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11 电器 注塑 模具设计

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1 绪 论1.1注塑模具的发展趋势观察世界注塑模具的发展变化，从模具的模具设计原理，设计实践和生产技术出发，高分子材料加工技术主要有以下几个方向：（1）提高高分子材料模具的标准化程度在一定意义上显示了国家高分子材料模具行业的发展程度。普通模板的使用和标准件的使用应满足模具批量生产和减少模具生产周期的综合需求。经过三十多年的改革开放，祖国高分子材料和模具的标准化标准不断得到提高。为了适应高分子材料模具行业的变化，必须进一步加强高分子材料模具的标准化工作，进一步提高高分子材料模具的标准化，高分子材料模具标准件的制造必将是未来模具研究和发展的重点Error! Reference source not found.。（2）各种类型，精密和复合注塑模具的开发是为了满足各类设备中高分子材料的要求。聚合物成型技术向多多样化和复合化的方向发展。（3）注塑模具开发和生产中的计算机图形设计工程技术经过几年的实施，模具分析和模具设计“计算机软件”和模具生产“CNC系统”已经在大量模具生产企业安装与运行。先进的 CD技术的使用是模具制造的革命，是模具制造技术发展的一个明显特征。在此期间，计算机图形设计工程技术的进步主要有以下几点：模具CAD技术和应用逐渐成熟;基于数字计算机的图形设计工程集成系统几何已初具规模。电脑辅助制造软件的电子化程度开始逐步提高;数字分析技术开始逐步实施Error! Reference source not found.。1.2模具工作原理注射模具工作原理：注射成型即是先将固体颗粒物加入到注射机的料斗中，通过温度和螺杆的高速旋转，使塑料融化。融化主要靠的是螺杆旋转产生的剪切作用，经过温度的配合使原料融化。然后在压力的作用下，依次经过喷嘴口、主流道、分流道流入模具左右两个型腔中，待熔料完全充满型腔之后停止注射。之后经过冷却系统的冷却，熔料由熔融状态转变成了固态。等到熔料全部凝固之后打开模具，用推杆将塑件推出，最后将模具闭合这就是其工作的主要过程。2 电器盖的材料选择及工艺分析2.2电器盖结构分析在完成课程设计选题之后，确定电器盖结构形状，绘制电器盖零件图分别如图所示。电器盖结构简单，长为160mm，宽是80mm，顶部分布有四个12mm的孔。图2.2 电器盖二维图2.1电器盖材料选择在所发任务书上已经注明本次设计的材质为PE.聚乙烯（polyethylene ，简称PE）是乙烯经聚合制得的一种热塑性树脂。在工业上，也包括乙烯与少量-烯烃的共聚物。聚乙烯无臭，无毒，手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-100-70C），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸）。常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性优良。（1）物理性能聚乙烯是一种无色、无味、无毒的高结晶的聚合物。密度仅为0.95g/cm3。它几乎不吸水，流动性好，容易着色，制品表面光泽性好。（2）力学性能聚乙烯的拉伸强度和刚性都比较好，如硬度、屈服强度、抗拉强度、弹性及抗压强度比聚乙烯好。但冲击强度比较差，特别是低温时耐冲击性差。（3）热性能在五大通用塑料中，PE的耐热性是最好的，热变形温度为114，熔点164-170，使用温度在无负荷情况下可达150，其低温使用温度达-15，低于-35时会脆裂。（4）化学稳定性聚乙烯的化学稳定性较好，除能被浓硫酸、浓硝酸侵蚀外，对其它各种化学试剂都比较稳定13。（5）电性能聚乙烯的高频绝缘性能优良，由于它几乎不吸水，故绝缘性能不受湿度的影响。（6）成形性能聚乙烯吸湿性小，比较容易发生融体破裂，与金属长期接触容易发生分解14。它的流动性好，但成型收缩率大，达到1.2-4.0%，容易发生缩孔、凹痕、变形。它的冷却速度比较快，所以浇注系统和冷却系统应该缓慢散热，并且注意控制成型温度。料温低方向性明显，当低温高压时更加明显。模具温度低于50时，会造成塑件表面光泽差或产生熔接痕等缺陷，高于90时易发生翘曲和变形15。1、密度：0.95g/cm2、比容：0.860.98 cm/g3、吸水率（24h）：0.20.4%4、收缩率：1.24.0%5、熔点：130160C2.3电器盖分型面的确定选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则： 1）分型面应选在电器盖外形最大轮廓处； 2）便于电器盖顺利脱模，尽量使电器盖开模时留在动模一边； 3）保证电器盖的精度要求； 4）满足电器盖的外观质量要求；针对此电器盖结构，既要保证最大轮廓面，又要使模具开模时候，电器盖留在动模上，而且顶出机构尽可能分布在内表面，不影响电器盖表面质量，电器盖外表面尽可能有型腔成型，综合以上特点，很容易选取产品的下表面为分型面。如果选择其他位置，会在外壳表面留下分型线的痕迹，这对于表面质量要求比较高的外观件是绝对不允许的，所以选则下表面为分型面是非常合理的，图2.3 分型面2.5型腔数目确定在确定型腔数目的时候，既要分析塑料产品的结构，又要考虑到它的精度即体积大小，由于电器盖体积较大，后期还有装备需求，精度和表面质量要求都比较高。经过综合考虑和老师要求，准备将型腔数目定为一模一腔，因为是一模一腔结构，在型腔排布问题上不需要过多考虑。 3 注射机的选择和校核3.1注射机的选择 由上图可知塑件体积：由于在前面章节已经叙述定下的方案是一模一腔，浇注系统的重量可根据0.2倍电器盖体积经验值来计算浇注系统的体积：所以需要注射的总体积 总体积为：满足注射量：式中：额定注射量 电器盖与浇注系统凝料体积由上可得： = =68.55再根据工艺参数，综合考虑各种因素，根据以上计算，可以初步选定注射机的型号：XSZY250。其规格参数列如表：表3.1 注射机主要技术参数理论注射量250拉杆内向距螺杆柱塞直径50移模行程500注射压力130最大模具厚度350注射速率89最小模具厚度200塑化能力18.9锁模形式液压-机械喷嘴口直径4模具定位孔直径125锁模力/kN1800喷嘴球半径123.2注塑机校核3.2.1注射量的校核模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量在注射机额定注射量的80%以内。其公式为：nV1+V280%V (3.1)式中：n型腔数量；V1单个电器盖的体积，；V2浇注系统所需塑料的体积，。已知n=1，V1=45.7，即V=45.7/0.8=57.1，注射量符合要求。3.2.2锁模力的校核注射成型时电器盖的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素9。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系：nA1+A2A (3.2)式中：n型腔数目；A1单个电器盖在模具分型面上的投影面积，mm2；A2浇注系统在模具分型面上的投影面积，mm2；可以忽略不计已知n=1，A1=9685mm2，即nA1+A2=9685mm2注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与电器盖和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。即：(nA1+A2)PF (3.3)式中：P塑料熔体对型腔的成型压力，MPa；F注射机额定锁模力，N；其它意义同上。型腔内通常为2040MPa，一般制品为2434MPa，精密制品为3944MPa。即(nA1+A2)P=9685301.20.001=348.6KN1800KN，因此锁模力符合要求。3.2.3安装参数校核 （1）模具厚度校核模具闭合高度必须满足以下公式：HminHHmax (3.4)式中：Hmin注射机允许的最小模厚，mm；Hmax注射机允许的最大模厚，mm。本设计中模具厚度为316mm，200mmH180mm，所以该注塑机的开模行程符合要求。4 浇注系统的设计4.1浇注系统设计注射模浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到模腔之间的进料通道。它的作用是平滑引进熔体进入型腔，在填充的压力传送到各个部位的空腔，以获得尺寸稳定性，外观清晰，流畅和茂密的塑件表面。因此，浇注系统的设计有直接关系的效率和注塑成型的塑料部件的质量。在进行浇注系统设计之前，按照老师要求，首先运用CAE分析软件对最佳浇口位置进行分析,以此为据创建浇注系统方案,得出理想的浇注系统和冷却系统设计方案。当时针对此电器盖，进行了详细的模流分析，经过多次的比较，最后决定采用点浇口，单个产品上2点进胶，模拟出来的进料效果比较好。模拟效果会在后面章节详细阐述所以采用点浇口还是很合适的，多点进胶。三板细水口注塑模具浇注系统主要由主流道，分流道，浇口和冷料穴四个部分。4.1.1主流道的作用主流道又叫进料口，它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的通道，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。主流道的尺寸一般遵循以下原则：(1) 主流道直接与注射机喷嘴部位连接，常常为圆锥形，锥角一般为，以便于浇注系统的凝料顺利的拔出，塑件原材料是ABS，锥角角度为4。(2) 主流道与注射机的喷嘴接触处应做成半球形的凹坑，凹坑球半径比喷嘴球头半径大1-2mm；主流道小端直径应比喷嘴孔直径约大0.5-1mm。设计中选用的注射机为XSZY250，其喷嘴直径为4，喷嘴球面半径为12，所以对应主流道各具体尺寸如下：（a）主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.51）mm=4+（0.51）mm，d取5mm。（b）主流道球面半径 R=注射机喷嘴球头半径+(12)mm=12+(12)mm, R取13mm。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因为主流道尺寸大小会在浇口套中加工，所以浇口套结构的设计尤为重要。通常小型模具采用整体式浇口套，大型极其精密的模具采用分体式。本次设计采用分体式浇口套，在工作的时候，高温熔融塑料会对浇口套进行冲击，造成磨损，这样的话方便以后维修和更换。将浇口套单独加工成一个零件，然后通过过盈配合装配在定模板上。4.1.2分流道的设计对分流道的要求包括：塑料熔体在流动中热量和压力损失最小，同时使流道中的塑料最少，即从流动性、传热性等因素考虑，分流道的比表面积（分流道表面积与体积之比）应尽可能小，塑料熔体能在相同的温度、压力条件下，从各个浇口同时进入并充满型腔。常用的分流道截面形状有圆形、正方形、梯形、U形、半圆形和正六角等。浇道的截面积越大，压力的损失越小；浇道的表面积越小，热量的损失越小。用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。0.25D0.25D0.195D0.153D结合教材课本注塑模具设计实用教程第2版169页写到三板式点浇口采用梯形截面。这样的截面只需在一侧加工，很容易加工。本模具设计分流道也选择梯形截面，所以本模具梯形截面上底宽度D6mm，这也符合加工刀具选择。4.1.4冷料穴的设计三板模具的冷料穴不同于两板模具，常设置于分流道的末端，储存制品中出现固化的冷料。拉料杆的常用结构有以下两种：(1) 带Z形头拉料杆的冷料穴。(2) 带球形头拉料杆的冷料穴。因为是三板模具，本设计采用三板模具常用的球形拉料杆，布置在定模板和面板上，拉料杆如下图所示：图4.3 球形拉料杆4.1.5浇口的作用浇口就是浇注系统的最后一端，是与凹模相连的部分，它需要将运输至此的流体完整无缺地送入塑料模内部，让这些流体进行凝固成型，变成我们想要的成品，它的设置地方一般来说会选择利于流体平缓进入凹模的位置。一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下几项原则: a.尽量缩短流动距离;b.浇口应开设在塑件壁厚最大处;c.必须尽量减少熔接痕;d.应有利于型腔中气体排出;e.考虑分子定向影响;f.避免产生喷射和蠕动;g.浇口处避免弯曲和受冲击载荷;h.注意对外观质量的影响。本次设计的模具为三板式模具，采用点浇口，为了达到良好的充模效果，本次设计的点浇口位置如图所示。 点浇口位置5 成型零部件工作尺寸的计算所谓成型零件，指的是模具中决定电器盖几何形状和尺寸的零件，它包括型腔、型芯、镶块以及各种成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与电器盖间还发生磨擦，因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度。此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能12。5.1成型零部件结构设计（1）型腔的设计型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。在选择型腔结构形式的时候，组合式型腔会在生产塑料制品的时候留下缝痕迹，影响塑料制品的外观质量，所以对于外观件产品不常采用，所以放弃组合式结构而采用整体式型腔是较为合理的选择.型腔结构如图所示： 图5.2 型腔（2）型芯的设计本设计中零件结构较为简单，深度不大，经过对电器盖实体的仔细观察研究确定：电器盖采用整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，型芯与动模板的配合可采用H7/m6。图5.1 型芯 5.2成形零件的工作尺寸计算由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。通过以下计算公式，我们分别求得各个尺寸。本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这ABS的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=/3。（1） 型腔尺寸的计算1）对尺寸2） 对尺寸（2） 型腔深度的计算1） 对尺寸型芯尺寸：1）对尺寸2）对尺寸（3） 型芯高度的计算1）对尺寸6 脱模机构的设计电器盖从模具上取下以前还有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使电器盖从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成14。6.1脱模机构的选择脱模机构的选用原则：（1）使电器盖脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形）；（2）推力分布依脱模阻力的大小要合理安排；（3）推杆的受力不可太大，以免造成电器盖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电器盖外观。脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、推管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、各个脱模机构都有自己适合推出的产品结构。比如大型深腔薄壁类的产品适合推板推出，细长螺柱孔、圆筒形和环形制品适合推管推出，所以在选择推出结构的时候，首先要分析电熨斗旋钮的结构，产品内部4个角分布有螺丝孔，对于螺丝孔我们经常用推管成型并脱模。然而其他位置空间很大，可以采用推杆脱模。6.2 脱模力的计算在脱模力的计算时候，对于像电器盖这类盒盖类产品，一般按下式计算，并确定其脱模力(Q) 12： (20)式中 L型芯被包紧部分的断面周长(cm)； h被包紧部分的深度(cm)； p由产品收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取MPa； f磨擦系数，一般取； 脱模斜度；所以L=236mm；h=29.6mm Q=23629.610(0.1cos0-sin0)=6985N6.3 脱模机构布置该电器盖采用了推杆推出电器盖，其分布情况如图所示，同时依靠8根顶杆均匀分布将推力的均匀分布使制品推出平衡，从而达到良好的退出效果。脱模机构布置如图所示图6.1 脱模机构布置7 温度调节系统在注射模中，模具的温度直接影响到电器盖的质量和生产效率15。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料熔体的温度为200左右，熔体固化成为电器盖后，从60左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于80）的塑料，如本设计中的聚碳酸酯ABS，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。 模具的冷却主要采用循环水冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。7.2冷却系统的设计规则(1) 进行冷却的孔越多，那么产品冷却的时候就更加的等称。(2) 用来进行冷却的孔，跟这个型腔的面距离要一样。(3) 在塑料产品某一处厚的地方，要安装冷却的设备。如果冷却孔直径大小是D,那么孔跟孔之间的距离是5D，孔离型腔是3D。(4) 加工的塑料产品是比较大的，或者是比较薄的时候，物料流通的距离是非常长的，那么物料的温度就没有那么高了，所以冷却孔的密度就要降低。(5) 不能让冷却水道靠近有熔接痕的地方，防止导致这个地方的强度达不到要求。(6) 在接缝这个地方不能有冷却水道。(7) 在冷却水道里面不能有水，也不能有流回来的水。(8) 因为浇口这个地方跟注射机的喷嘴一直有接触，温度是非常高的，所以对它要加强冷却的力度。(9) 水进来还有出去的接头这个地方，要装在对操作没有影响的地方。8 合模导向机构的设计258.1导向机构的作用及设计原则合模导向机构是保证动、定模或在上、下模合模时，正确的定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，一般情况下常采用导柱导向定位。合模导向机构主要有三大作用：(1) 定位作用；(2) 导向作用；(3) 承受一定侧向压力作用。导柱导向机构应用普遍，主要零件为导柱和导套，结构较简单；锥面定位机构对合精度很高，能承受很大的侧向压力。本设计中成型的侧向压力不高，导柱导向机构能满足设计要求。所以采用导柱导向机构。8.2导柱和导套的选择8.2.1导柱导柱既可以设置在动模一侧，也可以设置在定模一侧，主要是根据模具结构来确定。在本次设计中导柱设置在动模一侧。a. 导柱的结构形式b. 本设计采用带头导柱结构形式，带头导柱除台肩外，长度部分基本尺寸一致，只是各部分公差不同。导柱设计符合GB 4169.484要求。三板模具的导柱不同于两板模具，一般三板模具的导柱比较长， b. 导柱的技术要求导柱导向部分的长度L应比凸模端面高度高812mm；导柱的前端应做成锥台形或半球形，这样有利于导柱顺利进入导向孔。导柱的材料应该具有这样的特性：表面硬而耐磨，内芯坚韧不易折断。一般导柱的材料有20钢（表面经渗碳淬火处理），T8、T10钢（经淬火处理），硬度达到5055HRC。导柱固定端的表面粗糙度为，导向部分的表面粗糙度为。8.2.2导套导套的结构形式有直导套（I型导套），其结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合；带头导套（II型导套），结构较复杂，用于精度较高的场合，此种导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。导套设计符合GB 1469.384。三板模具的导套选择也不同于两板模具，导套通常选用带肩导套和无肩导套一块使用。 b. 导套的技术要求导套的前端应该倒圆角，以方便导柱顺利进入；导向孔应该为通孔，以便排出孔内空气。导套的材料可与导柱相同，20钢或T8A，选用T8A热处理硬度HRC5055。关键是性能是耐磨，导套的硬度应该略低于导柱，可以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。8.3开合模原理三板模一共有三次分型，第一次在脱料板与定模座板之间，第二次在脱料板与定模板之间，第三次在定模板与动模板之间1. 当动模侧起始受到注塑机自身提供的拉力时，动模和定模之间由于装有开闭器【阻尼扣】，而脱料板与定模座板之间没有任何连结和阻碍（多数情况下小拉杆上还装有弹簧），这时在拉力作用下，脱料板与定模座板首先分开，定模座板随着公模板一起向后运动，运动到设定距离时，被小拉杆限位块挡住，2. 定模板随注塑机继续向后运动，这样小拉杆也被带动，它又带动脱料板运动一个设定距离，以便将料头打下，这个设定距离运动完后，小拉杆与定模座板都停止运动3. 注塑机继续向后运动，拉力不断加大，超过开闭器锁模力，定模板与动模板分开，分开到设定距离时停止不动4. 在注塑机顶杆的推动下，顶针板带动顶出机构（顶针，司筒，斜顶等）开始顶出运动，将成品顶出（自动落下或由机械手取走）28 结 论课程