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罩壳注塑模具设计

湖南大学衡阳分校

毕业设计

题目罩壳设计说明书

专业

班级学号

学生姓名

指导教师

年月日

湖南大学衡阳分校课程设计

计算内容

说明

一、塑件工艺分析………………………………………………

（1）

二、模具结构的设计…………………………………………（4）

三、塑件尺寸分析………………………………………………（6）

四、分型面的选择………………………………………………（8）五、型腔数目的确定与排形式…………………………………（9）

六、浇注系统的设计……………………………………………（10）

七、注射机的选择与参数校核……………………………（16）

八、排气系统的设计…………………………………………（18）

九、成形零件的结构设计……………………………………（19）

十、导向机构的设计…………………………………………（23）

十一、脱模机构的设计………………………………………（24）

十二、冷却系统的设计与计算………………………………（27）

十三、设计小结…………………………………………………（28）

十四、参考文献…………………………………………………（29）

共28页第1页

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计算内容

说明

第一章塑料工艺分析

ABS：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

一、基本性能

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，优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。

适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件，专动零件和电信结构零件。

二、成形特性：

1．无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种

确定成形方法及成形条件。

2．吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应长时间干燥。

3．流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯，AS差，但是比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。

4．比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度在250℃左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件模具温度宜取50~60℃，要求光泽及耐热型塑件宜取60~80℃，注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为180~230℃，注射压力为100~140MPa，螺杆式注射机则取160~220℃，70~100MPa为宜。

ABS物理性能：

密度：

1.02~1.16g/cm3

比体积：

0.86~0.98cm3/g

吸水率：

0.2~0.4%

ABS热性能：

熔点：

130~160℃

熔融指数：

200℃负荷50N,喷嘴Φ2.09

0.41~0.82g/10min

维卡针入度；71~122℃

马丁耐热：

63℃

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说明

热变形温度：

90~108℃（45N/cm2）

83~103℃（180N/cm2）

线膨胀系数：

7.0ⅹ10-5/℃

计算收缩率；0.4~0.7%

比热容：

1470J/（kg.K）

燃烧性：

慢

热导率：

0.263W/（m.k）

ABS力学性能：

屈服强度：

50MPa

抗拉强度：

38MPa

断裂伸长率：

35%

拉伸强性模量：

1.8GPa

抗弯强度：

80MPa

弯曲弹性模量：

1.4GPa

抗压强度：

53MPa

抗剪强度：

24MPa

冲击韧度：

无缺口261k/Jm2

有缺口11k/Jm2

布氏硬度：

9.7HBS

ABS的成形条件：

注射成形机类型：

螺杆式

密度：

1.03~1.07g/cm3

计算收缩率：

0.3~0.8%

预热温度：

80~85oC

预热时间：

4h

料筒温度：

前段180~200oC

中段165~180oC

后段150~170oC

喷嘴温度：

170~180oC

模具温度：

50~80oC

注射压力：

60~100MPa

成形时间：

注射时间20~90S

高压时间0~5S

冷却时间20~120S

总周期50~220S

螺杆转速：

30r/min

适用注射机类型：

螺杆、柱塞均可

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说明

后处理：

方法红外线灯、烘箱

温度70℃

时间4h

说明：

该成形条件为加工通用级ABS料时所用，苯乙烯--丙烯腈共聚物（即AS）成形条件与上相似。

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说明

第二章模具结构的设计

注射模的结构由注射机的类型和塑件的复杂程度及模具内的型腔数目所决定。

在进行注射模设计时应考虑如下事项：

1.分析塑件结构及其技术要求

塑件的结构决定了模具结构的复杂程度，塑件的技术要求（如尺寸精度、表面粗糙度等）决定了模具制造及成型工艺的难易，因此对于不符合塑料注射成型特殊要求、不合理的结构形状等，应对塑件的设计进行改进。

2.了解注射机的技术规格

注射机的技术规格制约了模具的尺寸和所能成型塑件的范围。

3.了解塑料的加工性能和工艺性能。

主要有：

塑料的熔体流动行为，能达到的最大流动距离比；分析流道和型腔各处的流动阻力，模腔内原有空气的导出；塑料在模具内可能的结晶、取向及其导致的内应力；塑料的冷却收缩和补缩；塑料对模具温度的要求等。

4.考虑模具的结构与制造。

主要解决以下问题：

正确选择分型面和进料方式及型腔的排布；模腔的组成及模具零件的强度、刚度和模具型腔尺寸精度，如何保证塑件的尺寸精度和外观质量；采用何种脱模机构和抽芯或分型机构，将塑件取出模外；模具总体结构和零件形状应力求简单合理，容易加工制造；合理选择模具材料；模具的热量损耗，冷却水用量以及塑件生产效率等。

根据以上四点的设计事项考虑，我将注射模设计成多分型面模具。

与单分型面相比，在动模与定模之间增加了一个可移动的浇口板和定模座板与浇口板之间增加了一个凝料推板。

这样的设计可以将塑件和浇注系统凝料从两个不同的分型面自由脱落下来。

定距拉杆式多分型面注射模：

图2–1所示，开模时，第一分型面是在凹模与推料板之间的分模，即图示为A-A，它们之间的距离是由定拉杆为确定的，当它们停止下为时，就是推料板与定模座板之间的分模，即图示B-B，它们之间的行程是由定距拉杆来确定，这时的浇口、主流道、分流道中的凝料就会自动的脱落下来。

而最后分型的就是凹模与推件板，图示C-C，动模部分继续移动力时，在推杆的作用下，脱模板将塑件推离凸模。

而完成整个的脱模过成。

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图2–1模具结构图

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第三章塑件尺寸分析

图2–1塑件

塑件的工作条件对精度要求较高，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为4级精度。

得塑件的体积为：

V塑=4.72cm3

塑件的质量为：

W塑=V塑×r塑=4.96（g）

一．脱模斜度

为了便于塑件从型腔中脱出，或从塑件中抽出型心，塑件设计时必须考虑其内外壁面应有足够的脱模斜度。

最小脱模斜度与塑料性能、塑件几何形状有关。

查表各取型芯型腔的脱模斜度为1°。

脱模斜度的取向根据塑件的内外形尺寸而定：

塑件内孔，以型芯小端为准，尺寸符合图样要求，斜度由扩大方向取得；塑件外型，以型腔大端为准，尺寸符合图样要求，斜度由缩小方向取得，一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。

因开模后塑件要求留在型芯上，则塑件外表面的脱模斜度应大于内表面的脱模斜度。

二．塑件壁厚 

塑件壁厚受使用要求、塑料性能、塑件几何尺寸与形状以及成型工艺等众多因素的制约。

塑件各部壁厚应尽可能取均匀一致，切忌突变与截面厚薄悬殊的设计。

塑件壁厚一般在1～6mm范围内，常用值为2～3mm，现我所使用的塑件壁厚度为1.5mm。

所常用值范畴。

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三．塑件尺寸公差

像大多数加工过程一样，模塑成形的塑料制件将有一偏离公称尺寸的范围，通称为公差。

公差范围越窄，塑件尺寸精度越高。

精度的高低取决于成形过程所使用材料。

⒈影响塑件尺寸公差精度的因素甚多且十分的复杂，但主要有以下因素。

1材料的影响

2模具的因素的影响

3使用因素的影响

4设计因素的影响

5工艺因素的影响

2.塑件公差

影响塑件尺寸公差的因素极其复杂，这就给合理确定塑件公差带来困难。

通常借助于模塑件尺寸公差标准，作为确定其尺寸精度等级的依据。

我现根据SJ1372-78标准选择ABS塑件的精度等级为四级精度（一般精度）。

后根据SJ1372-78公差数值表，查得塑件尺寸的公差值，公差值如上图2–1所示。

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第四章分型面的选择

分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。

一副模具根据需在可能有一个或两相以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。

一．分型面的选择。

分型面的形式与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。

⑴便于塑件脱模

1在开模时尽量使塑件留在动模内。

2应有利于侧面分型和抽芯。

3应合理安排塑件在型腔中的方位。

⑵考虑和保证塑件的外观不遭损坏。

⑶尽量保证塑件尺寸的精度要求。

⑷有利于排气。

⑸尽量使模具加工主便。

根据塑件的结构我选择的分型面如图所示：

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第五章型腔数目的确定与排列形式

一．型腔数目的确定

为了使模具与注射机的行产能力相匹，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数目。

根据制品精度确定型腔数目。

根据经验，在模具中每增加一个型腔制品尺寸精度要降低4%。

设模具中的型腔数目为n，制品的基本尺寸为L（mm），塑件的尺寸公差为±δ，单型腔模具注塑生产时可能产生的尺寸误差为±△s%（ABS为±0.05%），则有塑件尺寸精度的表达式为：

L·△s+（N-1）L·△s·4%≤δ

简化后可得型腔数目为:

n≤（2500δ/△s·L）-24

对于高精度制品,由于多型腔模具难为使各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。

而我所制造的塑件精度等级为4级精度，是高精度的塑件，根据高精度塑件推荐型腔数目不超过4个的原则，最终确定型腔数目为一模四腔。

二．确定型腔的排列

多型腔在模板上的排列形式通常有圆形、H形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点：

⑴尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。

⑵型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。

⑶尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。

型腔的布置如下图所示：

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第六章浇注系统的设计

一．浇注系统的组成

普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图4-4所示。

图4—1浇注系统的组成

1-型芯2-推件板3-型腔板4-型腔5-推料板6-定模座板

7-浇口8-分流道9-主流道补套10-注流道

二．浇注系统各部件设计

1．主流道设计

主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度（图4-1），常用塑料主流道推荐值见（表

4-1）其主要设计要点力：

⑴主流道圆锥角a=2º～6º,对流动性关节的塑料可取3º～6º，内壁粗糙度R00.63μm。

⑵主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小煽动流转向过渡时的阻力。

⑶在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。

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说明

⑷对小型模具可将主流衬套与定位圈设计成整体式，如图4-2所示。

主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合。

⑸主流道衬套一般选用T8、T10制造，热处理强度为52～56HRC。

表4-1常用塑料的直浇口尺寸

塑件质量

m<85

85≤m＜340

m≥340

主流道直径（mm）

d

D

d

D

d

D

聚苯乙烯PE

2.5

4

3

6

3

8

聚乙烯PE

2.5

4

3

6

3

7

ABS

3

5

3

8

5

10

图4—2主流道衬套

L=45mmd=3mmD=d+（0.5~1）=3.5mmR1=10mm

R2=R1+（0.5+1）=10.5mmr=2mma=2°

2．冷料穴的设计

冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。

其作用就是存放料流前峰的“冷料”进入型腔而形成冷接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流大端直径。

冷料穴的形式有以下三种：

①与推件杆匹配的冷料穴。

②与拉料杆匹配的冷料穴。

③无拉料杆的冷料穴。

根据凝料的出模方式，我选择了无拉料杆的冷料穴，冷料穴开在动模板上。

脱模时靠凝料拉杆将主流道凝料拉出，当凝料被拉出来后，接着凝料被推料板

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说明

从主流道上推出来，从而完成凝料的脱料过程。

如图（4—3）所示。

图4—3无拉料杆冷料穴

1-冷料穴2-凹模板3-分流道4-推料板5-定模座板

6-凝料拉杆7-主流道衬套

3.分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道。

多型腔模具一定设置分流道。

大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分滚道。

⑴分流道的截面形状：

分流道的截面形状有圆形、梯形、U形和六角形等。

为了减少流道的压力损失和传热损失，希望流道的截面积大、表面积小。

因此可用流道截面积与其周长的比值来表示流道的效率。

各种截面的效率见图4–4。

其中圆形截面的效率最高（比表面小）。

由于四方形流道凝料脱模困难，六角形流道效率低（比表面大）而圆形截面流道在加工时面一般很难对准，所以生产中我采用了半圆形的分流道。

图4–4分流道的截面形状和效率

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说明

⑵分流的截面尺寸：

分流道截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。

对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径：

D=0.2654m½L¼

式中,m—流经分流道的塑料量（g）；

L—分流道长度（mm）；

D—分流道直径（mm）。

（此式计算的分流道直径限于3.2～9.5mm。

）

对于黏度较大的塑料，可按上式算得的D值再乘以1.2～1.25的系数。

常用塑料的分流道直径列于（表4—2）。

表4–2部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围

塑料的名称

分流道断面直径

（mm）

塑料名称

分流道断面直径

（mm）

ABS、AS

4.8～9.5

聚苯乙烯

3.5～10

聚乙烯

1.6～9.5

软聚氯乙烯

3.5～10

尼龙类

1.6～9.5

聚氨酯

6.5～8

聚甲醛

3.5～10

热塑性聚酯

3.5～8

丙烯酸塑料

8～10

聚苯醚

6.5～10

由表（4—2）可知道ABS的直径可取6mm

⑶分流道的布置：

分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。

分流道的布置形式分平衡式和非平衡式两种。

我根据塑件的布局方式，在分流道的布置中采用平衡式布置。

因为平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。

因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡地进料。

如（图4–5）所示为平衡式布置，这样的布置能达到最佳的热平衡。

图4–5分流道的平衡布置

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四．浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口以外），它是浇注系的关键部分。

浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。

浇口的主要作用是：

（1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；

（2）易于切除浇口凝料；（3）对于多型腔模具，用以平衡进料，；对于多浇口单型腔模具，用以控制熔接缝的位置。

浇口截面积通常为分流道截面积的0.03～0.09。

浇口截面形状有矩形和圆形两种。

浇口长度约为0.5～2mm。

浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。

1．根据以上浇口的作用，以及塑件的特点，我选择了点浇口。

点浇口又称橄榄形浇口或是菱形浇口，是一种截面尺寸特小的圆形浇口，浇口的特点是：

浇口位置限制小。

去除浇口后残留痕迹小，不影响塑件外观。

开模时浇口可自动拉断，有利于自动化操作。

浇口附近由补料造成的应力小，但对于薄壁塑件因剪切速率过高，收于分子高度定向而造成局部应力，甚至开裂。

为改善这一情况，在不影响使用前提下，可局部增加浇口处塑件壁厚，以圆弧过渡，压力损失大，模具必须采用三板式模具结构，导致模具结构复杂，并要采用顺序分模机构，但在无流模具中仍容易变形的塑件，应采用多点浇口，以减少翘曲变形。

它特别适用于表观粘度随剪切速率增大而明显降低的塑料。

点浇口的计算：

d=nKA¼=0.8×0.206×0.242½

a=10°

D1=D=ø6mm

L=1mm

《塑料模具技术手册》123页

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2．浇口的位置的选择：

浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口位置时，应注意以下几点：

①浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。

②浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。

③浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。

④浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。

如对圆筒类制品，采用中心浇口比侧浇口好。

5对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式以避免型芯受冲击变

形。

⑥浇口应设在不影响制品外观的部位。

⑦不要在制品中承受弯曲载荷或冲击载荷的部位设置浇口。

由以上几点，可以将浇口的位置设在了罩盖的上表面。

如图4–5所示。

图4–5浇口位置

初步估算浇注系统的体积，V浇=6~7cm3

其质量约为：

W浇=V浇×r塑=6.12~7.14g

S=（n×W塑+W浇）/0.8=25~26g

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第七章注射机的选用与参数校核

根据塑件的体积质量和型腔数目确定注射机的类型及技术参数为：

类型及型号：

SZ-60/40螺杆式注射机

理论注射容量：

60cm3

螺杆直径：

30

注射压力：

180Mpa

注射速率：

70g/s

塑化能力：

35g/s

螺杆转速：

0～200r/min

锁模力：

400KN

拉杆内间距：

220×300

开模行程250mm

最大模具厚度250mm

最小模具厚度150mm

模具拉孔直径Ø80mm

喷嘴球半径SR10mm

喷嘴口孔径Ø3mm

一．注射压力的校核：

该项工作是校核所选压力机的公称压力P公能否满足塑件成型时所需要的注射压力P。

塑件成型时所要的压力一般由塑料流动类型等因素决定，其中值一般在70～150MPa，具体可参考表5－1。

通常要求：

P公≥P。

表5－1部分塑料所需要的注射压力

塑料

注射条件

厚壁件（易流动）

中等壁厚件

难流动的薄壁件

聚乙烯

70～100

100～120

120～150

聚氯乙烯

100～120

120～150

>150

聚苯乙烯

80～100

100～120

120～150

ABS

80～110

100～130

130～150

聚甲醛

85～100

100～120

120～150

P。

=Pc/k

=30/0.25=120MPa∈（180MPa）

即P凸

二．锁模力的校核：

锁模力是注射机的锁模机构对模具所施的最大夹紧力，其注射机的额定锁模力必须大于该胀模力。

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即：

F锁≥F胀=A分×P型

A分=3600+1248=4848mm2

F锁≥F胀=A分×P型

=4848×35=189.7kN

通过计算模具的胀模力小于注射机的额定锁模力，所以锁模力适合技术要求。

即（F胀≤F锁）。

三．开模行程校核

开模行程是指从模具中取出塑件所需要的最小开合模距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。

开模行程与模具厚度无关。

对于多分型面注射模，如图5－1所示其开模行程为：

S机≥H=H1+H2+A1+A2+（5～10）

=28+23.5+5+52+35

=143.5mm

1－动模2－推件板3－凹模板4－推料板5－定模座板

图5－1多分型面模具分行程

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第八章排气系统的设计

在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑料熔接不良而引起缺陷。

注射的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配