LED导光柱注塑模具设计

编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： LED 导光柱注塑模具设计 信 机 系 模 具 设 计 与 制 造 专 业学 号： 学生姓名： 指导教师： 2013 年 5 月 25 日无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） LED 导光柱注塑模具设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 96 学 号： 0923259 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日无 锡 太 湖 学 院信 机 系 模 具 设 计 与 制 造 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 LED 导光柱注塑模具设计 2、专题 二、课题来源及选题依据本次毕业设计题目是 LED 导光柱注塑模具设计，课题来源于无锡新区某模具有限公司。其研究的内容是电子产品中 LED 导光柱的注塑模具设计。LED 导光柱主要起 导 光作用，它能够使一切 LED 灯发光，透光度达到 98%。注塑模具在现代生活中的地位越来越高，因此对塑料模具质量的要求也越来越高，这就要求塑料模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。LED 导光柱在工厂生产中属于大批量生产，故将要求我们精确设计出相应的塑料模具。 本课题的选择主要有下面几方面的依据： 1、塑料模具与自己的 专业接近，完成该课题可对我们大学期间所学知识进行一次全面的专业训练，可以培养我们掌握如何运用过去所学知识去解决生产中实际问题的方法。 2、我在无锡 一家模具厂实习，该厂正好生产导光柱，我对制件的尺寸都有深入的了解，可以减少许多不必要的麻烦。 三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 正确合理分析零件工艺用途及结构； 理解并掌握注塑模具的原理； 了解注塑模具的各种结构以及各自的特点； 能够掌握注塑模具上各个部分的作用； 对于注塑模具设计，能够掌握模具中各个部分的 设计原则以及能够合理分析各因素对设计的影响； 熟练使用各种制图软件。 四、接受任务学生：机械 96 班 姓名 谢兵兵 五、开始及完成日期：自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师签名签名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2012 年 11 月 12 日摘 要本次毕业设计的题目是 LED 导光柱注塑模具设计。目前，塑料制件几乎已经进入了一切工业部门以及人民生活的各个领域。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，这些产品更新换代的周期越来越短，因此对塑料的品种、产量和质量都提出了越来越高的要求，这就要求塑料模具的开发、设计与制造的水平也必须越来越高。在现代塑料成型生产中，塑料制件的质量与塑料成型模具、塑料成型设备和塑料成型工艺这三项因素密切相关。在这三项要素中，塑料成型模具质量最为关键，它最能反映出整个塑料成型生产过程的技术含量及经济效益，它的功能是双重的：赋予塑料熔体以期望的形状、性能、质量；冷却并推出成型的制件。本文主要内容是对 LED 导光柱注塑模具的成型部位、浇注系统、导向机构、推出机构、排气系统及冷却系统等进行详细的分析、计算及设计。在设计过程中，我们需要充分考虑塑料变形、收缩率、排气等各种因素的影响，使其满足总体的设计要求。关键词：LED 导光柱；注塑成型；注塑模具；结构设计。 AbstractMy graduation thesis topic is LED guide beam injection mold design. Plastic parts almost go into all industrial sectors and the people of all areas of life today. With the variety and the demand of industrial plastic parts and plastic parts for daily use increasing, the product replacement cycles are getting shorter, which causes higher and higher demands for the plastic varieties, yield and quality, so the development of plastic mold design and manufacturing level should also grow.In modern injection molding production, the quality of the plastic parts is closely related to the three factors which include plastic mold, plastic molding equipment and plastic molding process. In these three elements, plastic mold quality is the most critical, it is best to reflect the technical content and economic benefits of the plastic molding production process, its function is twofold: making the plastic melt the desired shape, performance, quality ; cooling and launched the formed workpieces. This article main content is about a detailed analysis, calculation and design of the LED light guide forming parts of injection mould, pouring system, guide mechanism, institution, exhaust system and cooling system, etc. In the design process, we need to fully consider the plastic deformation, shrinkage rate, exhaust and other factors, making it satisfy the requirement of the overall design.Key words: LED guide beam; Injection molding; Injection mould; structural design.目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV目 录 .V1 绪论 .11.1 本课题的研究内容和意义 .11.1.1 本课题的研究内容.11.1.2 本课题的意义 .21.2 国内外的发展概况 .31.2.1 注塑模具国外研究现状 .31.2.2 注塑模具国内研究现状 .31.2.3 注塑模具发展趋势.41.3 本课题应达到的要求 .42 塑料制件的工艺性 .52.1 塑料的基本组成及分类 .52.2 塑件材料的物理性质及其用途和成型特点 .82.2.1 塑件材料物理性质.82.2.2 主要用途以及成型特点 .92.3 LED 导光柱的几何结构 .92.4 LED 导光柱相关数据的确定 .122.4.1 塑件厚壁的确定 .122.4.2 脱模斜度的确定 .132.4.3 圆角的的确定 .132.4.4 LED 导光柱的体积及质量 .133 注射成型原理以及注塑机的选择 .143.1 注射成型原理 .143.1.1 柱塞式注塑机注射成型原理 .143.1.2 螺杆式注塑机注射成型原理 .143.2 注射成型工艺 .163.2.1 成型前的准备 .163.2.2 注射过程 .163.2.3 塑件的后处理 .163.3 注塑机的选择 .173.3.1 注塑机的分类 .173.3.2 注塑机的类型选择.183.3.3 注塑机参数的校核.194 分型面的选择与浇注系统的设计 .214.1 分型面及其选择 .214.1.1 型腔数目的确定和布置 .214.1.2 分型面的形式 .224.1.3 分型面的设计原则.224.2 浇注系统的设计 .224.2.1 普通浇注系统设计的基本原则 .234.2.2 主流道的设计 .234.2.3 分流道的设计 .244.2.4 浇口的设计 .255 成型零部件设计 .275.1 成型零件的结构设计 .275.1.1 凹模的结构分析 .275.1.2 型芯和成型杆的结构分析 .275.2 影响塑料尺寸精度的主要因素 .275.2.1 塑料制品的成型收缩 .275.2.2 模具成型零件的制造公差 z .285.2.3 模具成型零件的磨损 c.285.3 成型零件的工作尺寸的计算 .286 导向机构和推出机构的设计 .316.1 导向机构的设计 .316.1.1 导向机构的功用 .316.1.2 导向装置类型 .316.1.3 导柱导向机构 .316.1.4 导套的设计 .326.2 推出机构的设计 .336.2.1 推出机构的结构组成 .336.2.2 推出机构的设计原则 .336.2.3 顶出部件 .346.2.4 复位部件 .356.2.5 导向部件和限位零件 .357 其它部件的设计 .367.1 温度调节系统的设计 .367.1.1 冷却系统的设计原则 .367.1.2 冷却系统的计算 .367.2 模架的设计 .387.2.1 模板的布置 .387.2.2 模板的标准化 .387.3 排气系统的设计 .397.3.1 排气槽的位置及作用 .407.3.2 排气方式 .407.3.3 溢流槽 .408 结论 .41致 谢 .42参考文献 .431 绪论注塑模具设计是对所学模具专业知识的一次巩固，是在进行社会实践工作之前对所学各课程的一次综合性总复习，也是对在校学习的一次全面检测。注塑模具是一种生产塑胶制品的工具，也是赋予塑胶制品完整结构和精确尺寸的工具。注塑成型是批量生产某些形状复杂部件时用到的一种加工方法，具体指将受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品，其原理是将颗粒状或粉末状的塑料从注射机的料斗送进加热的料筒中，经过加热融化成流动状态后，在柱塞或螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，通过料筒前端的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔中，充满形腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具形腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。到目前为止，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以采用这种方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属的嵌件的塑料制品。根据产品的批量、结构、尺寸与精度，可采用一模一腔，也可采用一模多腔。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制品生产，用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛，从生活日用品到各类复杂的机械，电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的，它是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。1.1 本课题的研究内容和意义1.1.1 本课题的研究内容本课题来源于无锡新区某模具有限公司。其研究的内容是电子产品中LED导光柱的注塑模具设计。LED 导光柱是用在一切 LED灯上的导光作用，透光度可达到 98%以上。导光柱就是将光以最小的损耗从一个光源传输到距离该光源一定距离的另一个点的装置。导光柱可以用来将PCB上LED的光传输到产品面板上来显示相关的状态，也可以聚集和指引光线用做LCD显示屏的背光，同时也可以用来照亮在透过式窗口上的图案。导光柱最佳最有效的设计就是将LED固定到导光柱的内部。在这种结构中LED 是植入导光柱内部的，LED发出的所有光线全部会被导光柱所捕获，考虑到 LED与导光柱之间存在空气间隙而产生的菲涅耳损耗，光线捕获率可以达到92%。通常情况下，如果LED在导光柱的外部，并且与导光柱之间有空气间隙时光线的耦合和捕获效率是较低的，相反，如果LED处于导光柱表面空气的交界面内部时，效率是最高的。注塑模，又称为注射模，是由动模和定模两大部分组成。动模是安装在注射机的移动工作台上，定模则安装在注射机的固定工作台面上。动模和定模闭合后已经塑化的塑料可以通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。一般通常要求注射模分开以后，制品尽量滞留在动模一侧，然后由设置在动模内的推出机构将塑料制品从模内推出。一般来说，注塑模的总体结构主要分为七大部分：成型部件、浇注系统、导向和定位部件、推出机构、温度调节系统、侧向分型抽芯机构以及标准模架，具体结构如图 1.1所示。因此，本课题的研究主要围绕这七大部分进行。（1）成型部件的设计 成型部件是指构成模具型腔、直接与塑料熔体相接触并成型制品的模具零件或部件。通常有凸模、型芯、成形杆、凹模、镶件等零件或部件。在动模与定模闭合后，成形零部件便确定了制品的内、外轮廓和尺寸。（2）浇注系统的设计 浇注系统是指由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道，主要是由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。浇注系统的设计主要是确定主流道的结构、分流道的截面形状以及浇口的类型和数量。（3）导向和定位部件的设计 为确保动模和定模闭合时能准确导向和定位对中，需要分别在动模和定模上设置导柱和导套。深腔注射模还应在主分型面上设有锥面定位装置。此外，为了保证脱模机构的运动与定位，通常在推板和动模板之间也设置导向机构。（4）推出机构的设计 每次注射模在注射机上合模注射结束后，都必须将模具打开，然后把成型后的塑料制件及浇注系统的凝料从模具中脱出，完成推出脱模的机构称为推出机构或脱模机构。 推出机构主要由推杆、拉料、推杆固定板、推板以及复位杆等组成。（5）温度调节系统 为了满足注射成形工艺对模具温度的要求，模具应设有冷却或加热的温度调节系统。模具的冷却主要采用循环水冷却，模具的加热有通入热水、蒸汽、热油或置入加热元件等，有的注射模还须配备模具温度自动调节装置。（6）侧向分型抽芯机构 带有侧凹或侧孔的制品，在被脱出模具之前，必须进行侧向分型将侧向型芯抽出。（7）标准模架 标准模架的主要标志位国标代号、外形尺寸和模具结构形式等。图 1.1 注塑模具的结构1-动模板；2-定模板；3- 冷却水道；4-定模座板；5- 定位圈； 6-浇口套；7-凸模；8- 导柱；9-导套； 10-动模座板；11- 支承板；12-支承柱；13- 推板；14-推板固定板； 15-拉料杆；16- 推板导柱； 17-推板导套；18- 推杆；19- 复位杆；20-垫块1.1.2 本课题的意义高精度、高效率长寿命的塑料模具，可成形加工几十万件，甚至几千万件产品零件，这类模具称为大批量生产用模具。进入 21 世界以来，各种塑料模具越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽逢孔尺寸要求在 以下，尺寸精度要求越来越高。0.3m比如 BP 机中零件尺寸极其微小，对模具的要求更高。这类微型冲件和塑件用的模具，已成为高技术模具或专利型模具。随着现代化工业和科学技术的发展，塑料模具的应用越来越广泛，其适应性也越来越强，已成为工业国家制造工艺水平的标志和独立的基础工业体系。塑料模具是决定最终产品性能、规格、形状及尺寸精度的载体，塑料成型模具是使塑料成型生产过程顺利进行、保证塑料成型制件质量不可缺少的工艺装备，是体现塑料成型设备高效率、高性能和合理先进塑料成型工艺的具体实施者，也是新产品开发的决定性环节。由此可见，为了周而复始地获得符合技术经济要求及质量稳定的塑料制件，塑料成型模具的优劣是成败的关键，它最能发映出整个成型生产过程的技术含量及经济效益。本课题正是为了设计出高质量的塑料成型模具来满足现实生活中的需求。1.2 国内外的发展概况1.2.1 注塑模具国外研究现状塑料模具是工业产品生产用的重要工艺装备，在现代工业生产中, 的工业60%9产品需要使使用模具，模具工业已成为工业发展的基础，许多新产品的开发和研制在很大程度上都依赖于模具生产。塑料模具工业发展的关键是塑料模具技术的进步。塑料模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一，世界上许多国家，特别是一些工业发达国家都十分重视模具技术的经济效益。因此，模具工业被称为不衰的工业，而以塑料模具为主的研究更是成为各个国家研究的重点。1.2.2 注塑模具国内研究现状当前来看，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。近来我国模具工业发展迅速，前景光明。以上海为主的长三角洲地区是中国塑料模具工业最为发达的地区。目前相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平普遍提高以及平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，这些都是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在，所以中国塑模市场的前景一片光明。近几年来，虽然我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大发展，但总体上还是与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，许多先进的技术如 CAD/CAE/CAM 技术的普及率还不高。另外，我国塑料模具行业与其发展需要和国外先进水平相比，还存在很多方面的问题。现在应用模具 CAD/CAM 技术设计模具已较为普遍，随着通用机械 CAD/CAM 技术的发展，塑料注射模 CAD/CAM 已经不断的深化。现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。1.2.3 注塑模具发展趋势考察国内外注塑模具的发展现状，从塑料成型模具的设计理论、设计实践和制造技术出发，塑料成型技术主要有以下趋势：（1）提高塑料模具标准化水平 塑料模具标准化的水平在某种意义上体现了一个国家塑料模具工业发展的水平。采用标准模架和使用标准零件，可以满足大批量制造模具和缩短模具制造周期的需要。经过一段时期的建设，我国塑料模具标准化程度正在不断提高。为了适应塑料模具工业的发展，塑料模具标准化工作必将加强，塑料模具标准化程度将进一步提高，塑料模具标准件生产也必将得到发展。（2）塑料模具向复杂化、精密化与大型化方面发展 为了满足塑料制件在各种工业产品中使用要求，塑料成型技术正朝着复杂化、精密化与大型化方向发展。（3）CAD/CAE/CAM 技术在塑料模具设计与制造中的应用 经过多年的推广应用，模具设计“软件化”与模具制造“数控化”已经在我国模具企业中成为现实。采用 CAD技术是模具生产的一次革命，是模具技术发展的一个显著特点。近年来，CAD/CAE/CAM技术发展主要有以下几点：模具 CAD 技术及其应用日趋成熟；基于网络化的的CAD/CAE/CAM 一体化系统结构初见端倪； CAD/ CAM 软件的智能化程度正在逐渐提高；CAE 技术正在逐步推广；（4）大力发展快速原型制造技术。（5）模具成型新技术与新工艺的不断涌现和推广。1.3 本课题应达到的要求本课题要求跟据图纸以及任务书设计出结构优化的 LED 注塑模具。该塑件为受压塑件，批量不是很大，为中批量生产。这个课题能充分体现专业知识，对模具设计能力有一定的锻炼。通过本课题的研究，我们需要达到的要求有：（1）正确合理分析零件工艺用途及结构； （2）理解掌握注塑模具的原理； （3）了解注塑模具的各种结构以及各自的特点； （4）能够掌握注塑模具上各个部分的作用； （5）对于注塑模具设计，能够掌握模具中各个部分的设计原则以及合理分析各因素对设计的影响； （6）熟练使用各种制图软件。 通过对本次注塑模具的设计，可以巩固专业知识为以后从事本专业实际工作和研究工作奠定了重要的思想基础，也同时具有一定的初步开发模具能力。另外加深了对机械基础知识的应用，提高了整体的设计能力。2 塑料制件的工艺性塑料是一大类庞杂的合成材料，由于制造工艺过程和用途的不同，导致塑料制件的形状复杂多变。同一种塑料可以用多种方法加工成型。塑料的应用范围非常广泛，几乎各行各业都少不了塑料的存在。塑料之所以用途如此广泛，是因为塑料有很多实用性能：塑料一般比较轻，普通塑料的密度较小；大多数塑料具有良好的电气绝缘性，不少塑料即使在高压、高频条件下，也能用作电气绝缘和电容器介质物质材料；由于塑料柔顺而富有弹性，当它受到外在的机械冲击震动或频繁机械震动作用时，材料内部产生粘弹内耗，将机械能转变为热能，因此塑料还具有减震消音性能；大多数塑料具有良好的减模、耐磨和自润滑特性很多由工程塑料制成的摩擦零件可以在各种液体摩擦、边界摩擦和干摩擦等条件下有效地工作；塑料具有耐腐蚀性；有些塑料还具有透光性。2.1 塑料的基本组成及分类 塑料是以高分子量的合成树脂为主要成分，在一定条件下（如温度、压力等）可塑制成一定形状在常温下保持形状不变的材料。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。热固性塑料是指在受热或其他条件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、环氧塑料等。热固性塑料的树脂固化前是线型或带支链的，固化后分子链之间形成化学键，成为三度的网状结构，不仅不能再熔触，