电筒尾盖注塑模设计.docx
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电筒尾盖注塑模设计
摘要
随着全球制造业向亚太地区的转移，我国正成为世界制造业的重要基地，作为国民经济的基础工业之一的模具工业将直面竞争的第一线。
随着三维图形技术和计算机技术的发展，模具CAD技术也将在其发展中占有越来越重要的地位。
我国模具工业的发展将面临新的机遇和挑战。
虽然在很多方面我国的模具有了很大的发展，但仍有很多突出的问题。
目前模具设计及制造大都依靠设计的经验来设计，模具的质量完全由个人的累积的经验控制，这使得模具设计的周期长，效率低且其质量也难以保证。
模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。
本论文介绍了固体胶底座的注射模设计的过程。
从型腔数量和布局的确定、注射机选择、浇注系统设计、模板及其标准件的选用、脱模及抽芯机构的设计、成型部件的设计等一一进行了详细的介绍。
关键词：
注射模；侧向抽芯；后端盖
ABSTRACT
WiththeglobalmanufacturingshifttotheAsia-Pacificregion,Chinaistheworld'simportantmanufacturingbase,thenationaleconomyasthebasisofoneoftheindustrialtoolingindustrywillfacecompetitioninthefirstline.Withthe3-DgraphicstechnologyandcomputertechnologytothedevelopmentofCADtechnologywillalsodieintheirdevelopmentoccupiesanincreasinglyimportantposition.China'smoldindustrywillfacenewdevelopmentopportunitiesandchallenges.Althoughinmanyrespects,China'smoldagreatdevelopment,buttherearestillmanyoutstandingissues.Atpresentmostofdiedesignandmanufacturingdesignexperiencetorelyonthedesign,diebythequalityofalltheaccumulatedexperienceofpersonalcontrol,whichmakesdiedesignoflongcycleandlowefficiencyanditisdifficulttoguaranteetheirquality.Inadditiontomoldindustryneeds"higharts"ofpractitioners,butalsotheneedformore"hightechnology"toensurethat.Thispaperintroducedasolidbaseoftheplasticinjectionmolddesignprocess.Fromthecavityofdeterminingthenumberandlayout,theinjectionofchoice,pouringsystemdesign,templatesandstandardsofselection,andStrippingoutthecoredesign,shapingthedesignofcomponents,suchasJanuary1carriedoutadetailedintroduction.
Keywords：
InjectionMould;lateralcorepulling;afterCover
1前言
毕业设计是在修完所有大学课程之后的最后一个环节。
本次设计的课题是电筒尾盖注射模设计，它是对以前所学课程的一个总结。
在现代工业发展的进程中，模具的地位及其重要性日益被人们所认识。
模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动着整个工业技术向前迈进！
模具就是“高效益”，模具就是“现代化”之深刻含意，也正在为人们所理解和掌握。
当塑料品种入其成型加工设备被确定之后，塑料制品质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。
由此可知，推动模具技术的进步应刻不容缓！
塑料模具设计技术与制造水平，标志一个国家工业化发展的程度。
由此可知，塑料模具设计，对于产品质量与产量的重要性是不言而喻的。
对于一个模具专业的毕业生来说，对塑料模的设计是对自己所学知识的一次超越。
此次毕业设计，培养了我综合运用多学科理论、知识和技能，以解决较复杂的工程实际问题的能力，主要包括设计、实验研究方案的分析论证，原理综述，方案方法的拟定及依据材料的确定等。
它培养了我树立正确的设计思想，勇于实践、勇于探索和开拓创新的精神，掌握现代设计方法，适应社会对人才培养的需要。
毕业设计这一教学环节使我独立承担实际任务的全面训练，通过独立完成毕业设计任务的全过程，培养了我的实践工作能力。
另外，本次毕业设计还必须具备一定的计算机应用的能力，在毕业设计过程中都应结合毕业设计课题利用计算机编制相应的工程计算、分析和优化的程序，如利用Pro/E软件进行塑件的3D造型、塑件的分模等，同时还具备必要的计算机绘图能力，如利用AutoCAD软件进行二维图的绘制。
本次毕业设计的基本目的是：
1.综合运用塑料成型材料的基本知识,以及塑料成型的基本原理和工艺特点,分析成型工艺对模具的要求;2.掌握成型设备对模具的要求;3.掌握成型模具的设计方法,通过毕业设计,使学生具备设计中等复杂程度的模具的能力;4.培养学生正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，学会运用标准、规范、手册、图表和查阅有关技术资料，培养学生从事模具设计的基本技能。
2塑件成型工艺分析
2.1塑件材料选择
此塑件用作电筒尾盖，故首先必须具有良好的介电性能，以防止导电。
因此，通过几种电气性能较好的常用塑料，进行各方面的性能比较，即通过力学性能、热性能、电气性能、成型性能、化学性能和经济性能等多方面比较，选出最适合成型此电筒尾盖的塑料。
材料最终选定为ABS，其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性好，易于成型；成型收缩率小，理论计算收缩率为0.5%；溢料值为0.04mm左右；比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短。
质检尺寸稳定，表面光亮。
2.2材料性能
基本特性：
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成形的塑料件有较好的光泽。
密度为1.02～1.05g/cm³。
ABS有极好的抗冲压强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70°C左右，热变形温度为93°C左右。
耐气候性差，在紫外线作用下变硬变脆。
主要用途：
ABS广泛用于水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
成型特点：
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力比较高，塑料上的脱模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇口对流道的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60°C，要求塑件光泽和耐用时，应控制在60～80°C。
（具体参数见下页）
2.3塑件成型工艺性分析
2.3.1塑件分析
（1）外形尺寸：
塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，适合注射成型。
图1塑件三维模型
图2塑件二维图
（2）精度等级：
每个尺寸公差不一样，有的属于高精度，有的属于一般精度，按实际公差进行计算。
（3）脱模斜度：
ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小，因此选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。
2.3.2ABS性能分析
（1）使用性能
综合性能好，冲击强度，力学强度高，耐化学性，电气性能良好。
易于成型和机械加工，表面可以镀铬。
适合制作一般机械零件。
（2）成型性能
无定型塑料，吸湿性强，要求表面光泽的塑件要长时间预热干燥，流动性中等，溢边料0.04mm左右
（3）ABS主要性能
表1ABS性能
密度
1.02~1.08
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
1.4x103
熔点
130~160
抗弯强度
80
计算收缩率
0.4~0.7
抗压强度
53
比热容
1470
弯曲弹性模量
1.4x103
2.3.3ABS的注射成型过程及工艺参数
（1）注射成型过程
1）成型前的准备
对ABS的色泽，粒度，均匀度等进行检查，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分干燥
2）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行腔成型，其过程分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
3）塑件的后处理
处理的介质为空气和水，处理温度为60~75℃，处理时间为16~20S
（2）注射工艺参数
表2注射工艺参数
注射类型
柱塞式
喷嘴形式
直通式
温度（℃）
190~200
料筒温度
前段（℃）
200~210
中段 （℃）
210~230
后段 （℃）
180~200
模具温度（℃）
50~80
注射压力（MPa）
70~120
保压力（MPa）
50~70
注射时间（S）
3~5
保压时间（S）
15~30
冷却时间（S）
15~30
成型周期（S）
40~70
3模具总体结构设计
3.1型腔数目和布局
3.1.1型腔数目的确定
要点：
既要保证最佳的生产经济性，技术上又要充分保证产品的质量，也就是应保证塑料件最佳的技术经济性。
①塑料制作的批量方面：
该塑件（电筒尾盖）是大批量生产的产品，，使用多型腔模具可提供独特的优越条件。
②质量控制要求方面：
该塑件不属于高精度生产要求的产品，精度要求不高采用多型腔有较高的生产效率。
经过以上分析，同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步拟定采用一模两腔。
3.1.2型腔的布局
要点：
型腔的排布与浇注系统布置密切相关，型腔排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。
这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，尽可能地采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。
经分析确定的型腔布局为平衡式型腔布局，如图所示：
图3型腔的布局
3.2分型面的确定
分型面是决定模具结构形式的重要应素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系，并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模，通常分型面的选择应尽可能使塑件在开模后在动模一侧；
（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）对成型面积的影响；
（7）对排气效果；
（8）对侧向抽芯的影响。
根据分型面选择的原则，通过综合分析比较，确定以下的两个方案：
单分型面和双分型面。
方案一：
双分型面结构：
选用双分型面形式的优点：
模具进料均匀、平稳。
选用双分型面形式的缺点：
增加模具的结构复杂性，增加模具的厚度，而且在制品的外表面易留下点浇口的痕迹，不符合模具的加工经济性。
方案二：
单分型面结构：
选用单分型面的优点：
使模具的结构简单化，减小模具的厚度，也节省了模具材料，且在脱模后塑料制件的外表面无浇口的痕迹。
进料的距离也大大的缩短了。
从以上的两个方案进行比较，该模具采用方案二（单分型面）。
其位置如图所示：
图4分型面的位置
4注射机的选用与参数校核
4.1注射量得计算
通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图所示。
图5塑件质量属性
塑件的体积为：
V塑=1.431cm3
（1）塑件的质量为：
W塑=V塑×r塑=1.503g
（2）
通过查阅资料，ABS的密度是1.05g/cm3，公式中，
取1.05g/cm3。
4.2浇注系统凝料的初步估算
由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但可以根据经验按照塑件体积的0.2倍~1倍来估算，由于此次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为
V总=1.2nV塑=1.2*2*1.431=3.44cm3
4.3选取注塑机
根据以上计算得出在一次注射过程中注入模具型腔塑料熔体的总体积V总=3.908cm3参考文献【1】公式（4-18）V公=V总/0.8=3.44/0.8=4.3cm3。
根据以上计算，初步选择公称注射量为30cm3，注射型号为XS-Z-30卧式注塑机，其主要技术参数如下：
表3XS-Z-30卧式注射机主要参数表
型号
XS-Z-30
理论注射容量/cm3
30
螺杆直径/mm
28
注射压力/Mpa
119
注射行程/mm
130
注射时间/s
0.7
合模力/N
2.5X105
最大成型面积/cm2
90
移模行程/mm
160
最大模具厚度/mm
180
最小模具厚度/mm
60
模板尺寸/mm
250X280
电机功率/KW
3.5
喷嘴球半径/mm
12
喷嘴口直径/mm
4
定位孔直径/mm
63.5
4.3.1注射压力的校核：
该项工作是校核所选压力机的公称压力P公能否满足塑件成型时所需要的注射压力
，塑件成型时所要的压力一般收塑件流动类型等因素决定，其中值一般在70～150MPa，具体可参考表5－1。
通常要求：
P公≥
查表5－1可知，ABS所需注射压力为80MPa～110MPa，这里取
MPa，该注塑机公称注射压力P公=119MPa，注射安全系数
，这里取
，则：
，所以注射机注射压力合格。
表4部分塑料所需要的注射压力
塑料
注射条件
厚壁件（易流动）
中等壁厚件
难流动的薄壁件
聚乙烯
70~100
100~120
120~150
聚氯乙烯
100~120
120~150
>150
聚苯乙烯
80~100
100~120
120~150
ABS
80~100
100~130
130~150
聚甲醛
85~100
100~120
120~150
4.3.2锁模力的校核：
塑件在分型面上的投影面积
（3）
流道凝料在分型面上的投影面积
，在模具设计前十个未知值，根据多型腔模的统计分析，
是每个塑件在分型面上的投影面积
的0.2倍~0.5倍，因此可用0.2
，来进行估算，所以
（4）
模具所需锁模力
（5）
公式中
是型腔的平均计算压力值，
是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%~40%，大致范围在25MPa~40MPa，通过查表可知，对ABS而言，
取35MPa（见塑料模具设计指导<伍先明、张蓉编著>表2-1）。
由4.3可知该注射机的公称锁模力
锁模力安全系数为
，这里取
，则取
，所以注塑机锁模力符合要求。
5浇注系统的设计
5.1浇注系统的组成
普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成。
5.2浇注系统各部件设计
5.2.1主流道设计
由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套。
在卧式或立式注射机上使用的注射模中，主流道垂直于模具分型面。
（流道尽量直，尽量短，减少弯曲，光洁度在Ra=1.6—0.8um之间）.考虑模具穴数，按模具型腔布局设计，尽量与模具中心线对称．主流道设计时，避免塑料直接冲击小型芯或小镶件，以免产生弯曲或折断．主流道先预留加工或修正余量，以便保证产品精度．
主流道是连接机台喷嘴至分流道入口处之间的一段通道，是塑料进入模具型腔时最先经过的地方．其尺寸，大小与塑料流速和充模时间长短有密切关系．太大造成回收冷料过多，冷却时间增长，包藏空气增多．易造成气泡和组织松散，极易产生过流和冷却不足；如流徑太小，热量损失增大，流动性降低，注射压力增大，造成成型困难．一般情況下，主流道会制造成单独的浇口套，镶在母模板上．但一些小型模具会直接在母模板上开设主流道，而不使用浇口套．
主流道设计要点：
（1）为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出，需将主流道（浇口套內孔）设计成圆锥形,具有2°～6°的锥角，锥度须适当，太大造成压力减少，产生瀚流，易混进空气产生气孔，锥度过小会使流速增大，造成注射困难.内壁光洁度在Ra=1.6—0.8μm,小端直径常为4～8mm，注意小端直徑应大于喷嘴直径约1mm，否则主流道中的凝料无法拔出；
（2）浇口套口径应比机台喷嘴孔径大1—2mm，以免积存残料，造成压力下降，浇道易断；
（3）一般在浇口套大端设置倒圓角（R=1—3mm），以利于料流；
（4）主流道与机台喷嘴接触处，设计成半球形凹坑，深度常取3—5mm．特別注意浇口套半径比注嘴半径大1—2mm，一般取R=19—22mm之间，以防溢胶；
（5）主流道尽量短，以减少冷料回收料，减少压力和热量损失；
（6）主流道尽量避免拼块结构，以防塑胶进入接缝，造成脱模困难；
（7）为避免主流道与高温塑胶和射嘴反复接触和碰撞造成损坏，一般浇口套选用优质钢材加工，并热处理；
（8）其形式有多种，可视不同模具结构来选择，一般会将其固定在模板上，以防生产中浇口套转动或被带出；
（9）在直角式注射机上使用的模具中，因主流道开设在分型面上，故不需要沿道轴线方向拔出主流道内的凝料，主流道可以设计成等粗的圆柱形。
注流道是连接注射机喷嘴在此一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其圆锥角α=20～60,对流动性差的塑料可取30～60,内壁粗糙度为R0.63μm。
主流道大端呈圆角，半径r=1～3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。
在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。
对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合。
5.2.2确定主流道尺寸
（1）主流道长度
一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm，本次设计中初取55mm进行计算。
（2）主流道小端直径
根据所选注射机,主流道小端尺寸d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm（6）
（3）主流道大端直径
取6.5mm，这里圆锥角a=3°。
（7）
（4）主流道球面半径为
SR=注射机喷嘴球头半径+（1～2）=12+2=14mm（8）
（5）球面的配合高度球面配合高度h=3~5mm此处取h=3mm
5.2.3主流道的凝料体积
（9）
5.2.4主流道浇口套形式
主流道为标准件可选购。
主流道小端入口处与注塑反复接触，易磨损。
对材料的要求较严格，因而尽管小型注塑模
图6主流道浇口套
5.3分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道。
多型腔模具一定设置分流道。
大型塑件由于使用多浇口进料也需设置分流道。
5.3.1分流道的布置形式
我根据塑件的布局方式，在分流道的布置中采用平衡式布置。
因为平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。
因此各个型腔的浇口尺寸可以相同，达到各个型腔同时均衡地进料。
如（图5–5）所示为平衡式布置，这样的布置能达到最佳的热平衡。
图7分流道的平衡布置
5.3.2分流道的长度
根据2个型腔的结构设计，分流道长度适中，如上图所示为35。
5.3.3分流道的当量直径
流过一级分流道塑料的质量
（10）
凡塑件的壁厚小于3mm，质量小于200g，所以该分流道的直径D为
（11）
由参考文献[1]表4-7知，ABS的推荐分流道直径为4.8~9mm，当分流道很短的时候可以小2.5mm，此处取D=4mm为分流道的直径。
5.3.4分流道的截面形状
本设计采用梯形界面，其加工性好，且塑料熔体热量散失、流动阻力均不大。
5.3.5分流道截面尺寸
设梯形上底宽度B=5mm，底面圆角R=0.5mm，梯形高度取H=4mm，设下底宽为b，梯形面积应满足如下关系式
（12）
代值计算得到b=1.28mm考虑梯形底部对圆弧面积的减小及脱模斜度等因素，取b=3.5mm。
通过计算梯形斜度
°，基本符合要求，如图3-6所示。
图8分流道截面形状
5.3.6凝料体积
①分流道长度为
②分流道截面积
③凝料体积
（13）
考虑到圆弧的影响取
5.3.7校核剪切速率
①确定注塑时间：
查参考资料[2]表2-3取t=1.6s
②计算单边分流道体积流量：
（14）
②由参考资料[2]可得剪切速率：
（15）
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率在5×102~5×103s-1之间，所以分流道熔体的剪切速率合格。
5.3.8分流道表面粗糙度和脱模斜度
分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.25um~2.5um即可，此处取Ra1.6um，另外脱模斜度一般在5~10°之间，通过上面计算脱模斜度为10.6°脱模斜度足够。
5.4．浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口以外），它是浇注系的关键部分。
浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。
浇口的主要作用是：
（1）型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；
（2）易于切除浇口凝料；
（3）对于多型腔模具，用以平衡进料；
对于多浇口单型腔模具，用以控制熔接缝的位置。
浇口截面积通常为分流道截面积的0.03～0.09。
浇口截面形状有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模二腔注塑，为便于调整冲模时的剪切速率和封闭时间，因此采用测浇口。
其截面形简单，易于加工，便于试模后的修正，且开设在分型面上。
从型腔边缘进料。
5.4.1浇口的位置的选择：
浇口开设的位置对制品的质量影响很大，在确定浇口位置时，应注意以
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