完整版机械设计制造及其自动化专业毕业论文40设计41台灯支架夹持器注射模具设计.docx
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完整版机械设计制造及其自动化专业毕业论文40设计41台灯支架夹持器注射模具设计
三江学院
本科毕业设计（论文）
题目台灯支架夹持器注射模具设计
机械工程系机械设计制造及其自动化专业
学生姓名李丹
指导教师
起讫日期2012.12.17~2013.4.5
设计地点高职院
摘要
本文主要介绍了台灯支架夹持器的注射模具设计，台灯支架夹持器是台灯中的一个塑料组件，其材料为ABS（乳白色）塑料，根据ABS塑料成型的工艺特性和产品的使用要求，对产品进行详细的工艺分析。
通过对测绘的产品尺寸和工艺分析，选择了合适的分型面，对模具进行了成型零件、浇注系统、侧向抽芯机构及推出机构和复位机构进行设计,模具采用一模四腔，采用侧浇口进料，利用斜导柱侧向抽芯机构进行抽芯。
最后完成一副模具总装图的设计及主要零件图的绘制，并确保模具结构的可靠性、合理性、实用性。
在制造方面，运用了数控技术，采用了先进的线切割、电火花加工技术，提高了加工精度和加工效率。
关键词：
台灯支架夹持器，模具设计，ABS塑料
Abstract
Thispaperintroducesthebracketgripperofthedesklampinjectionmolddesign,lampbracketgripperisatablelampinaplasticcomponent,thematerialisABS（white）plastic,accordingtoABSplasticmoldingprocesscharacteristicsandproductuserequirementsdetailedprocessofproductanalysis.Bymappingtheproductdimensionandprocessanalysis,thesuitablesub-surface,hadformedpartofthemold,pouringsystem,thesidecorepullingandintroduceinstitutionsandresetbodydesign,four-cavitymoldwithamoldusedsideofthegatefeed,usingbevelpillarsidecorepullingforcorepulling.Finalizingthedesignofamoldassemblydiagramandmappingthemaincomponentsandtoensurethereliabilityofdiestructure,rationality,practicality.Inmanufacturing,theuseofanumericalcontroltechnology,employsadvancedwirecutting,EDMmachiningtechnology,improvedmachiningaccuracyandmachiningefficiency.
Keywords:
thebracketgripperofthedesklamp,moulddesign,ABSplastics
4.6推出机构的设计19
参考文献30
第一章绪论
1.1模具概述
模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛地使用着各种模具，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、冷压模具以及成型陶瓷、玻璃制品使用的各种模具。
而成型塑料制品的模具就叫做塑料模具。
对塑料模具的要求是：
能生产出尺寸精度、外观、物理性能等各方面均能满足使用要求的优质制品。
以模具使用的角度来说，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造的角度，则要求结构合理、制造容易、成本低廉。
注射成型是热塑性塑料成型制品的一种重要方法，除了极少数热塑性塑料外，大部分的热塑性塑料都可以用这种方法成型。
近年来，注塑成型还成功应用于某些热固性塑料。
注塑制品约占整个塑料制品的20~30%，特别是在塑料作为工程结构材料后，其用途已从民用扩大到各个领域，并逐步替代传统的金属和非金属材料；在发展尖端科技中也是不可缺少的。
注塑成型的过程：
先合上注塑模具，然后将塑胶原料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化成为流动状态后，靠柱塞或螺杆的推动，通过料筒前端的喷嘴，注射进闭合的塑料模具中。
充满模具的熔融胶料在受压的情况下，经过冷却固化后，就可以保持模具型腔给予的形状。
最后打开模具，取出制品。
这在操作上就完成了一个模塑周期，后面就是不断重复上述周期的生产过程。
1.2塑料工业在国民经济中的地位
模具生产技术水平的高低不仅是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，而且在很大程度上决定着这个国家的产品质量、效益及新产品开发能力。
我国目前的模具开发制造水平比国际先进水平至少相差10年，特别是大型、精密、复杂、长寿命模具的产需矛盾十分突出，已成为严重制约我国制造业发展的瓶颈。
模具是工业的基础工艺装备，在电讯、汽车、摩托车、电机、电器、仪器、家电、建材等产品中，80%以上都要依靠模具成形，用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产力和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
随着我国工业的不断发展，对模具提出越来越高的要求，因此，精密、大型、复杂、长寿命模具的需求发展将高于总量发展速度。
1.3现代模具的发展趋势
现代模具与传统模具不同，它不仅形状与结构十分复杂，而且技术要求更高，用传统的模具制造方法显然难于制造，必须借助于现代化科学技术的发展，采用先进制造技术，才能达到技术要求。
当前整个工业生产的发展特点是产品品种多、更新快、市场竞争激烈。
为适应市场对模具制造的短交货期，高精度、低成本的迫切要求，模具将有如下发展趋势。
1.愈来愈高的模具精度
10年前，精密模具一般为5μm，现在已达2-3μm，不久1μm精度的模具即将上市。
随着零件微型化及精度要求的提高，有些模具的加工精度要求在1μm以内，这就要求发展超精加工。
2.日趋大型化的模具
这一方面是由于用模具成形的零件日渐大型化，另一方面也是由于高生产率要求的一摸多腔（现在有的已达一摸几百腔）所致。
3.扩大应用热流道技术
由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产效率和质量，并能大幅度节约制件的原材料。
因此，热流道技术的应用在国外发展较快，许多塑料模具厂所生产的模具50%以上采用的热流道技术，甚至80%以上，效果十分明显。
热流道在国内也已用于生产，有些企业使用率达到20%～30%。
4.进一步发展多功能复合模具
一幅多功能模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合生产出来的不再是单个零件，二是成批组件，可大大缩短产品的生产及装配周期，对模具材料的性能要求也越来越高。
5.日益增多高档次模具
一是用于汽车、飞机、精密机械的纳米级（μm）精密加工；二是用于磁盘、磁鼓制造的亚微米级（0.01μm）精密加工；三是用于超精密电子器件的毫微米级（0.001μm）精密加工。
6.进一步增多气辅模具及高压注射成型模具
随着塑料成形工艺的不断改进和发展，为了提高注塑质量，气辅模具及高压注射成型模具也随之发展。
7.增大塑料模具比例
随着塑料原材料的性能不断提高，各行业的零件将以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，使用塑料模具的比例日趋增大。
8.增多挤压模及粉末锻模
由于汽车、车辆和电机等产品向轻量化发展，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复全材料、工程陶瓷、超硬材料成形和加工。
新型材料的采用，不仅改变产品结构和性能而使是生产工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模。
对这些模具的制造精度要求是高的。
第二章塑料产品介绍及其工艺特点
2.1产品结构工艺性分析
本次课程设计的题目是台灯支架夹持器注射模具设计，其产品图如图1.1所示。
图2.1台灯支架夹持器三维图
2.1.1塑料的分析
台灯支架夹持器的材料是ABS塑料，其工艺参数见表1，ABS塑料在工程上应用非常广泛，其原材料是ABS（乳白色）塑料。
ABS树脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三种单体的共聚物，ABS树脂保持了苯乙烯的优良电性能和易加工成型性，又增加了弹性、强度（丁二烯的特性）、耐热和耐腐蚀性（丙烯腈的优良性能），且表面硬度高、耐化学性好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变ABS的各种性能，故ABS工程塑料具有广泛用途，主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。
允许使用温度范围-40℃到80℃。
表1塑料的成型工艺参数
材料
ABS
注塑机类型
螺杆式
螺杆转速（r.min）
30～60
密度（g/㎝3）
1.08～1.2
计算收缩率（%）
0.3～0.8
预热
温度（0c）
80～85
时间（h）
2～3
料筒温度（0C）
后段
150～170
中段
165～180
前段
180～200
喷嘴
形式
直通式
温度（0c）
180～190
模具温度（0C）
50～70
注射压力（MPa）
70～90
保压力（MPa）
50～70
成型时间（s）
注射时间
20～90
高压时间
0～5
冷却时间
20～120
总周期
50～220
适用注塑机类型
螺杆式、柱塞式均可
2.1.2塑件的工艺分析
单看这个塑件的形状并不是很复杂，但是设计这个塑件的一套模具还是有点难度的。
本次设计的一个难点是浇口位置的选择，它需要根据塑件的结构与工艺特征和成型的质量要求，并分析塑料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态成型的工艺条件等进行综合考虑。
因此参照我的塑件最后采用的浇口形式为侧浇口进料，由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
2.2塑件产品图的测绘
经过绘制，两个塑件的产品简图如图2.1所示：
图2.1台灯支架夹持器
第三章注射成型方案分析
3.1分型面及其选择
分型面是决定模具结构形式的一个重要因素，它与模具的整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此，分型面的选择是注射模具设计中的一个关键。
通常模具的分型面与注射机的开模方向垂直。
开模时将注射后的冷却固化的塑件及浇注凝料从模体中顶出并取下（或自动落下），再将模腔内的杂物清除，或将嵌件或活动型芯安放于模腔内。
但有时采用侧向抽芯机构或取出点浇口的凝料往往需要从几个方面进行数次分型。
台灯灯架夹持器通过曲面分型成型，另外需要在侧向抽芯分型。
在考虑选择有利于脱模的分型面时，必须保证塑件的外观质量和精度要求；要有利于侧向抽芯。
我将分型面设置在塑件的底部，这样就保证了塑件的外观质量要求。
3.2侧向分型分析
当侧面带有凹孔、凸台等结构的塑件时，在成型后凹孔、凸台的成型零件将阻碍塑件从模内顶出，必须在顶出前将凹孔、凸台的成型零件先行退出。
这些零件一般是做成可以移动的。
开模时先将侧面的成型零件有序地全部抽出，清除障碍后再将塑件推出，合模时再将侧成型零件恢复原位。
这种完成侧型芯的抽出和复位动作的装置叫做侧抽芯机构。
侧向抽芯机构在塑料模具设计上经常用到的有斜导柱侧向抽芯机构、弯销侧向抽芯机构、液压侧向抽芯机构、弹性元件侧向抽芯机构，斜滑块侧向分型与抽芯机构等。
1.斜导柱侧向分型与抽芯机构
斜导柱侧向分型与抽芯机构是在开模力或推出力的作用下，斜导柱驱动侧型芯或侧向分型快完成侧向抽芯或侧向分型的动作。
由于斜导柱侧向分型与抽芯机构结构紧凑、动作可靠、制作方便，因此，这类机构应用最广泛。
由于受到模具结构和抽芯力的限制，该机构一般使用于抽拔力不大且抽芯距离小于60-80mm的场合。
2.弯销侧向抽芯机构
弯销侧向分型与抽芯机构的工作原理与斜导柱侧向分型与抽芯机构的工作原理相似，所不同的是在结构上以矩形截面的弯销代替了斜导柱，因此，该抽芯机构仍然离不开侧向滑块的导滑、注射时侧型芯的锁紧和侧抽芯结束时侧滑块的定位这三大设计要素。
弯销侧向抽芯有3个明显的特点：
（1）由于弯销是矩形截面，其抗弯截面系数比圆形截面的斜导柱要大，因此可采用较大的倾斜角，获得较大的抽芯距；
（2）弯销可以延时抽芯；（3）弯销侧抽芯机构可以变角度抽芯。
3.液压侧向抽芯机构
液压侧向分型与抽芯机构是指以压力油作为分型与抽芯动力，在模具上配置专门的抽芯液压缸，通过活塞的往复运动来完成侧向抽芯与复位。
这种抽芯方式传动平稳、抽芯力较大，抽芯距也较大，抽芯的时间顺序可以自由的根据需要设定，其缺点是增加了操作而且需要配置专门的液压抽芯器及控制系统，费用较高。
4.弹性元件侧向抽芯机构
当塑件上侧凹很浅或者侧壁有个别较小的凸起时，侧向成型零件抽芯时所需的抽芯力和抽拔距都不大，此时，只要模具的结构允许，可以采用弹性元件侧向抽芯机构。
5.斜滑块侧向分型与抽芯机构
当塑件的侧凹较浅，所需的抽芯距不大，但侧凹的成型面积较大，因而需要比较大的抽芯，或者由于模具的结构限制不适宜采用其他侧抽芯形式时，则可以采用斜滑块侧向分型与抽芯机构。
其特点是利用模具推出机构的推出力驱动斜滑块做斜向运动，在塑件被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向分型与抽芯动作。
综上所述，在众多的成型方案中，虽然有很多机构都能满足使用要求，通过观测塑件的形状和质量，从设计成本和材料成本，模具的结构复杂程度上看，旋钮塑件模具的侧向抽芯距和抽芯力都比较小，模具结构也不是特别复杂，故斜导柱侧向分型与抽芯结构最符合要求，所以选择这种形式。
3.3浇注系统分析
注射模浇注系统是将注塑机料筒中的熔融塑料从喷嘴高压喷出后，稳定而顺畅地充入并同时充满型腔的各个空间的通道。
它在充模及塑件固化过程中还将注射压力平衡的传递到型腔的各个部位，以获得填充殷实、完整、质量良好的塑件。
浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，对浇注系统进行设计时，一般遵循以下6点基本原则：
（1）了解塑料的成型性能；
（2）尽量避免或减少产生熔接痕；
（3）有利于型腔中气体的排出；
（4）防止型芯的变形与嵌件的位移；
（5）尽量采用较短的流程充满型腔；
（6）流动距离比和流动面积比的校核。
本次设计的塑件是台灯灯架夹持器，根据塑件结构的特殊情况，必须要保证壳体表面的外观质量要求，所以采用侧浇口进料的方式，使由于浇口断裂形成的裂痕出现在壳体的侧面。
由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量，同时去除浇口容易，且不留明显痕迹，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
第四章模具的结构设计
4.1模架的选择
通过塑件的分析，以及注塑机的技术规格要求，选用龙记模胚2030，该模架各模板以及相关尺寸见图4.1、图4.2和表4.1。
大水口
PW（mm）
直身模（H）
300
工字模（I）
350
图4.1龙记模胚2030示意图
表4.1THICKNESSTABLE厚度表
A、B板
ERP面板
EP底板
35
40
50
60
70
80
90
100
20
25
表4.1龙记模胚2030各板尺寸
TP面板
BP底板
RP水口
推板
ST推板
SP托板
SB方快
25
25
20
30
45
90
TP=25㎜；RP=20㎜；A=35㎜；B=35㎜；SP=45㎜；SB=90㎜；BP=25㎜，所以模具的总厚度为：
25+20+35+35+45+90+25=255mm，在注塑机的装模行程之内。
4.2成型零部件设计
模具合模后，在动模板与定模板之间的某些零部件组成一个能填充塑料熔体的模具型腔，模具型腔的形状的与尺寸就决定了塑料制件的形状与尺寸。
构成模具型腔的所有零部件称为成型零部件。
4.2.1成型零部件的结构设计
成形零件是决定塑件几何形状和尺寸的零件。
它是模具的主要部分，主要包括凹模、凸模及镶件、成型杆和成型环等。
凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件；凸模亦称型芯，是成型塑件内
表面的零件，而成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型杆。
凹、凸模按结构不同主要可分整体式和组合式两种结构形式。
1）整体式的凹模和凸模是指直接在整块模板上加工出凹、凸形状的结构形式。
其特点是牢固、不易变形，不会使塑件产生拼接线痕迹。
但是加工困难，热处理不方便，整体式凸模还有消耗模具钢多、浪费材料等缺点。
所以整体式凹、凸模结构常用于形状简单的单个型腔中、小型模具或工艺试验模具。
2）组合式凹模、凸模结构是指由两个或两个以上的零件组合而成的凹模或凸模。
按组合方式的不同，可分为整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁拼合式等形式。
，整体嵌入式多用于小型塑件多型腔的成型，使的各个型腔和型芯可以单独加工，通过H7/m6的配合压入到模板中，这种结构加工效率高，拆装方便，容易保证形状和尺寸精度。
局部镶嵌式多用于型腔、型芯有些局部不易加工成型或需要经常更换的模具结构。
四壁拼合式主要用于大型和形状复杂的凹模，通过把型腔四壁和底板分别加工，经研磨后压入模套中组成型腔。
台灯灯罩的模具结构较小，模具型腔不规则，但形状还较为简单，可以采用组合式凹模、凸模结构，由于需要侧向抽芯，又是一模两件，总共做十个型芯，两个主型芯，八个小型芯，型腔通过H7/m6配合压入定模板。
4.2.2成型零部件的工作尺寸计算
影响塑件的尺寸精度的因素很多，概括的说，有塑料原材料的、塑件结构和成型工艺、模具结构、模具制造和装配、模具使用中的磨损的因素。
在一般情况下，原材料收缩率的波动、模具的制造公差和成型零件的磨损是影响塑件的主要原因。
因为收缩率的波动引起塑件尺寸误差随塑件尺寸的增大而增大，因此，生产大型塑件时，收缩率波动是影响塑件精度的主要因素，若单靠提高模具制造精度是困难和不经济的，应稳定成型工艺条件和选择收缩率波动较小的塑料；生产小型塑件时，模具制造公差和成型零件的磨损是影响塑件尺寸精度的主要因素，因此，应提高模具制造精度等级和减少磨损。
1.型腔和型芯相关尺寸计算
（1）小型芯尺寸计算（见图4.2）
图4.2小型芯零件图
径向尺寸的计算：
式中
——模具径向成型尺寸；
——塑料的平均收缩率；
——塑件径向的基本尺寸；
——塑件的公差；
——模具的制造公差，一般取塑件公差的。
高度尺寸的计算：
式中
——模具高度成型尺寸；
——塑件高度尺寸。
（2）型芯凸模尺寸计算（见图4.3）
图4.3型芯凸模零件图
径向尺寸的计算：
高度尺寸的计算：
2．型腔尺寸计算：
定模板上部分成型尺寸计算（见图4.4）
图4.4定模板成型尺寸图
径向尺寸的计算：
2）
高度尺寸的计算：
4.3浇注系统的设计
浇注系统是指模具中由注塑机到型腔之间的进料通道。
浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。
浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、质量及模具结构、塑件的利用率等有较大的影响。
对浇注系统进行时，一般应遵循以下基本原则：
1）结合型腔布局的考虑，尽可能采用平衡式分流道布置。
2）尽量缩短熔体的流动距离，以便降低压力的损失、缩短充模时间。
因此，浇注系统的长度应尽可能的短，断面尺寸合理，应尽量减少流道的弯折。
3）浇口尺寸、位置和数量的选择十分关键，应有利于熔体流动，避免产生湍流，涡流、喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩。
4）避免高压熔体对模具型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移的产生。
5）浇注系统的凝料方向应方便可靠，凝料应易于和制品分离或者易于切除和修整。
6）熔接痕部位与浇口尺寸，数量及位置有直接的关系，设计浇注系统时也优先考虑到了熔接痕的部位，形态以及对制品质量的影响。
7）尽量减少因开设浇注系统而造成的塑料凝料用量的增加。
8）浇注系统的模具工作表面应达到所需的硬度、精度和表面粗糙度，其中浇口应有IT8以上的精度要求。
9）设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。
10）应尽可能使主流道中心与模板中心重合，若无法重合也应该使两者的偏离距离尽可能缩小。
4.3.1主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注塑机的喷嘴注射出的熔体导入分流道中。
其形状为圆锥形，主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。
由于主流道要与高温熔体及注塑机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分做成可拆卸更换的浇口套。
为了使主流道的料顺利脱出，小端直径比注塑机喷嘴直径d稍大一点，所以台灯灯架夹持器模具主流道浇口套小端直径直径为4mm，故台灯灯架夹持器的主流道的小端的直径小端直径设计为D=d+1=4+1=5mm.
主流道入口的凹坑球面半径R2也应该大于注塑机喷嘴球头半径R1，注塑机喷嘴球头半径是12mm,所以浇口套球面半径通常为13mm.
端面凹球面的深度一般为3～5mm，在这设计为L=5mm
主流道的半锥角通常为2°～4°。
过小则容易产生脱模困难，还会使充模时容体的流动阻力过大。
过大的锥角则容易产生湍流或者涡流，卷入空气。
但对流动性较差的塑料可取的大些。
由于主流道较长，取=
主流道内壁的表面粗糙度应该在Ra0.8以下，抛光时沿轴向进行。
主流道的长度L，一般按模板厚度确定。
主流道的大端半径取D=14mm
浇口套使用的材料的通常为T8或者T10A钢，经淬火到硬度为50～54HRC。
此浇口套设计成浇口套与定位圈分别为两个零件，以台阶形式固定在定模座板上，如图4.4所示。
图4.4台灯支架夹持器模具用浇口套
4.3.2浇口的设计
浇口是连接流道和型腔之间的一段细短通道。
一般这段很短的通道截面很小，当熔融的塑料在高压下通过浇口时，因为浇口的截面积很小，使塑料流速加快，而由于摩擦的作用，又使塑料的温度升高，黏度降低，提高了塑料的流动性，有利于充满型腔。
因为它是浇注系统的关键部位，所以，浇口的位置及其形状、尺寸的设计的正确与否直接决定着塑件质量、注射效果、注射效率。
一般来说，注射塑件出现的缺陷，如缺料、缩孔、融接痕、翘曲变形也往往是浇口设计不当造成的。
我此次选用的是侧浇口，侧浇口国外称标准浇口，侧浇口一般开设在分型面上，其截面形状多为矩形，这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修正方便，因此他是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。
侧浇口的形式如下图4.5所示。
侧向进料的侧浇口，对于中小型塑件，一般厚度t=0.5-2.0mm（或取塑件壁厚的1/3-2/3），宽度b=1.5-5.0mm，浇口的长度l=0.7-2.0mm；端面进料的搭接式侧浇口，搭接部分的长度，浇口长度l可适当加长，取l=2.0-3.0mm；侧面进料的搭接式浇口，其浇口长度选择可参考端面进料的搭接式侧浇口。
图4.5搭接式侧浇口
4.4确定行腔数量及排列方式
为了使模具与注射机相匹配以提高生产率和经济性，并保证塑件的精度，模具设计时应合理的确定型腔数目。
根据以上分析可将该模具设计成一模四件的成型，摆放位置如图4.6
图4.6行腔布置
4.5侧向分型与抽芯机构的设计
4.5.1侧向抽芯
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