苹果充电器外壳塑料模具设计

1 XXXX 大学 毕业设计说明书 课题名称 苹果充电器外壳注塑模具设计 学生姓名 学 号 所在学院 专 业 班 级 指导教师 起讫时间 年 月 日 年 月 日 0 目 录 目 录 1 ABSTRACT 4 1 前言 5 1 1 课题背景 5 1 2 课题分析 7 2 塑件分析 8 2 1 产品分析及其技术条件 8 2 2 塑件材料的确定 9 2 3 塑件材料的性能分析 10 2 3 1 基本特性 10 2 3 2 成型性能 11 2 3 3 主要用途 11 3 成型布局及注塑机选择 11 3 1 进胶方式选择 12 3 2 型腔的布局及成型尺寸 12 3 3 估算塑件体积质量 13 3 4 注塑机的选择和校核 13 3 4 1 注射胶量的计算 13 3 4 2 锁模力的计算 14 3 4 3 注塑机选择确定 15 表 HTF80XB 注塑机参数 15 4 注塑模具设计 15 4 1 模架的选用 16 4 1 1 模架基本类型 16 论文 1 4 1 2 模架的选择 16 4 1 3 导向与定位机构设计 17 4 2 浇注系统的设计 18 4 2 1 主流道设计 18 4 2 2 分流道的设计 19 4 2 3 浇口的设计 20 4 2 4 冷料穴的设计 20 4 3 分型面的设计 21 4 4 成型零部件的设计 22 4 4 1 成型零部件结构 22 4 4 2 成型零部件工作尺寸的计算 24 4 4 3 凹模宽度尺寸的计算 25 4 4 4 凹模长度尺寸的计算 25 4 4 5 凹模高度尺寸的计算 25 4 4 6 凸模宽度尺寸的计算 25 4 4 7 凸模长度的计算 26 4 7 8 凸模高度尺寸的计算 26 4 4 9 模具强度与刚度校核 26 4 6 脱模及推出机构 26 4 6 1 脱模力 27 4 6 2 推出机构 27 4 7 冷却系统的设计与计算 29 4 7 1 冷却水道设计的要点 30 4 7 2 冷却水道在定模和动模中的位置 30 4 7 3 冷却水道的计算 31 4 8 排气结构设计 32 4 9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 32 5 结语 33 致谢 34 附图 2D 3D 装配图 35 参考文献 36 2 摘 要 根据塑料制品的要求 了解塑件的用途 分析塑件的工艺性 尺寸精度等技术 要求 考量塑件制件尺寸 本模具采用一模四腔 点浇口进料 注射机采用 80XB 型号 设置冷却系统 CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图 选择模具合理的加工方 法 附上说明书 系统地运用简要的文字 简明的示意图和和计算等分析塑件 从 而作出合理的模具设计 关键词 机械设计 模具设计 CAD 绘制二维图 UG 绘制 3D 图 论文 3 ABStract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process dimensional accuracy select the workpiece size of the plastic parts The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTF160XB models and set a cooling system CAD and UG drawing two dimensional assembly diagram and parts diagram reasonable mold processing methods Attach a manual use brief text a concise diagram and calculated analysis of plastic parts in order to make a reasonable mold design Keywords mechanical design mold design CAD drawing two dimensional map UG draw 3D maps injection machine selection 4 1 前言 1 1 课题背景 模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备 在汽车 电机 仪表 电器 电子 通信 家电和轻工业等行业中 60 80 的零件都依靠模具成形 并且随着 近年来这些行业的迅速发展 对模具的要求越来越高 结构也越来越复杂 用模具 生产制件所表现出来的高精度 高复杂性 高一致性 高生产效率和低耗率 是其 它加工制造方法所不能比拟的 随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在 强度和精度等方面的不断提高 塑料制品的应用范围也在不断地扩大 越来越普遍 地采用塑料成型 注射模的种类很多 其结构与塑料品种 塑件的复杂程度和注射机的种类等很 多因素有关 其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的 定模部分安装在注射 机的固定板上 动模部分安装在注射机的移动模板上 在注射成型过程中它随注射 机上的合模系统运动 注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合 一般注 射模由成型零部件 合模导向机构 浇注系统 侧向分型与抽芯机构 推出机构 加热和冷却系统 排气系统及支承零部件组成 由于模具的使用特点 决定了模具设计也区别与其他行业 模具设计要考虑的 要点如下 a 塑件的物理力学性能 如强度 刚度 韧性 弹性 吸水性以及对应力的 敏感性 不同塑料品种其性能各有所长 在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点 避免或补偿其缺点 b 塑料的成型工艺性 如流动性 成型收缩率的各向差异等 塑件形状应有 利于成型时充模 排气 补缩 同时能使热塑性塑料制品达到高效 均匀冷却或使 热固性塑料制品均匀地固化 c 塑件结构能使模具总体结构尽可能简化 特别是避免侧向分型抽芯机构和 简化脱模结构 使模具零件符合制造工艺的要求 对于特殊用途的制品 还要考虑其光学性能 热学性能 电性能 耐腐蚀性能 论文 5 等 目前 我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型 精密 复杂 长寿命的模具 在塑料模具方面 能设计制造汽车保险杠及整体仪表 盘大型注射模 一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析 CAE 技术对塑料注 塑过程进行流动分析 冷却分析 应力分析等 合理选择浇口位置 尺寸 注塑工 艺参数及冷却系统的布置等 使模具设计方案进一步优化 也缩短了模具设计和制 造周期采用模具先进加工技术及设备 使模具制造能力大为提高 采用 CAE 技术 可以完全代替试模 CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案 在模具制 造加工之前 在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析 准确预测熔体的填充 某些国外电加工机床具有内容丰富 实用可靠的工艺数据和专家系统 使模具的深 槽窄缝加工 微细加工 镜面加工等效率和质量大大提高 新的模糊控制系统具有 加工反力的监测和控制 提高了大面积加工的深度控制精度 电火花混粉加工技术 的应用有效地提高了模具表面质量 模具逆向工程技术 快速经济模具制造技术 三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用 对模具制造能力的提高也起到 了很大作用 随着计算机技术的发展应用 模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展 特 别是模具成型零件方面的软件等 这些技术采用计算机辅助设计 进而将数据交换 到加工制造设备 实现计算机辅助制造 或将设计与制造连成一体实现设计制造一 体化 1 2 课题分析 本课题內容是对苹果充电器外壳进行测绘 基于生产实践之上的对产品进行模 具设计 模具设计主要内容有型腔布局 浇口形式与位置 模胚选择 分型面的确 定 冷却系统设置 推出机构设置 注塑机台选择及注塑工艺分析等 根据塑料制品的要求 了解塑件的用途 分析塑件的工艺性 尺寸精度等技术 要求 本模具采用一模四腔布局 侧入式浇口进料 注射机采用 80XB 型号 设置 冷却系统 CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图 系统地运用简要的文字 简明的示 意图和和计算分析 从而作出合理的模具设计 选择合理的加工方法 模具方案确 6 定后进行工艺分析 根据此方案可以达到设计的预期效果 并且大大提高了注塑模 的质量 论文 7 2 塑件分析 2 1 产品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构 尺寸大小 精度等级和表面 质量要进行仔细研究和分析 只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模 具精度 课题目标产品是一个生活中常见的苹果充电器外壳 其零件外形如图所示 具 体结构和尺寸详见图纸 该塑件结构简单 生产量大 要求较低的模具成本 成型 容易 精度要求不高 8 产品 2D 3D 视图 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度 为降低模具的加 工难度和模具的制造成本 在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得 低一些 由于塑料与金属的差异很大 所以不能按照金属零件的公差等级确定精度 等级 根据任务书和图纸要求 本次产品尺寸均采用 MT5 级精度 未注采用 MT8 级 精度 塑件的表面要求越高 表面粗糙度越低 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部 要高 为 Ra0 8 内部为 Ra1 2 m m 2 2 塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料 它在一定的温度和压力下具有流动 性 可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸 并在成型固化后保持其既得形状而 不发生变化 塑料有很多优异性能 广泛应用于现代工业和日常生活 它具有密度 小 质量轻 比强度高 绝缘性能好 介电损耗低 化学稳定性高 减摩耐磨性能 论文 9 好 减振隔音性能好等诸多优点 另外 许多塑料还具有防水 防潮 防透气 防 辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能 此产品壁厚均匀 ABS 性能优良 成本低廉 符合需求生产量大的要求 容易 成型 对于本课题零件相当适用 所以在这选择其为产品的材料 2 3 塑件材料的性能分析 2 3 1 基本特性 ABS 是由聚氯乙烯共聚而成的 这三种组分的各自特性 使 ABS 具有良好的综 合理学性能 丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蚀性 耐热性及表面硬度 丁二烯使 ABS 坚韧 聚氯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能 ABS 价格便宜原料易得 是目 前产量最大 应用范围最广的工程塑料之一 是一种良好的热塑性塑料 ABS 无毒 无气味 呈微黄色 成型的塑料有较好的光泽 不透明 密度为 1 02 1 05g cm3 既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水 性 化学稳定性和电气性能 水 无机盐 碱 酸类对 ABS 几乎没有影响 ABS 不 溶于大部分醇类及烃类溶剂 但与烃长期接触会软化溶胀 在酮 醛 酯 氯代烃 中会溶解或形成乳浊液 ABS 表面受冰醋酸 植物油等化学药品的侵蚀时会引起应 力开裂 ABS 有一定的硬度 他的热变形温度比聚聚氯乙烯 聚氯乙烯 聚酰胺等 高 尺寸稳定性较好 易于成型加工 经过调色配成任何颜色 其缺点是耐热性不 高 连续工作温度为 70 左右 热变形温度约为 93 耐气候性差 在紫外线作用C C 下 ABS 易变硬发脆 ABS 的性能指标 密度 0 9 收缩率 1 016 熔点 3 dmKg C 160 3 弯曲强度 80Mpa 拉伸强度 35 49Mpa 拉伸弹性模量 1 8Gpa 弯曲弹性模量 1 4Gpa 压缩强度 18 39Mpa 缺口冲击强度 11 20 硬度 62 86HRR 体 2kJ 积电阻系数 ABS 的热变形温度为 93 118 制品经退火处理后还可提高cm 130 10 左右 ABS 在 40 时仍能表现出一定的韧性 可在 40 100 的温度范围内使 用 2 3 2 成型性能 10 ABS 易 吸 水 使 成 型 塑 件 表 面 出 现 斑 痕 云 纹 等 缺 陷 因 此 成 型 加 工 前 应 进 行 干 燥 处 理 ABS 在 升 温 时 黏 度 增 高 黏 度 对 剪 切 速 率 的 依 赖 性 很 强 因 此 模 具 设 计 中 大 都 采 用 点 浇 口 形 式 成 型 压 力 较 高 塑 件 上 的 脱 模 斜 度 宜 稍 大 易 产 生 熔 接 痕 模 具 设 计 时 应 该 注 意 尽 量 减 小 浇 注 系 统 对 料 流 的 阻 力 在 正 常 的 成 型 条 件 下 壁 厚 熔 料 温 度 对 收 缩 率 影 响 及 小 要 求 塑 件 精 度 高 时 模 具 温 度 可 控 制 在 50 60 要 求 塑 件 光 泽 和 耐 热 时 模 具 温 度 应 控 制 在 60 80 ABS 比 热 容 低 塑 化 效 率 高 凝 固 也 快 故 成 型 周 期 短 2 3 3 主要用途 ABS 在机械工业上用来制造壳体盖 泵业轮 轴承 把手 管道 管连接件 蓄 电池槽 冷藏库和冰箱衬里等 汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板 扶手 热空气 调节导管等 还可用 ABS 夹层板制小轿车车身 ABS 还可用来制造水表壳 纺织器 材 电器零件 玩具 电子琴及收录机壳体 食品包装容器 农药喷雾器及家具等 论文 11 3 成型布局及注塑机选择 3 1 进胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道 其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分 浇注系统设计的好坏 对塑件性能 外观及成型难易程度影响很大 它由主流道 分流道 浇口及冷料穴 组成 其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型 常向的浇 口形式有直接浇口 点浇口 点式浇口 扇形浇口 圆盘式浇口 环形浇口等 浇口的位置选择原则 浇口的位置与塑件的质量有直接影响 在确定浇口位置时 应考虑以下几点 1 熔体在型腔内流动时 其动能损失最小 要做到这一点必须使 1 流程 包括分支流程 为最短 2 每一股分流都能大致同时到达其最远端 3 应先从壁厚较厚的部位进料 4 考虑各股分流的转向越小越好 2 有效地排出型腔内的气体 由于本设计中塑件外表面质量要求较高 所以选用点浇口 点浇口在产品端面 处 成形后切除浇口 零件组装时浇口被遮挡起来 3 2 型腔的布局及成型尺寸 因为本设计中采用点浇口 且塑件的尺寸较大 为提高塑件成功概率 并从经 济型的角度出发 节省生产成本和提高生产效率 采用一模四腔 进行加工生产 成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定 需考量成形封闭结合面大小 太大造成 模具尺寸过大 成本浪费 太小易导致成型时溢料飞边 甚至型腔变形 因模具是 一模四腔 考量排布可得型腔长为 160mm 宽为 170mm 塑件的高度为 28 13mm 塑 件的大部分部胶位都留在型腔部分 型芯 型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20 12 40mm 因此得出成型型腔总体厚度为 100mm 型腔布局如图 型腔布局 3 3 估算塑件体积质量 本次设计中 塑件的质量和体积采用 3D 测量 在 UG 软件中 使用塑模部件验 证功能 可以测得塑件的体积为 7 05 ABS 的密度为 1 05 即可以得出3cm3 cmg 该塑件制品的质量约为 7 4g 3 4 注塑机的选择和校核 3 4 1 注射胶量的计算 模具设计时 必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定 注射量的 80 以内 校核公式为 论文 13 mn 8021 式中 型腔数量n 单个塑件的重量 g 1m 浇注系统所需塑料的重量 g 2 本设计中 n 4 7 4g 5g 12m m 4x7 4 5 0 8 即 m 34 6g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 34 6g 以上 3 4 2 锁模力的计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力 不然模具分型面要分开 而产生溢料 塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素 成型投影面积 2An 21 式中 n 型腔数目 单个塑件在模具分型面上的投影面积1A 浇注系统在模具分型面上的投影面积2 n 4 612 200 12m2 本设计中 4x612 200 26482An 锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定 10PA 腔锁 式中 锁模力 kN P锁 型腔压力 MPa 腔 A 成型投影面积 mm 2 一般熔料经喷嘴时其注射压力达 60 80MPa 经浇注系统入型腔时型腔压力通 常为 20 40MPa 这里取 30MPa 14 计算 A 1000 30 2648 1000 79 44 kN 取整 80 kN P腔 得出预选注塑机额定注塑压力为 80 kN 以上 3 4 3 注塑机选择确定 综合考虑以上因素 选定注射机为 80XB 其相关性能符合成型方案要求 以下 相关参数 型号 参数 单位 80 A 80 B 80 C 螺杆直径 mm 34 36 40 理论注射容量 cm3 111 124 153 注射重量 PS g 101 113 139 注射压力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 122 螺杆转速 r min 0 220 料筒加热功率 KW 5 7 锁模力 KN 800 拉杆内间距 水平 垂直 mm 365 365 允许最大模具厚度 mm 380 允许最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模开距 最大 mm 670 液压顶出行程 mm 100 液压顶出力 KN 33 液压顶出杆数量 PC 5 油泵电动机功率 KW 11 油箱容积 l 200 机器尺寸 长 宽 高 m 4 3 1 25 1 8 机器重量 t 3 22 最小模具尺寸 长 宽 mm 240 240 表 HTF80XB 注塑机参数 论文 15 4 注塑模具设计 4 1 模架的选用 4 1 1 模架基本类型 注射模具的分类方式很多 此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典 型结构如下 单分型面注射模 双分型面注射模 带有活动成型零件的模 侧向 分型抽芯注射模 定模带有推出机构的注射模 自动卸螺纹的注射模 热流道注射 模 4 1 2 模架的选择 根据对塑件的综合分析 确定该模具是单分型面的模具 由 GB T12556 1 12556 2 1990 塑料注射模中小型模架 可选择 FCI 型的模架 其基本结构如图所 示 模架结构图 16 CI 型模具定模采用两块模板 动模采用一块模板 又叫两板模 大水口模架 适合点浇口的注射成形模具 由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式 经过考虑分析 导柱导套 选择选正装 根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外 轮廓尺寸 以此分析计算 模架的长 L 型腔长度 170 复位杆的直径 螺钉的直径 模板壁厚 300mm 模架的宽 W 型腔宽度 160 导向杆的直径 模板壁厚 滑块厚度 300mm 根据成型型腔的尺寸 在计算完模架的长宽以后 还需要考虑其他螺丝导柱等 零件对模架尺寸的影响 在设计中避免干涉 参考成型型腔厚度 考虑模板强度要 求 定模板厚度取 100mm 动模板厚度取 70mm 考虑顶出行程要求 支撑板取 100mm 以满足 综上所述所选择的模架的型号为 CI 2020 A70 B30 C100 4 1 3 导向与定位机构设计 导向机构的作用 保证模具在进行开合模时 保证公母模之间一定的方向和位 置 导向零件承受一定的侧向力 起了导向和定位的作用 导向机构零件包括导柱 和导套等 1 导向结构的总体设计 1 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位 其中心至 模具边缘应有足够的距离 以保证模具的强度 防止压入导柱和导套后 发生变形 2 根据模具的形状和大小 一副模具一般需要 2 4 个导柱 如果 模具的 凸模与凹模合模有方位要求时 则用两个直径不同的导柱 或用两个直 径相同 但错开位置的导柱 3 由于塑件通常留于公模 所以为了便于脱模导柱通常安装在母模 4 导柱和导套在分型面处应有承屑槽 5 导柱 导套及导向孔的轴线应保证平行 6 合模时 应保证导向零件首先接触 避免公模先进入模腔 损坏成型零 件 论文 17 2 导柱的设计 1 有单节与台阶式之分 2 导柱的长度必须高出公模端面 6 8mm 3 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分 4 固定方式有铆接固定和螺钉固定 5 其表面应热处理 以保证耐磨 3 导套和导向孔 1 无导套的导向孔 直接开在模板上 模板较厚时 导向孔必须做成盲 孔 侧壁增加排气孔 2 导套有套筒式 台阶式 凸台式 3 为了导柱顺利进入导套孔 在导套前端应倒有圆角 r 一般情况下 导柱与导套共同使用 用于保证动模与定模两大部分内零件的准确 对合和塑料部品的形状 尺寸精度 并避免模内零件互相碰撞与干涉 起到合模导向 的作用 4 2 浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道 4 2 1 主流道设计 所选用 80XB 型注射剂喷嘴有关尺寸如下 喷嘴前段孔径 d0 3mm 喷嘴圆弧半径 R0 12mm 为了使凝料能够顺利拔出 主流道的小段直径 d 应稍大于喷嘴直径 d d0 0 5 1 3 5mm 主流道设计成圆锥形 其锥角 通常为 2 4 过大的锥角会才产生湍流或涡流 卷入空气 过小的锥角使凝料脱模困难 还会使冲模时熔体的流动阻力过大 此处 的锥角选用 1 主流道球面半径比喷嘴球面半径大 1 2mm 这里取主流道球面半 18 径 R16mm 经测量主流道长度 L 取 75mm 4 2 2 分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道 分流道应能满 足良好的压力传递和保持理想的填充状态 其作用是改变熔体流向 使其以平稳的 流态均衡地分配到各个型腔 分流道的长度应该尽可能短 折弯少 尽量减少流动 过程中的热量损失与压力损失 节约塑料的原材料和降低能耗 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 因此分流道表面 粗糙度值不要太低 一般取 Ra 为 1 6 m 本设计选择矩形截面的分流道 d 6mm 采用流道布局如图所示 流道布局 4 2 3 浇口的设计 点浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具 一般开设在分型面上 一般塑料熔 体从外侧充填模具型腔 其截面形状多为矩形 点浇口的宽度和深度尺寸作如下取 值 论文 19 点浇口 4 2 4 冷料穴的设计 主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料 因为最先流入的 塑料因接触温度低的模具而使料温下降 如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会 影响制品的质量 为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴 以便将这部分冷料存留起来 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上 其标称直径与主流道直径相同或略 大一些 这里取为 4mm 最终要保证冷料体积小于冷料穴体积 冷料穴的倒扣形式 有多种 这里采用 Z 倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式 它与推杆配用 开模 时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模 最后在推杆的作用下 将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模 如图 20 拉料针 4 3 分型面的设计 将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分 它们的接触表面分开时能 够取出塑件及浇注系统凝料 当成型时又必须接触封闭 这样的接触表面称为分型 面 它是决定模具结构的重要因素 每个塑件的分型面可能只有一种选择 也可能 有几种选择 合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件 选择分型面时 应从以下几个方面考虑 论文 21 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 2 使塑件在开模后留在动模上 3 分型面的痕迹不影响塑件的外观 4 浇注系统 特别是浇口能合理的安排 5 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上 6 使塑件易于脱模 综合考虑各种因素 并根据本模具制件的外观特点 采用平面分型面 并选择 在塑件的最大平面处 开模后塑件留在动模一侧 如图所示 分型面的选择 4 4 成型零部件的设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔 构成模具型腔的零部件称 成型零部件 一般包括型腔 型芯 型环和镶块等 成型零部件直接与塑料接触 成型塑件的某些部分 承受着塑料熔体压力 决定着塑件形状与精度 因此成型零 部件的设计是注射模具的重要部分 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击 和摩擦作用 长期工作后晚发生磨损 变形和破裂 因此必须合理设计其结构形式 准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度 刚度和良好的表面质量 4 4 1 成型零部件结构 成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下 从便于加工 装配 使用 维修等角度加以考虑 型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件 本设计中采用嵌入式型腔及型芯 如图所示 其特点是结构简单 牢固可靠 不容易变形 成型出来的制品表面不会 22 有镶拼接缝的溢料痕迹 还有助于减少注射模中成型零部件的数量 并缩小整个模 具的外形结构尺寸 不过模具加工起来比较困难 要用到数控加工或电火花加工 型腔 3D 图 论文 23 型芯 3D 图 4 4 2 成型零部件工作尺寸的计算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸 主要有 型腔和型芯的径向尺寸 型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯之间的位 置尺寸 以及中心距尺寸等 在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度 等级 影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率 模具成型零部件的制造误差 模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差 这些影响因素也是作为确定成 型零部件工作尺寸的依据 由于按平均收缩率 平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的 误差 因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定 这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸 塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后 因冷却及其它原因会引起尺寸 24 减小或体积缩小 收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一 选定 ABS 材料的平均 收缩率为 0 5 刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为 A B 0 005B 式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸 4 4 3 凹模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 L S1 27 12 0 05 27 26 0 70MM 相应的塑件制造公差 LM1 1 S CP LS1 X1 P 1 00 22 1 0 005 27 12 0 6 0 7 00 21z 2z 1z 2z 2 27 2600 22mm 式中 是塑件的平均收缩率 ABS 的收缩率为 1 2 所以平均收缩率cpS 是系数 一般在 0 5 0 8 之间 此处取05 264 cp 1x2x 分别是塑件上相应尺寸的公差 下同 是塑件上相 021x21 21 z 应尺寸制造公差对于中小型零件取 下同 6z 4 4 4 凹模长度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 L S1 28 13 0 05 28 271 20MM 相应的塑件制造公差 3 1 2MM LM1 1 SCP LS1 X3 P 1 00 2 1 0 005 28 13 0 5 1 2 00 2 28 21z 2z 1z 2z 700 2MM 式中 是系数 一般在 0 5 0 8 之间 此处取 21x 6 5 021 x 4 4 5 凹模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 H S1 28 13 0 05 28 27 0 040MM 相应的塑件制造公差 0 1mm HM1 1 SCP HS1 X1 P 1 1 0 005 28 13 0 7 0 4 00 067 28 2700 067MM1z 2z 1z 2z 式中 是系数 一般在 0 5 0 7 之间 此处取 x 5 7 21 x 4 4 6 凸模宽度尺寸的计算 论文 25 塑件尺寸的转换 L S 22 3 0 05 22 4200 7MM 相应的塑件制造公差 0 7mm LM 1 SCP LS X P 1 0 005 22 3 0 6 0 7 0 1170 1z 2z 1z 2z 22 42 1170 MM 式中 是系数 一般在 0 5 0 7 之间 此处取 x 6 0 x 4 4 7 凸模长度的计算 塑件尺寸的转换 LS 23 3 0 05 23 5101 02MM 相应的塑件制造公差 1 02mm LM 1 SCP LS X P 1 0 005 23 3 0 65 1 02 0 170 1z 2z 1z 2z 23 51 0 170 MM 式中 是系数 知一般在 0 5 0 7 之间 此处取 x 65 0 x 4 7 8 凸模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 HS 28 13 0 02 28 270O 4MM 相应的塑件制造公差 o 4mm HM 1 SCP H S X P 1 0 005 40 0 6 0 4 0 170 1z 2z 1z 2z 40 46 0670 MM 式中 是系数 可知一般在 0 5 0 7 之间 此处取 x 6 0 x 4 4 9 模具强度与刚度校核 普通意义上的模具强度包括模具的强度 刚度 模具的各种成型零部件和结构 零部件均有强度 刚度的要求 足够的强度才可以保证模具能正常工作 由于模具形式较多 计算也不尽相同且较复杂 实际生产中 采用经验设计和 强度校核相结合的方法 通过强度校核来调整设计 保证模具能正常工作 模具强度计算较为复杂 一般采用简化的计算方法 计算时采取保守的做法 原则是 选取最不利的受力结构形式 选用较大的安全系数 然后再优化模具结构 充分提高模具强度 为保证模具能正常工作 不仅要校核模具的整体性强度 也要 校核模具局部结构的强度 整体性强度主要针对型腔侧壁厚度 型腔底板厚度 合模面所能承受的压力等 几个方面 实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整 校核时应从强度与弯曲两个方面 分别计算 选取较大的尺寸 26 4 6 脱模及推出机构 4 6 1 脱模力 脱模力的产生范围 脱模 塑件在模具中冷却定型时 由于体积收缩 产生包紧力 不带通孔壳体类塑件 脱模时要克服大气压力 机构本身运动的磨擦阻力 塑件与模具之间的粘附力 初始脱模力 开始脱模进的瞬间防要克服的阻力 相继脱模力 后面防需的脱模力 比初始脱模力小 防止计算脱模力时 一般 计算初始脱模力 脱模力的影响因素 a 脱模力与塑件壁厚 型芯长度 垂直于脱模方向塑件的投影面积有关 各 项值越大 则脱模力越大 b 塑件收缩率 弹性模量 E 越大 脱模力越大 c 塑件与芯子磨擦力俞大 则脱模阻力俞大 d 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素 则型芯斜角大到 塑件则自动 脱落 4 6 2 推出机构 塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程 使塑件从成 型零部件上脱出的机构称为脱模机构 主要由推出零件 推出零件固定板和推杆 推出机构的导向和复位部件等组成 脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构 机动推出机构 液压和 气动推出机构 根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构 推管推出机构 推杆 推出机构 推块推出机构 利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等 脱模机构的选用原则 1 使塑件脱模时不发生变形 略有弹性变形在一般情况下是允许的 但不 能形成永久变形 论文 27 2 推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排 3 推杆的受力不可太大 以免造成塑件的被推局部产生隙裂 4 推杆的强度及刚性应足够 在推出动作时不产生弹性变形 5 推杆位置痕迹须不影响塑件外观 考虑到塑件的特征等要求不高 决定选用简单推出机构中最简单 使用最广泛 的推杆推出机构 推杆将塑件从动模的型芯推出脱模 由于设置推杆的自由度较大 而且设计推杆截面为圆形 这样制造 修配方便 容易达到推杆与模板或型芯上推 杆孔的配合精度 推杆推出时运动阻力小 推出动作灵活可靠 推杆损坏后也便更 换 因此选择推杆机构推出是最合理的 该塑件采用了推杆 其分布情况如图所示 这些推杆的作用 使制品受推出力 从而脱模 推杆机构设计 28 4 7 冷却系统的设计与计算 注射模的温度对于塑料熔体的充模流动 固化成型 生产效率以及制品的形状 和尺寸精度都有影响 对于任一个塑料制品 模具温度波动过大都是不利的 过高 的模温会使塑件在脱模后发生变形 若延长冷却时间又会使生产率下降 过低的模 温会降低塑料的流动性 使其难于充模 增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷 由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同 对模具温度的要求也不相同 一般注射 到模具内的塑料粉体的温度为 左右 熔体固化成为塑件后 从 左右的C 20 C 60 模具中脱模 温度的降低是依靠在模具内通入冷却水 将热量带走 对于要求较低 模温 一般小于 的塑料 仅需要设置冷系统即可 因为可以通过调节水的 80 流量就可以调节模具的温度 4 7 1 冷却水道设计的要点 a 冷却水孔的数量越多 对塑件冷却也就越均匀 b 冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离 即将孔的排列与型腔的形状 一致 c 塑件局部壁厚处 应加设冷却装置 当设计冷却孔直径为 D 时 它的孔距 最好为 5D 孔与型腔的距离为 3D d 当大型塑件或薄壁零件成型时 料流较长 而料温越流越低 可以适当地 改变冷却水道的排列密度 e 冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分 以免熔接不牢 降低强度 f 冷却水道不应穿过接缝部分 以防漏水 g 冷却水道内不应有存水或产生回流的部分 h 浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴 是模具上最热的部分 应加强冷却 有时应考虑进料嘴单独冷却 i 进出水水嘴接头 应设在不影响操作的方向 尽可能设在模具的同一侧 通常在注塑机操作的对面 j 如果型芯太长 冷却水道无法开设 则可以选用热导系数较大的材料 在 型芯下部采用喷水法进行冷却 论文 29 4 7 2 冷却水道在定模和动模中的位置 冷却水道的位置取决于制品的形状和定 动模板的厚度 原则上冷却水道应设 置在塑料向模具热传导困难的地方 根据冷却系统的设计原则 冷却水道应围绕模 具所成型的制品 且尽量排列均匀一致 不少小型模具的型腔时直接在模板上加工 而成的 也可以采用拼镶结构 但是由于模具尺寸较小 所以型腔与型芯的镶件尺 寸更小 对于这类模具 可以直接在模板上设置冷却水道 在模板上直接设置冷却水道 同样应遵循冷却系统的设计原则 使冷却水道尽 量靠近型腔表面和尽量围绕型腔 使制品在成型过程中冷却均匀 本设计中型芯型腔各一组冷却水回路 此方式冷却快速 塑件冷却均匀 确保 尺寸变形一致 冷却水路排布如图所示 模具冷却水路图 30 4 7 3 冷却水道的计算 冷却计算 单位时间内进入模具应除去的总热量 Q 可以用参考文献中的公式 计算 5 Q W1 a 式中 W 1 单位时间内进入模具的塑料的重量 g a 克塑料的热容量 J g 经计算 Q 34 6 1 1 1 6 130 3092 3J 则带走上述热量 所需的冷却水量按下式计算 134 WaKT 式中 W 通过模具冷却水的重量 g h T3 出水温度 T4 入水温度 K 热传导系数 经计算 W 378 997 g h 由下式可以计算出冷却水道的直径 WdL 式中 冷却液容重 kg cm3 0 001 kg cm L 冷却水道长度 cm L 12 7cm d 冷却水道直径 cm 经计算 d 5 895 cm 取 6mm 4 8 排气结构设计 排气是注射模设计中不可忽视的一个问题 在注射成型中 若模具排气不良 特别是快速注射成型工艺的发展 对注射模的排气系统要求就更为严格 在塑料熔体充模过程中 模腔内除了原有的空气外 还有塑料含有的水分在注 射温度下蒸发而成的水蒸气 塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体 塑料中 论文 31 某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体 常用的排气方式有利用配合间隙排气 在分型面上开设排气槽排气 利用推杆运动间隙排气等 由于本次设计中模具尺寸不大 本设计中采用间隙排气的方式 而不另设排气 槽 利用间隙排气 以不产生溢料为宜 4 9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 1 模具长宽尺寸 模具长宽尺度必须小于注塑机拉杆间距 本设计选用机台拉杆间距为 365 365 模具长宽为 350 x300 经核算机台选用合适 2 模具厚度 闭合高度 模具闭合高度必须满足以下公式 maxminH 式中 注射机允许的最大模厚i 注射机允许的最小模厚max 本设计中模具厚度为 370mm 150 H 380 符合要求 3 开模行程 S 模具开模后为了便于取出制件 要求有足够的开模距离 所谓开模行程是指模 具开合过程中动模固定板的移动距离 注塑机的开模行程是有限的 设计模具必须校核所选注射机的开模行程 以便 与模具的开模距离相适应 对于卧式注射机 其开模行程与模具厚度有关 对于单 分型面注射模应有 Smax S H1 H2 H3 C 式中 H1 模具厚度 H2 顶出行程 H3 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 C 安全距离 32 本设计中 670 370 mm 30mm H3 170mm C 取 30mmmaxS1H2 总的开模距离需要 S 600mm 以上 经计算 符合要求 论文 33 5 结语 本次模具设计课题 通过对塑件的工艺分析 确定模具的总体设计 并进行各 个子系统的设计 所设计的模具能满足其工作状态的质量要求 使用时安全可靠 易于维修 在注塑成型时有较短的成型周期 成型后有较长的使用寿命 具有合理 的模具制造工艺性 通过以上工作 我对一套模具从设计到加工的全过程有了清醒而直观的认识 了解了注塑模的工作原理 对模具中型腔等主要零件的设计及精度的确定具备了一 定的经验知识 能够对模具设计中常出现的问题提出了合理的解决方法 能够正确 地选取注塑机 确定模架的结构及尺寸 确定型腔数 选择分型面 设计浇注系统 抽芯机构等 由于知识及实践经验的缺乏 在设计过程中 零件加工精度的确定尚 存在许多不足之处 在以后的工作 学习中还有待改进 34 致谢 在为期三个月的毕业设计过程中 我深深地感觉到基础知识的重要 通过这次 设计我又重新温故 受益非浅 在设计中对 Auto CAD UG 等绘图软件的应用更加 熟悉 但是对于某些方面还是运用不够灵活 在模具设计中 参照模具设计手册 设计出了较为合理的模具 但在一些细节问题的处理上仍欠缺考虑 掌握了简单零 件的分型 对于比较复杂的平面的模具设计仍需要继续学习 整个毕业设计过程中 我学到了很多东西 对待设计的严谨 工作态度的严肃认真 设计中承蒙老师的悉心指导和帮助 在毕业设计过程中提供了很多宝贵的资料 设计和方向 设计思路 以及模具结构原理方面的知识 在此向他表示衷心的感谢 因本人工程实践经验与理论水平有限 时间较短 设计过程中难免存在错误 恳请 广大老师不吝批评指正 论文 35 附图 2D 3D 装配图 36 参考文献 1 曹宏深 赵仲治主编 塑料成型工艺及模具设计 北京机械工业出版社 1993 2 黄虹主编 塑料成型加工与模具 化学工业出版社 2003 年 3 月第一版 3 黄锐主编 塑料工程手册 下册 第四章节 机械工业出版社 4 宋卓颐 史勤芳 房双宽 赵永仙编着 塑料原料与助剂 科学技术文献出版社 2003 年 9 月第 1 版 5 黄锐主编 塑料成型工艺学 第二版 中国轻工业出版社 1997 年 5 月第 2 版 6 塑料模设计手册 软件版 机械工业出版社 7 王文广 田宝善 田雁晨 主编 塑料注射模具设计技巧与实例 化学工业出版社 2004 年 1 月第 1 版 8 田春年主编 塑料注射成型模具结构设计图册 北京 轻工业出版社 1998 8 Donggang Yao Scaling Issues in Miniaturizaton of Injection Molded Parts Journal of Manufacturing Science and Engineering November 2004 Vol 126 733 9 The Thickness Profile of Ultra High Molecular Weight Polythene Films During Sequential Biaxial Drawing Polymer Engineering and Science January 2003 Vol 43 No