电动车充电器外壳注塑模具毕业设计.docx
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电动车充电器外壳注塑模具毕业设计
毕业设计说明书
题目：
电动车注塑注塑模模具设计
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摘要
本文主要介绍的是电动车充电器外壳注塑模具的设计方法。
首先分析了电动车充电器外壳制件的工艺特点，包括材料性能、成型特性与条件、结构工艺性等，并选择了成型设备。
接着介绍了电动车充电器外壳注塑模的分型面的选择、型腔数目的确定及布置，重点介绍了浇注系统、成型零件、合模导向机构、脱模机构以及冷却系统的设计。
接着选择标准注塑模模架和模具材料，校核了注射机的相关工艺参数。
最后对模具的工作原理进行阐述，以及在安装调试过程中可能出现的问题进行总结、分析，并给出了相应的解决方法。
本文论述的电动车充电器外壳注塑模具采用二板式结构，采用一模一腔的型腔布置，最后利用推杆将制件推出。
关键词：
充电器外壳，注塑模，浇注系统，脱模机构
ABSTRACT
Thistopicmainlyexplaintheinjectionmolddesignprocessaboutelectriccarchargershell.First,theauthoranalyzedthetechnologicalcharacteristicsofchargershellparts,ofwhichmainlyincludingit’smaterial,formingcharacteristicsandconditions,theprocessofthestructure,whatismore,theformingequipmentandthepartinglineareselected,thenumberofcavitiesisdetermined.thistopiclaidonemphasisongatingsystem,coolingsystem,Moldingparts,Steeringmechanism,mouldingmechanismandspacerpartinginstitutions.InadditionthestandardmouldbasesandMouldmaterialsareselected.andthetechnologicalparametersoftheformingequipmentischecked.Finally,problemsthatmayemergeduringthemoldinstallationprocessareanalysedandtheappropriatesolutionsareprovided.
Platemoldisusedonthedesignofchargershell,thereareonecavitiesinthismould,finallyapushrodisusedtopushoffthechargershells.
Keywords:
chargershell，Injectionmold，Gatingsystem，Demouldingmechanism
第1章引言
模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。
模具生产水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。
振兴和发展我国模具工业，正日益受到人们的关注。
功能设计时要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标。
本次设计的课题是电动车充电器外壳的注塑成型模具设计，主要设计程序是：
分析原始资料，进行塑件工艺性分析，确定模具的结构方案，进行模具设计的相关计算、绘制结构草图、绘制模具总装配和非标准零件工作图，完成本次设计说明书等文字材料。
第2章电动车充电器外壳工艺性分析
2.1塑件分析
图2.1所示为电动车充电器外壳三维造型图，材料为ABS，精度等级为5级。
制品要求外观表面光泽，无收缩痕迹，生产批量为大批量生产，设计注塑成型模具。
图2.1电瓶车充电器外壳立体图
2.2材料性能分析
ABS为热塑性塑料，密度1.05～1.07g/cm3，抗拉强度30～50MPa，抗弯强度41～79MPa，拉伸弹性模量1587～2277MPa，弯曲弹性模量1380～2690MPa，收缩率0.4%～0.7%，常用收缩率为0.5%。
ABS具有优越的综合性能，制品强度高，刚性好，成型加工性能优良，且其耐热耐低温和耐腐蚀性，是目前市场上产量最大、运用最广泛的一种塑料。
2.3成型性能及条件
1）ABS吸湿性强，塑料在成型前必须充分预热干燥，其含水量应小于0.3%，对于要求表面光泽的零件，塑料在成型前更应进行长时间预热干燥。
2）流动性等级为中级，溢边值为0.03mm～0.05mm，一般取0.04mm。
3）塑料的加热温度对塑件的质量影响较大，温度过高易分解（分解温度为250℃）。
成型时宜采用较高的加热温度（模温50℃～80℃）和较高的注射压力（螺杆式注射机：
温度为160℃～220℃，注射压力70～100MPa）。
如表2.1所示
表2.1ABS塑料注塑成型的工艺参数
树脂名称
ABS
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速（r/min）
30～60
喷嘴形式
直通式
喷嘴温度
180～190
料筒温度（℃）
前
200～210
中
210～230
后
180～20050
模具温度（℃）
50～70
注射压力/MPa
70～90
保压压力/MPa
50～70
注射时间/s
3～5
保压时间/s
15～30
冷却时间/s
15～30
总周期/s
40～70
2.4结构工艺性分析
零件壁厚均匀，厚度为2mm，所有壁厚均大于塑件最小壁厚0.8mm，在注塑成型时不会发生填充不足的现象。
该塑件侧面有通孔，内表面有倒扣及倒钩，故注塑模应具有抽芯机构。
2.5零件体积及质量估算
根据UG，测量出单个塑件的体积。
浇注系统凝料根据塑件体积的30%进行估算，则凝料体积为。
塑件和浇注系统总体积，总质量。
2.6初选注塑机
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。
指在对空注射的时螺杆或柱塞做一次最大注射行程注射装置所能达到的最大注射量，体现注塑机的生产能力。
（2）注射压力。
施加的克服螺杆（或柱塞）熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力的压力称为注射压力。
（3）注射速率。
能够使熔料及时充满型腔的流动速率称为注射速率（或注射时间或注射速度）。
这里从实际注射量在额定注射量的20%～80%之间考虑，初选额定注射量在100cm³的卧式注射机XS-ZY-500注塑机。
该设备的技术规范见表2.2.
表2.2XS-ZY-500注塑机技术规范
注射装置
额定注射量（cm³）
500
螺杆直径（mm）
65
注射压力（MPa）
145
注射转速（r/min）
20、25、32、38、42、50、63、80
注射行程（mm）
200
注射时间（s）
2.7
喷嘴球头半径（mm）
SR18
喷嘴孔直径（mm）
4
合模装置
锁模力（KN）
3500
最大合模行程（mm）
500
模具最大厚度（mm）
450
模具最小厚度（mm）
300
拉杆空间（mm×mm）
540×440
其他
定位圈尺寸（mm）
Φ150
第3章模具的结构形式
3.1模具基本结构的确定
经分析，该零件成型时必须采用侧向外抽芯，可能适合的模具结构有两种，即单分型面注塑模和双分型面注塑模。
单分型面注塑模具，是最简单的也是最流行的一种分型结构，分型面将整个模具分为两部分：
一部分固定在注塑机上称为定模，一部分可以运动称为动模。
分模时塑件和浇注系统凝料随动模一起运动被带出，最后被设置在动模上的推出机构（推杆，推板，推管等）一同推出，实现脱模。
双分型面注塑模顾名思义，它有两个分型面，一个分型面用于取出流道内的凝料，另一个分型面用于取出塑件，又名为三板式注塑模。
与单个分型面注塑模比较，三板式注塑模多加了一个中间板。
它适合运用于采用点浇口进料的多种模具。
在开模时中间板在定距拉杆的作用下，只能够分开一段距离，这段距离可方便的取出这两块板中间流道内的凝料，而利用推出机构（推板或推杆）将型芯上的塑件推出。
由于电动车充电器外壳定模有抽芯，结构较复杂，综合考虑，该塑件选择双分型面注塑模，可以完成定模抽芯。
3.2型腔数量的确定
确定型腔数量的方法有：
一是根据技术参数来确定，综合考虑注塑机最大注塑量、额定锁模力以及塑件精度等，二是根据经济性来确定型腔的数目，它是根据总成型加工费最小原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，经考虑模具加工费和塑件成型加工费。
本零件体积比较大，四周又有侧抽芯，结构又比较复杂，故主要从塑件精度及经济性来综合考虑型腔的数量，综上所分析，因此整个模具决定采用一模两出的结构分布，即一次注射成型两个塑料制件。
3.3塑件分型面位置的确定
分型面是模具上用于取出塑件或浇注系统冷凝料的可分离的接触表面。
一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，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。
分型面的选择设计，主要是根据塑件的精度要求、结构形式、嵌件的位置及形状、塑料件在模具成形中的位置、浇注系统的形式及位置、排气的方式、脱模形式、模具的类型、模具加工制造的工艺等因素，进行全面考虑，作出合理选择。
分型面选择合理与否，是塑件能否完好成型的先决条件。
因此在选择分型面时应考虑周合，提供多种方案再从其中选出较为合理的方案。
选择分型面的基本原则是：
分型面应选择在塑件断面轮廓最大位置处，以便于顺利脱模，同时还应考虑以下几个因素[1]：
1.符合塑件脱模的基本要求，就是能使塑件从模具中取出，分型面位置应设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。
2.分型线不影响塑件外观，即分型面应尽量不破坏塑件光滑的外表面。
3.确保塑件留在动模一侧。
4.应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要滑块成型，力求滑块结构简单，尽量避免定模滑块。
5.满足塑件锁紧要求。
6.合理安排浇注系统，特别是浇口。
7.有利于模具加工。
综合考虑以上原则，电动车充电器外壳注塑模具的分型面位置A-A如图3.1所示
图3.1电动车充电器外壳分型面位置
第4章注塑模浇注系统设计
浇注系统是指熔融的塑料由注射机喷嘴进入到型腔之间的进料通道。
它的主要作用是使注射压力充分传递到模腔内的各个部位使熔融的塑料充满型腔，来保证塑件内部的致密组织、尺寸轮廓精度以及表面的光洁度，从而达到产品所需达到的要求。
浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口以及冷料穴的设计。
4.1主流道的设计
主流道就是熔融塑料从注塑机到模具型腔内部的通道。
它的直径过大或过小都会影响到熔体的流速以及填充时间，不合理的设计便会影响冷却速度，甚至还有可能出现浇不满产生缺陷或气孔，从而影响到整个塑件的质量。
主流道的设计应符合以下几个原则：
①流道的长度L越短越好，可以减少流道凝料，缩短成型周期，减少熔体的能量损失。
②为了便于脱模，主流道在设计上大多数采用圆锥形。
两板模主流道锥度取，三板模主流道锥度可取。
粗糙度。
③主流道尺寸要满足装配要求。
为了保证注塑成型时，主流道与注塑机喷嘴之间溢料而影响脱模，设计时要注意：
主流道小端直径D2要比料筒喷嘴直径D1大0.5～1mm，一般情况下D2=3.2～4.5mm；大端直径应该比最大分流道直径大10%～20%。
一般在浇口套大端设置倒圆角,以利于料流。
④主流道应该设计在浇口套内。
⑤主流道应尽量和模具中心重合。
4.11主流道尺寸
（1）主流道小端直径
主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+（0.5～1）=4+1=5mm
（2）主流道球面半径
主流道球面半径SR0=18+1～2取SR0=19mm
（3）球面配合高度
球面配合高度为3～5mm取h=5mm
（4）主流道长度
主流道长度L由标准模架及该模具结构，取L=110mm
（5）主流道大端直径
主流道大端直径D1=9mm
（6）浇口套总长
浇口套总厂L0=120mm
4.12主流道浇口套设计
选用45钢，局部热处理，SR19mm球面硬度38-45HRC。
其结构如图4.1所示。
图4.1浇口套
由于模具的主流道长度较长，定位圈和浇口套设计成分体式，定位圈结构如图4.2所示。
图4.2定位环
4.13主流道浇口套的固定
主流道的固定用台阶固定，用止动销防转，如图4.3所示。
图4.3主流道浇口套的固定
4.2分流道设计
连接主流道与浇口的熔体通道叫分流道，分流道起分流和转向的作用。
分流道设计时应该考虑一下因素：
①塑料的流动性及制品的形状②型腔的数量③壁厚及内在外观质量要求④注塑机的压力及注射速度⑤主流道及分流道的拉料和脱落方式。
该塑件的体积比较大但是形状不复杂，且壁厚均匀，从便于加工方面考虑，采用截面形状为圆形的平衡式分流道，查表得D=Smax+1.5=4+1.5=5.5mm，取D=6mm。
这种分流道表面积最小，故热量散失也比较小阻力也小。
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因而分流道的内表面粗糙度并不要求很低，一般取1.6μm即可。
这样表面稍不光滑有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
分流道形状如图4.4所示。
图4.4分流道的截面形状
4.3浇口设计
浇口是连接分流道和型腔的咽喉要道，是整个浇注系统中最为薄弱，也是最关键的环节。
浇口尺寸过大会降低注射速率，温度降增加，塑件表面会产生云层现象等缺陷，尺寸过小会使在注射成型时压力降增大，冷凝快、补缩困难而造成塑件缺料或缩孔等缺陷。
由于塑件外表面无明显浇口痕迹，选用潜伏式浇口，浇口位置设置在推杆的头部。
该浇口在开模时，浇注系统凝料有推出机构推出，并与塑件从浇口处自动切断，省掉了切除浇口的工序。
其结构和尺寸如图4.5所示。
图4.5潜伏式浇口
在本设计中，针对浇口位置，利用模流软件Moldflow来进行分析是行之有效的方法。
如下图4.6,4.7,4.8所示，当浇口选择在蓝色区域时，浇口匹配性可以达到最好，填充时间最短，填充区域也较好，并且避免了制品产生熔合纹的部位。
图4.6交口匹配性
图4.7填充时间
图4.8熔接线
4.4冷料井与拉料杆设计
冷料井由Z型拉料杆与主流道位于分型面下的空间组成。
拉料杆的根部固定在推板上，在推出制件时，冷料也同时被推出，取凝料时向拉料钩的侧向稍许移动，即可将凝料从动模板中取出。
如图4.6所示
图4.9拉料杆
第5章注塑模具成型零件结构设计与计算
5.1成型零件结构设计
壳体模具成型零件采用整体嵌入式凹模和凸模，使用沉孔嵌入法，采用四个螺钉将镶块固定在固定块上，其中动模和定模的螺钉型号为M8×35，镶块和固定板之间均采用H7/m6配合。
5.2成型零件工作尺寸计算
成型零件中与塑料熔体接触并决定制品几个形状的尺寸称为工作尺寸。
它包括型腔尺寸、型芯尺寸、和中心距尺寸型腔尺寸属于包容尺寸，该类尺寸具有增大的趋势。
型芯尺寸属于被包容尺寸，该类尺寸具有缩小的趋势。
中心距尺寸一般指成型零件上某些对称结构制件的距离，这类尺寸通常不受摩擦磨损的影响，因此可视为不变的尺寸。
对于上述型腔、型芯和中心距三大类尺寸，可分别采用三种不同的方法进行设计计算。
在计算之前，有必要对他们的标注形式及偏差分布做如下规定。
①制品的外形尺寸采用单向负偏差，名义尺寸为最大值，与制品外形尺寸相对应的型腔尺寸采用单向正偏差，名义尺寸为最小值。
②制品的内形尺寸采用单向正偏差，名义尺寸为最小值，与制品内形尺寸相对应的型芯尺寸采用单向负偏差，名义尺寸为最大值。
③制品和模具上的中心距尺寸均采用双向等值正、负偏差，它们的基本尺寸均为平均值。
ABS材料的收缩率在0.3%～0.7%之间，其平均收缩率取0.5%，模具制造公差选。
塑件除中心孔距95.1精度为MT3外，其余尺寸精度为MT5。
表5.1型芯型腔工作尺寸
类别
塑件尺寸
制件公差Δ
计算公式
工作尺寸
型
腔
工
作
部
分
尺
寸
计
算
1.44
1
1
0.44
0.32
0.32
0.32
0.28
0.28
0.28
0.28
0.28
0.24
0.24
0.2
0.2
型
芯
工
作
部
分
尺
寸
计
算
1.64
1.2
0.64
0.58
0.52
0.48
0.48
0.48
0.48
0.44
0.44
0.44
0.4
0.4
0.4
0.4
中
心
尺
寸
计
算
1.14
1.2
0.52
0.74
0.64
0.48
0.48
5.3型腔壁厚计算
注射模在工作过程中要承受诸如注射压力、保压力、锁模力等多种附加力。
模具型腔如遇到强度不够的情况，将产生塑性变形甚至发生断裂破坏；如遇刚度不够的情况，将产生比较较大的弹性变形，这会使模具的贴合面处存在比较大的间隙，进而发生溢料与产生飞边。
另外，当成型后成型压力消失时，型腔因弹性回复而收缩，当收缩量大于塑件的收缩时，型腔会紧紧包住塑件，造成开模困难或塑件残留在定模上而损坏塑件或塑件质量不良。
因此，有必要对模具型腔进行强度和刚度计算。
5.31型腔壁厚
有刚度计算可得型腔最小壁厚为
p---型腔内熔体压力，一般取25~45MPa；（取25MPa）
E---弹性模量，钢材取2.1×105MPa；
δ---成型零件的许用变形量；（ABS属于中粘度塑料，故取0.05mm）
h---型腔侧壁壁厚（mm）；
L1---型腔侧壁长度（mm），为86mm；
A---型腔壁厚（mm），为40mm；
a---型腔深度（mm），为20mm；
按刚度条件计算得：
根据以上计算，取h=27mm符合要求。
5.32型腔底板厚度
由刚度计算可得底板最小厚度为
p---型腔内熔体压力，一般取25~45MPa；（取25MPa）
E---弹性模量，钢材取2.1×105MPa；
δ---成型零件的许用变形量；（ABS属于中粘度塑料，故取0.05mm）
H---型腔底板厚度（mm）；
L1---型腔侧壁长度（mm），为86mm；
B---底板宽度（mm），为400mm；
b---底板上承压部分宽度（mm），为200mm；
按刚度条件计算得
根据以上计算，去H=20mm符合要求。
第6章注塑机的校核
6.1根据额定注射量选用
（各腔塑料塑件总重+浇注系统凝料）≤注塑机额定注射量×80%
注塑机额定注射量，故校核合格。
6.2根据额定锁模力选用
查表得
，故校核合格。
：
指各腔塑料塑件在分型面上的投影面积之和；
6.3根据注塑机安装部分的相关尺寸选用
（1）喷嘴尺寸注射机喷嘴头一般为球面，其球面半径应与相接处的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。
注射机的喷嘴头球面半径为18mm，模具主流道始端凹下的球面半径为19mm满足要求，故校核合格
（2）定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈必须与注射机定模板上的定位孔呈较松的间隙配合。
定位孔的直径为150mm，定位环的尺寸为100mm，符合要求，校核合格。
（3）模具厚度所设计的模具总厚度应介于注射机可安装模具的最大模厚和最小模厚之间。
同时，应该校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机的拉杆间装入。
模具的厚度为341mm，注射机的最小模厚为300mm，最大模厚为450mm。
满足要求，校核合格。
模具的长×宽＜拉杆间距，模具长×宽=400mm×400mm＜拉杆空间=540mm×440mm，故校核合格。
6.4根据开模行程选用
带入数据得
注塑机最大合模行程为500mm，故校核合格。
第7章注塑模具侧向分型和抽芯机构设计
7.1滑块和T形块的设计
对于塑件侧面的通孔采用带T形块楔紧块和滑块的侧抽芯机构。
利用开模作用，使带T形块楔紧块与滑块产生相对运动趋势，使滑块有沿开模方向及水平方向的两种运动形式，使之脱离通孔，完成抽芯，其结构如图7.1所示。
图7.1抽芯机构
7.11抽拔力的计算
抽拔力计算公式
L---活动型腔被塑件包紧的断面形状周长；
h---成型部分的高度（mm），h=13.5mm；
θ---侧孔或侧凹的拔模斜度；
p2---塑件对型芯单位面积的挤压力；
f2---塑料与钢的摩擦系数；
带入得Q约为571N。
7.12抽芯距的计算
S---限位螺钉控制的行程；
S2—制件需要抽出的距离。
7.2斜顶的设计
斜顶侧向抽芯机构主要用于成型塑件内部的侧凹或凸起，同时具有推杆的功能。
对于塑件内部的四个倒扣及一个倒钩的抽芯采用斜顶侧向抽芯。
①斜顶的倾斜角α=5°～15°，常用角度为8°，α的值与塑件倒扣深度S和塑件的推出距离的关系为：
式中HK为塑件推出距离。
7.21倒扣斜顶设计
塑件倒扣的深度为1mm，塑件推出距离HK为35mm，带入公式得：
取α=8°。
其结构形式如图7.2所示。
图7.2倒扣斜顶
7.22倒钩斜顶设计
塑件倒钩的深度为2.6mm，塑件推出距离HK为35mm，带入公式得：
取α=8°。
其结构形式如图7.3所示。
图7.3倒钩斜顶
第8章注塑模具结构件设计
8.1注射模模架设计
8.1.1模架的选用
①二板模模架和三板模模架的选用
a．能用二板模模架是尽量不用三板模模架
b.当塑件必须采用点浇口时选用三板模模架
c.热流道模都用二板模模架。
②标准三板模模架和简化三板模模架的选用
a.模架尺寸小于200mm×250mm，不能采用标准三板模模架
b.若塑件需推板推出，不能采用简化三板模模架
c.对于有定模抽芯机构的模具，可采用简化三板模模架。
由于塑件定模需要抽芯，且浇口类型为潜伏式浇口，故选用简化三板模模架。
图8.1简化三板模架
8.12模架尺寸的确定
①定模板、动模板的长宽尺寸。
根据镶件的长宽尺寸为280mm×200mm，且定模板和动模板内的嵌件确定定模板和动模板的长宽尺寸为400mm×400mm。
②定模板、动模板的高度尺寸。
定模板的高度尽量取小些。
原因有两个:
减小主流道长度，减轻模具的排气负担，缩短成型周期；定模安装在注塑机上生产时，紧贴注
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