小喇叭罩注塑模具设计.docx
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小喇叭罩注塑模具设计
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，其在整个模具行业中约占30%，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，发展速度将高于其他模具。
因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计主要介绍了小喇叭罩塑料模的设计过程和零件加工过程，包括塑件材料分析，塑件的工艺性分析。
而塑件的工艺性分析又包括塑件的使用性能、塑件的结构工艺性分析、塑件的尺寸精度分析和塑件的表面质量。
还阐述了成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明。
此外,还详细地叙述了模具成型零件包括型腔、型芯的加工工艺。
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，通过对PRO/E的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。
关键词：
塑料模具注塑工艺
Abstract
Plasticindustryisoneofthefastestgrowingintheworldtoday,andtheinjectionmoldisoneofthetypesofrapiddevelopment,whichaccountsforabout30%inthemoldindustry,themarketinthenextmold,plasticmoldintheproportionwillgraduallyincreasethetotalamountofmold,molddevelopmentspeedwillbehigherthanother.Therefore,researchtounderstandplasticinjectionmoldproductionprocessandimprovethequalityofproductshavegreatsignificance.
Thispaperintroducesthedesignofthedesignprocessandmachiningprocessofsmallhorncoverofplasticmould,includingtheanalysisofplasticmaterial,theprocessanalysisofplasticparts.Andprocessanalysisofplasticpartssizeprecisionandanalysistechnologyofstructureperformanceofplasticparts,plasticparts,plasticpartsoftheanalysisandthesurfacequalityofplasticparts.Alsodescribesthebasicprincipleofmolding,especiallythestructureandworkingprincipleofsingleinjectionmoldpartingsurface,putforwardthebasicdesignprinciplesofinjectionmoldingproducts;detailsofthecoldrunnerinjectionmoldgatingsystem,temperatureregulationsystemandthetopthesystemdesignprocess,anddiestrengthrequirementsbelow.Inaddition,alsodescribesindetailtheprocessofmoldingpartsincludingcavity,core.
Throughthisdesign,canhaveapreliminaryunderstandingoftheinjectionmold,payattentiontothedetailsofthedesign,throughthestudyofPRO/E,youcancreateasimplepartslibrary,toimproveworkefficiency.
Keywords:
plasticinjectionmoldingprocess
1.1.1ABS的基本特性8
1.2.2塑件的表面质量分析10
绪论
塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展起来的。
随着建筑、建材业塑料建材大量代替钢材、木材以及传统建材的发展和国家已明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材的政策，这无疑为塑料工业提供了更广阔的市场，在电子、汽车、电机、仪表、家电和通讯等产品中60%～80%的零部件都依靠模具成形，这些都是塑料模具市场的增长点。
所以塑料模具的发展相当快。
有专家预测在未来的模具市场塑料模具的发展速度高于其它模具，且比例将逐步提高。
然而，在激烈的市场竞争下，我国塑料模具无论在数量上，还是质量上、技术等其它方面上与发达国家相比还有一定的差距。
在注塑模型腔精度方面，国外已达到0.005～0.01mm，而我国达到0.02～0.05mm，相差甚远；型腔表面粗糙度，国外达到Ra0.01～0.05μm，我国达到Ra0.20μm；在寿命上更能比较出我国模具的水平落后那些先进国家的模具水平，非淬火钢模具寿命，国外可使用10～60万次，我国可使用10～30万次；淬火钢模具寿命，国外可使用160～300万次，我国可使用50～100万次；热流道模具使用率，国外已达80%以上，我国总体不足10%；标准化程度，国外70～80%都采用标准件，我国小于30%；中型塑料模生产周期，国外可在一个月左右时间生产出来，我国要花费2～4个月的时间生产；在模具行业中的占有量，国外占30～40%，我国占25～30%。
所以我们还需大力推进这门学科及其产业的科技进步与基础建设，重视开展相应的研究工作，加强对该专业技术人才的培养。
我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3000万台。
到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。
建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。
预测2005年建筑用塑料制品的占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。
由于国家己明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。
同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%---50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。
因此，有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具
1塑料的工艺性分析
塑件的工艺性分析包括塑料原料性质的分析、塑件的使用性能和塑件的生产要求、塑件的尺寸精度分析、塑件的表面质量以及塑件结构工艺性分析。
对塑件的工艺性分析即对以上几方面的分析。
1.1分析塑件的使用材料及其工艺特性
根据产品给出的要求得到该塑件选用的材料为丙烯腈-丁二烯-丙乙烯聚合物（ABS）。
ABS为无定形的热塑性塑料，热塑性塑料的分子结构呈链状或树枝状，常称之为线性聚合物。
这些分子通常互相缠绕但并不连结在一起，受热后具有可塑性。
1.1.1ABS的基本特性
ABS具有韧、硬、刚相均衡的优良力学特性，绝缘性能好，耐化学腐蚀性，尺寸稳定性、表面光泽性好，易涂装和着色，但耐热性不太好，耐候性差。
密度约为1.02~1.05g/Cm3，性能参数如下表1-1所示。
使用于制造电器仪表，机械构件，减摩件，如齿轮、把手、仪表盘等生活中常见的零件。
表1-1ABS的性能参数
屈服强度/Mpa
50
拉伸强度/Mpa
38
伸长率（%）
35
拉伸弹性模量/Gpa
1.8
弯曲强度/Mpa
80
弯曲弹性模量/Gpa
1.4
体积电阻率/（Ω.m）
1.2×1013
击穿电压/（KV.mm-1）
17.7~19.7
耐电弧性/S
50~85
密度/（g.cm3）
1.02~1.16
吸水率/
0.2～0.4
玻璃化温度/℃
-120~-125
熔点/℃
130~160
维卡针入度/℃
71~122
热变形温度/℃（40Mpa）
90~108
热变形温度/℃（180Mpa）
83~103
收缩率（%）
0.5~0.7
比热容/（J.Kg-1.K-1）
1470
热导率/（W.m-1.k-1）
0.263
燃烧性
慢
表1-2ABS注射成型参数
注射机类型
螺杆式
螺杆转速（r/min）
30~60
预热和干燥温度/℃
70~80
预热和干燥时间/h
1
料筒温度（前段）/℃
200~210
料筒温度（中段）/℃
210~230
料筒温度（后段）/℃
180~200
喷嘴温度/℃
180~190
喷嘴形式
直通式
模具温度/℃
50~70
注射压力/Mpa
70~90
保压力/Mpa
50~70
注射时间/S
3~5
保压时间/S
15~30
冷却时间/S
15~30
成型周期/S
40~70
后处理方法
调湿处理
后处理温度℃
70
后处理时间S
2~4
1.1.2ABS的成型特性
（1）无定形料，吸水性大，成型前必须充分干燥。
（2）ABS流动性好，成型收缩率较小；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，但是保压时间相对较长。
（3）成型时采用螺杆式注射机，直通式喷嘴，模具温度（50~70）℃，选用较低的注射压力，保压时间及冷却时间不宜太长，模具主流道锥度应大（便于脱模时脱出，不黏留在浇口套中），浇口应厚，ABS可采用任何类型的浇口。
注射成型参数如上表1-2所示。
1.2塑件的综合性能分析
1.2.1塑件的使用性能和生产要求
该塑件为圆形的多孔的复杂制件，主要用于喇叭内胆的保护，多孔使尽量做到不隔音，需要抗冲击，对塑件的外观面质量的要求高，塑件的配合精度要求高，且是大批量生产。
1.2.2塑件的表面质量分析
该塑件外观表面要求光滑，不允许有飞边或毛刺的现象出现，制件的内表面有粗糙度Ra值为1.0µm。
1.2.3塑件的尺寸精度分析
根据产品给出的2D图的要求可知尺寸精度按课题要求，未标注公差按IT6级公差，精度一般。
其装配尺寸要求较高，有内部的装配、四个螺丝套的定位精度有要求，不能偏位、塑件的内凹槽要满足同轴度、外轮廓圆的尺寸要满足装配要求。
1.2.4塑件的结构工艺性分析
（1）该塑件尺寸偏小，较高精度等级，为降低生产费用和提高生产率采用一模多腔并不对塑件进行生产后加工；
（2）根据材料的成型性能和生产后不进行后加工的塑件与浇口的分离采用潜伏式浇口；
（3）为了方便加工、热处理、型芯与型腔在塑料的冲击下容易磨损便于更换，型腔与型芯部分采用镶件结构；
（4）为了使塑件能顺利脱模，使用推出机构（此塑件使用推管推出）。
2注射模设计的尺寸计算
2.1成型零件的计算
所谓成型零件尺寸指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括型腔和型芯的径向尺寸与高度尺寸，以及中心距尺寸等。
为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。
2.1.1塑料尺寸精度的影响因素
塑料尺寸精度的影响因素有很多，也很复杂，但主要的有以下几个方面：
（1）成型零部件的制造误差：
成型零部件的制造误差包括成型零部件的加工误差和安装、配合误差两方面设计时一般应将成型零件的制造公差控制在塑料相应公差的1/3左右，通常取IT6～9级。
（2）成型零部件的磨损：
造成成型零部件磨损的主要原因是塑料熔体在型腔中的流动以及脱模时塑件与型腔的摩擦，而后者造成的磨损为主。
（3）塑料的成型收缩：
成型收缩不是塑料固有的特性，他是材料与条件的综合特性，随着制品的结构、工艺条件等的影响而变化。
在此将标注尺寸分为两类：
第一类，标注有公差的尺寸，即塑件精度很高的尺寸。
第二类，未标注公差的尺寸，即精度要求一般的尺寸。
我们按IT6级的塑料公差计算。
表2-1IT6级塑料公差表
基本尺寸
Δ
大于至
mm
----3
0.16
3~6
0.18
6~10
0.20
10~14
0.22
14~18
0.24
18~24
0.28
24~30
0.32
30~40
0.36
40~50
0.40
50~65
0.46
65~80
0.52
80~100
0.88
查文献[1]的ABS的收缩率为0.5~0.7%。
故平均收缩率为Scp=0.6%
2.1.2型腔径向尺寸的计算
查文献[1]有
（2-1）
式中Ls—塑件型腔的径向基本尺寸的最大尺寸（㎜）。
Lm—计算出来的塑件内型腔径向尺寸（㎜）。
S—塑料的平均收缩率。
x—修正系数，取0.5～0.75。
Δ—塑件公差（㎜）（见表2-1）。
δz—模具制造公差，取（1/3～1/4）Δ。
（1）Ls=47㎜Δ=0.4㎜δz=0.1㎜
=[（1+0.6%）×47-0.5×0.4]0+0.1㎜
=47.0820+0.1㎜
（2）Ls=44㎜Δ=0.4㎜δz=0.1㎜
=[（1+0.6%）×44-0.5×0.4]0+0.1㎜
=44.0640+0.1㎜
（3）Ls=4㎜Δ=0.18㎜δz=0.045㎜
=[（1+0.6%）×4-0.5×0.18]0+0.045㎜
=3.9340+0.045㎜
（4）Ls=1.75㎜Δ=0.16㎜δz=0.04㎜
=[（1+0.6%）×1.75-0.5×0.16]0+0.04㎜
=1.75250+0.04㎜
（5）Ls=6.5㎜Δ=0.2㎜δz=0.05㎜
=[（1+0.6%）×6.5-0.5×0.2]0+0.05㎜
=6.4390+0.05㎜
（6）Ls=5.5㎜Δ=0.18㎜δz=0.045㎜
=[（1+0.6%）×5.5-0.5×0.18]0+0.045㎜
=5.4430+0.045㎜
2.1.3型腔的深度尺寸的计算
查文献[1]有
（2-2）
其中Hm—计算出来的型腔深度尺寸（mm）。
Hs—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）。
x—修正系数，取0.5～0.75。
Δ—塑件公差（㎜）（见表2-1）。
δz—模具制造公差，取（1/3～1/4）Δ。
（1）Hs=11.00㎜Δ=0.22㎜δz=0.055㎜
=[（1+0.6%）×11.0-1/2×0.22]0+0.055㎜
=10.9560+0.055㎜
（2）Hs=4.40㎜Δ=0.18㎜δz=0.045㎜
=[（1+0.6%）×4.40-1/2×0.18]0+0.045㎜
=4.360+0.045㎜
（3）Hs=3.5㎜Δ=0.18㎜δz=0.045㎜
=[（1+0.6%）×3.5-1/2×0.18]0+0.045㎜
=3.4310+0.045㎜
（4）Hs=2.00㎜Δ=0.16㎜δz=0.04㎜
=[（1+0.6%）×2.00-1/2×0.16]0+0.04㎜
=1.9320+0.04㎜
（5）Hs=0.6㎜Δ=0.16㎜δz=0.04㎜
=[（1+0.6%）×0.6-1/2×0.16]0+0.04㎜
=0.5240+0.04㎜
2.1.4型芯径向尺寸的计算
查文献[1]有
（2-3）
其中
—计算出的型芯径向的尺寸（mm）。
Ls—塑件内型芯径向的基本尺寸的最小尺寸（mm）。
X—修正系数，取0.5～0.75。
Δ—塑件公差（㎜）（见表2-1）。
δz—模具制造公差，取（1/3～1/4）Δ。
（1）Ls=36mmΔ=0.36mm,δZ=0.09mm.
=[（1+0.6%）×36+1/2×0.36]0-0.09
=36.3960-0.09（mm）
（2）Ls=33mmΔ=0.36mm,δZ=0.09mm.
=[（1+0.6%）×33+1/2×0.36]0-0.09
=33.380-0.09（mm）
（3）Ls=27.5mmΔ=0.32mm,δZ=0.08mm.
=[（1+0.6%）×27.5+1/2×0.32]0-0.08
=27.680-0.08（mm）
（4）Ls=2.75mmΔ=0.16mm,δZ=0.04mm.
=[（1+0.6%）×2.75+1/2×0.16]0-0.04
=2.850-0.04（mm）
（5）Ls=2.5mmΔ=0.04mm,δZ=0.16mm.
=[（1+0.6%）×2.00+1/2×0.16]0-0.04
=2.5950-0.04（mm）
（6）Ls=2mmΔ=0.04mm,δZ=0.16mm.
=[（1+0.6%）×2.00+1/2×0.16]0-0.04
=2.090-0.04（mm）
2.1.5型芯高度尺寸的计算
查文献[1]有
（2-4）
其中
—计算出来的型芯的高度尺寸（mm）
Hs—塑件内型芯高度基本尺寸的最小尺寸（mm）.
X—修正系数，取0.5～0.75
Δ—塑件公差（㎜）
δz—模具制造公差，取（1/3～1/4）Δ
（1）Hs=8mm,Δ=0.05mm,δZ=0.20mm.
=[（1+0.6%）×8+1/2×0.2]0-0.05
=8.1480-0.05
（2）Hs=7.7mm,Δ=0.05mm,δZ=0.20mm.
=[（1+0.6%）×7.7+1/2×0.2]0-0.05
=7.850-0.05
（3）Hs=5mm,Δ=0.045mm,δZ=0.18mm.
=[（1+0.6%）×5.0+1/2×0.18]0-0.045
=5.120-0.045
（4）Hs=3.5mm,Δ=0.045mm,δZ=0.18mm.
=[（1+0.6%）×3.5+1/2×0.18]0-0.045
=3.6110-0.045
（5）Hs=0.6mm,Δ=0.04mm,δZ=0.16mm.
=[（1+0.6%）×3.5+1/2×0.16]0-0.04
=0.6840-0.04
2.1.6中心距尺寸的计算
查文献[1]有
（2-5）
其中Cm—计算出来的中心距的尺寸（mm）
Cs—塑件的中心距的基本尺寸的最小尺寸（mm）
（1）Cs=38.5mmΔ=0.36mm
Cm=[（1+0.6%）×38.5]±
=38.73±0.09（mm）
2.2成型型腔壁厚的计算
2.2.1型腔侧壁厚度的计算
本塑件型腔采用整体式圆形型腔，故可将型腔视为厚壁圆筒。
查文献[1]可得壁厚公式为：
S=
（2-6）
其中P—型腔内压力，Mpa,一般为20～50Mpa
R—型腔内半径， mm 。
h—型腔深度，mm。
［δ］—型腔材料的许用应力，Mpa；一般中碳钢[δ]=160Mpa预硬化钢塑料模具钢[δ]=300Mpa。
H—型腔外壁厚度，mm。
由上可得：
S=
=1.05（mm）
故S取值为2mm所以模具内模的侧壁最小尺寸不能小于2mm
2.2.2型腔底板厚度的计算
查文献[1]有：
按刚度计算有：
t=
（2-7）
其中E—弹性模量Mpa一般中碳钢E=2.1×105Mpa预硬化塑料模具钢E=2.2×105Mpa
δ—内半径增长量（查表7-6）δ=0.04～0.06mm
根据上面的取值可求出：
t=
=5.26mm
按强度计算有：
t=
（2-8）
根据其值代入得：
t=
t=6.44mm
所以取值为7mm
综上所诉按强度选取型腔底板厚度的取值t不能小于7mm，应该比此数据大。
3成型设备的选择与校核
注射机是塑料注射成型所用的主要设备。
按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，正确的选择注射机能提高生产效率，便于塑件的生产。
下面我们从以下几个方面来分析选择那种型号的注射机。
3.1塑件体积的计算
利用PRO/E软件进行造型分析，查询到单个塑件的体积为：
V=6.83cm3
因为要求大批量生产，模具采用一模四腔的设计，所以塑件的总体质量为：
V总=4×1.2×V（3-1）
=4×1.2×6.83
=32.78（cm3）
3.2塑件质量的计算
参考文献[1]可知ABS的密度为：
ρ=（1.02~1.05）（g/cm3）
即可根据质量公式：
m=ρV（3-2）
求出塑件的质量
m=ρV
=1.05×6.83
=7.17（g）
模具设计为一出四，所以塑件的总质量
W总=4×1.2×7.17=34.42（g）（3-3）
3.3注射机外形的确定
上面提出了注射机的种类有，立式、卧式、直角式三种。
下面对这三种注射机的功能分析一下，从而选出适合我们塑件的机型。
立式：
设备占地面积小，便于模具的装拆，安装嵌件和活动型芯方便可靠，但是只使用于小注射量场合，注射量一般为10~60g，不易自动操作。
卧式：
机体较矮，易操作加料，制件推出后可以自动落下，便于实现自动化操作来减少劳力，适合大批量生产。
但其占地面积大模具的安装比较麻烦。
直角式：
这种注射机使用于中心部分不留浇口痕迹的塑件，但是他的外形确定了，他加料困难，嵌件或活动型芯的安放不方便，适用于小注射量的场合，注射量一般为20~45g
根据给出的塑件然后综合上面注射机外形的分析，可以较易的得出适合我们产品的结果，宜采用卧式注射机。
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