机械毕业设计（论文）-基于ProE的便携式手机充电器上盖的注塑模设计【全套图纸】

编编 号号 无锡太湖学院 毕毕业业设设计计（论论文文） 题目：题目： 基于基于 Pro/EPro/E 的便携式手机充电器的便携式手机充电器 上盖的注塑模设计上盖的注塑模设计 信机 系系 机械工程及自动化 专专 业业 学 号： 学生姓名： 指导教师： （职称：讲师） （职称： ） 2013 年 5 月 25 日 无锡太湖学院本科毕业设计（论文）无锡太湖学院本科毕业设计（论文） 诚诚 信信 承承 诺诺 书书 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 是本人在导师的指导 下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文） 中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文） 不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。 班 级： 机械 95 学 号： 0923225 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 机机械械工工程程及及自自动动化化 专专业业 毕毕 业业 设设 计计论论 文文 任任 务务 书书 一、题目及专题： 1、题目 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 模具是工业生产的主要工艺装备，用模具生成制件所表现出来的高精度、 高一致性、高生产率和低能耗是其他加工制造方法所不能比拟的。在江浙沪地 区模具制造企业占有相当大的比例，近年来，中国模具工业将继续朝着信息化、 数字化、精细化、自动化的方向发展。Pro/E 作为 CAD/CAM 技术的主流软件， 其模具解决方案涉及模具的设计、制造的整个流程，从而在这些模具企业当中 获得广泛的应用。作为区域经济所亟需的机械（模具）类专业人才，应用型本科 高校毕业生掌握此类的 CAD/CAM 软件是相当重要的一项技能。 本课题旨在通过对手机上盖板产品的模具设计，巩固学生模具设计和模 具计算能力；通过对三维实体模型的模具设计使学生掌握注塑模设计方法，建 立一套与产品造型参数相关的三维实体模具，最终使学生能够利用所学知识 独立分析与解决设计过程中产生的实际问题，为今后工作打下一定的基础。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求：三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉注塑模具发展历程，以及当前模具制造行业的发展现状。 能综合运用所学的专业知识（如注塑模成型与模具设计）进行中等复杂程 度模具的设计和计算。 熟练掌握 CAD/CAM 软件 Pro/E 的三维造型、模具设计的原理和方法。在 Pro/E 的模具设计模块中设计成型零件。 熟练掌握利用专家系统(燕秀)设计整套标准模架的流程和方法。 根据三维模架生成手机上盖板塑件注塑模的二维工程图。 论文正文依据充分正确，有一定见解，文字通顺，条理清楚。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 95 班班 姓名姓名 五、开始及完成日期：五、开始及完成日期： 自自 2012 年年 11 月月 12 日日 至至 2013 年年 5 月月 25 日日 六、设计（论文）指导（或顾问）：六、设计（论文）指导（或顾问）： 指导教师指导教师 签名签名 签名签名 签名签名 教教研研室室主主任任 学科组组长研究所所长学科组组长研究所所长 签名签名 系主任系主任 签名签名 2012 年年 11 月月 12 日日 摘摘 要要 本课题研究的是便携式手机电源充电器上盖注塑模设计。本设计对手机电源充电器 上盖零件进行了工艺分析，确定了手机电源充电器上盖的分型面及成型方法。塑件的材 料采用 ABS，同时根据生产纲领，设计了一模两腔的注塑模具，然后重点阐述塑料手机电 源充电器上盖零件注塑模的主要内容部分，主要有：根据年产量等确定型腔数目及校核， 注塑机类型和规格选择及有关工艺参数的校对，浇注系统的设计，成型零件设计，脱模 机构设计，导向机构设计，侧抽芯机构，冷却机构设计以及排气系统设计。并对模具结 构与注塑机的规格进行了匹配校核。完成便携式手机电源充电器上盖板的注塑模具总体 装备结构设计和相关主要零件的设计。 关键词关键词 ：便携式；手机电源充电器上盖；侧浇口；注塑模具 Abstract This topic is the study of the portable mobile power charger cover injection mold design. In this paper, the mobile power charger cover parts are analyzed in technology, determined the mobile power charger cover forming method, using ABS plastic parts material, at the same time according to the production program, design a mold two cavity injection mouid, and then emphasis on mobile power charger cover plastic parts injection mold design, mainly include: determine the cavity number and checking, according to the annual selection types and specifications of injection molding machine and relevant process parameters of proofreading, the design of the gating system, molding parts design, mechanism design, demoulding mechanism, cooling mechanism design and the exhaust system design. Matching of mould structure and injection molding machine for checking. Complete portable mobile phone power charger cover overall equipment structure design of injection mold and parts design. Key word：portable type; Mobile power charger on the cover; side gate; plastic injection mould 目目 录录 摘 要III AbstractIV 目 录.V 1 绪论1 1.1 本课题的研究内容和意义.1 1.2 国内外的发展概况11 1.3 本课题应达到的要求.2 2 塑件材料与工艺分析3 2.1 塑件工艺分析.3 2.1.1 设计塑件时必须考虑的问题2.3 2.1.2 尺寸和精度3 2.1.3 塑件的图形3 2.1.4 塑件材料4 2.2 型腔数目的确定.4 2.3 型腔数目的校核.4 3 塑件的体积估算和注射机型号的选择6 3.1 塑件体积.6 3.2 注射机的类型和规格选择36 3.3 注射机有关工艺参数的校对.7 3.3.1 注塑量7 3.3.2 锁模力7 3.3.3 注射机压力的校核7 4 浇注系统的设计8 4.1 主流道的设计48 4.2 冷料井和拉料杆的设计.8 4.3 分流道的设计.8 4.4 浇口的设计.9 5 成型零部件的设计11 5.1 分型面的确立.11 5.2 排气槽的设计.11 5.3 成型零件的结构设计.11 5.3.1 凹模的结构设计12 5.3.2 凹模的工作尺寸计算12 5.3.3 凹模的外形尺寸计算15 5.3.4 凸模的结构设计17 5.3.5 凸模的外形尺寸计算18 6 合模导向机构的设计20 6.1 导柱的设计.20 6.2 导套的设计.20 7 塑件脱模机构的设计22 7.1 推出机构的设计522 7.2 复位的设计.24 7.3 模架的设计.24 8 侧向分型与抽芯机构26 8.1 侧向抽芯机构的确定.26 8.2 斜导柱抽芯机构设计原则.26 8.3 斜导柱抽芯机构相关参数的计算626 8.3.1 抽芯距离26 8.3.2 斜导柱倾斜角 的选择27 8.3.3 斜导柱直径的确定27 8.4 滑块的设计.27 8.4.1 滑块形状设计27 8.4.2 滑块定位装置设计28 8.4.3 导滑槽的设计28 8.5 锁紧块的确定.29 8.5.1 锁紧块的设计要点29 8.5.2 锁紧块的结构设计29 9 冷却系统的设计30 9.1 冷却管道计算及开设原则 30 9.1.1 冷却道开设原则30 9.1.2 冷却管道的计算30 10 结论与展望32 10.1 结论.32 10.2 不足之处与展望.32 致 谢33 参考文献34 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 1 1 绪论绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工 艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就没有高质量的产品。用模具加 工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现 代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大 型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。 自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到 45%，制造 业部门成为 GDP 增长的主要支撑力量。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。 中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进 的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有 很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特 别重要的意义。 现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬 勃发展，对国民经济的发展有着辐射性的影响。 1.2 国内外的发展概况1 随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的 应用将越来越广泛。利用先进的 CAD/CAM/CAE 技术进行模具的设计与制造，不仅省时 省力，实现了无图纸化加工，而且制品的准确性，减少了试模的次数，缩短模具的设计 及生产周期。模具制造技术将向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。最为重要 的是保证了模具使用寿命。 模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。在塑料成型生产中， 先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成 型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优良的注射模具可以成型上百万次，一副优 良的压缩模具可以成型 25 万次以上，这与上述因素有很大的关系。具体表现在模具的 CAD/CAM 技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具的激光快速成型技 术，模具在设计中采用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术， 模具的 CIMS 技术，已在开发的模具 DNM 技术以及数控技术等先进制造技术方面。 由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的 发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的 同时， “小而专” 、 “小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用 户对模具制造的“交货期短” 、 “精度高” 、 “质量好” 、 “价格低”的要求，以下的发展趋 势也较为明显。 一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平； 无锡太湖学院学士学位论文 另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技 术水平，必须在以下方面加大努力： 1、开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； 2、.加速模具标准化、专业化、商品化生产； 3、大力发展 CADCAMCAE、RPM 等先进模具设计和制造技术； 4、加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。 1.3 本课题应达到的要求 模具毕业设计是模具专业最为重要的环节之一，同时它也是最后的一个关键教学环 节。它是由学生过渡到生产的一步，由学校走向工厂的桥梁。是我们第一次系统地把所 学理论应用在实际生产。通过此次的毕业设计制造的各个环节有了更加深入明确的了解 从而培养和提高设计的能力。 毕业设计的目的有两个，第一个目的是让我们掌握模具设计的基本技能，如绘图， 计算，查阅设计资料和手册。熟悉国标和各种标准的能力，能够熟练运用三维软件进行 绘图。第二个目的是了解和掌握模具设计与制造的工艺，从而独立的设计一般的塑料模 具，为走出学校走向社会打下基础。 本人设计的这副模具是塑料成型模具，塑料手机外壳塑料模具设计，这是一种方形 状的塑料外壳。在设计过程中我是按照循序渐进的方法，严格按照设计要求去做，力求 数据准确，结构合理，在保证合乎塑料件要求的同时，力求结构简单。但是由于本人的 实践经验不足，因此考虑的问题可能有些地方不是很全面，设计中难免会出现错误，还 望各位老师和同学指正。在此，我在这里衷心的感谢导师对我的指导和同学对我的帮助。 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 2 塑件材料与工艺分析塑件材料与工艺分析 2.1 塑件工艺分析 2.1.1 设计塑件时必须考虑的问题2 塑料的物理机械性能，如强度，弹性，刚性，吸水性等。 塑料的成型工艺性。 塑料成型所导致冲模流动，排气 ，补缩等。 塑件在成型后的收缩情况以及收缩率差异等。 模具的总体结构 ，以及脱模的复杂程度。 模具零件的形状和制造工艺。 塑件的设计主要包括塑件的形状，尺寸，精度，壁厚，表面光洁度，斜度，以及塑 件上的加强筋等的设计。 2.1.2 尺寸和精度 塑料的尺寸精是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸 的准确度。影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，首先是模具制造的精度和塑件收缩率的 波动，其次是模具的磨损程度。另外，在成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变 化、塑件的飞边等都会影响塑件的精度。因此，塑件尺寸精度的确定应该合理选择，尽 可能选用低精度等级。 由于该塑件是方形外壳，所以尺寸和精度要求不是很高，所以经分析选择一般精度 等级 3 级精度。 2.1.3 塑件的图形 该塑件形状虽然有不规则轮廓，但在分模方向没有阻碍，容易模塑，所以采用单分 型面，而且该塑件外表面本身带有一定的斜度，这样也更易脱模。 图 2.1 塑料件 无锡太湖学院学士学位论文 图 2.2 塑料件 2.1.4 塑件材料 该塑件采用 ABS 树脂，起成型特点流动性中等，吸湿性打算，必须充分干燥，表面 要求光泽的塑件必须经过长时间的预热干燥，溢边值 0.04mm，适合取高料温，高模温， 但是料温过高容易分解，对精度的要求较高的塑件，模温适合取 5060 C，对光泽，耐 热塑件，模温取 6080 C。注射压力高于聚苯乙烯。用螺杆式注射机成型时，料温为 180230 C。注射压力也比较大。而且有很好的抗冲击强度和良好的机械强度以及一定 的耐磨性。收缩率为 0.3%0.8%。质量密度为 1.14 g/cm。 确定型腔数目应考虑技术和经济两方面的因素，这些因素包括注射机的规格、塑件 质量要求、成本及交货周期等。在本次毕业设计中要求是年产量 40 万件，属于中批量生 产，所以初步确定采用多型腔模具。 2.2 型腔数目的确定 在这一年时间里采用三班倒制度即一天实际工作时间为 20 个小时，每个月 实际工作日为 22 天，所以一年实际工作时间为： s 190080003600122220t 从表中可知 ABS 的成型周期是 4070 s，取成型周期为 55s。所以该塑件的成型时间 为： 1 55 130%71.5ts 但考虑到生产中的一些其他因素，例如清洁模具等，所以将成型时间适当的放长至 80s。 所以型腔数量为： 取 N=2 691. 1 19008000 80%)5 . 01 (400000 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 2.3 型腔数目的校核 按注射机的额定塑化速率确定型腔的数量 （2.1）3600/ mmn 21 KMT 式中 型腔数目； n 单个塑件的质量或体积， 或； m1 g cm 3 浇注系统凝料的塑件质量或体积， 或； m2 g cm 3 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8 左右，视设备的 K 新旧而取值； M 注射机的额定塑化量，或；hg h cm 转化后有 （0.83017）/4.58 1.53 n 取整数 = 2 n 由此可知 = 2 符合要求。 n 无锡太湖学院学士学位论文 3 塑件的体积估算和注射机型号的选择塑件的体积估算和注射机型号的选择 3.1 塑件体积 从几何方面计算 V 浇=+2 )r+Rr + (Rh(1/3) 22 2 LR （3.1） V 浇=+3.14262 2)7 74 + (47014 . 3 (1/3) 22 = 6813.8 + 653.12 = 7466.92mm 根据三维软件模型分析计算得体积 V 塑件 = 4.5844cm 由此初步确定此模具为一模两腔，即 n=2，故所有的总体积为 V 总=4.582 + 7.5 = 16.66 17cm 因为 ABS 的平均密度为 p=1.14g/cm M 全 = P V (3.2) =1.14 17 = 19.38 g 式中 V 塑件单个塑料零件的体积； V 浇表示交流道;分流道和浇口等浇注系统所需塑料体积； V 总表示塑件所需塑料的体积； V 表示整个臂盖的塑料实心体积。 3.2 注射机的类型和规格选择3 注射机的类型和规格有很多，按结构形式可分为机的类型和规格有很多，按结构形 式可分为立式，卧式和直角式三类，国产卧式注射机一标准化和系列化。这三类不同的 结构形式的注射机的特点如下： 立式注射机的螺杆垂直装设，锁模装置推动动模板也沿垂直方向移动，优点是占地 面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上安放嵌件，嵌件不容易倾斜或坠落。 缺点是制品自模中顶出后不能靠重力下落，需要靠人工取出，有碍于全自动操作。此类 是注射机注射量一般均在 60 克以下。 卧式注射机是目前使用最广，产量最大的注射成型机，其注射柱塞与螺杆合模运动 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 均沿水平方向布置，并且多数在一条线上（或相互平行。优点是机体比较低，容易加料 和操作，制件顶出模具后可自动坠落，所以容易实现全自动操作，机床中心比较低，安 装稳妥。其缺点是模具的安装比较麻烦，嵌件放入模具有倾斜或下落的可能，机床的占 地面积大。 直角式注射机的注射螺杆或柱塞与合模运动方向相互垂直，这种注射机的重要优点 是结构简单，便于自制，适合单件生产，中心不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时长 利用开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或螺纹型环旋转，以便脱下塑件。缺点是机械传 动无准确可靠的注射和保压压力和锁模力，模具受冲击震动比较大。 根据注射机注射成塑件所用的塑料起量，选择最少不小于 20g 的柱塞式注塑机，选 择注射机为 XS-Z-30，其工艺参数见表 3-1。 表 3-1 注塑机工艺参数 注射机的工艺参数表 额定注射量 30cm 螺杆直径28mm 注射压力119M Pa 注射行程130 mm 锁模力 KN250KN 最大成型面积90cm 最大开模行程160mm 模具最大厚度180mm 模具最小厚度60mm 3.3 注射机有关工艺参数的校对 3.3.1 注塑量 3 mm3017 max M （3.3） 既注射机的最大浇注射程大于注射机所注射及塑件所需容量。 3.3.2 锁模力 6 . 8 4 . 10A （3.4） = 89cm 250cm 式中 A表示浇注塑料和塑件的最大投影面积。 无锡太湖学院学士学位论文 故符合设计要求 根据公式 P 腔 A P 锁 ， A=89cm P 腔：F=289 = 178KN250KN 既型腔投影面积所需锁模力小于注射机的额定锁模力 p 3.3.3 注射机压力的校核 塑料成型压力 p 成p 浇 p 成 = 30 2（30Pa） 119Mpa （3.5） 即：塑件的注射压力小于注射机额定压力。 4 浇注系统的设计浇注系统的设计 4.1 主流道的设计4 在卧式注射机的模具中，主浇道应设计成垂直的分型面，为了使凝料从主流道拔出， 故设计成圆锥形，要有 2到 6的锥角，内壁有 0.8um 以上的粗糙度，其小端直径常见 为 4mm8mm，看制品重量和补料需要而定，但是小端直径应大于喷嘴直径约 1mm，否 则主流道中的凝料将无法顺利脱出，主流道的 长度由定模板厚度而定的。由于主流道要 与高温的塑料和喷嘴反复的接触和碰撞，所以模具的主流道部分常设计成可以拆卸更换 的主流道衬套，以便选用优质钢材进行加工和热处理，主流道与喷嘴接触处多作成半球 形的凹坑，二者严密的配合，以避免高压以至塑料从缝隙处溢出。一般凹坑的半径 R2 应 比 R1 大 12mm。主流道衬套大端的圆凸出定模端面 510mm，并与注射机定模板的定位 孔成功配合，起定位环作用，所以设计成为图 4.1 所示。 图 4.1 主浇道 4.2 冷料井和拉料杆的设计 卧式注射机用模具的冷料井，设立在主流道正对面的动模上，该模具采用反锥度冷 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 料井的形式，它的后面设置有推杆，分型时靠动模板上的反锥度穴的作用将主流道凝料 拉出浇口套，推出时靠后面的推杆强制地将其推出。所以在制件顶出时，冷料也一同被 顶出。并且制造也方便。 4.3 分流道的设计 该模具是一模两腔，所以要设计分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地 充满型腔，从前两点出发，分流道应该短而粗，但是不能太粗，该模具采用圆形断面分 流道，因为这样分流道易与机械加工，分流道尺寸视该塑件的大小和塑料品种，注射速 率，以及分流道长度而定，对多数塑料，分流道直径为 4mm，该模具分流道的布置采用 平衡式分布。 见图 4.2 所示。 图 4.2 分流道 4.4 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位， 也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、壁厚、形状、成型材料及塑件技术 要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口， 它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高 剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特 性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量， 同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。 ABS 具有良好的力学性能，它适用于采用侧浇式浇口，塑件从边缘进料，能够提高 生产率，并去除浇口方便，有利于熔体流动和补缩口，有利于型腔内气体的排出，减少 塑件熔接痕，增加熔接强度。它在推出时，由于浇口及分流道成一定角度，形成了能切 断浇口切口，这一切口所形成的剪切力可以将浇口自动切断。 浇口的位置的确定： 设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。 因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量有很大的影响。一般在选择浇口位置时， 需要根据塑件的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分析。一般要满足以下原 则： 尽量缩短流动距离； 浇口应开设在塑件的壁厚处； 考虑分子定向的影响； 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷； 无锡太湖学院学士学位论文 减少熔接痕提高熔接强度； 避免产生喷射和蠕动； 避免在承受弯曲冲击载荷的部位设置浇口； 浇口位置的选择应考虑塑件的外观质量。 经过仔细的考虑，该塑件是等壁塑件，又为了不影响塑件的外观，该塑件采用侧浇 口，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔。而且还有利于气体的排除。 浇注系统的平衡： 该塑件是属于小型塑件，采用一模两腔，这样有利于提高生产效率。但是在设计时 是否能同时达到充满型腔的目的。这就要对浇注系统的平衡。若浇口平衡则可以得到良 好的物理和较高精度尺寸的塑件。 浇口的形状和尺寸对制件影响很大，模具为侧浇口。侧浇口是一种尺寸很小的浇口。 浇口的宽度为 1.53mm，视物料性质和制件重量而定。台阶长度为 23mm。浇口的形式 如图 4.3 所示。 图 4.3 侧浇口 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 无锡太湖学院学士学位论文 5 成型零部件的设计成型零部件的设计 5.1 分型面的确立 打开模具取出塑件或浇注系统的凝料的面，称之为分型面。分型面的设计它受到塑 件的形状、壁厚、和外观、尺寸精度、及模具型腔的数目等诸多因素的影响。该注塑体 为方形壳类，而确定分型面时，由于塑件在型腔中的方位和形状，故采用单分型面。 型腔的布局： 图 5.1 型腔的排布 由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在设计中加以综合考虑。 型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从压力中等分所得的足够压力，以保证塑件熔 体同时均匀地充满每个型腔。该模具采用的平衡式，其结构装配图所示。 分型面设计： 该模具采用的是单分型面的模具，其分型分面的设计原则就满足以下几项原则： （1）塑件的脱模； （2）保证的塑件的质量。该模具采用在最大圆周上，保证了塑件的外观； （3）便于模具加工，该模具采用在圆周上分型，模具的型腔容易在电火花 上加上，型芯也易于加工； （4）对成型面积的影响； （5）对排气效果的影响； 该模具的成型面的设计可以见装配图，它基本符合上述要求。 5.2 排气槽的设计 当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体不能顺利排出，就将在制品上形成气 孔、凹陷、熔接不牢、表面轮廓不清晰等缺陷，因此，设计型腔就一般要考虑排气的问 题，但是该模具是采用分型面和嵌件的缝隙排气，故不特意开设排气槽。 5.3 成型零件的结构设计 成型零件主要包括型腔，型芯，各种形环的设计，由于型腔直接关系到塑件的质量， 因此要求有足够的强度，刚度，硬度和耐磨性，还要有受塑料的挤压和料流的摩擦力， 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 所以要求成型零件要有足够的精度和表面光洁度，一般光洁度在 0.8um 以上，以保证所 需的塑料产品的质量以及脱模方便。 5.3.1 凹模的结构设计 图 5.2 凹模实体图 该模具是采用整体嵌入式，采用好的钢材模具耐用并方便更换。 5.3.2 凹模的工作尺寸计算 型腔的工作尺寸计算。所谓工作尺寸就是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺 寸。它主要包括型腔的径向尺寸、型腔的深度、中心距等尺寸。它受到塑件的尺寸精度 的影响。型腔在使用过程中因磨损会使其尺寸逐渐增大，为了使模具留有修模得余地， 在设计模具时，型腔尺寸尽量取下限尺寸，制造公差取上偏差。 5.3.2.1 凹模型腔的径向尺寸计算凹模型腔的径向尺寸计算 型腔径向尺寸计算公式为： (5.1) z 0 s z 0 1 LSLm 式中 模具型腔的径向公称尺寸，mm； Lm 塑料的平均收缩率，%；S 塑件外形的径向公称尺寸，mm； Ls 模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的 1/3，mm； z 塑件外形径向尺寸的公差，mm。 修正系数，=0.50.75，当塑件尺寸较大、精度要求低时取 无锡太湖学院学士学位论文 小值；反之取大值。这里取=0.7。 查表得 ABS 塑料的最小收缩率为 0.3%，最大的收缩率为 0.8%，由公式得 ，得为 0.55%，至于塑件的精度，选择 MT3 级，当塑件的100% 2 minmaxSS S S 基本尺寸不同时 会有变化，模具制造公差取塑件相应尺寸公差的 1/3，即 z=/3， 因塑件的径向基本尺寸为 104mm 、86.7mm 、42mm 、13mm 、14mm 、12mm 和 2mm ，则 z 值分别为 0.58mm、0.52mm 、0.36mm、0.18mm、0.18mm、0.18mm、0.2mm 和 0.12mm 将上面的数据代入公式。 型腔径向 104mm 端工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 58.0 58.07.01040055.01 o mm 193 . 0 0 166.104 型腔 68.7mm 端工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 52.0 0 52.07.07.860055.01 mm 173. 0 0 81.86 型腔矩形长 42mm 的工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 36.0 0 36.07.0420055.01 mm 12. 0 0 979.41 型腔矩形宽 13mm 端工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 18.0 0 18.07.0130055.01 mm 06 . 0 0 95.12 型腔椭圆长 16mm 的工作尺寸的计算： 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 z 0 s z 0 1 LSLm 3 2.0 0 2.07.0160055.01 mm 067 . 0 0 948.15 型腔椭圆宽 2mm 端工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 12.0 0 12.07.020055.01 mm 04 . 0 0 927 . 1 型腔孔14mm 的工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 18.0 0 18.07.0140055.01 mm 06 . 0 0 95.13 型腔孔12mm 端工作尺寸的计算： z 0 s z 0 1 LSLm 3 18.0 0 18.07.0120055.01 mm 06 . 0 0 94.11 5.3.2.2 凹模型腔的深度尺寸计算凹模型腔的深度尺寸计算 型腔深度尺寸计算公式为: （5.2） Z sm LsH 0 1 式中 凹模深度公称尺寸，mm； Hm 塑件高度尺寸为 30mm，平均收缩率 S 取 0.55%，取 0.2mm，模具制造公差取塑件 相应尺寸公差的 1/3，即 z=/3。将上面的数据代入公式： Z sm LsH 0 1 无锡太湖学院学士学位论文 3 28 . 0 0 28. 07 . 0300055 . 0 1 mm97.29 093 . 0 0 5.3.3 凹模的外形尺寸计算 塑料模型腔壁厚及底板厚度的计算是模具设计中经常遇到的重要问题，尤其在大型 模具设计中这种问题更为突出。目前许多单位都凭经验决定，但常因估计不准确而造成 模具报废或材料浪费。为此，建立科学的计算方法非常必要。目前常用的计算方法有按 强度和按刚度条件计算两大类，但实际的塑料模具却要求既不允许因强度不足而发生明 显变形，甚至破坏，也不允许因刚度不足而发生过大变形。因此在模具设计中要求对强 度及刚度加以合理考虑。 在塑料模塑过程中，型腔所承受的力是十分复杂的。就注射模而论，型腔所受的力 有塑料熔体的压力、合模时的压力以及开模时的拉力等，其中最主要的是塑料熔体的压 力。在塑料熔体的压力的作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔壁厚和底板厚度 不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此 同时，刚度不足则发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也 可能导致脱模困难等。可见模具对强度和刚度都有要求。 但是，理论分析和实践证明，模具对强度及刚度的要求也并非要同时兼顾。对大尺 寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算型腔壁厚和底板厚度；对小尺寸型腔， 强度不够则是主要矛盾，应按强度条件计算型腔壁厚和底板厚度。强度计算的条件是满 足各种受力状态下的材料许用应力。刚度计算的条件则由于模具的使用状态，可以从下 几个方面加以考虑： (1) 要防止溢料， (2) 应保证塑件精度， (3) 要有利于塑件的脱模。 由于本设计的模具有侧抽芯机构，所以采用局部镶嵌式型腔结构，简化了复杂凹模 的加工工艺，减少了热处理变形，拼合处有间隙利于排气，便与模具维修，节省了贵重 的模具钢。为了保证组合式型腔尺寸精度和装配的牢固，减少塑件上的镶拼痕迹，对于 镶块的尺寸，形状位置公差要求较高，组合必须牢靠，镶块的机械加工工艺性要好。 5.3.3.1 凹模的型腔侧壁厚度尺寸计算凹模的型腔侧壁厚度尺寸计算 当 p = 50Mpa、H1/H=4/5、=0.05mm、=160Mpa 时，侧壁长边 l 的刚度计算与 强度计算的分界尺寸为 370mm。即当 l370mm 时按刚度条件计算侧壁厚度，反之按强度 条件计算侧壁厚度。因为本设计 p108mm 时按刚度条件计算底板厚度，反之按强度条件计算底板厚度。本 设计 p50Mpa，亦可直接用强度条件计算。 按强度条件计算 简支梁的最大弯曲应力也出现在板的中间最大变形处，按强度条 件计算，型腔底板厚度为： （5.4） B L h 4 pb3 2 式中 h矩形底板（支撑板）的厚度，mm； 由模脚（垫块）距离之间和型腔短边长度 l/b 决定的系数，取 0.468； a P模腔那最大熔体压力（Mpa） ；可取注射成形压力的 2550； P 取 30Mpa； b型腔侧壁短边长，b 取 247.5mm； 模具强度计算得许用应力（Mpa） ；一般中碳钢300Mpa。 代入数据 1604 6 . 085303 2 h 无锡太湖学院学士学位论文 24.69 mm 所以可设计型腔的底板厚度取 25mm。 5.3.4 凸模的结构设计 型芯是用成型塑料内表面的零件。二者并没有严格的区分，该模具的型芯；而且是 一模 2 腔具有侧抽芯机构，所以该模具采用嵌入式的型芯，采用好的钢材模具耐用并方 便更换。 图 5.3 凸模 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 5.3.5 凸模的外形尺寸计算 塑件孔的径向基本尺寸是最小尺寸，其公差为正偏差，型芯的基本尺寸是最 S L m L 大尺寸，制造公差为负偏差，经过与上面型腔径向尺寸相类似的推导，可得： （5.5） 00 m )7.05.0()1( - z z S LsL ）（ 式中 模具型芯径向基本尺寸； m L 塑件内表面的径向尺寸； s L 塑件内表面径向基本尺寸的公差； 模具制造公差。 z 由于相应条件在计算凹模时已阐述，且凹模所知基本尺寸为 84.2mm 、101.5mm、19.75mm、28.75mm、30mm、15.45mm、16mm、2mm、14mm、12mm、 4mm。 则查表可得相应的等级公差以此为 0.52mm、0.58mm、0.44mm、0.48mm、0.28mm、0.38mm、0.4mm、0.2mm、0.12mm、0. 18mm、0.14mm 将这些数据以此带入公式计算可得 型芯径向尺寸 84.2mm 为： 0 3/52.0- 52.07.02.84)0055.01( 0 - z m ）（L =mm 03.85 0 193.0 型芯径向尺寸 101.5mm 为： 0 3/58 . 0 0 m 58 . 0 7 . 0 5 . 101)0055. 01( - z ）（ L =mm 464.102 0 193.0 型芯径向尺寸 19.75mm 为： 0 3/44,0 0 m 44.07.075.19)0055.01( - z ）（ L =mm 166.20 0 1467. 0 型芯径向尺寸 28.75mm 为： 0 3/48,0 0 m 48.07.075.28)0055.01( - z ）（ L =mm 244.29 0 16.0 型芯径向尺 30mm 为： 0 3/28,0 0 m 28.07.030)0055.01( - z ）（ L 无锡太湖学院学士学位论文 =mm 361.30 0 093.0 型芯径向尺寸 15.45mm 为： 0 3/4,0 0 m 4.07.045.15)0055.01( - z ）（ L =mm 814.15 0 133.0 型芯径向尺寸 16mm 为： 0 3/2,0 0 m 2.07.016)0055.01( - z ）（ L =mm 228.16 0 067.0 型芯径向尺寸 2mm 为： 0 3/2,01 0 m 12.07.02)0055.01( - z ）（ L =mm 095.2 0 04.0 型芯径向尺寸 14mm 为： 0 3/18,0 0 m 18.07.014)0055.01( - z ）（ L =mm 203.14 0 06.0 型芯径向尺寸12mm 为： 0 3/18,0 0 m 18.07.012)0055.01( - z ）（ L =mm 192.12 0 06.0 型芯径向尺寸4mm 为： 0 3/14,0 0 m 14.07.04)0055.01( - z ）（ L =mm 12 . 4 0 047 . 0 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 6 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 6.1 导柱的设计 导向机构对于塑料模具来说是必不可少的部件，因为在模具的闭合时要求有一定的 方向和位置，所以必须有导向机构，导向机构主要有定位，导向，受一定的侧压力，一 般的导柱所露出在分型面上的长度要比型芯高 6-8mm，以避免导柱型芯先进入型腔与其 碰撞而损坏型腔和型芯。至于配合精度问题一般采用过度配合，导柱装入模板多用二级 精度第二种过渡配合，硬度达到 HRC50-55，粗糙度要求为，该模具所采用的是如下 图所示： 图 6.1 导柱 6.2 导套的设计 为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒一圆角，且导柱孔为通孔，这样容 易排气，材料用 T8A，使其硬度应低于导柱硬度，这样就可以减少摩擦，以防止导柱或 导套拉毛。导套的精度与配合，是采用二级精度过渡配合压入定模模板。样式见如下图： 图 6.2 导套 无锡太湖学院学士学位论文 导柱布置见图如下： 图 6.3 导柱布置 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 7 塑件脱模机构的设计塑件脱模机构的设计 7.1 推出机构的设计5 使塑件从成型零件上脱出的机构称之为推出机构。本副模具是通过注塑机的合模机 构，把力传给推板，然后通过通过固定板，再通过推杆，最后传给推件板，把塑件推出 的。推出零件常分为推件板、推杆、推管、成型推杆等。此副模具所设计的塑件是属于 薄壁塑件，而且在推出时不允许有推出痕迹，所以该模具采用推件板推出，这样有利于 保证塑件的精度。此模具的设计也要满足一般推出机构的设计原则：塑件滞于动模一侧， 这样有利于设计推出推出机构，以致于使模具结构简单、防止塑件变形、力求良好的塑 个外观、结构可靠、脱模时工作可靠，运动平稳，制造方便，更换容易。 脱模力的计算： =( f cossin) /（1+fcossin） FtFb （7.1） 因实际上摩擦系数 f 较小，sin更小，cos也小于 1，故忽略 fcossin，式 （7.1）简化为 =Ap（fcossin） Ft （7.2） 式中 脱模力（推出力） ； Ft 塑件对型芯的包紧力； Fb A塑件包络型芯的面积； f为制品对型芯之间的静摩擦因数； 脱模斜度； P塑件对型芯单面积上的包紧力，一般情况下，模外冷却的塑件，p 取 ；模内冷却的塑件，p 取。查表可知 f=0.21 已知=a109 . 34 . 2 7 Pa102 . 18 . 0 7 P 1，p 取中间值，A=3990mm代入公式（7.2）a101 7 P =3990（0.21cos1sin1） Ft10 6 10 7 =76.8 N 脱模力要少于模外脱出的脱模力。但模内脱模容易使塑件容易变形，因此该模选用 模外脱模。 此副模具采用简单推出机构。它需要设计推杆、推件板、推杆固定板、推板等的设 无锡太湖学院学士学位论文 计。 推杆的设计：此模具由于塑件是箱盖形件，各处的脱模力由于接触面积是不一样的， 各处的高度不是统一的，为了各处平衡，设计推杆时应均匀布置推杆。这样使系统就显 得比较平衡了，增加了推杆的寿命。推杆的直径的设计，其尺寸和结构如下图: 图 7.1 推杆 推杆在推推件板时，应具有足够的刚性，以承受推出力，条件充许的话，尽可以把 推杆的直径设得大一点。经过仔细的推算，选推杆的直径为 2 mm，为了保持推杆在工作 时具有一定的稳定性，把它进行校核。直径见下式 d = K(LF/n E) 4/1 =1.5(146276.8/122.1x105)1.35 2 (7.3) 式中 d为推杆的最小直径，mm。 K为安全系数，可取 K=1.5; L为推杆长度，mm； F为脱模力，N; n为推杆数目； E为刚材的弹性模量，Mpa 。 取直径为 2 mm ,已经足够了。 进行强度校核： =4F / nd2 =4x76.8/(12x3.14x2) （7.4） 2.03 说明它的强度是满足的。 式中 为推杆所受力的应力，Mpa。 表示推杆材料的许用应力，Mpa。 推杆的材料选用 T10A，淬火处理。 推杆的固定形式，推杆直径与模板上的推杆孔采用 H8/f8 的间隙配合。推杆的工作端 面的配合部分的表面粗糙度 Ra 为 0.8 um。 基于 Pro/E 的便携式手机充电器上盖的注塑模设计 推件板的由一块与型芯按一定的配合精度相配合的模板，它是在塑件的周边端面上 进行推出，因此，作用面积大，推出力大，且均匀，运动平稳，并且在塑件上没有推出 痕迹。推件应与型芯呈锥面配合，这样可以降低运动磨擦，推件板与型芯的配合，以不 产生溢料为准，否则推件板复位困难，并且有可能造成模具损坏。推件板复位后，推板 与动模座板之间应有 23mm 的空隙。 对于推件板，虽然推出的效果要比推杆好，但是当型芯和推件板的配合不好，则在 塑件上会出现毛刺，而且塑件还有可能会滞在推件板上。在推出过程中，由于推件板和 型芯有磨擦，所以推件板也必须进行淬火处理，以提高其耐磨性。推件板的材料选用 45 钢，调质到 230270HB，提高其耐磨性。 推杆固定板它只要满足它的强度和刚度则就可以满足需要。它的粗糙度要求可以比 较低。它是起到固定推杆的作用。 推板的设计主要从它的强度和刚度去考虑，只要满足了，则就可以了。由于这些都 是标准件，所以测量可知推杆固定板为 15 mm，推板的厚度 20mm，都采用钢 T8A，淬火 处理，使其硬度达到 5058HRC。 7.2 复位的设计 该模具脱模机构在完成塑件脱模后，为进行一个循环，必须回到初始位置，该模具 是采用复位杆复位的，由弹簧进行缓冲，减小撞击，提高模具寿命。具体式样见图纸上 的推杆固定板和装配图。 7.3 模架的设计 模架技术的标准，是指在模具设计中和制造中所应遵循的技术规范、基准和准则。 它具有以下定义： 减少了模具设计者的重复性工作； 改变了模具制造行业“大而全，小而全”的生产局面，转为专业生产局面； 模具的标准化是采用 CAD/CAM 技术的先进条件； 有利于模具技术的国际交流和模具出口。 根据参考