塑料外壳注塑模具设计.docx
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塑料外壳注塑模具设计
天津大学
（高等教育自学考试）
本科生毕业设计（论文）任务书
机械工程学院办学点模具设计与制造专业13班
设计（论文）题目盒形带侧向抽芯塑件注射模具设计
完成日期
自2012年07月01日至2012年08月30日止
指导教师李国华
办学单位负责人黄东霞
批准日期学生崔健
接受任务日期
前言
这是我们第二次走进模具设计的课堂，第二次完成了自己的设计。
我们利用三个星期的时间完成了这次注塑模具设计的全部工·序，并整理成了文档。
第一次是大一时减速箱的设计，那是只能是初步的了解了模具设计，而这次是更深刻的。
三个星期的时间匆匆而过，我们即将告别大学的生活，它成了我大学生活中美好的回忆。
这次完成的成果是我们组所有人的功劳，我们六个人互相配合，分工合作，很快就把设计的大概完成了，在其他组中我们算是领先的。
我们各自都动脑动手，在作业中意识到自己缺乏什么需要什么，对以前的专业知识有了更深一步的理解。
在整个设计当中，也出现了不少问题，我们及时解决，不懂的就到书上找答案，并和指导老师相互探讨、交流、帮助，最终问题得到解决。
知识在不断更新，社会在不断前进，制造业中的模具设计与制造走在社会的前沿。
现作为大学生的我们即将毕业，对很快就要投身工作的我们来说，应熟练自己的专业软件,撑握模具制造与设计的理论知识，更重要的是理论与实践相结合。
本说明书主要介绍了这一模具题目的设计思想过程，从用铅笔作零件图到电脑上用CAD作图，到校核计算，到模具制造工艺等，从各方面叙述了我们所设计的模具制品的整个思想过程。
特别是里面的工艺分析和零件的工艺卡片上，花费了我们很大工夫，当然也是设计中最精细、做的做好的一部分。
里面的内容基本上都是我们自己完成的，利用CAD软件作产品图、模板、导柱、导套、装配图、零件图等。
通过这次的毕业设计，我们
将二年所学的知识进行归纳总结，觉得自己的模具专业知识水平有了很大的提高，CAD软件作图有了更近一步的深华。
理论与实践找到了一个结合点。
这三个星期对于我们来说是充实的、是认真的、是有意义的。
成功的完成这次设计对于我们将来的工作也起到了一定鼓舞激励性的作用。
设计任务书……………………………………………………………………………………..……1
1.工艺分析……………………………………………………………………………………........6
1.1塑件材料分析……………………………………………………………………………6
1.2注射工艺规程编制……………………………………………………………………9
1.2.1工艺过程……………………………………………………………………………….9
1.2.2确定型腔数目……………………………………………………………………14
1.2.3塑件体积计算……………………………………………………………………15
1.2.4型腔型芯尺寸确定……………………………………………………………15
1.2.5初选设备及工艺参数确定…………………………………………….…16
2．塑件在型腔中的位置确定………………………………………………………….19
2.1分型面设计………………………………………………………………………………19
2.2型腔排布………………………………………………………………………………….21
3．浇注系统设计………………………………………………………………………………22
3.1主流道设计……………………………………………………………………………...24
3.1.1浇口套的结构设计………………………………………………………..24
3.1.2浇口套的尺寸确定…………………………………………………..…….25
3.2分流道设计………………………………………………………………………………26
3.3浇口设计……………………………………………………………………………………27
3.4流动距离比校核……………………………………………………………….………29
4．模架选用…………………………………………………………………………………………30
4.1模具整体结构分析……………………………………………………………………30
4.2模架确定……………………………………………………………………………..………..31
5．注射机校核…………………………………………………………………………………..……32
6．推件机构设计……………………………………………………………………………..…….33
6.1推杆力的计算………………………………………………………………………..…….33
6.2确定顶出方式及顶杆位置…………………………………………………..…….33
7．冷却系统设计……………………………………………………………………………..…….35
8．排气系统设计……………………………………………………………………………..……..36
9.装配图………………………………………………………………………………………..………..37
10.零件图…………………………………………………………………………………..…………..39
10.1小型芯………………………………………………………………………………….……39
10.2动模……………………………………………………………………………………….….39
10.3型芯……………………………………………………………………………………..…….40
10.4浇口套…………………………………………………………………………………..…..40
10.5动模固定板……………………………………………………………………….……….41
10.6推杆……………………………………………………………………………………………..41
11.模具零件加工工艺设计…………………………………………………………………42
11.1顶盘推杆………………………………………………………………………….………42
11.2支承板………………………………………………………………………………….….…43
11.3型芯……………………………………………………………………………………..…….44
11.4小型芯………………………………………………………………………………..……..…45
11.5浇口套……………………………………………………….……….……………………46
11.6动模……………………………………………………………………………………………..47
12.参考文献……………………………………………………………………………………..……49
13.总结----------------------------------------------------------------------------------------------------------------.50
塑料模课程设计任务书
一、毕业设计的目的
毕业设计的目的在于巩固所学知识熟悉有关资料，树立正确的设计思想，掌握设计方法，培养学生的实际工作能力。
通过这次模具结构设计，学生在工艺性分析、工艺方案论证、工艺计算、模具零件结构设计、编写技术文件和查阅文献方面受到一次综合训练，增强学生实际的工作能力。
二、模具设计的内容
塑料模为中等复杂程度的注射模，有侧面分型和抽芯，制件图见附件。
1、设计内容
此次设计内容包括制品工艺分析，成型方法及工艺流程制定，模具类型和结构等形式确定，成型工艺条件确定，工艺计算（即注射量、注射压力、锁模力、导向与定位机构设计、脱模机构设计、加热与冷却系统设计、绘制模具装配图、编写设计说明书、填写模塑成型工艺卡和成型零件机械加工工艺过程卡。
）
2、设计工作量
设计内容
工作量
模塑成型工艺卡
1份
模具装配图
1张以上
工作零件图
所有非标准件零件图
工件零件机械加工工艺过程卡
所有工作零件
设计说明书
1份（约30到40页）
三、模具设计的步骤与方法
1.明确设计任务，收集有关资料
2.工艺分析和模塑成型方案制定
3.工艺计算和设计
1）注射量计算
2）浇注系统设计计算
3）成型零件工作尺寸计算
4）模具冷却与加热系统计算
5）注射压力、锁模力和安装尺寸校核
4.模具结构设计
1）确定凹摸模板尺寸
2）选择模架并确定其它模具零件的主要参数
3）画装配图先手绘结构草图，经审阅后再画正式图
4）画零件图
5）编写技术文件。
包括说明书、模塑成型工艺卡和机械加工工艺过程卡。
四、模具设计的要求
要求有打印文件和电子文件格式。
应包含以下内容：
1、装配图装配图应包含主视图、俯视图、制件图等等。
（1）主视图：
按模具正对操作者方向绘制，采取剖视画法，一般按模具闭合状态绘制。
上、下模之间有一完成的制件，塑料制件及流道剖面画网格后再涂红。
（2）俯视图：
俯视图应反映模具的平面布置、浇注系统、冷却系统以及模具的轮廓形状等。
可以左半部分画下模的半视图，右半部分保留上模的半视图。
俯视图上应用双点划线画出排样图和俯视图。
1）制件图：
制件图画在装配图的右下角，注明制件的材料、规格、及制件尺寸、公差等。
位置不够可另一页绘出。
2）标题栏和零件明细栏：
标题栏和明细表布置在装配图右下方，包括零件编号、名称、数量、材料、热处理、标准件代号及规格（如螺钉：
GB/70-85M5×30）、备注等内容。
所有零件应详细写在明细表中。
3）尺寸标注：
装配图上标明必要的尺寸，如闭合尺寸、模架外形尺寸、模柄直径
4）技术要求：
技术要求布置在下方。
包括①凸凹模刃口间隙；②模具闭合高度；③模具特殊要求；④国家标准、行业标准或企业标准。
2、模具零件图：
要求将所有非标准零件出图，对需要加工的标准件也应出图。
注明全部尺寸、配合公差、形位公差、表面粗糙度、材料、热处理、其它技术要求。
其中热处理和其余粗糙度标图纸右上方，其它技术要求注图纸下方。
3、模塑成型工艺卡：
以工序为单位，说明加工工艺过程的工艺文件，包括①制件材料、规格、重量；②制件简图或工序件简图；③制件主要尺寸；④各工序的设备和工装；⑤检验及工具、时间定额。
4、工作零件机械加工工艺过程卡：
填写所有零件机械加工工艺过程卡，包括零件经过的车间、各工序名称、工序内容及使用的设备和工装，绘制工序图。
5、设计说明书：
要求阐明自己的设计观点、方案优劣、依据和过程。
内容有：
1）目录
2）设计任务书及产品图
3）序言
4）制件的工艺性分析
5）模塑工艺方案的制定
6）模具结构形式的论证及确定
7）注射量、浇注系统设计计算
8）注射（挤压）力、温度、速度、锁模力计算等
9）模塑成型设备的选择及设备工作能力、安装尺寸校核
10）模具零件设计及必要的计算
11）模具工作零件的尺寸和公差值的计算
12）其他需要说明的问题
13）主要参考文献目录
说明书中应附有模具结构简图，参数及所用公式应注明出处，并说明公司中各符号代表的意义和单位。
文献目录应包括：
书名、作者、出版社、出版年份。
在说明书中引用资料时注明其序号和页数。
五.设计课题
骨架
1塑件工艺分析
如图所示，塑件选择，材料为ABS，收缩率为0.3%～0.8%，点划线所示区域为制品在使用时的可见部位，生产批量20万件。
1.1塑件材料的分析
由于塑件外壳较小，生产中常用ABS材料生产。
ABS塑料，化学名称，丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物，ABS是五大合成树脂之一，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树脂是目前产量较大，利用最广大的聚合物它将PS、SAN、BS的各种性能有机的统一起来，兼具韧、硬、刚相优良的力学性能。
ABS是丙烯腈、丁二烯和笨乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。
在此我们选用ABS材料的原因正式在于它具有较好的冲击力，硬度较高，耐磨，流动力好，不易变形等特点。
总结：
ABS在升温时粘度增高，成型压力较高，所以塑件上的脱模斜度较大，ABS易吸水，成型前进行干燥处理和调适，模具设计时注意减少浇注系统对料流的阻力，模具温度控制在50~60度，在酮、醛、酯、氯代烃中会成型后应进行调湿处理。
1.1.1一般性能：
ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。
ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。
ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS的氧化指数为18~20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。
1.1.2力学性能：
ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低温度下使用，ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。
ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性
能受温度的影响较大。
1.1.3热学性能：
ABS的热变形温度为93~118度，制品经退火处理后还可以提高10度左右。
ABS在-40度时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100度范围内使用。
1.1.4电学性能：
ABS的绝缘性比较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。
1.1.5环境性能：
ABS不受水、五机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，手笨乙酸，植物油等侵蚀会产生应力开裂。
ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生将解；于户外半年后，冲击强度下降一半。
1.1.6ABS塑料的加工性能
ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。
ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PH及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体黏度与加工温度和剪切速率都有关系，但剪切速率更为敏感。
ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。
ABS的吸水率较高。
加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为温度80~85度，时间2~4小时；对特殊要求的制品（如电镀0的干燥条件为70~80度，时间18
小时。
ABS制品在加工中易产生内应力，应力的大可通过浸入苯
乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进干燥箱内
2~4小时，再冷却至室稳即可。
（1）该塑件尺寸较小，一般精度等级为降低成本费用，采用一模多腔，并不对制品进行后加工。
（2）为满足制品光亮的要求与提高成型效率采用点浇口。
（3）为了方便加工和热处理，行腔与型心采用摒镶结构。
1.2注塑工艺规程编制
1.2.1注塑工艺过程概述
整个模具的注塑过程包括：
模具合拢、模具锁紧、模腔填充、塑件保压、模具冷却、模具分开、产品脱模和注塑延时。
1.模具合拢：
注射机的锁模系统将模具合上。
锁模系统一般系用直接油压式或油压机械锁链式两种。
2.模具锁紧：
当模具合拢后注塑机的锁模系统将所需的锁模力作用在模具上，使模腔在填充过程中，高压的塑件不会将模具涨开。
3.模具温度：
在注塑过程中，模具的温度对塑件的质量影响也很大。
一般来说，刚开始注塑时，模具温度太低，不利于产品的成型。
实践证明，当模具温度提高时，塑件的无收缩量会增加，但若能配合好注射的压力或
射速，仍可生产出尺寸稳定的制品，因为模温的提高有利于熔融塑胶的填充，但相应会增加注塑周期时间，模具温度的控制主要通过模具冷却系统中冷却液的温度和冷却液的流量来实现，还可采用冷却机或
模温机加以控制。
4.压力油的温度
导致模具填充变化的因素之一是注塑机的性能参数，所以注塑机的操作油温一般都是在40摄氏度～50摄氏度，主要通过注塑机的冷却系统控制，有些注塑机没有油温控制装置，可以在生产前预先把油温升到合适的温度，如果在注塑过程中，油温过高，则压力明显降低，严重影响产品的质量。
5.锁模力：
模具在设计时，有了锁模力的设计值。
在注塑前，必须在注塑机上调置好锁模力。
对于不同的模具，锁模力的大小是不同的。
在调置锁模力时，并非锁模力越大越好，而是要结合模具和注塑机的大小，以及摸具和产品的设计形式来考虑。
从经济和技术上分析，锁模力的数值应该是越小越好，但必须满足产品注塑的需要。
例如，在锁模力较低的情况下，可以减少注塑机和模具的磨损程度，减少能源消耗和维修费用。
较小的锁模力可以用以下方法：
先将注塑机调至模具所能承受的最大锁模力病生产出产品，然后以5t的差额逐渐降低锁模力再生产，测量出每种锁模力下的成品重量，画出曲线图，找出最佳的锁模力参数。
6.模具填充速度和压力
模具填充速度是熔料被注进模腔的线性速度，在注塑的填充阶段必须控制好熔料的射速以达到产品的最佳性能。
注射速度的设定应在产品设计时完成，在产品壁厚设计和塑料特性允许的情况下应设计较快的射速。
通常来说，薄壁注塑件需要快的注射速度以确保填充饱满；
而壁厚注件则需要慢的射速以防止空穴的形成。
但是过快的射速容易使原料过热。
当塑件浇口或排气不好时，熔料以调速注射经过浇口，熔料内产生很大的剪切应力，使熔料结合模腔内难排出的空气，甚至产生燃烧而碳化变黑。
而射速过慢产品会出现填充不满等缺陷。
在实际生产中，无论使用什么数值的注射速度，都应尽可能在一个较大的范围内，以便于生产。
根据不同经验术员，同一产品的注射速度不相同。
但是，可采用分段注塑，在填充阶段以不同的速度将熔料注入模腔，这样往往可以避免塑件的外现缺陷。
如蛇纹、飞边、毛刺、燃烧等现象。
并用控制熔料的分段射速还可以影响产品的分子排列和内应力的大小，甚至提高生产速率和效率。
为了确保注塑机的注射速度达到及保持所要求的数值，要求注射压力足够。
若注射压力太低，熔料进入模具时，所产生的阻力使注射速度不能达到设置的数值。
因此，在设定注射压力时，其数值应比熔料所产生的阻力高1.5MPa，熔料进入模具时所产生的阻力使注射速度不能达到设置的数值，可从注塑机缸的压力表中得知。
过低的注射压力使注射周期时间产生变化。
因此，若设置好注射力和速度，注射周期的时间变化不会吃哦啊过0.8s。
7.保压压力及保压时间
保压压力是指模腔刚被注满时所采用的压力。
他的作用是指模腔内熔料能在受压的情况下冷却定形。
这样，产品的外观发展尺寸公差才可得到保证，塑件的最后定形，很大程度取决于保压的压力大小和保压时间长短。
在一般注塑时，模腔填充到95%～98%时，转为保压阶段。
当模腔填充不足90%时就提前进入保压阶段，这时的保压压力，除了要负责把模具填满外还需要把熔料压实一边获得合格的产品。
这使得塑件在注塑的后期，其重量和尺寸的大小等受保压压力影响很大，不容易稳定。
若在模腔填充到95%～98%时转入保压阶段，这样大大减小了保压的压力值。
对一般塑件生产来说，保压压力是注射压力的25%～65%。
在实际生产中，某些特殊产品，如薄壁产品，精密度高的齿轮注件，PMMA树脂厚壁产品，保压压力可达注射90%以上，甚至高出注射压力。
又如某些容易产生毛刺、飞边的产品，保压阶段可用极低射速和超出注射压力的高保压力同时作用来避免产品的毛刺问题。
保压作用使得塑件在该时间内注满模腔，并使塑件更充实，尺寸稳定。
一般保压时间不应过长，能充分压实塑件就可以了。
所以保压时间和注件壁厚、射胶速度、浇口设计、熔料温度以及模具温度有关，注件越厚，熔胶温度以及模具温度越高，相对保压时间越长。
保压时间的最终选定可以选用一下方法：
首先把保压时间设定为0，以差额为0.5s逐渐增加保压时间，病注塑塑件记录下每次注塑塑件的重量，画出曲线图，找出正确的保压时间参数。
8.螺杆转速的设定
当一次注射和保压完成后，螺杆开始旋转并后退。
新的塑料原料在此阶段落入到塑料缸内加热，并被螺杆均匀搅拌至前端。
塑料在此过程中，除受到加热系统加热外，其软化升温所需的热能，部分来自螺杆的转动，转动越快，温度越高。
虽然螺杆的旋转速度可以达到一个很高的数值，但实际生产中并不常采用高的螺杆旋转速度。
而应根据塑料的种类和注射塑料的实际需要调节。
螺杆的旋转速度显著影响注塑成型过程的稳定程度和作用在塑料上的热量。
当螺杆转速较高时，传送到塑料的摩擦能量提高了塑化效率，但同时增加了熔料温度的不均匀度，还有可能使熔料产生肩部过热现象。
相反，螺杆转速越低，熔料的温度越均匀，但是生产周期有可能延长。
9．螺杆后退
螺杆后退动作在螺杆旋转完成后生产，其主要作用是防止射嘴的熔料漏滴现象，避免使用节流阀的射嘴。
另外，对于一些塑料（如聚熔烃，PET等）螺杆后退的应用能改善注射过程的稳定性。
一般来说，需要螺杆后退时，数值在4—10mm范围内，但不是所有的塑料生产都需要该动作的。
10．背压
当螺杆转动时，受热塑化的塑料在螺杆作用下被向前推，经过止流阀而到达螺杆的前面。
由于熔料的想前推进，熔料也产生反作用力，作用在螺杆和止流阀上，使螺杆向后退，以便更多的熔料向前推进，这时，如设置背压就使得油缸有一定压力作用在螺杆上，提供了螺杆后退的阻力，背压越大，螺杆复往时间长，螺杆前端熔料产生的压力必须大于背端才可以使螺杆后退。
必须指出，不是所有的注塑生产都必须用背压的，但若是采用，即使塑料充分熔化及混合均匀，并有以下优点：
1）有利于熔料内挥发性气体排出。
2）使附加剂（如白粉，阻燃剂，增强剂等）和熔料混合更均匀。
3）使用塑化更均匀，以获得精确的成品控制，背压的调节不宜太
长，熔料要有适当的均匀性，能完成塑化并且没有气泡便可以了。
在实际操作中，可以上述工艺参数设定方法为基础并综合考虑各影响因数，确表产品的质量并降低生产成本。
塑料品种
结构特点
使用温度
化学稳定
ABS热塑性塑
线性结构非结晶型
小于70
较好，比较稳
性能特点：
成型性能好，机械加工性好，耐冲击性好，韧性和机构强度好，有一定的耐磨性，耐湿性，尺寸稳定性都好，但耐热性较差，吸水性较大，价格较便宜，要求表面光泽的塑件应长时间预热干燥。
1.2.2型腔数目的确定
最经济数目的确定，实质上是注塑件生产成本懂得经济核算，但在注塑设计初始方案阶段，由于浇注系统等技术参数尚不可知，下述型腔数的确定是一种估算的预测方法，一些参数要凭经验来假定，在模具设计完成后，可根据这个方法再细化，进行生产成本和每个塑件成本的核算。
影响最经济型腔的因素，有技术参数和经济指标两个方面技术参数有锁模力，最小和最大注塑量，塑化能力，模板尺寸的和流速参数，这里只考虑注射机锁模力和最大注射量两个参数。
技术经济指标是从制品尺寸精度和经济效果考虑，对一模多腔整体嵌入式的注射模，影
响型腔的重要因素有如下四个：
1．注射剂锁模力
2.注射剂注射量
3.塑件精度
4.经济习惯的限制
在此考虑生产成本和模具复杂程度采用一模两腔。
1.2.3塑件体积计算
按塑件图所示尺寸进以计算。
1）塑件体积
Vs≈9.903cm3
2）塑件重量
查表6-1塑件ABS密度为1.02～1.05g/cm3（注射密度为1.05g/cm3）
单件塑件重量
ms=9.90
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