音箱旋钮注塑模设计有cad图.docx
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音箱旋钮注塑模设计有cad图
音箱旋钮注塑模设计
摘要
注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。
本设计通过对音箱旋钮的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。
在模具设计中，采用一模两腔式的布局。
并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用合适的标准模架及标准件，完成对音箱旋钮的一套完整的模具设计方案。
关键词：
音箱旋钮；注射；模具设计
ABSTRACT
Injectionmoldisanimportanttoolingforindustryproducts,itisthecoreofthemodernmanufacturingindustryandinmostcountriesinjectionmolddesignandmanufacturingtechnologyhavebecomethekeywordsofmeasuringitisproductiontechnology.
Thisdesignthroughanalysedtheprocessandmaterialofchemicalinstrumentcover,choosedtheproperinjectionmachine,androughcastreasonableinjectionmolddesignscheme.Inthedesignprocess,itusedtheconfigurationoftwocavityinoneplate.Andthroughdesigningthepartingline,runninggatesystem,modelingparts,ejectionstrippingmechanism,coolingsystem,choosingadaptivestandardmouldbaseandstandardparts,itfinisedthewholemolddesignschemeforthechemicalinstrumentcover.
Keywords:
Speakerknob;injection;molddesign
前言5
1、塑件的工艺性分析8
1.1、塑件的原材料分析8
1.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析11
1.3、塑件的体积重量12
1.4、塑件的注射工艺参数的确定15
1.5、注塑成型的准备16
2、型腔数的确定及浇注系统的设计18
2.1、塑料配方说明18
2.2、分型面的选择18
2.3、型腔数的确定19
2.4、确定型腔的排列方式20
2.5、浇注系统的设计20
2.6、剪切速率的校核24
2.7、模具材料的选择24
3、排气、冷却系统的设计与计算25
3.1、排气系统的设计25
3.2、冷却系统的设计与计算26
4、模具工作零件的设计与计算28
4.1、凸凹模的设计28
4.2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算29
4.3、模架的选用29
4.4、导向与定位机构31
5、脱模机构的设计与计算33
5.1、顶出系统设计33
5.2、推件板的厚度34
5.3、顶杆直径的计算35
6、注射机与模具各参数的校核37
6.1、工艺参数的校核37
6.2、安装参数的校核38
参考文献39
致谢43
前言
自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。
20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。
今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。
目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。
除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。
其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。
例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。
在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。
例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。
中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。
在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。
其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：
40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：
48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：
5℅），其他各类模具约占11（中国台湾：
7℅）。
中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。
萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。
由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。
在此阶段的模具包括：
一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。
1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。
有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。
随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。
从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。
成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。
1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。
整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。
模具主要类型有：
冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。
除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
（1）冲模：
冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。
冲模占模具总数的50％以上。
按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。
按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。
（2）锻模：
锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。
按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。
按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：
塑料模是塑料成型的工艺装备。
塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。
塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。
（4）压铸模：
压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。
压铸模约占模具总数的6％。
（5）粉末冶金模：
粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：
压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。
模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。
许多模具企业十分重视技术发展。
加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。
此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48"（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。
与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。
今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。
（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。
（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。
（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
1、塑件的工艺性分析
1.1、塑件的原材料分析
通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是强度好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种材料的性能对比，如表所示。
表1不同材料的性能对比
塑料名称
PS
PC
PMMA
拉伸强度/MPa
51.9
66~72
——
弯曲强度/MPa
110
95~113
——
断裂伸长率/%
2
80~100
——
落球冲击强度J/m
16
422
——
洛氏硬度（M）
115
82
101
氧指数（OI）
18.1
24.9
17.3
热变形温度/℃
85
134
100
维卡软化点/℃
105
153
120
马丁耐热温度/℃
——
112
——
体积电阻率/
·cm
10
~10
2.1×10
10
~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
雾度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
价格（元/吨）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表所示。
表2材料的性能和成型特性比较
塑料
品种
性能特点
成型特点
模具设计
注意事项
使用温度
主要用途
聚苯乙烯
（非结晶型）
透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好
成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂
因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件
—30℃~80℃
装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等
聚甲基丙烯酸甲酯（非结晶型）
透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂
流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高
合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解
收缩率取0.35℅
〈80℃
透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等
聚碳酸酯（非结晶型）
透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯
耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好
尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度〉2•
〈130℃脆化温度为—100℃
在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等
图1塑料件
图2pore建模
塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），属热塑性塑料，该塑料具有
如下的成型特性：
●无定形料、吸湿性大、不易分解。
●质脆、表面硬度低。
●流动性中等，溢边值0.03mm左右，易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕等缺陷。
●宜取高压注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性，降低内应力、方向性，改善透明度及强度。
●模具浇注系统应对料流阻力小，脱模斜度应大，顶出均匀，表面粗糙度应好，注意排气。
●质透明，要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。
1.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1.2.1、塑件的结构分析
塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。
1.2.2、塑件尺寸精度的分析
该零件的重要尺寸，如，30.9±0.09mm的尺寸精度为3级，次重要尺寸3.75±0.07mm的尺寸精度为4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用8级精度。
塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。
对塑件的精度要求，要具体分析。
尺寸公差由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。
各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷。
从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4.5mm，最小处为2.25mm，壁厚差为2.25mm，较为均匀。
1.2.3、表面质量的分析
表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。
塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。
模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。
由于该零件直接与人接触所以不能太过光滑，所以该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。
综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。
1.2.4、塑件的脱模斜度
制品上的脱模斜度大小，与制品啊的性质，收缩率大小，摩擦系数，制品避厚和几何形状有关。
硬质塑料比软制塑料斜度大。
形状愈复杂或成型孔较多时取较大的脱模斜度。
制品高度愈高，孔愈深取较小的脱模斜度。
内孔包住型心，取较大斜度。
在制品图上标明，内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得。
外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得。
根据《塑料制品成型及模具设计》的表2-4，再根据塑件的高度确定脱模斜度为型腔1°型芯为0.6°。
1.3、塑件的体积重量
根据PORE的成型，分析可以很直观的的出其各种参数；
利用PORE建模很容易计算出其体积，质量，厚度等。
计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
计算得塑件的体积：
V＝9132mm3
计算塑件的质量：
W＝Vρ…………………………………………………………………………
（1）
根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为ρ＝1.18kg/dm3，故塑件的重量为：
W＝Vρ
＝9132×1.18×10-3
＝10.776g
图3pore分析
流道凝料V’=0.5V（流道凝料的体积（质量）是个未知数,根据手册取0.5V（0.5M）来估算,塑件越大则比例可以取的越小）；
实际注射量为:
V
=9132×1.5=13698mm
；
实际注射质量为M
=1.5M=10.77×1.5=16.115g；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V公≧V实
V公=V实/0.8
=13698/0.8
=17122.5mm
；
为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。
为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。
2
V
=27396mm
；V
＝60000mm
；
2
V
/V
100%=45.66%满足要求。
注塑机的选择
1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:
（1）按设备外形特征分类:
卧式,立式,直角式,多工位注塑机；
（2）按加工能力分类:
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.
（1）公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.
（2）注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.
（3）注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.
常用的注射速率如表所示。
表3注射量与注射时间的关系
注射量/CM
125250500100020004000600010000
注射速率/CM/S125200333570890133016002000
注射时间/S11.251.51.752.2533.755
（4）塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.
（5）锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.
（6）合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.
（7）开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.
（8）空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.
根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：
XSZ－60/40型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：
表4注塑机的参数
理论注射量/cm3
60
移模行程/mm
180
螺杆直径/mm
30
最大模具厚度/mm
280
注射压力/Mp
150
最小模具厚度/mm
160
锁模力/KN
400
喷嘴球半径/mm
15
拉杆内间距/mm
295×185
喷嘴口孔径/mm
φ3.5
原料要干燥处理，可在70～80°C热风循环中干燥处理，烘干时间2～4h。
原料中应加入紫外线吸收剂和搞氧剂，以提高耐老化能力。
不同品级的原料塑化温度略有差异,机筒温度可控制在160～220°C范围内,喷嘴温度在170～180°C范围内。
注射压力在60～120MPa。
壁厚、浇口截面较大时，注射压力可略低些。
而壁薄、流道较长时，注射压力可提高至130～150MPa。
注射熔体流速以缓慢些好。
这对保证制品表观质量、改善制口强度有利。
模具温度为60～70°C。
较高的冷却温度，制品外表光泽、内应力小，但收缩大。
由于流道截面较大，制品固化延长。
为了缩短成型周期，一般制品的模具没度一些。
制品的收缩率不大，但内应力较高。
必要时应进行热处理，在70°C左右的热风循环中处理2～3h,缓慢冷却至室温，以消制品的内应力。
应选用螺杆式注塑机。
螺杆的结构形式应该是渐变型的螺杆，对原料塑化比较有利，注塑机设备上的通用型螺杆可应用。
根据塑件的体积、质量和生产效率（年生产量）等各个方面考虑，并查资料可选择注塑机型号为：
SZ-60/40。
在注射成型时，塑料要经过三个阶段的转换：
一是塑料未进入料筒前的颗粒状；二是塑料在料筒中的塑化流动而达到熔融状态；三是塑料通过注射模浇注系统的充模流动及冷却定型。
1.4、
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