仪表盖课程设计.docx
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仪表盖课程设计
第一章引言
近年来，随着我国经济的腾飞，塑料成型加工机械和成型模具发展十分迅速，高效，自动化，大型，微型，精密，高寿命的模具在整个模具行业中所占的比例越来越大。
我国大型、复杂、精密、高效和长寿命模具又上了一个新台阶，不少种类模具已能替代进口模具，模具CAD/CAM技术得到了较快推广应用并取得了良好效果，快速成形制造技术和设备有了长足发展并已开始进入实用推广阶段，高速铣等新一代制造技术已被人们重视并开始应用。
从模具使用角度来说，要求高效，自动化，操作简便；从模具制造角度，要求结构合理，制造容易，低成本。
现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效的设备，先进的模具是必不可少的三项重要因素。
模具与其他机械产品比较，一个重要特点就是技术含量高、净产值比重大。
随着化工、轻工产业的快速发展，我国的模具工业近年来一直以每年13％～15％左右的增长速度高速发展，而各行业对模具的要求也越来越高。
面对市场的变化，有着高技术含量的模具正在市场上崭露头角。
随着工业发展，工业产品的品种、数量越来越多；对产品质量和外观的要求，更是日趋精美，华气。
因此，结合中国具体情况，学习国外模具工业建设和模具生产的经验，宣传、推行科学合理化的模具生产，才能推进模具技术的进步。
注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。
用此方法加工成型的塑料制件，其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。
起过程是借助与螺杆的推力，将已塑化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。
因此，构成注塑成型的三个必要条件：
一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落；三是需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。
注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方面：
其一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行，模具可以始终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；其二是先锁紧模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对模腔的磨损很小，因而可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清晰和尺寸精度较高的制品；其三是成型过程的合模、加料、塑化、注塑、启模和顶出制品等全部成型操作均由注塑机自动完成，从而使注塑工艺容易全自动化和实现程序控制。
但我们也要看到注塑成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投资较大，所以注塑技术不适合于小批量制品的生产。
注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。
除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。
注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。
注塑成型已经成功地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。
注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型塑件，在操作上完成了一个周期。
注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。
它具有以下几方面的特点：
①成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。
②对成型各种塑料的适应性强。
目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，某些热固性塑料也可以采用注塑成型。
③生产效率高，易于实现自动化生产。
④注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别适合大批量生产。
第二章绪论
2.1产品介绍
图2.1产品三维图
此产品为仪表盖，其三维造型如图2.1所示，生产产品采用的塑料为ABS
2.2工件尺寸
图2.2产品平面图尺寸
2.3设计任务书
塑料制品名称：
仪表盖
塑料原料：
ABS
收缩率：
0.3～0.8
生产批量：
大批量，全自动连续生产
第三章塑件成型工艺分析
3.1塑料成型特性
ABS塑料是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物。
综合性能好，冲击强度、力学强度较高、尺寸稳定，耐化学稳定性，电气性能好；密度为1.02～1.05g/cm3
3.2成型特性
无定型塑料：
其品种多，应按照品种来确定成型方法及成型条件；
吸湿性强：
水的质量分数应小于0.3％，必须充分干燥；
流动性中等：
溢边料0.04mm左右；
脱模斜度取：
1
耐热性不高，连续工作温度只有70℃左右；
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆；
模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口的位置、进料方式。
当推出力过大或者机械加工表面易呈现白色痕迹。
ABS性能指标
密度（g/cm³）
1.02-1.05
屈服强度
50
比体积
0.86-0.98
拉伸强度
38
吸水率
0.2-0.4
拉伸弹性模量
熔点（℃）
130-160
弯曲强度
80
计算收缩率
0.3-0.8
拉压强度
53
比热容
1470
弯曲弹性模量
1.4
3.3注射机型号的选用
计算塑件体积
V=68387mm3=68.387cm3
塑件质量：
取ρ=1.05g/cm3
m=ρv=71.81g
浇注系统凝料体积的初步计算
0.2V=13.68cm3
V总=V+0.2V=82.067cm3
选用注射机
初步选用xs-zy-125型塑料注射机
xs-zy-125螺杆式注射机主要技术参数
主要技术参数项目
参数数值
主要技术参数项目
参数数值
螺杆直径
42
电动机功率
11
注塑容积
125
电热功率
5
注塑量
125
锁模力
900
注塑压力
120
开模行程
115
拉杆间距
260×290
最大模厚
300
喷嘴球半径
1.5
最小模厚
200
3.4ABS注射成型过程及工艺参数
注射成型的过程
成型前的准备：
由于ABS吸水性较大，成型前应充分干燥；
注射过程：
塑件在注射机料筒内经过加热，塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入型腔成型。
其过程可分为充模，保压，倒流，冷却等步骤。
注射工艺参数
工艺参数
规格
预热和干燥/℃
料筒温度
后段
180-20
中段
210-230
前段
200-210
喷嘴温度
180-190
模具温度
50-70
注射压力
70-90
成型时间
注射时间
3-5
保压时间
15-30
冷却时间
15-30
总周期
40-70
第四章分型面的选择及浇注系统的设计
4.1分型面的选择
该塑件为仪表盖，外形表面质量要求较高。
在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，开模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓最大处。
选择模具分型面是，通常应考虑以下有关问题：
1）.根据塑件的技术要求，确定零件在动模和定模上的配置；
2）.塑件的生产批量；
3）.结合塑件的流动性确定浇注系统的形式和位置；
4）.型腔的溢流和排气条件；
5）.模具加工的工艺性。
因此，在选择模具的分型面是也应按以下原则来考虑：
1．考虑塑件质量
1）.确保塑件尺寸精度。
应避免或减少因脱模斜度形成塑件两端尺寸差异过大而产生的塑件壁厚不均匀的现象。
2）.确保塑件表面要求。
分型面应可能选择在不影响塑件外观的部位以及塑件外观的要求，而且分型面处所产生的飞边应容易修整加工。
2．考虑注射机技术规格
1）.考虑锁模力
尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。
模具的分型面尺寸在保证一定的型腔不溢料边距的情况下，尽可能减小分型面接触面积，从而可以增加分型面的接触应力，防止溢料，并简化分型面的加工。
2）.考虑模板间距
3．考虑模具结构
1）.尽量简化脱模部件
A．为便于塑件脱模，应使塑件在开模时尽可能留与动模部分，尽可能使塑
件与定模之间一定的结合力，而不要把塑件与模具结合力都放到动模部分。
B．应尽量避免侧抽芯机构
2）.应尽量方便浇注系统的布置
3）.便于排溢。
为了有利于气体的排出，分型面应可能与料流的末端重合。
4）.便于嵌件的安放。
5）.模具总体结构简化，尽量减少分型面的数量，尽量采用平直分型面。
4．考虑模具制造难易性。
4.2浇注系统的设计
浇注系统一般由主流道，分流道，浇口和冷料穴组成。
浇注系统的设计正确与否直接影响着注射过程中的成型效果和塑件质量。
在设计浇注系统时应注意以下几个原则：
1）根据塑件的形状和大小以及壁厚等因素，并结合选择分型面的形式选择浇注系统的形式及位置。
2）根据所确定的塑件型腔数设计合理的浇注系统布局。
3）应根据所选用塑件的成型性能，特别是它的流动性，选择浇注系统的截面积和长度，并使其圆滑过渡以利于物料的流动。
4）应尽量可能地缩短物料流程和便于清除料把，以节省原料，提高注射效率。
5）排气良好。
4.2.1主流道设计
1）主流道的结构设计
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，其主要设计要点为：
A．为了便于浇注凝料从主流道中取出，主流道采用α=2°~6°左右的圆锥孔。
对流动性差的塑料也可取得稍大一些，但过大则容易引起注射速度缓慢，并容易形成涡流。
B．浇口套与塑件注射区直接接触时，其出料端端面直径D应尽量选的小些。
如果过大，即浇口套与型腔的接触面积增大，模腔内部压力对浇口套的反作用力也将按比例增大，到一定程度时浇口套则容易从模体中弹出。
C．浇口套的材料应选用优质钢T8A，并应进行淬硬处理，为了防止注射机喷嘴不被碰撞而破坏，浇口套的硬度应低于注射机喷嘴的硬度，锥孔内壁粗糙度Ra为0.63µm，以增加内壁的耐磨性，并减少注射中的阻力。
圆锥孔大端应该有γ=1°~2°的过渡圆角，以减少料流在转向时的流动阻力。
D．浇口套与注射机喷嘴头的接触球面必须吻合。
由于注射机嘴头是球面，半径SR是固定的，所以为使浇口套端面的凹球面与注射机喷嘴的端凸球接触良好，一般地其半径Sr=SR+（0.5~1）mm，而圆锥孔的小端直径d则应大于喷嘴的内孔直径d1，即d=d1+（0.5~1）mm，端面凹球面深度L2取3~5mm。
球面与主流道孔应以清角连接，不应有倒拔痕迹，以保证主流道凝料顺利脱模。
E．定位圈是模体与注射机的定位装置，它保证浇口套与注射机的喷嘴对中定位，定位圈的外径D1应与注射机的定位孔间隙配合。
其配合间隙为0.05~0.15mm，定位圈厚度5~10mm，即小于注射机定位孔的深度。
F．浇口套端面应与定模相配合部分的平面高度一致。
G．在可能的情况下浇口套长度L应尽量的短，L越大其压力损失越大，使物料降温过大，影响注射成型。
主流道尽量不采用分级对接形式。
4.2.2浇口套设计
由于主流道要与高温塑料及喷嘴接触和碰撞，所以需要选用优质钢材（如T8A）单独加工和热处理（硬度为53~57HRC），或用45，50，55等表面淬火（大于55HRC）。
4.2.3分流道设计
1）、在满足注射成型工艺的前提下，分流道的截面积应尽量的小。
但分流道的截面积过小会降低注射速度。
使填充时间延长，同时可能会出现缺料、焦烧、皱纹、缩孔等塑件缺陷，而分流道过大则增大冷凝料的回收量，并延长了物料的冷却时间。
一般来说，在注射完成后，分流道的冷却时间应比型腔中塑件的冷却时间要短，才不影响注射时的效率。
因此在设计是应用较小的截面积，以便与在试模是为必要的修正留有余地。
2）、在可能情况下，分流道的长度应尽量地短，以减少压力损失，避免模
体过大影响成本。
如果分流道较长时，应在其末端设置冷料穴，防止冷料和空气进入模腔。
3）、在分流道上的转向次数尽量少，在转向处应圆滑过渡，不能有尖角。
这样就减少压力损失，有利于物料的流动。
4）、分流道的内表面不必要求很光，一般表面粗糙度Ra取1.6µm即可，
这样可以在分流道的磨擦阻力下使物流外层的流动小些，使其分流道的冷却皮层固定，有利于对熔融塑料的保温。
5）、分流道断面形状及尺寸大小，应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料工艺特性、注射速率、分流道长度等因素来确定。
从减少散热面积考虑分流道的截面宜采用圆形；从压力损失考虑，由于在同等断面积时圆形比正方形的短，因此料流阻力小，压力损失也小。
4.2.4浇口设计
根据要求和材料的特点，采用点浇口。
其主要优点如下：
1）.由于点浇口的截面积尺寸较小，一般d=0.3~2mm，当熔料通过时，有很高的剪切率和摩擦，产生热量，提高熔料的流动，从而能获得外形清晰，表面光泽的塑料制品。
2）.塑料制品的浇口在开模的同时即被拉断，浇口痕迹呈圆点状不明显，所以点浇口可开在塑件的表面及任何位置，并不影响制品的外观。
3）.点浇口一般开在塑件顶部，因其注射流程短，拐角小，排气条件又好，因此很容易成型。
4）.适用于外观要求较高的壳类或盒类塑件的单型腔模、多型腔模等各种模具，使用比较广泛。
A、点浇口的结构形式如上图：
B、浇口位置的选择
浇口位置开设正确与否，对塑件质量影响很大，因此合理选择浇口位置是提高塑件质量的重要环节。
在确定浇口位置时，应遵循以下原则：
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。
5）、对于带细长型心的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免冲击变形。
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。
4.2.5冷料穴设计
冷料穴一般设置在主流道的末端，即主流道正对面的动模板上或处于分流道的末端。
它的作用是用来储存注射间隙，喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料。
在注射时，如果它们进入流道，将堵塞流道并减缓料流速度；进入型腔，将在塑件上出现冷疤或冷斑。
影响塑件质量。
同时在开模时，冷井又起到将主流道的凝料从浇口套中拉出的作用。
冷料穴的直径应大于主流道的大端直径，其长度约为主流道的大端直径，这样有利于物料的流动。
4.2.6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，还有塑料手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，则可能因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或产生气泡，或使塑件熔接不良而引起缺陷。
注射模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气。
第五章成型零件的设计与计算
在设计成型零件时，一般应考虑如下问题：
1）、应尽量保证注射塑件的外观完整性，使其外表表面美观，避免尖角、毛边、飞刺等损伤人体的情况出现。
2）、应使成型零件的加工工艺简单合理，最省时省力，并能达到必要的装配精度。
3）、成型零件应有必要的制造和装配的基准面，力求装配时定位可靠，方便、快捷。
4）、相互配合的部分应尽量减少配合面，以便于制造和装配。
5）、局部嵌件应便于修复和更换。
6）、应使塑件在使用时方便、简捷。
7）、成型零件应具有足够的强度和刚度。
5.1塑料模具结构设计
5.1.1凸模的设计
采用整体式结构，有较高的强度和刚度，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。
5.1.2凹模的设计
5.2成型零件尺寸的计算
工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括：
凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。
为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。
其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面[7]：
1、成形收缩率：
在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为
δs=（Smax-Smin）Ls
式中：
δs为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）；
Smax为塑料的最大收缩率（%）；
Smin为塑料的最小收缩率（%）；
Ls为塑件尺寸（mm）。
一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。
2、模具成形零件的制造误差：
实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7～IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
3、零件的磨损：
模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。
4、模具的配合间隙的误差：
模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。
模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。
综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。
由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。
通常凹模、凸模组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。
其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下：
型腔径向尺寸:
型腔轴向尺寸：
型芯径向尺寸：
型芯轴向尺寸：
注：
；
平均收缩率：
5.2.1型腔尺寸的计算
型腔径向尺寸:
式中：
Lm—型腔的最小基本尺寸（mm）
Ls—塑件的最大基本尺寸（mm）
Δ—塑件公差
S—塑件平均收缩率（%）
x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=0.5。
δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。
型腔轴向尺寸：
式中：
Hm—型腔轴向最小基本尺寸（mm）
Hs—塑件的最大基本尺寸（mm）
Δ—塑件公差
S—塑件平均收缩率（%）
x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。
δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。
5.2.2型芯尺寸的计算
型芯径向尺寸：
式中：
Lm—型芯的最大基本尺寸（mm）
Ls—塑件的最小基本尺寸（mm）
Δ—塑件公差
S—塑件平均收缩率（%）
x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。
δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。
型芯轴向尺寸：
式中：
Hm—型芯的最大基本尺寸（mm）
Hs—塑件的最小基本尺寸（mm）
Δ—塑件公差
S—塑件平均收缩率（%）
x—综合修正系数（考虑塑料收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度高，批量大，取x=3/4。
δz—模具制造公差，一般为（1/3~1/6），取1/3Δ。
5.3塑料注射机有关参数的校核
5.3.1模具闭合高度的确定
H=H4+A+C+H1+H2+H3+H3
=30+70+70+25+35+20
=250
5.3.2模具闭合高度的校核
Xs-zy-125螺杆式注射机
Hmin=200；
Hmax=300；
因此闭合高度符合
5.3.3开模行程的校核
故开模行程满足要求
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