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论文电话机外壳的注塑模 具设计 论文(定稿) 摘要本次设计的电话机盖外壳是一商品，在日常生活中它有很多的应用。 由于它的生产批量大，精度要求高，且材料为塑料PS，适合在塑料模具行业进行生产。 本设计中使用注射模具来生产该产品，其原理是将粒状塑料连续输入到成型机的料筒中加热熔融，然后由注射杆推进，由喷嘴和模具的浇注系统导入模具中，然后保压冷却，使之固化成型。 为了合理而快速的设计出模具，整个设计过程包括工艺条件的分析、方案的确定、模具结构设计、模具二维图的绘制。 通过proE绘制各种零件图，。 塑料按受热后表现的性能，可分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。 热固性塑料的特点是在一定温度下，经一定时间加热、加压或加入硬化剂后，发生化学反应而硬化。 硬化后的塑料化学结构发生变化，质地坚硬、不溶于溶剂、加热也不在软化，如果温度过高则就分在解。 热塑性塑料的特点为受热后发生物态变化，由固体软化或融化成粘流体状态，但冷却后又可变硬而成固体，且过程可多次重复，塑料本身的分子结构则不发生变化。 热塑性塑料品种极多，即使同一品种也由于树脂分子量及附加物配比不同而使其使用及工艺特性也有所不同，另外，为了改变原有品种特性，常用共聚、铰链等各种化学聚合方法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的异种单体或高分子相等树脂，以改变原有树脂的结构成为具有新的使用及工艺特性的改性品种。 例如，即为在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈、丁二烯等异种单体后成为改性共聚物，也可称为改性聚苯乙烯优越的使用，工艺特性。 所以本塑料采用为原料。 1塑件工艺分析塑件的结构要素跟据电话机外壳上盖的实体画出如塑件如图 1、图2所示,其内腔存在很多孔和凸台,结构相当复杂。 塑件的几何形状与成形方法、模具分型面的选择、塑件是否能顺利成形和出模等有直接关系。 所以在设计塑件时应认真考虑，使塑件的几何形状能满足其成形工艺要求。 (1)脱模斜度塑件冷却时的收缩率会使它紧包住模具型芯或型腔中的凸起部分。 因此,为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉伤塑件;在设计时,必须使塑件内外表面沿着脱模方向留有足够的斜度,从表查得ABS塑件的脱模斜度,型腔为30130,型芯351。 脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚、及塑料的收缩率。 成型型芯越长或型腔越深,则斜度应取偏小值;反之可选用偏大值3。 因此,此次设计的电话机外壳的脱模斜度型腔取1,型芯取40。 (2)加强筋为了使塑件有一定的强度和刚度,又能避免因壁厚过大而产生成型缺陷,行之有效的办法是在塑件的适当部位设置加强筋。 为防止出现背部塌坑,加强筋的尺寸应设计得当。 （）塑件的表面粗糙度塑件的外观要求越高,其表面粗糙度应越低。 一般模具表面粗糙度要比塑件的要求低12级。 塑料制件的表面粗糙度一般为Ra018012m3之间。 此次电话机外壳设计取Ra015m。 ()塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中,改善其成型加工过程中的充模特性,增加相应位置模具和塑件的力学强度,需在塑件的转角处和内部联结处,采用圆角过渡。 在无特殊要求时,制品的各连接处均应有半径不小于0151mm的圆角。 一般外圆弧半径应是壁厚的115倍,内圆角半径应是壁厚的015倍。 ()塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素,是设计塑件时必须考虑的问题之一。 塑件的厚度对（典型）图2电话机外壳上盖熔体对充满模具型腔的流程影响较大。 壁太厚就很难达到完全均匀的硬化,且易产生气泡、缩孔等缺陷;太薄则刚度差,在脱模、装配,使用中会发生变形,影响塑件的使用和装配的准确性。 塑件不均匀,导致塑件各个部分固化收缩不均匀,易在塑件上产生气孔、裂纹,引起内应力及变形等缺陷。 塑件壁厚一般在13mm范围内,最常用数值为23mm,大型塑件也有6mm或更大的。 根据所设计的电话外壳的材料、结构、强度等方面要求,取壁厚2mm。 ()孔制品上各种孔的位置应尽可能开始在不减弱制品的机械强度的部位,孔的形状也应力求不增加模具制造工艺的复杂性。 ()支承面以制品的整个底面作为支承面是不合理的,因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平。 通常采用凸起的边框或底脚(三点或四点)来作支承。 当制品底部有加强肋时,肋的端部应低于支承面约015mm左右。 112塑件尺寸公差与精度电话机塑料外壳和下壳配合选用的尺寸精度等级为级,其余尺寸精度等级为10级，公差为GBPT14486-93尺寸公差数值。 113塑件的体积和质量经天平测量,测得塑件的质量m=131g根据手册知ABS的密度=1.031.07gPcm3可计算得:V=mP=131P1.05=124.76cm32模具设计要点211型腔数目的确定本设计采用一模一腔方案。 212确定型腔分型面模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面。 在制品设计时,必须要考虑成型时分型面的形状和位置,否则无法用模具成型。 因侧向合模锁紧力较小,故对于投影面较大的大型制品,应将影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上,而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。 本模具的分型面选择在塑件的大平面处。 213凹凸模结构 (1)凹模的结构设计:本设计采用整体嵌入式凹模结构。 该种结构广泛应用于中小型塑件的模具中。 加工方法可采用普通机加工、数控机床、电火花、电铸成型等方法。 将一个整体凹模,嵌入到凹模固定板中,嵌入的凹模可用低碳钢或低碳合金钢。 渗碳淬火后抛光。 (2)凸模的结构设计:用来成型塑料制品的内表面的成型零件。 这里采用组合式凸模结构,采用该种结构可节省优质模具钢,便于机加工和热处理,也便于动模和定模对准,也有利于凸模冷却和排气的实施。 214浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短的通道。 它是浇注系统的关键部分。 浇口的设计或选择恰当与否,直接关系到制品能否被完好的注射成型。 浇口的种类有直浇口侧浇口,扇形浇口,环行浇口及点浇口。 根据制品的结构要求,本设计采用侧浇口形式。 215冷料穴的设计冷料穴一般位于主流道对面的动模板上,或处于分流道的末端。 其作用就是存放料流前端的“冷料”,防止“冷料”进入型腔而形成冷接缝,开模时又能将主流道中的凝料拉出。 冷料穴的尺寸应大于主流道大端的直径,长度约为主流道大端的直径,如图3所示。 图3冷料穴11浇口套21定模底板31凹模板模具结构设计注射模具的工作状态是长时间的承受交变负荷，同时也伴有冷热的交替。 现代的注射模使用寿命至少几十万次，多至几百万次，因此，模具必须具有足够的强度和刚度。 工作状态下所发生的弹性变形，对塑件的质量有很大的影响，尤其是对于尺寸精度高的塑件。 模具的刚度是很重要的。 (1)凹模型腔的强度由于注射压力的作用，凹模型腔有向外胀出的变形产生。 当变形量大于塑件在壁厚方向的成形收缩时，会造成脱模困难。 严重时还会不能开模。 另外，也由于成型过程中各种工艺因素的影响，型腔内的实际受力情况往往非常复杂，不可能为一种简单的模式。 因此，在强度计算上采取比较宽容的做法，宁可有余而不可不足。 即是安全系数较大。 中小型模具是模板的长度和宽度在500mm以下的模具。 这类模具的强度，只要模板的型腔长宽尺寸不大于其长度和宽度的60%，深度不超过其长度的10%时，可以不用通过计算。 该模具选用的标准模架的模板为500*500mm，可以做成300*300*50mm的凹模型腔。 (2)支承板的强度在动模下有一支承板。 该模具的结构凹模做在定模板上，型芯做在动模板上，因此支承板的弹性变形量必须控制在允许的范围之内。 支承板的厚度的计算式5(EBy3121)32lplLH=取H=40mm完全满足要求模具结构零件设计结构零件是指用于安装、定位、导向以及成型时完成各种动作的零件.1导柱用于动模与定模间或推出机构零件间的定位和导向。 导柱可设计成各种形式。 根据，塑料模设计手册的表5-2为国家标准GB/T4169.4-1984带头导柱的规格，表5-3为国家标准GB/T4169.4-1984有肩导柱的规格。 导柱材料为T8A淬硬到5055HRC。 4.进料口套进料口套采用塑料模设计手册的表5-。 配合的模板孔的极限偏差为H74.3拉料杆综合ABS的收缩率，脱模力等的考虑，该套模具不必用拉料杆。 4.4推杆该套模具使用塑料模设计手册4169.11984推杆固定板上的固定方式如图所示推杆一般采用钢，端部淬硬到50-55HRC。 推杆端部与模板配合孔的极限偏差采用H图4.5复位杆复位杆用于使推杆复位。 可用塑料模设计手册表5-10所示的推杆作为复位杆。 模板与复位杆配合的孔的极限偏差取H7.塑件无侧孔所以该套模具不需抽芯零件。 型腔的设计型腔的基本结构所谓型腔是指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形。 除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而已。 注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分形成空腔型腔。 其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯。 由型芯与凹模构成的型腔形式，基本有种，该模具使用的为形成壳体的一般形式，定模为凹模，动模为型芯如图所示图型腔数目的决定注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件。 跟据塑料模设计手册中选择出该模具采用一模一腔。 型腔的尺寸记算设计型腔的制造尺寸是包括了塑料的成形收缩在内的。 因此，在计算尺寸之前，首先要确定使用塑料的成形收缩率。 该塑件使用的是苯乙烯一丁二烯一丙烯腈共聚体（ABS）的收缩率为0.3-0.8.塑料的成形收缩是受我方面影响的，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，其影响关系如塑料模设计手册中表。 其中，影响最显著的是塑件的壁厚和几何形状的复杂程度。 ，塑料的成形收缩率理论的盛开收缩率是型腔在20C温度下的容积塑件在20C温度下的体积成形收缩率也就是体积的收缩。 在设计型腔时，要按线性收缩来计算即按长度收缩计算。 各种塑料的收缩依品种不同。 在同一品种中，又因塑料的组成不同而有差异。 塑料生产厂家提供收缩率，是在自由收缩的条件下测得的，试件为一来板，收缩时不受任何拘束。 实际塑件的形状复杂，收缩受到各方面的拘束。 所以由一般厂家提供的成形收缩率资料不能直接引用。 成形收缩中最大的收缩是结晶收缩。 结晶性塑料的收缩又因结晶程度而异。 非结晶性塑料的收缩小，基本上是热胀冷缩的收缩。 ，型腔尺寸计算的原则型腔尺寸包括凹模和凸模及中心距三类尺寸这三类尺寸的性质不同。 凹模尺寸凹模为成形塑件外形或外轮廓、凸出部分的。 从所成形的塑件上看，这一类尺寸的公差一般为负偏差，而制造凹模时的公差按常规为正偏差，凹模在使用时有磨损，磨损后尺寸增大。 mcsLL+?+=)1( (2)凸模尺寸凸模为成形塑件的内轮廓、孔、沟槽的。 从所成形的塑件上看，这一类尺寸的公差一般为正偏差，而制造凸模时的公差按常规为负偏差。 凸模在使用时有磨损，磨损后尺寸减小。 mcsLL?+=)1(（）中心距尺寸这一类尺寸为不受磨损影响的尺寸，它仅与加工精度和收缩率有关。 m+?LL(1+S)2L=（2*1.006+0.75*0.16）0?5.0=2.130?5.011L=(28.5*1.006-0.75*0.32)11.00+=28.43.00+L=(17*1.006-0.75*0.24)08.00+=16.9208.00+?=28.43-16.92+2.13=13.64=0.11+0-0=0.11=0-0.05-0.08=-0.13所以取13.641113.0.0?+L86R=(86*1.006-0.75*0.6)2.00+=86.0712.002.00+.00L5.64=(64.5*1.006-0.75*0.46)+=64.512+L129=(129*1.006+0.76*0.75)0?28.0=1300?28.0.00L149=(149*1.006-0.75*0.84)28.00+=149.2626+0?06.00?06.0517.5)18.0*75.0006.1*5(=+=RL33.0033.002054.205)1*75.0006.1*205(+=?=L2.002.0010015.100)6.0*75.0006.1*100(+=?=L07.0007.001091.9)2.0*75.0006.1*10(+=?=L0.0?170?17.07685.76)52.0*75.0006.1*76(=+=L06.0006.0089.3)18.0*75.0006.1*4(+=?=L07.0+007.0091.9)2.0*75.0006.1*10(+=?=L L=9.91-3.89=6.0206.00?=0607.0.0?.0+007.0.0?=?=所以取值为6.020706+0?13.00?13.04558.45)4.0*75.0006.1*45(=+=L0?13.00?13.04356.43)4.0*75.0006.1*43(=+=L23.0023.006767)52.0*75.0006.1*67(+=?=L1.001.005.2843.28)32.0*75.0006.1*5.28(+=?=L0?33.00?33.020196.202)1*75.0006.1*201(=.0.0?+=L006.1*5.53(5.53=L)23232323.0.0?82.53+=0?2.00?2.07892.78)6.0*75.0006.1*78(=+=L0?16.00?16.0587.58)46.0*75.0006.1*58(=+=L0?17.00?17.079.67)52.0*75.0006.1*67(=+=L0?05.0)16.0*75.0006.1*3(+=L=0?05.014.3L=67.79-3.14-3.14=61.51ba a=-0.17-0-0=-0.17b=0+0.05+0.05=0.1所以取61.511.0.0?17+深20动模图深21定模图注射机的选择注射模具是安装在注射机上使用的。 在设计模具时，除了应掌握注射成型工艺过程外，还应过所选用的有关技术参数有全面的了解，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。 按其外形注射机可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注射机如选用型号为G54-S200/S4001型腔数量的确定和校核按注射机的最大注射量进行校核nm1mKM?nm=1*1311mKM?=0.8*400-140=180所以合理按注射机的额定锁模力进行校核P 设计模具时，应保证成型塑件所需的总注射量小于所选注射机的最大注射量，即Nm+m1Kmp131+200.8*400式中m注射机允许的最大注射量（g或cm3）4锁模力的校核当高压的塑料熔体充满模具型腔时，会产生使模具分型面涨开的力，这个力的大小等于塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔的压力，它应小于注射机的锁模力F，才能保证注射时不发生溢料现象，即AnAp+=)(1FpzF.3+F3210*2540)4*14150*200(*30=z ABS的型腔压力30Mpa5注射压力的校核核定注射机的额定注射压力是否大于成型时所需的注射压力6模具与注射机安装部分相关尺寸的校核喷嘴尺寸设计模具时，主流道始端的球面必须比注射机喷嘴头部球面半径略大一些如图R=r+12D=d+0.51所以跟据注射机的规格确定R=20D=57模具与注射机安装部分相关尺寸的校核定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合，模具定模板上凸出的定位圈应与注射机固定模板上的定位孔呈较松动的间隙配合最大、最小模厚在模具设计时，应使模具的总厚度位于注射机可安装模具的最大模厚于最小模厚之间。 同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机的拉杆之间装入安装螺孔尺寸注射模具的动模和定模固定板上的螺孔尺寸应分别与注射机动模板和定模板上的螺孔尺寸相适应图模具与注射机安装部分相关尺寸的校核开模行程的校核注射机的最大开模行程与模具厚度无关当注射机采用液压和机械联合作用的锁模机构时，最大开模由连杆机构的最大行程所决定，并不受模具厚度的影响。 sH1+H2+(510)mm33+60+7=100mm注射机的最大开模行程与模具厚度有关对于全液压式锁模机构的注射机和带有丝杠开模锁模机构的直角式注射机，其最大开模行程受模具厚度的影响。 单分型面注射模具，校核公式为SHm+H1+H2+(510)mm对于双分型面注射模具，校核公式为SHm+H1+H2+a+(510)mm排气注射模是先闭模然后进料，在充模过程中必须把型腔内的空气完全排除，才能使充填完全，如果某一局部排气不良，则该部的空气被压缩而升温，导致熔体热分解变质，色泽变焦黄。 如果滞留在型腔内的气体过多，还会形成空洞和充填不足的缺陷。 熔体在型腔内的流动路径，往往有多股汇流现象主要由于型芯的阻挡。 汇流时，流体前锋面的温度下降，粘度增大，往往不能很好地融合，造成分离，影响塑件的强度。 排气槽应按以下几项原则选定，）流程的最终点，）两股料流的汇合点，）型腔内容易滞留空气的部位，）型腔中盲孔的底部等，这套模具采用的排气法是两股料流的汇合点及型腔内容易滞留空气的部位综合在动定模的分型面处。 预计充模时料流的终端位置，在该处设计气槽。 选择使用平面排气槽，排气槽的深度选为0.16mm,排气槽的宽度取3-5mm如图图冷却系统注射模具的温度变化是时间的函数，显然，不仅在模具各局部温度有明显的不同，而且也在一定的周期内变化。 为了获得良好的塑件质量，应该使模具在工作中维持适当而且均一的温度。 然而由于种种客观条件的限制，如型腔的几何形状，模具的总体积。 以及注射机周围环境温度的变化。 要使模具能真正稳定在一个温度上，并非易事。 主要依靠模具测温计的反馈和随机的调节，但设计者主要的任务是冷却系统有足够的调节余地。 模具的热交换模具的冷却系统设计，实际上是热交换器的设计。 由于热与温度的不可逆性，冷却系统的精确计算十分繁琐。 在使冷却系统有足够的调节余地的基础上，可以采用比较简便而实用的方法，也就是用模具的传热部分的温差方法。 计算注射周期TTiTnTcTr(s)Ti充模时间是依塑件的大小，塑件的种类、每次注射量而异，该模具选用的充模时间跟据塑料模设计手册选定Ti=1.4s保压时间（包括升压时间）Tn，与塑件壁厚有关。 一般为Tn=0.3(S+2SS)(s)计算得Tn=0.3*(3+2*3*3)=6.1s冷却时间Tc，依塑料种类、塑件壁厚而异。 一般用下式计算Tc=)(8ln22sttttaswewmeff?Aeff=/Cp跟据塑料模设计手册选定Tc=20s其余时间Tr，包括脱模取件及开闭模时间。 这一段时间基本上与模内塑件的冷却无甚关系，所以计算冷却系统时，可不考虑Tr T=28s冷却系统的设计冷却系统的设计计算方法很多，但对于注射模而言，由于是断续工作的，而且受人为因素影响较多，所以无须很精确的计算。 最简便而有效方法如下所述根据型腔具体几何形状安排冷却水道1水道孔径水道孔径与流量及流速有直接关系。 水道中的水流处于紊流状态。 水道孔私径可能允许的流量关系跟据塑料模设计手册选定d=8mm2水孔位置水孔中心位置距离型腔表面不可太近，太近则使型腔壁面温度不匀，同时当型腔内压力大时，可使正对水孔的型腔壁面压溃变形。 水孔间距不可太远，但也不宜太近。 最小允许间隔为1.7d3d3水道布置方式一般有串联和并联两种方式，本套模具使用串联方式脱模机构注射成形机的动模安装一侧设有脱模推出机构。 有的使用液压推动，也有用机械推动。 总之，在塑件成形之后，动模随注射机活动模座后退到一定距离，就开始由注射机的脱模机构推动模具的推板和推杆固定板，由推板或推杆等使塑件从动模上推出。 一般情况下，推出塑件的动作在动模上完成。 但在特殊情况下，也可以在定模上设脱模机构。 由于注射机的定模板一侧没有推出机构，在这种场合必须采取特殊的模具结构。 ，脱模机构的选用原则 (1)使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永变形） (2)推力点的分布依脱模阻力的大小合理安排 (3)推力的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂 (4)推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形 (5)推杆位置痕迹须不影响塑件外观 (6)脱模机构的运动应保证灵活、可靠、不发生误动作，脱模力的计算塑料在成形时，由于有尺寸上的收缩，所以对模具的凸出部分有包紧力。 脱模机构的负荷就是这种包紧力在脱模方向上形成的阻力。 当脱模斜度不大时，初始脱模力最大。 一经推动，脱模力即迅速减小。 所以脱模力的计算必须按照无脱模斜度计算。 (1)塑件从模具上脱出时的摩擦阻力摩擦阻力为塑料与金属间的摩擦系数f与塑件对模具表面的正压力的乘积。 因此，模具表面的粗糙度影响很大。 一般凸模的表面应不大于Ra0.1mr的粗糙度。 (2)大气压力当成形有底壳体而从其口部推出时，因为冶底部已真空，脱模时在其底面积上受有大气压力，约为0.1MPa (3)塑料对钢材的粘附力一般可以忽略不计 (4)脱模机构的运动阻力一般为往复运动。 可以忽略不计脱模力的计算当脱模开始时，阻力最大。 推杆刚度及强度应按此时的受力计算。 )sincos(?=APt FA=20*80+25*200+50*15*2+60*3.14*12*2+50*12*2=13821mm2tFt417.3)3sin3cos3.0(*13821*10*17=?=推杆位置推杆应设置于有效位置，即）从投影面上看，如图所示中阴影部位之内图）有深槽、深孔的部位附近）加强筋部位）局部壁厚部位）有金属嵌件部位）结构复杂部位推杆强度计算圆形推杆直径d64d= (41322)QEnl经过计算跟d=8mm和跟d=3mm推杆强度已完全足够模具结构及工作过程模具的分型面选择在塑件的大平面处,一模一件。 为减少浇口疤痕,采用侧浇口浇注。 模具的结构如图所示。 图模具结构1矩型芯2模脚3复位杆4大推杆5小推杆6孔型芯7大型芯镶块8导柱9定模板10流道衬套11冷却通道12内六角螺钉13凹模板14凸模板15动模垫板1