机械毕业设计（论文）-显示器支架扣件塑料注射模具设计[抽芯].pdf

1 绪论 1 1 绪论绪论 1.1 模具在加工工业中的地位模具在加工工业中的地位 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材 料加工工业中广泛的使用着各种模具 1 。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模 具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。 对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满 足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便； 从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。 模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型 面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件 的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光 洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中， 模具结构对操作难以程度影响很大。 在大批量生产塑料制品时， 应尽量减少开模、 合模的过程和取制件过程中的手工劳动， 为此， 常采用自动开合模自动顶出机构， 在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有 影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应 尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本 2 。 现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项 重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设 计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能 毕业设计（论文） 2 2 发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品 种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前 发展。 1.2 模具的发展趋势模具的发展趋势 近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命 的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模 具的发展趋势可分为以下几个方面： (1) 提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料 模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一 模多腔所致。 (2) 在塑料模设计制造中全面推广应用 cad/cam/cae 技术。cad/cam 技 术已发展成为一项比较成熟的共性技术， 近年来模具 cad/cam 技术的硬件与软 件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条 件；基于网络的 cad/cam/cae 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合 型 cad/cam 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；cad/cam 软件 的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3d 设计与成型过程的 3d 分析将 在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 (3) 推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热 流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料 和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件 的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅 助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行 业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参 数需要确定和控制， 而且常用于较复杂的大型制品， 模具设计和控制的难度较大， 因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料 件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 (4) 开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种少批量的生产方式。 (5) 提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具 标准化程度仍较低， 与国外差距甚大， 在一定程度上制约着我国模具工业的发展， 为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首 先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高 商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品 种。 毕业设计（论文） 3 3 (6) 应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分 必要。 (7) 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。 采用三坐标测量仪或三坐 标扫描仪实现逆向工程是塑料模 cad/cam 的关键技术之一。研究和应用多样、 调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 1.3 本次设计的意义本次设计的意义 随着科学技术的发展需要，模具已成为现代化不可缺少的工艺装备，模具设 计是机械专业一个最重要的教学环节,是一门实践性很强的学科， 是我们对所学知 识的综合运用，通过对专业知识的综合运用，使学生对模具从设计到制造的过程 有个基本上的了解，为以后的工作及进一步学习深造打下了坚实的基础。毕业设 计作为我们在校期间一次较为系统的工程训练，可以得到以下几方面的能力培 养： 1) 调查研究中外文献检索和阅读能力； 2) 综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力； 3) 设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力； 4) 掌握模具设计方法和步骤,了解模具的加工工艺过程； 5) 逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力； 6) 撰写设计说明书（论文）的能力； 7) 养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。 通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要 求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要 求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了 解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。 毕业设计（论文） 4 4 2 产品分析产品分析 2.1 塑件分析塑件分析 2.1.1 结构分析结构分析 本次设计任务所提供的资料为塑件实体，下图为测绘出的塑件二维和三维 图： 毕业设计（论文） 5 5 图 2.1 塑件二维图 图 2.2 塑件三维图 毕业设计（论文） 6 6 图 2.3 塑件三维图 由上图可看出， 显示器支架扣件总体来看是一面板类塑件， 其长度为 103mm， 宽度为 70.2mm，最大厚度为 4.1mm，最小厚度为 3.1mm，扣件内侧分布有筋和 通孔，从图 2.2.3 可看出塑件延伸部位有两个向内的侧挖。但是其所有结构均对 称分布，故模具设计时不需要设置较复杂抽芯机构，该零件属于中等复杂程度。 2.1.2 尺寸精度分析尺寸精度分析 技术要求中提出该塑件的尺寸公差 it3（sj1372- 78） 。 由于塑件为扣件类产品，因此零件的尺寸精度中等偏上，对应的模具相关零 件的尺寸加工可以保证。 2.1.3 表面质量分析表面质量分析 该零件的表面要求没有缺陷、毛刺、无飞边及要有一定的光泽，没有特别高 的表面质量要求，所以比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得好的情况下，零件的成型要求 可以得到保证。 2.2 材料分析材料分析 2.2.1 功能要求功能要求 毕业设计（论文） 7 7 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标。该 塑件是扣件类产品，长时间承受外力的作用，如拉力，压力以及摩擦等，因此需 要有较好的抗拉能力和抗疲劳能力。 而它作为一种日常用品， 应该是大批量生产， 这样，就必须考虑生产成本和模具寿命，在材料的选择时要综合各种因素。此外， 塑料都会老化，作为一种长时间靠近光源的产品，还要考虑到材料的光氧化等问 题。 2.2.2 材料选择材料选择 通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及 原材料厂家提供的材料性能数据。对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的 主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。该塑 件对材料的要求，首先必须是具有良好的力学性能，其次才是成型难易以及经济 性问题。 本次设计中的“显示器支架扣件”，由于其所使用的环境，需要长时间的承 受压力、拉伸力和摩擦力，同时距离光源比较近，故要考虑其光氧化性和抗疲劳 性。查过设计手册，abs 材料不仅能够满足塑件使用功能和加工工艺性，而且 abs 也具有一定的经济性，故此塑件选择 abs 作为塑件材料。 2.2.3 abs 成型性能成型性能 a. 一般性能一般性能 abs 外观为不透明呈象牙色粒料， 其制品可着成五颜六色， 并具有高光泽度。 abs 相对密度为 1.05 左右，吸水率低。abs 同其他材料的结合性好，易于表面 印刷、涂层和镀层处理。abs 的氧指数为 1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色， 有黑烟，并发出特殊的臭味。 b. 力学性能力学性能 abs 有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；abs 的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。 abs 的耐蠕变性比 psf 及 pc 大，但比 pa 及 pom 小。abs 的弯曲强度和压缩 强度属塑料中较差的。abs 的力学性能受温度的影响较大。 c. 热学性能热学性能 abs 的热变形温度为 93118， 制品经退火处理后还可提高 10左右。 abs 在- 40时仍能表现出一定的韧性，可在- 40100的温度范围内使用。 d. 电学性能电学性能 abs 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数 环境下使用。 毕业设计（论文） 8 8 e. 环境性能环境性能 abs 不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代 烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。abs 的耐候性差，在紫外 光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 f. abs 塑料的加工性能塑料的加工性能 abs 同 ps 一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加 工。 abs 的熔体流动性比 abs 和 pc 好， 但比 pe、 pa 及 ps 差， 与 pom 和 hips 类似；abs 的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关 系，但对剪切速率更为敏感。 abs 的热稳定性好，不易出现降解现象。abs 的 吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品 的干燥条件为温度 8085， 时间 24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度 7080，时间 18 18h。 abs 制品在加工中易产生内 应力， 内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验； 如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于 70 80的热风循环干燥箱内 24h，再冷却至室温即可。 2.2.4 塑件材料成型条件塑件材料成型条件 确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料 的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与 注射工艺参数接近，只有这样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效 率和经济效益。 本次设计选择 abs 为注塑材料， 表 2.1 和表 2.2 为 abs 的注射工 艺的相关参数。 表 2.1abs 的注射工艺参数 注射机类型 预热温度/ 喷嘴温度/ 料筒温度/ 模具温度/ 柱塞式 6075 160170 前段 17190 后端 14160 260 表 2.2abs 的热处理条件 塑料 热处理介质 处理温度 制件厚度mm 处理时间min abs 空气 水 6070 7077 6 7 3060 120360 2.2.5 塑件的体积和重量的计算塑件的体积和重量的计算 计算塑件重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。根据设计手册可查得 abs 的密度为=1.2g/cm成型收缩率成:0.30.8% 成型温度：180200。利 用 proe 软件测算出塑件的体积和质量，如图 2.4。 毕业设计（论文） 9 9 图 2.4 塑件质量 经换算得：塑件的体积：v=24.9cm 密度：r=1.2 g/cm 塑件质量：m塑=v24.9cm1.2g/cm=29.88g30 浇注系统的质量：m1=7g 故，设计所需浇注量为：m总= 8 . 0 塑总 mm+ =46.25g 2.2.5 初选注射机初选注射机 根据 2.2.4 所初步计算的浇注所需的浇注量，考虑到塑件结构不太复杂，需 求量中等，其外形尺寸、注射时所需压力等情况，初步选用注射机为 xs- z- 60。 表 2.3xs- z- 60 注射机相关参数 型号 xs- z- 60 毕业设计（论文） 1010 额定注射量(cm3) 螺杆直径(mm) 注射压力(mpa) 注射行程（mm） 注射时间（s） 注射方式 合模力（kn） 最大注射面积（cm2） 最大开（合）模行程（mm） 模具最大厚度（mm） 模具最小厚度（mm） 动、定模固定板尺寸（mm） 喷嘴圆弧（mm） 喷嘴孔径（mm） 60 38 122 170 0.7 柱塞式 500 130 180 200 70 300440 12 4 3 分型面及型腔的确定分型面及型腔的确定 3.1 分型面的选择分型面的选择 模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。分型面与模具的 整体结构、浇注系统的设计、塑件的脱模和模具的制造工艺等有关，因此分型面 的选择是注射模设计中的一个关键步骤。 分型面的选择应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。该塑 件表面质量无特殊要求，结构也比较间单，固选平直分型面。而如何确定分型面， 毕业设计（论文） 1111 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。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： 1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。 2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对排气效果的影响。 根据本次设计中的塑件，可有一下几种分型面选择方案： 图 3.1 方案一 若采用方案一为分型面，由塑件图可看出，其面内分布有大量对称的筋和通 孔，可以满足塑件的精度要求，但是由于筋和孔的原因，在脱模时会产生比较大 的摩擦力，不利于脱模。同时，如图中所示，其有一个型芯，若将型芯设计在定 模扳上，对于模具的制造和模具的顺利脱模会产生比较大的影响。 图 3.2 方案二 从塑件图中可看出，方案二所选平面其表面相对平整，没有比较大的结构， 在保证塑件质量的前提下，模具设计中可以比较容易的确定浇注系统和浇口位 毕业设计（论文） 1212 置，且对于脱模，是一个比较理想的分型面选择。 图 3.3 方案三 若选择方案三所示分型面，其分型面表面相对平整，但是其在图中所示位置 会出现内侧挖切，这对于模具的制造和模具脱模会产生比较大的影响。 综上几种方案，根据分型面选择的几种基本原则，为了便于模具制造，保证 塑件精度，本次设计采用方案二维分型面。 3.2 型腔数目的确定型腔数目的确定 型腔，铸型中组成铸件轮廓的空腔部分。它是指模具中成形塑件的空腔，而 该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同， 只不过凸凹相反而己。型腔分为单腔模具和多腔模，单型腔模具结构相对简单， 设计自由度较大，成型塑件的形状和尺寸的一致性好，塑件精度较高；多型腔模 具的结构复杂，生产效率高，分配到单个塑件上的成本低。单型腔模具宜用于大 型或精度要求较高的塑件的注塑成型，多型腔模具特别使用于精度要求不是很 高、结构较易冲型的中小型塑件的大批生产。在生产过程中，型腔数目的确定对 于提高生产的效率，降低成本具有重要的意义。为了使模具与注塑机的生产能 力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，设计模具时应确定型腔 数目 4 。确定型腔数目应遵守以下四种原则：. 1) 根据经济性确定型腔数目 2) 根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目 3) 根据塑件精度确定型腔数目 4) 根据注塑机的最大注塑量确定型腔数目 本次设计中，虽然对于塑件精度要求一般，需求量中等，原则上可多腔模更 为合适，可以提高生产效率，降低塑件的整体成本。但是该塑件的使用环境要求， 毕业设计（论文） 1313 塑件需要有比较强的抗压，抗拉和耐摩擦等力学性能，对塑件的质量要求较高， 生产经验表明，每增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低 4%，而在不同程度上 对于塑件的整体质量会有较大的影响，因此需要慎重的考虑，使得在保证塑件质 量的前提下，提高生产效率，降低成本。 按照注塑机的锁模力大小确定腔数 n a apf j) ( 0 - = 5500 )035(800000- =4.16 式中，f0注塑机的额定锁模力 p塑料熔体对型腔的平均压力，查设计手册，p 取值为 35mpa a单个塑件在模具分型面上的投影面积，mm 2 a j浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm 2 分析结论：大型薄壁塑件、深腔类塑件、需三向或者四向长距离抽芯塑件等， 为保证塑件成型，通常采用一模一腔。而本次设计中，塑件在模具分型面上的投 影面积相对较大，且塑件整体比较薄，最厚处仅为 4mm，且塑件有比较多的筋， 若选择一模多腔，不仅设计复杂，而且在生产实践中很可能影响到塑件的质量。 故本次设计采用一模一腔。 3.3 型腔的分布型腔的分布 由于型腔的排布与浇注系统密切相关的，所以在模具设计时应综合加以考 虑。型腔的排布应使每个型腔都能通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足 够压力，以保证塑料熔体能同时均匀地充填每个型腔，从而使各个型腔的塑件内 在质量均一稳定。而本次设计中采用一模一腔，型腔布置在模具中间，这样有利 于浇注系统的排列和模具的平衡。如图 3.4 毕业设计（论文） 1414 图 3.4 型腔分布 4 浇注系统的设计 15 4 浇注系统设计浇注系统设计 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、浇口和冷料穴等四个部分组成。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、内外部质量及模具结构、 塑料的利用率等有较大的影响 5 。 对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则。 1) 了解塑件的成型性能 2) 尽量避免或减少产生熔接痕 3) 有利于型腔中气体的排出 4) 防止型芯的变形和嵌件的位移 5) 尽量采用较短的流程充满型腔 6) 流动距离比和流动面积比的校核 4.1 浇口形式及位置的选择浇口形式及位置的选择 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的熔体通道。浇口的设计与位置的选 择恰当与否，直接关系到塑件能否完好、高质量地注射成型 6 。浇口可分成限制 性浇口和非限制性浇口两大类。 本次设计，由于塑件为面板类产品，结构对称无复杂结构，且采用一模一腔， 同时零件对于外表面的要求较高，无明显的缺陷、毛没有刺、无飞边及要有一定 的光泽，故为了设计方便，降低成本，选择点浇口。与此同时为了便于脱模，模 具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺 寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型及质量影响很大，因此合理选择 浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。 总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要 考虑以下几项原则： 1) 浇口应开设在塑件壁厚最大处。 2) 必须尽量减少熔接痕。 3) 应有利于型腔中气体排出。 4) 考虑分子定向影响。 5) 避免产生喷射和蠕动。 6) 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。 7) 尽量缩短流动距离。 毕业设计（论文） 1616 综合以上分析，浇口的选择和位置见图 4.1。 图 4.1 浇口位置 4.2 主流道杯的设计主流道杯的设计 本次设计中显示器支架扣件，由于其使用环境的要求，其塑件必须要有良好 的力学性能和较高的表面质量，而扣件属于面板类的产品，其表面积比较大，在 注塑成型过程中，随着面积的增加，其注射压力随之降低，若使用普通喷嘴，则 很难稳定实现塑件的质量，提高生产率。然而若要实现塑件质量和提高生产率， 就必须解决注射压力下降的问题。由于井喷式喷嘴的熔体芯流的直径远远大于熔 体芯流直径，因而其注射过程中注射压力降很小，同时其在停机后无需清理流道 凝料，对于节省材料，实现自动化降低加工成本有显著的作用，因此本次设计中 采用井喷式喷嘴。下图 4.2 为主流道杯示意图： 主流道杯尺寸主流道杯尺寸 图 4.2 主流道杯示意图 4.3 主流道设计主流道设计 毕业设计（论文） 1717 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触处开始到分流道为止的塑 料熔体的流动通道，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。 喷嘴前端孔径：d0=4mm； 喷嘴前端球面半径：r0=12mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 r= r0+(12)mm d= d0+(0.51)mm 取主流道球面半径 r=13mm； 取主流道的小端直径 d=4.5mm. 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其锥度为 13 ，经换算得大端直径 d=8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出 料端设计半径 r=3mm 的圆弧过渡。如图 4.3 图 4.3 主浇道 4.4 分流道设计分流道设计 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。分流道的作 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。设计时应注意尽 量减少流动过程中的热量损失与压力损失 7 。 分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速 率、分流道长度等因素来确定。本次设计中的塑件，由于选择一模一腔且点胶口 直接浇注，故无分流道。 5 成型零件的设计 18 5 成型零件的设计成型零件的设计 成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。该塑 件的材料为 abs 材料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有 足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理一 般使其具备 5055hrc 的硬度。 5.1 定模的结构设计定模的结构设计 定模，即模具的型腔部分，它的设计要根据模具的结构形式，考虑加工的难 易程度，节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。 而本次设计中的塑件相对简单，故其定模的结构也比较简单，加工没有特别的困 难，所以定模芯采取整体式结构结构如图 5.1。 图 5.1 定模结构 5.2 动模的结构设计动模的结构设计 成型塑件内表面的零件称凸模或型芯，主要有主型芯、小型芯、螺纹型芯和 螺纹型环等。对于结构简单的容器、壳、罩、盖之类的塑件，成型其主体部 分内表面的零件称主型芯或凸模，而将成型其他小孔的型芯称为小型芯或成型 杆。 主型芯的结构设计 毕业设计（论文） 1919 按结构主型芯可分为整体式和组合式两种 组合式结构：为了便于加工，形状复杂型芯往往采用镶嵌组合式结构。这种 构是将型芯单独加工后，再镶入模板中，这种结构可节省贵重模具钢，减少加工 工作量。所以我们采取动模型芯采取组合式结构，将型芯割开以便加工。其结构 如图 5.2 图 5.2 动模结构 5.3 成型零件的相关计算成型零件的相关计算 本成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和 平均磨损量来进行计算。查表得 abs 收缩率为 q=0.30.8%，故平均收缩率为 qcp=（0.3+0.8）%/2=0.55%，考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取 z=/3。 查模具设计手册得知，abs 的收缩率为 0.40.8。 收缩率的平均值为： scp= 2 8 . 04 . 0+ =0.6 (5.1) 查常用塑料模塑公差等级表，对于 abs 塑件标注公差尺寸取 mt3，未 注公差尺寸取 mt5 级，以满足模具制造和成型工艺控制，满足制品要求。 5.3.1 型腔尺寸的计算型腔尺寸的计算 已知在规定条件下的平均收缩率 scp， 塑件的基本尺寸 ls 是最大的尺寸， 其公差为负偏差，因此塑件平均尺寸为 ls- ，模具型腔的基本尺寸 lm 是最 毕业设计（论文） 2020 小尺寸，公差为正偏差，如以 lm +z 表示型腔尺寸,型腔的平均尺寸为 lm+z/2, 型的平均磨损量为c/2 时的平均尺寸为 lm+z/2+c/2，而 lm+z/2+c/2=( ls/2)+( ls/2) scp (5.2) 对于一般塑件，精度要求一般时z 和c 可忽略不计，并将（/2）scp略 去，则有 lm=ls+ lsscp/2，标注制造公差后，则为 ls=(1+scp) ls(0.510.75) z d+ 0 取模具制造公差z=/4 lm =(ll scp 4 3 ) z 0 l 1m =(105+1050.006- 0.751.6) 4 . 0 0 + =104.43 4 . 0 0 + mm l 2m =(lm+ lmscp 4 3 ) 4 . 0 0 + =(72720.0060.751.6) 4 . 0 0 + =71.232 4 . 0 0 + l 3m =(hm+hm scp 3 2 ) 11 . 0 0 + =(1.82+1.820.006 3 2 0.44) 11 . 0 0 + =1.54 11 . 0 0 + l 4m =(ll scp 4 3 ) z 0 =(85.5885.580.0060.751.6) 4 . 0 0 + =84.9 4 . 0 0 + l 5m =(ll scp 4 3 ) z 0 =（29.7429.740.0060.750.1） 25 . 0 0 + =29.84 25 . 0 0 + l凹=（lsls scp 4 3 ） z d+ 0 =（880.0060.750.1） 25 . 0 0 + 毕业设计（论文） 2121 =7.97 25 . 0 0 + l 2凹 =（lsls scp 4 3 ） z d+ 0 =（8.28.20.0060.750.1） 25 . 0 0 + =8.17 25 . 0 0 + l 5m =（lsls scp 4 3 ） z d+ 0 =（8.38.30.0060.750.1） 25 . 0 0 + =8.27 25 . 0 0 + l 6m =(l+l scp 3 2 ) z d+ 0 =(0.80.80.006 3 2 0.06) 015 . 0 0 + =0.76 015 . 0 0 + l 7m =（lsls scp 4 3 ） z d+ 0 =(57.557.50.0060.750.006) 015 . 0 0 + =57.8 015 . 0 0 + l 8m =（lsls scp 3 2 ） z d+ 0 =(1.31.30.006 3 2 0.06) 015 . 0 0 + =1.27 015 . 0 0 + l 9m =（lsls scp 3 2 ） z d+ 0 =(1.61.60.006 3 2 0.06) 015 . 0 0 + =1.57 015 . 0 0 + l 10m =（lsls scp 4 3 ） z d+ 0 =(660.0060.750.1) 25 . 0 0 + =5.96 25 . 0 0 + 毕业设计（论文） 2222 5.3.2 型芯尺寸的计算型芯尺寸的计算 由上可知，型芯和型腔尺寸公式类似，可得 lm=(1+ scp)ls+( 2 1 4 3 ) z d 0 （5.3） 同样，取模具制造公差z=/4 d 1m =（dm+ dmscp0.75） 0 z d- =（8.26+8.260.006+0.750.28） 0 07 . 0 - =8.52 0 07 . 0 - l 2m =( lslsscp0.75) 0 z d- =(8.868.860.0060.750.28) 0 07 . 0 - =9.12 0 07 . 0 - l 3m =( lslsscp0.75) 0 z d- =(6.166.160.0060.750.28) 0 07 . 0 - =6.41 0 07 . 0 - l 4m =( lslsscp0.75) 0 z d- =(4.164.160.0060.750.28) 0 07 . 0 - =4.4 0 07 . 0 - l 5m =( lslsscp0.75) 0 z d- =(42.8642.860.0060.750.56) 0 14 . 0 - =43.54 0 14 . 0 - l 6m =（lsls scp 4 3 ） 0 z d- =(6.3+6.30.0060.750.06) 0 015 . 0 - =6.63 0 015 . 0 - l 7m =（lsls scp 4 3 ） 0 z d- 毕业设计（论文） 2323 =(8.18.10.0060.750.06) 0 015 . 0 - =8.2 0 015 . 0 - 5.3.3 型腔深度尺寸计算型腔深度尺寸计算 查模具设计手册 ，可得型腔深度计算公式，如下： hm=hshs scp( 2 1 4 3 ) z d+ 0 ,z=/4 (5.4) h 1m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(4.324.320.006 3 2 0.44) 11 . 0 0 + =4.05 11 . 0 0 + h 2m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =（2.152.150.006 3 2 0.12） 03 . 0 0 + =2.1 03 . 0 0 + h 3m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(6.36.30.006 3 2 0.12) 03 . 0 0 + =6.25 03 . 0 0 + h 4m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(1.021.020.006 3 2 0.12) =0.95 03 . 0 0 + h 5m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(3.13.10.006 3 2 0.12) 03 . 0 0 + =3.04 03 . 0 0 + 5.3.4 型芯型芯高高度尺寸度尺寸 h 2m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 毕业设计（论文） 2424 =(13.2813.280.006 3 2 0.16) 04 . 0 0 + =13.3 04 . 0 0 + h 3m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(40400.06 3 2 0.16) 04 . 0 0 + =40 04 . 0 0 + h 4m =(hm+hmscp 3 2 ) z d+ 0 =(9.19.10.006 3 2 0.16) 04 . 0 0 + =9.05 04 . 0 0 + 5.3.5 型型孔之间孔之间的中的中心距心距计算计算 查表已知，当孔间距 80 时，其制造公差为 0.1，故 60 0.1，查设计手 册，中心距的尺寸公差计算公式为：cm=(c scsscp) 2 z d 通过计算，上式 cm=（60600.006） 2 06 . 0 =60.36 0.03 c 1m =(cscsscp) 2 z d =（58580.006） 2 06 . 0 =58.3 0.03 5.4 型腔型腔侧壁侧壁和和底板厚底板厚度计算度计算 在塑料模塑过程中，型腔所受的力是十分复杂的，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了型腔材料的许用应力时，型腔即 发生破坏 8 。故本次设计对模具型腔厚度和底板厚度进行计算。 5.4.1 型腔型腔侧壁厚侧壁厚度计算度计算 本次设计中凹模为组合式型腔，按照强度条件计算公式: t强= sh l 2 ph 2 = 160 5 . 572 105430 2 =8.4mm 毕业设计（论文） 2525 式中，t强按照强度计算的腔侧壁厚度(mm) h型腔深度（mm） l型腔长度（mm） h型腔侧壁总厚度（mm） s 许用应力，查得 s =160 p型腔内熔融塑料的压力（pa） ，取 p=30pa 结论：查资料可知，凹模侧壁厚度一般约为塑件厚度的 1.5 倍，而设计中的 厚度为 14mm 理论强度计算值，故设计符合符合要求。 按刚度计算公式 t刚=3 4 32 许 ehe phl =3 5 4 03 . 0 5 . 5710232 105430 =11mm t刚按照刚度计算的腔侧壁厚度(mm) h型腔深度（mm） l型腔长度（mm） e弹性模量（pa） ，查资料取 e=210 5mpa h型腔侧壁总厚度（mm） e许许用变形量（mm） ，根据本次设计中的公差，取 e许=0.03mm 参考数据经验表， 为了安全起见， 本次设计刚度计算的腔侧壁厚度 t刚=15mm。 5.4.2 底板厚底板厚度计算度计算 按照强度计算公式，底板厚度计算如下： t 、 强= sb l 4 pb3 2 = 160704 105130303 2 =53mm 式中，l型腔长度（mm） h型腔侧壁总厚度（mm） s 许用应力，查得 s =160 b底板总厚度（mm） b底板受压宽度（mm） 一般在加工时为了加工方便，同时为了安全起见，我们会使实际数据大于理 论计算数据，所以凹模型腔侧壁厚度取 60mm。 按照刚度计算公式： t 、 刚=3 4 32 5 许 ebe pbl =3 5 4 03 . 0 7010232 105130305 =56mm 式中，h型腔深度（mm） 毕业设计（论文） 2626 l型腔长度（mm） p型腔内熔融塑料的压力（pa） ，取 p=30pa e弹性模量（pa） ，查资料取 e=210 5mpa e许许用变形量（mm） ，根据本次设计中的公差，取 e许=0.03mm b底板受压宽度（mm） 结论：因为设计中实际选取的厚度为 60mm，其厚度大于理论设计的刚度值， 所以符合要求。 6 导向机构设计 27 6 导向机构设计导向机构设计 6.1 导向导向机构设计机构设计 6.1.1 导柱导柱设计设计 导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一 定的方向和位置， 所以必须设有导向机构， 导柱安装在动模一边或定模一边均可， 通常导柱设在主型腔周围。 导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。 定位作用：为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保 持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。塑件在注入型腔过程中 会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向 作用。 动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯 先进入型腔，产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的 剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。由于 塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后 的定位。导柱要比主型芯高出 68 mm，且硬度设计为 5960hrc 9 。下图为导 柱示意图 6.1 图 6.1 导柱 d=31 b=44 f=3 6.1.2 导导套设计套设计 结构：导套的选择应根据模板的厚度来确定，本设计在脱浇道板、中间板 毕业设计（论文） 2828 和动模板上各设置一导套，典型的导套可分为直导套合带头导套，直导套结构 简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合，带头导套结构较 复杂，用于精度较高的场合，本设计除分流道推板上的导套采用直导套外，其 它均采用带头导套形式。而一般导套与导柱配合使用，保证模具不移位，偏移 导致模具顺坏，一般配合间隙很小，在 0.05mm 以内；其具体结构如图 6.2 所示： 图 6.2 导套 6.2 推出机构设计推出机构设计 6.2.1 脱脱模力的计算模力的计算 注射成型后，塑件在模具内冷却定型，由于体积的收缩，对型芯产生包紧力， 塑件要从模腔中脱出， 就必须克服因 为包紧力儿产生的摩擦阻力。 一般而 论，塑料制件刚开始脱模时，所需克 服的阻力最大，即所需的脱模力最 大，图 6.3 为塑件脱模时的型芯的受 力分析。脱模力可按公式来估算。 9 根据力平衡原理，列出平衡公式: f脱f正sina=f摩cosa 又因为，f 摩 = f 正 m，f 正 =ap f脱= f正（mcosasina） 图 6.3 锁模力受力分析图 毕业设计（论文） 2929 = ap（mcosasina） （6.1） 式中，m塑料对钢材的摩擦因数，为 0.10.3 a塑件包容型芯的面积 p塑料对型芯的单位面积上的包紧力，本次设计为模内冷却的塑件，故 p 取（0.81.2）10 7 pa. 经过上式计算 f脱=5557mm 2 10mpa0.187=10.4kn 6.2.2 推出机构的选择推出机构的选择 根据矩形外壳的形状特点，其推出机构可采用推杆推出。其中推件板推出结 构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆推出 结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔留下顶出痕迹，但不影 响塑件外观， 所以采用推杆推出机构， 下图 6.5 为本次设计中顶杆的分布情况 （图 中扇形黑色圆为顶杆） d=4mm d=3mm s=2 l=130 图 6.4 顶杆 图 6.5 顶杆分布图 毕业设计（论文） 3030 6.3 拉杆设计拉杆设计 由于本设计为多分型面开模， 在定模一侧设置了脱浇道板， 即分流道推板， 故必须设置拉杆，以便在浇注系统顺利脱模后，开始进行塑件的开模及顶出， 拉杆的设计结构如图 6.6 所示： 图 6.6 拉杆 拉杆和长度由各模板厚度及开模行程决定，拉杆长度： l 拉杆=223mm 拉杆直径： d 拉杆=16mm 6.4 锁锁模机构设计模机构设计 生产实践过程中，为了提高生产率，降低生产成本，往往采用三板式开模 方式，实现主浇道的自动脱落。在主浇道自动脱落的过程中，就涉及到模具的 开模顺序，通常情况下为“213”开模顺序。为了保证模具开模的顺序，使浇 道顺利自动脱落，则利用锁模装置，使得流道板和面板及定模板先于定模板和 动模板之前打开。在本次设计中，为了实现主浇道的自动脱落，我们同样选择锁 模机构，选择结构较为简单，且生产实践中易于操作的“尼龙开闭器” 。尼龙开 闭器它通过增加定，动模板之间的开模阻力，实现顺序分模。如图 6.7 毕业设计（论文） 3131 h=3.5mm l=13mm d=16mm d1=10mm b=5mm 图 6.7 尼龙开闭器 7 冷却及排气系统设计 32 7 冷却及排气系统设计冷却及排气系统设计 7.1 冷却冷却系统设计系统设计 模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模 具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温 度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔 料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑 件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数 及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模 具间的热循环交互作用等。 10 1) 低的模具温度可降低塑件的收缩率。 2) 模具温度均匀、冷却时间短、注射速度快，可降低塑件的翘曲变形。 3) 对结晶性聚合物，提高模具温度可使塑件尺寸稳定，避免后结晶现象，但 是将导致成型周期延长和塑件发脆的缺陷。 4) 随着结晶型聚合物的结晶度的提高，塑件的耐应力开裂性降低，因此降低 模具温度是有利的，但对于高粘度的无定型聚合物，由于其耐应力开裂性与塑料 的内应力直接相关，因此提高模具温度和充模，减少补料时间是有利的。 5) 提高模具温度可以改善塑件的表面质量。 在注射成形过程中，模具的温度直接影响塑件的成型质量和生产效率，因此 冷却系统的设计应该谨慎。 本塑件在注射成型时不要求有太高的模温因而在模 具上可不设加热系统,是否需要冷却系统可作如下设计计算。 设定模具平均工作温度为 60c，用常温 20c 的水作为模具冷却介质，其出 口温度为 25c，产量为（初算每 1min1 套）1.2kg/h。 注射时间 查表得，当塑件的壁厚为 4mm 时，得 t冷30s 射注射时间：t注=5s，则脱模时间 t脱=10s 则注射周期 t= t冷 t注t脱=45s （7.1） 故得，每小时注射次数为：n=360045=80 次 单位时间内注入模具中的塑料熔体的质量： w=（mm）n=（307）80=2960g=2.96kg 式中 m塑件的质量 m浇注系统的塑胶质量 毕业设计（论文） 3333 n每小时注射次数 根据入口时水温为 20c，出水口温度为 25c 带入下式。根据体积流量的公 式得： qv=wq1/60c（1- 2） （7.2） =2.962.510 4 (6010004.187)（25- 20） =5.910 2- m 3/min qv：冷却水体积流量，m3/min g：单位时间注射入模具内的树脂质量，kg/h q1：单位时间内树脂在模具内释放的热量，j/kg c：冷却水的比热容，j/(kg.k) ：冷却水的密度，kg/m3 1：冷却水出口处温度，c 2：冷却水入口处温度，c 由体积流量 qv 查设计手册可知所需的冷却水管直径为 6mm。 水流速 v= 2 v d q4 p = 6006 . 0 14 . 3 109 . 54 2 2 - =0.35m/s 式中 d水管直径，mm qv冷却水体积流量 冷却水表面热传系数 h= 2 . 0 8