毕业论文——仪表盒的注塑模具设计

目 录摘要IAbstractII绪 论1第一章 塑件的工艺性分析31.1塑件的原材料分析31.1.1主要优点31.1.2主要缺点31.1.3 ABS的改性41.1.4模具设计注意事项41.2塑件的尺寸精度分析41.3塑件表面质量分析41.4塑件的结构工艺性分析4第二章 注塑机的初步选择52.1初选注塑机52.2注射机相关参数5第三章 注塑模的结构设计73.1分型面的选择73.2浇注系统的设计73.2.1主流道的设计73.2.2分流道的设计83.2.3浇口设计83.2.4定位圈93.3 成型零部件的设计93.3.1型腔93.3.2型芯103.3.3 成型零部件尺寸计算103.4模具顶出系统设计113.4.1推出方式选择113.4.2推杆位置的选择113.5合模导向机构的设计123.5.1导柱的设计123.5.2导套的结构设计123.5.3 复位杆的设计123.6模架与支承零部件的设计133.6.1 模架的确定133.6.2垫块的设计133.6.3 定模座板和动模座板的设计143.6.4 推板的设计14第四章 注射机校核164.1注射压力的校核164.2 最大注射量的校核164.3 锁模力的校核164.4模具的闭合高度174.5模具安装部分的校核174.6模具开模行程校核17致 谢18参 考 文 献19摘要这次课题设计是仪表盒的注塑模具设计，该制品为无色，透明的生活用品，所以材料选ABS。此次设计需要先对塑件进行工艺分析，然后初步选出注塑机。并用UG对型芯、型腔、浇注系统、冷却系统、顶出系统、模架进行设计，最后再对注塑机各项参数进行校核。通过这次设计让我们初步了解注塑模设计的相关知识。关键词: UG ， 注塑模 ，仪表盒IIAbstract This subject is designed to meter box injection mold design, this product is colorless, transparent articles for daily use, so choose ABS material.The design needs to process analysis was carried out on the plastic parts first, and then the preliminary selected injection molding machine.Using UG to the core, cavity, gating system, cooling system, ejection system, die design, and then to the various parameters of injection molding machine for checking.Through the design let us a preliminary understanding of injection mold design knowledge.Keywords: UG ,Injection mold, Meter box 绪 论一塑料注射模具与模具工业1. 模具工业及其重要性科学技术的不断进步与工业生产的迅速发展，模具在工业生产中的使用极为广泛，如汽车、电器、仪器仪表、机械制造、航空航天、轻工业产品等行业，有60%90%的零部件需用模具加工。如螺钉、螺母、垫圈等标准件，没有模具就无法大批量生产。新材料的推广应用，如工程塑料、粉末冶金、合金压铸、玻璃成型等工艺也需要模具来完成批量生产。模具是实现压力加工的主要工具，也是现代工业生产中应用极为广泛的主要工艺装备。没有高水平的模具就没有高水平的产品，是制造业的一个共识。作为制造业的重要基础性工艺设备，模具技术被认为是衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。采用模具成型工艺生产零部件，具有高效、节能、成本低、保证质量等一系列优点，能适应产品竞争和不断的更新换代。因此，成形是当代工业生产的主要手段和工艺发展方向。2. 国内外模具发展状况及发展前景模具工业在现代社会中具有“不衰亡工业”之称，世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在每年600亿至650亿美元。目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，60%80%的零部件，都需要通过模具工艺来加工成型。用模具成型的制件具有高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，这是其他加工工艺所无法达到的。欧美许多模具企业的生产技术水平，在国际上是一流的，CAD/CAE/CAM、高速切削加工等技术在欧美模具企业中得到了广泛应用。将高新技术应用于模具的设计与制造，已成为当今社会快速制造优质模具的有力保证。中国模具生产总量已位居世界第三，虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但设计制造水平在总体上要比欧美等国落后很多，特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距。差别主要表现在下列几个方面：1、体制不顺，基础薄弱；2、人才急缺，在科研开发及技术攻关等方面投入资金太少；3、工艺工装水平低，且配套性不好，利用率低；4、专业化、标准化、商品化程度低，协作性差；5、模具材料及模具相关技术落后。电子、通讯、建材等行业对模具的需求，对我国模具工业和技术产生了巨大的推动作用。未来我国模具将朝着大型化、精密化、多功能化、标准化、快速成型方向发展。3. 塑料模的发展、分类及其常用成型设备（1）塑料制件的发展：塑料制件是现代新兴的产品之一，其中塑料具有密度小、化学稳定性好、电绝缘性能高、比强度大等优异性能，再加上原料丰富、成本低廉、成型周期短、尺寸稳定制造方便等优点，因此广泛应用于国民经济的各个领域之中。其中注塑成型成本低、效率高，在塑胶行业中占有突出的位置广泛的加工工艺，在模具加工中应用最为广泛。自2000年以来，世界塑胶业向中国加速转移，目前估计从业人员突破500万。（2）塑料模的分类及常用塑料模成形设备：塑料模的类型很多，按塑料制件成形的方法不同，可分为注射模（注射模）、压缩模和压注模；按成形的塑料不同，可分为热塑性塑料模和热固性塑料模等。按成形工艺方法不同，塑料模成形设备可分为塑料注塑机、液压机、挤出机、吹塑机等，其中注塑机应用最为广泛。二 注射模具主要组成部分名词说明1. 定模部分：定模一般固定在成型设备的固定座板上，与料筒前端的喷嘴相连，是模具的固定部分。由定模底板、定模镶、定模框、定位圈、浇口套等零件组成。2. 动模部分：动模一般固定在成型设备的动模座板上，可以随动模座板往复运动，合模时，由锁紧机构锁紧，是模具的活动部分。由动模板、动模镶块、型芯、导柱、动模框、动模底板、推杆、推板固定板、推杆底板等零件组成。3. 成型部分：是直接与塑件接触的零件，并决定塑料制件形状和尺寸的精度。它由固定的镶块、型芯与活动的型芯组成，分别装在动模、定模和滑块上而构成型腔的主要零件。4. 导向零件：作用是准确引导动模和定模的开启和闭合，也是动模与定模的定位元件，又是避免塑件分型面错位的重要零件之一。此外，还是正确引导推出机构的导向元件。5. 推出机构：主要用于在开模过程中将制件及浇道凝料从模具型腔中推出。推出机构由推杆、拉料杆、推板固定板、推杆底板和复位杆等组成。它有单独的导向和定位零件。6. 冷料穴：主要作用是积聚注塑机喷嘴最先射出的冷塑料，以免冷塑料进入主型腔而降低塑件的质量造成废品。它的结构是在正对主流道的动模上设置一个直径稍大于主流道大端直径的孔，为了确保在开模时拉出主流道凝料，又能在推出机构的作用下顶出冷料穴的凝料，冷料穴常与拉杆配合使用。第一章 塑件的工艺性分析本次毕业设计课题为塑料壳形塑件注射模设计，该产品的三维造型图如图1-1所示，壁厚2mm要求大批量生产。 图1-1 塑件三维造型图1.1塑件的原材料分析该材料为丙烯腈丁二烯苯乙烯，俗称ABS塑料。基本特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性； 苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度，易于加工成型和染色。从形态上看，ABS结构特点是线型结构非结晶性材料。ABS本色为浅象牙色，不透明，无毒无味，属于无定型塑料。黏度适中，它的熔体流动性和温度，压力都有关系，其中压力的影响要大一些。1.1.1主要优点（1）具有优良的综合机械性能。硬而不脆，尺寸稳定，易于成型和机械加工，表面能镀铬，耐化学腐蚀，并有良好的电性能；有一定的表面硬度，抗抓伤；耐磨性好，摩擦系数低；（2）电气性能好，受温度、湿度、频率变化影响小；（3）耐低温达-40；（4）耐酸、碱、盐、油、水；（5）可以用涂漆、印刷等方法对制品进行表面装饰；（6）较小的收缩率，较宽的成型工艺范围。1.1.2主要缺点（1） 不耐有机溶剂，会被溶胀，也会被极性溶剂所溶解；（2） 耐候性较差，特别是耐紫外线性能不好；（3） 耐热性不够好，普通ABS的热变形温度仅为9598，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。1.1.3 ABS的改性ABS能与其他许多热塑性塑料或热固性塑料共混，改进这些塑料的加工和使用性能。例如，将ABS加入PVC中，可提高其冲击韧性、耐燃性、抗老化和抗寒能力，并改善其加工性能；将ABS与PC共混，可提高抗冲击强度和耐热性；以甲基丙烯酸甲酯替代ABS中丙烯腈组分，可制得MBS塑料，即通常所说的透明ABS。综上所述，ABS是一类较理想的工程塑料，为各行业所广为采用。航空、造船、机械、电气、纺织、汽车、建筑等制造业都将ABS作为首选非金属材料。1.1.4模具设计注意事项ABS的吸水性比较高，加工前需进行干燥处理。为防止在冲模过程中出现排气不良、灼伤、熔接缝等缺陷。1.2塑件的尺寸精度分析由文献1中表1-2可知塑件尺寸相关公差等级的选用标准，其中常用塑件的公差等级选用如下表所示：表1-2 塑料模塑件尺寸公差等级选用材料代号模塑材料公差等级标注公差尺寸未标注公差尺寸高精度低精度ABS丙稀腈-丁二烯-苯乙烯共聚物MT2MT3MT5该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按查取公差。1.3塑件表面质量分析该塑件要求外形美观，外表面没有开裂及熔接缝，粗糙度可取Ra0.5,而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。1.4塑件的结构工艺性分析从图纸上分析，壳形塑件有三个孔径为20mm的通孔，塑件相对一般塑料件较小，其结构简单，外形较复杂，尺寸测量简单，符合一般的塑件要求。该塑件的外观要求光面，并且属于中小型塑件结论：综上所述，该塑件可采用注射成型。第二章 注塑机的初步选择2.1初选注塑机图2-1 塑件体积(1)根据UG自带的测量工具测得该塑件的体积是：10.85cm。 浇注凝料的体积大约为：V1=0.25n*Vcm=2.7cm根据最大注射量初选注射机，公式如下： nV+V1KVp 2x10.85+2.70.8Vp Vp30.5cm其中V：塑件体积 V1：浇注凝料的体积 Vp：最大额定注塑量 n：型腔数目 K取0.8（2）初选注射机： XS-Z-60/502.2注射机相关参数 表2-1注射机的相关参数额定注射量60cm螺杆直径40mm注射压力120Mpa注射质量55g注射方式柱塞式注射速率60g/s锁模力500KN移模行程180mm模具最大厚度200mm模具最小厚度70mm第三章 注塑模的结构设计3.1分型面的选择在选择分型面的时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，所以选底面为分型面，如图3-1所示：3-1 分型面选择示意图3.2浇注系统的设计3.2.1主流道的设计主流道是紧接注射机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔融塑料进入模具时首先经过它。主流道一般做在浇口套上，它要承接注射机喷嘴的熔融塑料，注射时应与注射机喷嘴紧密贴合。图3-2 浇口套主流道的设计要点如下：为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处产生溢料现象，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，深度为35mm，其球面半径应比注射机喷嘴头球面半径大12mm；为了防止有凝料积存在主流道口，进而影响脱模，应该将主流道的小端直径设计成比注射机喷嘴直径大0.51mm。如图3-2D=d+(0.5-1)mmSR1=SR2+(1-2)mm根据手册查得XS-ZY-30机喷嘴的有关尺寸：喷嘴球半径R0=10mm喷嘴孔直径d0=2mm所以D=3mm，SR1=14mm.3.2.2分流道的设计分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚。形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该塑件的体积比较小，但形状较复杂，且壁厚均匀。 从便于成型方面考虑，采用截面形状为梯形的分流道。如图3-3所示图3-3分流道示意图3.2.3浇口设计浇口形式的选择：由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。同时，也应尽量使模具结构更简单。在设计中，我用点浇口对塑件进行浇注。最佳浇注位置在塑件上端中心部位。如图3-4所示图3-4浇口示意图3.2.4定位圈定位圈与注射机定模固定板中心的定位孔相配合，其作用是为了使主流道与喷嘴和机筒对中。模具定位圈尺寸要与选用的注塑机定模板定位圈定位孔相匹配，因此选择B类定位圈。如图3-5所示图3-5 定位圈示意图3.3 成型零部件的设计3.3.1型腔 根据制件成型特点，采用整体式型腔结构，并且把浇口设计在型腔底部。加工方法可采用普通机加工、数控机床、电火花等成型等方法。嵌入的型腔材料可采用低碳钢或低碳合金钢，渗碳淬火后抛光。如图3-6所示图3-6型腔3.3.2型芯 型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型。如图3-7所示图3-7型芯3.3.3 成型零部件尺寸计算材料ABS，查表收缩率0.3-0.8，平均收缩率S=（0.3+0.8）/2=0.55.(1)型腔工作尺寸计算根据公式： Lm=D(1+S)-3/4+=(1/5)得：Lm1=51.09 Lm2=66.11(2)型芯工作尺寸计算根据公式：lm：d(1+S)+3/4-mm=(1/5)得：lm1=49.08 Lm2=64.1 (3)型腔深度尺寸计算根据公式：Hm=H(1+S)+2/3+mm得： Hm=12.24(4)型芯高度尺寸计算根据公式：hm=h(1+S)-2/3-mm=(1/5)得：hm=11.863.4模具顶出系统设计3.4.1推出方式选择根据塑件的形状特点，模具型腔在动模部分，开模后，塑件留在型腔。推杆推出：设置方便，结构简单，适应性强，应用最为广泛。如图3-8所示图3-8推杆示意图3.4.2推杆位置的选择（1）推杆的位置应选择在脱模阻力最大的地方。（2）塑件各处的推模阻力相等时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。如图3-9所示图3-9推杆分布示意图3.5合模导向机构的设计3.5.1导柱的设计用于动模与定模间或推出机构零件的定位与导向。导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8-12mm，以免出现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。导柱前段应做成锥形，以使导柱能顺利地进入导向孔。尺寸如图3-10所示图3-10导柱3.5.2导套的结构设计 用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。为使导柱顺利进入导套，导套的的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，以利于排出孔内的空气。如图3-11所示图3-11导套3.5.3 复位杆的设计 复位杆是在合模时把推出的推杆机构退回原位。如图3-12所示图3-12复位杆3.6模架与支承零部件的设计注射模具由成型零部件和结构零部件组成。结构零部件部分介绍的内容包括注射模的标准模架、注射模的支承零部件和合模导向机构。支承零部件主要由固定板（动、定模板）、支承板、垫板和动、定模座板等组成。3.6.1 模架的确定 模架是注射模的骨架和基体。在生产现场中，尽可能得采用标准模架。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定板、推板、导柱、导套及复位杆组成。模架的大小是根据型芯的大小确定的。查模架标准件手册，套用最接近这一尺寸的模架是大水口模架中的CI2330，如图3-13所示图3-13模架模型图3.6.2垫块的设计 垫块是用来连接支承板与动模座板的零件。主要作用是在动模座板与支承板之间形成推出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。该模具采用的是平行垫块。如图3-14所示图3-14垫块3.6.3 定模座板和动模座板的设计 定模座板使定模固定在注射机的固定工作台面上的模板。如图3-15所示图3-15定模座板 动模座板使动模固定在注射机的移动工作台面上的模板。其中相关尺寸根据模架而定。如图3-16所示图3-16动模座板3.6.4 推板的设计 用以配合注射机来推出塑件，还有起到支承推杆固定板的作用。如图3-17所示图3-17推板图3-18 三维总装图第四章 注射机校核4.1注射压力的校核注塑加工时所需注塑压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸，注塑机类型、喷嘴及模道的阻力等因素有关。该塑件材料为ABS，其注塑压力为70-90Mpa,所选注射机最大注塑压力为120Mpa符合要求。4.2 最大注射量的校核为了保证注塑成型，塑料制品和凝料的体积不应超过注射机最大注塑量的80。当塑料注塑成型机最大注塑量以最大注塑容积标定时，按下式校核：KV0V=nV1+V浇式中：V0-塑料注塑成型机最大容积，cm V-塑件的体积（包括塑料制品、浇道凝料和飞边），cm V1-一个塑件的体积， n-型腔cm K-塑料注塑成型机最大注射量的利用系数。取K=0.8代入上式得：60cm52.2cm 符合要求。4.3 锁模力的校核锁模力又称合模力，是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，为此，注射机的锁模力必须大于型腔熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之各是和乘积。即F 式中 F -注射机的分称锁模力， P -模内平均压力（型腔内的熔体平均压力） A -塑件、流道、浇口在分型面上的投影面积之和K为系数取1.1-1.2经过计算，F180，即500180.符合要求。4.4模具的闭合高度模具闭合高度就是模具上下模所有的模板加起来的高度。通常一套模具里会有弹簧一类的部件在里面。模具的模板之间会因为弹簧的压力不闭合，板与板之间有间隙。这样模具的高度就会高过闭合高度。型芯固定板H型芯=40mm 型腔固定板H型腔=50mm垫块H垫块=70mm 上模座板H上=25mm下模座板H下=25mmHM=H下+H型芯+H型腔+H垫块+H上=40mm+50mm+70mm+25mm+25mm=210mm模具厚度需满足以下条件：HminHMHmaxHmax=Hmin+HHmin：注射机允许的最小模具厚度200mm。Hmax：注射机允许的最大模具厚度70mm。H：注射机调节螺母的长度(mm）。HM：模具闭合高度210mm。所以XS-Z60/50，不满住该范围，所以查表可知XS-ZY-60/40满足此范围。4.5模具安装部分的校核该模具的外形尺寸为280mm300mm,XS-ZY-60/40型注射机模板动、定模模板最大安装尺寸为300mm330mm.所以满足安装要求。4.6模具开模行程校核注塑机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。开模行程的校核分为下面几种情况。注塑机最大开模行程与模厚无关 主要指锁模机构为液压-机械联合作用的注塑机，如XS-Z-30、 XS-Z-60、 XS-ZY-125、 XS-ZY-350、 XS