电位盒设计.doc

鄂州职业大学模具设计报告电位器盒模具设计所 属 系： 10级机械系 专 业： 模具设计与制造 学 号： 姓 名： 指导老师： 李昶 起止日期： 设计地点： 鄂州职业大学 电位器盒模具设计摘 要塑料制品之所以能够各行各业得到大规模的应用，是由于它们本身具有的一系列优良的特点。作为一种新的工程材料，其还在不断被开发与应用，并且随着成型工艺的不断成熟与发展，大大促进了塑料成型模具的开发与制造。随着生产技术水平的提高，电器模具应用越来越普遍，如何开发电位器盒模具成为相关企业面临的重要问题。本课题采用CAD/CAE/CAM技术完成电位器盒模具的结构设计和模具设计，为学生综合应用所学知识，走向工作岗位奠定了基础。分析了电位器盒塑件的工艺特性，介绍了电位器盒注塑模具的结构特点和工作原理。本套模具采用了一模一腔，二次分型，中心点浇口进料，推件板推件。模具结构紧凑，工作安全可靠，可以完全实现全自动操作。 目 录摘 要第一章 引言 1.1 塑料模具发展现状 1.2 塑料模具未来趋势第二章 塑件成型设备 2.1 成型设备校核计算 2.1.1注射量的校核 2.1.2注射压力校核 2.1.3锁模力校核 2.2 塑化能力第三章 塑件成型工艺分析 3.1 塑件成型特征 3.2 塑件的结构工艺性 3.2.1 塑件的尺寸精度分析 3.2.2 塑件表面质量分析 3.2.3 塑件的结构工艺分析第四章 电位器盒模具设计 4.1 分型面及其浇注系统的设计4.1.1分型面的选择4.1.2 浇注系统的设计 4.2 模具设计实验论证4.2.1 成型零件结构设计4.2.2 导向机构与推出机构的结构设计4.2.3 冷却机构结构设计 4.3 标准模架的选择第五章 结束语第一章 引 言1.1 塑料模具发展现状 近年来，由于我国国民经济的高速、稳定的增长，促进了我国模具工业的迅速发展壮大，因此，模具设计与制造专业或者相关的材料成型与控制专业已经成为我国国内具有优势的热门专业之一。进入新世纪以来，我国模具销售额以年平均20%左右的速度增长，2006年模具销售额达到720亿元人民币，居日本、美国之后第三位,模具出口突破了10亿美元 。我国模具生产厂、点达到了约3万家，从业人员近100万人。这些都说明我国模具工业有了相当的规模。期中，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。国内塑料模具市场对注塑模具需求量日益增长。专家普遍预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。所以，越来越多的人开始从事塑料模具行业的设计。大大的促进了我国注塑模具技术的发展。但是我国目前和发达国家相比仍有较大差距，主要表现在模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、 模具的使用寿命和制造周期等 。 目前塑料模具主要分为种类很多，一般按照制品的成型材料性质可分为热固性塑料膜和热塑性塑料膜；按照产品的成型工艺划分又可分为压缩模、压注模和注射模，其中注射模在塑料模具应用面中较为广泛;还有按照模具装卸方式分类、按照模具行腔数目分类、按照分型面特征分类等多种分类方式 。 塑料产品成型材料有很多种，目前世界投入生产的大约有300多种，其中常用的有40余种。名称多以其所有合成树脂作为名称来称呼：聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯。酚醛树脂、氧树脂,俗称：电木（酚醛树脂）,有机玻璃（聚甲基丙烯酸甲脂）,玻璃钢（热固性树脂用玻璃纤维增强）;英文名称：尼龙（聚酰胺）PA 聚乙烯 PE 等。一般根据受热后其性质不同可分为热塑性塑料和热固性塑料 。 模具生产的过程一般包括：接受任务书（通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出，模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具）；收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工数据，例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么，塑件的几何结构是否合理等；消化工艺数据，分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当；确定成型方式，采用直压法、铸压法还是注射法；选择成型设备，初步估计模具外形尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装和使用；确定模具类型，选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备，理想的型腔数。其中有型腔的布置、分型面的确定、选择顶出方式、确定浇注系统脱模方式、主要成型零部件计算等；绘制模具结构草图为正式绘图做准备；最后模具的校核，包括基本结构方面和设计图纸方面 。 1.2 塑料模具未来趋势 现代经济的飞速发展,推动了我国模具工业的前进。CAD/CAM/CAE技术的日臻完善和在模具制造上的应用,使其在现代模具的制造中发挥越来越重要的作用, CAD/CAM/CAE技术已成为现代模具的制造的必然趋势。CAD/CAM/CAE计算机辅助设计、模拟与制造一体化, CAD/CAM/CAE一体化集成技术是现代模具制造中最先进、最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统,按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程。 总之, CAD/CAM/CAE集成技术就是在这种情况下应运而生的,它已成为现代模具制造技术发展的必然趋势,并以科学合理的方法给模具制造者提供了一种行之有效的辅助工具。 这技术的应用大大减少了设计师的工作量,节约了工作时间,提高了工作效率,使设计师把更多的精力用在新产品的开发及创新上。第二章 塑件成型设备2.1 成型设备校核计算 2.1.1 注射量的校核 注射量的校核公式 （0.80.85）W公W注 式中W公注射机的公称注射量，cm； W注每模的塑料体积量，是所有型腔的塑料加上浇注系统塑料的总和，cm。 如前所述，塑件及浇注系统的总体积为74.14cm，远小于注射机的理论注射量634cm，故满足要求。 2.1.2 注射压力的校核注射压力的校核公式为 maxKp0 式中 max注射机的额定注射压力，MPa； p0注射成型时所需注射压力，MPa； K安全系数。 将数据代入公式得： Kp0=1.390=117（MPa）max=150 MPa 满足要求。 2.1.3 锁模力的校核锁模力的校核公式为 FKApm 式中 F注射机的额定锁模力，kN； A制件和流道在分型面上的投影面积之和，cm； Pm型腔的平均压力，MPa； K安全系数，通常取K=1.11.2。 将数据代入公式得： KApm=1.152511.304=324.99（kN） F=3500kN324.99 Kn，满足要求。2.2塑化能力塑化是塑料在料筒内经过加热达到流动状态并且有良好的可塑性全过程。聚苯乙烯的塑化性能：1.成型加工性号、好，可采用注射，挤出，真空和模压等多种成型方法加工。2.聚苯乙烯性脆易裂，易出现裂纹，所以成型塑件脱模斜度宜取20以上顶出均匀以防止脱模不良发生开裂。3.塑件中不宜有嵌件（如有嵌件应预热）缺口和顶角各方面应圆滑连接，塑件壁厚应均匀。4.由于流动性好，溢边值为0.03mm左右应注意模具间隙，防止形成飞边。5.模具设计中大多数采用点浇口形成，防止除去浇口损坏塑件防止形成飞边。第三章 塑件成型工艺分析3.1 塑件产品成型特征图3.1 产品三维图材料为聚苯乙烯，简称PS，是一种无声透明的热塑性树脂。PS具有良好的光学性能及电器性能，容易加工成型，着色性能好。由于它具有良好的性能，因此，现在已经成为世界上应用最广的热塑性树脂，它是通用塑料的五大品种之一。 玻璃化温度8090，非晶体密度1.041.06克/立方厘米，晶体密度1.111.12克/立方厘米，熔熔温度240，电阻率为10201022欧厘米。导热系数30时0.116瓦/(米开)。通常的聚苯乙烯为非晶态无规聚合物，具有优良的绝热、绝缘和透明性，长期使用温度070，但脆，低温易开裂。此外还有全同和间同立构聚苯乙烯。全同聚合物有高度结晶性。 产品的成型特性： （1）熔点不明显：聚苯乙烯为无定形聚合物，熔融温度范围较宽，且热稳定性较好，约在95度左右开始软化，在190C成为熔体，在290C以上出现分解。 （2）受温度和压力影响较大：成型温度和压力的增加，对聚苯乙烯熔体的流动性有明显的增长，其中温度比压力的影响更大，在成型过程中，可以通过改变温度和压力，来调节熔体的流动性。（3）收缩率较低,聚苯乙烯的收缩率一般在0.5%左右，制品成型稳定性好。 （4）PS的注塑温度可在铰宽的范围内选取，但注射温度过高会降低制品的机械性能，而过低又会影响制品的透明度，因此一般空控制在140245C之间，可视机台能力大小和使用状态进行加工温度范围调整。 （5）注射压力，PS注射压力可在60150MPa范围内选取。流动比L/T200,能够成型大型薄壁制品。对于本产品为大型薄壁塑件，注射压力相对可取高一些70160MPa即可。但压力过高会使制品的残余应力增加，应控制好压力范围。 （6）注射速度，注射速度越快，越容易造成分子链的取向程度增加，从而引起更大的取向压力，但注射速度过低，塑料熔体进入模腔后，可能先后分层而形成融化痕，产生应力集中线，易产生开裂。本制品注射速度可相对快一些，但过快会出现飞边，溢边值0.040.05 。所以最好采用变速注射，在速度逐渐减小下结束充模。 （7）吸湿性小，不以分解，成型前原料无需干燥处理，但由于其性脆易断裂，热膨胀系数较大，所以易产生应力开裂。3.2 塑件的结构工艺性图3.2 塑件图 塑件制品的尺寸是指制品的总体尺寸。它受到塑料流动性的制约，塑件尺寸越大，要求塑料的流动性越好，流动性差的塑料或薄壁制品在进行注射模塑或传递模塑时，制品尺寸不宜过大，以免熔体不能充满型腔或形成熔接痕，从而影响制品的外观和强度。此外，压缩模塑制品受到压力机最大压力及工作方面尺寸的限制，注射模塑制品的尺寸受到注射机的公称注射量、锁模力、开模行程和模板尺寸限制。3.2.1 塑件的尺寸精度分析（附表3.1）该产品塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸都为自由尺寸，聚苯乙烯（PS）可采取建议精度5级。按MT5精度查取公差 ，塑件上主要尺寸的公差见表3.1。塑件标注尺寸塑件尺寸公差外形尺寸580-0.74970-1.0300-0.52.50-0.2内形尺寸450+0.64840+1.0孔尺寸30.106.50.14孔间距尺寸360.2890.14表3.13.2.2 塑件的表面质量分析 由于该塑件为电器盒用品，所以要求外观光洁、色彩均匀，不允许有斑点和过多熔接痕，Ra为0.4m，其它无特殊要求。3.2.2 塑件的结构工艺分析 （1）从图纸上来看该塑件外形为矩形壳体，各面连接圆滑，切塑件壁厚均匀，完全符合最小壁厚要求。 （2）圆角的校核：R Rmin13t=0.83 塑件型腔较大，在其底面有尺寸不同的孔，如3、6.5，它们均符合最小孔径的要求。（3）塑件底部中心对称有“帧幅”字样。 综上所述，该塑件可以采用注射成型加工。第四章 电位器盒模具设计4.1 分型面及其浇注系统的设计4.2.1 分型面的选择 分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以是垂直于合模方向，也可以与合模方向平行或倾斜。分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。分型面的选择原则主要如下： （1）符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大尺寸的部位。 （2）分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定分形面应以模具制造及脱模方便为原则。 （3）型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构。 （4）确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观质量;将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同一侧。以确保塑件的同轴度;要考虑减小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等。 （5）有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模后塑件留在动模一侧。 （6）考虑侧向轴拔距。一般机械式分型 抽芯机构的侧向轴拔距都较小，因此选择分型面的时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，即将短轴拔距作为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯。 （7）锁紧模具的要求：侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小较小的方向作为侧向分型面。 （8）有利于排气。当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计在塑料的流动末端，以利于排气。 （9）模具零件易于加工。图3. 1 主要分型面的选择方案总之，无论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必图3.1 图4.1 主要分型面的选择方案总之，无论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。为了保证塑件能顺利分型，主要分型面应该首先考虑选择在塑件外形的最大轮廓处。如图3.1示，在初选三个方案中，方案A的塑件开模后留在了定模一侧，塑件不宜取出，顶出机构也设计复杂；方案B中会产生较多影响外观的分边，不宜清除；而方案C不但保证了塑件取出方便，且毛刺飞边的清楚也比较容易，因此最终选择方案C。4.1.2 浇注系统的设计所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。考虑到塑件外观要求较高，外表面不允许较大的成型斑点和较多的熔接痕，切成型矩形壳体塑件时，适合中心点浇口进料，进浇口与塑件圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件。浇注系统如图4.2所示。 图4.2（1）主流道和定位圈的设计 主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，如图4.3示图4.3浇口套与定位圈的设计查资料的SZ-100/60型螺杆式注射机与喷嘴有关的尺寸：喷嘴前球端半径SR0 =10mm，喷嘴孔直径d0 =2mm，定位圈直径为125mm。为了保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为:SR=SR0 +(12)，d=d0 +0.5。因此，取主流道球面半径SR=12mm，主流道小端直径d=3mm。同事为了方便将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度为24度。由于浇口套和定位圈为注塑模通用件，所以尽量使用推荐尺寸，详细请见零件图。（2）浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，表面粗糙度Ra不低于0.4m【】 。浇口设计一般有一下原则： 浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。 浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。 浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。 对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。 不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。 根据塑件外观的要求及型腔分布情况，选如图3.4所示浇口，从塑件底部中心点浇口进浇。进料口与塑件采取了圆弧连接，避免了去除浇口时产生损坏。 图 4.4点浇口4.2 模具设计方案论证 4.2.1 成型零件结构设计 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、镶块等。成型零件工作时，直接与塑料接触，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。 设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。（1）型腔结构设计： 型腔又称凹模，它是成型塑件外轮廓的零件。常有有以下几种结构形式：整体式型腔、组合式型腔、拼块组合式型腔，从各方面分析我选择整体式，整体式型腔直接在型腔板上加工，有较高的强度和刚度，在使用中不宜发生变形。由于该塑件结构简单，形状也简单中心对称，型腔加工容易实现，故可采用整体式结构。如图4.5： 这里采取了组合式图4.5 凹模（2）型芯结构设计： 型芯（即凸模）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。这里采取了组合式，因为可以节省贵重模具钢，减少加工工作量。成型塑件内部的大型芯装在动模板上，成型空的小型芯装在型腔上，方便型芯的制作与安装、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。如图4.6所示：图4.6 型芯 4.2.2 导向机构与推出机构的结构设计由于塑件基本对称切无侧向压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模厚的定位。 根据矩形壳体的形状特点，其推出机构可采取推件板推出或推杆推出。其中推件板推出机构最可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，所以，决定采取推板推出机构【7】 。4.2.3 冷却机构设计 塑料模具可以看作是一种热交换器，如果冷却介质不能及时有效地带走必须带走的热量，不能实现均一的快速冷却，则在一个成型周期内就不能维持热平衡，会式塑件内部产生应力而导致产品变形或开裂，从而就无法进行稳定的模塑成型。因此，设置冷却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。所以，应根据塑件的形状壁厚及塑料的品种，设计与制造出能实现高效的冷却回路【5】 。 冷却机构设计应按照以下几条原则设计： 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越均匀。 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。 浇口处加强冷却。 应降低进水与出水的温差。 合理选择冷却水道的形式。 合理确定冷却水管接头位置。冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。 综上所诉，决定采用水冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，水道开设时注意避