外壳注塑模设计.docx

1、外壳注塑模设计1绪论模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。1.1塑料模具的功用在高分子材料加工领域中，用于塑料制品成型的模具，称为塑料成型模具，简称塑料模。在塑料材料，制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量就具有决定性的影响。首先模腔形状，流道尺寸，表面粗糙度，分型面，进浇与排气位置选择，脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品的尺寸精度和形状精度以及塑件的力学性能，应力大小，表面质量与内在质量等，起着十分

2、重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模具外，一般说来制模费用时十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺，高效率的设备和先进的模具，被意为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求，塑件使用要求和塑件外观造型要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的性能。此外，塑件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提。1.2 模具行业发展现状及发展趋势1.2.1国内模具发展现状及发展趋势随着我国经济的迅速发展，采用模

3、具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。近年来，随着我国产品制造业蓬勃发展，模具制造业也相应进入了高速发展时期。据中国模具工业协会统计，1995年我国模具工业总产值约为145亿，而2003年已达450亿左右，年均增长14%。另据统计，我国（不含台湾、香港、澳门地区）现有模具生产厂点已超过20000家，从业人员有60万人，模具年产值在一亿以上的企业已达十多家。可以预见，我国经济的高速发展将对模具提出更为大量、迫切的需求，特别需要发展大型、精密、复杂、长寿命的模具。同时要求模具设计、制造和生产周期要达到全新的水平。我国模具制造业面临着发展的机遇，但同时也面临着更大的挑战。虽然我国模具行业发展迅速，但还远

4、远不能适应国民经济发展的需要。我国模具行业尚存在很大的不足，主要表现在以下几个方面:第一、体制不全，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。第二、开发能力较差，经济效益欠佳。我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企

5、业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。第三、工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低。虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四、专业化、标准化、商品化的程度低、协作差。由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具

6、只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。第五、模具材料及模具相关技术落后。模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。根据国内和国际模具市场的发展状况，有关专家预测，未来我国的模具经过行业结构调整后，将呈现十大发展趋势：一是模具日趋大型化；二是模具的精度将越来越高；三是多功能复合模具将进一步发展；四是热流道

7、模具在塑料模具中的比重将逐渐提高；五是气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将有较大发展；六是模具标准化和模具标准件的应用将日渐广泛；七是快速经济模具的前景十分广阔；八是压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；九是塑料模具的比例将不断增大；十是模具技术含量将不断提高，中高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致的模具市场未来走势的变化。1.2.2国外模具的现状和发展趋势在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其他加工制造

8、方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。随着科学技术的发展，国外一些掌握和运用高新技术的人才。如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高。故人均产值也较高。我国模具标准件使用覆盖率只有45%，而国外先进国家模具标准件使用覆盖率却已达70%以上。综观模具行业发展现状，国外模具发展趋势主要表现在以下几个方面：理论研究的加强和模具的标准化；模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展；模具检测、加工设备向精密、高效和多功能方向发展；快速经济制模

9、技术；模具材料及表面处理技术发展迅速；模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同。1.3塑料模具的发展展望随着塑料模具市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式必然会不断发展，对模具要求也一定会越来越高。为了满足市场的需要，未来的塑料模具无论是品种，结构，性能还是加工都必将会有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。当然，这是需要开拓，创新和付出艰苦努力的。（1）超大型，超精密，长寿命，高效模具将得到发展。（2）多样材质，多种颜色，多层多腔，多种成型方法一体化的模具将得到发展。（3）各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/

10、RT技术将得到快速发展。（4）模具设计，加工及各种管理将向数字化，信息化方向发展，CAD/CAE/CAM/CAPP及POM/PLM/ERP等将向智能化，集成化和网络化方向发展。（5）更加高速，更加高精度，更加智能化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。（6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之而来也会产生一些特殊的更为先进的加工方法。（7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆，修补，研磨，抛光等新工艺将不断得到发展。（8）逆向工程，并行工程，复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。（9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其他注射成型工艺及模具也将会有所发展。（10）模具标准化程度

11、将会不断提高。（11）“绿色模具”的概念将日益被重视。今后的模具，从结构设计，原材料选用，制造工艺，模具修复，报废以及模具的回收利用等发面，都将越来越考虑其节约资源，重复利用，利于环保以及可持续发展这一趋向。1.4塑料模具的分类按照塑料制品成型主要方法的不同，塑料模具的类型很多，如图1所示，其主要的类别有以下几种：图1 模具的分类1.注塑模通过注射机的螺杆或活塞，使料筒内塑化熔融的塑料经喷嘴和浇注系统注入型腔，并固化成型所用的模具，称为注射模。注射模主要用于热塑性塑料成型，近年来也越来越多地用于热固性塑料制品成型。这是一类用途宽，占有比重大，技术较为成熟的塑料模具。根据材料或塑件结构或成型过程

12、不同，有热固性塑料注射模，结构泡沫注射模和反应成型注射模以及气辅注射模等。2.压缩模使直接放入型腔内的塑料熔融，并固化成型所用的模具，称为压缩模。压缩模主要用于热固性塑料制品的成型，但也可用于热塑性塑料制品成型。另外，还可用于冷压成型聚四氟乙烯塑件，此种模具为压锭模。3.压注模通过柱塞，使加料腔内塑化熔融的塑料经浇注系统注入闭合型腔，并固化成型所用的模具，称为压注模。压注模多用于热固性塑料制品的成型。4.挤出模用于连续挤出成型塑料型材的模具，统称挤出模，也称为挤出机头。这是又一大类用途很宽，品种繁多的塑料模具，主要用于塑料棒材，管材，板材电线电缆包段，复合型材及异性材的成型加工，也用于中空制品

13、的型坯成型，此种模具称为型坯模或型坯机头。5.中空吹塑模将挤出或注射出来的，尚处于塑化状态的管状型坯，趁热放置于模具型腔内，立即在管状型坯中心通以压缩空气，致使型坯膨胀而紧贴与型腔壁上，经冷却固化后即得一中空制品。凡此种塑料制品成型方法所用的模具，称为中空吹塑模。主要用于热固性塑料的中空容器类的制品成型。6.气压成型模通常以一单一的阴模或阳模形式构成。将预先制备的塑料片材周边紧压与模具周边，并加热使之软化，然后于仅靠模具的一侧抽真空，或在其反面充以压缩空气，使塑片材紧贴与模具上，经冷却定型后即得一热成型制品。1.5 本课题的意义、目的及应达到的要求本设计主要意义是在我们学习完模具设计与制造的所

14、有专业课之后，总结以前我们所学的知识，使之成为一个系统的理论体系，以便于我们在以后的工作中使用。同时也让我们对模具的设计与制造有了初步的了解，掌握了查阅资料和使用工具书以及手册的能力。本设计的目的是在我们毕业前夕，将通过毕业实习和毕业设计的实践环节，对模具设计与制造知识进行全面的总结和应用，提高综合能力以及扩大模具领域的新知识。具体的要求是：1 系统总结，巩固三年来所学的基础课和专业课知识。2 运用所学的知识解决模具技术领域内的实际工程问题，以此进行综合知识的训练。3 通过某项具体工程设计和实验研究，达到多种综合能力的培养，掌握设计和科研的基本过程和基本方法。4 提高和运用与工程技术有关的人文

15、科学，价值工程和技术经济的综合知识。2模塑工艺规程的编制图2外壳零件图该塑件是外壳产品，其零件图如图2所示。本塑件的材料采用尼龙1010，生产类型为中等批量生产。2.1塑件的工艺性分析2.1.1塑件的原材料分析塑件的材料采用尼龙1010，属热塑性塑料。从使用性能上看，尼龙1010是半透明，吸水小，耐寒性较好，坚韧耐磨耐油耐水，抗霉菌，但吸水性大；从成型性能上看，塑件壁不宜取厚，并应均匀，脱模度不宜取小，尤其对厚壁及深高塑件更应取大。受热时间不宜超过30min，料温高则收缩大，易出飞边，收缩小，取向性强，注射压力低易发生凹痕，波纹。成型周期按塑件壁厚而定，厚则取长，薄则取短，为了减少收缩，凹痕缩

16、孔，一般宜取低模温高注射压力的成形条件，以及采用白油作脱模剂;尼龙1010的主要技术指标：密度是1.04kg/dm比体积是0.96dm/kg吸水率是0.20.4收缩率是1.32.3s熔点是205t/c热变形温度是55c抗拉屈服强度是62Mpa拉伸弹性模量1.810Mpa抗弯强度88Mpa硬度9.75HB击穿强度20KV/mm。2.1.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1.结构分析从零件图上分析，该零件总体形状为长方形。在宽度方向的一侧有两个高度6m,半径为2mm的侧孔.因此,模具设计时必须设置侧向分型抽心机构,该零件属于中等复杂程度。2.尺寸精度分析该零件重要尺寸，如4mm,44mm,等尺寸

17、精度为MT1级（GB/T144861993），次要尺寸，如16mm,9mm,114mm，3mm等的尺寸精度为MT5级（GB/T144861993）。由以上分析可见，该零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关尺寸加工可以得到保证。从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为4mm,壁厚均匀, 符合尼龙1010的最小壁厚原则，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺寸较小，尼龙1010的强度较大不需增设加强。3.表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷毛刺，内部不得有导电杂质外，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证

18、.2.2计算塑件的体积和质量计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算塑件的体积：V=14.8cm计算塑件的质量：根据设计手册可查得尼龙1010的密度为=1.04kg/dm塑件质量：M=V =14.8101.0410 =15.4g采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机XSZY125型。2.3塑件注塑工艺参数的确定查找有关文献和参考工厂时间应用的情况，尼龙1010的成型工艺参数可作如下选择：（试模时，可根据实际情况作适当调整）注塑温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度t选用 190210c；中段温度t 选用 200220c；

19、 前段温度t 选用 210230c； 喷嘴温度： 选用200210c；注塑压力一：选用40100Mpa；注塑时间： 选用2090s；保压压力： 选用 65Mpa；高压时间： 选用05s；冷却时间： 选用20120s；总周期： 选用45220s；后处理方法： 采用油水盐水；后处理温度： 90100t/c;后处理时间： 4h。说明：3.1：预热和干燥均采用鼓风烘箱。 3.2：凡潮湿环境使用的塑料，应进行调湿处理，在100120c水中加热218h。2.4塑料成型设备的选取根据计算及原材料的注射成型参数初选注塑机为XS-ZY-125查材料知： 标称注射量/cm 125 螺杆直径/ 42注射容量/克 1

20、25注射压力/10Pa 116.6锁模力/t 90最大注射面积/ 320模具厚度/ 200300模板行程/ 300喷嘴 球半径/ 12孔半径/ 4 定位孔直径/ 推出两侧孔径/ 22 孔距/ 2303.注塑模的结构设计注塑模结构设计主要包括：分型面选择模具型腔数目的确定型腔的排列方式冷却水道布局浇口位置设置模具工作零件的结构设计侧向分型与抽芯机构的设计推出机构的设计等内容。3.1分型面选择模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分面选原则和塑件的成型要求来选择分型面。该塑件为塑料外壳，表面无特殊的要求，其分型面选择如下图所示：图3 分型面的选择1如图3所示取A-A向为分型面，

21、不影响零件外观质量，抽芯在动模构简单。图4 分型面的选择2如图4所示取A-A向为分型面，抽芯在定模，抽芯机构复杂，应当避免定模抽芯。从以上两个分型面的比较可以很容易的看出应该选择第一个分型方法，有利于模具成型。3.2确定型腔的数目及排列方式3.2.1模腔数量的确定塑件的生产属中等批量生产，宜采用多型腔注塑模具，其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响，有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量。1.按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1N1=（F/PC）/AB/A其中： F 注塑机的锁模力 N PC 型腔内的平均压力MPa A 每个制件

22、在分型面上的面积（） B 流道和浇道在分型面上的投影面积（）在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析B为（0.20.5），常取B=0.35，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般为2540MPa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力，为保险起见常用0.8F，则：N1=(0.8F/PC)/1.35A =0.6F/(APC)=9000000.6/（303870.6）=4.65（个）2.注射机注塑量确定型腔数目N2N2=（GC）/V 其中： G 注射机的公称注塑量（）V 单个制件体积 （） C 流道和浇口的总体积（）生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.8倍，同时流道和浇道的体积为未知量，

23、据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.21倍，现取C=0.6则： N2=0.6G/1.6V=0.375G/V=（0.375125）/14.8 =3.1（个）从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1，N2中的较小值，在这里可以选取的个数是1,2，3，个，考虑的制件的取出和模具的开模等情况，以及模具的主流道长度最好小于60mm，以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。我们所设计的端盖注塑模具采用一模一件的方案，即N=13.2.2型腔的排列方式图5 型腔的排列方式本塑件在注塑时采用一模一件,综合考虑浇注系统，模具结构的复杂程度等因素采取如图5所示的型腔排列方式。采用图5的型腔排列方式的

24、最大优点是便于设置侧向分型抽芯机构。3.3浇注系统设计3.3.1主流道设计根据XS-ZY-125型注塑机喷嘴的有关尺寸 喷嘴前端孔径： d0=4mm 喷嘴前端球面半径： R0=12mm 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（12）mm D=d0+(0.51)mm 取主流道的球面半径： R=13mm 取主流道的小端直径: d=4.5mm为了方便将凝料从主流道中拔出，将主流道设计为圆锥形式其斜度取13度经换算得主流道大端直径D=8.5mm，为了使料能顺利的进入分流道，可在主流道的出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。3.3.2分流道设计分流道的形式和尺寸应根据塑件的体积，壁厚和形状的复杂程度来确

25、定分流道的长度的。由于塑件的形状比较简单，尼龙1010的流动性好，冲型能力比较好，因此可采取梯形分流道，便于加工。根据主流道大端直径D=8.5mm，则梯形可选用上底为b=5.5mm,高为h=8mm的截面。截面形状为U型，在流道设计中要减小压力损失，则希望流道的面积大。要减少传热损失，又希望流道的面积小。因此可用流道的面积与周长的比值来表示流道的效率。U型实质上是一种双梯形流道截面。效率为0.195D分流道的尺寸：3.8-7.5分流道直径/mm 选取6mm分流道表面粗糙度：分流道表面不要求太光洁，表面粗糙度常取1.252.5Rm，这可增加对外层塑料熔体流动阻力，使外层塑料冷却皮层固定，形成绝热层

26、。有利于保温。但表面不得凸凹不平，以免对分型不利。3.3.3浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。设计时考虑选择从塑件的表面进料，而且在模具结构上采取镶拼型腔型心，有利于填充排气。故采用轮辐式浇口，查表初选尺寸为（blh）2mm1mm1mm,试模时修正。3.3.4排气结构的设计在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。排气方式有两种：开排气槽排气和利用合模间隙排气。由于端盖注塑模是小型镶拼式模具，可直接利用分型面和镶拼间隙进行排气，而不需在模

27、具上开设排气槽。（尼龙1010塑料的最小不溢料间隙为0.03mm，间隙较小，再加上尼龙1010的流动性较好，也不宜开排气槽。3.3.5主流道衬套的选取为了提高模具的寿命在模具与注塑机频繁接触的地方设计为可更换的主流道衬套形式，选取材料为T8A，热处理以后的硬度为5055HRC，主流道衬套和定模的配合形式为H7/m6的过渡配合。3.4抽芯机构设计此设计的塑件侧壁有两个突台,它们均垂直于脱模方向,阻碍成型后塑件从模具脱出.因此成型小突台的零件必须做成活动的型心,即必须设置抽芯机构.本模具采用斜销抽芯机构。3.4.1确定抽芯距抽芯距一般大于侧凹的深度本副模具设计中必须高于制件最小高度的一半 H1=B

28、2/2=22.5/2=11.25mm另加35mm的抽芯安全系数，可取抽芯距S抽=15mm 。3.4.2确定斜销的倾角斜导柱的倾角a是斜销机构的主要技术参数，它与抽拔距和抽芯距有直接关系，一般取1525本副模具取a=20。3.4.3确定斜销的尺寸斜导柱的直径取决于抽拔力及倾角可按设计资料有关公式进行计算，本例可采用经验估值，取斜导柱的直径d=10mm 。3.4.4斜导柱的长度可根据抽拔距，固定端模板的厚度，斜销直径及斜角大小确定： L=L1+L2+L3+L4+L5 =D/2tana+h/cosa+d/2tana+H/sina+（510） =51.38mm取： L=52mm3.4.5 滑块和导滑槽

29、设计由于侧凹的尺寸较小型芯滑块可采用整体式加工增加强度，导滑槽的导滑长度和定位装置的设计可采用经验法，侧向抽芯的抽拔距较小，也无须滑块的定位装置。3.5推出机构设计 图6 推出机构设计1如图6所示模具开模后,塑件包紧动模型心的力并不大,适当考虑脱模斜度,采用顶杆并不会将塑件顶变形,且模具结构简单。 图7 推出机构设计2如图7所示是采用推管和顶杆联合顶出,顶出平稳,塑件不会变形,但推管与中间的型心想配合,会造成制造和装配上的困然。由以上两种方法的比较不然看出图6的方法比图7的方法更经济也可以给制造带来方便。3.6成型零件结构设计3.6.1定模板与动模板的设计本副模具型腔板开设在定模板，由于制件结

30、构简单，模具牢固，不易变形，制件没拼界逢，适用用于本制件的模具。如图8所示：图8 定模板的结构图料选用T8A, 硬度在50HRC以上。根据分流道与浇口的设计要求，分流道与浇口设在凹模型腔上其结构见上图所示。动模板尺寸：根据矩形凹模最小壁厚经验曲线知，此塑件的成型压力小于30MPA，那么尺寸见下图：图9 动模板的结构图由经验可知【3】：长为150 mm. 宽为260 mm.凹模高为 h=45mm 17mm为制件高 加工可以直接用铣刀铣出，也可以用成型电极。为了节约成本。在这里我选用铣刀铣。4.外壳注塑模具的有关计算本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率平均制造公差和平均磨损率来计

31、算。查常用塑料的收缩率塑料尼龙1010的成型收缩率为S=0.54.0，故平均我们取为Scp=2.25。考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取=/4。表一：成型零件尺寸的计算模具零件名称塑件尺寸计算公式型腔或型芯的工作尺寸型腔440-0.40LM=(L+SCP%-3/4)0+Z44.690+0.11140-0.68116.050+0.17440-0.4044.690+0.1型芯420+0.40LM=(L+SCP%+3/4)0-Z43.20-0.1360+0.3637.080-0.0940+0.184.220-0.04成型36mm的型芯：图10 型芯结构图材料选用T8A, 硬度在50HRC以上. 成型零部件的制造误差：成型零部