电源适配器外壳注塑模具设计-说明书--毕业论文.doc

本本科科毕毕业业设设计计(论论文文) 联想电源适配器外壳注塑模具设计联想电源适配器外壳注塑模具设计 所所在在学学院院材材料料与与能能源源学学院院 专专 业业材材料料成成型型及及控控制制工工程程 ( (成成型型加加工工及及模模C CA AD D/ /C CA AM M 方方向向 ) ) 班班 级级 姓姓 名名 学学 号号 指指导导老老师师 年年 月月 设计总说明设计总说明 介绍了联想电源适配器外壳注射模具的设计，根据 PC 塑料成型的工艺特性和产品 的使用要求，对产品进行详细的工艺分析。并在设计工作前进行资料搜集汇总，将搜 集的资料结合联想电源适配器外壳的特点，列出可行的几个草案，和考虑各方案将面 临的问题。并最终敲定可行性最高的草案作为实行方案，然后开始着手于模具设计。 其中包括利用 Pro/E 软件对联想电源适配器外壳进行三维造型，分析测量其基本属性， 包括体积和平面投影面积；利用模流分析软件对工件进行注塑工艺分析,寻找最佳浇口 和成型条件；之后完成注塑机的选用和校核、模具设计和型腔的排布，侧抽芯机构的 的设计和模具总体结构的设计等；之后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。本模具采用一模二腔，侧 浇口进料，注射机采用 HTF110XB 型号，设置冷却系统，CAD 和 UG 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；UG 绘制 3D 图。 Design General Information Introduced the design of the Lenovo power adapter shell injection mold, according to PC plastic molding process characteristics and product requirements, the product of a detailed process analysis. And in the design work before the summary of the data collection will be collected in conjunction with the characteristics of the Lenovo power adapter shell, lists a few drafts feasible, and consider the problems that the program will face. And finally finalize the most feasible draft as a program, and then proceed with the design of the mold. Which includes the use of Pro / E software on the Lenovo power adapter shell three-dimensional modeling, analysis and measurement of its basic properties, including the volume and plane projection area; the use of mold flow analysis software for injection molding process analysis, to find the best gate and molding conditions; After the completion of the selection and inspection of injection molding machine, mold design and cavity arrangement, the design of the side core pulling mechanism and the design of the overall structure of the mold, etc .; after the requirements of plastic products, understand the use of plastic parts, Of the craft, dimensional accuracy and other technical requirements, consider the size of plastic parts. The mold adopts the mold cavity, the side gate feed, the injection machine adopts the HTF110XB model, sets the cooling system, CAD and UG to draw the two-dimensional assembly drawing and the parts drawing, choose the mold reasonable processing method. Attached to the manual, the system using a brief text, concise schematic and calculation and analysis of plastic parts, so as to make a reasonable mold design. Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection. 目录目录 1 绪论 1 1.1 课题背景 1 1.2 课题分析 2 2 塑件分析 .3 2.1 产品分析及其技术条件 3 2.2 塑件材料的确定 5 2.3 塑件材料的性能分析 5 2.3.1 基本特性 .5 2.3.2 成型性能 .6 2.3.3 主要用途 .7 3 成型布局及注塑机选择 .8 3.1 进胶方式选择 8 3.2 型腔的布局及成型尺寸 8 3.3 估算塑件体积质量 9 3.4 注塑机的选择和校核 9 3.4.1 注射胶量的计算 .9 3.4.2 锁模力的计算 10 3.4.3 注塑机选择确定10 4 注塑模具设计 12 4.1 模架的选用 .12 4.1.1 模架基本类型 12 4. 2 模架的选择.12 4.2.1 确定模具的基本类型 12 4.2.2 模架的选择 15 4.3 导向与定位机构的设计14 4.4 成型浇注系统的设计14 4.4.1 主流道设计 14 4.4.2 分流道的设计 15 4.4.3 浇口的设计 15 4.4.4 冷料穴的设计 15 4.5 分型面的设计 .16 4.6 成型零部件的设计 .17 4.6.1 成型零部件结构 17 4.6.2 成型零部件工作尺寸的计算 19 4.6.3 凹模宽度尺寸的计算19 4.6.4 凹模长度尺寸的计算20 4.6.5 凹模高度尺寸的计算20 4.6.6 凸模宽度尺寸的计算20 4.6.7 凸模长度的计算20 4.6.8 凸模高度尺寸的计算20 4.6.9 模具强度与刚度校核 21 4.7 脱模及推出机构 .21 4.7.1 脱模力 21 4.7.2 脱模机构的设计22 4.8 冷却系统的设计与计算 .24 4.8.1 冷却水道设计的要点 24 4.8.2 冷却水道在定模和动模中的位置 25 4.8.3 冷却水道的计算 26 4.9 排气结构设计 .27 4.10 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 27 4.11 斜推杆抽芯机构的设计 30 5 MOLDFLOW 模拟成型分析30 5.1 具体方案的确定 .31 5.2 MOLDFLOW 成型工艺设定.32 5.3 充填时间分析 .33 5.4 流动前沿温度分析 .34 5.5 顶出时体积收缩率 .35 5.6 锁模力的分析 .36 5.7 冻结层因子分析 .37 5.8 熔接线分析 .38 5.9 变形量分析 .39 结论 .40 参考文献 .42 致谢 .43 附录 A 型腔加工工艺卡.44 附录 B 型芯加工工艺卡.45 0 1 1 绪论绪论 1.11.1 课题背景课题背景 模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、 电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且随着近 年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。用模具生产 制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它品种、 塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大 部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板 上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部 分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分 型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。 由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业。模具设计要考虑的要 点如下: a塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感 性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点，避免 或补偿其缺点。 b塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应有利于 成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性 塑料制品均匀地固化。 c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化 脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。 对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。 目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精 密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大 型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE)技术对塑料注塑过程进 行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷 1 却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制造周期采用模 具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。采用 CAE 技术，可以完全代替试 模,模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降 低成本等，都有着重大的技术经济意义。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可 靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质 量大大提高。新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深 度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程 技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用， 对模具制造能力的提高也起到了很大作用。特别是模具成型零件方面的软件等，这些 技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备，实现计算机辅助制造， 或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。 1.21.2 课题分析课题分析 本课题內容是对联想电源适配器外壳进行测绘。基于生产实践之上的对产品进行 模具设计，模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确 定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。 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，本模具采用一模二腔布局，侧潜入式浇口进料，注射机采用 HTF110XB 型号，设置 冷却系统，CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图，系统地运用简要的文字，简明的示意 图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。选择合理的加工方法。模具方案确定后 进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量。 2 2 2 塑件分析塑件分析 2.12.1 产品分析及其技术条件产品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质 量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精 度。 课题目标产品是一个生活中常见的联想电源适配器外壳，笔记本充电器（Laptop Charger），也就是笔记本电脑的充电器。传统笔记本充电器只能输出单一的电压给一 型号的笔记本电脑充电，行业里称这种传统的笔记本电源适配器为单波段笔记本充电 器（主要为了和万能笔记本充电器区分。）参考实物和产品造型如图 2.1,图 2.2： 图 2.1 笔记本充电器实物 图 2.2 UG 产品造型设计 基本构成如下： 输入线+充电器主体+输出线+接头例如 Acharger 的单波段笔记本充电器构成，如 图 2：A 为输入线（AC 电源线），B 为充电器主体，C 为输出线（DC 线），D 为接头。 3 这些是构成笔记本充电器的基本要素，至于里面的内部零件就很复杂了。 由于家庭里的电源一般是 100V-240V 左右（交流电，简称 AC），小车上和飞机上 的电源一般都是 12V 左右(直流电，简称 DC)，但这三种常用的电源却是不稳定的，不 能给笔记本电脑直接充电，否则就会损毁电池和笔记本电脑。笔记本电脑需求的电源 为稳定的恒压直流电。 所以笔记本电源适配器的工作原理简单来说：就是把不稳定的电源利用开关电源 的原理通过转化电路变成笔记本电脑需要的恒压直流电，给笔记本电脑供电和充电。 值得注意的是:这种转化电路，一定有保护电路（过流保护电路，过压保护电路 短路保护电路等），防止意外时，保护笔记本电脑不至于烧掉。 本次设计取笔记本充电器上盖来做模具设计。 其零件外形如图 2.3, 体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求 较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。 4 图 2.3 产品 2D/3D 视图 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工 难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一 些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级。 根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用 MT5 级精度，未注采用 MT8 级精度。 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，所以应随m 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 2.22.2 塑件材料的确定塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。 可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生 变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量 轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔 音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时 烧蚀等特殊性能。 此产品壁厚均匀，ABS 性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求，容易成型， 对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。 2.32.3 塑件材料的性能分析塑件材料的性能分析 2.3.1 基本特性 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（简称：ABS）是日常生活中最常用的高分子材料之一， 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物抗多种有机溶剂，抗多种酸碱腐蚀，但是不抗氧化性酸， 例如硝酸。在氧化性环境中丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物会被氧化。丙烯-丁二烯-苯乙 烯共聚物在薄膜状态下可以被认为是透明的，但是在块状存在的时候由于其内部存在 大量的晶体，会发生强烈的光散射而不透明。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物结晶的程度 受到其枝链的个数的影响，枝链越多，越难以结晶。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的晶 体融化温度也受到枝链个数的影响，分布于从 90 摄氏度到 130 摄氏度的范围，枝链越 5 多融化温度越低。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物单晶通常可以通过把高密度丙烯-丁二烯 -苯乙烯共聚物在 130 摄氏度以上的环境中溶于二甲苯中制备。 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物有: 高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS, High Density Polyethylene）又称低压 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，因为在低压下生产，含有较多长链，因此密度高。主要 用于制造各种注塑、吹塑和挤出成型制品。 中密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MDABS, Medium Density Polyethylene） 低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LDABS, Low Density Polyethylene)用高压法 （147.17196.2MPa）生产，支链较多，强度低，多用来生产薄膜制品。 线性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LLDABS, Linear Low Density Polyethylene）等多种产品。 高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用Ziegler-Natta（齐格勒-纳塔催化剂） 聚合法制造，其特点是分子链上没有支链，因此分子链排布规整，具有较高的密度。 该过程在管式或釜式低压反应器中以乙烯为原料，用氧或有机过氧化物为引发剂引发 聚合反应。高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物属环保材质，加热达到熔点，即可回收 再利用。须知塑胶原料可大分为两大类：“热塑性塑胶”（Thermoplastic）及“热固性 塑胶”（Thermosetting），“热固性塑胶”是加热到一定温度后变成固化状态，即使继 续加热也无法改变其状态，因此，有环保问题的产品是“热固性塑胶”的产品（如轮胎） ，并非是“热塑性塑胶”的产品（如：夹板），所以并非所有“塑胶”皆不环保。 低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用高温高压下的自由基聚合生成，由于在 反应过程中的链转移反应，在分子链上生出许多支链。这些支链妨碍了分子链的整齐 排布，因此密度较低。 线性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物是通过在丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的主链 上共聚一些具有短支链的共聚物生成的。 2.3.2 成型性能 ABS 易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。因此，成型加工前应进行 干燥处理；ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计 中大都采用潜伏式浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔 接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下， 6 壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在 5060，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 6080。ABS 比热容低， 塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 2.3.3 主要用途 ABS料在机械工业上用来制造高温电气制品、风筒壳、火牛壳、电工用具、电机壳、 工具箱、奶瓶、冷饮机壳、照相机零件、安全帽、齿轮、食品盘子、医疗器材、导管、 发夹、吹风筒、理发用品、鞋跟、纤维增强后可作结构更强的工程零件、CD 碟。 7 3 3 成型布局及注塑机选择成型布局及注塑机选择 3.13.1 进胶方式选择进胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其 作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑 件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。 其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。常向的浇口形式有 直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。 浇口的位置选择原则： 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，且塑件的尺寸较大，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，采用一模二腔，进行加工生产。 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的布局应该是每个产品在成型过程中的分 得所需的压力形同,以保证熔融状态的塑料体能投均匀地、的、充填每个型腔室,保证 每个型腔的塑件内在质量、外观均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能 短，同时采用平衡流道。 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 二腔，考量排布可得型腔长至少为 190mm，宽至少为 190mm。塑件的高度为 20mm，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 8 此得出成型型腔总体厚度至少需要 40mm，因考虑成本，现采用模架一体式，尺寸为 330X350。型腔布局如图 3.1： 图 3.1 型腔布局 3.33.3 估算塑件体积质量估算塑件体积质量 本次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量，在 UG 软件中，使用塑模部件验证 功能，可以测得塑件的体积为 22.036，ABS 的密度为 1.05，即可以得出该 3 cm 3 /cmg 塑件制品的质量约为 23.1g。 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： （3.1）mmnm%80 21 式中：-型腔数量n 9 -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 23.1g =6.37g 1 m 2 m m（2x23.1+6.37）/0.8 即 m52.57g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 52.57g 以上 3.4.2 锁模力的计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而 产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积= （3.2） 2 AAAnA 21 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 1 A -浇注系统在模具分型面上的投影面积 2 A n=2 =5537 =675 1 A 2 mm 2 A 2 mm 本设计中 =2x5537+675=11749 21 AnA 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： （3.3） 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； 一般的注塑注塑机在经过模具喷嘴时候的压力大概为 6080MPa，经浇注系统入型 腔时型腔压力通常为 20-40MPa，这里取 30MPa。 计算：A/1000=3011749/1000=352.47 kN (取整 355kN) （3.4）P 腔 得出预选注塑机额定注塑压力为 355 kN 以上。 3.4.3 注塑机选择确定 综合考虑以上因素，选定注射机为 HTF110XB。其相关性能符合成型方案要求，以下相关参数表 10 3.1： 表表 3.13.1 HTFHTF110XBHTFHTF110XB 注塑机参数注塑机参数 型号 参数 单位 1101A1101B1101C 螺杆直径 mm343640 理论注射容量 cm3131147181 注射重量 PS g119134165 注射压力 Mpa206183149 注射行程 mm144 螺杆转速 r/min0215 料筒加热功率 KW5.7 锁模力 KN1100 拉杆内间距(水平垂直) mm400400 允许最大模具厚度 mm410 允许最小模具厚度 mm160 移模行程 mm340 移模开距(最大) mm750 液压顶出行程 mm100 液压顶出力 KN33 液压顶出杆数量 PC5 油泵电动机功率 KW13 油箱容积 l210 机器尺寸(长宽高) m4.71.31.85 机器重量 t3.4 最小模具尺寸(长宽) mm280280 11 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 注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型 结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽 芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。 4.4. 2 2 模架的选择模架的选择 4.2.1 确定模具的基本类型 注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型 结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽 芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。 4.2.2 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 4.1: 图 4.1 CI 型模架 CI 型模具定模采用顶板和定模板，动模采用动模板、上下顶针板、模脚、底板， 又叫两板模，大水口模架，适合潜伏式浇口，侧入式浇口，采用斜导柱侧抽芯的注射 成形模具。 由分型面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 12 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。 把型腔排列成一模二腔可得长为 190mm，宽为 190mm， 模架的长 L=190+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚350mm 模架的宽 W=190+复位杆的直径+型腔壁厚330mm 根据制品的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其它螺丝导柱等零件对 模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。在设计中，如果有斜滑块侧抽芯机构，还需要 考虑侧抽芯对模具设计中模架外形尺寸的影响。 综合考虑本设计选用 W L=330x350 的模架。塑件的高度为 20mm，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。 综合考虑强度要求，定模板厚度取 80mm, 动模板的厚度取 70mm。考虑推杆的顶出 行程要求，支撑板取 90mm 以满足顶出要求。 综上所述所选择的模架的型号为：CI-3335-A80-B70-C0。 4.4. 3 3 导向与定位机构设计导向与定位机构设计 导向机构的作用：保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位置。 导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计 （1） 导向零件（主要是导柱和导套）应该尽可能的采用标准模架已设计好的尺寸， 这样有利于保证质量和减少设计周期，导柱、导套到模具侧壁必须要有足够 的距离，必须满足模具的强度要求，防止因模板变形而引起导向机构失效。 （2） 现在根据模具的型号，一套模具正常需要二到四根导柱。由于塑件通常留于 公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。 （3） 导柱、导套导向机构在分型面处应有承屑槽 （4） 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行 （5） 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。 2. 导柱的设计 （1） 有单节与台阶式之分 13 导柱的长度必须高出公模端面 68mm （2） 导柱头部应有倒圆角处理 （3） 固定方式凸台形式固定在模板上 （4） 导柱、导套需要热处理来增加硬度、刚度、耐磨性。 3. 导套和导套孔 （1） 无导套的导套孔，直接开在模板上。现在常规设计师导套孔直接开在定模 板上、然后在镶嵌一个有托导套上去。 （2） 导套有有托式、台阶式、凸台式 （3） 在导套前端应倒有圆角 r。 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. 4.44.4 成型浇注系统的设计成型浇注系统的设计 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，浇注系统按照 浇口形式可以分为大水口浇注系统和细水口浇注系统，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。 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 4.4.1 主流道设计 所选用 HTF110XB 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=12mm 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，主流道角度过大时，容易卷入空气 而产品气泡，主流道角度过小时，会使充填过程的压力损耗率增大，所以本次设计的 主流道倾斜角度为 1，主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。这里取主流道球面 14 半径 R16mm，经测量主流道长度 L 取 107mm。 4.4.2 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，本设计选择矩形截面的分流道，d=5mm，采用流道布局 如图 4.2： 图 4.2 流道布局 4.4.3 浇口的设计 侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在产品侧面上，一般塑料熔 体从外侧充填模具型腔，其截面形状多为圆形。侧浇口的直径为 1.2. 4.4.4 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 15 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，这里取为 5mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的倒扣形式有多种， 这里采用 Z 倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的 冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主 流道凝料随制品一起被顶出动模。如图 4.3： 图 4.3 拉料针 4.54.5 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。 选择分型面时，应从以下几个方面考虑： 1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处； 2）使塑件在开模后留在动模上； 3）分型面的痕迹不影响塑件的外观； 4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排； 5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上； 6）使塑件易于脱模。 综合考虑各种因素，并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，如图 4.4： 16 图 4.4 分型面的选择 4.64.6 成型零部件的设计成型零部件的设计 模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成 型零部件。一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型 塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的 设计是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和 摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准 确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。 4.6.1 成型零部件结构 成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、 使用、维修等角度加以考虑。 型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要 求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组 合式和瓣合式四种类型，3D 图 4.5，图 4.6： 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不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中 成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸。不过模具加工起来比较困难， 要用到数控加工或电火花加工。 针对型芯和型腔的工艺分析如下： 形同点： 型芯和型腔均需要加工成型区域，流道，浇口为位置，冷却水路，固定用的螺丝 孔。 不同点： 17 型芯需要加工顶针孔，勾料针孔，型腔则需要加工浇口衬套孔 图 4.5 型腔 3D 图 图 4.6 型芯 3D 图 18 4.6.2 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。 在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等 级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模 具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零 部件工作尺寸的依据。 由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误 差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定）， 这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。 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 （4.1） 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 4.6.3 凹模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：LS1=500.05=50.52-0.70 mm,相应的塑件制造公差， 1=0.7mm LM1=(1SCP)+LS1+X1P100.22=(10.005)+50+0.60.700.22=50.5 1z 2z 1z 2z 200.22mm 式中，是塑件的平均收缩率，ABS 的收缩率为 1%2%,所以平均收缩率 cp S ；、是系数， 一般在 0.50.8 之间，此处取005.0 2 006.0004.0 cp S 1 x 2 xx ；分别是塑件上相应尺寸的公差（下同）；是塑件上相应6 . 0 21 xx 21 、 21、zz 19 尺寸制造公差对于中小型零件取（下同）。 6 1 z 4.6.4 凹模长度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：LS1=1100.05=110.551.20mm，相应的塑件制造公差 3=1.2 mm LM1=(1+SCP)+LS1+X3P100.2=(1+0.005)+110+0.51.200.2=110.5 1z 2z 1z 2z 500.2 mm 式中，是系数，一般在 0.50.8 之间，此处取。 21 xx 、6 . 0, 5 . 0 21 xx 4.6.5 凹模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：HS1=200.05=20.1-0.040 mm，相应的塑件制造公差 0.1mm HM1=(1+SCP) +HS1+X1P1=(1+0.005)+20+0.70.400.067=20.100.067mm 1z 2z 1z 2z 式中，是系数，一般在 0.50.7 之间，此处取。 21 xx 、5 . 0, 7 . 0 21 xx 4.6.6 凸模宽度尺寸的计算 塑件尺寸的转换：LS=460.05=46.2300.7mm，相应的塑件制造公差 0.7mm LM=(1+SCP) +LS+XP= (1+0.005) +46+0.60.70.1170 =46.23.1170 1z 2z 1z 2z mm 式中，是系数，一般在 0.50.7 之间，此处取。x6 . 0x 4.6.7 凸模长度的计算 塑件尺寸的转换 LS=1060.05=406.5301.02 mm：，相应的塑件制造公差 1.02mm LM=(1+SCP)+LS+XP= (1+0.005)+38+0.651.02-0.170 =106.53- 1z 2z 1z 2z 0.170 mm 式中，是系数，知一般在 0.50.7 之间，此处取。x65. 0x 4.6.8 凸模高度尺寸的计算 塑件尺寸的转换 HS=180.02=18.090O.4 mm，相应的塑件制造公差 o.4mm HM=(1+SCP)+H S+XP= (1+0.005)+18+0.60.4-0.170 =18.09.0670 1z 2z 1z 2z mm 20 式中，是系数，可知一般在 0.50.7 之间，此处取。x6 . 0x 4.6.9 模具强度与刚度校核 普通意义上的模具强度包括模具的强度、刚度。模具的各种成型零部件和结构零 部件均有强度、刚度的要求，足够的强度才可以保证模具能正常工作。 由于模具形式较多，计算也不尽相同且较复杂，实际生产中，采用经验设计和强 度校核相结合的方法，通过强度校核来调整设计，保证模具能正常工作。 模具强度计算较为复杂，一般采用简化的计算方法,计算时采取保守的做法，原则 是：选取最不利的受力结构形式，选用较大的安全系数，然后再优化模具结构，充分 提高模具强度。为保证模具能正常工作，不仅要校核模具的整体性强度，也要校核模 具局部结构的强度。 整体性强度主要针对型腔侧壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的压力等几 个方面，实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。校核时应从强度与弯曲两个方面分别 计算，选取较大的尺寸。 4.74.7 脱模及推出机构脱模及推出机构 4.7.1 脱模力 脱模力的产生范围： （脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，产生包紧力。 不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力 。 机构本身运动的磨擦阻力。 塑件与模具之间的粘附力。 初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。 相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般计 算初始脱模力。 脱模力的影响因素： a 产品的自身壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各项值 21 越大，则脱模力越大。 b 塑件收缩率，弹性模量 E 越大，脱模力越大。 c 塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。 d 排除其他客观因素的影响，原则上是塑料产品的脱模斜度越大，产品越容易 出模。 4.7.2 脱模机构的设计 塑件从模具上取下以前还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，推出零件固定板和顶针，推 出机构的导向和复位部件等组成。 1 脱模机构的选择 脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气 动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、套管推出机构、顶针推出 机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。 脱模机构的选用原则： （1）使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形 成永久变形）； （2）推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排； （3）推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂； （4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形； （5）推杆位置痕迹须不影响塑件外观； 本设计中采用顶针推出机构使塑料制件顺利脱模。 2 顶针推出机构设计 本设计中采用台肩形式的圆形截面推杆和顶针机构，设计时顶针与回针锁定，回 针运动时带动顶针运动。回针端平面不应有轴向窜动。定模板与顶针孔配合一般为 ，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS 塑料的溢料9/98/8fHfH或 间隙为。mm06 . 0 04 . 0 3 脱模力的计算 脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出塑件所需施加的外力，需克服塑件对型芯包 紧力、真空吸力、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。本设计主要计算由型芯包紧力 22 形成的脱模阻力。 当开始脱模时，模具所受的阻力最大，推杆刚度及强度应按此时计算，亦即无视脱 模斜度（a=0） 由于制品是薄壁矩形件 Q=8tESlf/(1-m)(1+f) （kN） (4.2) 式中，Q脱模最大阻力（kN） t塑件的平均壁厚（cm） E塑料的弹性模量（N/ 2 cm） S塑料毛坯成型收缩率（mm/mm） l包容凸模长度（cm） f塑料与钢之间的摩擦系数 m泊松比，一般取0.380.49 查表得，S=0.005，E=1.810 5 N/cm 2 已知，t0.12cm，l=4.5cm，f=0.28 Q=80.121.810 5 0.0054.00.28/(1-0.43)(1+0.28) =1.32kN 66 0.5 10 101240.837