卡盖塑料模具设计

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1、前 言 本设计是为了指导实际生产过程出现的生产问题而设计的吸尘器卡盖塑料模 具，本设计共分为九章，在文字表述上既注意各部分内容的层次分明，又注意各 部分内容之间的融会贯通。在语言表达上表达言简意赅，简单明了，深入浅出， 详细的表述了设计者的设计意图。且本设计完全按生产过程从塑件的设计，注塑 成型准备到冷却系统设计，使其在生产过程中具有很强的实用性。 在这个设计中特别应用了斜顶机构，相对于斜导柱滑块机构其生产工艺简单， 装配容易兼顶出机构，节省顶杆数目，使塑件外表更加美观，生产过程中结构稳 定，准确性好，零件更换方便，节约成本，这是本设计的一大亮点。 在这次设计中，我熟练的掌握了机械制图、机械设

2、计、机械原理等专业基础 课和专业课方面的知识，对机械制造、加工工艺有了一个系统全面的了解，达到 了学习目的。对于模具设计这个实战性非常强的设计课题，我们进行了大量的实 习。我对于模具特别是塑料模具的设计步骤有了一个全新的认识，丰富了各种模 具的结构和动作过程方面的知识，而对于模具的制造工艺更是实现了零的突破。 在指导老师的协助下和在工人师傅的讲解下，同时在现场查阅了相关的资料并亲 手拆装了一些典型模具实体，明确了模具工作原理、制造、加工工艺，并在图书 馆借阅了许多相关手册和书籍，在设计中，将充分利用和查阅各种资料，并与同 学进行充分讨论，进最大努力做好这次毕业设计。 在设计过程中将有许多困难，

3、但有指导老师的悉心指导和自己的努力，相信 会圆满的完成这次毕业设计任务。由于学生水平有限，而且缺乏经验，难免会出 现错误和设计不妥之处，恳请各位老师指正。 设计者：徐新义 第一章 注塑件的设计 1.1 结构的设计 1.1.1 壁厚 根据塑件的使用性能要求应有足够的壁厚，保证塑件的强度和刚度，但从塑 件成型的角度来看，塑件过厚，使其收缩率加大，增加了尺寸的不稳定性，同时 延长了塑件的冷却时间，是成型周期长而影响注塑效率，并造成材料的浪费，提 高生产成本；而塑件过薄，则是塑件的强度和刚度下降，影响使用寿命，同时使 塑件成型是物料的流动阻力增大，影响成型效果，而且过薄的塑件，也给塑件的 脱模带来了困

4、难。因此，对塑件的壁厚应有一定的限制。常用壁厚一般为 23mm。 1.1.2 脱模斜度 由于塑件在注塑成型后的固化冷却过程中会产生收缩，是塑件对型芯产生一 个包紧力，是塑件脱模困难。为了便了脱模并防止在脱模时塑件表面与成型零件 的侧表面在相对移动是的摩擦而彼此划伤，必须在与脱模方向平行的塑件内外壁 都应该设计出合理的足够的脱模斜度。表 1-1 是根据不同材质常用的脱模斜度： 表 1-1 常用塑料的脱模斜度 脱模斜度脱模斜度塑料名称 型芯型腔 塑料名称 型芯型腔 聚乙烯20452545 PMMA 30135130 聚丙烯、软聚氯乙 烯 2550301聚酰胺20402540 硬聚氯乙烯、聚砜501

5、45502聚碳酸酯3050351 聚苯乙烯30135130氯化聚醚20452545 ABS 35140120聚甲醛30135130 1.1.3 加强筋 在不使塑件壁厚增加的情况下，在塑件的适应部位设置加强筋，以提高塑件 的强度、刚度和使用寿命。设置加强筋不仅能增加塑件强度和刚度，而且还能改 善塑料的流动性能，有时还可以避免因残余应力而产生的变形。 1.1.4 圆角 为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于起模，在 塑件各内外表面的链接处均应采用过渡圆弧。此外，圆弧还使塑件变得美观，并 且模具型腔砸淬火或使用时也不致因应力集中而开裂。 1.2 塑件的尺寸精度及表面质量 1.2.

6、1 尺寸精度 （1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准， 然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些， 以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装 配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可， 但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对 其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，ABS 的高精度为 3 级，一般精度为 4 级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在 6580 范围内，取 MT3B 级的公差数值为 0.66mm，MT4B 级的公差数值为 0.8

7、4 mm。 （2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： =+ （1-1） s z c a 式中制件总的成型误差； 塑料收缩率波动所引起的误差； s 模具成型零件制造精度所引起的误差； z 模具磨损后所引起的误差； c 模具安装，配合间隙引起的误差； a 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。 1）模具模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。 2）塑料材料主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。 3）成型工艺成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精 度。 1.2.2 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括以下几个方面：有无斑点、条纹、起泡、凹

8、痕、熔接痕、 色泽的质量以及表面光泽和表面粗糙度等,前面几项应在注射过程中避免。塑件的 表面光泽性和表面粗糙度与成型零部件的表面粗糙度、模具的磨损程度、塑件的 品牌与质量以及成型工艺条件有关。塑件外表面的表面粗糙度一般要求较高，这 根据塑件的技术要求而顶。成型零件的表面粗糙度应比塑件高一级，才能达到塑 件要求。 第二章 注塑成形准备 2.1 注塑成形工艺简介 2.1.1 注塑成形原理及特点 注塑成形又称注射模塑，是热塑性塑料制作的一种主要成形方法。除氟塑料 外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成形。近年来，注射成形已成功地用 来成形某些热固性塑料制件。 注射成形的原理是将颗粒状态或粉状塑料从

9、注射机的料斗送进加热的料筒中， 经过加热熔融塑化成为黏流态熔体，在注射机柱塞或螺杆的高压推动下，以很高 的流速通过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后可保持模具型腔 所赋予的形状，然后开模分型获得成形塑件。 注塑成形的特点是：成型周期短，能一次成形外形复杂、尺寸精密、带有嵌 件的塑料制件；对各种塑料的适应性强；生产效率高，产品质量稳定，易于实现 自动化生产。所以，注射成形广泛得用于塑料制件的生产中，但注塑成形的设备 及模具制造费用较高，不适合单件及小批量的塑料制件的生产。 2.1.2 注塑成形工艺过程 注塑成形工艺过程包括：成形前的准备、注塑成形过程以及塑件的后处理三 个阶段。 1、

10、成形前的准备 为了使注塑过程能够顺利进行并保证塑料制件的质量，在成形前应进行一系 列必要的准备工作。原料外观的检验和工艺性能的测定，其内容包括对色泽、粒 度及均匀性、流动性、热稳定性及收缩率的检验；对于吸水性强的塑料，在成形 前必须进行干燥处理，除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成形后塑件表面 出现斑纹和气泡等缺陷，甚至发生降解，严重影响制件的外观和内在质量；料筒 的清洗；脱模剂选用，塑料制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件和正确的模 具设计，在生产上通常为了顺利脱模，通常使用硬脂酸锌（除聚酰胺外，各种塑 料均可使用） 、液态石蜡（适用于聚酰胺）和硅油（润滑效果好，但价格较贵， 使用也较麻烦

11、）等作为脱模剂。 2 注塑成形过程 完整的住宿成形过程包括加料、加热塑化、加压注射、保压、冷却定型、脱 模等工序。但从实质上讲主要是塑化、注射充模和冷却定型等基本过程。 图 2-1 注塑成型过程中塑料压力的变化 第一个阶段是充模过程：塑化好的塑料熔体在注射机柱塞或螺杆的推动作用 下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。这一 阶段的时间从开始充模到 ，压力变化为：熔体未注入模具型腔前模腔内没有压 1 t 力；待型腔充满时达到最大值。 0 p 第二个阶段是保压补缩（ ）：从熔体充满型腔是起至柱塞或螺杆退回 1 t 2 t 时止。在注射机柱塞或螺杆推动下，熔体仍然保持压力进

12、行补料，使料筒的熔料 继续进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要。在这段时间内，模腔内熔体压力 仍为最大值。保压补缩阶段对于提高塑件密度，减少塑件的收缩，克服塑件表面 缺陷均具有重要的影响。 第三个阶段是倒流阶段（）：从柱塞或螺杆开始后退起至浇口处熔体 2 t 3 t 的冻结时为止。这时模腔中的熔料压力比浇口前方的高，因此就会发生熔体通过 浇口流向浇注系统的倒流现象，从而是模腔内压力迅速下降。倒流现象一直进行 到浇口处熔料冻结为止，为浇口冻结时的压力。 1 p 第四个阶段是浇口冻结后的冷却（）：从浇口处塑料完全冻结起到制 3 t 4 t 件脱模取出时为止。 这时，倒流不再继续进行，模腔内的塑料继

13、续冷却并凝固定型。脱模时，塑 件应有足够的刚度，不致产生翘曲或变形。在冷却阶段中，随着温度的迅速下降， 模腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。 3、 制件后处理； 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动 前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和 收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外， 还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件 需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进 行解除取向，并降低制件硬度和提

14、高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后 处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处 理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为 100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。 2.2 注塑成形工艺条件 1）温度：注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温 度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生 “流涎现象” ；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状 和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具

15、温度必须低于塑料的 热变形温度。ABS温度的经验数据如表2-1所示。 表2-1 温度的经验数据 料筒温度/喷嘴温度/模具温度/ 前段中段后段 200210210230180200 1801905070 2）压力：注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压 力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。 对于 ABS 流动性较差的塑料，可以取较大的保压压力。背压力是指注塑机螺杆顶 部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提 高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压

16、力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的 剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围 约为 3.427.5MPa。 3）时间（成形周期）：完成一次注射成形所需要的时间，称为成形周期。 它是决定注射成形生产率及塑件质量的一个重要因素。它包括以下几部分：注射 时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭 模等） 。在整个成形周期中，注射时间和冷却时间是基本组成部分，注射时间和 冷却时间的长短对塑料制品的质量有决定性影响。注射时间中的充模时间不长， 一般不超过 10s；保压时间较长，一般为 20120s（特厚塑件可达 510min） 。 冷却时间的长短应保证塑料制品脱模时不引起变形为原则，一般为 30120s。此 外， 表 2-2 成型周期与壁厚关系 制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型