塑料仪表罩壳塑料模具设计

目录一 塑件成型工艺性分析11塑件的分析12ABS材料的性能分析13ABS的注射过程及工艺参数2二 拟定模具的结构形式和初选注射机31分型面位置的确定32型腔数量和排位方式的确定33注射机型号的确定4三 浇注系统的设计51主流道的设计52分流道设计63冷料穴的设计84浇口设计85浇注系统的平衡86浇注系统凝料体积计算87普通浇注系统截面尺寸的计算与校核9四 模具成型零部件结构设计和计算91成型零件结构设计102成型零件材料选用103成型零件的工作尺寸计算104成型零件尺寸及动模板的厚度的计算13五 脱模推出机构的设计131脱模机构142脱模力的计算14六 模架的确定161各模板尺寸的确定162模架各尺寸的校核16七 排气槽的设计17八 冷却系统的设计171冷却介质172冷却系统的简略计算17九 导向与定位机构的设计19十 模具工作过程19十一 设计总结19I本课程设计为一塑料罩壳，如图1所示。塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹，变形缺陷，脱模斜度为301；材料要求为：ABS，生产批量没有要求，故按小批量出离，塑件公差按模具设计要求进行转换。图1 塑料罩壳一 塑件成型工艺性分析1塑件的分析（1）外形尺寸 该塑件的壁厚为2.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程长度一般，塑件材料为热塑性的塑料ABS，流动性中等，适合进行注射成型。（2）精度等级 塑件每个尺寸公差不一样，任务书中已给定部分尺寸公差，未标注公差的尺寸取公差为MT51。（3）脱模斜度 ABS的成型性能良好，成型收缩率较小，参考文献2表2-10，脱模高度为50mm，选择塑件上型芯和凹模的统一开模斜度为1。2ABS材料的性能分析ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的臭味。ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h。因此，加工过程中，控制好熔体的剪切速率是关键。ABS性能参数见下表1。表1 ABS性能参数密度 1.021.16拉伸屈服强度50比体积 0.860.98拉伸弹性模量1.8 吸水率 24h/%0.20.4抗弯强度80收缩率 s/%0.40.7冲击韧度11热变形温度 90108硬度（HB）9.7熔点 130160体积电阻系数3ABS的注射过程及工艺参数（1）注射成型过程1）干燥处理：一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h。2）注射过程：塑料在注射机料筒捏进过加热塑化，达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为塑化，锁模，充模，保压，补缩，冷却等几个阶段。（2）注射工艺参数：1）注射机选择：螺杆式注射机，螺杆转速为30r/min2）料筒温度 喂料区：50 区1：180 区2：180 区3：180 区4：200 区5：200喷嘴：200 模具温度： 50。3）注射压力：60100MPa4）注射时间：18s（包括合模时间，注射时间，冷却时间，辅助时间）二 拟定模具的结构形式和初选注射机1分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且有利于开模取出塑件的地平面上，即塑件的内表面。如图2所示。图2 分型面的选择图3 型腔数量的排列布置2型腔数量和排位方式的确定（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为小批量生产，使用一模一腔的结构形式。 （2）型腔排列形式的确定 如图3所示。（3）模具结构形式的确定 由以上分析可知，本模具设计为一模一腔，推出机构初选推件板推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式流道，浇口采用点浇口，设置在分型面上。 4）模架选型3 根据制品的投影面积为15268.14mm2来估算，选择B型结构，查表得A=50mm，D=30mm，则，模具宽度模具长度选择标准模架因此，选择ZDB型模架。3注射机型号的确定（1）模具所需塑料熔体注射量、注射压力。 m=nm1+m2 式中 m一副模具所需塑料的质量或体积(g或cm3) n初步选定的型腔数量 m1单个塑件的质量或体积(g或cm3) m2浇注系统的质量或体积(g或cm3) 以m=1.6nm1 作为预测估算 所以， m=1.61m1 其中m根据给出的产品计算为 m1=67683.8484mm3, ABS密度为1.05g/cm3左右 所以，m=67.683841.6=108.29cm3（2）塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需的锁模力A=nA1 +A2Fm=(nA1 +A2)p型式中 A塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm2） A1单个塑件在分型面上的投影面积（mm2） A2流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm2） Fm模具所需的锁模力（N） p型塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）A2以0.35A1来估算，A1=（120/2）2=11309.73mm2所以A2=3958.41mm2 A=15268.14mm2因为此制件是ABS的塑料仪表壳，属于中等粘度塑件及有精度要求的塑件。所以p型取为35MPa 因此Fm =534384.9N（3）选择注塑机根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注塑机，注塑机的最大注射量（额定注射量G）和锁模力F应满足：G 式中 注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75. FFm 由于ABS是无定形塑料，所以G127.4cm3，F534384.9N 查表，知选择XS-ZY-250型的注塑机最佳，此注塑机理论注射容积250cm3,合模力18105N。其主要参数见表2所示。表2 注塑机主要技术参数理论注射量/cm3250拉杆内向距/mm448370螺杆直径/mm50移模行程/mm500注射压力/MPa130最大模具厚度/mm350注射行程/mm160最小模具厚度/mm200塑化能力/gs-118.9锁模形式增压式螺杆转速/rmin-10200模具定位孔直径/mm125锁模力/kN1800喷嘴球半径/mm18喷嘴孔直径/mm4（4）注塑机的相关参数的校核1）注射压力校核。 校验额定压力p是否满足塑件成型时所需要的注塑力p0, ABS材料的中等壁厚制件，注射条件在100MPa左右，注射压力安全系数k=1.25 额定压力p=130MPa，显然pkp0，校核安全 2）锁模力校核合模力F=18105N，锁模力安全系数K0=1.2，A=15268.14mm2, p型=35MPa K0Ap型=1.215268.1435=641261.88NFK0Ap型 校核安全对于其他安装尺寸及开合模的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。三 浇注系统的设计1主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注塑机喷嘴注射出来的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注塑机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。（1）主流道尺寸1）主流道长度 一般由模具结构确定，一般情况下取，这里初选L=30mm进行计算。如图6所示。2）主流道最小直径d=注塑机喷嘴尺寸+（0.51）mmXS-ZY-250的喷嘴口直径4mm，所以取d=4+0.5=4.5mm3）主流道大端直径=8mm， 其中主流道锥角=4。4）主流道球面半径 。5）球面的配合高度 。（2）主流道的凝料体积 V=L（R2+r2+Rr）/3=30（42+2.252+42.25）/3=944.44mm3（3）主流道当量半径（4）主流道浇口套的形式主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处与注塑机喷嘴反复接触，容易磨损。对材料的要求严格，因而模具主流道部分常用设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便于有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，常用45钢或者合金钢等。热处理硬度为5256HRC。如图6所示。定位圈结构由总装配图来确定。2分流道设计（1）分流道的布置形式为例尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采用平衡式分流道，如图7所示。图6 主流道浇口套的结构形式图7 分流道布置形式。（2）分流道长度单侧分流道长度为：（3）分流道的当量直径流过一级分流道塑料的质量m=V塑=67.681.05=35.532g，塑件壁厚2.5mm，查经验曲线得D=4.2mm，单向分流道长度30mm，查表得修正系数fL=1.04所以，D=DfL=4.368，取为4.5（4）分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体热量散失、流动阻力较小。（5）分流道截面尺寸梯形分流道底边B（长边）取为 B=6mm， 梯形高度H取为 H=3mm，设梯形下底宽度b，梯形面积应满足，计算得b=4.6mm，使b=5mm，为9，符合要求。如图8所示。图8 分流道截面形状 （6）锥形分流道设计为了方便凝料脱出，推凝料板及A板上的分流道设计成圆锥形的，其锥角。由于上述计算分流道直径为4mm。梯形流道的宽边为6mm，所以圆锥形分流道的大端直径选4mm。小端直径取。注：理论上大端直径应该选取更小的值，但是为了分流道能顺利脱出，不残留在流道里影响下次注塑，只能如此取舍。（7）分流道表面粗糙度由于分流大众有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比较理想，因此分流道内的表面粗糙度并不要太低，一般，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，使中心层有较高的剪切速率。3冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计，为避免前端冷料进入分流道和型腔而造成的成型缺陷，主流道的对面设冷料井，设为Z型方便拉料。主流道冷料井取8mm深，按1倍主流道大端直径估算。（2）分流道冷料穴的设计。当分流道较长时，可将分流道端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料穴，用以储存前锋冷料。本模具在定模板上分流道端部加长6mm。按1.5倍分流道当量直径估算。4浇口设计浇口是链接流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置、尺寸对塑件的质量影响很大.本设计采用采用点浇口，浇口截面积通常为分流道截面的0.07倍0.09倍。浇口的长度约为0.5mm0.75mm左右。浇口具体尺寸一般根据经验确定，取下限值，然后在试模时逐步修正。（1）点浇口的尺寸的确定根据参考文献3表2-6可得，在试模时根据填充情况在进行调整。（2）浇口位置确定理论上最佳位置是在顶部圆心处，但是塑件此处为中空，考虑塑料同时在各方向充满模腔，在塑件上表面以同心直径为60mm的圆作为浇口的位置。5浇注系统的平衡对于该模具，从主流道到2条分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇注口也相同，浇注系统显然是平衡的。6浇注系统凝料体积计算（1）主流道与主流道冷料井凝料体积V=L（R2+r2+Rr）/3=30（42+2.252+42.25）/3=944.44mm3 忽略冷料井体积，在后边计算考虑补偿忽略的值。（2）分流道凝料体积梯形分流道凝料体积分流道长度L分=（30+6）2=72mm分流道面积A分=16.5mm2V分=L分A分=1.188cm3考虑到圆弧，取V分=1cm3（3）浇口凝料体积很小，可以忽略，取7普通浇注系统截面尺寸的计算与校核（1）确定适当的剪切速率。根据经验，浇注系统各阶段的取以下值，所成型的塑件质量比较好。主流道、分流道 点浇口最大剪切速率3 （2）确定体积流率主流道体积流率。（3）校核各处剪切速率1）浇口剪切速率校核合格2）主流道剪切速率 剪切速率在之间，剪切速率合格3）分流道剪切速率四 模具成型零部件结构设计和计算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件成为成型零件，包括凹模、型芯、镶成型杆等。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和良好的抛光性能。1成型零件结构设计（1）凹模的结构设计凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计中采用整体嵌入式凹模，如图9所示。（2）凸模的结构设计凸模是成型零件内表面的成型零件，通常可以分为整体式和组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如图10所示。因塑件的包紧力较大，因而设在动模部分。图9 凹模嵌件结构图10 凸模结构2成型零件材料选用根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此选用刚才为P20钢，进行渗氮处理。3成型零件的工作尺寸计算此塑料罩壳有一定精度要求，对于塑件有外形尺寸和内孔尺寸的要求，这就要求考虑模具磨损量和制造公差等，按照等级精度要求GB/T14486-1993，ABS高精度要求取MT2-3级，计算中按相应公差查取，采用平均法来计算。采用参考文献3式（2-26）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法来计算成型零件尺寸，促建尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。在型腔和型芯工作尺寸计算之前，对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进行转换，即塑件外形尺寸和高度尺寸（名义尺寸）为最大尺寸，其公差为负值，制造公差为正值；塑件的内腔尺寸和深度尺寸（名义尺寸）为最大尺寸，其公差为正值，制造公差为负值；模具中心距和塑件中心距均为公称尺寸，其公差为正负。分别为塑料的最大收缩率、最小收缩率和平均收缩率。（1）凹模径向尺寸的计算Ls1=mm=mm，相应的制造公差1=0.3mmLs2=820.2mm=mm，相应的制造公差2=0.4mmLM1=LM2=Scp是ABS的平均收缩率，以0.4%-0.8%取平均为0.6%计算。式中，为系数，查参考文献3表2-10可知。分别是塑件上相应尺寸的公差（下同），是塑件上像样尺寸制造公差，对于小型塑件（下同）。（2）凹模深度尺寸的计算 塑件高度的最大尺寸Hs1=400.1mm=，相应的s1=0.2mm塑件底部凸缘的基本尺寸为2mm未注公差，属B类尺寸按MT5级进行计算，则其最大尺寸Hs2=20.20mm=mm，相应的s2=0.4mmHM1=HM2=（3）型芯径向尺寸的计算ls1=mm=mm，s1=0.25mmlM1=（4）型芯高度尺寸计算hs1=380.1mm=hM1=（5）、型芯径向尺寸的计算、自由公差按MT5差得：、，不需要转换，因此得LM3=LM4=（6）成型孔的高度的成型芯是与凹模碰穿，所以高度应取正公差，以利于修模。（7）成型孔间距的计算 4成型零件尺寸及动模板的厚度的计算（1）凹模侧壁厚度的计算。凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，根据刚度公式式中p是型腔压力（MPa）；E是材料弹性模量（MPa）；h=W，W是影响变形的最大尺寸，而h=40mm；是模具刚度计算的许用变形量。根据注射塑料品种查表得式中，凹模嵌件初定单边厚选30mm，初步估算模板平面尺寸选用，完全满足要求。（2）动模垫板厚度的计算。查表得垫块跨度大约为，式中是模具刚度计算的许用变形量。根据注射塑料品种查表得L是两个垫块之间的距离，约164mm；L1是动模垫板的长度，去270mm；A是型芯投影到动模垫板上的面积。 可按标准厚度取40mm，符合要求五 脱模推出机构的设计注射成型每一循环中，浇注系统凝料、塑件必须准确无误的从模具的流道、凹模中或型芯上脱出，脱出凝料和塑件的装置称为脱模机构，也常称为推出机构。本塑件结构简单，塑件采用推件板推出的方式，浇注系统则采用拉断浇口脱出。1脱模机构（1）浇注系统的脱出机构开模时，定模垫板与底板首先分开，由Z形拉料杆使浇注系统脱模，然后手动推出。 （2）塑件脱出机构该模具使用推件板推出塑件，型腔板受定距拉杆限位后，分型面分开，由于塑件在型芯上的附着力较大，分型后塑件留在型芯上。当分离到合适的距离以后，注塑机的后顶柱作用在推板上，对推件板施加力，把塑件顶出。2脱模力的计算脱模力是从动模一侧的主型芯上脱出制件所需施加的力，它包括塑件对型芯的包紧力、真空犀利、粘附力和脱模机构本身的运动阻力。脱模力是注射模脱模机构设计的重要依据。但脱模力的计算与测量十分复杂。其计算方法有简单的估算法和分析计算法。这里用简单估算发进行计算。脱模力由两部分组成，式中 -塑件对型芯包紧的脱模阻力 -是封闭壳体脱模需克服的真空吸力（N），这里0.1的单位为0.1MPa，为型芯的横截面积（）。（1）第一次分型是脱模力主要由浇注系统凝料产生当塑料熔体冷却时，会产生收缩，分流道是依靠斜孔强制把点浇口拉断并从分流道拉出，而主流道凝料则是依靠开模时动模一侧的运动，是主流道和浇口套分离。开模力大，因此脱模力也大，所以浇注系统凝料脱模可以不经性脱模力的核算。（2）第二次分型是的脱模力当一次分型结束后，定模底板与定模板分开一定距离，由于定距拉杆的作用使定模板停止运动，分型面分开，塑件送凹模上脱出，留在型芯上，然后通过推件板作用推出制件。（3）主型芯的脱模力因为 ，视为薄壁圆筒塑件，脱模力为 其中，E为塑料的拉伸弹性模量（MPa），是塑料的平均成型收缩率，是塑料的泊松比，是型芯的脱模斜度，h是型芯脱模方向高度（mm），Kf是脱模斜度修正系数，计算式为 f是制品与钢材表面之间的静摩擦系数（4）小型芯的脱模力因为，视为厚壁圆筒塑件， 是厚壁制品的计算系数，其计算式为 （5）小型芯的脱模力因为，视为厚壁圆筒塑件， （6）总脱模力F=3311.47N（7）推件板的校核a推件板推出时推出面积b推件板推出应力 合格推件板推出是为了减少推件板与型芯的摩擦，设计时在推件板与型芯制件留出0.2mm的间隙，并采用锥面配合，如图14所示。为了防止推件板因偏心或加工误差而使锥面配合不良而产生逸料，推件板与凸模应进行适当的预载，这样也就保证了推件板与凸模锥面准确定位，如图15所示。图14 推件板与型芯锥面的配合形式1型腔；2塑件；3推件板；4型芯图15 推件板与型芯锥面预载形式六 模架的确定根据前面的叙述，模具应选用270mm270mm的模架。1各模板尺寸的确定（1）A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度为40mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，还需要留出足够的距离，故A板厚度取60mm（2）B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准版厚取40mm。（3）C板尺寸 垫块=推出行程+推板厚度+(510)mm=40+25+510=7075mm，取75mm经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：ZDB2727-604075GB/T12555-2006其尺寸按标准标注。2模架各尺寸的校核根据所选注塑机来校核模具设计尺寸。（1）模具平面尺寸（拉杆间距），校验合格。（2）模具高度尺寸模具高度为325mm，（模具的最大厚度和最小厚度），校验合格。（3）模具的开模行程S=50+40+25+（510）=120125mm500mm七 排气槽的设计该塑件由于采用点浇口，塑料熔体送塑料仪表盖的顶部进入型腔，型腔最后充满的是盖底部的四个边角，即分型面所在部位，通过分型面，推件板，型芯的配合间隙作为气体排出方式，不会出现憋气现象。所以模具不需要专门开设排气槽作为排气槽。但由于塑件体积较大，在试模时若出现由于排气不全而造成填充不满，则可以沿型腔四周开设相应的排气槽。八 冷却系统的设计简单假设单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量等于冷却水带走的热量计算。1冷却介质ABS属于流动性中等的材料，成型温度及模具温度分别在180和5080，热变形温度为5560，所以模具温度初步选定为50，用常温水对模具进行冷却。2冷却系统的简略计算（1）单位时间内注入模具中塑料熔体的总是量W。1）塑料制件的体积2）塑料制品的质量3）塑件壁厚为2mm，查表得，注射时间为，脱模时间为，则注射周期： 所以，每小时注射次数为200次4）单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： （2）确定单位质量的