最新小型计算器外壳的模具设计.docx

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最新小型计算器外壳的模具设计

小型计算器外壳的模具设计

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毕业设计（论文）

小型计算器外壳的模具设计

MicrocalculatorsShellInjectionMoldDesign

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所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。

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对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。

本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。

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摘要

本设计通过对小型计算器外壳工艺的正确分析，设计了一副一模两腔的塑料模具。

在本套模具设计过程中详细地叙述了模具成型零件包括定模板、模仁、动模板、镶块、导杆、斜推杆、滑块等的设计过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，及推出机构、浇注系统以及侧向分型、抽芯机构的设计过程，利用当今业界广泛应用的绘图软件pro/E、AutoCAD分析了各方案可行性，并绘出了整套模具，并对成型零件进行了计算。

分析并选择了各个成型零件的材料，对其刚度，强度进行了校核，并对试模与产品缺陷作了介绍，最后进行了对模具工艺性与经济性分析。

关键词计算器外壳；注塑模具；设计

Abstract

ThedesignisaimtoaccuratelyanalysetheShellcraftofsmallcalculator,anddesignsmoldtwocavityplasticmolds.（Inthissetofmolddesignprocess）makeaclearintroductionaboutthemoldtotakeshapeindetailthecomponentsaftertodecidethetemplate,themoldkernel,movesthetemplate,inlaystheblock,theguiderod,theobliqueputter,theslideandsoonthedesignprocess,selectionoftheimportantcomponentscraftparameter,andpromotedtheorganization,pourssystematicaswellasthelateralminutepullsoutthecoreorganizationthedesignprocess,makeuseoffieldwidespreadapplicationcartographysoftwareinthefieldlikepro/E,AutoCADtoanalyzedvariousplansfeasibility,drewtheentirewrapmold,andtotookshapethecomponentstocarryonthecomputation,analysisandchooseshastakenshapeonebyonethecomponentsmaterial,theintensityhascarriedontheexamination,andhasmadetheintroductiontotheexperimentalmoldandtheproductflaw,finallyhascarriedontomoldtechnologycapabilityandefficientanalysis.

KeywordstheShellcraftofsmallcalculatorinjectionmoulddesign

摘要I

AbstractII

1绪论1

1.1塑料模国内外发展现状1

2拟定模具结构形式3

2.1确定型腔数量及排列方式3

2.1.1塑件成型工艺性分析3

9脱模机构及复位机构的设计4

9.1推出机构的组成4

9.1.1推出机构的组成4

9.1.2推出机构的分类5

9.1.3推出机构的设计原则5

9.2本模具的推出机构5

9.2.1推出机构的选择5

9.2.2斜推杆6

9.3脱模阻力的计算6

9.4复位机构设计7

10抽芯机构的设计8

10.1机构分类及机构选择8

10.2抽拔距与抽拔力及机构组成9

10.2.1抽拔距9

10.2.2抽拔力9

10.2.3滑块10

10.2.4导滑槽11

10.2.5楔紧块11

11冷却系统的设计11

11.1冷却系统的计算11

11.2冷却系统的结构与布置13

11.2.1冷却通道设计的基本原则13

11.2.2冷却装置的结构13

12塑件质量的分析15

12.1合格的塑件应满足的要求15

12.2模具性能15

12.3次品分析15

13注射模具选材17

13.1塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材17

13.2模板零件的选材17

13.3浇注系统零件的选材17

13.4导向零件的选材17

13.5侧向分型与抽芯机构的选材17

13.6推出机构零件的选材18

13.7其它零件18

13.8该套模具所用材料的性能比较18

14模具的试模与修模19

14.1试模中遇到的问题19

14.1.1粘着模腔19

14.1.2粘着模芯19

14.1.3粘着主流道19

14.2成型缺陷20

14.2.1注射填充不足20

14.2.2溢边（毛刺、飞边、批锋）20

14.2.3制件尺寸不准确20

15模具工作过程及工艺性与经济性分析22

15.1模具工作过程22

15.2工艺性与经济性分析22

结论23

致谢24

参考文献24

1绪论

模具被称为“工业之母”，是国民经济的基础工业。

而塑料模具又是整个模具行业中的一枝独秀，发展极其迅速。

为了适应社会发展需要，满足企业对人才的需求，近年来，我国各级学校大多开设了“模具设计”专业，并将“塑料成型工艺及模具设计”作为主要必修课。

本论文的主要目的是：

开发一套塑料注射模具。

1.1塑料模国内外发展现状

80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13％，1999年我国模具工业产值为245亿，至2002年我国模具总产值约为360亿元，其中塑料模约30％左右。

在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具，六点五公斤大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具，多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。

如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星Ⅰ，某有限公司制造多腔光碟和影碟齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、轴度、动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。

另外生产厚度仅为0.08毫米的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。

注塑模型腔制造精度可达0.02毫米〜0.05毫米，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量，寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10〜30万次，淬火钢模达50〜1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。

成型工艺方面，多材质塑料成型模，高效多色注射模，镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。

气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司，天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29〜34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了MOLD的气辅软件，取得了较好的效果。

如益宇气辅设备等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。

热流道模具开始推广，有的厂采用率达20％以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。

但总体上热流道的采用率达不到10％，与国外的50％〜80％相比，差距较大。

在制造技术方面的CAD/CAM/CAE一体化技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的的CAD/CAM系统，如美国EDS公司的UGⅡ软件，美国参数技术公司的专业/Emgineer，美国简历公司的CADS5，英国Deltacam公司的DOCT5，日本HZS公司的CRADE，以色列公司的Cimatron公司等。

这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了的CAD/CAM的集成，并能支持两院技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具的CAD/CAM技术的发展。

近年来，我国自主开发的塑料模的CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA电子图板系统，华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及工程院软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况，能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具的CAD/CAM技术创造了良好条件。

[1]

2拟定模具结构形式

2.1确定型腔数量及排列方式

2.1.1塑件成型工艺性分析

该塑件是一小型计算器外壳，如下图2-1、图2-2所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为聚丙烯（PP，20%～40%短玻纤增强），在本设计中选用的收缩率为0.5％。

成型工艺很好，可以注射成型。

该产品主要用于计算器外壳，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用潜伏式浇口，利用弹簧滑块机构来实现侧抽芯。

图2-1计算器外壳

图2-2塑件尺寸

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9脱模机构及复位机构的设计

塑件在从模具上取下以前，还有一个从模具的成型零件上脱出的过程，使塑件从成型零件上脱出的机构称为推出机构。

推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆或液压缸来完成的。

9.1推出机构的组成

9.1.1推出机构的组成

推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。

推出机构中，凡直接与塑件相接触、并将塑件推出型腔的零件称为推出零件。

常用的推出零件有推杆、推管、推件板、成型推杆等。

9.1.2推出机构的分类

推出机构可按其推出动作的动力来源分为手动推出机构、机动推出机构、液压和气动推出机构。

手动推出机构是模具开模后，由人工操纵的推出机构塑件，一般多用于塑件滞留在定模一侧的情况；机动推出机构利用注射机开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模；液压和气动推出机构是依靠设置在注射机上的专用液压和气动装置，将塑件推出或从模具中吹出。

推出机构还可以根据推出零件的类别分类，可分为推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、成型推杆（块）推出机构、多无综合推出机构等。

另外，也可根据模具的结构牲来分类。

9.1.3推出机构的设计原则

推出机构应尽量在动模一侧。

由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的，所以一般情况下，推出机构设在动模一侧。

正因如此，在分型面设计时应尽量注意，开模后使塑件能留在动模一侧。

（1）保证塑件不因推出而变形损坏

为了保证塑件在推出过程中不变形、不损坏，设计时应仔细分析塑件对模具包紧力和粘附力的大小，合理的选择推出方式及推出位置，从而使塑件受力均匀、不变形、不损坏。

（2）机构简单动作可靠

推出机构应使推出动作可靠、灵活，制造方便，机构本身要有足够的强度、刚度和硬度，以承受推出过程中的各种力的作用，确保塑件顺利地脱模。

（3）良好的塑件外观

推出塑件的位置应尽量设置在塑件内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量。

（4）合模时的正确复位

设计推出机构时，还应考虑合模时机构的正确复位，并保证不与其他模具零件相干涉。

9.2本模具的推出机构

9.2.1推出机构的选择

（1）采用普通推杆和斜推杆，每个塑件有5个普通推杆，一个斜推杆，共为6个；

（2）推杆应设在脱模阻力大的地方；

（3）推杆应均匀布置；

（4）推杆应设在塑件强度、刚度较大处，故设在塑件有弧度处；

（5）推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f7或H8/f8的间隙配合；

（6）通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐，或高出型腔底面0.05～0.10mm；

（7）推杆与推杆固定板，通常采用单边0.5mm～1mm的间隙（由于该套模具各塑件的6个推杆分布不是很紧凑，故采用单边0.5mm的间隙），这样可以降低加工要求，又能在多推杆的情况下，不因由于各板上的推杆孔加工误差引起的轴线不一致而发生卡死现象；

（8）推杆的材料常用T8、T10碳素工具钢，热处理要求硬度

50HRC，工作端配合部分的表面粗糙度为Ra

0.8。

9.2.2斜推杆

斜推杆柱的斜角一般为5°～10°，最大不得超过15°，本设计采用5°，斜推杆的尺寸如下图所示，在本设计中，虽然推杆长度很高，但是由于尺寸比较小,且推杆的宽度相对于塑件足够大，故完全符合其强度、刚度的要求，但在模具中则考虑其他尺寸的装配，材料多采用优质钢材T8A、T10以及20号钢渗碳处理，淬火硬度55HRC以上。

表面粗糙度要求Ra1.6，具体形式如图9-1所示：

图9-1斜推杆

（1）最小开模行程计算

最小开模行程是指抽出侧滑块所必需的开模运动距离H，其公式如下：

式（9-1）

式中H——最小开模行程，mm；

S——抽拔距，为7mm；

α——斜推杆斜度，5°；

（2）斜推杆的强度校核

其公式如下：

式（9-2）

式中σ——斜推杆的强度，MPa；

L1——力臂长度，m；

d——斜推杆的长度，m；

而钢材的许用应力为200MPa，所以选取的斜推杆直径符合要求。

9.3脱模阻力的计算

塑件壁厚与其内孔直径之比大于1/20，为厚壁壳体形塑件，且塑件断面为圆环形，故所需脱模力的计算公式如下：

（分别计算定、动模上型芯的脱模阻力）

式（9-3）

式中E——拉伸模量，聚丙烯为6.5

ε——成型平均收缩率，为0.5%

t——塑件的平均厚度，约为1.6mm

L——塑件包容型芯的长度，为1mm

μ——泊松比，0.32

ø——脱模斜度，为2°

f——塑料与钢材之间的摩擦因数，为0.3

R——型芯直径，为R=1.7m

B——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部有通孔时

10B项应视为零

K1——由f和ø决定的无因次数，可由下式计算：

≈1

K2——由λ（λ=R/t）和ø决定的无因次数，可由下式计算

=5.94

代入得Q=716.88N≈0.71688kN

根据本模具的设计，本模具的动力机构完全可以克服脱模力，本脱模机构设计完全符合标准，具体图参看装配图。

9.4复位机构设计

有脱模机构就必须有复位机构，复位机构得作用主要是脱模后回到合模状态以进行下一次注射，本模具中虽然有侧向抽芯机构，但是由于是内测抽芯，且滑块较小，与推杆的干涉问题不大，故可以直接采用一般的复位机构，可以满足设计的要求。

其示意图如图9-2所示:

图9-2复位杆

10抽芯机构的设计

凡是能获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作的机构，统称为侧向分型抽芯机构，广义上讲，它是实现塑件脱模的装置。

这类模具脱出塑件的运动有两种情况：

一种是开模时首先完成侧向分型或抽芯，然后推出塑件；第二种是侧向抽芯或分型于塑件推出同步进行。

10.1机构分类及机构选择

侧向分型机构类型很多，通常按动力来源分三种类型，其中机动侧向分型机构最常用。

（1）手动侧向分型抽芯机构设有此类分型抽芯机构的模具结构比较简单，且生产率低，劳动强度大，抽拔力有限，故在特殊场合才采用。

（2）机动侧向分型抽芯机构一般指借助注射机的开模力或顶出力于合模力进行模具侧向分型、抽芯及复位动作机构。

这类机构经济性好，效率高，动作可靠，适用性强。

其主要形式有：

弹簧分型抽芯、斜销分型抽芯、弯销分型抽芯、斜滑块分型抽芯、齿轮齿条分型抽芯等，其中以斜销分型抽芯用的最广泛。

（3）液压（气压）侧向分型抽芯机构系指以压力油（或压缩空气）作为动力源，驱动模具进行侧向分型、抽芯及复位的机构。

这类机构的主要特点是抽拔距离长，抽拔力大，动作灵活，不受开模过程限制，常在大型注射模中使用，如注射机本身带有备用液压缸，尤为适用。

根据本模具实际情况，本设计属于内侧抽芯机构，且型芯尺寸很小，不需要很大的抽拔力，故可以直接采用滑块抽芯，抽拔力很小，用弹簧来提供这个推动力就足够了，塑件两侧抽芯，每侧都可设置一弹簧，方便且实用，而且对推杆等装置不会产生影响。

10.2抽拔距与抽拔力及机构组成

10.2.1抽拔距

将侧向型芯或拼合凹模（滑块）从成形位置抽拔或分开至不妨碍脱模位置的距离称为抽拔距。

一般抽拔距取侧孔深度加1～3mm，这里为1mm，如图10-1所示为本塑件的抽拨距：

图10-1抽跋距

本塑件孔深为1mm，半径为0.85mm。

虽然相对塑件本身来说比例很小，但由于是内测抽芯，必须考虑到塑件的整个尺寸，所以在设计抽芯机构的时候还得设计一个楔紧块作为定位机构。

抽芯距的计算公式如下：

式（10-1）

式中S——抽芯距，mm；

S1——取出塑件最小尺寸，7mm；

mm

10.2.2抽拔力

抽出侧向型芯或分离侧向凹模所需的力称为抽拔力，抽拔力的计算与脱模力计算相同，抽拔力的计算公式如下：

式（10-2）

式中E——拉伸模量，聚丙烯为6.5

ε——成型平均收缩率，为0.5%

t——塑件的平均厚度，约为1.6mm

L——芯的长度，为1mm

μ——泊松比，0.32

ø——脱模斜度，为2°

f——塑料与钢材之间的摩擦因数，为0.3

R——芯的平均直径，为1.7mm

B——塑件在与开模方向垂直的平面上的投影面积（cm2），当塑件底部有通孔时，10B项应视为零

K1——由f和ø决定的无因次数，可由下式计算：

≈1

K2——由λ（λ=R/t）和ø决定的无因次数，可由下式计算

=5.62

代入得Q=747.78N≈0.74778kN

10.2.3滑块

滑块是可动零件，滑块与侧型芯既可以做出整体式，也可以做出组合式，本设计的是整体式滑块，如图10-2所示，材料采用T8A钢，成形部位采用局部热处理达到要求硬度。

塑件的小抽芯部分直接装在滑块上,具体可以参考零件图。

图10-2滑块

10.2.4导滑槽

导滑槽是维系滑块运动方向的支撑零件，因此要求滑块在导滑槽内运动平稳，无上下窜动和卡紧现象。

对导滑槽与滑块的配合要求运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧，其结构如图10-3所示。

导滑部分的表面应有足够硬度，但在本设计中，滑块成形了塑件的外形为了减少制造成本，所以导滑槽的导滑部分表面硬度应稍低滑块的硬度,导滑槽直接设计在动模模仁内。

图10-3导滑槽

10.2.5楔紧块

当塑料熔体注射入型腔，它以很高的压力作用于型芯，且由于本设计中的侧抽芯是内侧抽芯，弹簧一直处于一种压缩的状态，这样作用在滑块上的力就会迫使滑块外移。

作用力等于塑料压力和沿滑动方向塑料作用在型芯或模块上投影面积的乘积。

由于滑块和弹簧的刚度较差，故常采用楔紧块面来承受这一侧向推力，同时楔紧块必须保证滑块准确定位，故可将楔紧块直接镶嵌在定模板内，方便开模。

其示意图如图10-4所示:

图10-4楔紧块

11冷却系统的设计

无论何种塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量也比较高。

为了使模温能控制在一个合理的范围内，必须设计模具温度达到调节系统。

冷却系统的设计是对模具进行冷却调节，从而达到控制模温的目的。

对模具的冷却与塑料品种，塑件的形状与尺寸、生产效率及成型工艺对模具的要求有关。

11.1冷却系统的计算

塑料传给模具的热量与自然对流到空气中的模具温度、辐射到空气中的模具热量及模具传给注塑机的热量的差值即为用冷却水扩散的热量。

忽略模具因空气对流、热辐射以及与注塑机散发的热量，不考虑模具金属热阻，可对模具冷却系统进行初步和简略的计算。

根据设计要求，此注射模用于成形PP制品，用常温（20ºC）水作为模具冷却介质，其出口温度为25ºC，并且冷却水在通道内呈湍流状态，模具宽度为355mm需要设计冷却水孔直径d及开设的冷却水孔数。

查手册模具的温度为80～90ºC，则平均温度为75ºC。

成型周期为60s,

PP成型时放出的热量∆i=5.9×102kJ/kg这里取5.9×105J/Kg。

（1）单位时间内注入模具中的热量Q（Kg/min）

=13×60×5.9×102=4.6×105

（2）求冷却水的体积流量V由下式得

式（11-1）

=

=0.0022m3/min

V——冷却水的体积流量（m3/min）

M——单位时间内注入模具的塑料质量（Kg/min）

——塑料成型时在模内释放的热焓量（J/Kg）

C——冷却水的比热容（J/Kg·K）

Ρ——冷却水的密度（Kg/m3）

t1——冷却水的出口温度（ºC）

t2——冷却水的进口温度（ºC）

（3）求冷却水孔直径

根据体积流量,有表查找和冷却水道要易于加工清理，一般水道的孔径为8mm左右,由于本模具A板与模仁比较薄，选冷却水孔直径d=4mm

（4）求冷却水在水孔内的流速

=

（5）冷却水孔总传热面积A由下式计算：

式（11-2）

=60×460/18276×27.5=0.055

式中A——冷却水孔的总传热面积m2

M——单位时间内注入模具中的塑料质量（kg/h）

——塑料成型时在模内释放的热焓量（J/kg）

Tω——模具热度（℃）

Tθ——冷却水的平均温度（℃）

——冷却孔壁与冷却水间的传热系数为18276（KJ/（

·h·℃））

（6）求模具上应开设的冷却管道的孔数

0.