读卡器注塑模设计

1目录1塑件的结构分析.12读卡器盖模具的设计流程.12.1塑件设计.12.2注塑设备选择.12.3分型面.12.4模架.12.5浇注系统设计.22.6抽芯机构的设计.22.7顶出和复位机构的设计.22.8成型件（模腔、模芯）.22.9冷却系统.23塑件分析.23.1零件工艺性分析.23.2零件材质.33.2.1ABS的特性.33.2.2ABS的注塑工艺条件.33.3零件结构分析.43.3.1开模方向.43.3.2收缩率.43.3.3零件壁厚.43.3.4脱模斜度.43.3.5分型面.43.3.6圆角.523.4零件体积与质量.53.5尺寸公差.54设备选择.54.1型腔数目分析.54.2浇口的选择.64.3注塑机.64.3.1注塑机的选择.74.3.2最大注塑量校核.74.4成型塑件与浇注系统体积总和.74.4.1合模力及注塑面积和型腔数的校核.74.5模架型式及规格.84.5.1模架概述.84.5.2模架的分类.84.5.3模架的选择.84.5.4模具与注塑机安装部分相关尺寸校核.85工作部分的设计.95.1分型面的设计.95.1.1分型面的设计原则.95.1.2分型面的设计.95.2模具尺寸选定.95.3分模.105.4浇注系统.105.5防止塑件变形。.115.5.1主流道和分流道的设计.115.5.2浇口设计.1135.6顶出机构.125.7复位机构设置.125.8抽芯机构.126成型零件的工作尺寸计算.126.1影响尺寸精度的因素.126.1.1塑件收缩率的影响.126.1.2模具成型零件的制造误差.136.1.3模具成型零件的磨损.136.1.4模具安装配合的误差.136.2型腔工作尺寸的计算.146.2.1型腔径向尺寸的计算.146.2.2型腔深度尺寸的计算.156.3模具型腔侧壁和底板厚度的计算.157冷却及排气系统设计.167.1排气系统的设计.167.2冷却装置设计.168模仁与模架之间的安装.169总结.17致谢.18参考文献.194塑件的结构分析参考所给读卡器盖立体图（如图1所示），首先设计该注塑件结构。为满足大批量自动化生产的需要，为该塑件设计注塑模具。基本内容：塑件设计、工艺性分析、确定收缩率和分型面、浇道系统设计、冷却系统、抽芯机构设计、模具结构件设计、零部件加工工艺制订、注射设备选择、绘制模具设计图纸。图1读卡器盖立体图读卡器盖模具的设计流程塑件设计利用软件PRO/E进行塑件的立体建模，再在软件AutoCAD中完成塑件尺寸及公差等技术要求的标注，并输出工程图。注塑设备选择确定塑件的型腔数，并计算塑件的投影面积，通过注射量的校核、注射力的校核、锁模力的校核、安装部分的尺寸校核、开模行程的校核、顶出装置的校核，结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。分型面首先由塑件性能的要求等，确定塑件的塑料，通过查资料确定塑件的收缩率。根据制件的工艺及结构特点，确定具体的分形面，大致应为制件侧面的平分面。模架通过塑件的大小及型腔数、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气槽、侧抽芯机构等的初步估算，确定使用模架的型号。5浇注系统设计本塑件使用的是冷流道浇注系统，在浇注系统设计中，包括流道的设计、喷嘴的选择、主流道衬套的选择等，还必须研究一模两腔浇注系统的平衡性设计。抽芯机构的设计根据电池盖的结构特点，必须设置抽芯机构便于成型，根据读卡器盖工艺特点，选择并设计适合的侧抽芯机构顶出和复位机构的设计根据电池盖的结构特点，设计顶出和复位机构。成型件（模腔、模芯）确定型腔数和分型面。对模腔和模芯进行结构设计。计算成型部件的工作尺寸。冷却系统温度调节对塑件质量、生产效率有很大的影响，还针对型腔与型芯冷却回路的形式进行设计。塑件分析零件工艺性分析根据产品三维模型，分析塑件的工艺性对模具设计的要求。开始设计之前，应根据塑件的技术图样和使用要求对其进行仔细地分析研究，并结合注射成型的工艺程序综合考虑成型的难易程度，以便能在保证塑件质量和使用要求的前提下尽量选用比较简单的模具结构，以便减小模具制造难度和降低加工成本。如果塑件的工艺性确实有问题，或者塑件成型需要极为复杂的模具结构，并因此导致模具制造非常困难或经济上极不利时，则应和塑件设计部门及时协商解决有关问题。6零件材质俗称：ABS塑料；中文学名：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯；英文学名：AcrylonitrileButadieneStyrene2；英文简称：ABS；ABS的特性1.工作压力高常温状态下工作压力可达1.0Mpa。2.抗冲击性好ABS塑料具有良好的机械强度和较高的冲击韧性。无缺口冲击强度30Mpa：缺口冲击强度3MPa。3.流体阻力小内壁光滑，转弯处呈圆弧形，流动摩擦力小，减小液流阻力。4.化学性能稳定ABS具有耐酸、碱性能。由于化学性能稳定无毒无味，可广泛应用于食品、饮料、啤酒等行业。5.耐温范围广使用温度为-30+70。6.质轻ABS程塑料比重为钢材的1/7，因此减轻结构重量，降低原料消耗。同时，减轻安装工人劳动强度。7.安装简便，密封性好安装多采用承插式连接，使用溶剂型粘合剂粘接密封。施工简便、效果好、固化速度快。8.使用寿命长本产品在室内使用一般可达五年以上。7ABS的注塑工艺条件1.干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。2.熔化温度：210280C；建议温度：245C。3.模具温度：2570C（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。4.注射压力：5001000bar。5.注射速度：中高速度2。零件结构分析开模方向由零件的三维图分析，作为外壳类产品，产品的正面表面质量是比较重要的，该制件的正面有0.5毫米的凹陷用于贴产品标签，若开模方向选在盖子的开口处则该凹陷处将用于侧抽芯,在产品的正面凹陷处将产生飞边,影响产品外观,故开模方向选择沿零件的Z轴。（如图3所示）图3开模方向沿零件的Z轴8收缩率ABS的收缩率为0.3%0.8%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为0.6%。零件壁厚本产品的最大壁厚为1.5mm,最小壁厚为1.0mm，其中两侧面为1.5mm,其他处为1mm.脱模斜度根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表面质量，脱模斜度设置为1。分型面结合零件的使用要求，应保证其外表面的注塑质量，零件的内表面应留在动模侧，开模的时候，零件的外表面应与定模分离，所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上，并根据流道等条件进行设置，具体设定在后文中表述。圆角塑件在面与面之间都设计了圆角过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。零件体积与质量由材料的性能特点，可以知道ABS的密度为1.05g/cm3，由Pro/ENGINEER2001可以算出零件的体积和质量，如图2-5。则可计算零件的体积为：V塑=1.9885262cm3零件质量为：M塑=2.0879525g尺寸公差标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式)1(SL塑件模具计算基本尺寸，S指塑件的平均收缩率。而在使用Pro/E进行模具设计的过程中，塑件已经定义了其收缩率，则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺寸。但尺寸标注还有一个公差的问题，这是无法从软件自动导出的，需要设计者设定。由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就会出现大量尺寸超差的废品，为此，各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准和行业标准。中国也曾制订了部级专业标准，但大都无相应的模具型腔的尺寸9公差。德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的DIN16901标准及相应的模具型腔尺寸公差的DIN16749标准。此标准在世界上具有较大的影响，因而可供塑料模具行业参考。指塑件的尺寸公差5。塑件大致的尺寸（长宽高）为222011（mm）。由于精度比较高，建模时就应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改达到合乎要求的尺寸精度。设备选择型腔数目分析根据零件的质量，体积、表面积，工艺性等数据，同时考虑生产成本和生产效率，零件的成型方案应选择一模两腔，两腔之间的间隔为20mm，如图5所示图5型腔布局示意图浇口的选择浇口位置的选择应使的填充性能、填充时间和填充质量都是在允许的范围内，可以达到设计要求，所以浇口位置如6图所示。10图6浇口位置浇注形式采用冷流道，浇口为矩形侧浇口，分流道为U型，主流道为圆锥形。注塑机注塑机的选择是根据塑料制品的体积或质量等参数来确定的。因此，在选择注塑机之前要对型腔内塑料的体积和质量进行估算。由前面塑件分析已知单个塑件体积：V塑=1.31cm3，质量M塑=1.35g。则V总=2塑2.62cm3，M总=2塑2.7g注塑机的选择查塑料模具设计指导教材表13.1，初选取型号为SZ-60/450的注塑机，参数如表3-2所示。注塑机最大注塑量：78cm3喷嘴球半径:20mm注塑压力125MPa最小模厚：200mm最大开距：220mm注塑机定位孔直径：55mm喷涂前端孔径：4mm锁模力：450KN表3-2：注塑机XS-ZY-125的参数最大注塑量校核由于以容量计算时V总0.8注（1）式中：注注射机最大注射容量cm3；11成型塑件与浇注系统体积总和0.8最大注射容量的利用系数。V注总/0.8=4/0.8=5cm3以质量计算时M总0.8注（2）式中:注注射机最大注射质量g；总成型塑件与浇注系统质量总和g；0.8最大注射容量的利用系数。M注总/0.8=4.2/0.8=5.25g注塑机符合要求。合模力及注塑面积和型腔数的校核合模力的大小必须满足下式FsFz=P（nAx+Aj）=PA（3）式中：A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；Ax塑件型腔在模具分型面上的投影面积；Aj塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积；Fz胀模力；Fs合模力；P模腔压力取35MPa。通过使用UG软件计算面功能自动得出A=1920mm2由于Fs351920mm2=67.2KN注塑机符合要求。12模架型式及规格模架概述模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具，10天左右的时间即可完成。模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。这次设计的模具标准是流行于广东珠江三角洲地区的港台标准，与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。模架的分类按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架，小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水口模架共有A、B、C、D四种型式；小水口共有DA、DB、DC、DD、EA、EB、EC、ED八种型式，其中以D字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架3。模架的选择模具的设计采用侧浇口，冷流道，所以选择龙记公司的模架库。而模架的大小是由模芯的大小来确定的，模芯的大小是5040mm，根据经验数据和模架库的选择，再加上抽芯机构的摆放位置，选取模架大小为180250mm，型号为3350的模架。为了配合注塑机使用大多数采用工字模，所以模架的型式采用AI型。根据经验数据和模架库数据，选择A板为30mm，B板为30mm，其它部件按龙记AI型工字模默认大小模具与注塑机安装部分相关尺寸校核1.模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具的长宽为250mm180mm2.模具闭合高度校核模具实际高度H模=190mm；3.开模行程校核注塑机的开模行程应满足下式：13S机-（H模-H最小）H1H2（510）mm（4）即S机-(H模-H最小)H1H2（510）42+10=52mm式中：H1推出距离，单位mm；H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；S机注塑机最大开模行程。注塑机符合要求。工作部分的设计分型面的设计分型面的设计原则分型面设计应遵循以下原则：1.分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向；2.分型面一般开设在产品的最大截面处；3.尽量使塑件留在动模一侧；4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等；5.有利于成型零件的加工与制造。分型面的设计分析零件特点后，发现零件的外表面有比较高的精度要求，且经过模流分析，模具浇注是使用侧浇口，所以决定分型面沿零件的外表面，但是，在分析零件特征时发现，零件还有两处有倒扣，所以必须设置分型机构，所以要设置多个分型面。因为本模具还必须设有抽芯机构，所以还必须有抽芯机构的分型面。具体见装配图。模具尺寸选定已经对模架进行了选择，其中模芯的长和宽都已经确定为50mm40mm，型腔布局为两产品对置，且A板为30mm，B板为30mm，所以，模具的高度为A板与B板高度之和，应为60mm。确定模具尺寸结构如下图:14分模直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度，以便于分模。浇注系统浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接影响，故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。概括说来，需要注意以下问题1：1.适应塑料的工艺性；2.流程要短、排气良好；3.避免料流直冲型芯或嵌件；4.浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小；5.修整方便，保证制品外观质量；15防止塑件变形。主流道和分流道的设计主流道和分流道的尺寸，其中主流道长55mm，为圆锥形状，开始直径为R=4.5mm，角度为3度。分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料的温度下降小，阻力亦小，流道的效率最高，在此选用最常用的U型截面分流道。分流道的布置选用左右平衡的一模两腔。其中分流道和浇口都开在定模中，这样就可以简化设计过程，降低设计成本。浇口套，长度为55mm。分流道如下图所示。分流道截面尺寸浇口设计浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其截面积约为分流道的0.030.09，长度约为0.5mm2mm。浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，由于侧浇口易于去处且去除后痕迹较小,故该塑件的浇口类型采用矩形侧浇口，开设在塑件的顶部,其中设计的浇口宽B=1mm，高H=1mm，长L=2mm，如图所示。16浇口顶出机构这套模具采用两个顶杆顶在制件正面的凹陷处，由于该凹陷处在塑件成型后要贴上产品标签,故顶出痕不影响其外观。复位机构设置顶针顶出塑件后，必须回到顶出前的初始位置，才能进行下一循环的工作。本套模具采用装在复位杆上的弹簧完成复位。抽芯机构1该模具采用斜销抽芯,斜销是作用于侧抽芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成外侧抽芯动作。2斜销有抗弯截面系数比较大，还有可以延时抽芯,因其截面是近似矩形,故能承受比斜导柱更大的力,并可以所把倾斜角做的更大,常用于抽芯距离大且需抽拔力大的情况。成型零件的工作尺寸计算影响尺寸精度的因素成型零件工作尺寸是成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯之间的位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑17件精度的因素相当复杂，这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。影响尺寸精度的主要因素如下：塑件收缩率的影响塑件成型后的收缩率与塑料的品种，塑件的形状、尺寸、壁厚和模具结构，成型的工艺条件等因素有关。收缩率的偏差和波动，都会引起塑件尺寸误差，其尺寸变化值为：ssLS)(minax(4-1)式中：收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；maxS塑料的最大收缩率；in塑料的最小收缩率；sL塑件的基本尺寸。按照一般的要求，塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的31。模具成型零件的制造误差模具成型零件的制造误差也是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。成型零件加工精度愈低，成型塑件的尺寸精度也愈低。实践表明，成型零件的制造公差约占塑件总公差的1/31/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差值是可取塑件公差的1/31/4，或取IT6IT7级作为模具制造公差。模具成型零件的磨损模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时与塑件的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀、以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度提高而重新打磨抛光等，均造成了成型零件尺寸的变化，为简化计算起见，凡有脱模方向垂直的成型零件表面，可以不考虑磨损；与脱模方向平行的成型零件表面，应考虑磨损。模具安装配合的误差模具成型零件装配误差已经在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都会引起塑件尺寸的变化。18综上所述，塑件在成型过程产生的最大尺寸误差应该是上述各种误差的总和。即：ajscz(4-2)式中塑件的成型误差；z模具成型零件制造误差；c模具成型零件在使用中的最大磨损量；s塑料收缩率波动引起的塑件尺寸误差；j模具成型零件因配合间隙变化而引起塑件尺寸的误差；a因安装固定成型零件而引起的塑件尺寸误差。由此可见，影响因素多，累积误差较大，所以我们在设计时应使累积误差不超过塑件规定的公差值，即：(4-3)式中为塑件公差。因此，生产塑件时，模具的制造公差和成型零件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，所以，应提高模具精度等级和减少磨损。计算模具成型零件最基本的公式为：a=b+s(4-4)式中a模具成型零件在常温下的实际尺寸；b塑件在常温下的实际尺寸；s塑料的计算收缩率；19型腔工作尺寸的计算由于生产中要考虑诸多因素，所以模具成型零件工作尺寸的计算公式就有不同的形式，设计中采用常用的按平均收缩率、平均磨损量和模具的平均制造公差为基准的计算方法，塑料的平均收缩率为：maxin10%2S(4-5)式中S塑料的平均收缩率；maxS塑料的最大收缩率；in塑料的最小收缩率；经查表可得ABS的maxS=0.8%，min=0.2%，于是可得：maxin0.8%.20.52S在以下的计算中，塑料的收缩率平均收缩率。塑件精度为4级，塑件外型最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之对应的模具型腔最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，塑件内形最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，与之相对应的模具型芯最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值。在以下计算中均采用平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算方法。模具制造公差取z=/4，平均磨损量取/6。型腔径向尺寸的计算塑件上与型芯径向有关的尺寸有：4mm，11.5mm；（仅举例说明）对于中小型塑件适用于式子4-6，本塑件属中小型产品，因此可以通过该式子计算出型腔的径向尺寸，式4-6如下所示：ZsmLS043)1(（4-6）（4-6）式中m型腔径向尺寸(mm）；SL塑件外型径向尺寸基本尺寸的最大尺寸（mm）；20S平均收缩率；塑件公差(mm)；z模具制造公差，可取IT7或IT8级,或按制件公差的1/41/3计算.这里按IT8级计算0.16(10.5)*6.2805*.mL.4.7.24.9型腔深度尺寸的计算塑件上与型腔深度有关的尺寸有：2.5、4.5；（仅举例说明）对于中小型塑件适用于式子4-7，本塑件属中小型产品，因此可以通过该式子计算出型腔的径向尺寸，式4-7如下所示：01()2ZmsHS（4-7）式中m型腔深度尺寸(mm）；s塑件外型高度尺寸基本尺寸的最大尺寸（mm）；S平均收缩率；塑件公差(mm)；z模具制造公差，可取（1/31/4）。在此取z=1/4，计算完成后再按IT7来进行修正0.60.61(10.5)28249mH0.0.8.4.721模具型腔侧壁和底板厚度的计算在塑料注射的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的强度和刚度。总的来说，型腔所承受的力大体有如下几种：合模时的压应力；注射过程中塑料流动的注射压力；浇口封口前一瞬间的保压压力；开模时的拉应力。型腔所受的力主要是注射压力和保压压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力的作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，并产生溢料飞边。当塑料冷却收缩时，随着压力的下降，型腔将会弹性回复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不足时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都要有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中不产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。在设计中，塑件的尺寸较小，型腔板的厚度完全足够，所以型腔板的厚度不用校核。冷却及排气系统设计排气系统的设计利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。冷却装置设计为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。设计原则：1.冷却水孔数量尽