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LED导光柱注塑模具设计【12张图纸】【优秀】

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1 LED装配图A0.dwg

10 浇口套A4.dwg

11 推杆A4.dwg

12 导套A4.dwg

2 模架A1.dwg

3 型腔A1.dwg

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

1.1.1 本课题的研究内容1

1.1.2 本课题的意义2

1.2 国内外的发展概况3

1.2.1 注塑模具国外研究现状3

1.2.2 注塑模具国内研究现状3

1.2.3 注塑模具发展趋势4

1.3 本课题应达到的要求4

2 塑料制件的工艺性5

2.1 塑料的基本组成及分类5

2.2 塑件材料的物理性质及其用途和成型特点8

2.2.1 塑件材料物理性质8

2.2.2 主要用途以及成型特点9

2.3 LED导光柱的几何结构9

2.4 LED导光柱相关数据的确定12

2.4.1 塑件厚壁的确定12

2.4.2 脱模斜度的确定13

2.4.3 圆角的的确定13

2.4.4 LED导光柱的体积及质量13

3 注射成型原理以及注塑机的选择14

3.1 注射成型原理14

3.1.1 柱塞式注塑机注射成型原理14

3.1.2 螺杆式注塑机注射成型原理14

3.2 注射成型工艺16

3.2.1 成型前的准备16

3.2.2 注射过程16

3.2.3 塑件的后处理16

3.3 注塑机的选择17

3.3.1 注塑机的分类17

3.3.2 注塑机的类型选择18

3.3.3 注塑机参数的校核19

4 分型面的选择与浇注系统的设计21

4.1 分型面及其选择21

4.1.1 型腔数目的确定和布置21

4.1.2 分型面的形式22

4.1.3 分型面的设计原则22

4.2 浇注系统的设计22

4.2.1 普通浇注系统设计的基本原则23

4.2.2 主流道的设计23

4.2.3 分流道的设计24

4.2.4 浇口的设计25

5 成型零部件设计27

5.1 成型零件的结构设计27

5.1.1 凹模的结构分析27

5.1.2 型芯和成型杆的结构分析27

5.2 影响塑料尺寸精度的主要因素27

5.2.1 塑料制品的成型收缩27

5.2.2 模具成型零件的制造公差δz28

5.2.3 模具成型零件的磨损δc28

5.3 成型零件的工作尺寸的计算28

6 导向机构和推出机构的设计31

6.1 导向机构的设计31

6.1.1 导向机构的功用31

6.1.2 导向装置类型31

6.1.3 导柱导向机构31

6.1.4 导套的设计32

6.2 推出机构的设计33

6.2.1 推出机构的结构组成33

6.2.2 推出机构的设计原则33

6.2.3 顶出部件34

6.2.4 复位部件35

6.2.5 导向部件和限位零件35

7 其它部件的设计36

7.1 温度调节系统的设计36

7.1.1 冷却系统的设计原则36

7.1.2 冷却系统的计算36

7.2 模架的设计38

7.2.1 模板的布置38

7.2.2 模板的标准化38

7.3 排气系统的设计39

7.3.1 排气槽的位置及作用40

7.3.2 排气方式40

7.3.3 溢流槽40

8 结论41

致谢42

参考文献43

　　　　摘要

　　　本次毕业设计的题目是LED导光柱注塑模具设计。目前，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民生活的各个领域。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求，这就要求塑料模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。

　　　在现代塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺这三项因素密切相关。在这三项要素中，塑料成型模具质量最为关键，它最能反映出整个塑料成型生产过程的技术含量及经济效益，它的功能是双重的：赋予塑料熔体以期望的形状、性能、质量；冷却并推出成型的制件。

　　　本文主要内容是对LED导光柱注塑模具的成型部位、浇注系统、导向机构、推出机构、排气系统及冷却系统等进行详细的分析、计算及设计。在设计过程中，我们需要充分考虑塑料变形、收缩率、排气等各种因素的影响，使其满足总体的设计要求。

　　　关键词：LED导光柱；注塑成型；注塑模具；结构设计。

1.1 本课题的研究内容和意义

　　1.1.1 本课题的研究内容

　　　本课题来源于无锡新区某模具有限公司。其研究的内容是电子产品中LED导光柱的注塑模具设计。LED导光柱是用在一切LED灯上的导光作用，透光度可达到98%以上。导光柱就是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置。导光柱可以用来将PCB上LED的光传输到产品面板上来显示相关的状态，也可以聚集和指引光线用做LCD显示屏的背光，同时也可以用来照亮在透过式窗口上的图案。导光柱最佳最有效的设计就是将LED固定到导光柱的内部。在这种结构中LED是植入导光柱内部的，LED发出的所有光线全部会被导光柱所捕获，考虑到LED与导光柱之间存在空气间隙而产生的菲涅耳损耗，光线捕获率可以达到92%。通常情况下，如果LED在导光柱的外部，并且与导光柱之间有空气间隙时光线的耦合和捕获效率是较低的，相反，如果LED处于导光柱表面空气的交界面内部时，效率是最高的。

　　　注塑模，又称为注射模，是由动模和定模两大部分组成。动模是安装在注射机的移动工作台上，定模则安装在注射机的固定工作台面上。动模和定模闭合后已经塑化的塑料可以通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。一般通常要求注射模分开以后，制品尽量滞留在动模一侧，然后由设置在动模内的推出机构将塑料制品从模内推出。

　　　一般来说，注塑模的总体结构主要分为七大部分：成型部件、浇注系统、导向和定位部件、推出机构、温度调节系统、侧向分型抽芯机构以及标准模架，具体结构如图1.1所示。因此，本课题的研究主要围绕这七大部分进行。

　　　（1）成型部件的设计成型部件是指构成模具型腔、直接与塑料熔体相接触并成型制品的模具零件或部件。通常有凸模、型芯、成形杆、凹模、镶件等零件或部件。在动模与定模闭合后，成形零部件便确定了制品的内、外轮廓和尺寸。

　　　（2）浇注系统的设计浇注系统是指由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道，主要是由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计主要是确定主流道的结构、分流道的截面形状以及浇口的类型和数量。

　　　（3）导向和定位部件的设计为确保动模和定模闭合时能准确导向和定位对中，需要分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还应在主分型面上设有锥面定位装置。此外，为了保证脱模机构的运动与定位，通常在推板和动模板之间也设置导向机构。

　　　（4）推出机构的设计每次注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构主要由推杆、拉料、推杆固定板、推板以及复位杆等组成。

　　　（5）温度调节系统为了满足注射成形工艺对模具温度的要求，模具应设有冷却或加热的温度调节系统。模具的冷却主要采用循环水冷却，模具的加热有通入热水、蒸汽、热油或置入加热元件等，有的注射模还须配备模具温度自动调节装置。

　　　（6）侧向分型抽芯机构带有侧凹或侧孔的制品，在被脱出模具之前，必须进行侧向分型将侧向型芯抽出。

　　　（7）标准模架标准模架的主要标志位国标代号、外形尺寸和模具结构形式等。

LED导光柱注塑模具设计.gif

QQ截图20131114185641.gif

内容简介：: 无锡太湖学院毕业设计（论文）开题报告题目： LED导光柱注塑模具设计信机系模具设计与制造专业学号： 0923259 学生姓名：谢兵兵指导教师：范圣耀（职称：副教授）（职称：）2012年11月25日课题来源经学校老师的介绍，我在无锡某模具厂实习，该厂大批量生产导光柱，经过几个月时间的亲身实践，我对导光柱的尺寸以及加工的流程都有了一定程度的了解，因此选择自己熟悉的产品作为毕业论文的课题是一个明智的选择。科学依据（包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义塑料模具在现代生活中的地位越来越高，因此对塑料模具质量的要求也越来越高，这就要求塑料模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。各种塑料模具越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽逢孔尺寸要求在0.3mm以下，尺寸精度要求越来越高。如BP机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。随着现代化工业和科学技术的发展，塑料模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强。已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。（2）国内外研究概况、水平和发展趋势当前来看，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。近来我国模具工业发展迅速，前景光明。以上海为主的长三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达的地区。目前相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平普遍提高以及平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些都是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片光明。近几年来，虽然我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上还是与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，许多先进的技术如CADCAECAM技术的普及率还不高。另外，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在应用模具CADCAM技术设计模具已较为普遍，随着通用机械CAD/CAM技术的发展，塑料注射模CAD/CAM已经不断的深化。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。研究内容分析零件工艺用途及结构；掌握注塑模具的原理；了解注塑模具的各种结构以及各自的特点；掌握注塑模具上各个部分的作用；对于注塑模具设计，能够掌握模具中各个部分的设计原则以及合理分析各因素对设计的影响。拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析在毕业实习调研以及查阅有关资料的基础上，结合零件的外形及加工要求，可以先分析本课题的装配图以及各部分零件图，然后通过工艺性分析，分别进行成型部分的设计、浇注系统的设计、导向机构的设计、推出机构的设计、排气系统的设计等等，最后设计出来的制件还要通过相应的检验。研究计划及预期成果研究计划：2012年11月12日-2012年12月2日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2012年12月3日-2013年3月1日：填写毕业实习报告。2013年3月4日-2013年3月14日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013年3月15日-2013年3月21日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013年3月22日-2013年4月11日：注塑模具正文设计。2013年4月12日-2013年4月25日：绘制装配图和零件图。2013年4月26日-2013年5月20日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：通过不同方案的比较，以及考虑不同因素的影响，最后确定合理的LED导光柱注塑模具设计方案，该方案能够最大程度地满足使用要求。特色或创新之处（1）适用于本厂的某生产线的优化设计；（2）在不影响加工精度的前提下最大限度的减少成本，并降低工人的劳动强度和生产成本；（3）本课题的在满足使用要求的同时，充分考虑产品的外形美观。已具备的条件和尚需解决的问题（1）设计思路已经非常明确，对注塑模具的设计流程有充分的认识；（2）通过四年的大学学习，我已经积累了一定的相关方面的经验；（3）学院图书馆收藏了许多有关专业方面的知识书籍和期刊等；（4）虽然在老师的指导下设计了相应的方案，但是依然会有某些因素没有充分考虑，另外产品能否符合人们的要求也依然未知。指导教师意见指导教师签名：年月日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年月日系意见主管领导签名：年月日I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： LED 导光柱注塑模具设计导光柱注塑模具设计 II 信机系系模具设计与制造专专业业学号：学生姓名：指导教师：（职称：副教授）（职称：）2013 年 5 月 25 日III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本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） LED 导光柱注塑模具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 96 学号： 0923259 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日IV摘摘要要本次毕业设计的题目是 LED 导光柱注塑模具设计。目前，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民生活的各个领域。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求，这就要求塑料模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。在现代塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺这三项因素密切相关。在这三项要素中，塑料成型模具质量最为关键，它最能反映出整个塑料成型生产过程的技术含量及经济效益，它的功能是双重的：赋予塑料熔体以期望的形状、性能、质量；冷却并推出成型的制件。本文主要内容是对 LED 导光柱注塑模具的成型部位、浇注系统、导向机构、推出机构、排气系统及冷却系统等进行详细的分析、计算及设计。在设计过程中，我们需要充分考虑塑料变形、收缩率、排气等各种因素的影响，使其满足总体的设计要求。关键词：关键词：LED 导光柱；注塑成型；注塑模具；结构设计。 VAbstractMy graduation thesis topic is LED guide beam injection mold design. Plastic parts almost go into all industrial sectors and the people of all areas of life today. With the variety and the demand of industrial plastic parts and plastic parts for daily use increasing, the product replacement cycles are getting shorter, which causes higher and higher demands for the plastic varieties, yield and quality, so the development of plastic mold design and manufacturing level should also grow.In modern injection molding production, the quality of the plastic parts is closely related to the three factors which include plastic mold, plastic molding equipment and plastic molding process. In these three elements, plastic mold quality is the most critical, it is best to reflect the technical content and economic benefits of the plastic molding production process, its function is twofold: making the plastic melt the desired shape, performance, quality ; cooling and launched the formed workpieces. This article main content is about a detailed analysis, calculation and design of the LED light guide forming parts of injection mould, pouring system, guide mechanism, institution, exhaust system and cooling system, etc. In the design process, we need to fully consider the plastic deformation, shrinkage rate, exhaust and other factors, making it satisfy the requirement of the overall design.Key words: LED guide beam; Injection molding; Injection mould; structural design.目目录录摘要.IIIABSTRACT.IV目录 .V1 绪论.11.1 本课题的研究内容和意义.11.1.1 本课题的研究内容.11.1.2 本课题的意义.21.2 国内外的发展概况.31.2.1 注塑模具国外研究现状.31.2.2 注塑模具国内研究现状.31.2.3 注塑模具发展趋势.41.3 本课题应达到的要求.42 塑料制件的工艺性.52.1 塑料的基本组成及分类.52.2 塑件材料的物理性质及其用途和成型特点.82.2.1 塑件材料物理性质.82.2.2 主要用途以及成型特点.92.3 LED 导光柱的几何结构.92.4 LED 导光柱相关数据的确定.122.4.1 塑件厚壁的确定.122.4.2 脱模斜度的确定.132.4.3 圆角的的确定.132.4.4 LED 导光柱的体积及质量.133 注射成型原理以及注塑机的选择.143.1 注射成型原理.143.1.1 柱塞式注塑机注射成型原理.143.1.2 螺杆式注塑机注射成型原理.143.2 注射成型工艺.163.2.1 成型前的准备.163.2.2 注射过程.163.2.3 塑件的后处理.163.3 注塑机的选择.173.3.1 注塑机的分类.173.3.2 注塑机的类型选择.18I3.3.3 注塑机参数的校核.194 分型面的选择与浇注系统的设计.214.1 分型面及其选择.214.1.1 型腔数目的确定和布置.214.1.2 分型面的形式.224.1.3 分型面的设计原则.224.2 浇注系统的设计.224.2.1 普通浇注系统设计的基本原则.234.2.2 主流道的设计.234.2.3 分流道的设计.244.2.4 浇口的设计.255 成型零部件设计.275.1 成型零件的结构设计.275.1.1 凹模的结构分析.275.1.2 型芯和成型杆的结构分析.275.2 影响塑料尺寸精度的主要因素.275.2.1 塑料制品的成型收缩.275.2.2 模具成型零件的制造公差 z.285.2.3 模具成型零件的磨损 c.285.3 成型零件的工作尺寸的计算.286 导向机构和推出机构的设计.316.1 导向机构的设计.316.1.1 导向机构的功用.316.1.2 导向装置类型.316.1.3 导柱导向机构.316.1.4 导套的设计.326.2 推出机构的设计.336.2.1 推出机构的结构组成.336.2.2 推出机构的设计原则.336.2.3 顶出部件.346.2.4 复位部件.356.2.5 导向部件和限位零件.357 其它部件的设计.367.1 温度调节系统的设计.367.1.1 冷却系统的设计原则.367.1.2 冷却系统的计算.36II7.2 模架的设计.387.2.1 模板的布置.387.2.2 模板的标准化.387.3 排气系统的设计.397.3.1 排气槽的位置及作用.407.3.2 排气方式.407.3.3 溢流槽.408 结论.41致谢.42参考文献.43无锡太湖学院学士学位论文01 绪论绪论注塑模具设计是对所学模具专业知识的一次巩固，是在进行社会实践工作之前对所学各课程的一次综合性总复习，也是对在校学习的一次全面检测。注塑模具是一种生产塑胶制品的工具，也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。注塑成型是批量生产某些形状复杂部件时用到的一种加工方法，具体指将受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品，其原理是将颗粒状或粉末状的塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热融化成流动状态后，在柱塞或螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔中，充满形腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具形腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用这种方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属的嵌件的塑料制品。根据产品的批量、结构、尺寸与精度，可采用一模一腔，也可采用一模多腔。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。1.1 本课题的研究内容和意义本课题的研究内容和意义1.1.1 本课题的研究内容本课题的研究内容本课题来源于无锡新区某模具有限公司。其研究的内容是电子产品中LED导光柱的注塑模具设计。LED导光柱是用在一切LED灯上的导光作用，透光度可达到98%以上。导光柱就是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置。导光柱可以用来将PCB上LED的光传输到产品面板上来显示相关的状态，也可以聚集和指引光线用做LCD显示屏的背光，同时也可以用来照亮在透过式窗口上的图案。导光柱最佳最有效的设计就是将LED固定到导光柱的内部。在这种结构中LED是植入导光柱内部的，LED发出的所有光线全部会被导光柱所捕获，考虑到LED与导光柱之间存在空气间隙而产生的菲涅耳损耗，光线捕获率可以达到92%。通常情况下，如果LED在导光柱的外部，并且与导光柱之间有空气间隙时光线的耦合和捕获效率是较低的，相反，如果LED处于导光柱表面空气的交界面内部时，效率是最高的。注塑模，又称为注射模，是由动模和定模两大部分组成。动模是安装在注射机的移动工作台上，定模则安装在注射机的固定工作台面上。动模和定模闭合后已经塑化的塑料可以通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。一般通常要求注射模分开以后，制品尽量滞留在动模一侧，然后由设置在动模内的推出机构将塑料制品从模内推出。LED 导光柱注塑模具设计1一般来说，注塑模的总体结构主要分为七大部分：成型部件、浇注系统、导向和定位部件、推出机构、温度调节系统、侧向分型抽芯机构以及标准模架，具体结构如图 1.1所示。因此，本课题的研究主要围绕这七大部分进行。（1）成型部件的设计成型部件是指构成模具型腔、直接与塑料熔体相接触并成型制品的模具零件或部件。通常有凸模、型芯、成形杆、凹模、镶件等零件或部件。在动模与定模闭合后，成形零部件便确定了制品的内、外轮廓和尺寸。（2）浇注系统的设计浇注系统是指由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道，主要是由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计主要是确定主流道的结构、分流道的截面形状以及浇口的类型和数量。（3）导向和定位部件的设计为确保动模和定模闭合时能准确导向和定位对中，需要分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还应在主分型面上设有锥面定位装置。此外，为了保证脱模机构的运动与定位，通常在推板和动模板之间也设置导向机构。（4）推出机构的设计每次注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构主要由推杆、拉料、推杆固定板、推板以及复位杆等组成。（5）温度调节系统为了满足注射成形工艺对模具温度的要求，模具应设有冷却或加热的温度调节系统。模具的冷却主要采用循环水冷却，模具的加热有通入热水、蒸汽、热油或置入加热元件等，有的注射模还须配备模具温度自动调节装置。（6）侧向分型抽芯机构带有侧凹或侧孔的制品，在被脱出模具之前，必须进行侧向分型将侧向型芯抽出。（7）标准模架标准模架的主要标志位国标代号、外形尺寸和模具结构形式等。图 1.1 注塑模具的结构1-动模板；2-定模板；3-冷却水道；4-定模座板；5-定位圈；6-浇口套；7-凸模；8-导柱；9-导套； 10-动模座板；11-支承板；12-支承柱；13-推板；14-推板固定板； 15-拉料杆；16-推板导柱；无锡太湖学院学士学位论文217-推板导套；18-推杆；19-复位杆；20-垫块1.1.2 本课题的意义本课题的意义高精度、高效率长寿命的塑料模具，可成形加工几十万件，甚至几千万件产品零件，这类模具称为大批量生产用模具。进入 21 世界以来，各种塑料模具越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽逢孔尺寸要求在以下，尺寸精度要求越来越高。0.3mm比如 BP 机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。随着现代化工业和科学技术的发展，塑料模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强，已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。塑料模具是决定最终产品性能、规格、形状及尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型制件质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者，也是新产品开发的决定性环节。由此可见，为了周而复始地获得符合技术经济要求及质量稳定的塑料制件，塑料成型模具的优劣是成败的关键，它最能发映出整个成型生产过程的技术含量及经济效益。本课题正是为了设计出高质量的塑料成型模具来满足现实生活中的需求。1.2 国内外的发展概况国内外的发展概况1.2.1 注塑模具国外研究现状注塑模具国外研究现状塑料模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中, 的工业60% 90%产品需要使使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产。塑料模具工业发展的关键是塑料模具技术的进步。塑料模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一，世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的经济效益。因此，模具工业被称为不衰的工业，而以塑料模具为主的研究更是成为各个国家研究的重点。1.2.2 注塑模具国内研究现状注塑模具国内研究现状当前来看，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。近来我国模具工业发展迅速，前景光明。以上海为主的长三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达的地区。目前相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平普遍提高以及平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些都是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片光明。LED 导光柱注塑模具设计3近几年来，虽然我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上还是与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，许多先进的技术如 CAD/CAE/CAM 技术的普及率还不高。另外，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在应用模具 CAD/CAM 技术设计模具已较为普遍，随着通用机械 CAD/CAM 技术的发展，塑料注射模 CAD/CAM 已经不断的深化。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。1.2.3 注塑模具发展趋势注塑模具发展趋势考察国内外注塑模具的发展现状，从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，塑料成型技术主要有以下趋势：（1）提高塑料模具标准化水平塑料模具标准化的水平在某种意义上体现了一个国家塑料模具工业发展的水平。采用标准模架和使用标准零件，可以满足大批量制造模具和缩短模具制造周期的需要。经过一段时期的建设，我国塑料模具标准化程度正在不断提高。为了适应塑料模具工业的发展，塑料模具标准化工作必将加强，塑料模具标准化程度将进一步提高，塑料模具标准件生产也必将得到发展。（2）塑料模具向复杂化、精密化与大型化方面发展为了满足塑料制件在各种工业产品中使用要求，塑料成型技术正朝着复杂化、精密化与大型化方向发展。（3）CAD/CAE/CAM 技术在塑料模具设计与制造中的应用经过多年的推广应用，模具设计“软件化”与模具制造“数控化”已经在我国模具企业中成为现实。采用 CAD技术是模具生产的一次革命，是模具技术发展的一个显著特点。近年来，CAD/CAE/CAM技术发展主要有以下几点：模具 CAD 技术及其应用日趋成熟；基于网络化的的CAD/CAE/CAM 一体化系统结构初见端倪； CAD/ CAM 软件的智能化程度正在逐渐提高； CAE 技术正在逐步推广；（4）大力发展快速原型制造技术。（5）模具成型新技术与新工艺的不断涌现和推广。1.3 本课题本课题应达到的要求应达到的要求本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的 LED 注塑模具。该塑件为受压塑件，批量不是很大，为中批量生产。这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。通过本课题的研究，我们需要达到的要求有：（1）正确合理分析零件工艺用途及结构；（2）理解掌握注塑模具的原理；（3）了解注塑模具的各种结构以及各自的特点；（4）能够掌握注塑模具上各个部分的作用；（5）对于注塑模具设计，能够掌握模具中各个部分的设计原则以及合理分析各因素无锡太湖学院学士学位论文4对设计的影响；（6）熟练使用各种制图软件。通过对本次注塑模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。另外加深了对机械基础知识的应用，提高了整体的设计能力。2 塑料制件的工艺性塑料制件的工艺性塑料是一大类庞杂的合成材料，由于制造工艺过程和用途的不同，导致塑料制件的形状复杂多变。同一种塑料可以用多种方法加工成型。塑料的应用范围非常广泛，几乎各行各业都少不了塑料的存在。塑料之所以用途如此广泛，是因为塑料有很多实用性能：塑料一般比较轻，普通塑料的密度较小；大多数塑料具有良好的电气绝缘性，不少塑料即使在高压、高频条件下，也能用作电气绝缘和电容器介质物质材料；由于塑料柔顺而富有弹性，当它受到外在的机械冲击震动或频繁机械震动作用时，材料内部产生粘弹内耗，将机械能转变为热能，因此塑料还具有减震消音性能；大多数塑料具有良好的减模、耐磨和自润滑特性很多由工程塑料制成的摩擦零件可以在各种液体摩擦、边界摩擦和干摩擦等条件下有效地工作；塑料具有耐腐蚀性；有些塑料还具有透光性。2.1 塑料的基本组成及分类塑料的基本组成及分类塑料是以高分子量的合成树脂为主要成分，在一定条件下（如温度、压力等）可塑制成一定形状在常温下保持形状不变的材料。塑料按受热后表现的性能，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，在溶剂中也不能溶解。加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。热塑性塑料指具有加热软化、冷却硬化特性的塑料。我们日常生活中使用的大部分塑料属于这个范畴。加热时变软以至流动，冷却变硬，这种过程是可逆的，可以反复进行。本课题设计的是注塑模具设计，应该选择热塑性塑料。常见的热塑性塑料主要分为以下几类：1：聚乙烯（PE） PE 是世界上产量最大的塑料品种，目前的产量约占塑料总产量的，其主要特性：1/3（1）外观呈乳白色，有似蜡的手感。无毒、无味，低密度低，聚乙烯的熔点为，高密度（低压）聚乙烯的熔点在范围。110 115125 131（2）具有优异的电绝缘性能、耐化学腐蚀性能、耐低温性能和易加工性能，但耐热LED 导光柱注塑模具设计5性、耐老化性较差，表面不易粘接和印刷。（3）强度、刚度、硬度、耐热性都低于一般塑料。2：聚丙烯（PP）聚丙烯属于线型烯烃类聚合物，是 20 世纪 60 年代发展起来的热塑性塑料，其主要特性：（1）无色、无味、无毒。外观似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更轻，密度约 0.91。不吸水，光泽好，易着色。熔点为，耐热性好，能在 100 以上的3/g cm160 176温度下进行消毒灭菌。其低温使用温度达-15 ，低于-35 时会脆裂。（2）具有优异的电绝缘性能，高频绝缘性能好，而且不吸水，绝缘性能不受湿度的影响。耐化学腐蚀性能，常见的酸、碱和有机溶剂对它几乎不起作用（多用于食具）。耐老化性比 PE 较差。但在氧、热、光的作用下极易解聚、老化，所以必须加入防老化剂。（3）具有优良的机械性能，耐弯曲疲劳性能优于其它般塑料，屈服强度、抗拉强度、抗压强度和硬度及弹性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作铰链，有特别高的抗弯曲疲劳强度。3：聚氯乙烯（PVC）聚氯乙烯是世界上产量仅次于聚乙烯而占第二位的塑料，其主要特性：（1）聚氯乙烯树脂为白色或浅黄色粉末，纯聚氯乙烯的密度为 1.4，加入了增塑剂和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在范围内，在温度范围内1.15 2.03/g cm0 80属玻璃态，属弹性态，为熔融范围（其间无明显熔点）。 80 175175 190（2）聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能，可以用作低频绝缘材料。具有良好的阻燃性和化学稳定性。但聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出氯化氢气体，使聚氯乙烯变色。其应用温度范围较窄，一般在之间。 PVC 对光的稳定性较15 5差，日光中紫外线和氧气使 PVC 发生光氧化降解而降低其柔软性，最终脆化。（3）具有较高的机械强度。硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑剂，有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。 4：聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种，其主要特性：（1）聚苯乙烯原料为无色透明粒状物，无味、无毒。密度为 1.05，熔融温度3/g cm为。制品外观给人质硬、刚脆似玻璃的感觉，易折不易弯，轻掷或敲击时发140 180出金属般的清脆声响。无色透明，透光率高达，透光率仅次于 PMMA。易着色，80 92可制成各种色泽鲜艳的制品。聚苯乙烯易燃，离火自燃，燃烧时软化、起泡，火焰为橙黄色，有浓黑烟，并伴有苯乙烯单体的甜香味。（2）电绝缘性能优良。耐酸碱腐蚀，但不耐苯、汽油、氯仿、二氯乙烯、香蕉水等有机溶剂。（3）力学性能一般，抗冲击性能差。构件不宜受动态的弯曲载荷，不能设计制造弹性夹钳等。5：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS） ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共无锡太湖学院学士学位论文6聚而成的聚合物，因此 ABS 具有良好的综合力学性能，其主要特性：（1）ABS 树脂外观呈浅象牙色、不透明，制品可呈各种颜色，光亮美观，无毒、无味，给人坚韧、硬质、刚性的质感。ABS 塑料密度约为 1.05左右，无明显熔点，3/g cm熔融温度 160左右。ABS 可燃，燃烧缓慢，离火后继续燃烧，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧时软化、焦糊，无滴落，伴有类似橡胶燃烧的气味。（2）ABS 的化学稳定性较好，几乎不受无机酸、碱、盐的影响，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，但与烃类长期接触会软化、溶胀，可溶于酮类、醛类、酯类和氯代烃中。ABS 的耐热、耐寒性均好，使用温度范围较宽，可在长期使用。相对于其它40 100热塑性塑料，ABS 树脂的热膨胀系数较小。（3）综合力学性能较好，良好的韧性是 ABS 的突出特性之一，ABS 有较高的冲击强度，即使在较低的温度下也不迅速下降。低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。6：聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）聚甲基丙烯酸甲脂是聚丙烯酸酯类塑料中最重要的一类，其主要特性有：（1）常温下为无色透明具有特殊芳香味的液体，沸点 100.6，熔点48.2，密度0.934。稍溶于乙醚、乙醇，易溶于芳香族的烃类、酯类、醚类、酮类和氯代烃类3/g cm有机溶剂。 PMMA 是丙烯酸类树脂中最重要的一种。常以板材供应，俗称有机玻璃和亚克力，但比无机玻璃轻得多，且抗冲耐振。光学性能：聚甲基丙烯酸甲酯是刚性硬质无色透明材料，具有优异的光学性能，透光率高达 92，不仅优于其它透明塑料，而且比普通无机玻璃还高 10以上，可透过大部分紫外线和部分红外线。（2）PMMA 能耐大多数洗涤液、可耐较稀的无机酸、碱、盐类和油脂类，不耐酮类、氯代烃和芳烃，在许多氯代烃和芳烃中可以溶解。在阳光下长期曝晒，透明性和色泽变化很小。 PMMA 的耐热和耐磨性差。（3）具有良好的综合力学性能，在通用塑料中位居前列，拉伸、弯曲、压缩等强度均高于聚烯烃，也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等，冲击韧性较差，但也优于聚苯乙烯。强度不高，不能承受高的应力，在钻孔时很容易开裂。PMMA 的螺纹孔在室温下拧紧时也会开裂。表面硬度差，易被硬物擦伤起划痕，专门的涂覆可以有所改善。 PMMA 塑料制品在短期承载下其力学性能尚可，长期使用情况下，制品承受的外界应力必须很低，否则会引起蠕变和银纹或表面开裂。优良二次加工性能。7：聚酰胺（PA）聚酰胺通常尼龙，它在世界上的消费量居工程塑料之首位，其主要特性：（1）白色至淡黄色的颗粒，密度较小。不同聚酰胺密度在之间。1.011.163/g cm熔融温度(牌号不同)。178 225（2）聚酰胺具有良好的化学稳定性，常温下，聚酰胺溶解于强极性溶剂，如硫酸、甲酸、冰醋酸、苯酚等，特别是强酸对聚酰胺有侵蚀作用。在室温且干燥的条件下，聚酰胺具有较好的电性能，但明显低于聚乙烯、聚苯乙烯等材料。聚酰胺具有良好的耐寒LED 导光柱注塑模具设计7性。不同聚酰胺的热变形温度和最高连续使用温度都不是太高。聚酰胺是塑料中吸湿性最强的品种之一。（3）是典型的硬而韧聚合物，综合力学性能优于一般的通用塑料，坚韧、耐磨且耐疲劳，但极能吸湿。PA6 弹性好，冲击强度高，吸水性较大。PA66 强度高，耐磨性好。PA610 与 PA66 相似，但吸水性和刚性都较小。PA1010 半透明，吸水性较小，耐寒性较好。8：聚碳酸酯（PC）聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料，其主要性能：（1）聚碳酸酯是透明的无色或微黄色强韧固体，透明性仅次于 PMMA 和 PS，透光率可达 89，无味、无毒，密度约为 1.20，着色性好，可制成各种色彩鲜艳的制3/g cm品。聚碳酸酯可以燃烧，但燃烧缓慢，离火后缓慢熄灭，火焰呈黄色，黑烟，燃烧物熔融起泡，发出果蔬腐烂的气味。（2）耐室温下的水、稀酸、氧化剂、还原剂、盐、油、脂肪烃，但不耐碱、胺、酮、脂、芳香烃。并有良好的耐气候性、聚碳酸酯吸水率较低，能在较宽的温度范围内保持较好的电性能。（3）PC 具有良好的综合力学性能和电绝缘性能，能在广阔的温度范围内保持较高的机械强度，耐热耐寒。其突出特点是具有特别优异的抗冲击性、抗蠕变性和尺寸稳定性，但耐疲劳性和耐磨性较差，有较高的缺口敏感性，易产生应力开裂。经过各种因素的考虑，本次 LED 导光柱的材料选择为聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA），即有机玻璃。2.2 塑件材料的物理性质及其用途和成型特点塑件材料的物理性质及其用途和成型特点2.2.1 塑件材料物理性质塑件材料物理性质聚甲基丙烯酸甲酯，主要是以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统一称之为丙烯酸类树酯，对应的塑料称为聚丙烯酸类塑料，而数聚甲基丙烯酯甲酯的应用量是最广泛的。聚甲基丙烯酸甲酯代号为为 PMMA，简称有机玻璃，是到今天为止合成透明材料中质地最优异，同时价格也是比较便宜的品种。应用方面：PMMA 溶于有机溶剂，如苯酚，苯甲醚等，通过旋涂可以形成良好的薄膜，具有良好的介电性能，可以作为有机场效应管（OFET）亦称有机薄膜晶体管（OTFT）的介质层。模塑成型料中性能较好的是改性有机玻璃 372#、373#塑料。372#甲基丙稀酸甲酯与少量苯乙烯的共聚体，其模塑成型性能较好。373#有机玻璃是 372#粉料 100 份加上丁腈橡胶 5 份的共混料，有较高的耐冲击韧性。有机玻璃密度是 1.18，比普通硅玻璃轻一半。机械强度是普通硅玻璃的 103/g cm倍以上。本设计中 LED 导光柱材料为有机玻璃 372#（化学分子式如图 2.1 所示）。无锡太湖学院学士学位论文8图 2.1 有机玻璃化学分子式查参考文献5实用模具设计手册有机玻璃 372#收缩率%。它属于收缩率0.5 0.9范围较小的热塑性材料，对于收生率范围较小的塑料品种，可按收缩率的范围取中间值。流动性是比较塑料成型加工中的一项重要指标。流动性过大，易造成溢料过多，填充不密实。塑料组织疏松；流动性过小，则填充不足，不易成型，成型压力大。塑料的流动性随着成型工艺的改变而变化。塑料熔体的温度越高，注射压力越高，塑料的流动性就越好。但是，不同的塑料对温度和压力的敏感程度却不一样。有机玻璃 372#（甲基丙烯酸甲酯与少量苯乙烯的共聚物）对温度敏感而不是压力敏感。其流动性能一般。其最佳注射温度在C 注射压力。模具温度控制在210 26030aMPC。60 802.2.2 主要用途以及成型特点主要用途以及成型特点PMMA 具有质轻、价廉，易於成型等优点。溶于有机溶剂如苯甲醚等，可以形成良好的薄膜和良好的介电性能，可以作为有机场效应管的介质层。它的成型方法有浇铸，射出成型，机械加工、热成型等。尤其是射出成型，可以大批量生产，制程简单，成本低。因此，它的应用日趋广泛，目前它广泛用于仪器仪表零件、汽车车灯、光学镜片、透明管道等。有机玻璃压克力（亚克力）在建筑业中的应用在建筑方面，有机玻璃压克力（亚克力）通常主要应用于建筑采光体、透明白色屋顶、电话亭、棚顶、房间墙壁护板等方面；在卫生洁具方面有浴室缸、洗脸盆、女性化妆台等产品。近些年来，在高速公路照明灯罩（如图 2.2 所示）及家庭汽车的灯具方面的应用发展也相当快。其中，建筑工地上采光体、浴室缸、街道广告灯箱和公共场所电话亭等各方面的市场需求量增长较快，以后的发展空间较大，市场前景可以说十分广阔。LED 导光柱注塑模具设计9图 2.2 PMMA 灯罩成型特点：1：模具浇注系统对料流的阻力应尽可能小，并应制出足够的脱模斜度。2：为了防止塑料件产生气泡、浑浊、银丝和发黄等缺陷，影响塑件质量，塑件在成型前要很好的干燥。 3：为了得到良好的塑件质量，防止塑件表面流动痕迹、熔接线痕和气泡等不良现象，一般用尽可能低的注射速度。 2.3 LED 导光柱的几何结构导光柱的几何结构LED导光柱塑件内部结构和外部结构主要包括壁厚、形状、脱模斜度、支承面、加强肋、圆角、孔、螺纹等。各组成部分的设计原则及要求如下：1：壁厚塑件壁厚的设计与塑料原料的性能、塑件结构、成型条件、塑件质量及其使用要求都有密切的联系。此外，壁厚还与与使用要求及工艺要求有关。在塑模成型上,壁厚过小,熔融塑料在模具型腔中的流动阴力较大。壁厚过大,会造成用料过多,增加成本,且会给成型工艺带来困难。在塑件上还会产生气泡,缩孔凹痕翘曲等,影响产品外观。在成型工艺上还要求塑件各部位的壁厚尽可能均匀。2：形状塑件的形状的设计应该尽可能保证有利于塑料成型。3：脱模斜度塑件在模具型腔中的冷却收缩会使塑件紧紧包住模具型芯和型腔中的凸起部分。因此为了便于从成型零件上顺利脱出塑件,必须在塑件内外表面沿脱模方向设计足够的斜度称为脱模斜度（如图2.3中的角）。但在设计时，还应注意以下几个方面：（1）压缩成型大型塑件时,要求外表面的脱模斜度尽量小于内表面的脱模斜度。（2）塑料的收缩率大，脱模斜度应取偏大值，反之取偏小值。（3）对于高度不大的塑件,可以不用取脱模斜度。（4）塑件结构比较复杂，脱模阻力就比较大，应该选用较大的脱模斜度。无锡太湖学院学士学位论文10 图 2.3 脱模斜度4：加强肋通常在塑件的相应位置设置加强肋，从而在不增加壁厚的情况下，达到提高塑件刚度和强度，避免翘曲变形的目的，沿着料流方向的加强肋还能改善成型时塑料熔体的流动性，避免气泡、缩孔和凹陷等缺陷的形成。加强肋的优点主要有:使塑件壁厚均匀,即节约了材料,又提高了强度；还可避免塑件中外观缺陷；增加塑件的刚性。加强筋的设计要求：（1）加强筋应该设计得多一些，矮一些，这样可以增强塑件的刚性及强度。（2）有一些薄壁塑件可以将其设计成球面或拱曲面形状。（3）加强筋之间的中心距通常情况下应该大于两倍的壁厚。5：圆角带有尖角的塑件，在成型时往往会在尖角处产生局部应力集中，在受力或冲击下会发生开裂。为了避免这种情况的出现，除塑件使用上要求尖角外，其余转角处应尽可能采用圆弧过渡。采用圆弧过渡可以增加塑件的美观程度和增加塑件的强度，也大大改善了充模流动特性。另外，塑件的圆角对应于模具也呈圆角，这样增加了模具的坚固性，在一定程度上减少了模具热处理或使用时因应力集中而导致开裂现象的出现。6：支承面支承面是用于放置物体的平面，要求物体放置后平稳。当塑件底部有加强肋时，应使加强肋与支承面至少相差。0.5mm7：孔塑件上的孔是用模具的型芯来成型的,孔的设计原则一般有以下几点：（1）孔应设置在不易削弱塑件强度的地方。（2）在孔之间及孔与边缘之间均应有足够的距离。（3）一般孔与孔的边缘或孔边缘与制件外壁的距离应该不小于孔径。（4）对于盲孔,在注射成型时,其孔深不得大于孔径的 4 倍。8：合页的设计合页的设计原则主要有以下几点：（1）对于一些塑件本身壁厚小的塑件，它的中间薄膜处应相薄；相反，壁厚大的塑件,它的薄膜处应厚一些,但不得超过。0.5mm（2）合页部分的厚度尽量均匀一致。（3）成型时,塑料必须从塑件本身的边通过中间薄膜流向另一边,脱模后立即折曲几次。LED 导光柱注塑模具设计119：止转凸凹止转凸凹的作用一般是为了方便握持和塑件成型后易于拧出,设计的时候时应当注意以下几点：（1）模具便于加工性。（2）脱模方向与凸凹纹方向一致性。10：齿轮由于塑料齿轮具有重量轻、弹性模量小等优点，近年来在机械电子工业中得到越来越广泛的应用，目前主要用于精度和强度要求不太高的传动机构中。齿轮设计的选择原则有：（1）轮缘宽度至少为齿高的3倍。（2）腹板厚度应等于或小于齿轮厚度。（3）轮毂厚度应等于或大于齿宽厚度。（4）轮毂外径最小应为轴孔直径的倍。1.5 3（5）轮毂长度应相当于轴径。（6）尽量避免截面的突然变化或出现尖角。（7）尽可能加大圆角及过渡圆弧的半径。（8）轴与孔尽可能不采用过盈配合。11：螺纹塑件上的螺纹可以直接用模具成型，也可以用后续的机加工成型，在经常装拆和受力较大的地方，则通常采用金属螺纹嵌件。塑件上螺纹的设计应该注意以下几点：（1）塑件上螺纹应该选用螺牙尺寸较大者，螺纹直径小时不宜采用细牙螺纹，否则会影响其使用精度。（2）螺纹精度也不能要求太高，一般低于 3 级。（3）一般塑料螺纹的螺距不应小于，注塑成型螺纹直径不得小于。0.7mm2mm（4）当不考虑螺纹螺距收缩率时，塑件螺纹与金属螺纹的配合长度不能太长，一般不大于螺纹直径的 1.5 倍。（5）为了增加塑件螺纹的强度，防止最外圈螺纹可能发生的崩裂或变形，应使其始末端留出一定距离。（6）在同一螺纹型芯或型环上有前后两端螺纹时，应使两端螺纹的旋向相同，螺距相等，以简化脱模。不然的话需采用两端型芯或型环组合在一起的形式，分型后再分段旋下。12：嵌件注塑成型时，镶嵌在塑件内部的金属或非金属（如玻璃、木材或已成型的塑料等）称为嵌件。镶入嵌件的目的主要有以下两点：（1）提高塑件的局部强度，满足某些特殊的使用要求（导电、导磁、耐磨和装配连接等）。（2）保证塑件的精度、尺寸形状的稳定性。嵌件的设计原则：无锡太湖学院学士学位论文12（1）嵌件和塑件应牢固连接。（2）嵌件应在模具内有可靠定位和配合。（3）细长或片状嵌件的防应变措施。（4）嵌件周围应有足够的塑料层厚度。（5）提高嵌件装在模具里的稳定性,在条件许可时,嵌件上应有凸缘,并便其凹入或凸起。1.5 2mm（6）当嵌件自由伸出长度超过嵌件支承的直径2倍时,垂直于压塑方向的嵌件应有支承柱。（7）当嵌件为螺杆时,光杆部分与模具的配合部分应具有IT9级精度的间隙配合。（8）件的表面应具有止动的部分,以防嵌件移动。（9）嵌件不应带尖角，以减少应力集中。（10）嵌件的顶部也应该有足够厚的塑层，不然的话，嵌件顶部塑件表面会出现鼓包或裂纹。2.4 LED 导光柱相关数据的确定导光柱相关数据的确定2.4.1 塑件厚壁的确定塑件厚壁的确定根据前面塑件壁厚的设计准则以及使用要求，结合本次毕业论文的具体要求。从零件图分析，该零件不需要设置侧向分型与抽芯机构，由于塑件比较简单，可以设置单分型面即可。从塑件的壁厚来看，壁厚最大处为，最小处为,壁厚差为,壁厚较1.5mm0.6mm0.9mm均匀，有利于塑件成型。2.4.2 脱模斜度的确定脱模斜度的确定塑件的脱模斜度可以根据参考文献1塑料成型工艺与模具设计第 37 页表 3.4 得出。因为本塑件选择的塑料为 PMMA，所以根据表 2-1 可以得出：型芯为30 1，型腔为35 130。表 2-1 常用塑料的脱模斜度常用塑料脱模斜度脱模斜度塑料名称型芯型腔ABS35140120PS30135130PC3050351PP2550301LED 导光柱注塑模具设计13PA20402540PMMA301351302.4.3 圆角的的确定圆角的的确定在无特殊要求时，塑件个连接处均有半径不小于0.5 1mm的圆角，如图 2.4 所示，一般外圆角半径，内圆角半径。这里1Hmm，所以， 11.5RH0.5Rmm11.5Rmm。0.5RH R=0.5HR1=1.5H图 2.4 圆角半径尺寸2.4.4 LED 导光柱的体积及质量导光柱的体积及质量1、求出 LED 导光柱的体积通过 UG 软件“质量属性”分析塑件，得到塑件的体积为。3=83.023mmV12、LED 导光柱的质量查参考文献1塑料成型工艺与模机具设计有玻璃 PMMA 的密度为31.20g cm，质量。=0.1gmV13 注射成型原理以及注塑机的选择注射成型原理以及注塑机的选择注射成型是塑料成型的一种重要方法，主要适用于热塑性塑料的成型。虽然塑料的品种很多，但其注射成型工艺工程是相似的。塑料注塑成型的特点是：成型周期短，能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件；注射成型的生产率高。易于实现自动化生产；除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型的方法成型。但注射成型所用的注射设备价格较高，模具的结构复杂，生产成本高，生产周期长，不适合单件小批量的塑件成型。3.1 注射成型原理注射成型原理除了专用注射设备外，一般的注射设备可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两种。无锡太湖学院学士学位论文14因此根据使用注射设备的不同，注射成型原理也略有不同。3.1.1 柱塞式注塑机注射成型原理柱塞式注塑机注射成型原理柱塞式注射机的结构主要由柱塞式塑化装置、开合模机构和电气液压控制系统三大部分组成。柱塞式注射机成型原理如图 3.1 所示，其具体进程如下：（1）塑料原材料被加入到注射机的料斗 2 中，经过料筒外的加热线圈 4 加热，塑料熔融变为粘流态；（2）注射机开合模机构带动模具的活动部分与模具的固定部分，塑化装置中的柱塞将物料沿着料筒 9 内轴线向前推进，并采用高压把积存在头部的已经熔融成粘流态的塑料通过料筒 9 端部的喷嘴 5 和模具的浇注系统射入模具的型腔中；（3）柱塞复位开合模机构带动模具的动模打开模具，在推出机构的作用下，注射成型的塑料制件被推出模外。图 3.1 柱塞式注射机注射成型原理1-注射活塞；2-料斗；3-分流梳；4-加热线圈；5-喷嘴；6-定模板；7-塑件；8-动模板；9-料筒3.1.2 螺杆式注塑机注射成型原理螺杆式注塑机注射成型原理螺杆式注射机注射成型原理如图 3.2 所示，图中三幅图是按照注塑成型的顺序进行的，其具体流程如图所示：（1）塑料加入到外部装有电加热圈 8 的料筒内，颗粒状或粉末状的塑料在螺杆 7 的作用下，边塑化便向前移动，预塑着的塑料在转动着的螺杆 7 作用下经过其螺旋槽传输至前端的喷嘴旁边；（2）螺杆的不断转动促使塑料进一步塑化，塑料温度在摩擦热的作用下进一步提高，塑料得以均匀塑化。在料筒前端聚积的熔料对螺杆作用一定的压力时，螺杆 7 就在转动过程中后退，直到与调整好的行程开关接触的时候，具有模具一次注射量的塑料预塑和储料结束；（3）注射液压缸 6 开始工作，与液压缸活塞相连接的螺杆 7 以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中；（4）保压一定的时间以后，经过冷却固化后就可以维持模具型腔所形成的形状；然后开模分型，在推出机构的作用下，将注射成型的塑料制件 2 从动模 1 的凸模上推出。LED 导光柱注塑模具设计15图 3.2 螺杆式注射机注射成型原理1-动模；2-塑件；3-定模；4-料斗；5-传动装置；6-液压缸；7-螺杆；8-加热器柱塞式注射机与螺杆式注射机的区别：（1）柱塞式注射机加热效果差、塑化不均匀。预塑过程中无螺杆转动产生的与塑料之间的摩擦剪切和搅拌作用。（2）柱塞式注，注射量仅为 60g，是小型注射设备。由于本次毕业论文设计的是 LED 导光柱，塑件比较简单，综合各方面的考虑，现选择柱塞式注射机。3.2 注射成型工艺注射成型工艺注射成型工艺包括成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三大部分。3.2.1 成型前的准备成型前的准备为了使注射成型过程能顺利进行并保证塑料制件的质量，在成型前需要做一些必要的准备工作：工艺性能的测定；原料外观的检验；对某些易吸湿的塑料进行充分的预热和干燥，防止因塑料中含有水分而使塑件产生斑纹、气泡和降解等缺陷以及生产中需要无锡太湖学院学士学位论文16改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时的料筒清洗等等。3.2.2 注射过程注射过程注射过程一般包括添加塑料、塑化、注射、塑件冷却和脱模等几个阶段。1：加料由于注射过程是一个间歇过程，因而需要定量加料，以保证操作的稳定和塑料塑化的均匀，获得良好的塑件。2：塑化塑料的塑化过程是塑料在料筒中进行加热、由固体颗粒转变成具有良好的可塑性粘流态的过程。3：注射注射过程可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段。（1）充模塑化好的熔体被柱塞或螺杆推挤至料筒的前端，经喷嘴及模具浇注系统进入并填满型腔，这一阶段称为充模。（2）保压熔体在模具中冷却收缩时，继续保持施压状态的柱塞或螺杆迫使浇口附近的熔料不断补充入模具中，使型腔中的塑料能成型出形状完整而致密的塑件，这一阶段称为保压。（3）倒流保压结束后，柱塞或螺杆后退，解除对型腔中熔体的施压。（4）浇口冻结后的冷却浇口的塑料冻结后，通入冷却水、油或空气等冷却介质，对模具进行进一步冷却。（5）脱模塑件冷却到一定温度即可开模，在推出机构的作用下将塑件推出模外。3.2.3 塑件的后处理塑件的后处理塑件后处理的方法主要有退火和调湿处理。（1）退火处理退火处理是将注射塑件在一定温度的液体介质中或热空气循环烘箱中静置一段时间，然后缓慢冷却的过程。（2）调湿处理调湿处理是将刚刚脱模的塑件放在热水中，以隔绝空气，防止对塑料制件的氧化，加快吸湿平衡速度的一种后处理方法，其目的是使制件颜色、性能以及尺寸得到稳定。3.3 注塑机的选择注塑机的选择注塑机又名注射成型机或注射机。它是将热塑性塑料或热固性料利用塑料成型模具制成各种形状的塑料制品的主要成型设备。分为立式、卧式、全电式。注塑机能加热塑料，对熔融塑料施加高压，使其射出而充满模具型腔。注塑机通常由注射系统、合模系统、液压传动系统、电气控制系统、润滑系统、加热及冷却系统、安全监测系统等组成。LED 导光柱注塑模具设计173.3.1 注塑机的分类注塑机的分类注塑机发展很快，类型不断增加，注塑机的分类方法较多，通常按注塑机外形特征分类，这种分类方法主要根据注塑装置和合模装置的排列方式进行分类，可以分为卧式注塑成型机、立式注塑成型机、角式注塑成型机等。（1）卧式注塑成型机卧式注塑成型机是使用最广泛的注塑成型设备，它的注射装置和合模装置的轴线呈一线并水平排列，如图 3.3 所示。卧式注塑成型机主要特点有：1、即是大型机由于机身低，对于安置的厂房无高度限制；2、产品可自动落下的场合，不需使用机械手也可实现自动成型；3、由于机身低，供料方便，检修容易；4、模具需通过吊车安装；5、多台并列排列下，成型品容易由输送带收集包装。图 3.3 通用卧式注塑成型机（2）立式注塑成型机它的注射装置与合模装置的轴线呈一线并与水平方向垂直排列，如图 3.4 所示。立式注塑成型机的的优点有：1、占地面积小；2、模具装拆方便；3、安放嵌件便利。立式注塑成型机的缺点主要有：1、塑件顶出后常需要用手或其他方法去除；2、不易实现全自动操作；3、机身重心较高，机器的稳定性差。（3）角式注塑机角式注塑机注射螺杆的轴线与合模机构模板的运动轴线相互垂直排列，其优缺点介于立式与卧式之间。因其注射方向和模具分型面在同一平面上，所以角式注塑机适用于开设侧浇口的非对称几何形状的模具或成型中心不允许留有浇口痕无锡太湖学院学士学位论文18迹的制品。图 3.4 立式注塑成型机3.3.2 注塑机的类型选择注塑机的类型选择注射模具必须安装在与其相适应的注射机上才能进行生产，因而在设计模具时，必须根据塑料的品种、塑件的结构、成型方法、生产批量、现有设备和注射工艺等进行选择。注塑机是注射成型的设备，它的选用是否合理，直接影响模具结构的设计，因此，在进行模具设计时，必须对所选用注塑机的相关技术参数全面的了解。一般来说，注塑机的选择有以下原则：（1）确定注塑机的型号，使塑料、塑件、注射模、注射工艺等所要求的注塑机的规格参数点在所选注塑机的规格参数可调范围之内，亦要满足所需的参数在额定的范围之内，这样可以最大程度的利用好注塑机。（2）调整注塑机的技术参数至所需的参数点，结合型腔数及浇注系统初定注射容量，同时必须充分考虑各种因素的影响以及现有条件下的工作强度，最后根据容量和模具外形尺寸初选注塑机。根据本次毕业论文的具体要求，以及相关的经验并且根据前面的计算可以选择相应的注塑机。由参考文献10实用模具技术手册第 280 页可知有机玻璃型腔平均压力为30。aMp由参考文献1塑料成型工艺与模具设计中第 79 页可初选卧式注塑机，其型号有XSZS22。其中 XS 表示塑料成型机械；Z 表示注射成型；Y 表示螺杆式；22 表示注塑机的最大注塑量，具体参数如下表 3-1 所示。LED 导光柱注塑模具设计19表 3-1 XSZS22 的技术参数型号XSZS22理论最大注射容量/3cm20注射压力/aMp75锁模力/KN250注射时间/s0.45最大开合模具行程/mm160喷嘴球半径/mm10动、定模固定板尺寸/mm2502803.3.3 注塑机参数的校核注塑机参数的校核（1）最大注射量的校核最大注射量是指注射机对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。塑件连同浇注系统的凝料在内的重量一般应不大于注射机最大注射量的 80%。 (3.1)0.93 1.18 2021.95nmC Gg式中：为注射机可注射的最大注射量，g ； nm：料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数、对结晶形塑料，对于非结晶C0.85C 形塑料；0.93C ：所用塑料在常温下的密度，；3/g cm：注射机的公称注射容量，；G3cm根据校核公式 (3.2)jnnmmkm ：型腔数量，这里取 4，详细说明见下章；n：单个塑件的体积或质量，或 g；m：浇注系统凝料量，或 g；jm3/g cm：注塑机最大注射量利用系数，一般取 0.8。k根据上面算出的塑件的质量，因为一次成型四个塑件的注射量远小于它的 80%，所以很显然最大注射量的校核是符合要求的。（2）锁模力的校核注射时塑料熔体进入型腔内仍然存在较大的压力，它会使模具从分型面涨开。为了平衡塑料熔体的压力，锁紧模具保证塑件的质量，注射机必须提供足够的锁模力。它同注射量一样，也反映了注射机的加工能力，是一个重要参数。涨模力等于塑件和浇注系统在分型面上不重合的投影面积之和乘以型腔的压力。它应小于注射机的额定锁模力 F 锁，这样才能使注射机不发生溢料和涨模现象。无锡太湖学院学士学位论文20即要满足： (3.3)1()jnnAAF式中：塑件数量；n：单个塑件在模具分型面上的投影面积 ,；1A2mm：浇注系统在模具分型面上的投影面积，；jA2mm：塑料熔体对型腔的成型压力，其大小一般是注射压力的 80%；PaMP：注射机的额定锁模力，N，这里。nF250000nFN根据上述公式，得 (3.4)1()(4 3.14 100) 30jnnAApF故满足要求。（3）注射机压力的校核塑料成型所需要的注射压力是由塑料品种、注射机类型、喷嘴形式、塑件形状以及浇注系统的压力损失等因素决定的注射压力的校核是核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力。这里校核标准应该是注射机的公称注射压力要大于塑件成型的压力。 =75aPMP公=30aPMP注所以符合要求。查参考文献10实用模具技术手册第 280 页有机玻璃型腔平均压力为。30aMP4 分型面的选择与浇注系统的设计分型面的选择与浇注系统的设计注射成型后，塑料制件从动、定模部分的接合面之间取出，这个接合面称为分型面。分型面确定后，塑件在模具中的位置也就确定了。浇注系统是指熔融塑料从注射机喷嘴射入到注射模具型腔所流经的通道。通过浇注系统，塑料熔体充填满模具型腔并且使注射压力传递到型腔的各个部位，使塑件密实和防止缺陷的产生。LED 导光柱注塑模具设计214.1 分型面及其选择分型面及其选择4.1.1 型腔数目的确定和布置型腔数目的确定和布置1. 型腔数目的确定一次注射只能生产一件塑料产品的模具称为单型腔模具，如果一副模具一次注射能生产两件货两件以上的塑料产品，则这样的模具称为多型腔模具。单型腔模具塑料制件的形状和尺寸一致性好，成型的工艺条件容易控制，模具结构简单、紧凑、模具制造成本低，制造周期短。多型腔模具即一模多腔，一模多腔时要确定最合理的型腔数目。影响型腔数目的因素有经济指标和技术参数两个方面。技术参数主要包括锁模力大小、最大注射量、塑化性能、模板尺寸大小、制品的尺寸精度等。经济指标是指型腔多少对制品成本的影响最小。现在通过下面列表比较单型腔模具和多型腔模具，具体参数如下表 4-1 所示：表 4-1 单型腔模具和多型腔模具比较结合本次毕业设计制件的批量、质量控制要求、成本和注射机的锁模力和注射量等综合确定为一模四腔。2. 多型腔的排列在设计多型腔模具时应该注意以下几点：（1）尽可能采用平衡式排列；（2）型腔的位置和浇口开设位置尽量对称，便于防止模具受到偏载从而产生溢料；（3）尽可能使型腔排列得紧凑，以便缩小模具外形尺寸大小；（4）型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工困难。综合以上各方面的考虑，型腔布置如图 4.1 所示。类型优点缺点适用范围单型腔模具塑件精度高，成型工艺易于控制，模具结构简单，制造成本低生产率低，塑件成本高塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产多型腔模具生产率高，塑件成本低塑件精度低，成型工艺难以控制，模具结构复杂，制造成本高大批量，长期生产的小型塑件无锡太湖学院学士学位论文22图 4.1 型腔布置4 4.1.2 分型面的形式分型面的形式注塑模具有的只有一个分型面，有的有多个分型面。在多个分型面的模具中，将脱模时取出塑件的那个分型面称为主分型面，其他的分型面称为辅助分型面。辅助分型面是为了达到某种目的而设计的。分型面的形状主要有以下几种：（1）平直分型面；（2）倾斜分型面；（3）阶梯分型面；（4）曲面分型面；（5）垂直分型面。4.1.3 分型面的设计原则分型面的设计原则分型面在整个注塑成型过程中起到非常重要的作用，分型面的选择一般都会依据以下几点原则：（1）尽可能将铸件的全部或大部分置于同一砂型内，以避免错箱和产生较大的缝隙。（2）分型面的数目应少且为平面。（3）尽量减少型芯和活块的数目。（4）分型面的选择应有利于下芯、合箱，使型芯安放稳固，便于检查型腔尺寸。（5）分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处。（6）使塑件留在动模一边，利于脱模。（7）将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度。（8）轴芯机构要考虑轴芯距离。（9）分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。（10）一般在分型面凹模一侧开设一条深宽的排气槽。亦可0.025 0.1mm1.5 6mm以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气。LED 导光柱注塑模具设计23综合本次塑件的难易程度，先选择平直分型面，平直分型面的具体结构可如下图 4.2所示。图 4.2 平直分型面4.2 浇注系统的设计浇注系统的设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的设计是模具设计的一个重要环节，设计合理与否对塑件的性能、尺寸、内在质量、外在质量及模具的结构、塑料的利用率等有较大的影响。因此对模具设计人员来说，对浇注系统的设计应有足够的重视。4.2.1 普通浇注系统设计的基本原则普通浇注系统设计的基本原则（1）尽可能地缩短流程，以便于降低压力损失，缩小充模时间。（2）浇口位置选择的时候，需要避免产生湍流，即蛇形和喷射的流动，同时有利于补缩和排气。（3）塑件与浇注系统需一起在分型面上，有压降、温度和注射流量分布的均衡布置。（4）避免高压融体对嵌件和型芯产生冲击，避免位移和变形。（5）浇注系统中的凝料脱出方便可靠，易于塑件分离，同时外表没有损伤。（6）满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。（7）在选择浇口位置时，应注意避免熔接痕的产生，熔体流动时应尽量减少分流的次数，因为分流熔体的汇合之处必然会产生熔接痕，尤其是在流程长、温度低时对塑件熔接强度的影响更大。（8）有利于型腔中气体的排出。浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有 IT8 以上精度。4.2.2 主流道的设计主流道的设计主流道是指喷嘴口起至分流道入口处止的一段通道，它的形状和尺寸直接影响塑料的流动速度及填充时间。它与注射机喷嘴在同一轴心线上，熔料在主流道中并不改变方向。主流道通道是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和无锡太湖学院学士学位论文24充模时间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。在卧式注塑机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。主流道通常设计在模具的浇口套中，为了使主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形。浇口套一般采用碳素工具钢材料制造。浇口套的结构形式有很多种类，主要区别在于浇口套与定位圈的不同组成形式。（1）浇口套主流道是熔料最先流过的流道。主流道入口端面不断要与温度较高注塑机喷嘴大力碰撞，很容易受损，所以主流道一般做在可拆卸更换的单独零件上，该零件称为浇口套。国产注塑机喷嘴头部形状一般呈半圆型，注射时为了密封浇注口套与注塑机喷嘴接触的面，浇口套外露端面也作成凹陷状，而且凹陷圆弧半径要比注塑机喷嘴半圆球半径大，凹陷圆弧的深度为。为了顺利脱出浇口套内的浇道凝料，一般把主1 2mm3 5mm流道做成入口到出口方向呈的圆锥孔，圆锥孔一般控制在左右，圆锥孔入2 660mm口直径比注塑机喷嘴孔直径大。0.5 1mm（2）定位圈定位圈是整副模具与注塑机定模板定位孔定位的台阶环。定位圈深入注塑机定模板定位孔的深度一般为，小型摸具取。定位圈与注塑机8 15mm8 10mm定馍板定位孔的配合用过度配合，定位圈选 45 钢制造。11/ 11Hh结合多方面的考虑，本次设计选用的浇口套形式以及参数如下表 4-2 所示。表 4-2 浇口套形式以及参数符号名称数值d主流道小段直径4 8mmSR主流道球面半径喷嘴球面直径1h球面配合高度4L主流道长度取50mmD主流道大端直径2 tan/ 2dLDdRL浇口套主流道锥角26R：球头半径= ； (1 2)16SRmm：主流道的锥度，一般在范围之内选取，对于粘度大的塑料，可取2 6。但是由于受标准锥度铰刀的限制，应尽量选用标准锥度值，或者选用标准浇口套3 6； 2L：主流道长度，取；40mmd：主流道小端直径，即主流道与注射机喷嘴接触处的直径。d 一般在范围4 8mm内我们这里可以选取。3.5dmmLED 导光柱注塑模具设计254.2.3 分流道的设计分流道的设计分流道是指塑料熔体从主流道进入型腔的过渡段，它能使塑料熔体平稳地转换流向型腔。分流道的作用是改变熔体的流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时应尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。分流道开设在动、定模分型面的两侧或任意一侧，其截面形状用尽量使其比表面积（流道表面积与其体积之比）小，使温度较高的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供较小的接触面积，以减少热量损失。分流道的设计主要有；截面形状设计；尺寸设计；以及分流道在分型面上的布置等等。（1）分流道的形状分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，。圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及 U 形。综合各方面考虑，本次选择的截面形状为梯形。（2）分流道的尺寸因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。现初步选择，。8bmm（3）分流道在分型面上的布置圆形和六边形对称截面分流道必须开设在分型面的两边，开设在两边的分流道对熔料对流动性有利，但加工要求高，而梯形.U 形，半圆形分流道只要开设在动模或定模一边，这类非对称形状分流道开在分型面的哪一边要看模具结构，一般开设在浇道凝料排出方便的一边。4.2.4 浇口的设计浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。浇口的设计与位置的选择恰当与否，直接关系到塑件能否被完好高质量地注射成型。浇口主要作用是：1：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。2：易于在浇口切除浇注系统的凝料。3：熔体在流经狭窄的浇口时产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。4：对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料，对于多浇口单型腔模具，浇口既能用来平衡进料，又能用以控制熔接痕在制品中的位置。浇口的设计主要有：浇口结构形式的选择；浇口位置的选择等等。（1）浇口结构形式的选择按照浇口截面尺寸大小的结构特点，浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类。无锡太湖学院学士学位论文26非限制性浇口包括直接浇口，非限制性浇口包括侧浇口、环形浇口、点浇口等。本次课题根据多方面的考虑，浇口形式选择为侧浇口。（2）浇口结位置的选择无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件质量影响比较大，所以选择合理的浇口位置是提高塑件质量的重要部分。确定浇口位置的时候，针对塑件的几何形状，从而来分析塑料的流动状态、填充效果以及排气情况等因素。因此确定浇口的位置时，必须要注意以下几点：1、避免引起熔体破裂；2、浇口应开设在制品截面最厚处；3、有利于塑料熔体流动；4、有利于型腔排气；5、考虑制品的受力状况；6、减少熔接痕的影响；7、减少制品翘曲变形；8、防止型芯变形。综合以上各方面的设计，浇注系统结构的设计如图 4.3 所示。图 4.3 浇注系统LED 导光柱注塑模具设计275 成型零部件设计成型零部件设计注塑模具的成型零件是指构成型腔的模具零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度、材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。成型零件尺寸计算主要有型腔尺寸的计算、型芯尺寸的计算以及各种位置尺寸的计算等。5.1 成型零件的结构设计成型零件的结构设计5.1.1 凹模的结构分析凹模的结构分析凹模亦称型腔，是成型塑件外表面的主要零件，其中成型塑件上外螺纹的称为螺纹型环。凹模按结构不同主要可分为整体式和组合式两种结构形式。（1）整体式凹模强度高，牢固，成型的塑件无拼缝痕迹，塑见的精度高；但模具加工困难，热处理变形大，一般适用于简单的中、小型模具。（2）整体嵌入式凹模嵌块的外形多采用台阶的圆柱体，加工和安装容易；热处理变形小；便于凹模损坏时的更换和维修；多用于多型腔模具。（3）组合式凹模一般用于复杂的凹模，采用组合方式可以简化复杂的机加工工艺，有利于模具成型零件的热处理和模具的修复，有利于采用镶拼间隙来排气，可节省贵重模具材料。5.1.2 型芯和成型杆的结构分析型芯和成型杆的结构分析型芯和成型均用来形成制品的内表面。型芯和成型杆并无严格的区分。一般成型杆多指能形成制品孔和局部凹槽的小型芯。当型芯用来成形制品的整个内部形状时，又称为主型芯或凸模。（1）整体式型芯适用于塑件的内形比较简单的型芯，其结构牢固；成型塑件的质量好，但模具的加工量大，耗钢材多，热处理的变形大。（2）组合式型芯适用于塑件的内形复杂，机加工困难的型芯。其加工简单、容易。能减少贵重的模具钢的耗重；节省加工工时；避免大型件的热处理变形。综合上面的比较，本次设计中根据塑件的形状可以确定模具采用整体式凹模。无锡太湖学院学士学位论文285.2 影响塑料尺寸精度的主要因素影响塑料尺寸精度的主要因素5.2.1 塑料制品的成型收缩塑料制品的成型收缩塑料收缩率的影响smaxmin()ssSSL式中：塑料收缩率波动影起的塑件尺寸误差；s：塑料的最大收缩率；maxS：塑料的最小收缩率；minS：塑件的基本尺寸。sL5.2.2 模具成型零件的制造公差模具成型零件的制造公差 z z一般取塑件的公差的，本设计中取，中心距时取。1/31/ 41/31/ 45.2.3 模具成型零件的磨损模具成型零件的磨损 c c对于中小型塑件最大磨损量可以取塑件公差的。1/65.3 成型零件的工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸的计算LED 导光柱注塑模具设计29Hm1Lm2HmLm1Rm1LHLs2hLm2RHHm图 5.1 模具成型零件工作尺寸与塑件尺寸的关系在尺寸计算时规定：塑件外形最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之相对应的模具型腔最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值；塑件内形最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，与之相对应的模具型芯最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值；中心距偏差为双向对称分布，成型零件的形状和尺寸如图 5.1 所示。 010.073.14sLmm020.0253.88sLmm00.254sRmm 010.3615sHmm020.252.0sHmm030.252.0sHmm未注尺寸属于自由公差，取 IT14 级。查参考文献3公差配合与技术测量P15 可知公差。1型芯径向尺寸： (5.1) 0.02301000.02303()(1)(1 0.7%) 6.140.0746.13zzmsLs Lxmm (5.2)0.083202000.08303()(1)(1 0.7%) 3.880.2543.89zzmsLs Lxmm 2型芯深度尺寸：（修正系数2/3X 在塑件尺寸较大、精度级别较低时取小值；反之则取大值） (5.3) 0.121 01000.1202()(1)(1 0.7%) 150.36314.88zzmsHs Hxmm (5.4) 0.083202000.08302()(1)(1 0.7%) 2.00.2531.84zzmsHs Hxmm 3型腔尺寸计算：（修正系数2/3X 在塑件尺寸较大、精度级别较低时取小值；无锡太湖学院学士学位论文30反之则取大值） (5.5)0.0833 03000.08302()(1)(1 0.7%) 3.00.2532.85zzmsHs Hxmm 尺寸按径向计算1mR (5.6)0.0831 0000.08303()(1)(1 0.7%) 4.00.2543.84zzmsRs Rxmm 式中：型芯内部径向尺寸；mL：型芯头部径向尺寸；2mL：型芯总深度；1mH：型芯头部深度；2mH：型腔深度；3mH：型腔半径。1mR由于该塑件尺寸较小，经过强度刚度计算可以满足要求。故所取的模具型腔壁厚值经放大后可直接选用。5.4 成型零件的材料成型零件的材料成型零件材料分为非合金钢和合金钢两类。模具用非合金钢和合金钢要比普通非合金钢和合金钢纯度高，品质好，因此纳入国家标准的塑料模具钢在钢号前加 SM 符号以示区别。（1）非合金钢普通非合金钢由于纯净度低，抛光性差，达不到粗糙度的要0.4mm求，而且模具的使用的寿命短，所以只能作模具次要的零件材料。（2）合金钢塑料模具合金钢有渗碳型钢、经热处理后在磨床上研磨至镜面。淬火后回火，硬度有良好耐磨性，所以可以作主要的零件材料。55HRCLED 导光柱注塑模具设计316 导向机构和推出机构的设计导向机构和推出机构的设计注塑模的导向机构用于、定模之间的开合模导向和脱模机构的导向。定位机构分模外定位和模内定位。模外定位是通过定位圈使模具易于在注射机上安装，以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位。而模内定位则通过锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。6.1 导向机构的设计导向机构的设计6.1.1 导向机构的功用导向机构的功用在注射模中，引导动模和动模之间按一定方向闭合和开启的装置，称为导向机构。此外，用于卧式注射机的注塑模，其脱模机构也需要设置导向机构。导向机构由导柱和导套组成，分别安装在动、定模两边。导向机构的作用有如下几点：（1）导向作用当动模和定模合模时，首先是导向零件导入，引导动、定模准确合模，避免由于某种原因，使得型芯或型腔错误接触而造的损坏。（2）定位作用导向装置直接起了保证动、定模合模的位置的正确性，保证模具型腔的形状和尺寸的精确性，从而保证塑料制品的精度。导向装置在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。（3）承受一定的侧向压力由于塑料熔体充模过程中可能产生单向侧压力，或由于成型设备精度低的影响，因而在模塑过程中需要导向装置承受一定的单向侧压力，以保证模具的正常工作。（4）承载作用当采用推件板脱模或双分型面模具结构时，导柱有承受推件板和型腔板重量的作用。（5）保持结构运动平稳对于大、中型模具的脱模机构，导向机构有使机构运动灵活平稳的作用。6.1.2 导向装置类型导向装置类型合模导向通常采用导柱导向。当注塑大型、精度要求高、需要深型腔成型的塑料制品，尤其是薄壁容器和非轴对称的塑料制品时，注塑过程会产生较大的侧压力，如果单无锡太湖学院学士学位论文32纯由导柱承受，会发生导柱导套住和损坏，因而所用模具应增设锥面定位结构。本设计采用导柱导向。6.1.3 导柱导向机构导柱导向机构（1）导柱的形式导柱的基本机构形式有两种，一种是带头导柱，另一种是带肩导柱。，带头导柱用于生产批量的模具，可以不用导套。带肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向的模具。本设计中采用带头导柱，其结构简单，加工方便，可以用于简单模具，其机构及尺寸如图 6.1 所示。 d/3d(m6)L10.8L0.8图 6.1 带头导柱（2）导柱数量、大小及其布置根据模具形状及尺寸，一副塑料模架导柱数量一般需要个，本设计选用 4 个。 2 4其尺寸外 16。导柱应该合理均匀地分布在模具分型面的四角，导柱中心到模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度。导柱的尺寸应该根据模具的尺寸来选取，有时为了不使模具在装配或合模时将方向搞错，其分布方式常采用等直径导柱不对称布置或不等直径导柱的对称布置方式。导柱的长度应比型芯端面的高度高出，以免在错误定位6 8mm时，型芯进入凹模型腔相碰撞而损坏。导柱设置在动模一侧可以保护型芯及塑件脱模时，支撑推件板的作用，设置在定模一侧可以起到方便塑件脱模支撑浇道板的作用，在设计中，应根据具体情况来选择，一般设置在动模一侧。（3）配合精度导柱固定端与模板之间采用或的过渡配合。导柱导向部分采用7/6Hm7/ 6Hk的间隙配合。7/7Hf（4）导柱的材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧不容易折断的内芯，多采用 20 钢参碳或 T8，T10淬火处理。本设计中用 T10 钢。6.1.4 导套的设计导套的设计导套是与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模LED 导光柱注塑模具设计33具运动导向精度的圆套形零件。（1）固定形式及配合精度常采用或配合镶入模板。7/6Hm7/ 6Hk（2）导套的结构形式导套常用的结构形式有两种，一种是直导套，另一种是带头导套。直导套多用于较薄的模板，比较厚的模板应采用带头导套。本设计中根据导柱导套的配合应该采用结构简单，加工方便的带头导套。（3）导套的材料套用与导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造，其硬度一般应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导套和导柱拉毛。导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为。0.8aR 本设计中采用铜合金。本次设计的导套结构及尺寸如图 6.2 所示。LSdD0.80.8图 6.2 导套的形式6.2 推出机构的推出机构的设计设计每次注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。推出机构的动作通常是由安装在注射机上的顶杆或液压缸来完成的。推出机构设计的合理性与可靠性直接影响到塑料制件的质量，因此，推出机构的设计是注塑模设计的一个十分重要的环节。6.2.1 推出机构的结构组成推出机构的结构组成推出机构一般由推出、复位和导向等三大元件。凡与塑件直接接触并将塑件从模具型腔中或型芯上推出脱下的元件，称为推出元件，比如推杆等。复位元件是为了使推出机构能回复到塑件被推出时的位置而设置的，比如复位杆。导向元件是对推出机构进行导向，使其在推出和复位工作过程中运动平稳无卡死现象，同时，对于推板和推杆固定板等零件起支承作用，比如推板导柱、推板导套。无锡太湖学院学士学位论文346.2.2 推出机构的设计原则推出机构的设计原则推出机构的设计一般应该依据以下原则：（1）推出机构应尽量设置在动模一侧。（2）因为塑料收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强筋，壁厚等处。作用面积尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。（3）推出机构应使推出动作可靠，灵活，制造方便。（4）为了保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。将顶杆设计在塑件的内部型腔。（5）设计推出机构时，还必须考虑合模的正确复位，保证不与其它模具零件相干涉。6.2.3 顶出部件顶出部件顶出部件是指顶出系统中推出塑件的部件，即顶出零件，它直接与塑件接触，开模后将塑件顶出型腔或型芯。一般采用推杆、推管、推板推出。本设计中采用推杆推出。1. 推杆的设计推杆的截面形状见下图 6.3 所示。等圆截面推杆主要适用小型模具。阶梯式推杆适用于推出端直径小和推出距离较大的模具；特殊断面形状适用于塑件推出部位的成型要求；组合式推杆是为了便于制造及节约优质钢材，生产中根据具体情况可用销钉装配，也可以用过渡配合加钎焊进行装配。2. 推杆的布局与位置（1）应该设在脱模阻力大的部位。（2）必须保证塑件被推出时受力均匀，推出平稳，不变形；当塑件各处脱模阻力相同时，则均匀布置；若某个部位脱模阻力大，则该出应增加推杆数目。（3）推杆尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强肋等塑件强度、刚度较大处，当结构特殊，需要推在薄壁出时，可采用盘壮推杆以增大接触面积。（4）推杆的设置不能够影响凸模的强度与寿命。（5）在模内排气困难的部位需要设置推杆，以利于间隙排气。推杆应有足够的强度与刚度，一般要求,如塑件的特殊结构要求推杆与其之接触/40L d 面积较小（）时，可以采用阶梯式推杆或推杆局部接触法。3dmmLED 导光柱注塑模具设计35HabHDDLcded1hd1 图 6.3 推杆的截面形状a 等圆截面推杆 b 阶梯式推杆 c 特殊截面推杆 d 组合式推杆 e 锥盘状推杆3. 推杆的固定与配合本设计中采用凸肩固定式；推杆与模板的配合长度一般为推杆直径的倍，但圆2 3截面推杆至少应大于。合模后应确保推杆端面平齐，或伸入型腔或塑件内15mm。0.05 0.1mm4. 推杆的材料多用 45 钢或 T8、T10 碳素工具钢，直径在以下时允许采用；推杆滑动部6mm65Mn分淬火硬度以上；其余；表面粗糙度取；局部淬火长度应50HRC38 42HRC0.63Ra 取配合长度与 1.5 倍推出行程之和。综合以上各方面考虑：该推出机构采用等圆截面推杆，如图 6.3a 所示。6.2.4 复位部件复位部件复位部件是使完成顶出任务的顶出零件回复到注射时所需要的位置。复位杆与推杆一起固定在推杆固定板上，一般设置根，位置均布于推干固定板的四周，位于模具型腔和浇注系统之外。在合模过程中，复位杆的前端面与定模板面相接触才开始复位，合模与复位同时完成。要求复位杆端面应低于模板平面。复位杆的前端面及与0.02 0.05mm复位杆接触的定模板对应位置要求淬火或镶上一个淬火块。该模具取 4 根复位杆，复位杆结构如图所示 6.4 所示。图 6.4 复位杆无锡太湖学院学士学位论文366.2.5 导向部件和限位零件导向部件和限位零件推出机构的导向零件包括推板导柱、推板导套或推板上的导向孔。其作用是确保使顶出过程平稳，灵活可靠，顶出零件不致于弯曲和卡死。在大型模具中，推板导柱还兼起支承动模支承板的作用。推板导柱的数量至少两根，大型模具应设置四根。限位钉是对推出机构进行位置调整和防止推出机构复位时受到阻碍的零件。限位钉的结构以及尺寸如下表 6-1 所示：表 6-1 限位钉d（n6）基本尺寸极限偏差D0.10SL80.0190.010164812206121.25DSLd0.63160.0230.0122510167 其它部件的设计其它部件的设计7.1 温度调节系统温度调节系统的设计的设计在塑料注射成形中，注塑模具不仅是塑料熔体的成形设备，还起着热交换器的作用。模具温度调节系统直接影响到制品的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成形工艺要求不同，对模具温度的要求也不一样。对于大多数要求较低的模具温度的塑料，仅设置模具的冷却系统即可。但对于要求模具温度超过 80的塑料以及大型注射模具，均需要设置加热装置。7.1.1 冷却系统的设计原则冷却系统的设计原则冷却系统的设计一般依据以下原则：（1）在模具设计时冷却系统的布置应先于脱模机构，不要在脱模机构设计完后才去考虑。（2）是否有足够的空间来布置冷却回路。（3）注意凹模和型芯的平衡。（4）普通模具与精密模具在冷却方式上应用差异。（5）由于凹模与型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。（6）合理地确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔的距离。（7）尽可能使所有冷却管道孔分别到各处型腔表面的距离相等。LED 导光柱注塑模具设计37（8）应该加强浇口处的冷却。（9）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。7.1.2 冷却系统的计算冷却系统的计算已知塑料品的质量是 0.1g，查参考文献8塑料模具技术手册P221 塑件厚度与所需冷却时间的关系可知。注射时间为 5s。前后操作时间大概为 10s。通过计算可知每小时可以做 360 次，通过计算每小时用的塑料量（包括浇注系统）。用 20的水作为3.089kg冷却介质，其出口温度为 27，水呈湍流状态，若模具平均温度为 70，模具宽度为。 200mm1求塑料制品在固化时每小时释放的热量 Q查参考文献8塑料模具技术手册P221 得度聚苯乙烯成型时放出的热量焓量为从而求出52.7 10/ij kg (7.1)53.3429.023 10/QG iij h 2求冷却水的体积流量1V (7.2)5132439.023 1060()60 4187 10(2720)5.13 10 (/ min)QVc ttm式中：冷却水的密度； c：为冷却水比热容。3求冷却管道直径 d查参考文献8塑料模具技术手册P223 表，取。8dmm4求冷却水在管道内的流速 V (7.3)412244 5.13 103.14 (8/1000)600.17/VVdm s5求冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热系数查参考文献8塑料模具技术手册P219 表 3-38，取(水温为 30C)。8.4 (7.4)0.80.80.20.232()8.4 (996 0.17)(0.008)3.74 10/()vdmmk6求冷却管道总传热面积 (7.5)5329.023 1036003600 3.74 1040(2027)/ 20.004QAtm7求冷却水孔总长度无锡太湖学院学士学位论文38 (7.6)50.80.89.023 103600()()3600 3.14 8.4 (996 0.17 0.008)(4023.5)0.17QLTvdm8求模具上应开设的冷却管道的孔数 n (7.7)0.0043.14 (8/1000) (250/1000)0.65AndL所以应该取 1 孔。9冷却水在流动状态校核，当平均水温为 23.5水的运动粘度为 (7.8) 620.9 10 (/ )ms60.17 0.0080.9 101511.11evdR10冷却水进出口温差校核 (7.9)512229.023 10()900900 3.14 (0.008)4187 1000 0.177CQttd c v式中：冷却塑件的体积流量，；V3/ minm：在单位时间内注入模具中的塑料质量，；G/kg h：单位质量的塑料制品当凝固的时候放出的热量，；Q/kj h：冷却塑料的密度；：冷却塑料的比容热；c：冷却塑料的进口温度，；t：冷却塑料的出口温度，；2t：冷却管道的直径 mm；d：冷却塑料与冷却管道孔壁之间的传热膜系数，；2/()mmk：冷却水在管道内的流速，；v/m s：冷却塑料与模温温度之间的平均温差，。T这结果与原设定一致，因方此案此可行。7.2 模架的设计模架的设计模架是模具的骨架，用模架将模具个部分联接在一起，模架的机构如图 7.1 所示。7.2.1 模板的布置模板的布置模板布置时，应该注意以下几点：（1）型腔的位置一般应取中、对称，以免注射发生受力不匀。LED 导光柱注塑模具设计39（2）冷却管道发位置一般应与型腔的距离在。12 15mm（3）支承柱的位置。在大中型注射模具中，支承柱是相当重要的，它是防止模具型腔在注射压力的作用下产生翘曲变形，并可减少垫板的厚度。故在顶出空间的投影面积上加以支承。支承柱的个数依据注射模具的大小来定，一般为 2 个以上。（4）推杆、复位杆的位置尽量布置在塑件承受力大的部位，如塑件侧壁附近。7.2.2 模板的标准模板的标准塑料制品加工行业的显著特点之一是高效率、大批量的生产方式。这样的生产方式要求尽量缩短模具的生产周期，提高模具制造质量。为了实现这个目标就必须采用模具标准模架及标准零件。一个国家的标准化程度越高，所制定的标准越适合生产实际，就表明这个国家的工业化程度越高。模具标准化有以下优点：（1）简单方便、买来就用、不必存库。（2）能使模具的价格降低。（3）简化模具的设计和制造。（4）缩短了模具加工周期，促进了塑料作品的更新换代。（5）模具的精度及动作的可靠性得以保证。（6）提高了模具中易损零件的互换性，便于模具的维修。（7）模具标准化、系列化是开发 CAD/CAM 系统的前提。（8）模具标准化是实现对外交流、扩大贸易、增强国家技术经济实力，必不可少的一项经常性技术工作。2143511109786图 7.1 模架的基本结构1-动模座板；2- 螺栓； 3-动模底板； 4-动模板； 5-定模板；6-定模座板；7-导套； 8-导柱； 9-复位杆； 10-垫块；11-推板根据参考文献10实用模具技术手册P433 选择 A1 型。A1 型定模采用两块模板，动模采用一块模板。设置推杆推出机构，适用于单分型面无锡太湖学院学士学位论文40注射模。根据参考文献8塑料

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