散热器注射模具外壳设计 毕业设计论文.doc

湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） i 摘 要 此篇论文介绍了散热器外壳注射模具的设计。对塑料工艺进行了简单阐述，同时对 abs 原料进行了详细地工艺分析。根据产品的结构和形状确定产品的分型面、型腔的布 置、顶出机构的设计、浇口的形式及位置、型芯及型腔的结构，根据基体尺寸，模架从 标准模架库中调用。针对塑件两侧有一长扁形侧凹，特优化设计了斜导柱机构，并对该 机构进行了详细阐述。同时，本文对浇注系统、成型零件、脱模机构、斜导柱侧抽芯机 构、合模导向机构、冷却系统、排气系统做了完整的设计。 关键词：注射模 浇口 斜导柱机构 型芯 型腔 冷却系统 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） ii abstract this paper describes the design of radio base shell injection mold. of the plastics industry for a simple set, while abs materials were detailed process analysis. according to the product structure and shape of the product sub-surface, cavity layout, top of the organizations design, form and location of gate, core and cavity of the structure, according to the matrix size, mold from the standard mold base library call. plastic parts for the sides of a long flat side of the concave, optimal design of a special bevel pillar of institutions and the institutions described in detail. meanwhile, the paper casting system, molding parts, stripping agencies, bevel pillar core mechanism, mold-oriented institutions, cooling system, exhaust system design to do a complete calculation. keywords:injection mold gate bevel pillar institution parting line cavitycooling system 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） iii 目 录 摘 要 i abstract.ii 目 录 iii 引 言 1 第一章、产品的结构分析 2 1.1 散热器外壳原料的成型特性分析 2 1.1.1 abs 的注射成型工艺.2 1.2 注塑成型工艺 3 1.2.1 成型工艺简介.3 1.2.2 初选注射机 5 第二章、型腔总体布置与分型面的选择 7 2.1 型腔数目的确定 7 2.2 型腔的布局 8 2.3 分型面的选择 8 第三章、浇注系统的选定 .10 3.1 浇注系统的确定原则 .10 3.2 浇口位置的选择 .10 3.3 浇口的设计 .11 3.4 浇口套设计 .12 第四章、顶出机构的设计 .13 4.1 确定顶出机构 .13 4.1.1 脱模机构的设计原则 .13 4.1.1 脱模力的计算 .13 4.2 抽芯机构设计 .14 4.2.1 抽芯机构的确定 .14 4.2.2 斜导柱的计算 .15 第五章、成型零件的结构 .16 5.1.1 型腔的结构设计16 5.1.2 型芯的结构设计 .16 5.2 成型零件的尺寸计算 .17 5.2.1 型腔尺寸的计算 .17 5.2.2 型芯尺寸的计算 .18 第六章、温度调节系统设计 .20 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） iv 6.1 冷却系统20 6.1.1 冷却介质 .20 6.1.2 冷却系统的设计原则 .21 6.1.3 冷却系统的设计与计算22 第七章、排气系统的设计 .24 7.1 注塑模具成型时的排气方式 .24 第八章、注射机的有关尺寸校核 .26 8.1 注射量的校核 .26 8.2 注射压力的校核 .26 8.3 锁模力校核 .26 8.4 模具安装尺寸的校核 .27 8.5 开模行程的校核 .28 8.6 顶出装置的校核 .28 结论 .30 参 考 文 献 31 致 谢 .32 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 1 引 言 本毕业设计是一散热器外壳的注射模的设计，属于大批量生产。从塑件本身的结构 出发，该塑件的设计并不难。通过这次注塑模具的设计，主要是进一步巩固和加强所学 专业知识，为今后从事技术工作作好准备。 设计注射模具时，既要考虑塑料熔体流动行为、冷却行为等塑料加工工艺方面的问 题，又要考虑模具制造装配等结构方面的问题。注射模设计的主要内容归纳起来大致有以 下几个方面： 1根据塑料熔体的流变行为和流道、型腔内各处的流动阻力通过分析得出充模顺序， 同时考虑塑料熔体在模具型腔内被分流及重新熔合的问题和模腔内原有空气导出的问题， 分析熔接痕的位置、决定浇口的数量和方位。 2根据塑料熔体的热学性能数据、型腔形状和冷却水道的布置，分析得出保压和冷 却过程中塑件温度场得变化情况，解决塑件收缩及补缩问题，尽量减少由于温度和压力不 均、结晶和取向不一致而造成得残余内应力和翘曲变形。 3塑件脱模和横向分型抽芯的问题可通过经验和理论计算分析来解决。 4决定塑件的分型面，决定型腔的镶拼组合。模具的总体结构和零件形状不单要满 足充模和冷却等工艺方面的要求，同时成型零件还要具有适当的精度、粗糙度、强度和刚 度、易于装配和制造，制造成本低。 以上这些问题，并非独立存在，而是互相影响的，应综合加以考虑。 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 2 第一章、产品的结构分析 电子产品上盖制品的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状 时给模具的加工带了很大的难度。上盖制品的注塑材料首先选用 abs，上盖制品绝大部分 的决定了电子产品的重心的位置的所在。所以我们必须很好多处理上盖壁厚的均匀，譬如 在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制 模具温度来调节收缩率。塑件成型工艺分析如图 1-1 所示: 图 1-1 散热器外壳制品 1.1 散热器外壳原料的成型特性分析 丙烯腈-丁二烯- 苯乙烯共聚物 abs 树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙 烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性， 韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此 abs 树脂具有突出的力学性能 和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽 可能偏大的脱模斜度。 1.1.1 abs 的注射成型工艺 1、注射成型工艺过程 （1）预烘干- 装入料斗- 预塑化-注射装置准备注射- 注射-保压-冷却- 脱模-塑件送下工序 （2）清理模具、涂脱模剂-合模- 注射 2、abs 的注射成型工艺参数 （1）注射机：螺杆式 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 3 （2）螺杆转速（r/min）：3060（选 30） （3）预热和干燥：温度（c） 8085 时间 (h) 23 （4）密度（g/ cm ）:1.021.05 （5）材料收缩率（）：0.30.8 （6）料筒温度（c）：后段 150157 中段 165180 前段 180200 （7）喷嘴温度（c）：170 180 （8）模具温度（c）：50 80 （9）注射压力（mpa）：70100 （10）成形时间（s ）：注射时间 2090 高压时间 05 冷却时间 20120 总周期 50220 （11）适应注射机类型：螺杆、柱塞均可 （12）后处理：方法 红外线灯、烘箱 温度（c） 70 时间（h） 24 1.2 注塑成型工艺 1.2.1 成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注 塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆 的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过 一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。 一般分为三个阶段的工作。 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 4 图 1-2 注塑成型压力时间曲线 (1)物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试 其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的 含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的 预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。 (2)注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射， 保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示 3-1 所示。图中 t0 代表螺杆或柱 塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（t=t1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 p0。从时间 t1 到 t2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥 补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子 链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定 向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束 （时间从 t2 到 t3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的 压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度 是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。 (3)制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加 上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收 缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制 件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理， 常用的后处理方法有退火和调湿两种。 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 5 向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的 1020 度至热变形温度 以下 1020 度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液 （沸点为 121，加热温度为 100121，保温时间与制件厚度有关，通常取 29 小时。 1.2.2 初选注射机 注塑机的选用包括两个方面的内容：一是确注塑机的型号，使塑料、塑件、注塑模及 注塑工艺等所要求的注塑机的规格参数在所选的注塑机的规格参数可调范围之内，二式调 整注塑机的规格参数至所需要的参数。 1、注塑机类型的选择：根据塑料的品种、塑件的结构、成形方法、生产批量、享有 设备及注塑工艺进行选择。 2、注塑机规格的初选：根据经验和注塑模的大小先预选注塑机的型号，之后要进行 一下的校核。在本次设计中先预选注塑机的型号为 xs-zy-125。此注塑机的规格参数如表 1-1 所示。 表 1-1 xs-zy-125 注塑机的主要技术参数 结构形式 注塑方式 螺杆直径 （mm） 最大注塑量/ g 3cm 卧式 螺杆式 42 125 注塑压力/mpa 锁模力/kn 最大注塑面积/ cm 2 最大注塑厚度 /mm 119 900 320 300 模具最小厚度 /mm 模具最大厚度 /mm 最大开模行程 /mm 中心顶出孔径 /mm 200 300 180 50 定位圈直径/mm 模板尺寸/mm 喷嘴球半径/mm 喷嘴孔半径/mm xs-zy-125 100 420*450 12 4 3、注塑机参数的校核 a、最大注塑量的校核：塑件连同浇注系统凝料在内的质量一般不应大于注塑机公称 注塑量的 80%。可采用下式校核： 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 6 （1-1）gcpg87.16250.8max 式中 -注塑机可以注塑的最大注塑量 g； c-料筒温度塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶材料，c ；对于85.0 非结晶材料，c= ；93.0 -塑料在常温下的密度，g ；3cm g-注塑机的公称注塑量， ； b、注塑机的公称注塑压力要大于塑件的成形压力，即： （1-2）注公 p 式中 -注塑机的最大注塑压力，mpa；公p -塑胶成型件所需要的实际注塑压力，mpa ；注 c、锁模力的校核：由于高压塑料熔体充满型腔时，会产生一个很大的推力，这个力 应小于注塑机的公称锁模力，否则将出现溢了现象，即： = 23976n6000。使冷却管道孔壁与冷却介质之间的传热系数 提高。 第二、扩大模具与冷却水的温差。在模温一定时，采用低温的冷却水，但倘若设计不 当，会加剧模温分布的不均匀。采用低于室温的冷却水时，有可能使型腔表面凝聚大气中 的水分。 第三、增大冷却介质的传热面积也就是尽量增大管道孔径和增加孔数。但是受模具结 构，如脱模零件、镶块接缝的限制，要防止型腔压力过大时，型腔壁压塌的现象。 对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙 66 等） ，因 为成形工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却，以使塑件在模内加快冷 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 21 却定型缩短成型周期，提高生产率。 6.1.1 冷却介质 有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。 用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。 6.1.2 冷却系统的设计原则 尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。 冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却的效果越均匀。 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件的壁厚均匀时，冷却水 孔与型腔表面的距离应处处相等。 浇口处加强冷却，一般在注射成型时，浇口附近的温度最高。 应降低进水与出水的温差，如果进水与出水的温差过大，将使模具的温度分布不均 匀。 合理选择冷却水道的形式，对于收缩大的塑件应沿收缩方向开设冷却水孔。 合理确定冷却水管接头位置。冷却水管进出口的温差尽可能的小。 冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象，设计时要通盘考虑。 冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。 3、求冷却管道直径 d 查表 6-1 得为使冷却水处于湍流状态，取 d=8mm 表 6-1 冷却水流速与管道直径的关系 冷却管道直径 d /mm 最低流速 v（m/s） 冷却水体积流量 v（ ）min/3 8 1.66 310.5 10 1.32 2.6 12 1.10 3104.7 15 0.87 2.9 20 0.66 3104. 25 0.53 5. 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 22 30 0.44 3107.8 4、求冷却水在管道内的流速 v 24dqv 得 v=1.2m/s 5、求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热模系数 h 查表得，当水温为 25 度时，f=6.84 2.0 86.3dvfh）（ ）（ chmkj18. 6）求冷却管道总传热面积 ahqa02/)05(813.8.46205.m 式中 模具温度与冷却水温度之间的平均温差,模具温度取 60 度. 6.1.3 冷却系统的设计与计算 冷却系统设计的有关公式： qv=wq1/c1(1-2) 式中：qv冷却水的体积流量(m3/min) w单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min) q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量 (kj/kg) 冷却水的密度(kg/m3) 0.98103 c1 冷却水的比热容 kj/(kg.) 4.187 1冷却水的出口温度() 25 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 23 2冷却水的入口温度() 20 q1 可表示为：q1=c2(3-4)+u 式中：c2 塑料的比热容 kj/(kg.) 1.465 q3塑料熔体的初始温度() 200 4塑料制品在推出时的温度() 60 u结晶型塑料的熔化质量焓(kj/kg) q1=c2(3-4)+u=1.465(200-60)=205.1kj/kg 将以上各数代入式得： qv=(0.013205.1)/0.981034.187(25-20)m3/min =0.1310-3m3/min 上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为 40，用常温 20的水作为模具的 冷却介质，其出口温度为 25，产量为 0.013kg/min。 由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却 系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布 置直径 d 为 8mm 的管道来调节温度。 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 24 第七章、排气系统的设计 当塑料体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热凝固产生的 低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体，不被排除干净，一方面将会在塑 件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另外一方面气体受压，体积 缩小而产生高温会导致塑件局部炭化或烧焦（褐色斑纹） ，同时积存的气体还会产生反向 压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为保 证型腔充填的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔 部位开设溢流槽以容纳余料，也可以容纳一定量的气体。 7.1 注塑模具成型时的排气方式 注射模具成型时的排气通常以如下四种方式进行： 1、利用配合间隙排气 对于一些大型、深腔、壳型塑件，注塑成型以后，整个型腔由塑料填满，型腔内部气 体被排除。当塑件脱模时，塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，由于受到大 气压力的作用，造成脱模困难，因而必须考虑引气。引气方法同样可利用型芯与顶杆之间 的间隙、加大型芯的斜度或镶块边上开侧隙（同排气槽的尺寸）等方法。 15 2、排气槽排气 排气槽应尽量开设在分型面上，因排气间隙会产生飞边，要影响脱模； 应尽量开设在型腔的一面，因便于制造，清理方便。对大中型塑件的模具，通常在分 型面上的凹模一边开设排气槽，排气槽的位置以处于熔体流动末端为好，常用塑料排气槽 深度尺寸参考1 表 6-5。 3、利用排气塞排气 4、强制性排气 此设计中成形的塑件料流速度较大，必须另开排气槽。此种排气方式是最常见也是最 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 25 经济的，更具有使用性。 排气槽的截面积可用如下公式进行计算： f25m1(273+t1)1/2/tp0 （9-1） 式中：f 排气槽的截面面积（ m2） m1模具内气体的质量(kg) p0 模具内气体的初始压力（ mp）取 0.1mp t1模具内被压缩气体的最终温度 () t充模时间(s) 模内气体质量按常压常温 20的氮气密度 01.16kg/m3 计算，有 m1=0v0 （8-2） 式中：v0模具型腔的体积（m3） 应用气体状态方程可求得上式中被压缩气体的最终温度（） t1（273+t0）(p1/p)0.1304-273 （9-3） 式中：t0模具内气体的初始温度（） 由 v9132mm3 充模时间 t=1s 被压缩气体最终排气压力为 p120mpa 由 8-3 式得：t1 (273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7 模具内的气体质量由 8-2 式得： m1=v0 0=9.13210-61.16kg=1.06 10-5kg 将数据代入 8-1 式得：所需排气槽的截面面积为： f=251.0610-5(273+311.7)1/2/(10.1106)=0.064mm2 查取排气槽高度 h=0.03mm，因此排气槽的总宽度为： w=f/h=0.064/0.03=2.13mm 为了便于加工和有利于排气，运用镶拼式的型芯结构，与整体式型芯相比，镶拼型芯使加 工和热处理工艺大为简化。 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 26 第八章、注射机的有关尺寸校核 8.1 注射量的校核 为确保塑件质量，注射模一次成型的塑料质量（塑件和流道凝料重量之和）应在公称 注射量的 2075范围内，最大可达 80，最低不应小于 10。既能保证塑件质量， 又能充分发挥设备的能力。 本设计的注射量为 58 3，注射机的注射量为 125 3，(58/125)100%=46.4%10%, 故能发挥此注塑机的设备能力，又能保证塑件质量。 8.2 注射压力的校核 所选用的注射机的注射压力必须大于成型塑件所需的注射压力。成型所需的注射压力 与塑料品种、塑件的形状几尺寸、注射机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。根据 经验，成型所需注射压力根据以下情况选择。塑料熔体流动性，塑件形状简单，壁厚小所 需注射压力一般小于 70mpa。塑料熔体粘度较低，塑件形状一般，精度要求一般，所需注 射压力通常选为 70100mpa。塑料熔体具有中等粘度，塑件形状一般，有一定精度要求 者，所需注射压力选为 100140mpa。塑料熔体具有较高粘度，塑件壁薄、尺寸大，或壁 厚不均匀，尺寸精度要求严格的塑件，所需注射压力在 140180mpa 范围。 此塑件材料为 abs，属于低等粘度。塑件精度要求不高，壁厚均匀，塑件形状相对复 杂，所选定的注射机的注射压力为 119mpa，能满足塑件的注射要求。 8.3 锁模力校核 注射过程中，注入型腔内的熔料压力(模腔压力)能使模具分离; 其合力的大小与塑件和 流道等的投影面积成正比。锁模力就是用来克服使模具不分离。但是由于注射压力有料筒、 喷嘴和进料系统中的损失，型腔内产生的压力通常只有注射压力的 0.20.4 倍，所以，锁 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 27 模力和塑件总投影面积与注射压力之间的关系，由 2-3 式得： = 23976ns （10-3） (10-4)mh)105(21 式中 smac注射机最大开模行程，； 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 29 s模具所需开模距离，； mh)105(21 塑件脱模距离（型芯的高度） ，mm ； 塑件厚度（包括浇注系统凝料） ，1 2h ； 塑件脱模距离为 11.18，塑件高度为 13.18，由此可得： s=11.18+13.18+(510)mm =29.36 注射机的最大开模行程 smac 为 300，则 smaxs,故注射机的最大开模行程能满足模具 所需的开模距离。 8.6 顶出装置的校核 模具的顶出机构为中心顶出，理论上顶杆只需顶出一个塑件高度的距离即可完成顶出， 实际上顶杆只需顶出大于塑件 2/3 就可将塑件顶出，然后人工取出塑件。即顶出距离大于 29.36 2/3 即顶出距离大于为 19.57即可，而注塑机的顶出行程为 50，故注射机的顶 出装置能满足模具的顶出要求。 综合以上校核，注射机各个部分的校核均能满足模具设计的要求，根据塑件特点及模 具特点，初定的注射机 xszy125 是可以的。 湖北工业大学商贸学院继续教育学院毕业论文（设计） 30 结论 通过本次设计使得我对于在设计过程中应该注意的一些问题有了一个初步的了解，比 如在设计时对资料的准备、结构的要求、材料的分析、装配的关系等等都必须做比较深入 的了解。 这次设计我最大的感受是：我们所学习的理论知识在用于实践时还存在很大的差距， 往往在一些设计中很难将自己所学的只是运用到设计中来，不