电话听筒盖的塑料模具设计.docx

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电话听筒盖的塑料模具设计

电话听筒盖的塑料模具设计

摘要

模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，它是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向，许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。

本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了电话机听筒注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程，阐述了在有斜滑杆抽芯的注射模设计中应注意的事项。

采用此模具能够保证塑件尺寸外形以及表面要求，而且成本低、结构简单、开模容易、效率高，具有较强的实用性。

关键词：

电话听筒；注射模具；抽芯

ThePlasticMoldDesignofTelephoneHandsetCover

Abstract

Moldiswidelyusedinindustrialproductionthemaintechnologicalequipment,Itisanimportantmeansofmodernindustrialproductionandprocessdevelopmentdirection,Manymodernindustrialdevelopmentandtheimprovementofthetechnicallevels,Largelydependsonthedevelopmentofdieandmoldindustrylevel.

Thecharacteristicsanddevelopmentsofinjectionmoldwillbeintroducedinthispaper.Thedesigningandcalculatingofinjectionmoldofmicrophonewillbestatedindetail.Theformingprocessoftheproductandthestructurecharacteristicsaswellasworkingprocessoftheinjectionmoldwillbeintroduced.Theattentionshouldbepaidinthedesignoftheinjectionmoldforthepartwithliftersalsowillbestated.

Usingthismoldcanguaranteeplasticsdimensionappearanceandsurfacerequirements,Andlowcost,simplestructureandeasytoopenmold,highefficiency,withstrongpracticability.

KeyWords:

microphone；injectionmold；corepulling

1绪论

1.1前言

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在“实现中华民族的伟大复兴”口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展，而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏[1]。

在日本，模具被誉为“进入富裕的原动力”，德国则冠之为“金属加工业的帝王”，在罗马尼亚则更为直接“模具就是黄金”，可见模具工业在国民经济中重要地位。

我国对模具工业的发展也十分重视，早在1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所占比例越来越大。

注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

本次毕业设计的主要任务是电话听筒盖的注塑模具设计，也就是设计一副注塑模具来生产电话听筒盖的塑件产品，以实现自动化提高产量。

针对电话听筒盖的具体结构，通过此次设计，使我对模具设计有了较深的认识。

同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（浇注系统、成型零部件、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了一定的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。

1.2塑料模具的特点

热塑性塑料注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：

一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注射模的特殊性和设计难度[2]。

由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部位、各方向收缩率不同，不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异。

基于上述特点，设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理适用，并可在设计中有效利用塑料特性，如点浇口模具用于塑料铰链制品。

塑料注射成型模具主要用于成型热塑性塑料制件，近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用。

由于塑料注射成型模具的适用性比较广，而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好，生产效率特别高，所以塑料注射模具已日益引起人们的重视。

1.3塑料模具设计的发展概况

近年来，汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品需求旺盛，带动了塑料模具的快速发展。

2000年，我国（未包括港、澳、台地区）塑料模具的产值约100亿元，2003年达到176亿元，3年平均年增长率为21%，快于模具行业总体增长速度近4个百分点，2004年预计将达到200亿元。

虽然我国塑料模具在数量、质量、技术等方面有了很大进步，但与国民经济发展的需求和世界先进水平相比，差距仍很大，一些大型、复杂、长寿命的高档塑料模具每年仍需大量进口。

在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，造成极低的利润率。

2003年，我国塑料模具总产值约176亿元，其中出口约2亿美元，约合16.6亿元人民币。

根据海关统计资料，2003年我国共进口塑料模具约6.5亿美元，约合54亿元人民币。

由此可以得出，2003年我国塑料模具总需求约为213.4亿元人民币，国产模具总供给约为159.4亿元人民币,市场满足率为74.7%。

在进口的塑料模具中，主要是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的塑封模具等。

出口的塑料模具以中低档产品居多。

由于我国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，2003年出口比2002年增长33.3%就是一个很好的证明[3]。

因此，从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些目前需进口的技术含量高的大型、精密、长寿命模具，并大力开发国际市场。

随着我国塑料工业的快速发展，特别是工程塑料的高速发展，可以预计，我国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，近年内年增长率将保持15%以上的水平。

近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高：

所生产的大型塑料模具的单套重量已达到50t以上；精密塑料模具的精度已达到2μm；高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤模具。

从生产手段方面来看，模具企业设备的数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件的使用覆盖率及模具的商品化率都已有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。

另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高。

1.4课题的研究方向

精密注塑模具是注塑成型制品生产中必不可少的主要工具之一。

精密注塑模具收缩率控制的好坏，决定着精密注塑成型制品的质量优劣及成品率高低，也就是说，是否能加工出质优价廉的精密注塑制品，在很大程度上要靠精密注塑模具设计的合理性和先进性来保证。

先进的注塑模具、合理的注塑成型工艺以及高精度、高效率的注塑设备是精密塑料成型加工中必备的三个重要因素[4]。

精密注塑成型制品能否得到更广泛的应用，更多地取决于精密注塑模具的设计以及收缩率的控制。

随着注射成型加工精度要求的不断提高，除了正确选材和对所选塑料进行改性之外，如何正确选择成型工艺条件，合理分析制品的综合收缩率与加工工艺各参数之间的相互关系，以及收缩率产生的各种原因与加工因素对它的影响等是一项很重要的课题。

目前，模具设计者普遍采用平均收缩率或极值法来计算注塑制件的收缩值。

影响注塑制品收缩的因素很多，主要按材料特性（包括塑料分子链结构、流变性能、结晶性能等）、模具设计（包括浇口类型、塑件结构、冷却回路分布等）和成型工艺条件（包括注射速度、注射压力、模腔压力、保压压力，保压时间、冷却时间等）三方面来分析。

2塑件的材料选择及工艺分析

2.1塑件材料选择

综合分析后，选用材料为ABS。

即丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物，它是由三种单体聚合而成的非结晶型高聚物[5]，具有三种组合物的综合性能：

（1）ABS性能特点：

冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工。

（2）ABS塑料性质：

无毒、无味，外观呈牙色半透明或透明颗粒或粉状。

密度为1.05~1.18g/cm3，收缩率为0.3%~0.8%，弹性模量值为0.2GPa，泊松比值为0.394，吸湿性<1%，熔融温度217~237℃，热分解温度>250℃。

（3）ABS力学性能：

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。

（4）ABS耐热性能：

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。

（5）ABS用途特点：

广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。

（6）ABS电学性能：

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。

（7）ABS注塑工艺：

吸水性比较高，加工前需进行干燥处理，干燥温度为70~85℃，干燥时间为2~6h，注塑成型温度160~220℃之间，注射压力在70~130MPa之间，模具温度为55~75℃。

2.2塑件工艺性

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

电话听筒盖上壳如图2.1、2.2所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。

图2.1塑件三维图

图2.2塑件二维图

2.3塑件的结构设计

（1）脱模斜度

由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。

为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。

脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关[6]。

斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。

通常塑件的脱模斜度约取0.5~1.5˚，塑件材料ABS的型腔脱模斜度为0.5~1.5˚，型芯脱模斜度为0.5~1˚。

（2）塑件的壁厚

塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。

塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。

一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。

因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。

但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。

选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。

塑件壁厚一般在1~4mm，最常用的数值为2~3mm。

（3）塑件的圆角

为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。

在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5~1mm的圆角。

一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。

（4）孔

塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。

但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。

由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。

2.4塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小[7]。

从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。

该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。

为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。

由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。

根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。

根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT5级精度。

2.5塑件表面粗糙度

塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。

这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。

塑料制品的表面粗糙度一般为Ra0.02~1.25μm之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0.01~0.63μm。

模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。

该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为Ra0.8μm，内部为Ra1.2μm。

2.7塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积采用Pro/E测量，在Pro/E软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的体积为15cm3，质量为15.8g。

2.8塑件分型面的确定

在该模具中分型面设在塑件的上表面。

用如图2.3所示分型面。

图2.3分型面

3注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定

3.1注射成型工艺过程分析

根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为[8]：

（1）准备工作

1）成型前对原材料的预处理

ABS材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。

干燥条件为100℃到200℃，2~3小时。

加工前的湿度必须小于0.02%。

2）料筒的清洗

在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。

柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。

对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。

3）脱模剂的选用

脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。

一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。

在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：

硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对ABS材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。

（2）注射成型过程

完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。

（3）塑件的后处理

注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。

制件的后处理主要有退火和调湿处理。

该塑料制件材料为ABS，就采用退火处理1~3小时。

3.2浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。

其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。

浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。

它由主流道、分流道、浇口

及冷料穴组成。

其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。

由于本设计中电话听筒盖上壳塑件外表面质量要求较高，所以选用潜伏式浇口。

潜伏式浇口在顶针断面处，成形后切除浇口，零件组装时浇口被遮挡起来。

潜伏式浇口主流道需要设置拉料杆，分流道与产品相连，顶出产品与流道连接在一起。

3.3型腔数目的确定

因为本设计中采用潜伏式浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模两腔，进行加工生产。

3.4注射机的选择和校核

由于采用一模两腔，需要至少注射量为15.8×2=31.6g，流道水口废料15.8g，总注塑量达到47.4g，再根据工艺参数，综合考虑各种因素，选定注射机型号为XS－ZY－250，其有关性能参数为：

理论注射量：

250cm3

螺杆直径：

50mm

注射压力：

130MPa

合模力：

1800KN

模板最大行程：

500mm

模具最大厚度：

350mm

模具最小厚度：

200mm

定位孔直径：

125mm

喷嘴球头半径：

18mm

注射方式：

螺杆式

顶杆中心距：

280mm

3.3.1注射量的校核

模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。

其公式为：

nm1+m2≤80%m（3.1）

式中：

n—型腔数量；

m1—单个塑件的重量，g；

m2—浇注系统所需塑料的重量，g。

已知n=2，m1=15.8g，m2=15.8g，即m=47.4/0.8=59.25g，注射量符合要求。

3.3.2工艺参数校核

注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素[9]。

如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系：

nA1+A2≤A（3.2）

式中：

n—型腔数目；

A1—单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm2；

A2—浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；

已知n=2，A1=9181.6mm2，A2=154.2mm2

即nA1+A2=2×9181.6+154.2=18517.4mm2

注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。

即：

（nA1+A2）P

式中：

P—塑料熔体对型腔的成型压力，MPa；

F—注射机额定锁模力，N；

其它意义同上。

型腔内通常为20~40MPa，一般制品为24~34MPa，精密制品为39~44MPa。

即（nA1+A2）P=18517.4×30×1.1×0.001=611KN<1800KN，因此锁模力符合要求。

3.3.3安装参数校核

（1）模具厚度校核

模具闭合高度必须满足以下公式：

Hmin≤H≤Hmax（3.4）

式中：

Hmin—注射机允许的最小模厚，mm；

Hmax—注射机允许的最大模厚，mm。

本设计中模具厚度为320mm，200mm

（2）开模行程校核

模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板间的移动距离[10]。

注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。

对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于单分型面注射模应有：

Smax≥S＝H1＋H2＋H3+C（3.5）

式中：

H1—模具厚度，mm；

H2—顶出行程，mm；

H3—包括浇注系统凝料在内的塑件高度，mm；

C—安全距离，mm。

本设计中Smax=500mm，H1=320mm，H2=45mm，H3=113.5mm，C=15mm

总的开模距离需要S=490mm，因此符合要求。

4浇注系统的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送管道。

它具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量具有决定性影响[11]。

4.1浇注系统的组成

浇注系统一般由四部分组成：

（1）主流道指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道，它是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。

（2）分流道指主流道末端至浇口的整个通道。

分流道的功能是使熔体过渡和转向，单型腔模具中分流道是为了缩短流程，多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。

（3）浇口指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道，它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序的填满型腔，且对补缩具有控制作用。

（4）冷料穴通常设置在主流道和分流道转弯处的末端，其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料，冷料穴也经常起拉勾凝料的作用。

4.2浇注系统设计原则

（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；

（2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间；

（3）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利排气和补缩；

（4）避免高压熔体对型芯很让和嵌件产生冲击，防止变形和位移；

（5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤；

（6）熔合缝位置需合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽；

（7）尽量减少浇注系统的用料量；

（8）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有IT8以上精度。

4.3流道系统的设计

4.3.1主流道的设计

主流道通常位于模具的中心，是塑料熔体的入口，其形状为圆锥形，便于熔

融塑料的顺利进入，开模时又能使主流道的凝料顺利拔出。

图4.1主流道浇口套

选用如图4.2所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。

将主流道衬套和定位环设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用H7/m6。

图4.2主流道衬套及其固定形式

4.3.2分流道的设计

分流道是熔料从主流道进入型腔前的过渡部分，其设计要求是塑料熔体在流动中压力和热量损失尽量最小，同时使流道中的塑料尽量少。

本设计采用一模两腔潜伏式浇口。

流道布局如图4.3所示：

图4.3分流道布局

4.3.3浇口的设计

浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。

它有两个功能：

一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。

常向的浇口形式有直接浇口、潜伏式浇口、点式浇口等。

（1）浇口位置的选择

浇口的位置对塑件的质量有极大的影响，浇口的位置选择时应遵循如下原则：

1）浇口应开设在塑件较厚的部位