湖北工业大学毕业设计说明书

湖北工业大学毕业设计说明书

设计题目： 密封件塑料模

专 业：模具设计与制造

班 级: 08004班

学生姓名： 熊 兴 美

指导老师： 李 有 才

二○一一年七月

摘 要

塑料工业是当今世界上增长最快的工业种类之一，而塑料模具是其中发展较快的种类，因此，研究注射模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。

本课题主要是针对密封件的模具设计，通过对塑件进行工艺性分析和比较，最终设计出一副一模四件注射模。该课题介绍了注射成型的基本原理，从产品的结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计说明。针对密封件的具体结构，该模具是点浇口单分型面注射模具。由于塑件无侧孔，故不需要采用滑块结构形式。其优点在于简化结构，使模具开模简单，大大降低了模具的制造成本。通过模具设计表明该模具达到密封件的质量和加工工艺要求。

通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，了解模具结构及工作原理；通过对CAD的学习，可以学会简单的零件造型，从而有效地提高工作效率。

编者 熊兴美

2011年7月

前 言

塑料是一类具有可塑性的合成高分子材料。它与合成橡胶、合成纤维形成了当今日常生活不可缺少的三大合成材料。具体地说，塑料是以天然或合成树脂为主要成分，加入各种添加剂，在一定温度和压力等条件下可以塑制成一定形状，在常温下保持形状不变的材料。随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料制品所占的比例正迅猛增加，一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。塑料产品的用量也正在上升。 塑料模具，是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。塑料模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。

采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本低等一系列优点，模具成型已成为当代工业生产的重要手段，成为多种成型工艺中最具有潜力的发展方向。模具是机械、电子等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用。一个国家模具生产能力的强弱、水平的高低，直接影响着许多工业部门的新产品开发和老产品更新换代，影响着产品质

量和经济效益的提高。我国为了优先发展模具工业，制订了一系列优惠政策，并把它放在国民经济发展十分重要的战略地位。

对塑料模具的全面要求是：能高效地生产出外观和性能均符合使用要求的制品。模具使用时要求效率高、自动化、操作简便，因而当塑件的批量较大时，应尽量减少合模和取制件过程中的手工操作，为此常采用自动脱模、自动侧抽芯等高效率自动化的模具，在全自动生产时还要保证制品脱出时能自动堕落或能用机械手取出。

塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑料使用要求起着十分重要的作用。任何塑件的生产和更新换代都是以模具的制造和更新为前提的，由于目前工业和民用塑件的产量猛增，质量要求越来越高，因而导致了塑料模具研究、设计和制造技术的迅猛发展。

本说明书详细介绍了密封件塑料制品的模具设计，并将塑料模具设计的标准与塑料模具的设计知识进行连接，同时结合所学的理论知识，详细说明了密封件塑料制品的模具设计过程。全书包括前言、模具结构形式及注射机的初步确定、浇注系统的设计、成型零件的设计、脱模推出机构的设计、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、温度调节系统设计等，全书文字简明，内容简捷全面。

参加本书的编写指导的有李有才、刘金铁老师，两位老师能够利用课余和休息时间对我们进行毕业设计指导，在此我一并表示衷心的感谢。

由于编者实践经验不足水平有限，本设计书难免有不足之处，真切地希望敬请的老师及各位读者和同仁提出宝贵意见，以便修正。

目 录

摘要²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²1 前言²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²²2 正文

第一章 绪论

第一节 课题的来源、目的、意义.........................6

第二节 主要内容和工作方法..............................7

第三节 设计中应注意的问题..............................8

第二章 模具结构形式及注射机的初步确定

第一节 塑件成形工艺的可行性性分析.....................9

第二节 拟定模具结构形式................................11

第三节 注射机型号确定..................................12

第三章 浇注系统的设计

第一节 主流道的设计.....................................17

第二节 分流道的设计.....................................19

第三节 浇口的设计........................................21

第四节 浇注系统的平衡...................................22

第五节 冷料穴和拉料杆的设计............................22

第四章 成型零部件的设计

第一节 成型零部件的结构设计............................23

23

第二节 成型零部件工作尺寸的计算.......................24

第三节 模具型腔侧壁和动模垫板厚度的计算..............25

第五章 模架设计和其它部件及标准件选用

第一节 模架的选用........................................27

第二节 标准件的选用.....................................28

第三节 合模导向机构的设计..............................28

第四节 脱模推出机构的设计..............................29

第五节 排气系统的设计...................................30

第六节 温度调节系统的设置..............................31

第六章 模具装配图的设计

第一节 绘制模具草图.....................................33

第二节 完成模具装配图...................................35 结语.............................................................37 参考文献........................................................38

第一章 绪论

第一节 课题的来源、目的、意义

1.课题的来源

塑料制品是采用塑料为主要原料加工而成的生活用品、工业用品的统称。塑料的发展方向可概括为两方面。一是提高性能，即以各种方法对现有品种进行改性，使其综合性能得到提高；二是发展功能，即发展具有光、电、磁等物理功能的高分子材料，使塑料能够具有光电效应、热电效应、压电效应等。

密封件是防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄露，以及防止外界杂质，如灰尘与水分等，侵入机器设备内部的材料零件。密封件适合于大批量生产，在生产中运用广泛。其材料多为塑料，PA66是一种淡黄色至琥珀色的透明固体，无毒、无味；有优良的力学性能，良好的冲击强度和抗拉强度，磨擦性能好；有较高的吸湿性；结晶性料熔点较高，熔融状态热稳定性差，滞留时间超过30分钟易分解。

2.设计的目的

毕业设计是在模具设计与制造专业理论教学之后进行的实践性教学环节。是对所学知识的综合应用能力检验：

1．培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。

2．培养学生综合运用大学期间所学专业课程知识、理论和毕业实习中得到的实践知识，正确的解决模具设计中的工艺分析，工艺方案论证、模具结构设计和零件设计等问题，同时提高解决实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能。

3．提高学生技术资料的收集、整理、编译和运用能力，加强技术文件的撰写能力，使其语言文字在技术文件上的运用得以提高。

4．根据设计要求选定的参数，依照机械的结构和尺寸进行计算及校核，最后完成总图及零件图的绘制及说明书的编制。

5. 提高结构设计的能力。通过所给产品进行该产品的模具设计，获得根据

所生产制品来设计出经济高效、省力合理且能保证加工质量的模具的能力。

3.设计的意义

这次毕业设计不仅是对四年专业学习的一次温习和综合应用，同时也要求我们掌握二位绘图软件在模具设计中的应用，并将所学的理论知识与实践有机结合在一起，做到科学合理的运用，在设计中融入自己的创新和思想。通过这次设计我们将更加清楚模具行业的现状、发展趋势。对以后自己从事模具行业奠定了一个好的基础。

第二节 主要内容和工作方法

1.主要内容

1．选定毕业设计题目，填写“毕业设计开题报告”。

2．塑料成型工艺性分析

3. 注射机型号的确定

4. 浇注系统的设计

5. 成型零件的设计

6. 导向机构的设计

7. 脱模结构的设计

8. 浇口的设计

9.浇注系统的平衡

10.冷料穴的设计

11.排气槽的设计

12.模架的选定和模具其它零部件的设计及标准件的选用

13.模具装配图的设计及绘制装配图

2.工作方法

充分利用图书馆资料及与同学一起努力、团结协作共同完成本次毕业设计任务。

具体分以下几步实施：

1.充分利用课余时间到图书馆查阅相关资料

2.设计时要充分利用自己所学的知识和手中的资料，遇到不懂的地方要积极 的与同学讨论以及虚心的向老师请教。

3.列出几种方案，选取最合理的方案。

4.确定分型面，画出模具草图

5.根据相关资料完成相关的尺寸计算及设计说明书的制作

6.设计好以后要及时拿给老师检查，对与错误和不足之处要及时改正和补救。

第三节 设计中应注意的问题

1.合理的选择模具结构。根据塑料制件图纸及技术要求，研究和选择适当的成型方法及成型设备，结合工厂的机械加工实际情况，提出模具结构方案，并进行讨论，一以便设计出的模具结构合理，能够成型出保证质量要求的塑件，并且模具操作方便安全，取件顺利可靠。

2.正确的确定模具成型零件尺寸。模具成型零件的尺寸和表面粗糙度，对塑件的质量影响极大。计算成型零件尺寸时，采用平均收缩率。

3.设计的模具应当制造方便。设计模具时，应尽量使设计的模具制造容易，价。格便宜。

4.充分考虑制件设计特色，应使能生产出具有要求尺寸精度的部件，减少不必要的后加工。在允许范围内，尽可能地由模具成型件上的槽、孔、上凸、下凹等，避免成型后用其他加工方法加工。

5.设计的模具应效率高，使用安全可靠。设计模具应保证能在短时间内填充固化。

第二章 模具结构形式及注射机的初步确定

第一节 塑件成形工艺的可行性性分析

1.塑件的工艺分析

该塑件为密封件，塑件壁厚较薄，生产批量为大批量生产，材料为PA66（聚酰胺，也称尼龙）。聚酰胺的成型特点：熔融粘度底、流动性良好，容易产生飞边，成型加工前必须进行干燥处理；易吸潮，塑件尺寸变化较大；壁厚和浇口厚度对成型收缩率影响很大，所以要求塑件壁厚要均匀，防止产生缩孔，一模多件时，应注意使浇口厚度均匀化；成型时排除的热量多，模具上应设置冷却均匀的冷却回路；熔融状态的尼龙热稳定性较差，易发生降解使塑件性能下降，因此不允许尼龙在高温料筒内停留时间过长。

尼龙有较好的力学性能，广泛应用于制作各种机械、化学和电器零件，如轴承、齿轮、滚子、輥轴、滑轮、风扇叶片、涡轮、高压密封扣圈、垫片、阀座、输油管、绳索、传动带、电器线圈等零件。

1. 塑件精度等级与脱模斜度

塑件厚度为1mm,任务书中给定未注公差尺寸取精度等级为IT5级，并确定

脱模斜度为1°。

2. 热塑性塑料PA的成型过程

（1）成型前的准备。对PA66的质量和均匀度进行检验，PA66吸湿性较好，所以成型前必须进行干燥处理，处理温度为100～110℃左右。

（2）注射过程。注射过程包括加料、塑化、充模、保压、倒流、冷却和脱模等几个阶段。将塑料加入注射机料斗后，由螺杆带入料筒进行加热至熔融状态，再在螺杆的作用下进过浇注系统充满模具型腔，充模结束后，保压一段时间，并补充型腔内塑料收缩需要的熔料，最后经冷却系统冷却成型。

（3）塑件的后处理（调湿处理）。调湿处理是一种调整塑件含水量的后处理工序。调湿处理不仅能在加热条件下消除残余应力，还能使塑件在加热介质中达到吸湿平衡，以防止在使用过程中发生尺寸变化。调湿处理所用的介质为水，加热温度为110～121℃。

4. PA66的注射机工艺参数

查《塑料成形工艺与模具设计》表3—1得：

（1） 注射机类型：螺杆式

（2） 预热和干燥温度及时间：100～110℃、12～16h

（3） 螺杆转速（r/min）：30r/min

（4） 料筒温度：后段（260～270℃）、中段（260～290℃）、后段（230～260℃）

（5） 喷嘴温度：250～260℃

（6） 模具温度：100～120℃

（7） 注射压力（MPa）：80～130MPa

（8） 保压压力（MPa）：40～50MPa

（9） 成型时间（S）：注射时间：3～5

保压时间：20～50

冷却时间：20～40

总周期：50～100

（10） 后处理：介质为水、温度90～100℃、时间为4h

5. PA66主要性能指标

查《塑料模具设计指导》表9—6得：

第二节 拟定模具结构形式

1. 分型面位置的确定

充分考虑上述条件并分析塑件形状结构后，塑件形状简单，尺寸较小，模具采用点浇口，需两次分型，本零件的形状简单，精度要求不高，又是大批量生产，采用多行腔模具使生产效率大为提高。

2.型腔数目的确定及排位方式的确定

由于该塑件的精度要求较高，尺寸较小，且为大批量生产，为提高生产率，可采用一模多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸、模架尺寸的关系，以及制造费用等因素，初步定为一模四件。

型腔排列形式的确定

该模具采用一模四件，其型腔排布如图所示：

采用平衡式布置，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状与尺寸均对应相同，可实现各个型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的。

3.模具结构形式初步确定

综上述分析可知，模具设计成一模四件，呈H形排布。根据塑件的形状结构，模具推出机构选推杆推出方式。定模部分设分型面A—A取出凝料，定模部分设分型面B—B，取出塑件，定模部分与动模部分之间需增设中间板。所以模具采用推杆推出的双分型面注射模。

第三节 注射机型号确定

1.注射量的计算

注射量是指注射机进行一次注射成型所能注射出熔料的最大容积，它决定了一台注射机所能成型塑件的最大体积。

（1）塑件质量、体积的计算

○1塑件的体积：V=πRI2³H1＋πR22³H2－πR32³H3

=3.14³8.52³1＋3.14³72³9－3.14³62³9

=2628.97㎜3

=2.62897㎝3

○2塑件的质量：m=ρV=2.62897³1.10=2.89g（取PA66的密度为1.10kg/dm3） ○3带流道凝料的体积：

浇注系统的凝料在设计前是不能确定的，查《塑料模具设计指导》可知可按塑件体积的0.2～1倍来计算。本次设计采用一模八件，流道相对复杂，所以凝料体积按塑件的0.6倍计算。

Vg=1.6nV=1.6³4³2.62897

=16.83㎝3

2.选择注射机

根据注射量的计算可知在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为Vg=33.65㎝3。。查《模具设计基础》式7—1得：

Vg=αV1

式中Vg—注射机最大注射量（cm）；

α—射出系数，受注射成形工艺条件的影响，实际生产中常取0.7～0.9； V1—注射机理论注射量；

则注射机公称注射量为

V1=Vg/0.8=16.83÷0.8=21.04㎝3

根据以上计算，选择公称注射量为30㎝3，

查《塑料模具设计》表4—3得：

注射机型号为SZ-40/25。

3.注射机主要技术参数

3

4.注射机相关参数的校核

（1）注射压力校核 注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力。

查《塑料模具设计指导》表13—2得：PA66的注射压力为110～120MPa,这里取p=115MPa,该注射机公称压力P公=200MPa。注射压力安全系数k1=1.25～1.4，取k1=1.3。

则k1p=1.3³115=149MPa<P公，注射机压力合格。

（2）型腔数量的确定和校核

① 按注射机的额定塑化量进行校核

查《塑料成型工艺与模具设计》式4.3得：

nm＋m1≤KMt/3600

式中K—注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；

M—注射机额定塑化量，g/h；

t—预塑时间，s；

m1—浇注系统所需塑料质量，取0.2nm,g；

m—单件塑件的质量，g或㎝3；

n—型腔的数目。

则

n=(KMt/3600-m1)/m=(0.8³72000³1/3600-0.2³4³2.89)/2.89

=4.74≥4

所以所选注射机合格。

② 按注射机额定锁模力进行校核

查《塑料成型工艺与模具设计》式4.4得：

p(nA＋A1)≤Fp

式中Fp—注射机的额定锁模力，N；

A1 —浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；

A—单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；

n—型腔的数目；

p—塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的80%，MPa。

则

p(nA＋A1)=200³80%³4³（17³π÷4＋0.35³17³π÷4）

=196KN<250KN

所以所选注射机合格。

（3）最大注射量的校核

查《塑料模具设计指导》式2—5得：

nm＋m1≤Kmp

式中mp—注射机允许的最大注射量，g。

则

4³2.62897＋0.2³ 4³2.62897=12.62㎝3≤Kmp=0.8³40=32㎝3

所以所选注射机合格。

（4）锁模力的校核

锁模力在上面已经校核过，合格。

（5）模具与注射机安装部分相关尺寸的校核

1）喷嘴尺寸 设计模具时，主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径略大1～2㎜.主流道小端直径要比喷嘴直径略大0.5～1㎜，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

对所选注射机相关参数分析，所选压力机符合要求。

2）定位圈尺寸 为了使模具主流道中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上的定位孔间呈间隙配合。

3)最大、最小模具厚度 在模具设计时，应使模具总厚度应在注射机可安装22

模具的最大厚度与最小厚度之间。

4)模具长宽尺寸与注射机拉杆间距离的关系 为安装方便，应使注射机拉杆内间距比模具尺寸大10mm.

5)模具与注射机的安装关系 模具的安装固定形式有压板式和螺钉式。由于模具采用一模四件，属于中型模具，所以采用螺钉固定方式，安全可靠。

(6)开模行程校核与推出机构的校核

注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出所需的开模距离小于注射机的最大开模距离。

由于所选注射机为液压式锁模机构的注射机，所以

① 注射机的最大开模行程与模具厚度有关

查《塑料成形工艺与模具设计》得：开模行程可按下式校核

S－Hm≥H1＋H2＋(5～10)㎜

式中S—注射机动模板与定模板之间最大距离，㎜；

Hm—模具厚度，㎜；

H1—推出距离（脱模距离），㎜；

H2—包括浇注系统在内的塑件高度，㎜。

则

S－Hm=220—130=90≥10＋10＋10＋（5～10）

所以所选注射机合格。

② 推出装置的校核

由于各种型号注射机的推出装置和最大推出距离各不相同，所以模具推出机构应与注射机相适应。

塑件所需推出行程为15～20㎜，注射机推出行程为55㎜，注射机合格。

第三章 浇注系统的设计

浇注系统是指塑料熔体从注射机喷嘴进入模具开始到型腔为止所流经的通道。它的作用是将熔体平稳的引入模具型腔，并在填充和固话成型过程中，将型腔内气体顺利排出，且将压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁、尺寸稳定的塑件。浇注系统主要由主流道、分流道、浇口、冷料穴组成。

第一节 主流道的设计

主流道中心线一般位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合。主流道断面形状为圆形。

主流道设计要点如下：

① 为便于凝料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，锥角为2°～4°，通常主流道进口端直径应根据注射机喷嘴孔径确定。

② 主流道与分流道交接处采用圆角过渡，以减小料流转向过渡时的阻力，过渡圆角半径为1～3㎜。

③ 在保证塑件成型良好的前提下，主流道长度尽量短，以减小压力损失及废料，一般主流道长度视模板的厚度、流道的开发等具体情况而定。

④ 设置直流道衬套。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，容易损坏，所以不将主流道直接开在模板上，而是将它单独设在主流道衬套中。 一般设计主流道截面直径时，应注意喷嘴轴线和主流道中心线对中，主流道进口端直径应比喷嘴直径大0.5～1㎜，主流道进口端凹下的球面半径比喷嘴球面半径大1～2㎜，凹下深度为3～5㎜.

（1）主流道的尺寸

① 主流道进口端凹下的球面半径为11㎜

② 主流道进口端直径为4.5㎜，与分流道结合处采用半径为2㎜的圆角过渡

③ 主流道的长度一般由模具结构确定，本次设计主流道长度取50㎜

④ 主流道大端直径 D=d＋2tan(α/2)=9.2㎜,α=4 ，取D=10㎜

⑤ 球面配合高度h=4㎜

⑥ 主流道当量半径R=(2.25＋5)/2=3.625㎜，取4㎜。

（2）主流道的衬套形式

（3）主流道的剪切速率

① 主流道的体积流量

Qs=πRs3γ/4=3.14³0.3633³2³103/4=75㎝3/s

② 主流道的剪切速率

Rs=3.3Qs/πRs3=(3.3³75)/3.14³0.3633=1.65³103s-1

在主流道剪切速率范围之内。

第二节 分流道的设计

分流道的要求是：塑料熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料量最少；塑料熔体能在相同的温度、压力条件下，从各个浇口尽可能的进入并充满型腔；从流动性、传热性等因素考虑分流道的比面积应尽可能的小；分流道的表面不必很光，表面粗糙度一般为1.6um即可；当分流道较长时，在分流道

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