毕业设计论文-家用五孔插座上壳盖注塑模具设计

桂林理工大学大学生优秀毕业设计论文绪论塑料是一种高分子材料，塑料材料在我们日常生活的各个领域中被广泛应用，从工业、农业、交通运输到国防建设，比如在机械制造、汽车制造、家电制造、电子仪表、邮电通信、食品、电子通信、日用百货等方面的应用也日趋普及，这些都离不开塑料模具。在高分子材料加工领域，用于塑料制品成型的模具称为塑料成型模具，简称注塑模。按照塑料制品的成型方法，注塑模可以分成很多类型，应用最广泛的就是注射模。注射模是将加热完成的粒料通过注射机的螺杆或活塞，使料筒中的塑料塑化成熔融状态，通过注射机的喷嘴与模具的浇注系统注入到模具型腔，冷却，保压，成型符合要求的塑料制件的模具。1.1本课题研究背景和意义所有高分子材料中，塑料的应用与人们的生活和技术密不可分。高分子材料早在19世纪五六十年代就已经出现，并实现工业化生产。随着科技的飞速发展，塑料的种类不断增加，性能也各有差异，即使同一类型的塑料，在不同温度、压力下，表现的性能也各不相同，在选择塑料进行成型加工时，要根据其自身特性，在合理的温度、压力和时间条件下，完成加工要求。塑料的成型加工与模具技术密不可分，塑件主要是靠成型模具获得的，它的质量的好坏和成本的高低基本上是由模具的结构、质量、精度和使用寿命决定的。模具的加工精度、表面粗糙度、成型零部件的结构等因素都会决定制件是否符合要求。目前，制件的大批量生产、制件不可避免的复杂结构也层出不穷，单一的模具结构、模具型腔已经不能满足生产、生活的需要，所以，巧妙的模具结构、大型多级进工位模、大型复合模、一模多腔，甚至一模几百腔等高效模具也得到了实现。塑料成型加工和模具技术是一门不断发展的综合科学，它不但随着高分子材料合成技术的提高，成型技术、成型设备的提高，而且也随着计算机技术、软件模拟技术的提高，塑料成型加工和模具技术得到了飞快的发展。随着塑料成型原理研究的不断深入，且塑件向大型化、复杂化和精密化的发展，模具设计制造已经由传统的经验设计转向理论设计、数值模拟的方向发展。模具产品继续向着更大型、更紧密、更复杂的方向发展，技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，利用CAD/CAE技术，大大提高了模具设计的效率，也提高了模具和塑件的质量。同时，塑料模具的标准化程度及其标准零件的制造规模及范围，也对减少模具加工周期、节省材料、降低成本、适应大规模批量化生产具有很重要的意义。1.2国内外研究现状1.2.1国内研究现状技术含量较低的模具已经供过于求，而技术含量较高的中、高档模具还远不能够满足社会的需求，这就是我国模具产业的发展现状。目前，对于一些精密制件，要求的精度很高，但是模具的制造加工精度无法满足要求，导致制件的精度降低。另外，模具加工的设备落后也是模具精度达不到要求的重要因素。所以，我国出口的模具由于技术和人才等方面的因素制约，都相对集中在中低端的模具制造领域，在世界市场上的话语权并不大。模具工业的总体水平依然远落后于发达国家，与国际先进水平相比，存在很大的差距。另外，模具的产出量依然满足不了广大的模具市场的需求，国产模具对市场的满足率达不到80%，特别是针对模具技术含量较高的中、高档模具，满足率还不到60%。除此之外，我国模具标准化程度为20%-30%，远远不及工业发达国家模具制造的标准化程度，大多数模具加工工厂，规模小，先进设备较少，很多零件都是自己加工，导致加工周期增加，加工精度不高，反而成本高。这些问题已经严重制约了我国模具产业的可持续发展，已经成为了模具产业发展道路上的一块绊脚石。1.2.2国外研究现状国外，尤其是欧美等发达国家的模具工业起步比我国早，发展速度远超我国，他们的生产管理技术和加工生产经验也特别先进。在欧美等发达地区，许多模具企业把一些高新技术应用在模具设计和制造的过程中，主要体现在：1)CAD/CAE/CAM/ERP技术被广泛使用，提高了模具加工成形的可行性和可靠性；2)高速切削、先进加工设备的出现和五轴高速等加工技术日益普及，很大程度上缩短了模具制造周期；3)快速成型技术和快速制模技术得到普遍应用；4)从事模具行业的人员精简，一人多职，精益生产；5)模具产品专业化，市场定位准确；6)先进的管理信息系统的使用，更快更完善地实现了集成化管理；1.3本文的主要工作本文主要对家用五孔插座上壳盖的注射模具进行简单的介绍，利用AutoCAD绘制模具二维零件图、装配图，用Pro/E绘制模具三维图，其主要内容如下：第2章主要是对塑件原料聚碳酸酯（PC）进行成型特性与工艺参数的确定，了解PC的注射工艺参数。第3章主要是对塑件的结构工艺性进行分析，分析塑件尺寸精度及表面质量，确定尺寸公差等级以及各尺寸的尺寸公差；分析塑件的壁厚、圆角、脱模斜度、孔等结构，确定塑件工艺性；最后是对塑件的生产批量进行分析。第4章是注塑机的选择。首先是计算出塑件的体积、质量、型腔数目，初选注射机，确定注射成型工艺参数，注塑机参数。第5章是注塑模具的结构设计。主要是分型面的选择，浇注系统、成型零部件的设计、基本结构零部件的设计以及脱模机构、侧抽芯机构等模具结构的设计。第6章主要是对成型零部件的设计计算，确定各个尺寸公差，通过确定型腔板尺寸，确定标准模架，并对侧抽芯机构各零件尺寸进行计算。第7章是对模具和注塑机的校核，包括锁模力、注射压力、注射量、安装尺寸和开模行程的校核。第8章主要是绘制模具装配图，在图纸上更直观地展现模具的结构和其工作过程。 2材料的成型特性与工艺参数2.1聚碳酸酯的成型特性聚碳酸酯是一种综合性能良好的热塑性工程塑料。PC具有良好的好透明性，密度为，原料为无色透明的颗粒。适于制作仪表小零件、绝缘透明件和耐冲击零件。1）无定形塑料，成型温度范围很宽，具有很好的热稳定性，只有温度超过330℃才会被分解产生无腐蚀性、无毒的气体。2）吸湿性极小，但是水敏性强，注射成型之前必须对其进行干燥处理。3）流动性差，溢边值为0.06mm左右，温度对它的流动性影响很大，但是冷却速度快。4）成型收缩率小，成型条件适当，塑件尺寸可以控制在一定公差范围内，塑件尺寸精度高。5）易产生内应力，可能发生开裂，所以成型条件需要严格控制，塑件宜采用退火处理消除内应力。6）熔融温度比较高，粘度高，对体积较大的塑件宜采用螺杆式注塑机进行成型；喷嘴需要加热。7）塑料对剪切作用敏感。浇注系统最好设置设冷料穴，塑件脱模时推出要均匀，避免损坏塑件质量，模具材料选择时，应选用耐磨性好的材料，并淬火处理。8）塑件壁厚不能太薄，也不能太厚，应均匀，除塑件本身结构外避免采用尖角，以免造成应力集中，如果有金属嵌件时，必须对嵌件进行预热处理，、温度宜用110℃～130℃。2.2聚碳酸酯工艺参数聚碳酸酯的密度是1.02～1.05g/cm³，成型收缩率为0.5～0.7%，干燥条件为110～120℃8小时，可在-60～120℃下长期使用。宜在高料温、高模温和高压慢速条件下成型，模温控制在80～110℃较好，成型温度在280～320℃为宜。2.3本章小结本节主要对聚碳酸酯（PC）进行成型特性与工艺参数进行详细的分析，主要针对PC材料特性、物理及加工特性进行详细说明，为后面的塑件结构分析，模具结构的确定做好准备。3塑件的结构工艺性分析用游标卡尺量取塑件各个结构尺寸，绘制塑件二维图，三维图。图3-1塑件二维图图3-2塑件三维图3.1塑件的尺寸精度及表面质量3.1.1塑件精度及公差该塑件只需保证与下壳盖的基本配合，其他的尺寸精度并无特殊要求，确定所有的尺寸均为未标注公差的自由尺寸，查《塑件成型工艺与模具设计》表3-2得塑件材料聚碳酸酯所选用的公差等级为MT5。查《塑料成型工艺与模具设计》表3-1塑件尺寸公差表(GB/T14476)，查取塑件主要尺寸公差。下表3-1所列为塑件主要尺寸的公差要求。表3-1塑件主要尺寸的公差要求单位mm部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差外形尺寸86内形尺寸822422102620.51457.5130.2Φ658.511孔边距7455±0.1252020±0.22孔尺寸Φ6孔边距66±0.12232525±0.25424747±0.322499±0.1475.55.5±0.1221515±0.19部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差孔尺寸8孔边距7.57.5±0.14R31919±0.2211717±4.5±0.12——2121±0.22——2222±0.22——88±塑件表面粗糙度分析该塑件外表面要求外观光洁，色彩均匀，不允许有成型斑点和熔接痕，取外表面Ra为0.8μm，而塑件内表面粗糙度并无特殊要求，取Ra为。3.2塑件形状和结构分析3.2.1塑件壁厚分析各种塑件，为了满足使用要求都具有一定的厚度，从而保证塑件本身的力学强度。塑件壁厚的最小尺寸除了要具备有足够的刚度和强度之外，在脱模时能够经受推杆或者推件板的振动和冲击。3.2.2塑件圆角分析除塑件本身结构外避免采用尖角，尽可能采用圆角，避免因尖角造成应力集中，从而塑件的强度得以提高，同时，利于熔体的流动，塑件推出时方便。塑件采用圆角结构，与之对应的模具型芯、型腔等成型部分也是圆角，这样也避免了模具上的应力集中，保证了模具的刚度、强度，避免了模具在淬火或使用时因应力集中而产生的裂开，该塑件外围边缘圆角R=2mm，未标注圆角半径R=1mm。3.2.3塑件上孔的分析塑件上的孔一般可分为通孔和盲孔。塑件中开关孔、三孔插孔、两孔插孔以及侧面方孔的孔边距很大，满足要求；只需确定R3通孔和Φ2盲孔孔边距是否满足要求，因两个孔之间存在一个Φ6的圆柱凸台，增加两者的强度，满足要求。通孔深度不能太大，一般不超过孔径的3.75倍，否则型芯会弯曲。图中R3处孔深度为2mm＜3.75×6，满足要求；注射成型时，盲孔的深度应小于4d(d为孔径)，盲孔Φ2的深度2mm＜4×2，满足要求。3.2.4塑件脱模斜度的分析为了使塑件从模具内顺利取出，防止塑件与模具粘连以及塑件表面产生划伤等，塑件的内外表面沿脱模方向都应设计脱模斜度。查《塑料模具设计制造与资料汇编》表7-12，查出PC材料，型腔脱模斜度为35′～1°，型芯的脱模斜度为30′～50′，确定塑件的脱模斜度为1°。 3.3塑件的结构工艺性分析1）从图1-1上看，该塑件外形为四方壳罩，圆角过渡，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求；2）塑件型腔较大，有形状规则的方孔、通孔、盲孔等，它们都符合最小孔径的要求；3）塑件型腔存在两个用于连接时所需的孔，均符合最小孔径要求；4）塑件侧面有一个用于与下盖连接的方孔，需要考虑侧向抽芯分型装置；5）为了便于塑件的顺利脱模，在塑件内表面设置1°的脱模斜度；6）塑件内部另一侧面排列着两组尺寸较小的内凸，且每个突起间距较小，横截面为三角形，并无圆角，需要考虑镶块成型，并且成型内凸镶块中间部位存在一个固定夜光装置的孔，这个小孔也是需要在镶块上成型的。3.4塑件的生产批量分析注塑模具材料的选择、注塑模具结构的确定很大程度上取决于塑件的生产类型。若塑件为大批量生产，模具的价格在整个生产加工费用中所占比例则相对较小，在模具设计时，延长模具使用寿命、提高生产效率就显得尤为重要，所以模具设计时，要尽可能设计结构相对复杂、一模多腔、高精度、自动化程度高、使用寿命长的模具，若塑件生产批量为小批量，则模具价格所占的比例会增大，采用结构、制造简单的注塑模具，达到降低模具的成本的要求。该塑件的生产批量为大批量，采用一模多腔的塑料模具。3.5本章小结本章节主要是对塑件的结构工艺性进行详细地分析，包括塑件的表面粗糙度、壁厚、孔边距、圆角以及脱模斜度等进行分析确定，同时根据精度等级确定塑件尺寸的公差。4注射机的初步选择4.1确定塑件的体积与质量通过Pro/E三维造型，查得插座上壳盖的体积V=25.9cm³，PC的密度ρ=1.04g/cm³，所以，塑件的质量为（4-1）式中：ρ为PC的密度，V为插座上壳盖的体积。4.2确定型腔数目模具型腔数量确定依据塑件本几何形状法人复杂程度和生产批量。由于该塑件两侧分别有侧孔和内凸，加上塑件本身结构相对复杂，塑件表面有较高的粗糙度要求，型腔数目不宜设计过多，但考虑到塑件的生产批量以及模具需要采用镶块成型，所以设计采用一模两腔的结构。型腔平衡布置在型腔板两侧，这样方便侧抽芯的实现、浇口、流道的布置，有利于模具的平衡。4.3确定注射成型工艺参数根据塑件的材料聚碳酸酯（PC）的特性以及塑件结构特点，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表7-27初步确定塑件的成型工艺参数，见表4-1。表4-1塑件的模塑成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度110～120℃成型时间/s注射时间20～90时间8～12h保压时间0～5料筒温度/℃后段210～240冷却时间20～90中段230～280总周期40～190前段240～285螺杆转速28r/min喷嘴温度/℃240～250后处理方法红外线灯、鼓风烘箱模具温度/℃90～110温度/℃100～110注射压力/MPa80～130时间/h8～124.4确定模具温度及冷却方式聚碳酸酯塑料粘度高，对剪切作用敏感，浇注系统设计时应设计冷料穴。模具温度对塑件的质量存在较大影响，模具需要加热，如果模温低会影响其伸长率、收缩率、抗冲击强度大，但假如模温超过120℃，塑件的冷却缓慢，易黏模，导致脱模困难，延长了成型周期，无法保证塑件质量。该塑件厚度为2mm，模温取80～120℃为宜。聚碳酸酯的流动性差，温度对其流动性影响较大，熔融温度较高，粘度高，对剪切作用十分敏感，塑件质量很容易受到模具温度影响，另外由于塑件结构复杂，塑料充满型腔、冷却保压后塑件的各个部分塑料状态不同，再加上PC的冷却速度快，塑件壁厚为2mm，属于薄壁塑件，在模具设计时，不采用冷却方式，使塑件在模具内冷却。4.5注射机的确定该塑件采用注塑成型的方法，模具采用一模两腔的结构，计算出一次成型注射量所用的塑料量为：（4-2）式中：W为一次成型注射量，w为一腔的塑料量，w废为浇注系统凝料。根据一次成型注射量的分析以及考虑塑料的特性、塑件的结构、注射工艺参数及生产批量等因素，参考《塑料模具设计指导与资料汇编》表7-31，初步选择注塑机型号为SZ-100/80螺杆式注射机（经后面第7章中对注射机各个参数的校核，SZ-100/80型螺杆式注射机能满足注射压力、安装尺寸、锁模力、开模行程、注射量等要求，所以确定注射机型号为SZ-100/80型螺杆式注射机）。SZ-100/80型螺杆式注射机的主要技术参数，见表4-2。表4-2SZ-100/80型注射机主要技术参数序号主要技术参数项目数值参数1螺杆直径/mm352最大注射量/cm³1003注射压力/MPa1704锁模力/kN8005拉杆间距/(mm×mm)320×3206最大模具厚度/mm3007最小模具厚度/mm1708最大开模行程/mm3059喷嘴前端球面半径/mm1010喷嘴孔直径/mm411定位圈直径/mm1004.6本章小结该章节主要是计算塑件体积和质量、确定型腔数目及确定PC塑料所使用的合适的模具温度冷却方式，最后初选注射机，记录注射机成型工艺参数。5注塑模具结构的设计注塑模基本结构是由动模、定模两部分组成，动模部分是通过动模座板安装在注射机的移动模板上，定模是通过定模座板安装在注射机的固定模板上。注塑模结构设计包括成型部件、浇注系统、导向机构、脱模机构、侧向抽芯机构，温度调节系统、排气系统等几个部分设计。5.1分型面的选择注塑模具动模、定模两个部分的分界面是分型面，是打开模具取出塑件和浇注系统凝料的面。分型面的形状应尽可能为平面。分型面应位于塑件截面尺寸最大的部位，是分型面选择的首要原则，同时遵循分型面的其他选择原则，确定分型面如图5-1所示：图5-1分型面的选择示意图5.2浇注系统的设计浇注系统是将熔融的塑料平稳有序的填充到模具型腔，并在塑料填充、冷却的过程中，把注射压力平稳的传到型腔的每个位置，从而获得组织致密、外形清晰的塑件。在整个塑料成型过程中，起到塑料流通，分配注射压力的作用。浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。考虑到塑件外观要求较高，不允许出现熔接痕和斑点，同时模具采用一模两腔的结构，PC材料的流动性较差等原因，浇口采用加工容易、修整方便、去除方便、浇口痕迹小的侧浇口，模具采用单分型面注塑模。浇注系统的设计如图5-2所示。图5-2浇注系统设计5.2.1主流道和定位圈的设计主流道一般位于模具中心线上，是熔体最先流经模具的部分。工作时，主流道与热的注射机喷嘴持续接触，反复接触具有一定压力和温度的塑料熔体，同时开模取出塑件，如此冷热交替循环，属于易损件，对材料要求较高，所以该模具设计时，主流道采用可拆卸方便更换的浇口套。喷嘴前端球面半径SR0=10mm，喷嘴孔直径d0=4mm,定位圈直径为100mm。为了避免主流道与喷嘴接触时溢料，主流道与喷嘴之间的关系为：(5-1)式中，SR为主流道球面半径，SR0为喷嘴前端球面半径，(5-2)式中，d为流道小端直径，d0为喷嘴孔直径，因此，取=12mm，深度为3～5mm，取4mm，小端直径d=4.5mm。为了让主流道凝料能顺利地从浇口套中拔出，主流道应设计成圆锥形，其锥角为2°～6°，该设计取其斜度为4°。同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=2mm的圆弧过渡。为了补偿在注射机喷嘴冲击下浇口套的变形，将浇口套的长度设计的比模板厚度少0.02mm。为了避免浇口套外圆盘轴肩淬火开裂和应力集中，转角半径R取3mm。如图5-1所示。图5-3浇口套与定位圈的设计定位圈是安装模具时起定位作用的，定位圈外径由注射机定位孔直径确定，注射机定位圈直径为100mm，一般定位圈高出定模座板表面5～10mm，由M6～M8的螺钉固定在模具定模座板上。5.2.2分流道的设计 分流道的截面形式有很多种，常见的有圆形、U型、梯形等。U型截面加工容易，效率高，且容易脱模，故采用U型截面。U型截面分流道的宽度b一般为5～10mm，该设计采用宽度b=8mm,半径R=3mm，深度h=5mm,斜度=5°～10°，该设计取10°。绘制分流道截面结构设计如图5-3所示。图5-4分流道截面结构图为了增加分流道与模具接触的外层塑料的流动阻力，使外层塑料较好的形成绝热层，分流道内表面粗糙度一般取0.4μm。5.2.3浇口的设计塑件外表面要求有较高的表面质量，浇口位置不能设计在塑件外表面。根据塑件结构以及模具分型面等因素，选择侧浇口。侧浇口一般开设在分型面上，从型腔端面进料，加工容易，浇口痕迹小，适合该塑件的模具设计。侧浇口的截面采用典型的矩形截面，浇口搭接在塑件底侧中间位置，去除凝料时不会在塑件外壁留下浇口痕迹，不影响塑件外观。侧浇口的设计如图5-4所示。图5-5侧浇口的设计中小型塑件侧浇口t=0.5～2mm，取t=1mm，有搭接存在时，浇口长度L=2.0～3.0，取L=3mm，浇口宽度b如下式：（5-3）式中，k为塑料系数，PC取0.7，A为塑件外侧表面积，mm²，t为浇口套深度，mm。搭接部分的长度L-l=b/2+(0.6～0.9)=2mm。5.2.4冷料穴和拉料杆的设计塑件推件方式为推件板推出，主流道的冷料穴开设在主流道对面的推件板上。采用球头拉料杆的冷料穴，同时也利用塑件对球头的包紧力，让塑件更可靠的留在动模部分，位置设置在主流道末端。冷料穴的直径与主流道大端直径相同或略大一些，取拉料杆直径为6，取深度为直径的1～1.5倍。冷料穴与拉料杆设计如下图5-6所示。图5-6冷料穴与拉料杆的设计5.3成型零部件设计成型零部件通常包括型腔、型芯、成型杆、螺纹型芯和螺纹型环。该塑件模具成型零部件的设计主要是型腔、主型芯、侧型芯和嵌件的设计。5.3.1型腔布置在保证分流道的流程短以节省塑料、模具结构紧凑、模具正常工作的前提下，采用取件方便的模具型腔布置。该模具设计采用一模两腔，型腔平衡放置在型腔板的两侧，模具需采用侧抽芯结构，如果考虑侧抽芯分布在两边，型腔的加工难度会增加。考虑到加工性，模具的两个侧抽芯结构放在同一侧。5.3.2成型零部件结构设计成型零件和高温高压的塑料反复接触，塑件的质量会受到直接的影响，所以要求成型零部件表面应美观光滑，一般取粗糙度为0.4μm，同时也要求成型零件具有足够的强度、硬度、刚度和耐磨性，该设计采用预硬型优质塑料模具钢，预硬化钢最宜制造塑件形状复杂的塑料模具，使用硬度一般在30～42HRC范围内。成型零件的材料均选用3Cr2Mo，它的综合力学性能好，淬透性好，另外，模具表面光洁度高，有很好的抛光性。模具型腔是用来成型塑件外表面的，塑件采用大批量生产，为了节省材料，降低模具制造成本，采用便于热处理、便于日后更换维修的整体嵌入式凹模。镶块外部为方形柱体，采用H7/m6的过渡配合嵌入到模具中。镶块外部采用轴肩，嵌件从模具定模部分嵌入，用另一块起支撑作用的模板和螺钉将其固定。型芯用于成型塑件的内表面，通过对塑件结构的工艺性进行分析，采用组合式型芯，即节省优质钢材，又减少加工工作量，成型塑件内壁的大型芯装在动模板上，成型夜光孔和塑件外表面内边框的型芯装在定模板上，与定模镶块一起加工。型芯与动模板采用台阶连接，动模板与动模垫板之间采用螺钉连接。5.3.3排气系统的设计塑料熔体充满模具型腔前，浇注系统和型腔内充满气体，为了保证塑件表面质量，必须将气体顺利排出，PC的流动性差，溢边值为0.06mm，粘度高，采用排气槽排气和间隙排气。排气槽开设在分型面凹模一侧，宽度一般取1.5～6mm，查《塑料成型工艺与模具设计》表4-11得深度为0.01～0.03mm。除了设置排气槽外，还利用模具分型面和模具零件间的间隙自然排气，间隙值的大小和排气槽一样，在0.02～0.05mm范围内选择。5.4基本结构零部件的设计结构零部件设计包括支承零部件设计和导向机构设计。5.4.1支撑零部件设计动、定模座板与注射机的动、定模固定板相连。动、定模座板在成型过程中传递合模力并承受成型力，为了保证足够的刚度和强度，其厚度不小于3mm，座板材料选用碳素结构钢或合金结构钢，经调质硬度可达28～32HRC。固定板用于固定成型零部件、合模导向机构和推出脱模机构，一般采用碳素结构钢制造。支撑板是防止固定板固定的零件移动脱出，承受一定的成型压力，一般用中碳结构钢或中碳合金钢，经调质硬度可达28～32HRC。该模具设计时选用的支撑件是垫块。垫块是为推出脱模机构创造推出空间，也用来调节模具高度，满足模具安装要求。垫块材料一般为中碳钢，也可用Q235等，与动模座板和动模支承板之间采用螺钉连接。5.4.2导柱导向机构设计导向机构用于保证动、定模之间开合模导向和脱模机构运动导向。在模具型腔周围设置2～4对互相配合的导柱导套，导柱设在动模、定模均可，设置在主型芯周围。该模具设计采用直导柱，带头导套的结构。导柱与导套配合，导向段与导套间采用间隙配合H7/f6，固定段与模板间采用过渡配合H7/k6或H7/m6。导套与模板为较紧的过渡配合，带头导套一般用H7/k6。5.5脱模机构的设计分析塑件外形，塑件属于罩壳类，采用推件板脱模，不仅推出均匀，推出力大，运动平稳，还可以保证塑件表面质量要求。5.6侧向分型抽芯机构设计塑件侧壁存在与下盖配合安装的方形孔，为了完成侧型芯的抽出和复位机构的动作，采用结构简单、制造方便、动作可靠的斜导柱侧向抽芯机构。斜导柱安装在定模、滑块安装在动模部分的结构。侧型芯单独加工，节省材料，然后嵌入滑块，两者之间用销钉固定。在开模、合模的过程中，斜导柱用于驱动滑块沿着导滑槽的往复运动，斜导柱固定段与模板之间采用H7/m6的过渡配合，与滑块导柱孔之间保留0.5～1.0mm的间隙。侧向抽芯分型机构动作时，滑块固定在动模部分，与导滑槽采用H7/f7的公差配合，以保证滑块的平稳运动，才能保证侧型芯的可靠抽出和复位，该设计采用的是T形槽，安装在推件板上，滑块的导滑长度设计时，要大于滑块宽度的1.5倍，高度也要为滑块宽度的2/3，才能保证抽芯时滑块平稳运动，不发生偏斜。滑块的定位装置采用限位挡块，为了保证开模后滑块能停留在与斜导柱分离的位置，不任意滑动，合模时，斜导柱伸出部分可以准确可靠的插入滑块的斜导孔内，这样可避免模具的损坏，采用限位挡块适用于模具任何方向的侧抽芯。滑块的锁紧是由楔紧块完成的，楔紧块代替斜导柱承受侧型芯的推力，该设计采用整体嵌入式的结构，可避免材料的浪费，刚性好，装配维修时简单方便。5.7嵌件的设计塑件内表面侧壁排列着两组三角形内凸、U形孔以及固定夜光的小孔，这些结构需要在主型芯上设置一个镶块来成型，注塑成型前，先把嵌件放入到模具中，再进行注塑成型，嵌件与主型芯配配合完成塑件内表面的成型。嵌件的形状需要尽量对称、简单，把嵌件上的尖角倒成圆角，这样对塑件的成型和强度都有利。嵌件与主型芯的固定用L的结构固定，这样可以避免嵌件前后左右移动，同时采用H7/h7的公差配合，保证塑件内表面质量，同时嵌件长度方向的尺寸小于型芯最大成型尺寸，采用H7/h7的公差配合，利用嵌件宽度方向来实现定位。利用两种方式的定位来实现嵌件的定位。5.8模具温度调节系统模具型芯有金属嵌件，应预热，预热温度一般为110～130℃，必须设置加热系统。该模具设计采用结构简单、制造容易、温度调节范围大的电热棒加热装置。5.9本章小结本章是模具结构的基本确定。模具结构主要是由塑件形状决定的，通过前面对塑件的分析，首先是确定分型面，后面主要是对模具的结构，如浇注系统、成型零部件、基本结构零部件和排气系统的设计，最后是成形侧孔的侧抽芯结构、镶块的设计。6主要零部件的设计计算6.1成型零件的成型尺寸计算该塑件的成型零件尺寸按照平均值法计算，PC的收缩率为0.5%～0.7%，取平均收缩率Scp=0.6%=0.006，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差δz=/3,χ=0.75。成型零件尺寸计算见表6-1。表6-1成型零件尺寸mm类别零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔计算定模镶件型芯计算主型芯侧抽芯嵌件类别零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型芯计算嵌件中心距计算定模镶块2±0.12.01±0.035±0.125.03±0.047±0.147.05±0.0560±0.3760.36±0.133.5±0.123.52±0.04主型芯6±0.126.04±0.0420±0.2220.12±0.0719±0.1919.11±0.0715±0.1915.09±0.067.5±0.147.55±0.059±0.149.05±0.055.5±0.125.53±0.0422±0.2222.13±0.0717±0.1917.10±0.0621±0.2221.13±0.07主型芯4.53±0.0430.18±0.08侧抽芯7±0.147.04±0.05嵌件8±0.148.05±0.0525±0.2525.15±0.0847±0.3247.29±0.111.5±0.11.51±0.036.2模具型腔壁厚的确定塑料模具型腔在一定温度和压力下工作，必须具有足够的刚度和强度。该模具设计时，需要对型腔刚度和强度进行校核。模具采用整体嵌入式结构，确定型腔壁厚时可以按照整体矩形型腔计算，如图6-1所示。6.2.1型腔侧壁厚度的计算图6-1整体式矩形型腔按图所示，型腔厚度h=24mm，型腔长度、宽度l=b=86mm。按刚度条件计算：S≥==1.29mm（6-1）式中，c由h/l决定的系数，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表9-22得c=0.93;p为型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取35MPa;h为型腔深度，h=24mm;E为模具钢的弹性模量，预硬化塑料模具钢E=2.2×105MPa;[δ]为模具刚度许用变形量，查《机械零件设计手册》得[δ]=25i2=25×（+0.001l）=29.48mm。按强度条件计算：S≥==14.95mm（6-2）式中，p为型腔内最大熔体压力，取p=35MPa;h为型腔深度，h=24mm;W为抗弯截面系数，h/l决定，查《塑料成型工艺与模具设计》表4-6得W=0.108；为型腔的边长比，=b/l=1;为模具强度计算许用应力，预硬化塑料模具钢=300MPa。6.2.2型腔底板厚度的计算按刚度条件计算（6-3）式中，由型腔边长l/b决定的系数，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表9-23得=0.0138；p为型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取35MPa;b为型腔宽度，b=86mm;E为模具钢的弹性模量，预硬化塑料模具钢E=2.2×105MPa；[δ]为模具刚度许用变形量，查《机械零件设计手册》得[δ]=25i2=25×（+0.001l）=29.48mm。按照强度条件计算（6-4）式中，α′由型腔长度与型腔宽度之比l/b所决定的系数，查《塑料成型工艺与模具设计》表4-7得α′=0.3078；p为型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取35MPa;b为型腔宽度，b=86mm;为模具强度计算许用应力，预硬化塑料模具钢=300MPa。通过上面刚度、强度的计算，确定型腔壁厚要求S≥14.95mm，T≥16.29mm。6.3标准模架的确定综合考虑该模具结构设计时采用一模两腔平衡布置、侧浇口一次分型结构、型腔的壁厚、塑件尺寸大小、侧向抽芯机构的设置等因素，大概估计型腔模板尺寸，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表8-27选取标准模板的尺寸为350mm×270mm×50mm，选用A4型标准模架，标记A4-250350-58-Z2（GB/T12555-2006）。6.4成型部分零件图根据塑件成型尺寸的计算，以及各个结构成型的位置，绘制二维零件图。6.4.1定模镶件零件图定模镶件主要用于成形塑件的外表面，与此同时，定模镶件上也有型芯，用于成型外框、开关阶梯孔、夜光大孔的型芯，这些都是需要在定模镶件上成型的，根据确定好的模架尺寸，绘制嵌入式的定模镶块的二维零件图，如下图6-2所示。图6-2定模镶件二维零件图6.4.2型芯零件图型芯主要由三个零件组成，嵌件、主型芯和侧型芯。嵌件是放在主型芯内部的成型结构，用来成型塑件的六个三角形的内凸、夜光的小孔和U型的凸台，采用L的装置与主型芯固定，与主型芯一起配合完成注射成型，二维零件图如图6-3所示。图6-3嵌件二维零件图主型芯主要用于成型塑件内表面，用于成型塑件的两孔、三孔、八个1×1的方形柱子和用于固定螺钉的两个同心孔，二维零件图如图6-4所示。侧型芯用于成型侧面方孔，二维零件图如图6-5所示。图6-4主型芯二维零件图图6-5侧型芯二维零件图6.5抽芯结构的设计计算6.5.1抽芯距的计算（6-5）式中，h为侧抽芯成型高度，h为3mm。6.5.2抽芯力的计算（6-6）式中，c为侧抽成型截面周长，c=2×(4+6)=20mm;h为侧抽芯成型高度，h为3mm；p为塑件对于侧抽芯包紧力，p为8～12MPa（对于模内冷却塑件），取10MPa;为塑料对模具钢的摩擦系数，为0.1～0.3，取0.2；为侧抽芯的倾斜角，为0°。6.5.3确定斜导柱的倾斜角该塑件的侧向抽芯距小，通常α在15°～23°范围内取值，α越小斜导柱和模具受力减小，该塑件抽芯距较小，取其倾斜角度为15°。6.5.4确定斜导柱的直径根据抽芯距和斜导柱的倾斜角α查《塑料成型工艺与模具设计》表4-9确定最大弯曲力=1.00kN，然后根据、α和(为斜导柱中心线的交点与侧抽芯滑块所受的脱模力作用线到定模座板的距离，该塑件为36mm).查《塑料成型工艺与模具设计》表4-10得斜导柱的直径为12mm。6.5.5斜导柱总长度计算斜导柱的总长度为（6-7）式中，为斜导柱的总长度；为斜导柱固定部分大端直径，查《塑料成型工艺与模具设计》表4-11为14mm；，h为斜导柱固定板的厚度，根据模架取得h=25mm;d为斜导柱工作部分直径，d为12mm；S为抽芯距，S为6mm。斜导柱的二维零件图如图6-6所示。图6-6斜导柱二维零件图6.5.6楔紧块的设计楔紧块是用来保证注射成型过程中滑块的紧密闭合，避免侧抽芯时产生飞边，保证塑件表面精度，塑件表面质量。由于滑块移动方向与合模方向垂直，楔紧块的楔角′应大于斜导柱的倾斜角，一般取′=+（2°～3°）=18°，可以起到让位的作用。设计时，楔紧块设计成单独件，用T形槽固定在定模座板上。6.5.7确定滑块装置的定位距离滑块的限位装置采用限位挡块与螺钉配合作用完成滑块的定位。这种设计适用于各个方向的侧抽芯，应用广泛。滑块移动方向与合模方向垂直，滑块装置的定位距离S应等于实际抽芯距。（6-8）式中，为斜导柱有效抽芯长度，mm；为斜导柱的倾斜角，取15°。6.6推出机构设计塑件成型开模后，塑件与型芯一起留在动模一侧，为满足塑件的表面质量，采用推件板推出机构，推件板推出力大，推出平稳，可以整体推出，查《塑料模具设计指导与资料汇编》表8-27，确定推件板厚度为25mm。6.7本章小结本章主要是对成型零部件的设计，包括型腔、型芯、嵌件、侧抽芯尺寸的计算，确定型腔壁厚，从而确定标准模架的类型，最后是对抽芯机构的具体计算。7成型设备的校核计算7.1注射机最大注射量的校核塑料模具设计时，进行注射量校核时，一次成型所需要的塑料量包括浇注系统凝料和塑件充满型腔所需的塑料之和，不能超过注射机最大注射量的80%，即（7-1）式中，W为一次成型所用的塑料量，26.9×(2+0.2)=59.18cm³；K为注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；为注射机最大注射量，查本设计表4-2确定Wp=100cm³。计算得（7-2）故，注射机的注射量满足注射的要求。7.2注射机最大注射压力的校核根据表4-1的PC的注射压力为80～130MPa，表本论文表4-2可知注射压力为170MPa，80～130MPa＜170MPa，满足要求。7.3注射机锁模力的校核锁模力的校核关系式为（7-3）式中，F为注射机锁模力，查本设计表4-2得SZ-100/80型螺杆式注射机的锁模力为800kN；k为压力损耗系数，一般取1.1～1.2，此处取1.2；p为型腔内的熔体压力，该塑件p=35MPa；A为浇注系统在分型面上的投影面积以及塑件在在分型面上的投影面积之和，塑件的投影面积为86×2×86=14792mm²，浇注系统投影面积为2×40×8=640mm²计算得（故注射机的锁模力满足锁模的要求。7.4安装尺寸的校核该模具设计采用A4-250350-58-Z2（GB/T12555-2006）标准模架，模具的外形尺寸350mm×300mm，模具闭合高=（为模具总闭合高度；为动模座板、定模座板厚度，取25mm；为定模板厚度，取50mm；为动模板厚度，取40mm；为推件板厚度，取25mm；为动模固定板厚度，取35mm；为垫块高度，为70mm）。SZ-100/80型注射机允许模具的最小厚度为=170mm，最大厚度为=300mm，模具闭合高度满足170mm＜270mm＜300，即满足；注射机拉杆间距为320mm×320mm，该模架拉杆间距为165mm×298mm，满足SZ-100/80型螺杆注射机安装要求。7.5开模行程的校核为了保证塑件顺利取出，我们要对注射机的开模行程就行校核，要求注射机的最大开模行程必须大于取出塑件所需要的开模距离。SZ-100/80型螺杆式注射机的最大开模行程=305mm，该模具单分型面注射模，因此模具厚度与注射机最大开模行程无关，校核关系式为：+（7-4）式中，S为注射机最大开模行程，S=305mm；H1为型芯的高度，H1=24mm；H2为塑件高度与浇注系统高度之和，H2=99mm；计算得+=24+99+（5～10）=128mm～133mm＜S=305mm带侧向抽芯结构时，必须考虑侧向抽芯对开模行程的要求。完成侧向抽芯距离=3mm，侧抽芯距短，所需的开模行程=11.2mm，=11.2mm＜+=24+99=123mm，Hc对开模行程没有影响，SZ-100/80型注射机的开模行程足够。综上所述，SZ-100/80型螺杆式注射机满足要求，可以采用。7.6本章小结本章是在确定好模架、注射机的基础上，对模具与注射机的校核，包括注射压力、注射量的校核，其次是对模具各个模板组成的模具闭合高度与注射机最大最小厚度的校核以及拉杆间距的校核，最后就是对模具开模行程的校核，确定注射机满足要求。8模具装配图经过以上的计算，利用AutoCAD绘制出模具二维装配图。模具装配图用于表达各个零件之间尺寸确定、各动作的协调，部件之间是否干涉等问题，根据以上的设计，绘制模具二维装配图，如图8-1所示。图8-1二维装配图1-斜导柱；2-销钉；3-侧型芯；4-定模镶件；5-主型芯；6-嵌件；7-推件板；8-定模固定板；9-螺钉；10-定模座板；11-动模固定板；12-动模支撑板；13-螺钉；14-推杆固定板；15-推板；16-动模座板；17-动模座板；18-螺钉；19-限位挡块；20-螺钉；21-弹簧；22-螺钉；23-滑块；24-楔紧块；25-推杆；26-推杆；27-拉料杆；28-定位圈；29-浇口套；30-螺钉；31-带头导套；32-带头导柱8.1模具装配在保证模具各个零件加工符合要求的前提下，对塑料模具装配，装配时选用模具中的主要零件如动模板、定模板为基准。装配时，分动模部分的装配、侧抽芯机构的装配和定模部分的装配三个部分。动模部分的装配，首先对成型零部件的装配，将嵌件安装要求装入主型芯内，利用主型芯的轴肩、与动模板的配合，将型芯部分完成固定；将带头导柱安装在动模板上，安装动模支撑板，然后安装推出机构，将推杆安装在推板固定板上，再用螺钉将推杆固定板和推板进行固定，接着将推出机构与成型零部件进行装配，最后就是将垫块对称布置在模板两侧，安装动模座板，连接螺钉将动模座板、垫块、动模支撑板、动模板进行连接，完成动模部分的装配。定模部分的装配，先将定模镶块安装在定模板上，然后再放置带头导套，放置定模座板，最后是浇口套、定位圈的固定以及连接螺钉的固定，完成定模部分的装配。侧抽芯机构采用滑块在动模、斜导柱在定模的结构。装配时，首先侧型芯通过销钉与滑块固定，将滑块平稳的放入导滑套内，斜导柱、楔紧块安装在定模座板上，限位挡块以及固定螺钉、弹簧安装在推件板上，完成侧抽芯部分的装配。安装时，为了防止安装过程中，模板位置装反，有一个导柱孔在长度方向的位置上偏2mm，当动、定模安装时，通过导柱、导套配合完成模具装配。8.2本章小结本章节主要是对设计好的模具进行二维图的绘制，然后对其各个零件的装配过程进行分析，不但能直观的了解模具的结构和运动过程，也表达了装配过程中需要注意的问题。9总结模具作为重要的生产工艺装备，在大规模生产中被广泛应用，被称为“制造业之母”。塑料模具的应用日趋广泛，这就离不开塑料模具的设计。塑料模具的设计主要是对模具结构的设计和计算，其次还包括如浇注系统、脱模结构等的设计。因为每种塑件的结构各不相同，模具设计时确定的结构也就各不相同。本文主要是对家用五孔插座塑料模具进行设计。首先是分析塑料聚碳酸酯的成型特性和塑件的结构工艺性，对塑件各结构的成型进行初步确定，初选注塑机，然后是该设计的重点，对注塑模具的结构进行分析，包括确定分型面、浇注系统、模具的结构分析，主要是成型零部件型芯、定模镶件的设计、脱模机构的设计，尤其是侧向分型抽芯机构的设计，然后是对嵌件的设计和模具温度调节系统的设计。完成模具结构后，开始对成型零部件的计算，对型芯、型腔各成型部分的尺寸计算，后面主要是对侧抽芯机构的角度、抽芯距、斜导柱、侧抽芯、滑块、楔紧块、限位挡块等设计计算。设计的最后是注射机的校核，包括最大注射量、最大注射压力、锁模力、安装尺寸、开模行程的校核。设计期间，也利用AutoCAD、Pro/E进行造型设计。利用CAD绘制装配图，表达各个零件之间的位置关系，在绘制三维图时，发现很多问题，解决问题，修改装配图，论文，比如滑块与连接干涉，修改滑块尺寸，避免干涉。从刚接触塑件的不知所措到论文的详述，除了对模具的发展以及聚碳酸酯特性的基本了解之外，主要是对塑料模具设计有了更充分的认识，设计的各个环节都是紧密联系的，设计时需要我们考虑的问题很多，牵涉的知识点也比较多，需要查阅很多资料，在设计时综合考虑各个设计要素，选择更合适的设计，这就需要在模具设计过程中，不断的发现问题，解决问题，寻找最合适的设计方法，设计模具的各个零件，大到模板小到销钉，都是需要用心设计的，同时，一些零件是有标准的，我们在选择时，尽量使用标准件，避免非标件的使用。在这个过程中，我学到了很多知识。在软件应用方面，利用AutoCAD绘制二维装配图、非标准零件图，利用Pro/E绘制各个零件的三维图，进行组装，使得在软件应用上得到了很大的提升，这对于以后的工作、学习来说是尤为重要的。致谢时间感觉过的很快，不知不觉间已经到了5月份，虽然前面的两个月一直在校外实习，但毕业设计的工作从来没有间断，从一开始的零零散散到现在的基本完成，一直在进行着。毕业设计，我的指导老师是孙宝福孙老师，孙老师是机械与控制工程学院的副教授，工学硕士，主要研究方向是模具设计，这对于我的毕设有很大的帮助。在毕设的这段时间里，孙老师给予了我们很大的帮助，每周周四都会组织小组开会，汇报毕业设计的进度，确认我们是否跟得上进度，督促我们跟进，并解决我们在设计过程中棘手的问题，对于我们的问题老师都一一解答，尤其是论文中关于塑料模具结构设计时，如成型内表面的主型芯、嵌件和侧抽芯在模具中的布置进行分析，并确认结构。在设计时，我的一些想法有些片面，孙老师会耐心指导，及时更正，在设计过程中，孙老师为我们提供了准确的指导。遇到一些问题时，也请教了学院的其他老师，这些老师也给了很大的帮助。在设计的过程中，我也遇到了很多问题，焦梦闯同学和黄柳富同学提供了很大的帮助，尤其是在模具结构设计过程中和软件的应用上，使我能应用软件更快更好的解决问题。在孙老师以及学院其他领导的指导下，在同学的帮助下，我顺利的完成了毕业设计，在这里我对你们表示真诚的感谢。参考文献[1]张克惠.塑料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