(完整版)案例基于PROE的塑料挂钩座毕业设计论文

沈阳化工大学

本科毕业设计

题目: 基于PROE的塑料挂钩座注射模具设计

院系: 科亚学院

专业: 高分子材料与工程

班级:

学生姓名:

指导教师:

论文提交日期: 2011年6月10 日

论文答辩日期: 2011年6月24 日

毕业设计（论文）设计任务书科亚学院科材料0702班学生王涌超

内容摘要

注塑模具在机械、电子、航天航空、生物领域及日用品的生产中得到广泛的应用。本次设计的是塑料挂钩座注射模具，设计内容主要包括模具总体结构和零部件设计，以及模具各部分的计算和校核，借助于软件PROENGINEER对模具结构进行了合理性的分析，缩短了设计周期，以期设计出所要求的模具。

本设计为挂钩后座塑料部分的模具设计,塑料件部分多孔、多筋，要求表面光滑,对模具有较高的精度要求,特别是一模多腔,由于结构复杂,制作精度高,使用优质模具材料以及新型表面处理技术,借助CAD、PROENGINEER技术,针对塑料件多腔注塑模具进行设计研制,采用一种新颖的脱内螺纹结构-收缩分瓣式型芯。

关键词：塑料挂钩座；注塑模具；计算机辅助设计

目录

第一章、产品分析 (1)

1.1塑件分析 (1)

1.1.1结构分析 (1)

1.1.2尺寸精度分析 (1)

1.1.3塑料件壁厚度 (2)

1.1.4表面质量分析 (2)

1.2塑件的原材料分析 (2)

1.2.1基本资料 (2)

1.2.2机械特性 (3)

第二章塑件相关计算及注塑机的选择 (5)

2.1塑件相关计算 (5)

2.1.1投影面积计算 (5)

2.2注塑机选择及注射工艺参数确定 (6)

2.2.1注射机的选择 (6)

2.2.2注射工艺参数确定 (7)

第三章拟定型腔布局 (8)

3.1型腔 (8)

3.2型腔数目的决定 (8)

3.2.1塑件尺寸精度 (8)

3.2.2模具制造成本 (8)

3.2.3注塑成形的生产效益 (9)

3.2.4制造难度 (9)

3.3型腔排布 (9)

第四章分型面设计 (11)

4.1分型面设计原则 (11)

4.2分型面设计 (11)

第五章浇注系统设计 (13)

5.1总体设计 (13)

5.2主流道设计 (13)

5.5冷料井设计 (17)

5.6浇口套及定位圈的设计 (17)

5.7塑件模流分析 (18)

5.7.1冲模时间分析 (18)

5.7.2填充质量分析 (19)

5.7.3成型压力分析 (19)

5.7.4压力降分析 (20)

5.7.5流动前沿温度分析 (20)

5.7.6成型质量分析 (21)

5.7.7熔接痕分析 (21)

5.7.8气泡分析 (22)

5.7.9分析报告 (22)

5.7.10结论 (23)

第六章模架的选用及注射参数校核 (24)

6.1模架 (24)

6.1.1结构形式 (24)

6.1.2模板及组合精度 (25)

6.2开模行程校核 (25)

第七章成型零件设计 (27)

7.1成型零件的材料选择 (27)

7.2成型零件结构设计 (27)

7.2.1 PROE中的模具模块设计 (28)

7.2.2凹模结构设计 (29)

7.2.3凸模结构设计 (32)

7.2.4型腔型芯尺寸计算： (33)

第八章注射模基本结构设计 (34)

8.1侧向分型抽芯机构设计 (34)

8.1.1侧向分型抽芯机构类型选择 (34)

8.1.2抽芯距确定与抽芯力计算 (34)

8.1.3斜导柱分型与抽芯机构零部件设计 (35)

8.2合模导向机构设计 (40)

8.3定位装置 (42)

第九章脱模机构设计 (44)

9.1脱模装置 (44)

9.1.1推出机构的设计设计原则 (44)

9.1.2推杆的机构特点 (45)

9.1.3脱模机构有关计算 (45)

9.2推出机构设计 (46)

9.2.1推杆布置 (46)

9.2.2推杆结构及固定 (47)

9.3拉料机构 (48)

第十章冷却及排气系统设计 (50)

10.1冷却系统 (50)

10.1.1冷却回路的布置 (50)

10.1.2冷却时间计算 (51)

10.1.3成型周期计算 (52)

10.2排气机构 (52)

第十一章模具总体结构 (54)

结束语 (59)

致谢 (60)

附录 (64)

第一章产品分析

1.1塑件分析

1.1.1结构分析

本设计为塑料挂钩座，结构如下图所示：

由物件实体模型及二维草图可知，该零件二维俯视平面形状为近似于梯形，零件大端有两个伸出块及两个六角型通孔，小端有两个小孔，在零件的两测也各有两个小孔，此外还有突出小块，加强筋等等，所有结构对称。

在模具设计时，两侧的小孔可以使用小型芯对插成型，沉孔及伸出块位置也可使用小型心，而端头的六角型通孔必须设置侧向分型抽芯机构，总体看来，该零件较复杂。

1.1.2尺寸精度分析

该制品的重要部分尺寸精度为6级，其它尺寸精度为7－8级，属于中等精度，对应的模具加工精度可以保证。

1.1.3塑料件壁厚度

从塑料件的壁厚，壁厚的最大处为4mm左右，最小处小于1mm，壁厚差较大，综合其材料性能，注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难。

1.1.4表面质量分析

该塑料件的表面除要求没有凹陷，无毛刺，内部无缩孔，没有特别得表面质量要求，故比较容易实现。

综上所述，注射时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型质量很容易得到保证。

1.2塑件的原材料分析

塑料件材料采用聚碳酸脂（PC），其性能参数如下：

1.2.1基本资料

英文全名：polycarbonate

化学名： 2,2＇-双（4-羟基苯基）丙烷聚碳酸酯

结构：

PC：耐冲击性相当高，属于工程塑料。

耐热性佳、低温安定性良好。

成型后尺寸稳定性高，耐候性佳，且吸水率低。

无毒性。

1.2.2机械特性

密度：1.20－1.22 gcm 3

拉伸强度：630kgcm2

硬度：70(Rockwell M)

吸水率：0.24%

1.2.3热物性质

线膨胀率：3.8×10-5 cmcm℃

热变形温度：135°C

低温：-45°C

1.2.4成形加工性

射出成型温度：230～310℃

射出成型压力：1000～1400Kgcm2

成形收缩率：0.5%～0.7%

模具温度：80～120℃

注射时间：20～90

高压时间：0～5

冷却时间：20～90

总周期：40～190

从以上资料分析可以得知，聚碳酸酯（PC）性能：冲击强度特别突出。在一般热塑性树脂中是较优良的。弹性模量较高，受温度影响极小，耐热温度为120℃。耐寒达－100℃采脆化。尺寸稳定性高。耐腐蚀，耐磨性均良好。但存在着高温下对水的敏感性。用途：用来制造齿轮、蜗杆、齿条、凸轮、心轴、轴承、垫圈、铆钉、泵叶轮、汽车汽化器部件、车灯灯罩、闪光灯灯罩、节流阀、润滑油输油管，各种外壳、容器、冷冻和冷却装置零件，电器接线板、线圈骨架、酸性蓄电池槽及高温透镜等。

第二章塑件相关计算及注塑机的选择

2.1塑件相关计算

2.1.1投影面积计算

塑件的投影面积可以通过PROENGINEER 的分析模块直接得出,如图2－1所示：

由分析可得：

注塑件投影面积S=1008.76*4≈4035mm2

2.1.2体积及质量计算

体积及质量的计算也利用PROENGINEER的分析模块自动计算获得（塑件密度由《塑料模设计手册》表1－4查得：ρ=1.2gcm3），如图2－2所示：

结果如下：

故注塑件的体积为：V≈4907.9×4=19631.6mm3

质量为： M≈19.63×1.2＝23.56g

（注：此处的塑件体积及质量都不包括浇注系统在内）

2.2注塑机选择及注射工艺参数确定

2.2.1注射机的选择

由塑料件的外形尺寸、型腔数量、注射所需压力及其它情况，查《塑料模设计手册》附表8，初步选用注射机为XS-XY-60型，其主要参数如

下：

结构类型：卧式

理论注射量: 60cm3

注射压力：12200Ncm3

锁模力: 500kN

最大注射面积:130cm2

最大模具厚度：200mm

最小模具厚度：70mm

喷嘴球半径:12mm

喷嘴孔直径：4mm

2.2.2注射工艺参数确定

查《塑料设计手册》表1－4，聚碳酸脂的成型工艺参数可作如下选择：成型温度℃：

模具温度：90-110℃

注射压力MPa：80-130MPa

第三章拟定型腔布局

3.1型腔

一般来说，精度要求高的小型塑料件或大中型塑料件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件，并且形状简单又需要大批量生产的情况下，采用多型腔模具可提高生产率。

型腔的数量确定以后，进行型腔的排布设计。型腔的排布即模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡以及温度系统的设计。上述问题又与分型面及浇口口的位置选择有关，所以在设计过程中，要进行必要的调整，以达到完善设计的目的。

3.1.1型腔数量确定及型腔的排布

所谓型腔（cavity）是指模具中成形塑件的空腔，空腔是塑料件的负形，除去具体尺寸比塑料略大、凹凸相反外，都和塑料件完全相同。注射成形的步骤是先闭模以形成空腔，而后进料成形；因此必须由两部分（或两部分以上）形成空腔（型腔）。其凹入的部分称为凹模（cavity），凸出的部分称为型芯（core）。

3.2型腔数目的决定

型腔数目的决定与下列条件有关。

3.2.1塑件尺寸精度

型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多

一模四腔。

3.2.2模具制造成本

多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。

3.2.3注塑成形的生产效益

多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。

3.2.4制造难度

多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。

本设计根据制品的生产总量，确定一个经济的型腔数量，其计算如下：

/+

3600

=

anc

A/

m

ty

（《注塑模具设计要点与图列》许鹤峰陈言秋编著化学工

业出版社）

式中：m：制品的生产总量个

A：成型每个制品所需费用，元个

n：型腔数量，个

t：成型周期，秒

y：成型费用，元时

c：单个型腔模具制作费，元个

a：多个型腔模具制作费递减率，%

anc：模具费用，元

然后假设型腔数量计算进行比较，求出A为最小值时的型腔数量，即为经济数量。

由上式可知，要想A为最小，只要anc为最小，所以n为4。虽然模具的制造费用随型腔数量的增加而增加，但不与型腔数量成正比，所以每增加一个型腔其制造费用有一个递减率，递减率由模具制造企业根据情况确定。

综合起来本模具采用一模四腔，既满足塑件要求，又能提高生产效率。

3.3型腔排布

在确定了型腔数目之后，就要进行型腔的排列方式设计。

本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方式选择：

3.3.1 轴对称布置

四个型腔采用轴对称布置，这种布置方式由于塑件本身的梯形结构，可有效减少模具大小，降低模具成本，但这样以来，模具四个方向各要布置一侧抽芯机构，增加了模具设计及加工的难度：

3.3.2 平面对称布置

这种方式采用平面对成布置，虽然不如第一种布局方式紧凑，但由于其一侧各布置两个型腔，故只有两个方向需要设置抽芯机构，大大简化了模具的设计。

综合以上两种方案考虑，拟定第二种型腔布局方式。

第四章分型面设计

4.1分型面设计原则

在注射模具中，用于取出塑料件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。常见的取出塑料件的主分型面，与开模方向垂直，如何确定分型面位置，需要考虑的因素比较多。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件工艺性、精度、推出方法、模具制造、排气等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向，分型面的形状有平面和曲面等。

分型面的确定主要应遵循以下原则：

1.分型面影选择在塑料件的最大截面处。

2.尽可能的讲塑料件留在动模一侧。因为在动模一侧设置和制造脱模机构简便

易行。

3.有利于保证塑料件的尺寸精度。

4.有利于保证塑料件的外观质量。

5.考虑满足塑料件的使用要求。

6.尽量减小塑料件在合模平面上的投影，以减小所需锁模力。

7.长型芯影至于开模方向。

8.有利于排气。

9.应有利于简化模具结构。

10.非平面分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便。

4.2分型面设计

根据本案塑料件的结构特点，为了方便塑件浇注后脱模、排气、外观质量等要求，主分型面的位置的选择如下图所示：

第五章浇注系统设计

浇注系统设计是注射模具设计中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔位置的一种完整的输送通道，具有传质、传压、传热的功能，对塑料件质量具有决定性影响。浇注系统主要包括主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料成型特性、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等因素。

5.1总体设计

在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，以便得到最合适的进料口。最佳的进料口位置应为塑件的中间部位，但考虑塑件结构因素，选定进料口为塑件上部圆弧形凹处，采用点浇口形式，又因为模具设计为一模四腔，并且综合型腔布局，拟定浇注系统总体结构如下图所示（对称布置）：

5.2主流道设计

主流道为连接注塑机喷嘴与分流道的熔融塑料的流动通道，一般为圆锥形，锥度为α＝2°～ 6°，对于粘度较大的熔体也可考虑稍微增大锥角，

此处的主流道锥角：α＝5°

主流道直径的决定，主要取决于主流道内熔体的剪切速率。但在具体设计时，一般根据经验选取一合适的值做为主流道小端直径d，一般应大于机床喷嘴直径0.5～1mm左右，通常取d=3～6mm，查《型腔模具设计与制造》表3－5，当材料为PC，注射机最大注射量为60g时，选

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