控制面盖注塑模具设计说明书.doc

控制面盖注塑模设计说明书学校代码：10410 序 号：20055023本 科 毕 业 设 计题目： 控制盒面盖塑模设计 谢谢朋友对我的文章赏识，如需要全套资料，希望进一步了解，请qq1242152351摘 要本文分为两大部分，第一部分是机械结构设计，内容包括塑料模具的工作原理及应用，设计准则以及产品的简介。塑料注塑模的结构计算，包括模具结构设计，注射机的选用，浇注系统设计等方面。第二部分是介绍cad/cam在模具上的应用。关键词：cad/cam，塑料，注射模，注射机。24abstract in this paper ，it is divided into two parts.the first part is about the design of the structure of mold .it is including the working theory and application of a plastic injection mold,the design princible, and the introducing the desing of mold,the selecting of plastic injection mold machine,and the pour syetem injection mold.key words: cad/cam, plastic, plastic injection mold , plastic injection mold machine.目 录1设计内容21.1控制盒面盖注射模22本次设计的目的22.1设计目的23 塑件成型的基本过程33.1 塑化过程33.2 充模过程33.3 冷却凝固过程33.4 脱模过程34 塑件制品分析44.1 影响塑件制品的因素44.2塑件制品的选材及其物理性能44.3塑件材料的成型特性55 注射机的选择与校核65.1注射机的选定65.2注射机的校核65.2.1注射量的校核65.2.2锁模力的校核65.2.3注射机安装模具部分的尺寸校核75.2.4开模行程的校核76 分型面的确定86.1分型面的选择87 浇注系统的设计97.1浇口系统的组成97.2浇口系统的作用97.3浇口套的设计97.4 流道设计97.5浇口的设计108 排溢系统的设计129 型腔、型芯的设计139.1设计型腔和型芯的结构形式139.2型芯和型腔设计139.2.1型芯设计139.2.2 型腔设计139.3型腔、型芯工作尺寸的计算149.4 型腔壁厚的计算159.4.1型腔的强度及刚度要求159.4.2对凹模底板厚度：159.4.3确定型腔的壁厚1510 导向机构的设计1711脱模与复位机构设计1911.1脱模机构的设计1911.2复位机构的确定1912冷却系统的设计2013 整体设计22结 束 语23参 考 文 献241 设计内容1.1控制盒面盖注射模产品（图1）设计一副注射模。图12 本次设计的目的2.1设计目的（1）掌握注射模设计的一般方法；（2）了解注射机的工作原理；（3）了解模具的加工方法；（4）进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程。3 塑件成型的基本过程注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体-熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约2085mpa），溶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。3.1 塑化过程现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。3.2 充模过程熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题-浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。3.3 冷却凝固过程热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即： 塑化注射充模固化成型 加热理论上绝热散热热交换效果的好坏决定了塑件的质量，报考外表质量和内在质量。因此，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。3.4 脱模过程塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。由3.1至3.4形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件。4 塑件制品分析 本塑件是控制面板盖壳体，形状如图2所示：图24.1 影响塑件制品的因素塑料制作的设计主要根据使用要求进行，由于塑料有特殊的物理性能，在设计塑件时必须考虑一下几个方面的因素：（1）料的物理性能，如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对力的敏感性；（2）塑料的成型工艺性，如流动性；（3）塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化（热塑性塑料制品）或快速受热固化（热固性塑料制品）；（4）塑料在成型后收缩情况及各向收缩率的差异；（5）模具的总体结构，特别是抽心与脱出塑件的复杂程度；（6）模具零件的形状及其制造工艺。4.2塑件制品的选材及其物理性能综合考虑以上因素，本塑件采用abs做材料。 abs是由丙烯晴，丁二烯，苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使abs具有良好的综合力学性能。 特点：它无毒，无味，显微黄色，冲击韧性较好，机械强度较大，尺寸稳定，耐化学性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好。成型的塑件有加好的光泽。 成型收缩率为：0.4%0.7% 吸湿性为：0.05 %0.06% 密度为：1.031.07g/4.3塑件材料的成型特性abs的成型特性如下几点：（1）无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯，ps差，但比聚碳酸酯，聚氯乙烯好，溢边值为0.04毫米左右。（2）吸湿性强，必须充分干燥表面要求光泽的塑件须经过长时间的预热干燥。（3）成型时宜取高料温，高模温，但料温过高易分解（分解温度=250度）。对精度较高的塑件，模温宜取5060度，对光泽，耐热塑件，模温宜取6080度。注射压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230度，注射压力为10001400公斤力/。5 注射机的选择与校核5.1注射机的选定根据模具设计与制造简明手册表2-40选择注射机xs-zy-125螺杆式注射机，其参数如下：额定注射量：125 螺杆直径：42mm 注射压力：120mpa 锁模力：900kn 最大成型面积：320 模具最大厚度：300mm 模具最小厚度：200mm 模板最大行程：300mm 喷嘴圆弧半径：15mm 喷嘴孔直径：8mm 定位孔直径：100mm 合模方式：液压机械 5.2注射机的校核5.2.1注射量的校核 根据模具设计与制造简明手册可知：塑件的体积应小于注射机的注射容量，其公式按下式校核： 0.8=0.8125=100式中：塑件与浇注系统的体积总和 注射机的注射量（） 0.8最大注射量的利用系数经估计算得：50所以=50 pf=627.36kn 故合格5.2.3注射机安装模具部分的尺寸校核 喷嘴尺寸：喷嘴尺寸与浇口套相适应，浇口套是根据喷嘴尺寸来设计的； 定位环尺寸：定位环高度10mm，直径100mm（与定位孔相配合）；模具厚度：hmin=200mmhm=200s=23+25+10=58 合格6 分型面的确定6.1分型面的选择分型面的选择主要考虑以下几个问题：（1）分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的位置，而且还必须考虑如何能比较方便地清除分型面产生地溢料飞边。同时，还应避免分型而产生飞边；（2）分型面的选择应有利于脱模，否则，模具结构便会变得比较复杂。通常，分型面的选择应尽可能使制品在开模后滞留在动模一侧； （3）分型面不影响制品的形状和尺寸精度; （4）分型面应尽量与最后填充的型腔表面重合，以利于排气； （5）选择分型面是，应尽量减少脱模斜度给制品大小端尺寸带来的差异； （6）分型面应便于模具加工; （7）选择分型面时，应尽量减少制品在分型面上的投影面积，以防止面积过大，造成锁模困难，产生严重的溢料； （8）有侧孔或侧凹的制品，选择分型面时应首先考虑将抽心或分离距离长的一边放在动、定模的方向，而将短的一边作为侧向分型抽心机构时，除液压抽心能获得较大的侧向抽拔距离外，一般分型抽心机构侧向抽拔距离都较小。7 浇注系统的设计7.1浇口系统的组成浇注系统由主流道，分流道，浇口，和冷料穴四个部分组成。7.2浇口系统的作用浇注系统的作用有如下两点：（1）能将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。（2）在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效的传递到型腔的各个部位，以获得形状完整，内外在质量优良的塑料制件。7.3浇口套的设计浇口套的设计如图3：7.4 流道设计流道的形式和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形状、模具成型数目和用户要求等因素的影响，因此没有固定的形式。但是流道的设计应该考虑如下问题：（1） 流道的截面形状（2） 流道的布置本模具的流道截面图如图4：流道布置：在多腔成型时，型腔布置决定流道的设计。从流动平衡的角度出发，应该使各型腔到浇道的距离相等，同时也有利于浇口平衡布置。如图5：7.5浇口的设计从开模和塑件的外观，综合其它方面的因素综合考虑，选择了潜伏式浇口。如图6： 潜伏式浇口又称剪切浇口，这类浇口的分流道一般位于分型面上，而浇口本身设在模具的隐蔽处，塑料熔体通过型腔侧面斜向注入型腔，因而塑件外表不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量及美观效果。8 排溢系统的设计排溢是指排出充模冷料中和模具中的气体等。广义的注射模排溢系统应包括浇注系统的排溢和成型部分的排溢。通常指的排溢是指成型部分的排溢。 模具充型过程中，除了型腔内原有的空气外，还有塑件受热或凝固而产生的低分子挥发气体，尤其是在高速注射成型时，必须考虑如何将多余的气体排出模外，否则被压缩的气体产生高温引起塑件局部碳化，或是塑件产生气泡的工艺缺陷。为了解决该问题，必要时可开设排气槽等办法。但是对于abs这种材料。排气间隙不得高于0.05mm。为了能快速充满型腔，得到质量合格的产品。采用以下措施： （1）型芯采用组合式，型芯的长度高于型腔吧型腔板上的型芯孔打通，型芯与型腔小间隙配合。这样可以成为主要的排气途径； （2）由于型腔板和推荐板存在小的间隙，这样也可以排出一部分气体。9 型腔、型芯的设计9.1设计型腔和型芯的结构形式 （1）型腔的结构设计：由于模具采用一模四腔，若是采用镶拼组合式，这将增加加工量，特别会给装配带来极大的难度。因此型腔采用整体式结构。也就是型腔和定模板做成一块，即两板模。型腔可通过电火花成型进行加工。这种结构形式具有以下优点：加工效率高，减少装配难度，可节约优质钢材，减少加工量。 （2）型芯结构设计：型芯采用镶拼组合式结构，这样就可方便更换，若是某根型芯由于磨损或其他原因北损坏，就可以直接更换，就不需换整体。由于型芯个部分分开，这样就降低了型芯的加工难度，把复杂的型芯加工转化为镶拼块的表面加工，且易于保证加工精度。各镶拼件采用h7/m6配合。这种结构形式具有以下优点：加工难度不大，加工成本低，易于保证型芯精度，易于更换。9.2型芯和型腔设计9.2.1型芯设计 型芯的尺寸计算：型芯的尺寸按以下公式计算 = 式中型芯外形尺寸 塑件内形尺寸 塑件公差 塑件平均收缩率 成型零件制造公差，取 9.2.2 型腔设计 型腔径向尺寸按以下公式计算 式中型腔的内形尺寸 塑件外形基本尺寸 塑件公差 塑件平均收缩率 成型零件制造公差，取9.2.3由于该产品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度的要求不那么高。一般取ra1.6，在机床上加工就可以直接投入使用，不需要经过其它的特殊加工。考虑模具的修模以及型芯的磨损，在精度范围内，型芯尺寸尽量取最大值，型腔的表面粗糙将决定产品的外观，因此型腔的表面粗糙度则要求高，一般取ra80.4。在本次设计中，型腔取ra0.8 4x综合修正系数（考虑塑件收缩率的偏差和波动，成型零件的磨损等因素），塑件精度低、批量较小时，x取；苏建安精度高、批量比较大，x取，设计要求取x为。9.3型腔、型芯工作尺寸的计算 要计算型芯、型腔的工作尺寸，必须先确定塑件的公差及模具的制造公差。根据要就塑件取七级精度。根据塑件制件公差数值表，塑件在七级精度下，基本对应的尺寸公差如下：基本尺寸（mm）公差（mm）基本尺寸（mm）公差（mm）30.3230400.72360.3640500.806100.4050650.9210140.4465801.0414180.48801001.2018240.521001201.3624300.641201401.52型腔：=95 取=0.5% （以下的收缩率都取0.5%） =型腔深度：h=12.66 x=0.5 型芯：=78 9.4 型腔壁厚的计算 9.4.1型腔的强度及刚度要求塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度计算是模具设计中经常遇到的问题，尤其对大型模具更为突出。目前常用的计算方法有按强度条件计算和按刚度条件计算两类，但塑料模具要求既不许因强度不足而发生明显变形，甚至破坏，也不许刚度不足而变形过大的情况，因此要求对强度和刚度加以考虑。对于型腔主要受到的力是塑件熔体的压力，在塑件熔体的压力作用下，型腔将发生内应力及变形。如果型腔侧壁和底壁厚度不够。当型腔中产生的内应力超过材料的许用应力时，型腔发生强度破坏，与此同时，刚度不足则发生弹性变形，从而产生溢料现象，将影响塑件成型质量，所以模具对刚度和强度都有要求。 但是，实践证明，模具对强度和刚度的要求并非同时兼顾，对大型腔，按刚度条件，对小型腔则按强度条件计算即可。（在本设计中按强度条件来计算） 9.4.2对凹模底板厚度： 式中p型腔内塑料熔体的压力（mpa） r型腔内半径（mm） 材料弯曲许用应力。材料为45#钢，取100mpa 根据条件：r=45mm p=100mpa h=45=38.9mm 先确定模板厚度为35mm，可以满足型腔的强度要求。9.4.3确定型腔的壁厚圆形型腔内壁直径2r型腔壁厚s=r-r40204050255060306070357080408090459010050100120551201406014016065如未用淬火钢，应乘以系数1.21.5根据上表，s=r-r=40mm r=40=+50=90mm由于在生产中，两腔同时充满塑料熔体，受到大小相等的压力，形成作用力与反作用力。现取型腔中心到定模板的中心的距离为105mm是可以满足型腔的强度要求的。10 导向机构的设计 导向机构主要包括导柱（如图7）、导套（如图8），主要作用是在动模与定模合模时保证型芯和型腔的精确定位。导向零件应合理地均匀分别在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。根据模具的形状和大小，一副模具一般采用2到4根导柱。在此设计中采用了4根导柱。 加工个导柱、导套孔时，应将定模板、推件板、动模板合在一起，一次性加工出来，以保证孔的同心度，然后再在定模板、动模板上加工沉头孔。 图7 图811脱模与复位机构设计11.1脱模机构的设计塑件冷却后由于有少量的收缩，塑件会紧抱在型芯上，所以在脱出产品时不像冲压件那么可以自动脱落。这样，我们必须设计推出机构将塑件顶出，推出机构设计时我们考虑的是要使塑件各部分受力均匀，在此设计中，由于采用了一模四腔的结构，故利用多个顶针把产品同时推出，这样每个产品的受力相同且均匀。11.2复位机构的确定注射机上液压机构将顶针推出之后，塑件也被完全顶出但是模具要合模，要使顶针，拉料杆恢复到原来的位置，而不影响下一周期的正常生产，具体结构见总装图。12冷却系统的设计 冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模时发生变形，缩短成型周期及提高塑件质量。一般在型腔，型芯等部位设置合理的冷却水路，通过调节冷却水流量和流速来控制模温。 图9冷却水孔开孔的原则： （1）冷却水孔的数量应尽可能的多，直径应尽量大；（2） 每个冷却水孔至型腔表面的距离应相等，一般保持在015mm范围内，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。水孔直径一般保持在812mm。（3）水孔通过镶块时，防止镶套管等漏水。（4）冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方，以免影响塑件的强度。（5）水管接头应设在不影响操作的一侧。在此设计中，没此要注射的量只有50g，由此可以得到注射一次所放出的热量：q=g式中q熔体塑件所放出的热量（j） g每次注射的塑料量（包括浇注系统在内，kg）； 塑料从熔体状态进入型腔的温度到塑件冷却后的脱模温度的焓之差；q=50200=10000（j） 为了防止型腔受热变形，在定模板加两根水道，这样可以保证产品进度。冷却时所需要的冷却水量： 式中：通过模具的冷却水质量（kg） 熔融塑料进入模腔的温度（）=120 制品脱模温度（）=60 出水温度（）=40 进水温度（）=20 c塑料的比热容（）c=1759 导热系数（）=829 故 =40501759（120-60）/829（40-20）=12.73kg根据冷却水处于流满状态下的流速和水管直径的关系，确定模具冷却水管直径d：d= 式中：管道内冷却水的流速（m/s） =0.6m/s 水的密度（kg/） = kg/ 故：d=5.20mm13 整体设计模具整体设计也就是模体的设计，随着现代工业的发展，模体设计已接近标准化，可以从市场上购买相应的模体。标准模体一般包括定模板、动模板、垫块、顶出固定板、顶板、导柱、导套、复位杆等。标准模架有12种结构，15876种规格。在本次设计中，浇口套、导柱、导套、顶杆、水嘴都采用标准件，可以外购。 该模具总体结构采用一模四腔，分型面为平面；定模座板和动模座板的长为450mm、宽为400mm、厚为30mm。 下面确定模板的厚度各模板厚度总和应小于500mm，这是注射机的要求。定模座板、动模座板都为30mm，动模板厚度为100mm，而定模板厚度取70mm，垫块的高度取100mm，可以保证产品能顺利的脱模。根据以上选取，模具的厚度h=30+70+100+100+30=330（mm）500（mm），符合条件。推板及顶杆固定板分别为10mm及25mm。各板的厚度已经确定。 结 束 语经过这次毕业设计，我觉得自己学到了不少东西，归纳起来，主要有以下几点：1 大学几年的时间都是在学习机械理论基础知识，并未真正地去应用和实践。平时很少接触设计，加工，生产，但是在这次毕业设计的过程中，我在指导老师的带领下多次深入工厂了解产品的注塑方法和模具的加工过程。在参观学习中，发现了自己很多的不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握的越多，设计的就更完善，更顺利。2 了解进行一向设计必不可少的几个阶段。毕业设计能够从理论设计和工程实践相结合、巩固基础知识与培养创新意识想结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的综合素质，我经过这次系统的毕业设计