线圈骨架注射成型工艺及模具设计

1、前 言本书根据从事塑料注塑模设计与制造的工程技术综合性应用型人才的实际要求，符合大 专模具设计专业的毕业生毕业设计需要所编写的，对初学注塑模设计者有一定的参考价值。 本设计共分七章，分别对设计题目的来源、设计意义、零件工艺性分析、工艺方案的确 定、模具结构及成型设备的选择、工艺计算、模具结构设计及校核、加工工艺等几方面进行 了阐述。本设计在设计过程中得到了 几位指导老师的大力支持和帮助，再此表示诚挚的感谢，由 于编者水平有限，收集资料有限，如果有不尽人意的地方，恳请读者不吝赐教，提出改进意 见。编 者 2006年5月1 绪论在高分子材料加工领域中用于塑料制品成形的模具称为塑

2、料成形模具简 称塑料模。塑料模优化设计是当代高分子材料加工领域中的重大课题。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量， 就具有决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺才、表面租脸皮、分型面、进与 排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品(或型材)尺寸精度和状 精度以及塑件的物理力学性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分 重要的影响。其次在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程 度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的彤响，除简易模具 外般说来制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率

3、的设备和先进的模具被誉为 塑料制品成形技术的“三大支柱” 。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件 使用要求和塑件外观造型要求、起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只 有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外塑件生产与产品更 新均以模具制造和更新为前提。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日 益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定之后，塑件质量的优劣及 生产效率的高低*模具因素约占80。由此可知，推动模具技术的进步应是刻不容 缓的策略。尤其大型塑料模的设计技术与制造水平，常可标志一个国家工业化的 发展程度。我国塑料模的发展极其迅速。 塑料模的设计技术、 制造技术

4、、CAD 技术、CAPP  技术已有相当规模的开发和应用。我国在塑料模设计技术和制造技术上，与发达 国家和地区有相当的差距。在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全， 质量尚不稳定。“八五”期间，国家组织了以中国钢铁总院为首的批钢铁企业，研究和开 发塑料模专用钢系列。现在塑料模用钢材、已形成了较为完善的体系，大致可分 为如下5种类型： 1)基本型 如 55 钢，使用硬度小于 20HRC，切削加工性能好。但模腔表面 积糙度差，使用寿命短。现已被预硬钢所代替。 2)预硬型 这类钢是在中、低碳钢中加入适且合金元素的

5、低合金钢，淬透性 高，加工性能好，调质后的使用硬度应为 2535HRC，属最大族系通用塑料模具 钢。其典型品种，如美国的P20钢。2 3)时效硬化型 这类钢是在中、低碳中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素 的合金钢、 耐磨性和耐腐蚀性忧于预硬钢， 经时效处理后， 硬度可高达4050HRC。 这类钢的典型牌号，如美国的P21、日本的NAK55等，多用于较复杂、精密塑料 模，或大批量生产长寿命塑料模。 4)热处理硬化型 这类塑料模具钢如美国的D2、日本的PD6l3 及PD555等， 模腔能达很高的镜面,并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具，经淬火和

6、回火 处理后使用硬度可达50一60HRC。 5)马氏体时效钢和粉木冶金模具钢 适用于要求高耐磨性、高耐腐性、高韧 性和超镜面的塑料模。这类钢如美国的PS钢、日本的HAP和 ASP钢均为采用 粉木冶金法制造的模具钢。机械技术与电子技术的密切结合日益更多地采用图形输出、数控数显、算 机程序控制的设计与加工一体化方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在上、 效率上产生一个新飞跃。集设计、分析与制造为一体。此外，激光造型与成型技 术，将在新产品开发中，显示出越来越重要的作用。模具标准化程度及其标准零件的制造规模与范围常可标志个国家的工业 化程度。使用标准架及其标准零件，可节省金属材

7、料30，降低成本25，对于 模具工业的发展具有十分重要的战略意义。如工业发达国家日本，塑料模标准件 全由专业厂生产，一般模具厂只是它的用户。我国塑料模的标准化，在国家标准GBT 416914169U一1984，GB T2555.1125551519N和GB12556112556219如等推动下，已取 得了长足进步。模具标准化的意义： 模具标准化，是指在模具设计和制造中肺遵循的技术规 范、基准和准则。其意义主要体现在如下几个方面： 1)模具标淮化的实施能有助于稳定、提高和保证模具设汁质量和制造户必须 达到的质量规范，使工业产品零件的不合格率减少到最低限度。 

8、;2)模具标准化可以提高专业化协作生产水平、缩短模具生产周期、提高模具制 造质量和使用性能。实现模具标准化后，模具标准件和标准棋架可由专业厂大批 量生产和供应。 3)模具标准化可使棋具工作者摆脱大量重复的一般性设计， 将主要精力用来改 进模具设汁、解决模具关键技术问题、进行创造性的劳动。 4)模具标准化，是采用现代化模具生产技术和装备、实现模具加入 CAM 技 术的基础。 5)模具标准化有利于模具技术的国际交流和组织模具出口外销。因此、模具标 准化对于提高模具设计和制造水平、提高模具质量、缩短制模周期、降低成本、 节约材料和采用高新技术，都具有

9、十分重要的意义。3 进入新的世纪，中国的模具发展事业正在随着国际潮流迎头赶上，此外，许 多研究机构 和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计周期 等方面作出了贡献。相信不久，我国的模具水平能达中等发达水平。4 第 1章 任务来源及设计目的意义 1.1 设计任务来源设计题目：线圈骨架材料：ABS。生产批量：中等批量。技术要求：未注公差取MT5级精度。零件图如 1­1 所示：图 1­1

10、 产品零件图 1.2 设计目的及意义本设计题目为普通零件罩盒，但对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义， 它概括了盒盖塑料零件的设计要求、内容及方向。通过对该零件模具的设计，进 一步加强了设计者注塑模设计的基础，为设计更复杂的注塑模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。5 第 2章 塑件的工艺性分析 2.1 塑件的原材料分析此塑件所采用的原料 ABS其产量大，用途广且价格低廉，属热塑性塑料。 此塑料综合性能好，所制塑件的冲击强度高，化学稳定性、电性能良好等优点， 是理想的绝缘材料；从成型性能上看，该塑料属于无定性料，流动

11、性中等，吸湿 性大，所以不易成型，必须充分干燥。尤其是表面要求光泽的塑件须长时间预热 干燥，宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度 250）对精度较 高的塑件，模温宜取5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取6080，因此在 成型时应该注意控制成型温度，浇注系统散热也应该缓慢不宜过快。 2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 2.2.1 结构分析：图2­1制件6 从零件图2­1上看，该零件总体为长方形，在两端部各有一个长25、13mm， 宽22、6mm的凸缘部分，中间有一个宽10、55mm长 13

12、mm的孔，因此在设计模 具时除了要在开模方向上抽芯外还要设置侧向分型与抽型机构。 2.2.2 尺寸精度分析：1   该零件图上未标注尺寸公差，故可按照塑件尺寸公差的MT5级处 理 ，故其重要的尺寸为， ， ， 由此分析可知，该零件尺寸精度中等，故 使模具相关零件的尺寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最小处为 (16-13.1)¸2= 1.45 mm，最大尺寸为 1.475mm，壁厚差为0.025mm，壁厚差很小，也有利于塑件的成型。 2.2.3 表面质量分析：由于该零件所给零件图上无特别严

13、格的要求，所以只要求没有缺陷，毛刺， 内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，较易实现。综上所分析的可以看出，注塑时在工艺参数控制较好的情况下，零件的成型 要求可以得到保证。 2.3 计算塑件的体积和质量：计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。计算如下：3 计算塑件的体积 ： V=2144、6 mm 3 计算塑件的质量 ： 查得 ABS的密度r =1、05kg/ m -3 故塑件的质量为 ： M=Vr =2144、6´1、05&#

14、180;10 =2、25g 因为该塑件的精度适中，故本模具采用一模两腔结构。  考虑其外形尺寸，注塑时所需压力等情况，初步选用注塑机XSZ 60 。 6 2.4 塑件注塑工艺参数的确定 9  查找有关文 献 及应用过程中的实际情况，ABS 塑料的成型工艺参数可作如下选择；（试模时，可根据实际情况作适当调整）7 注塑机的类型 ：螺杆式预热和干燥 ：温度（） 8095 时间（h） 45 料筒温度（）： 后段温度 ：150170 中段温度 ：16518

15、0 前段温度 ：180200 喷嘴温度（）： 170180 模具温度（）： 5080 注射压力（MPa）：60100 选100MPa 成型时间（s）： 高温时间 05 保压时间1530 冷却时间 1530 成型周期 4070 注塑时间（s）： 30 保 压 ： 选用72MPa 第 3章 注塑模的结构设计8 注塑模的结构设计主要包括：分型面选择、模具型腔数目的确定，型腔的排 列方式，冷却水道布局，浇

16、口位置设置，模具工作零件的结构设计，侧向分型与 抽芯结构的设计，推出机构的设计等内容。 3.1 分型面选择模具设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构。应根据分型面选 择原则和塑件的成型要求来选择分型面,分型面选择方案如图3­1和如图3­2所示。图3­1 分型面 图3­2 分型面图3­2只有一个A-A水平分型面，孔的成型则要用到侧抽芯机构，模具结构复杂， 制造成本高。该塑件为线圈骨架，表面质量无特殊要求，但在绕线圈过程中，端 面与工人的手指接触较多，因此两个端面最好自然形成圆角。此外该工件高度为&#

17、160;14、07mm，且垂直于轴线的截面形状比较简单和规范，若选图 3­1 的分型方式既 可降低模具的复杂程度，减少模具加工难度又便于成型后分件。 3.2 确定型腔的排列方式图3­3 型腔排列9 图3­4 型腔排列比较图3­3和图3­4可知，图3­3采用圆形四腔（或对称两腔）的排列，虽生 产效率高。但是此塑件有外侧向抽芯，不利于侧向抽芯。而图3­4的排列就给模具 设计与制造带来方便。故选图3­4的型腔排列方式。故本塑件在注塑时采用一模两 件，即

18、模具需要两个型腔。 3.3 浇注系统设计 3.3.1 主流道设计10   根据设计手 册 查得XSZ60型注塑机和喷嘴的有关尺寸：喷嘴前端孔径：do= Æ 4mm 3 喷嘴前端球面半径： Ro= 12 mm ；根据模具主流道与喷嘴的关系：R=Ro+ (12) mmD=do+ (0.51) mm取主流道球面半径 R= 13mm 取主流道小端直径 d=Æ 4.5mm 0 103&#

19、160;为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为， 经过换算得主流道大端直径 D=Æ 8.5mm  ，为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道 出料端设计半径 r= 5mm  的圆弧过渡。主流道如图3­5所示。10 图3­5 主流道 3.3.2 分流道设计分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速 率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容 易。根据截面形状为圆形的分流道，查表得 R= 4 mm 。

20、如图3­6所示：分流道图 3­6 分流道 3.3.3 浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用宽浇口比较理想。设计时考虑选择从线圈骨架的中间部分进料，料可由中间流向四周及两端， 3 在模具结构上也采用镶拼式型腔、型芯，有利于填充、排气。查 表 得直浇口的 d=2mm,D= 5mm  ，试模时修正。 3. 4 抽芯机构设计本塑件既有内孔，又有侧凹，内孔与脱模方向一致，便于脱模，而侧凹垂直 于脱模方向，故不便脱模，需要设置侧抽芯机构，本模具采用侧滑与斜导柱抽芯。 3.4.

21、1 确定抽芯距11 1 抽芯距一般应大于成型孔（或凸台）的深度，本模具中的抽芯 距  S 抽=Sc+（35）mm=16mm 3.4.2 确定斜导柱倾角斜导柱的倾角a 是斜抽芯机构的主要技术数据之一，它与抽拔力及抽芯距有直0 0 接关系。一般取 a = 15025 ，本模具中斜导柱的倾斜角为 a = 20 。 3.4.3 确定斜导柱尺寸斜导柱的直径取决于抽拔力及其倾斜角度，可按设计资料的有关公式计算， 经验估值，取斜导柱的直径 

22、MPa  d=Æ 15mm  。斜导柱的长度根据抽芯距，固定端板的厚度，斜销直径及斜角大小确定，其 计算公式为： L=L1+L2+L3+L4+ L5  由于上模板和上凸模固定板尺寸尚不确定，即 h  =25mm。 a 不确定，故暂选 ha 如果该设计中 h a 有变化，则修正L的长度 ，取 D=22mm，取L=65mm。 3.5 滑块与导滑槽设计 3.5.1 滑块与侧型芯（孔）的连接方式设计本设计

23、中侧向型芯机构主要是用于成型零件的侧凹，故考虑强度和装配问题， 采用组合结构。 3.5.2 导滑槽设计为了使模具结构紧凑，降低模具装配复杂程度，拟采用整体式滑块和整体式 导滑槽机构，为了提高滑块的导向精度，装配时可对导向槽或滑块采用配磨，配 研的装配方法。 3.5.3 滑块的导滑长度和定位装置设计由于抽芯距较短，故导滑长度只要求符合滑块在开模时的定位要求即可。滑 块的定位装置采用弹簧与台阶的组合形式。12 第 4章 成型零件结构设计 4.1 型腔的结构设计模具采用一模二腔的结构形式，考虑加工的难易程度和材料的价值利

24、用等因 素，型腔采用组合式。凹模型腔中采用了哈夫块式结构如图4­1所示。13 图 4­1 哈夫块根据分流道与浇口的设计要求， 分流道与浇口设在凹模型腔上， 其结构见图4­2 所示：凹模板尺寸确定，根据矩形凹模最小壁厚经验曲线可知，此塑件的成型压力 小于30 MP a 。尺寸可表示如下：图 4­2 凹模板 A=2a +22.5= 78.5 B=25+25+25+25+30+2b = 130 其中 a= 28m

25、m  b= 25mm  A取80mm B 取130mm 0 取 a = 30 ， 凹模高度 h=14+14+4= 32 mm4.2 型芯的设计：14 本塑件的型芯为矩形，可容易加工。图4­3所示。图4­3 第 5章 工艺计算 5.1 型腔和型芯的工艺尺寸计算此模具成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸，平均收缩率，平均制造公 差和平均磨损量来进行计算。 2 查手 册 得 ABS 的收缩率为

26、 H7 = 50mm  S = 0.3%0.8% ，故平均收缩15 S p = 0.5% 考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取 S z =/3表一 型腔和型芯工作尺寸计算5.2 模具加热与冷却系统计算本塑件在注射成型时不要要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统， 是否需要冷却系统可作如下设计计算：设定模具平均工作温度为 400  C，用 200  C的常温水作为模具冷却介质，其出口温度0 为 

27、30 C，产量为1008g/ h。 5.2.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量 Q3 16  5 查有关文 献 得：ABS的单位热流量为350J/ h。 Q3=W·Q2 =1008g/h´350J/h= 352800 J5.2.2 求冷却水的体积流量 V WQ 352800J ´ 104 /60 3 1 V=3=0.61´ 104m /m

28、in 3 Pc 1(t1-t )10´4.187´10´(30- 20) 2 第 6章 模具闭合高度的确定 6.1 选择模架 在支撑板与固定零件的设计中，根据有关标准模 架  4 A 4 ，结构如图7­1所示，组合和具体调整：可取17 图 7­1 模架定模板厚度 H1 = 20 mm斜楔块厚度 H2 = 28.5mm 型腔板厚度 H3&#

29、160;= 32 mm推件板厚度 H4 = 10mm 型芯固定板厚度 H5 = 20 mm垫板厚度 H6 = 15mm 模板垫块 H7 = 50mm 模具的总闭合高度： H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+ H 7 =20+20.8+32+10+20+15+50 =175.5mm 6.2 校核注塑机的开合模空间 6.2.1 模具合模时校核 70mm<175.5mm&l

30、t;200mm 故符合要求。 6.2.2 模具开模时的校核 70mm<175.5mm15mm<200mm 模具开模符合注塑机要求。18 第 7章 注塑机有关参数的确定与校核本模具外形尺寸为 150mm<160mm<175.5mm,XS­Z­60 型注塑机模板最大安装 尺寸为350mm<280mm 由上述计算知，模具闭合高度为175.5mm, XS­Z­60型注塑机的最小模具厚度 为70mm，最大厚度为200mm。7.1 模具合模时校核 70mm<175.5mm<200mm 7.2 模具开模时的校核19 70mm<175.5mm15mm<200mm 其中：15mm为模具的抽拔距。经校核XS­Z­60型注塑机能满足使用要求故可以使用。第 8章 编写主要工作零件加工工艺规程 在此仅对成型零件型芯、型腔的加工工艺进行分析。 8.1 型芯的加工工艺型芯的加工工艺过程见表二表二 型芯的加工工艺过程20