磁带机面板注射模具设计模具061毕业说明书1.docx
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磁带机面板注射模具设计模具061毕业说明书1
毕业设计（论文）
题目：
磁带机面板注塑模具设计
学生：
邹宗胜
指导老师：
范有发副教授
系别：
材料科学与工程系
专业：
模具设计与制造
班级：
模具061
学号：
1506203130
2009年6月
磁带机面板塑料件模具设计
摘要
本课题设计的产品是磁带机面板形件。
首先，对材料性能进行分析，选用ABS作为制件材料。
然后，对制件做总体分析，该制件的结构不是很复杂，精度要求也不高，最大的难点是侧抽芯成型，通过对产品结构设计、生产效率等方面的综合分析，决定采用侧抽芯。
课题的另一个难点也是重点就是进料问题，不能在制件表面留下熔接痕，通过对分型面的选定结合制件的实际情况选用潜伏式浇口。
最后，对产品进行工艺分析、模具的设计及注塑机相关参数的校核。
重点一是产品结构工艺分析，在符合使用要求的情况下，尽量简化产品模具的生产，另一个是模具结构的设计，设计合理的模具，以满足制件结构和精度的要求，合理安排加工工艺，完成加工要求的前提下降低模具制造成本。
1.选题背景
1.1塑料模具的发展状况及地位
模具是工业生产的基础工艺装备。
振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60～80%的零部件，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、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。
现代工业的飞速发展为素有“工业之母”美誉的模具工业带来前所未有的发展机遇，而模具材料的应用在模具制造中起举足轻重的作用。
塑料，作为重要的模具材料之一，随着家电、汽车、电子、电器、通讯产品的迅猛发展而得到更为广泛的应用。
塑料模具，成为时下模具品种之“关键词”。
近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。
当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。
我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量己超过3000万台。
家电行业近期家电业所需模具量年增长率为10%。
一台电冰箱约需模具350副，价值约400万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具140副，价值约700万元。
则仅彩电模具每年就有约28亿元的市场。
随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。
业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。
在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。
塑料成型模具的发展方向包括：
①模具CAD/CAE/CAM技术应用的普及，以提高模具制造精度，缩短制造周期；②模具零件加工和装配朝着“零公差”要求发展；③模具结构设计往“免试模”方向发展；④精密注射成型设备向超高速、全电动、智能化等方向发展。
在此背景下，如何更深入地认识塑料模具的发展状况并把握其市场走向，成为重要课题。
而站在塑料制件模具的设计生产去探求此课题的实质与内涵，成为最佳视角。
1.2选择磁带机面板形件的背景及意义
磁带机面板形件结构虽然不是很复杂但五脏具全，包含了常见塑料模具的各个部分，能达到综合训练自己设计水平的目的，而且磁带机面板形件是日常用品，能充分做到理论结合现实生活的实际情况，我们能做到同时站在生产方和使用者的角度来考虑产品的设计，可以结合自己对产品使用性能的一些需求来改进产品的设计方案，使产品模具设计更具实际意义。
1.3选材及性能分析
本课题是普通日常用品，产品外形尺寸为107X75（单位毫米）。
该产品对材料没有什么特殊要求，因此选用ABS即可。
1.3.1ABS
（1）ABS名称：
a.化学名称：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物；
b.英文名称:
AcrylonitrileButadieneStyrene；
（2）性能：
①物理性能
ABS树脂无毒、无嗅、坚韧、质硬、呈刚性，有较好的耐低温性和耐蠕变性。
ABS树脂不透水，常温下吸水率＜1％，表面可抛光。
②机械性能
冲击强度:
ABS树脂有极好的冲击强度，而且在低温下强度下降不多。
冲击强度的大小主要与橡胶含量、接枝率和橡胶形态等因素有关。
拉伸强度ABS树脂的拉伸强度一般为35～50MPa，相氏横量为1.4～2.8GPa，屈服伸率2～4％。
压缩强度:
ABS的压缩强度比拉伸强度大。
标准ABS树脂在14.1MPa压缩负荷下，50℃经24小时，尺寸变化不超过0.2～1.7％。
A.弯曲强度ABS树脂的弯曲强度可达28～70MPa。
B.耐磨性ABS树脂扽爱模型能很好，虽不能作自润滑材料，但由于有良好的尺寸稳定性，故可做中等负荷的轴承。
C.抗蠕变性ABS树脂的抗蠕变性视品种不同而异，超高冲ABS制品可承受7MPa负荷，而尺寸不变化。
③热电性能
一般ABS的热变形温度为93℃，耐热级可达115℃，脆化温度可达-7℃，通常在-40℃时仍有相当强度。
ABS制品的使用温度为-40～100℃.ABS的热稳定性差，250℃时既能分解产生有毒的挥发性物质。
一般ABS易燃，无自熄性。
④电性能
ABS有良好的电绝缘性，且很少受温度、湿度影响，能在很大频率范围的保持恒定。
⑤化学性能
ABS树脂对水、无机盐、碱及酸类几乎完全呈惰性，能溶于酮、醛、酯和氯化烃，而不溶于大部分醇类和烃类溶剂，但与烃类长期接触后软化和溶胀。
ABS表面受冰醋酸、植物油等化学品的侵蚀能引起应力开裂。
密度：
1.02～1.16g/cm3；
注射速度：
建议使用快速的注射速度。
流道和浇口：
可以采用所有常规类型的浇口；
（3）成型工艺特点:
a.干燥处理：
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80-90
下最少干燥2小时；
b.熔化温度：
210-280
；建议温度：
245
；
c.模具温度：
25-70
（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）；
d.注射压力：
500-1000Pa；
e.注射速度：
中高速度
f.成型收缩率:
0.4-0.7%
1.4设计内容
本课题是在给定二维产品图纸和塑料件实样的基础上，对塑料件进行注射成型分析，确定模具结构，选择注塑机型号，完成模具设计。
基本内容包括：
（1）根据产品的二维图纸利用三维建模平台建立三维模型：
主要是根据二维图纸利用PROE软件进行造型，并利用软件测得本产品的体积和重量；
（2）利用二维绘图软件平台设计出完整的模具装配图和零部件图：
主要是利用所学的知识对塑料件进行注射成型分析确定合理的模具结构，并利用AutoCAD软件进行绘制出完整的模具装配图和零件图，并打印出来；
（3）编制模具主要零件的制造工艺和模具装配工艺；
（4）完成毕业论文：
应包括所有的说明、分析和计算。
1.5应解决的主要问题
结合磁带机面板形件注射成形工艺及模具设计的特点，本课题应解决的主要问题:
①侧抽芯机构设计；
②塑件设计怎么反映工艺、成型指标；
③型芯抽芯的驱动力来源；
⑤推杆的分布要保证推出力均衡且不影响制件的外观；
⑥进料不能影响制件外观
此外，成型设备的改造也是必须考虑的一个重要问题。
2.塑件成型工艺性分析
2.1塑料材料
（1）材质：
丙烯睛－丁二烯－苯乙烯共聚物（ABS,橙黄色）
（2）工艺参数：
成型收缩率：
0.4%-0.7%；
成型温度：
前段160～180℃;中段：
210-260
;后段：
210-260
；喷嘴：
210-260
；
模温：
40-80
；
注射压力：
80-130MPa
（3）成型性能：
在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，尺寸稳定性好，制品表面光泽度高，具有良好的涂装性和染色性，而且绝少出现塑后收缩。
2.2尺寸和精度
尺寸：
这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。
由于受塑料流动性的影响，对流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料容体充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观和强度产生影响。
此外，塑件尺寸还受现有的成型设备规格，参数等的影响。
尺寸精度：
塑料制件尺寸公差：
塑件图上无公差要求的默认为8级精度，本人所选塑件材料为丙烯氰—丁二烯—苯乙烯共聚物，故定塑件的等级为：
5级精度。
螺纹及与配件相配合部分的尺寸精度要求较高，装配后无松动，相配件外轮廓形状应吻合，过渡平顺。
2.3结构特点
①深腔薄壁罩形件，均匀壁厚2～3mm，
②上表面要无接痕，光亮。
③制件二维截图如图2-1所示。
图2-1制件的二维图
结论：
采用普通热塑性塑料注射模成型即可，塑件精度MT5级；模具精度IT11以上
3.塑件成型方案设计
3.1分型面选择
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【1】，为保证制件能顺利地从型腔中脱出且便于模具加工，一般应考虑以下几种因素：
第一，分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方。
第二，分型面处不可避免地会在塑件上留下溢料痕迹，故分型面最好不要选择在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。
第三，从制件的推出装置考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模。
第四，为保证制件相关部位的同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好把要求同心的部分放在分型面的同一侧。
第五，有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，一般将抽芯或分型距离较长的一边放在动定模开模的方向上。
第六，为了便于模具加工制造，应尽量选择平直且易于加工的分型面，且分型面的位置要有利于制品排气、脱模。
结合课题中制件（图3-1）实际情况.
A
A
图3—1分型面
选在塑件最大轮廓面上——可选A-A
便于脱模——可选A-A
综合考虑：
选A-A为分型面
3.2型腔数确定
1）设备注射量——一模多件不成问题；
2）生产批量较大——可考虑一模两件或四件；
3）ABS料成型性能和塑件精度要求——一模多件也不成问题；
4）塑件结构、模具复杂程度——一模两件较合适；
制件及浇注系统的排布如图3-2。
图3-2浇注系统
综合考虑：
选用一模两件
3.3浇注系统类型与位置选择
3.3.1浇口的选择
①薄壁深腔罩形件——侧浇口不可行，排气困难，充模不平衡，侧面熔接痕影响外观；
②B-B分型面，且制件轴向有通孔，点浇口、直浇口不可行；
③便于充模、排气——顶部进料；
④为减小模具高度，简化模具结构，
点浇口不可行；图3-3潜伏式浇口
⑤为了便于抽芯且不影响螺纹成型，
适合采用潜伏式浇口；
综合考虑：
潜伏式浇口，顶部进料（如3-3所示）。
3.3.2浇口尺寸的确定
根据参考文献[2]，主流道与喷嘴接触处做成半球形的凹坑，凹球半径比喷嘴大1～2mm，设置为10.5mm，使喷嘴与凹球严密地配合，避免高压塑料熔体溢出。
主流道小端尺寸应比喷嘴孔直径约大0.5～1mm以上，一般在φ4～8mm范围内。
本课题制件为普通大小的尺寸，将小端尺寸设为4mm，锥角取2度。
如图3-4所示：
图3-4主流道尺寸
分流道指主流道末端到浇口的整个通道。
分流道的功能是使融体过渡和转向，分流道截面尺寸应根据塑件的体积、形状、壁厚、分流道的长度等因素来确定。
对于壁厚小于3毫米，质量在200克以下的塑件可以用下面的经验公式来确定分流道的直径：
（3-1）
其中，D----分流道直径（mm）
W----塑件的质量（g）
L----分流道长度（mm）
该制件质量约为10g，由此可计算分流道直径D<0.22mm，但由于流道过小不易加工且流动阻力大，注射压力损失大，因此将分流道直径设为6mm。
如图3-5所示。
图3-5二次流道潜浇口
进浇点的直径得【2】
（3-2）
式中d----点浇口直径（mm）；
A----型腔表面积，即塑件外表面面积（mm2）；
c----塑件壁厚的函数值；
n----塑料材料系数。
c由得为0.178，n得为0.8[2]，而塑件外表面面积为10904.487mm2
故0.8*0.178*10904.4871/4=1.455，因为制件壁厚为2mm，为使开模后浇口自动拉断而不拉伤制件，取接触的浇口直径φ=1.2mm。
3.4成型零件结构设计
（1）型腔：
整体式？
整体镶入式？
整体+局部镶入式？
a.型腔整体式
优点：
强度、刚度好，表面拼接痕少，曲面过渡圆滑；冷却系统易开设，有利于缩小模具总体尺寸；缺点：
结构复杂、制造难度大，电火花加工量大，加工时间长，修模难，造价高。
b.型腔整体镶入式
优点和缺点与整体式相近，并节省了优质材料，制造工艺有一定改善；但增加了
模具总体尺寸，冷却系统开设受一定限制。
由于该制件机构较为紧凑使用局部镶入式不利于推杆的布置。
结论：
采用型腔整体镶入式
型腔材质选择：
55、40Cr、P20、SM1、SM2、8CrMn、PCR
依据:
①批量：
中等件，2万以下，选55或40Cr；
②表面加工：
光洁、纹饰、火花加工，预硬钢P20；
③耐磨：
SM1、SM2、8CrMn；
④耐蚀：
PCR；
⑤高精度：
析出硬化钢PMS。
结论：
P20，加工性及综合性较好
（2）型芯：
整体式？
整体+局部镶入式？
a.型芯整体式
优点：
曲面过渡圆滑；拼接痕迹少；冷却系统易开设；
缺点：
结构复杂、制造难度大，电火花加工量大，加工时间长。
b.整体型芯+局部镶入式
既具有整体式的优点，又改善了局部制造工艺（如圆形小型芯）；但冷却系统开设受一定限制。
由于零件结构简单且抽芯距较长，选用整体式即可达到成型要求且便于型芯冷却水路的开设。
结论：
整体式
材质：
P20，预硬30-40HRC。
：
3.5脱模结构设计
3.5.1脱模力计算
注射模成型过程中的开模力和脱模力，都是由于型腔残余压力使塑料件与型腔和型芯之间产生了接触压力。
需要有足够的开模力和脱模力，才能保证塑件顺利脱模。
由薄壁圆筒塑件的脱模力【2】：
Qc=2
KfcaE（Tf-Tj）th/（1-0.5µ）（3-3）
=2*3.14*0.95*0.45*8*10-5*2.2*103*（100-60）*2*38/（1-0.5*0.38）
=1773.36N
Qc—薄壁圆筒塑件的收缩脱模力；K—斜度修正系数；
fc—塑件与钢型芯表面间的脱模系数；a—塑料的线膨胀系数；
E—塑料材料的拉伸弹性模量；Tf—软化温度；
Tj—脱模顶出时塑件的温度；t—塑件的壁厚；
h—型芯脱模方向高度；µ—塑料材料的泊松比；
对于本设计而言，脱模力主要作用于壳形件。
3.5.2脱模机构的选用及布局
（1）推杆推出机构
图3-6推出机构
特点:
加工简单、安装方便、维修容易、使用寿命长、脱模效果好，但是，因为
他与塑件接触面积一般比较小，设计不当易引起应力集中而顶穿塑件或使塑件变形，因此当脱模斜度小或脱模阻力大的制件，应增加推杆的数量，增大接触面积。
（2）推管推出机构
特点及应用：
推管端面全周与塑件接触，作用力均匀；塑件上不会留下推出痕迹；
与推管配套的小型芯固定较困难。
适用于环形、筒形或中间带孔塑件的推出，以及塑件中较高的管形凸台部位推出。
特点及应用：
推板与塑件周边接触，作用力大且均匀；塑件上不会留下推出痕迹；推板还可参与塑件端面的成型。
适用于各种薄壁罩形件、筒形件等。
综合考虑：
从前面分型面的选择来看推管、推板推出机构并不适合该成型布置下的手电筒外壳的推出，而且推杆推出在制作和简化模具方面也有一定的优势，并且能顺利完成制件的脱模。
结论：
选用推杆推出机构完成制件的脱模（布置如图3-6）,在设计中推杆采用H7/f6配合。
为了保证推出时制件受力均匀，防止推出变形。
推杆的布置要相对均匀，推杆采用φ6，推出系统如图5-4绿色标记的所示：
3.5.3凝料脱出机构的设计
本设计采用向上的潜伏式浇口，因此要保证第一次注射后制件留在动模型芯上，必须设置主流道凝料拉料杆【2】，参数见表3-1。
表3-1拉料杆相关参数
项目
拉料杆尺寸（单位mm）
符号
D
d1
d2
a
H
h1
h2
基本尺寸
14
14
16
10
108
5
8
上偏差
－0.02
——
——
——
０
——
——
下偏差
－0.05
——
——
——
－0.1
——
——
3.6导向、定位机构设计
3.6.1导向机构的作用
（1）定位作用：
合模时保证动定模正确的位置，以便合模后保持模具型腔的正确形状；
（2）导向作用：
合模时引导动模按序正确闭合，防止损坏凹、凸模；
（3）承载作用：
导柱在工作中承受一定的侧向压力。
3.6.2导向机构结构及设计
模具设计通常购买标准模架，其中包括了导向机构，导向机构包括导套和导柱，由于该课题的制件精度要求不高，且没什么特殊要求，选用典型的直导柱即可。
根据模架的尺寸结构选用φ20的导柱，然后选用相对应的导套。
导柱和导套配合的方式，安装段与模板间采用过渡配合H7/k6，导向段与导向孔间采用动配合H7/f7，固定段表面粗糙度为Ra1.6μm导向段表面用Ra0.8μm，导柱需要有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的芯部，因此采用低碳钢（20号钢）渗碳（0.5～0.8mm深），经淬火处理56～60HRC。
如图3-7所示：
选取标准带头导柱为【3】：
导柱ø20×80－20钢GB/T4169.4-1984
图3-7标准带头导柱
导套内孔与导柱之间为动配合H7/f7，外表面与模板孔为较紧的过渡配合H7/k6，粗糙度内外表面均用Ra0.8μm，材料选用T8A淬火处理，表面硬度为50～55HRC，低于导柱5度。
如图3-8所示：
选取标准带头导套为【3】：
导套ø20×32
（1）－T8AGB/T4169.3-1984
图3-8标准带头导套
3.7侧抽芯结构设计
抽芯距的计算:
侧向成形孔抽芯，抽芯后型芯应完全脱离铸件的成型表面，使铸件顺利脱模。
所以确定抽芯计算公式如下：
S=h＋（3～5）mm；（3-4）
S=76+4=80mm；
式中 S——抽芯距（mm）； h——型芯完全脱离成型处的移动距离（mm）。
S=76+4=80mm；
根据抽芯行程S=80mm
3.8模具冷却系统设计
3.8.1制品所需冷却时间的计算
公式如下【1】;
t=S2ln{8/∏2[（θc-θm）/（θ-θm）]}/∏2a1（3-5）
t=22ln{8/∏2[（220-55）/5]}/∏2*2.67=0.48s
S——制品的壁厚，mm θc——塑料注塑温度，°C
θm——模具型腔壁温度，°C θ——塑件脱模时的平均温度，°C
a1——塑料热扩散系数，m2/s
3.8.2冷却介质一边所需传热面积的设计计算
（1）冷却介质用量的计算
冷却水公式如下计算【1】;
Q1=N*m*q，V=G*q/60*C*ρ（θ1－θ2）（3-6）
m—每次注塑塑料质量，Kg/次；
N——每秒钟注塑的次数
Q1——每秒钟释放的热量（J）；
q——单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量KJ/Kg；
V——冷却水的体积流量（m3/min）；
G——单位时间内注入模具内的塑料质量（Kg/h）
θ1——冷却水的进口温度（°C）；
θ2——冷却水的出口温度（°C）；
查表得V=1.28*10-3m3/min,所以查表选冷却水道直径6mm即可满足冷却要求。
（2）冷却水孔总传热面积A
查[1]P210公式3-9-11;
A=G*q/3600*（θw-θi）（3-7）
=1472.1*350/3600*（85-60）
=5.72m2
（3）冷却水路的结构形式
3.9模架选用
选择依据：
根据型腔布局、浇注系统形式、成型零件结构、侧抽芯机构、推出机构、冷却系统的设置要求，估算出模架周界尺寸为350×400×386mm；
结果：
鸿欣AT型350×400模架，A板厚80mm，B板厚80mm。
如图3-13所示。
4.模具结构设计
图3-1模架
4.1模具成型零部件设计
精密模型腔、型芯尺寸及公差的确定应充分考虑模具制造公差要求、塑料成型收缩率的波动、使用磨损量等的影响以及修模的需要。
普通注射模成型零件尺寸计算采用的是平均值计算法；而精密模成型零件尺寸计算应采用极限值计算法（极限制造公差、极限收缩率、极限磨损量）。
4.1.1成型零件重要工作尺寸计算
成型零部件工作尺寸的计算采用平均收缩率法计算。
查得ABS材料的收缩率真为a=0.4%～0.7%，取平均收缩为:
=0.6%。
根据计算公式【4】并查相应的表格得:
其中，Δ—塑件的公差，δＺ—零件的制造公差，取塑件公差的1/3，ＬＭ—成型零件相对应的径向尺寸，ＬＳ—塑件的径向公称尺寸，ＨＭ—成型零件相对应的高度尺寸，ＨＳ—塑件的高度尺寸，Ｓcp—塑件的平均收缩率。
表4-1成型零件尺寸计算
尺寸分类
计算公式
塑件尺（mm）
塑料的平均收缩率（％）
公差△
模具尺寸（mm）
型腔径向尺寸
LM=[（1+Scp）Ls-3/4Δ]+δz
76
0.6%
0.68
6
0.52
10.8
0.28
型芯径向尺寸
LM=[（1+Scp）Ls+3/4Δ]-δz
8.2
0.20
10.2
0.22
4.7
0.18
6.7
0.20
19.2
0.28
型腔深度尺寸
HM=[（1+Scp）Hs-2/3Δ]+δz
5.4
0.18
11.8
0.22
型芯高度尺寸
HM=[（1+Scp）Hs+2/3Δ]-δz
80
0.52
1
0.16
4.1.2成型零件结构设计
由前面成型零件结构设计，选用整体镶入式型腔；整体式型芯。
该模具的加工精度普通精度要求。
整体式特点：
强度、刚度好，表面拼接痕少，曲面过渡圆滑；冷却系统易开设，有利于缩小模具总体尺寸；但结构复杂、制造难度大，电火花加工量大，加工时间长，修模难，造价高。
镶拼式型芯具有以下的特点：
①可以分别对各拼块进行热处理，并分别达到各自需要的硬度要求，提高成型零件硬度、刚度、耐磨性，因而能长时间保持成型件的初始精度性能，延长了模具的使用寿命。
②便于进行磨削加工，提高成型零件的精度，因而保证了塑件的精度要求。
③由于各镶拼件的制造公差很小，提高了成型零件的互换性，有利于成型零件的维修和更换。
④可以很方便的沿脱模方向开设脱模斜度，并可进行镜面研磨，既
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