电风扇上盖注塑成型模具设计.docx
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电风扇上盖注塑成型模具设计
摘要
光阴似梭，大学两年的学习一晃而过，为具体的检验这两年来的学习效果，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为闹钟后盖的注塑模具。
本次毕业设计课题来源于生活，应用广泛，但成型难度大，模具结构较为复杂，对模具学习人员是一个很好的考验。
它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
本次设计以注射闹钟后盖模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。
能很好的学习致用的效果。
在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。
把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。
在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、UG等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。
本次设计中得到了王老师的指点。
同时也非常感谢琴岛学院各位老师的精心教诲。
由于实际经验和理论技术有限，设计的错误和不足之处在所难免，希望各位老师批评指证。
关键词：
注塑模具、CAD、设计、装配
Abstract
Universityoftimelikeshuttle,handguns,andtwoyearsofstudyforaspecifictestofthelearningeffectinthepasttwoyears,comprehensivedetectiontheoryinthepracticalapplicationability,inadditiontotheusualtest,thetest,moreimportantistointegratetheorywithpractice,namelythedesignoftheprojectforthealarmclockbackcoverinjectionmold.
Thegraduationdesigntaskoriginatesfromlife,wideapplication,butmoldingdifficult,diestructureisrelativelycomplex,isagoodtestforthemouldstaff.Itcanstrengthentheunderstandingofplasticmoldingprinciple,andexerciseonplasticmoldingmolddesignandmanufacturingcapabilities.
Alarmclockbackcoverthisdesigntoinjectionmouldsasthemainline,basedontheanalysisofthemoldingprocess,moldstructuredesign,finallytomoldpartsprocessingmethods,moldallofthegeneralassemblyandaseriesofmoldproductionprocess.Canbeaverygoodlearningtool.Inthedesignofthemouldatthesametimesummarizesthegeneralmethodandstepsofmolddesign,moulddesignofcommonlyusedformula,data,diestructureandparts.Thepreviouslylearnedbasiccoursetointegratedapplicationofthedesign,theso-calledknowledge.Besidesusingtraditionalmethodsinthedesign,atthesametime,referencestheCAD,UGandothertechnology,theuseofOfficesoftware,makeseveryefforttodecreasethelaborintensity,improveworkefficiency.
Obtainedinthedesignofthekingoftheteacher'sadvice.Atthesametimealsothankyouverymuchjeanislandcollegeteacherscarefullytaught.
Becauseofpracticalexperienceandtheoreticaltechnologyco.,LTD.,thedesignerrorsandshortcomingisinevitable,hopeeverybodytheteachercriticismagainst.
Keywords:
Injectionmold,CADdesign,assembly
1绪论
模具是工业产品生产用的工艺装备，主要用于制造业。
它是和冲压、锻造、铸造成型机械，以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工用的成形机械相配套，作为成形工具来使用的。
模具属于精密机械产品，主要由机械零件和机构组成，包括成形工作零件（凸模与凹模）、导向零件（导柱与导套）、支承零件（模架）及定位零件等，以及送料机构、抽芯机构、推（顶）料（件）机构、检测与安全机构等。
为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短模具制造周期，模具多采用标注零、部件，所以模具属于标准化程度较高的产品。
一副中小型冲模或塑料注射模中，其标准零、部件可达90%，其工时节约率可达25%～45%。
1.1模具在加工工业中的地位
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。
对模具的全面要求是：
能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。
以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。
模具影响着制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
另外模具对制品的成本也有影响。
当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。
现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。
高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。
由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。
因此促进模具的不断向前发展。
1.2模具的发展趋势
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。
从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：
（1）加深理论研究
在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。
（2）高效率、自动化
大量采用各种高效率、自动化的模具结构。
高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。
（3）大型、超小型及高精度
由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。
4）革新模具制造工艺
在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。
（5）标准化
开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。
1.3设计在学习模具制造中的作用
通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。
毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。
2塑件的工艺分析
2.1塑件成型工艺分析
如图2.1所示：
图2.1模具零件图
闹钟后盖的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。
闹钟后盖的注塑材料首先选用ABS，闹钟的后盖绝大部分的决定了闹钟的重心的位置的所在。
所以我们必须很好多处理后盖壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。
由于闹钟后盖的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。
主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用双浇口，但应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给闹钟后盖的表面带来更多的熔接痕和气孔。
也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。
因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。
2.2闹钟后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数
通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。
对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。
和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2.1所示。
表2.1材料的性能和成型特性[4]
塑料品种
性能特点
成型特点
模具设计注意事项
使用温度
主要用途
ABS（非结晶型）
透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好
成型性能好，成型前需干燥，注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂
因流动性好，适宜用点浇口或侧浇口，但因热膨胀大，塑件中不宜有嵌件
小于70℃
应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等
有机玻璃（非结晶型）
透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂
流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高
合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解。
收缩率取0.35℅
小于80℃
透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等
聚碳酸酯（非结晶型）
透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯
耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好
尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度〉2•
小于130℃脆化温度为—100℃
在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等
本闹钟外壳外观颜色为白色，精度等级一般（4级精度），尺寸未注公差取5级精度。
制品底面平整，尺寸大小适中。
宜采用ABS塑料，ABS材料是线型结构，非结晶型，ABS材料常用于电器外壳、汽车仪表盘、日用品等。
ABS是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯组成。
ABS是三元共聚物，因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的材料ABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点。
此外，表面还可镀铬，成为塑料涂金属的一种常用材料。
另外，ABS与有机玻璃熔接性良好，用于制造双色成形塑件。
表2.2为ABS主要性能指标[5]。
2.2.1ABS塑料主要的性能指标：
表2.2ABS的性能指标
密度/g·cm-3
1.021
屈服强度/Mpa
50
比体积/cm3·g-1
0.8～60.98
拉伸强度/Mpa
38
吸水率（%）
0.2～0.4
拉伸弹性模量/Mpa
1.8×10
熔点/。
C
130～160
拉弯强度/Mpa
80
计算收缩率（%）
0.3～0.8
抗压强度/Mpa
53
容/J·（kg·C）
1470
弯曲弹性模量/Mpa
1.4×10
2.2.2ABS的注射成型工艺参数:
注塑机类型：
柱塞式
喷嘴形式：
通用式
料筒一区150——170
料筒二区180——190
料筒三区200——210
喷嘴温度180——190
模具温度50——70
注塑压60——100
保压40——60
注塑时间2——5
保压时间5——10
冷却时间5——15
周期15——30
后处理红外线烘箱温度（70）时间（0.3——1）
由为重要的是因为目前原油价格的下降，导致ABS的市场价格大幅度的下跌。
2.3零件结构分析
2.3.1收缩率
ABS的收缩率为0.3%～0.8%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为0.5%。
2.3.2零件壁厚
本产品的壁厚设置为1.0mm，是通过实际测量，根据零件的工作要求、摆放位置和ABS的化学和流动特性确定的。
2.3.3零件圆角
塑件在面与面之间都设计了圆角过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。
2.3.4拔模斜度
根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表面质量，脱模斜度设置为1
。
3注塑设备的选择
3.1估算塑件体积
估算塑件体积和质量：
该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为，计算其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。
使用UG软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。
因此估算塑件体积为9cm3。
浇注系统凝料按一个塑件体积的60%进行估算，则凝料体积V
=9×60%=5.4cm
。
两个塑件和浇注系统凝料总体积V
=9×2+5.4=23.4cm
3.2选择注射机
注射机按照合模装置和注射装置的相对位置进行分类可分为:
卧式注塑机、立式注塑机、角式注塑机。
注塑机的主要参数有公称注射量、注射压力、注射速度、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度、空循环时间等。
这些参数是设计、制造、购买和使用注塑机的主要依据：
（1）公称注塑量 指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力。
（2）注射压力 为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
（3）注射速率 为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。
（4）塑化能力是塑化装置在单位时间内所能塑化的物料量。
（5）锁模力是合模机构施与模具上的最大夹紧力。
锁模力的作用是与注射时模腔熔体的压力相平衡，保证在注射及保压操作时模具不被撑开。
设计模具时，应使成型塑件每次所需注射总量小于注射机的最大注射量，通常，要求注射成型时的总重量应是注射机最大注射量的80%以下。
根据计算得出的一次模具型腔的塑料总体积V
=9×2+5.4=23.4cm
，则有：
V
=23.4/0.8=29.25。
根据以上的计算，初步选定公称注射量为60
，注射机型号为XS-Y-60卧式注射机，主要技术参数见表2.3。
表3.2XS-Y-60注射机技术参数[6]
注
射
装
置
柱塞直径/mm
38
理论注射容量/cm
60
注射压力/Mpa
122
注射速率/（g.s-1）
110
塑化能力/（g·s）
45
锁
模
装
置
锁模力/KN
50
拉杆间距（H×V）/（mm×mm）
190×300
模板行程/mm
360
模具小厚度/mm
200
模具最大厚度/mm
300
定位孔直径/mm
100
喷嘴伸出量/mm
50
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴口孔径/mm
￠4
模板尺寸/mm
330×440
3.3模架的选定A2-200315-26-Z1
表3.3模板的尺寸、材料及热处理[14]
名称
尺寸
材料
规格
热处理
定模座板（
×
×
）
250×315×25
45钢
GB/T12556.1-1990
调质处理，硬度（230-270）HBS
定模板（
×
×
）
200×315×50
45钢
GB/T12556.1-1990
调质处理，硬度（230-270）HBS
推板（
×
×
）
118×315×20
45钢
GB/T12556.1-1990
调质处理，硬度（230-270）HBS
动模板（
×
×
）
200×315×30
45钢
GB/T12556.1-1990
调质处理，硬度（230-270）HBS
推杆固定板（
×
×
）
118×315×16
45钢
GB/T4169.8-1984
调质处理，硬度（230-270）HBS
动模垫板（
×
×
）
200×315×32
45钢
GB/T4169.8-1984
调质处理，硬度（230-270）HBS
图3.1模架视图
3.4最大注射压力的校核
闹钟后盖的原料为ABS，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为122MPa，所以注射压力符合要求。
3.4.1最大注塑量的校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。
所以选用的注塑机最大注塑量应满足：
0.8V机≥V塑＋V浇
式中V机————注塑机的最大注塑量，60cm3
V塑————塑件的体积，该产品V塑＝18cm3
V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝10.8cm3
故V机≥（18+10.8）cm3
3.4.2锁模力校核
A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=4049mm3
F锁————注塑机的额定锁模力。
故F锁＞pA=122Mpa×4049mm3
选定的注塑机的压力为500KN，满足要求。
3.4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
A模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
模具长×模具宽<拉杆面积
B模具闭合高度校核
Hmin————注塑机允许最小模厚=70mm
Hmax————注塑机允许最大模厚=200mm
H——————模具闭合高度=195mm故满足Hmax＞H＞Hmin。
（1）开模行程校核注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：
S机－（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）
因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。
故：
325＞68＋（5～10）
满足条件
4塑料件的工艺尺寸的计算
所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。
（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。
由于闹钟后盖须与前盖配合，所以只有闹钟后盖的边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有闹钟后盖与电池盖的配合，故需要计算相对于榫和铰链的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。
因ABS的成型收缩率为0.4～0.7%,所以平均收缩率取S=0.5%
4.1型腔的径向尺寸
（LM）0+δ=[（1+S）Ls-（0.5～0.75）△]0+δ=[1.008×Ls-0.75△]0+δ
其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。
塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δz为模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：
（一）、Ls=80mm.经计算得：
LM=79.440+0.32mm;
（二）、Ls=1mm.经计算得：
LM=0.79550+0.07mm;
（三）、Ls=5.5mm.经计算得：
LM=5.3250+0.085mm;
（四）、Ls=1.8mm.经计算得：
LM=1.5990+0.07mm;
（五）、Ls=10mm.经计算得：
LM=9.780+0.1mm;
（六）、Ls=7mm.经计算得：
LM=6.750+0.1mm;
（七）、Ls=2mm.经计算得：
LM=1.8060+0.07mm;
（八）、Ls=3mm.经计算得：
LM=2.8140+0.07mm;
（九）、Ls=4mm.经计算得：
LM=3.7770+0.085mm;
（十）、Ls=6mm.经计算得：
LM=5.7930+0.085mm;
（十一）、Ls=8mm.经计算得：
LM=7.7640+0.0.1mm;
（十二）、Ls=16mm.经计算得：
LM=15.7230+0.14mm;
（十三）、Ls=12mm.经计算得：
LM=11.7960+0.01mm
4.2[型芯的计算]
4.2.1芯径向尺寸的计算：
LM=[（1+S）Ls+3/4△]
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