1、 1 Hefei University 课程设计 CO URS E P RO JECT 题目： 罩盖塑料模具设计 系别： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学制： 四年 姓名： 学号： 导师： 张远斌 2 摘要： 塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且 坚固，耐化学腐蚀， 电绝缘性好，价格便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、 电器、家电和通讯产品制造中。 注塑成形是成形塑件的主要方法之一， 是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在 高压下注入到模具内经冷却固化获得产品的方法。注塑的优点是生产速度快，效 率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。 本次
2、毕业设计的产品为电源按键，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，易清洁等 特点，为大批量生产产品。本次设计在针对产品进行工艺性分析后，确定模具分 型面、 型腔数目、 浇口形式、 位置大小； 其中最重要的是确定型芯和型腔的结构， 以及它们的定位和紧固方式。此外还进行了脱模机构的设计，合模导向机构的设 计，冷却系统的设计等。最后绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图及编 制成型零部件的制造加工工艺过程卡片。实践证明：该模具结构合理、可靠 ,并 能保证产品质量 ,对此类注塑产品的模具设计有参考价值。 关键词：塑料 , 注塑成形 , 模具设 Abstract :Plastic is a synthetic p
3、olymer material , with the characteristics of plasticity, light weight, sturdiness, electrical insulation, and which is resistance to chemical corrosion and cheap. It is widely used in computers, mobile phones, cars, motors, electrical, home appliances and communication products manufacturing. Injec
4、tio n molding is one of the main methods of forming plastic parts, it refers to the use of plastic injection machine to inject the thermoplastic melts into the mold under high pressure , after cooled to obtain the products . It has the advantage of fast produc tion speed , high production efficiency
5、 , and automated operations , it can form the shape of complex parts, particularly suitable for mass production. The production of graduation project is power button , which has a light weight , high strength , corrosion resistance and easy cleaning features for mass production . After analysis the
6、process of the product , the mold parting line , cavity number , gate form , gate location can be determined , one of the most important is to identify core and cavity structures , as well as their positioning and fastening methods. In addition, it also carries out the design of stripping agencies ,
7、 mold-oriented organizations and the cooling system .At last, draw a complete mold assembly drawing , major parts diagram , and draw up cards of parts manufacturing and processing process . It is proved that the mold structure is reasonable , reliable and can guarantee product quality , and is valua
8、ble for the injection mold design of such products . Keywords:Plastic , Injection molding , Mold design 3 目录 前言 . 4 一、设计课题 . 5 二、塑件成型工艺性分析 . 6 2.1 塑件工艺分析 . 6 2.2 ABS 性能分析 . 6 2.2.1 一般性能 . 6 2.2.2 力学性能 . 6 2.2.3 热学性能 . 7 2.2.4 电学性能 . 7 2.2.6 使用性 能 . 7 2.2.7 成型性能 . 7 2.3 ABS 塑料的成型加工 . 8 2.3.1 注射成型过程 .
9、 8 2.3.2 注射工艺参数 . 8 三、拟定模具的结构形式 . 9 3.1 分型面位置的确定 . 9 3.2 型腔数量和排列方式的确定 . 10 3.2.1 型腔数量的确定 . 10 3.2.2 型腔排列形式的确定 . 10 3.2.3 模具结构形式的确定 . 10 3.3 注射机型号的确定 .11 3.3.1 注射量的计算 .11 3.3.2 浇注系统凝料的体积初步估算 .11 3.3.3 选择注塑机 .11 3.3.4 注射机的相关参数的校核 . 12 3.3.5 锁摸力校核 . 12 四、浇注系统的设计 . 13 4.1 主流道的设计 . 13 4.1.1 主流道尺寸 . 14 4.
10、1.2 主流道的凝料体积 . 14 4.1.3 主流道的当量半径 . 14 4.2 分流道的设计 . 15 4.3 浇口的设计 . 16 4.4 校核主流道的剪切速率 . 17 五、成型零件的结构设计和计算 . 18 5.1 零件的结构设计 . 18 5.2 成型零件钢材的选用 . 19 5.4 成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算 . 23 六、模架的确定 . 24 七、排气槽的设计 . 25 八、脱模推出机构的设计 . 25 8.1 推出方式的确定 . 25 4 九、冷却系统的设计 . 27 9.1 冷却介质 . 27 9.2 冷却系统的简单计算 . 27 十、导向与定位结构的设计 . 28
11、 十一、总装配图和零件图的绘制 . 29 十二、三维图 . 31 结 论 . 34 参考文献 . 34 前言 所 谓 模具 （ Mold）是指，树脂 材料射入金属模型后得到具有一定形状的制品的装置。虽然在图中没有标明，事实上为了控制模具的温度，在模具上还有使 冷媒 （温水或油）通过的冷却孔，加热器等装置。 已成为熔体的材料进入主流道，经 分流道 ， 浇口 射入模腔内。经过冷却阶段后打开模具， 成型机 上的顶出装置会把 顶出杆 顶出，将制品推出。 成形品成形品是由使熔融树脂流入的主流道，引导熔融树脂进入模腔的分流道及制品所构成的。如果一次成型只可得到一个产品，生产效率不高。若我 们利用分流道将多
12、个模腔连结在一起的话，则可以同时成型出数个产品。 此时，若分流道到各模腔的长度不相等的话，树脂就不能在同一时间内射入模腔，导致各制品的尺寸，外观，物性发生差异。因此，我们通常将分流道的长度设计为相等的。 回料的使用成形品中的主流道和分流道并不是产品，有时会被丢弃或粉碎后作为成型材料再度使用。我们将它称之为回料。 回料一般不作为成型材料被单独使用， 通常是与新料混配后使用。这是因为经过一次成型后，树脂的机械性能，流动性，颜色等各种特性都会发生变化。新料与回料的混合比例一般控制在 30%以下，如 果回料的使用比例过高，有可能使材料的固有特性下降，即使回料的使用量控制在 30%以下，我们也必须根据所
13、求制品的品质要求，强度，成型模具构造，成型品的形状等，来决定回料的正确使用量。特别是填充等级的材料，尤其要注意这一点。 注塑模具是生产各种 工业产品 的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品 在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等 工业部门 的推广应用，产 品对模具的要求也越来越高，传统的 模具设计 方法已无法适应当今的要求 . 与传统的模具设计相比， 计算机辅助工程 （ CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。 注塑模具在加工中，各种 数控加工 均有用到，应用最多的是数控铣及 加工中心 ， 数控线切割加工 与 数控电
14、火花加工 在 模具数控加工 中的应用也非常普遍， 线切割 主要应用在各种直壁的 模具加工 ，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花 加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用 电火花加工 ，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而 数控车床 主要用于加工模具杆类 标准件 ，以及回转体的模具型腔或型5 芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零 件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛， 现代制造业 中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。所以，模具产业是国家 高新技术产业
15、 的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的 CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和 新产品试制 ，应用 快速原型制造技术 和快速制模技术，以快速制造成型冲模、 塑料注射模 或 压铸模 等，应当是未来 520 年的模具生产技术的发展趋势。 一、 设计课题 罩盖，结构如图所示。大批量生产。材料 ABS。 6 二、塑件成型工艺性分析 2.1 塑件工艺分析 外形尺寸 该
16、塑件壁厚为 4mm,塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太大，适合与注塑成型。 精度等级 所有尺寸无公差值，按照塑件材料 ABS 建议采用的精度等级，所有尺寸精度等级选一般精度等级 4 级。 脱模斜度 ABS 属于无定型塑料，成型收缩率较小参考表 2-10（ p36）选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为 2.2 ABS 性能分析 2.2.1 一般性能 ABS 的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制 品可着成各种颜色，并具有 90%的高光泽度。 ABS 的相对密度为 1.05， ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。 ABS 的氧指数为 18.2，属易燃聚合物，
17、火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。 ABS 是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比 PA、 PVC 高，尺寸稳定性好，收缩率在 0.4% 0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到 0.2% 0.4%，而且绝少出现塑后收缩。其临界表面张力为 34 38mN/cm。 ABS 熔体 的流动性比 PVC 和 PC 好，但比 PE、 PA 及 PS 差，与 POM和 HIPS 类似。 ABS 的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 2.2.2 力学性能 ABS 有优良的力学性能，其
18、冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。即使 ABS 制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。 ABS 的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。 ABS 的蠕变性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 和 POM 小。 ABS 的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。 ABS 的力学性 能受温度的影响较大。 7 2.2.3 热学性能 ABS 属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差 ， 耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为 70 107 （ 85 左右） ，制品经退火处理后还可提高 10 左右。对温度，剪切速率都比较敏感； ABS在 40 时仍能
19、表现出一定的韧性，可在 -40 到 85 的温度范围内长期使用。 热分解温度 270 以上 2.2.4 电学性能 ABS 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 2.2.5 环境性能 ABS 不受水、无机盐 、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。 ABS 的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。 2.2.6 使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件
20、。 2.2.7 成型性能 无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也可有差异，应按品种来确定成型方法及成成型条件。 )吸湿性强。含水量应小于 3%（质量）， 必须充分干燥，要求表面光泽的塑件音应要求时间预热干燥。 流动性中等。溢边料 0.04mm 左右。 模具设计时要注意浇注系统选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。 2.2.8 ABS 的主要性能指标 其性能指标见下表 密度 /g 1.02 1.08 比体积 / 0.860.98 吸水率（ %） 0.20.4 熔点 / 130160 计算收缩率（ %） 0.40.7 8 比热容 /J 1470 屈服强度
21、 /MPa 50 拉伸强度 /MPa 38 拉伸弹性模量 /MPa 1400 抗弯强度 / MPa 80 抗压强度 / MPa 53 弯曲弹性模量 / MPa 1400 2.3 ABS 塑料的成型加工 ABS 同 PS 一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS 具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。 ABS 的热稳定性 好，不易出现热降解现象。 ABS 的吸水性较高，吸水率 : 0.2% 0.7%,加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为80 -85
22、， 2 4 小时；对特殊要求的制品（如电镀），则需 70 -80 ，10-18 小时 (水分控制在 0.2%以下 )。 ABS 制品在加工中易产生内应力，如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体方法是制品置于 70 -80 的热风循环干燥箱内 2-4 小时，再冷却到室温即可。 ABS 可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型，并以注塑法最广，挤出法次之。 2.3.1 注射成型 过程 成型前的准备。对 ABS 的色泽、粒度和均匀等进行检验，由于 ABS 吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。 注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成
23、型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 塑件的后期处理。处理的介质为空气和水，处理温度为 6075 ，处理时间为 1620s。 2.3.2 注射工艺参数 1） 注射机：螺杆式，螺杆转速为 30r/min 2)料筒温度（ ）：后段 150170； 中段 165180； 前段 180200 9 3） 喷嘴温度（ ）： 170180. 4） 模具温度（ ）： 5080 5） 注射压力（ MPa）： 60100. 6)成型时间（ s）： 30（注射机取 1.6，冷却时间 20.4，辅助时间 8）。 ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化
24、学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS 树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 三、拟定模具的结构形式 3.1 分型 面位置的确定 通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模却取出塑件的底平面上。如图： 10 3.2 型腔数量和排列方式的确定 3.2.1 型腔数量的确定 该塑件采用的精度为 3 级，且为大批量生产，可采用一摸多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸，模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定位一模两腔的结构形式。 3.2.2 型腔排列形式的确定 多腔模式尽量采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的位置对称。由于该设计采用的是一模两腔，故采用直线对称排比。如下图： 3.2.3 模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具设计属于一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流到采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。因此定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑
