机械毕业设计（论文）-LED导光柱注塑模具设计【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： LED 导光柱注塑模具设计导光柱注塑模具设计 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 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。 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 班 级： 机械 96 学 号： 0923259 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 无无锡锡太太湖湖学学院院 信信 机机 系系 模模具具设设计计与与制制造造 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：一、题目及专题： 1、题目 LED 导光柱注塑模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据二、课题来源及选题依据 本次毕业设计题目是 LED 导光柱注塑模具设计，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 导光柱主要起导光作用，它能够使一切 LED 灯发光，透光度达到 98%。 注塑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。LED 导 光柱在工厂生产中属于大批量生产，故将要求我们精确设计出相应的塑料模 具。 本课题的选择主要有下面几方面的依据： 1、塑料模具与自己的专业接近，完成该课题可对我们大学期间所学知识 进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决 生产中实际问题的方法。 2、我在无锡一家模具厂实习，该厂正好生产导光柱，我对制件的尺寸都 有深入的了解，可以减少许多不必要的麻烦。 II 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： 正确合理分析零件工艺用途及结构； 理解并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； 能够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能够合 理分析各因素对设计的影响； 熟练使用各种制图软件。 四、接受任务学生：四、接受任务学生： 机械 96 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 III 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。 V Abstract My 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. V 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 1.1.1 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 VI 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 z28 5.2.3 模具成型零件的磨损 c28 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 VII 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 LED 导光柱注塑模具设计 1 1 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。 无锡太湖学院学士学位论文 2 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； LED 导光柱注塑模具设计 3 17-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。 无锡太湖学院学士学位论文 4 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 LED 导光柱注塑模具设计 5 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 无锡太湖学院学士学位论文 6 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 2.0 3 /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 LED 导光柱注塑模具设计 7 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。1.011.16 3 /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 无锡太湖学院学士学位论文 8 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 10 3 /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） 。 LED 导光柱注塑模具设计 9 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 26030 a MP C。60 80 2.2.2 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。 无锡太湖学院学士学位论文 10 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。 LED 导光柱注塑模具设计 11 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。0.5mm 7：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。 无锡太湖学院学士学位论文 12 9：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： LED 导光柱注塑模具设计 13 （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 ABS351 40120 PS301 35130 PC3050351 PP 2550301 无锡太湖学院学士学位论文 14 PA 20402540 PMMA301 35130 2.4.3 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， 1 1.5RH0.5Rmm 1 1.5Rmm 。0.5RH R=0.5H R1=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 =83.023mmV1 2、LED 导光柱的质量 查