《闹钟后壳注塑模具设计》8300字【论文】

闹钟后壳注塑模具设计摘要近几年来，随着国家不断的改革开放，使国家经济得到了跨越式发展。工业作为现代国家的经济命脉，也随着经济的发展而发展。作为工业组成的一部分，注塑模具也得到了快速的发展，不但改进了以前技术中的缺陷，而且发展出来了许多新的技术。本次毕业设计的任务就是设计出能够生产闹钟后壳的注塑模具。这一次的毕业设计题目是闹钟后壳的注塑模具设计，是在日常生活中非常常见的物品。需要先对闹钟后壳的结构和它的加工工艺性进行分析，确定闹钟后壳的注塑成型方案，然后要对注塑模具设计过程中所涉及到的零件进行相关的计算。进入二十一世纪以来，计算机技术取得了比较快速的发展，作为计算机的衍生产物电脑绘图技术也快速发展。在如今的生活中CAD和UG在工业设计中运用的越来越广泛，所以，这次的毕业设计还利用了CAD和UG进行零件图和装配图的绘制。关键词：注塑模具；CAD；UG；闹钟后壳目录摘要 绪论1.1选题的意义与目的随着国民经济的不断发展，对国家的产业发展提出了更高的要求。注塑模具是行业的一部分，因此对模具的要求越来越高。为了跟上国家经济的发展，提高国家的的工业水平，需要设计更先进的注塑模具，以缩小与世界先进水平的差距。注塑模具的质量代表着一个国家工业发展的现状[1]。从总体上看，我国注塑模具的发展水平仍不能适应我国经济和工业发展的要求。因此，需要加大对注塑模的研究，以尽快达到世界先进水平。将四年来所学习的理论知识用于实际当中。毕竟只有实践才能检验出在本科阶段所掌握的专业知识到底有多少，为以后步入社会打下基础。在这一次的毕业设计当中也能学习到注塑模具的具体流程，加强自身的能力。在进行任务之前，还需要掌握各种电脑绘图软件的使用方法，因为电脑绘图方便快捷，节省的时间。1.2我国模具发展的不足（1）市场竞争比较激烈，产品同质化问题严重。我国在注塑模具这方面的企业基本上都是中小企业，自己的实力没有多大，在制作产品的时候都相差不大，由于这个原因使他们的生产的产品质量基本上都一样，没有多大的产品竞争优势。由于这些企业实力不足几乎没有研发的能力，自己有没有什么先进的技术，只能通过降低价格来挽回或者挽留消费者，由于这个因素使得那些下的企业很难存活下去。（2）高端产品发展不足，中低档模具产能过剩。高端的模具制造无疑需要更长久的技术积累和研发投入。这个门槛把很多模具制造企业拒之门外，再加上发展原因，目前我国模具产品主要集中在中低端产品上。（3）融资比较困难，企业发展受限大。模具行业需要投入的资金比较多，因为我国的企业比较小所以设备的质量，先进程度和国外的大企业没法比。所以会根本很难生产很先进的设备。由于自己不具备竞争优势，所以想要改进非常难。1.3模具技术发展趋势在日常生活中塑料制品占有我们生活用品大部几乎与金属制品旗鼓相当，塑料制品与金属制品相比有重量轻等优点。塑料制品的成型方式有很多，其中注塑模具占塑料成型半壁江山，现在我国的注塑模具种类多、更新换代速度快，还有模具也向着高精密、超小型、超大型发展的趋势。（1）在注塑模具考察实物阶段：利用先进的激光扫描测量技术+，能很快的从实物转化为3D模型，能降低工作量，还能提高工件尺寸精度。（2）在注塑模具处于画图阶段：计算机软件的大规模应用下CAD、UG可以使注塑模具的画图工作量降低、改善图纸的精确度，以及在UG上可以更加直观方便设计模型，更能准确发现设计的不合理之处，节约资金。（3）在模具加工阶段：处于“工业4.0”时代有超精密加工技术，其中适合注塑模的精密铣削加工中心以及超精密磨削加工，使得模具的型腔、型芯粗糙度很小，尺寸精度很高，可以精确到纳米级别，工件表面的光滑程度也是纳米级别，还加快了注塑模具制造时间；同样在模具的装配过程自动化，大大降低人工对模具型腔型芯的接触，以及对于超大型模具人工不便于搬运，降低工人的劳动强度，提高了制造效率。（4）提高模具内零件的标准化程度：提高模具的标准化有利于直接采购标准件，减少模具非标准件的加工，以及模具损坏零件便于更快的更换，提高模具的工作效率，降低人工劳动强度。模具中标准件的件数越多，可以缩短模具制造时间，降低制造模具的成本，提高经济效益。1.4设计思路这一次的毕业设计是闹钟后壳模具设计，所以使用的研究方法是理论与实践相结合的方式。运用四年来本科所学习的专业理论知识和四年来做过课程设计的经验，查找所需资料以及向辅导老师请教的方式下完成这一次的毕业设计。本次毕业设计是闹钟后壳注射模的设计。在此之前，我们需要查阅资料，对注塑模具有一个全面的了解。我们应该熟悉闹钟后壳模具的完整设计过程。还需要对注塑模具零件进行综合分析，然后确定所选用的材料和注塑机型号。确定注塑方案后，下一步是对闹钟背壳的整体模具进行计算，并设计出所需的各种零件。最后利用CAD，UG。

2塑件注塑成型的工艺分析2.1成型塑件的工艺分析本次设计的题目是闹钟后壳的注塑模具设计。闹钟在的日常生活中非常常见，它的种类有多中多样，本次所设计的闹钟外观是心形的其三维图如图2-1所示。该闹钟后壳塑件是壳类零件，其零件图如图2-2所示，外壳部分的外观要求美观无焊痕。所以可以对闹钟后壳塑件表面粗糙度取Ｒa1.6。查找资料可以知道模具的型腔设计除了要有精准的定位，还需要有比较好的加工工艺，使闹钟后壳达到要求的精度。图2-1闹钟后壳三维图图2-2闹钟和零件图2.2闹钟后壳（ABS）的成型特性与工艺参数本次闹钟后壳注射模具设计选用的材料是ABS，可视为改性聚苯乙烯。ABS性能和用途如下表2-1所示。表2-1ABS性能和用途性能冲击韧性高，机械强度高，尺寸稳定，耐化学腐蚀性好，易于成型和机械加工，与有机玻璃熔合性好，可用作双色塑料件[2]。用途2.2.1ABS塑料主要的性能指标：经过查找资料可以知道ABS的性能指标如表2-2。表2-2ABS的性能指标密度(Kg.dm-3)1.02～1.16收缩率%0.4～0.7熔点℃130～160热变形温度℃65～98弯曲强度MPa80拉伸强度MPa50拉伸弹性模量GPa1.8×10³弯曲弹性模量GPa1.4压缩强度MPa18～39缺口冲击强度kJ/㎡11～20硬度HRR62～86体积电阻系数Ωcm1013击穿电压Kv.mm-1152.2.2脱模斜度通过查找资料可以知道，塑件的壁厚值通常取1～6mm，而在实际的生产中常用值为2～3mm。因为该闹钟后壳塑件的材料为ABS，查书可知ABS材料塑件的壁厚值，所以该闹钟后壳塑件的壁厚定为2mm。通过查找资料可知，注塑工件的形状外观、注塑工件的壁厚和注塑件的收缩率等因素决定了脱模斜度的大小。通过查找资料确定该闹钟后壳塑件的脱模斜度为型芯：35´～1º，型腔：40´～1º2´[3]。因为该闹钟后壳塑件不是大型注塑件，且闹钟后壳塑件外壁精度要求比较高，所以该闹钟后壳塑件脱模斜度应该选取较小的斜度。又因为ABS材料具有较好的流动性，而且为了便于脱模又加入了10%石墨，因此，该闹钟后壳注塑工件的外壁不需要在设置脱模斜度，这样能够保证闹钟注塑工件尺寸的精度。2.2.3塑件的体积和质量该塑件的材料为ABS，查找资料可知它的密度是，本次设计可以取其平均密度。查得ABS的收缩率是，本次设计可以取其收缩率为0.5﹪[4]。为了得到所画图形闹钟后壳塑件的体积，可以借助电脑上的Unigraphics

NX软件画出该闹钟后盖塑件的三维实体图，让其自动进行计算，节省的时间与精力。通过Unigraphics

NX软件可知该闹钟后壳塑件体积：V塑≈6.5cm3，如图2-3所示。所以可以计算出闹钟后壳塑件的质量:图2-3闹钟后壳体积

3注射机型号的确定在实际的生产中选用注射机型号主要是根据所生产的塑件体积、质量和数量进行确定，因为该闹钟后壳塑件的体积、质量通过Unigraphics

NX软件计算过，已经是已知数。因此注塑机的选择选用一模一腔的方式，按照闹钟后壳塑件型腔数的多少来确定注射机型号。虽然上式中的是未知的，然而，通过查找信息，我们可以知道浇注系统的质量（体积）与注射件的质量和注射材料的流动性有一定的关系[5]，是一个不确定的值。在实际的生产当中注塑厂对浇注系统的质量（体积）的取值是塑件质量（体积）的。在本次的设计当中选用倍进行相关的计算，即＝3.1选择注射机型号注塑机的选择决定着塑件产品的质量，由于本次设计的是闹钟后壳注塑模具，所以可以根据闹钟后壳塑件的体积或者质量来决定注塑机的型号。经过查找相关资料本次设计最终选定的是型号的注塑机。注塑机的各项参数入表3-1所示。表3-1注射机的各项参数最大注塑量注塑压力注塑速率塑化能力锁模力注塑机拉行间距顶出行程模具最小厚度模具最大厚度模板行程定位孔直径喷嘴孔半径Φ103.2模架的选定模架的作用是对模具进行支撑，根据闹钟后壳塑料件的设计，模架选用为：S2030-B-I-35-35-70。如图3-1所示。图3-1塑件的模架3.3最大注射压力的校核由于本设计所采用的材料是ABS，通过查找资料可以知道，ABS的注射压力为.而本次设计选用，满足此次设计的要求。3.3.1最大注塑量的校核查阅资料，我们知道注塑机的最大注塑量需要大于被加工塑料件的质量或体积。在实际生产加工中，要求注塑机的实际注射量为注塑机最大注射量的80%[6]。因此，按上述要求选择的注塑机的最大注塑量应满足以下要求：式中V机—注塑机的最大注塑量V塑—塑件的体积，V浇—浇注系统体积，因为所选用的注射机的最大注塑量V机=40cm3；而本次所设计的闹钟后壳的体积V塑＝6.5cm3；本次设计的浇注系统体积V浇＝3.9cm3。故：所以成立因此本次设计所选用的SZ-40/25型号的注塑机满足最大注射量的要求。3.3.2锁模力校核查找资料可以知道锁模力的计算公式为：式中p—熔融型料在型腔内的压力；F锁—注塑机的额定锁模力。选用的注塑机注射压力为200MPa，而且A＝3673.5mm2，如图3-2所示。故F锁＞＝734.2KN本次设计所用锁模力为2500KN的注塑机，满足设计要求。

4塑件工作尺寸的计算本次设计选用的材料是ABS，根据数据，ABS材料的成型收缩率为，所以本设计ABS的平均收缩率取。4.1型腔的径向尺寸计算经过查找资料可以知道计算型腔径向尺寸式子为：式中—型腔的基本尺寸；—塑件的基本尺寸；S—ABS平均收缩率；—成型零件制造成公差，本设计按IT6级公差选取，如表4-1所示。—塑件尺寸公差，如表4-2所示。表4-1标准公差数值基本尺寸≤3>3-6>6-10>10-18>18-30>30-50>50-80>80-120IT90.0250.0300.0360.0430.0520.0620.0740.087表4-2塑件尺寸公差公称尺寸约33-66-1010-1414-1818-2424-3030-4040-5050-6565-8080-100公差数值（5）0.160.180.200.220.260.280.320.360.400.460.520.60本次所设计的闹钟后壳的各零件尺寸如图4-1所示。图4-1闹钟后壳的零件尺寸数据代入所设计的闹钟后壳塑件的数据可得：当Ls=80mm时：==80.010+0.087mm当Ls=9mm时：==8.895mm当Ls=70mm时：==69.960+0.74mm当Ls=76mm时：==75.990+0.74mm当Ls=55mm时：==54.930+0.074当Ls=10mm时：==9.9当Ls=11mm时：==10.890+0.043当Ls=2mm时：==1.89当Ls=3mm时：==2.895当Ls=4mm时：==3.885当Ls=6mm时：==5.895当Ls=8mm时：==7.89当Ls=16mm时：=;=15.885当Ls=12mm时：==12.04354.2型芯尺寸的计算4.2.1型芯径向尺寸的计算通过查找资料可以知道型芯径向尺寸计算式为：式中LM—型芯的基本尺寸；Ls—塑件的基本尺寸；S—ABS的平均收缩率;—塑件公差；—成型零件制造成公差；带入所设计的闹钟后壳塑件的数据可得：当Ls=80mm时：==80.850-0.087mm当Ls=70mm时：==70.470-0.074mm当Ls=76mm时：==76.50-0.074mm当Ls=55mm时：==56.630-0.074mm当Ls=9mm时：==9.1950-0.036mm当Ls=10mm时：==10.2mm当Ls=11mm时：==11.205mm当Ls=2mm时：==2.13mm当Ls=3mm时：==3.135mm当Ls=4mm时：==4.155mm当Ls=6mm时：==6.18mm当Ls=8mm时：==8.19mm当Ls=16mm时：==16.275mm当Ls=12mm时：=;=12.225mm4.2.2型芯高度的计算通过查找资料可以知道型芯的高度计算式为：式中H—型芯的最大高度；Hs—塑件的最小高度；S—的平均收缩率;—是塑件公差；—成型零件制造成公差；因为本次设计的闹钟塑件高度Hs=16mm经计算得：HM==

5浇注系统的设计从模具喷嘴的地方和型腔入口的地方这段路径被称之为浇注系统，它是由多个部分组成，用来防止冷料进入进入模具的内部的冷料井，溶体最开始流淌过的地方主流道，还有主流道最后面的位置到浇口之间的通道分流道，浇口这几个部分组成。这几个部分影响着加工出来零件的质量行不行，外观光滑不光滑。好的浇注系统直接决定着成型出模的简单与复杂。浇注系统的设计必须按以下原则：

1.要弄清楚所加工材料水如何成型的。2.一般情况下产生的熔接痕越少越好，尽量不要产生熔接痕。3.在设计的时候要方便模具型腔内部气体的排放。4.在注射成型的时候要小心应对型芯不要发生变形位移。5.在设计流道的时候再不影响加工的前提下，路程越短越好。。5.1主流道设计主流道是熔体进入型腔的首要位置。注入的塑料熔体通过主流通道引入分流通道和空腔中。为了方便熔体的流动，主流通道的形状应设置成圆锥形[7]。同时打开模具的时候，也方便浇口内冷凝物的抽取。因为ABS的流动性是中性，所以设计主流通道的锥度为3°，主流通道的内壁粗糙度取。由于闹钟的后壳采用的是ABS材料，需要进行额外的加热。5.2冷料井设计冷却井一般设计在直浇通道相对的可移动模板上。它能够防止“冷料”进入到型腔，开模时便于拉出位于浇口的冷凝液[8]。本次设计中，采用冷却井底部带有拉杆，底部的拉杆安装在浇注系统的型芯固定板上，不可以跟随脱模机构进行移动。5.3分流道设计应根据分流通道的体积、壁厚、形状复杂性、空腔数量及所使用塑料的性能综合考虑合适合理的形状和尺寸[9]。由于塑件形状不复杂，容易用熔融材料填充型腔，且材料的流动性中等。根据主腔的布置，分流通道的长度不宜过长。为了便于加工，选用半圆形分流道，取R=3mm。5.3.1分流道的断面根据前人的知识经验可以在知道塑件的体积，厚薄程度还有被加工零件的形状难易程度来确定分流道。5.3.2分流道的布局 由于闹钟后壳注射模要求是一模一腔，所以选取平衡式分流道。5.4浇口选择在实际的生产中，所生产的闹钟后壳不能有裂纹和大幅度变形等缺陷，由于本次设计采用了用了一模一腔平衡式分流道的设计，所以采用点浇口的方案。点浇口的优点是截面形状简单、外观好看、加工简单。浇口套见图5.1：图5.1浇口套6分型面的选择与排气系统的设计6.1分型面的选择在模具上被用来提取塑件及(或)浇注体系中各种可以进行分离与接触的表面叫做分型面[10]。本次设计的塑件是闹钟的后盖，它的高为16mm。分型面的选择与模具的结构有关。分型面选择应该尽可能的使脱膜简单，通过对闹钟后壳的分析可知，垂直于轴的截面相对于其他截面来说结构简单，所以本次设计选用垂直分型的方法。6.2排气槽的设计当塑料熔体在型腔内进行填充时，不仅要排空型腔内部中的空气，而且要避免材料在填充时分解的气体，倘若没有排空，气体受压升温，会影响塑件的整体质量[11]。

因为本次设计的闹钟后壳注塑模具体积小，且分型面利于排出气体，故不再另外设立排气槽。

7合模导向机构的设计导向与定位机构在模具中的作用是用于模具的动模和定模之间的联系，导柱设在动模一边可以保护型芯不受损坏。可以起引导动模与定模正确的合模以及合模后能准确保证模具内型腔正确尺寸的作用，还可以起到保护型芯的作用，同时还能保持在较高生产率时，维持模具的机构运动稳定。导柱零件如图7-1，导套零件如图7-2所示。图7-1导柱图7-2导套

8脱模机构的设计脱模机构应该遵循以下原则：（1）开模时应按要求将推动塑件内部保存在整个动模一侧,以此更便于将新推出的推动机构安装进来同时建立在整个动模一侧,从而大大简化了推动模具的内部结构。（2）准确地分析制品的脱模阻力部位及大小，从而合理选用推出方式和分布推出力，使制品平稳脱模。同时推出力应施于制品强度、刚度较大的部位（3）推出的位置尽可能地设在对塑件内部或者是对塑件整体外观产生影响较大的部位,以力求良好的塑件外观（4）机构整体设计原理应简单、动作可靠(注意:每次推入后的机构必须动作到位、并能正确地进行复位且动作不会与其他机械部件相互发生干涉,有一个具备足够的机械运动强度和动作刚性),运动灵活,制造及使用安装简易维修方便[12]。本次设计的脱模机构采用推板推出机构，它是由一块与型芯按一定精度配合的模板，推板作用面积大，推力均匀，适用于薄壁件、壳体。考虑到闹钟后壳是薄壁型壳体采用推板推出机构更加稳定高效。

9温度调节系统的设计在模具的注射成型的过程中，模具温度的高低会对塑件的成型质量和塑件的生产效率产生影响。查找资料可得经查资料知，关于ABS的成型温度、模具温度、与脱膜温度分别是200～260℃、40～60℃、60～100℃[13]。为了让模具的温度降低，可以在模具中通入水进行降温。一般来说模具中通入常温的水就可以使其降温，而且模具的温度可以通过调节通入水流量的大小来进行调节，操作方便有效。本次设计所选用的材料是ABS。查找资料可以知道ABS对模具有比较高的温度要求，如果在实际的生产过程中模具温度低于要求，塑料的流动性就会被改变[14]。所以在把塑料注射到模具当中之前，为使塑料在模具里的填充充分，需要通入温水或者把模具加热。9.1模具冷却系统的设计我们在加工成型的时候，根据加工的塑件外观的形状、加工填充的顺序、塑件的厚薄程度等相关因素，每一个地方的温度是几乎是不一样的。由于热交换产生应力，在加工成型的时候会影响闹钟后壳的尺寸精度，甚至外形也会发生相应的改变。为了避免这样的情况发生，怎样来控制模具的温度，就需要控制模具的型芯和型腔与加工的塑件的质量要求的温度范围内。尽可能的削弱或者消除产生的应变力，改进材料的性能，获取高品质的塑件。是模具冷却系统的一个重要环节。模具冷却系统包括：冷却水孔，模具温度控制器以及加热元件等。他们的工作的目的，不只是使模具的温度降下来，还有在加工成型的时候使熔融塑料带的温度不断的降温，这样一来模具的温度就会控制在相应的范围内，如果速度太快会影响填充，冷却速度太慢的话，模具内部温度过高加工出来的塑件会出现缺陷[14]。本次设计冷却水孔数量根据书上的经验值取4根，冷却喷嘴直径为6mm。9.2模具加热系统的设计通过查阅书籍资料了解到ABS有较高的融化温度，而且ABS属于中等黏稠度，流动性也是中等的材料。由于在注射模具的同时要求模具有初始温度，故模具在注射前一定要加热，模具加热方式有热水水浴加热、热油油浴、还有热空气及蒸汽加热和电加热等[15]。为了节能环保、减少模具加工手续、还要精简模具结构设计等，于是采用电加热，而且电加热方式的优点是节能环保、加热效率高、可调节范围较广。

总结本次毕业设计为期三个月，题目是闹钟后壳注塑模具设计。闹钟是我们生活中非常常见的一个物品，每一个人都接触过，其种类丰富，造型多样。因此在知道毕业设计的题目后，我首先要做的是确定要设计的闹钟样式，只有先确定其样式才能进行后续相应的设计。所以本次设计中我所设计的闹钟外形是心形的。这些年来，随着电脑技术的快速发展，电脑绘图技术在工业设计当中的运用越来越广泛，这次设计除了传统的分析与计算外，还要用到电脑绘图软件CAD和UG。所以在前期的准备当中我们还要对CAD和UG进行学习，为后期能够运用其绘制相关图纸做好准备。在开始设计前要先查阅各种资料开始，然后开始一步步熟悉模具的完整设计流程。之后是要对所需零件进行各种分析，确定好了要使用的方案，下面要完成的的任务就是对设计的整体计算和各种零件的设计。最后还要利用CAD和UG进行零件图和装配图的绘制。

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