QA1868仪器盒注塑模具设计.docx

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QA1868仪器盒注塑模具设计

QA1868仪器盒注塑模具设计

摘要

本论文主要是针对QA1868仪器盒注塑模具的设计,QA1868仪器盒注塑模具具有重量轻、易清洁、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点。

本论文介绍了QA1868仪器盒的注塑模具设计过程，从型腔数量和布局的确定、注塑机的选择、浇注系统设计、模板及其标准件的选用、脱模及抽芯机构的设计、成型部件的设计等一一进行了详细的介绍。

塑件有两个侧孔，需要设计侧向抽芯机构，增加了模具的复杂程度。

通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理

关键词：

注塑模；侧向抽芯；QA1868仪器盒

Abstract

TheDesignofInjectionMoldforQA1868instrumentbox

ThemaintopicofthispaperisaimedatthedesignofInjectionMoldforQA1868instrumentbox,theQA1868instrumentboxhasthefollowingfeatures：

havingalightweight,easytoclean,corrosion-resistantaging,highstrength,longservicelife,makingeasy,lowpricesandsoon.ThispaperintroducedthemoldedplasticcomponentsofQA1868instrumentboxwiththedesignprocess,makingadetailedpresentationfromthenumbertothedistributionofcavitiesidentification,castmachinechoices,systemsdesignexperience,thechoiceofstandardsandtemplates,drawingofpatternsandpumpingcorebodydesign,shapedcomponentsdesign,etc.Theplasticshavetwosideholes,soitneedstodesignthesidecore-pumpinginstitutions,atthesametime,itmakesthedesignmorecomplicated.

Throughthisdesign,havingapreliminaryunderstandingabouttheInjectionMold,andnotingonthedesignofsomedetailquestion,knowingthestructureandtheoperationmechanismoftheInjectionMold.

Keyword:

injectionmold;sidepumpingcore;QA1868instrumentbox.

第一章前言1

1.1塑料模的功能2

1.2我国塑料模现状2

1.3塑料注射成型简介3

1.4塑料模具技术的发展3

1.5本设计的意义及目的3

第二章塑件成型工艺分析4

2.1塑件（QA1868仪器盒）分析4

2.2热塑性塑料（ABS）的注射成型工艺5

2.3ABS的主要技术指标6

2.4ABS成型塑件的主要缺陷及其消除措施6

第三章拟定模具结构形式7

3.1确定型腔数量及排列方式7

3.2模具结构形式的确定7

第四章注塑机型号的确定9

4.1有关塑件的计算9

4.2注射机型号的确定10

4.3注射机及型腔数量的校核10

第五章分型面位置的确定11

第六章浇注系统形式和浇口的设计13

6.1浇注系统设计原则13

6.2浇注系统布置13

6.3浇注系统设计13

6.4分流道的设计16

6.5浇口的作用17

6.6浇口设计的基本要点17

6.7浇口的类型17

6.8浇注系统的平衡18

6.9冷料井及拉料杆19

第七章排气系统的设计20

第八章成型零件的设计22

8.1凸、凹模的结构设计22

8.2成型零件的设计23

8.3成型零件工作尺寸计算24

8.4型腔零件强度、刚度的校核26

第九章模架的确定和标准件的选用29

第十章侧向分型与抽芯机构的设计31

10.1斜滑块的各种方案对比31

10.3斜导柱长度的计算32

10.4滑块的定位方式33

第十一章合模导向机构的设计34

11.1导向结构的总体设计34

11.2导柱的设计34

11.3导套的设计34

第十二章脱模推出机构的设计36

12.1脱模推出机构的设计原则36

12.2制品推出的基本方式36

12.3塑件的推出机构36

12.4脱模阻力的计算37

第十三章冷却系统设计38

13.1模具温度调节的重要性38

13.2冷却系统设计39

第十四章模具材料的选用41

第十五章模具的使用、维护和维修42

15.1模具使用安全42

15.2模具的维护42

15.3模具的保养和维修42

第十六章典型零件的制造工艺与数控加工43

16.1支撑柱的制造工艺与数控加工43

16.2限位块的制造工艺与数控加工47

第十七章结论51

参考文献52

致谢53

第一章前言

1.1塑料模的功能

模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。

因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。

在高分子材料加工领域中，用于塑料制品成形的模具，称为塑料成形模具，简称塑料模。

塑料模优化设计，是当代高分子材料加工领域中的重大课题。

现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。

尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。

高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。

此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。

1.2我国塑料模现状

在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。

在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/3～1/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。

1.3塑料注射成型简介

将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射、挤出、压缩、压延和吹塑等，其中，注射成型方法在机电工业中应用最多。

注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从型腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。

注射成型在整个塑料制品生产行业占有非常重要的地位，目前，除少数几种塑料外，几乎所有的塑料品种都可以采用注射成形。

据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30％，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50％。

早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。

例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70％被注射成型所取代。

注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。

据统计，在当前的工程塑料制品中，80％以上都要采用注射成型的方法生产。

1.4塑料模具技术的发展

模具是塑料成型生产必须的工艺装备，过去的模具设计工作主要依靠技术人员的经验，而模具的加工制造又在很大程度上依赖于工人的操作技能，因此模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短，新产品更新换代以及正常的成型生产经常会因为模具问题而受到干扰。

随着塑料成型技术的不断进步，模具的重要性日益被人们所认识，甚至有人提出“没有模具就没有产品”的信条。

近十年来，国内外塑料成型加工行业都在改进和提高模具设计和模具制造技术方面投入了大量的资金和研究力量。

经过不懈努力，已经取得许多成果，归纳起来有一下几个主要方面。

1.4.1模具加工技术的革新。

为了提高模具的加工精度，缩短模具的加工周期，模具行业已经广泛应用了仿形加工、电加工、数控加工等先进技术，以及坐标镗、坐标铣、坐标磨和三坐标测量机等精密加工和测量设备。

1.4.2各种模具新材料被广泛应用。

在模具设计与制造过程中，模具材料的选用也是一个非常重要的问题，材料选择是否合理，将直接影响模具的加工成本、使用寿命以及塑料制品的成型质量等。

为了解决这一问题，国内外都已经对模具的工作条件、失效形式和提高模具使用寿命的途径进行了大量研究工作，并开发出许多不仅具有良好的使用性能，而且还具有加工性好、热处理变形小的新型塑料模具钢，如预硬钢、马氏体时效钢等，经过使用，均取得了良好的技术和经济效果。

1.4.3模具零部件的标准化和专业化生产程度越来越高。

模具加工具有典型的单件多品种生产方式，因此，模具零部件的标准化以及专业化生产是缩短加工制造周期、降低模具生产成本的重要方法之一。

据国外统计，对模具标准件进行专业化生产之后，可使模具生产成本降低50％，因此各个工业国家都对模具零件标准化和专业化生产非常重视，目前，美国和日本的模具标准化程度已经达到70％，专业化程度分别为90％和74％。

国内也正在飞速发展，模具标准化程度达到60%左右。

1.5本设计的意义及目的

本次设计的目的就是设计以实物为原型的模具设计，为以后在模具领域中继续深造打下基础。

第二章塑件成型工艺分析

2.1塑件（QA1868仪器盒）分析

2.1.1.塑件模型

图1-1塑件图

2.1.2.塑料

ABS（又名丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，简写为ABS）

2.1.3.化学和物理特性

ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。

每种单体都具有不同特性：

丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。

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，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。

这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。

这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

ABS材料具有超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

2.1.4.注塑模工艺条件

干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80～90°C下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210～280°C；建议温度：

245°C。

模具温度：

25～70°C。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

注射压力：

500～1000bar。

注射速度：

中高速度。

2.1.5.典型用途

汽车（仪表板，工具舱门，车轮盖，反光镜盒等），电冰箱，大强度工具（头发烘干机，搅拌器，食品加工机，割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。

2.1.6.工艺性与结构分析

（1）精度等级：

采用一般精度5级。

脱模斜度：

型腔25-40´，型芯20-40´（塑件内孔以型芯小端为准；塑件外形以型腔大端为准）一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。

当要求开模后塑件留在型腔内时，塑件内表面的脱模斜度应不大于塑件外表面的脱模斜度。

（2）结构分析。

该塑件为面板装饰件，所以必须保证塑件的表面光洁度，以保证塑件的精度。

2.2热塑性塑料（ABS）的注射成型工艺

2.2.1.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）清理嵌件、预热、清理模具、涂脱模剂→放入嵌件→合模→注射。

2.2.2.ABS的注射成型工艺参数

a.注射机：

螺杆式

b.螺杆转速（r/min）：

20—50；

c.预热和干燥：

温度（0C）80—85时间（h）2—3；

d.料筒温度（0C）后段150—170，中段165—180，前段180—200；

e.喷嘴温度（0C）170—180；

f.模具温度（0C）50—80；

g.注射压力（MPa）60—100；

h.成型时间（s）注射时间20—90，高压时间0—5，冷却时间20—120，总周期50—160；

i.后处理：

方法红外线灯、烘箱，温度（0C）70，时间（h）2—4。

2.3ABS的主要技术指标

密度g/cm³1.02—1.16

弹性模量MPa1.8×10³

比体积dm³/g0.86—0.98

弯曲强度MPa80

吸水率%（24h）0.2—0.4

硬度HB9.7R121

收缩率%0.4—0.7

体积电阻率Ωcm6.9e+16

熔点°C130—160

热变形温度°C0.46MPa90—108

0.185MPa85—103

冲击强度kJ/m²无缺口49

缺口6.5

抗拉屈服强度MPa50e

2.4ABS成型塑件的主要缺陷及其消除措施

成行前要干燥，容易产生熔接痕，浇口处不好看。

以上这些缺陷均可以采取以下措施消除：

（1）分流道及浇口截面要加大；

（2）注意浇口位置；

（3）防止熔接纹；

（4）在成型时的脱模斜度

2°；

（5）收缩率

0.5%。

第三章拟定模具结构形式

3.1确定型腔数量及排列方式

为了使模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔的数目。

常用的方法有四种：

（1）根据经济性确定型腔数目，

（2）根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目，

（3）根据注塑机的最大注塑量确定型腔数目，

（4）根据制品精度确定型腔数目。

一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。

高精度制品如本设计产品，由于多型腔模具难以使型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。

由以上分析初步拟定采用一模两腔，其排列方式如下：

图3-1型腔布局

3.2模具结构形式的确定

3.2.1.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。

3.2.2.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。

3.2.3．分型面的选择原则

（1）便于塑件脱模：

①在开模时尽量使塑件留在动模；②应有利于侧面分型和抽心；③应合理安排塑件在型腔中的位置。

（2）考虑和保证塑件的外观不遭破坏。

（3）尽力保证塑件的尺寸的精度要求（如同心度等）。

（4）有利于排气。

（5）尽量使模具加工方便。

本设计塑件外观质量要求较高，并可以看出：

分型面的位置、塑件推出机构的痕迹、浇口为潜伏式浇口。

可初步拟定两型腔双分型面的结构，其中双分型面为：

水平、垂直分型面。

第四章注塑机型号的确定

注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。

根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。

4.1有关塑件的计算

（1）通过Pro/E建模分析得出塑件的质量属性如图所示。

图4-1

该塑件的体积为：

V1=4.449（cm³）

质量m1通过计算，m1=

V1=4.449x1.05=4.671g

（2）流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑料质量的0.6倍来估算，从上述分析中决定本设计为一模两腔，所以注塑量为：

质量m2=1.6nm1=1.6×2×4.671=14.949g

（3）塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算：

流道凝料（包括浇口）在分型面上的A2，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积A1的0.2-0.5倍，因此，可用0.35nA来进行估算，所以

A=nA1+A2=nA1+0.35nA1=1.35nA1=1.35×2×2094=5653.8

式中A1=2094

Fm=A

=5653.8×35=197883=197.9KN

式中型腔压力

取35MPa

4.2注射机型号的确定

根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初步选定型号为SZ-100/80的注射机。

SZ-100/80注射机的主要参数如下：

注射机主要技术参数

理论注射容量/

100

螺杆直径/mm35

注射压力MPa170

塑化能力（g/s）40

螺杆转速（r/min）0～200

喷嘴球半径mm11

注射速率（g/s）95

锁模力/KN800

拉杆内间距/mm320×320

移模行程/mm305

最大模厚/mm300

最小模厚/mm170

定位孔直径/mmφ100

喷嘴孔直径/mmφ3

4.3注射机及型腔数量的校核

型腔数量的校核：

由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n：

上式右边=28

2（符和要求）

式中K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8

M——注射机的额定塑化量7.3（g/h或cm³/h）

T——成型周期50s

M2——浇注系统所需塑料质量和体积（g或cm³）

M1——单个塑件的质量和体积（g或cm³）

第五章分型面位置的确定

分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。

分型面的选择应注意以下几点：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处，

（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边，

（3）保证塑件的精度要求，

（4）满足塑件的外观质量要求，

（5）便于模具加工制造，

（6）对成型面积的影响，

（7）对排气效果的影响，

（8）对侧向抽芯的影响。

其中最重要的是第（5）和第

（2）、第（8）点。

为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面使其易于加工的分型面。

我的设计如图5-1所示，采用A－A这样的分型面，前模（即定模）做成平的就行了，胶位全部做在后模（即动模），大大简化了前模的加工。

A－A分型面也是整个模具的主分模面。

图中5-2所示的C－C分型面是行位（即滑块）的侧向分型面。

这样选择行位分型面，有利于线切割，行位以及后模仁和动模镶件这些成型零件。

由于塑件收缩会包在后模仁和后模镶件上，依靠注射机的顶出装置和模具的推出机构推出塑件。

图5-1塑件图分型面

图5-2塑件分型面

第六章浇注系统形式和浇口的设计

浇注系统是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内流经的通道。

它分为普通流道浇注系统和无流道凝料（热流道）浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，其包括：

主流道、分流道、冷料井、浇口。

6.1浇注系统设计原则

（1）重点考虑型腔布局。

（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能大，弯折尽量少，表面粗糙度要低。

（3）均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。

（4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量。

（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。

（6）排气良好。

（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。

（8）保证塑件外观质量。

（9）较高的生产效率。

（10）塑料熔体流动特性。

6.2浇注系统布置

在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。

本次设计采用的是平衡式布置，充分利用了它质量好，一致性好等优点。

6.3浇注系统设计

普通流道浇注系统，其包括：

主流道、分流道、冷料井、浇口。

6.3.1主流道设计

主流道尺寸：

直浇口式主流道呈截锥体，主流道入口直径d应大于注射机喷嘴直径1mm左右。

这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。

所以：

主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=3+0.5～1取d=3.5（mm）

主流道入口的凹坑球面半径R，应该大于注射机喷嘴球头半径约1～3mm。

反之，两者不能很好贴合，会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难。

所以：

主流道球面半径SR=11+1～2取SR=13（mm）

锥孔壁粗糙度Ra≤0.8μm。

主流道的锥角α=2°～4°。

过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。

过小锥角使凝料脱模困难，还会使充模时流动阻力大，比表面增大，热量损耗大。

主流道的出口端应该有较大圆角r≈D/8。

其中，D可用公式求出：

D=

。

其中，V为经主流道的熔体体积（cm

）；

K为熔体材料而异的常数，取k=1.2；

所以，D=

=

≈6mm

所以，r=

=

=0.75mm

主流道的比表面S为：

S=

=

=0.75

主流道的长度是L，一般按模板厚度确定。

但为了减小充模时压力降和减少物料损耗，以短为好。

小模具控制在70mm之内。

初步确定：

L=67mm

6.3.2主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如：

T8A、T10A等，热处理硬度为53～57HRC。

主流道衬套和定位圈设计成整体式，用于小型模具，中大型模具设计成分体式。

但由于该模具主流道较长，设计成分体式较宜

图6-1主流道衬套

符号名称尺寸

α锥度α＝2º

d主流道小端直径d＝3.5mm

h球面配合高度