论文总字数：13427字

摘 要

本次工作是设计侧孔平板卡扣塑料件。本次设计的塑料件要求塑件外表面光滑、整洁、没有明显的熔接痕、溢料和飞边，同时，不能带有明显的翘曲变形，材料是聚丙烯（pp）。本次设计的塑件的外形尺寸相对较小，为了提高生产效率，加工速度，所以采取一模两腔的形式注塑成型。为了防止分模时候的熔接痕留在塑件的表面而影响塑件质量，本次设计的注塑模具分型面设置在塑件的下表面。塑件带有侧孔，需要设计侧抽芯机构来完成塑件。利用Moldflow模流分析技术，对塑件在注塑成型过程中进行相应的分析，根据有关计算结果的进行分析，预估本次设计的塑件在注射过程中结构可能产生的缺点，利用最后的分析结果，合理设计注塑模具。

关键词：注射模；聚丙烯；Moldflow

Side hole plate snap plastic part injection mold design

Abstract

This work is to design side hole flat snap plastic parts. The side hole flat buckle plastic parts require the surface of the plastic parts to be beautiful, smooth, no obvious weld lines, silver wires and flow marks, and no obvious warping deformation. The plastic material is PP (polypropylene). Since the outer dimensions of the parts are small, in order to improve the production efficiency, one-die two-cavity molding is adopted. In order to prevent the joint marks of the parting mold from remaining on the surface of the plastic part and affecting the appearance, the parting surface of the mold is disposed on the lower surface of the plastic part. For the cross section of the hole perpendicular to the direction of the parting, the way of collision is generally adopted. Since there are side holes on the side of the plastic part, it must be realized by a lateral core pulling mechanism. At the same time, the Moldflow mold analysis technology theoretically simulates the product design scheme in the injection molding process. Through the analysis of the calculation results, it predicts the defects of the plastic parts structure, and uses the MPI analysis results to rationally design the mold casting system and the cooling system. , eliminate defects.

Keywords: Injection mold，Polypropylene，Moldflow

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1塑料模具发展简介 1

1.2 设计的目的和意义 1

1.3 课题的关键及难点 2

第二章 零件的工艺性与设计 3

2.1侧孔平板卡扣 3

2.2侧孔平板卡扣二维图 4

2.3塑料成型工艺分析 4

2.3.1 塑料成型特性 4

2.3.2 塑件的结构工艺性 6

2.3.3 pp材料的注射成型过程和工艺参数 7

2.3.4 模具的工作原理 7

第三章 分型面及浇注系统设计 8

3.1分型面的设计 8

3.2型腔数目的确定 9

第四章 侧孔平板卡扣CAE分析 11

4.1塑件的网格划分 11

4.2塑件纵横比 12

4.4 浇注系统的创建 13

4.5气穴分析 14

4.3浇口位置分析 16

4.6熔接线分析 16

4.7总体温度分析 16

第五章 模具结构形式的初步确定 17

5.1 注射量的计算 17

5.1.1 塑件体积 17

5.2 浇注系统凝料的初步计算 17

5.3 注射机的选择 18

5.4 注射机相关参数校核 18

5.4.1注射压力校核 18

5.4.2额定注射量校核 18

第六章 注塑模具成型零部件和结构设计 19

6.1 成型零部件的结构设计 19

6.1.1型腔结构设计 20

6.1.2凸模结构设计 20

6.2 成型零件的工作尺寸计算 20

6.2.1型腔径向尺寸的计算 21

6.2.2型腔轴向尺寸的计算 21

6.2.3 型芯径向尺寸的计算 22

6.2.4型芯轴向尺寸计算 22

6.2.5 侧型芯脱模力计算 22

第七章 模架的选择 23

第八章 推出系统设计 24

第九章 冷却系统设计 25

第十章 浇口设计 26

10.1 浇口设计的目的 27

10.2 常见的浇口设计 27

10.3 确定浇口 27

10.3.1 侧浇口深度计算 27

10.3.2 侧浇口宽度计算 27

第十一章 注塑模排气系统的设计 27

11.1排气设计的目的 28

11.2排气设计 28

第十二章 总结 29

致谢 30

2. 绪论

1.1塑料模具发展简介

塑料在一定温度和压力下会有一定的塑性和流动性，因此通常把塑料熔体放入一个模具当中。然后经过一系列操作，经塑料冷却后，产生的塑件是具有规则外形的，而且具有一定的硬度，不会随着一些小的环境变化而产生变形。对于这样的模具，材料学上有个专有名字，称为注塑模具^[1]。常用的塑料的成型工艺有很多，例如：注射成型、压缩成型、传递成型、挤出成型、中空吹塑成型、真空吸塑及气压成型等，塑料制件成型以后，可直接使用，或者与其他件装配组合后进行使用，也可以进行机械加工、修饰等后处理工艺提高其使用性能和质量。塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。现在，塑料制品的种类多，加工方法又多种多样，塑料注射机的结构万别千差，因此，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。

随着塑料加工行业在我国的迅速发展，以及通用工程塑料在强度等方面的有着良好的提高，塑料制品的应用范围也在生活中得到不断的扩大，塑料产品的产量也正在加速上升当中。我国现阶段的塑料模具事业状况比较惨烈，起步晚就不用不说，关键是技术也跟不上其他一些国家。好在靠着国家对塑料模具的大力支持，注塑成型模具也得到了空前的发展，发展领域涉及诸多方面，从汽车到家电，从通讯到军事，CAD/CAE/CAM技术的大量使用，配合着各种辅助软件，可以大大提高模具设计的成功率，随着CAD/CAE/CAM技术的发展，使的模具制造越来越方便化，模具制造已经向着智能化，集成化发展^[2]。

21世纪，随着智能制造业的快速发展，注塑模具迎来了信息时代，大量新的科技运用到了注塑模具的生产过程中。信息时代的模具发展也迎来了新的模式。在模具行业的重大转变时间，也是进行转型时期，抓住时代发展的红利，将制造业打造成信息制造业，进行智能生产。将传统的模具制造也打造成高端智能制造业，促进了模具行业的大发展。在这个信息即资源的时代，促进模具行业的转型。生活中注塑件扮演的角色越来越重要，充斥着我们日常生活的每个角落，模具技术也成为了衡量一个国家制造业发展水平的重要标志。

我国塑料模具在高技术驱动和支柱产业应用需求的推动下，形成了一个巨大的产业链条，从源头的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展一片生机。减少产品重量的最简单的策略之一是薄壁注射。此外，还研究了薄壁注射复合材料的结构性能关系^[3]。

1.2 设计的目的和意义

目的：本次设计为侧孔平板卡扣，研究注塑模具工艺，并对此次设计设计出合理的模具，使用UG软件，建塑件三维图，并导出三视图，进行相应的标注，用AutoCAD绘制注塑模具的总装图及若干非标件零件图。塑件材料为聚丙烯，采取一模两腔的设计形式，以提高生产率，通过计算各种数据，来确定模具的基本结构，根据聚丙烯的材料属性可知，需要设计冷却系统。

意义：通过毕业设计能使得大学所学知识得到更好的融会贯通，并且通过这段时间的复习，将这些基础知识掌握得更加牢固；从而大大提高了CAD绘图的熟练程度，UG等绘图水平也得到了相应提高；我从一开始对模具的陌生，经过几个月后，对模具的了解已经刻骨铭心了，基本掌握模具设计的过程，最为重要的是，在这个过程中，学会了与他人交流，这种交流给我带来了极大的好处，养成了良好的自学和查阅书籍的能力。

1.3 课题的关键及难点

（1）应该思索塑件冷却过程中，塑件的收缩及补料问题。

（2）利用模具设计，用来控制塑料在模具内结晶、取向和改进塑件的内应力。

（3）浇口类型和模具分型面的选择问题。

（4）塑件的侧抽芯及取出问题。

（5）通过对塑件进行测量，计算出相应的数据，再根据数据来选择合适的注射机。

（6）本次设计塑件的材料为 PP（聚丙烯）。

（7）根据塑件的尺寸，和所需的生产效率，本次设计采用一模两腔的形式制作塑件。

（8）为防止分模的接合痕迹留在塑件的表面而影响外观，此次模具的分型面应安设在塑件的下表面。

（9）本次设计的塑件侧面带有侧孔，需要采用侧抽芯机构来解决这个问题。

（10）斜导柱与滑块运行问题。

（11）聚丙烯属于热塑性塑料，所以在冲模完成后，需要冷却才能使其成型，所以，要设计合理的冷却系统来解决这个问题。

零件的工艺性与设计

2.1侧孔平板卡扣

图2.1 塑料件图样

2.2侧孔平板卡扣二维图

使用UG对塑件进行三维图制图，如下图所示：

图2.2 塑件二维图

2.3塑料成型工艺分析

2.3.1 塑料成型特性

PP属于一种半结晶性材料（如图2.3）。它比PE要更坚固并且着有更高的熔点。因为均聚物型的PP温度高于0°以上时十分脆，所以许多商业的PP材料是混入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物。共聚物型的PP材料有较低的热扭曲温度(100°)、低透明度、低光泽度、低刚性，但是有更强的抗冲击强度。PP的强度随着乙烯含量的增加而增加。PP的软化温度为150°。由于结晶度较高，这种材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力开裂问题。通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。聚丙烯，在化学中是由丙烯聚合而成的。共聚物型PP材料，它表面不光泽，不能被光线透过，刚性低，但是它有个很大的优点，就是有更强的抗冲击强度。PP材料的表面刚度和抗划痕特性很好。PP不存在环境应力问题。PP的熔体质量流动率（MFR）通常在1~100。流动率较低的PP材料有很好的抗冲击性，相反的延展度比较低。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.6~2.0%^[4]，实物图如下图所示：

图2.3 聚丙烯实物图

PP的流动率MFR范围在1~40。低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。然而，它对芳香烃(如苯)溶剂、氯化烃(四氯化碳)溶剂等没有抵御能力。PP也不象PE那样在高温下仍具有抗氧化性。

聚丙烯的主要特征：

1. 聚丙烯材料密度小，单位质量内相对于其他塑料有更大的体积。
2. 聚丙烯具有良好的透亮、耐水性，是一种理想的防水防潮的材料；
3. 物理性能好，聚丙烯的抗拉抗弯曲能力很强，柔韧性好；
4. 化学性能稳定，结晶度高，如果在常温下，不受酸碱等化学物质的腐蚀，所以多用在包装上面；
5. 耐热性好，聚丙烯塑件可以在100℃下使用，甚至不会变形，
6. 成型加工适用性强。

聚丙烯的成型特性：

1. 流动性能好，但是容易发生缩孔和变形等情况；
2. 冷却速度快，但是需要注意温度，特别是在成型时候的温度；
3. 结晶度高，在百分之五十到七十之间；
4. 熔点高。

2.3.2 塑件的结构工艺性

（1）塑件的尺寸精度分析

本次设计的塑件在设计中没有明确的尺寸精度要求，根据查书可得，尺寸的精度均可以采用MT5级公差取值。

（2）塑件表面质量分析

由于该塑件表面没有指定要求，大多数的情况下，要求塑件的外表面光滑、整洁、没有明显的熔接痕、溢料和飞边，所以，查资料可得，一般塑件的表面粗糙度取，没有特殊要求时，塑件的内表面粗糙度取。

（3）塑件的结构工艺性分析

由图2-1可知，该塑件带有侧孔，应设置侧抽芯机构，本次设计的塑件的外形尺寸相对较小，聚丙烯材料的流动性足够满足塑料在流道内流动的需求。在制作注塑件的时候，我们应该考虑到塑件何时冷却、塑件取出后会不会变形、注射前模具的温度、采用什么介质冷却塑件等问题。

1. 脱模斜度

表2.1 常用脱模斜度

本次设计塑件为pp材料，由图可知，可选择塑件的型芯型腔的统一脱模角度为50′。

2.3.3 pp材料的注射成型过程和工艺参数

（1）注射成型过程

1)注射前的筹备：对塑料原材料进行肉眼的检验，不能混有杂质，取部分塑料进行物理化学性能的检测，注射前，应该把塑料进行干燥处理，温度不能过高，免得破坏塑料，发生降解。

2）注射步骤：首先，启动机器，将准备好的固体塑料加入料斗里面，在料筒里面对塑料进行加热，通过注射机，将融化后的塑料射入型芯型腔，注射完成后，经过冷却水道进行冷却，对模具进行保压操作后，方可脱模。

表2.2 pp注射成型工艺参数

3）塑件后处理：塑件成型后，防止冷却过后带来的收缩变形，一般要经过热水浸泡处理，再放入常温环境即可。干燥处理：储存适当的话不需要干燥处理。

2.3.4 模具的工作原理

模具的工作原理^[5]：首先等一次充填完成后，模具开始开模。先是动模板向后运动，随后侧型芯滑块在斜导柱的作用力下向两侧运动，直至斜导柱完全离开侧型芯滑块。此时，塑件会对型芯有一定的夹紧作用，不能取出塑件，型芯型腔分离过后，在推件板向上推出的作用下，推出塑件，方可取出塑件由于塑件，完成塑件的一次脱模。

脱模之后就是闭合模具，推件板下移，动模部分继续向下运动，在斜导柱驱动下，带着侧型芯滑块完成复位，整个合模过程就完成了，如此这般，就可以进行模具的制作。

分型面及浇注系统设计

3.1分型面的设计

由图3.1可知，依据分型面的选择原理，并经过对塑件的结构形式进行分析，分型面应尽量选择距离较短的一边进行抽芯，同时，避免分模时的接合痕迹留在塑件上，影响其外观，模具的分型面选取在塑件的下表面，这样的设计可以推出塑件，也能保证塑件的质量。

图3.1 分型面设计

通常，塑件上如果有凹穴或者有孔时，设计正常的分型面分型肯定是是行不通的。这时就需要我们设计侧抽芯机构了，在塑件成型脱模前先抽出侧型芯，这样才能正常的脱模。这个用来带动塑件复位和抽拔的机构被称为侧向成型与抽芯机构^[6]。

侧抽芯机构种类繁多、五花八门，但是最常见的就是斜导柱和齿轮齿条，诸如此类的还有好多。但是结合本次设计，经过多方面的考核查证，选择斜导柱侧抽机构最为合适。其他的机构战且不提，下面着重分析了斜导柱侧抽芯机构。

斜导柱侧抽芯机构，就是让斜导柱将测滑块部件向外移动，从而达到侧向运动，对塑件的侧面进行特俗加工，我们设计的平板卡扣侧面带有侧孔，本次设计采用这种机构，主要是这种机构结构紧凑，运动简单方便，安全系数高。

3.2型腔数目的确定

本次设计的塑件的外形尺寸相对较小，为了提高生产效率，加工速度，以及考虑经济和模具安装问题，所以采取一模两腔的形式注塑成型。用Moldflow创建如下图所示的结构：

图3.2 一模两腔

侧孔平板卡扣CAE分析

通常在生产过程中，塑件的成型需要考虑很多因素，这些因素都影响着塑件的品质，所以要寻找一个合适的参数来确保它的生产。在本次设计当中，采用Moldflow^[7]对塑件进行CAE分析，来完善本次设计的设计方案。

4.1塑件的网格划分

首先对本次设计的塑用Moldflow软件进行网格的划分，得到如下图所示图形。

图4.1 塑件网格划分

查看Moldflow的网络统计，如下图所示：

图4.2 塑件网格统计

4.2塑件纵横比

大多数情况下，对塑件进行网格划分后，网格中都会存在缺陷，用Mlowflow软件分析可知，如下图所示，最大纵横比达到31.59，这样的结果会大大影响塑件分析的可行性和分析结果的准确性。

图4.3 纵横比诊断

由图4-4可知，对塑件的纵横比进行修复以后，纵横比最大的只有8.504，对塑件分析结果没有太大影响，结果可行。

图4.4 纵横比修复

4.4 浇注系统的创建

浇注系统就是将塑料熔融后，经过注射机的注射后，将熔融塑料从主流道，再到分流道，最后使其充满整个型腔，从而获得想要的塑件。一般的浇注系统如图4.5所示：

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