罩盒注射模设计.doc

南昌理工学院模具设计与制造专业毕业论文南昌理工学院 毕业论文 题目： 罩盒注塑模模具设计 作者名称 牛旭 系 别 机电工程系 班 级 模具设计与制造 学 号 014410300614 指导教师 陈东星 南昌理工学院机电工程系 2011年11月3日【摘 要】本毕业设计是模具注塑工艺设计，以罩盒注塑模为主线，运用AUTOCAD及PRO/E软件绘制二维零件图、三维立体图，对整套模具的模型、成型工艺、结构设计以及注塑模具设计的相关计算做了详细的分析。最终设计出一副注塑模，该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核，都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。根据题目设计的主要任务是罩盒注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产罩盒塑件产品，以实现自动化提高产量。【关键词】注塑模 罩盒注塑件 注塑工艺 目 录前言4一、注射成型制件的工艺分析 5(1)塑件模型的建立 5(2)塑件的工艺分析 5二、注射成型设备的选择 6三、模具结构设计 9（1）分型面的设计 9（2）浇注系统的设计10（3）模具成型零件的结构形式及数目、排列方式的设计13（4）顶出机构的设计13（5）冷却装置的设计14 (6)结构零件的设计与标准件的选用 15四、注射模具设计的相关计算 16（1）开腔型芯工作尺寸的计算16（2）型腔壁厚、底板厚度的确定17 五、模具相关参数校核 18(1)制品流道体积 18 （2）注射机的校核 18 六、模具结构特点及动作过程 19七、毕业小结 20八、致谢21 九、参考文献22前言 模具是现代工业生产的基础工艺装备，在国民经济中占重要地位。在电子、汽车、 电机、仪表、家电和通讯等产品中，60%80%的零件都要依靠模具成型。用模具生件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗。是其他加工法法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。 注射成型作为一种重要的加工方法，在家电行业、汽车工业、机械工业等都有广泛应用，而且生产的制件具有高精度、复杂度高、生产率高和消耗低的特点。在注射成型工艺中，涉及设备和原材料状况、制品设计、工艺条件等多种因素，模具是与这些因素紧密相连的关键环节，模具结构的合理性和质量的好坏直接影响到制品的质量以及整个工艺过程的效率和效益。一、 注射成型制件的工艺分析：1、 塑件模型的建立： 塑件2D图如下所示：2、 塑件的工艺分析：塑料化学和物理特性该塑料采用ABS材料。ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的共聚物，价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广的工程塑料之一。ABS无毒、无味，为呈黄色或白色不透明粒料，形成的塑料有较好的光泽，密度为1.021.05g/cm3。ABS具有刚性好，冲击强度较高、耐热、耐低温、耐化学药品性，机械强度和电器性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色。表面可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能性能。但耐热性不高。 成型特性原料准备：吸水率较高，若存放不严密，一般要干燥。干燥工艺一般为；T=8090C，24小时。为无定型高聚物，无明显熔点。热稳定性较好，成型温度160，270开始分解。粘度适中，冷却固化速度快。粘度随温度、压力增大而增大，但对压力稍敏感。流动性好，具有较好成型性能，成型收缩率小，查表可得ABS的收缩率为1.0060。本设计要求塑件的壁厚为2mm。注塑工艺条件 加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为80-90下最少干燥2小时。熔化温度 170-200；建议温度：1805。模具温度 50-80 （模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。注射压力 50-70MPa。注射速度 中高速度。塑件的精度分析塑件（塑料制作的简称）尺寸是指塑件的总体尺寸，而不是指壁厚，孔径等结构尺寸。塑件的尺寸精度是指所获得的塑件与产品图中的尺寸行使程序，即所获得的尺寸的准确度。塑件尺寸公差应根据公差应根据GB/T 14486工程塑料的模塑件尺寸的标准确定，该标准塑件尺寸公差的代号为M5公差等级为5级。（查塑料模具设计与制造齐卫东主编，高等教育出版社出版）塑件的表面质量分析：a、塑件表面质量包括粗糙度和表面质量。b、塑件的外观要求越高，表面粗糙度值越低，塑件表面粗糙的高低，主要与模具表面粗糙度值越低。一般来说，模具表面的表面粗糙度比塑件低12级，塑件的表面质量的是塑件成形后的表观缺陷状态。c、由于其塑件的外观要求比较高，塑料件的表面粗糙度的值应越低。其Ra的高低，主要与模具的型腔表面粗糙度有关。一般来说，模具粗糙度要比塑件的Ra低1-2级。其塑料件的表面粗糙度可参照GB/T14234塑料件表面粗糙度标准-不同的加工方法和不同的材料所能达到的表面粗糙度来选取，查塑料模设计表1-13得Ra3.225之间，可知ABS注塑件的粗糙度值Ra3.2。二、注射成型设备的选择1、计算塑件、浇注系统的体积根据塑件地三维模型，利用UG软件画图并查询到塑件的体积为V塑=18.8 cm3 。而浇注系统的体积为塑件的0.6倍，所以浇注系统的体积为V浇=0.618.8cm3=11.28 cm3 。又由于使一腔四模结构，故一次注射所需地塑料为VV塑Ni V浇18.84 11.28=86.48 cm3。2、计算塑件的质量本产品采用ABS材料，其密度为1.021.05g/cm3，此处取密度为1.05g/cm3。则一个塑件的质量M1V塑1.0518.819.74 g。而一次注射所需塑料地总质量为M2V1.0586.4890.804 g。3、选择注射机的类型和型号根据塑件的形状，取一模四件的模具结构，同时结合现有的相关成型设备和注射的塑料件的质量，选择卧式螺杆式的注射成型机设备，查注射机相关手册可知选用的螺杆注射机的型号为：XS-ZY-125的国产注塑机。该注射机的主要技术参数如下表所示。额定的注射量/ cm3 125螺杆的直径/（mm）42注射压力/MPa120注射行程/mm 115注射方式螺杆式注射时间(s)1.8锁模力/KN90最大成形面积/ c360最大的开合模行程/mm300模具最大厚度/mm300模具的最小厚度/mm200喷嘴圆弧半径/mm12喷嘴孔直径/mm44、塑件注射工艺参数的确定1）、1查表填写原材料的注射工艺参数塑料项目ABS注射机类型XS-ZY-125螺杆转速/(r/min)10-140喷嘴形式直通式温度/oC180-190料筒温度/oC前段200-210中段210-230后段180-200模具温度/oC40-60注射压力/Mpa50-70保压压力/Mpa50-70注射时间/s3-5保压时间/s15-30冷却时间/s15-30成形周期/s40-702）、查表填写塑件模塑的工艺卡塑料注射成型工艺卡资料编号车 间共 页第 页零件名称罩盒材料牌号ABS设备型号XS-ZY-125装配图号材料定额每模件数4零件图号单件重量19.74 g工 装 号材料干燥设备温度/C8085时间/h23料筒温度(C)后段/C200-210中段/C210-230前段/C180-200喷嘴/C180-190模具温度/C50-70时间注射3-5保压15-30冷却15-30压力注射压力/Mpa50-70背压/Mpa后处理温度时间定额辅助/min时间单件/min检验编制校对审核组长车间主任检验组长主管工程师三、模具结构设计（一）分型面的设计为了将塑件从密闭的模腔内取出,以及为了安放嵌件或取出浇注系统等,必须将模具分成两个或几个部分，一般将分开模具能取出塑件的面称为分型面。同时,以分型面为界，模具分成两大部分即动模与定模部分。分型面的方向尽量采用与注射成型机开模方向垂直的方向。分型面选择的原则：a， 分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处；b， 分型面的选取应有利于塑件的留模方式，便于塑件顺利脱模；c， 保证塑件的精度要求；d， 满足塑件外观的要求；e， 便于模具的制造；f， 减少成形面积；g增强排气效果。由于本产品的分型面简单，所以采用单分型面。分型面如图所示：（二）浇注系统的设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的作用是使塑料溶体平稳有序地填充到型腔中，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部位，以获得组织紧密、外形清晰地塑件。其组成部分有：主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分。而设计浇注系统应遵循以下基本原则：a，了解塑料的成形性能；b，尽量避免或减少产生熔接痕；c，有利于型腔中气体的排除；d，防止型芯的变形和嵌件的位移；e，尽量采用较短的流程充满型腔；g， 流动距离比的校核。（1）主流道的设计为便于塑料从主流道中拉出，主流道设计成圆锥形，其锥角24，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度应为0.63主流道大端处呈圆角,其半径常取1-3mm,以减小料流转向过渡时的阻力。在保证塑件成型良好的前提下，主流道的长度L应尽量短，否则将会使主流道凝料增多，塑料损耗量大，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。为使熔融塑料从喷嘴完全进入主流道而不溢出，应使主流道和注射机的喷嘴紧密对接，主流道貌岸然对接处设计成半球形凹坑，其半径R=R+（1-2mm）,其小端直径d=d+(0.5-1mm),凹坑深度常取3-5mm.流道直径为13mm.由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，同时其大端的圆盘凸出定模端面高度H=5-10mm，也有常将模具定位环与主流道衬套分开设计的，并与注射机定模板的定位孔成间隙配合，起定位环作用。当主流道和兼接触的端面面积很大时，其受到的模腔内塑料的反压力也增大，从而易退出模具，为此可设计定位环，靠注射机的固定板压紧定位环凸出部分来固定主流道衬套。该模具的主流道设置在热流道板13上，没有主流道衬套。（2）分流道的设计分流道的断面形状为圆形的，由于塑料流动性好，所以取其断面尺寸为d=5mm。分流道的设计要点：1、分流道的表面不必要求很光滑，表面粗糙度一般为1.25。因为分流道表面不不很光滑，能使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。当分流道较长时,在分流道末端应开设冷料穴,以容纳注射开始时产生的冷料,以保证塑件的质量。在分流道与浇口的连接处加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料的流动及填充，否则会使塑料产生反压力，消耗动能。该模具采用热流道板，其分流道为热流道。热流道结构如下图所示：（3）浇口的设计浇口是指流道末端与开腔之间的一段细短通道，它是浇注系统中断面尺寸最小且紧短的部分。除主流道型浇口外，它的作用是使塑料熔体加快流速入型腔内，按顺序填满开腔。并且，由于塑料熔体大多为非流动液体，通过较小浇口时进一步受到剪切作用，表观粘度下降，伴随能量转换，动能变成了热量，浇口处温度升高，这又进一步促使表观粘度的下降。同时，在注射周期中进行补料和防止倒流，成型后也便于塑件与整个浇注系统的分离。本设计采用点浇口，经查注塑模具设计表5-2得浇口的尺寸，点浇口的直径为1.5mm, 浇口长度为2.5mm。热流道对点浇口由二级喷嘴16形成。（3） 模具成型零件的结构形式及数目、排列方式的设计 由于要求是大批量生产，所以本次设计采用多型腔注射模具，而塑件的尺寸不会很大，故采用一模四腔的方式。多型腔模具型腔的分布有平衡式排布和非平衡式排布两种，其中平衡式排布的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状、尺寸分布对称性对应相同，可实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的；而非平衡式与之相反。故采用平衡式排布，其排布如图所示：成型零件由凸模6（4件）、定模板7（型腔板）1件组成。（四）推出机构的设计从模具中推出塑料制品及其浇注系统凝料的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过注射机上的顶杆或液压缸来完成的。推出机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件等组成。推出机构的设计应遵循如下规则：a,塑件留在动模；b,塑件在推出过程中不变形、不损坏；c,不损坏塑件的外观尺寸；d,合模时应使推出机构正确复位；e,推出机构动作可靠；f,推出机构本身要有足够的强度和刚度；g,尽量选择在垂直壁厚的下方；h,每副模具的推杆的直径相同，方便加工；i,塑件推出模具10mm左右，对型腔斜度较大者，顶出塑件深度2/3即可。 该模具采用推杆推出机构，每个型腔4根推杆，可平稳推出塑件，推板导柱由动模支承板4和动模板5来固定，采用推板导套，使推出动作平稳、受力均匀。(五)冷却系统设计模具冷却装置的设计与使用的冷却介质、冷却方法有关。冷却介质最普遍的是用水冷却，因为水的热容量大，传热系数大，成本低廉。冷却水通道开设时，受到模具上各种孔（顶杆孔、型芯孔、镶件接缝等）的限制，所以要设计合理的冷却回路。冷却装置的设计要点：1、 冷却水孔的数量越多，对塑件冷却也就越均匀。2、 冷却水孔与开腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与开腔开关相距一致。3、 塑件局部壁厚处应加设冷却装置，4、 当大型号塑件或薄壁零件成型时，料流较长，而料温越流越低，如要取得整个塑件的大致相同的冷却速度，可以适当改变冷却水道的排列密度，在料流末端的冷却水道可以排列稀一些。5、 冷却管道要避免接近塑料的熔接痕部位，以免熔接不牢，降低强度。6、 冷却孔道不应穿过设有镶块或其接缝部位，以防漏水。7、 冷却孔道内不应有存水或产生回流的部位。进水管直径的选择，应使其进水流速不超过冷却孔道貌岸然中的水流速，以避免过大的压力降。8、 定模、动模或成型型芯应分别冷却，并应保证其冷却平衡。9、 浇口部位由于经常接触注射机喷嘴，是模具上最热的部位，应加强冷却，有时应考虑进料嘴的单独冷却。10、 进、出水水嘴接头，应设在不影响操作主的方向，尽可能设在模具的同一侧，通常在注射机操作位置的对面。11、 如遇型芯细长，冷却水道无法开设，则可选用导热系数较大的材料，如铍青铜作型芯，在型芯下部采用喷水法进行冷却。冷却水路图如图：（六）结构零件的设计与标准件的选用（1）导向零件的设计导向零件是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的重要零件，其主要零件包括导柱和导套。导向机构的作用：a、导向作用，b、定位作用，c、承受一定的侧向压力。导向零件折设计原则：A、导向机构类型的选用，B、导柱数量、大小及其布置，C、导向零件的设置必须注意模具的强度，D、导向零件必须考虑加工的工艺性，E、导向零件的结构应便于导向，F、导向零件应有足够耐磨性。所以，根据模具的形状及尺寸，采用2个导柱，选取带肩导柱、带头导套,导柱装在定模板7中，导套装在动模板5中，采用倒装法；导柱导套均采用20低碳钢渗碳淬火处理，以保证足够的韧性。（2）支承与固定零件的设计动模和定模座板均是固定塑料模具与成型设备连接的模板，因此，座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装板相适应。此外，座板应具有足够的机械强度，一般小型模具的座板厚度不应小于13mm,本设计取厚度为30mm。固定板是用以固定型芯、型腔、导柱、导套、推杆等用的，为保证这些零件固定稳定，固定板应有足够的厚度，同时也要有足够的强度来应付作用其上的开模力。固定板与型芯的基本连接方式为台阶孔固定，以便装卸方便。支承板是垫在固定板背面，防止成型零件和导向零件轴向移动，并承受一定的成型压力。支承板与固定板的连接通常用螺钉和销钉坚固。垫块的作用是形成推出机构所需的推出空间或调节模具闭合高度以适应成型设备的压板间距。垫块的高度在形成推出机构的推出空间时，应根据推出机构的推出行程来确定，一般应使推板将塑件推出高于型腔10mm到15mm。四、注射模具设计的相关计算（一）型腔、型芯工作尺寸的计算（1） 型腔径向尺寸的计算 型腔径向尺寸的计算如下:,D=(84+840.0055-3/40.35)+0.015=84.20+00.015式中 DA型腔的最小基本尺寸；D0塑件的最大基本尺寸；S塑料的平均收缩率；制造公差，按塑件公差的1316来取，或按IT9 查表标注。（2） 型腔深度尺寸的计算型腔深度尺寸的计算如下：,H=(25+250.0055-2/30.40)+0.009=24.87+00.009式中 HA型腔深度的最小基本尺寸； H0-塑件的最大基本尺寸。（3） 型芯径向尺寸的计算 型芯径向尺寸的计算如下：,d=(80+800.0055+3/40.35)-0.013=80.70-00.13式中 dT型芯的最大基本尺寸； d0塑件的最小基本尺寸。（4） 型芯高度尺寸的计算型芯高度尺寸计算如下：,h=(23+230.0055+2/30.40)-0.009=23.40-00.009式中 hT型芯深度的最大尺寸； h0塑件内形深度的最小尺寸。（二）型腔壁厚、底板厚度的确定 在塑件成型过程中,由于单位注射力P的作用,常会使型腔产生弹性变形,轻则影响塑件的尺寸精度,重则溢料过多而增加飞边.开模时, 由于注射压力的消除,型腔恢复弹性变形,致使脱模困难,有时会使塑件留在模腔内,影响正常生产。为了增加模具的强度和刚度，应按模具零件工作时的受力情况对其进行强度或刚度计算。 形型腔壁厚的刚度计算整体式矩形型腔模具，因其侧壁受到单位注射压力的作用，故可将其视为三边固定、一边自由受到均布载荷的平板来进行计算。其最大变形量发生在自由边的中点。其值为：式中 S=50S侧壁厚度(mm)； p单位成型压力(Pa)；取4.9107 E弹性模数，钢为2.058X1011Pa； h型腔深度(成型压力有效部分mm)；25 b侧壁内长边(mm)；84 允许变形量(mm)；0.05 C由b/h决定的常数，取0.935、 模具相关参数校核 （一）制品及流道体积1. 制品体积 Vi=18.8cm2. 浇注系统的体积 V主=1/3h(R+Rr+r) =11.283制件和浇注系统的总体积V总=418.8+11.28=86.483（二）注射机的校核1. 最大注射量的校核（k=0.8）根据公式 KV机V总代入计算得V总=86.480.8192=1533 符合注射机的要求 2. 注射压力的校核，按下公式 Po=120P 根据P=50-70MPa 符合所需要求 3. 锁模力校核 根据公式 F机（nA+A1）P 经过计算 A=5541.7mm2 A1=312mm 代入计算 F=89N符合所需的注射要求 4.开模行程的校核 根据公式 SH1+(510)mm 代入计算H1+(510)= 25+10=35mm 最大开模行程为300mm符合所需的注射要求 5. 模具厚度的校核 模具总厚度为300mm。 符合H小300H大 六、模具的结构特点和动作过程（一）结构特点：1.采用热流道、点浇口、一模四腔热流道的优点：1)没有浇注系统冷凝料，原材料利用率搞，生产成本低。2）不必切除浇注系统和浇口，生产效率高。3）压力传递好，注射压力损失小。4）易于实现自动化生产。 2.采用推杆推出机构，每个型腔4根推杆，可平稳推出塑件，推板导柱由动模支承板4和动模板5来固定，采用推板导套，使推出动作平稳、受力均匀。 3.导柱31装在定模部分，由定模板7和隔热板12来固定，导套32装在动模，即采用反装法，有利于塑件的推出和自动落下，便于自动化生产。导柱、倒要各两件，装在模具左右两侧，使合模过程平稳，合模后，模具定位准确。 （二）动作过程合模后注射，熔体从注射机喷嘴经热流道板13和喷嘴16进入型腔（由型芯凸模6和定模板7形成型腔）。保压结束，当型腔中熔体冷凝成塑件后，开模，此时流道中的熔体扔保持熔融状态，在开模过程中，动模部分向左移，当注射机顶杆碰到模具的推板29时，推板29推推杆3（共16根）。推杆3将4个塑件从凸模6上推出，然后再合模，合模时靠复位杆28使推出机构复位。待合模锁紧模具后再进行下一次注射。注射时先将流道中的熔体注入型腔，因此在整个生产过程中只生产塑件，不会产生浇注系统凝固料。七、毕业设计小结通过本次的设计，在现实生产中，模具的工作性能的好坏，影响到制件的制作效果、质量、成本、直接关系到企业的利益，因此对于模具的设计和对生产设备的选取或依据现在设备进行量身定做模具，更是占着举足轻重的作用。从初步的构思到3D图的绘制、模具结构的确定，用了两个月的时间，经过了此次的设计，使我了解得更多，一套模具的结构的确定不是一次就能完成的，它还要反反复复修改，参数的选择，使其达到最优。对于塑料模