注射闹钟后盖模具设计模具设计与制造专业毕业论文.docx
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注射闹钟后盖模具设计模具设计与制造专业毕业论文
模具设计与制造专业毕业论文
注射闹钟后盖模具设计
内容提要
注射闹钟后盖模具设计中的零件形状较复杂，要保证制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
注射模的基本组成是：
定模机构，动模机构，浇注系统，导向装置，顶出机构，芯机构，冷却和加热装置，排气系统。
因注射模成型的广泛适用，正是我这个设计的根本出发点。
关键字：
塑料制品复杂质量生产注射成型浇口型腔型芯
第一章塑料的工艺分析……………………………………………………………3
1.1塑件成形工艺分析………………………………………………………………3
1.2闹钟后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数…………………………………4
第二章注塑设备的选择……………………………………………………………5
2.1估算塑件体积……………………………………………………………………5
2.2选择注射机………………………………………………………………………5
2.3模架的选定………………………………………………………………………6
2.4最大注射压力的校核……………………………………………………………6
第三章塑料件的工艺尺寸的计算………………………………………………7
3.1型腔的径向尺寸………………………………………………………………7
3.2型芯的计算……………………………………………………………………8
3.3模具型腔壁厚的计算…………………………………………………………8
第四章浇注系统的设计…………………………………………………………9
4.1主流道的设计…………………………………………………………………10
4.2冷料井的设计…………………………………………………………………10
4.3分流道的设计…………………………………………………………………11
4.4浇口的选择……………………………………………………………………12
第五章分型面的选择与排气系统的设计……………………………………13
5.1分型面的选择…………………………………………………………………13
5.2排气槽的设计…………………………………………………………………14
第六章合模导向机构的设计……………………………………………………14
第七章脱模机构的设计…………………………………………………………15
第八章温度调节系统的设计…………………………………………………16
8.1模具冷却系统的设计…………………………………………………………17
8.2模具加热系统的设计…………………………………………………………18
第九章模具的装配………………………………………………………………18
9.1模具的装配顺序………………………………………………………………18
9.2开模过程分析…………………………………………………………………19
致谢……………………………………………………………………………………21
参考资料………………………………………………………………………………22
第一章塑件的工艺分析
1.1塑件成型工艺分析
如图1.1所示：
图1.1闹钟后盖
闹钟后盖的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。
闹钟后盖的注塑材料首先选用ABS，闹钟的后盖绝大部分的决定了闹钟的重心的位置的所在。
要很好的处理后盖壁厚的均匀，成型后收缩率的不一致，这样就必须有效的控制模具温度来调节收缩率。
由于闹钟后盖的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。
主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用双浇口，但应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给闹钟后盖的表面带来更多的熔接痕和气孔。
也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。
因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。
1.2闹钟后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。
因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。
同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。
1.2.1ABS塑料主要的性能指标：
密度（Kg.dm-3）1.13——1.14
收缩率%0.3~0.8
熔点℃130~160
热变形温度45N/cm65~98
弯曲强度Mpa80
拉伸强度MPa35~49
拉伸弹性模量GPa1.8
弯曲弹性模量Gpa1.4
压缩强度Mpa18~39
缺口冲击强度kJ/㎡11~20
硬度HRR62~86
体积电阻系数Ωcm1013
击穿电压Kv.mm-115
介电常数60Hz3.7
1.2.2ABS的注射成型工艺参数:
注塑机类型：
螺杆式
喷嘴形式：
通用式
料筒一区150——170
料筒二区180——190
料筒三区200——210
喷嘴温度180——190
模具温度50——70
注塑压60——100
保压40——60
注塑时间2——5
保压时间5——10
冷却时间5——15
周期15——30
后处理红外线烘箱
温度（70）
时间（0.3——1）
由为重要的是因为目前原油价格的下降，导致ABS的市场价格大幅度的下跌。
第二章注塑设备的选择
2.1估算塑件体积
估算塑件体积和质量：
该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为，计算其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。
使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。
另预置浇道凝料为2cm3因此估算塑件体积为9cm3。
2.2选择注射机
根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为SZ-40/25
注塑机的参数如下：
注塑机最大注塑量：
40cm3
注塑压力：
200/Mpa
注塑速率：
50（g/s）
塑化能力：
20（Kg/h）
锁模力：
2500KN
注塑机拉行间距：
250×250mm
顶出行程：
55mm
最小模厚：
130mm
最大模厚：
220mm
模板行程：
230mm
注塑机定位孔直径：
55mm
喷嘴球半径：
SR10
2.3模架的选定
根据塑件选定模架为：
S2030—B—I—35—35—70。
见图2.1：
2.4最大注射压力的校核
闹钟后盖的原料为ABS，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为200MPa，所以注射压力符合要求。
2.4.1最大注塑量的校核
注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。
所以选用的注塑机最大注塑量应满足：
0.8V机≥V塑＋V浇
式中V机————注塑机的最大注塑量，40cm3
V塑————塑件的体积，该产品V塑＝18cm3
V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝2cm3
故V机≥（18+4）cm3
2.4.2锁模力校核
F锁﹥pA
式中p————熔融型料在型腔内的压力，该产品
A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=4641mm3
F锁————注塑机的额定锁模力。
故F锁＞pA=200Mpa×4641mm3
选定的注塑机的压力为2500KN，满足要求。
2.4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
A模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
模具长×模具宽<拉杆面积
B模具闭合高度校核
Hmin————注塑机允许最小模厚=130mm
Hmax————注塑机允许最大模厚=220mm
H——————模具闭合高度=180mm
故满足Hmax＞H＞Hmin。
（1）开模行程校核
注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：
S机————注塑机最大开模行程，230mm;
H1———顶出距离，16mm；
H2————包括浇注系统在内的塑件高度，52mm;
S机－（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）
因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。
故：
230－（180－130）＞62＋（5～10）
满足条件
第三章塑料件的工艺尺寸的计算
由于闹钟后盖须与前盖配合，所以只有闹钟后盖的边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有闹钟后盖与电池盖的配合，故需要计算相对于榫和铰链的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。
因ABS的成型收缩率为0.4～0.7%,所以平均收缩率取S=0.5%
3.1型腔的径向尺寸
（LM）0+δ=[（1+S）Ls-（0.5～0.75）△]0+δ=[1.008×Ls-0.75△]0+δ
其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。
塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δz为模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：
（一）、Ls=81mm.经计算得：
LM=79.440+0.32mm;
（二）、Ls=1mm.经计算得：
LM=0.79550+0.07mm;
（三）、Ls=5.5mm.经计算得：
LM=5.3250+0.085mm;
（四）、Ls=1.8mm.经计算得：
LM=1.5990+0.07mm;
（五）、Ls=10mm.经计算得：
LM=9.780+0.1mm;
（六）、Ls=7mm.经计算得：
LM=6.750+0.1mm;
（七）、Ls=2mm.经计算得：
LM=1.8060+0.07mm;
（八）、Ls=3mm.经计算得：
LM=2.8140+0.07mm;
（九）、Ls=4mm.经计算得：
LM=3.7770+0.085mm;
（十）、Ls=6mm.经计算得：
LM=5.7930+0.085mm;
（十一）、Ls=8mm.经计算得：
LM=7.7640+0.0.1mm;
（十二）、Ls=16mm.经计算得：
LM=15.7230+0.14mm;
（十三）、Ls=12mm.经计算得：
LM=11.7960+0.01mm
3.2型芯的计算
3.2.1芯径向尺寸的计算：
LM=[（1+S）Ls+3/4△]-Ó0
其各字母的含义与前相同，型芯按六级精度制造，根据型芯的基本尺寸，代入数据得：
（一）、Ls=81mm经计算得：
LM=82.4050-0.32mm;
（二）、Ls=1mm经计算得：
LM=1.2150-0.07mm;
（三）、Ls=5.5mm经计算得：
LM=5.7450-0.085mm;
（四）、Ls=1.8mm经计算得：
LM=2.0190-0.07mm;
（五）、Ls=10mm.经计算得：
LM=10.480-0.1mm
（六）、Ls=7mm.经计算得：
LM=7.4080-0.1mm;
（七）、Ls=2mm.经计算得：
LM=2.2260-0.07mm;
（八）、Ls=3mm.经计算得：
LM=3.2340-0.07mm;
（九）、Ls=4mm.经计算得：
LM=4.2770-0.085mm;
（十）、Ls=6mm.经计算得：
LM=6.3030-0.1mm;
（十一）、Ls=8mm.经计算得：
LM=8.3640-0.1mm;
（十二）、Ls=16mm.经计算得：
LM=16.5330-0.14mm;
（十三）、Ls=12mm.经计算得：
LM=12.3960-0.1mm;
3.2.2型芯高度尺寸的计算：
HM=[（1+S）Hs+3/4△]-Ó0,按六级精度制造
Hs=15mm经计算得：
HM=15.4870-0.13mm;
3.3[模具型腔壁厚的计算]
为实现高性能的目的；选用模具材料应具有高耐磨性，高耐蚀睡，良好的稳定性和良好的导热性。
必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小，但不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。
可以采用Cr12，经过调质，淬火加低温回火，正火。
HRC≥55。
可以去型腔壁厚为：
0.20L+17=33。
第四章浇注系统的设计
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：
（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。
（2）型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
（3）系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：
尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。
（4）对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
a）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。
b）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。
4.1主流道设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，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上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。
主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。
塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。
采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为3，内表面的粗糙度为Ra0.8微米,孔径为0.5毫米。
主流道的设计要点如下：
（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，因ABS的流动性为中性，故其锥度取3度，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R0.8um。
（2）主流道大端呈圆角，其半径取r=1～3mm,以减少流速转向过渡的阻力，r=1.5mm.
（3）在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。
（4）为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，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，其半径为r2=r1+（1～2）,其小端直径D=d+（0.5～1）,凹坑深度常取3～4mm。
在此模具中取r2=11～12mm。
（5）由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm。
同时因该闹钟后盖采用ABS，需加热，所以在主流道处采用电加热以提高料温。
4.2冷料井设计
冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。
冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。
基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。
拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。
利用球头形的拉料杆配合冷料井。
4.3分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。
但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
4.3.1分流道设计要点：
（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。
（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。
（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。
（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
4.3.2分流道的长度
分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。
4.3.3分流道的断面
分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。
因ABS的推荐断面直径为4.5～9.5（查表4-2），部分塑件常用断面尺寸推荐范围。
分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。
分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的份流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。
同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。
4.3.4分流道的布局
在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。
它要求各对应部位的尺寸相等。
这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。
而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。
4.4浇口选择
浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。
浇口位置的选择：
（1）浇口位置应使填充型腔的流程最短。
这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。
（2）浇口设置应有利于排气和补塑。
（3）浇口位置的选择要避免塑件变形。
采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。
（4）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。
流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。
对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。
为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。
筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。
（5）浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。
因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点绕口。
分流道与浇口的连接。
在利用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后选择了更具优势的浇口，由于闹钟后盖的侧内壁与闹钟芯存在一定的空隙，所以即使是在脱模的时候流在一定的浇口痕也不会影响装配。
浇口套见图4.1：
图4.1浇口套
第五章分型面的选择与排气系统的设计
5.1分型面的选择
塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
通常有以下原则：
（1）分型面的选择有利于脱模：
分型面应取在塑件尺寸的最大处。
而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。
如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。
拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。
（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。
5.2排气糟的设计
塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。
这些气体必须及时排出。
否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。
因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。
第六章合模导向机构的设计
导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。
为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。
动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。
由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。
对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。
导柱、导套零件如下：
图6.2导套
第七章脱模机构的设计
在对闹钟后盖塑件进行脱模是必须遵循以下原则：
1、因为塑料收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。
因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。
2、顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强筋，壁厚等处。
作用面积尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。
3、为了保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。
将顶杆设计在塑件的内部型腔。
4、若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时，对不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。
由
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