电器支脚注射模设计

毕业论文题目学校代码：10410 序 号：050425本 科 毕 业 设 计 题目： 电器支脚注射模设计 学 院： 工 学 院 姓 名： 江 新 祥 学 号： 20050425 专 业： 机械设计制造及其自动化 年 级： 05级 指导教师： 杨 红 飞 二OO九年 五 月- 27 -电器支脚注射模设计摘 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。塑料注塑模的设计计算，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，包括CAXA制造工程师，CAXA实体设计，PRO/E.关键词：CAD/CAM，塑料，注射模，注射机。AbstractIn this paper,it is diveded into two parts.The first part is about the design of the structure of the mold.It is including the working theory and application of a plastic injection mold,the design princible,and the introducing of production.The design calculation lf the plastic mold is including the desing of the mold ,the selecting of plastic injection mold machine,and the pour system design etc.The second part is about the application of the CAD/CAM inplastic injection mold.It include the software of CAXA,PRO/E and so on. Key words: CAD/CAM,Plastic,Plastic inject mold ,plastic injection mold machine.目 录1 引言- 1 -2 本次设计内容- 2 -3 本次设计的目的- 2 -4 塑件成型的基本过程- 3 -41塑化过程- 3 -42充模过程- 3 -4.3冷却凝固过程- 3 -4.4脱模过过程- 3 -5 塑件制品分析- 4 -6 注射机的选择与校核- 7 -6.1注射机的选择- 7 -62注射机的校核- 7 - 621注射量的校核- 7 - 622锁模力得校核- 7 - 623注射机安装模具部分的尺寸校核- 8 -7 分型面的确定- 9 -8 浇注系统设计- 10 -81浇注系统的组成- 10 -82浇口套和定位圈的设计- 10 - 8.2.1浇口套的设计，如图8-2- 10 - 8.2.2定位圈的设计- 11 -83流道设计- 12 - 8.3.1流道的截面形状- 12 - 8.3.2流道的布置- 13 -9 排溢系统- 14 -10 型腔、型芯设计- 15 -10.1设计型芯和型腔的结构形式- 15 - 10.1.1 型腔结构设计- 15 - 10.1.2型芯结构设计- 16 -10.2 型芯和型腔设计- 16 - 10.2.1 型芯设计- 16 - 10.2.2 型腔设计- 17 -10.3型腔、型芯工作尺寸的计算- 17 -11 型腔壁厚计算- 19 -11.1型腔的强度及刚度要求- 19 -12 导向定位机构设计- 20 -13 脱模与复位机构设计- 21 -13.1脱模机构设计- 21 -13.2复位机构设计- 21 -14冷却系统设计- 22 -15 整个设计- 24 -致 谢- 26 -参 考 文 献- 27 -1 引言近年来我国模具技术有了很大的发展，模具设计与制造水平有了很大的提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命模具的需求量大幅度发增加。模具质量明显提高；模具CAD/CAM技术相当广泛的得到了应用。机械零部件中60%的粗加工，80%的精加工需要由模具来完成。可以说，模具是工业之母。依照塑件的成型方法分类，可以将塑料加工模具分为三类：()压缩模压缩模是将塑料装在受热的型腔或加料室内，然后加压。也可称为压塑模或压模。在压制时直接对型腔内的塑料施加压力。这类模具的加料室一般与型腔是一体的，主要用于热固性塑件的成型，有时也用于热塑性塑件的成型。(2)压注模压注摸是将塑料在加料室内受热成为黏流状态，在柱塞压力的作用下使熔料经过注射系统进入并充满闭合的型腔。也称为传递模、挤扭模。这种棋具结构比压缩模复杂，造价较高。(3)注射模注射模又称为注塑模.塑料在注射机上装有螺杆搅拌的料筒内受热开始熔化.当达到半熔性状态时、在压力的作用下，熔料通过模具的浇注系统进人到有一定深度的型腔内固化成塑件.该工艺成型周期短，生产效率高。这种模具在热固性塑料注射机上使用，结构比较复杂，造价较高。 除了上述塑料成型模具外，还有中空吹塑模、热成型模、发泡模、浇铸模、挤出机头口模等。2 本次设计内容电器支脚注射模。对产品（图1-1）设计一副注射模。图1-13 本次设计的目的21 掌握注射模设计的一般方法； 22 了解注射机的工作原理； 23 了解模具加工方法； 24 进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程。4 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，经过加热熔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），溶入模具的型腔中以过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 41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）自从送料头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，使物理融化达到一定温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。42充模过程 溶体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型内的空气排出，并满型腔，然后升到一定压力，使熔体的密度增加，充实型腔的每一个角落。 充模过程使注射成型的最主要过程，由于塑料熔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中的重点，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。4.3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，包括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，在现代的设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。4.4脱模过过程 塑件在型腔内固化后，必须采用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1.1至1.4形成了一个循环,就完成了一次成型一个乃至数十个塑件.5 塑件制品分析本塑料制品是电器支脚壳体,形状尺寸如图5-1所示:图2 塑料制件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)塑料的物理性能,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)塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异; (5)模具的总体结构,特别是抽心与脱出塑件的复杂程度; (6)模具零件的形状机器制造工艺。 (7)影响聚合物取向的主要因素（以注射成型为例）: 温度的影响：如果熔体温度很高，则与凝固温度之间范围宽，聚合物大分子松弛时间延长，解取向能力加强，取向程度减小。非结晶聚合物熔体温度下降到TG温度的松弛时间大于结晶聚合物熔体温度下降到TM的松弛时间，因此结晶聚合物的冷却速度快，容易冻结大分子，获得较高的取向程度。 注射压力和保压压力：增大注射压力和保压压力，提高剪切应力和剪切速度，有利于取向程度的提高。 浇口冻结时间，采用大浇口时，浇口冻结较晚，流动过延时，在一定程度上抵消了因分子热运动而引起的解取向因此浇口附近取向显著。 模具温度：模具温度较低时，聚合物大分子运动容易冻结，因此解取向能力减小，取向程度提高，高于慢速充模。 (8)常用塑料分析和数据的选取:常用塑料缩水率 塑 胶 材 料缩 水 率ABS、PMMA、HIPS8255/1000PP+PE8/1000SAN3/1000POM15/1000结合本身情况，塑胶材料选用ABS，其缩水率取5/1000。常用塑料成型性能塑料最小壁厚小型塑件推荐壁厚中型塑件推荐壁厚大型塑件推荐壁厚HIPS075125163254ABS07515233.5PP0.851.451.752.43.2分类塑 料 名 称收缩率逃气孔适宜深度模具温度成型温度(C)结晶PP聚丙烯200.010.024060205288PE聚乙烯200.022060149371非结晶性HIPS825聚苯乙烯50.022060163316ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯50.035060220AS(SAN)丙烯腈-苯乙烯20.035070191316PMMA聚甲基丙烯酸甲脂54070204254PVC聚氯乙烯51060170210为减小解取向能力,获得较高的取向程度。模具温度选取50C，成型温度为220 C逃气孔适宜深为0.03。常用塑料拔模角度塑料名称型腔型腔型芯ABS40120351PE25452045PMMA35130301POM35130301PC3513550根据经验常用塑料拔模角度取值为：型腔为1 ，型芯为1。综合考虑以上的因素，本塑件采用ABS做材料。其缩水率取5/1000。模具温度选取50 ，成型温度为220 。逃气孔适宜深为0.03。塑料拔模角度取值为：型腔为1 ，型芯1。 ABS是由丙烯腈-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，机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好。成型的塑料件有较好的光泽。 吸湿性为：0.05%0.06% 密度为:1.031.07g/cm其成型特性有:1. 无定性料,流动性中等,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长时间的预热干燥.3. 成型时宜取高料温,高模温.注射压力为10001400公斤力/厘米。6 注射机的选择与校核6.1注射机的选择根据塑料模具设计手册附录表8选择注射机G54-S200/40螺杆（柱塞） 螺杆（柱塞）直径：55mm 注射容量：200/400cm 注射压力：10900N/cm 锁模力：2540KN 最大注射面积：645cm 最大模具厚度：406mm 最小模具厚度：165mm 模板最大距离：260mm 模板行程：666mm 喷嘴圆弧半径：18mm 喷嘴孔径：4mm 喷嘴移动距离：310mm 推出形式：动模板没设推板，开模时，模具推杆固定板上的推杆通过与推板相 碰，机械推出塑件62注射机的校核621注射量的校核根据模具设计与简明手册可知：塑件的体积应小于注射机的注射容量，其公式按下式校核 V件0.8V注=0.8200cm=160cm 式中：V件塑件与浇注系统的体积总和； V注注射机注射量（cm）； 0.8最大注射量得利用系数； 经过PRO/E软件的分析得：V件139 cm 所以V件=139 cm54.5(24015+200.96)=623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20 mm，直径为50 mm（与定位孔配合）； 模具厚度：Hmin=165 mmHm=370S=30+115+(510)=150 合格7 分型面的确定分型面的选择主要考虑如下问题： (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比较方便地清除分型而产生地溢料飞边。同时，还应避免分型而产生飞边； (2)分型面的选择应有利于制品脱模，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厚滞留在动模一侧； (3)分型面不影响制品的开状和尺寸精度； (4)分型面应尽量与最后填充溶体的型腔表面重合，以利于排气； (5)选择分型面时，应尽量减少脱模斜度经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型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，一般分弄抽心机构侧向抽拔距离都较小。如图7-1图7-18 浇注系统设计81浇注系统的组成 由注流道，分流道，浇口和冷料穴四部分组成。 作用：（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。如图8-1 图8-182浇口套和定位圈的设计8.2.1浇口套的设计，如图8-2图8-28.2.2定位圈的设计 定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。定位圈直径D为与注射机定位孔配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确定。直径D一般比注射机定位孔直径小0.10.3，以便于装模。定位圈一般采用45钢或Q275钢。定位圈用内六角螺钉固定在模板上时，一般用两个以上的M6M8的内六角螺钉。如图8-3图8-383流道设计 流道的形状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：8.3.1流道的截面形状 如图8-4图8-48.3.2流道的布置本模具的流道截面图如图8-5图8-5 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流动距离相等，同时也有利于浇口平衡布置。浇口的设计：本塑件的体积不是很大，考虑流道结构和其它因素， 选择了侧浇口。如图8-6图8-6 侧浇口又称边缘浇口，一般设在分型面上，塑料熔体于型腔的侧面充模，截面形状多为矩形狭缝（也有用半圆形的注入口）调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及封闭时间。9 排溢系统 排溢是指排出充模冷料中的前锋冷料和模具内的气体等。广义的注射模排溢系统应包括浇注系统部分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，还有塑料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，否则补压缩的气体产生高温引起塑件局部炭化，或使塑件产生气泡的工艺缺陷。为了解决问题，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0.03mm。为了能快速充满型腔。得到质量合格的产品。采用了以下措施： 61型芯采用组合式，型芯的长度高出型腔，把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； 62由于型腔板和推件存在小的间隙，这样也可以排出一部分气体。10 型腔、型芯设计10.1设计型芯和型腔的结构形式10.1.1 型腔结构设计 由于模具采用一模一腔，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。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。如图10-1图10-1 10.1.2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它原因被损坏，就可以直接换。这样就不须整体换。由于型芯各部分分开，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。如图11-2.图10-210.2 型芯和型腔设计10.2.1 型芯设计 型芯的尺寸计算：型芯的尺寸按以下公式计算 D1=（1+）d1+x0-式中D1-型芯外径尺寸 d1塑件内形尺寸 塑件公差 塑件平均收缩率 成形零件制造公差，取10.2.2 型腔设计 型腔径向尺寸按以下公式计算 D2=（1+）d2-x+0 式中D2行腔的内形尺寸 d2塑件外形基本尺寸 塑件公差 塑料平均收缩率 成形零件制造公差，取 型腔深度尺寸按以下公式 HM=（H+H+ x)0 式中HM型腔深度 H塑件外形高度尺寸 塑件公差 塑料平均收缩率 成形零件制造公差，取 由于该产品不是透明的，所以型芯的表面粗糙度要求不需要那么高。 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，型芯尺寸尽量取大值。而型腔则取小值，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较高，一般取Ra0.80.4。在本次设计中，型腔取Ra0.8。 x综合修正系数（考虑塑料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1/2；塑件精度高、批量比较大，x取2/3设计要求取x为0.5。10.3型腔、型芯工作尺寸的计算要计算型芯、型腔的工作尺寸，必先确定塑件的公差及模具的制造公差。根据要求塑件精度取五级精度。根据塑料制件公差数值表（SJ137278）塑件在五级精度下，基本尺寸对应的尺寸公差如下：基本尺寸mm公差mm基本尺寸mm公差mm30.161601800.92360.181802001.006100.202002251.1010140.222252501.2014180.243153551.6018240.283554001.8024300.324004502.00 型腔：d2=380mm取=0.5%（以下收缩率都取0.5%） mm 型芯：d1=376mm mm11 型腔壁厚计算11.1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，但塑料模具要不离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。对于型腔主要爱到的力是塑料熔体的压力，在塑料熔体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。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，所以模具对强度和刚度都有要求。 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） 9.1.1 对凹模底板厚度： H=r 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=80mm;p=100Mpa H=80(0.75100/100)1/269.3mm现取定模板厚为80mm,可以满足型腔的强度要求。12 导向定位机构设计本模具采用导柱导向机构（1） 导柱结构形式：为了便于加工导柱、导套安装孔，获得较好的技术经济效益，使用有肩导柱。（2） 导柱的布置：为确保动模与定模只按了一个方向合模采用等直径导柱的不对称布置。为保护型芯不受损坏，导柱设在动模一侧，即正装。结构如图12-1和图12-2：图12-1图12-213 脱模与复位机构设计13.1脱模机构设计 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象冲压件那样可以自动脱落。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，由于采用了一模一腔的结构，考虑到产品比较大，故利用四个推杆把产品推出，这样产品受力均匀。13.2复位机构设计 复位机构设计上液压机构将推板推出之后，塑件也被完全顶出但是模具要合模，要使推杆、拉料杆恢复到原来的位置，而不会影响下一周期的正常生产。具体结构见总装图。14冷却系统设计 冷却装置的目的，主要是防止塑件在脱模是发生变形，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。 冷却水孔开设的原则： （1）冷却水孔的数量应尽可能多，直径尽量大。 （2）各冷却水孔至型腔表面的距离应相等，一般保持在1510毫米范围内，距离太近则冷却不易均匀，太远则效率低。水孔直径一般保持取812毫米。 （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，以免影响塑件强度。 （5）水管接头应设在不影响操作的一侧。在此设计中，每次所要注射的量只有150g，由此可以得到注射一次所放出的热量：Q=GH焓式中 Q熔融塑料所放出的热量（J）： G每次注射的塑料量（包括浇注系统在内，kg）; H焓塑料从熔融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=35200=7000（J）为了防止型腔受热变形，在定模板加四根水道。、 冷却时所需的冷却水量：M1=nmC (T1-T2)/(T3-T4)式中：M1通过模具的冷却水质量（ kg）； T1熔融塑料进入模腔的温度（C）；T1=120C T2制品脱模温度（C）；T2=60 C T3出水温度（C）；T3=40 C T4进水温度（C）；T4=20 C C塑料的比热容（J/kgC） C=1759 J/kgC 导热系数（J/mC）=829所以：M1=4015010-31759（120-60）/829(40-20)=38.19kg根据冷却水处于满流状态下的流速与水管直径的关系，确定模具冷却水管直径D： D=4103M1/(）1/2 式中：管道内冷却水的流速 =0.6m/s 水的密度（kg/m3） =103 kg/m3所以： D=410338.19/(3.140.6103) 1/2=9.00mm设计中取D=10mm.如图13-1图13-115 整个设计 模具整体设计也是模体的设计。本次设计师采用的标准模架大水口S5060，注射机要求模具