电话机座机面板注塑模具设计.docx
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电话机座机面板注塑模具设计
摘要
这次的课题是电话机（座机）面板注射模具的设计，采用一模两腔。
又因为该塑件的要求所以采用侧浇口。
本次设计运用Pro/E进行塑件的造型和成型件（模仁）的设计，并结合了其塑模外挂EMX6.0完成整套模具的设计。
最后用AUTOCAD结合其塑模外挂燕秀工具箱2.8完成其凸、凹模的零件图、塑件图和最后的模具总装配图，并用Pro/E做出模具3D效果图（包括总装配图、模具开模前和模具开模后顶出塑件的状态效果图）【在最后附图】。
由于本人是初学者，再加上时间仓促所以设计的不是很全面，希望老师能够谅解和指正。
一塑料模具的分类
（1）两板模具 又称单一分型面模，是注塑模中最简单的一种，它以分型面为界面将整个模具分为两部分：
动模和定模。
一部分型腔在动模，另一部分型腔在定模。
主流道在定模；分流道开设在分型面上，开模后，制品和流道留在动模，动模部分设有顶出系统。
（2）三板模或细水口模 有两个分型面将模具分成三部分，比两板增加了浇口板，适用于制品的四周不准有浇口痕迹的场合，这种模具分成采用点浇口，所以叫细水口模，这种模具结构相应复杂些。
启动动力用山打螺丝或拉板。
按成型方法分类
（1）注射成型 是先把塑料加入到注射机的加热料筒内，塑料受热熔融，在注射机螺杆或柱塞的推动下，经喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔，由于物理及化学作用而硬化定型成为注塑制品。
注射成型由具有注射、保压（冷却）和塑件脱模过程所构成循环周期，，因而注射成型具有周期性的特点。
热塑性塑料注射成型的成型周期短、生产效率高，熔料对模具的磨损小，能大批量地成型形状复杂、表面图案与标记清晰、尺寸精度高的塑件；但是对于壁厚变化大的塑件，难以避免成型缺陷。
塑件各向异性也是质量问题之一，应采用一切可能措施，尽量减小。
（2）压缩成型 俗称压制成型，是最早成型塑件的方法之一。
压缩成型是将塑料直接加入到具有一定温度的敞开的模具型腔内，然后闭合模具，在热与压力作用下塑料熔融变成流动状态。
由于物理及化学作用，而使塑料硬化成为具有一定形状和尺寸的常温保持不变的塑件。
压缩成型主要是用于成型热固性塑料，如酚醛模塑粉、脲醛与三聚氰胺甲醛模塑粉、玻璃纤维增强酚醛塑料、环氧树脂、DAP树脂、有机硅树脂、聚酰亚胺等的模塑料，还可以成型加工不饱和聚酯料团（DMC）、片状模塑料（SMC）、预制整体模塑料（BMC）等。
一般情况下，常常按压缩膜上、下模的配合结构，将压缩模分为溢料式、不溢料式、半溢料式三类。
（3）挤塑成型 是使处于粘流状态的塑料，在高温和一定的压力下，通过具有特定断面形状的口模，然后在较低的温度下，定型成为所需截面形状的连续型材的一种成型方法。
挤塑成型的生产过程，是准备成型物料、挤出造型、冷却定型、牵引与切断、挤出品后处理（调质或热处理）。
在挤塑成型过程中，注意调整好挤出机料筒各加热段和机头口模的温度、螺杆转数、牵引速度等工艺参数以便得到合格的挤塑型材。
特别要注意调整好聚合物熔体由机头口模中挤出的速率。
因为当熔融料挤出的速率较低时，挤出物具有光滑的表面、均匀的断面形状；但是当熔融物料挤出速率达到某一限度时，挤出物表面就会变得粗糙、失去光泽，出现鲨鱼皮、桔皮纹、形状扭曲等现象。
当挤出速率进一步增大时，挤出物表面出现畸变，甚至支离和断裂成熔体碎片或圆柱。
因此挤出速率的控制至关重要。
（4）压注成型 亦称铸压成型。
是将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室中锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系统进入型腔逐渐固化成塑件。
此种成型方法，也称传递模塑成型。
压注成型适用于各低于固性塑料，原则上能进行压缩成型的塑料，也可用压注法成型。
但要求成型物料在低于固化温度时，熔融状态具有良好的流动性，在高于固化温度时，有较大的固化速率。
（5）中空成型 是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材趋势固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。
适合中空成型的塑料为高压聚乙烯、低压聚乙烯、硬聚氯乙烯、软聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯等。
根据型坯成型方法的不同，中空成型主要分为挤出吹塑中空成型和注射吹塑中空成型两种。
挤出吹塑中空成型的优点是挤出机与挤出吹塑模的结构简单，缺点是型坯的壁厚不一致，容易造成塑料制品的壁厚不匀。
右图是挤出吹塑中空成型原理示意图。
注射吹塑中空成型的优点是型坯的壁厚均匀、无飞边，由于注射型坯有底面，因此中空制品的底部不会产生拼和缝，不仅美观而且强度高。
缺点是所用的成型设备和模具价格
贵，故这种成型方法多用于小型中空制品的大批量生产上，在使用上没有挤出吹塑中空成型方法广泛。
按其它分类
（1）热流道模 借助加热装置使浇注系统中的塑料不会凝固，也不会随制品脱模，所以又称无流道模。
优点：
1）无废料2）可降底注射压力，可以采用多腔模3）可缩短成型周期4）提高制品的质量适合热流道模塑料的特点：
5）塑料的熔融温度范围较宽。
低温时，流动性好，高温时，具有较好的热稳定性。
6）对压力敏感，不加压力不流动，但施加压力时即可流动。
7）比热性好，以便在模具中很快冷却。
可用热流道的塑料有PE，ABS，POM，PC，HIPS，PS。
我们现在常用的热流道有两种：
1）加热流道模2）绝热流道模。
（2）硬模 内模件所采用的钢板，买回来后需要进行热处理，如淬火渗碳，才能达到使用的要求，这样的注塑模叫硬模，如内模件采用H13铜，420铜，S7铜。
（3）软模（44HRC以下） 内模件所采用的钢材，买回来后不需要进行热处理，就能达到使用的要求，这样的注塑叫软模。
如内模件采用P20铜，王牌，420铜，NAK80，铝，铂铜。
二塑料模具的发展趋势
1、模具市场全球化，模具生产周期进一步缩短
模具市场全球化是当今模具工业最主要的特征之一，模具的购买者和生产商遍布全世界，模具工业的全球化发展使生产工艺简单、精度低的模具加工企业向技术相对落后、生产率较低的国家迁移，发达国家的模具生产企业则定位在生产高水准的模具上，模具生产企业必须面对全球化的市场竞争，同时模具生产厂家不得不千方百计地加快生产进度，努力简化和废除不必要的生产工序，模具的生产周期将进一步缩短。
2、模具CAD/CAM向集成化、智能化和网络化发展
软件的功能模块越来越齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，实现信息的综合管理与共享，支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程。
有的系列化软件包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、模具设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等；模具设计、分析、制造的三维化、无纸化使新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的CAE分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟及信息的管理与共享；同时，随着竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，以及计算机软硬件技术的迅速发展，网络使得在模具行业应用虚拟设计、敏捷制造技术既有必要，也有可能。
四制品及材料工艺特性分析
1.塑件成型工艺分析
塑件图如下图所示：
名称：
电话机（座机）面板;
材料:
ABS;
数量：
较大批量生产;
质量：
51g
颜色：
红色;
要求：
该塑件对表面要求不高，表面允许有浇口痕迹。
1塑件材料的特性
ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。
有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；其缺点是耐热性不高，并且耐候性差，在紫外线的作用下易发硬变脆。
2塑件材料的成型性能
①.无定形，料流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.
②.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为>270度）.对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,
模温宜取60-80度.
2．塑件材料成型工艺参数的确定
查相关手册得到ABS（抗冲）塑件的成型工艺参数：
密度：
1.01~1.04g/cm3
收缩率:
0.3%~0.8%
预热温度：
80~85ºC预热时间2~3h
料筒温度：
后段150~170ºC中段165~180ºC前段180~200ºC
模具温度：
50~80ºC
喷嘴温度：
170~180ºC
注射压力：
60~130MPa
成型时间：
注射时间5~30s保压时间0~5s冷却时间20~60s
五初步选择成型设备
1.计算塑件和浇注系统的总体积
通过Pro/E自带的体积计算功能具体如下图所示：
可以计算出总体积（含浇注系统和两个塑件的总体积）
V=245127.57mm3≈245cm3
又因为ABS的密度为1.01~1.04g/cm3当取ρ＝1.02g/cm3时其质量为：
m=ρ·v=1.02×254g=250g
根据经验公式注射机的注射质量应满足：
m机≥m/0.8=250/0.8g=313g
2.初选压力机
下表是部分国产注射机的各项参数
型号
XS-ZY60
XS-ZY125
XS-ZY250
XS-ZY350
XS-ZY1000
理论注射量
（最大）/cm3
60
125
250
500
1000
螺杆（柱塞）直径/mm
38
42
50
55
85
注射压力/MPa
122
119
130
109
121
注射行程/mm
170
115
160
160
260
注射时间/s
2
5
7
9
12
注射方式
柱塞式
螺杆式
螺杆式
螺杆式
螺杆式
锁模力/KN
500
900
1800
2540
4500
最大成型面积/cm2
130
320
500
645
1800
模具高度（最大）/mm
200
300
350
406
700
模具高度（最小）/mm
70
200
200
165
300
模板尺寸/mm
330×440
598×520
532×634
700×850
拉杆间距/mm
190×300
260×290
295×373
290×398
650×600
由该表可知可选xs-zy1000
六模具结构的方案及模架的选择
1.模具的基本结构
该塑件采用注射成型生产，因为塑件的表面要求不高而且其表面允许有浇口痕迹，所以采用侧浇口浇注系统形式，因此模具为两板式式注射模结构
1.1确定行腔数目及布置
·1塑件形状较为简单，质量较大，生产批量较大，所以使用多型腔注射模具。
考虑模具的对称性，所以该模具采用一模两腔平衡式的行腔布置，这样的布置模具结构尺寸较小制造加工方便，生产效率较高，塑件的成本低。
根据该塑件的尺寸从而行腔布置如下图所示：
1.2选择分型面
塑件分型面的选择因保证塑件的质量要求，分型面选择在塑件的下方这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模行腔内成型，使塑件表面光滑
下图使用Pro/E画出的模具的分型面：
分型面
1.3确定浇注系统
1.3.1确定主流道尺寸
根据选择的注射机的注射量可取D1=6mmD2=8mm。
为了便于主流道凝料所以主流道呈圆锥形，锥角一般取2º~4º。
又因为ABS加热后黏度很高，流动性不是很好，这时锥角可取６º~10º综合考虑取锥角为8º。
1.3.2确定分流道的尺寸
其中分流道的长度一般在8~30mm选择18mm。
分流道选择的截面为圆形，选择分流道直径为5mm。
1.3.3浇口尺寸的确定
因为该塑件的要求不高，所以采用侧浇口当塑件的壁厚为2.5mm时取h=2mm，b=2.5mm。
根据侧浇口经验公式得：
侧浇口的厚度t=（0.6~0.9）δ（δ为浇口外塑件的壁厚，mm）
则t=0.6×2.5mm=1.5mm
综上所述，其侧浇口浇注系统如下图所示：
1.4成型零件的设计
1.4.1成型零件的尺寸计算（一模两腔）
（1）确定材料的平均收缩率
根据公式S=（S1+S2）/2=（0.3%+0.8%）/2=0.6%
（2）确定凹模的径向尺寸（468±1.95mm）
根据入体原则将468±1.95mm转化为469.25
0-3.9mm
又据凹模径向尺寸公差的效验公式得：
δZ<Δ-δc-（S1-S2）ＬＳ
式中δZ——凹模的公差，mm；
Δ——塑件的公差，mm;（因为是一模两腔，所以就是模仁的公差）；
δC——磨损量，mm；一般δC=Δ/6;
S1、S2——该塑件的收缩率；
ＬＳ——塑件的径向基本尺寸,mm;（因为是一模两腔，所以就是模仁的径向基本尺寸）
Δ-δc-（S1-S2）ＬＳ=3.9-3.9/6-（0.8%-0.3%）×468.25=2.5mm
而取δZ=Δ/5=3.9/5=0.78mm<0.9mm
所以凹模公差δZ可取Δ/5
则根据公式LM=（ＬＳ+ＬＳ·S-3Δ/4）+Δ/50
LM=（468.25+468.25×0.6%-3×0.25/4）+0.780mm=473+0.780mm
（3）确定凹模的深度尺寸（60±0.37mm）
根据入体原则将60±0.37mm转化为60.370-0.74mm
又根据凹模深度尺寸公差的效验公式得：
δZ<Δ-（S1-S2）HS
Δ-（S1-S2）HS=0.74-（0.8%-0.3%）×60.37=0.4mm
而取δZ=Δ/4=0.74/4=0.185mm<0.4mm
所以凹模公差δZ可取Δ/4
则根据公式HS=（HS+HS·S-2Δ/3）+Δ/40
HS=（60.37+60.37×0.6%-2×0.74/3）+0.1850mm=60.2+0.1850mm
（4）确定凹模行腔的距离（204±0.96mm）
根据凹模中心距尺寸公差的效验公式δZ<（S1-S2）CS（CS两塑件之间的距离）
则：
Δ-（S1-S2）CS=1.92-（0.8%-0.3%）×204=0.9mm
而取δZ=Δ/4=1.92/4=0.48mm<0.9mm
所以凹模公差δZ可取Δ/4；
则根据公式CM=（204+204×0.6%）±δZ/2
CM=（204+204×0.6%）±Δ/2×1/4×1.92mm=205±0.24mm
（5）确定型芯的径向尺寸（15.81+0.380mm）
根据型芯径向尺寸公差的效验公式得：
δZ<Δ-δc-（S1-S2）ＬＳ
Δ-δc-（S1-S2）ＬＳ=0.38-0.38/6-（0.8%-0.6%）×15.81=0.23mm
而取δZ=Δ/4=0.38/4=0.095mm<0.23mm
所以凹模公差δZ可取Δ/4
则根据公式Lm=（ＬＳ+ＬＳ·S-3Δ/4）0-Δ/4
Lm=（15.81+15.81×0.6%+3×0.38/4）0-0.095=15.90-0.095
1.4.2成型零件的结构设计
凹模采用组合式结构，有定模板和定模镶件（定模仁）组成，这样使加工方便，有利于凹模的抛光。
定模镶件（定模仁）可以
更换，提高模具的寿命
下图为用Pro/E画出的凹模:
：
此图是借助Pro/E塑模外挂EMX6.0插入龙记大水口5055标准模架后制成的3D效果图。
型芯由动模板上的孔固定，且型芯与推件板保证配合紧密，
防止塑件产生飞边，并可以减少推件板在推出塑件运动时与型芯
之间的磨损。
下图为用Pro/E画出的型芯：
此图是借助Pro/E塑模外挂EMX6.0插入龙记大水口5055标准模架后制成的3D效果图。
1.5确定推出方式
由于塑件的壁厚较薄，使用推杆容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。
所以选择推件板推出机构（内含推件板和四个30×250mm的推杆）完成塑件的推出，这种方法简单，推出力均匀，塑件在在推出时变形小，推出可靠。
1.6确定模温调节系统
一般生产的ABS材料塑件的注射模具不需要加热。
又因为模具型芯部分尺寸较大，所以不需冷却；所以只需要凹模冷却。
凹模冷却回路形式采用直流式的单层冷却回路，该回路是在定模板上的两条φ20的冷却水道完成，如下图所示：
1.7确定排气方式
利用分型面间隙排气即可。
1.8模具结构方案
模具结构为两板其中有垫板和推件板。
具体如下图所示：
2．选择模架
架结构如下图所示【所选模架为大水口4560（BI-4555-A90-B120-C120）】：
3.校核成型设备
选用xs-zy1000卧式螺杆注射机，其有关参数为：
最大注射量1000cm3
注射压力121MPa
锁模力4500KN
最大成型面积1800cm2
装模高度300~700mm
模板行程700mm
拉杆间距650×600mm
该模具的外形尺寸为550mm×600mm×410mm小于注射机的拉杆间距和最大模厚，可以方便地安装在注射机上。
经校核注射机的最大注射量、注射压力、锁模力和开模行程等参数均满足使用要求，故可使用。
总结
大学三年的学习一晃而过，为了能够具体检验这三年的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试之外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为电话机（座机）面板注射模具。
本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，但成型难度大，模具结构较为复杂，对我们是一个考验。
它加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计与制造能力。
本次设计以电话机（座机）面板模具为主线，综合了成型工业分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程能够很好地起到学以致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零件，同时把以前学过的基础课程融汇本次综合设计中。
在设计中，出了使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动程度，提高工作效率的目的。
而且我非常感谢王晶老师的悉心指导，使我了解自己的不足从而在以后才能更好的学习相关知识，这次设计为我以后积累了宝贵的财富，使我受益匪浅。
参考文献
【1】申开智塑料成型模具北京：
中国工业轻工业出版社，2004
【2】何震海塑料制品成型基础知识北京：
化工出版社，2006
【3】屈华昌塑料成型工艺与模具设计北京：
高等教育出版社，2006
【4】杨占尧塑料注塑模具结构与设计北京：
清华大学出版社，2004
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