电器插件注塑模设计.docx

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电器插件注塑模设计

电器插件注射模设计

设计部分

2.1塑件的分析

2.1.1塑件的用途

本塑件为电器插件，其主要用途是保护电子元件和支撑电子元件，这要求塑件的电性能和机械性能都要满足其工作要求。

2.1.2塑件的原材料选择

根据塑件的工作要求来选取塑件原材料。

本塑件的原材料选用聚苯乙烯（PS），选用的原因有以下几点：

聚苯乙烯（PS）的电性能优良，且不受温度和湿度的影响；介电损耗角正切值小；可耐适当的电晕放电；耐电弧性好；价格低廉；模塑性好；容易着色。

综合了上述的因素，选定聚苯乙烯（PS）为原材料。

2.1.3原材料的参数

聚苯乙烯（PS）的参数如下表1.1所示

表1.1聚苯乙烯的主要性能参数

性能

数据

成型收缩率/%

产品使用最高温度/℃

体积电阻率/Ω·cm

介电常数/Hz

耐电弧/S

介电强度/kV·mm-1

相对密度/g·cm-3

体积/cm3

质量/g

0.4~0.7

60~75

1017~1019

2.45×106~2.65×106

60~135

20~28

1.05

5.32

5.49

2.1.4塑件图

塑件图的尺寸如下图1.1所示：

图1.1塑件图

2.1.5分析塑件

塑件的金属嵌件的安装部分定在定模上，这样使安装嵌件集中、方便，并且使模具的结构简化，减少模具的加工难度和装配容易。

分型面如图1.2所示，这样塑件两侧的10个条槽和塑件的外形通过瓣合模滑块侧抽成型机构来成型。

由于塑件的外形小而复杂，滑块的成形部分采用组合式结构，这样能减少加工难度，成形的部分选用优质钢材进行热处理，这样能减少模具的成本。

图1.2塑件分型面

2.2注射机的选用

2.2.1注射机的参数

选用卧式注射机的型号：

SZ-30/250

其主要参数如下表2.1所示

表2.1注射机的主要参数

项目

参数

项目

参数

理论注射容量/cm3

理论注射质g

螺杆直径/mm

理论注射压力/MPa

塑化能力/g·s-1

注射速度/g·s-1

锁模力/kN

35

30

25

185

4.0

35

250

模板行程/mm

拉杆内间距/mm

模板最大开距/mm

模板最大厚度/mm

模板最小厚度/mm

喷嘴球半径/mm

模具定位环直径/mm

160

235

340

210

130

10

63.5

2.2.2注射量的校核

根据生产经验，一个注射周期内所需注射的塑料容体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

利用注射容量（cm3）来表示[16]：

（2.1）

式中V—一个成型周期内所需注射的塑料容积，cm3；

Vz—单个塑件的容积，cm3；

Vj—浇注系统凝料和飞边所需的塑料容积，cm3；

n—型腔的数目。

22.16÷35=63.3%<80%，符合设计要求

2.2.3锁模力的校核

在注射成型时，为了防止模具分型面被注射压力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象，因此注射机的额定锁模力必须大于注射压力[16]。

（2.2）

式中F—注射机额定锁模力，N；

Az—制品在分型面上的垂直投影面积，mm2；

Aj—浇注系统在分型面上的垂直投影面积，mm2；

n—型腔的数目；

Pm—塑料熔体在型腔内的平均压力，MPa。

由于塑料熔体流经喷嘴，流道，浇口和型腔，将产生压力损耗，一般型腔内平均压力仅为注射压力P0的1/4~1/2，考虑到实际注射压力比注射机的额定注射压力小，所以选定型腔内平均压力为注射机的额定注射压力P的1/3即55.5MPa。

理论锁模力为250kN，选用注射机的锁模力符合设计要求。

2.2.4最大注射压力的校核

注射机的最大注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力，成型塑件所需的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴的结构形式、塑件形状的复杂程度、塑件的厚度、精度、塑化方式、塑化温度、模具温度及注射系统的压力损失等因素决定，其值一般在70MPa~150MPa范围内，注射机的理论注射压力为185MPa，在条件符合范围内。

2.2.5开模行程的校核

注射机采用液压式锁模机构，其最大开模行程与模具厚度有关。

塑件高48mm，推出距离32mm，完成侧抽芯距离S的最小开模行程为38.5mm，模具厚度为203mm，所以开模行程如下公式计算[16]：

（2.3）

式中Sk—开模行程，mm；

H1—塑件高度，mm；

H2—塑件顶出距离，mm；

Hm—模具厚度，mm。

注射机的最大开模行程为340mm，所以符合要求。

2.3浇注系统的设计

2.3.1主流道衬套设计

主流道指紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。

它与注射机喷嘴在同一轴心线上，物料在主流道中不改变流动方向，主流道的形状一般为圆锥形或圆柱形，本设计为圆锥形。

主流道与喷嘴接触处作成半球形的凹坑，二者严密地配合，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径R2应比喷嘴球半径R1大1mm~2mm，主流道小端直径比注射机喷嘴孔直径约大0.5mm~1mm，锥角一般取2º~6º，主流道的流道长度尽可能地短。

为了加工简单和模具的装配容易，所以设计成独立的流道衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。

本设计的材料采用了PS，塑件属于小型制品，根据材料的特性确定主流道的小端直径d为3mm，大端直径D为4mm；凹坑球半径R2为20mm，在注射过程中注射机的喷嘴与凹坑球相撞，凹坑球半径大能避免注射机喷嘴漏料。

其主要形状和尺寸如下图3.1所示

图3.1主流道衬套

2.3.2分流道设计

分流道是连接主流道和塑件的那一部分流道，主要设计在分型面上，由于本设计是利用瓣合模形式，所以分流道设计在瓣合模的分型面，分流道的断面为半圆形，这样有利于加工和熔料的流动。

分流道的分布形状如图3.2，考虑到开模时分流道与模具的分离，根据力学原理分别在左右瓣合模上设计一个分流道，利用滑块的运动使分流道与模具分离。

分流道的断面为半圆形，如图3.3所示，其断面面积为19.63mm3。

图3.2分流道分布示意图

图3.3分流道截面示意图

2.3.3浇口的设计

本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口）该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。

边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。

对于本设计来说，塑件是小型塑件可以利用边缘浇口的典型尺寸：

深0.5mm～2mm，宽1.5mm～5mm，浇口台阶长0.5mm～2.0mm。

分流道与浇口连接处的形状、尺寸如图3.4所示。

图3.4浇口与分流道连接处

2.3.4浇口位置设计

浇口位置的选择很大程度决定了塑件的质量，所以浇口位置设计是注射模具设计一个很重要环节，本设计的浇口位置如图3.5所示，在这个地方进料能使物料同时到达模腔最远的地方。

图3.5浇口的位置示意图

根据图3.5来验证浇口位置选择是否合适，利用流动比公式来计算，公式如下：

（3.1）

式中B—流动比；

Li—流路各段长度，mm；

δi—流路各段厚度，mm；

n—段数。

聚苯乙烯（PS）的流动比在压力90MPa下为300～280，选择这个浇口位置的流动比为115.8小于280，符合设计要求。

2.3.5冷料井的设计

本设计采用了瓣合模的结构来成形，并且流道经过瓣合模的分型面，这样有可能会出现一个问题就是在开模的时候，有可能分流道会粘在滑块上随着滑块而走不能脱离出来，考虑到分流道的脱离，在动模上设计冷料井，利用开模时力量使分流道和主流道脱离模具，再利用拉料杆把流道推出其结构示意图如3.6所示。

图3.6冷料井示意图

2.4成型零部件设计

2.4.1成型零部件的尺寸计算

模具的成型尺寸是指型腔、型芯上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔和型芯的深度或高度尺寸，中心距尺寸等。

在设计模具时根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应的尺寸和精度等级，给出正确的公差值。

模具的成型尺寸的计算方法有按平均收缩率计算和按极限条件计算两大类，本设计采用平均收缩率来计算。

塑件的尺寸如图1.1所示，已知聚苯乙烯的最大收缩率为0.7%，最小收缩率为0.4%，平均收缩率为0.55%，塑件标注公差尺寸采用高精度MT2，未标注公差尺寸采用MT5。

〔1〕型腔的径向尺寸计算[16]

型腔的径向尺寸计算的公式如下：

（4.1）

式中LMcp—型腔径向平均尺寸，mm；

LPcp—塑件径向平均尺寸，mm；

εScp—平均收缩率。

（4.2）

式中LP—塑件径向名义尺寸，mm；

Δ—偏差，mm。

（4.3）

式中LM—型腔径向名义尺寸，mm。

①

模具型腔按IT9级精度制造，其制造偏差δm=0.002

②

模具型腔按IT9级精度制造，其制造偏差δm=0.0025

〔2〕型腔的深度尺寸计算[16]

型腔深度尺寸计算公式如下：

（4.4）

式中HMcp—型腔深度平均尺寸，mm；

HPcp—塑件深度平均尺寸，mm；

εScp—平均收缩率。

（4.5）

式中HP—塑件深度名义尺寸，mm；

Δ—偏差，mm。

（4.6）

①

模具型腔按IT9级精度制造，其制造偏差δm=0.0025

②

模具型腔按IT9级精度制造，其制造偏差δm=0.002

〔3〕型芯直径的计算[16]

型芯的径向尺寸计算的公式如下：

（4.7）

式中LMcp—型芯径向平均尺寸，mm；

LPcp—塑芯径向平均尺寸，mm；

εScp—平均收缩率。

（4.8）

式中LP—塑件径向名义尺寸，mm；

Δ—偏差，mm。

（4.9）

式中LM—型芯径向名义尺寸，mm。

模具型腔按IT9级精度制造，其制造偏差δm=0.002

由于塑件为小型塑件，一些尺寸都在3mm以下，而小型塑件的尺寸主要受塑料收缩率的影响，聚苯乙烯的平均收缩率为0.55%，因此那些成型部分的尺寸采用其名义尺寸。

2.4.2成型零部件的结构

〔1〕型芯结构

本设计的塑件与线轮的外形有类似的地方，故采用圆型芯来成形其内部，型芯结构如图4.1所示。

图4.1型芯图

型芯的材料采用优质钢材T8A，由于型芯要与推管摩擦，因此型芯要表面热处理，使其的硬度达到HRC55～60。

〔2〕型腔结构

本设计的型腔主要靠瓣合模来成形其外表，其一些复杂的外形利用组合式的结构。

这样减少加工型腔的和维修模具的难度。

其型腔和组合件如图4.2和图4.3所示。

图4.2型腔示意图

图4.3组合件示意图

〔3〕嵌件的设计

本设计的塑件带有10个小金属圆棒，其外形如下图4.4所示，从图中可以看出其结构，嵌件的一端大保证了嵌件能在脱模的时候大端留在塑件里面而不会随着套件出来。

其套件的形式如图4.5所示，其中为了生产效率，套件设计成12个，4个一组。

由于是小型塑料制品，嵌件的尺寸也小，忽略热熔塑料在金属处的收缩率，制品的尺寸不变。

图4.4嵌件图

图4.5嵌件套件示意图

2.4.3排气槽的设计

对于一般的小型塑件，当不采用高速注射时，可以利用分型面排气、推管与孔、推杆与孔、脱模板与型芯、活动型芯与孔等配合间隙排气。

本设计采用分型面排气和推管与孔配合间隙排气，其主要示意图如4.6所示。

图4.6排气方式示意图

2.5模具强度的校核

由于塑件其外形大体是圆形，故采用圆形组合式的计算强度公式来计算。

2.5.1组合式圆形型腔侧壁厚度计算[16]

〔1〕利用刚度公式计算

（5.1）

式中S—圆形型腔的侧壁厚度，mm；

r—型腔半径，mm；

p—型腔压力，MPa；

E—模具材料的弹性模量，碳钢为2.1×105MPa；

[δ]—刚度条件允许变形量，mm；

μ—模具材料泊松比，碳钢为0.25。

〔2〕利用强度公式计算

（5.2）

式中S—圆形型腔的侧壁厚度，mm；

r—型腔半径，mm；

[σ]—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。

刚度和强度的比较，采用优先制，先满足强度要求，圆形型腔的侧壁厚度应大于8.12mm，由于外形是由瓣合模成形，所以厚度大于8.12mm。

2.5.2组合式型腔底板厚度计算[16]

〔1〕利用刚度公式计算

（5.3）

式中h—型腔底板厚度，mm；

p—型腔内压力，MPa；

r—型腔半径，mm；

E—模具材料的弹性模量，MPa；

[δ]—刚度条件允许变形量，mm。

〔2〕利用强度公式计算

（5.4）

式中h—型腔底板厚度，mm；

p—型腔内压力，MPa；

r—型腔半径，mm；

[σ]—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。

刚度和强度的比较，采用优先制，先满足强度要求，型腔底板厚度应大于9.3mm，也就说固定型芯的的底板要大于10mm。

2.6合模导向机构设计

2.6.1合模导向的导柱设计

导柱的直径在12mm～63mm之间，按经验其直径d和模板宽度B之比d/B在0.06～0.1之间，导柱的固定段的直径和导向段直径，其形位公差与尺寸公差之间的关系遵循包容原则，即轴的作用尺寸不得超过最大实体尺寸，而轴的局部实际尺寸必须在尺寸公差范围内。

导柱的端部做成半球形的先导部分，使其能顺利进入导向孔。

安装与模板间采用过渡配合H7/n6，导向段与导套孔间采用动配合H7/f6。

固定段表面的粗糙度为Ra1.6μm，导向段表面的粗糙度为Ra0.8μm。

材料采用优质钢材T8A，其具有硬而难磨的表面，坚韧而不易断的型芯，材料经过淬火硬度达到HRC55～60。

其结构如图6.1所示：

图6.1导柱示意图

2.6.2合模导向的导套设计

导套的主要作用是方便模板的加工和模具的维修。

导套与导柱之间的配合为动配合H7/f7，导套与模板之间的配合为过渡配合H7/m6。

其粗糙度内外表面均采用Ra1.6μm。

材料采用耐磨的优质钢材T8A，经过淬火表面硬度达到HRC50～55，比导柱的硬度低5度左右，这样工作时间久后磨损的是导套而不是导柱，导套的更换比导套容易。

其示意图如图6.2所示：

图6.2导套示意图

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