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本课题主要通过设计各个型腔在模板上的合理分布，设计出模具的浇注系统。

实现生产中，达到真正节省材料，提高生产效率，并且降低设计成本。

1.2本课题的研究内容，要求，目的及意义

本次设计的任务是设计出笔记本散热器底盖注射模具，通过设计能够熟悉和掌握从模具设计和模具成型的全过程，能够根据不同注塑材料的性能及特点，选择适当的模具结构和模具浇注系统。

并掌握模具主要零件的强度计算及每一个结构尺寸的确定，掌握材料的选择。

此零件体积比较小，在模具设计中，如何才能以最快的速度设计出模具来，并降低成本，首先应考虑CAD/CAE/CAM技术如何才能在设计中发挥其主要优势？

因此，本人使用了的模具设计软件—Pro/Engineer，零件的设计完全依靠Pro/Engineer的各个模块，因此设计的关键就是Pro/Engineer设计软件在冲压模设计中的应用问题，为圆满完成这次设计任务，本人对该软件的几个常用模块，特别是零件、曲面、工程图及模具模块进行了比较深入的学习，相信能借助Pro/Engineer，使设计工作达到事半功倍的效果！

本人在此次模具设计过程中，应用Pro/Engineer软件，拟定新的模具设计路线：

测绘出零件的二维和画出三维图→模具结构三维设计→模具主要结构的三维设计→模具的三维及二维设计。

研究的意义：

通过该设计了解和掌握连续拉伸膜的结构原理和加工过程，在模具设计的整个过程中，可以对选材及设计成型等各个步骤有个完整的了解和初步的掌握，并熟练掌握PRO/E、AutoCAD等机械设计绘图软件的应用。

第二章塑件的分析

2.1塑件的分析

1）塑件名称：

笔记本散热器底盖

因为产品的需求，本人选择采用一模两腔的排列方式，根据模具结构，本人应用了侧抽芯机构的设计。

2）塑件：

塑件如图2.1所示

图2.1proe三维塑件图

3）塑料名称：

成型塑料选择日常生活中常见的塑料---ABS，即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

ABS为热塑性塑料，加热时变软以至流动，冷却时变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。

从使用性能上看，该塑料刚度好，耐水，耐热性强，从成型性能上看，该塑料吸水性小，熔体的流动性较好，成型容易，但收缩率大。

另外，该塑件成型时易产生缩孔，凹痕，变形等缺陷。

成型温度低时，方向性明显，凝固速度较快，易产生内应力。

因此，在成型时应注意控制成型温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。

4）生产纲领：

大批量

5）成型工艺分析

（1）精度等级：

塑件对表面的精度要求较高，根据经验，ABS可取一般精度为3级精度，表面要光滑。

因此在设计模具时应加以考虑。

（2）塑件的形状

从图可知，笔记本散热器底盖其壁厚均匀，形状比较简单，由于是一模两腔，所以抽芯机构要分布在拉料杆上，给模具设计制造和加工成形工艺的确定都带来了不小的麻烦。

塑件为笔记本散热器底盖，应有一定的结构强度，由于外表比较光滑，轮廓比较清晰，有光泽，为了外表美观和手感良好，故对表面粗糙度要求稍高。

2.2ABS的注射成型过程

2.2.1成型前准备：

（1）原料的检验：

原料外观的检验和工艺性能的测定，检验内容包括对色泽，粒度，均匀性，流动性，热稳定性及收缩率的检验。

（2）物料的预热和干燥：

对于吸水性强的塑料，在成型钱应进行干燥处理，不然塑料表面会出现斑纹和气泡等缺陷，甚至发生降解，严重印象塑件的外观和内在质量，故对物料应进行充分的预热和干燥。

各种物料干燥的方法，应根据塑料的性能和生产批量等条件进行选择。

化妆品瓶盖这个塑件应采用大批量生产，应采用沸腾干燥或真空干燥，其效率较高。

（3）嵌件的预热：

在成型带金属嵌件特别是带较大嵌件的塑件时，嵌件放入模具之前必须预热，以减少物料和嵌件的温度差，降低嵌件周围塑料的收缩应力，保证塑料质量。

（4）料筒的清洗：

当改变产品，更换原料，及颜色时均需清洗料筒。

通常，柱塞式料筒可拆卸清洗，而螺杆式料筒可采用对空注射法清洗。

（5）脱模剂的选用：

塑件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件和正确的模具设计，在生产上位顺利脱模，通常使用脱模剂。

常用的脱模剂有硬脂酸锌，液态石蜡和硅油。

2.2.2成型过程：

（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

2.2.3塑件的后处理：

（1）、修整

在塑件脱模后，塑件上总要带有一些浇口飞边等多余物，它们对塑件的外观和使用均带来不利，因此需将之去除，这种去除较为简单，一般可用手工操作一些简单工具将之除去。

（2）热处理

热处理的目的。

由于塑料在料筒内塑化不均匀或在模腔内的冷却速度不同，常使塑件产生不均匀的结晶、取向和收缩，使得塑件中产生内应力，这种内应力的存在对塑件的质量带来极大危害（前已述及），而消除这种内应力的最常用办法就是对塑件施行热处理。

热处理的方法。

将塑件置于一定温度的液体介质（水、矿物油、甘油、乙二醇等）或热空气循环烘箱中，经过一段时间加热后，再取出缓慢冷却至室温。

（3）、调湿处理

调湿处理的目的，使塑件隔绝空气，防止氧化，加快吸湿平衡，使尺寸稳定。

调湿时间取决于塑件形状、厚度和结晶度的大小，一般数小时即可。

在进行调湿处理时，当达到所需要的温度和时间后，一定要缓慢地冷却到室温，若速度过快则会产生新的内应力。

2.3ABS的注射工艺参数

注射机成型类型：

螺杆式

计算收缩率：

0.3～0.8%

密度：

1.02—1.16g/cm³

预热温度：

80～85º

预热时间：

2～3h

料筒温度（后期）：

150～170º

料筒温度（中期）：

170～180º

180～200º

喷嘴温度：

模具温度：

50～80º

注射压力：

60～100Mpa

成型时间（注射时间）：

20～90s

成型时间（高压时间）：

0～5s

成型时间（冷却时间）：

20～120s

成型时间（总周期）：

50～220s

螺杆转速：

30r/min

通用注射机类型：

螺杆式、柱塞式均可

后处理方法：

红外线灯、烘箱

后处理温度：

70º

后处理时间：

2～4/h

2.4ABS的性能分析

2.4.1基本特性

ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。

这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。

丙烯腈使ABS具有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，从形态上看，ABS是非结晶性材料。

三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯—丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯胶分散相。

这就决定了ABS材料的耐高温性、抗冲击性及易加工性等多种特性。

ABS的流动性中等，较易成形，收缩率为0.4%~~~0.7%，取平均值0.55%，变化范围大，吸湿性强，成形前必须充燥。

特别对于表面要求光泽的塑件要经过长时间的预热干燥。

ABS的表观黏度对剪切速率的依赖性强。

ABS的比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成形周期短。

苯乙烯使它具有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件具有较好的光泽。

密度为1.02～1.16g/cm3。

ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。

水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响,在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但于烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。

经过调色可配成任何颜色。

根据ABS中三种组成部分之间的比例不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。

2.4.2主要用途

ABS在机械工业中用来制造齿轮、泵页轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。

汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。

ABS还可以用来制作水表外壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。

2.4.3成型特点

ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；

ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，含水量应应小于0.3%，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；

流动性中等，溢边料0.04左右；

易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；

在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。

要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60º

C，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60～80º

C。

模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。

推出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹。

脱模斜度宜取2º

以上。

查阅资料得ABS塑料的物理、热性能等数据如下：

1.02—1.06g/cm³

质量体积：

0.86—0.98g/cm³

吸水率：

（24h为准）：

0.2—0.4%

熔点（或黏流温度）：

130—160℃

熔融指数：

（MFI）：

200℃、载荷50N、喷嘴直径2.09时，0.41—0.82g/10min

维卡针入度:

71—122℃

马丁耐度：

63℃

热变形温度（0.45MPa）：

90～108º

热变形温度（1.8MPa）：

83～103º

线膨胀系数：

7.0×

10-5/º

0.4～0.7%

比热容：

1470J/（Kg·

K）

热导率：

0.263W/（m·

燃烧性：

慢

2.4.4ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施

主要缺陷：

缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°

C左右热变形温度约为93°

C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。

消除措施：

加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。

第三章拟订模具的结构形式

3.1分型面位置的确定

3.1.1分型面设计原则

1）符合塑件脱模

为使塑件能从模具内取出，分型面应设在塑件断面最大尺寸的部位。

2）分型面的数目和形状

通常只采用一个与开模运动方向垂直的分型面。

确定分型面应以模具制造及脱模方便为原则。

3）分型面是否便于塑后处理

分型面处所产生的飞边是否容易修整清除，当然，在可能的情况下，应避免分型面

外产生飞边。

4）便于模具加工制造

为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面或易于加工的分型面。

5）对成型面积的影响

注射机一般都规定其相应模具所允许使用的最大成型面积及额定锁模力，注射成型过程中，当塑件（包括浇注系统）在合模分型面上的投影面积超过允许的最大成型面积时，将会出现涨模溢料现象，这时注射成型所需的合模力也会超过额定锁模力，因此，为了可靠地锁模以避免涨模溢料现象的发生，选择分型面时应尽量减少塑件（型腔）在合模分型面的投影面积。

6）对排气效果

分型面应尽量与型腔充填时塑料熔体料流末端所在的型腔内壁表面重合。

7）对螺纹抽芯的影响

当塑件需要螺纹抽芯时，为保证螺纹型芯的放置及抽芯机构的动作顺利，在选定分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置在合模方向，并尽量把抽芯机构放置在动模一侧。

实际设计中，不可能全部满足上述原则。

但根据以上原则，选择斜分型面，

3.1.2分型面位置的确定

打开模具取出塑件或凝料的面叫分型面，根据塑件的结构形式分型面选在最大界面处。

根据此原则，可确定该模具的分型面图3.1所示

图3.1分型面

3.2确定型腔数量及排列方式

型腔数目确定的原则：

按计算所得为一模两腔，其排列方式初步设定为浇口设置在侧边部分。

3.3模具结构形式的确定

1.多型腔单分型面模具：

塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。

2.多型腔多分型面模具：

塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。

该塑件外观质量要求不高，是尺寸精度要求较低的小型塑件，因此可采用多型腔单分型面的设计。

从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。

分型面为单分型面垂直分型。

最常用的浇口形式有：

第一是侧浇口。

这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。

如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增多。

其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周围的美观。

第二是点浇口。

塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好，熔接痕不太明显。

其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观，并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。

由于型腔重量较大，所以不方便移动。

综合上述两种浇口形式的优缺点，采用点浇口。

电浇口设置在塑料的顶端因为该瓶盖尺寸小，可以选用单点浇口。

点浇口适用于成型壳，盒，罩和容器等塑料，应用广泛的一种浇口形式，由于浇口很小，熔体通过点浇口时流速增加，提高了充模速度，从而可获得外表清晰，有光泽的塑料。

熔体流过点浇口时，由于摩擦阻力使部分能量装变为热量，是熔体温略有升高，粘度下降，改善流动性，这对薄壁或带有精密花纹的塑料是有利的。

冷凝快，缩短成型周期，对一模多腔能均衡各腔的进料速度，可自动拉断浇口，残留痕迹小。

减少修整工序，提高了生产效率。

3.4注射机型号的选择

3.4.1所需注射量的计算

1）塑件的质量和体积的计算

对于该设计，根据零件图建立的PROE模型并对此塑件进行PROE质量模型分析得到如图3.2所示。

图3.2塑件的PROE质量属性分析

由图3.2可知：

体积V1=1.4713309e+04MM^3

曲面面积=1.6252610e+04MM^2

密度=1.0500000e+00公吨/MM^3

质量=1.5448974e+04公吨

2）浇注系统凝料体积的初步计算

分流道截面设计，因为采用一模两腔，又因为浇口位置在流进容腔的口子上，故需要采用分流道设计。

依据分流道是主流道与浇口之间的通道，其作用是使溶融过渡和转向，估计单个分流道的长度L=50mm，

单个塑件分流道体积：

V2≈π*r2*L=3.14*3*50=471.2385mm³

主流道小端直径：

d1=3mm，

主流道大端直径：

d2=8mm

主流道的体积：

V3≈π*L*（（d1+d2）/2）2=5652mm³

浇注系统体积：

V4=V3+nV2=6594.477cm³

该模具一次注射所需塑料体积：

V=V1+V4=14.7133+6.594477=21.31cm³

在注入模具时由于流动阻力增加，加大了沿螺杆逆流量，再考虑安全系数，以上所计算出来的V为实际注射量的0.8。

所以实际所需注射量为：

M=V*

/0.8=27.969375g

3.4.2注射机型号的选定

今几年来本人国引进注射机型号很多，国内注射机生产长的新机型也日益增多，掌握使用设备的技术参数是注射机设计和生产所必须的技术准备。

根据塑件的体积初步选定用XS-Z-30（卧式）型注塑机。

SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如表3.1所示

表3.1注塑机的主要参数

理论注射容积（cm³

）

螺杆直径（mm）

注射压力（MPa）

119

注射行程|mm

130

注射方式

柱塞式

锁模力

250

最大成型面积

模板最大行程

160

喷嘴圆弧半径

模具最大厚度（mm）

180

模具最小厚度（mm）

双曲肘

动定模固定板尺寸

￠80

合模方式

液压—机械

喷嘴口孔径（mm）

模板设定尺寸（mm）

250×

350

第四章注射机及参数量的校核

4.1注射量的校核

注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即（4.1）

V=nVz+Vj

或M=nmz+mj（4.1）

式中V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量（cm³

或g）；

n——型腔数目

Vz（mz）——单个塑件的容量或质量（cm³

或g）。

Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量（cm³

故应使

nVz+Vj≤0.8Vg

或nmz+mj≤0.8mg（4.2）

式中

Vg（mg）——注射机额定注射量（cm³

根据容积计算

nVz+Vj=2.9233cm³

0.8Vg=0.8*Vg=0.8*30cm³

=24cm³

所以nVz+Vj≤0.8Vg

可见注射机的注射量符合要求

4.2型腔数量的确定和校核

型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。

可根据注射机的最大注射量确定型腔数n

（4.3）

见公式（4.3）K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；

mN——注射机允许的最大注射量；

得mN=30cm³

m2——浇注系统所需塑料的质量或体积（cm³

）；

由前面计算得：

m=0.2796g

m1——单个塑件的质量或体积（cm³

）。

m1=V1=10.05cm³

所以需要

n≤（0.8*30-3.0732）/10.05≈2.08

由于n=2，所以型腔数量符合要求

4.3塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核

注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。

如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。

因此，设计注射模时必须满足下面关系：

nA1+A2﹤A（4.3）

式中A——注射机允许使用的最大成型面积（mm2）

其他符号意义同前。

注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：

（nA1+A2）p﹤F（4.4）

式中符号意义同前。

图4.1单个塑件的投影面积

由于塑件为瓶盖，并且是一模两腔，所以其分型面是瓶盖底端内凹面，通过观察其在垂直面上的投影面积大小即圆柱面的面积。

通过PROE面积测量工具可知单个塑件在分型面上的投影面积为A1=28.1717cm2，再加上同一分型面上的分流道长度为50mm，投影

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