编号：(论文)说明书
题目：加热缸体的注塑模具设计院（系）：
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学生姓名：
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指导教师：
2013年2月3日
代写毕业设计
目录
1.前言 (3)
2.塑件的设计 (4)
2.1 塑件材料的性能 (4)
2.1.1 塑件材料的使用性能 (4)
2.1.2 塑件材料的物理性能、热性能 (5)
2.1.3 塑件材料的力学、电气性能 (5)
2.1.4 塑件材料的化学性能 (6)
2.1.5 塑件材料的成形条件 (6)
2.2 塑件工艺分析及结构设计 (7)
2.2.1 塑件成形方法 (7)
2.2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 (7)
2.2.3 注塑成形塑件工艺结构设计： (8)
3.设计方案的确定 (9)
3.1注塑机的选择 (9)
3.2 分型面的选择 (9)
3.3 排气方式的确定 (10)
3.4 型腔数目和排列方式的确定 (11)
4 浇注系统的设计及计算 (11)
4.1 流道设计 (11)
4.2 浇口设计 (12)
4.3 流动比校核 (12)
5 成型零件设计 (13)
5.1 成型零件结构设计 (13)
5.1.1 凹模的结构设计 (13)
5.2 成型零件工作尺寸计算 (13)
5.2.1 凹模的径向尺寸计算 (13)
5.2.2 凹模的深度尺寸计算 (15)
5.2.3 型芯的径向尺寸计算 (15)
5.2.4 型芯的高度尺寸计算 (16)
5.2.5 型孔之间的中心距尺寸计算 (17)
5.2.6 成型中心边矩尺寸计算 (17)
5.3 成型零件的力学计算 (18)
5.3.1 凹模型腔侧壁厚度计算 (19)
5.3.2 凹模底板厚度计算： (19)
6 导向与定位机构设计 (20)
6.1 导向机构的设计 (20)
6.1.1 导柱设计（GBT4169.5-1984） (20)
6.1.2 导套设计（GBT4169.2-1984） (21)
6.2 定位机构设计 (21)
7 侧向分型与抽芯机构设计 (21)
7.1 侧向分型和抽芯机构的类型 (21)
7.2 抽拔距的确定 (22)
7.3 抽拔力的计算 (22)
7.3.1 影响抽拔力的因素 (22)
7.3.2 抽拔力的计算 (23)
7.4 斜导柱的设计 (23)
7.4.1 斜导柱的受力分析和强度的计算： (23)
7.4.2 斜销长度和最小开模行程计算 (24)
7.5 滑块与导滑槽设计 (25)
7.6 楔紧块的设计 (25)
7.6.1 楔紧块的结构形式 (25)
7.6.2 楔紧块的楔角 (25)
8 温度调节系统的设计 (25)
8.1 求塑件在固化时每小时释放的热量 (26)
8.2 求冷却水的体积流量 (26)
9 标准模架的选用 (26)
10 注塑机参数校核 (27)
10.1 最大注塑量校核 (27)
10.2 锁模力校核 (27)
10.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 (28)
10.3.1 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应： (28)
10.3.2 模具闭合高度校核 (28)
10.4 开模行程校核 (28)
设计总结 (29)
参考文献： (31)
摘要
本文详细介绍了加热缸体注塑模的设计过程。首先分析原始资料，包括塑件材料（聚炳烯）的性能和结构工艺特点，然后确定分型面和型腔排列方式，接着设计侧抽芯机构以及导滑槽和滑块，还对成型零件、型腔壁厚、加热和冷却等进行了计算，最后对注塑机进行校核。本设计介绍了中等复杂程度注射模具的设计过程，并对模具设计进行优化和改进,提高了模具设计的质量，缩短了设计时间。
Abstract
This paper was detailed to introduce a design process of pipe frame injection mold. First to analysis original data, including the properties of the material (polypropylene) and technological characteristics of the plastic part, then decide the divide surface of cavity and the arrange way of mold cavity, designing the side take out core outfit and guide runner and slide block, still carried on the calculation towards modeling part, cavity deep and thick, molding machine. This design introduces the design process of a middle complexity injection mold, and optimizes and improves the molding design so that to increase the quality of molding design and shorten the design time.
1.前言
塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展，各种性能的塑料，特别是聚酰胺、聚甲醛、ABS、聚碳酸酯、聚砜、聚苯醚、氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过了聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻、耐腐蚀、电气绝缘性好、易于造型、生产效率高与成本低廉等。但也存在许多自身的缺陷，诸如：抗老化性、耐热性、抗静电性、耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术、材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。
塑料的塑料增多，新的工程塑料品种的增加，塑料成型设备、成型工艺技术和模具技术水平的发展，为塑件的应用开拓了广阔的领域。目前，塑件已深入到国民经济的各个部门中。特别是在办公机器、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、航空、交通、通信、轻工、建材业产品、日用品以及家用电器行业中的零件塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现全塑产品。据报道，美国塑料工业已变为全美第四个最大的工业，每年的塑料消耗量已经超过钢材。在全世界按照体积和重量计算塑件的消耗量也超过了钢材。我国的塑料工业发展也很快，特别是近20年，产量和品种都大大增加，许多新颖的工程塑料也已投入批量生产。塑件1990年达到536.8万吨，居世界第四位。如今，我国塑料工业已形成了相当规模的完整体系，它包括塑料的生产，成型加工，塑料机械设备，模具加工以及科研、人才培养等。塑料工业在国民经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。
塑料模具设计与制造技术的发展与塑料工业的发展息息相关。由于塑件的制造是一项综合性技术，围绕塑件成型生产将用到有关成型塑料、成型设备、成型工艺、成型模具及模具制造等发面知识，所以这些知识便构成了塑件成型生产的完整系统。它大致可包括产品设计、塑料的选择、塑件的成型、模具设计与制造四个主要环节，在上述四个环节中，模具设计与制造是实现最终目标
——塑件使用的重要手段之一。
模具是塑件生产的重要工艺装备之一。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。不同的塑料成型方法使用着不同的模塑工艺和原理及结构特点个不相同的塑料模具。塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素占80%。一副质量好的注射模可以成型上百万次，压缩模大约可以生产25万件，这些都同模具设计和制造有很大的关系。在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术是必不可少的因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才可能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的设计制造和更新为前提。随着国民经济领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大、产品更新换代周期愈来愈短、用户对塑件质量的要求愈来愈高，因而对模具设计与制造的周期和质量提出了更高的要求，促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业生产高速发展，可以说，模具设计与制造水平标志着一个国家工业化发展的程度。
2.塑件的设计
塑料制件主要是根据使用要求进行设计。要想获得优质的塑件，塑件本身必须具有良好的工艺性，这样不仅可使成型工艺得以顺利进行，而且能得到最佳的经济效益。
塑料的设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、耐热性能和耐腐蚀性能的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能较好的塑料。同时还应力求结构简单、壁厚均匀、成型方便。在设计塑件时，还应该考虑其模具的总体结构，使其模具易于加工制造，模具的抽芯结构和推出结构简单。塑件形状有利于模具分型、排气、补缩和冷却。此外，在塑件成型后尽量不再进行机械加工。
本塑件是一种新型的加热缸体，其材料采用的是聚丙烯（PP），生产类型为大批量生产。
2.1 塑件材料的性能
2.1.1 塑件材料的使用性能
聚丙烯密度小，强度、刚性、硬度、耐热行均优于HDPE,可在100℃左右使用。具有优良的耐腐蚀性，良好的高频绝缘性，不受湿度影响，但低温变脆，不耐磨，易老化。适于制作一般机械零件、耐腐蚀零件和绝缘零件。
塑件材料的加工特性：
（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发生分解；
（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右；
（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；
（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；
（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90℃以
上时易发生翘曲、变形；
（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。
2.1.2 塑件材料的物理性能、热性能
2.1.3 塑件材料的力学、电气性能
2.1.4 塑件材料的化学性能
2.1.5 塑件材料的成形条件
2.2 塑件工艺分析及结构设计
若要将聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件，除了要选用合适的塑料材料外还必须考虑塑料制件的加工工艺性。影响成形件误差的主要原因是塑料收缩率的波动、模具使用的磨损、成形制品脱模后的收缩、模具制造及装配的误差。
为了便于脱模，并防止脱模后刮伤制品表面，要求有一定的脱模斜度，脱模斜度的大小取决于塑料的收缩率、制品的形状及厚度。制品上所有的角均采用圆角过渡，既安全又改善了熔体在型腔的流动性，有利于充型，避免出现熔合线。
2.2.1 塑件成形方法
热塑性塑料的成形方法主要有挤塑成形、注塑成形、压塑成形、浇注成形
等。本塑件采用注塑成形方法。
2.2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1）结构分析：
从零件图上分析，该零件总体形状为长方形，在宽度方向的一侧有两个Φ10.5㎜的圆孔，在高度为15mm的圆锥凸台上有一直径为Φ4㎜的圆孔。因此，模具设计时必须注意设置侧向分型抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。
2）尺寸精度分析：
该零件的所有尺寸都未注公差尺寸，由表2-5常用材料塑件公差登记和选用分析可见，该零件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关的零件的尺寸加工可以保证。
3）表面质量分析：该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。
综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。
2.2.3 注塑成形塑件工艺结构设计：
在注塑成形塑件设计过程中应该尽量避免凸凹台，然而本塑件侧壁上有凸台和圆孔，所以其成形模具中必须设计侧向抽芯结构。
1）脱模斜度
塑件在模具注塑成形过程中，塑料从熔融状态转变为固态状态将会产生一定量的尺寸收缩，从而使塑件紧紧的包围在模具型芯或型腔中的凸起部分，为此必须考虑塑件内外壁有足够的脱模斜度。查塑料模具设计及制造表2-11得热塑性塑料PP的脱模斜度为：
型腔：25′～45′
型芯：20′～45′
综合考虑本塑件的工艺特性，塑件内表面和外表面的脱模斜度都选为30′。
2）塑件壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素，是塑件设计时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚要求尽量分布均匀否则会导致塑件各部分固化收缩不均匀，易在塑件
上产生气孔、裂纹、以及内应力及变形等缺陷。
塑件的壁厚与流程有关，因为各种塑料在其常规工艺参数下，流程大小还与塑件壁厚成正比。壁厚则其流程长，查模具设计大典表8.5-8，由壁厚与流程关系式计算相应的塑件最小壁厚
===1.4mm （2.3）
式中——最小壁厚(mm)
L ——流程(mm)
热塑性塑料PP的壁厚一般为0.6～7.6mm,而从塑件的壁厚来看，最大处是6㎜，最小处是3.75㎜，塑件的壁厚在材料允许的范围之内且较均匀，有利于零件的成型加工。
3.设计方案的确定
3.1注塑机的选择
计算一次注塑所需的模料体积。该模具为一模一腔，浇注系统体积粗略估计为2,则一次注塑所需的塑料为：
理论注塑量为：
根据理论注塑量初步选择XS-ZY-125型塑料注塑成型机,其主要技术参数如下:
理论注塑容量cm3 192
螺杆直径mm 42
注射压力MPa 1500
注射行程mm 160
注射方式螺杆式
螺杆转速(rmin) 10～140
锁模力KN 900
移模行程mm 300
拉杆内间距mm
最大模具厚度mm 300
最小模具厚度mm 200
模具定位孔直径mm 100
喷嘴球半径mm SR12
喷嘴孔直径mm
3.2 分型面的选择
选择分型面时，通常应考虑以下几项基本原则：
（1）便于塑件的脱模。
1）在开模时塑件应尽可能留于下模或动模内。
2）应有利于侧面分型和抽芯。
3）应合理安排塑件在型腔中的方位。
（2）考虑塑件的外观。
（3）保证塑件尺寸精度的要求。
（4）有利于防止溢料和考虑飞边在塑件上的部位。
（5）有利于排气。
（6）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。
（7）尽量使成型零件便于加工。
图3.1 分型面的选择
根据零件和形状结构，制品的形状位置按零件的深度方向要与注塑机的开模具方向平行，并且低部朝向定模，注塑口在低部，使的制品上表面较光滑，而且注塑点也比较隐蔽。该塑件为缸体类零件，表面质量无特殊要求，塑件外观和尺寸精度要求都不高。选择如图2.1所示的分型面，脱模过程中塑件冷却包紧于型芯，留于动模，便于塑件脱模。此外，还可降低模具的复杂程度和便于侧抽芯。
3.3 排气方式的确定
在注塑过程中，需要排出的气体主要有两种：一是浇注系统和模腔内的气体，二是熔体分解放出的气体和模具受热放出的气体，常见的排气方式有：（1）排气槽排气；（2）分型面排气；（3）推杆间隙排气；（4）粉末烧结合金块排气；（5）强制排气。在该设计中，由于制品的结构不是很复杂，可采分型面、推杆间隙、侧向抽芯间隙等排气。
凹模是用于成形制品外表面的成形零件，它的主要形式有整体式和组合式，在此设计中采用的是整体式结构。凸模是用来成形制品内表面的成形零件，
因为该制品的内表面不是很复杂，所以采用组合式。即通过过盈配合装配在动模板上，然后在将凸模与动模板的组合体固定在动模垫板上。
3.4 型腔数目和排列方式的确定
该制品最大高度为48mm,最大长度为146mm,最大宽度74mm，重量约为102.1g, 制品结构相对简单，但是侧向有凹槽和凸台，所以要采用侧向抽芯机构。对制品的尺寸、外形结构等方面考虑，采用一模一腔，这样可以使模具结构相对简单，制品尺寸精度得以提高，而且可以使制品一次注塑成型。
在本设计中采用单型腔，与多型腔相比有如下优点：
1）塑料制件的形状和尺寸始终一致；
2）工艺参数易于控制；
3）模具结构简单紧凑，设计自由度比较大；
4）单型腔还具有制造成本低，制造周期短等优点。
本塑件在注射时采用一模一件，即模具只需要一个型腔。综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素，将型腔置于模具中心，左右对称，使得注塑压力分布均匀,将抽芯部位置于左部。
4 浇注系统的设计及计算
注塑浇注系统是将注塑机料筒内的熔融塑料从喷嘴高压喷出的稳定而顺畅地充入并同时充满型腔的各个空间的通道，它在充模及固化过程中还将注射压力平衡地传递到型腔的各个部位以获得填充殷实完整质量优良的塑件。
注塑模具的浇注系统通常由主流道、浇口套和定位环等部分组成。
4.1 流道设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑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，以便于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由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的浇口套。
为了使凝料顺利拔出，主流道的小端直径应稍大于注射机喷嘴直径，通常为
(4.1)
主流道入口的凹坑球面半径也应大于注射机喷嘴球头半径，通常为
(4.2)
由上章可知，代入上面两式得：
mm D 5~5.4)1~5.0(4=+=
mm R 14~13)2~1(122=+=
取=5， =14。
主流道的半锥角通常为。过大的锥角α会产生湍流或涡流卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大。本浇注系统中，选择主流道的半锥角为1.5°。
4.2 浇口设计
浇口是连接流道与型腔之间的一段细短通道，是浇注系统的关键部分，起着控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用。
常用的浇口类型有直浇口、侧浇口、点浇口等几种形式。
本模具浇注系统采用直接浇口形式，这种浇口由主流道直接进料，故熔体的压力损失小，成型容易，且有利于补缩和排气，还使得模具结构简单，制造方便。但由于浇口处熔体固化慢，容易造成成型周期长，产生过大的残余应力，在浇口处以产生裂纹，浇口凝料切除后制品上的疤痕较大。
4.3 流动比校核
在确定塑料制件的浇口位置时，还应该考虑塑料的允许的最大流动距离比（简称流动比）。流动比是指融体在型腔内流动的最大长度与相应的型腔厚度之比。
当浇注系统和型腔尺寸各处不等时，流动比计算公式为：
K==2805.374
487175423211=≤=++=++Kp t L L t L (4.3) 式中 K —— 流动比；
——流动路径各段长度，；
——流动路径各段的型腔厚度，；
——流动路径的总段数
——允许的流动比，PP为280。
5 成型零件设计
5.1 成型零件结构设计
5.1.1 凹模的结构设计
本模具采用一模一件的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利用等因素，凹模拟采用整体嵌入式结构，其结构形式见附图。
4.1.2 型芯结构设计
型芯主要是于凹模相结合，构成模具的型腔，其型芯的结构形式见附图。
5.2 成型零件工作尺寸计算
该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差时双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。
查表9.4-4可知聚丙烯材料的成型收缩率为S＝1.0％～2.5％，故平均收缩率S＝（1.0+2.5）％2＝1.75％，查表9.4-5取模具制造公差。
5.2.1 凹模的径向尺寸计算
凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。
凹模的径向尺寸计算公式：
(5.1)