显示器支架扣件塑料注射模具设计.docx
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显示器支架扣件塑料注射模具设计
本科毕业设计（论文）
题目：
显示器支架扣件塑料注射模具设计
系别：
机电信息系
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
学生：
学号：
指导教师：
2013年05月
设计图纸和说明书联系QQ2576636538
2产品分析
2.1塑件分析
2.1.1结构分析
本次设计任务所提供的资料为塑件实体，下图为测绘出的塑件二维和三维图：
图2.1塑件二维图
图2.2塑件三维图
图2.3塑件三维图
由上图可看出，显示器支架扣件总体来看是一面板类塑件，其长度为103mm，宽度为70.2mm，最大厚度为4.1mm，最小厚度为3.1mm，扣件内侧分布有筋和通孔，从图2.2.3可看出塑件延伸部位有两个向内的侧挖。
但是其所有结构均对称分布，故模具设计时不需要设置较复杂抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。
2.1.2尺寸精度分析
技术要求中提出该塑件的尺寸公差IT3（SJ1372-78）。
由于塑件为扣件类产品，因此零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证。
2.1.3表面质量分析
该零件的表面要求没有缺陷、毛刺、无飞边及要有一定的光泽，没有特别高的表面质量要求，所以比较容易实现。
综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。
2.2材料分析
2.2.1功能要求
功能设计是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。
该塑件是扣件类产品，长时间承受外力的作用，如拉力，压力以及摩擦等，因此需要有较好的抗拉能力和抗疲劳能力。
而它作为一种日常用品，应该是大批量生产，这样，就必须考虑生产成本和模具寿命，在材料的选择时要综合各种因素。
此外，塑料都会老化，作为一种长时间靠近光源的产品，还要考虑到材料的光氧化等问题。
2.2.2材料选择
通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。
对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。
该塑件对材料的要求，首先必须是具有良好的力学性能，其次才是成型难易以及经济性问题。
本次设计中的“显示器支架扣件”，由于其所使用的环境，需要长时间的承受压力、拉伸力和摩擦力，同时距离光源比较近，故要考虑其光氧化性和抗疲劳性。
查过设计手册，ABS材料不仅能够满足塑件使用功能和加工工艺性，而且ABS也具有一定的经济性，故此塑件选择ABS作为塑件材料。
2.2.3ABS成型性能
a.一般性能
ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。
ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。
ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。
ABS的氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。
b.力学性能
ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。
ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。
ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。
ABS的力学性能受温度的影响较大。
c.热学性能
ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40~100℃的温度范围内使用。
d.电学性能
ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。
e.环境性能
ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。
ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。
f.ABS塑料的加工性能
ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。
ABS的熔体流动性比ABS和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。
ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。
ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。
一般制品的干燥条件为温度80～85℃，时间2~4h；对特殊要求的制品（如电镀）的干燥条件为温度70～80℃，时间18～18h。
ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于70～80℃的热风循环干燥箱内2～4h，再冷却至室温即可。
2.2.4塑件材料成型条件
确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近，只有这样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效率和经济效益。
本次设计选择ABS为注塑材料，表2.1和表2.2为ABS的注射工艺的相关参数。
表2.1ABS的注射工艺参数
注射机类型
预热温度/℃
喷嘴温度/℃
料筒温度/℃
模具温度/℃
柱塞式
60～75
160～170
前段
17～190
后端
14～160
2～60
表2.2ABS的热处理条件
塑料
热处理介质
处理温度∕℃
制件厚度∕mm
处理时间∕min
ABS
空气
水
60～70
70～77
≤6
≥7
30～60
120～360
2.2.5塑件的体积和重量的计算
计算塑件重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
根据设计手册可查得ABS的密度为ρ=1.2g/cm³成型收缩率成:
0.3～0.8% 成型温度：
180～200℃。
利用PROE软件测算出塑件的体积和质量，如图2.4。
图2.4塑件质量
经换算得：
塑件的体积：
V=24.9cm³
密度：
=1.2g/cm³
塑件质量：
M
=Vρ＝24.9cm³×1.2g/cm³=29.88
浇注系统的质量：
M
=7g
故，设计所需浇注量为：
M
=
=46.25g
2.2.5初选注射机
根据2.2.4所初步计算的浇注所需的浇注量，考虑到塑件结构不太复杂，需求量中等，其外形尺寸、注射时所需压力等情况，初步选用注射机为XS-Z-60。
表2.3XS-Z-60注射机相关参数
型号
XS-Z-60
额定注射量（cm3）
螺杆直径（mm）
注射压力（MPa）
注射行程（mm）
注射时间（s）
注射方式
合模力（kN）
最大注射面积（cm2）
最大开（合）模行程（mm）
模具最大厚度（mm）
模具最小厚度（mm）
动、定模固定板尺寸（mm）
喷嘴圆弧（mm）
喷嘴孔径（mm）
60
38
122
170
0.7
柱塞式
500
130
180
200
70
300×440
12
4
3分型面及型腔的确定
3.1分型面的选择
模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。
分型面与模具的整体结构、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设计中的一个关键步骤。
分型面的选择应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。
该塑件表面质量无特殊要求，结构也比较间单，固选平直分型面。
而如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3）保证塑件的精度要求。
4）满足塑件的外观质量要求。
5）便于模具加工制造。
6）对排气效果的影响。
根据本次设计中的塑件，可有一下几种分型面选择方案：
图3.1方案一
若采用方案一为分型面，由塑件图可看出，其面内分布有大量对称的筋和通孔，可以满足塑件的精度要求，但是由于筋和孔的原因，在脱模时会产生比较大的摩擦力，不利于脱模。
同时，如图中所示，其有一个型芯，若将型芯设计在定模扳上，对于模具的制造和模具的顺利脱模会产生比较大的影响。
图3.2方案二
从塑件图中可看出，方案二所选平面其表面相对平整，没有比较大的结构，在保证塑件质量的前提下，模具设计中可以比较容易的确定浇注系统和浇口位置，且对于脱模，是一个比较理想的分型面选择。
图3.3方案三
若选择方案三所示分型面，其分型面表面相对平整，但是其在图中所示位置会出现内侧挖切，这对于模具的制造和模具脱模会产生比较大的影响。
综上几种方案，根据分型面选择的几种基本原则，为了便于模具制造，保证塑件精度，本次设计采用方案二维分型面。
3.2型腔数目的确定
型腔，铸型中组成铸件轮廓的空腔部分。
它是指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。
型腔分为单腔模具和多腔模，单型腔模具结构相对简单，设计自由度较大，成型塑件的形状和尺寸的一致性好，塑件精度较高；多型腔模具的结构复杂，生产效率高，分配到单个塑件上的成本低。
单型腔模具宜用于大型或精度要求较高的塑件的注塑成型，多型腔模具特别使用于精度要求不是很高、结构较易冲型的中小型塑件的大批生产。
在生产过程中，型腔数目的确定对于提高生产的效率，降低成本具有重要的意义。
为了使模具与注塑机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，设计模具时应确定型腔数目
。
确定型腔数目应遵守以下四种原则：
.
1）根据经济性确定型腔数目
2）根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目
3）根据塑件精度确定型腔数目
4）根据注塑机的最大注塑量确定型腔数目
本次设计中，虽然对于塑件精度要求一般，需求量中等，原则上可多腔模更为合适，可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。
但是该塑件的使用环境要求，塑件需要有比较强的抗压，抗拉和耐摩擦等力学性能，对塑件的质量要求较高，生产经验表明，每增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%，而在不同程度上对于塑件的整体质量会有较大的影响，因此需要慎重的考虑，使得在保证塑件质量的前提下，提高生产效率，降低成本。
按照注塑机的锁模力大小确定腔数
n
=
=4.16
式中，F
—注塑机的额定锁模力
P—塑料熔体对型腔的平均压力，查设计手册，P取值为35MPa
A—单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm
A
—浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm
分析结论：
大型薄壁塑件、深腔类塑件、需三向或者四向长距离抽芯塑件等，为保证塑件成型，通常采用一模一腔。
而本次设计中，塑件在模具分型面上的投影面积相对较大，且塑件整体比较薄，最厚处仅为4mm，且塑件有比较多的筋，若选择一模多腔，不仅设计复杂，而且在生产实践中很可能影响到塑件的质量。
故本次设计采用一模一腔。
3.3型腔的分布
由于型腔的排布与浇注系统密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考虑。
型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内在质量均一稳定。
而本次设计中采用一模一腔，型腔布置在模具中间，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
如图3.4
图3.4型腔分布
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