毕业设计（论文）-电池后盖的模具设计.doc

guangdong college of industry & commerce 毕业综合实践报告毕业综合实践报告 graduation synthesis practice report 电池后盖的模具设计电池后盖的模具设计 系系 别别： 机机械械工工程程系系 班班 级级： 1 12 2 模模具具2 2 班班 学学生生姓姓名名： 学学 号号： 1 12 21 10 02 22 26 6 指指导导老老师师： 完完成成日日期期： 2 20 01 15 5 年年 8 8 月月 3 30 0 日日 目目 录录 目 录 .0 摘 要 1 一、绪 论1 (一) 我国模具的发展现状2 (二) 模具工业的发展趋势3 (三) 塑料模具的分类3 二、塑料的成型工艺性分析 4 (一) 塑料材料的选择及其结构分析5 1.塑件模型图 5 2.材料的选择 5 3.结构分析 5 4.工艺性分析 5 (二) abs 的注射成型工艺及性能分析 6 1.注射成型工艺过程 6 2 abs 的注射成型工艺参数 6 (三) abs 的性能分析 6 1.基本特性 6 2.主要用途 6 3.成型特性 6 三、塑件的模流分析 7 (一) 最佳浇口地位置 8 (二)mpi 的充填和流动分析 8 1. 填充时间 8 2. 速度/压力切换点 8 3.气穴分布 9 4. 体积收缩率 10 5. 溶解痕位置 10 6. 压力分布情况 10 (三) mpi 的冷却分析 11 1.产品上表面温度12 2.制品最高温度12 3 产品平均温度13 4.冷却中冷却液的温度13 5.冷凝时间14 (四) 翘曲（warp）分析结果 15 1.产品的总体翘曲变形15 四、 塑件分析 .15 （一）成型布局及注塑机选择 15 1 进胶方式选择 .15 3.2 型腔的布局及成型尺寸 .17 3.3 估算塑件体积质量 .17 3.4 注塑机的选择和校核 .18 3.4.1 注射胶量的计算.18 3.4.2 锁模力的计算.19 3.4.3 注塑机选择确定20 表 注塑机参数(部分)21 4 注塑模具设计 22 4.1 模架的选用 22 4.1.1 模架基本类型.22 4.1.2 模架的选择.23 4.1.3 导向与定位机构设计.24 4.2 浇注系统的设计 .25 4.2.1 主流道设计.26 4.2.2 分流道的设计.26 4.2.3 浇口的设计.27 4.2.4 冷料穴的设计.28 4.3 分型面的设计 .28 4.4 成型零部件的设计 .29 4.4.1 成型零部件结构.30 4.4.2 成型零部件工作尺寸的计算.32 4.4.3 型腔尺寸的计算.32 4.4.4 型芯尺寸的计算.33 4.4.5 型腔深度和型芯高度尺寸的计算.34 4.4.3 模具强度与刚度校核.35 4.5 脱模及推出机构 .36 4.5.1 脱模力.36 4.5.2 推出机构.36 4.6 斜推杆的设计.38 4.6.1 斜推杆的设计要点 .38 4.6.2 斜推杆倾斜角的确定.39 4.6 冷却系统的设计与计算 .40 4.6.1 冷却水道设计的要点.42 4.6.2 冷却水道在定模和动模中的位置.43 4.6.3 冷却水道的计算.44 4.7 排气结构设计 .45 4.8 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 46 4.8.1 模具长宽尺寸校核.46 4.8.2 模具厚度（闭合高度）校核.46 4.8.3 开模行程（s）校核47 附图 49 参考文献 50 1 摘摘 要要 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。本模具采用一模两腔，侧浇口进料，注射机采用海天 80xa 型号，设置冷却系统，cad 和 pro/e 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：关键词：机械设计；模具设计；cad 绘制二维图；pro/e 绘制 3d 图。 pro/e draw 3d maps, injection machine selection. 2 综合实践报 一、绪论一、绪论 (一) 我国模具的发展现状 模具是工业生产的基础工艺装备, 被称为“工业之母”。75%的粗加工工业产品零 件、50%的精加工零件由模具成型, 绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经 济的基础工业, 模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业, 应用范围十分广泛。模具技术水平的高低, 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, 因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品开 发能力。 这些年来, 中国模具工业一直以 15%左右的增长速度快速发展, 年模具生产总量仅 次于日、美之后位居世界第三位。但目前我国模具生产厂点多数是自产自用的工模 具车间( 分厂) , 商品化模具仅占 1/3 左右。从模具市场来看, 国内模具生产仍供 不应求, 约 20%左右靠进口, 特别是精密、大型、复杂和长寿命的高档模具进口比 例高达 40%。由此可见, 虽然我国模具总量目前已达到相当规模,模具水平也有很大 提高, 但在模具产品水平和生产工艺水平总体上要比德、美、日、法、意等发达国 家至少落后十年, 主要表现在模具精度、寿命、复杂程度、设计、加工、工艺装备 等方面与发达国家有较大的差距。国内模具的使用寿命只有国外发达国家的 1/2 至 1/10, 甚至更短, 模具生产周期却比国际先进水平长许多。此外, 模具的标准化、 专业化、商品化程度低, 模具材料及模具相关技术比较落后, 也是造成与国外先进 水平差距大的重要原因。cad/cae/cam 一体化先进技术已经在国内部分模具企业得 到应用, 但要得到推广和普及仍很困难。 (二) 模具工业的发展趋势 1.cad/cae/cam 技术在模具设计与制造中的广泛应用 经过多年的推广应用，模 具设计“软件化”和模具制造“数控化”正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，引用模具 cad 系 统后，模具设计借助计算机完成传统设计中的各个环节的工作，大部分设计与制造 信息由系统直接传送，提高了模具精度以及加工周期。 2.大力发展快速原型制造 对于具有形状复杂的曲面塑料制件，为了缩短研制 3 周期，在现代制造模具技术中，可以不急于直接加工出难以测量和加工的模具凹模 和凸模，而是采用快速原型制造技术，先制造出于实物相同的样品，看该样品是否 满足设计要求和工艺要求，然后在开发模具。 3.发展优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术 模具材料的选用在 模具的设计与制造中是一个涉及到模具加工工艺、模具使用寿命、塑料制件成型质 量和加工成本等的重要问题。正确和先进的热处理技术可以充分发挥模具材料的潜 力，可以延长模具的使用寿命，保证模具和机械设备的高精度。 4.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率 模具的标注化的水平在某种意 义上体现了某个国家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。 5.模具的复杂化、精密化与大型化 为了满足塑料制件在各种工业产品中的使用 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，大型塑料件和精密 塑料件的成型，除了必须研制开发或引进大型和精密的成型设备外，更需要采用先 进的模具 cad/cam/cae 技术来设计与制造模具。 6 模具工业信息化 采用信息技术可以带动和提升模具工业的制造技术水平，推动 模具工业技术的进步。 (三) 塑料模具的分类 塑料模具分类的方法有很多，下面介绍几种常见的分类， 1 按成型材料分，可以分为： (1)热固性塑料膜：热固性塑料膜是指塑料在熔融温度以下保持固态下的一类成型 方法，如一些塑料包装容器生产的真空成型、压缩空气成型和吹塑成型等。此外还 有液态成型方式，如铸塑成型、搪塑和蘸浸成型法等。 (2)热塑性塑料膜：热塑性是指把塑料加热至熔点以上，使之处于熔融态进行成型 加工的方式，属于此种成型方法的模塑工艺主要有注射成型、压塑（缩）成型、挤 出成型等 2.按成型艺分，可分为： (1)压缩模：压缩成型方法是根据塑料特性，将模具加热至成型温度（一般在 103180），然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室，闭合模具，塑 4 料在高热、高压作用下呈软化粘流，经一定时间后固化定型，成为所需制品形状。 (2)压铸模：压注成型与压缩成型不同的是设有单独的加料室，成型前模具先闭合， 塑料在加料室内完成预热呈粘流态，在压力作用下高速挤入模具型腔，硬化成型。 压缩模具也用来成型某些特殊的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料（如聚四氟乙 烯）毛坯（冷压成型）、光学性能很高的树脂镜片、轻微发泡的硝酸纤维素汽车方 向盘等。 (3)注射模：它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型模具，塑 料注射成型模具对应的加工设备是塑料注射成型机，塑料首先在注射机底加热料筒 内受热熔融，然后在注射机的螺杆或柱塞推动下，经注射机喷嘴和模具的浇注系统 进入模具型腔，塑料冷却硬化成型，脱模得到制品。 (4)挤出模：是用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具，又叫挤出成型机头， 广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、异型材等的加工。与 其对应的生产设备是塑料挤出机，其原理是固态塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加 压条件下熔融、塑化，通过特定形状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料 制品。： 二、塑料的成型工艺性分析二、塑料的成型工艺性分析 (一) 塑料材料的选择及其结构分析 1.塑件模型图： 5 图 1 2.材料的选择： 根据塑胶的使用要求，选用 abs 塑料，中文全称为：丙烯腈丁二烯苯乙烯 共聚物，英文全称为：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer。 3.结构分析： 塑件为电池的后盖，具有一定的结构强度要求，壳的右端以及顶部共有两个倒钩， 用斜顶机构设计，电池壳的上表面的粗糙度要求较高，需对模具的表面进行特殊处 理,该塑件的拔模角度为 3 ，无需再设脱模斜度，即拔模角度与脱模角度相同， 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、 云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度 一般为 ra 0.021.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2，即 ra m 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以 m 应随时给以抛光复原 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。mm 4.工艺分析： 该塑件有倒扣配合以及上下壳的配合属于高精度的配合，所以采用 tm3 级高精度。 (二) abs 的注射成型工艺 1.注射成型工艺过程 (1)预烘干加料塑化注射保压冷却脱模塑件送下工序（塑件后处理） (2)清理模具、涂脱模剂-合模-注射 2 abs 的注射成型工艺参数： (1)注射机：螺杆式 (2)螺杆转速（r/min）：3060（选 30） (3)预热和干燥：温度（c） 8085 时间 (h) 23 (4)密度（g/ cm）:1.031.08 6 (5)材料收缩率（）：0.30.8 (6)料筒温度（c）：前段 200210 中段 210230 后段 180200 (7)喷嘴温度（c）：180190 (8)模具温度（c）：5070 (9)注射压力（mpa）：7090 (10)保压力（mpa）:5070 (11)成型时间（s）： 注射时间 35 保压时间 1530 冷却时间 1530 成型周期 4070 (12)适应注射机类型：螺杆、柱塞均可 (13)后处理：方法 红外线灯、烘箱 温度（c） 70 时间（h） 24 (三) abs 的性能分析 1. 基本特性 abs 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的，这三种组分的各自特点，使 abs 具 有良好的综合力学性能。丙烯晴使 abs 具有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯 使 abs 坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能 abs 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的关泽。密度为 1.021.05 g/ 3 cm ，收缩率为 0.3-0.8%。abs 有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。 有有良好的力学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、盐、碱、酸类对其几乎无影响，在酮、醛、脂氯代烃中会溶 解或形成乳混浊液。不溶与大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀， abs 塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力的开裂。abs 有一定 7 的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可以配成任何颜色。其缺点是耐热 性不高，连续工作温度 70 度左右，热变形温度约为 93 度左右，耐气候性差，在紫 外线作用下易变硬发脆。 2 主要用途 广泛用来制造电视机、收音机的外壳、水箱外壳、轴承、管道、玩具、旋钮、 电话机壳、话筒、把手、铰链、塑料铭牌等 3.成型特性 (1)无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品 种确定成型方法及成型条件。 (2)吸湿性强，含水量应小于 0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长 时间预热干燥。 (3)流动性中等，溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、as 差，但比聚碳酸酯、 聚氯乙烯好）。 (4)比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树 脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为 250 c 左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取 5060 c，要 求光泽及耐热型料宜取 6080 c。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用 柱塞式注塑机时料温为 180230 c，注射压力为 100140 mpa，螺杆式注 塑机则取 160220 c，70100 mpa 为宜。 (5)易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计 时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。摧出力过大或机械加工时塑件表面 呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。 (6)abs 在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取 1 以上。 (7)在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。 三、塑件的模流分析三、塑件的模流分析 用 moldflow 软件进行模拟整个注塑过程，通过分析发现问题以及更改注塑工 艺参数，来达到注塑过程最优化，为我们设计以及制作模具提供方便。 以下运用 moldflow 软件对电池后盖的模流分析，其结果如下： 8 (一) 最佳浇口地位置 图 3-1-1 深蓝色为最佳浇口位置，根据浇口优化结果，我们可知道最佳浇口在中间附近。 如上图 3-1-1 所示。 (二)mpi 的充填和流动分析 1. 填充时间 图 3-1-2 如图 3-1-2 所示，电池后盖在 1.173s 时间内完成熔料的充填，从充填时间上 9 看，熔料到达电池壳两短时间上大约相差 0.9s 左右，属于正常范围。 2. 速度/压力切换点 图 3-1-4 图 3-1-4 是调整工艺参数后 v/p 切换压力图，调整工艺参数后 v/p 切换时压力 38.59mpa 3.气穴分布 10 图 3-1-5 气穴的产生直接破坏了产品的外观质量，因此，应尽量避免，如图 3-1-5 所以， 电池后盖的气穴主要出现在按键的部位、小型芯、以及模型的边缘，以红色圈圈表 示。小型芯可以通过其配合间隙排气，模型边缘为分型面处，也可以排气，按键部 位需适当增加推杆，以便于利用其间隙将按键部位的气体排出 4. 体积收缩率 图 3-1-6 如图 3-1-6 所示，电池后盖的体积收缩率达到 6.173%，体积收缩率偏大，产 品的变形比较明显，因此注塑时需适当的增加注塑压力来减小体积收缩。 5.缩痕指数 11 图 3-1-7 缩痕的存在不但影响产品外观而且有与缩痕的存在 导致产品强度降低，容易 断裂，图 3-1-7.显示了该电池后盖缩痕的位置。从结果图像上看，缩痕主要是出现 在电池后凹面部位，故在注塑时可以适当的提高熔料的温度或模具温度，以减少缩 痕， 5.压力分布情况 图 3-1-8 压力分布情况显示充填完毕，模腔及流道上的压力分布，由图 3-1 可知该塑件 在进料口处压力最大为 52.36 mpa。 12 (三) mpi 的冷却分析 1. 产品上模具温度 图 3-1-9 该制品的模具温度为 37.22c，如图 3-1-9。 2.制品最高温度 图 3-2-1 13 制品最高温度显示了冷却结果后制品的最高温度，如图 3-2-1 制品的最高温度 为 50.42c 主要分布在电池壳前端。 制品经过冷却后，最高温度应该低于顶出温度，做过程设置中，顶出温度设置 为 40c ，显然冷却效果比较理想，水路设计较合理。 3.产品平均温度 图 3-2-2 如图 3-2-2 所示，产品平均温度为 43.52c 4.冷却中冷却液的温度 14 图 3-2-3. 回路冷却介质温度显示了冷却周期结束时计算出的冷却系统中冷却介质的温 度，冷却中冷却液的温度分析结果如图 3-2-3 所示，回路冷却介质升温为 0.12 c，一般情况下要求升温小于 3 度 c。故满足要求。 4 冻结时间 如图 3-2-4 冻结时间指的是从成型周期开始到制品完全冷却低于顶出温度所需要的时间，该制 15 品的冻结时间为 16.21s。如图 3-2-4 所示 (四) 翘曲（warp）分析结果 1.产品的总体翘曲变形 图 3-2-5 制品在成型过程中由于冷却不均，收缩不均，分子配向性效应等原因可导致 翘曲，若制品出现严重翘曲，将严重影响使用性能，该制品总的翘曲变形，如图 3- 2-5 所示，由图可以清晰地看到模型总体翘曲变形结果为 0.3919mm，发生变形较严 重的地方是电池壳的后端，但总体上变形量在可接受范围。 3 .成型布局及注塑机的选择 浇口的位置选择原则： 根据上面的 moldflow 模流分析可知，该塑件的最佳浇口在电池的中间位置，根 据 分析有三种浇口的方案： 方案一：采用点浇口，其主要优点是使塑料熔体在宽度向上的流动得到更均匀，塑 件的的内应力较小 ，还可以避免流纹及定向效应所带来得不良影响，适合成型横 向尺寸较大的薄片状塑件及平面面积较大的扁平塑件，缺点是浇口痕迹较明显且除 去困难， 方案二：采用“香蕉型”潜伏浇口，“香蕉型”潜伏浇口具有点浇口的一切优点， 16 并可避免浇口设在制品表面导致的浇口痕迹对制品外观的影响，采用了曲线隧道的 结构形式，应用更加灵活，缺点是注射压力损失大，加工比较困难。 方案三：采用在顶针潜伏浇口，该浇口的特点基本上与方案二的相同，其优点是加 工简单，制造成本比较。 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，所以选用侧浇口。侧浇口在产品端面 处，成形后切除浇口, 零件组装时浇口被遮挡起来。 3.23.2 型腔的布局型腔的布局及成型尺寸及成型尺寸 因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸小，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，采用一模两腔，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 一模两腔，考量排布可得型腔长为 120mm，宽为 260mm。塑件的高度为 8.5mm，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- 40mm，因此得出成型型腔总体厚度为 86mm。型腔布局如图。 17 型腔布局型腔布局 1.塑件的体积 (1)计算塑件的体积：利用 pro/e 建模分析质量属性得到体积： v=3.747 塑 3 cm (2)计算塑件的重量：根据设计手册查得 abs 的密度为 =1.05g/ 3 cm , 则塑件的质量为 w= v 塑 =3.7471.05g/ 3 cm 3 cm =3.934g。 （3）模具设计时，必须使得在一个注射成型周期内所需要注射的塑料熔体的容量或 质量在注塑机额定注射量的 80%以内 故应使： vv 总/0.8 式中：v注塑机额定注塑量 18 3.43.4 注塑机的选择和校核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： 故应使： vv 总/0.8 式中：v注塑机额定注塑量 即：mmnm%80 21 式中：-型腔数量n -单个塑件的重量（g） 1 m -浇注系统所需塑料的重量（g） 2 m 本设计中：n=2 3.934 g =3.639 g 1 m 2 m m（2x3.934+3.639）/0.8 即 m9.835g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 10g 以上 3.4.2 锁模力的计算 根据 abs 塑料主要的性能指标 注塑压力：70 mpa 90 mpa 一般熔料经喷嘴时其注射压力达 6080mpa，经浇注系统入型腔时型腔压力通常为 20-40mpa，这里取 30mpa。 注射压力按 30mpa 计算，塑件在分型面上的投影面积约为：=2304.13 1 a 2 mm 成型投影面积约为：= 2 aaana 21 19 =2x2304.13+285.32=4893.58 2 mm 锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定： 1000 pa p 腔 锁 式中 锁模力，kn；p 锁 型腔压力，mpa ；p 腔 a 成型投影面积，mm2； 计算：a/1000=304893.58/1000=146.807 kn (取整 150kn)p 腔 得出预选注塑机额定注塑压力为 150kn 以上。 3.4.3 模具长宽尺寸校核 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 365x365 模具大小为 300x400 用合适。 3.4.4 模具厚度（闭合高度）校核 模具闭合高度必须满足以下公式 maxmin hhh 式中 -注射机允许的最大模厚 min h -注射机允许的最小模厚 max h 本设计中模具厚度为 331 150h360 符合要求。 20 3.4.5 开模行程（s）校核 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。 smaxs= 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 本设计中=670 =331 =55 h3 =105 c 取 100mm max smm 1 h 2 h 总的开模距离需要 s=591mm 以上. 经计算，符合要求。 3.4.6 注塑机选择确定 综合考虑以上因素，选定注射机为海天 80xa。其相关性能符合成型方案要求， 以下相关参数： 注射机的校核主要有三个方面的内容： 模具闭合厚度的确定和校核。 海天 80xa 型注塑机的最大装模高度 hmax=360mm，最小装模高度 hmin=150mm， 所设计的模具闭合高度：hm =331mm 满足 hminhmhmax,符合要求。 21 模具开模行程的校核。 模具开模行程 sm 为 510， 注塑机的的最大开模行程为 670mm，满足其开模行 程要求。 (4) 注射机锁模力的校核 海天 80xa 型注射机的锁模力为 800kn，而设计的模具所需要的锁模力 150kn， 所以，该注射机满足要求经校核，所选注射机海天 80xa 合格。 表表 注塑机参数注塑机参数( (部分部分) ) 22 4 4 注塑模具设计注塑模具设计 4.14.1 模架的选用模架的选用 4.1.1 模架基本类型 模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整 体，标准模架一般由定模座板，定模板，动模板，动模支撑板、垫块、动模座板、 推杆固定板，推板、导柱、导套及复位杆组成。 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 ci 型的模架，其基本结构如图所 示： 模架结构图模架结构图 23 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， 适合侧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（260）+复位杆的直径+导向杆的直径+模板壁厚400mm 模架的宽 w=型腔宽度（120）+导向杆的直径+模板壁厚250mm 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 70mm，动模板厚度取 90mm。考虑顶出行程要求，支撑板取 120mm 以满足。 综上所述所选择的模架的型号为：ci-2540-a70-b90-c120。 4.1.3 导向与定位机构设计 导柱导套的设计导柱导套的设计 （1）.定位作用 （2）.导向作用 （3）.承受一定的侧向压力 在实际生产中，模具设计通常购买标准模架，其中包括了导柱导套，导向机构包括 导套和导柱，根据模架的尺寸结构选用 30 的导柱，然后选用相对应的导套。其 结构如下图所示。 24 其中，导柱与导套的配合精度采用 h7/f7；导柱固定部分的配合精度采用 h7/m6； 导套与安装之间采用 h7/m6 的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拨出。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. 中托司的设计中托司的设计 中托司也叫顶针板导柱，其主要作用是供顶针板顶出与复位时的导向，可以防 止模具上的顶针磨损、卡死、烧坏等。根据模具设计手册规定毛坯大于 3535 的需 要中托司，根据模架的尺寸结构选用 25x300 的导柱其结构如图所示 4.24.2 浇注系统的设计浇注系统的设计 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，浇注系统可 分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口浇注 系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。其设计原则如下： a、要适应塑料的成型性能 25 b、要能保证塑件的质量 c、尽量避免出现熔接痕 d、浇注系统设计应有利于良好的排气 e、采用尽量短的流程 f、防止型芯的变形和嵌件的位移 浇注系统组成： 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。 1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道 5浇口 6型腔 7冷料穴 4.2.1 主流道设计 所选用海天 80xa 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=10mm 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+（0.51）=3.5mm 主流道设计成圆锥形，其锥角通常为 24，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 26 的锥角选用 2，主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。这里取主流道球面半 径 r11mm，经测量主流道长度 l 取 93.5mm。 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，本设计选择圆形截面的分流道，d=6mm， 采用流道布局如图所示： 流道布局流道布局 27 4.2.3 浇口的设计 侧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。侧浇口的宽度和深度尺寸作如下取 值： 宽度 b=5 m 深度 t=1 mm 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 主流道直径为 6mm，所以冷料穴的标准直径就设取为 8mm，深度为直径的 11.5 倍，设计为 8mm，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。 4.34.3 分型面的设计分型面的设计 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。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，塑料在注射时采用一模两腔的模具结构，沿模宽方向对称布局如图 28 4.44.4 成型零部件的设计成型零部件的设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、 成型杆和成型坏等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压，料 流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状， 较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的 强度、刚度及较好的耐磨性能。 4.4.1 成型零部件结构 由于零件形状不是太复杂，为了方便加工以及凸凹模以后的更换。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 型出来的制品表面同样不会有镶拼接缝的溢料痕迹，而且有利于模具后期维修和保 养。 29 型腔图型腔图 型芯图型芯图 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。 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 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 当制件的尺寸较大，精度级别较低时式中取 0.5，当塑料制件尺寸较小、精度级别 较高时取 0.75，本次设计的电池后盖属于小尺寸，高精度的塑料产品，故取 0.75. 其中 查公差表精度得出 =0.15 30 （一）成型零件工作尺寸计算如下表 (二)模具型腔侧壁和底板厚度的计算 1.侧壁厚度 注射成型时，为了承受型腔高压熔体的作用，型腔侧壁与底板有足够的强度和 刚度。对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算；对于小尺寸型 腔，强度不足是主要矛盾，应按强度条件计算。因为塑件的最大尺寸 67mm，属于小 尺寸塑件，所以按强度进行验算，其公式如下 结构类型计算公式塑料平均 收缩率 修正系数尺寸公差模具尺寸 型腔径向 尺寸 lm=(1+s)ls-x+制造公差 lm = 66（1+0.005）-0.75x0.15 66.2175(+0.15) 型腔宽度 尺寸 lm =（1+s）ls-x-模具制造公 差 lm= （1+0.005）38-0.75x0.1 38.115 (+0.1) 型芯径向 尺寸 lm=(1+s)ls+x+制造公差 lm = 64.5（1+0.005） +0.75x0.15 64.935(-0.15) 型芯宽度 尺寸 lm =（1+s）ls+x-模具制造公 差 lm =（1+0.005）40+0.75x0.1 40.275 (-0.1) 型腔深度hm=（1+s）hs-x+制造公差 hm=（1+0.005）8.5-0.75x0.048.5125（+0.04 ） 型芯高度hm=（1+s）hs-x+制造公差 hm=（1+0.005）8+0.75*0.04 a=b+0.005b 0.50.75 取 0.75 =0.15 8.07（-0.04） 中心距 c=(1+)c m s s 31 s= = 17.23 2 2 1 2h lph 2 2 180352 109945 式中 s矩形型腔侧壁厚度(mm) p型腔内熔体压力(mpa) h 承受熔体压力的侧壁高度(mm) 1 h型腔侧壁总高（mm） l型腔侧壁长边长(mm) 模具材料的许用应力（180mpa），一般碳钢 180mpa 去 abs 的型腔内熔体压力为 45mpa，由上面的塑件图可知型腔的侧壁边长为 120mm，承受熔体压力的侧壁高度 9mm，该模具使用两板模，故型腔侧壁总高为定模 板的厚度，则： s= =17.83 2 2 1 2h lph 则侧壁厚度17.83mm 就是安全的。 2.底板厚度的计算 塑件在分型面上的投影面积为 30.38cm ，所以根据动模垫板厚度的经验数据， 2 厚度 25mm 以上是安全的。 4.54.5 脱模及推出机构脱模及推出机构 4.5.1 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板， 推出机构的导向和复位部件等组成。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。该塑件采用了 6mm 推杆顶出，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。采用台肩形式的 圆形截面推杆，设计时推杆的直径根据不同的设置部位选用不同的直径。推杆端平 32 面不应有轴向窜动。推杆与推杆孔配合一般为，其配合间隙不大 9/98/8fhfh或 于所用溢料间隙，以免产生飞边，abs 塑料的溢料间隙为。 mm06 . 0 04 . 0 推杆布局 4.6 斜推杆的设计 斜推杆是常见的侧向抽芯机构之一，它常用于制品内侧面存在凹槽或凸起结构， 强行推出会损坏制品的场合。它是将侧向凹凸部位的成型镶件固定在推杆板上，在 推出的过程中，此镶件作斜向运动，斜向运动分解成一个垂直运动和一个侧向运动， 其中的侧向运动即实现侧向抽芯。 斜推杆有整体式和二段式，二段式主要用于长而细的斜推杆，此时采用整体式 的斜推杆于弯曲变形。 图 3.9 斜推杆抽芯机构1 33 4.6.1 斜推杆的设计要点 （1）要保证复位可靠。 （2）在斜推杆近型腔一端，须做 610mm 的直身位，并做一 23mm 的挂台起定 位作 用，以避免注塑时斜推杆受压而移动。设计挂台亦方便加工、装配及保证 内侧凹凸结构的精度。 （3）斜推杆上端面应比动模镶件底 0.050.1mm，以保证推出时不损坏制品。 （4）斜推杆上端面侧向移动时，不能与制品内的其他结构（入圆柱、加强筋 或型芯等）发生干涉； （5）沿抽芯方向制品内表面有下降弧度时，斜推杆侧移时会损坏制品。解决 方案有：a.制品减料做平，但须征得客户同意；b.斜推杆底部导轨做斜度 ，使斜 推杆延迟推出。 （6）当斜推杆上端面和镶件接触时，推出时不应碰到另一侧制品。 （7）斜推杆在推杆固定板上的固定方式见上图 3.9. （8）当斜推杆较长或较细时，在动模板上加导向块，帮助顶出及回位时的稳 定性。加装导向块时其动模必须和内模镶件组合一起切割。 （9）斜推杆与内模的配合公差取 h7/f6，斜推杆与模架接触处避空。 4.6.2 斜推杆倾斜角的确定 斜推杆的倾斜角度取决于侧向抽芯距离和推杆板推出的距离 h。它们的关系见 图 3.10，计算公式如下： 34 tan=s/h 其中：s=侧向凹凸深度 s1+(23)mm 图 3.10 几何关系 斜推杆的倾斜角度不能太大，否则，在推出过程中斜推杆会受到很大的扭矩的 作用，从而导致斜推杆磨损，甚至卡死或断裂。 斜推杆的斜角一般为 315,常用 510。在设计过程中，这一角度能 小不大。 本设计的斜推杆分布如图 35 斜推杆分布斜推杆分布 36 推出机构推出机构 4.64.6 冷却系统的设计冷却系统的设计 对于大多数热塑性塑料，模具上下不需要设置加热装置。设置冷却水效果良好 的冷却水回路的模具是缩短成型周期、提高生产效率最有效的方法。如果不能实现 均匀的快速冷却，则会使塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂，所以应根