毕业设计（论文）-控制柜旋钮注射模具设计

江西农业大学毕业设计控制柜旋钮注射模具设计 摘要: 本文是关于控制柜旋钮的模具设计。本模具设计的特点是采用了侧向延时抽芯机构、整体式侧向型芯和凹模以及镶拼组合式型腔。文章主要介绍了模具结构设计，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。塑料注射模的设计计算，包括模具结构设计，注射机的选用，浇注系统设计等方面。设计时通过 Pro/ENGINEER的应用使模型更直观化,而AutoCAD的使用也使制图更加便捷。 关键词： 计算机辅助设计，塑料，注射模，注射机。全套图 纸加扣 3346389411或3012250582Control of injection mold design cabinet knobAbstract:This article is about Control cabinet mold design. The mold design is characterized by the use of one lateral core-pulling and modular core and integral cavity.The article introduces the mold structure design,including the working theory and application of the plastic injection mold,the design princible ,and the introducing of the production.The design calculation of the plastic mold is including the design of the structure of the mold,the selecting of the plastic injection mold machine,and the pour system design etc. Designed by Pro / ENGINEER application of the model is more intuitive, while the use of AutoCAD also drawing more convenient.Key Words: Auto CAD,Plastic,Plastic injection mold,Plastic injection mold machine.前 言模具是工业生产的主要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。随着工业飞速发展，带来了塑料工业的迅猛发展；石油工业的发展又为塑料工业插上了腾飞的翅膀。塑料制品已进入到人们生活的各个领域，几乎所有的电器都有塑料制品，快餐盒、塑料袋等都是塑料制品。塑料以其密度小、机械性能好等优点独领风骚，未来的世界必将是塑料的世界，而模具是塑料工业的基石。模具设计具有广阔的发展前景。本次毕业设计，就瞄准这一发展前景，在蒋育华老师的精心指导下，通过对基座注射模的设计，掌握了注射模具设计的一般方法、模具制造的专用设备及注射机的工作原理，为今后工作打下坚实的基础。本次设计历时5周，进程如下：第一周、在指导老师的带领下去工厂参观，了解产品的注塑过程和模具的制造方法，初步知道在设计过程中所需注意的问题；第二周、彻底弄清自己的具体工作，设计所要达到的要求。计算数据，确定每个零件用什么材料、热处理。第三周、用Proe对产品进行开模，完成三维造型。第四周，对各个零件出工程图，整理资料并编写设计说明书；第五周、交指导教师审阅，并作修改，最后定稿。最后，由于水平有限，加之经验不足，疏漏和错误之处在所难免，恳请各位老师指正。 目 录 第1章 设计课题及设计目的 11 设计内容.4 12 设计目的.4 第2章 模具设计 21 确定塑料件的有关参数. 5 22 注射机的选择.5 23 型腔的排布.7 24 分型面的确定.7 25 浇注系统设计.7 26 排溢系统. 7 27 型腔、凹模设计.8 28 型腔、凹模工作尺寸的计算.8 29 型腔壁厚计算.92. 10 侧向分型与抽芯机构设计.10 211 导向机构的设计 .11212 脱模与复位机构设计 12 213 冷却系统设计.12 214 整体设计13 结束语.14 参考文献 .15第1章 设计内容及设计目的11本次设计内容： 控制柜旋钮注射模，对下图产品设计一副注射模。12本次设计的目的：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。 第2章 模具设计21 确定塑料件的有关参数211 塑件特性分析 所设计产品为控制柜旋钮，其材料为ABS全称为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。英 文名全称Acrylonitrile-butadiene-styrene，收缩率为0.30.8%，密度为1.021.05g/cm3。该旋钮产品的体积为1.97103mm3，质量为2.07g，属工程材料。该塑件形状较为复杂，其表面有凹凸，需要抽芯，但型腔镶件结构较简单，但其尺寸小，要求要有较高的强度，需用电极加工。因此在设计时应保证产品性能、质量以及互换性的同时，重点考虑模具加工的成本、加工时间。212 ABS成型条件注射机类型：柱塞式、螺杆均可密度 ：1.031.05g/cm3收缩率 ：0.0030.008预热 ：8085C料筒温度：前段 150170C 中段 165180C 后段 180200C 喷嘴温度：170180C 模具温度：5080C 注射压力：60100Mpa 成型时间：注射时间 ：2090s 高压时间 ：05s 冷却时间：20120s 总周期 ： 50220s 22 注射机的选择 一个产品的质量为2.07克,根据以下公式，选择注射机的最大注射量： K G公NG件+G废 式中 K=0.8 N为型腔数量G公为注射机公称注射量G件为产品重量G废为各部分冷料的质量 由于根据设计要求和加工的经济性取N=3，通过proe得到G废=5.628g G公（32.07+5.628）1.25 =14.81（g） 也就是说注射机的注射量要大于14.81克。参照模具设计与制造简明手册选择公称注射量为603的注射机，机型为XS-Z-60，也就是说这台注射机的公称注射量为大约为60克。 XS-Z-60注射机参数如下： 柱塞直径： 38 注射容量：603 注射压力：122Mpa 锁模力：500KN 最大注射面积：1302 模具厚度： 最大200 最小 70 模板行程：180 喷嘴： 球半径R12孔直径D4 定位孔直径：D50 0+0.06 顶出（中心孔）直径：D50下面校核各部分参数：1、注射量KG公 =0.860=48(g) NG件+G废=32.07+5.628 =11.838(g)很明显 KG公N G件+G废，符合条件2、注射压力校核P公=122MPa产品要求注射压力P注在60100MPa之间3、锁模力校核 F锁=K损P注A分式中 F锁注射机额定锁模力（N） P注塑件所须的实际注射压力（Pa） K损注射压力达到型腔的压力损失系数，一般取0.340.67 A分塑件及浇注系统等在分型面上的投影面积 通过计算得A分=524.25mm20.0005243F锁=500KNK损P注A分=0.51001060. 0005243 所以F锁K损P注A分，符合条件4、模板安装尺寸330440的最大安装尺寸完全可以安装196146的模具5、模具厚度 所设计的模具厚度为107，小于模具的最大厚度200mm。 23 型腔的排布该产品是用来对控制柜起开关作用的旋钮。由于其尺寸小，应采用一模多腔，现确定取一模3腔。为了使每个型腔通过浇注系统从总压力中均等地分得所需的足够压力，以保证塑料溶体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。为使模具整体达到平衡稳定，因此选择直线形排布。 24 分型面的确定为了能顺利的出模并保证塑件平滑的外观和精度要求，使塑件开模时能够留在动模一侧，并且在塑件脱模前留在滑块中，分型面应设在该产品的中间部位。 这样就可以利用弹簧的弹力使动模板同时把3个塑件推出，使每个塑件受力均匀而不会产生大的变形。因此该分型面为双分型面。垂直于开模方向。具体情况见总装图。25 浇注系统设计 251 主流道设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流道通道。由于选的是卧式注塑机，主流道垂直于分型面。为使凝料能从其中顺利拔出，把其设计成圆锥形，锥角为4，其表面粗糙度为Ra0.8。主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主衬套式，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理。 252 分流道设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳态的过渡段，因此要求所设计的分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。由于该产品为圆形结构，而该产品是用来起开关作用，其要有较高的强度，为了减少熔接痕的产生，降低产品的强度，在设计流道时应设计为切向进料。其截面为U型。由于所设计模具型腔为整体式。因此在满足其型腔强度的前提下。使流道最短。为了减少塑料熔体的热量损失，从主流道分三根分流道。这样既能保证塑件的填充时间，又能节省模具加工的加工时间。流道不应加工的太光滑，让塑件熔体和流道有点摩擦，这样可以使塑件熔体放出热量，从而使其更不易凝固。若是流道加工的太光滑。这样反而使熔体更易凝固。一般流道粗糙度为Ra0.81.6。U型截面尺寸的确定，取R=2、H=4。查模具设计与制造简明手册253 浇口设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，根据该产品的结构以及采用的一模3腔的多腔模具，所以选用点浇口。采用点浇口成型塑件，去除浇口后残留痕迹小，易取得浇注系统的平衡，也有利于自动化操作，但压力损失小，收缩大，塑件易变形，同时在定模部分需另加一个分型面，以便浇口凝料脱模。点浇口的直径取1.0mm，圆柱孔长L取1.0 mm。点浇口引导部分长度为9 mm，锥度1230 ，与分流道用圆弧连接。 为了塑件熔体能快速地充满型腔，浇口表面粗糙度很小，一般为Ra0.4以下,现取Ra0.4作为浇口的表面粗糙度。这样不致产生较大的摩擦阻力，有利于充型。26 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，否则被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0.0 5。为了能快速充满型腔。得到质量合格的产品。27 凹模和型腔设计2，71 设计凹模的结构形式 1.凹模结构设计由于模具采用一模三腔，所以采用整体式，凹模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.型腔结构设计 由于模具采用一模三腔，所以型腔采用镶拼式，镶件可以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，装拆方便，便于及时更换镶件。272 凹模和型腔设计1）、凹模和型腔径向尺寸按以下公式计算D=1+dx式中D行腔的内形尺寸d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。2)、凹模和型腔深度尺寸按以下公式计算=式中型腔深度 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 3）由于该产品不是透明的，所以型腔和凹模的表面粗糙将决定产品的外观，因此型腔和凹模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。 4）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3/4，根据设计要求取X为0.5。28 凹模和型腔工作尺寸的计算要计算凹模和型腔的工作尺寸，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：基本尺寸公差基本尺寸公差30.16360.186100.2010140.2214180.2418240.2824300.3230400.3640500.4050650.4665800.52801000.601001200.68 1、凹模：d=11；取=0.5%（以下收缩率都取0.5%） D=（1+0.005）110.50.32=10.9 2、凹模深度：H=12 ; X=0.4 H=(1+0.005) 12+0.40.18=12.13 3、型腔：d=6；取=0.5%（以下收缩率都取0.5%） D=（1+0.005）110.50.32=5.87 4、型腔深度：H=13 ; X=0.4 H=(1+0.005) 12+0.40.18=13.13529 型腔壁厚计算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，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）1）对圆形整体式凹模底板厚度：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=5.5mm；p=100Mpah = 5.5(0.75100/100)1/2 4.76（mm）由于模具的型腔与定模板为一整体，现确定定模板厚为22mm。可以满足型腔的强度要求。2）确定型腔的壁厚圆形型腔内壁直径2r整体式型腔壁厚s=Rr 40 204050255060306070357080408090459010050100120551201406014016065如未用淬硬钢，应乘以系数1.21.5根据上表，s=R1=20 R=20+13=33由于在生产中，两型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50mm是可以满足型腔的强度要求。210 侧向分型与抽芯机构的设计根据该塑件的特征，模具应设计一个侧抽芯机构。根据抽拔力，侧抽芯机构应设计为弯销延时抽芯机构。侧抽芯机构的设计 在保证侧抽芯机构顺利运行的同时尽量使模具结构简单，该侧抽芯机构为弯销固定在定模上、滑块固定在滑块座上的弯销延时抽芯机构。（1）弯销抽芯机构的结构设计 弯销抽芯机构的结构特点是强度高，可采用较大的倾斜角，一般采用矩形截面，抗弯截面系数比斜导柱大，并且可以延时抽芯。弯销的抽芯机构的主要工作零件是轴线方向与模具开模方向成一定角度的弯销和滑块。弯销伸入滑块的斜孔之中，为了保证抽芯和合模动作准确可靠，还设有限位挡块和锁紧楔。其工作原理为：开模时，开模力通过弯销作用于滑块，迫使滑块带动侧向型芯在滑块座的导滑槽内向外侧移动，当弯销全部脱离滑块上的斜孔后，侧向型芯便完全从塑件中抽出，完成抽芯动作。限位挡块、螺钉、弹簧构成滑块的定位装置，使滑块保持在抽芯完成后的最终位置，以便合模时弯销能准确地进入滑块的斜孔，将侧向型芯复位。锁紧楔用以防止成型时滑块因受到侧向注射压力而发生位移。（2）抽芯距的计算将活动型芯从成型位置移动到不妨碍塑件脱模位置所移动的距离称为抽芯距。抽芯距通常比侧孔或侧凹大23mm。这里，抽芯距S=5.5+23=8mm。（3）弯销的边长 考虑到抽拔力不大和倾斜角不大，选择弯销尺寸：边长a=12mm。（4）最小开模行程和弯销工作部分长度 最小开模行程：H=5.5 弯销工作部分长度：L=11。（5）滑块的设计为了便于加工，滑块采用整体式，即侧向型芯在滑块上进行加工。滑块的导滑形式：该模具采用组合式导滑槽，导滑槽整体为“T形”，滑块与导滑槽之间的导滑部位采用H7/f7或H7/h8的间隙配合。为保证再次合模时斜导柱能准确地插入斜滑块中，抽芯动作完成后斜滑块必须有准确的位置。该模采用挡块定位形式。211 导向机构的设计导向机构主要包括导柱和导套，主要作用是在动模与定模合模时保证型芯与型腔的精确定位。导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应导套尺寸：公称直径d=12mm，D=16mm。导柱的尺寸为：公称直径d=12mm，D=16mm。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4到8根导柱。在此设计中采用了4根导柱。加工4个导柱、导套孔时，应将定模板、滑块座、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。212 脱模与复位机构设计2121 脱模机构设计塑件冷却后由于有少量的收缩，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，由于采用了一模多腔的结构。故利用推板把产品同时推出，这样每个产品的受力相同且均匀。结合产品的精度要求，在加工推板时其表面要平整，光滑。现取平行度8级，粗糙度Ra0.8。2122 复位机构确定注射机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， 要使模具恢复到原来的位置，而不会影响下一周期的正常生产。在模具中，为了节省材料，可以不需要加复位杆。在合模时可以利用压缩弹簧推动，从而达到合模的目的。具体结构见总装图。213 冷却系统设计冷却系统对产品成型周期有很大的关系，对产品质量也有比较大的影响,所以要对模具的冷却系统加以计算，使之有利于成型要求。考虑到模具的具体结构，安装冷却水通道是一个既实惠又简单的解决方法。 在此设计中，每次所要注射的量只有12.648g，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，）；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=0. 0127x1470x(190-60) =2426.97(J/h)由此可以看出该每次所放出来的热量是很少的，模具本身就可以散发出。但为了防止型腔受热变形，在定模板加两跟水道。这样可以保证产品精度。而塑件传给推件板的热量，则在每次开模时，推件板可以散发出去，不需要对其加冷却装置。214 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、滑块、滑块座、导柱、导套等。标准模架有12种结构，15876种规格。在本次设计中,浇口套、导柱、导套都采用的标准件,可以外购。该模具总体结构如下图所示。采用一模三腔，分型面为平面；定模座板和动模座板的长为196mm宽为146mm 下面确定模板的厚度各模板厚度总和应小于200mm，这是注射机的要求。定模座板、动模座板厚度都为15mm，而定模板厚度取22mm，动模板的厚度为20 mm，滑块座的厚度为15 mm，滑块厚度为20 mm，可以保证产品能顺利的脱模。根据以上选取，模具的厚度H=15+15+22+20+15+20=107（mm）200（mm），符合条件。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、大学四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，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，发现了自己很多不足之处。我还体会到了所学理论知识的重要性：知识掌握得越多，设计得就更全面、更顺利、更好。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相结合、个人作用和集体协作相结合等方面全面的培养学生的全面素质。我经过这次系统的毕业设计，熟悉了对模具进行设计、生产的详细过程。这些对我在将来的工作和学习当中都会有很大的帮助和启发。3、学会了怎样查阅资料和利用工具书。平时课堂上所学习的知识不够全面，作为机械专业的学生，由于专业特点自己更要积极查阅资料