马达盖注塑模具设计.docx

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马达盖注塑模具设计

一、塑件工艺特性

1、塑件所使用的材料的种类及工艺特性的分析：

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，具有良好的力学性能和加工性能，阻燃剂热稳定性好，耐渗出，耐热分解。

2、塑件的成型特点分析：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80~90C下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210~280C；建议温度：

245C。

模具温度：

25…70C。

（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。

ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。

这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的ABS材料。

这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。

3、塑件结构分析：

从塑件外型看，总体为一个方形壳体零件，表面有斜面，并带圆弧表面，中心有孔和有侧孔的结构简单零件。

二、塑件的体积与质量的计算

该产品材料为ABS，查资料得知其密度为1.02～1.05g/cm3，收缩率为0.3%～0.8%。

利用PRO/E计算得塑件的体积V=4.894cm3

塑件质量：

M=Vρ=1.03g/cm3×4.894cm3≈5.041g

三、注塑机的确定

根据原材料和塑料制件的各种参数，选定注射机的型号为：

XS-Z-60，其有关参数如下:

（参照教材表4.2）

注塑机的最大注塑量：

60cm3；螺杆直径：

38mm

注射压力：

122MPa；注射行程：

170mm

注射方式：

注塞式；锁模力：

500KN

最大成型面积：

130cm3；最大开合模行程：

180cm

最大模厚：

200mm；最小模厚：

70mm

喷嘴圆弧半径：

R12mm；喷嘴孔直径：

Ф4mm

注塑机拉杆空间：

190×300/mm×mm动、定模固定尺寸：

330×440/mm×mm

四、注射模设计

1、型腔的确定

该塑料结构简单，为了使模具与注射机的生产能力想匹配，提高生产效率和经济性,采用的是一模两腔

2、分型面的选择

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它的设计要综合地考虑各方面的因数。

因为本塑件结构较简单，需内侧向抽芯，选择下图水平分型方式降低了模具的复杂程度，又便于成型后脱模，因此将塑件的分型面设计如下：

图1

3、浇注系统

（1）主流道的设计

查资料得XS—Z—60型注射机喷嘴有关尺寸为，喷嘴孔直径为d1=4mm，主流道球面半径为R1=12mm，球面配合高度为3~5mm,取其平均值4mm，主流到锥角为2~6度，取3度，模具主流道球面半径R=R1+（1-2）mm为11mm及小端直径d=d1+1mm为5mm，经换算取得主流道下端直径D=7mm。

为了使溶料顺利进入分流道可在主流道出料端设半径为r=1mm的圆弧过渡。

采用T8A制造，淬火硬度50HRC，表面粗糙度值小于0.8µm。

（2）分流道的设计

分流道的形状及尺寸应根据塑件的体积,壁厚,形状的复杂程度,注射速率,分流道长度等因素来确定。

本塑件的形状不算太复杂,熔料填充比较容易。

根据一模一腔的方式可知分流道的长度不算太长。

（2）浇口的设计

根据塑件的成型要求及塑件的形状，选用侧浇口较为理想浇口。

浇注系统结构如图

图2

4、成型零件的结构设计

（1）凹模：

塑件结构简单，故采用整体式凹模结构，如下图：

图3

（2）凸模采用镶拼式结构。

结构如图：

图4

5、成型零件工作尺寸部分尺寸计算：

由上面得知，零件材料为ABS，其收缩率S为0.3%～0.8%，取S=0.5%，产品为马达盖，外表面要求高，故取其精度为4级。

根据零件个尺寸查教材表3.9得∆1=0.38mm∆2=0.32mm∆3=0.20mm∆4=0.18mm∆5=0.12mm故型腔、型芯的计算步骤如下：

δ1=（1/3-1/4）∆1=0.095~0.127取δ1=0.100mm

δ2=（1/3-1/4）∆2=0.080~0.107取δ2=0.100mm

δ3=（1/3-1/4）∆3=0.050~0.070取δ3=0.060mm

δ4=（1/3-1/4）∆4=0.045~0.060取δ4=0.060mm

δ5=（1/3-1/4）∆5=0.030~0.040取δ5=0.004mm

型腔径向尺寸的计算：

Lm1=（1+s）Ls1=72.360+0.100

Lm2=（1+s）Ls2=52.260+0.100

Lm3=（1+s）Ls3=18.090+0.060

Lm4=（1+s）Ls4=1.0050+0.100

型芯径向尺寸的计算：

L'm1=（1+s）L's1=70.350-0.100

L'm2=（1+s）L's2=50.250-0.100

L'm3=（1+s）L's3=16.080-0.060

L'm4=（1+s）L's4=2.010-0.040

型腔深度Hm1=（1+s）Hs1=12.060+0.06

Hm2=（1+s）Hs2=5.0250+0.04

型芯高度H'm1=（1+s）H's1=11.0550-0.060

H'm2=（1+s）H's2=5.0250-0.040

6.导向机构设计

注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。

导柱导向机构用于动、定模之间开合模导向和脱模机构的运动反复系。

导柱导向通常由导柱与导套（或孔）的间隙配合组成，并呈滑动运动的导向机构，主要零件有导柱和导套。

7．脱模机构设计

注射成型没一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构或脱模装置。

（1）脱模力的计算：

壳体形塑件脱模力通常按薄壁与厚壁两种类型考虑。

薄壁壳体形塑件系指塑件壁厚与其内孔直径之比小于1/20，即t/D≤1/20的塑件。

材料（ABS）的壁厚t为1mm，内孔直径为70mm，1/70=1/50<1/20。

即塑件的脱模力可按公式Q=[2πEεtLcosφ（f-tgφ）/（1–u）k1]+10B（N）

计算。

式中：

Q——脱模力（N）；E——塑料的拉伸模量（Mpa）；ε——塑料成形的平均收缩率（%）；

L——被包型芯的长度（mm），L=12mm；t——塑件的壁厚（mm），t=1mm；

U——塑料的泊松比；φ——脱模斜度（º），φ=0；f——塑料与钢材之间的摩擦系数；B——塑件在与开模方向垂直的平面上投影面积（cm2）），当塑件底部上有通孔时，10B项视为零；k1——有f和φ决定的无因次数，可由下式计算，k1=1+fsinφcosφ

查资料得ABS塑料的某些性能，取得E为0.89x10

Mpa，ε为0.5%，u为0.47，f为0.23。

计算k1为1，因底部有通孔，所以10B项可视为零。

即Q=2πx0.89x10

x0.005x1x12x1x（0.23-0）/（1-0.47）x1

=146N

（2）、脱模结构的设计。

该零件存在有孔，采用内侧抽芯，且分型面较为简单，故采用斜滑块来完成侧抽芯与推出装置。

8.模温调节与冷却系统的设计

塑料注射模温度调节能力的好坏，直接影响到塑件的质量，而且也决定着生产效率的高低，塑件在型腔内的冷却力求做到均匀、快速，以减少塑件的内应力，使塑件的生产做到优质高效率。

（1）温度调节系统的作用

温度调节系统在模具中的作用是至关重要的，尤其对厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件来讲更为重要。

1.温度调节系统的要求质量优良的塑件应满足以下六方面的要求，即收缩率小，变形小，尺寸稳定，冲击强度高，耐应力开裂性好和表面粗糙度低。

1）低的模温可以减少塑料制件的成型收缩率。

模温均匀，冷却时间短，注射速度快一，

可以减少塑件的变形。

其中均匀一致的模温尤为重要，但是由于塑件形状复杂，壁厚不一样，充满顺序先后不同，常出现冷却不均匀的情况。

为了改善这一情况，可将冷却水先通入模温

最高的地方，在冷得快的地方通温水，慢是地方通冷水，使模温均匀，塑件各部位能同时凝固，这不仅提高了制品质量，也缩短了成型周期，但由于模具结构复杂，要先达到理想的调温往往是困难的

2）对于结晶型塑料,为了使塑件尺寸稳定,应该提高模温,使结晶在模具内尽可能的达到

平衡,否则塑件在存放和使用过程中由于后结晶会早晨尺寸和力学性能的变化（特别是玻璃化温度低于室温的聚烯烃类塑件）,但模温过高对制品性能也会产生不好的影响.

3）结晶型塑料的结晶度还影响塑件在溶剂中的耐应力开裂能力,结晶度越高,该能力越低,故降低模温是有利的.但是对于聚碳酸酯一类的高粘度非结晶型塑料,耐应力开裂能力和塑件的内应力关系很大,堵提高冲模速度,减少补料时间并采用高模温是有利的.

（2）模温对塑件质量的影响：

热塑性塑料熔体注入型腔后,释放大量热量而凝固.不同的塑料品种,需要模腔维持在某一适当温度.模温对塑件质量的影响主要表现在如下六个方面.

1、改善成形性每一种塑料都有其湿度的成形模温，在生产过程中若能始终维持相适应的模温则其成形性可得到改善，若模温过低，会降低塑件熔体流动性，使塑件轮廓不清，甚至充模不满；模温过高，会使塑件脱模时和脱模后发生变形，使其形状和尺寸精度降低。

2.成形收缩率利用模温调节系统保持模温恒定，能有效减少塑料成型收缩的波动，提高塑件的合格率。

采用允许的的模温，有利于减少塑料的成形收缩率，从而提高塑件的尺寸精度。

并可缩短成形周期，提高生产率。

3.塑件变形模具型芯与型腔温差过大，会使塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形。

尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。

需采用合适的冷却回路，确保模温均匀，消除塑件翘曲变形。

4.尺寸稳定性对于结晶性塑料，使用高模温有利于结晶过程的进行，避免在存放和使用过程中，尺寸发生变形；对于柔性塑料（如聚烯烃等）采用低模温有利用塑件尺寸稳定。

5.力学性能适当的模温，可使塑件力学性能大为改善。

例如，过低模温，会使塑件内应力增大，或产生明显的熔接痕。

对于粘性大的刚性塑料，使用高模温，可使其应力开裂大大的降低。

6.外观质量适当提高模具温度能有效地改善塑件的外观质量。

过低模温会使塑件轮廓不清，产生明显的银丝、云纹等缺陷，表面无光泽或粗糙度增加等。

（3）冷却时间的确定

注射模实质是一种热交换器.确定恰当是热交换（冷却）时间,是模具设计者的重要任务.为此,首先分析影响冷却时间的因素.

影响冷却时间的因素：

1.模具材料从机械强度出发，通常选钢材为模具材料。

如果考虑材料的冷却效果时，则热导率愈高，从熔融塑料吸收热量愈迅速，冷却得愈快。

2.冷却介质温度及流动状态一般采用常温水进行冷却。

以冷却水出、入口温差小为好，一般控制在5℃以内。

冷却水在通道中的流速，以尽老能高为好，其流动状态湍流为佳，即雷诺准数为Re＞10

为宜。

因为湍流的热传递效率为层流的10～20倍。

3.模塑材料塑料的热性能，对冷却时间具有重大影响。

4.塑件厚度塑件壁厚越厚，传热阻力越大，所需冷却时间越长。

通常冷却时间与塑件的厚度平方成正比。

5.冷却回路的布置成型腔周围冷却回路的分布状态，即冷却回路距型腔的距离和通道之间的间隔，对冷却时间也有影响。

6.模具温度系指与塑料接触的模腔表面温度。

它直接影响到塑料熔体在模腔中的冷却速度。

选择合适的模温会缩短成形周期，提高塑件质量，减少废品率。

为了满足塑料对模温的要求，现代化生产技术多采用模具恒温器，以闭路循环冷却介质对模温进行控制。

在注射过程中,塑件的冷却时间,通常是指塑料熔体从充满模具型腔起到可以开模取出塑件时止的这一段时间.这一时间标准常以制品已充分固化定型热切具有一定强度和刚度为准,这段冷却时间一般约占整个注射生产周期的80%.其确定方法有计算法和经验查表法.

为了节省设计过程的时间,故采用经验查表法来确定冷却时间。

（4）冷却系统的计算

简单计算步骤如下：

（1）算单位时间内从型腔中散发出的总热量（Q总=Q1）

（2）①计算每次需要的注射量（kg或cm

）：

（3）V=nV件+V浇=2x4.894+1.3

=11.088cm

②确定生产周期（s）：

t=t注+t冷+t脱

式中，t为生产总周期（s），t注为注射周期（s），t冷为冷却周期（s），t脱为脱模周期（s）。

查资料得常用热塑性塑料注射成型的工艺参数，的t=90s。

③求使用的塑料单位热流量Qs（kJ/kg）：

查表常用塑料熔体的单位热流量Q，

得Qs=750KJ/kg

④求每小时的需要注射的次数：

N=3600/t=3600/90

=40

⑤求每小时的注射量（kg/h）：

W=N•G=40x0.011088

=0.44352kg/h

⑥求从型腔内发出的总热量（kJ/h）

Q总=Q1=N•G•Qs=0.44352x750

=332.64kJ/h

⑵以凹模冷却系统为例求凹模冷却水的体积流量（m

/min）:

qv=Q凹/[60p•C1（T出-T进）]

式中,p为水的密度10

kg/m

C1为水的比热容C1=（4.187J/（kg•℃）,T出为水管设定温度,T进为水管进口设定温度,Q凹为有凹模带走的热量（kJ/h）.

qv=1080/[（60x10

x4.187x（8-5））

=0.0014m

/min

⑶求冷却水孔的直径d（mm）:

查表冷却水流速与管道直径的关系,得d=6mm

⑷求冷却水的平均流速（m/min）:

查表冷却水流速与管道直径的关系,得最低流速为1.66m/s.

⑸求凹模所需冷水管根数:

n=L/B=8

水管布置如图：

9、模体的设计

模体也称模架，是注射机的骨架和基本，模具的每一部分但寄生其中，通过他把模具的每一部分有机的联系在一起。

模架一般由定模座（或叫定模底板）、定模固定板（或叫定模板）、动模固定板（或叫型芯固定板）、支撑板（或叫动模垫板）、垫块（或叫垫脚、模脚）、动模座板（或叫动模底板）、推板（或叫推出底板）、推杆固定板、导柱、导套、复位杆等组成。

另外，根据需要，还有特殊结构的模架，如点浇口模架、带脱模板的模架。

本模具采用A1型315x315标准模架

结构如图：

1螺钉2定模座板3凹模板4凸模板5销钉6螺钉7动模座块8轴销9螺钉10推板11滑座12拉料杆13复位杆14动模座块15导柱16导套17冷却水道18滑座固定板19螺钉20浇口21滑块I22滑块II23销钉

10、模具的动作原理

1．塑料的加热,塑化是在高温料筒内进行,不是在模具内进行,因而模具不设加料腔,而设浇注系统,熔体通过浇注系统充满型腔。

2．塑料熔体进入型腔之前，模具已经闭合。

在注塑过程中需根据塑料特性，在模具中设冷却系统。

3．该模具采用单分型面注射模，行腔一部分设在定模，一部分设在动模，其主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上，开模后塑料制品连同流道凝料一起留在动模上，动模一侧设有推出机构，用以推出制品及流道凝料。

4．注射模具生产适应性强，生产率高，容易实现自动化。

5．注射模一般是机动的，结构一般较复杂，因而制造周期较长，成本较高。

11、注射模与注射机的关系

注射机在前面已初步选定为XS-Z-60，模具的各零件也已基本确定，这节只需进行模具与注射机的校核即可。

1注射压力的校核：

该项工作是校核所选用注射机的公称压力P公能否满足塑件成型所需要的注射压力P0，塑件成型时所需要的压力一般由塑料流动性、塑件结构和壁厚以及浇注系统类型等因素决定，其值一般为70～150MPa。

具体可参考下表（通常要求P12＞P0）；

查下表得P0=115<180，即P0

表6MPa

材料

注射条件

厚壁件

中等壁厚件

难流动的薄壁窄浇口件

聚乙烯

70——100

100——120

120——150

聚甲醛

85——100

100——200

120——150

ABS

80——110

100——130

130——150

聚苯乙烯

80——100

100——120

120——150

有机玻璃

100——120

110——150

>150

聚酰胺

90——101

101——140

>140

2锁模力的校核

锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大加紧力。

当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。

为此，注射机的额定锁模力须大于该胀型力，既：

F锁≥F胀=A分.P型

式中，F锁——注射机的额定锁模力（N）；

P型——模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注射机压力的0.3～0.65倍，通常为20～40MPa；

A分——塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和（mm²）。

将P型=30MPa，A分=3670mm²带入上式，得：

F锁=30x3670=110100N

=110.1KN<450KN

即F锁>F胀。

3开模行程与推出机构的校核

开模行程是指从模具中取出塑件所需要的最小开合距离，用H表示，它必须小于注射机移动模板的最大行程S。

XS-Z-60的锁模机构为液压—机械联合作用的注射机，其模板行程是由连杆机构的最大冲程决定，而与模具厚度无关。

对单分型面注射模，所需开模形程H为：

S≥H=H1+H2+（5～10）mm

式中H1——塑件推出距离（也可作凸模高度）（mm）；

H2——包括浇注系统在内的塑件高度（mm）；

S——注射机移动板最大形程（mm）；

H——所需塑件开模行程（mm）。

将各值带入上式，得：

H=16+56+7

=79mm<170mm

即S机>H。

4安装部分相关尺寸校核

模具与注射机安装部位的的相关尺寸主要有喷嘴尺寸、定位圈尺寸、拉杆间距、最大模具厚度与最小模具厚度以及模具与注射机的安装关系。

（1）喷嘴尺寸：

注射机的喷嘴与模具的浇口套（主流道衬套）关系主要有：

主流道始端的球面半径R应比注射机喷嘴头球面半径R0大1～2mm；主流道小端直径d应比喷嘴直径d0大0.5～1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。

R=13mm，R0=12mm。

即R-R0=13-12=1mm∈1～2mm

（3）模板规格与拉杆间距的关系：

模具的安装有两种方式，即从注射机上方直接吊装入机内进行安装，或先吊到侧面再由侧面推入机内安装。

而模具的外形尺寸受到拉杆间距的限制，因以重视。

注射机拉杆间距为155x144.8mm，模具的外形尺寸为315x400mm。

（4）模具总厚度与注射机模板闭合厚度的关系：

两者之间关系应满足：

Hmin≤Hm≤Hmax

而Hmax=Hmin+ΔH

式中，Hm——模具闭合后总厚度（mm）；

Hmax——注射机允许的最大模具厚度（mm）；

Hmin——注射机允许的最小模具厚度（mm）；

ΔH——注射机在模具厚度方向的调节量（mm）。

当HmHmax时，则模具无法闭合，尤其是机械—液压式锁模的注射机，因其肘杆无法撑直。

Hm=177mm，Hmax=200mm，Hmin=70mm

70mm<177mm<200mm

（5）模具与注射机的安装关系：

模具的安装固定形式有压板式与螺钉式两种。

当用压板固定时，只有模具座板以外的附近有螺孔就能固定，很灵活方便，当用螺钉直接固定使，模具座板上必须设安装孔，同时还要与注射机模板上的安装孔完全吻合，并且很麻烦，固生产成广泛采用前者。

使用压板时，动模、定模各用2～4个压板即可。