ABS塑料罩壳模具设计

PAGEABS罩壳注塑模具设计说明书-PAGE1-湖南科技大学机电工程学院塑料模具课程设计题目ABS罩壳注塑模具设计院系名称机电工程学院班级材料一班学生姓名邱烈城学号1103040116指导老师李茂华

塑料模具课程设计任务书任务与要求：1.给定塑件图一张，按要求将有关尺寸公差进行变换。2.完成模具装配图一张，按制图标准用CAD绘制0#~1#图幅3.完成模具主要成型零件图2~3张，用CAD绘制3或4图幅均可，要求在零件图上标明该零件的材料、数量、序号、尺寸公差和型位公差值、热处理及其他技术要求。4.编写设计说明书（不少于20~30页），并将此任务书及任务图防御首页。主要参考资料：教材有关章节；塑料模设计指导；机械设计基础。设计时间：3周第一周：设计方案论证与确定，完成有关计算、设备选择；第二周：完成模具装配绘制；第三周：完成零件图绘制，并填写设计说明书。摘要本课题主要是针对罩壳的模具设计,罩壳具有重量轻、易清洁、耐腐蚀老化、强度高、使用寿命长，制作方便、价格低廉等特点。通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计，同时并简单的编制了模具的加工工艺。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。它在电脑、手机、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。依据产品的数量和塑料的工艺性能确定塑件采用注射成形法生产。该产品设计为大批量生产，故设计的模具要有较高的注塑效率，浇注系统要能够自动脱模，此外为保证塑件表面质量采用点浇口，因此选用单分型面注射模，点浇口自动脱模结构。模具的型腔采用一模一腔平衡布置，浇注系统采用直浇口成形，推出形式为十六推杆推出机构完成塑件的推出。由于塑件的工艺性能要求注塑模中有冷却系统，因此在模具设计中也进行了设计。本次的设计中不仅参考了大量纸质文献，而且在互联网上查阅资料，设计过程比较完整。关键词：罩壳注塑模、注塑成型、直浇口、一模一腔。前言近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所战比例越来越大。注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔内，塑料在其中固化成型。

本次课程设计的主要任务是罩壳注塑模具的设计。也就是设计一个注塑模具来生产罩壳塑件产品，以实现自动化提高产量。针对罩壳的具体结构，通过此次设计，使我对点浇口双分型面模具的设计有了较深的认识。同时，在设计过程中，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识也对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，拓宽了视野，丰富了知识，为将来独立完成模具设计积累了一定的经验。注塑成型制品在整个塑料制品所占的数量最多，模具结构也多样、复杂，根据老师给我们的相关资料参考文献和专业老师的指导以及对塑料形状和材料特性的分析，我们还是很顺利的进入了完成了注射机的选择、分型面的选择、浇口的选择、型芯的设计、型腔的设计、模架的选择、冷却系统地设计等一系列工作。目录摘要……………………I前言……………………II第一章对塑料成型模具的认识………11.1模具在加工工业中的地位…………11.2设计在学习模具制造中的作用……………………1第二章

塑件材料及工艺分析…………22.1ABS成型特性分析………………22.2塑件成型方法及原料对成型设备的要求…………32.3注塑机的选择………………………3第三章注射模具型腔及分型面的设计………………63.1型腔的数量和布置…………………6

3.2确定分型面…………6第四章

注射模具浇注系统的设计……………………74.1主流道设计…………7

4.2分流道设计…………7

4.3浇口设计……………84.4主流道冷料穴和脱模钩料装置的设计……………84.5排气槽的设置………………………8第五章注射模具成型零件和模体的设计……………95.1注射模具成型零件的结构及尺寸设计……………95.2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算…………………115.3模体的设计…………12第六章注射模具顶出机构的设计……………………14第七章温度调节系统设计……………15设计总结………………17参考文献………………181

对塑料成型模具的认识1.1模具在加工工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，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。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、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、各向同性性、外观质量、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，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求，因此促进模具的不断向前发展。1.2设计在学习模具制造中的作用通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。课程设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。2塑件材料及工艺分析图2.1所示为塑料罩壳，材料为ABS，ABS坚韧、耐磨、耐油、耐水、耐热，适用于一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件以及化工、电器、仪表等的外壳零件。图2-1塑料罩壳2.1ABS成型特性分析ABS是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，这三者的一般比例为20:30:50（熔点为175℃）。其特性是由三组份的配比及每一种组分的化学结构，物理形态控制，丙烯晴组分在ABS中表现的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度，丁二烯表现的特性是抗冲击强度，苯乙烯表现的特性是加工流动性，光泽性。这三组分的结合，优势互补，使ABS树脂具有优良的综合性能。只要改变其三者的比例、聚合方法、颗粒的尺寸，便可以生产出一系列具有不同冲击强度、流动特性的品种，如增加丁二烯的组份，则其冲击强度会得到提高，但是硬度和流动性就会降低，强度和耐热性亦变差。ABS具有刚性好，冲击强度高、耐热、耐低温、耐化学药品性、机械强度和电器性能优良，易于加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装，着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能（1）ABS

易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。

（2）流动性中等，溢边值

0.04mm

左右。

（3）壁厚、熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。

（4）ABS

比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

（5）ABS

的表观粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。

（6）顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度宜取20以上。

（7）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。

（8）易采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～600C，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60～800C。2.2塑件成型方法及原料对成型设备的要求2.1.1塑件成型方法确定根据对塑件及其材料的分析该塑件采用注射机注射成型。2.1.2塑件原料对成型设备的要求结晶性塑料，熔融温度范围窄，熔融状态热稳定性差，料温，滞留时间超过30分钟即分解，较易吸湿，须预热烘干。流动性较好，溢边值为0.02mm，易溢料。成型收缩率范围大、收缩率大，取向性明显，易发生缩孔、凹痕、变形等缺陷，成型条件应稳定。融料冷却速度对洁净度影响较大，对塑件结构及性能有明显的影响，故应正确控制模温，一般为按模厚选择，模温低易发生缩孔、洁净度低等现象。对要求伸长率高、透明度高、柔韧性好的薄壁塑件宜选用低模温;对要求硬度高、耐磨性好，以及在使用的厚壁塑件宜选用高模温。2.3注塑机的选择2.3.1注射量的计算通过计算或Pro/E建模分析图2-2塑料罩壳三维模型塑件质量,塑件体积。流道疑料的质量还是个未知数，可按塑件质量的0.6被来估算。从上述分析中确定为一模一腔，所以浇注系统疑料体积为：V2=V1×0.6=65.23cm3该模具一次注射所需塑料PA如下：体积：V2=V1＋V2=173.94cm3质量：2.3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积为A2，在模具设计前还是个未知数，根据单型腔的统计分析，A2是每个塑件在分型面上的投影面积A1的0.1~0.3倍，因此可用0.3来进行估算，所以=16250（=12500）=6250×35=568.75KN(=35)2.3.3选择注射机根据每一周期的注射量和锁模力的计算值选用参考文献[1]中SZ-200/1000立式注射机，其主要技术参数表2.1所示。表2.1XS-ZY-125注射机主要技术参数理论注射容量cm3210锁模力/KN1000注射压力/MPa150拉杆空间/mm315×315喷嘴孔直径/mm4模板行程/mm300喷嘴球半径/mm12最大模厚/mm350最小模厚/mm150定位孔直径/mm1002.3.4注射机有关参数的校核（1）注塑容量的校核：注塑机的额定注射量 V=210CM3最小实际注射量V=0.25×210=52.5QUOTEVmin=0.25V=0.25每次注射的实际容积注射量为QUOTEV0=173.94V0=17Vmin≤V0QUOTEVmin≤V0≤所以注塑容量的校核合格。（2）注射机压力的校核P注≥k，P0=1.2×120=144MP式中k’取1.2,P0取120MPa，而QUOTEP注=150MPa。故注射压力的校核合格。（3）锁模力的校核F≥KAP型=1.15×11239×40=517.0KN取QUOTEK=1.15，而QUOTEF=1000KN，所以锁模力校核合格。

3注射模具型腔及分型面的设计3.1型腔的数量和布置该塑件尺寸较大，精度要求较高，综合考虑到模具的制造安装及占地面积等，因素合理分析参考文献[1]和参考文献[3]相关内容后该模具采用一模一腔的形式，型腔中心与模具的中心重合。3.2确定分型面根据塑件结构形式，分型面选在塑件的底平面。如图3-1所示：图3-1模具分型面

4注射模具浇注系统的设计4.1主流道设计4.1.1主流道尺寸根据所选注射机及参考文献[1]，则主流道小端尺寸为d=注射机喷嘴尺寸+（0.5~1）=4+1=5mm；主流道球半径为SR=喷嘴球面半径+（1~2）=12+2=14mm。4.1.2主流道结构形式对于ABS塑料，成型模具的主流道要短而粗。为了便于加工和缩短主流道长度，衬道和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40mm，约等于定模板型腔上部+定模固定板的厚度，材料采用T8A钢，热处理淬火后表面硬度为53HRC~57HRC并进行表面镀铬处理。主流道结构形式如图4-1所示：图4-1主流道结构4.1.3主流道凝料体积q主=eq\f(π,4)dn2L=eq\f(π,4)(eq\f(5+8,2))2×40=1326.65mm2=13.27cm24.2分流道设计该模具为单腔模具，且制品为罩壳类塑件，所以采用的是单腔分流道中心进料的浇注方式，即不设分流道，凝料从主流道经浇口直接进入型腔。如图4-2所示4.3浇口设计由于单型腔模具中，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失小，进料速度快，成型比较容易，综合分析参考文献[1]和参考文献[3]选用直浇口。另外，它传递压力好，保压补缩作用强，，模具结构简单紧凑，制造方便，适合各种塑料成型，尤其是加工热敏性以及高黏度材料，成型搞质量的大型及深腔壳体，箱型塑件，但去除浇口比较困难。如图4-2所示：图4-2直浇口4.4主流道冷料穴和脱模钩料装置的设计主流道冷料穴用于存储注射间歇期间喷嘴前端由散热造成温度降低而产生的冷料，冷凝穴直径应稍大于主流道大端直径，冷凝穴与塑件结合，其中d为的主流道大端直径，该模具取半径比大端大1mm左右的球形冷凝穴。4.5排气槽的设置塑件的尺寸较大，所需的物料的体积也较大为173.94cm3,如果有气体存在可能无法经过分型面或其它空隙快速排出从而降低充模速度出现填充不满或在塑件中产生气泡、接缝以及表面轮廓不清等缺陷，故在模具的分型面凹模一侧设置排气槽，槽深0.02mm，槽宽3mm。

5注射模具成型零件和模体的设计5.1注射模具成型零件的结构及尺寸设计5.1.1凹模结构设计根据参考文献[1]及塑件形状分析采用整体式凹模，整体式凹模是由整块材料加工制成的，结构简单，强度和刚度都相对较高，不易变形，成型的塑件表面无镶拼接缝的痕迹，由参考文献[2]材料为8CrMn钢淬火处理硬度达到53～58HRC，结构如图5-1所示。图5-1型腔5.1.2型芯结构设计型芯是由主型芯和小型芯两部分组成的。因主型芯形状简单故将其和动模板做成一体，此种型芯强度和刚度都比较好；塑件四周的小孔由小型芯成型，小型芯采用台肩固定的形式底部设有垫板防止型芯脱出。型芯根部采用左右的斜面相配，起推件板复位时的定位作用，并与推件板采用H8/f8的间隙配合。材料为8CrMn钢淬火处理硬度达到53～58HRC，结构如图5-2所示。图5-2型芯5.1.3成型零件工作尺寸的计算塑件尺寸公差按照图示要求和给定尺寸计算，对应的模具成型零件按对应的等级IT9级选取。由ABS的平均收缩率为0.6%（1）型腔尺寸型腔的径向尺寸计算公式为： （5-1）型腔的深度尺寸计算公式为： （5-2）其中为塑件外径尺寸；为塑件高度尺寸；为修正系数（取）；为塑件公差值；为制造公差（取）LD=[(1+0.006)×85－0.7×0.04]+0.010=85.48+0.010LE=[(1+0.006)×80-0.7×0.07]+0.020=80.43+0.020LB=[(1+0.006)×55-0.7×0.07]+0.020=55.28+0.020HK=[(1+0.006)×35-0.7×0.05]+0.020=35.18+0.020HF=[(1+0.006)×30-0.7×0.06]+0.020=30.14+0.020（2）主型芯尺寸型芯长度尺寸的计算公式为： （5-3）型芯的高度尺寸计算公式为： （5-4）其中为塑件外径尺寸；为塑件高度尺寸；为修正系数（取）；为塑件公差值；为制造公差（取）。lA=[(1+0.006)×60+0.7×0.04]0-0.01=60.390-0.01hI=[(1+0.006)×25+0.7×0.06]0-0.02=25.160-0.02中心距（双向公差）尺寸计算公式为：C=C0(1＋eq\x\to(S))（5-5）其中：（mm）为塑件中心距的基本尺寸；为成型零件的制造偏差。C=50×(1+0.006)±0.5×0.07=50.30±0.035C=25×(1+0.006)±0.5×0.07=25.15±0.0355.2型腔侧壁厚度和底板厚度的计算5.2.1型腔侧壁厚度根据由参考文献[2]强度校核（按整体式距型凹模计算）(5-6)式中：p为型腔压力；h为凹模型腔的深度；查表的=0.415；为材料的许用应力。5.2.3动模垫板厚度计算根据由参考文献[2]强度校核（5-7）式中：b为凹模型腔的内孔短边；查表得=0.70155.2.4支撑板的厚度在选定模架后，选取标准的支撑板尺寸为。5.3模体的设计5.3.1模架的确定和各部分尺寸选择图5-3模架根据塑件的形状特点及模具的分型面选择情况，该模具的模架结构选择带有推件板的A4标准模架。该结构的模架适用于薄壁壳体类塑料制品的成型及脱模力大的制品表面不允许有推出痕迹的注射型模具。再考虑到单型腔的布局及塑件尺寸，整体式型腔最小尺寸为d=9，又根据型腔侧壁最小厚度为21.5mm，再考虑到导柱，到套及连接螺钉布置应占的位置等各方面问题，确定选用B×L=250的模架，如图5-3所示。各模板尺寸的确定如下：（1）A板尺寸：由于型腔为整体式，所以A板就为型腔，通过计算型腔高度及型腔顶部厚度之后通过模架标准尺寸选取A板厚度为90mm，所以B×L×H=250×250。材料为8CrMn钢淬火处理硬度达到5358HRC。（2）B板尺寸：B板通过模架标准尺寸选取厚度为25mm，所以B×L×H=250×250。材料为45钢调质处理硬度达到220250HB。（3）C板尺寸：动模板通过模架标准尺寸选取厚度为25mm，所以B×L×H=250×250。材料为8CrMn钢淬火处理硬度达到5358HRC。（4）D支撑板尺寸：选取尺寸为32mm，所以B×L×H=250×250。材料为45钢调质处理硬度达到220250HB。（5）E垫块尺寸：垫块的高度主要决定于注塑机行程和必须的顶出距离，塑件的高度为75，高度尺寸选取D=110，根据模架的标准尺寸垫块的宽度取为50，所以B×L×H=50×250×。材料为Q235A钢。（6）定模座板F、动模座板G的厚度都为25mm，所以B×L×H=250×250。材料为Q235A钢。（7）推板的尺寸：按照标准模架尺寸选取B×L×H=148×250。材料为45钢。5.3.2模架尺寸的校核模具平面尺寸315×250440×340（拉杆间距），合格；模具厚度为320mm，200332340合格；开模行程为180260（注射机开模行程），合格。所以本模具所选注射机完全满足使用要求。5.3.3导向机构已标准化选取，不另作设计。

6注射模具顶出机构的设计制品为薄壁罩壳类深腔塑件，脱模较困难，故适合采用推件板脱模机构推出，该机构顶出力均匀、平稳、顶出力大、塑件不易变形，而且表面不留顶出痕迹。机构主要由顶板、推杆、推件板和顶杆固定板组成，推杆推动推件板把塑件从型芯上顶出，结构如图6-1所示：图6-1顶出机构

7温度调节系统设计ABS的成型温度和模具及温度分别在180~230、50~60，且黏度低、流动性好，成型工艺要求模具温度都不是很高，所以常用常温水对模具冷却，易对模具进行有效地冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。在单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量，模具温度设为（1）冷却水的体积流量(7-1)式中：为单位时