磁带机面板注射模具设计论文

毕业设计（论文） 题 目： 磁带机面板注塑模具设计 学 生： 邹 宗 胜 指导老师： 范 有 发 副教授 系 别： 材料科学与工程系 专 业： 模具设计与制造 班 级： 模具 061 学 号： 2009 年 6 月 目 录 目目 录录I I 摘要摘要IIIIII 1.1.选题背景选题背景1 1 1.1 塑料模具的发展状况及地位 1 1.2 选择磁带机面板形件的背景及意义 2 1.3 选材及性能分析 2 1.3.1 ABS .2 1.4 设计内容 4 1.5 应解决的主要问题 4 2.2.塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析4 4 2.1 塑料材料 4 2.2 尺寸和精度 5 2.3 结构特点 5 3.3.塑件成型方案设计塑件成型方案设计6 6 3.1 分型面选择 6 3.2 型腔数确定 7 3.3 浇注系统类型与位置选择 8 3.3.1 浇口的选择 8 3.3.2 浇口尺寸的确定 9 3.4 成型零件结构设计 .10 3.5 脱模结构设计 .11 3.5.1 脱模力计算 .11 3.5.2 脱模机构的选用及布局 .11 3.5.3 凝料脱出机构的设计 .13 3.6 导向、定位机构设计 .13 3.6.1 导向机构的作用 .13 3.6.2 导向机构结构及设计 .13 3.7 侧抽芯结构设计 .14 根据抽芯行程 S=80MM.14 3.8 模具冷却系统设计 .15 3.8.1 制品所需冷却时间的计算15 3.8.2 冷却介质一边所需传热面积的设计计算15 3.9 模架选用 .16 4.模具结构设计.16 4.1 模具成型零部件设计 .16 4.1.1 成型零件重要工作尺寸计算 .16 4.1.2 成型零件结构设计 .17 4.1.3 排气方式及排气槽的设计 .19 4.2 模具强度与刚度计算 .19 4.2.1 型腔(上模)的侧壁和底板厚度计算19 4.3 塑件基本参数 .21 4.4 注塑机参数校核 .21 4.4.1 最大注塑量 .21 4.4.2 锁模力校核 .22 4.4.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 .22 4.4.4 开模行程校核 .22 4.5 模具结构总图绘制 .23 4.6 成型零件的加工工艺 .25 4.6.1 选材 .25 4.6.2 型腔的加工25 6.6.结束语结束语2727 致谢致谢2828 参考文献参考文献2929 磁带机面板塑料件模具设计 摘要 本课题设计的产品是磁带机面板形件。首先，对材料性能进行分析，选用 ABS 作为制 件材料。然后，对制件做总体分析，该制件的结构不是很复杂，精度要求也不高，最大的 难点是侧抽芯成型，通过对产品结构设计、生产效率等方面的综合分析，决定采用侧抽芯。 课题的另一个难点也是重点就是进料问题，不能在制件表面留下熔接痕，通过对分型面的 选定结合制件的实际情况选用潜伏式浇口。最后，对产品进行工艺分析、模具的设计及注 塑机相关参数的校核。重点一是产品结构工艺分析，在符合使用要求的情况下，尽量简化 产品模具的生产，另一个是模具结构的设计，设计合理的模具，以满足制件结构和精度的 要求，合理安排加工工艺，完成加工要求的前提下降低模具制造成本。 1.1.选题背景选题背景 1.11.1 塑料模具的发展状况及地位塑料模具的发展状况及地位 模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重 视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080% 的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高 一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大 器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生 产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，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。 现代工业的飞速发展为素有“工业之母”美誉的模具工业带来前所未有的发展机遇， 而模具材料的应用在模具制造中起举足轻重的作用。塑料，作为重要的模具材料之一， 随着家电、汽车、电子、电器、通讯产品的迅猛发展而得到更为广泛的应用。塑料模具， 成为时下模具品种之“关键词” 。近年来,我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具 在整个模具行业中约占 30%左右。当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其 中发展重点为工程塑料模具。我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要 求，仅汽车行业将需要各种塑料制品 36 万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过 1000 万台；彩电的年产量己超过 3000 万台。家电行业近期家电业所需模具量年增长率 为 10%。一台电冰箱约需模具 350 副，价值约 400 万元；一台全自动洗衣机约需模具 200 副，价值 3000 万元；一台空调器仅塑料模具就有 20 副，价值 150 万元；单台彩电 大约共需模具 140 副，价值约 700 万元。则仅彩电模具每年就有约 28 亿元的市场。随 着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、 壁厚等都提出新要求。业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品） 的注塑模具将得到市场的欢迎。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将 逐步提高，且发展速度将高于其他模具。 塑料成型模具的发展方向包括：模具 CAD/CAE/CAM 技术应用的普及，以提高模具 制造精度，缩短制造周期；模具零件加工和装配朝着“零公差”要求发展；模具结 构设计往“免试模”方向发展；精密注射成型设备向超高速、全电动、智能化等方向 发展。 在此背景下，如何更深入地认识塑料模具的发展状况并把握其市场走向，成为重要 课题。而站在塑料制件模具的设计生产去探求此课题的实质与内涵，成为最佳视角。 1.2 选择磁带机面板形件的背景及意义 磁带机面板形件结构虽然不是很复杂但五脏具全，包含了常见塑料模具的各个 部分，能达到综合训练自己设计水平的目的，而且磁带机面板形件是日常用品，能充 分做到理论结合现实生活的实际情况，我们能做到同时站在生产方和使用者的角度来 考虑产品的设计，可以结合自己对产品使用性能的一些需求来改进产品的设计方案， 使产品模具设计更具实际意义。 1.3 选材及性能分析 本课题是普通日常用品，产品外形尺寸为 107X75（单位毫米） 。该产品对材料没有 什么特殊要求，因此选用 ABS 即可。 1.3.1 ABS (1) ABS 名称： a.化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物； b.英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene ； (2) 性能： 物理性能 ABS 树脂无毒、无嗅、坚韧、质硬、呈刚性，有较好的耐低温性和耐蠕变性。ABS 树脂不透水，常温下吸水率1，表面可抛光。 机械性能 冲击强度:ABS 树脂有极好的冲击强度，而且在低温下强度下降不多。冲击强度的大 小主要与橡胶含量、接枝率和橡胶形态等因素有关。 拉伸强度 ABS 树脂的拉伸强度一般为 3550MPa，相氏横量为 1.42.8GPa，屈服伸率 24。 压缩强度:ABS 的压缩强度比拉伸强度大。标准 ABS 树脂在 14.1MPa 压缩负荷下， 50经 24 小时，尺寸变化不超过 0.21.7。 A.弯曲强度 ABS 树脂的弯曲强度可达 2870MPa。 B.耐磨性 ABS 树脂扽爱模型能很好，虽不能作自润滑材料，但由于有良好的尺寸稳 定性，故可做中等负荷的轴承。 C.抗蠕变性 ABS 树脂的抗蠕变性视品种不同而异，超高冲 ABS 制品可承受 7MPa 负 荷，而尺寸不变化。 热电性能 一般 ABS 的热变形温度为 93，耐热级可达 115，脆化温度可达-7，通常在- 40时仍有相当强度。ABS 制品的使用温度为-40100.ABS 的热稳定性差，250时 既能分解产生有毒的挥发性物质。一般 ABS 易燃，无自熄性。 电性能 ABS 有良好的电绝缘性，且很少受温度、湿度影响，能在很大频率范围的保持恒定。 化学性能 ABS 树脂对水、无机盐、碱及酸类几乎完全呈惰性，能溶于酮、醛、酯和氯化烃， 而不溶于大部分醇类和烃类溶剂，但与烃类长期接触后软化和溶胀。ABS 表面受冰醋酸、 植物油等化学品的侵蚀能引起应力开裂。 密度：1.021.16g/cm3； 注射速度：建议使用快速的注射速度。 流道和浇口：可以采用所有常规类型的浇口； (3) 成型工艺特点: a.干燥处理：ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件 为 80-90 下最少干燥 2 小时； C b.熔化温度：210-280 ；建议温度：245 ； C C c.模具温度：25-70 （模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）C ； d.注射压力：500-1000Pa； e.注射速度：中高速度 f.成型收缩率:0.4-0.7% 1.4 设计内容 本课题是在给定二维产品图纸和塑料件实样的基础上，对塑料件进行注射成型分析， 确定模具结构，选择注塑机型号，完成模具设计。 基本内容包括： （1) 根据产品的二维图纸利用三维建模平台建立三维模型： 主要是根据二维图纸利用 PROE 软件进行造型，并利用软件测得本产品的体积和重 量； （2） 利用二维绘图软件平台设计出完整的模具装配图和零部件图： 主要是利用所学的知识对塑料件进行注射成型分析确定合理的模具结构，并利用 AutoCAD 软件进行绘制出完整的模具装配图和零件图，并打印出来； （3） 编制模具主要零件的制造工艺和模具装配工艺； （4）完成毕业论文：应包括所有的说明、分析和计算。 1.5 应解决的主要问题 结合磁带机面板形件注射成形工艺及模具设计的特点，本课题应解决的主要问题: 侧抽芯机构设计； 塑件设计怎么反映工艺、成型指标； 型芯抽芯的驱动力来源； 推杆的分布要保证推出力均衡且不影响制件的外观； 进料不能影响制件外观 此外，成型设备的改造也是必须考虑的一个重要问题。 2.塑件成型工艺性分析 2.1 塑料材料 (1) 材质：丙烯睛丁二烯苯乙烯共聚物（ABS,橙黄色） (2) 工艺参数： 成型收缩率：0.4%-0.7% ； 成型温度： 前段 160180 ;中段：210-260 ;后段：210-260 ；喷嘴： C C 210-260 ； C 模温：40-80 ； C 注射压力：80-130MPa (3) 成型性能：在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，尺寸稳定性好，制 品表面光泽度高，具有良好的涂装性和染色性，而且绝少出现塑后收缩。 2.2 尺寸和精度 尺寸： 这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小。由于受塑料流动性的影响，对 流动性差的塑料或薄壁制件，在注射或压住成型时塑件的尺寸不能太大，以免塑料容体 充不满模具型腔或使产生的熔接痕强度过差，从而使塑件不能正常成型或对塑件的外观 和强度产生影响。此外，塑件尺寸还受现有的成型设备规格，参数等的影响。 尺寸精度：塑料制件尺寸公差：塑件图上无公差要求的默认为 8 级精度，本人所选 塑件材料为丙烯氰丁二烯苯乙烯共聚物，故定塑件的等级为：5 级精度。螺纹及与 配件相配合部分的尺寸精度要求较高，装配后无松动，相配件外轮廓形状应吻合，过渡 平顺。 2.3 结构特点 深腔薄壁罩形件，均匀壁厚 23mm， 上表面要无接痕，光亮。 制件二维截图如图 2-1 所示。 图 2-1 制件的二维图 结论：采用普通热塑性塑料注射模成型即可，塑件精度 MT5 级；模具精度 IT11 以上 3.塑件成型方案设计 3.1 分型面选择 如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型 位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的 制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几 种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面【1】，为保证制件能顺利地从型腔中脱出 且便于模具加工，一般应考虑以下几种因素： 第一，分型面必须开设在制件断面轮廓最大的地方。 第二，分型面处不可避免地会在塑件上留下溢料痕迹，故分型面最好不要选择在制 品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 第三，从制件的推出装置考虑，分型时要尽可能地使制件留在动模。 第四，为保证制件相关部位的同心度出发，同心度要求高的塑件，取分型面时最好 把要求同心的部分放在分型面的同一侧。 第五，有侧凹或侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，一般将抽芯或分型距离 较长的一边放在动定模开模的方向上。 第六，为了便于模具加工制造，应尽量选择平直且易于加工的分型面，且分型面的 位置要有利于制品排气、脱模。 结合课题中制件(图 3-1)实际情况. A A 图 31 分型面 选在塑件最大轮廓面上可选 A-A 便于脱模可选 A-A 综合考虑：选 A-A 为分型面 3.2 型腔数确定 1) 设备注射量一模多件不成问题； 2) 生产批量较大可考虑一模两件或四件； 3) ABS 料成型性能和塑件精度要求一模多件也不成问题； 4) 塑件结构、模具复杂程度一模两件较合适； 制件及浇注系统的排布如图 3-2。 图 3-2 浇注系统 综合考虑：选用一模两件 3.3 浇注系统类型与位置选择 3.3.1 浇口的选择 薄壁深腔罩形件侧浇口不可行，排气困难，充模不平衡，侧面熔接痕影响外 观； B-B 分型面，且制件轴向有通孔，点浇口、直浇 口不可行； 便于充模、排气顶部进料； 为减小模具高度，简化模具结构， 点浇口不可行； 图 3-3 潜伏式浇口 为了便于抽芯且不影响螺纹成型， 适合采用潜伏式浇口； 综合考虑：潜伏式浇口，顶部进料(如 3-3 所示)。 3.3.2 浇口尺寸的确定 根据参考文献2，主流道与喷嘴接触处做成半球形的凹坑，凹球半径比喷嘴大 12mm，设置为 10.5 mm，使喷嘴与凹球严密地配合，避免高压塑料熔体溢出。主流道 小端尺寸应比喷嘴孔直径约大 0.51 mm 以上，一般在 48mm 范围内。本课题制件 为普通大小的尺寸，将小端尺寸设为 4mm，锥角取 2 度。如图 3-4 所示： 图 3-4 主流道尺寸 分流道指主流道末端到浇口的整个通道。分流道的功能是使融体过渡和转向，分流 道截面尺寸应根据塑件的体积、形状、壁厚、分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小 于 3 毫米，质量在 200 克以下的塑件可以用下面的经验公式来确定分流道的直径： (3-1) 1/4 0.2654/2DWL 其中，D-分流道直径（mm） W-塑件的质量（g） L-分流道长度（mm） 该制件质量约为 10g，由此可计算分流道直径 D=M 塑件+M 浇式中： M 机注塑机的最大注塑量，单位 g。 M 机=(M 塑件+M 浇)/0.85=（2*10+4.23）/0.8528.5g M 机=75g28.5g 所以满足要求。 4.4.2 锁模力校核 锁模力是注射机锁模装置施加于模具的最大夹紧力。锁模力的作用在于平衡和克服 模腔压力产生的使模具沿分型面张开的力，保持模具紧密锁合，防止溢料。注射机锁摸 力与模腔压力的关系可用下式表示： F0 kP0A (5-1) F0注射机锁模力； k安全系数，一般取 1/32/3； P0注塑机料筒内螺杆或柱塞施于塑料熔体的压力（30Mpa50MPa） ； A塑件和浇注系统在分型面上的投影之和； A=226.476+650=4312.8mm2 FOkP0A=2/3504312.8=143.76KN 因为 F0=450KN143.76KN，满足要求。 4.4.3 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 a.模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相适合。 即模具长宽H 模Hmin，故满足要求。 4.4.4 开模行程校核 注射机的开模行程为 406mm，其中 H1=14mm，H2=110mm， 由校核公式： SH1+H2+（5-10）mm (5-2) H1推出距离，单位 mm； H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位 mm； S机注塑机最大开模行程。 S机=406mm14+110+10=124mm 故开模行程满足要求 综上可得该注射机选择合理。 4.5 模具结构总图绘制 模具有四个则抽心采用斜导柱抽心 （a） （b） （c） 图 4-4 模具总装图（a） （b）(c) 4.6 成型零件的加工工艺 4.6.1 选材 由于此塑件的材料是ABS。普通成型，对成型零件的各种性能要求都不高。型芯和 型腔材料均选用P20。该钢材切削性、焊接性优越钢材；洁净度高，具有良好的镜面精 加工性能；出厂硬度：（硬化及回火）HB330370 HRC 3438；硬度和光洁度、耐 磨性都较好，且价格比较便宜。 4.6.2 型腔的加工 由于受篇幅的影响只列出上模板型腔的工艺分析 型腔（上模板）的加工工艺的具体的加工流程如表 4-2【3】： 图 4-5 型腔 表 4-2 型腔具体的加工流程 工艺序号工艺名称加工内容及技术说明 10锻造将坯料反复锻造成 500mm400mm80mm 后退火，以改 善其内部组织 20退火消除残余应力，改善起切削加工性能 30刨（铣）刨（铣）六面，并保证垂直度留研磨余量 0.81mm 40磨基准面主要是上下平面及相邻两侧面，表面粗糙度 Ra1.6m 50划线按图样在上下平面有钳工划出型孔及安装孔 60铣铣出镶块的台阶，型腔的粗加工，单边余留量 0.30.5mm 70电火花根据型腔的形状制作电极，电火花处理达到型腔的尺寸要求 80热处理按图样要求淬火.回火处理 90抛光对型腔的重要尺寸和配合尺寸进行抛光 100退磁退磁处理,减少磁性对电加工的影响 6.结束语 本人设计的产品是磁带机面板形件。改产品对外观有一定要求，强调外表轮廓的统 一性，结构不是很复杂，尺寸精度要求也不高，然而， “麻雀虽小，五官具全” 。该产品 的模具具备了塑料模具的各种典型的特点。经过这阶段的毕业设计工作，我对塑料注射 成型工艺及塑料模具设计的相关知识有了较全面的认识和掌握，特别是对塑料注射模具 的成型零件结构、模温控制系统、型腔排气系统、塑件的脱模机构、液压抽芯机构、模 具刚度增强机构等方面的设计要点有了较为深入的研究，同时对模具成型零件的加工方 法也有了更多的了解。通过本次课题的研究，获得了以下几点结论： （1）在整个设计过程中，确定分形面进行型腔布局是关键。 （2）模具机构复杂等原因，给塑件的成型带来困难，合理的模具结构设计是保证 塑件达到高精度要求的必要条件。 （3）侧抽芯应用在模具抽芯上可以实现任意方向的抽芯，并且可以实现长抽芯距 抽芯，在很多场合可以替代斜导柱抽芯，液压缸抽芯同时还可以简化模具结构，便于安 装等优点，但占用的空间比较大。 （4）生活中的绝大多数瓶盖类制品都带有外螺纹，瓶盖类制品具有用量大、精度 要求高的特点，进行该工艺方法的研究有助于探索一条大批量生产带螺纹塑件的高效、 节能方法，具有重大的经济和社会效益。 （5）模具设计过程中应全面考虑，定下总体方案先画出二维草图，再根据设计过 程中出现的问题做适当的调节和修改，此外，设计时应多为实际生产做考虑，在符合产 品要求情况下尽量降低加工难度和成本。 由于时间的限制，本课题设计的磁带机面板形件模具尚未完成实际制造，且塑