开关类电器元件设计

2013 届本科毕业设计（论文）塑件分析： 该塑件为开关类电器元件，所以要求所选材料有非常好的化学稳定性，机械强度、电绝缘性能和热稳定性。 塑件面扁平，较薄，有两方孔及较多分布均匀的杆件和细孔，在设计模具时需要用到镶块和镶杆。2013 届本科毕业设计（论文）所选材料：PETP （聚对苯二甲酸乙二醇酯） 典型应用范围 汽车工业（结构器件如反光镜盒，电气部件如车头灯反光镜等） ，电器元件（马达壳体、电气联结器、继电器、开关、微波炉内部器件等） 。工业应用（泵壳体、手工器械等） 。 注塑工艺及模具条件 干燥处理：由于 PET 的吸湿性较强，注塑成型前必须进行干燥处理。建议干燥条件为 120165，4h 的干燥处理。要求湿度应小于 0.02%。 熔化温度：对于无玻璃纤维填充的品种为 265280；对于玻璃填充的品种为275290。模具温度：80120。注射压力：30130Mpa。注射速度：在不导致脆化的前提下可采用较高的注射速度。流道和浇口：可以使用所有常规类型的浇口。浇口尺寸应当为塑件厚度的 50%到 100%。 化学和物理性能 PET 的玻璃转化温度在 165左右，结晶温度范围是120220。PET 在高温下有很强的吸湿性。玻璃纤维增强型的 PET 材料，在高温下还很容易发生弯曲变形。可以通过添加结晶增强剂来提高材料的结晶程度。用 PET 加工的透明制品具有光泽度并且热变形温度高。可以向 PET 中添加云母等特殊添加剂，使弯曲变形减到最小。采用较低的模具温度成型非填充的 PET 材料，可获得透明的制品。比较：PBTP（聚对苯二甲酸丁二醇酯）2013 届本科毕业设计（论文） 典型应用范围 家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、头发干燥即壳体、咖啡器皿等） ，电器元件（开关、电机壳、保险丝盒、计算机键盘按键等） ，汽车工业（散热器格窗、车身嵌板、车轮盖、门窗不件等） 。 注塑工艺及模具条件 干燥处理：这种材料在高温下很容易水解，因此注塑成型前的干燥处理很重要，建议在 120的空气中干燥 68h，或者在 150的空气中干燥 24h。湿度必须小于 0.03%。如果用吸湿干燥器干燥，建议干燥条件为 150，2.5h。熔化温度：225275，建议温度 250。模具温度：对于未增强型材料为 4060。要很好地设计模具的冷却回路以减小塑件的弯曲变形。冷却过程一定要快而均匀。建议模具冷却回路的直径为 12mm。注射压力：中等（最大到 150MPa） 。注射速度：应使用尽可能快的注射速度（因为 PBT 的凝固很快） 。流道和浇口：建议使用圆形流道以减少压力传递中的压力损失。 化学和物理性能 PBT 是最坚韧的工程热塑性材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性，机械强度、电绝缘性能和热稳定性。这种材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。PBT 吸湿性很弱。由于 PBT 的结晶速度很高，它的粘性很低，因此塑件成型的周期时间一般也较短。两种材料性能非常相似，也都可以用作开关类电器元件。但经过仔细分析，发现 PET 的某些性能优于 PBT。PBT 的凝固很快，要使用相当快的注射速度。不过本人认为如果能保证高速度注射，选择 PBT 也是可以的。2013 届本科毕业设计（论文）PETP（聚对苯二甲酸乙二醇酯）的部分塑料性能如下表：塑料性能 单位密度 g/cm3 1.311.55比体积 cm3/g 0.730.76吸水率 % 0.26物理性能摩擦系数 阿姆斯特试验 =0.27b=2.5玻璃化温度 69熔点 255260计算收缩率 % 1.8比热容 J/（kg K） 2200热导率 W/（mK） 0.250热性能燃烧性 cm/min 慢2013 届本科毕业设计（论文）拟定模具结构形式1. 确定型腔数量及排列方式精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求） ，形状简单，又是大批大量生产时，采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率人为提高。基于塑件形状以及下文浇注系统的设计，模具结构采用一模两腔结构。2.模具结构型式注射机的选择最经济型腔数的确定，实质上是注塑件生产成本的经济核算。但在注射模设计初始方案决定阶段，由于浇注系统等技术参数尚属未知，下述型腔数的确定是一种估算的预测方法，一些参数要凭经验来决定。影响型腔数的因素影响最经济型腔数的因素，有技术参数和经济指标两个方面。 。技术参数有锁模力和、最小和最大注射量、塑化能力、模板尺寸和流变参数。这里只考虑注射机锁模力和最大注射量两个主要参数(why?)。反之，我们也可以这种方法来初屈服强度 MPa 68抗拉强度 MPa 68拉伸弹性模量 GPa 2.9抗弯强度 MPa 104抗压强度 MPa 77抗剪强度 MPa 63力学性能布氏硬度 HB 14.22013 届本科毕业设计（论文）步选择注射机的型号，再加下文的注射机工艺参数的校核，照样可以得到一个合乎要求的注射机。塑件的体积与质量计算如下：塑件质量 M1=20g密度 =1.311.55g/cm 3 取 =1.4 g/cm 3塑件体积 V1=m/=20/1.4=14.3 g/cm 3 据统计，每个塑件所需浇注系统体积是塑件体积的 0.21 倍。假设选择一模两腔，则总质量： M=浇注系统质量+塑件质量=0.8*2m+2m=72g总体积： V=1.82V1=1.8214.3=51.48 cm 3试选用 XS-ZY-125 型号的注射机。检验：1注射机的锁模力（实用估算式）A=3.144949=7539.14 cm2n1=0.6F/Apc =（0.69001000）/（A35）=2.05式中 F注射机的锁模力，NA每个制件在分型面上的投影面积， mm2pc型腔内塑料熔体的压力，Mpa2注射机注射量n2=0.6VG/1.6V=0.375 VG /V=（0.375125）/14.3=3.28g式中 VG注射机的公称注射量，cm 3V每个成型塑料件的体积，cm 3由以上两个方面，可见，以这个注射机可以完全满足一模两腔所要求必备的2013 届本科毕业设计（论文）一些性能。注射机型号和主要技术规格型号 XS-ZY-125螺杆直径 (mm) 42注射容量 (cm 3) 125注射压力 (MP3) 119锁模力 (Kn) 900最大注射面积 320最大 300模具厚度(mm) 最小 200模板行程(mm) 300球半径(mm) 12喷嘴孔半径(mm) 4定位孔直径(mm) 100 00.025中心孔径(mm)孔径(mm) 22顶出两侧孔距(mm) 230（尽可能将表格排在一页）注射机工艺参数的校核为使注射成型过程进行顺利进行，须对以下工艺参数进行校核。1最大注射量的校核 为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑料质量（塑件和流道凝料质量之和）应在公称注塑量的 35%75%范围内，最大可达 80%，最小应不小于 10%。2013 届本科毕业设计（论文）计算得： 12535%=43.7512575%=93.75上面计算得塑件和流道凝料体积之和 51.48 cm3 。2注射压力的校核所选用的注塑机的注射压力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的品种、塑件形状及尺寸、注塑机类型、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。PET 注射压力：30130Mpa注射机注射压力：119 Mpa3锁（合）模力校核型（模）腔压力可按下式粗略计算：PC=P（Mpa）= （0.250.5 ）119=29.7559.5式中 PC型（腔）模压力，P注塑压力，压力损耗系数。随塑料品种、浇注系统结构、尺寸、塑件形状、成型工艺条件以及塑件复杂程度不同而异，通常在 0.250.5 范围内选取。根据经验，型腔压力常取 2040Mpa。取 PC=35 Mpa型腔平均压力 PC 决定后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：T KPCAKPCA =21.1353.14492 =580513.8 kN =580.5kNT=900 kN式中 T注塑机额定（合）模力，kN；2013 届本科毕业设计（论文）A塑件和流道系统在分型面上的总投影面积， mm2 K安全系数，通常取 1.11.2显然以上三项工艺参数均符合要求。分型面与浇注系统（一）分型面 分型面的选择关系到塑料件的正常成型和脱模，以及模具结构与制造成本。在选择分型面时，应遵守以下原则：1分型面应选择在塑料件的最大截面处。2尽可能地将塑料件留在动模一侧。3有利于保证塑料件的尺寸精度。4有利于保证塑料件的外观质量。对本塑件分型面选择比较容易，根据以上原则，将塑料件的上表面（较平的那个面）定为分型面。（二）浇注系统浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利地充满到模具深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此要求充模过程快而有序，压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与制品分离或切除。1浇注系统的组成浇注系统由主流道，分流道，浇口和冷料井组成。2浇注系统设计原则（1） 浇注系统与塑料件一起在分型面，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；2013 届本科毕业设计（论文）（2） 尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间；（3） 浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩；（4） 避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移；（5） 浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑料件分离或切除整修容易，且外观无损伤；（6） 熔合缝位置须合理安排，必要时配以冷料井或溢料槽；（7） 尽量减少浇注系统的用料量；（8） 浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口须有 IT8 级以上的精度。3浇注系统布置在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。比较两者的差别以及我选平衡式的原因（不通） 。（1）平衡式布置 从主流道末端到各型腔的分流，其长度、断面形状和尺寸都对应相等。这种布置可使塑料熔体均衡地充满各个型腔。一起出模的各塑料件质量和尺寸精度一致性好。但分流道较长，对熔体阻力大，浇注系统凝料多。圆周均布较适于圆形塑料件，而 H 形排列，适宜于矩形塑料件。（2）非平衡式布置由于从主流道末端到各个型腔的分流道长度各不相等，为达到均衡充模，需将浇口尺寸按距主流道远近，进行修行。此种布置，流程虽短但制件质量一致性很难保证。浇注系统无论是平衡式或非平衡式布置，型腔均应与模板中心对称，使型腔2013 届本科毕业设计（论文）和流道的投影中心与注射机锁模力中心重合，避免注射时产生附加的倾侧力矩。一浇道系统设计 （最好标明子标题，下同）主流道尺寸 （mm）主流道为直接与注射机的喷嘴连接的部分。熔体从喷嘴中以一定的动能喷出。由于熔体在料筒内已被压缩，此时流入模的空腔内，其体积必然要胀大，流速也略为减小。主流道截面为圆形，整体为圆锥形，锥度为 24o，对于粘度较大的熔体可以增大到 6 o 。 d=d0+0.51 取 5R=R1+12 取 14=24 o 取 3 o d0-喷嘴直径 4R1-喷嘴球半径 12分流道尺寸（mm）分流道的种类及截面形状较多，有圆形、半圆形、矩形、梯形、U 形。从压力传递角度考虑，要求有较大的流道截面积。对于壁厚小于 3mm，质量在 200g 以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径。B=0.2654W1/2L1/4=0.2654201/2151/4=0.26544.471.97=2.38式中 B梯形大底边的宽度D分流道的直径（mm）W塑件的质量（ g）流经的塑料物料质量L分流道的长度（mm）2013 届本科毕业设计（论文）上面内容为什么放入文本框？当分型面为平面时，可采用圆形或六角形（上面没有提到）截面流道，但加工时对中困难。常采用梯形或 U 字形截面的分流道，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大。本模具选用梯形截面流道。分流道长度 L=（12.5）D=1025mm 取 15mm经验公式：B= （2/31）D=610mm 基于以上两点，根据手册 1（指明参考文献）表 2-49 常用分流道截面形状及尺寸，取 B=6mm，H=4。 小底边的宽度 b 按塑件形状选择。圆角 r1 取 12mm可取 2o3o浇口套尺寸：参考模具设计与制造简明手册表 2-118，注射模浇口套推荐尺寸（mm） ，列表如下材 料 T10A 热处理 HRC5055D（k6） d2 (f8) D3 h R D1 L基本尺寸 极限偏差 基本尺寸 极限偏差20 +0.015+0.002 20 -0.020-0.05328 3 15 5 1680尺寸如下图：（浇口套采用剖示方法表达应该有剖面符号，下同）2013 届本科毕业设计（论文）定位圈浇口通常浇口可分为大浇口和小浇口两类。前者也称非限制性浇口；后者也称限制性浇口或内浇口，常用的有侧浇口、点浇口等。下面对这几种常用浇口进行比较。1直接浇口2013 届本科毕业设计（论文）直接浇口的优点很多，注射时以等流程充模，浇注系统流程短，压力损失和热量散失小，且有利于补缩和排气。因此塑料件外表无可见熔合缝，塑料件质量好，而且浇注系统凝料少。所以它常用来注射大型厚壁长流制品，及一些高粘度的塑料。2侧浇口由于它开设在主分型面上，截面形状易于加工和调整修正。多型腔模具常采用侧浇口，可设计成两板模。它适用于各种塑料物料，且易切除并对塑料件外观质量影响甚小。由以上两项的比较可见依本塑件的形状以及一模两腔的特点，本浇注系统应采用侧浇口。浇口长度 L，只要结构强度允许，以短为好，一般选用 L=0.51.5mm，取L=1mm。浇口深度有经验公式 h=nt（t，塑料件厚度；n，塑料材料系数） ，中小型塑料件常用 0.52mm，大约为制品最大壁厚的 1/32/3， h=2（1/32/3 ）=0.61.6mm本塑件由于边缘有较大的圆角，为了保证浇注顺利和外形美观完整，选取h=0.6mm浇口宽度的经验公式W=nA1/2/30=0.6A1/2/30=2.46A=23.144949=15078式中 W浇口宽度， mmA型腔表面积，即塑料件外表面积，mm 2n塑料材料系数系数2013 届本科毕业设计（论文）取 W=2.5mm浇注系统总尺寸见下图：拉料杆的冷料井选用 Z 形头顶出杆，因其有“拉顶”动作可靠的优点，本模具无螺纹芯杆，虽有型芯，但其较小，所以仍可以方便地取出凝料。顶出杆成型的“拉顶”冷料井，开模时将主流道凝料从定模边的型腔中拉出，在其后的脱模过程中，再将凝料从动模中顶出。具体尺寸见下图。2013 届本科毕业设计（论文）成型零件的结构设计和计算（这是标题吗？）模具的成型零件主要是凹模型腔和底板的计算，塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏：也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。模具型腔壁厚的计算，应以最大压力为准。理论分析表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；而对于小尺寸的模具型腔，强度不足是主要矛盾，设计型腔壁厚应以强度条件为准。动模由于注射压力的作用，凹模型腔有外胀出的变形产生。当变形量大于塑件在壁厚方向的成形收缩量时，会造成脱模困难。严重时还会不能开模。另外也由于成形过程中各种工艺因素的影响，型腔内的实际受力情况有时非常复杂，不可能以一种简单模式完全代表；因此，在强度计算上采取比较宽容的做法：宁可有余而不可不足。换言之，即安全系数较大。2013 届本科毕业设计（论文）在注射模的标准件中，凹模的外形为矩形，所以当凹模为圆形时，一般也采用矩形模板。因此，凹模强度的计算也以矩形为主。凹模轴肩尺寸参考手册表 2.98 常用镶拼组合式凹模结构 P495参考手册（什么手册？）：整体式圆形型腔（不通）整体式圆形型腔侧壁厚度的计算侧壁刚度计算公式：s=1.15（ph 4/E） 1/3=1.15（352.4 4/2100000.04） 1/3=0.6侧壁强度计算公式：s=r（/ -2p） 1/2-1=49177.5/（177.5-235） 1/2-1=14以本模具模板，是完全能符合要求的。整体式圆形型腔底板厚度的计算底板刚度计算公式hs=0.56r（pr/E） 1/3=0.56*49*（ 35*49/210000*0.04） 1/3=16mm底板强度计算公式hs=0.87r（p/） 1/2=0.87*49（35/177.5 ） 1/2=19mm2013 届本科毕业设计（论文）以上式中 p型腔压力h塑件厚度E 理论上底板厚度为 19mm，但由于本塑件底部有长为 20mm 的圆筒件，所以要加长厚度，取 35mm。各型芯计算1. 凸模型芯凹模型芯12013 届本科毕业设计（论文）（2）镶杆（1）2013 届本科毕业设计（论文）（2）（3）2013 届本科毕业设计（论文）（4）动模垫板厚度、强度校核动模垫板用来固定镶件。因为模具的镶件形状较小，所以垫板厚度可不必通过计算。但考虑到其他一些因素，取厚度为 30。.脱模推出结构的设计一脱模机构的选用原则（字体大小不一致）制件推出（顶出）是注射过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定制品的质量。因此，制品的推出是不可忽视的。在设计推出脱模机构应遵循下列原则。1）使塑件脱模时不发生变形；2）推力分布依脱模阻力的大小要合理安排；3）推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；2013 届本科毕业设计（论文）4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；5）推杆位置痕迹须不影响塑件外观；6）脱模机构的运动应保证灵活、可靠，不发生误动作。二脱模机构的选择简单脱模机构有推杆机构、推管机构、推件板机构，以及这些机构的组合。1.推杆机构用推杆推顶塑料制件是最简单，也是应用最广泛的脱模机构。由于推杆位置设置有较大的自由度，因而用于推顶箱体等异型制品，以及塑料件局部需较大脱模力的场合。常用推杆为圆形截面，也有半圆和矩形等。圆柱推杆和相配的孔，容易加工到较高精度。且圆柱推杆已有国家标准，更换方便。但是，推杆的作用面积小，塑料件表面有凹坑痕迹，使用不当，会引起推顶发白和裂纹等弊病。推杆与孔长期过度磨损，会造成溢料。2.推管脱模脱管脱模常用于圆筒状塑料件推出。它提供了均匀脱模力，用于一模多腔成型更为有利。将型腔和型芯均设计在动模，可保证制件孔与其外圆的同心度。对于小直径筒体和锥形筒体，只能用推管脱模。3.推板脱摸推板在分型面处从壳体塑料件的周边推出，推出力大且均匀。对侧壁脱模阻力较大的薄壁箱体或圆筒制品，推出后外观上几乎不留痕迹。这对透明塑料件尤为重要。推板脱模机构不需要回程复位。比较以上三种结构优缺点，本塑料件适合用推杆机构。推杆结构有单节式推杆、台阶式推杆、嵌入式台阶推杆、异形推杆和锥形推秆。本塑料件选用单节式推杆，因其满足要求却比较简单。这种推杆已有 GB4169.1-1984 标准，系列直径2013 届本科毕业设计（论文）为 632mm，长度为 100630mm。推杆用 T8A、T10A ，也有用 65Mn 和中碳钢制造。整体淬火或工作段局部淬火 HRC5055。淬火长度应是配合长度加上 1.5 倍脱模行程，以防止与孔咬合。推杆通常用凸肩沉压在推出固定板和推出板之间。两块板用螺钉紧固。所有推杆，还有回程杆的凸肩高度均对沉坑深度放出余量。在固定板上插入推杆与回程杆后，应将它们搁起与该板磨出一个平面。为防止塑料熔体的渗漏，顶杆的工作段有配合要求，常用 H7/f7。对于低粘度熔体和直径较大顶杆采用 H7/g7。工作长度一般不应小于 12mm，或为1.52d。顶杆的非工作段与孔均要有 0.51mm 的双边间隙，以减小摩擦，而且有浮动和自行调整位置的作用。还有，顶杆边缘离型芯至少有 0.12mm 间距，以防干涉。顶杆的工作端面与塑料件表面的平齐是难以达到的。允许顶杆侵入塑料件表面不超过 0.1mm。一般不允许顶杆端面低于塑料件成型表面。在布置顶杆时应遵循以下原则：1）考虑脱模力的平衡，尽量避免产生附加倾侧力矩。在筋、凸台处多设推杆。2）不要让浇口对准推杆端面，过高压力会损伤推杆。3）推杆应该设在排气困难的位置。4）只要不损伤塑料件表现，尽可能地多设顶杆，以减轻塑料件的脱模接触应力。根据以上原则，得如下布置图：2013 届本科毕业设计（论文）三脱模力的计算脱模力包括三个内容，即（1） 塑件从模具上脱出时的摩擦阻力（2） 大气压力（3） 塑料对钢材的粘附力（4） 脱模机构的运动阻力1初始脱模力当脱模开始时，阻力最大。推杆刚度及强度应按此时的受力计算。亦即无视脱模斜度（=0） 。rcp=1mm，t=2mm ，h=11mm，=0。查表得 E=2.9103Mpa，s=0.018 ，f=0.4，v=0.35 = r cp/t=1/2=0.510 为厚壁圆筒件。厚壁圆筒塑料件Fc克服塑料件对型芯包紧的脱模阻力2013 届本科毕业设计（论文）Fb一端封闭壳体需克服的真空吸力 =2r cpEshKf/（1+v+K ）cos=23.14129000.018110.4/（1+0.35+0.25）=901 NFb=0.1N/mm2Ab=0.13.1411 =0.314 NFb 太小可忽略不计。总脱模力 Fe= Fc=901 N矩形件 rcp=（l+b）/=（12+13）/=8mm= r cp/t=8/1.5=5.310 为厚壁矩形塑料件Fc=2（l+b ）EshK f/（1+v+K ）cos=22529000.0185.50.4/（1+0.35+4.8 ）=934NFe=Fc=934N由以上两项计算取较大值，可得 Fe=934 N推杆强度计算圆截面推杆直径 d 设计公式：dK64 Fe（l） 2/nE 31/42013 届本科毕业设计（论文）=264934（2110） 2 /102.11053.143 1/4=5.16mm取 d 为 6mm式中 K安全系数，K=2Fe脱模力，934N压杆的长度系数，取决于压杆的约束条件，查表得 =2l压杆的长度，约为 110mmn推杆数目，n=10E顶杆钢材的弹性模量，2.110 5MPa 推杆应力校核=4Q/n d