防落墊圈的塑料模具設計（全套含CAD圖紙）,墊圈,塑料,模具設計,全套,cad,圖紙 摘要 本次防落墊圈的塑料模具設計主要運用了CAD、UG等繪圖軟件進行對模具的設計修改。文章是以對塑料模具的設計步驟及選材原則進行分析的過程。通過對塑料零件進行零件分析及零件外形輪廓尺寸的計算，然后再計算型芯型腔的尺寸，將得到的尺寸進行更進一步的運算，得到定模、動模的尺寸，確定分型面，確定模具的型腔數(shù)目和排布。調(diào)用標準模架以及設計澆注系統(tǒng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。進行成型尺寸的計算及收縮率大小的確定。再對模具進行試模，對模具進行修配。 關鍵詞：零件分析；成型尺寸的計算；確定型腔數(shù)；標準模架；澆注系統(tǒng)；溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 目 錄 前 言 1 1 零件分析： 2 1.1 塑料件的設計 2 1.2 塑料件的選材 2 1.3 塑料件的尺寸與精度 2 1.4 塑料件的表面質(zhì)量 3 2 注塑成型的工作原理 4 3 注塑成型的工藝過程 5 3.1 成型前的準備 5 3.2 注塑成型過程 5 4 選擇注塑模具結(jié)構(gòu) 6 5 雙分型面注塑模的結(jié)構(gòu)設計 7 5.1 確定型腔數(shù) 7 5.2 分型面的設計 7 6 成型零件的設計 9 6.1 設計成型零件的外形結(jié)構(gòu) 9 6.1.1 零件的脫模斜度 9 6.1.2 塑料件的壁厚 10 6.2 成型零件的尺寸的計算 10 7 設計合模導向機構(gòu) 12 8 標準注塑模架的選取 13 8.1 模架的主要組成零件 13 8.2 選擇模架的步驟 14 9 澆注系統(tǒng)的設計 15 9.1 設計注意事項 15 9.2 點澆口的設計 15 9.3 拉料桿的設計 16 10 澆注系統(tǒng)的凝料的推出機構(gòu) 17 11 設計注塑模具的溫度控制系統(tǒng) 18 11.1 模具溫度控制系統(tǒng)對于注塑模具的重要性 18 11.2 模具溫度控制系統(tǒng)的基本要求 18 11.3 設計模具溫度控制系統(tǒng) 18 11.3.1 模具加熱系統(tǒng)設計 18 11.3.2 冷卻系統(tǒng)設計 19 12 結(jié)論 20 致 謝 21 參考文獻 22 前 言 20世紀90年代之后，大量外資企業(yè)涌入國內(nèi)，我國的模具制造工業(yè)隨即得到了飛速的發(fā)展，現(xiàn)僅有的國家標準根本無法滿足模具企業(yè)的要求。為了適應現(xiàn)代生產(chǎn)制造業(yè)對于注塑模具的發(fā)展的需求，有的企業(yè)選擇采用美國的DME標準，有的企業(yè)選用了歐洲的HASCO標準，還有的企業(yè)則是自己請國外的專家為企業(yè)進行專門的規(guī)程編制。國家標準、DME和HASCO等標準主要是對注塑模中常用的零件的規(guī)格型號進行規(guī)范化和標準化，不盡相同的是，企業(yè)自己編纂設計的標準和規(guī)范比較側(cè)重于模具的結(jié)構(gòu)和設計的流程及內(nèi)容。 利用CAD、UG等繪圖軟件為塑料模具的設計提供準確的數(shù)據(jù)，以便于模具的設計修改整合，以提高模具的生產(chǎn)質(zhì)量、大大縮短了模具的生產(chǎn)周期性、降低了模具的生產(chǎn)的成本。 防落墊圈的注塑模具設計是作為此次設計的主題，通過對墊圈的結(jié)構(gòu)進行分析、對模具型芯型腔的結(jié)構(gòu)設計和計算。先用UG對墊圈進行零件的草圖繪制，再畫出墊圈的三維圖，對成型零件進行分型，再根據(jù)所得型芯型腔的尺寸計算出模具框架尺寸，在UG中調(diào)出適合并適用的模架，再對零件進行開框處理，根據(jù)零件的排布進行澆注系統(tǒng)的設計，根據(jù)墊圈的澆注成型方式，確定推出機構(gòu)的選擇與設計方式，再根據(jù)零件本身的特性，對模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)進行設計，考慮到模具需要分型設計要控制推出距離，在塑料模具上導入一些標準件（開閉器，定距拉桿），當防落墊圈完成塑料模具設計時，在立體圖中可以清晰的表達出零件的位置，然后用AutoCAD軟件對裝配圖與主要的零部件進行繪圖解析，最后書寫論文，以對此次設計的說明。這次的設計，由于缺乏真正的設計經(jīng)驗，在完成畢業(yè)設計的過程中遇到了很多的疑問，但是通過老師的指導和同學們的討論以及去圖書館查閱資料，解決了不少的問題。希望能通過完成這次的設計，以對三年所學的知識做一個匯集，同時也希望這份設計是合格的。 1 零件分析： 1.1 塑料件的設計 在防落墊圈的設計過程中，除了需要滿足塑料零件的實用要求之外，還要考慮塑料零件的結(jié)構(gòu)工藝性，防落墊圈有良好的工藝性，比較容易成型，生產(chǎn)過程能獲得良好的效率和效益。防落墊圈這種塑料零件的設計原則是在保證墊圈的使用性能、物理性能、力學性能、耐熱性能的前提下，盡量選擇價格低廉和成型性能良好的塑料，同時還應盡量選擇結(jié)構(gòu)簡單、壁厚均勻、成型方便的塑料。在設計時，還應該考慮模具的總體結(jié)構(gòu)，使型腔容易制造，推出抽芯機構(gòu)簡單。選擇的塑料零件應該有利于模具的分型、排氣、補縮和冷卻。并且，在塑料零件成型后盡量不需要再進行機加工。 1.2 塑料件的選材 所選的零件為防落墊圈，材料為尼龍（PA66），PA66在聚酰胺材料中有較高的熔點。是一種半晶體材料。尼龍在較高溫度下也能保持較強的強度和剛度。PA66的粘性比較低，所以流動性很好。這個性質(zhì)可以用來加工很薄的元件。根據(jù)所選出的零件在性能和尺寸精度等方面的要求如下：力學性能要求，主要有強度、剛性、任性、彈性以及對于應力的敏感性；物理性能要求，就是要求塑料對使用的周圍環(huán)境溫度變化的適應性、精加工和外觀的美觀程度；化學性能要求，塑料對接觸物（水、溶劑、藥品）的耐性以及使用上的安全性等；塑件尺寸精度要求，如收縮率的大小及各項收縮率的差異。 1.3 塑料件的尺寸與精度 這里的尺寸是指塑料件的總體外形尺寸，塑料零件的外形尺寸總體取決于塑料品種的流動性。PA66流動性很好，但收縮率波動較大，但是如果加入玻璃纖維添加劑可以降低收縮率。 通常塑料件的尺寸精度比機械加工的尺寸精度要難控制，尺寸精度也受到很多因素的影響：塑料件成型模具的制造精度和使用過程的磨損；塑料收縮率的波動；變化的成型工藝條件；塑件的形狀、飛邊的厚度的波動、脫模斜度以及塑件成型后的尺寸變化等。 尺寸精度還與塑料品種有關，尼龍66收縮率為1.4-1.8%，所以它的成品尺寸的精度要求也較低。 1.4 塑料件的表面質(zhì)量 塑料零件的表面質(zhì)量包括表面粗糙度和表觀質(zhì)量。塑料零件的表面粗糙度與型腔及型芯接觸的表面的粗糙度有關，現(xiàn)在，注塑成型零件的表面粗糙度通常在Ra0.02～1.25之間，模具型腔的表面粗糙度應為塑料零件的1/2。 圖1-1 零件三維實體圖 2 注塑成型的工作原理 注塑成型是塑料制品的一種主要成型方法。注塑成型的主要步驟是將顆粒狀或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒中。 圖2-1 注塑模具三維實體圖 3 注塑成型的工藝過程 3.1 成型前的準備 為了確保注塑成型的過程順利的完成及保證成品的產(chǎn)品質(zhì)量，需要提前做好原材料的檢驗和預處理、料筒的清洗、加料等準備工作。 模具保持溫度：建議應該在80℃。對于壁厚較薄的塑料件，如果模具的正常溫度低于40℃，則塑料件的結(jié)晶程度會隨著時間而改變，應該對墊圈進行退火處理。并且要對模具進行預熱處理。 · · 注射速度：高速。 · 流道和澆口：由于尼龍的凝固時間很短，所以澆口的位置顯得非常重要。澆口最小直徑不要小于0.5*t（這里t為塑件厚度，t=8mm）。如果使用熱流道，澆口尺寸應比使用常規(guī)流道小一些，因為熱流道能夠阻止材料過早的凝固成型。 3.2 注塑成型過程 墊圈的注塑成型過程包括加料、塑化、注塑、保壓、冷卻定型、脫模等步驟，其中關鍵的是塑化、注塑、冷卻定型。并且要對模具進行合模和鎖緊，保證成型時有足夠的力使模具鎖緊。開模的時候，必須要等成型墊圈冷卻定型之后，再開模并取出成型的塑料零件。但是由于零件在成型過程中會有許多的問題，要繼續(xù)對零件進行加工處理（退火處理和調(diào)濕處理）。 4 選擇注塑模具結(jié)構(gòu) 根據(jù)想要設計的防落墊圈零件，來選取模具結(jié)構(gòu)。雙分型面注射模具有兩個分型面，雙分型面注射模是在定模部分增加了一塊水口板，也叫三板模。雙分型面注射模常用于點澆口進料的單型腔或多型腔的注射模具。開模時，模具在定距拉桿的作用下，分型面I-I分開，在拉料桿的作用下將點澆口拉出定模，動模與定模繼續(xù)分離，限位螺釘被拉動后，帶動水口板運動，使II-II面分型。在限位螺釘和定距拉桿的作用下水口板達到最大行程，當分模的力大于開閉器所能承受的最大阻力時，開閉器分開，III-III面分型。由于墊圈的結(jié)構(gòu)特殊，所以采用三板模。 圖4-1 模具結(jié)構(gòu)圖 5 雙分型面注塑模的結(jié)構(gòu)設計 5.1 確定型腔數(shù) 模具設計前應合理而經(jīng)濟的確定模具的型腔數(shù)目，由于防落墊圈的整體形狀較為特殊，所以定為一次生產(chǎn)一個零件，有利于確保零件注塑進料的穩(wěn)定，模具采用單型腔注射的方式。 5.2 分型面的設計 塑料件為防落墊圈，分型面的選擇應該有利于脫模，在零件的最大外形輪廓尺寸處，最好的是分型時讓成型的塑料件盡可能的留在動模上，這樣可以利用推出機構(gòu)來推出零件，如果留在定模上則會增加模具的復雜程度，從而使模具復雜化。所以，零件的型芯部分一直是在動模部分。選擇分型面的時候，一般要有利于塑料件的表面質(zhì)量和精度等級。選擇分型面一般應有利于模具的結(jié)構(gòu)變得簡單和零件的制造加工成型。選擇分型時抽芯機構(gòu)應該與開模方向一致。 圖5-1 分型面的三維圖 計算型芯型腔尺寸： 1）型腔的徑向尺寸 2）型芯的徑向尺寸 其中：—模具型腔或型芯在室溫下的尺寸; —制品在室溫下的尺寸; —平均收縮率； —制品公差； —成行零件的制造公差。 3) 型腔的深度 4）型芯的高度 式中：-型腔深度或型芯高度； -制品在室溫下的尺寸； -平均收縮率；-制品公差； -成型零件的制造公差,一般取。 根據(jù)以上尺寸，可以計算出型腔長度類工作尺寸： 型芯徑向尺寸：L=110mm 型芯高度尺寸：L=45mm 型腔徑向尺寸：L=110mm 型腔高度尺寸：L=32mm 6 成型零件的設計 6.1 設計成型零件的外形結(jié)構(gòu) 6.1.1 零件的脫模斜度 塑料零件冷卻收縮后，在脫模前會粘附在型芯上，或者會黏在定模型腔內(nèi)，因此，為了保證塑料零件能夠順利脫模，因此設計時必須要在墊圈的內(nèi)外表面脫模方向加上脫模斜度。為了不影響塑料件裝配，斜度取向原則是：內(nèi)孔以小端為基準，斜度由擴大便于取出方向取得；外形以大端為基準，斜度由縮小方向得到，由于所選取的塑料件的材料為尼龍（PA66），所以根據(jù)下表得出模具型芯型腔的脫模斜度。 表6-1 脫模斜度 塑料名稱 脫模斜度 型腔 型芯 PE、PP、IPVC、PA、CPT、PC、PSF 25′～45′ 20′～45′ PVC、PC、PSF 35′～40′ 30′～50′ PS、PMMA、ABS、POM 35′～1°30′ 30′～40′ PF、UF、MF、OAP、EP 25′～40′ 20′～50′ 6.1.2 塑料件的壁厚 墊圈的壁厚取決于墊圈的使用要求，同時與墊圈的加工工藝要求有關，在使用上，要求壁厚要有足夠的強度和剛度；脫模時能承受緊固力以及在運輸過程中不會變形損壞。除了壁厚須均勻之外，塑料零件壁厚還必須符合材料的成型要求。 表6-2 材料壁厚 6.2 成型零件的尺寸的計算 模具的型芯、型腔形狀由塑料件圖鏡射而成，它的成型尺寸則是由塑料件尺寸加脫模斜度及平均收縮率而得到，成型尺寸計算法： Ss=( Smax - Smix)Ls Smax—塑料的最大收縮率; Smix—塑料的最小收縮率; Ls—塑料的名義尺寸。 圖6-1 零件草圖 表6-3 產(chǎn)品投影面積 7 設計合模導向機構(gòu) 導柱導向機構(gòu)的設計包括：導柱和導套的形狀、導柱和導向孔的配合形式以及導柱的數(shù)量和布置等。 導向孔最好是通孔，導套前端應倒有圓角，導套孔的滑動部分按照H8f8間隙配合，導套外徑按照H7m6過度配合，導柱導套配合部分的粗糙度為Ra=0.8μm。同時要采用一些方式防止導柱從安裝孔中脫出。 圖7-1 導向機構(gòu) 8 標準注塑模架的選取 8.1 模架的主要組成零件 模架的重要組成零部件有：定模座板、定模板、動模板、推桿、中間板、拉料桿、動模座板、支承板、墊板、墊塊等，這些零件主要起裝配、定位和安裝作用。 模架的選擇主要是根據(jù)確定型腔模板的周邊尺寸，模板的厚度主要由型腔的深度確定。 圖8-1 模架選擇草圖 8.2 選擇模架的步驟 先確定模架的組合方式，確定零件墊圈的壁厚，計算型芯型腔的尺寸，計算動定摸的結(jié)構(gòu)尺寸，修正動定模板的周界尺寸，再確定模板厚度尺寸，選擇模架大小，檢驗所選擇的模架的是否適用。 圖8-2模架選擇實體圖 表8-2定模動模尺寸經(jīng)驗值表 定模板： 動模板： 跟據(jù)定模與動模的尺寸選取模架：模架如圖8-2所示： 9 澆注系統(tǒng)的設計 9.1 設計注意事項 雙分型面注塑模選用的澆口一般是點澆口，截面積比較小，通道直徑就只有0.5～1.5mm。澆口太小，則不易加工；澆口太大，澆口不太容易自動拉斷，而且就是拉斷之后會影響塑料件的表面質(zhì)量。II-II分型面要注意保證澆注系統(tǒng)凝料能夠順利取出 S=S1+(3～5)mm S1----澆注系統(tǒng)凝料在合模方向上的長度。 9.2 點澆口的設計 點澆口是一種進料口尺寸很小的特殊形式的直接澆口，又稱針點式澆口，是非常典型的限制型澆口。能提高塑件質(zhì)量，縮短成型周期，提高生產(chǎn)效率，有利于澆口與成型件的自動分離，便于實現(xiàn)塑料零件生產(chǎn)的自動化過程，實現(xiàn)型腔進料平衡，改善了零件的質(zhì)量，可以自由的選擇澆口所在的位置。點澆口直徑可以由經(jīng)驗公示估算： d=nc d-----點澆口直徑，mm； A----型腔的表面積，及塑料件外表面面積，mm； n----塑件材料系數(shù)， c----塑件壁厚系數(shù)。 表9-1 塑料零件的壁厚 塑件壁厚t/mm 0.75 1 1.25 1.5 1.75 2 2.25 2.5 c 0.718 0.20 0.230 0.242 0.272 0.294 0.309 0.326 圖9-1 點澆口三維圖 9.3 拉料桿的設計 如圖9-1所示為推桿脫模機構(gòu)配合使用的拉料桿的形式，此類拉料桿裝在水口板上，即開模時，點澆口的澆注系統(tǒng)凝料由冷料穴帶動離開定模部分，隨后在開模過程中把凝料拉出模外。 10 澆注系統(tǒng)的凝料的推出機構(gòu) 塑料模具的設計原則是使塑件滯留于動模板，讓模具結(jié)構(gòu)更加簡單，正確的分析脫模力的大小，合理的選用推出方式，從而使塑料件平穩(wěn)的脫模；按照推出機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特征分類時，選用推桿推出，盡量選擇墊圈隱蔽的地方進行脫模，盡量不損壞零件良好的表面。并且選擇機動推出機構(gòu)，是依靠注塑機的開模運動所帶動模具推出機構(gòu)運動，對澆注系統(tǒng)和墊圈的分型。在零件脫模阻力越大的地方，推桿布置得就應該越密集。利用拉料桿斷點澆口凝料：模具首先進行從面I-I和面II-II分型，在拉料桿的作用下，分型面分型，使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料與防落墊圈切斷并留在定模的一邊，等定距拉桿分開至一定距離后，定模板接觸到限位拉桿的突肩，帶動流道推桿從面III-III面分型，塑件隨著動模板移動脫離定模板，最后在推桿的作用下將塑件推出。如圖10-1和圖4-1所示。 圖10-1 推出方式三維圖 11 設計注塑模具的溫度控制系統(tǒng) 11.1 模具溫度控制系統(tǒng)對于注塑模具的重要性 模具溫度過低使熔體的流動性變差，制品輪廓不清晰甚至注不滿型腔或形成熔接痕，制品表面不光澤，缺陷多，脫模困難，制品變形大；由于尼龍是一種半晶體材料，它的熔點比較高，建議模具應提前預熱溫度應該保持在80℃左右，當塑料件要求模具成型溫度大于等于80℃時，必須先對模具進行預熱，并且，塑料零件較厚的部位要重點冷卻。 11.2 模具溫度控制系統(tǒng)的基本要求 能使型腔和型芯的溫度保持在規(guī)定的范圍之內(nèi)，并盡量保持模具各處的溫度平衡，盡量不要出現(xiàn)過冷現(xiàn)象、局部過熱，根據(jù)塑料的品種、成型方法的不同正確的調(diào)節(jié)模具溫度。 11.3 設計模具溫度控制系統(tǒng) 11.3.1 模具加熱系統(tǒng)設計 注塑模具成型工藝要求模具溫度在80℃以上時，模具中必須添加加熱系統(tǒng)裝置，這套模具主要采用電熱棒加熱，電熱棒是一種標準的加熱元件，它由具有一定功率的電阻絲帶有耐熱絕緣材料的金屬密封管組成，使用時只需要插入模板上的加熱孔就可以。其特點是使用和安裝方便。 11.3.2 冷卻系統(tǒng)設計 圖11-1 冷卻水路三維圖 圖11-2 冷卻水路三維圖 如圖所示，這些三維圖可以直觀的表達冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及水路在動模、定模板上的設計方式及水路結(jié)構(gòu)。冷卻水路是溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)中必不可少的一部分，由于防落墊圈的注塑模具加工時受零件的材料限制，必須對模具進行預熱，使模具溫度達到80℃，但是，當注塑結(jié)束后，在零件注塑成型的過程中，模具也必須進行冷卻處理，才能保證塑件的冷卻，也是維護模具的生命周期和使用年限的一種方式。 12 結(jié)論 在設計注塑模具的過程中，可以涉及到對塑料零件的選取，對選取的材料進行零件分析，以及對于防落墊圈的材料進行分析，便于解析材料的各種性能性質(zhì)、材料的收縮率或者材料在何種狀態(tài)下會發(fā)生冷卻凝固等各種各樣的問題需要去考慮并且解決以及成型零件的外形輪廓尺寸計算，當計算完零件的成型尺寸時，要考慮墊圈是否可以進行批量生產(chǎn)，是一模多腔還是一模一腔，要對型腔數(shù)目進行設計，并且要有良好的排版。并且要根據(jù)零件的排布，進行恰當?shù)挠嬎?，選擇尺寸合適的型芯型腔，再利用得到的型芯型腔的尺寸，根據(jù)估算的經(jīng)驗值和查表得知的數(shù)值，計算出定模板和動模板以及水口板的尺寸，再根據(jù)得到的這些數(shù)值進行模架的選取，合理的模架選取的數(shù)值應當大于所計算出的數(shù)值，再對澆注系統(tǒng)的設定和推出方式的選取以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的確定。當然，此次設計的防落墊圈塑料模具當然是一模一腔，由于墊圈的結(jié)構(gòu)不同于其他墊圈，其結(jié)構(gòu)形式有些特殊，澆注方式選擇點澆口，所以決定模具形式為雙分型面單型腔式注塑模。防落墊圈的澆注系統(tǒng)選擇的是點澆口，當分型面分開時，拉料桿拉動澆注系統(tǒng)末端，使?jié)沧⑾到y(tǒng)凝料與防落墊圈分離，等待分離到定距拉桿最大距離時，定模與動模完全分型，這時，推出機構(gòu)平穩(wěn)的將零件推出，使墊圈與型芯分離，得到成型零件。 致 謝 在大學三年的歲月里，在諸多老師的尊尊教誨中，這些話語仿若還是如昨天的事情。漫長而又短暫的三年里，在健雄學院，在中德工程學院，在模具設計與制造的專業(yè)里，很多老師擔任我們專業(yè)課程老師，在機械圖樣的識別與繪制課程中，老師為我們詳細的講解了怎樣去看圖，怎樣用不同的線型不同視角的圖將整個圖清晰明了的表現(xiàn)出來，學會怎樣制圖與怎樣識圖，甚至，我們的繪圖課程是與同時所學的軟件遙相呼應，息息相關，這些課程為我們?nèi)蘸髮W習更好、更專業(yè)的技術做準備。在大一的時候，我們學會了很多的基礎知識，在以后的的學習過程中，我們學會了零件草繪，機械制造規(guī)劃和機械工程基礎，學會了如何制定工序工藝卡片，學會各種齒輪的傳動和凸輪的設計。在氣液傳動的課程中，我們學會如何選用氣缸和液壓缸，在短暫的大三一學期里，我學到了有關于塑料模設計的很多相關知識和模具生產(chǎn)成本和質(zhì)量估算的一些計算模具成本的方式，在這短暫而又長久的三年里，我將以我學到的所有知識來豐富我的畢業(yè)設計，詮釋著如何將知識學以致用的方式。此次的設計論文，包含著所學到的理論與實踐的知識，從各個方面學習的知識，都將在此刻被一一的詮釋。感謝這三年來所有陪伴著我稀奇學習的老師和同學們，他們給予了我很多幫助，不僅是在學習理論知識上，在實踐方面也是不遺余力的幫忙，使我的大學生活也格外的順利。 參考文獻 [1] 劉元義.塑料模具設計.清華大學出版社，2014. 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