罩盒注塑模设计.docx

前言塑料是20世纪发展起来的新材料，也是一门新兴工业。目前，世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会使用的一大类材料。而模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，可见模具在国民经济中的重要地位是不言而喻的。其中注塑模具就占有很大的比例，而注射模具的设计在其生产使用过程中是至关重要的。塑料模具设计与制造水平关系着一个国家的经济发展的速度，而塑料模具设计是对塑料材料，成型加工原理，成型设备及塑料模具设计知识的综合运用。 这次所设计的是罩盒注塑模具设计，在设计中附有大量的模具设计零件图和模具装配图，这样方便评审老师一目了然的了解整个设计过程，同时又使设计者反复校正设计过程中的不足，尽可能详尽的按照设计步骤给出设计全过程，由于本人是初次设计模具，虽然经过再三校正，也因时间和水平所限，一定会有许多不甚清楚与不足之处，真切希望老师指正和谅解。第一章塑件的工艺分析1.1、塑件的工艺分析1.1.1塑件的二维图1.2、塑件的工艺分析：（1）、塑件的使用性能分析ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广的工程塑料之一。ABS无毒、无味，为呈黄色或白色不透明粒料，形成的塑料有较好的光泽，密度为1.021.05g/cm3。ABS的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都搞，尺寸稳定性较好，具有一定的化学稳定性和良好的介电性能，经过调色可配成任何颜色ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70左右，热变形温度为93左右。不透明、耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。ABS具有刚性好，冲击强度较高、耐热、耐低温、耐化学药品性，机械强度和电器性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色。表面可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能性能。但耐热性不高。（2）、分析材料成型工艺性能查塑料成型工艺与模具设计表2.1.3及相关资料可知：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）属于无定形塑料，流动性中等；在升温时黏度增高，所以成型压力较高，故制件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理，预热干燥8085，时间24h; 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力：在正常的成型条件下，其壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，在要求制件精度温度高时，模具温度可控制在5060，而在强调制件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080成型温度200-240。粘度适中，冷却固化速度快。粘度随温度、压力增大而增大，但对压力稍敏感。具有较好成型性能，成型收缩率小，ABS的收缩率约为1.0060。本设计要求塑件的壁厚为2mm。;如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温或者改变浇口位置等方;成型耐热级或阻燃级材料，生产37天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具进行及时清理，同时模具表面需增加排气位置。 （3）、总结罩盒制件为产品配套零件，要求具有足够的强度和耐磨性能，中等精度，外表面无瑕疵、美观、性能可靠。采用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）材料，产品的使用性能基本能满足要求，但成型时，要注意选择合理的成型工艺，成型加工前应进行干燥处理，成型时采用较高压力。第二章、塑件成型设备与编制成型工艺2.1、成型方式及成型工艺流程2.1.1选择塑件成型方式制件所选材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），属于热塑性塑料，制品需要大批量生产。由于压缩成型、压注成型主要用于生产热固性塑件和小批量生产热塑性塑件；挤出成型主要用以成型具有恒定截面形状的连续型材；气动成型用于生产中空的塑料瓶、罐、盒、箱类塑件。故虽然注射成型模具结构较为复杂，成本较高，但生产周期短、效率高，容易实现自动化生产，大批量生产模具成本对于单件制品成本影响不大。图所示罩盒塑件应选择注射成型生产。2.1.2、确定注射成型工艺过程注射成型工艺过程包括成型前的准备、注射过程及塑件后处理的三个过程。（1）、成型前的准备。a.对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）原料进行外观检验，检验原料的色泽、粒度均匀度等，要求色泽均匀、细度均匀。b. 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）是吸湿性强的塑料，成型前应进行充分的预热干燥，查下表得，湿度应小于0.1%，建议干燥条件为8085，24h，除去物料中过多的水分和挥发物，以防止成型后塑件出现气泡和银丝等缺陷。C生产开始如需改变塑件品种、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，则应对注射机料筒进行清洗。d.为了使塑料制件容易从模具内脱出，模具型腔或型芯还需要涂上脱模剂，根据生产现场实际条件选用硬脂酸锌、白油或硅油等。（2）、注射过程：一般包括加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模等步骤。具体工艺参数查表2.4.1。（3）、塑件后处理。由于塑件壁厚较薄，精度要求不高，在夏季罩盒不需要进行后处理，冬季潮湿环境下有个别塑件发现翘曲变形，采用退火处理工艺。查塑料成型工艺与模具设计表2.2.2得：处理介质，空气或水：加热温度，80100：处理时间，1620min。2.2、确定成型工艺参数并编制成型工艺卡片注射成型工艺条件的选择可查塑料成型工艺与模具设计表2.4.1。采用螺杆式注射机，螺杆转速为3060r/min，采用直通式喷嘴。（1）、温度 料筒一区：150170；料筒二区：180190；料筒三区：200210；喷嘴：180190；模具：5070。（2）、压力 注射压力：60100MPa; 保压压力：4060MPa.（3）、时间 （成型周期） 注射时间：25s;保压时间：510s；冷却时间：515s；成型周期：1530s。该制件的注射成型工艺见下表（厂名）塑料注射成型工艺卡片资料编号车间共 页第 页零件名称罩盒材料牌号ABS设备型号XS-Z-60装配图号材料额定每模制件数2零件图号单件质量19.74g工装号材料干燥设备红外线烘箱温度/8085时间/h24料筒温度/料筒一区150170料筒二区180190料筒三区200210喷嘴180190模具温度/5070时间/s注射25保压510冷却515压力/MPa注射压力60100保压压力4060背压26后处理温度/80100时间/min辅助0.5时间/h1620单件0.51检验编制校对审核组长车间主任检验组长2.3、分析制件的结构工艺性制件总体形状为长方体薄壳零件，基本尺寸为84X44X25。壁厚为2mm。（1）塑件的尺寸精度 该塑件未标注尺寸公差，查表2.3.2可知精度MT5级，按“入体原则”标注塑件公差（公差标注略）。（2）、塑件的表面粗糙度 查表2.3.3可知，对丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）注射成型时，表面粗糙度Ra在0.0251.6um之间，而塑件表面粗糙度无要求，取为0.8um，对应模具成型零件工作部分的表面粗糙度Ra应为0.20.4um。（3）、脱模斜度 查表2.3.4可知，材料丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）的塑件，其型腔脱模斜度一般为35130，型芯脱模斜度为3040，而该塑件为开口薄壳类零件，深度较浅且大圆弧过渡，脱模容易，因需要考虑脱模斜度。（4）、壁厚 塑件的厚度较薄且均匀，为2mm，利于塑件成型。结论：通过以上分析可知，该塑件结构属于中等复杂程度，结构工艺性合理，不需要对塑件的结构进行修改;塑件尺寸精度中等，对应的模具零件尺寸加工容易保证。注射时在工艺参数控制得较好的情况下，塑件的成型质量可以得到保证。2.4、确定成型设备规格初选注射机规格通常依据注射机允许的最大注射量、锁模力及塑件外观尺寸等因素确定。习惯上将其中一个作为设计依据，其余都作为校核依据。2.4.1、相关体积的计算通过计算可得塑件的体积为（4.48.42.5）cm3(482.3)cm3=18.8 cm3而浇注系统的体积为塑件的0.21倍，取0.5，浇注系统的体积为V 浇 =0.518.8cm3=9.4cm3。2.4.2、依据最大注射量初选设备（1）、单个塑件的体积Vs=18.8cm(2)、单个塑件的质量。查相关资料得丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）的密度为1.021.05g/cm3，此处取密度为=1.05g/cm3，则一个塑件的质量为Ms=Vs=1.0518.819.74g; 而一次注射所需塑料地总质量为M2V1.05g/cm347cm349.35g。（3）、根据注射量，选择注射机的类型和型号同时结合现有的相关成型备和注射的塑料件的质量，选择卧式螺杆式的注射成型机设备，注塑方式为柱塞式，查注射机相关手册可知选用的螺杆注射机的型号为：XS-Z-60的国产注塑机。表XS-Z-60型卧式螺杆式注射机的主要技术参数项目设备参数项目设备参数最大注射量/ cm360喷嘴圆弧半径/mm4柱塞杆的直径/mm 38最大的开合模行程/mm180注射压力/Mpa 122最大成形面积/cm2180注射时间(s)2.9 拉杆空间/mm190X300锁模力/KN500模板尺寸/mm330440模具的最小厚度/mm70模具最大厚度/mm200第三章、设计注塑模3.1确定型腔数量及布局根据以上初选螺杆式注射机，选择XS-Z-60型。（1）、按注射机的最大注射量确定型腔数量n（kmmax-mj）/ms=（0.8X60-9.4）/18.8=2.05对于该塑件要求中等精度，对于生产成本和批量没有提出要求，所以型腔数量选用一模两腔，型腔布局采用左右对称平衡式排列。这样有利于两型腔均衡进料和模具受力的平衡，从而保证制品质量的均一和稳定。型腔布局示意图3.2、分型面的确定3.21选择原则分型面的形状一般为平面，有时由于塑件的结构形状为特殊，需采用曲面分型。分型面的选择应注意以下几点：（1）、不影响塑件外观，尤其是外观有明确要求的制品，更应注意分型面对外观的影响。（2）、有利于保证塑件的精度要求。 (3)、有利于模具加工，特别是型腔的加工。（4）、有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计。（5）、便于制品的脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3.2.2、确定分型面为了将塑件从密闭的模腔内取出,以及为了安放嵌件或取出浇注系统等,必须将模具分成两个或几个部分，一般将分开模具能取出塑件的面称为分型面。同时,以分型面为界，模具分成两大部分即动模与定模部分。分型面的方向尽量采用与注射成型机开模方向垂直的方向。由于本产品的分型面简单，所以采用单分型面。分型面如下图所示：3.3、浇注系统设计浇注系统设计的好坏直接影响到塑件的质量及成型效率，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。其组成部分有：主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分。它的作用是使塑料溶体平稳有序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。1.主流道 主流道连接注塑机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。其作用是将塑料熔体从喷嘴引入模具。它主要垂直于分型面，通常设计成圆锥形，其锥角通常为24,以便于凝料从主流道中拔出。为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应 使主流道和注射机的喷嘴紧密对接，对接处设计成半球形凹坑，其组合尺寸如下： d=d0+（0.51） R=R1+（12） =24d0喷嘴的直径，R1喷嘴球半径， H=（1/32/5）R，这里因为注塑机喷嘴的直径为12mm，这里对接球的直径R取13mm，d=5mm，大端直径为9mm。如图所示： 3.4、冷料穴和拉料杆的设计冷料穴的作用是储存注射间隔期间喷嘴产生的冷凝料头和最先注入模具浇注系统的温度较低的部分熔体，防止这些冷料进入型腔而影响制品质量，并使熔体顺利充满型腔。而且冷料穴的作用在于去除料流前锋冷料，防止冷料堵塞浇口，防止冷料进入型腔，形成冷疤、冷斑等缺陷或出现冷接缝而降低接缝强度。一般冷料穴和拉料杆都设在主流道前面的动模板上，其直径稍大于主流道的大端直径。当分流道较长时，可在料流方向的末端延长一小段作为冷料穴。本设计因为主流道较长，所以本设计的冷料穴和拉料杆都设在主流道前端。 拉料杆一般可分为带钩形头(Z形头)、带球形头（或菌形头）、带锥形形头三种。本设计采用的是带钩形头拉料杆。3.5、排气系统的设计排气系统对确保制品成形质量起着重要作用，排气方式有以下几种：1）、利于排气槽排气。2）、利于型芯、镶件、推杆等的配合间隙排气，利于分型面排气。3）、有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设进气系统。此处我们选择配合间隙开设排气槽。对于中小型模具，除了利用分型面和配合间隙自然排气外，可以将型腔最后充满的地方制成组合式结构，在过盈配合面上加工出排气槽。排气槽深度一般为0.030.04mm,视成型塑料的流动性而定。3.6、设计分流道分流道是主流道与浇口之间的通道，在浇注系统中为塑料起过度与转向的作用，在多型腔模具中分流道必不可少，而在单型腔模具中，有的则可以省去分流道。由于本设计属于平面分型，而且分型较为简单，根据优先选择原则采用圆形截面分流道。经查资料可得，当制件壁厚小于3mm，质量200g以下的塑料制件分流道一般在3.29.5之间。由于本设计中模具制件属于盒类制件，塑料流动性中等，制件体积不大，壁比较薄约为2mm。单件质量为19.74g，所以，这里的流道取5mm较合适。3.7、浇口的设计（1）、设计浇口浇口是连接分流道与型腔的熔体通道，又称进料口。一般情况下是浇注系统中截面尺寸最小的部位。浇口是浇注系统的关键部分，起着调节控制料流速度、补料时间及防止倒流等作用，通常截面积仅为分流道截面积的79，浇口长度为11.5mm。在设计时往往先取较小的浇口尺寸以便试模后逐步加以修整。浇口可分为扇形、盘行、轮辐式、薄片式、点浇口、潜伏浇口、护耳式等。根据本设计制件的尺寸形状等特点以及分型方便性等综合考虑，设计采用的是潜伏浇口，如下图所示：（2）、选择浇口位置的原则a.应尽量缩短流动距离，减小变向。b应避免熔体破裂引起塑件缺陷。c.应有利于排气和补缩。d.应尽量减少或避免产生熔接痕。e.应考虑高分子取向的影响。f.考虑塑件受力情况。g.防止料流使型芯或嵌件变形。h.校核流动比。3.7、凸模设计凸模是用于成型塑件内表面的零部件，分为整体式和组合式两种。如果采用整体式凸模，将使钢材浪费较大，且加工工艺性较差，所以本设计采用组合式凸模。通过计算确定型芯尺寸后，根据尺寸单独将型芯加工到所需的尺寸，然后采用螺钉连接方式将型芯固定在动模板上，如图所示：凸模结构图3.8、凹模设计 凹模是成型塑件外表面的零部件，按其结构形式可分为整体式和组合式两类。 （1）整体式 凹模由整块金属加工而成。其特点是结构简单、牢固、不易变形、塑件无拼缝痕迹，适用于形状较简单的塑件。 （2）组合式 当塑件外形状较复杂时，采用整体式加工工艺性差，若采用组合式可改善加工工艺性能，减少热处理变形，节省优质钢材。 本设计由于塑件尺寸小，结构简单，且为两腔模具，故经综合考虑本设计采 采用整体式凹模，如图所示： 凹模结构图3.9、模具成型零件的结构形式由于要求是批量生产，所以本次设计采用多型腔注射模具，而塑件的尺寸不是很大，故采用一模两腔的方式。多型腔模具型腔的分布有平衡式排布和非平衡式排布两种，其中平衡式排布的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状、尺寸分布对称性对应相同，可实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的；而非平衡式与之相反。故采用平衡式排布，其排布如图3.7.1冷却系统设计为提高冷却系统的效率和实行腔表面温度分布均匀，设计冷却水道应遵循以下原则： 1、合理确定冷却管道的直径、中心距以及与形腔壁的距离。冷却管道的直径与间距直接影响模温分布。冷却管道与形腔壁的距离过大会使冷却效率下降，而距离太小又使冷却不均匀。一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的12倍，冷却管道的中心距为管道直径的35倍，管道直径常取815mm。 2、降低进水与出水的温差3、浇口处应加强冷却 4、应避免将冷却系统开设在塑料制件熔接痕部位并注意干涉及密封等问题 5、冷却管道应便于加工和清理 根据本设计模具本身的尺寸大小及塑料制件的排布情况，本设计分流道开设在凹模上方，每腔上面设三跟循环管道，直径为8mm.3.7.2顶出机构的设计在注塑成型的每一循环中，塑件必须由模具的型芯上脱出，脱出塑件的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过注射机上的顶杆或液压缸来完成的。推出机构的设计应遵循如下规则： 塑件留在动模； 保证塑件不因推出而变形或损坏； 保证塑件良好的外观； 合模时应使推出机构正确复位； 机构动作可靠； 本设计采用圆柱形推杆。第四章、注塑模设计的相关计算4.1凹模径向尺寸的计算4.1.1型腔径向尺寸的计算公式为： D=（D0+D0Scp-0.75）+z （4-1） D1=(84+840.0055-3/40.45) 0+0.15 mm =84.20 0+0.15 mm D2(44440.0055-3/40.2) 0+0.66 mm =43.990+0.66 mm 式中 ： D0型腔的基本尺寸； Scp塑料的平均收缩率； z制造公差，按塑件公差的1316来取 塑件的公差 2.1.2 型腔深度尺寸的计算 H=（H1+H1Scp2/3）+z （4-2） H=(25+250.0055-2/30.12) 0 +0.44 mm =24.870 +0.44 mm 式中： H1为型腔深度的基本尺寸； 2.1.3 型芯径向尺寸的计算 D=（D0+D0Scp+0.75) 0-z - （4-3） D1=(80+800.0055+3/40.45)0-0.15 mm =80.7 0-0.15 mm D2(40400.0055+3/40.2)0-0.16- mm =40.46 0-0.16 mm 式中 ： D0为型芯的基本尺寸； 2.1.4型芯高度尺寸的计算 H=（h1+h1Scp+2/3）-z （4-4） H=(23+230.0055+2/30.12) 0-0.09 mm =23.4 0-0.09 mm 式中 ： h1为型芯深度的基本尺寸。4.2 注塑机与模具相关参数的校核 4.3.1 最大注塑量的校核 一次注塑成型所用塑料量最好为注塑机注塑机最大注塑量的80。过小会造成制品缺料、制品疏松而降低强度等缺陷；过大，塑料在料筒中停留时间过长会发生分解变质。当注塑机最大注塑量的单位2时，按下式校核。 KV0 V=nViV浇 （2-5） 将数据代入公式可得： KV048cm3 V47cm3 式中： V0 注塑机最大注塑容积（cm3）； V包括制品，浇注系统及飞边在内的总体积（cm3）； Vi单个制品的体积（cm3）； n形腔数 V浇浇注系统的总体积（cm3）； K注塑机最大注塑量的利用系数，取K0.8。 所以，KV0V，制件及浇注系统所需的总料量都在注塑机可调的范围之内。 4.3.2 注塑压力的校核 注塑机最大压力应稍大于塑料制品所需的注塑压力，即 P0P （2-6） 式中： P0 注塑机的最大压力（Mpa）； P 塑料制品成型所需的注塑压力（Mpa）；4.3.3 锁模力的校核及型腔数的确定 （1）注塑机的锁模力必须大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘机，即 F0P模A分 （2-7） F0500KN； A分 8.4cm4.4cm0.5cm0.5cm 37.21cm2 0.003721m2 则P模A分 34.3106pa0.003721m2 127630.3N 127.63KN 由此可得 满足F0P模A分 式中： F0注塑机的最大锁模力； P模 模内平均压力， A分 制件与浇注系统在分型面上的投影面积之和 查资料得，ABS塑件所需的平均压强为34.3Mpa。（1）模具型腔数的确定 如果采用的是多型腔模具，则应根据所选注塑机的主要参数确定型腔数n。按最大注塑量确定型腔数 n(KV0V浇)Vi (2-8) (0.860cm39.4cm3)18.8cm3 2.05 所以，最多可取2腔，本设计采用两腔式模具，注塑机能满足要求。4.3.4 模具闭合高度的确定和校核 本设计初选选的模架为A1型，各模板的尺寸分别为：H固25mm，H垫63mm，H动25mm，H定50mm。 模具闭合高度： H闭H定H垫H动H固 50mm63mm25mm25mm25mm 188mm 该模具的外形尺寸为180 mm200mm，XS-Z-60注塑机模板最大安装尺寸为330mm440 mm，所以，完全能保证安装需求。由于XS-Z-60型注塑机所允许的最小模厚为Hmin70mm,最大厚度Hmax200,所以模具闭合高度满足HminH闭 Hmax的安装条件，所以选XS-Z-60注塑机能满足所有注塑要求。4.3型腔壁厚的校