连接座注塑模模具设计设计.docx
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连接座注塑模模具设计设计
引言
随着时代的变化、关键词：
整套图纸加完整说明书：
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技术的不断创新与发展，人们生活中的各种日常用品以及汽车等工业产品也越来越多的采用塑料作为原材料，并向小型化、紧密化、形状复杂化的方向发展，对塑料模具的记得技术要求也越来越高，设计制造的周期也越来越短，而作为即将踏上工作岗位的我们也将面临这样的挑战，所以我们的设计应该更具有高效性，使效益最大化，让设计变得更加简单、方便，使用户的体验也更加的简便、安全、快捷，是人类的生活更加简单，所以CAD/CAM等辅助设计软件作为高效设计工具得到了广泛的应用。
毕业设计能够将大学几年中所学的知识进行一次系统的综合，使所学到的专业知识得到充分的运用，同时也是一次理论联系实践的过程。
它是一次对我们大学几年中学习成果的全面性检验，也是对即将踏上工作岗位的我们进行的一次预演。
所以我们倍加珍惜这次机会，充分发挥自己能力与专业水平。
对连接座进行注塑模具设计，正好能够将大学几年所学的专业知识进行一次全面的综合，满足毕业设计的要求。
它不仅运用了模具设计的专业基础知识，并运用了模具设计中的CAE/CAM，使所学的模具设计和模具制造理论可以得到综合应用并更好的提高我的模具设计水平。
在此次毕业设计中，用运用了AutoCAD、SolidWorks、MoldflowInsight等软件，并应用了机械制造工艺和模具制造工艺的相关知识。
这样将理论与实践相结合能够使我更好的掌握所学的专业知识，同时也为我即将踏上工作增添了一块结实的垫脚石。
1塑件工艺性分析
图1整套图纸加完整说明书：
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所示为连接座零件的产品图，该零件的设计要求为：
ABS材料，中等批量生产，未注公差采取MT5级精度，零件既有Φ6的通孔，又有侧孔R5×8,但是这一类侧孔可以直接在开模方向上成型，不需要进行侧抽芯，因此，此套模具的设计结构较为简单，成型零件的设计应该主要考虑型芯的安装方式及成型方式。
1.1塑件材料的分析
塑件的材料采用工程塑料ABS,属热塑性塑料，它是由丙烯腈,丁二烯和苯乙烯组成的。
其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，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。
ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。
ABS树脂热变形温度较低,不透明,可燃,耐侯性较差,其成型性能较好,流动性好,成形收缩率较小（通常为0.3-0.8%）,比热容较低,在料筒中塑化效率高,在模具中凝固较快,成型周期短,但吸水性较大,成形前必须对其进行充分干燥。
1.1.1材料成型特点
（1）ABS树脂吸水性较大，整套图纸加完整说明书：
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在成型前应对ABS树脂进行预干燥处理，使其含水量下降至0.3％以对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应进行长时间预热干燥。
（2）ABS的流动性较好，溢边值为0.04mm左右，易于充模。
ABS的最大流动长度与制品的厚度之比为190:
1。
（3）ABS的使用温度为40～100℃，260℃时即分解产生有毒的挥发性物质，其热变形温度在载荷为1.82MPa时约为93℃。
（4）模具设计时要注意浇注系统对料流阻力较小，进口处外观不良，易发生熔接痕，应注意选择进料口位置、形式，顶出力过大或机械加工时表面呈现白“色痕”。
1.1.2注射成型工艺参数
表1-1ABS的注射成型工艺参数
预热和干燥：
80～85℃
螺杆转速：
30～60r/min
注射压力：
70～90MPa
模具温度：
50～70℃
保压压力：
50～70MPa
保压时间：
15～30S
冷却时间：
15~30S
注射时间：
3～5S
总周期：
40~70S
料筒温度
前段200～210℃
中段210～230℃
后段180～200℃
表1-2ABS的力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（﹪）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（GPa）
1.4
抗压强度（MPa）
53
抗剪强度（MPa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺口
11
表1-3ABS的电学性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
1.1.3其它参数
表1-3ABS物理性能
相对密度
密度
收缩率
1.02～1.06
1.0～1.1g/cm3
0.3％～0.8％
1.1.4ABS的注射成型工艺过程
（1）预烘干→装入料斗→预塑化→注射装置准备注射→注射→保压→冷却→脱模→塑件送下工序；
（2）清理模具、涂脱模剂→合模→注射。
图1-1
1.2产品的结构分析
从塑件图上可以看出，该零件总体形状为长方体，在宽度方向的一边有一个凸台，塑件壁厚均匀。
因此，设计时应该采用单分型面抽芯。
1.3产品尺寸精度的分析
塑件尺寸选用尺寸精度MT5级,塑件件的尺寸精度中等，为常用公差，对应的模具相关零件的尺寸加工可以得到保证。
从塑件的壁厚来看，壁厚较均匀，有利于塑件成型。
1.4脱模斜度
由于塑件在冷却后产生收缩的原因，使得塑件紧包着模具的型芯和型腔中凸出的部分，使得塑件的推出模具困难，如果强行取出会导致塑件表面被划伤和擦毛等，因此在设计时应考虑塑件与模具的脱模方向平行且塑件内外表面要具有一定程度的脱模斜度，因此塑件上脱模斜度的大小，与其塑件的性质、收缩率的大小、摩擦系数的大小、以及塑件的壁厚和几何形状有关。
硬质塑料比软质塑料脱模的难度和斜度都比较大；其形状越是复杂或型孔比较多的塑件取较大的脱模斜度；塑件越高、深，则取较小的脱模斜度；壁厚增加，内孔包住型芯，脱模斜度也应大些。
在不受外观的影响情况，脱模的斜度尽量要大一点，塑件材料采用的是ABS，查脱模斜度表1-4，因此选择塑件脱模斜度为
以便脱模。
表1-4常用塑料脱模斜度
塑料名称
脱模斜度
型芯
型腔
ABS
35'~1°
40'~1°20'
PS
30'~1°
35'~1°30'
PC
30'~50'
35'~1°
PP
25'~50'
30'~1°
PE
20'~45'
25'~45'
MMA
30'~1°
35'~1°30'
POM
30'~1°
35'~1°30'
PA
20'~40'
25'~40'
HPVC
50'~1°45'
50'~2°
SPVC
25'~50'
30'~1°
CP
20'~45'
25'~45'
筋位
一般0.5°，最小0.25°
网格
4°～5°
晒纹
根据客户样件再参照晒纹样板确定，一般4°～6°，最小2°
外形常用脱模
1°～3°
1.5表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有杂质外，再没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。
综上分析可以看出，注塑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。
1.6计算塑件的体积和重量
计算塑件的体积：
=15285.6641mm3
材料ABS的密度：
=1.03g／㎝3，故，塑件的重量为：
M=V×ρ=15140.0094㎜³×1.03g÷1000=15.59421g
1.7塑件注塑工艺参数的确定
干燥处理：
因为ABS材料具有一定的吸湿性，要求在加工之必须进行干燥处理。
ABS的温度为80~90℃，持续时间为2小时。
温度的波动范围应保证小于0.1%。
熔化时的温度为：
210~280℃；建议温度保持在：
245℃。
模具温度为：
25~70℃。
（模具温度不仅影响塑件的光洁度而且还会引起其他的质量缺陷，所以温度较低则导致塑件的光洁度较低）。
模具保压为：
50~70MPa。
注射机的注射速度为：
中高速度
参考工厂实际应用的情况，增强ABS的成型工艺参数可作如下选择。
试模时，可根据实际情况作适当调整。
注塑温度：
包括料筒温度和喷嘴温度。
料筒温度：
后段温度
选用160℃
中段温度t
选用170℃
前段温度
选用190℃；
注塑压力：
选用100MPa（相当于注塑机表压35kgf）；
注塑时间：
选用25s；
保压：
选用72MPa（相当于注塑机表压25kgf）；
保压时间：
选用4s；
冷却时间：
选用20s。
2连接座模具的结构设计
2.1模具分型面的确定
制品在模具中的位置，直接影响到模具结构的复杂程度，模具分型面的确定，浇口的设置，制品尺寸精度和质量等。
因此，开始制定模具方案时，首先必须确定制品在模具中的位置；然后再考虑具体的生产条件（包括模具制造的），生产的批量所需的机械化和自动化程度等其他设计问题。
选择分型面的原则是：
塑件顺利脱模、模具结构简单、型腔排气顺利、确保塑件质量,无损塑件外观、设备利用合理。
所以，模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。
应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面，使得设计出来的结构零件便于加工，并且保证塑件表面粗造度。
因此选择如图所示A-A作为分型面，塑料抱紧大型芯并留在动模型芯一侧，这使模具结构变得简单了很多，因而选定该方法作为此模具的分型设计方案。
在此需要注意的是：
为了确保成功分型创建图2连接座分型面时切记要将纵向通孔R5×8和通孔Φ6补起来。
为便于加工，且考虑到模具材料的利用率和注塑过程中排气方便，应将动模设计成组合式，也就是说将动模分解成动模体、一个大型芯、一个小型芯三部分，这样又需增加两个用来切割型芯的子分型面。
图2-1
2.2型腔的布局
为了使模具在生产中所需要的条件与注塑机的条件相匹配，以便提高在生产中的生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时必须要确定型腔的数目。
模具的型腔数设计的数目可以根据塑件需要的精度、产量、模具的制造成本以及所选用注塑机的最大注射量和锁模力的大小等因素来确定。
小批量生产时，采用单型腔模具；大批量生产时，在条件允许的情况下用多模型腔；当塑件尺寸较大时，型腔的个数将受到所选用注塑机允许的最大成型面积和注塑数量的限制。
该塑件精度要求不是很高又不是大批量的生产因此用一模多腔的形式。
而本塑件结构较简单故定为一模两腔的模型腔排位原则：
①型腔在排列时要有利于各腔同时且均匀地进胶。
②模腔较多时尽可能的紧凑，以便缩短流道。
③采用多型腔模时，各个型腔之间的距离不的小于25mm。
根据该零件的外观特点，设想了三种分案：
方案一：
塑件中等尺寸，批量不大，采用一模一件可以降低模具成本。
方案二：
一模两件对称布置，生产效率较高，但模具尺寸偏大，制造成本较一模一件高。
方案三：
一模四件对称布置，生产效率较高，但模具尺寸更大，制造成本较高。
比较以上三种方案，如果采用一模两腔对称布置，生产效率较高，但是模具外形尺寸偏大，模具的制造成成本也比一模一腔时高得多。
由于此塑件产品尺寸中等，批量又不算大，所以采用一模一腔的布局，这样可以大大的降低模具的成本。
2.3选择标准模架
根据以上分析，计算型腔和斜导柱位置的尺寸来确定模架的结构形式以及规格。
查表选用：
FUTABA-SB2025
定模底板厚：
25
定模板厚：
A=70
动模板厚:
B=25
推件板厚：
C=20
垫块厚度:
D=90
支撑板厚：
E=30
下模座厚：
25
模具厚度：
H模=A+B+C+D+E+25+25=285
模具外形尺寸：
250×250×285
5.1.2注射机开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的，塑件从模具中取出时注射机的开模行程是有限制的，塑件从模具中取出时所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，否则塑件无法从模具中取出。
注射机的最大开模行程与模具厚度无关时，当注射机采用液压和机械联合作用的锁模机构时，最大开模程度由连杆结构的最大行程所决定，并不受模具厚度的影响。
对于单分型面注射模具，其开模行程可按：
s--注射机最大开模行程，mm；
H1——推出距离（脱模距离）,mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，mm。
此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应该满足下式：
S机>H1+H2+（5～10）mm=4mm+83mm=87mm
故满足要求。
式中：
H1——推出距离，mm；
H2——包括浇注系统在内的塑件高度，mm；
S机——注射机最大开模行程，mm。
5.1.3注射压力校核
根据式
式中
—型腔压力（MPa）
—注射压力（MPa）
—压力损耗系数，取压力损耗系数
为0.4，并设注射机使用的注射压力为
=40MPa，
则型腔压力故满足注射压力的要求。
6推出机构的设计与校核
由于此零件相对深度较大，塑件包紧动模型芯力很大，因此需设计一副推出力较大的推出机构。
若采用推管与推杆联合推出，推出平稳，但推出机构复杂，制造与装配成本上升。
若采用推件板推出，就能平稳顶出塑件，这样塑件不易发生顶出变形，且能确保塑件质量，因此推件板推出为本次模具设计的优选方案。
6.1推杆位置、推杆形状尺寸及推杆数量等的确定
推杆位置、推杆形状尺寸如图6-1所示：
图6-1
由该模具结构确定推杆的数量为4。
6.2推杆安装固定及配合
推杆直径d与推件板上的推杆孔采用H8/f7间隙配合，推件板进行淬火处理，硬度HRC>50。
推杆的材料为T8，且工作端配合部分的表面粗糙度Ra<0.8µｍ。
6.3推板厚度
h—矩形底板（支架板）的厚度，mm。
E—刚的弹性模量，取2.06x105Mpa;
l—双支脚间距，mm。
B—底板总宽度，mm。
其中查，
可取制品轴向尺寸公差的1/10，取
，p取
因此取20mm。
图8-2
（2）小型芯的结构设计小型芯是用来成型塑件上的小孔或槽。
小型芯单独制造后，再嵌入模板中。
小型芯的固定方式有台阶固定式、铆接固定的形式、螺塞紧固的方式、圆柱垫垫平的方式等。
通过分析比较，本次塑件的小型芯采用台阶固定的方式，其结构如下图8-3所示：
图8-3
8.2成型零件工作尺寸
8.2.1影响塑件尺寸精度的因素
计算设计成型零部件的主要成型部分是指与塑件接触部分的尺寸。
而影响塑件尺寸精度的主要因素有以下几个方面：
（1）成型零件的磨损误差
，而成型零件在工作中的磨损使得型腔
的尺寸变大，尺寸
型芯变小中心距
不变。
在平行于脱模方向上的磨损是成型零件的最主要的磨损，所以为了设计计算的简单化，主要的是考虑与塑件脱模方向平行的表面的磨损量，而对于垂直方向的表面磨损不必考虑。
塑料的品种、制品的产量、零件的表面硬度、粗糙度都与磨损有关。
对于中、小形的塑料模允许的磨损量会引起塑料制品的误差
可取
。
（2）模具成型零件的制造误差
模具成型零件和模具零件的制造精度对塑料制品的尺寸精度有着直接的影响，即成型零件的制造精度越低制品的尺寸精度也就越低。
实验证明，成型零件的制造公差约为塑料制品总公差的1/3左右，因此在已知塑料制品尺寸公差
时，成型零件工作尺寸公差
可定为塑件公差值的1/3～1/4，或者取IT7～IT８级作为制造公差。
（3）塑料收缩率的波动误差和偏差
对塑料制品在成型时收缩率影响的因素有：
料制品的形状、尺寸、壁厚、品种、成型工艺条件和模具结构等因素，收缩率的波动以及收缩率估计的偏差。
收缩率动引起的尺寸的误差为：
；式中：
——塑料收缩率波的误差值（mm）；
、
——塑料的最大、最小收缩率；
——塑料制品的基本尺寸（mm）。
一般塑料收缩率波动引起的误差小于塑件公差的1/3。
8.2.2成型零件工作尺寸计算
一般情况下计算成型零件工作尺寸时，主要根据以下三项因素进行计算，因为模具成型零件的制造误差
、成型零件的磨损误差
以及塑料收缩率的波动误差
是影响塑料制品制造公差的主要因素。
计算成型零件的工作尺寸有两种方法：
公差带法和平均值法。
公差带法按照其极限的收缩率、造公差和磨损量来进行计算以保证成型制品在规定的公差范围内，但此计算比较复杂；对于本次的设计塑件来说，采用平均值算法比较合适，因为平均值法是按平均制造公差、平均收缩率和平均磨损量进行计算。
此方法较比较简单但可能有误差而不适合于精密计算。
根据规定，对塑件尺寸和成型零件的尺寸偏差统一按“入体”原则标注，即
（1）包容面（型腔和塑件内表面）尺寸采用单向正偏差标注；
（2）被包容面（型芯和塑件外表面）尺寸采用单向负偏差标注；
（3）中心距尺寸采用双向对称偏差标注；
8.2.3成型零件钢材选用
一副塑料模具结构是较为复杂的，即使是简单的注塑模也需要很多零件来组成。
由于这些零件的工作时所处的状况不同作用不同，因此对材料的要求也会有所不同。
由于塑料制品的大小、形状、精度的不相同，所以制品的塑料品和产量种也不一样，因此，要对材料进行选择。
在选择当中应该考虑各种具体情况，模具成型零件所需的性能要
求：
（1）材料高度纯洁组织均匀致密，无网状及带状碳化物，无孔洞疏松及白点等
缺陷。
（2）良好的冷、热加工性能要选用易于冷加工，且在加工后得到高精度零件的钢种，因此，以中碳钢和中碳合金钢最常用，这对大型模架尤为重要。
应具有良好的热加工工艺性能，热处理变形少，尺寸稳定性好。
另外，对需要电火花加工的零件，
还要求该钢种的烧伤硬化层较浅。
（3）抛光性能优良注射模成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，
，
要求钢材硬度
为宜，过硬表面会使抛光困难。
这种特性主要取决于钢的硬度、纯净度、晶粒度、夹杂物形态、组织致密性和均匀性等因素。
其中高的硬度及细
的晶粒，均有利于镜面抛光。
（4）淬透性高热处理后应具有高的强韧性、高的硬度和等向性能好。
（5）耐磨性和抗疲劳性能好注射模型腔不仅受高压塑料熔体的冲刷，而且还受冷热交变的热应力作用。
一般的高碳合金钢，可经热处理获得高硬度，但韧性差易形成表面裂纹，不宜采用。
所选钢种应使注射模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限。
这对注射次数30万次以上和纤维增强塑料的注射成型生产尤其重要。
（6）具有耐蚀性和一定的耐热性对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃型塑料，必须考虑选用有耐蚀性能的钢种。
（7）芯部强度高本设计凹模、凸模都采用整体镶拼式结构，模具应在符合模具强度，刚度以及光洁度的前提下合理的选用钢材。
查阅相关模具手册确定采用硬度比较高的模具钢Cr12MoV，淬火后表面硬度为58～62HRC，这种材料有较高的淬透性、耐磨性、热处理变形小。
Cr12MoV在强度和韧性都比较好，适用于要求形状复杂、长寿命而精度高的中小模具。
8.2.4成型零件工作尺寸计算
常用塑料的收缩率见表：
（4）凹模型腔侧壁计算
成型零件的工作尺寸，要保证所成型塑料制品的尺寸。
而影响塑料制品尺寸和公差的因素相当复杂，如模具的制造误差及模具的磨损；塑料成型收缩率的偏差及波动；溢料飞边厚度及其波动；模具在成型设备上的安装调整误差、成型方法及成型工艺的影响等。
成型零件的工作尺寸计算，要考虑塑料制品的尺寸公差，所成型塑料的收缩率、溢料飞边厚度、塑料制品脱模、模具制造的加工条件及可达到的水平等因素。
由于大尺寸模具主要存在刚度问题，要防止模具过大的弹性变形，因此须先确定许用变形量
，用刚度条件式进行壁厚和底板厚度设计计算，再用强度条件进行校核，设计最终达到强度和刚度条件都满足。
凹模侧壁计算：
按强度计算：
故：
按刚度计算：
底板厚度计算：
按刚度计算：
按强度计算：
由刚度和强度计算公式得,模板结构尺寸S和T应取刚度和强度计算值中的大值。
综上记得长度方向上s=27mm厚度方向上h=9mm
单型腔板尺寸B×L×H=88×154×54双型腔板尺寸B×L×H=176×154×54；
按标准选择标准模板L×B×H=250×200×90GB/T4169.8—1984
垫块尺寸：
250×38×90；
定模座厚：
25mm
9模具的试模与修模
模具装配好以后，安装在注射机上，安装时注意保护模具的工作面，避免造成以外的破坏，试模时，要对注射机的工作参数进行调节，使满足塑件成型的工艺条件。
在操作过程中记录下注射机实际操作的参数。
在试模时，将会很多弊病，因此必须进行原因分析，根据出现问题的部位，环节综合起来，进行合理调节。
如遇见塑件表面精度与塑件要求不相符合，可依次检查注射机参数是否正确、型腔和型芯工作表面是否破损、导向机构是否有卡壳的现象、以及复位机构是否正常工作等方面。
试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。
以检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。
首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。
常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。
这是试模首先应当解决的问题。
9.1粘着模腔
制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。
其主要原因是：
（1）注射压力过高，或者注射保压压力过高。
（2）注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。
（3）冷却时间过短，物料未能固化。
（4）模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。
（5）型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。
9.2粘着模芯
（1）注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模，尤其成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。
（2）冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。
（3）模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。
（4）机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。
（5）可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。
9.3粘着主流道
（1）闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。
（2）料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。
（3）主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。
（4）主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.5～1㎜。
（5）主流道拉料杆不能正常工作。
一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。
仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。
9.4成型缺陷
当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。
下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。
（1）注射填充不足
所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件，这种现象极为常见。
其主要原因有：
①熔料流动阻
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