电风扇旋钮注塑模具设计.docx

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电风扇旋钮注塑模具设计

摘要

通过对该旋钮零件工艺的正确分析，设计了一副一模两腔的塑料模具。

详细地叙述了模具成型零件包括前模板、前模仁、后模板、后模仁、后模镶件、斜导柱、滑块等的设计与加工工艺过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，推出机构与浇注系统以及其它结构的设计过程，并对试模与产品缺陷作了介绍。

关键词：

毕业设计；一模两腔；塑料模具

ABSTRACT

Throughtothisaxisclasscomponentscraftcorrectanalysis,hasdesignedmoldfourcavityplasticmolds.Narratedthemoldformationcomponentsindetailafterthefronttemplate,thecovermoldkernel,thetemplate,themoldkernel,themoldhasinlaid,theslantingguidepillar,theslideandsoonthedesignandtheprocessingtechnologicalprocess,theimportantcomponentscraftparameterchoiceandthecomputation,promotedtheorganizationandthecastingsystemaswellasotherstructuredesignprocess,andhasmadetheintroductiontotheexperimentalmoldandtheproductflaw.

Keyword:

Graduationproject;Moldtwocavities;Plasticmold

1塑件设计说明

此次毕业设计是电风扇旋扭，它所要达到的要求：

要能耐高温，绝缘性要好，耐气候性强，刚性，韧性佳，通过对产品的各种性能分析，选用材料为ABS，该塑件的厚度为1mm,公差等级为IT5级。

它是用来调节风速和定时的，能够满足人们的热天对风力和吹风长短要求，同时也起到美观的作用。

设计要求：

根据工件的实际形状与尺寸，设计一副注塑模把它生产出来，要求它的外表面比较光滑即表面粗糙度要求高。

通过对塑件外部造型、工艺结构的设计、对塑件进行计算仿真和生产验证，也通过对分模线、塑件的壁厚、圆角、塑件的尺寸精度、脱模斜度进行了综合的考虑，工件的尺寸和形状如下图1:

图1工件结构尺寸

2塑件的工艺分析

ABS塑料是由丙烯、丁二烯、苯乙共聚而成。

ABS具有良好的综合力学性能，ABS成型塑件时有较好的光泽。

其密度为1.02～1.05g/cm3.ABS还有很好的冲击强度。

ABS在升温时粘度增高。

所以成型时压力增高。

塑件的脱模角度宜稍大。

ABS还易吸水，所以为了得到较好的塑件，在加工之前，还必须把它进行干燥处理。

要求塑件精度较高时，可以控制模温在50~600C左右，热水器的盖要求它的外表面光泽，应控制模温在60~800C左右。

ABS塑料的收缩率为0.3%~0.8%，塑料的收缩率对塑件的质量和形状是一个很重要的参数。

取其制品精度IT5级，要得到良好的塑件，不但要控制好塑料的收缩率，而且还要对模具质量也很重要，一副较好的模具，模具加工容易，寿命较高，而且对产品的质量得到很好的保证。

该工件是属于薄壁塑件，且过渡角也不是很大，所以模具的型腔和型芯加工是比较难的。

此塑件算是小型塑件，所以模架也不算大，并且精度也不是要求特别的高，所以采用一模多腔，这样对提高生产效率是很有利的。

3注塑模的设计要点

ABS塑料它是属于热塑性塑料，该产品是通过注塑成型的。

它的原理是将颗粒或粉状塑料从注塑机的料中送进加热器中，经加热熔化，在受压的情况下，把它注到成型的型腔中，再冷却成型。

注塑成型它的周期短，能成型复杂的、尺寸精确的制件。

它的成型工艺过程包括如下：

成型前的准备，注塑过程，塑件后处理。

由于ABS料它是属于易湿的塑料，所以在加工前要把它进行充分的干燥。

注塑过程它是一个比较关键的进程，各个步骤都要控制好，这对塑件的质量和形状起着至关重要的作用。

注塑成型的核心问题是：

就是采用措施得到良好的塑料熔体，并把它注塑到型腔中去，在控温下，使塑件达到所求的质量。

温度、注塑压力、时间是其关键的工艺参数。

注塑模按结构分为单分型、双分型和多分型面，此塑件是采用侧浇口工件较简单，因此采用单分型面的模具，又因为该工件属于薄壁塑件，当采用推杆，会把塑件容易顶坏。

所以该工件采用推件板推出，容易保证塑件的质量。

注塑模包括：

成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统、支承零部件。

只有处理好各个环节的制约关系，才能设计出一副较好的模具出来，一副模具设计出来，把它装在注塑机上，还要通过校核，才能投入生产。

因此注塑模与注塑机的关系也是至关重要。

4注塑模的设计

4.1成型零件的设计

成型零件是决定塑件的几何尺寸和形状的关键。

成型零件它直接与高温、高压的塑料流接触，因此成型零件要求具有较高的强度、刚度和耐磨性能。

成型零部件，它包括：

型腔、型芯、成型杆、和成型环等。

该产品是IT5级精度制造的，产品外表面要求比较光滑，因此要求成型零件的抛光性能要好，表面应该光滑美观。

表面粗糙度要求Ra0.4以下。

型腔的材料选45钢。

淬火处理，使其达到硬度40HRC以上。

4.1.1型腔结构设计

件结构比较简单，但要求其精度也要较高，要求其塑件不充许产生拼接线痕迹，经过仔细的参考，该型腔采用整体式较为合理。

其结构和尺寸如下图2所示：

图2型腔结构

查阅资料可得塑件的理想的外壁圆角半径为塑件的壁厚的1.5倍。

即R=1.5Xt,即R=1.5mm,该型腔的加工，先下料一块为400X400X40mm的45号钢，然后在磨床上进行磨削，使其达到应有的光洁度，然后热处理，使其达到硬度达到40HRC以上。

成型的型腔可以在电火花机上加工得到所要的尺寸和精度，最后通过精磨和抛光，得到所要的型腔。

4.1.2型腔尺寸计算

尺寸就是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺寸。

它主要包括型腔的径向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。

它受到塑件的尺寸精度的影响。

型腔的计算公式如下：

型腔的径向尺寸计算（LM）0δz=[（1+Scp）Ls-3/4△]0δz

（1）

=[（1+0.55/100）x52-3/4x0.013]0δz

=[52.286-0.00975]0δz

=[52.2765]0δz。

（L）0δz=[（1+Scp）Ls-3/4△]0δz

=[（1+0.55/100）x15-0.75x0.008]0δz

=[15.0765]0δz

其中LM是型腔的径向尺寸，Scp是塑料的平均收缩率，△是塑件的公差值。

查表得ABS塑料的最小收缩率为0.3%，最大的收缩率为0.8%，由公式得Scp=（0.3%+0.8%）/2得Scp为0.55，至于塑件的精度，在此到△的系数为0.75，当塑件的精度不同时会有变化。

型腔的深度尺寸计算：

（HM）0δz=[（1+Scp）Hs-2/3△]0δz

（2）

=[（1+0.55/100）x26-0.009x2/3]0δz

=[26.143-0.006]0δz

=[26.136]0δz

其中HM为型腔的深度尺寸，△的系数取2/3。

塑件的字体是通过在型腔上做相反的字，它的深度为0.3mm,它是通过金雕工艺，把它雕到上的，因此在这里不详细说明是怎么样生产出来的。

4.1.3型芯的结构设计

型芯是成型塑件的内表面的的零件。

此塑件它有两个小孔，它是用小型芯来成型，主型是用来成型塑件的内壁，塑件的内表面精度要求要稍微低一些，因此型芯的加工可以稍稍粗糙点。

该芯采用整体式，它结构牢固，它固定在动模固定板上。

：

其工件角度都是通过核算而得到的。

型芯选45钢，淬火处理，使其硬度达到40HRC以上，以保证其硬度，不使它在加工时，变弯、变软。

它的加工过程是，先取一段φ60x40的一块圆棒料，开始在车床上车削，然后进行热处理，再进行电火花加工，使其达到所要求的形状和尺寸，最后进行磨和抛光。

型芯的尺寸计算：

型芯的径向尺寸：

（LM）-δz0=[（1+Scp）Ls+3/4△]-δz0（3）

=[（1+0.55）x50+0.75x0.011]-δz0

=[50.2835]-δz0

（LM）-δz0=[（1+Scp）Ls+3/4△]-δz0（4）=[（1+0.55/100）x13+0.75x0.008）]-δz0

=[13.0775]-δz0

其上面字母所表示的意义和型芯的字母是一样的。

型芯的高度尺寸计算如下：

（HM）=[（1+Scp）Hs+2/3△]-δz0（5）

=[（1+0.55/100）25+2/3x0.006]-δz0

=[25.1425]-δz0

塑件中心距的尺寸计算：

（LM）-δz0=（1+Scp）Ls±δ/2（6）

则（LM）-δz0=（1+0.55/100）x26±δ/2

塑件理想的内角圆半径应为塑件壁厚的1/3以上。

所以取内角圆半径为0.5mm.

型腔由于受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度。

如果型腔侧壁和厚度过小，则会引起溢料和出现飞边，这样就降低了塑件的精度，严重时还会影响脱模。

因此还要计算侧壁和底板的厚度。

模具型腔的壁厚的计算，应以最大的压力为准。

此塑件是属于小尺寸塑件，为了防止其弹性变形，其内应力超过许用应力，强度不足是主要原因，因此应以强度计算。

这个零件可以近似看作圆形件。

型腔侧壁的计算如下：

S=r{{（[σ]/（[σ]-2P））}1/2}（7）

S是侧壁厚度。

P是型腔压力，[σ]模具材料的许用应力。

r型腔半径。

经算得，图中型腔的壁厚已经足够。

型腔的厚度计算公式如下：

h=1.1rx（p/[σ]）1/2（8）

其中：

h型腔的高度，r型腔的半径。

经算得15mm已经满足要求了。

型腔动模支承板的厚度的计算。

因为该型腔是采用整体式型腔，动模垫块厚度的选择显得较为自由。

S=3.14xR2（9）

则S=3.14x26x26==21.22cm2

由教材上的书161页的表5-18查得垫块为20~25mm.本副模具选厚度为25mm.

4.2导向机构设计

导向机构是保证动模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。

本副模具是采用导柱、导套导向。

导向机构它起到的作用有：

定位作用、导向作用、承载作用、保持运动平稳的作用。

导柱导向通常是由导柱和导套的间隙配合而组成的。

导柱分带头导柱和有肩导柱。

因为该产品是成批量的生产，导柱经常运动，容易磨损，所以采用导套，这样导套坏了，可以随时更换。

小型模具采用带头导柱。

导柱的技术要求包括：

导柱的长度、形状、材料、数量及布置。

此副模具把导柱设在动模一侧，这样有利于推杆的运动。

导柱固定端与模板之间采用H7/m6，而导柱与导套采用H7/f7的间隙配合。

导套也分直导套和芾头导套。

其用法与导柱的用法一样。

导套的技术要求的技术要求包括：

导套的形状、导套的材料、及固定形式及配合精度。

导套采用H7/r6配合镶入模板。

导柱结构和尺寸如下图3示：

图3导柱结构尺寸

取导柱的长度为100mm,导柱的材料选T8A,导柱的前端做成锥台形，这样是为了导柱顺利进入导套，导柱固定端粗糙度Ra为0.8，导向部分Ra为0.4该导柱的布置采用等直径导柱对称分布，但是为了在合模时要注意。

导套采用直导套，这样简单易制作，而且也适用。

其结构和形状如图4示：

图4导套结构尺寸

导套的前端倒圆角，是为了让导柱顺利进入导套。

材料通常也采用T8A，热处理，使其硬度达到一定硬度，以利于耐磨。

粗糙度为Ra为0.8，固定采用H7/r6配合镶入模板。

4.3推出机构的设计

使塑件从成型零件上脱出的机构称之为推出机构。

本副模具是通过注塑机的合模机构，把力传给推板，然后通过通过固定板，再通过推杆，最后传给推件板，把塑件推出的。

推出零件常分为推件板、推杆、推管、成型推杆等。

此副模具所设计的塑件是属于薄壁塑件，而且在推出时不允许有推出痕迹，所以该模具采用推件板推出，这样有利于保证塑件的精度。

此模具的设计也要满足一般推出机构的设计原则：

塑件滞于动模一侧，这样有利于设计推出推出机构，以致于使模具结构简单、防止塑件变形、力求良好的塑个外观、结构可靠、脱模时工作可靠，运动平稳，制造方便，更换容易。

4.3.1脱模力的计算

其计算公式如下：

Ft=Fb（10）

Fb=AP

=3500x10-9x3x107

=105N

其中Ft是脱模力，Fb是塑件对型芯的包紧力，P为塑件对型芯的单位面积的包紧力。

模外冷却取P约为2.4~3.9x107Pa,模内冷却约取0.8x1.2x107Pa,由此式可以得到，当塑件越大，对型芯的包紧面也越大，因此脱模力也越大，在模内脱出所需的脱模力要少于模外脱出的脱模力。

但模内脱模容易使塑件容易变形，因此该模选用模外脱模。

此副模具采用简单推出机构。

它需要设计推杆、推件板、推杆固定板、推板等的设计。

4.3.2推杆的设计

此模具由于塑件是圆形件，各处的脱模力是一样的，为了各处平衡，设计推杆时应均匀布置推杆。

这样使系统就显得比较平衡了，增加了推杆的寿命。

推杆的直径的设计，其尺寸和结构如下图5

图5推杆尺寸

推杆在推推件板时，应具有足够的刚性，以承受推出力，条件充许的话，尽可以把推杆的直径设得大一点。

经过仔细的推算，选推杆的直径为10，为了保持推杆在工作时具有一定的稳定性，把它进行校核。

由公式:

直径d=φ（L2Q/nE）1/4（11）

=1.5（1202105/4x2.2x105）<10

取直径为10mm,已经足够了。

进行强度校核：

σ=4Q/nx3.14d2≤σs（12）

=4x105/4x3.14x102

=410/1256<σs

说明它的强度是满足的。

其中d是推杆直径，φ是安全系数，通常取1.5，L是推杆长度，Q是脱模阻力，E弹性模量，n是推杆的根数，σs是推杆的屈服极限，推杆的材料选用T8A，淬火处理。

推杆的固定形式，推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7r的间隙配合。

推杆的工作端面的配合部分的表面粗糙度Ra为0.8。

4.3.3推件板的设计

推件板的由一块与型芯按一定的配合精度相配合的模板，它是在塑件的周边端面上进行推出，因此，作用面积大，推出力大，且均匀，运动平稳，并且在塑件上没有推出痕迹。

推件应与型芯呈锥面配合，这样可以降低运动磨擦，推件板与型芯的配合，以不产生溢料为准，否则推件板复位困难，并且有可能造成模具损坏。

推件板复位后，推板与动模座板之间应有2~3mm的空隙。

推件板的厚度计算：

对于筒形或圆形，推件板受力状况可以简化为“圆环形平板周界到集中的载荷。

”按强度计算可得厚度为：

h=（K2Q/[σ]）1/2（13）

=（0.1x105/220）1/2<20mm

所以对推件板采用20mm，已经足够了。

其中h是推件板的厚度，K2是系数，Q是脱模阻力。

对于推件板，虽然推出的效果要比推杆好，但是当型芯和推件板的配合不好，则在塑件上会出现毛刺，而且塑件还有可能会滞在推件板上。

在推出过程中，由于推件板和型芯有磨擦，所以推件板也必须进行淬火处理，以提高其耐磨性。

推件板的材料选用T8A，淬火处理，使其硬度达到55~60HRC，提高其耐磨性。

此副模具是采用潜伏式浇口，开模时，塑件包在动模型芯上，并且随动模一起移动，所以它采用单分型面，这样当动模移动，潜伏浇口被切断，而分流道、浇口和主流道凝料在冷料井倒锥穴的作用下，拉出定模而随动模移动。

推杆固定板的设计，其结构和尺寸如图7

图7推杆固定板

推杆固定板它只要满足它的强度和刚度则就可以满足需要。

它的粗糙度要求可以比较低。

它是起到固定推杆的作用。

推板的设计主要从它的强度和刚度去考虑，只要满足了，则就可以了。

经核算推杆固定板和推板它们的厚度均为20mm,都采用T8A，淬火处理，使其硬度达到50~55HRC.

4.4系统与排溢系统的设计

浇注系统它是获得优良性能和理想外观的塑件以及最佳的成型效率有直接影响。

此塑件采用普通流道系统，它是主由流道、分流道、浇口、冷料穴组成的。

浇注系统是一副模具的重要的内容之一。

从总体来说，它的作用可以作如下归纳：

它是将来自注塑机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输教送到型腔，同时使型腔的气体能及时顺利排出，在塑件熔体填充凝固的过程中，将注塑压力有效地传递到型的各个部位，以获得形完整、内外在质量优良的塑件制件。

浇注系统的设计的一般原则：

了解塑件的成型性能和塑件熔料的流动特性。

采用尽量短的流程，以降低热量与压力损失。

浇注系统的设计应该有利于良好的排气，浇注系统应能顺利填充型腔。

便于修整浇口以保证塑件外观质量。

确保均匀进料。

4.4.1主流道的设计

主流道是浇注系统中从注塑机喷嘴与模具的部位开始，到分流道为止的塑件熔体的流通通道。

在注塑机上，主流道垂直分型面。

为了使凝料从其中顺利推出，需设计成圆锥形，锥角为20~60，表面粗糙度Ra<0.8μm,主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注塑机及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交替反复接触，属易损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆。

一般采用碳素工具钢即T8A、T10A等。

把它热处理到53~57HRC。

取主流道的球面半径为15.5mm.

4.4.2分流道的设计

分流道是指主流道末端与浇口之间的通道。

此副模具采用圆形的截面形状，对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，截面的直径可采用如下的的经验公式：

D=0.2654W1/2L1/4（14）

=0.2654x15x61/4

=1.6mm

其中D是分流道的直径，L是分流的长度，W是塑件的质量，此副模具选分流道的截面积为D=2mm,由于分流道与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料的熔体的流动状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra要求比较高，一般取1.6um左右。

分流道在分型面上的布置的形式，它必须遵循以下两方面的原则，即一方面排列紧凑，缩小模具板面的尺寸，一方面流程尽量短，锁模力力求平衡，该模具采用平衡式的分流道。

分流道的布置：

分流道的布置也根据型腔的位置而定，型腔位置确定要考虑模具在分型面上力的平平衡问题，它的要求是反作用力，以及锁模力就作用于主流道中心。

根据流体力学和热力学原理可知，圆形横截面流动阴力最小，热量损失小，熔体降温最慢，因此分流道选用圆柱形，设计是一模四穴平衡式布局，保证各型腔均匀地进料。

4.4.3浇口的设计

由塑料、橡胶成型模具设计手册中查得浇口的各尺寸如下:

b=（0.6～0.9）A1/2/30（15）

=0.6×55001/2/30

=1.4mm

t=（1/3）b==0.45mm

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。

它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。

其形状、大小及位置应根据塑件大小、形状、壁厚、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。

浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口，它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。

另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。

此副模具，开模时，浇口即被自动切断，流道凝料自动脱落，模具采用二板式的结构。

ABS具有良好的力学性能，它适用于采用侧浇式浇口，塑件从边缘进料，能够提高生产率，并去除浇口方便，有利于熔体流动和补缩口，有利于型腔内气体的排出，减少塑件熔接痕，增加熔接强度。

它在推出时，由于浇口及分流道成一定角度，形成了能切断浇口切口，这一切口所形成的剪切力可以将浇口自动切断。

浇口的位置的确定：

设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。

因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量的影响是很大的。

一般在选择浇口位置时，需要根据塑件的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分析。

一般要满足以下原则：

（1）尽量缩短流动距离。

（2）浇口应开设在塑件的壁厚。

（3）必须尽量减少或避免产生熔接痕。

（4）应有利于型腔中气体的排除。

（5）考虑分子定向的影响。

（6）避免产生喷射和蠕动。

（7）不在承受弯曲冲击载荷的部位设置浇口。

（8）浇口位置的选择应注意塑件的外观质量。

经过仔细的考虑，该塑件是等壁塑件，又为了不影响塑件的外观，该塑件采用侧浇口，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔。

而且还有利于气体的排除。

浇注系统的平衡：

该塑件是属于小型塑件，采用一模多腔，这样有利于提高生产效率。

但是在设计时是否能同时达到充满型腔的目的。

这就要对浇注系统的平衡。

若浇口平衡则可以得到良好的物理和较精度尺寸的塑件。

分流道的布置分平衡式和非平衡式。

平衡式是指从主流道到各分流道，其长度、截面形状和尺寸均对应相等。

非平衡式即上述的参数不相等。

浇口的平衡的经验公式如下：

BGV=AG/（LR）1/2LG（16）

其中：

AG浇口的截面面积；

LR从主流道中心至浇口的流动通道的长度；

LG浇口的长度；

此副模具是采用平衡式的，其上面的数据是一样的，所以浇口是平衡的。

为了更加精确得到浇口的平衡，可以采用以下公式：

k=s/（lXe1/2）（17）

=3.14x（2.5/2）2/（0.8Xe1/2）

由式得：

K1/K2=M1/M2=（s1l2e1/2）/（s2l1e1/2）

其中：

k是浇口平衡系数；S浇口的横截面面积；

L是浇口的长度，e是主流道至型腔浇品的距离；

分流的平衡的计算：

l1/l2=d1/d2=Q1/Q2（18）

=1.6/1.6=15/15

=1

由于采用是一模两腔的，且采取的是平衡式的浇口，所以分流道的长度、和分流道的截面积尺寸也是一样的。

上式的式子它没有考虑到分流道转弯部分阻力的影响，以及模具湿度不均匀的影响。

其中：

L1、L2是流道1和2的长度。

D1,d2是流道1和2的直径。

Q1、Q2别是塑料熔体在流道1和2的流量。

浇注系统的设计后，还要对浇口平衡进行试模。

其步骤如下：

（1）首先将各浇口的长度和厚度加工成对应相等的尺寸。

（2）试模后检查每个型腔的塑件的质量。

（3）将后充满的型腔的浇口的宽度略为修大一点，尽可能不改变浇口厚度，因为浇口厚度不一，则浇口冷凝封固时间也就不一样。

（4）用同样的工艺条件重复上述步骤直到满意为止。

4.4.4冷料穴的设计

用一个井穴将主流道延长以按收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔产生的井穴称为冷料穴。

冷料穴一般设计在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些。

深度约为直径的1~1.5倍。

冷料穴除了具有容纳冷料的作用外，同时还具有在开模时将主流道和分流道的冷料勾住，使其保留在动模一侧，便于脱模。

4.4.5排溢系统的设计

ABS料在熔化时，会产生气体，所以当塑料在充满型腔时及浇注系统内的空气，如果在型腔中不及时排除干净，可以会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等缺陷。

另一方面气体的受压产生反向压力而降低充模速度，还可能