塑料仪表盒面板注塑模设计毕业设计.docx

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塑料仪表盒面板注塑模设计毕业设计

塑料仪表盒面板注塑模设计

前言

 目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60%～80%的零部件，都要依靠模具成型。

用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。

模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。

我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。

近年来，中国塑料工业年均增长速度达到10%以上，塑料制品年产量位居世界第二。

随着塑料工业的飞速发展，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：

家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。

一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。

工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。

1.塑件成型工艺性分析

1.1塑料材料

1.1.1材质

ABS阻燃材料（以丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三元共聚物ABS为基体树脂，通过添加高效阻燃材料的复合体系，黑色）。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。

ABS工程塑料的缺点：

热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

1.1.2工艺参数

①.成型收缩率：

0.4％－0.8％，该制件取收缩率为0.6％;

②.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80~90C下最少干燥2小时；

③.成型温度：

前段180-200℃，中段165-180℃，后段150-170℃，喷嘴170-180℃；

④.模具温度：

40~90℃；

⑤.注射压力：

60~100MPa；

⑥.注射速度：

中高速度。

1.1.3成型性能

该材料具有保持ABS树脂的韧性，并具有优良的综合性能。

如良好的冲击性，尺寸稳定性好、流动性高、成型加工性好、加工性良好的电绝缘性能和耐环境应力开裂，同时具有耐渗出、耐热性高等特点。

1.1.4制件要求

①.面板表面粗糙度不得大于Ra0.8；

②.工件壁厚2±0.1mm,未标注的圆角R0.5；

③.精度要求:

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。

根据参考文献[1]第158页表8.5-59由塑件材料ABS的未注公差尺寸得，塑件精度取MT5。

④拔模斜度：

拔模斜度是为了便于脱模，防止塑件表面在脱模是划伤，擦毛，在设计塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度。

塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质、收缩率、摩擦因素、塑件的壁厚和几何形状有关。

根据参考文献[4]第42页表3-5得塑件材料ABS的型腔脱模斜度40’～1020’、型芯脱模斜度35’～1。

。

本设计中选择脱模斜度为1。

⑤.结构特点：

产品外型尺寸为157×80.6×31（单位毫米）；

体积v=3.0459529e+04立方毫米；

密度ρ=1.05克/立方毫米；

质量m=31.9825克；

总结：

产品成型结构多、形状较复杂。

产品三维图如图1.1所示：

图1-1产品三维图

2塑件成型方案及模具设计

2.1分型面的选择

定模和动模相接触的面称为分型面，分型面的形状有平面、斜面、阶梯面和曲面等。

结合分析塑件的形状，可知分型面为曲面，而为了有利于脱模，设置分型面时应使塑件留在动模的一侧。

模具设计中,分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。

为保证制件能顺利地从型腔中脱出且便于模具加工，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。

，一般应考虑以下几种因素：

①.分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方。

②.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。

③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。

④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。

⑤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。

⑥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。

2.1.1主分型面的选择

A-A分型面和B-B分型面如图3.1所示：

图2-1分型面图

①.选在塑件最大轮廓面上——可选A-A或B-B；

②.便于充模排气——可选A-A或B-B；

.便于脱模——可选A-A；

综合考虑：

选A-A为主分型面。

2.1.2侧分型面的选择

产品两侧的结构如图2.2所示：

图2-2制件两侧

制件两侧的圆孔和倒扣通过滑块的形式来抽取，在两侧建立次分型面。

分型面如图2.3所示：

图2-3侧分型面

2.2型腔数的确定

本课题来自企业产品生产课题，采用一模一腔注塑成型。

企业考虑的因素：

①.与之相配的仪表盒尺寸较大，采用的是一模一腔的结构；

②.制件的生产批量不大。

2.3注射机及模架的选用

根据制件的质量和注射机的理论注射量，初选注塑机型号为SZ-100/630。

根据参考文献[3]第7页表2-1得注塑机的参数如下：

注塑机最大注塑量：

75㎝2锁模力：

630KN

注射速率：

80g/s塑化能力：

11.8g/s

注塑压力：

164.5Mpa最小模厚：

150mm

最大模厚：

300mm移模行程：

270mm

喷嘴球半径：

15mm喷嘴前端孔径：

3mm

注塑机定位孔直径：

Φ125mm

注塑机拉杆的间距：

370×320（mm×mm）

选择龙记标准模架2330，A板为35㎜，B板为50㎜。

2.4浇注系统的设计

浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观

2.4.1浇注系统类型和位置的选择

（一）.浇注系统类型的选择

①.由于选择A-A分型面，根据制件的结构特点来考虑潜伏式浇口不可行；

②.若点浇口，为脱出流到凝料，模具需多开一次模，即采用三板式结构，增加模具的复杂程度。

同时考虑制件的结构特点，点浇口不可行；

③.直浇口的优点：

压力损失小，进料速度快，成型比较容易，模具结构简单紧凑，制造方便；缺点：

去除浇口困难，浇口痕迹明显。

应此直浇口特别合适于大型、厚壁塑件和熔体粘度特别高的塑料品种的成型。

由于制件为小制件，壁厚为2mm，且制件要求具备一定的美观性，浇口痕迹不能太明显。

故不采用直浇口的形式。

④.边缘浇口（又名标准浇口、侧浇口）的优点是便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适于各种塑料品种，其最大的特点是可以分别调整充模的剪切速率和浇口封闭时间。

同时浇口所产生的熔接痕不影响制件的美观。

综合考虑：

采用侧浇口的形式。

侧浇口尺寸的设计：

图2-4侧浇口

根据参考文献[5]第62页得：

浇口深度H经验计算公式如下：

H=Kδ=0.6×2=1.2㎜（2-1）

式中δ——塑件厚度，㎜；

K——材料系数，ABS为0.6。

浇口宽度经验公式：

W=㎜（2-2）

式中A——凹模边型腔表面积，㎜2；

K——材料系数，ABS为0.6。

（二）浇口位置的设计

①.便于充模、排气——顶部进料；

②.由于ABS的流动性好，且制件的体积不大，可以考虑用两个浇口同时进料；

综合考虑：

采用顶部进料的形式。

2.4.2主流道的设计

主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道。

通常和注射机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度。

由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模板上，而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内。

图2-5主流道设计

①.为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，锥角取4。

，内壁粗糙度Ra0.63。

②.主流道大端呈圆角，其半径取2㎜，以减小料流转向过渡时的阻力。

③.为了使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，根据注射机喷嘴的尺寸可确定：

凹坑半径R=16㎜，小端直径D=3.5㎜，凹坑深度取3㎜。

④.由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分设计成可卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理。

选用的结构如下图所示：

图2-6浇口套

2.4.3分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。

分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形截面流道的比面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料的温度下降小，阻力亦小，流道的效率最高，缺点是需要同时在动模和顶模上切削加工，且要相互吻合，加工较困难。

梯形断面和U形断面的分流道只切削加工在一个模板上，节省机械加工费用，且热量损失和阻力损失仅大于圆形截面的分流道，故为长用形式。

由于本设计浇道只要在定模上切削加工，避开了圆形断面分流道的缺点。

从经济性和工厂的实际生产中考虑，本设计中选用的是圆形断面分流道。

根据参考文献[4]第59页表3-3-1得：

根据表中的推荐直径，选分流道的直径为6㎜。

根据产品的结构特点及ABS材料的流动性较好的特点，综合考虑，设计中采用两个侧浇口同时进料的形式。

结构图如下图所示：

图2-7分流道

2.4.4冷料井的设计

冷料井一般位于主流道对面的动模板上，其作用就是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，同时开模时又可将主流道中的凝料拉出。

本设计中采用冷料井底部带推料杆的形式：

由冷料穴和顶杆组成，在冷料穴的底部设有一顶杆，顶杆固定在固定板上，与顶出系统联动，选直径6㎜的拉料杆。

这是在实际生产中最为常用的形式。

结构图如下所示。

图2-8拉料杆

2.5成型零件结构设计

2.5.1凹模结构设计

凹模是成型塑件外表面的部件。

整体式凹模的特点是牢固、不易变形。

对于形状简单、容易制造、或形状虽然比较复杂，但可以采用中心加工、数控机床、仿形机床或电加工等特殊方法加工的场合比较适宜。

整体嵌入式凹模：

为了便于加工，保证型腔沿主分型面分开的两半在合模时的对中性，常将小型型腔对应的两半做成整体嵌入式，两嵌块的外轮廓断面尺寸相同，分别嵌入相互对应的动定模模板的通孔内为保证两通孔的对中性良好，可将动定模配合后一道加工，当机床精度高时也可分别加工。

结合制件的特点、分型面的位置及考虑到型腔的材料与模架的材料不同的特点，经比较选用整体嵌入式凹模。

凹模与相对应的动定模模板采用过渡配合的形式，外加四个螺钉锁紧。

2.5.2型芯的结构设计

型芯是用来成型内表面的零件，有整体式和组合式之分。

由于本设计中的型芯形状不复杂，且从节省贵重金属的角度出发，选用组合式的型芯。

型芯的固定方式采用轴肩和固定板连接。

对于圆形型芯，轴肩为圆台；对于非圆形型芯，为了制造方便，则在型芯的一面做出个方形的轴肩结构图如下所示。

图2-9型芯

2.5.3型腔及型芯材质的选择

塑料模成型零件是在温度周期变化的状态中工作，注射是模温高达200℃以上，脱模时温度较底。

成型时承受较高的压力，合模时分型面反复碰撞，脱模时塑件与工作表面反复摩擦，同时成型是塑料中分解出Hcl、HF等气体腐蚀模具表面。

选择合适的模具钢在模具设计中是个重要的内容。

从三个方面来考虑：

（一）工作条件要求：

材料应具有良好的耐磨性、高温性能和耐蚀性。

制件的材料为阻燃ABS，形状较简单，且尺寸不大，精度也不高，可采用40Cr、55钢、40CrMnMo、P20等。

（二）工艺性能要求：

材料应具有良好的可锻性、切削加工性、淬硬性、淬透性及可磨削性；还应具有小的氧化、脱碳敏感性和淬火变形开裂倾向。

可选用40Cr、T8A、P20等 。

（三）经济性要求：

在满足使用性能的前提下，尽可能地降低制造成本。

综合考虑：

P20钢的纯度高，具有良好的切削加工性能、焊接性，洁净度高，具有良好的镜面精加工性能，综合性能好，且价格适中。

所以选用P20材料。

2.5.4重要成型零件的工作尺寸计算

由制件的收缩特性值6‰可得制件选用的一般精度的公差等级MT5，与之对应的模具制造公差等级为IT11。

由于在绘制装配图前，考虑到制件的收缩特性，已经将制件按1.006倍进行放大，所以在这里不须对每个尺寸进行计算。

在这里只对面板与仪表盒配合及重要的尺寸进行计算。

根据参考文献[3]第118、119页中的公式3-32、3-33、3-34、3-35、3-36得:

（一）①凹模的工作尺寸计算：

（2-3）

式中——塑料外形公称尺寸；

K——塑料的平均收缩率；

Δ——塑件的尺寸公差；

δz——模具的制造公差；

L——凹模径向的工作尺寸。

表2-1凹模的工作尺寸计算

塑料外形公称尺寸

凹模径向的工作尺寸L

L1=110.4

L2=147.2

L3=150.3

L4=70.8

L5=73.8

L6=3.25

L8=24.85

L9=4.85

L10=85

L11=139.2

②凹模的深度尺寸计算公式：

（2-4）

式中H塑——塑件高度方向的公称尺寸；

K——塑料的平均收缩率；

Δ——塑件的尺寸公差；

δz——模具的制造公差；

H——凹模深度的工作尺寸。

尺寸L7=8..8即高度方向公称尺寸H7=8.8

则对应凹模深度的工作尺寸H=

=

尺寸L11=6.5即高度方向公称尺寸H11=6.5

则对应凹模深度的工作尺寸H=

=

（二）①凸模的工作尺寸计算

（2-5）

式中l塑——塑件内形径向方向的公称尺寸；

K——塑料的平均收缩率；

Δ——塑件的尺寸公差；

δz——模具的制造公差；

l——凸模径向的工作尺寸。

尺寸L13=26.2即塑件内形径向方向公称尺寸l=26.2

则对应凸模径向的工作尺寸l=

=

尺寸L12=13.8即塑件内形径向方向公称尺寸l=13.8

则对应凸模径向的工作尺寸l=

=

2.5.5模具型腔的侧壁和底板厚度计算

塑料模型腔在成型过程中承受熔体的高压作用，应有足够的强度和刚度。

如果凹模和底版厚度过小，强度和刚度不足，会产生过大的变形，形成飞边，降低塑件精度并影响正常脱模，甚至会发生塑性变形和破坏。

以下是通过强度和刚度的计算来确定凹模壁厚和底板厚度的计算。

由于模具零件形状教复杂，在计算中将其简化为整体式的矩形凹模，括号内的尺寸为实际设计中的尺寸。

注射模型腔内壁所受到的单位平均压力根据塑件材料或塑件形状不同而不同。

一般来说，只有注射机及机筒压力的25％～50％。

p=（25％～50％）

=（25％～50％）×164.5=41.25～82.25MPa。

（2-6）

（一）侧壁厚度计算

①侧壁厚度按刚度计算

根据参考文献[1]第385页公式9.4－36得：

（2-7）

式中S——凹模壁厚（mm）；

p——模腔压力（MPa）,一般为30～50MPa，根据上面的计算所得，这里取p=50MPa；

E——模具材料的弹性模量（MPa），在一般工作温度下，P20为预硬化塑料模具钢，取

；

δ——成型零件的许用变形量（mm）,根据参考文献[3]第124页表3-37得，ABS材料的对应的许用变形量δ=0.04～0.05mm,这里取0.05㎜；

h——凹模型腔深度尺寸（mm），h=16.1mm；

c——由h/l而定的系数，根据h/l=0.1查参考文献[3]第124页表3-38得c=0.93；

②侧壁厚度按强度计算

根据参考文献[1]第385页公式9.4－45b得：

（2-8）

式中S——凹模壁厚（mm）；

p——模腔压力（MPa）,一般为30～50MPa，根据上面的计算所得，这里取p=50MPa；

a——由l/h而定的系数，查表3-40参考文献[2]；

σ——模具材料的许用应力（MPa），P20为预硬化塑料模具钢，取

；

综合考虑：

S≥9.54㎜符合要求。

经比较，在设计过程中所设计的尺寸均符合要求。

（二）底板厚度计算

①底板厚度按刚度计算

根据参考文献[1]第385页公式9.4－38得

（2-9）

式中H——型腔底板厚度（mm）；

——由l/b而定的系数，根据l/b=151.1/74.24=2.04查参考文献[3]第124页表3-39得

=0.0277；

p——模腔压力（MPa）,一般为30～50MPa，根据上面的计算所得，这里取p=50MPa；

E——模具材料的弹性模量（MPa），在一般工作温度下，P20为预硬化塑料模具钢，取

；

δ——成型零件的许用变形量（mm）,根据参考文献[3]第124页表3-37得，ABS材料的对应的许用变形量δ=0.04～0.05mm,这里取0.05㎜；

h——凹模型腔深度尺寸（mm），h=16.1mm；

②底板厚度按强度计算

根据参考文献[1]第385页公式9.4－49得：

（2-10）

式中H——型腔底板厚度（mm）；

——由l/h而定的系数；

b——矩形凹模型腔短边长度（mm）。

p——模腔压力（MPa）,一般为30～50MPa，根据上面的计算所得，这里取p=50MPa；

σ——模具材料的许用应力（MPa），P20为预硬化塑料模具钢，取

；

综合考虑：

底板厚度H≥21.43符合要求。

经比较，在设计过程中所设计的尺寸均符合要求。

2.6排气方式

当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地推出，将在制品上形成气孔、接缝、型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，粘度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。

在设计型腔时必须充分地考虑排气问题。

由于塑件为一般的小型塑件，且注射压力为普通注射压力，所以在这里是利用分型面或配合间隙排气。

主要是分型面排气、推杆与推杆孔的配合间隙、型芯与型芯孔的配合间隙及滑块的配合间隙等。

2.7侧向分型与抽心机构的设计

选用机动侧向分型与抽芯机构。

机动式侧向分型与分型与，抽芯机构利用注射机的开模运动，并对其方向进行变换后，可将模具制向分型或把侧型芯从制品中抽出。

本设计选用运用最广泛的斜导柱式抽芯机构。

2.7.1抽芯距的确定

抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不妨碍制品取出位置时，侧型芯在抽拔方向所移动的距离。

抽芯距通常比侧孔或侧凹的深度大2~3mm。

图2-10抽芯距

根据参考文献[2]第158页得：

S抽=S+2~3（2-11）

式中S抽——最小抽芯距，单位mm；

S——侧凹的深度，单位mm。

由于S=8mm，所以取S抽=10mm

2.7.2抽芯力的计算

将侧型芯从制品中抽出所需的力叫抽芯力。

根据参考文献[2]第129页公式3－47得：

F=P×A（fcosΦ+sinΦ）（2-12）

式中p——塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力，一般取8~12MPa,在这里取10MPa；

A——塑料制品包紧型芯的侧面积，单位mm2；

f——摩擦系数，f=0.1~0.2，这里取0.18；

F——抽芯力，单位N；

Φ——脱模斜度，Φ=2。

图2-11收缩面积

由proe软件计算得：

A1=22.807mm2；A2=25.7871mm2；

A3=84.283mm2；A4=342mm2；

A5=224.17mm2；

F=P×A总（fcosΦ+sinΦ）

=P×[2×（A1+A2）+A3+A4+A5]×（fcosΦ+sinΦ）

=10×747.65×（0.18×cos2。

+sin2。

）

=1605.88N

2.7.3斜导柱设计

常用的斜导柱截面有圆形和矩形。

圆形截面加工方便，装配容易，应用较广。

其头部可做成球形或锥台形。

矩形截面在相同截面积的条件下，具有较大的截面系数，能承受较大的弯矩，但是加工困难，装配不便！

由于本设计中弯矩不大，圆形截面的斜导柱已经可以满足要求，故选用圆形斜导柱，头部采用锥台形的形式。

在这里斜导柱的材料选用T8。

由于经常与滑块摩擦，应进行热处理，硬度达55HRC。

斜导柱与固定板之间用过渡配合H7/m6。

由于斜导柱在工作中主要起驱动滑块作往复运动的作用，滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块间的配合精度保证，合模时滑块的最终准确位置由压紧块决定，因此，为了运动灵活，滑块与斜导柱采用较松的间隙配合，在这里取单边间隙为0.5㎜。

（一）斜导柱倾角α的确定

斜导柱倾角α是斜导柱抽芯机构的一个主要参数，其大小与开模所需的力、抽芯力及开模行程有关，如下图所示：

图2-12斜导柱

由于导柱与导滑孔间的摩擦力与导滑槽间的摩擦力相对抽芯力较小，在这里的计算中不考虑。

F，W=FW=F/cosɑ（2-13）

Fk=F，Wsinɑ=Ftgɑ（2-14）

式中F，W——斜导柱作用于滑块的正压力，单位N；

F——抽芯力，单位N；

Fk——抽出侧型芯所需的开模力；

ɑ——斜导柱倾角（。

）。

可以看出，若α增大是要获得相同的抽芯力F，则斜导柱所受的弯曲力FW增大，开模力Fk也增大，应此希望ɑ值小，但是若抽芯力s一定时，ɑ值减小，将导致斜导柱工作部分长度L增大。

L=s/sinɑ（2-15）

H=scotɑ（2-16）

式中L——斜导柱工作长度，单位mm;

H——与抽芯距s对应的开模行程，单位mm。

可以得到ɑ增大，H、L减小，有利于减小模具尺寸。

综合考虑：

取ɑ=15。

。

可以得到：

F，W=FW=F/cosɑ=1605.88/cos15。

=1662.53N

（二）斜导柱直径的确定

根据参考文献[2]第162页公式3－5得：

M=FW×LW，（2-17）

式中FW——斜导柱承受的最大弯曲力，单位N；

LW，——斜导柱的弯曲力臂，单位m;

M——斜导柱所承受的弯矩。

根据参考文献[2]第129页得：

LW，=（H/2+Z/sinɑ）/cosɑ（2-18）

=（37.32/2+0.5/sin15。

）/cos15。

=21.32mm

式中Z——斜导柱与导柱孔的单边间隙

M=FW×LW，（2-19）

=1662.53×21.32×10-3

=35.45Pa

根据参考文献[2]第162页公式3－54得：

d=㎜（2-20）

在本设计中取d=14mm

根据参考文献[2]第162页得：

斜导柱为圆形截面是的断面系数为：

W=πd3/32=0.1d3（2-21）

=0.1×（14×10-3）3

=2.744×10-7mm3

根据参考文献[2]第162页公式3－53得：

δW=M/W（2-22）

=35.45/2.744×10-7

=129.19Mpa＜[δ]=137.2Mpa

式中[δ]——斜导柱材料的许用弯曲应力，斜导柱的材料选用的是碳钢，[δ]=137.2Mpa；

δW——斜导柱受到弯曲所产生的弯曲应力，单位Mpa;

d——斜导柱的直径，单位㎜;

所以当d=14mm时，可以完成抽芯工作。

（三）斜导柱