电器外壳塑料模设计.docx
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电器外壳塑料模设计
前 言
随着模具技术的迅速发展,在现代工业生产中，模具已经成为生产各种工业产品不可缺少的重要工艺装备。
它在国民经济中占有越来越多重要的地位，发展前景十分广阔。
模具毕业设计是工科类学校机械专业最重要的教学环节，它是学生对所学课程的理论和生产实际的综合运用。
毕业设计的主要目的有两个:
一、让学生掌握模具设计的基本技能，如计算、绘图、查阅设计资料与手册，熟悉标准和规范等能力,能够熟练运用CAD、Preo/engineer等绘图应用软件进行模具设计；二、在了解工艺基本知识的基础上掌握模具设计的一般方法和步骤,了解模具的工艺加工过程，从而能够设计一般的模具。
我设计的是一副塑料注射模，通过这次设计，对于一般塑模的结构特点和开模原理有了比较深刻的认识。
在本次毕业模具设计过程中,我得到了老师的精心指导和同学大力帮助,在此，我一并致以衷心的感谢。
由于我理论水平和实践经验有限,对模具的不全面了解，再加上设计水平有限,在设计过程中，错误和不妥之处在所难免，希望各位老师批评指正,以便在今后的学习工作中吸取教训,本人十分感谢。
目录
0……………………………………………………前言
一…………………………………塑件结构工艺性分析
二……………………………………注射成型机的选定
三………………………………………型腔数目的确定
四……………………………………型腔分型面的设计
五…………………………………………模架的选择
六……………………………………模具材料的选用
七……………………………………浇注系统的设计
八………………………………………排气槽的设计
九………………………………成型零件的结构设计
十………………………成型零件的工作尺寸的计算
十一……………………………温度调节系统的设计
十二……………………………塑件脱模机构的设计
十三……………………………合模导向机构的设计
十四…………………零部件图样和装配总图的绘制
十五………………………………………………后语
一.塑件结构工艺性分析
1.1尺寸精度的选用及塑件尺寸公差的确定
1.1.1塑件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，该塑料制件套盖的材料为ABS料，其收缩率为0.5%.查塑件精度等级的选用表3-1-2（模具制造手册）可知,该塑件采用5级低精度.
1.1.2尺寸公差的确定
该制件采用5级精度，查塑件尺寸公差推荐表（模具制造手册）可知：
因受模具活动部分的影响的尺寸在查取表中公差值之后再加上0.1mm（3-5级精度选用）。
1.2脱模斜度的确定
脱模斜度的取向根据塑件的内外尺寸而定，塑件内孔以小型芯小端为准，斜度由扩大方向取得，因该塑件为ABS料，查表3-1-3塑件脱模斜度（模具制造手册）可知，型腔、型芯的脱模斜度均可取1°。
1.3孔成型方法的确定
该塑件孔的直径为ø6.2mm,孔深为11.8mm，而且是盲孔，其深度至最大截面处。
可采单独型芯来成型，这样既能起成型作用，又起着顶出作用。
二、注射成型机的选定
选用XS-ZY-250型注射成型机，其主要技术规格为：
螺杆（柱塞）直径（㎜）
ø50
最大注射面积（mm2）
500
注射容量（cm3或g）
250
模具厚度（㎜）
最大
350
最小
250
注射压力（105MPa）
1300
模板行程（㎜）
350
锁模力（104N）
180
喷嘴
球半径（㎜）
18
孔直径（㎜）
ø4
定位孔直径
ø125+0.06
顶
出
中心孔直径（㎜）
ø50
两
侧
孔径
ø40
孔距
280
三、型腔数目的确定
以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%。
按公式：
N=0.8S-W浇/W件计算，
式中：
N—-型腔数，S—-注射机的注射量，
W浇—-浇注系统的重量（g），W件—-塑件重量。
S=250（g），W浇=PV因该塑件物料为ABS查表3-2-12塑件性能（模具制造手册）可知，P=1.15；V’=πr2hr（分流道半径）为2.5mm;V”=πR2hR（主流道浇道半径）为2.5mm;
V’=πr2h=π*2.52*30*2=1177.5mm3
V”=πR2h=π*2.52*82=1609.25mm3
W浇=P（V’+V”）=1.15*（1177.5+1609.25）=56.52（g）
W件=PVV1=πr12h1+πr22h2+πr32h3+πr42h4
=π*15.42*6+π72*11.8+π102*1.7+π14.42*2
=5364.3mm3
V2=π*3.22*11.8+2.5*13*4+1/2*1/3*2.95*5*4
+3.8*1.6*11.8*2=662.73mm3
W件=P（V1-V2）=1.15*（5364.3-662.73）=14.16（g）
N=0.8S-W浇/W件=0.8*250-56.52/14.16=3.56
故N取4，即一模四腔。
四、型腔分型面的设计
4.1分型面的确定对制件的质量、操作的难易、模具制造都有很大的影响，故分型面是否设计得当，应考虑以下点：
1）塑件在型腔中的方位
该塑件采用一个与注射机开模方向相互垂直的分型面，因该塑件的结构并不复杂且无侧凹及抽芯机构。
2）分型面的形状
该塑件的分型面是与注射机开模方向相互垂直的平面。
3）分型面的位置确定
分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方才能保证制件顺利的从型腔中脱出来，不致使塑件受损伤。
4.2因塑件的外表观质量要求较高，而分型面不可避免地要在制件上留下溢料痕迹或拼合缝的痕迹，所以该分型不选在断面轮廓最大的倒角处，而是选择在断面轮廓最大的平面处，这样既不会影响制件的光亮平滑的外表面质量也便于脱模。
4.3从制件的顶出考虑分型面的确定使制件留于动模一边。
五、模架的选择
4.1模具坯料的选用
因该模具为一模四腔，且均匀的布置在坯料上，塑的最大外形尺寸为ø30.8mm，故该模具坯料选用B×L=120×120mm，从分型面计算，后模中型腔深为15.5mm。
前模为2.3mm。
考虑钻冷却水等因素，后模选厚为35mm的料，前模选厚为30mm的料。
故前、后模坯料选择分别为120x120x30mm;
120x120x35mm各一件。
4.2模架的选用
1）因该模具采用直浇口进胶，故采用大水口系列。
2）该模具为“一开式”模架，无须加板。
由四块板，两条腿组成，即j—静模板；d—动模板；A—凹模板；B—凸模板和两条C—支撑块组成，故模架选用CI型（工字直身模）。
3）已知制品的最大直径为ø30.8mm，且排型一模四腔，则选用模架周界BXL（200X200）mm较为紧凑。
4）已知制品在型芯固定板上成型高度为15.5mm，坯料选用厚为35mm，考虑到型芯固定部分和成型压力的作用，凸模板B板选用70mm较好。
5）已知制品凹模部分成型高度为2.3mm，坯料厚度为30mm。
故凹模板A板选用60mm适用。
6）从塑件图上可知，脱模距S=16mm，模具规格为CI2020，其周界的模架上下顶出板厚t=20+15=35mm，再加上余量10mm，则支撑块方铁的高度为C=16+35+10=56mm，故方铁高度可取60mm。
7）由以上可知其模架选用大水口模架，周界尺寸BXL为（200X200）的模架，即其规格为CI2020的工字直身模。
组合板件为：
工字面板、A板、B板、面针板、底针板、方铁、工字底板。
具体几何尺寸以及各模板的厚度，螺钉、导柱、导套、反推板的安装尺寸见附图（标准模架CI2020组装模板）。
4.3模板及组合精度
动模板孔位精度及与基准面的位置精度需达到互换要求，动模板、定模板的垂直度、平度、导柱导套孔距及基准边距尺寸精度和模架组合技术要求为：
1）基准面垂直度误差为⊥300：
0.02。
2）模板厚度方向两平面平行度误差∥300：
0.02。
3）导柱导套孔距偏差∠±0.02mm。
4）导柱孔至基准面边距偏差∠±0.02mm。
5）组装后动定模固定板上下平面平行度误差∥300：
0.05。
6）组合后分型面贴合间隙<0.03mm。
六、模具材料的选用
选择模具零件的材料应按其用途而定，对成型零件和用料应考虑如下因至素：
1）要承受在高温高压下长期工作，因此应有足够的机械强度、耐疲劳性能及耐热性。
2）用于成批大量生产的模具应具有足够的耐磨性，并应有良好的热处理性能，对形状复杂的零件及易变形的零件则还应要求材料在热处理时变形小。
3）对于成型零件尺寸精度要求较高，应考虑使用尺寸稳定性好的材料。
4）模具钢材的选料要便于加工，易抛光。
因调质钢属于中碳钢或中碳合金钢，其热处理为调质，即淬火后进行高温回火，也可在调质后进行表面淬火，以获得不但具有高强度及高韧性的心部组织，而且有较高的硬高和耐磨性的表面组织，比较适用于制造精度要求不高的中小型模具。
因此成型零件的材料选用调质钢45，其凸、凹模及成型杆的加工工艺过程如下：
下料→锻造→正火→粗加工→调质→精加工→表面淬火→低温回火→精磨
具体的加工工艺过程见工艺卡。
七、浇注系统的设计
流道系统主要由主浇道、分流道、冷料穴、浇口等组成。
7.1主浇道的设计
主浇道是喷嘴熔融状的塑料进入模具型腔时的首段通道，
其形状和尺寸直接影响塑料流动速度及填充时间，主浇道呈圆锥形，其锥度为2°~4°。
小端直径在于喷嘴直径的0.5~1mm
以便补偿与喷嘴对中的误差。
主浇道内孔粗糙度一般在Ra0.8um
左右。
因该模具尺寸较小，且一模四腔，塑件尺寸精度要求不高，故主浇道的形式采用直浇口式，其简图为：
注塑模主浇道衬套选用DXL为40X85（mm），为避免浇道衬套在工作过程中压力过大，应力集中而被损坏，故R1一般取3~5mm的倒角，在安装时距B板0.2~0.5mm左右。
材料选用T8A，热处理淬火、退火后硬度达HRC49.5~53.其尺寸结构图为:
7.2分流道的设计
分流道是熔融状的塑料由主浇道流入型腔的过渡段,它能使塑料熔料平稳地转换流向注入型腔.其浇道长度取15㎜,因其塑件较小,且采用一四腔,故分流道的布置形式采用平衡式X形式,其简图为:
这样可以使分浇流道及其进料的长度、形状、断面尺寸均相等。
保证各型腔同时进料和充满型腔。
因该塑件为ABS料，查表1-22常用的塑料流道直径（模具制造设计手册）可取该分浇流道的直径取ф5mm,查表1-21分流道截面状取为圆形，其结构简图为：
7.3冷料穴的设计
冷料穴用于储存喷嘴前端的冷料和注射间隔时产生冷料头，防止冷料进入型腔而影响塑件质量，该模具采用推杆脱模的形式，而且结构比较简单，故查表1-24冷料穴的形式和应用（模具制造与设计手册）可取冷料穴的形式为锥形式，简图为：
7.4浇口的设计
1）浇口是连接分流道和型腔之间的一段进料通道，其作用是使用塑料熔体迅速充填型腔，同时还起着封闭型腔、防止熔料倒流的作用。
查表1-26浇口推荐尺寸（模具制造与设计手册）可知，其浇口尺寸为：
2）浇口形式的选择
因该塑件对外表观的质量要求较高且采用点浇口。
点浇口是一种尺寸很小的浇口，物料通过时有很高的剪切速率，适用于表观粘度随剪切速率变化而明显改变的塑料熔体和粘度较低的塑件熔体，而且点浇口熔痕较小、强度较低，故容易在开模时实现自动切断，其点浇口的简图为：
点浇口与制件相接处采用圆弧过渡，使点浇口拉断时不致损伤制件，在与浇口相接的分流道下部设制圆弧R，其R为2.5mm，以增加此处截面积，减少塑料的冷却速度，有利于补料以达到更好的效果。
注意：
浇道不必精修很光，一般Ra为0.8左右，因为料流的外层流动要小些好，但不能有凸起和凹入，以免分型和脱模不良，浇道转折处应光滑过渡，不能有尖角，以保证熔料充满型腔。
7.5塑件上浇口开设部位的设计
浇口的开设位置对制件质量影响很大，所以在确定浇口位置时应对物料在流道和型腔中流动情况，填充顺序冷却补料等因素作全面的考虑：
该制件的外形尺寸较小，型腔的宽度和厚度也都较小，所以在选择尺寸较小点浇口时，当高速的塑料流过时，受到很高的剪切应力时，也很难产生喷射和蛇形流等熔体断裂现象。
因该塑件对外表观质量要求较高，所以进料口不能开设在制件表面上，而是开设在塑件的分型面上。
浇口开设
在分型面上，这样既可以使进入型腔的塑料顺利流入，又以顺利的排出模腔内的气体，进入型腔的塑料也不能立即封闭排气系统。
为避免进入塑料正面冲击型芯，使注射压力损耗或使型芯弯曲变形，故可采用非冲击型浇口，其简图为：
八、排气槽的设计
当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸气不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、接缝、表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时还会因气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，而且气体被压缩产生的反压力会降低充模速度，影响注射周期和产品质量。
因此，设计型腔时必须考虑其排气问题，但该塑件的体积较小，而且物流速度不是很高，所以不必另开排气槽，直接利用分型面及活动型芯孔的配合间隙排气，其排气间隙量可取0.03~0.05mm。
九、成型零件的结构设计
该塑件的成型零件包括凹模、凸模、成型杆。
现分别对它们的结构进行设计，成型零件的在注射成型过程中是直接与塑料接触的，需在经常承受高温、高压以及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作之后，这些零部件容易发生磨损、断裂和变形。
而且，模腔的几何形状和尺寸直接决定了制品的几何形状和尺寸，因该塑件的表面质量要求较高，故要求成型零件具有良好的表面质量，对其精度、刚度及表面粗糙都有较的要求。
9.1凹模型腔的结构设计
凹模是用来成型制品外形轮廓的模具零部件，因该塑件的形状并不复杂，尺寸较小，且尺寸精度等级较低，使用要求也不高，生产批量较小，且模具为小型、多腔注射模，为便于加工，凹模的结构形式采用沉孔嵌入式，即其型腔部分与定模板之间直接采用螺栓联接。
在凹模嵌入固定板之后，其结构强度和刚度将会大大提高，因此使用起来比较可靠，不易变形，同时制品也不会出现拼缝、溢料的痕迹。
此外，当成型工艺需要凹模部分具有较大的承合面时，利用嵌入式凹模可以节省优质模具材料，即优质模具材料用来制造型腔部分，而对型以外的承压合模面则可采用材质较差的模套来提供。
9.2凸模和成型杆的结构设计
凸模和成型杆都是用来成型塑料制品内形的零部件。
凸模是成型制品整体内形的模具零部件；成型杆即型芯多指用来成型制品上某此局部内形或局部孔、槽等所用的模具零部件。
该塑件的外形并不复杂，且形状尺寸、生产批量也不大，故凸模可采用整体式，成型杆则采用嵌入式。
采用整体式凸模，因这种结构比较牢靠，不易变形，成型出来的制品不会带有镶拼接缝的溢料痕迹。
又因这种塑件的外表观质量要求较高，为了机械加工和热处理时方便，也为了节省优质模具材料，故将整体式凸模的成型部分与安装固定部分分开加工，然后与用紧固件联接起来。
成型杆则采用嵌入式，即将成型单独加工、制造。
将其嵌入到模具中的安装孔内固定。
因该成型杆的用来成型制件的盲孔的，所以其结构比较简单，可采用过盈配合将成型杆压入模具安装孔内，再将其固定在面针板上，用底针板挡住，这样使成型杆不易滑动，免受损伤。
防止塑料熔体从成型杆头部和模具之间的接合面中溢出，形成横向飞边，影响制品脱模。
采用嵌入式成型杆既起了塑件成型作用，又起着顶出脱模作用。
十、成型零件的工作尺寸的计算
10.1工作尺寸分类及其有关规定
一般说来，任何塑料制品的几何尺寸均可分为外形尺寸、内形尺寸和中心尺寸等三大类型。
而与它们相对应的成型零部件的工作尺寸分别称为型腔尺寸（深度尺寸和径向尺寸）、型芯尺寸（高度尺寸和径向尺寸）和模具中心距尺寸。
型腔类尺寸属于包容尺寸，与塑件熔体或制品之间产生摩擦磨损之后，有增大趋势；型芯尺寸属于被包容尺寸，塑件熔体或制件之间产生摩擦磨损之后，具有缩小趋势；而模具中心距通常不受摩擦磨损的影响，因视为不变尺寸。
故对型腔、型芯和中心距三大类尺寸可采用一种不，同的方法进行设计计算。
在设计时必须遵循其标注形式及偏差的有关规定：
1）制品上的外形尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值；与制品外型尺寸相的型腔类尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值。
2）制品上的内形尺寸采用单向正偏差，基本尺寸为最小值；与制品内形尺寸相应的型芯尺寸采用单向负偏差，基本尺寸为最大值。
3）制品的模具上的中心距尺寸均采用双向等值正负偏差，它们的基本尺寸为尺寸的平均值。
10.2计算成型零部件工作尺寸时注意事项
1）因该塑料为ABS料，其缩水率为5‰，所以在设计时需考虑其收缩率对工作尺寸的影响。
2）该塑件的外表观质量要求较高，但尺寸精度要求较低，故在设计计算工作尺寸时，对一些尺寸可以进行合理简化，可以直接把它们的基本尺寸（考虑其收缩率以后）作为成型零部件的工作尺寸，同时也可以不考虑其制造偏差。
3）因该塑件在高度方向带有1°的脱模斜度，所以在型腔尺寸计算时，以大端作为设计基准，斜度朝小端方向取，而对于腔芯径向尺寸，则以小端作为设计基准，斜度朝大端方向取。
10.3成型零部件工作尺寸的计算
10.3.1成型零件尺寸公差
δ1=1/3△1=1/3*0.28=0.093
δ2=1/3△2=1/3*0.28=0.093
δ3=1/3△3=1/3*0.22=0.073
δ4=1/3△4=1/3*0.18=0.06
δ5=1/3△5=1/3*0.22=0.073
10.3.2成型零件磨损量
δc1=1/6△1=1/6*0.28=0.046
δc2=1/6△2=1/6*0.28=0.046
δc3=1/6△3=1/6*0.22=0.038
δc4=1/6△4=1/6*0.18=0.03
δc5=1/6△5=1/6*0.22=0.038
10.3.3型腔或型芯径向尺寸的计算
型腔的名义尺寸LM=（LS+LS*SCP-3/4△1）+0δ1
LS=（20.28+20.28*5‰-3/4*0.28）+00.093
LS=20.52+00.093
LM2=（LS+LS*SCP-3/4△2）+0δ2
LM2=（20+20*5‰-3/4*0.28）+00.093
LM2=20.12+00.093
LM3=（LS+LS*SCP-3/4△2）+0δ3
LM3=（14.22+14.22*5‰-3/4*0.22）+00.073
LM3=13.67+00.073
LM4=（LS+LS*SCP-3/4△4）+0δ4
LM4=（30.8+30.8*5‰-3/4*0.32）+00.08
LM4=30.99+00.08
10.3.4按平均收缩率计算型芯径向尺寸
LM1=（LS+LS*SCP+3/4△4）-0δc
LM1=（6.32+6.32*5‰+3/4*0.18）-00.06
LM1=6.24-00.06
10.3.5型腔深度尺寸计算
HM1=（LS+LS*SCP-2/3△1）+0δ
HM1=（3.7+3.7*5‰-2/3*0.18）+00.06
HM1=3.72+00.06
HM2=（LS+LS*SCP-2/3△2）+0δ2
HM2=（2.3+2.3*5‰-2/3*0.18）+00.06
HM2=2.31+00.06
HM3=（LS+LS*SCP-2/3△3）+0δ3
HM3=（11.89+11.89*5‰-2/3*0.22）+00.073
HM3=12.11+00.073
10.3.6型芯高度的计算
HM1=（LS+LS*SCP+2/3△1）-0δ1
HM1=（19.11+19.11*5‰+2/3*0.18）-00.093
HM1=19.17-00.093
其基本尺寸见成型零件的结构附图。
十一、温度调节系统的设计
注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有重要的影响，而恰当均匀的模具温度则必须由模内的温度调节系统进行控制。
所以在注射模具设置温度调节系统是十分必要的。
它可以控制模具温度，使注射成型具有良好的制品质量和较的生产效率。
度调节系统设计包括：
系统所需热传导面积计算、温控介质通道的尺寸和介质用量的确定以及温控介质流通回路排布等。
冷却系统在排布与确定时应注意：
1）据传热学理论，冷却水在紊流状态下的冷却效果比层流时高10~20倍，因此，冷却水道的截面尺寸应能保证水流呈紊流状态。
2）冷却水应避免接近制品容易出现熔接痕的部位，以防止不牢降低制品的强度。
3）冷却水不能穿过镶拼模块的接缝，不能横穿顶针孔、螺丝孔等，否则将会产生漏水现象。
4）冷却水路中不要有死角，以防止冷却水回流影响冷却效率。
5）冷却水道的截面直径一般为8~12㎜。
6）从减小压力损失的观点出发，冷却水路的总长度不要过大，一般不要超过1200~1500㎜。
11.1模具冷却装置的设计
设计原则:
1）冷却水道距型腔壁不宜太远或太近，以免影响冷却效果和模具强度。
一般冷却水孔边距离型腔12~15㎜。
2）冷却水孔的数量愈多，对塑件的冷却也就愈均匀，冷却水孔的尺寸愈大，冷却也就愈均匀。
3）塑件局部壁厚处应增加冷却水道，加强冷却。
4）浇口附近温度最高距浇口越远，温度越低。
因此，浇口附近要加强冷却，通常可使冷却水先流经浇口附近，然后再流向浇口远端。
5）水孔与型腔表面处的距离最好相同。
即水孔的排列与型腔形状相吻合。
6）进出口冷却水温差不应过大，以免造成模具表面冷却不匀。
7）冷却装置的排列形式应根据模腔的几何形状而定，冷却水道要易于加工、便于清理。
8）要防止冷却水道泄漏,水嘴与水管连接必须密封.
11.2冷却水道装置形式的设计
因该模具的形芯、型腔尺寸较小，且一模四腔均匀的分布在模具坯料上，所以，该模具的冷却水道装置形式采用内循环式，即斜向交叉的冷却水管道在型芯内形成内循环冷却回路，其结构简图为：
11.3冷却面积的计算
计算冷却面积的目的为了设计冷却路，求得恰当的冷却管道直径与长度，满足冷却要求。
但模具的热量，有辐射热，通过对流的散热及模板的传热和由于喷嘴接触的传热等很多因素。
因此，要进行精确的计算是不可能的。
所以，在计算过程中仅考虑冷却介质在管内工作强制的对流而散热，忽略其它因素。
假设由塑料放出的热量全部传给模具，其热量Q：
Q=nG△I（千卡/小时）
式中n—每小时的注射次数；
G—包括浇注系统在内的每次注射的塑料量（公斤）；
△I—从熔融塑料进入型腔的温度到塑件冷却后的脱模温度为止，塑料的焓之差；
△I=CP（ti-t0）式中CP—塑料的比热（千卡/小时℃）；
ti—熔融塑料进入模腔的温度（℃）；
t0—塑件脱模温度（℃）。
查表3-8-1模具入口和冷却完了塑料焓之差（塑料成型模具的设计）可知，△I值取80千卡/公斤。
G=W浇+W件×4=56.52+14.16×4=113.16（g）
模塑周期为8S；间隔时间为10S；
故n=3600/18=200（次）
Q=200×80×113.16×1
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