塑料机壳模具课程设计说明书.docx
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塑料机壳模具课程设计说明书
课程设计
设计（论文）题目：
学院名称：
机械工程学院
专业：
材料成型及控制工程
班级：
姓名：
学号
指导教师：
职称
定稿日期：
年月日
1引言
在现代化的生产当中，模具是用来生产各种大批量产品和日用生活品的重要工艺装备，它以其特定的形状经过一定的方式方法使原料成型。
由于模具成型具有质量好、产量多、省材料和成本低等特点，现如今已经在国民经济各个部门得到应用，特别是汽车、航天航空、机械制造、家用电器、仪器仪表和石油化工以及轻工日用品等部门。
因为模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，因此模具生产的最终产品的价值是模具自身价值的几十倍、上百倍，所以说国民经济的基础工业是模具工业，模具的生产技术水平的高低，无形之中已经变成衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志。
由于塑料模具工业快速发展，我国今后塑料模具的发展速度必将大于模具工业总体的发展速度。
塑料模具生产在向着规模化和现代化发展的同时，更加专业和精度高是一个必然的发展趋势。
从技术层次上来说，是为了满足用户对模具制造的“精度高”、“质量好”、“交货期短”、“价格低”的要求。
[1]
我们需要通过对塑件材料、质量、体积的分析与计算，合理的选用注塑机型号，并对注塑机各个参数进行校核，设计出一副经济，合理，适用的塑料注塑模具。
我国的模具标准化程度与国外相比较，还有一定的差距，国外通常为七成到八成，而我国只有三成左右。
假如可以广泛应用模具标准件，将会缩短模具设计制造周期四分之一以上，而且可减少由于使用者自制模具件而导致的工时浪费。
应用计算机辅助绘图技术设计模具已经较为普遍，推广和使用模具标准件，能够在一定程度上实现部分资源的共享，这将会大大减少模具设计的工作量和工作时间，对于发展计算机辅助绘图技术、提高模具的精密度有着重要的意义。
2塑件成形工艺性分析
2.1塑件的分析
2.1.1塑件
如图2-1所示：
图中尺寸为塑料机壳塑件实际测量尺寸。
图2-1塑料机壳塑件产品图
2.1.2塑件的结构及成形工艺性分析
（1）结构分析如下：
该塑件是塑料机壳，外形为薄壁不规则体，制件表面有加强筋、孔、锥柱圆柱等一系列结构，所以在模具设计和制造上要有精度的定位措施和良好的加工工艺以保证塑件精度。
由于该塑件为中型薄壁件，为保证在顶出塑件时不在产品显眼处留下痕迹影响美观，所以在塑件底面腹部用18根顶针同时顶出塑件，见图2-2。
图2-2塑件顶针顶出示意图
（2）成型工艺分析如下：
由于该塑件产品的外表面要求平整、光洁、美观棱角清晰，所以将分型面设置在塑件产品的底面最大截面处，具体见下一章节分型面的分析。
精度等级：
采用高精度MT2级；
脱模斜度：
该塑料件长度为198mm，宽度为98mm，虽然由于原料在注射时流动性比较好，但是型腔和型芯与塑件接触面积较大,顶针顶出塑件需要克服塑件与型腔和型芯之间的摩擦力较大，因此，塑件脱模斜度为3°。
（3）塑件的成型工艺参数确定的三大要素：
温度、压力和时间。
温度：
注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。
料筒温度：
料筒温度的选择应保证塑料塑化良好顺利注射，而不会引起塑料分解
喷嘴温度：
料筒和喷嘴温度的选择应与其它工艺条件相配合。
料筒和喷嘴温度对成型条件及塑件的物理力学性能影响十分显著。
模具温度：
模具温度对塑件的在性能和表现质量有很大影响。
模具温度根据塑件是否结晶、塑件的尺寸和结构要求等确定的。
压力：
注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种，它们都直接影响塑
料的塑化和塑件的质量。
塑化压力:
注射过程中塑化压力的大小是随塑杆的设计、塑件质量的要求以及塑件的种类等的不同而异。
注射压力:
注射压力的大小取决于注射成型机的类型、模具结构、塑件壁厚、塑件种类和注射成型工艺等。
时间：
一次注射成型周期包括注射时间（充模时间和保压时间）、闭模冷却时间。
生产中充模时间为3～5s。
注射时间中的保压时间所占比例较大，约为20～
120s。
在浇口处熔料凝结之前，保压时间的长短对塑件尺寸精度有直接影响，而浇口处凝结之后则无影响。
保压时间以塑件的收缩波动围最小的时间为准。
冷却时间取决于塑件厚度，塑件的热性能和结晶性能，以及模具温度。
冷却时间约为30～120s。
冷却时间过长会对复杂塑件造成脱模困难。
温度、压力和时间。
这三大成型工艺控制因素都需要根据塑料品种、塑件壁厚和形状以及模具结构来选定。
[2]
2.2塑件材料的确定
考虑到塑料机壳的工作条件，是在日常用品中使用，且与人们生活有关，因此必须要无毒，无臭，无味的材料制成。
又由于是用手触摸使用，必须耐酸、稳定性要好；硬度、耐磨性、抗拉强度要高，综合的机械性能要好。
拥有这些条件的塑料一般第一考虑：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名称:
AcrylonitrileButadieneStyrene，称：
ABS）。
2.3塑件材料的性能分析
2.3.1使用性能
综合性能良好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好。
适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、家用塑料制品件、传动零件和电讯结构零件。
2.3.2成型性能
（1）无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为0.04毫米左右。
（2）吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥。
（3）成型时宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≧250℃）。
2.3.3ABS的主要性能指标
ABS塑料主要的性能指标：
密度（g.cm-3）1.02-1.14
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[3]
2.4塑件的脱模斜度
2.4.1脱模斜度的意义和影响
通常情况下塑件在冷却后会产生一定的收缩，会产生包紧力，该力作用在凸模或者成型的型芯上；也可粘附作用，塑件是紧贴在凹模的型腔或包在型芯上。
为了容易脱模，还要防止塑件表面在脱模时刮伤和擦毛，在设计的时候塑件表面沿脱模方向一般具有合理的脱模斜度。
2.4.2脱模斜度的确定
本设计中采用3°的拔模斜度，这样从外表面到表面，模具的脱模斜度基本正常，能保证正常的脱模斜度要求
2.5分型面的设计
2.5.1分型面的选择原则
模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面成为分型面。
分型面是决定模具结构形式的重要因素，并且直接影响着塑料熔体的流动、充填性能及塑件的脱模。
分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度，及塑件在模具的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排气、模具制造及其成型设备结构因素的影响。
本次设计，分型面的选择考虑七个方面：
（1）分型面应设置在塑件外形最大轮廓处，便于脱模，否则塑件无法取出。
（2）考虑塑件的外观，使得分型面产生的飞边易于清除且不影响塑件的外观。
（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度要求。
（4）有利于防止溢料，考虑飞边在塑件上的位置。
（5）分型面选择应考虑排气效果，所以应尽量设置在塑件熔体充满的末端处，这样分型面就可以有效排除型腔积聚的空气。
（6）考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。
（7）使成型零件便于加工。
2.5.2分型面的选择
在前面章节塑件成型分析中得知塑件脱模斜度为3°，对于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底部最大截面处，且塑件外形无明显分型的痕迹。
分型面选择与开模方向垂直，且设置在塑件产品底部最大截面处，塑件产品比较容易取出，如图2-3所示。
此处分模，塑件产品脱模行程最小，脱模力减小，使得塑件容易顺利脱模；而且分型面设置在此处，使得整个塑件的排气间隙增加，容易排出型腔的气体，避免成型不饱满等缺陷；而且分型面处产生的飞边在塑件的底部处，不易察觉、不影响美观，容易去除且使得塑件外观无缺陷，整个塑件成型精度比较高，模具结构也比较简单。
图2-3分型面形式以及位置
2.6确定型腔数量及型腔布局
2.6.1型腔数量的确定
当塑件分型面确定后，就需要考虑是采用单腔模还是多型腔模，型腔数的确定，主要跟注射机的最大注射量、额定锁模力、塑化速度、制品的精度要求、生产的经济性等因素有关，该塑件生产批量为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。
同时，考虑到模具结构尺寸与塑件尺寸之间的关系，加之制造成本和经济利益的因素，决定选用一模两腔的模具结构形式。
2.6.2型腔布局
A.型腔排列的一般原则
（1）流动长度要适当，流道废料尽量少，浇口位置要合适统一，进料要平衡，还要使型腔压力平衡；
（2）排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定距离，以满足封胶要求；
（3）排位应满足模具结构等的空间要求；
（4）为了使模具达到较好的冷却效果，排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响，预留冷却水孔的位置；
（5）排位要尽可能紧凑，以减小模具的外形尺寸，且长宽比例要适中，同时也要考虑注射机的要求。
[5]
B.型腔排列形式的确定主要跟注射机的最大注射量、额定锁模力、塑化速度、制品的精度要求、生产的经济性等因素有关。
一模多穴排位时，要考虑到进胶的平衡性，如果有行位应优先考虑朝X或Y方向运动便于加工。
产品之间没有流到时，可适当缩小产品之间的间距，最小间距可以做到50-100mm，若有流到通过，则间距做到100-150mm。
综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素，又由于本设计选择的是一模两腔，故采用纵向上下对称排列，如图2-4：
图2-4型腔布局图
2.7模架的选择
由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用CI-4055-A106-B85-C120（GB/T12556-2006）此种较合适的标准模架，其基本结构如图2-5所示,模架的各模板尺寸如表2-1所示。
[6]
图5模架结构示意图
表2-1各模板尺寸
单位：
mm
模板名称
模板尺寸
模板名称
模板尺寸
动模座板
450X550X35
动模板
400X550X85
垫板
68X550X120
定模板
400X550X106
顶针板
260X550X30
定模座板
450X550X35
顶针固定板
260X550X25
2.8模具零件材料的选择
由于该模具为一模两腔，考虑到型腔型芯加工的方便性、维修更换零件的方便性，型腔型芯采取组合嵌入式结构，又考虑到型腔型芯是直接与塑胶接触的零件，对材料的刚硬度和耐腐蚀性有比较高的要求，因此型腔型芯的材料要比定动模板的材料好，因此型腔型芯选用比较好的进口模具不锈钢S136H，而定动模板选用国产材料2Cr13。
模具中其他模板及零件的选材见表2-2。
表2-2各零件选材表
序号
零部件
选材
热处理
1
型芯
S136
淬火HRC48-52
2
型腔
S136
淬火HRC48-52
3
顶针板
4Cr13
淬火HRC36-42
4
顶针固定板
4Cr13
淬火HRC36-42
5
导套
含油铜
6
导柱
40Cr
淬火HRC48-52
7
复位杆
4Cr13
淬火HRC48-52
8
定模板
2Cr13
淬火HRC36-42
9
定模座板
2Cr13
淬火HRC36-42
10
动模板
2Cr13
淬火HRC36-42
11
动模座板
2Cr13
淬火HRC36-42
12
垫块
2Cr13
淬火HRC36-42
13
定位圈
3Cr13
淬火HRC48-52
14
浇口套
3Cr13
淬火HRC48-52
15
顶针
4Cr13
淬火HRC48-52
2.9注射机型号的选择
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注塑模时应该详细了解注射机的技术规，才能设计出符合要求的模具。
注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推（顶）出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对这些参数进行校核，倘若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量再进行调整。
2.9.1对塑件体积、质量的计算
对于该设计，用户提供了塑件的图样及尺寸，使用UG软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形体积，ABS密度平均值1.05g/cm3
塑件体积V1≈98.59cm3
塑件质量m1≈
=1.05×98.59≈103.5g
2.9.2浇注系统凝料体积的初步计算
可按塑件体积的0.6倍估算，所以浇注系统凝料体积为：
V2=V1×0.6＝103.5×0.6≈62.1cm3
2.9.3该模具一次注射所需塑料
体积V0=2V1+V2=2×103.5+62.1≈269.1cm3
质量m0=
=1.05×269.1≈282.6g
2.9.4注射机型号的选定
近年来我国引进注射机型号很多，国注射机生产厂的新机型也日益增多。
掌握使用设备的技术参数是注塑模设计和生产所必需的技术准备。
在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的《注射机使用说明》上标明的技术参数。
根据以上计算一次注射量以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，由以上数据计算数据知，该模具一次注塑所需98.59cm3塑料，该模具的整体尺寸为550x450x391mm（LxHx厚度）参考设计手册初步选定型号为XS—ZY-1000型卧式螺杆注射机的主要技术参数，见下表2-3：
[7]
表2-3XS—ZY-1000型螺杆式注射机的主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
最大注射量/cm³
1000
2
注射压力/MPa
121
3
塑化能力（g/s）
6
4
拉杆间距
650*550
5
锁模力/kN
4500
6
动、定模固定板尺寸/（mm×mm）
850*750
5
最大模具厚度/mm
700
6
最小模具厚度/mm
300
7
最大开模行程/mm
700
8
喷嘴前端球面半径/mm
15
9
喷嘴孔直径/mm
3
10
顶出杆根数
5
2.10注射机有关工艺参数的校核
2.10.1注射机的工艺参数的校核
（1）注射量校核
注射量以容积表示,最大注射容积为
0.85×1000=850cm3
式中
---模具型腔和流道的最大容积（cm3）；
V---指定型号与规格的注射机注射量容积（cm3），该注射机为1000cm3；
---注射系数，取0.75～0.85，该处取0.85。
每次注射的实际注射量容积
应满足
，而
＝269.1cm3,
0.85×1000=850cm3,故符合要求。
（2）最大注射压力的校核
注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力Pmax=121
应该大于注射成型所需用的注射压力
即
式中
——安全系数，常取
＝1.25～1.4。
实际生产中，该塑件成型时所需注射压力
为50
～60
。
代值计算符合要求。
2.10.2安装尺寸的校核
（1）喷嘴尺寸
①主流道的小端直径D大于注射机喷嘴d,通常为
D=d+（0.5～1）mm
在该注射机中d=3.0mm,在该模具中D=3.5mm,符合要求。
②主流道入口的凹球面半径SR0应大于注射机喷嘴球半径SR，通常为
SR0＝SR+（1～2）mm
在该注射机中SR=15mm,在该模具中SR0=16mm,符合要求。
（2）定位圈尺寸
该模具中定位圈安装孔尺寸为Φ100mm,定位圈尺寸为Φ99.8mm，两者之间从呈较松动的间隙配合，符合要求。
（3）最大与最小模具厚度
参考我国塑料注塑模具模架国家标准，在2006年发布的《塑料注塑模模架技术条件》（GB/T12556-2006）和《塑料注塑模架》（GB/T12555-2006），前者适用于模板尺寸小于560mm×900mm的模架；后者适用于模板尺寸为630mm×630mm至1250m×1250mm的模架。
本模具采用的型号为CI-4055-A106-B85-C120（GB/T12556-2006）的标准模架，模具的外形尺寸为550mm×450mm，模具闭合高度H=391mm。
查资料得XS—ZY-1000型注射机拉杆空间尺寸为650mm×550mm,即动、定模模板最大安装尺寸为650mm×550mm，允许模具的最小厚度Hmin=300mm,最大厚度Hmax=700mm。
即模具的外形尺寸550mm×450mm在注射机动、定模模板最大安装尺寸650mm×550mm的空间围，由附件总装图测量知该模具闭合高度度H=391mm满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足XS—ZY-1000型螺杆式注射机的安装要求。
[8]
2.10.3开合模行程和推出机构的校核
（1）开合模行程校核
注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为单分型面注射模具，XS—ZY-1000型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚有关，校核关系为
L>S+Hmax
式中L—注射机动模板的开模行程（mm）,在该注塑机中其值为700mm,
S—移动模板行程（mm）,取55mm
Hmax—模具最大厚度（mm）,其值为
Hmax=391mm（附件总装图测量所得），
上式右边391+55=446mm<700mm，符合要求。
（2）推出机构校核
该注射机推出行程为70mm,大于H1=65mm（附件总装图测量得知）,符合要求。
以上分析证明：
XS—ZY-1000型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。
[9]
2.11本章小结
本章设计了塑件材料、注塑机型号、模具脱模斜度、模具分型面、模具模架和注塑机重要参数的校核等，最终确定了最理想的方案。
并在图上给出参考的指示。
3浇注系统的设计
浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑料质量影响很大，它的作用是：
将塑料熔体均匀地送到每个型腔，并将注射压力有效地传送到型腔的每个部位，以获得形状完整、质量优良的塑件。
它分为普通流道系统和热流道浇注系统。
在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置,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：
A、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。
B、型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。
C、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。
D、对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。
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。
该模具采用普通流道浇注系统，包括主流道、分流道、冷料穴、浇口。
3.1主流道的设计
主流道是塑料熔体进入模具型腔时最先经过的部位，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。
主流道套通常用高碳工具钢制造并热处理淬硬，本次设计采用3Cr13。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中,在卧式或立式注射机用模具中，主流道垂直于分型面。
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剪断，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成圆锥形，锥度为2°，过大会造成流速减慢，易成涡流，表面的粗糙度为Ra0.8um,以便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
3.1.1主流道尺寸
主流道小端直径D＝注射机喷嘴直径＋（0.5～1）
＝3＋（0.5～1），取D=3.5mm
主流道球面半径:
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,主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径SR＋（1～2）＝15＋（1～2），取SR0＝16mm
球面配合高度由于小端前面是球面，其深度为3~5mm。
取h=3mm。
主流道大端直径
（半锥角
为1º～2º，此模具设计中取
＝1º），
=6.28mm
浇口套总长L0=57.096mm
3.1.2主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口道，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢或高硬度模具钢等，在此选择3Cr13,热处理硬度为48HRC～52HRC,如图3-1所示。
由于该模具主流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较宜，定位圈的选材和热处理要求同浇口套一样，其定位圈结构如图3-2所示。
图3-1浇口套3D结构示意图
图3-2定位圈3D结构示意图
3.2冷料穴的设计
3.2.1主流道冷料穴的设计
注塑机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的定模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。
由于该模具的分型面在产品底面，冷料穴应该开在进料口的末端及动模板上，开模时，冷料穴中的凝料及塑件同时被顶针和拉料杆拉出。
该模具采用Z字变异形拉料杆的结构形式。
冷料穴的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。
为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。
冷料穴及拉料杆3D结构示意图见图3-3。
图3-3冷料穴结构示意图
3.3分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。
（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穴。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料穴。
（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，本模设置在定模板上。
（4）分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。
3.3.1分流道的布置形式
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有平衡式和非平衡式两种，此塑件模具中，为保证各型腔均衡送料和同时
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