，每模6件计算，则月产量为35万件，远远不满足生产要求。由于塑件精度等级较低，体积小，不需要侧抽芯机构，在保证塑件质量的前提下，为了提高设备的利用率，考虑模具采用1腔32模进行设计。排列方式如图1-2所示图1-2一模32腔苏州大学本科生毕业论文（设计）6第二章注塑机的选择2.1塑件体积和其他参数的计算1.单个塑件的体积和质量计算根据塑件形状进行大致计算，得到塑件体积V1=105mm²=0.105cm³，塑件材料聚苯乙烯（PS）的密度取ρ=1.04~1.06g/cm³，则单个塑件的质量为m=0.1g。2.模具所需塑料熔体注射量计算V=n*V1+V2式中，V——一副模具所需塑料的体积（cm³）；n——初步选定的型腔数量；V1——单个塑件的体积（cm³）；V2——浇注系统的体积（cm³）。对于流动性较好的普通精度塑件，浇注系统凝料约为塑件体积的15%-20%，考虑深长型薄壁零件，设计时以0.6nV1作为预测估算，即注射V=1.6n*V1=5.376cm³3.锁模力计算A=n*A1+A2Fm=（n*A1+A2）*p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（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm²）；F——模具所需的锁模力（N）；p——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。对于多型腔模的统计分析，流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A2大致是单个塑件在分型面上的投影面积A1的0.2-0.5倍，因此可用0.35nA1来估算，计算得，A≈1213mm²。查表2-1部分塑料所需的注射压力（伍先明《塑料模具设计指导》），对于难流动的薄壁窄浇口件，聚苯乙烯所需的注射压力P1=120~150MPa，而成型时塑料熔体对型腔的平均压力p，其大小一般为注射压力的30%~65%。计算得，p≈36~97.5MPa，取80MPa。所以，锁模力F=A*p≈97KN苏州大学本科生毕业论文（设计）72.2注塑机的型号和规格的初步选择注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足：G≥V/α=6.72（α取0.8），F＞Fm=97KN根据计算的各项参数，选择注塑机型号为SZ-100/80，注塑机各项参数如表:2-1所示。表2-1注塑机主要参数型号SZ-100/80螺杆直径/mm35最大注射容量/cm³100注射压力/MPa170锁模力/kN800最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm170拉杆内间距/mm320*320模板行程/mm305喷嘴圆弧半径/mm10喷嘴孔径/mm3注射速率g/s95螺杆转速r/min0~200塑化能力g/s40苏州大学本科生毕业论文（设计）8第三章浇注系统的设计3.1模具浇注系统的设计原则普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。浇注系统的设计时注塑模具设计的一个重要环节，在设计浇注系统之前必须明确塑件成型位置，这对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度）都有着直接的影响，设计时应遵循如下原则：（1）.型腔布置和浇口开设部位对称，防止模具承受偏载而造成溢流现象；（2）.型腔和浇口的排列尽可能地减少模具外形尺寸；（3）.系统流道应尽可能短，断面尺寸相当，尽量减少弯折，使热量和压力损失尽可能小；（4）.多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔，分流道尽可能平衡布置；（5）.满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的消耗量；（6）.浇口位置适当，尽量避免冲击型芯，防止型芯变形，浇口残痕不应影响塑件的外观。3.2主流道的设计主流道的长度：对于小型模具L应尽量小于60mm，这里取值50mm；主流道小端直径d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）mm=3+（0.5~1）mm=4mm；主流道大端直径D=d+L*tanα=7.5mm，（其中α≈4）；主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1~2）mm=10+2=12mm；球面的配合高度h=3mm。主流道凝料体积V主=1338mm³图3-1浇口套（详细参数见零件图）苏州大学本科生毕业论文（设计）93.3分流道的设计分流道是主流道和浇口之间的通道，一般开在分型面上。本模具中采用梯形流道。查表可知聚苯乙烯分流道断面直径范围为3.5~10mm，这里取值10mm（主流道大经为8mm），梯形高度5mm。每节分流道比下一节分流道大10%~20%左右，表面粗糙度一般取0.63~1.6um左右即可。图3-2分流道图3-3第一到第四节分流道的截面形状苏州大学本科生毕业论文（设计）103.4点浇口的设计点浇口位置寻在分型面上，以便于模具加工及使用时的清理，根据零件的特点，浇口位置设置在尾部断面中心。浇口截面面积约为分流道截面面积额的3%~9%，直径常为0.5~1.8mm，浇口长度0.5~2mm。此模具中，塑件分型面处尺寸较小，故都取值为0.5mm。图3-4点浇口3.5冷料穴的设计冷料穴的目作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔。冷料穴一般设置在主流道的末端，当分流道较长时，在分流道的末端有时也开设冷料穴。本设计中将冷料穴设置在各个分流道末端，详见图3-2。苏州大学本科生毕业论文（设计）11第四章成型零件的设计注：PS收缩率为0.5%~0.6%，这里取0.5%。尺寸公差＜0.1mm，径向尺寸修正系数x取0.8，轴向尺寸修正系数x取0.65。详细尺寸及技术要求见零件图。凸模型芯的尺寸计