烟雾报警器上壳体模具设计毕业设计.doc

烟雾报警器上壳体模具设计毕业设计目 录第1章 绪论11.1塑料模具工业概况11.2塑料模具工业的发展现状11.2.1 我国塑料模具工业的发展现状11.2.2国际塑料模具工业的发展现状21.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向31.4 塑料成型加工51.5 本课题研究的内容及研究意义51.5.1 本课题研究的内容51.5.2 课题的研究意义6第2章 材料的选择与塑件结构分析72.1 材料的选择72.1.1 什么是ABS72.1.2 ABS 的主要性能特点72.1.3 ABS 的成型工艺性能72.2 烟雾报警器结构分析9第3章 型腔数量及布局103.1 型腔数量的确定103.2 型腔的布局10第4章 注塑机型号的选择124.1 所需注射量的计算124.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算124.3 注射机型号的确定134.4 注射机工艺参数的校核144.4.1 实际注塑量的校核144.4.2 开模行程的校核144.4.3 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核14第5章 烟雾报警器上壳体模具结构设计155.1分型面的确定155.2 成型零部件的设计和计算165.2.1 凸模结构设计165.2.2 按刚度计算型腔侧壁的厚度S175.2.3 内模镶件经验确定法175.2.4 定模板、动模板基本尺寸的确定185.2.5 模架（模体）尺寸的确定185.2.6 方铁、复位杆、限位钉的设计195.3 排气系统的设计195.4 浇注系统设计195.4.1 对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：205.4.2 主流道的设计205.4.3 分流道的设计215.4.4 浇口的设计225.4.5 冷料穴的设计235.5 冷却系统的设计245.6 合模导向机构的设计245.6.1 机构的功用255.6.2 导向结构的总体设计255.6.3 导柱的设计255.6.4 导套的设计265.7 脱模推出机构的设计265.7.1 脱模机构的设计原则275.7.2 推出方式的选择275.7.3 塑件的推出机构的设计原则27第6章 SolidWorks的简介29第7章 塑料制品常见问题分析34第8章 总结与展望398.1 总结398.2 展望39致谢40参考文献41外文资料原文及翻译42毕业设计进度表及任务书第1章 绪论1.1塑料模具工业概况随着注射成型技术的不断发展，塑料制品已经深入到日常生活中的每个角落。由于塑料件具有重量轻，生产方便，价格便宜等优点，大到成人用品，小到儿童玩具，几乎全部采用塑料件生产。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模.塑料模优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。塑料件的模具结构设计，应根据企业实际生产的具体要求来进行模具结构设计。模具生产水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具在很大程度上决定着产品成本质量、效益和新产品的开发能力。我国塑模技术近几年取得很大发展。大型塑料模已可生产34 英寸大屏幕彩电塑壳模具，6 千克容量洗衣机全套塑模及汽车保险杠。精密注射模方面，已能生产多型腔小模数齿轮模具和600 腔塑封模具。汽辅成型技术已得到广泛应用。现在日本有名模具生产企业，如东芝机械、富士TACHNICA，三精密、名古屋金型和三贵金型株式会社等及我国广州，东莞，深圳等地已使用一些先进模具生产与制造技术。如用PRO/E 或UG 进行产品的3D 造型和分模，使用MASTERCAM 或者CIMATRON 来做刀路，用日本的FANUC 系统或台湾的加工中心进行模具型腔和型芯的加工，用高速加工中心做铜电极，用三坐标测量仪来检验。1.2塑料模具工业的发展现状1.2.1 我国塑料模具工业的发展现状80 年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245 亿，2003 年模具进出口统计中，我国模具的出口总额为2.52 亿美元,我国模具的出口总额3 亿美元,进口额则达到13 亿多美元,在进口模具中的塑料模具占到50%左右。目前，根据国际模具网模具行业专家的初步统计，中国约有模具生产厂点2万余家，从业人员有50多万人，全年模具产值达534亿元人民币。可以看出，在塑料模具方面，我国与国外产品还存在较大差距。在引进的塑料模具中，以科技含量较高的模具居多，如高精度模具、大型模具。热流道模具、气辅及高压注射成型模具等。现代塑料制品对表面光洁度、成型时间都提高了更高的要求，因而也推动了塑料模具的发展。以电视机塑料外壳模具为例。其精度已由以前的0.050.1mm 提高到0.0050.01mm ,制造周期也由8 个月缩短到了2 个月,并且使用寿命也由过去可制10 万20 万件制品延长到了可60万件制品。从电视机外壳塑料模具的发展可以看到，高精密、长寿命、短周期、低成本是模具的发展方向。目前我国使用覆盖率和使用量最大的模具标准件为冷冲模架、注塑模架和推杆管这三类产品。以注塑模架为例，目前全国总产值有20 多亿元，按照需求，国内约需注塑模架30 多亿元，而实际上国内市场并未达到这个规模，其中主要一个原因就是模具厂家观念旧，注塑模架自产配比例较高，外购很少。这样做厂家不仅重复制造本应标准化的购件，延长了模具生产周期，又不利于维修。很多相关的模具标准件并没有相关的国家标准，因此制定模具构件的标准规范工作也是当务之急。1.2.2国际塑料模具工业的发展现状美国1991 年发表的“国家关键技术报告”认为:材料领域的进展几乎可以显著改进国民经济所有部门的产品性能,提高它们的竞争能力;因此把材料列为六大关键技术的首位。这是由于先进材料与制造技术是未来国民经济与国防力量 表1.1 国内外塑料模具技术比较发展的基础,是各种高、新技术成果转化为实用产品与商品的关键。当前各种新材料市场规模超过1000 亿美元,预计到2000 年将达4 000 亿美元。由新材料带动而产生的新产品新技术则是一个更大的市场。以上参展项目基本上代表了当前国际和国内的先进水平和发展趋势，具体表现在如下五个方面。(1)网络的 CADCAECAM 一体化系统结构初见端倪。随着计算机硬件与软件的进步以及工业部门的实际需求，国外许多著名计算机软件开发商已能按实际生产过程中的功能要求划分产品系列，在网络系统下实现了CADCAM 的一体化。解决了传统混合型CADCAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题，以便更能符合实际应用的自然过程。例如英国达尔康公司在原有软件DUCT5 的基础上，为适应最新软件发展及工业生产实际而在最近推出的CAD/CAM 集成化系统Delcams Power Solution，该系统覆盖了几何建模、逆问工程、工业设计、工程制图、仿真分析、快速原型、数控编程、测量分析等领域。(2)AM 软件日益深人人心并发挥越来越重要的作用在90 年代，能进行复杂形体几何造型和NC加工的CADCAM系统主要是在工作站上采用UNIX操作系统开发和应用的，如美国的Pro-E、UG、CADDS 5 软件，法国的 CATIA、EUCLID 软件和英国的DUCT5 软件等。随着微机技术的突飞猛进、在90 年代后期，新一代的微机CAD/CAM 软件，如Solidworks、Solid adae 崭露头角，深得用户的好评。这些微机软件不仅在采用诸如NURBS 曲面、三维参数化特征造型等先进技术方面继承了工作站级CADCAM软件的优点，而且在Windows 风格、动态导航、特征树、面向对象等方面具有工作站级软件所不能比拟的优点。(3) AM 软件的智能化程度正在逐渐提高由于在现阶段，模具设计和制造在很大程度上仍然依靠着模具设计与制造工程师的经验。仅凭CADCAM 软件有限的数值分析功能无法为用户提供完善和正确的设计结果，软件的智能化功能必不可少。面向制造、基于知识的智能化功能是衡量模具设计与制造软件先进性与实用性的重要标志之一。在模架的设计过程中实现了模架零件的全相关，并能自动产生材料明细表和供NC 加工的钻孔表格。在NC 加工方面，实现了智能化的粗加工、加工参数的设定以及对整个加工过程进行加工结果的校验分析，这些具有智能化的功能可以显著地提高注塑模具的生产效率和产品质量。1.3 我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE 技术。基于网络的CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，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。气助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。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体辅，而且其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。4）开发新的塑料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。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规格品种。6）应用优质模具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。8）“十一五”期间我国塑料模具发展方向，塑料模具占模具总量近40%，而这个比例仍不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑料模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，每年进口达几亿美元，因此“十一五”期间应重点发展。图 1.1 螺杆式注射机1.4 塑料成型加工通常,热塑性塑料采用注射成型法，热固性塑料采用压缩成型法。塑料成型加工是一个比较复杂的过程，其原理是利用塑料的固有物理性质，加热使塑料变成可塑的或可流动的状态，然后再施加压力使其充满模具型腔而成为所需的零件制品。一般的零件加工是用注射成型或压缩成型来完成的；型材可以用挤出成型方法加工；而瓶、薄膜则采用中空成型方法加工。塑料成型加工中需要加热，根据不同的温度可以用不同的加工方法。注射成型也称为注塑成型，其成型原理是：首先将颗粒状或粉状的塑料连续输入到注射机的料筒中受热并逐渐熔融，使其成为黏性流动状态；料筒中的螺杆或柱塞将塑料熔体推到料筒端部，通过料筒端部的喷嘴和模具的浇注系统注入闭合的模具型腔中，充满型腔后经过保压、冷却，固化定型；然后开模并由模具推出装置将塑料制件推出。注射成型的生产是周期性的，使用注射机，可以实行自动化生产，生产效率极高。主要用于加工成型热塑性塑料，现在也可用于成型部分热固性塑料。注射成型在塑料制件成型中占有很大比例（工程塑料占80% 以上）。现在注射成型已发展到新型的注射工艺，如双色或多色注射可以生产出颜色丰富、美观的塑料制品；低发泡注射成型可以生产具有缓冲、隔声、隔热的塑料制品；热流道注射工艺可以生产大型塑料制品，并降低浇注系统的凝料等。1.5 本课题研究的内容及研究意义1.5.1 本课题研究的内容本课题主要是应用SOLIDWORKS软件对烟雾报警器上盖进行模具设计，具体设计内容如下：1.首先进行烟雾报警器上盖模具的理论设计和参数的确定，其主要内容有：（1）注塑模成型零件设计；（2）排气系统设计；（3）浇注系统设计；（4）冷却系统设计；（5）脱模系统设计；（6）导向定位系统设计。2使用SOLIDWORKS软件对烟雾报警器上盖模具进行设计。其主要包括：应用SOLIDWORKS软件进行成型零件设计、浇注系统设计、型腔组件水道设计、创建铸模与模具打开、塑料成型分析、模架与标准件设计、其他操作以及绘制三维实体仿真图和模具平面三视图等。3分析常见注塑制品的缺陷及产生原因，并提供解决方法。主要包括龟裂、填充不足、溢边、翘曲变形、凹痕及气泡、熔接线、等几种主要缺陷产生的原因和解决方法。1.5.2 课题的研究意义随着现代家庭用火、用电量的增加，家庭火灾发生的频率越来越高。家庭火灾一旦发生，很容易出现扑救不及时、灭火器材缺乏及在场人惊慌失措、逃生迟缓等不利因素，最终导致重大生命财产损失。探讨家庭火灾的特点及防火对策，对于预防家庭火灾，减少火灾损失具有现实意义 在现代城市家庭里，许多人因不懂家庭安全常识引起火灾事故，使好端端的幸福家庭转眼间毁于一旦,有的导致家破人亡,而且一旦发生居民家庭火灾,处置不当、报警迟缓,是造成人员伤亡的主要原因。所以说,人们应该积极了解家庭火灾的主要起因,掌握防止发生火灾的知识和万一发生火灾时保护自己的方法,及时消除火灾隐患。所以本文对烟雾报警器上盖注塑模CAD一体化的研究和应用不仅对实现产品的快速更新及大批量生产具有重要意义，而且对人们的生命财产的保障也具有重要的意义。69第2章 材料的选择与塑件结构分析2.1 材料的选择2.1.1 什么是ABS根据塑件的工艺性分析可知，本设计选用选用ABS 塑料较为恰当。ABS 是Arcrylomtrile Bidadiene Styrene 的缩写形式，全称为丙稀腈丁二稀苯乙稀三元共聚物，属于无定性聚合物，密度为1.05g/cm。在ABS的三种单体中，每种单体都有不同的特征：丙稀腈有高强度、热稳定性以及化学稳定性；丁二稀具有抗冲击性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。ABS的特性主要取决于三种单体的比率及两项中的分子结构。这样就可以形成多种性能的材料，所以ABS 有非常广泛的用途。2.1.2 ABS 的主要性能特点ABS具有较强的综合性能，具有较好的韧性、刚性、抗冲击性、抗拉强度、很好的耐热、耐寒性能；具有较好的化学稳定性；很易加工、染色。但是，在大气中老化性较差。2.1.3 ABS 的成型工艺性能1使用前的准备工作ABS的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前要进行充分的干燥和预热。不单能消除水气造成的制品表面烟花状气泡带，而且还有助于塑料的塑化，减少制品表面色斑和云纹。ABS 原料要控制水分在0.3%以下。干冬季节，干燥温度为7580 ，厚料层厚度为2030mm，干燥时间为23h.夏季雨水天要在8090下干燥48小时。表面要求光泽的塑料须长时间预热干燥达816 小时。此外，还要根据原料产地、储存、运输状况，对干燥条件适当调整。ABS 具有较好的染色性，一般采用浮染法。原料要加入紫外线吸收剂和抗氧剂，以提高耐老化能力。2 ABS 的成型温度控制ABS 是无定性材料，分解温度为270，耐热性不是太好。因含有橡胶成分，过高的成型温度并不会使流动性增加，相反会引起橡胶分解，流动性降低。同时，长时间的高温作用会造成降解和炭化。所以成型时应严格控制温度在允许范围内。对柱塞式料筒温度应控制在160230，螺杆式料筒温度应控制在160220 ，喷嘴温度在170180范围内。ABS成型易取高料温、高模温，但料温过高易分解。对精度较高的塑件，模温宜取5060 ，对高光洁度，耐热塑件，模温宜取6080。较高的模具温度，制品外表面能够达到较光洁，可以避免合模线和陷坑等不良现象，减少制品变形，但收缩率较大。一般的模具温度应尽可能低些。3 注射压力的确定原则注射压力的大小主要取决于制品的结构和壁厚，一般控制在60120Mpa。壁薄流道较长，流动阻力较大时，注射压力可高至130150Mpa。壁厚，浇口截面较大，流动阻力小时，注射压力可略低些。提高注射压力可以提高ABS 制品的光泽度。注射过程中，保压压力的大小，对制品的表观质量和银丝状缺陷都有较大的影响。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，在温度较高时，制品表面易雾化。压力过大，塑料型腔表面摩擦作用强烈，容易造成黏模。所以一定要调整配好保压压力和保压时间。保压压力为注射压力的30%60%。背压控制得越低越好，背压最高时可采用1.5Mpa。螺杆前进速度采用慢速，一般不超过0.550.65m/s。4 注射速度的确定ABS 采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料容易分解，甚至烧焦，从而在制品上出现熔接缝，光洁度差，及浇口附近的物料发红等缺陷。表2.1 ABS材料的主要特性本塑件所用材料为丙烯烃-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用一般精度5 级。2.2 烟雾报警器结构分析 本文设计的烟雾报警器上盖外形较简单，外壳外部如图2.1a所示，内部如图2.1b所示，是简单的圆形外形。 图2.1a烟雾报警器上盖外部结构图 图2.1b烟雾报警器上盖内部结构图该烟雾报警器上盖为一曲面结构,壁厚均匀，结构如图2.2所示，最大外围轮廓直径为107mm,高度为40mm,厚度为1.5mm。总体积约为24cm，总质量约为24g。第3章 型腔数量及布局3.1 型腔数量的确定型腔数目的决定与下列条件有关：1、塑件尺寸精度型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2 级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4 级的精密级塑件，最多一模四腔。2、模具制造成本多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。3、注塑成形的生产效益多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。4、制造难度多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和同何形状的复杂程度。为了制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，模具设计时应确定型腔数目。型腔数目的确定一般可以根据经济性、注射机的额定锁模力、注射机的最大注射量、制品的精度等。一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。该塑件精度要求不高，生产批量适中，且具有两边抽芯，抽芯距较长，从模具加工成本，制品生产时的成本考虑，故拟定为一模两腔。采用一模两件，能够适应生产的需求，采用侧浇口，浇口去除方便，模具结构孔不复杂，容易保证塑件质量。3.2 型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。需要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。本设计成型同一塑件， 且壁厚均匀， 故采用平衡式， 布局如图3.1所示： 图3.1 烟雾报警器上壳体模腔布局第4章 注塑机型号的选择注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模时应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户已提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。4.1 所需注射量的计算利用SolidWorks 三维软件定性测得该塑件的实际体积为 =23.91cm ，塑件质量=23.911.055=25.23g.设浇注系统的体积为塑件的0.6 倍,则流道凝料的质量 = 20.6 = 30.27g m=225.23+ 30.27=80.73g体积=20.6=28.70 cm所以可得一次总的注射量为： =2+ =23.912+28.70=76.52 cm公称注射量为： = /0.8=76.52/0.8=95.65 cm =95.651.055=100.92g4.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算根据Solidworks建模，对塑件投影面积分析得 为8786.35mm。流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积 ，在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是塑件在分型面上的投影面积的0.20.5 倍, 结合本设计的实际情况取0.3，则总的投影面积计算为：A = nA + sA （式4-1）所以：A = 28786.35 + 0.38786.35=20208.605mm从而得到= AP （式4-2）式中，注射机的额定锁模力（N）； 模具型腔内塑料熔体平均压力（MPa），一般为注射压力的0.3 0.65 倍，通常为2040Mpa,根据注塑模具设计实用教程书中表1-4，因本设计所用材料为ABS，所以选型腔压强值为40MPa； =20208.60540= 808344.2N，则F 810KN4.3 注射机型号的确定注射机规格主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式来确定，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下进行注射机相关参数的计算。在本设计中，根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初步选用无锡葛兰TZ120A卧式注射机，主要技术参数如表2-1 所列：表4.1 所选注塑机的主要技术参数螺杆直径（mm）40螺杆长径比（L/D）20理论注塑容积（cm）254实际注塑量（g）229注塑压力（MPa）176注塑速率(g/s)95.2塑化能力(g/s）13锁模力（KN）1200拉杆内距(mm)390390移模行程（mm）360容模量（mm）190-420顶出力（KN）39顶出行程(mm)100顶出数34.4 注射机工艺参数的校核4.4.1 实际注塑量的校核为确保塑件质量，注射模一次成形的塑料重量（塑件和流道凝料重量之和）应该在实际注射量的35%75%范围内，最大可达80%，最低不应小于10%G =V （ 式4-3）0.35G = 0.35 229= 80.15g0.75G = 0.75229 =171.75g而塑件和流道凝料重量之和M 为80.73g，在上述范围内，故最大注射量符合要求。4.4.2 开模行程的校核开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机曲轴机构的最大行程决定，与模具厚度无关。双分型面注射模，其开模行程按下式校核S+（510）mm （式4-4）式中 S注塑机的最大开模行程（）制品需推出的最小距离（）制品及浇注系统凝料的总高度（）510安全距离所以S40+140+5=185mm，由于TZ120A卧式注射机的移模行程为360 185 360 所以开模行程也符合要求。4.4.3 模架尺寸与注射机拉杆内间距校核该套模具模架的外形尺寸为270mm400mm，而注射机拉杆内间距为390mm390mm，因270小于390，符合要求。综上所述，综上所述，注射机选择TZ120A卧式注塑机符合该模具设计要求。第5章 烟雾报警器上壳体模具结构设计塑件在成型加工过程中，用来充填塑料熔体以成型制品的空间被称为型腔。构成模具型腔的零件统称为成型零件，主要包括凹模、凸模、型芯镶块、各种成形杆和成形环。由于这些成型零件直接于高温、高压的塑件熔体接触，并且在脱模时反复与塑件摩擦，它必须具有如下一些性能：（1）具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压。（2）具有足够的硬度、耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。通常进行热处理，使其硬度达HRC40以上。模腔的应力，避免模具在短期工作后即失效，为此，在模腔压如模套内后，二者应该预压。5.1分型面的确定分开模具取出塑件的面称为分型面。分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向。分型面的形状有平面和曲面等，但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，分型面自然也是曲面。选择分型面时，应考虑的基本原则：1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。2） 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。3） 保证制件的精度和外观要求与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。4） 分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。5） 不妨碍制品脱模和抽芯。在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的避侧凹或侧孔。6） 有利于浇注系统的合理处置。7） 尽可能与料流的末端重合，以利于排气。本次设计产品的分型面在塑件上一目了然，烟雾报警器上壳体模具的分型面选择在最大轮廓边所在平面上以及壳体所在的曲面上，如图3.1所示。 图5.1烟雾报警器模具分型面5.2 成型零部件的设计和计算5.2.1 凸模结构设计凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。在此采用组合式中的镶件组合式凸模，型芯之间不可靠的太近。设计镶嵌式和组合式凸模时，应尽可能满足下列要求：（1）将型腔的内型芯加工变为镶件和组合件的外形加工；（2）拼缝应避开型腔的转角或圆弧部分的外形加工；（3）镶件的数量力求尽可能少，以减小对塑件外观和尺寸精度的影响；（4）易损坏部分应设计独立的镶件，便于更换；在注射成型过程中，型腔承受塑料熔体的高压作用，因此模具型腔应有足够的强度和刚度。强度不足将导致塑性变形，甚至开裂。刚度不足将产生过大弹性变形，导致型腔向外膨胀，产生溢料间隙。在本次设计中按整体式型腔计算。5.2.2 按刚度计算型腔侧壁的厚度S型腔受塑料熔体压力时，四壁变形，两长边大于两短边，当长、短边侧壁厚度相同时，长边能满足要求，短边更无问题，因此，侧壁厚度计算归结为长边厚度的计算。 （式5-1）式中 S型腔侧壁厚度（）；h型腔侧壁受压高度（）；L型腔长边长度（）；E模具材料的弹性模量（碳刚为2.1105MPaMPa）；p型腔压力（取40Pa）；任一自由边中点的允许变形量，由塑料宽度公差，由经验式计算决定；C常数，由近似公式计算；在本设计中，h=30，L=107经计算，S=20,15，本设计中取边厚为28mm。5.2.3 内模镶件经验确定法确定内模镶件的长、宽尺寸第一步：按上面的排位原则，确定各型腔的摆放位置。第二步：按下面的经验数据，确定各型腔的相互位置尺寸。根据经验，各型腔之间的钢厚B可取1225mm，此处选20mm。第三步：确定内模镶件的长宽尺寸：根据书中表6-1，型腔至内模镶件边之间的钢厚A取28mm。综上所述，内模镶件长度=（28+107）2+20=290mm 宽度=282+107=163mm内模镶件高度尺寸的确定内模镶件包括凸模和凹模，厚度与制品高度及制品在分型面上的投影面积有关，一般制品可参考下述经验数值选定。凹模厚度 一般在型腔深度基础上加1520mm，此处选18mm，所以凹模厚度=30+18=48mm.凸模厚度 凸膜厚度=型腔深度+封料尺寸（最小8mm）+钢厚14mm左右，此处经计算得到为30mm5.2.4 定模板、动模板基本尺寸的确定定模板和动模板开框尺寸的设计在定模板和动模板上加工出用于装配内模镶件的圆槽或方槽，叫开框。 开框的长、宽尺寸确定长度和宽度基本尺寸等于内模镶件的长度和宽度基本尺寸，公差配合取H7/m6.所以其长度与宽度分别为290、163mm。开框的深度尺寸确定当分型面为平面时，定模A板和动模B板上的开框深度分别比内模镶件的高度尺寸小0.5mm，使镶件装配后高出分型面0.5mm,以保证模具在生产时分型面的优先接触。所以定模板开框深度=48-0.5=47.5mm；动模板开框深度=30-0.5=29.5mm.开框的圆角设计因为此处开框深度50mm，所以取圆角半径=13mm。5.2.5 模架（模体）尺寸的确定模架也称模体，是注射模的骨架和基体，模具的每一部分都寄生其中，通过它将模具的各个部分有机的联接在一起。定模板和动模板大小的设计长宽的确定定模板、动模板的长宽尺寸可以按以下经验确定第一步：确定模具的大致宽度，方法是在内模镶件宽度基础上加100mm，如果和小于250mm,则为小型模具；如果和在250350之间（包括350mm），则为中型模具；如果和大于350mm，则为大型模具。经计算可知，此烟雾报警器上盖的模具为中型模具。第二步，对于中型模具，定模板、动模板的长宽尺寸在内模镶件的长宽基础上加100mm,然后取模具宽度的标准值。模板长度=290+100=390mm,模板宽度=163+100=263mm,按龙记模架标准值，长宽分别取400mm,270mm.厚度的确定a.定模板厚度有面板时，一般等于框深加20-30mm左右，选20mm.则定模板厚度=47.5+20=67.5mm.b.动模板厚度一般等于开框深度加30-60mm左右。动模板厚度尽量取大些，以增加模具的强度和刚度。由书中表8-1查得，此处动模板开框厚刚位为40mm.则动模板厚度=29.5+40=69.5mm.5.2.6 方铁、复位杆、限位钉的设计方铁的高度H，必须能顺利推出制品，并使推杆固定板离动模板间有10mm左右的间隙，不可以当挡板碰到动模时，才能推出制品。方铁高度H=推板固定板厚度+推杆底板厚度+限位钉高度+顶出距离+1015mm推杆固定板厚度和推杆底板厚度由模架大小确定，限位钉高度通常为5mm.顶出距离制品须顶出高度+510mm本文由模架确定的推杆固定板厚度为30mm,推杆底板厚度为40mm，限位钉高度为5mm,顶出距离为50mm,所以H=30+40+5+50+10=135mm。复位杆长度=135-45+69.5+1-0.1=160.4mm。限位钉的的设计大端直径取10mm,数量取6个。5.3 排气系统的设计在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低挥发气体，这些气体若不能顺利排出，型腔内气体将产生很大的压力，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩产生高温，可能是塑料烧焦。在充模速度大、温度高、物料粘度低、注射压力大和塑件壁厚较厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。注塑模的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只在特殊情况下采用开设排气槽的排气方式。排气槽一般设在分型面上凹模一侧，以便于模具制造与清理。排气槽尺寸一般为宽1.56mm，深0.020.05mm，以塑料不从排气槽溢出为宜，即应小于塑料的溢料间隙。该塑件为小型塑件，即模具是属小型模具，且不须采用特殊的高速注射，故利用分型面和推杆的配合间隙排气即可，因此本设计不单独开设排气槽。5.4 浇注系统设计浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。该模具采用普通流道浇注系统，普通浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还在与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。5.4.1 对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则： 了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。 采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。 浇注系统的设计应有利于良好的排气。 防止型芯变形和嵌件位移。 便于修整浇口以保证塑件外观质量。 浇注系统应结合型腔布局同时考虑。 流动距离比和流动面积比的校核。5.4.2 主流道的设计主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为26。主流道的主要尺寸如下：（1） 主流道小端直径主流道小端直径 d = 注射机喷嘴直径 + 23= 3 + 23 取 d = 5（mm）。（2） 主流道的球半径主流道的球半径 SR = 10 + 12 取 SR = 12（mm）。（3） 球面配合高度球面配合高度为 3 5 取 3（mm）。（4） 主流道长度主流道长度L，应尽量小于60mm，上标准模架及该模具结构，取L = 55（mm）（5） 主流道锥度主流道锥角一般应在26，取 = 4，所以流道锥度为/2=2。（6） 主流道大端直径主流道大端直径 D = d+2Ltg（/）（=4） 6.3（mm）（7） 主流道大端倒圆角倒角 D/8 0.6（mm）根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如下图：图5.2主流道示意图5.4.3 分流道的设计1、分流道作用分流道式指主流道末端与浇口之间着一段塑料熔体的流动通道。其基本作用是在压力损失最小的条件下，将来自主流道的熔融塑料，以较快的速度送到浇口处充模。同时，在保证熔体均匀地分配到各型腔的前提下，要求分流道中残留的熔融塑料最少，以减少冷料的回收。2、设计分流道必须考虑的因素：塑料的流动性及制品的形状型腔的数量壁厚及内在外观质量要求注射机的压力及注射速度主流道及分流道的拉料和脱落方式3、分流道的长度及直径分流道的长度：分流道的长度应尽量短，且少弯折；分流道直径：因所选材料为ABS，由书中表10-1，选择流道直径为7mm。4、分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低，一般取0.631.6m，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。5、分流道的布置形式分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模两腔，采用平衡式布置。平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料平衡。因此各个型腔的浇口尺寸也可以相同，达到各个型腔均衡地进料。该模具分流道为圆形截面，在定模座板和定模板上都开有分流道。其形式如下图： 图5.3 烟雾报警器上壳体模具分流道示意图5.4.4 浇口的设计1、 浇口的作用浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注射模具浇注系统的最后部分，通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的热料回流。浇口设计与塑料制品形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数（压力等）及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭，便于使塑料制品分离，塑料制品的浇口痕迹亦不明显。塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等，往往都是由于浇口设计不合理而造成的。2 、浇口设计的基本要点1） 尽量缩短流动距离 浇口位置的安排应保证塑料熔体迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体，这对大型塑件更为重要。2） 浇口应设在塑件制品断面较厚的部位 当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在塑件的薄壁处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，以致影响了熔体的流动距离，难以保证其充满整个型腔。另外从补缩的角度考虑，塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最晚固化的地方，若浇口开设在薄壁处，则厚壁处极易因液态体积收缩得不到收缩而形成表面凹陷或真空泡。因此为保证塑料熔体的充分流动性，也为了有利于压力有效地传递和比较容易进行因液态体积收缩时所需的补料，一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处。3） 必须尽量减少或避免熔接痕 由于成型零件或浇口位置的原因，有时塑料充填型腔时造成两股或多股熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤为严重。有时为了增加熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤其严重。一般采用直接浇口、点浇口、环形浇口等可以避免熔接痕的产生，有时为了增加熔体汇合处的溶接牢度，可以在溶接处外侧设一冷料穴，使前锋冷料引如其内，以提高熔接强度。在选择浇口位置时，还应考虑熔接的方位对塑件质量及强度的不同影响。4） 应有利于型腔中气体的排除 要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口。如果这一要求不能充连接。3、 浇口的类型浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下11 种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等本次设计中结合塑件的结构特点，采用侧浇口的形式。侧浇口又称普通浇口，或大水口，熔体从侧面进入模具型腔，是浇口中最简单又最常用的浇口。浇口应设计成锥面形状，由书中表10-2，查得侧浇口的长宽高尺寸分别为0.7mm,1.8mm,0.6mm.5.4.5 冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用，根据拉料的方式的不同，冷料穴的形式又可分为与推杆匹配的冷料穴、与拉料杆匹配的冷料穴和无拉料杆的冷料穴三种。5.5 冷却系统的设计注塑成型时，模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率，也影响到注塑周期。因此在使用模具时必须对模具进行有效的冷却，添加温度调节系统以达到理想的温度要求。热塑性塑料在注射成型后，要使熔融的塑料的热量尽快传给模具，必须做好冷却通道的设计工作，以便使塑件可靠冷却定型并可迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。模具的冷却方法有水冷却、空气冷却和油冷却。因为水的热容量大，传热系数大，成本低，且低于室温的水容易取得，所以冷却水普遍使用。用水冷却即在模具型腔