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畢業(yè)設計（說明書）
題 目 TBQ-51滾輪注塑模具設計
學生姓名
學 院 機械與電氣工程學院
專 業(yè) 材料成型及控制工程
班 級
指導教師
摘 要
模具是一種新型的技術產業(yè)，對于工業(yè)的進步以及經(jīng)濟發(fā)展都起到非常關鍵的作用，如今在全球工業(yè)發(fā)展當中，特別是發(fā)達國家對于模具的重視度都比較高，也被稱作為工業(yè)之母，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，如今在全球的工業(yè)產品當中，超過一半以上為模具產品，尤其是汽車制造當中，對于模具的依賴程度更高。我國模具發(fā)展速度比較快，經(jīng)歷從零到有的過程，并且已經(jīng)邁入全球模具制造業(yè)大國的行列，能夠實現(xiàn)中高端模具的出口生產，隨著經(jīng)濟發(fā)展以及市場開放，模具市場的競爭也越加激烈，未來關于高端高精度模具的生產和制造是一個主要趨勢，市場需求也會更大。
本次設計的是關于滾輪注塑模具，滾輪是比較普遍的一種產品，需要分析這種產品的使用和工藝要求，選取POM+30%GF材料，通過對產品尺寸分析，確定分型面和型腔布置，并且計算產品的注射體積，依次選取滿足生產要求的注射機型號，并且設計澆注系統(tǒng)以及推出機構，計算成型零件的工作尺寸等，最終完成模具裝配圖零件圖圖紙要求，以及說明書的寫作要求。
關鍵詞：注塑模；滾輪；澆注系統(tǒng)；POM+30%GF
ABSTRACT
Mold is a new type of technology industry, which plays a very important role in the progress of industry and economic development. Nowadays, in the global industrial development, especially in developed countries, mold is highly valued, also known as the mother of industry. According to the data, more than half of the global industrial products are mold products, especially automobiles In manufacturing, the dependence on mold is higher. With the rapid development of China's mold industry, China has experienced the process from zero to some, and has entered the ranks of the world's largest mold manufacturing industry, which can realize the export production of medium and high-end mold. With the economic development and market opening, the competition in the mold market is also more fierce. In the future, the production and manufacturing of high-end high-precision mold is a major trend, and the market demand will be greater
This design is about the roller injection mold. The roller is a relatively common product. It is necessary to analyze the use and process requirements of this product, select POM + 30% GF material, determine the parting surface and cavity layout, calculate the injection volume of the product, select the injection machine models that meet the production requirements in turn, and design the pouring system and the ejector Structure, calculate the working size of the forming parts, and finally complete the requirements of the die assembly drawing and the writing requirements of the instructions.
Key words: Injection mold; roller; pouring system; POM + 30% GF
目 錄
第一章 緒論 1
1.1 模具技術的概述 1
1.2模具技術的國內外發(fā)展 2
1.3畢業(yè)設計的目的 3
第二章 成型工藝分析 4
2.1產品工藝分析 4
2.2材料分析 4
第三章 注塑機的選用與校核 6
3.1分型面的選取 6
3.2型腔的選取與布置 7
3.3初定模具結構 7
3.4注射參數(shù)的計算 8
3.5注塑機的選取 10
3.6注塑機參數(shù)的校核 11
第四章 模具結構設計 13
4.1澆注系統(tǒng)設計 13
4.2成型零件的設計 15
4.3脫模推出機構設計 20
4.4排氣系統(tǒng)的設計 21
4.6冷卻系統(tǒng)的設計 22
4.7模架的選取 23
結束語 26
致 謝 27
參考文獻 28
第一章 緒論
1.1 模具技術的概述
模具是通過對不同材料進行成型生產的一種設備，能夠滿足各種材料以及不同外形產品加工需求。模具的重要性在經(jīng)濟發(fā)展以及工業(yè)生產當中極為明顯，也是一種新型的工業(yè)設備，工業(yè)的進步以及社會文明的進步都離不開模具的支持，特別是近代工業(yè)發(fā)展當中，也都伴隨著模具技術的成熟。
1.2模具技術的國內外發(fā)展
現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展比較迅速，模具技術的成熟也是工業(yè)進步的一個重要體現(xiàn)，成熟的模具技術離不開合理工藝技術以及高效設備。特別是模具設計制造精度，會直觀的影響產品的質量，并且模具的自動性以及產能也對生產的效率有直接影響。
1.3畢業(yè)設計的目的
模具為經(jīng)濟發(fā)展以及工業(yè)的進步做出巨大貢獻，屬于重要的新型產業(yè)技術，被廣泛運用于各個領域當中。通過設計，更好掌握模具相關知識，能了解工藝知識，熟練掌握制圖軟件使用，增強動手的能力。
第二章 成型工藝分析
2.1產品工藝分析
本次設計的產品為滾輪，這種滾輪為一般產品，使用的條件為常溫，塑件的最大外形尺寸為：Φ27.5×23.2mm，產品的精度要求一般，選取一般的四級精度即可，產品在對于使用要求，需要有一定硬度跟耐磨性，通過圖紙可知，本次產品的結構簡單，采用簡單的型芯型腔就能達到成型要求。
圖2-1 產品圖
2.2材料分析
分析本次塑件的使用需求，精度要求也是普通需求，塑件的外形尺寸為普通尺寸，對于硬度跟耐磨性有一定要求，因此綜合分析本次的零件的各種性能要求，可以選取POM+30%GF材料。
2.2.1使用性能
PO+30GF材料為普通的熱塑性材料，此材料為聚甲醛熱塑性材料，有較強的硬度和剛度，通過添加玻璃纖維可以很好提升材料的強度，并且耐腐蝕性比較好，材料為無毒無氣味的安全材料，是一種顆粒性物料，材料密度一般為1.42 g/cm3，材料的吸水性比較強，因此在成型之前要對材料進行干燥加熱處理。POM材料是目前用于傳動零部件中最為常見的，比如齒輪和齒輪軸等零件多使用POM材料，被廣泛用在電子產品以及文具用品，以及容器等部件生產中。
2.2.2材料工藝性能
POM材料的的模具溫度為50℃～80℃，吸水性腔，一般需要對齊進行80～90℃的溫度進行長達2小時的干燥處理。此材料的的性能參數(shù)如下表：
表2.1 POM工藝參數(shù)表
POM+30%GF的主要性能
性能參數(shù)
拉伸彈性模量/GPa
2
拉伸強度/MPa
38
摩擦率
0.45
屈服強度/MPa
50
熱變形溫度/℃
90~108
彎曲彈性模量/GPa
1.4
熱導率/（W·m-1·K-1）
0.263
體積電阻率/（Ω·m-3）
7×1014
斷裂伸長率（%）
35
密度/（g·cm-3）
1.42
熔點/℃
130~160
彎曲強度/GPa
80
比熱容/（J·kg-1·K-1）
1470
計算收縮率（%）
0.4~0.7
第三章 注塑機的選用與校核
3.1分型面的選取
分型面為分開模具頂出之間跟凝料的可分離接觸面，分型面的種類形式較多，需要結合塑件的外形結構，脫模方式，模具種類確定，一般分型面的選取有以下幾個原則：
1.確保之間脫模需求，確保之間能夠順利從模具取出
2.盡可能把分型面設計在塑件的最大投影位置
3.分型面的位置不會影響到之間的外表面
4.確保塑件在開模以后處于動模一側
5.分型面的選取要方便澆注系統(tǒng)的布置以及澆口的選取
結合以上的各種要求，以及塑件的結構特征，要確保分型面的選取滿足模具結構簡單，又要確保塑件的質量要求，本次選取的分型面為塑件最大投影面積位置，并且塑件在開模以后留在動模部分，分型面位置如下：
圖3-1 分型面圖
3.2型腔的選取與布置
為確保模具跟注塑機產能匹配，以及提高生產效率，保證經(jīng)濟性要求和塑件精度。本次的滾輪為一般尺寸的塑件，生產要求為批量加工，因此需要選取多型腔的方式，為滿足模具結構簡單的要求，可以初步確定為一模四腔的形式。并且通過平衡對稱布置的型腔，本次的型腔布置如下：
圖3-2 型腔布置圖
3.3初定模具結構
本次的塑件分型面選取為在產品的最大投影面積，并且型腔的數(shù)目為一模四腔的結構，對于塑件的推出，選定為頂桿推出，為普通的三板模，澆口種類為點澆口進澆，定位為導柱導套定位。
3.4注射參數(shù)的計算
3.4.1注射量的計算
注射量指的是螺桿一次注射行程注射的塑料跟凝料的體積，對于塑料的體積計算比較復雜，一般可以通過軟件測算塑件模型，本次滾輪產品通過軟件測算體積如下圖所示：
圖3-3 產品體積圖
單個產品積數(shù)：
四個產品總體積：
產品質量：
以上ρ指POM+30%GF密度，密度是
3.4.2凝料體積計算
在注射的過程中，會有凝料產生，凝料的注射量計算當中的一部分，凝料體積計算也可以通過軟件測算，本次對凝料計算如下：
圖3-4 凝料體積圖
可知凝料體積為：.
實際需要的體積：
實際需要的質量：
3.4.3鎖模力計算
鎖模力指的是注塑機鎖模部件對模具施加的最大夾緊力，由于在高壓注射過程中，沿著鎖模方向有個比較大的脹型力。脹型力的計算為產品的壓力跟塑件及凝料在分型面投影面積A1和A2之積。
塑件投影面積：
凝料投影面積：
總投影面積：
鎖模力：
以上的P型為型腔壓力，取35MPa
3.5注塑機的選取
注塑機是注射成型中的主要動力機構，也是滿足對物料加熱以及填充的設備，對于注射機的選取，需要確保注射機的注射量，注射壓力，鎖模力等參數(shù)滿足模具的工作需求。本次塑件需要的最大注射量為，選取注塑機的時候，要確保注塑機理論注射量80%大于實際注射量，因此本次初步選取的注塑機為SA900/100U型號，理論注射量為121cm3，選用的是SA900/300U型號，參數(shù)見表3.1。
表3.1 注塑機技術參數(shù)
參數(shù)部分
SA900/300U
A
B
C
1
螺桿直徑
mm
32
36
40
2
螺桿長徑比
L/D
22．5
20
18
3
注射容量
cm3
121
153
188
4
注射重量
g
110
139
171
7
注射壓力
Mpa
249
197
160
8
螺桿轉速
rpm
0-295
9
鎖模力
KN
900
10
移模行程
mm
320
11
拉桿內距
mm
360×360
12
最大模厚
mm
380
13
最小模厚
mm
150
14
頂出行程
mm
100
15
頂出力
KN
33
16
頂出桿根數(shù)
PC
5
17
最大油泵壓力
Mpa
16
18
油泵馬達功率
Kw
15
19
電熱功率
Kw
6．2
20
外型尺寸
M
4．32×1。23×1.86
21
機器重量
T
3．46
22
料斗容積
Kg
25
23
油箱容積
L
240
3.6注塑機參數(shù)的校核
3.6.1注射壓力的校核
注射壓力校核主要是校核注塑機公稱壓力是否可以符合塑件成型需要的注射壓力，對于塑件而言，注塑的壓力跟塑件種類，流動性以及塑件尺寸壁厚等相關，數(shù)值一般為70~150MPa,對于POM +30%GF來說，一般壁厚的產品注射壓力在100~130MPa，本次取中間數(shù)值110MPa,校核過程中還需要乘上安全系數(shù)，取1.25.校核公式為：
選取的注塑機注射壓力為249MPa,因此注射壓力滿足校核。
3.6.2鎖模力的校核
鎖模力為注塑機對模具施加的夾緊力，需要確保注塑機額定鎖模力大于脹型力，避免因為鎖模力不足造成溢料情況。校核公式如下：
式中： n --型腔數(shù)目
--塑件分型面上投影面積
--澆注系統(tǒng)在分型面上投影面積
,，
通過計算成型塑件壓力跟投影面積的乘積數(shù)值，需要小于鎖模力，計算如下：
式中：P—熔體對型腔成型壓力,MPa
F—注射機額定鎖模力,N
k--安全系數(shù)，一般為1.1~1.2
查詢資料知，塑料型腔壓力在，在此選30，
所以：
因此，鎖模力是達標的。
3.6.3注射量的校核
注射量為注塑機的一個重要參數(shù)，需要確保注射量滿足要求，才能確保質量符合要求，對于注射量的校核，為確保安全性，要保證實際需要注射量小于注塑機公稱注射量80%.校核公式如下：
式中：
以上：n=4, ，，
注塑機公稱注塑量
因此：
所以注射量校核合格。
第四章 模具結構設計
4.1澆注系統(tǒng)設計
澆注系統(tǒng)為主流道至型腔部分的溶體流通通道，功能是確保溶體能夠順利平穩(wěn)流通到型腔，確保獲得需要的外形尺寸以及結構致密的塑料產品。組成為主流道、分流道，澆口以及冷料穴。
4.1.1主流道設計
主流道為連接注射機噴嘴跟分流道的部分，一般跟注塑機噴嘴處于一個軸向，截面多為圓形，且需一定錐度，為圓錐形，在注射過程中收到比較大的壓力。主流道的的結構尺寸要結合材料種類以及塑件壁厚確定，并且還要跟注塑機安裝尺寸匹配。
主流道長度要結合模具尺寸確定，選取為L=47mm。
小端徑d =注射機噴嘴尺寸2mm+（0.5～1）mm = 3.0mm。
大端直徑D =d+2Ltan(α)=4.85mm,式中α=1.5°
球面半徑 SR=噴嘴球頭半徑10mm+（1～2）mm=11mm
球面配合高度 h =3mm
當量半徑：Rn = (3 +4.85)/2=3.9mm。
主流道結構：主流道在使用過程，會不斷跟注塑機噴嘴撞擊，所以也是非常容易損壞的部件之一，在后期的維護過程需要定期更換主流道，因此主流道需要做成方便更換的形式，主流道的形式如下：
圖4-1 主流道結構
4.1.2分流道的設計
分流道為主流道跟澆口部分的結構，普遍是設計在分型面上，能夠達到對稱分流以及轉向的功能。分流道的設計有如下幾個主要的設計原則：
1）溶體經(jīng)分流道以后壓力跟溫度損失要小。
2）確保溶體能夠均勻且快速到達型腔。
3）分流道長度盡量短，體積小。
4）要確保加工方便，滿足經(jīng)濟性要求
分流道的種類較多，根據(jù)截面外形有圓形，梯形等不同的種類，本次設計也是選取的梯形截面的分流道，通過對稱布置，分流道的外形結構如下：
圖4-2 分流道結構圖
4.1.3澆口的設計
澆口為分流道跟型腔部分的細短通道，主要的功能就是傳遞分流道的溶體至型腔部分，在型腔充填完畢以后，澆口位置溶體可以快速封閉澆口，避免腔體塑料倒流情況發(fā)生。澆口對制件質量影響大，很多成型當中缺陷問題多為澆口設計不合理造成。
澆口的種類較多，主要有點澆口，側澆口和潛伏澆口，可以結合實際需求選取澆口，并且要分析產品外觀能否允許澆口存在，本次滾輪為外觀產品，因此可以選取點澆口，澆口尺寸為Φ1mm。
4.2成型零件的設計
在塑料模具當中，用作充填產品的空間也被叫做腔體，組成腔體的部件叫做成型零件，成型零件的精度和制造質量關系到塑件的質量好壞，主要包括了型腔，型芯，以及小型芯等，對于成型零件的設計需要確保質量達到要求，還要保證經(jīng)濟性。
4.2.1型腔結構設計
型腔結構是用來構成塑件外輪廓部分的部件，跟產品的外形結構接觸，設計當中需要分析塑件的外形尺寸以及精度要求，確保型腔的精度符合要求。型腔的種類有整體型腔和組合型腔等形式。本次的滾輪結構簡單，因此選取整體型腔即可，結構如下：
圖4-3 型腔結構圖
4.2.2型芯結構設計
型芯為成型塑件內表面部件，跟塑件內部接觸的，型芯的結構也有整體式和組合式兩種，本次的型芯也做成整體結構，具體形式如下：
圖4-4 型芯結構圖
4.2.3成型零件材料選取
成型零件在成型的過程中，直接跟溶體接觸的，注射壓力都比較大，因此對于腔體的成型部件有很大的沖擊，會造成成型零件的表面磨損，對于成型零件材料需要有較好的強度耐磨性，本次成型零件選取T10A材料，有較強的強度和耐磨性。
4.2.4成型零件材工作尺寸
成型零件是模具中的重要零件，主要包括了凹模和凸模部分，工作尺寸有凹模跟凸模構成型腔的尺寸，為凹模與凸模的徑向尺寸、高度尺寸跟位置尺寸等。
1、影響工作尺寸的因素
塑件的制品公差主要由模具制造精度、模具磨損量跟塑料件成型收縮率組成。
塑料產品公差規(guī)定按單向限制，塑件外輪廓尺寸公差取負值“”，塑件內腔尺寸公差取“”，塑件孔中心距尺寸公差按照對稱分布原則算，取“”。
（1）模具制造公差：實踐表明，模具制造公差一般取產品公差，為，中心距尺寸取。
（2）模具磨損量：實踐表明普通的中小尺寸制品，一般最大磨損量取產品公差的,為，尺寸大的大型塑件可以取小于。
（3）塑件收縮率，塑料產品成型收縮率影響因素較多，在實際加工中一般可以根據(jù)平均收縮率進行計算。
實際加工當中，影響成型零件跟產品的公差因素主要為模具制造公差，模具磨損量，塑件收縮率。
本次選用的材料為POM+30%GF,平均收縮率為2.6%,通過平均值計算方式。
2、工作尺寸的計算
本次選用的材料為POM+30%GF,通過平均值計算方式。
（1）型腔徑向尺寸計算:
上式：
，
，
（2）型芯徑向尺寸計算：
上式：
，
（3）凹模深度尺寸計算：
上式：
，
（4）型芯高度尺寸計算：
上式：
，
0
4.3脫模推出機構設計
模具在成型一個循環(huán)過程，需要把之間從模具頂出，推出部分也叫做脫模結構，主要的功能動作為脫出和取出，對于脫模結構的設計需要注意下面幾個原則：
1）需要確保之間留在動模一側，方便模具脫模
2）確保塑件在脫模推出以后不會變形以及損壞，確保塑件的表面質量。
3）確保推出塑件的受力均勻，不至于有明顯的頂出痕跡
推出機構的設計需要結合塑件外表面壁厚尺寸以及外形尺寸，并且結合澆口位置，做出合理選取，本次推出機構選取普通的頂桿推出塑件，并且推出復位結構選取復位桿跟彈簧。推桿的直徑設計為6mm，要推桿孔為H7/f8間隙配合，多根推桿對稱布置，結構如下：
圖4-5 推出機構布置圖
4.4排氣系統(tǒng)的設計
成型過程中，因為材料在受熱以后會產生揮發(fā)氣體以及水蒸氣，并且高壓注射的時候，也會注入很多外界空氣到型腔內部，這些氣體如果聚集在型腔內部的話，會對塑件成型質量造成影響，造成塑件內部氣泡以及空洞問題，所以模具的排氣問題是關鍵。排氣的的種類有設計排氣槽，分型面排氣等，排氣槽被用于一些尺寸較大塑件當中，設計排氣槽會增加模具難度。本次的塑件為一般塑件，通過分型面排氣即可。
4.6冷卻系統(tǒng)的設計
注塑成型過程是將物料加熱至溶體狀態(tài)，之后進行高壓注射到型腔，之后進行冷卻，冷卻的效果和冷卻速度都會影響到塑件的質量以及生產效率，冷卻效果對塑件變形，尺寸精度，表面質量都影響。對于冷卻系統(tǒng)設計有如下原則：
1）動定模都需要設計冷卻，確保冷卻效果均勻
2）孔徑尺寸，塑件壁厚大的，孔徑尺寸取大
3）冷卻水管數(shù)量多一些，效果更好。
4）冷卻水管道型腔表面尺寸要一致。
本次的塑件為一般尺寸塑件，設計為在動模和動模部分都開設水路，水管設計為循壞水路，對稱布置的形式，水管的直徑為10mm，布置如下：
圖4-7 定模水路布置圖
圖4-8 動模水路布置圖
4.7模架的選取
模架為整個模具的支撐部分，安裝各個成型部件，導向定位部件，以及各模板部分，模板的種類比較多，目前模架都可以根據(jù)實際需要以及尺寸要求，選取標準模架，只有部分特使尺寸結構的模具需要單獨設計，本次設計的產品為一般尺寸塑件，只要選取標準模架即可。選取的模架型號為。
4.7.1各模板尺寸確定
本次設計的模具模架尺寸。
各板的厚度：
a.定模型腔板，塑件高，考慮模板強度，定模型腔板厚度取。
b.動模型腔板，考慮到冷卻水管，滑塊布置，取。
c.墊塊尺寸，墊塊=推出行程+推桿固定板厚度+(5-10)mm =30+20+(5~10）mm = 55~ 60初步定為80mm。
其他尺寸按標準標注，如圖所示。
圖4-9 模架結構圖
4.7.2模架尺寸的校核
1.模具外形尺寸校核：
安裝模具外形尺寸應小于注射機的拉桿間距，不然模具安裝不符合要求。
即
所以注塑機符合需求。
2.模具閉合高度尺寸校核：
閉合高度須滿足：
式中：
?
???????
本次模具閉合高度尺寸為276mm，
選定注塑機最大模厚為，最小模厚為，滿足要求
3.模具開模行程校核：
注塑機最大開模行程為320mm，因此滿足要求。
結束語
本次的設計是關于滾輪產品模具，對于全套模具設計來說，以前沒有實際操作過，因此前期在開題和方案確定方面，有點比較茫然，不知道如何去下手。經(jīng)過幾個月的時間下來，做的工作內容比較多。本次設計的前期做了許多的工作，為本次設計做了很多鋪墊工作，查詢和借閱了很多關于模具設計的書本，通過分析書本當中不同外形結構的塑料件的模具，以及學習關于模具設計的基本要求以及設計流程，并且還實地去看模具的實物，加深對于模具的認識。這些都是前期做的一些基本工作。在設計的過程中，主要是需要分析關于滾輪產品的使用要求以及工藝性能要求，對零件的材料做出選取。特別是關于模具的結構方案確定，這些也是在開題階段的主要工作，經(jīng)過老師的多次點撥和指導以后，最終確定好開題以及方案，為整個設計的大方向做出了確定，有了明確的思路。設計方面，需要對產品的分型面做出合理選取，還要結合批量要求和產品的尺寸確定型腔布置和型腔數(shù)量，通過計算塑件的體積，以此選取合理的注射機結構，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)也是設計的主要內容。在全程設計下來，有很多細節(jié)的地方都用到，也遇到很多比較難的地方，以及一些困惑自己的問題，經(jīng)過老師耐心幫忙和指導，最終都得到完美解決。全部設計做下來，可以很好的運用大學學到的模具知識跟互換性等相關知識，學到了很多專業(yè)知識，也提高了自己分析問題能力，為工作奠定一個很好的基礎，也熟練掌握了畫圖軟件使用。
致 謝
畢業(yè)設計是大學生活的最后階段，幾個月的時間也非常的快，還仿佛記得自己進入大學的時候，那個時候是多么青春朝氣，對于很多事情都是特別充滿好奇，特別是對于知識的渴望。在此，我非常感謝老師在開題到設計結束這個過程中，給與了我很大的幫助，前期的開題和方案確定，老師給與了多次點撥教導，在設計中碰到問題，老師也能抽出時間內給分析和指導，并且平時對我們比較嚴格，定期監(jiān)督我們的設計進度，這些對我的幫助很大，也讓我深受感動，感謝老師的敬業(yè)以及無私幫助。也感謝學校對我們多年的教育和培養(yǎng)，這么美好的學習環(huán)境和濃烈的氛圍，成就了我們多年的學習，并且掌握了專業(yè)技能?？傊兄x老師指導，學校教育。
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