壳体的注射模设计

1、壳体的注射模设计1 绪论1.1 工业发展过程中模具的重要地位“工业之母” 这个词并不陌生，在发达国家人们通常用这个词语来形容模具工业，这也是受到国际公认的。模具工业之所以被认为是工业中的关键，是因为利用模具成型有很多的优点，比如，加工效率高，加工出的产品质量好等；不仅如此，模具成型过程中产生的废料少，故还可以减少原材料的浪费，降低产品的生产成本。利用模具来制造各种产品零件已经成为现代化工业生产的重要工艺手段。模具是机械、汽车、电子、通讯、纺织、轻工、航天、航空等工业领域的基础工艺装备之一1。模具影响着产品的质量，首先，模具的型腔尺寸、形状、表面光洁度、进浇口、分型面和排气槽位置等对产品的机械性

2、能、物理性能、表面光洁度、银纹、外观质量等都有着显著的影响。其次，加工过程中，模具的开和模次数对制件的质量也有一定的影响。“模具就是产品质量”认识和接受这种观念的人越来越多，由此也可以看出模具的质量优劣及其发展水平的高低很大程度上决定着生产出的产品质量、产品更新换代的速度、生产效益、新产品的开发能力，进而决定了企业的市场竞争力和应变能力。随着科技的进步，模具产业在制造业中的地位日益提高。从基础产业到产业基石，再到决定性工业，它的发展过程是有目共睹的，从那些发达国家对于模具工业的认识就可以看出它的重要性了，欧美等国家将其视为“点铁成金”的“磁力工业” ；德国则将其的地位提升为所有工业中的“关键工

3、业” ；日本模具协会也提出“模具工业是促进社会繁荣富裕的动力” ，同时也是“进入富裕社会的原动力”，是“整个工业发展的秘密” 。1.2 注射模设计技术的发展过程及发展方向从注射模设计技术的发展历程来看，可以总结为三个主要的阶段2。第一阶段是纯粹的手工作坊设计阶段。在此阶段中注射模的设计仅仅依靠设计人员自身的技巧、经验和现有的设计资料来完成。设计人员通过这些技巧与经验计算出制件的工艺数据，然后还要手工绘制制件的工艺图等，可以看出这种设计存在着很大的局限性，如生产效率低、难以保证制件的质量，缺乏系统的理论指导等都是很大的问题。第二阶段是通用CAD 、CAM设计阶段。20世纪70年代，人们已经开始意

4、识到手工作坊式的设计有很多的缺陷，很难满足高速发展的时代的步伐。于是人们开始探索新的出路，因此CAD、CAM技术被用到了模具的设计中。80年代，UG、Pro E等集成软件的出现，注射模CAD技术也发展起来。随着科技的发展，这些集成软件也很快就成熟起来，这使得注射模具的成型技术有了很大程度的提高，这种进步不仅体现在效率上，更多的是体现在整体的设计水平上。第三阶段是采用专用的注射模CAD系统进行设计阶段。通用的CAD、CAM相对于纯粹的手工制作在效率和质量上有了很大程度的提高，但是通用CAD、CAM系统只是一种几何建模工具，设计效率的提高仅限于分析建模速度和提高三维效果，设计过程人避免不了一定程度

5、的人工干预。因此，注射模的设计还需要一种注射模CAD专用系统，以实现注射模设计过程的高智能化和自动化。2 设计任务书塑件名称外壳图号SJ03材料ABS生产批量10万件技术要求： 1.拔模斜度允许30°； 2.壳体壁厚为2mm。3 塑件成型工艺分析3.1 塑件原材料的成型特性分析ABS是聚苯乙烯的改性产品，它的优良性能使得它是目前应用最广泛的工程塑料。其主要信息如下表：表31 ABS的相关性能3化学名称密度物料性能1. 有一定的化学稳定性，介电性能良好；2. 综合力学性能好，有良好的成型性能，用途广泛；3. 有良好的表面硬度，良好的耐化学腐蚀性，加工性和染色性能；4. 热稳定性差，热变

6、形的温度为93，脆化的温度为，使用的温度范围为；5. 在紫外线作用下容易发脆变硬。 成型性能1. ；2. 容易产生熔接痕，为避免熔接痕的产生在设计时应考虑到浇注系统对料流的阻力，并尽量减小此阻力；3. ；4. ；5. 表观粘度对剪切速率的依赖性较强，故选择浇口形式时应选择点交口；6. 宜采用高注射压力，高模温，高料温成型。对于不同的要求，模具的温度应控制在一定范围内，如塑件精度要求较高，温度可控制在5060，若塑件光泽度要求较高，强调耐热时，温度应控制在6080。3.2 塑件的结构工艺性分析 3.2.1 塑件的尺寸精度分析该塑件标注公差的尺寸有属于一般精度要求，未标注尺寸公差的为自由尺寸，按M

7、T5查取公差。塑件的主要尺寸的精度要求如下表所示。表32 塑件主要尺寸（按MT5级精度查取）4 mm部位塑件尺寸公 差 外形 尺寸3844324 内形 尺寸21.5 孔间距 尺寸2042.718孔尺寸43.2.2 塑件的表面质量分析该塑件表面是通过机械加工的方法获得，表面粗糙度值是1.6，而内表面无特殊要求,则内部粗糙度值可取3.2。3.2.3 塑件的结构工艺性分析(1) 从结构上来看，该塑件外形为四方的壳体，外形结构比较简单，壁厚比较均匀，满足最小壁厚的要求，为防止应力集中，过渡部分都是圆弧过渡。(2) 塑件型腔较小，有两个对称分布的空，孔径为4mm符合最小孔径要求。(3) 塑件的底部两个对

8、称分布的耳座，内壁与底座之间有R0.5mm的圆角过渡。(4) 考虑到塑件的脱模，要在内部设计一定的拔模斜度。经过上述的分析，可以认定该塑件加工方式可以用注射成型加工。3.3 塑件的生产批量塑件生产批量不同所选的注射机也会有所不同，对模具材料的选用以及模具的结构都有重要的影响。在大批量生产中，生产模具的费用所占比例较小，为提高生产率以及加强模具的寿命，在模具设计时应选择结构复杂、自动化程度高、精度及寿命都较高的模具5。小批量生产则相反，应该首要考虑减小模具成本，因此应选择容易制造，结构简单的注射模。此塑件生产批量为10万件，生产类型属于中批生产。在选择模具时要适当控制模具的造价，可选用一模多腔，

9、成型周期不长，快速脱模的模具。3.4 注射机的选择3.4.1 计算塑件体积或重量由壳体的三维立体图可得其体积V=12.9cm³。ABS的密度为，则塑件的质量。3.4.2 确定型腔数目该塑件的体积为12.9cm³，体积较小，又塑件的生产类型为大批量生产，为提高生产效率模具应该用一模四腔。3.4.3 塑件的注射工艺参数表3-3 ABS的注射成型工艺参数6工艺参数内容工艺参数内容注射机类型螺杆式模具温度/5070螺杆转速/r.min3060注射压力/MPa7090喷嘴形式直通式保压压力/MPa5070温度/180190注射时间/s35料筒温度/前段200210保压时间/s1530

10、中段210230冷却时间/s1530后段180200成型时间/s40703.4.4 注射设备的确定一次注射成型中所用塑料量为：一次注射的注射量：根据模具的设计手册选择注射机型号为，其具体数据如下所示： 表3-4 G54-S200/400注射机的主要技术参数6项目数值项目数值额定注射量/模板最大行程/mm260螺杆直径/mm55模具最大厚度/mm406注射压力/MPa109模具最小厚度/mm165注射行程/mm160喷嘴圆弧半径/mm18锁模力/kN2540喷嘴孔直径/mm4最大成型面积/645动定模固定板尺/(mmmm)5326374 分型面的选择及浇注系统的设计4.1 分型面的选择在注射模设

11、计过程中分型面的选择是非常重要的一个环节，分型面的位置决定了制件的质量，决定了模具的机构形式。同时分型面还与塑件的脱模，浇注系统的设计密不可分。分型面可分为平面式、阶梯式、曲面式、斜面式和综合式。选择分型面还必须满足一定的原则。分型面的选择原则7：(1) 应该选择在塑件轮廓最大处；(2) 应有利于塑件的顺利脱模，一般情况下开模后塑件留在动模中；(3) 要考虑到塑件的尺寸精度要求并且要保证制件的表面质量；(4) 有利于模具的加工；(5) 有利于排气。 (a) (b) 图4.1分型面示意图 依据制件的结构首选的分型面的位置有上图 (a)、(b)两种，(a)(b)两方案分型面都在塑件的轮廓最大处，但

12、是(a)方案型腔在动模和定模中都有分布，很难保证其加工精度，同时有些尺寸也难以保证。而(b)方案中，能满足分型面的选择原则，使得型腔仅分布在动模侧，既保证了加工精度，也能保证尺寸精度。故分型面应该选择在(b)图所示的位置。4.2 浇注系统的设计普通的浇注系统由四部分组成，分别为主流道、分流道、浇口、冷料穴。对于浇注系统的设计，即是对这四个重要的组成部分的形式进行选择，并对其尺寸做出要求。由于其中的某些部分是标准件，故其尺寸大小也应该标准化。4.2.1 主流道的设计由表342可知G54-S200/400注射机喷嘴有关的尺寸如下所示：喷嘴圆弧半径:喷嘴孔直径：则主流道球面半径：mm,取19mm；主

13、流道的小端直径：，取4.5mm为了便于浇注凝料的取出，主流道应该设计为斜度在的圆锥孔，由d=4.5mm可以算出大端直径约为10mm；模腔内部压力对浇口套会产生反作用力，为了将其减小，出料端的端面直径应该尽量选小些，可取25mm。为避免加工过程中产生应力集中，在主流道出料端与浇口套接触处应设置圆角过渡，圆角半径可为2mm。根据XS-ZY125注射机的主要技术参数可知定位孔直径为100mm，根据定位圈设计的相关原则定位圈应该高出定模板(注意定位圈和浇口套为标准件)8。其大致图形如下： 图4.2主流道4.2.2 分流道的设计为了改变流体的流向主流道与浇口之间有一段通道，此通道即为分流道，分流道按其截

14、面的不同分为几种，此处可选用U形截面的分流道。分流道宽度b在内选取R取4mm ；h取5mm;取。 图4.3分流道 4.2.3 浇口的设计此塑件尺寸较小，模具采用的是一模两腔，对于溶液的充填要求较高，塑件的最大面积处为实体，考虑到塑件的形状选择采用侧浇口，侧浇口并不仅去除浇口很方便，而且不会影响制件的表面质量，不会留下很明显的痕迹。 l=(0.40.6)+b/2,取l=2 mm; 浇口深度t=0.52.0 mm,取 t=1.0 mm; 浇口宽度b=(0.60.9)A½ /30 mm, 取b=4 mm.图4.

15、4浇口4.2.4 冷料穴的设计在浇注过程中在最前端会产生冷料，冷料穴可以贮存冷料同时有助于拉出凝料。点浇口自动脱落装置可以很好的清除冷料，保证塑件的表面质量。在冷料穴的末端还要设计对应的拉料杆，在此模具中选择用推杆式的拉料杆，它是固定在推杆固定板上的，根据其拉料部分的形状的不同可以分为很多类型，此处选择Z字形的拉料杆，大致形状如图所示。 图4.5冷料穴5 模具设计方案的论证5.1 型腔数目及布局的确定塑件的外形是矩形的，结构比较简单，型腔可以对称分布，本模具采用的是一模两腔，型腔平衡分布在模板两侧。5.2 成型零件的结构5.2.1 凹模结构设计凹模的结构有整体式和整体嵌入式等，此塑件体积较小，

16、采用多型腔模故选用整体嵌入式凹模，镶嵌在定模板一侧。此种结构形式有利于节省制造模具的优质钢材，方便日后的更换和维修，减少成本。凹模镶块的大小设计应该注意流出足够的空间来安装冷却水道。5.2.2 型芯的设计型芯有整体式、整体嵌入式以及镶拼组合式三种形式，此处选用整体嵌入式。嵌入需要一定的装配方式，可选用最常用的台肩垫板式。每一制件有两个小型芯4mm以及一个大型芯44×28mm。两个小型芯可以安装在定模板上，大型心安装在动模板上。5.3 推出机构的确定简单的推出机构有三种：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构。根据此外壳的结构及外形形状可以看出其内腔是一个比较有规则的薄壁，故可以选

17、择推杆推出机构，根据零件的外形结构分析可知，由于塑件有两个突出的耳座，这给塑件的分型带来了一定的麻烦，需要设计斜滑块侧向分型的结构，侧向分型的作用力就要求由推出机构来提供，因此此处选用推杆是比较合适的。推杆推出比较平稳，由于大型芯尺寸较大，可以在其中部钻孔安装推杆。5.4 合模导向机构的设计为了保证动模和定模在合模过程中正确闭合，模具闭合后保证型腔尺寸和形状的尺寸精度，模具应设置一定的合模导向机构。最常用的导向机构是导柱导向机构，由于此塑件外形基本对称且无侧向压力，故可选用直导柱导向机构。此生产类型为大批生产，为提高模具的生产精度及寿命，可在模板中加设导套。设计导柱时还应注意以下问题：(1)导

18、柱的长度必须高于凸模端面68mm；(2)导柱的端面部分应设计有先导部分，先导部分可设计成球形或锥形，导套的前端也必须有倒圆角6；(3)此模具选用的是推件板，故导柱必须设置在动模侧；(4)导柱与导套的配合精度选用H7/f7或H8/f7。5.5 冷却系统的设计由于水具有热容量大，冷却效果好，成本低等优点，冷却介质一般都选择水。冷却水道的形式可选择沟道式冷却，此种方式结构简单，冷却效果好。对于型腔的冷却，沟道可环绕型腔布置必要时可设置多层(此模具可设置两层)，注意开设沟道时要避开安装在定模上的小型芯。大型芯的冷却可以采用隔板式管道冷却，隔板式冷却对隔板与孔的配合要求较高，防止隔板的随意转动。6. 主

19、要零部件的设计计算6.1 成型零件的成型尺寸计算成型零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接构成塑件的尺寸。平均值法是计算成型零件尺寸的一种重要的方法，此处就采用此方法，查实用模具设计手册得ABS的收缩率为，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取，成型零件尺寸计算见下表： 类别塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔尺寸计算大型芯的尺寸小型芯的尺寸中心距的尺寸表61 成型零件的尺寸计算 mm表格中相关字母的意义： 塑件的公差模具的制造公差，取/3 H型腔深度的最小尺寸 塑件中心距的基本尺寸6.2 模具型腔壁厚的确定 当熔体充满型腔的瞬间会产生最大的压力，故型腔需满足一定的强度和刚度的要求，本模具的凹模采用的是整体嵌

20、入式，因此可用组合式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S和型腔底板厚度T。6.2.1型腔侧壁厚度S的计算(1) 按刚度要求计算在熔体的压力作用下，塑件的侧壁会产生严重的弯曲变形，可以将侧壁看成是端部固定的梁，其每一部分受到的载荷都是相同的，分析梁的弯曲程度可知其弯曲变形最大的是梁的中间6，最大挠度是： 故：式中 矩形型腔的侧壁厚度； ; 型腔的侧边壁长，为40mm；承受熔体压力的侧高度，为36.5mm；型腔侧壁总高度，为40mm；塑料模具钢；模具刚度计算允许变形量，查相关资料得 (2) 按强度要求计算按端部固定梁的计算，应力最大是在梁的两端，其值为：相邻侧壁所受的拉应力为：总应力应小于模具

21、材料的许用应力，较小可略去，故有：式中 6.2.2 型腔底板厚度h的计算(1)按刚度要求计算假设型腔长边与支脚间距相等，则按刚度要求计算 式中：矩形底板的厚度；型腔侧壁短边长，为28mm；底板总宽度，为32mm；双支脚间距，为40mm。则(2) 按强度条件计算6.3标准模架的确定综合考虑以上各部件的设计及尺寸的确定，估算型腔模板的概略尺寸，查塑料模具设计指导资料选择标准模板的尺寸，选用P4型标准模架，标准模板的尺寸为。7 注射机有关参数的校核7.1 注射机注射压力校核ABS注射成型时所需注射压力为30MPa，注射机的额定注射压力为109MPa，额定注射压力大于注射成型时的压力，满足条件。7.2

22、 注射量的校核一个成型周期内注射所需的总注射量为：式中：型腔的个数，为4个；单个塑件的体积，为12.9；浇注系统凝料，约为95。注射机的最大注射量为，符合条件。7.3 锁模力的校核锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力9。注射机的锁模力是否符合要求，要看其是否满足关系式：式中：； 计算得 故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。7.4 安装尺寸的校核本模具采用的是型号为A425031545Z1 GB/T12556.11990的标准模架10，模具的外形尺寸为：；模具的闭合高度为：；查资料知G54-S200/400注射机动定模固定板尺寸532mm637mm，允许模具的最小厚度，最大厚度，则模具的闭合高度满足以下条件，故该模具满足G54-S200/400型螺杆式注射机的安装要求。7.5 模具开模行程的校核此模具是双分型面注射模，故开模行程是