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题题 目目 外壳注塑成型工艺与模具设计 外壳注塑成型工艺与模具设计【摘要】在现在的生活中，在该塑料模具设计论文中，系统的阐述了外壳模具的整个设计流程，其中主要包括以下几大模块：设计背景及工艺的分析，注射机的选型及工艺参数的确定，浇注系统、成型零部件、冷却系统、脱模机构等的设计以及最后对该模具进行简单的分析等。在本模具的具体设计过程中，根据塑料制品的外观要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸要求以及尺寸精度等技术要求，经讨论分析，最终对该模具采用一模两腔，侧浇口进料；经过对各参数的多次校核，最终选择了型号为 XS-ZY-125 的注射机；通过 CAD 和 UG 绘制二维总装图、零件图以及模具 3D 图；并附上论文说明，系统地运用简要文字、简明示意图以及计算等分析塑件，从而对该塑件作出合理的模具设计。【关键词】外壳 注塑模 模具设计目录引言.1第一章 设计背景.21.1 塑料简介.21.2 注塑成型.21.3 注塑模.2第二章 工艺分析.42.1 塑件分析.42.1.1 塑件的视图.42.1.2 塑件的尺寸及精度.52.1.3 塑件表面粗糙度.62.2 ABS 材料分析.62.2.1 ABS 材料的基本特性.62.2.2 ABS 材料的成型性能.72.2.3 ABS 材料的主要用途.72.3 塑件的工艺分析.72.3.1 脱模斜度.72.3.2 塑件的壁厚.72.3.3 塑件的圆角.72.3.4 孔.82.4 注射成型工艺过程分析.82.5 型腔数目的确定.92.6 分型面的选择.92.6.1 分型面的设计.92.6.2 型腔的布局.10第三章 注射机选型及确定工艺参数.123.1 参数计算.123.1.1 计算塑件的一次注射量.123.1.2 计算塑件的锁模力.123.2 确定成型工艺参数.123.2.1 确定热塑性塑料的成型时的工艺参数.123.2.2 确定注射机的主要计算参数.133.3 模架的选用.143.4 注射机主要参数的校核.143.4.1 最大注射压力的校核.143.4.2 最大注射量的校核.143.4.3 模具闭合高度的校核.14第四章 浇注系统的设计.154.1 确定浇注系统的原则.154.2 主流道的设计.154.3 分流道的设计.164.4 浇口的设计.174.5 冷料穴的设计.18第五章 注射模成型零部件的设计.195.1 成型零部件结构设计.195.1.1 凹模的设计.195.1.2 凸模的设计.195.2 成型零部件工作尺寸的计算.20第六章 冷却系统的设计.226.1 模具温度调节系统概述.226.2 温度调节对塑件质量的影响.226.3 模具冷却系统的组成及目的.226.4 模具冷却系统设计原则.236.5 模具的冷却类型.236.5.1 冷却水道的联结方式.236.5.2 型腔的冷却形式.246.5.3 型芯的冷却形式.24第七章 抽芯机构的设计.267.1 斜顶侧向抽芯机构.267.2 概念.267.3 斜推杆倾斜角的确定.28第八章 脱模机构的设计.308.1 脱模机构的选用原则.308.2 脱模机构类型的选择.308.3 推杆机构具体设计.30第九章 排气系统的设计.329.1 排气的概述.329.2 排气的类型.32第十章 模具的分析.3510.1 模具材料的选用.3510.1.1 成型零件材料的选用.3510.1.2 注射模材料的选用.3510.2 模具经济性的分析.36结论.38致谢.39参考文献.40附录 1 塑件图附录 2 型芯加工工艺图附录 3 注射模具总装图附录 4 注射模具零件图附录 5 注塑成型工艺卡1引 言模具制造是精密制造行业的重要组成部分，利用模具来加工制件的优势在于精度、复杂程度、生产率都可以达到很高的水平，且可将能耗降低到较低的水平。需要模具来加工成型的零部件在仪器仪表，电子家电，通信设备等诸多行业中所占比例相当大。塑料模又是模具中的重要一部分,从日常生活用品到航空航天及特殊领域无不大量使用塑料制品。在国内外塑料加工行业中约有 95%的的制品靠模具生产，其中注塑模具的产量占塑料成型模具产量的 50%以上。模具制品从设计到成型是一个十分复杂的过程，它包括塑料制品设计、模具结构设计、模具加工制造和模具生产等几个主要方面。他需要产品设计师、模具设计师、模具加工工艺师及熟练操作工人协同努力一起来完成,这是一个设计、修改、再设计反复迭代的、不断优化的过程。本次毕业设计的课题名称为外壳注塑成型与模具设计，以当下最普遍的大屏智能机的外壳为例，利用 UG 软件进行注塑模设计。外壳面积较大，材料采用 ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯），由于 ABS流动性较差，为了保证填充完全，需要合理选择进胶位置，才能保证进胶顺利。模仁的选择也要根据经验公式合理的选择尺寸。模架的选用要根据产品注塑特点选用适合的型号，此外，浇注系统、顶出系统、冷却系统的设置等都是在设计过程中需要不断去调整的，才能得出最优方案。其中，由于外壳是需要与前盖配合的，而配合主要采用倒扣，这就增加了脱模的难度，需要利用到斜顶脱模，脱模斜度、斜顶固定方式、脱模行程都是要经过合理推算才能保证顺利脱模。为此，本人综合平时所学的知识并参阅了各设计资料，从而来进行这一次的综合性设计。本课题的研究将涉及一些二维和三维的软件的应用，如 AUTOCAD、UG 等。在这一设计过程中，本人对之前所学的知识进行了回顾，并进一步得到了巩固和提高，进而能独立完成一副塑料成型模具的设计。2第一章 设计背景1.1 塑料简介 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。1.2 注塑成型将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的 30%左右。但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。主要依靠该注射设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。1.3 注塑模注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等诸多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。注射成型工艺的核心问题就是采3用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件绝非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。塑料模具的设计不但要采用 CAD 技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。这是发展的必然趋势。注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的 MOLDFLOW、美国的 CFLOW、华中科技大学的 H-FLOW 等。其中 MOLDFLOW 软件包括三个部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS（产品优化顾问，简称 MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT（注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT（注射成型过程控制专家，简称 MPX）。采用 CAE 技术，可以完全代替试模，CAE 技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。4第二章 工艺分析2.1 塑件分析2.1.1 塑件的视图在模具设计之前我们需要对塑件的工艺进行分析，如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量等要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。如图 2-1 及图 2-2 所示，明显可看出，该塑件模具属于结构中等复杂、生产量较大、要求较高的模具。图 2-1 塑件三维图在实物三维图的基础上，我们绘制了如下的三视图：图 2-2 塑件三视图2.1.2 塑件的尺寸及精度塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反之成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为 ABS，流动性较差，适用于尺寸较小的制品。5塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照一些课外的参考文献。根据本次毕业设计的具体要求，该产品尺寸可采用 MT5 级精度，未注采用 MT5 级精度。2.1.3 塑件表面粗糙度塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为 Ra 0.021.25m之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的 1/2，即 Ra 0.010.63m。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。综合塑件分析，可知该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多，为 Ra0.2m，内部为 0.4m。2.2 ABS 材料分析2.2.1 ABS 材料的基本特性ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使 ABS 具有良好的综合理学性能。丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度；丁二烯使 ABS 坚韧；苯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能。ABS 价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一，是一种良好的热塑性塑料。ABS 无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽、不透明。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对 ABS几乎没有影响，ABS 不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS 表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，它的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70C左右，热变形温度约为 93C耐气候性差，在紫外线作用下 ABS 易变硬发脆，以下表格 2-1 便是一张关于 ABS 性能指标的综合分析表。表 2-1 ABS 的性能指标表密度（g/cm3）1.021.05拉伸弹性模量(Gpa)1.8收缩率0.40.6%弯曲弹性模量(Gpa)1.4熔点(0C)130160压缩强度(Mpa)1839硬度(HRR)6286缺口冲击强度(kj/m2)1120弯曲强度(Mpa)80体积电阻系数(cm)1310拉伸强度(Mpa)3549热变形温度为(0C)931182.2.2 ABS 材料的成型性能1）ABS 易吸水，故成型塑件表面易出现斑痕、云纹等缺陷，因此，成型加工前应进行干燥处理；62）ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此，模具设计中大都采用侧浇口形式，且成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；3）易产生熔接痕，故模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；4）在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。但在要求塑件精度较高时，模具温度可控制在50600C；要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60800C；5）ABS 的比热容低，塑化效率高，凝固也快，因此其成型周期较短。2.2.3 ABS 材料的主要用途在机械工业上 ABS 主要用来制造泵业轮、轴承、把手、管道、产品、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等；在汽车工业上 ABS 主要用来制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等。ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。2.3 塑件的工艺分析2.3.1 脱模斜度由于注射制品在冷却过程中易产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂；斜度过大，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取 0.51.5，查阅相关资料可知，塑件材料 ABS 的型腔脱模斜度为 0.35/130/，型芯脱模斜度为 30/1。2.3.2 塑件的壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小，则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。该产品壁厚均匀，周边和底部壁厚均为 1mm左右。2.3.3 塑件的圆角为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于 0.51mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的 0.5 倍，内圆角半径应是壁厚的0.5 倍左右。由分析计算可得，该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角半径均为 4mm。2.3.4 孔塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复7杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，因此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都稍大于孔径，并且孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。该塑件表面有两个通孔，分别是放置手机摄像机及音响的孔。2.4 注射成型工艺过程分析根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。1）成型前对原材料的预处理根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性、流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，由于 ABS 材料吸水率极低，故成型前一般不必进行干燥处理（如有需要，一般可在 70 80下干燥 24h）。2）料筒的清洗在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。3）脱模剂的选用脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在生产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油。对 ABS 材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。第二步:注射成型过程完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。第三步：制件的后处理注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为 ABS，可采用退火处理 13 小时。2.5 型腔数目的确定综合考虑塑件的尺寸以及设计要求，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模二腔，进行加工生产。2.6 分型面的选择2.6.1 分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇8注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；2）使塑件在开模后留在动模上；3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；6）使塑件易于脱模和简化模具结构；7)应尽量减少分型面的数量，最好只有一个分型面。这样可简化操作过程，提高铸件精度(因 多一个分型面，铸型就增加一些误差)；8)有利于排气；9)考虑注射机的技术规格。综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用图 2-3 平面作为其分型面。图 2-3 分型面的选择2.6.2 型腔的布局型腔的布局与浇注系统的布置密切相关，型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力，以保证塑料熔体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短，同时采用平行流道。由于本设计中塑件是上下两部分配合装配使用，需要相同的注射工艺参数，以达到高的成功率，该模具采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量，型腔布局如图 2-4 所示。9图 2-4 型腔布局10第三章 注射机选型及确定工艺参数3.1 参数计算3.1.1 计算塑件的一次注射量338.6498648.85mmVcm单（由 UG 软件测得）；3ABS/20.102.1cmg,在此我们取3ABS/05.1cmg；3cm730.1649.82.0%V20V单废；2n；3cm785.238.0730.1649.82KVVV废单总n；g974.24785.2305.1MABSV总。3.1.2 计算塑件的锁模力26785.001Amm单（由 UG 软件测得）；2mm500.2035001.67853.0A5.02.0单废A；MPa35型P（查表）；8.0K；KN77.6828.035*203667852KPAnF）（）（型废单A。综合以上对一次注射量和锁模力的计算，我们初步选择注射机的类型为 XS-ZY-125。3.2 确定成型工艺参数3.2.1 确定热塑性塑料的成型时的工艺参数查塑料成型工艺与模具设计,可知 ABS 的成型工艺参数可绘制成如下表格（据实际情况作适当调整）。表 3-1 ABS 注射成型的工艺参数塑 料ABS注射机类型螺杆式螺杆转速/(r/min)3060形 式直通式喷 嘴温度/0C180190前端200210中段210230料筒温度/0C后 端180200模具温度/0C5070注射压力/MPa709011保压压力/MPa5070注射时间/s35保压时间/s1530冷却时间/s1530成型周期/s4070注 1：预热和干燥均采用鼓风烘箱；2：凡潮湿环境使用的塑料，应进行调湿处理，在 1001200C 水中加热 218h。3.2.2 确定注射机的主要计算参数通过查找塑料成型工艺与模具设计这一文献，可将 XS-ZY-125 注射机的主要技术参数可绘制成如下表格：表 3-2 XS-ZY-125 注射机部分主要技术参数型 号XS-ZY-125额定注射量/CM3125螺杆直径/mm42喷嘴直径/mm23注射压力/MPa120注射行程/mm115注射时间/s1.6螺杆转数/(r/min)29、43、56、69、83、101注射方式螺杆式锁模力/KN900最大注射面积/CM2320最大开(合)模行程/mm300模具最大厚度/mm300模具最小厚度/mm200动定模固定板尺寸mmmmba458428拉杆空间mmmmmmbaa或或290260合模方式液压-机械流量/(L/min)100液压泵压力/MPa6.5电动机功率/KW 11螺杆驱动功率/KW4加热功率/KW5机器外形尺寸/mm155075033403.3 模架的选用根据分析、计算并综合考虑塑件尺寸，我们选用了非标准模架，其结构和规格尺寸大致如下：定模板厚度 A=60mm12动模板厚度 B=60mm模脚厚度 C=70mm模架最大尺寸 230mm250mm241mm3.4 注射机主要参数的校核3.4.1 最大注射压力的校核最大注射压力是指注射机料筒内柱塞或螺杆施加于熔融塑料的单位面积上的压力，它用于克服熔料流经喷嘴、浇道和型腔时的流动阻力。而注射机的最大压力必须大于成型制品所需要的注射压力。在我们所选用的注射机中它的最大注射压力为 119MPa，而外壳的原料为 ABS，所需注射压力为 7090MPa，小于该注射机的最大注射压力，故我们所选注射机符合规定要求。3.4.2 最大注射量的校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的 80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：废额机VVV*0.8 (3-1)故3cm785.238.0/)7300.16489.82(8.0/VVV）（废额机而我们所选用的注射机 XS-ZY-125 的额定注射量是 1253cm，大于 23.7853cm，所以注射机基本符合要求。3.4.3 模具闭合高度的校核注射机规定的模具最大与最小厚度是指动模板闭合后达到规定锁模力时动模板和定模扳的最大与最小距离,因此所设计模具闭合高度应处在注射机规定的模具最大与最小厚度范围内,即maxminHHH (3-2)在我们所选的注射机 XS-ZY-125 中,，mm200minHmmH300max，而我们所设计的模具的厚度 H=241mm，在maxminHHH 该范围内，故所选注射机符合要求。综合以上校核分析，我们最终确定选用型号为 XS-ZY-125 的塑料注射机进行本次毕业设计。13第四章 浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口浇注系统。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。在注射模具的设计中，浇注系统的设计是一个非常重要的环节，它对注射成型周期的塑件质量（如外观、物理性能、尺寸精度等）都有直接的影响，正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。4.1 确定浇注系统的原则在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：a.塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量；b.模具成型塑件的型腔数目：设置浇注系统还应考虑到模具是一模二腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计；c.塑件大小及形状：根据塑件大小、形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地；d.塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观；e.冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。4.2 主流道的设计流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。它是塑料最先进入模具的通道，和喷嘴在同一轴心上，所以熔料在主流道内并不改变流动方向。主流道的形状大多为圆锥形，但也有呈圆柱形或扁圆柱形。a.主流道的尺寸由于主流道要与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，所以在注射模中主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套。在卧式或立式注射机上使用的注射模中，主流道垂直于模具分型面。为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有 26的锥角，内壁有Ra0.8m 以下的表面粗糙度，圆锥孔小端直径 D 常为 48mm，注意小端直径必须大于喷嘴直径 d约 0.51mm，否则主流道中的凝料无法拔出，并且我们需要注意一下几点：1.球面凹坑深度 H 为 35mm；2.主流道长度 L 以小于 60mm 为佳，最长不宜超过 95mm，且主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；3.其材料常用 T8A，热处理淬火后硬度 5357HRC。根据以上要求，我们将喷嘴直径设计为 3mm，喷嘴球面半径为 11mm，并绘制如图 4-1 的浇注部件图：14图 4-1 浇注系统与定位环、浇口套b.主流道衬套的形式 将主流道衬套和定位球设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套与定模板的配合采用67/mH。c.主流道衬套的固定 主流道衬套的固定，采用 2 个 M5X20 的螺丝直接锁附固定。4.3 分流道的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，是主流道与浇口之间的通道。在多型腔的模具中分流道必不可少，而在单型腔的模具中，有时则可省去分流道。在分流道的设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积，总之分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。在分流道的设计中，我们主要需要考虑以下两点：1.分流道的截面形状常用的流道截面形状有圆形、梯形、U 形和六角形等。在流道设计中要减少在流道内压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，又希望流道的表面积小，因此可用流截面积与周长的比值来表示流道的效率。2.分流道的尺寸 因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。综合考虑以上因素，并由于该塑件排布比较紧凑，且采用侧浇口，故采用如图 4-2 的流道方式。15图 4-2 主流道和侧浇口的位置4.4 浇口的设计浇口又叫进料口，是连接分流道与型腔的通道。它有两个功能：一是对塑料熔体流入型腔起着控制作用；另一个是当注射压力撤销后封锁型腔，使型腔中尚未固化的塑料不会倒流。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。在我们所设计的外壳中，综合考虑模具以及塑件成型的特点，我们最后选择了浇口的类型为侧浇口。浇口的位置选择原则：浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：a.熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使(1)流程(包括分支流程)为最短；(2)每一股分流都能大致同时到达其最远端；(3)应先从壁厚较厚的部位进料；(4)考虑各股分流的转向越小越好。b.有效地排出型腔内的气体。根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，我们将浇口设计在了塑件的侧壁位置上，如图 4-3 所示：16图 4-3 浇口位置图4.5 冷料穴的设计主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为mm4，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的 z 形式有多种，这里采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与推杆配用，开模时倒锥形的冷料穴通过内部的冷料先将主流道凝料拉出定模，最后在推杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起被顶出动模。17 第五章 注射模成型零部件的设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括凹模、凸模、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后会发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。5.1 成型零部件结构设计成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。5.1.1 凹模的设计 凹模也称为型腔，是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁拼合式等多种类型。本设计中采用整体嵌入式凹模，其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于减少注射模中成型零部件的数量，并缩小整个模具的外形结构尺寸，该模具具体结构形式见图 5-1：图 5-1 型腔 3D 图5.1.2 凸模的设计 本设计中零件结构较为简单，深度不大，但经过对塑件实体的仔细观察研究发现，塑件采用的是整体式型芯。这样的型芯加工方便，便于模具的维护，型芯与动模板的配合可采用6/7 PH，具体结构形式见图 5-2：18图 5-2 型芯 3D 图5.2 成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型腔和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。通过以下计算公式，我们分别求得各个尺寸。zSllLssM043 zShssM032hH043zSLLlssM032hhzShssM ZZ2121MCCSCss注：式中 ABS 的平均收缩率为0.6%0.4%,取%5.0S,31Z将以上计算所得结果绘制成表 5-1：表 5-1 成型件尺寸汇总表结构类别塑件尺寸公 式模具尺寸023.059.3073.0059.424型腔内型尺寸00.35-118.59zSllLssM0430.1170118.92019深度尺寸0.02505.63zShssM032hH0.00905.6410.23057.2400.073-57.69970.350115.0800.1177-115.91790.0250500.008-5.04375外形尺寸0.01902043zSLLlssM00.0063-2.010型芯高度尺寸0.02504.52032hhzShssM00.0083-4.559320第六章 冷却系统的设计6.1 模具温度调节系统概述在注射模中，模具的温度直接影响到塑件的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为C200左右，熔体固化成为塑件后，从C60左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。模具的冷却主要采用水循环冷却方式，模具的加热有通入热水、蒸汽，热油和电阻丝加热等。对于要求较低模温（一般小于C80）的塑料，如本设计中的 ABS，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。6.2 温度调节对塑件质量的影响塑料注射成型是将熔融状态的塑料高压注入模腔，其后熔料在模腔中冷却到塑料的热变形温度以下固化成型。该过程是由熔料和模具的温差实现的，由于不同的成型材料要求不同的模具温度（模具温度应低于塑件热变形温度），若模具温度过高或过低，都会影响塑件的质量和生产,以下三点便是对其的具体分析：a.过高：溢料，缩孔，塑件固化时间长，注射周期长，生产率低；b.过低：熔料流动性差，塑件应力增大，出现填充不良、熔接痕、缺料及表面不光泽等缺陷；c.不均匀：出现收缩率偏差，塑件变形等问题；所以模具设计时必须考虑冷却或加热装置来调节模具温度，以下几点便是具体的调整措施：a.当成型时料温不足，为了使模具达到成型要求的模温，则应考虑加热装置；b.成型壁厚大于 20mm 的塑件时，则应考虑加热装置；c.当料温使模温超过成型要求的模温，则应考虑冷却装置；d.一般成型热塑性塑料时，模具需要冷却；热固性塑料的模具需要加热；综合考虑以上四点，以及结合我们所设计的外壳塑料模具自身来分析，很明显我们可以确定，在我们所设计的模具中需要加以冷却。6.3 模具冷却系统的组成及目的模具冷却系统包括:冷却水道,模具溫度控制器及加热组件等。模具冷却的目的有以下几点：a.缩短成型周期：通过有效的冷却手段使模具保持在塑料的热变形温度以下；b.提高塑件质量：防止脱模变形；c.适应特殊需要：适应特殊需要包括注射结晶性塑料时，为控制塑料的结晶度，改善其综合性能，一般要求保持较高的模具温度；大型模具注射成型前需预热；对特殊需要的模具局部加热以及热流道系统的加热等。6.4 模具冷却系统设计原则冷却水道位置取决于成品形状的不同的壁厚,原则上冷却水道设置在塑料自模具热传导困难的地方,根据冷却系统的设计