开关盒上盖注塑模具设计

1开关盒上盖注塑模具设计目录1绪论2模具设计21零件材料选择及性能22注射机型号的确定23分型面及型腔布置24浇注系统设计241浇注位置模拟242浇注系统的尺寸计算25锁模力校核26成型零件设计261成型零件的材料选择262成型零件的结构设计263成型零件钢材的选用264成形零件工作尺寸的计算27凹模及垫板的强度和刚度计算28模架的选择29标准件的选取291定位圈的选取292浇口套的选取293导向机构的设计22931导柱的选取图212导柱2932导套的选取210推出系统的设计2101推出形式2102脱模力和推出距离2103推板的设计211模具总装配图3总结参考文献31绪论塑料成型在工业生产中的重要性一、塑料及塑料工业的发展塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物。树脂可分为天然树脂和合成树脂两大类，塑料大多采用合成树脂。各种合成树脂都是将低分子化合物的单体通过合成的方法生产出的高分子化合物，一般相对分子质量都大于万，有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下，塑料具有可塑性，可以利用模具成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。塑料工业是一门新兴的工业，是随着石油工业发展应运而生的。塑料工业的发展大致分为以下几个阶段。1初创阶段2发展阶段。20世纪30年代，低密度聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯和聚酰胺等热塑性塑料相继工业化，奠定了塑料工业的基础，为其进一步发展开辟了道路。3飞跃发展阶段20世纪50年代中期到20世纪60年代末，石油化工的高速发展为塑料工业提供了丰富而廉价的原料。4稳定增长阶段二、塑料成型在工业生产中的重要性塑料成型是将各种形态的塑料原料（粉状、粒状、熔体或分散体）熔融塑化或加热达到要求的塑性状态，在一定压力下经过要求形状模具（如挤出口模）或充填到要求形状模具模腔内，待冷却定型后，获得要求形状、尺寸及性能塑料制件的生产过程。模具是材料成型加工中的工艺装备，它是利用其特定形状去复制成型或复制加工具有一定形状和尺寸制件的工具。塑料模具是成型塑料制件的工艺装备或工具分类（根据成型工艺方法）注射模具、压缩模具、传递模具、挤出模具、中空吹塑模具。在各行业的材料加工中广泛使用着各种模具，例如塑料、橡胶制品成型使用的塑料模具、橡胶模具；金属铸造成形使用的砂型或压铸模具；金属压力加工使用的锻压模具、冲压模具；玻璃、陶瓷制品加工使用的玻璃模具、陶瓷模具等。利用模具加工成形的零件或制品具有生产效率高、质量好、节约原材料和能源、成批大量生产时成本低等优点，因此，模具已经成为现代工业生产中重要的工艺装备。世界上工业发达国家无不把发展模具工业放在优先地位，他们认为“模具工业是现代工业的基石，是工业之母”，“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。据国际生产协会统计，近年来工业品零件粗加工的70、精加工的50由模具成形来完成。在洗衣机、照相机、电视、电话等家用电器、仪器仪表、通信工具中，约有90以上的零件需要用模具进行生产。模具工业设计水平的高低、加工设备的好坏、技术力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响着许多相关行业，如汽车、飞机、家用电器、电子信息、农业机械、工程机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等行业新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品质量、经济效益的提高和创新发展。模具工业作为国民经济的基础工业，具有重要的地位。我国模具工业发展起步较晚，20世纪80年代前，模具工业基础差，技术设备落后，管理水平低。随着我国改革开放的不断深入，经济建设的高速发展，1989年国务院颁布了关于当前产业政策要点的决定，模具被列为机械工业技术改造序列的首位，成为重点支持发4展的产业；1997年以来，又相继把模具及其加工技术和设备列入当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录，我国模具工业得到了迅速发展，逐渐成为技术密集、设备先进、管理科学的行业。模具产品也不断向着复杂、精密、高效、长寿命方向发展。年，我国模具工业总产值达亿元人民币，远远超过了机床制造行业的总产值。展望未来，模具工业将具有广阔的发展前景。现代科学技术和工业经济的高速发展，对大型、精密、复杂、美观、长寿命产品的需求日益增长，逐渐形成了以材料成形工艺分析、计算方法为基础，以模具技术研究、设计、制造、使用及维护为中心的学科（学术）交叉、复合体系，特别是计算机技术和信息控制技术在模具设计（CAD）、工艺分析（CAE）和模具制造（CAM）中的广泛推广应用，使得模具成形技术领域的新产品、新技术、新工艺、新知识不断涌现，促进了模具设计与制造水平的不断提高，从而使得模具成形技术的研究和发展成为制造业领域中最为活跃的方面。在21世纪，为了进一步提高模具质量及生产效率，缩短设计与制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具制造行业的应变能力，满足用户需求，模具制造行业将向着高度集成化、智能化、柔性化、网络化和快速响应的方向发展。塑料成型技术的发展趋势（1）CAD/CAE/CAM技术在模具设计与制造中的广泛应用（2）大力发展快速原型制造（3）研究和应用模具的快速测量技术与逆向工程（4）发展优质模具材料和采用先进的热处理和表面处理技术（5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率（6）模具的复杂化、精密化与大型化（7）模具工业信息化模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的工具。对塑料模具的全面要求是能生产出在尺寸精度，外观，物理性能等方面均达到要求的优质制品。以模具的使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理，制造容易，成本低廉。塑料模具影响着塑料制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同向性、外观质表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模，合模和取制件过程中的手工劳动，为此常采用自动开合模和自动顶出机构。在全自动生产时还要保证制件能自动从模具上脱落。另外，模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制模费是十分昂贵的。一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模约能生产二十五万件。当批量生产不大时，模具费用在制品成本中所占的比例将会很大，时应尽可能地采用结构合5理简单的模具，以降低成本。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求。塑料制件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效能，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提。由于工业塑件和日用塑料制品的品种和产量要求量很大，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此促使塑料模具生产不断向前发展。塑料模具近年来在我国有了很大的发展，大量新技术，新工艺，新材料得到推广应用国际先进技术的引进，尤其是计算机技术和数控加工的飞速发展和在传统制造业中的应用，更加快了模具行业的发展。模具设计正从过去的传统经验，手工绘图，发展到今天通过人机对话，能迅速设计出模具的总图，运用模具CAE可以模拟在模具中的流动状态，确定浇口位置，克服塑料成型中可能出现的问题。而模具CAE的广泛应用更使模具向大型，精密，复杂发展，模具制造周期也大大缩短。跟国外相比，我国模具产品结构很不合理，我国模具产品结构中冲压模具约占50，塑料模具约占34，压铸模具约占6，其他各类模具约占10；发达国家对发展塑料模比较重视，塑料模所占比例一般为40；大型、精密、长寿模具所占比例为50以上，而我国仅为25；我国主要模具生产能力集中在各主机厂的模具分厂内，所产模具商品化率很低，模具自产自销比列高达6070，而国外70以上是商品模具。国内外模具的质量水平不可同日而语，开发能力和经济效益仍有差距。但我国加入WTO后，给塑料模具产业带来了巨大的挑战和机会。促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。所以我国塑料模具生产企业更应该抓住机遇，重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持左右的水平。20“十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展计算机辅助设计（COMPUTERAIDEDDESIGN，简写为CAD），是指利用计算机的计算功能和高效的图形处理能力，对产品进行辅助设计分析、修改和优化。它终合计算机知识和工程设计知识的成果，并随计算机软硬件的不断提高而逐渐完善。本设计采用AUTOCAD进行图纸的设计，使用UG软件对产品进行建模。6计算机辅助工程（COMPUTERAIDEDENGINEERING，简写为CAE），是指利用计算机的数据分析功能对产品的生产进行辅助模拟，用以提前发现设计过程中的缺陷并及时加以优化，这使得设计者减少了设计失误，大大节约了时间和成本。本设计采用MOLDFLOW对制品进行模流分析。2模具设计21零件材料选择及性能本注塑产品为开关盒上盖，形状及结构复杂程度一般，盒盖截面的顶部为半径400MM的圆弧，长为110MM，宽63MM，最高高度为18MM。外表面粗糙度要求RA为32，其余63。其形状及尺寸如图1所示。由于制品为大批量生产，本注塑模具采用一模两腔的形式。图1零件图本塑料制品使用ABS塑料成型，ABS是丙烯晴，丁二烯和苯乙烯三种单体的共聚物，ABS具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学性的优良性能，且价格便宜，原料易得。ABS技术指标如下7密度G/CM315比容CM3/G092抗拉强度MPA50吸水率24H03熔点130160硬度HB97拉伸弹性模量MPA25X103收缩率（）0307弯曲强度MPA80体积电阻率/CM69X1016冲击强度KJ/M2无缺口261缺口11热变形温度045MPA9010822注射机型号的确定（1）选择注射机注射压力计算查表121，ABS采用螺杆式注塑机注射所需要的压力为70100MPA，零件结构简单壁厚均匀，初选P090MPA,要求PMAXKP0式中PMAX注塑机的额定注射压力；K安全系数，常取K12514，此处取13；P0成型时所需要注射压力；料温取160220。计算得到PMAX117MPA。注射容量计算首先进行注射量的初步估算，通过UG建模后测量，得到塑件的体积约为V塑2241CM3，塑件的质量根据M塑V，查相关资料得到ABS的密度（101108G）/CM3现取107G/CM3。浇注系统的凝料在模具结构没有确定之前是无法确定的，但是可以根据经验按塑件体积021倍来估算，取02倍计算。一模两腔，因此，一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为V总2V塑1025378CM3，根据经验公式V公V总/08（1）8式中V公注射机公称注射量。V总模具型腔内熔体体积。由此可得注射机公称注射量V公5378086723CM3。公称注射量大于6723CM3。由步骤、，查表2931，初选注射机型号为SZ100/630。其主要技术要求参数见表11表11注射机主要参数理论注射容量/CM3105最大模具厚度/MM300螺杆直径/MM35最小模具厚度/MM150注射压力/MPA150移模行程/MM270锁模力/KN630喷嘴口孔径/MM35结构形式卧式喷嘴球半径/MM1523分型面及型腔布置1型腔分型面设计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。合理选择分型面，有利于制品的质量提高，工艺操作和模具的制造。因此，在模具设计过程中是一个不容忽视的问题，选择分型面一般根据以下的原则A分型面的位置要不影响制品的精度和外观B尽量简单，避免采用复杂形状，使模具制造增加困难C要尽量有利于塑料制品的脱模和抽芯D有利于浇注系统的合理设计E尽可能与料流末端重合，以利于系统的排气。该盒盖的表面质量要求一般，根据零件的结构特点，便于消除毛刺飞边，采用型腔完全在定模一侧的模具结构形式，这种结构形式便于塑件的脱模，采用分型面的类型为单分型面。如图21所示。图21分型面92型腔数量及排列方式的确定（1）型腔数量的确定该塑件为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及模具制造费用和成本等因素，初步选定一模两腔的结构形式。（2）型腔排列形式的确定多型腔模具最好采用平衡式分布，且要求紧凑，并且与浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，则可以采用直线对称排列的方式，如图22所示。图22型腔布置24浇注系统设计241浇注位置分析。A位置如图2310图23浇口位置AA浇注位置模拟结果中的气穴、熔接痕可以知道，A位置浇注产生较多气穴在浇口远离端，并且靠近浇口位置有明显的熔接痕。A位置浇注，型腔充填压力随远离浇口而变小，层次明显，会使得近端和远端的成型质量不一致。B位置的模拟结果如图24图24浇口位置BB位置浇注成型的制品气穴极少，且位于分型面位置易被排除，缩痕细小且狭小。型腔各位置填充压力基本均匀，成型质量也好于A。所以，浇口位置选择B种形式。242浇注系统的尺寸计算11主流道尺寸大端直径D、小端直径D与主流道长度L之间的关系式DD2LTAN（2）其中主流道锥度，一般为24，现取3；D主流道大端直径；D主流道小端直径；L主流道长度。根据制品体积及表2211，可得熔体体积流量Q60/160CM3W/S；取主流道中熔体剪切速率S5103S1，由图2215SQRN曲线关系可得RN5MM，故主流道大端直径D2RN10MM。小端直径根据注射剂喷嘴口直径D035MM，DD0（051），取D4MM。由式可知，L64MM。主流道各尺寸如表12表12主流道尺寸L（/MM）D（/MM）D（/MM）641043分流道的设计分流道设计应该尽量减少熔体在流道上的压力损失和尽量避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡。因此，根据模具结构以及型腔的分布，采用平衡式分流道布置。分流道长度分流道长度由两腔之间的距离所决定，考虑到结构强度和刚度，取分流道长度为20MM。分流道截面形状及尺寸各分流道的体积流量QR60/230CM3/S，取分流道中熔体剪切速率R51102S1,由图2215得RN48MM。为使分流道易于加工和凝料便于推出，采用设在模具定模一侧，截面为半圆形的分流道，取底边圆弧半径R3MM。因此，分流道截面积为（3）2C14302FM）（浇口设计初步判断本零件适合采用的浇口方式有几种1、点浇口；2、侧浇口；3潜伏式浇口。而点浇口和潜伏式浇口的模具不如侧浇口结构简单，本塑件采用侧浇口即可满足要求。再根据型腔的分布排列形式以及模具结构特点，本设计采用矩形侧浇口。侧浇口尺寸的确定侧浇口深度H和宽度W经验公式如下12HNT（4）30NWA（5）式中H中小制品常用H052MM，约为制品最大壁厚的1/32/3；T制品壁厚（MM；N塑料材料系数，由表222查，N08；A型腔表面积（MM2。计算得W22MM,H16MM。而侧浇口长度L在结构强度允许的情况下以短为好，一般选用L05075，此处取L06MM。对计算所得的侧浇口截面尺寸进行校核6Q/（WH214104104S1，符合要求。所以侧浇口的各尺寸如表13表13侧浇口尺寸W/MM）H/MM）L/MM）221606冷料井的设计此浇注系统中的冷料穴位于主流道正对面的动模板上，以收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。同时为了方便同时能去除每次注塑完成后的浇注系统凝料，在圆管形的冷料穴底部装有一根Z形头的拉料杆。冷料井的总高度为134MM，Z形部分的角度为20，其长度为8MM。主流道，分流道，浇口及冷料井的形状尺寸如图2513图25浇注系统尺寸25锁模力校核（1）型腔压力估算型腔压力估算公式PCP（PPPQ_）（6）式中PC型腔压力；P注射压力；PP熔体流经注射机喷嘴的压力降；PQ熔体流经浇注系统的压力降。其中PPPEPN；PQPSPRPG。螺杆头与喷嘴入口区间熔体发生剪切流动所引起的压力降公式为324N3NSNSNERLQKP）（14（7）由选定注射机注射装置的数据可知，RS175CM，RN02CM，查表得熔体流动特性数据N085，K185104，代入得PE1523MPA。熔体流经注射机嘴所产生的压力降公式为13NNR2PLQN）（8）其中RN02CM，熔体流经注射机喷嘴孔时流动特性数据查表225得N038，K379104，代入得PN683MPA。熔体流经主流道及其分支与转向所产生的压力降）（NSNNSRL31213RQK2P（9）查图22481可知，R1036CM，R2028CM，L5CM，所以LSDE（036028）/2032CM，熔体流动特性数据取N038，K319104，代入得PS192MPA。由于分流道无分支，所以熔体流经第一分流道及改向的压力降PR0。熔体经流浇口的压力降公式为126NGHWLKQP（10）式中RG0016CM，LG006CM，熔体流动特性数据查表226C得N038,K51104,代入得PG726MPA。将上述结构代入到式中得PC150（1523683192726）10148MPA。（2）锁模力计算由锁模力的校核公式F锁KA总PC（11）式中F锁注塑机的额定锁模力；K安全系数，通常取1112。此处取K11；PC型腔的平均计算压力；15A总塑件和浇注系统在分型面的总投影面积。其中，KA总PC11（11063）10148773KN，而注射机的额定锁模力为F锁630KN。因此，若采用注射机最大注射压力成型制品，则不能满足要求。但按ABS塑料的加工特性，并结合该制品轮廓复杂程度一般，而且为侧浇口进料，可将型腔压力调低到4050MPA即可，于是，注射机的注射压力可调低至95MPA。此时，型腔压力为PC95（PPPQ_）4648MPA。此时KA总PC354310为薄壁制品，所以脱模阻力计算式为TL/（21）18FCHKTEQ式中E塑料的拉伸弹性模量，查表261知，E195103MPA塑料的平均成型收缩率，查表261知05；塑料的泊松比，其值为03；H型芯脱模方向高度；KF脱模斜度修正系数，其计算式为，为型芯的脱模斜COSIN1FKF度，F为制品与钢材表面之间的摩擦系数，由表261查得其值为045。将上述值带入式得QE162N，由于是一模两腔，总的脱模阻力为Q总324N，远远小于注射机的推出力。（2）塑件推出距离计算推出距离H的计算公式为SH3（22）式中S推出距离；H成型部分高度,这里为18MM；计算得推出距离为25MM。2103推板的设计由于塑件结构复杂程度一般，本塑件的脱模采用推板脱模。同时考虑到脱模力不大，24而且为了更换零件方便。所以采取推板嵌入B板的形式，并且推杆末端与推板用螺纹连接，为了达到平稳推出的效果，使用两根推杆斜对称布置。如图213所示图213推板211模具总装配图325总结模具专业的学生要求综合知识和实践能力较强，它既是机械制图、工程材料、公差配合与技术测量、塑料成型工艺与设备等技术基础课、专业课的综合应用，又需要了解大量的实践经验。计算机技术的运用，正在各方面取代传统的手工设计方式，并取得了显著的经济效益。计算机技术在注射模中的应用主要表现在以下几个方面1塑料制品的设计基于特征的三维造型软件为设计者提供了方便的设计平台，而且制品的质量、体积等各种物理参数为后续的模具设计和分析打下了良妤的基础。2结构分析利用有限元分析软件可以对制品的强度、应力等进行分析，改善制品的结构设计。3模具结构