台灯插座注射模具设计与制造

0 毕 业 论 文（设 计） 论文（设计）题目： 台灯灯座注射模具设计与制造 系 别： 机械工程系 专 业 : 机电一体化 班 级 : 机电 姓 名 : 学 号 : 指导老师 : 完成时间 : 6 月 1 摘要 本课题以灯具厂的灯座产品为模具设计的对象，通过对该产品的材料，尺寸精度，表面质量以及结构工艺性等方面的分析，确定成型模具的种类。 成型设备的规格和型号。编制塑件的模型成型工艺，并进一步对该灯具的注射模结构进行设计。编制了该注射模主要零件的加工工艺。 关键词 灯座 注射模具 模具设计 模具制造工艺 2 序 言 毕业设计是我们学完了大学的全部基础课、技术基础课以及专业课，以后进行的最后一个极为重要的实践性环节，是我们综合运用所学的基础理论基本知识和基本技能去解决专业范围的工程技术问题，而进行的一次基本训练。 因此，它在我们三年的大学生活中占有重要的地位。 就我个人而言，我希望通过这次课程设计对自己未来将从事的工作进行一次适应性的训练；从中锻炼自己分析问题、解决问题的能力，为今后参加祖国的“四化”建设打下一个良好的基础。 3 台灯灯座注射模具设计与制造 在现代工业生产中， 60%-90%的工业产品都涉及到模具设计和模具制造，本课题以塑料模中的注射模为设计对象，选用台灯灯座为毕业设计实例，其目的是对注射模具设计的全过程有一个总体的认识，通过典型的设计实例，掌握一定的塑料模具设计与制造的 方法。 一、塑件的工艺性分析 塑件的工艺性分析包括塑件的原材料分析，塑件的尺寸精度分析，塑件表面质量和塑件的结构工艺性及分析，其具体分析如下： （ 1）塑料的原材料 塑料品种 结构特点 使用温度 化学稳定性 性能特点 成型特点 聚碳酸脂（ PC）属于热塑性塑料 线型结构非结晶型材料，透明 小于 130；耐寒性好，脆化温度为-100 有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯等 透气率较高，介电性良好，吸水性小，但水敏性强，给水量不得超过，且吸水后会降解，力合性能很好，抗冲击、抗蠕性能突出，但耐磨性较差 容易温 度高超过 330才可重成型，但磨体黏度大，流动性差，溢边值为0.06min ，流动性对温度变化敏感，冷却速度快，成型溶吸溶率小，易产生后力集中 纯沦 （ 1）熔融温度高且熔体黏度大，对于大于 200g 的塑件应用螺杆式注射机成型，喷嘴宜用敞开式起伸喷嘴，并加垫，严格控制模具温度，一般在70-120为宜，模具应用耐磨钢，并碎化。 （ 2）水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝。强度显著下降现象。 （ 3）易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后，退水处理，消除内应力；塑件壁不宜厚，避免有尖角，缺口和金属 嵌件造成应力集中脱模斜度宜取 20。 4 （ 2） NT5 查取公差，其主要尺寸公差标准如下（单位为 mm） 塑件外的尺寸： 69 70 127 129 170 R5 137 3 8 133 内形尺寸： 63 64 114 121 R2 60 32 30 8 123 131 164 孔尺寸： 10 12 137 4.5 2 5 孔心距尺寸： 34 0.28 96 0.50 150 0.57 (3)塑件表面质量分析 该塑件要求外观美观，色泽鲜 艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取 Ra 10m，而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。 （ 4）塑件的结构工艺性分析 从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚切匀，且符合最小壁厚要求； 塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如 12 4- 10 4- 4.5 4- 5，它们切符合最小孔径要求； 在塑件内壁有 4 个高 2 米，长 11 公分凸台。因此，塑件不易取出，需要考虑侧抽装置。 综上所述，该塑件可采用注射成型加工。 二、确定成型设备选择与模塑工艺规程编制 （ 1）计算塑件的体积 V=V1+V2+V3+V4 = r12h1+ r22h2+( r3)2+( r3)2/2 h3+ r42h4 =(3.14 322 60)+ (3.14 612 32)+ ( 65)2+( 61)2/2 30+ (3.14 652 8) 0 -0.86 0 -0.25 0 -1.28 0 -1.28 0 -1.6 0 -0.24 0 -1.28 0 -0.12 0 -0.28 0 -1.28 +0.74 0 +0.71 0 +1.14 0 +1.28 0 +0.2 0 +0.74 0 +0.56 0 +0.50 0 +0.28 0 +1.28 0 +1.28 0 +1.6 0 +0.32 0 +0.32 0 +1.28 0 +0.24 0 +0. 2 0 +0.24 0 5 =200172.30mm (2)计算塑件的质量 计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔数。根据有关手册查得 P=N2kg/cm3 所以塑件的质量为 W=PV =200172.30 1.2 10-3 =2 0.20g 根据塑件形状及尺寸采用一模一件的模具结构，考虑外形尺寸，对塑件的材料的分析及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初送螺杆式注射机： Xs-ZY-250，（经注射机参数校核， X3 -ZY-250 不能满足闭合高度要求，所以取用 X3 -ZY-500）。 (3)塑件模塑成型工艺参数的确定 工艺参数 规格 工艺参数 规格 预热和干燥 温度 t： 110-120 成型时间 /s 注射时间 20-90 时间 t:8-12h 保压时 间 0-5 料筒温度 t/ 后段 210-240 泠却时间 20-90 中段 230-280 总周期 40-190 前段 230-285 螺杆转速 n/(r min-1) 28 喷嘴温度 t/ 240-250 后处理 方法 红外线灯 模具温度 t/ 70（ 90） -120 温度 t/ 鼓风烘箱 100-110 6 注射压力p/MPa 80-130 时间 r/h 8-12 （ 4）填写模塑成型工艺卡片 （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 灯座 材料牌号 PC 设备型号 XS-XY-500 装配图号 材料定额 每模件数 1 件 零件图号 单件质量 240.20g 工装号 材料干燥 设备 温度 / 110-120 时间 /h 8-12 料筒温度 后段 / 210-240 中段 / 230-280 前段 / 240-285 喷嘴 / 240-250 模具温度 / 70(90)-120 时间 注射 /s 20-90 保压 / s 0-5 冷却 / s 20-90 压力 注射压力/MPa 80-130 背压 /MPa 后处理 温度 / 鼓风烘箱 100-110 时间定额 辅助 /min 时间 /h 8-12 单件 /min 检验 编制 校对 审核 组长 车间主任 检验组长 主管工程 师 7 三、注射模的结构设计 注射模结构设计主要包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定及腔型的排列，共注系统设计，型芯，型腔结构的确定，推件方式，侧抽芯机构设计，模具结构零件设计等内容。 （ 1）分型面的选择 该塑料为灯座，外形要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高， 在选择分型面时，根据分型面的选择方案。其一，这塑件小端底平面需用瓣合式，这样在塑件表面会留有熔接痕，同时增加了模具结构的复杂程度。其二，选塑件大端底平面作为分型面，如图所示，采用这种方案，侧面抽芯机构设在动模部分，模具结构也较为简单。所以，选塑件大端底平面作为分型面较为合适。 （ 2）型腔数目的确定及型腔的排列 由于该塑件采用的是一模一件成型，所以，型腔布置在模具的中间。这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。 （ 3）浇注系统的设计 8 主流道设计 主流道是指浇注导流 中以注射机喷嘴与模具接角处开始到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是溶体最关键的部分，它的形状与尺寸对塑体的流动速度和充模时间有较大的影响。根据手册查得 XS-ZY-500 型注射机喷嘴的有关尺寸。 因此，必须使熔体的温度降和损失最小，主流道设计成圆锥形，其锥角为 20-60，小端直径 d 注射机喷嘴直径大 0.5-1mm。 喷嘴球半径： R0=18mm 喷嘴孔直径： d0= 4mm 根据模具主流道与喷嘴的关系： R=R0+（ 1-2） mm， d= d0+0.5mm 取主流道球面半径： R=20mm 取主流道的小端直径： d= 4.5mm 为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为 10-30。经换算得主流道大端直径 D= 12mm。同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm 的圆弧过渡。 分流道的设计 在设计多型腔或者多浇口的单型腔的浇注导流时，应设置分流道，分流道是指主流道未端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道采用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。设计时请注意尽量减少流动过程中的热量损失的压力损失。 分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该 塑件的体积比较大，但形状不算太复杂，且壁厚均匀，可考虑采用多点进料方式；缩短分流道长度，有利于塑件的成型和外观质量的保证。本例从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的流流道。查有关手册得 R=6mm。 a、分流道截面尺寸视塑料品种、塑件尺寸，成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定，通常圆形截面分流道直径为 2-10mm；对流动性较好的尼聚乙稀，聚丙烯等塑料的小型塑料，在分流道长度很短时，直径可小到 2mm，对流动性较差的聚碳酸酯，聚砚等可大至 10mm，对于大多数料，分流道截面直径常取 5-6mm。 梯形截面分流 道的尺寸可按下面经验公式确定 b=0.2654 m 4 L b=2/5b 式中 b 梯形大度边宽度， mm； L 分流道的长度， mm； m 塑件的质量， g； h 梯形的高度， mm； b、分流道的长度，根据型腔在分型面上的排布情况，分流道可分为一次分流道，二次分流道甚至三次分流道。分流量的长度要尽可能短，且磨折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。 c、分流道的表面粗糙度，由于分道流中与模具接触的外层塑料的外层塑料迅速冷却，只有内部的腔体流动状态比较理想，因此 分流道表面粗糙度要求不能太低，一般 Ra 取1-65m 左右，这可增加对外层塑料熔体的流动阻力，使外层塑料冷却、固定、形成耐垫层。 d、分流道在分型面上的布置形状，分流道在分型面上的布置形式与型腔在场型面上的布置形式密切相关，如果型腔关圆形状分布，则分流道是辐射状布置，如果型腔呈矩形状分布则分流道一般采用“非”字状布置；另一个是流程尽量短，对称布置，使胀模力的中心与注射机锁模力的中心一致，分流道常用的布置形式自平恒方式和非平衡式两种，这与多型腔的平衡式与非平衡式是一致的。 浇口设计 9 a、浇口形式的选择。由于该塑 件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。根据对该塑件结构的分析及已确定的分型面的位置，可选择的浇口形式有几种方案，其分析见表如下： 浇口形式的选择 类型 特 点 潜伏式浇口 它从分流道处直接以隧道式浇口进入型腔，浇口位置在塑件内表面，不影响 其外观质量，但采用这种浇口形式会增加模具结构的复杂程度 轮辐式浇口 它是中心浇口的一种变异形式，采用几股料进入型腔，缩短流程，去除浇口 时较方便，但有浇口痕迹，模具结构较潜伏式浇口的模具结构简单 盘 形浇口 它具有料流同时前进、进料均匀、不易产生熔接痕、排气条件好等优点，但是浇口凝料去除较困难，需要切削加工或冲切法去除。此外，模具结构设计也不易实现 点浇口 又称针浇口或菱形浇口，采用这种浇口，可获得外观清晰，表面光泽的塑件，在模具开模时，浇口凝料会自动拉断，有利于自动化操作。由于浇口尺寸较小，浇口凝料去除后，在塑件表面残留痕迹也很小，基本上不影响塑件的外观质量，同时，采用四点浇口进料，流程短而进料均匀。由于浇口尺寸较小，剪切速率会增大，塑料黏度降低，提高流动性，有利于充模。但是模具需要设计成双分型面， 以便脱出浇柱系统凝料，增加了模具结构的复杂程度，但能保证塑件成型要求。 10 根据灯座塑件的特点以及对塑料成型性能，浇口和模具结构的分析比较，确定成型该塑件的模具采用点浇口方式。 b进料位置的确定。根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在 塑件底部。 (4)型芯、型腔结构的确定 型芯、型腔可采用整体式或组合式结构 整体式型腔是直接在型腔板上加工有较高的强度和刚度。但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。整体式型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大消耗贵重模具钢多不便加 工和热处理。整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。 组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型塑件的成型需要。组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。同时也有利于型芯冷却和排气的实施。 由于该塑件尺寸较大，最大可达 170mm，且形状复杂，有锥面过渡。若采用整体式型腔加工和热处理都较困难。所以，采用拼块组合式，在型腔的底部大面积镶拼结构。考虑模具温度调节，型芯采用整体式结构。 (5)推件方式的选择 根据塑件的形状特点，模具型腔在动模部分。开模后，塑件留在型腔。其推出机构可采用推块推出或推杆推出。其中，推块推出结构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观质量。但塑件上有圆弧过渡，推块制造困难；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件顶部装配后使用时并不影响外观。 从以上分析得出：该塑件采用推杆推出机构。 (6)侧抽芯机构没计 该塑件上有内凸结构，它垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出。因此成型内凸部分的零件必须做成活动的型芯，即设置抽芯机构。根据塑件结构有两种选择方案。其一，采用滑块导滑的斜滑块分型抽芯机构，如图 2 26(a)所示。其二，采用斜杆导滑的分型抽芯机构如图 2 26(b)所示。 如图 2-26所示，因塑件侧芯距较小，且图 2 26(a)的摸具结构较图 2 26(b)的模具结构安装调整简单，故选择滑块导滑的斜滑按分型抽芯机构。 11 （ 7）标准模架的选择 本塑件采用点浇口注射成型，根据其结构形式，选择 A 型模架灯座注射模具见总装配图。 四、注射模设计的尺寸计算 （ 1）成型零件尺寸计算 该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得 PC 的收缩率为Q=0.5%-0.7%，故平均收缩率为 SCP=（ 0.5+0.7） %/2=0.6%=0.006。根据塑件尺寸公差要求。模具的制造公差取 t= /4。 型腔的计算 a、导滑板的计算 小端对应的型腔计算： Lm=(Ls+LsscP%-3/4 )+ 20 当 Ls 取 69 时 =( 69 + 69 scp%-3/4 )+( /4) 20 scp=(0.5+0.7)%/2 =0.6% =0.006 Lm=( 69 + 69 0.006%-3/4 )+ ( /4) 20 = 68.77 Lm=(Ls+LsscP%-3/4 )+ 20 当 Ls 取 70 时 =（ 70 + 70 scp%-3/4） + 20 =（ 70 + 70 0.006%-3/4） +( /4)20 = 69.78 内凸对应的型芯计算 Lm=(Ls+Lsscp%-3/4 )+ 20 取 Ls 为 114 时 Lm=(Ls+Lsscp%-3/4 )+ 20 12 =（ 114 + 114 0.006%-3/4） + ( /4)20 = 115.54 取 Ls 为 121 时 Lm=（ 121 + 121 0.006%-3/4） + ( /4)20 = 122.68 b、型腔板的计算 大端对应的型腔计算： Lm=(Ls+LsscP%-3/4 )+ 2 取 Ls 为 127 时 Lm=( 127 + 127 0.006%-3/4 )+ ( /4)20 = 126.8 以下依次取 Ls 为 129 、 137 、 170 时 结果分别为 Lm= 128.8 Lm= 136.86 Lm= 169.82 型芯的计算大 hm=（ hs+hscp%-3/4） + 20 取 hs=8 时，代入数据 hm=（ 8 +8 0.006%-3/4） + ( /4)20 =7.86 取 hs=133 时 hm=（ 133 +133 0.006%-3/4） + ( /4)20 =132.94 a、型芯的计算： Lm=(Ls+LsscP%-3/4 )+ - 02 取 Ls= 63 时 Lm=（ 63 + 63 0.006%-3/4） + ( /4)20 13 = 63.9 依次取 Ls= 64 、 123 、 131 、 164 时 分别结果为 Lm= 64.9 Lm= 124.69 Lm= 132174 Lm= 166 b、小型芯的计算 Lm=(Ls+LsscP%-3/4 )+ - 02 取 Ls 为 2 时 Lm=（ 2 + 2 0.006%-3/4） + ( /4)20 = 2.16 依次取 Ls 为 5 、 12 、 10 、 4.5 时 分别结果 Lm= 5.21 Lm= 12.28 Lm= 10.27 Lm= 4.7 hm=（ hs+hscp%-2/3） + 20 取 hs=5 hm=(5 +5 0.006%-2/3 )+ ( /4)20 =5.21 取 hs=2.25 时 hm=（ 2.25 +2.25 0.006%-2/3） + ( /4)20 =2.39 孔距的计算 型腔之间的中心距 Cm=（ CS+CSS CP%） S2/8 取 Cs 为 34 0.28 时 14 Cm=（ 34 0.28+34 0.28 0.006%） S2/8 =34.20 0.035 依次取 C s 为 96 0.50、 150 0.57 时 结果分别为： Cm= 96.58 0.062 Cm= 150.9 0.071 （ 2）确定抽芯机构零件尺寸计算 抽芯距的计算 S 抽 =h+(2-3) =(121-114)/2+2.5 =6mm 其中， h 为凸台高度，（ 2-3） mm 为抽芯安全导数。 滑块倾角的确定 斜滑块倾角是抽芯机构的主要技术数据之一，它与塑件成型后能否顺利取出以及推出办推出距离有直接的关系，本灯座抽芯距离较小，选择 0.2100。 确定斜滑块尺寸。 斜滑块在导滑板中导滑，根据塑件尺寸需求，校核实际抽芯距 S 抽实。 S 抽实 =tana 40 =tan100 40 =7.04mmS 抽 满足抽芯距要求。 五、注射机有关参数的校核 (1)模具闭合高度的确定和校核 模具闭合高度的确定。根据标准模架各模板尺寸及模具设计的其他零件尺寸：定模座板 H定 =45mm。 压板 H压 =25mm，型芯固 定板 H固 =25mm，型腔板 H型 =93mm，凹模镶块 H凹 =65mm，垫板 H垫 35mm，模脚 H摸 =85mm。 模具闭合高度： H闭 H足 +H动 +H 导 +H型 +H固 +H流 +H定 85mm+35mm+65mm+93mm+25mm+25mm+45mm =373mm (2)模具安装部分的校核 该模具的外形尺寸为 365mmX315mm， XS-ZY 250 型注射机模板最大安装尺寸为598X520，故能满足模具安装要求。 由于 XS-ZY-250 型注射机所允许模具的最小厚度为 Hmin=165mm，最大厚度 Hmax 15 350mm，即模具闭合高度不满足 Hmin H Hmax 的安装条件。 所以，另选注射机 XS-ZY-500型，即可满足模具安装要求。 (3)模具开模行程校核 经查资料注射机 XS-ZY 500型的最大开模行程 s=500mm，满足下式计算所需的出件要求 sHl+H2+a+(5 10)mm =40+133+95+7 =275mm 此外，由于侧分型抽芯距较短，不会过大增加开模距离，注射 机的开模行程足够，经验证明， XS-ZY-500型注射机能满足使用要求，故可以采用。根据校核结论，将 XS-ZY-500填入表 2 26模型工艺卡。 六、注射模主要零件加工工艺规程的编制 在此仅对型腔板、型芯的加工工艺进行分析。 (1)型腔板的加工工艺过程 型腔板加工工艺过程 序号 工序名称 工序内容 0 备料 棒料 1 锻造 320mm 320mm 98mm 2 热处理 退火 3 铣 铣六面至尺寸 315.5mm 315.5mm 93.5mm，对角尺 4 平磨 磨六面至尺寸 315.5mm 315.5mm 93.5mm，保证上下平面与四平面互相垂直，垂直度为 0.01mm/10mm、对角尺 5 钳 以上下平面及一对互相垂直的侧基面为基准划各孔中心线 6 车（镗） 车（镗）型腔孔，并按图纸要求加工出 169.82mm、 136.86mm、 128.8mm、 126.8mm 的孔（留 0.05mm磨量） 7 钻 钻绞 2- 9孔，锪两沉头孔 2- 15，留出 0.5mm 的精加工余量 用深孔钻钻 41的孔，冷却水孔到满足要求 8 钳 与件 2， 19， 31， 25 配作，砖绞 4- 30 的孔，锪 4- 36 的沉头孔到满足要求，并留出 0.5mm的精加工余量 与件 2， 3， 19， 21， 25配和砖绞 4- 16.8 的孔到满足要求 与件 25， 26， 14 配合砖绞 4- 14 的孔，同时按图上要求加工 16 出 4- 15的孔，留出 0.5mm的精加工余量 配砖 8-M12的螺纹底孔，并攻丝到满足要求 按拉块位置钻 2-M10 螺纹底孔，并攻丝到满足要求 9 淬火 淬火回火达 30-35HRC 10 平磨 磨上下面 11 磨 磨 4- 14， 2- 9， 169.82mm， 136.86mm， 128,8mm，126.8,2- 15各孔到满足要求 12 电化学处理 研型腔 Ra0.1 m并镀铬抛光 （ 2）型芯的加工工艺过程 型芯的加工工艺过程 序号 工序名称 工序内容 1 下料 2 锻 锻造成 147mm 168mm 3 热处理 退火 4 车 粗车型芯顶部端面，粗车外圆面至尺寸 12.5 3.2, 65 59.5, 125 31.5, 133 57.5 调头粗车型芯底部至 139mm 半精车型芯顶部至 12.5 3 0.03，倒 R2 圆角，车锥面 I 达小端 64，大端 65，长 60 0.05，车锥面 II，达小端 122.9，大端 124.9，长 32 0.05,车锥面 III，达大端为 132.9 长 30 0.05，车外圆达 133.5,车底端达 138.5 5.5 钻 80 圆孔的预孔及 40 底锥孔，镗 80 圆孔留磨量 0.2mm切槽达图纸要求，小径 100，深 2.4mm 5 钳工 画各装配孔中心线 6 钻 钻、铰 2- 2 孔，留研磨量 0.01mm 钻、铰 4- 5 孔，留研磨量 0.01mm 7 热处理 淬火、回火，达到 30-35HRC 17 8 磨 磨型芯各断面及外圆和 80 的孔，其 中外圆与工作端面，即Ra0.2 m 的表面，留钳工研磨余量 0.02mm(按图纸最终尺寸加工 )