外壳注塑模

前 言 前 言 本书是我们模具与制造专业的学生在学完模具设计与制造，数控机床加工编程。CAD/CAM软件等课程后，安排数周时间的课程设计实训，他既可以锻炼我们的动手能力，有可以将所学课程有机地结合起来，巩固所学的专业知识，从而达到学以致用的目的，以及掌握计算机辅助设计与制造及编程加工的技能。 在本书的编写过程，由于缺乏从事塑件模具设计与制造工作经验。技术资料收集困难，专业述语水平不足等多方面原因，本书肯定有许多不足的地方，希望老师及同行业人士赐教，提出更多更好的意见，进行改进，达到完美。 一、任务书 产品名称：外壳 产品材料：ABS 产品数量：大批量生产 塑件尺寸：如图所示 塑件质量：18g 二、塑件的工艺 ⒈塑件材料特性 ABS塑料（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）是在聚苯乙烯分子中导入了丙烯腈，丁二烯等一种单体后成为的改性共聚物，也可称改性聚苯乙烯，具有比聚苯乙烯更好的使用和工艺性能。ABS是一种常用的具有良好综合力学性能的工程塑料。 ABS塑料为无定型塑料，一般不透明。ABS无毒、无味，成型塑料的表面具有较好的光泽。ABS具有良好的机械强度，特别是抗冲击强度。ABS还具有一定的耐磨性，耐寒性、耐油性、耐水性，化学稳定性和电性能。ABS的缺点是耐热性不高，并且耐气候性较差，在紫外线作用下易变硬发脆。 ⒉塑件材料成形性能 使用ABS注塑成形塑件制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注射成形压力较高，因此塑料对型芯包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使用ABS制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。ABS易吸水，成形加工前应进行干燥处理。在正常的成形条件下，ABS制品的尺寸稳定性较好。 ⒊塑件的成形工艺参数确定 查有关手册得到ABS（抗冲）塑料的成形工艺参数 密度1.01—1.04g/ 收缩率0.03%—0.8% 预热温度80℃—85℃ 预热时间2—3h 料筒温度 后段 150℃—170℃ 中段 165℃—180℃ 前段 180℃—200℃ 喷嘴温度 170℃—180℃ 模具温度 50℃—80℃ 注射压力 60—100Mpa 成形时间 注射时间 20—90s 保压时间0—5s 冷却时间 20—150s 三、模具的基本结构 ⑴确定成形 塑件采用注射成形方法产生。为保证塑件表面质量，使用点浇口成形，采用带圆角的圆锥过渡式的点浇口，其结构为圆锥形的小端的截面积应增大，塑件冷却减慢，有利于熔料充满模腔。因此模具应为双分型面注塑模。这样可以免租塑件制品要求，浇口形式如图 点浇口的尺寸计算： d=1.0mm，查表4-1，根据塑件的材料为ABS，平均壁厚不道1.5，取d=1.0mm L取L=1.5mm α取α=30° ⑵型腔分布 因塑件形状较简单，质量较小为薄壁件，生产批量较大，所以应使用多型腔注射模具，采用多型腔模具生产，塑件成形的生产率高，塑件的成本低，适合大批量，长期生产，考虑塑件侧面无孔等，因此不需要用侧向抽芯机构。平衡式多型腔排布，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度，截面形状，尺寸及分布对称性对应相同，可实现各型腔均匀进料和达到同时充满型腔的目的。所以吗采用一模四腔，平衡分布。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件的本低，其布置如图所示： 型腔布置 ⑶确定分型面 塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，塑件的分型面有多种选择，如果分型面选在中心线上，会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。分型面选择在下端面，这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成形，塑件大部分外表面光滑，仅在端面留有分型面痕迹。 ⑷选择浇注系统 塑件采用点浇口成形，其浇注系统如图： 点浇口直径为ф1.0mm，长度为1mm，头部球R为2mm，锥角α为6°。主流道为圆锥形，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径为ф6—ф8mm。 ⑸确定推出机构 由塑件形状为方壳形而且壁厚件需要推出力较大，使用推杆推出机构比较合适，推杆推出机构最简单，最常见，运动阻力小，推出运作灵活可靠，损坏后也便于更换，采用推杆推出机构。 ⑹模具结构形式 模具结构为双分型面注射模，采用定距拉杆和限位螺钉控制既可凝料处分型面的打开距离。第二次分型面设置在制件下端面，由于设计侧面有分支，设计一次脱出可能有些困难，应采用二次推出把塑件完全从型芯上脱出。采用摆块式二次推出机构合适。 ⑺选择成形设备 根据塑件质量及以上所述综合考虑选用G54—S200/400型卧式注射机，其有关参数为： 额定注射量：200/400 注射压力：109Mpa 锁模力：2540KN 最大注射面积：645 模具厚度：165—406mm 最大开合模行程：260mm 喷嘴圆弧半径：18mm 拉杆间距：290×368mm 合模方式：液压—机械 液压泵流量 ：170.12 液压泵压力：6.5 机器外形尺寸：4700×1400×1800mm 注射机参数由查表2-8《塑料模具设计与制造》 ⑻模架的选择 1​ 模架的结构 模架的结构如图所示： ②模架安装尺寸校核 模具外形尺寸为长300mm，宽250mm，高345mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便的安装在注射机上。 四、模具结构及尺寸的设计计算 ⒈模具结构设计计算 ⑴型腔结构 型腔由流道板，凹模板二部分组成，点浇口开在凹模板上，这样有利于加工方便，有利于型腔的抛光。 ⑵型芯结构 型芯由支撑板固定，型芯于推件板采用台肩固定，下面有垫板压紧，即可以保证稳定性。 ⑶模具的导向结构 为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用带头导柱导向定位，支撑板上装有导柱，为推板和动模固定板导向，保证了推件板的运动精度，从而保证模具精度。 ⒉模具成形及尺寸的设计计算 取ABS的平均成形收缩率为0.6%,塑件的末注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取，塑件尺寸见图（1） ⑴型腔凹模尺寸 凹模是成形塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐增大，所以，为了使模具磨损后留有修模的余地并满足装配的需要，在设计模具时，包容尺寸应尽量取下线尺寸，尺寸公差取上偏差。 凹模的尺寸计算公式： L=[L塑（1+k）-（3/4）Δ] 式中L塑——塑件外形径向公称尺寸 K——塑件的平均收缩率 Δ——塑件的尺寸公差 ——模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3—1/6 模具最大磨损量取塑件公差的1/6，模具的制造公差 =Δ/3； 对于塑件 尺寸的凹模外形尺寸： mm 对于塑件 尺寸： mm ⑵型腔深度尺寸 凹模的深度尺寸计算公式： H=[H塑（1+k）- ] H塑——塑件高度方向的公称尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1/6，模具的制造公差 =Δ/3； 取 。 ① mm ② mm ⑶型芯长宽尺寸 对于尺寸 来计算 mm 模具最大磨损量取塑件公差的1/6，模具的制造公差 =Δ/3； 取 =0.75。 对于尺寸 来计算 mm ⑷凹模的高度尺寸计算公式： 模具最大磨损量取塑件公差的1/6，模具的制造公差 =Δ/3； 取 =0.5。 对于尺寸 来计算 mm ⒊模具加热、冷却系统的确定 ⑴模具加热 一般生产ABS材料塑件的注射模具不需要加热。 ⑵模具冷却分两部分，一部分是型腔的冷却，令一部分是型芯的冷却。 为了缩短成形周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即可在注塑完成后通循环冷水道靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。设计水道时通常注意以下原则： 1）​ 冷却水孔尽量的多，初步设计4个孔，孔尽可能的大。冷却水孔中心线与型腔壁的距离取通道直径的1-2倍（取15MM），冷却通道之间的中心距取水孔直径的3-5倍（取10）。 2）​ 冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等。当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应尽可能的处处相等，当壁厚不均匀时，应在壁厚处强化冷却。 3）​ 浇口处要加强冷却。 4）​ 冷却水孔道不应穿过镶块或接缝部位，以防漏水。 5）​ 冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。 6）​ 进出口的水管设在模具的同一侧（设在注塑机的背面）。 型腔的冷却是由在凹模板上的两条ф10mm的冷却水道完成。 型芯的冷却是在型芯内部开有ф16mm的冷却水孔，中间用水板隔开，冷却水由凹模板上的两条ф10mm的冷却水孔进入，沿着隔水板，流入另一侧，再流回支撑板上的冷却水孔，然后在继续冷却第二型芯，最后由凹模板上的冷却水孔流出模具。 ⒋型腔壁厚、支撑板厚度的确定 型腔壁厚、支撑板厚度的确定从理论上讲是通过力学的强度及刚度公式进行计算的。刚度不足将产生过大的弹性变形并产生溢料间隙；强度不足将导致型腔产生塑性变形甚至破裂。 由于注塑成型受温度、压力、塑料特性及塑件复杂程度的影响，所以理论计算并不能完全真实的反映结果。通常在模具设计中，型腔及支撑板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。 据《模具设计与制造实训》表2-1、表2-2列举的经验数据得: 型腔侧壁厚度 S=0.20L+17 =0.20×44+17 =25.8mm 支撑板厚度H=（0.12—0.13）b =（0.12—0.13）×38 =（4.56—4.94）mm ⒌冷料穴和拉料杆设计 冷料穴是浇注系统的结构组成之一，冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流前锋，以辟免这些冷料注入型腔，影响塑件质量，冷料穴还有主流道拉料杆的功能，注射凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外，其形式如图： 拉料杆是将注射凝料从定模浇口套中拉出。拉料杆设计应根据型腔数目而确定。该模具型腔数目为4个，故拉杆设计数目也应该为4个，拉杆固定在定模固定板上，利用定位圈固定在模具固定板上，模具分型后即可拉出凝料。 ⒍排气方式设计 ⑴排气槽排气 对大中型塑件的模具，通常在分型面上的凹模一边开设排气槽，排气槽的位置以位于融通流动末端为好，宽度B=3~5，深度H=0.05，长度L=0.7~1，此后可加深到0.8~1.5 ⑵分型面排气 对于小型模具壳利用分型面间隙排气，但分型面须位于熔体流动末端。 ⑶利用型芯、顶杆、镶件等的间隙排气 综合考虑模具属于小型模具可利用分型面排气，也可利用型芯、顶杆、镶件等间隙排气。 五、模具成形零件的结构设计 1、凸模结构设计 整体式凸模材料浪费太大且切削加工量大，在当今的模具结构中几乎不采用这种方式，目前主要采用整体嵌入式凸模和镶拼组合式凸模。本模具采用整体嵌入式凸模，其结构如下： 2、凹模的结构设计 为节省成本，通常将稍大于塑件外形的较好的材料制成凹模，再将凹模嵌入模具固定板中，这样既保证了凹模的使用寿命，又既不浪费价格昂贵的材料，并且凹模损坏后维修更换方便。本模具是多型腔模具，采用整体嵌入式凹模，加工效率高，拆装方便，可以保证各个型腔的形状尺寸一致。 六、注塑机参数的校核 1、最大注塑量的校核 M 机≥M实际/α=（nM机 +M塑）/α 式中 M机——注塑机的最大注塑量 M 实际——实际注塑量 α——注塑系数，一般为0.8 n——型腔个数； M 塑j——每个塑件的质量 M 浇——浇注系统的质量 当实际注塑量以注塑容量V 实际表示时，有： M 实际= V实际 式中M——塑料密度为 时的实际注塑量 ——塑化温度和压力下 熔融塑料的密度 V实际——实际塑化容量 C——密度变化的校正系数，对结晶型塑料，C=0.85，对非结晶型塑料，C=0.93 当实际注塑量以注塑量M实际表示时，又m实际=M实际（ / ） 式中 ——聚苯乙烯在常温下的密度，约为1g/ V机=200—400 而V塑=4×18=72 V浇=20 V机＞ 而选定的远大于115 ，所以满足要求。 2、锁模力的校核 在注塑过程中，为使模具不被胀开，注塑机的合模装置必须对模具施以足够的加紧力，即锁模力Fs 。锁模力的大小必须满足下式： Fs≥P（nAs+Aj）=PA 式中P——模具型腔压力，一般为20~40Mpa As——塑件型腔在模具分型面上的投影面积 Aj——浇注系统在模具分型面上的投影面积 塑件的面积As为36145cm2， P取400Mpa PA=40×36145KN=1445.8KN F锁=2540KN＞PA 故所选注塑机满足要求。 3、模具与注塑机安装部分相关校核 1）模具逼和高度校核 必须满足： Hmin≤Hm≤Hmax 式中Hmin——注塑机允许的最小逼和高度，也是动模座的嘴角间隙； Hmax——最大逼和高度； Hm——实际闭合高度 所选模架的尺寸满足以上条件。 2）开模行程校核： 实际开模行程可按下式计算: S=H1+H2+(5~10)mm≤Sj=S机座距——H模 式中H1——塑件脱离型芯所需的顶出距离，通常是成形塑件内墙的凸模高度； H2——塑件包括浇注系统内的总高度； S机——模具闭合高度为Hm时的最大模座行程； S机座距——模座最大间距，为液压机合模可调装置； ①注塑机模座尺寸及拉杆间距校核 ②设注塑机模座尺寸为H×V，拉杆间距为H。×V。则： 模具的最长边≤min{H,V}; 模具的最短边≤min{H.V.} 七、凸模的加工工艺过程编制 凸模的零件图如下： 成形零件凸模加工工艺如下： ⒈备料 ф45×80 ⒉锻造 锻成相似形状 ⒊热处理 退火，消除锻后残余内应力 ⒋铣 铣前端方形面，留精加工余量 ⒌车 车台肩及端面 ⒍平磨 ⒎退磁 ⒏钳工 研磨达设计要求并修整圆角达要求 ⒐钳工装配调试 八、模具的安装试模 试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改，补充和调整是对于模具设计的补充。 1．试模前的准备 试模前需对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与注射机的各个配分尺寸，推出形式开模距，模具工作要求等符合所选设备的技术条件，见车模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及堵塞现象，滑动要灵活，可靠，起止位置的定位要正确，各镶嵌件，紧固件要牢固无松动现象，各种水观接头阀门、附件、备件要齐全，对于试模设备也要进行全面的检查，既对设备的油路、水路、电路、机械运动部位，各操作过程和显示信号要检查。调整，使之处于常运转状态。 2．模具的安装和调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。 模具安装在注射机上要注意以下几方面： (1)模具的安装方法要满足设计图样的要求。 (2)模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。 (3)当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。 (4)模具带有液压油路接头，卢气路接头，热溶道元件接线板时，尽可能放置于非操作一侧，以免操作不方便。 模具在注射机七的固定多采用螺钉，压板的形式，一般角侧采用4～8块压板，对称而置。如图所示： 图示 模具的固定 1—压板； 2—螺钉； 3—模具； 4—注射机模面 模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整，其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠，灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下几个方面： (1)合模后分型面不得有空隙，要有足够的合模力。 (2)活动型芯，推出及导向部分运动及滑动要平稳无干涉现象，定位要正确，可靠。 (3)开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。 (4)冷却水要畅通，不漏水，阀门，控制正常。 参考文献 《模具实际制造与实训》 主编：朱光力 高等教育出版社 《塑料模具设计与制造》 主编：其卫东 高等教育出版社 《塑料模具图册》 主编：阎亚林 高等教育出版社 《模具制造工艺与工装》 主编：候维芝 杨金凤 高等教育出版社 1. 屈华昌，塑料成型工艺与模具设计； 北京：高等教育出版社，2001。 2. 模具制造手册编写组，模具制造手册，第二版； 北京：机械工业出版社，1997。 3. 塑料模具设计手册编写组，塑料模设计手册； 北京：机械工业出版社，1994。 4. 塑料模具设计与制造，高等教育出版社，2006。 总 结 通过对专业知识的学习，我对塑料模具有了许多的初步了解和掌握;通过这次设计，不仅让我明白怎么样取设计一套完整模具，而且对专业知识加深了记忆与理解；经历这次实践，更使我对塑料模具设计与制造有了更深刻的认识。我认为这次设计，让我收益匪浅。塑料作为一种新的工程材料，其不断被开发与应用，加之成型工艺的不断成熟，完善与发展，极大的促进了塑料成型方法的研究与应用和塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物，在一定温度和压力下，塑料具有可塑性，可以利用模具将其成型为具有一定几何形状和尺寸精度的塑料制件。 伴随着现代化工业发展的需要，塑料制品在工农业和日常生活中等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高，在现如今的塑件生产过程中，模具设计的高质量化，先进模具制造设备的出现，完善的加工工艺，优质的模具材料和现代化成型设备以及计算机辅助设计，计算机辅助制造的出现，为生产优质塑件提供了重要的条件。通过这次的学习，理论结合实践，为培养学生的理解分析能力、学生编制塑件成型工艺规程的能力、学生设计和编制加工工艺的能力、培养学生综合应用专业理论知识分析问解决问题的能力和严谨、科学的工作态度为目的，积极的促进学生综合运用塑料模具设计与制造的专业知识、系统的进行塑料模具设计与制造，通过对塑件成型工艺编制、塑料模设计、非模具零件的加工工艺设计的全过程，为今后走向工作上岗奠定了坚实基础。