李千

第一章概论
1.1课题的背景及意义
设计的主要目的：通过对瓶盖的分析设计合理的模具，使该模具能满足瓶盖生产的要求。

也是检验对所学相关课程理论、技能的理解程度；培养理论联系实际的良好作风。

设计的主要意义是：通过此次设计了解设计塑料注射模的一般程序，了解相关的理论知识并加以应用和巩固；熟练的运用有关技术资料，如《塑料模国家标准》、《塑料模成型工艺与模具设计》、《塑料模设计手册》及其他有关规范等；初步的掌握设计塑料模模具的能力，为将来的工作打下初步的基础。

1.2我国塑料模具技术的现状及发展趋势
1.2.1 现状
塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。

近年来，人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。

塑料制品要发展，必然要求塑料模具随之发展。

汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行，发展迅速，塑料模具也快速发展。

我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但与国民经济发展需求和世界先进水平相比，差距仍很大。

一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍大量进口。

在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具已供过于
求，市场竞争激烈；一些技术含量不太高的中档塑料模具也有一些趋向于供过于求。

1.2.2 发展趋势
1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。

这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。

2.在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。

3.推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。

采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。

制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。

气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。

目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。

气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设
计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。

另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。

4.开发新的成型工艺和快速经济模具。

以适应多品种、少批量的生产方
5.提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。

我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。

为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。

6.应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

7.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。

研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

第二章塑件的分析
2.1塑料ABS
ABS中文名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物
英文名：Acrylinitrile-Butadiene-Styrene。

基本特性：
无毒无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度在1.02~1.05g/cm3,其收缩率为0.3~0.8%。

ABS 吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。

流动性一般，溢料间隙约在0.04mm。

ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。

成型特点：
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。

要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60o C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80 o C。

主要技术指标：
比重：1.02~1.16g/cm3。

比容：0.86~0.98cm3/g。

吸水性：0.2~0.4% (24h)。

熔点：130~160o C。

热变形温度：4.6×105Pa---- 130~160o C。

18.5×105Pa---- 90~108o C。

抗拉屈服强度(105Pa): 500
拉伸强度模量：1.8×104 Mpa
弯曲强度：800×105Pa
ABS的注射工艺参数：
注射机类型：螺杆式
螺杆转速： 30~60 r/min
喷嘴形式：直通式
喷嘴温度： 190~200o C
料筒温度：前 200~210o C
中 210~230o C
后 180~200o C
模温： 50~80o C
注射压力： 70~120Mpa
保压力： 50~70Mpa
注射时间(s)： 3~5
保压时间(s)： 15~30
冷却时间(s)： 15~30
成型周期(s)： 40~70
2.2 塑件的形状尺寸
塑件图如下页所示：
塑件的工作条件对精度要求较低，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为5级精度其密度为1.0~1.1g.cm3
经计算得塑件的底面积为：S塑=530.66mm2
得塑件的体积为：V塑=1.351cm3
塑件的质量为：W塑 =V塑×r塑=1.5(g)。

零件需要的尺寸精度
壁厚：
图2-1塑件外形尺寸
第三章塑件在模具中的位置与浇注系统的设计
3.1 型腔数目的确定及排布
已知的体积V塑或质量W塑，又因为此产品属大批量生产的小型塑件，综合考虑生产率和生产成本等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模四腔对称性排布。

由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用侧浇口。

排布图如下图示：
图3-1 型腔数目及排布图
侧浇口它又称边缘浇口.一般情况下,侧浇口开设在模具的分型面上,从制品侧面边缘进料.它能方便地调整浇口形式.它的截面形状通常采用矩形,
3.2分型面的选择
塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模的角
度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模。

而且不影响塑件的量和外观形状，
以及尺寸精度。

图3-2 分型面
3.3 浇注系统的设计
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。

图3-3 浇注系统图
塑件的截面厚度较小，不适合采用推杆推出，而采用推件板推出较为合适。

因而不宜开设冷料穴，所以拉料杆采用球扣形式。

不影响塑件外观质量，依据上述分型面，分流道宜采用圆形截面，在定模固定板上采用浇口套。

根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：d=4mm D=8mm R=15mm t=4mm
r=2mm l=45~50mm L=40~50mm
初步估算浇注系统的体积，V浇=6~7cm3。

其质量约为：W浇=V浇×r塑=7~8g。

S=(n×W塑+ W浇) /0.8=16~17g。

所以，选择用注射机型号为：XS-Z-30。

第四章成型零部件的结构设计和工作尺寸计算
4.1产生偏差的原因：
4.1.1塑料的成型收缩成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因
有：预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。

σs=(S max-S min)×制品尺寸
σs 成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。

S max、S min分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。

4.1.2成型零部件的制造偏差工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。

4.1.3成型零部件的磨损
4.2凸凹模的计算
本产品为抗冲ＡＢＳ制品，属于大批量生产的小型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取０.8%和０.3％。

此产品采用4级精度，属于一般精度制品。

因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的范围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT ７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：
图4-1 凸凹模计算尺寸
(L m3 )0+δz =[ (1+ s¯ )L S3 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×27- 0.5×0.24]0 +0.24/4 =27.020 +0.06mm
(L m3 )0+δz =[ (1+ s¯ )L S3 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×27- 0.5×0.24]0 +0.24/4 =27.020 +0.06mm
(l m2 )0+δz =[ (1+ s¯ )L S2 - 0.5×Δ]0+δz
=[ (1+0.5%)×22- 0.5×0.22]0 +0.22/4 =220 +0.055mm
(l m1)0-δz =[(1+ s¯)L S1+0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×19+0.5×0.22]0-0.22/4
= 19.210-0.055 mm
(H m2) 0+δz =[ (1+ s¯)H S2-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.950+0.03mm
(h m3) 0+δz =[ (1+ s¯)H S3-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×3-0.5×0.12]0+0.12/4
=2.940+0.03mm
(srm)0-δz =[(1+ s¯) +0.5×Δ]0-δz
= [ (1+0.5%)×30+0.5×0.24]0-0.24/4
= 30.130-0.06 mm
(SRM) 0+δz =[ (1+ s¯)SR S-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×30-0.5×0.24]0+0.24/4
=29.900+0.06mm
(H m) 0+δz =[ (1+ s¯)H S-0.5×Δ] 0+δz
=[ (1+0.5%)×2-0.5×0.12]0+0.12/4
=1.940+0.03mm
4.3成型零件的强度、刚度计算
注射模在其工作过程需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。

如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲变形，引起成型零部件在它们的对接面或贴合面处出现较大的间隙，由此而发生溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。

因此，在模具设计时，成型零部件的强度和刚度计算和较核是必不可少的。

一般来说，凹模型腔的侧壁厚度和底部的厚度可以利用强度计算决定，但凸模和型芯通常都是由制品内形或制品上的孔型决定，设计时只能对它们进行强度校核。

因在设计时采用的是整体式圆形型腔。

因此，计算参考公式如下:
侧壁： 按强度计算：
)1)1()1((-+---=u rP E u rP E r t m p
m
p
c δδ
按刚度计算：
)12(--=m p p
c p r t σσ
底部：按强度计算:
341758.0p m h E r
P t δ=
p
m h r
r P t σ43⨯=
按刚度计算：
凸模、型芯计算公式：
34
p m E L P r δπ=
按刚度计算：
341758.0p m h E r
P t δ=
由公式分别计算出相应的值为：
按强度计算得：t c =4.93mm th=4.38mm r=8.52mm
按刚度计算得：tc=0.93mm th=1.91mm r=3.97mm
参数符号的意义和单位：
P m -----模腔压力（MPa ）取值范围50~70；
E------材料的弹性模量（MPa ）查得2.06×105；
p σ-----材料的许用应力（MPa ）查得176.5；
u -----材料的泊松比 查表得0.025；
p δ------成型零部件的许用变形量（mm ）查得0.05；
采用材料为3Gr2W8V ，硬度≥55HRC 。

34p
m E L P r δπ=
第五章结构零部件设计
5.1 导柱导向机构的设计
导柱导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。

导柱导向机构的作用：
5.1.1、定位件用：模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸
精确，在模具的装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。

5.1.2、导向作用：合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免
型芯先进入型腔造成成型零件损坏。

5.1.3、承受一定的侧向压力。

1、导柱导套的选择：
导柱结约形式及尺寸如下图：
图5-1 导柱
其材料采用45钢经调质，表面淬火，低温回火，硬度为≥55HRC。

导柱固定部分表面粗糙度Ra为08μm，导向部分表面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。

具体尺寸如上图所示。

布局形式如右图示：
为便于导套与导柱配合后工作
时的的排气，在定模固定板的开设通气孔。

5.2 推出机构的设计
5.2.1、推出机构的组成
推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。

即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。

5.2.2、设计原则：
a、推出机构应尽量设在动模一侧；
b、保证塑件不
c、因推出而
d、变形损坏；
e、机构简单动作可靠；
f、合模时的正确复
g、位。

5.2.3、脱模力的计算：
根据力平衡原理，列出平衡方程式：
∑F x=0
F t+F b sinα=Fcosα
F b塑件对型芯的包紧力；
F 脱模时型芯所受的摩擦力；
F t脱模力；
Α型芯的脱模斜度。

又： F=F bμ
于是 F t=F b(μcosα-sinα)
而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上包紧力之积，即：F b=Ap
由此可得：F t=Ap(μcosα-sinα)
式中：μ为塑料对钢的摩擦系数，约为0.1~0.3；
A为塑件包容型芯的总面积；
p为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑件p取2.4~3.9×107Pa;模内冷却的塑件p约取0.8~1.2×107Pa。

所以:经计算，A=379.94mm2 ,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45，。

F t=379.94×10-6×1×107(0.25×cos45`-sin45`)
=900.04N.
因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。

由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。

5.3温控系统的设计
5.3.1、注射模冷却系统设计：
1．冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大型腔表面的温度与冷却水道的
数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。

2.冷却水道至型腔表面距离应尽量相等当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。

一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用12~15mm.
3．浇口处加强冷却塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。

4．冷却水道出、入口温差应尽量小如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。

5．冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置聚乙烯的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。

6.冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm左右，不小于8mm。

根据此套模具结构，采用孔径为8mm的冷却水道。

第六章注射机的选择和校核
6.1注射机的型号和规格
注射机的技术规格：
型号： XS-Z-30
额定注射量(cm3)： 30g
螺杆直径 (mm): 28
注射压力 (MPa): 119
注射行程（mm）： 130
注射时间（s） : 0.7
注射方式：柱塞式
合模力 kN : 250
最大注射面积（cm2）： 90
最大开（合）模行程（mm）： 160
模具最大厚度（mm）： 180
模具最小厚度（mm）： 60
模板最大距离（mm）: 340
最大开模行程（mm）： 160
喷嘴圆弧（mm）： SR12
喷嘴孔径（mm）：Φ 2
6.2 注射机的校核
6.2.1、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核
注射成型时，塑件在模分型面的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需锁模力也就越大，若超过注射机的允许最大成型面积，则在成型过程中会出现涨模溢料现象。

因此有：
塑件总的投影面积nA1与浇注系统的投影面积A2之和要小于最大成型面积 A。

nA1+A2<A4x5.5*5.5*3.14+4x0.6x6=394.34mm2<9000mm2满足要求应使塑料熔体对型腔的成
型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力：（nA1+A2）P<F T=394.34*55
=21688.7N=21.68KN<250KN 满足要求
6.2.2 模具厚度校核
模具厚度H必须满足：H min<H<H max
式中 H min——注射机允许的最小模厚，即动，定模板之间的最小开距；
H max——注射机允许的最大模厚。

H=210mm,H min=200mm,M max=300mm。

符合条件。

6.2.3、开模行程校核
由于注射模最大开模行程S max与模厚无关，因此有：
S≥H1+H2+a+(5~10)mm
式中 H1——推出距离（脱模距离）（mm）；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）；
a——取出浇注系统凝料必须的长度（mm）。

H1=40mm, H2=40mm,a=24mm
所以s=114mm,远小于注射机的最大开模行程300mm,合适。

综上所述，所选择的注射机满足注射要求。

第七章设计小结
本次毕业设计的课题是塑料瓶盖注射模具的设计,是在修完大学所有课程之后进行的一次综合性设计,是对以前所学知识的一次全面性检查。

在这次毕业设计的过程中，充分利用了所学知识，查阅了大量的参考书目，尽量将自己所学的知识与设计有机的结合起来，懂得了如何来设计塑件的注射模具的一般流程，即注射成型制品的分析、注射机的选择及相关参数的校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等，其中模具结构的设计既是重点又是难点，主要包括制品成型位置的及分型面的选择，模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择，模具工作零件的结构设计，推出机构的设计，排气方式设计等。

经过两个多月的时间，毕业设计终于可算是划上了一个句号。

本次设计是一个全面性的设计，是对大学课程的一个总结一次回顾。

本次毕业设计翻阅了大量的参考书，巩固了以往所学的机械制图、公差与配合、制造工艺等相关知识，对许多课程和知识起到了穿针引线的作用，使我们对大学所学的全部知识进行一次从新的整理、理论联系实际，为我们即将踏入社会做了一个很好的准备。

更重要的是，通过本次毕业设计对我们所掌握的模具知识实际应用能力起到了检验的作用，通过系统设计，知道自己的不足和缺陷。

在设计过程中我始终结合计算机进行设计，从零件的造型、模具的分模到、二维工程图的转化都使用AutoCAD和Pro∕E软件。

提高了我们对AutoCAD和Pro∕E等软件的应用能力。

通过了本次设计我们已初步了解了工程技术人员的设计思想，掌握了模具设计的相关知识，为以后能独立完成一套模具设计与制造打下基础。

参考文献
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11 中国模具协会编，.模具设计手册.机械工业出版社,2001
12 彭建声.简明模具工实用技术手册.机械工业出版社，1993
致谢
在本次毕业设计过程中，梁展翅老师对本论文从选题、构思、资料收集到最后定稿的各个环节给予细心指引与教导，使我对模具设计有了深刻的认识，使我得以最终完成毕业设计，在此表示衷心感谢。

梁老师严谨的治学态度、丰富渊博的知识、敏锐的学术思维、精益求精的工作态度、积极进取的科研精神以及诲人不倦的师者风范是我终生学习的楷模。

在四年的大学生涯里，还得到众多老师的关心支持和帮助，在此，谨向老师们致以衷心的感谢和崇高的敬意!
在大学四年生活中，不断得到同学的关心与帮助，使我在学习和生活中不断得到友谊的温暖与关怀，最重要的是一种精神上的激励，让我非常感动。

最后，我要向在百忙之中抽时间对本文进行审阅、评议和参加本人论文答辩的各位师长表示感谢
湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计）
附录：
装配图一份
零件图俩份
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