插座外壳上盖注塑模设计.docx

1、插座外壳上盖注塑模设计插座外壳上盖双分型面注塑模设计系别：机械工程系班级：机自133姓名：朱志宾第十章 装配草图及其三维视图39第一章 塑件工艺分析 塑件设计要求该产品用于电源插座上，要求具有较强的绝缘性。该产品精度及表面粗糙度要求为一般精度，但在加工制造过程中要求模具各部分有一定配合精度关系。 塑件生产批量要求该产品为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能自动脱模，可采用侧浇口自动脱模结构。由于该塑件要求批量大，所以模具采用一模两腔的结构，浇口形式采用侧浇口，由于塑件相对较小，所以可以采用一点进料，以利于充满型腔。相对于大塑件可采用相对于小的塑件大的分流道，以达到同时充模的

2、效果。 塑件的成型要求由于该产品是用于电源插座上，所以要求所选用塑料具有化学性能稳定，绝缘性好，宜于成形加工等特性，闭合与弯折的时候不容易产生损坏和断裂现象。塑件表面要求无飞边或缩孔现象。第二章 选用塑料本次设计初选了酚醛塑料(PF)、聚醚砜(PES)、聚甲醛(POM)三种材料，下面将这几种材料的性能作简要对比。 PFPF具有以下成型性能2：(1) 成型性较好，但收缩及方向性一般比氨基塑料大，并含有水分挥发物。成型前应预热，成型过程中应排气，不预热则应提高模温和成型压力。 (2) 模温对流动性影响较大，一般超过160时，流动性会迅速下降。 (3) 硬化速度一般比氨基塑料慢，硬化时放出的热量大。

3、大型厚壁塑件的内部温度易过高，容易发生硬化不均和过热。酚醛塑料的主要缺点是性脆、耐电弧性差，介电性能随频率的变化而改变等缺点，所以在生产的应用中，则采用改性的方法来弥补酚醛树脂的不足。采用酚醛树脂(主要是热塑性的)和其他类型高聚物混合应用可以改善酚醛塑料的性能。常用的高聚化合物有：聚酰胺树脂、聚氯乙烯树脂、丁腈橡胶、聚丙烯树脂等。例如与聚氯乙烯混合后能使其机械强度、耐热性、介电性、耐酸性、耐水性等方面获得提高，且有较好的着色性。以酚醛树脂和丁腈橡胶为基础制成的电木粉可以大大提高制件的冲击强度。以酚醛树脂与聚酰胺树脂和无机填料(如云母与长石)的混合物所制造的电木粉具有更高的介电性能，其制件能够在

4、高温度、高频率、高压的条件下使用。因此PF具有以下用途：广泛用作电绝缘材料、家具零件、日用品、工艺品等。此外，还还用作耐酸用的石棉酚醛塑料、作绝缘用的涂胶纸、涂胶布、作绝缘隔音用的酚醛泡沫塑料和蜂窝塑料等。酚醛层压塑料用浸渍过酚醛树脂溶液的片状填料制成，可制成各种型材和板材。根据所用填料不同，有纸质、布质、木质、石棉和玻璃布等各种层压塑料。布质及玻璃布酚醛层压塑料具有优良的力学性能、耐油性能和一定的介电性能，用于制造齿轮、轴瓦、导向轮、无声齿轮、轴承及电工结构材料和电气绝缘村料、木质层压塑料适用于作水润滑冷却下的轴承及齿轮等。石棉布层压塑料主要用于高温下工作的零件。酚醛纤维状压塑料可以加热模压

5、成各种复杂的机械零件和电器零件，具有优良的电气绝缘性能、耐热、耐水、耐磨。可制作各种线圈架、接线板、电动工具外壳、风扇叶子、耐酸泵叶轮、齿轮、凸轮等。 PESPES2是一种耐高温、无定形热塑性工程塑料，它是从1983年开始上市的具有长期热稳定性和许多芳族砜的典型性质。它可以在许多方面取代金属、玻璃以及陶瓷等材料。在PES的许多用途中，最主要的是它能在长期的高温条件下使用。ASTM D648热变形温度可达205。它可以在65200范围内保持很好的韧性和延展性。玻璃化转变温度是 4220。在60106HZ的频率范围内和在高温的条件下，其电性能保持不变。在室温条件下，其机械性能与其它砜类聚合物相似。

6、它是一种坚硬的材料，弯曲模量为2757MPa，拉伸冲击强度为160MPa。机械性能的稳定性可以保持到将近热变形的温度。PES比其它无定形热塑性塑料具有更好的抗环境应力龟裂性能。侵蚀性最强的是酯、酮和烃类。有一定侵蚀性的是醇、芳烃。PES具有水解稳定性并且耐通常使用的酸、碱。不加阻燃剂仍具有很好的阻燃性。它由美国食品药物管理局(FDA)认可可在食品行业中一次或多次使用。聚醚砜砚的混合料可以为透明的，也可以是不透明的。它有多种玻璃纤维补强品级。其它的填充物例如矿物质和玻璃微球也可以被采用。PES可以在一般的注塑成型和挤出成型设备上进行加工。PES具有相当高的熔融加工温度范围(最高为322399)，

7、这与它高的热变形温度(205)有关。在熔融加工前，必须将其干燥到含水量小于%。这一过程可在一个空气循环烘箱或料斗干燥器内完成，149干燥4 h或177干燥 h，为了生产低内应力、高性能的聚醚砜制品，注塑模具温度需要达到149177。模内流动性好，当熔体温度为385时，厚度的模内流动距离为19mm。由于PES具有很好的热稳定性，所以它非常适合于电子、电器方面的应用。它可以通过高温焊接装置进行加工。其应用包括：集成电路板、连接器、灯罩、保险丝盒和汽车部件。利用其阻燃性，可生产运输工具的部件如热成型壳体和先进的复合材料。用二氯甲烷溶液制取复合材料的预浸料是一条很可行的路线。在加工业中，PES现可以代

8、替许多金属和玻璃制品，包括管材、流量计和视镜等。PES也可用与聚砜的相似电镀工艺。利用其高温抗蠕变性，尺寸稳定性、耐油性、韧性好等优点，在一般树脂不能满足使用要求的地方得到了广泛应用。已经开发的主要制品有各种机器的杠杆、柄、支架等，X-射线装置的观察玻璃，链锯、农机发动机和汽化器等的绝缘体，活塞环，耐热滚珠，齿轮，复印机零件，照相机零件，放映机零部件，工业用吹风机罩，汽车空调的零部件，电弧焊枪的手柄，各种分析仪器元件等。 POMPOM2具有以下性能：它是一种有侧链，高密度，高结晶性的线形聚合物，具有友谊的综合性能。力学强度较高，它的抗张强度达70MPa，可在104下长期使用，脆化温度为-40，

9、吸水性较小，缺点是热稳定性教差，所以必须严格控制温度。还有结晶性了熔融范围很窄，速度快，料温稍低与熔融温度即发生结晶化，流动性下降。流动性中等，溢边值为，流动性对温度不敏感，但对注射压力敏感。结晶时体积变化大，成型收缩范围和收缩率大。吸湿性低，水分对成型影响极小，一般不经干燥处理，但为了防止树脂表面黏附水分对成型不利，加工前常进行处理并起预热作用。对大面积薄壁塑件还能改善塑件表面光泽，一般效果较好，干燥时用烘箱加热。摩擦系数低、弹性高、浅侧凹槽可强迫脱膜，塑件表面可带有皱纹花样，但易产生表面缺陷，如毛斑、缩孔、凹痕等弊病。宜用螺杆式注塑机成型，余料不宜过多和滞留过长，一般塑件的注射量不应超过注

10、塑机注射量的75%，或取注射容量与料筒容量之比为1:6到1:10左右，料筒嘴等务必防止有死角和间隙面滞料，预塑时螺杆转速宜取底值，并宜用单头、全螺纹、等距、压塑突变型螺杆。必须严格控制成型条件，嵌件应预热，余料储存5到10个塑件重量的物料即可，料温不宜过高，一般取稍高与熔点100到150即可，模具对塑料的影响较大。提高模温可以改善表面凹痕，有助于容料流动，使塑件内外均匀冷却，防止溢料，缩孔，皱褶，模温对结晶度及收缩也有很大影响，必须严格控制。 材料的确定及相关参数通过上述分析，本实验设计了以下三种方案。方案一采用PF，它一般以4050%的酚醛树脂作基本原料，加入4050%填料、固化剂、催化剂、

11、燃料、塑化剂及润滑剂等辅助料而组成，这样可以降低成本，另外还可以增加材料的流动性，使之在高压下流入塑模时不致过多的溢出。方案二采用PES，虽然聚醚砜在高温下力学强度不降低，但是此种材料易吸水，如果用在插座上，会比较容易造成漏电，安全性能低，所以聚醚砜不可用。方案三采用POM，因为它的熔融，凝固十分迅速，熔融速度快有利于成型，缩短了成型周期，按经济条件考虑，省时就是有利于提高生产率。另外它在常温下一般不溶于有机溶剂，能耐醛、酯、醚、烃及弱酸、弱碱，耐汽油及润滑油性能也很好，有较高的抗拉、抗压性能和突出的耐疲劳强度，尺寸稳定、吸水率小，具有优良的减摩、耐摩性能，能耐扭变，有突出的回弹能力；还有较好

12、的电气绝缘性能。通过以上三种方案的对比，可以看出POM较其他两种塑料更适合用于电源插座上盖，因此确定本设计选用POM。POM的成形条件2：注射成形机类型：螺杆式；密 度(g/cm3)：；计算收缩率(%)：；预热：温度()：80100；时间(h)：35；料筒温度()：后段 160170； 中段：170180； 前段：180190；喷嘴温度()：170180；模具温度()：90120；注射压力(MPa)：80130；成形时间(s)：注射时间2090；高压时间(s)：09；冷却时间(s)：2060；总周期(s)：60；后处理方法：红外线灯、烘箱；温度()：140145；时间(h)：4。第三章 塑料种

13、类与模具设计的关系不同种类的塑料其工艺性能、成形特性也不相同，因此为了确定塑料的工艺性能、成形特征，并在模具中充分利用以获得优质的塑料制件。在塑料模具设计中，需要考虑塑料的吸湿性、流动性、流变性、结晶性、热敏性、水敏性、毒性等性能。这些性能在成型过程中影响着成型方法及工艺参数的选择和塑件的质量，并对模具设计的要求及质量影响很大。本设计确定选用聚甲醛(POM)塑料，表列出了POM塑料与模具设计的关系。表 POM塑料与模具设计关系2塑料特征注意事项聚甲醛POM(结晶型)1、吸水性小，不用干燥。2、冷却速度快。3、摩擦系数小，有弹性。1、尽量采用点浇口，尤其是成形较大面积的扁平体。2、浇注系统散热面

14、积要大，以减缓冷却速度，保证塑料顺利充填型腔。第四章 注射机的选择根据塑件的三维模型，利用CAD直接求出塑件的体积：可计算浇注系统的体积为15cm3，由文献3查得体积计算公式如式(4-1)所示。 (4-1)式中，V总浇注系统与塑件的总体积； V塑件塑件的总体积； V浇浇注系统的总体积。代入数据得： (cm3)根据浇注系统和塑件的总体积与注射机注射量的关系，本设计选用SZ630/3500型卧式注射机2，其性能参数如下： 理论注射量： 634cm3； 注射压力： 150MPa； 锁模力： 3500KN； 最大开模行程： 490mm； 模具最大厚度： 500mm； 模具最小厚度： 250mm； 拉杆

15、间距： 480545mm； 喷嘴直径： 4mm； 喷嘴圆弧半径： 18mm。第五章 模具的基本结构 模具的成形方法塑件采用注射成形法生产。根据SZ630/3500型卧式注射机的注射量以及浇注系统和塑件的总体积的关系，考虑到该塑件的生成批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模两腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。该零件要求外表面光滑，无痕迹，在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量，便于清除毛刺及飞边，有利于排除模具型腔内的气体，分模后塑件留在动模一侧，便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，并采用双分型面分

16、模。可选用的浇口形式有重叠式浇口、点浇口和潜伏式浇口。根据对该塑件结构的分析，并结合已确定的分型面位置，选择点浇口进料方式。虽然塑件体积，壁厚不大，但该塑件生产类型为大批量，加上塑料冷却速度慢，成型时必须充分冷却，模具设计时要求有冷却系统，所以该模具应采用冷却水强制冷却，冷却要均匀，以缩短成型周期，提高生产率。 模具的结构形式我国目前标准化注射模零件的国家标准有12个4，分中小型模架（GB/90）和大型模架（GB/90）两种。中小型模架标准中规定，模架的周界尺寸范围为：560mm900mm，并规定模架的形式为品种型号。根据GB/T 125552006可知，点浇口模架有16种，其中点浇口基本型有

17、4种，分为A1、A2、A3、A4，根据条件选用A4型。其结构形式如图所示。图模架 型腔的布置根据SZ630/3500型卧式注射机的注射量以及浇注系统和塑件的总体积的关系，考虑到该塑件形状简单，质量较小，生成批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模两腔的模具结构，型腔平衡布置在型腔板两侧，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图所示。图 型腔分布由于塑件结构简单，为了便于加工，型腔和型芯均采用整体式。 成型零件工作尺寸计算在计算型腔的尺寸之前，首先要确定使用塑料的成形收缩率，查表得：取POM的成型收缩率为S=3%，依精度等

18、级而定的计算法，一般塑件(SJI137278 5-6级精度)，根据精度等级的选用，采用6级。由给定的塑件可知塑件尺寸为外部858520mm，内部尺寸为818118mm，插孔中心距为21mm，螺丝孔中心距为65mm，两个型芯之间的距离为30mm。 型腔尺寸的计算(1) 根据尺寸查表得80100基本尺寸，6级要求为=，型腔径向尺寸计算如式(5-1)所示。 (5-1)式中，A长型腔长度； A宽型腔宽度； AM型腔的径向尺寸； AS塑件外部的径向尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率； 塑件公差； x工作尺寸的制造与使用修正系数。代入数据得：(mm)(2) 根据尺寸查表得1824基

19、本尺寸，6级要求为=，型腔深度尺寸计算如式(5-2)所示。 (5-2)式中，H型腔深度； HM型腔的深度尺寸； HS塑件外部的高度尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率； 塑件公差。代入数据得：(mm)根据尺寸表查得型腔壁厚为14mm。 型芯尺寸的计算(1) 根据尺寸查表得80100基本尺寸，6级要求为=，型芯径向尺寸计算如式(5-3)所示。 (5-3)式中，B长型芯长度； B宽型芯宽度； BM型芯的径向尺寸； BS塑件内部的径向尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率； 塑件公差； x工作尺寸的制造与使用修正系数。代入数据得：(mm) (2) 根据尺寸查

20、表得1824基本尺寸，6级要求为=，型芯高度尺寸如式(5-4)所示。 (5-4)式中，h型芯高度； hM型芯的高度尺寸； hS塑件内部的深度尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率； 塑件公差。代入数据得：(mm) 孔中心距及型芯距的计算(1) 根据尺寸查表得1824基本尺寸，6级要求为=，插孔中心距计算如式(5-5)所示。 (5-5)式中，C插孔插孔中心距； CM成型孔中心距尺寸； CS塑件插孔中心距尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率。代入数据得：(mm)(2) 根据尺寸查表得5065基本尺寸，6级要求为=，螺孔中心距计算如式(5-6)所示。 (5-

21、6)式中，C螺孔螺孔中心距； CM成型孔中心距尺寸； CS塑件螺孔中心距尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率。代入数据得：(mm)(3) 根据尺寸查表得2430基本尺寸，6级要求为=，型芯中心距计算如式(5-7)所示。 (5-7)式中，C型芯型芯中心距； CM型芯中心距尺寸； CS两个塑件中心距尺寸； Z模具制造公差，这里取Z=/3； S塑料平均收缩率。代入数据得：(mm) 确定分型面模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，塑件的分型面有多种选择，分型面选择在轴线上，这种选

22、择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。假如分型面选择在下端面，这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件大部分外表面光滑，而且塑件脱模方便5。双分型面注射模注射成型塑件表面平整，没有较大的浇口痕迹。由于该塑件为多型腔注射模，浇注系统有分流道，即要实现分流道脱模，又要实现塑件脱模，所以采用双分型面，分型面的位置如图所示。图 分型面的设计 浇注系统设计 主流道设计（1）主流道根据注射机参数可知，喷嘴直径d0=4mm，喷嘴圆弧半径R0=18mm。根据模具主流道与喷嘴的关系6：取主流道球面半径R=19mm；取主流道小端直径d=5mm。为了便于凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥

23、形，其斜度为24，经换算得主流道大端直径D=10mm。为减少料流转向时的阻力，在主流道的出口端设计半径为r=d/8=5/8=的圆弧过渡。图 浇口套与主流道(2)定位圈GB/T 2006规定了塑料注射模用定位圈的尺寸规格和公差，适用于塑料注射模所用的定位圈。标准同时还给出了材料指南和硬度要求，并规定了定位圈的标记。定位圈与塑料注射机定模固定板中心的定位孔相配合，其作用是为了使主流道与喷嘴和机筒对中。应用标准时应注意：定位圈与塑料注射机定模固定板上的定位孔之间采取比较松动的间隙配合，如H11/h11或H11/b11；对于小型模具，定位圈与定位孔的配合长度可取810mm，对于大型模具则可取1015m

24、m712。根据GB/T 2006，选取直径为120mm的定位圈，标记为定位圈 120 GB/T 2006如图所示。图 定位圈（3）浇口套的选择根据注射机定模板中心孔尺寸，选取浇口套公称直径为25mm。其他尺寸根据相关情况选定，如图所示。 分流道设计常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形和矩形等13。在分流道设计中既要有大的截面积以减少熔体流动的压力损失，又要流道的表面积小，以减少熔体的传热损失。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，所以分流道的表面粗糙度不能太小，取为Ra2m；分流道可以开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，考虑到加工简单，热量损失与

25、压力损失都不大，所以分流道采用半圆截面流道,其直径为212mm1416。由文献3查得分流道直径的计算如式(5-8)所示。 (5-8)式中，D分流道直径(mm)； G制品重量(g)； L分流道长度(mm)。代入数据得：(mm) 浇口设计常用的截面形状有圆形和矩形两种。塑件的浇口选择在塑件的壁厚处，由于大塑件所填充塑料多，为此，在大塑件处的两壁厚处各设一浇口，这样可以提高充模速度。对于小塑件的浇口设在塑件的中心线上(小塑件为对称圆形)。取点浇口直径为，浇口采用点浇口形式其结构如图所示17。图 浇口的设计 冷料穴设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或者在分流道的末端。其作用是收集熔体前锋的冷料，防

26、止进入型腔而影响塑件的质量。冷料穴分两种：一种是专门用于收集储存冷料的；另一种是既有储存冷料又兼有拉出主流道冷凝料功能的。冷料穴的设置是根据浇注系统的需要来设置的，它既可设置在主流道的末端，还可以设置在分流道的转向处，甚至在型腔料流的末端。冷料穴必须设置在熔体流向的转折处，并迎着上游料流的方向，冷料穴的长度一般取流道直径的2倍18。本模具采用带球头拉料杆冷料穴，C=9mm。 冷却系统的设计 冷却回路的表面积确定冷却回路所需总表面积可按下式计算由文献3如式(5-9)所示。 (5-9) 式中，冷却回路总表面积(m2) 单位时间内注入模具中树脂的质量(g/h)； 单位质量树脂在模具内释放的热量(J/

27、Kg)； 冷却水的表面传热系数(W/m2K)； 模具成形表面的温度()； 冷却水的平均温度()。 代入数据得：(m2)由文献1，q=Kg，冷却水的表面传热系数可用式(5-10)计算。 (5-10)式中，冷却水的表面传热系数(W/m2K)； 冷却水在该温度下的密度(Kg/m3)； 冷却水的流速(m/s)； 冷却水孔直径(m)； 与冷却水温度有关的物理系数。代入数据得： (W/m2K) 冷却回路的总长度的计算冷却回路总长度可用式(5-11)计算3。 (5-11) 式中 冷却回路总长度(m)； 冷却回路总表面积(m2)； 冷却水孔直径(mm)。代入数据得：(m)平均壁厚为2mm时，水孔直径可取101

28、4mm，本模具取10mm 。所以由模具的长度可知需要排布4根水道可以满足冷却水道长度要求，如图所示。图 冷却水道排布 冷却水体积流量的计算假如塑料树脂在模内释放的热量全部由冷却水传导的话，即忽略其他传热因素，那么模具所需的冷却水体积流量则可用式(5-12)计算3。 (5-12) 式中， qv冷却水体积流量(m3/min)； M单位时间注射入模具内的树脂质量(Kg/h)； q单位质量树脂在模具内释放的热量(J/Kg)； c冷却水比热容(J/KgK)； 冷却水的密度(Kg/m3)； 冷却水出口处温度()； 冷却水入口处温度()。代入数据得：(m3/min) 确定顶出机构类型和抽芯机构根据顶出机构的

29、设计原则，结合塑件的要求，可使用的顶出机构有推杆、推管、推件板、推块等顶出机构。由于塑件为方壳形且壁厚较薄，使用推杆或者推管推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以采用推件板推出机构完成塑件的推出，这种方法结构简单，推出力均匀，塑件在退出时变形小，推出可靠。由于塑件无凹槽和孔，所以无需侧抽芯机构。 确定导向机构注射模导向与定位机构，主要用于保证动模和定模两大部分或模内其他零件之间的准确配合和可靠地分开，以避免模内各零件发生碰撞和干涉，并确保塑件的形状和尺寸精度。导向机构的主要形式有导柱导向和锥面定位两种。前者在注射模中应用极为广泛，但在注射成型大型、深腔、高精度塑件和薄壁容器及偏心塑件时，

30、为确保定位精度和定位强度，在使用前者的同时还经常配用后者。本模具采用导柱导向机构，导柱结构形式：为便于加工导柱导套安装孔，获得较好的经济效益，使用带头导柱。导柱的布置：为确保动模和定模只按一个方向合模，采用等直径导柱的不对称布置。为保护型芯不受损坏，导柱安装在动模一侧。 排气机构排气槽是为使模具型腔中的气体排出而在模具上开设的通气槽或通气孔。排气是注射模具设计中一个重要的问题。在注射成型过程中，熔体注入型腔时，必须将型腔中的空气和从熔体中溢出的挥发性气体顺利排出型腔。如果排气槽设计部合理，将会给注射加工带来很多问题。因为该零件为小型零件，一模两腔，所以利用分型面及推杆之间的缝隙排气即可，不必单独考虑排气方式19。 其他零部件选材各种模板、垫板、固定板、支撑块、推板、压紧块、挡块等选材：材料：45钢，热处理后硬