塑料罩壳注射模设计论文

塑料罩壳注射模设计 2011届毕业论文 塑料罩壳注射模设计 系 、 部： 机械工程系 学生姓名： 指导教师： 职称 副教授 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 0702 班 完成时间： 塑料罩壳注射模设计 1 摘 要 对塑料罩壳注射模结构采用点浇口进料，采用一模四 腔的模具结构， 材料采用流动性能中等的 ABS塑料，通过对塑件的分析，注射机的选定，浇注系统的设计，成型零件的设计计算，脱模推出机构的设计，以及冷却系统的设计和导向地位机构的设计，给出了生产塑料罩壳的一个实际参考设计生产流程。 关键词 : ABS；一模四腔；侧浇口；模具设计 ABSTRACT To plastic cover shell injection mould structure adopts point runner feeding； Selected a mould for four cavity die structure, and selected the medium flow property ABS plastic for filling mold, improve the design compact and practical efficiency； Based on the analysis of the plastic parts, injection machine selection of the design of the shunt way, Lord, molding parts design calculation of mechanism design, stripping out, and the cooling system design and guide mechanism design, status are given a production of plastic cover shell actual reference design of the production process. Keywords: ABS； Plastic cover shells； Injection mould； Mold design. 塑料罩壳注射模设计 2 目录 1.塑件成型工艺性分析 . 5 1.1 塑件的分析 . 5 1.2 ABS 工程塑料的性能分析 . 5 1.2.1 基本性能 . 5 1.2.2 ABS 物理性能 . 6 1.2.3 ABS 热性能 . 6 1.2.4 ABS 力学性能： . 7 1.3 ABS 的注射成型过程及其工艺参数 . 8 1.3.1 注射成型过程 . 8 1.3.2 注射工艺参数 . 8 2.拟定模具的结构形式和初选注射机 . 8 2.1 分型面位置的确定 . 8 2.2 型腔数量和排列方式的确定 . 9 2.3 注射机型号的确定 . 10 2.3.1 注射量的计算 . 10 2.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算 . 10 2.3.3 选择注射机 . 11 2.3.4 注射机的相关参数的校核 . 11 3.浇注系统的设计 . 12 3.1.主流道的设计 . 12 3.1.1 主流道尺寸 . 12 3.1.2 主流道的凝料体积 . 13 3.1.3 主流道当量半径 . 13 3.1.4 主流道交口套的形式 . 13 3.2. 分流道的设计 . 14 3.2.1 分流道的布置形式 . 14 3.2.2 分流道的长度 . 14 3.2.3 分流道的当量直径 . 14 3.2.4 分流道的截面形状 . 14 塑料罩壳注射模设计 3 3.2.5 分流道界面尺寸 . 15 3.2.6 凝料体积 . 16 3.2.7 校核剪切速率 . 16 3.2.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 . 16 3.3. 浇口的设计 . 16 3.3.1 侧浇口尺寸的确定 . 18 3.3.2 侧浇口剪切速率的校核 . 18 3.4 校核主流道的剪切速率 . 18 3.5 冷料穴的设计计算 . 19 4.成型零件的结构设计及计算 . 19 4.1.成型零件的结构设计 . 19 4.2.成型零件钢材的选用 . 21 4.3 成型零件工作尺寸的计算 . 21 4.3.1 凹模内尺寸的计算 . 21 4.3.2 凹模深度尺寸的计算 . 22 4.3.3 型芯尺寸的计算 . 22 4.3.4 型芯高度尺寸的计算 . 22 4.3.5 6、 8、 10 型芯径向尺寸的计算 . 23 4.3.6 成型孔的高度 . 23 4.3.7 成型孔间距的计算 . 23 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 . 24 4.1.1 凹模侧壁厚度的计算 . 24 4.1.2 动模垫板厚度的计算 . 25 5.脱模推出机构的设计 . 26 5.1 脱模力的计算 . 26 5.2. 推出方式的确定 . 27 5.2.1 采用推杆推出 . 27 6.模架的确定 . 27 6.1 各模板厚度尺寸的确定 . 27 6.2 计算并选择模架型号 . 28 6.3 模架尺寸的校核 . 28 塑料罩壳注射模设计 4 7.排气槽的设计 . 29 8.冷却系统的设计 . 29 8.1 冷却介质 . 29 8.2 冷却系统的计算 . 29 8.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W . 29 8.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量sQ . 30 8.2.3 计算冷却水的体积流量vq . 30 8.2.4 确定冷却水路的直径 . 30 8.2.5 冷却水在管内的流速 v . 30 8.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数 h . 31 8.2.7 计算冷却水道的导热总面积 A . 31 8.2.8 计算冷却模具水管的总长度 L . 31 8.2.9 冷却水路的根数 . 31 9.导向与定位机构的设计 . 31 9.1 导柱导向机构 . 32 10.模具总活动过程说明 . 32 11.设计小结 . 32 参考文献 . 34 致谢 . 35 塑料罩壳注射模设计 5 塑料罩壳注射模设计 1 塑件成型工艺性分析 1.1 塑件的分析 （ 1）外形尺寸 该塑件壁厚为 1.5mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不长，其材料为 ABS 塑料，为热塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。 (2) 精度等级 塑件所有尺寸公差在任务书中未能给出，未注公差的尺寸取为 MT7. (3) 脱模斜度 ABS 的成型性能良好，成型收缩率较小，参考文献 1中表1-12，选择塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为 1。 1.2 ABS 工程塑料的性能分析 1.2.1 基本性能 ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：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。从形态上看，ABS 是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯 -丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分 散相。 ABS 的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的 ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。 ABS 材料具有超强塑料罩壳注射模设计 6 的易加工性，外观特性，优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件，专动零件和电信结构零件。 成形特性： 1无定形料，其品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种 确定成形方法及成形条件。 2吸湿性 强，含水量应小于 0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应长时间干燥。 3流动性中等，溢边料 0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯， AS 差，但是比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 4比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高），料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度在 250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件模具温度宜取 5060 ，要求光泽及耐热型塑件宜取 6080 ，注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注射机时料温为 180230 ，注射压力 为 100140MPa，螺杆式注射机则取160220 ， 70100MPa 为宜。 1.2.2 ABS 物理性能 密度： 1.031.08g/cm3 比体积： 0.860.98 cm3/g 吸水率： 0.20.4% 1.2.3 ABS 热性能 熔点： 130160 熔融指数： 200 负荷 50N,喷嘴 2.09 0.410.82g/10min 维卡针入度； 71122 马丁耐热： 63 热变形温度： 90108 (45N/cm2) 83103 (180N/cm2) 线膨胀系数： 7.0 10-5/ 计算收缩率： 0.40.7% 比热容： 1470 J/ (kg . K) 燃烧性： 慢 热导率： 0.263 W/ (m . k) 塑料罩壳注射模设计 7 1.2.4 ABS 力学性能 屈服强度： 50MPa 抗拉强度： 38MPa 断裂伸长率： 35% 拉伸强性模量： 1.8GPa 抗弯强度： 80MPa 弯曲弹性模量： 1.4GPa 抗压强度： 53MPa 抗剪强度： 24MPa 冲击韧度：无缺口 261 k / Jm2 有缺口 11 k / Jm2 布氏硬度： 9.7HBS 说明：该成形条件为加工通用级 ABS料时所用，苯乙烯 -丙烯腈共聚物（即AS）成形条件与上相似。 查参考文献 1中表 1-3 得其主要性能指标，见表 1。 表 1 ABS 的性能指标 密度 3k/ dmg 1.031.07 抗拉屈服强度 pa/Mb 50 比体积 13dm/ kgv 0.860.98 拉伸弹性模量 Pa/1 GE 1.8 吸水率 %/h24 0.20.4 抗弯强度 a/ MP 80 收缩率 %/s 0.30.8 冲击韧度（缺口） 2m/ kJ 11 热变形温度 /t 90108 硬度 HB 9.7， R121 熔点 /t 130160 体积电阻系数 cmv / 6.9 1610 塑料罩壳注射模设计 8 1.3 ABS 的注射成型过程及其工艺参数 1.3.1 注射成型过程 （ 1）成型前准备。对 ABS 的色泽 、粒度和均匀度等进行检验，由于 ABS 含有氰基等吸水性集团，故吸水性较大，因此成型前须进行充分干燥，使其水分含量降至 0.1%以下，常用方法是循环鼓风干燥，温度控制是 7080 ，时间 4h以上。也可以采用烘箱干燥，温度控制在 80100 ，时间 2h，干燥粒层厚度不超过50mm。 （ 2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 （ 3）塑件的后处理（退火）。退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70 ，处理 时间为 2h4h。 1.3.2 注射工艺参数 （ 1）注射机：螺杆式，螺杆转速为 30r/min.。 （ 2）料筒温度 t/ ：前段 180200； 中段 165180； 后段 150170。 （ 3）模具温度 t/ ： 5080； （ 4）注射压力 (p/Mpa)： 60100； （ 5）成型时间（ s）： 注射时间 2090 S 高压时间 05 S 冷却时间 20120 S 总周期 50220 S 2 拟定模具的结构形式和初选注射机 2.1 分型面 位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在塑件截面积最大，且有利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图 2 所示。 塑料罩壳注射模设计 9 图 2 分型面的选择 2.2 型腔数量和排列方式的确定 （ 1）型腔数量的确定 由于该塑件精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模四腔的结构形式。 （ 2）型腔排列方式的确定 由于该模具选择的是一模四腔，其型腔中心距的确定故流道采用 H 型对称排列，使型腔进料平 衡，如图 3 所示。 图 3 型腔数量的排列布置 （ 3）模具结构形式的初步确定 由以上分析可知，本模具设计是一模四腔，对称 H 型直线排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或是推出杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加塑料罩壳注射模设计 10 型芯固定板、支撑板或推件板。由上综合分析可确定采用大水口（或带推件板）的单分型面注射模。 2.3 注射机型号的确定 2.3.1 注射量的计算 通过 Pro/E 建模分析得塑件 质量属性如图 4 所示。 图 4 塑件质量属性 塑件体积： 3cm75.011塑V 塑件质量： 塑塑 Vm =1.0511.075=11.63g 式中， 可根据参考文献 3表 9-6 取为 1.05 3/g cm 。 2.3.2 浇注系统凝料提及的初步估算 由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定准确的数值，但是可以根据经验按照塑件提及的 0.2 倍 1 倍来估算。由于本次设计采用的流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料 按塑件体积的 0.3 倍来估算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和 4 个塑件体积之和）为： 塑料罩壳注射模设计 11 塑总 VV n03.1=1.3411.075=57.6 3cm 2.3.3 选择注射机 根据以上计算得出在一次注射过程中，注入模具型腔的塑料的总体积为总V=57.6 3cm ，由 参考文献 2式 4-18，公V=总V/0.8=57.6/0.8=72.00 3cm 。根据以上的计算，查参考文献 1中表 1-25，初步选定公称注射量为 106 3cm ，注射机型号为 SZ-100/630 卧式注射机，其主要技术参数见表 2。 表 2 注射机主要技术参数 理论注射量 3/mm 106 拉杆内向距 /mm 370320 螺杆柱塞直径 /mm 35 移模行程 /mm 270 注射压力 MPa/ 164.5 最大模具厚度 /mm 300 注射速率 1/ sg 80 最小模具厚度 /mm 150 塑化能力 hkg/ 11.8 锁模形式 双曲肘 螺杆转速 1min/ r 14200 模具定位孔直径 /mm 125 锁模力 /kN 630 喷嘴球半径 /mm 15 2.3.4 注射机的相关参数的校核 (1) 注射压力校核 查 参考文献 4可知， ABS 所需注射压力为 70MPa90MPa，这里取 0P =90MPa，该该注射机的公称注射压力 公P =164.5MPa，注射压力安全系数 1k =1.251.4，这里取 1k =1.3，则： 1k 0P =1.390=117 公P ，所以注射机注射压力符合要求。 (2) 锁模力校核。 塑件在分型面上的投影面积 塑A = 22222 5-10-68102-8050 =3664.5 2mm 浇注系统在分型面上的投影面积浇A，即浇道凝料 (包括浇口 )在分型面上的塑料罩壳注射模设计 12 投影面积浇A的数值，可以按照多型腔模具的统计分心来确定。浇A是每个塑件在分型面上的投影面积塑A的 0.2 倍 0.5 倍。由于本设计的流道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以相应取小一些，这 里取浇A=0.2塑A。 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则有 总A=n(塑A+浇A)=n(塑A+0.2塑A)=41.2塑A=17589.6 2mm 模具型腔内的胀型力胀F，则 胀F=总A 模P=17589.625=439.74kN 式中，模P是型腔的平均计算压力值。模P是模具型腔内的压力，通常取注射压力的 20%50%，大致范围在 14MPa36MPa。对于黏度较大的精度较高的塑件制品应取较大值。 ABS 属于中等黏度塑料切精度要求不高，故将模P取为 25MPa。 由表 2 可知注射机的公称锁模力是锁F=630kN，锁模力安全系数 2k =1.11.2这里取 2k =1.2，则取 2k胀F=1.2胀F=1.2439.74=527.7kN锁F所以注射机锁模力满足要求。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结 构尺寸确定后方可进行。 3 浇注系统的设计 3.1.主流道的设计 主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和冲模时间。另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的交口套。 3.1.1 主流道尺寸 (1) 主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具 L 应尽量小于 60mm，本次设计中初取 55mm 进行计算。 (2) 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸 +(0.51)mm= 4.5mm 塑料罩壳注射模设计 13 (3) 主流道大端直径 D=d+2主L 2/tan = 8mm式中 4 (4) 主流道球面直径 SR=注射机喷嘴球半径 +(12)mm=15+2=17 mm。 (5) 球面的配合高度 h=3mm。 3.1.2 主流道的凝料体积 3/r22 主主主主主主 RrRLV =55( 22 5.224 +42.26)3.14/3=1730.63 3mm 3.1.3 主流道当量半径 25.132 45.22 nRmm 3.1.4 主流道交口套的形式 主流道衬套为标准件可选购。主流道小断入口与注射机喷嘴反复接触 ，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但是考虑到上述因素通常依然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。本设计浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为 50HRC55HRC。如图 5 所示。定位圈的结构由总装图来确定。 图 5 主流道交口套的结构设计 塑料罩壳注射模设计 14 3.2. 分流道的设计 3.2.1 分流道的布置形式 为尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡，因此采 用平衡式分流道，如图 6 所示。 图 6 分流道布置形式 3.2.2 分流道的长度 根据四个型腔的结构设计，分流道长度适中，如图 6 所示。 3.2.3 分流道的当量直径 流过一级分流道塑料的质量 塑Vm 1.0511.0754=46.52g 106g 因该塑件壁厚为 1.5mm，单行分流道长度为 l =40mm，按参考文献 3中式（ 2-20）得 D= 4654.20 Lm 4.52mm 3.2.4 分流道的截面形状 本流道采用梯形截面，其加工工艺好，切塑料熔体的热量散失、流动阻力不大。 塑料罩壳注射模设计 15 3.2.5 分流道界面尺寸 表 2 部分塑料常用分流道断面尺寸推荐范围 塑料的名称 分流道断面直径 （ mm） 塑料名称 分流道断面直径 (mm) ABS、 AS 4.8 9.5 聚苯乙烯 3.5 10 聚乙烯 1.6 9.5 软聚氯乙烯 3.5 10 尼龙类 1.6 9.5 聚氨酯 6.5 8 聚甲醛 3.5 10 热塑性聚酯 3.5 8 丙烯酸塑料 8 10 聚苯醚 6.5 10 根据上表可取梯形的上底宽度为 B=5.4mm(便于选择刀具 )，底面圆角的半径 R=1mm，梯形高度取 H=2B/3=3.6mm，设下底宽度为 b，梯形面积满足如下关系。 242 DHbB 代值计算得 b=3.824mm，考虑到梯形底部圆弧对面积的减少及脱模斜度等因素，取 b=4.5mm。通过计算梯形斜度 =7.2，基本符合要求，如图 7 所示。 图 7 分流道截面形状与尺寸 塑料罩壳注射模设计 16 3.2.6 凝料体积 (1) 分流道的长度为 分L(44.52+7.5+25.48 )2=152mm. (2) 分流道截面积 2mm2042 3 . 6.45 分A (3) 凝料体积 分分分 ALV 15220=3040 3mm =3.04 3cm 考虑到圆弧的影响取 分V3 3cm 3.2.7 校核剪切速率 （ 1）确定注射时间： 由参考文献 2表 4-8， 可取 t=1.6 s。 （ 2）计算单边分流道体积流量： 6.1 2075.115.1t 22/ 塑分分 VVq 14.78 13 scm （ 3）由 参考文献 3（式 2-22） 可得剪切速率 133-23 s1041.03102 . 2 63 . 1 4 1 4 . 783 . 3. 3 q3 分分分 R 该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道德最佳剪切速率在2105 13105 s 之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。 3.2.8 分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取其粗糙度为 Ra 1.25m2.5m 即可，此处取 Ra 1.6m。另外其脱模斜度一般在 5 10之间，通过上述 计算脱模斜度为 10.6，脱模斜度足够。 3.3. 浇口的设计 该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模四腔注射，为方便调整冲模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修整，切开设在分型面上，从型腔的边缘进料。 运用 pro/E 分析工具 PLASTIC Advisor 对浇口选择点和熔料充型难易程度进塑料罩壳注射模设计 17 行监测分析，浇口选定在分型面上，从塑件底部进料填充，如图 8 所示。 图 8 浇口的选定和充型模拟 经 pro/E 分析工具 PLASTIC Advisor 充型模拟分析，选取图 8 所示浇口进行充型，能很好的实现塑件熔体的填充，分析结果如图 9 所示 塑料罩壳注射模设计 18 图 9 充型结果显示 3.3.1 侧浇口尺寸的确定 （ 1）计算侧浇口的深度。根据 参考文献 3表 2-6，可得侧浇口的深度 h 的计算公式为 h=nt=1.50.7=1.05mm 式中， t 是塑件壁厚，这里 t=1.5mm； n 是塑料成型系数，对于 ABS，其成型系数为 n=0.7 为了便于今后试模是发现问题进行修模处理，并根据参考文献 2表 4-9 中推荐的 ABS 侧浇口的厚度为 1.2mm1.4mm，故 此处浇口深度 h 取 1.3mm。 （ 2）计算侧浇口的宽度。根据参考文献 1表 2-6，可得侧浇口的宽度 B 的计算公式为 30AnB mm.7130 7.472626.0 式中， A 为凹模的内表面积 (约等于塑件的外表面积 )。 （ 3）计算侧浇口的长度。根据表 2-6 啊，可取侧浇口的长度 浇L0.75mm。 3.3.2 侧 浇口剪切速率的校核 （ 1）确定注射时间：查参考文献 1表 2-3，可取 t=1.6s； （ 2）计算浇口的体积流量： 1292.66.1 0 7 5.11 scmtVq 塑浇 （ 3）计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：3.3q3nR 浇 4 1410 s ，则 3.3q3nR 浇 1 6 9 9 775.00 2.96.33 3 1.7 1410 s 4 1410 s ，剪切速率合格。 式中， nR 为矩形浇口的当量半径，即 nR = 5.70212 1222 3232 LA mm。 该矩形浇口的剪切速率比较大，首先把浇口面积适当做小一点，通过试模根据塑件成型情况来调整。 3.4 校核主流道的剪切速率 上面分别求出了塑件的体积、主流道的体积、分流道的体积 (浇口体积的大小可以忽略不计 )以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流到熔体的剪切速率。 塑料罩壳注射模设计 19 1) 计算主流道的体积流量 13cm5.530.61 475.011373.51q st nVVV 塑分主主 2) 计算主流道的剪切速率 133-33 s1052.011025.134.13 5.530.33. 3 q3 主主R 主流道的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率 132 105105 s之间，所以，主流道的剪切速率合格。 3.5 冷料穴的设计计算 冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包 紧力使凝料从主流道陈涛中脱出。 4.成型零件的结构设计及计算 4.1.成型零件的结构设计 (1)凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式、和镶拼式四种。 根据塑件的结构，选用的是整体式凹模，它是由一整块金属材料（也称定模板或凹模板）直接加工而成。其特点是为非穿通式模体，强度好，不易变形。但由于加工困难，故只适用于小型且形状简单的塑件成型。此时可省去定模座板 根据岁塑件的结构分析，本设计采用整体嵌入式凹模，如图 10 所示。 塑料罩壳注射模设计 20 图 10 整体嵌入 式凹模 (2)凸模的结构设计 (型芯 ) 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式组合式两种类型。该塑件采用整体式型芯，如图 11 所示，因塑件的包紧力较大，所以设在动模部分。 塑料罩壳注射模设计 21 图 11 凸模型芯 4.2.成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑到它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用 P20。对于成型塑件内表面的型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选择 P20 钢， 进行渗氮处理。 4.3 成型零件工作尺寸的计算 采用参考文献 2中式 (2-26)(2-30)相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照塑件零件图中给定的公差计算。 4.3.1 凹模内尺寸的计算 塑件外部尺寸的转换，塑件外缘基本尺寸为 50mm、 80mm未注公差，属 A类尺寸，按照任务书上要求尺寸精度 MT7 进行计算，则 ，mml s 0 32.10 66.5066.050 相应塑件的制造公差为 0 =1.32mm； mml s 0 8.1-1 9.80.9080 ，相应塑件的制造公差为 .8mm10 。 00000cp0 1 zxlSL sM mm.150477.1502.318.50-6.65005.001 05.20 23.0003.20003.200 0z00011 x-1 scpM lSL mm.28096.280.816.50-.98005.001 96.30 96.00.300.300 式中，cpS是塑件的平均收缩率，查表参考文献 5中表 1-4 可知 ABS 的收缩率为0.3% 0.8%，所以取其平均收缩率cpS= 05.002 08.0003.00 ； 0x 是系数，查参考文献 3可得 0x =0.56； 0 是塑件上相应尺寸的公差 (下同 )， 0z 是塑件上相应制造公差，对于中小型塑件取 z =6(下同 )。 塑料罩壳注射模设计 22 4.3.2 凹模深度尺寸的计算 塑件高度尺寸的换算：塑件的高度基本尺寸 mm44.144.4014 08.801 SH，相应公差是 1 =0.88mm； mm4.52045.020 08.012 SH，相应公差是 2 =1.08mm。 塑件高度为未注公差尺寸，属 A 类尺寸，按 MT7 级进行计算。 1z01111 x-1 scpM lSH = mm1 4 . 1019.140194.148.806.50-4.41405.001 0 . 0 6 60 . 0 7 9-1 4 7 4.0 0400.0147.00147.00 2z02222 x-1 scpM lSH mm0 . 9 7 60 . 0 0 4-8. 2 21 48.008.0108.010 .120. 0 4 820480.208.015.50-4.52005.001 式中， 1x 、 2x 是系数，查表 2-20 得， 1x =0.56， 2x =0.55。 4.3.3 型芯尺寸的计算 塑件内径向尺寸的转换： mmmmL S 86.001 57.76.4 3077 ，相应制造公差为 3 =0.86mm；mmmmL S 46.001 68.46. 32047 ，相应制造公差为 3 =0.64mm,那么则有 03311 3x-1 zscpM LSl mm094.0 050.0-0 . 1 4 3 40-0 . 1 4 3 40- .1779365.17730 . 40 . 5 6. 5 7765. 0 001 ； 033113x-1 zscpM LSl mm03.0 07.0-0 . 1 0 6 70-0 . 1 0 6 70- .3473.347460.50 . 68.6465. 0 001 式中， 3x 是系数，查表 2-20 可得， 3x =0.56。 4.3.4 型芯高度尺寸的计算 塑件内腔高度尺寸转换： mms 68.001 16.12mm4.30.512h ， 相应的制造公差 4 =0.68mm； 塑料罩壳注射模设计 23 mmmms 88.002 06.1844.05.18h ，相应的制造公差 5 =0.88mm。 0 4z4411 x-1 scpM hSh mm015.0002.00 134.10-0 134.10- 6.126152.128.608.506.1125. 0 001 0 5z5522 x-1h scpM hS = mm.61843.6188.806.506.01805.001 43.0004.10-0 47.10-0 47.10- 4.3.5 6、 8、 10 型芯径向尺寸的计算 6、 8、 10自由公差按 MT5 查得： ，、 9.2009.2004.200 1086 不需要转换，因此得： 0 6z6633 x-1 scpM lSl mm.1698.164.20.70605.001 98.0054.000 4.00-0 4.00- 0 7z7744 x-1 scpM lSl mm.28. 2 4 389.20.70805.001 43.00050.0-0 483.00-0 483.00- 0 8z8855 x-1 scpM lSl mm053.0 0470.0-0 483.00-0483.00- .21053.2109.20.701005.001 4.3.6 成型孔的高度 26、 28、 210的成型芯是与凹模碰穿，所以公差应该取正，以利于修模。 4.3.7 成型孔间距的计算 成型孔之间的距离分别如下： mm.124417.002.124417.002405.001211 617.00 217.00-s11 zcpM CSC mm.126417.003.126417.002605.001211 717.00 117.00-2s22 zcpM CSC 塑件凹模嵌件及型芯的成型尺寸的标注如图 12 所示。 塑料罩壳注射模设计 24 图 12 凹模嵌件及型芯的成型尺寸 4.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 4.1.1 凹模侧壁厚度的计算。 凹模侧壁厚度与型腔内压强及凹模的深度有关，其厚度根据参考文献 2表4-19 中的刚度公式计算。 塑料罩壳注射模设计 25 mmEphSp3154314138.0010.812203532315mm 式中 p 型腔压力 (MPa)； E 是材料弹性模量 (MPa)； h=W； W 是影响变形的最大尺寸，而 h=30mm；p是模具刚度计算许用变形量。根据注射塑料品种可查参考文献 2表 4-20 得 p=15 2i =150.8393m=12.589mm=0.0126mm 式中， 2i = 20001.02045.0001.05.40 5151 WW 0.8393m。 凹模嵌件初定单边厚度选 10，由于壁厚不能满足 15mm要求，所以凹模嵌件采用预应力的形式压入模板中，有模板和型腔共同来承受型腔压力。由于型腔采用 H 形直线对称结构布置，型腔之间的壁厚 1S =110(中心距 )-402=30mm(或1S =80-25=30mm)，由于型腔不是深大型腔，这个壁厚间隔能够满足要求。根据型腔的布置，初步选定模板平面尺寸为 300mm300mm，它比型腔布置的尺寸要大得多，所以完全满足强度和刚度的要求。 4.1.2 动模垫板厚度的计算 动模垫板厚度和所选模架的两个垫块之间的跨度有关，根据前面的型腔布置，模架应选在 300mm300mm这个范围内，查参考文献 2表 7-4 垫块之间的跨度大约为 mmmmWWL 1 5 44822 5 02 2 。那么，根据型腔布置及型芯对动模垫板的压力就可以计算得到动模垫板的厚度，即 T=0.54L 311ppElA=0.54154 315 3 4 7.003 0 010.811 4 4 7 635 53.8mm 式中，p是模具刚度许用变 量。根据注射塑料品种查参考文献 2表 4-20 得p=15 2i = ）（）（ 154001.015445.015001.05.4015 5151 LL =0.03465mm L 是两个垫板之间的距离，约 154mm； 1L 是动模垫板的长度，取 250mm，A 是四个型芯投影到动 模垫板上的面积。 单件型芯所受压力的面积是 0A =4777=3619 2mm 四个型芯的面积是 A=4 0A =43619=14476 2mm 动模垫板可以按照标准厚度取为 45mm，显然不符合要求，可采用支撑柱的塑料罩壳注射模设计 26 形式来增加支撑板的刚度。采用两根直径为 50mm的支撑柱，且布置在支撑板正中间，根据力学模型认为， n=1，所以垫板的厚度计算为 .853211n 1 3434TT 21.3553.8mm 符合要求。 5.脱模推出机构的设计 在注射成型的每一循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具中的这种脱出塑件的机构称为脱模机构。模具脱模方式按推出零件分：推杆脱模、推管脱模、推件板脱模、推块脱模、成型零件脱模和多元联合式脱模六种 。 本塑件结构简单， 根据塑件的结构工艺性 可采用推件板推出、推杆推出、或推件板加推杆推出的综合推出方式，根据脱模力计算来确定。 5.1 脱模力的计算 (1) 主型芯脱模力 塑件为矩形塑件，其 106.275.114.3 8050 t ba ，（或10.322.514.13 8025 ），因此根据参考文献 2中式（ 4-25）可得脱模力为 AKfE S LF 1.01 t a nc o st8 21 = N12.2 1 7 61 4 4 7 6.100 0 7 8.136.01 1t an45.0co s 16.1505.0010.81.5183 mm (2) 3- 6 小型芯脱模力 对于此处小型芯其 1034.35.1 5r t，跟根据参考文献 2中式（ 4-26）计算其脱模力为 31.01 t a n2 2212 AKKfr E S LF N6.8112305.314.31.00078.19.236.01 1t a n45.01.6108.1514.32 23 (3) 同上述（ 2）中步骤，分别计算得到 8 小型芯脱模力、 10 小型芯脱模力为 3F =154.74N， 4F =198.2N。 式中 E 塑料的拉伸弹性模量（ MPa）； 塑料罩壳注射模设计 27 S 塑料成型的平均收缩率（ %）； t 塑件的壁厚（ mm）； L 被包型芯长度（ mm）； 塑料的泊松比（查参考文献 3表 2-12）； 脱模斜度（ ）； f 塑料与钢材之间的摩擦系数； A 型芯的平均直径（ mm）； 1K 由 和 决定的无因次数，c os2c os2221 K； 2K 由 和 决定的无因次数， co ss in12 fK 。 (4) 总脱模力的大小 F=4331 FFFF =2176.12+116.86+154.74+198.2=2645.92N. 5.2. 推出方式的确定 5.2.1 采用推杆推出 (1)推出面积 设 4mm的圆推杆设置 16 根 (4 4 根 )，那么推出面积为 2221 96.20034164 mmdA (2)推杆推出力 根据参考文献 3表 2-12 取许用应力 =14MPa = a7.1136.9200 2.92645 MPAF =14MPa 因此，经上述计算得出，在实际生产中，以此推杆推出塑件，不会有顶白或者顶破的可能，故采用推杆推出。 6.模架的确定 6.1 各模板厚度尺寸的确定 (1) A 板尺寸 A 板是定模固定板，塑件高度为 20mm，考虑到模板上还要开设冷却水道，必须留出足够的距离，故 A 板厚度取 50mm。 (2) B 板 尺寸 B 板是型芯固定板，按照标准模 架标准板厚度取为 60mm。 塑料罩壳注射模设计 28 (3) C 板 (垫块 )尺寸 垫块 =推出行程 +推板厚度 +推杆固定板厚度+(510)mm=(25+25+20+510)mm=75mm85mm，此处初步选定 C 板厚度为80mm。 6.2 计算并选择模架型号 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构，对于模具而言，在保证足够的强度和刚度的条件下，模具结构以紧凑实用为好。现根据一种标准模架选型的经验方法进行模架的选择，即是根据塑件在分型面上投影的面积或者模仁周边尺寸，以塑件布置在推杆推出范围之内及复位杆与型腔或是模仁边缘保持一定距离 为原则来确定模架的大小。其具体计算经验公式如下： 塑件投影宽度 W 3W-10 塑件投影长度 L 2L - 2D (复 位杆直径 ) -30 式中 常数 10 推杆边缘与垫块之间的双边距离，见参考文献 3表 7-4； 常数 30 复位杆与型腔或者模仁边缘之间的双边距离，参见表 7-4。 本设计中，根据模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸，可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸为 220mm160mm，型腔所占的平面尺寸为 190mm130mm，利用上述经验公式计算可得 3WW +10 =130+10=140mm 2L L + 2D +30=190+25+30=235mm 查参考文献 3表 7-4，可取3W=150mm， 2L =250mm，根据以上计算可得W=300mm，因此考虑采用 300mm350mm 的模架，同时又考虑到是采用推件板和推杆综合推出方式，且推杆均匀布置在型芯内，这样推杆边缘与推杆固定板边缘距离较大，因此为降低模具成本，可适当减少模具架尺寸，另考虑导柱、导套、水路的布置等因素，根据参考文献 3表 7-1 可确定选用带推 杆 的侧浇口 DCT 型模架，根据表 7-4 得 WL=300mm300mm及各板得厚度尺寸。 经上述计算，模架尺寸已经确定， 根据注射模中小型模架及技术 条件(GB/T12556 2006)标准，将模架 标记为 DCT3030-60 70 80GB/T12555-2006。 6.3 模架尺寸的校核 根据所选注射机来校核模具设计的尺寸。 (1)模具平面尺寸 300mm300mm 320mm370mm (拉杆内间距 )，校核合格。 (2)模具高度尺寸 250mm， 240mm260mm400mm（模具的最大厚度和最小厚度，与注射机相配合的最大模具厚度是 260mm，最小模具厚度是 240mm），校塑料罩壳注射模设计 29 核合格。 (3)模具的开模行程 S= 21 HH25mm+35mm+(510)mm=6570mm300mm，校核合格。 7.排气槽的设计 在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，或使塑料熔接不良而引起缺陷。 注射的排气方式，大多数情况下是利用模具分型面或配合间隙自然排气，只在特殊情况下采用开设排气槽的方式。 该塑件由于采用侧浇口，进料熔体经 塑件底部向上填充型腔，每个型芯上有4 根推杆，其配合间隙可作为气体排出方式，不会再顶部产生憋气现象。同时，底面的气体会沿着分型面、型芯和推件板之间的间隙排出。 8.冷却系统的设计 冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。设计时忽略模具因空气对流、辐射以及与注射机接触所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量硬等于冷却说所带走的热量。 8.1 冷却介质 ABS 属流动性中等的材料，其成型温度及模具温度分别为 200 240 和 50 80 ，热变形温度为 70 107。所以模具 温度初步选定为 40，用常温水对模具进行冷却。 8.2 冷却系统的计算 8.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W 1) 塑料制品的体积 塑分主 nVVVV =1.731+3.04+4 11.075=49.07 3cm 塑料罩壳注射模设计 30 2) 塑料制品的质量 m= V =1.05 49.07=51.53g 0.0515kg 3）塑件壁厚为 1.5mm，查参考文献 2表 4-34 得冷t=5.7 s，注射时间注t由参考文献 3表 2-3 查得为注t=1.6 s，脱模时间脱t=7.5 s，则注射周期为 t=冷t+注t+脱t=14.8 s 由此得到，每小时注射次数为 N=240 次。 4) 单位时间内注入模具中的塑料熔料的总质量为 W=Nm=240 0.0515kg=12.37kg/h 8.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量sQ 查参考文献 2表 4-35 直接可知道 ABS 的单位热量SQ的值的范围是(310400)kJ/kg 之间，故取值为SQ=355kJ/kg。 8.2.3 计算冷却水的体积流量vq 设冷水道入水口的水温为 2 =22，出水口为 1 =25，去水的密度为3/kg1000 m ，水的比热容 CgJ k/k187.4c 。则根据公式可得： m i n/1083.5222587.141 0 0 060 3 5 57.31260 3321 s mcWQq v 8.2.4 确定冷却水路的直径 当 vq =5.83 3-10 min/m3 时，查参考文献 2表 4-30 可知，为了使冷却水处于湍流状态，取模具冷却水孔的直径为 d=8mm. 8.2.5 冷却水在管内的流速 v v =260q4 dv = ss /m66.1/m3.9108.004.1360 103.85423- 合理 塑料罩壳注射模设计 31 8.2.6 求冷却管壁与水交界的膜转热系数 h 因为平均水温为 23.5，查参考 文献 2表 4-31 可得 672.0f ，则有 : ChmkJd vfh 22.08.02.08.0 /33.3 1 4 1 20 0 8.0 93.11 0 0 072.61 8 7.41 8 7.4 8.2.7 计算冷却水道的导热总面积 A 231045.85.234033.3 1 4 1 2 35533.12 mhWQA S 8.2.8 计算冷却模具水管的总长度 L mmmAL 336336.008.014.3 105.48d 3 8.2.9 冷却水路的根数 x 以塑件外围尺寸为基准，大致确定冷却水路的根数为： 29.150802 3 3 6/ lLx根 由上述计算可以看出，一条冷却水路对于模具来说显然是不合适的，本设计中采用动定模两条冷却水路来对型芯和凹模嵌件进行冷却，成型零件的冷却水道开设如图所示。 9.导向与定位机构的设计 注射模的导向机构用于动模、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。按作用分为模外定位和模内定位。模外定位是通过定 位圈与注射机相配合，是模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位；而模内定位机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动、定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用木架本身所自带的定位机构。 塑料罩壳注射模设计 32 9.1 导柱导向机构 模具导柱导向的导柱、导套结构，适用于精度要求高、生产批量大的模具。同时在设计导柱和导套时还应注意以下几点： (1) 导柱应合理