照相机盖头注塑模具设计精修订.docx

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照相机盖头注塑模具设计精修订

集团标准化工作小组#Q8QGGQT-GX8G08Q8-GNQGJ8-MHHGN#

照相机盖头注塑模具设计

摘要

模具是国民经济的基础装备，利用模具生产具有节能、节材、生产效率高、制造成本低及产品的一致性能好等显着特点。

设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。

如我们常说的ABS塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体采用乳液、本体或悬浮聚合法生产，使其具有三种单体的优越性能和可模塑性，在一定的温度和压力下注射到模具型腔，产生流动变形，获得型腔形状，保压冷却后顶出成塑料产品[1]。

聚合物的分子一般呈链状结构，线型分子链和支链型分子认为是热塑性塑料，可反复加热冷却加工，而经过加热多个分子发生交联反应，连结成网状的体型分子结构的塑料通常是一此次性的，不能重复注射加工，也就是所说的热固性塑料[2]。

在设计过程中，分析了塑件结构及其技术要求，确定设计方案。

了解注塑机的技术规格，因为注塑机的技术规格制约了模具的尺寸和所能成型塑料制品的范围。

了解塑料的加工性能和工艺性能进行成型零件的计算。

在考虑模具的结构与制造的时候，解决了模具的总体设计问题，如分型面的选择、浇注系统、导向机构、脱模机构、调温系统、排气系统、其他零部件。

关键词：

罩盖；注射模；型腔；型芯；顶出机构

Abstract

Dieisgoodiso-inconsistentperformancethatnationaleconomyofthefoundationequips,makinguseofthedieenzymeproductionhavetheeconomyenergy,thematerialofknot,enzymeproductionefficiencyhigher,manufacturingcostlowandtheproductshowthecharacteristicsofoutstanding.Thedesignplasticinjectionmoldfirstmusthavethecertain，understandingtotheplastic,theplasticprincipalconstituentisapolymer.LikeweoftensaidtheABSplasticthenisthepropylenenitrile,thepyprolylene,thestyrenethreekindofmonomersusestheemulsion,themainbodyoraerosolgathersthelegitimateproduction,enableittohavethreekindofmonomersthehighperformanceandmaythecompressionmolding,injectsunderthecertaintemperatureandthepressuretothemoldcavity,hastheflowdistortion,theobtainingcavityshape,afterguaranteespressescoolingtogoagainstbecomestheplasticproduct.Thepolymermemberassumesthechainshapestructuregenerally,thelinearmoleculechainandachainmoleculethoughtisthethermoplastic,mayheatupthecoolingprocessingrepeatedly,butpassesthroughheatsupmanymemberstooccurhandsovertheassociationresponse,includingformsnettedthebuildmolecularstructureplasticusuallyisthis,cannotduplicateinjectstheprocessing,alsoisthethermosettingplasticswhichsaid.Indesignprocess,analyzedlasticsarticleaconstructionanditstechniquerequests,certaindesignproject.Techniquespecificationthatunderstandtheinjectionmouldingmachine,becausethetechniquespecificationsystemoftheinjectionmouldingmachineinvitedthesizeofthedieandarangeforcanmodelinglasticsthelasticsprocessestheperformanceandthecalculationofthecraftperformanceprogressformingconstructionthatconsiderthedieandmanufacturaltime,resolvedthetotaldesignproblemofthedie,suchastheselectofthedecitypeface,pourthesystemandleadstomrvhsnidm,patterndrawmrvhsnidm,adjustthetemperaturesystem,airdishcargesystem,otherthepartsofnull.

Keywords:

hood-box;injectionmould;typeantrum;convexmold;vertexproptosismrvhsnidm

第1章引言

近年来我国塑料模具业发展相当快，目前，塑料模具在整个模具行业中约占30%左右。

当前，国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大，其中发展重点为工程塑料模具。

我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台。

到2010年，在建筑与建材行业方面，塑料门窗的普及率为30%，塑料管的普及率将达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量[3]。

建筑、建材业塑料建材可大量代钢、代木、替代传统建材，将在今后得到越来越多的应用。

预测2005年建筑用塑料制品占总产量16%，约400万吨，因此塑料建材模具需求量将增长较快。

由于国家已明令禁止使用铸铁管道，代之以塑料管材，预计2010年全国新建住宅室内排水管80%及城市供水50%将采用塑料管。

同时，国家正在大力发展塑料门窗，到2010年塑料门窗和塑料管的普及率将达到30%～50%，塑料排水管的市场占有率将超过50%。

家电行业近期家电业所需模具量年增长率约为10%。

一台电冰箱约需模具350副，价值约400万元；一台全自动洗衣机约需模具200副，价值3000万元；一台空调器仅塑料模具就有20副，价值150万元；单台彩电大约共需模具约140副，价值约700万元。

则仅彩电模具每年就有约28亿元的市场[4]。

随着家电市场竞争的白热化，外壳设计成为重要的一环，对家电外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出新要求。

业内人士普遍认为，大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到市场的欢迎。

汽车、摩托车业汽车工业是中国国民经济五大支柱产业之一，增长速度惊人，因此汽车模具潜在市场巨大。

每一种型号的汽车都需要几千副模具，价值上亿元；每一型号的摩托车将近千副模具，价值1000多万元。

据估计汽车、摩托车行业每年需要100多亿元的模具，而我国大型精密模具的制造能力不足。

据介绍，目前我国中高档轿车的覆盖件模几乎全部为进口产品。

因此，发展自己的科技含量高的大型精密汽车覆盖件模具是今后的重要工作。

有专家预测，在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例将逐步提高，且发展速度将高于其他模具。

注射成型也称注塑成型，可用老生产空间几何形状非常复杂的塑料制品。

由于它具有应用面广，成形周期，生产效率高，模具工作条件可以得到改善，制品精度高，生产条件较好，生产操作容易实现机械化和自动化等诸多方面的优点，因此在整个塑料制品生产。

行业中，占有非常重要的地位。

目前，除了少数几种塑料外，几乎所有的塑料制品都可采用注射成型。

据了解，注射成型塑料制品约占有塑料制品总量的30%，全世界每年生产的注射成型模具数量约占所有塑料成型模具数量的50%。

早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品。

随着塑料工业的发展及塑料制品应用范围的不断扩大，目前注射成型方法已推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料的生产中。

例如，日本的酚醛制品，过去基本上都采用通用。

都采用于通用塑料制品的生产，而且就工程塑料而言，也是一种十分重要的成型方法，据统计，目前工程塑料制品中，80%以上都采用注射成型的方法生产[5]。

随着工业技术的发展，产品对模具的要求越来越高，传统的模具设计与制造方法不能适应工业产品的及时更新换代和提高质量的要求，在此背景下，模具CAD/CAM（ComputerAidedDesign&AidedManufacturing）应运而生，并成为模具设计与制造的重要的发展方向之一。

工业发达国家较大的模具生产厂家在CAD/CAM上进行了较大的投资，正大力发展这一技术。

我国模具CAD/CAM的开发始于70年代末，发展也迅速，到目前为此，先后通过国家有关部门鉴定的有精冲模、普通冲裁模、锟锻模、锤锻模和注射模等CAD/CAM系统，但大多仍处于试用阶段[6]。

为迅速改变我国模具生产的落后面貌，今后应加强模具CAD/CAM的研究开发和推广应用。

第2章制品分析

塑件的几何结构直接影响模具结构的复杂程度，制造周期的长短以及成本和生产率。

在模具设计时应深入了解塑件的使用要求，必要时慎重修改不利于成型的结构，达到简化模具结构，缩短制造周期,提高塑件质量的目的[7]。

本设计的制品是照相机镜头盖，如下面的3D和2D图以及结构尺寸可知该制品为小塑件，且据有侧孔。

侧壁的孔增加了模具的复杂程度，但产品的孔是必须的，无法修改.所以本设计中将采用侧抽芯来解决这个问题。

图2-1.制品图（3D）

图2-2.制品图（2D）

第3章制品材料的选用

塑料的成型工艺特性

塑料在常温下是玻璃态，若加热则变为高弹性，进而变为粘流态，从而具有优良的可塑性，可以用许多高生产率的成型方法来制造产品，这样就可以节约原料，节省工时，简化工艺过程，且对工人技术要求低，易于组织大批量生产。

A.收缩率：

塑料从热的模具中取出并冷却到室温后，其尺寸发生变化的特性称为收缩率。

由于收缩率不仅是树脂本向的热胀冷缩，而且还与各种成型因素有关，因此成型后塑件的收缩称为成型收缩。

成型收缩主要表现在以下几个方面：

（1）塑件的线尺寸收缩。

由于热胀冷缩、塑件脱模时的弹性恢复、塑件变形等原因，导致塑件脱模冷却到室温后其尺寸缩小。

为此，型腔设计时必须考虑予以补偿；

（2）收缩方向性。

塑料在成型时由于各个方向的收缩不同，致使塑件的性能呈各向异性。

例如沿料流方向收缩大，强度高，而与料流垂直方向则收缩小，强度低。

此外，成型时由于塑件各部位密度及填料分布不均匀。

这种由于收缩的方向性而产生的收缩不一致，容易使塑件发生翘曲、变形、裂纹，尤其在挤塑及注射成型时方向性更为明显；

（3）后收缩。

塑料成型时，由于受成型压力、剪切应力、各向异性、密度不匀、填料分布不匀、模温不匀、硬化不匀及塑件变形等因素的影响，引起一系列应力的作用，这些应力在粘流态时不能全部消失，故塑件在应力状态下成型时存在残余应力；

（4）后处理收缩。

有时按性能及工艺要求，塑件成型后需要进行热处理，而处理后也会导致塑件尺寸发生变化。

故在模具设计时，对高精度塑件应考虑后收缩及后处理收缩的误差，并予以补偿。

B.比体积和压缩率：

比体积是单位质量的松散塑料所占的体积，以cm3/g计；压缩率是塑料的体积与塑件的体积之比，其值恒大于1。

比体积和压缩率都表示粉状或短纤维塑料的松散性。

它们都可以用来确定模具或注射机加料的大小。

比体积和压缩率大，则要求加料量大。

同时，比体积和压缩率越大，塑料内充气增多，排气困难，成型周期增长，生产率降低；比体积和压缩率小，使压锭和压制容易，而且压锭重量也较准确。

但是，比体积太小，则影响塑料的松散性，以容积法装料时造成塑件重量不准确。

比体积的大小也常因塑料的粒度及颗粒不均匀度不同而有误差。

C.流动性：

塑料在一定温度与压力下填充型腔的能力称流动性。

影响流动性的因素主要有以下几个方面：

（１）塑料品种。

不同品种的塑料，其流动性各不相同，即使同一品种的塑料，由于其中树脂相对分子质量的大小、填料的形状、水分和挥发物的含量以及配方比的不同，其流动性也不相同；

（２）塑件结构。

塑件的形状，尺寸，壁厚，有无嵌件，嵌件数量及其分布对收缩率大小也有影响。

同一塑件的不同部位，其收缩率也不同。

如塑件的形状复杂，壁薄，有嵌件，嵌件数量多且对称分布，则收缩率就小；

（３）模具结构。

模具成型表面光滑，型腔形状简单等都有利于改善流动性；

（４）成型工艺。

注射压力增大，则熔料受剪切作用大，流动性也增大，尤其是聚乙烯、聚甲醛等较为敏感；料温高，则流动性增大，聚苯乙烯、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、ABS、AS、聚碳酸脂、酚醛塑料等塑料的流动性随温度变化较大，而聚乙烯、聚甲醛的流动性受温度影响较小。

D.吸湿性、热敏性及挥发物含量：

塑料中的水分及挥发物来自两个方面：

其一是塑料在制造中未能全部除尽水分，或在储存、运输过程中，由于包装或储存条件不当而吸收的水分；另一方面则是来自成型过程中化学反应或热敏分解等的副产物。

水分及挥发物在成型时变成气体，必须排出模外，否则影响塑件质量。

热敏是某些热稳定性差的塑料，在高温下受热时间较长或浇口截面过小及剪切作用大时，料温增高就易发生变色、降解、分解等的倾向结晶性。

根据塑料冷凝时有无结晶现象，可将塑料分成结晶型塑料和非结晶型塑料（无定型）塑料两大类。

前者有聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛、尼龙、聚氯醚、聚4-甲基戊烯等；后者有聚苯乙烯、有机玻璃、聚碳酸脂、ABS、聚砜等。

E.压力开裂及熔体破裂：

有些塑料（如聚苯乙烯、聚碳酸脂、聚砜、PPO等）在成型时易产生内应力而使塑件质脆易裂，在外力作用下或在溶剂作用下即发生开裂现象。

熔体破裂是指一定熔融指数的塑料，在恒定温度下通过喷嘴孔时其流速超过某值后，熔体表面发生明显横向裂纹现象。

F.定型速度：

热固性塑料在成型进程中要完成交联反应，即树脂分子由线性结构变成体型结构，这一变化过程称为硬化。

硬化速度通常以塑料试样硬化1mm厚度所需的秒数来表示，以s/mm计。

此值越小时，硬化速度就越快。

制品材料的分析

根据《模具工实用技术手册》P197选用热塑性塑料ABS。

ABS：

ABS为丙烯腈（A）—丁二烯（B）—苯乙烯（S）三种单体组分经接枝共聚而成的三元聚物，属通用性塑性塑料。

综合性能较好，冲击韧度，机械强度高，尺寸稳定，耐化学性，电性能良好；易于成型和加工。

其成型性能好，流动性好，成型收缩率小（通常为～），比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短；但吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥。

ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，显示了较好的综合性能，选用螺杆式样注射机的成型温度为160～220℃，对表面光泽度要求高的制品模具温度为60～80℃，而对一般的制品模具温度为50－60℃即可。

对薄壁制品注塑压力为130～150MPa，而对厚壁制品注射压力为60～70MPa。

其成型特性如下：

（1）无定形料，品种牌号很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按确定成型方法及成型条件；

（2）吸湿性能，含水量应小于%，必须干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥；

（3）流动性中等，溢边料左右，（其中流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂，聚氯乙烯好）；

（4）加工困难,宜取高料温,模温（对耐热高抗冲击型树脂,料温更宜取高）,料温对物性影响较大,料温过高易分解。

模具设计时要求浇注系统对料交阻力小，浇口对外观不良，易发生熔解痕，应注意选择浇口位置，形式，顶出力过大或机械加工时塑件表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。

ABS的成形条件

查《塑料成型工艺及模具简明手册》可得ABS的成形条件如下表。

表3-1ABS的成形条件如下表

适用注射机类型

螺杆、柱塞均可

注射压力/Mpa

60～100

计算收缩率

～

密度/（g·cm-3）

～

预热

温度/○C

80～85

成型时间/s

注射

20～90

高压

0～5

时间/h

2～3

冷却

20～120

总周期

50～220

料筒温

度/○C

后段

150～170

螺杆转速/（r·min-1）

30

中段

165～180

前段

180～200

模具温度/○C

50～80

压缩比

～

塑件注射工艺参数的确

据《实用塑料注射模设计与制造》P44及上表和参考工厂实际应用的情况，ABS的成型工艺参数可作如下选择。

试模时，可根据实际情况作适当如下调整：

1、注射温度：

包括料筒温度和喷嘴温度；

2、料筒温度：

后段温度t1选用165±5

；

3、中段温度：

t2选用175±5

；

4、前段温度：

t3选用195±5

；

5、喷嘴温度：

175±5

；

6、注射压力：

90±10MPA；

7、注射时间：

30±5S；

8、保压时间：

3S；

9、冷却时间：

20±5S；

10、模具温度：

70±5

；

11、螺杆转速：

30（r·min-1）。

第4章注射机的确定

注射机的选用包括两方面的内容：

一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模及注塑工艺等所要求的注射机的规格参数在所选的规格参数可调的范围内；二是调整注塑机的技术参数至所需的参数。

注射机型号的选用

塑件体积与质量的大概计算：

塑件体积：

质量：

M=V·ρ（4-1）

=×=g

根据塑件的重量，计算注射机的最大注塑量

据《实用塑料注射模设计与制造》P209表知ABS通用级塑料适合选用螺杆式注塑机。

卧式注塑机的注射装置和合模装置的轴呈一线水平排列，同立式相比,卧式机具有机身低,利于操纵和经维修；机器因重心较低,故稳定性好；占用空间高度小，成型后制件可利用其自重自动落下；模具开模距离大，容易实现自动操作。

对大、中、小型注塑机都适用，是目前国内外注塑机的最基本形式。

因此,在此选用卧式注塑机。

设计模具时，通常要求注射成型时的总重量应该是注射机的最大注射量Gmax的50%～80%，即：

G=（50%～80%）Gmax（4-2）

式中：

Gmax—注射机最大注射量（g）；

G—塑件重量（g）。

得：

=～

=～

据《塑料成型加工与模具》P305选用XS-ZY-125。

综上所述,初步选用注塑机为:

XS-ZY-125型卧式螺杆注射机。

注射模与注射机的关系

注射机、塑料和模具是生产塑料制品不可缺少的条件，注射成型模必须能方便地在注射机上安装成型、脱模和取出制品。

设计模具前，应对注射机有关的参数进行校核，实现注射成型模与注射机性能参数相匹配。

注射成型所需的注射量应小于所选注射机的注射容量。

注射容量以容积（㎝3）表示，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系按下式校核：

V件≤注（4-3）

式中：

V件—塑件与浇注系统的体积；

V注—注射机容量；

—最大注射容量利用系数。

在本设计中，V件=㎝3+50㎝3=㎝3（50为浇注系统体积，保守估算）。

故㎝3＜×125=100㎝3

所以注射量符合要求。

锁模力在成型时锁紧模具的最大力，用于实现动、定模紧密闭合。

保证塑件制品的尺寸精度，尽量减少分型面处的溢边（或毛边）厚度和确保操作者的人身安全，它必须小于注射机的额定锁模力。

为了保证注射成型时脱模能够可靠地锁闭：

Ｆ≥KＰcＡ／1000（ＫＮ）（4-4）

式中：

Ｆ—注射机的额定锁模力；

Ａ—塑件制品与浇注系统在分型面上的总投影面积（m2）；

K—安全系数，常取１.１～１.２；

Ｐc—注射压力Ｐ经喷嘴、浇注系统、型腔损耗后剩余压力，约为注射压力的25％～50％。

据经验，型腔平均压力Pc常取20～40Mpa，这里Pc取35Mpa。

在本设计中，由于采用了热流道浇注系统，所以这里的浇注系统在分型面上的投影面积不在计算之内。

则

（实用

）

所以锁模力符合要求。

注射压力

注射压力是成型时柱塞或螺杆施于料筒内熔融塑料上的压力，常取70～150MPa。

注射机的最大注射压力要大于成型制品所需的注射压力，ABS的注射压力为60～100MPa，而选定注射机的注射压力为120MPa。

120＞60～100，所以注射压力符合要求。

模具的设计应校核包括喷嘴尺寸、定位圈尺寸、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔尺寸。

注射机的喷嘴头部的球面半径R1应与模具主流道始端的球面半径R2吻合，以免高压熔体从缝隙处溢出。

通常取R2=R1+（1～2）mm为宜。

图4-1喷嘴尺寸的校核

主流道的始端直径d2应大于注射机喷嘴孔径d1。

通常取d2=d1+（～1）㎜。

以利于塑件熔体流动。

这里d1=4㎜，R1=12㎜。

则：

d2=4+=㎜

R2=12+1=13㎜

为了使模具的主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线相重合。

模具定模板上的定位圈或主流道衬套与定位圈的整体式结构的外径尺寸d应与注射机固定模板上的定位孔呈间隙配合。

模具闭合厚度必须满足：

Hmin≤Hm≤Hmax（mm）（4-5）

式中：

Hm—所设计的模具厚度（闭合）（mm）；

Hmin—注射机允许的最小厚度（mm）；

Hmax—注射机允许的最大厚度（mm）。

本设计中应有：

200≤Hm≤300

在模具设计时应使模具的总厚度位于Hmin、Hmax之间。

同时应校核模具的外形尺寸，使得模具能从注射机拉杆之间装入。

注射模具的动模板、定模板应分别与注射机动模板、定模板上的螺孔相适应。

模具在注射机上的安装方法有螺栓固定和压板固定两种形式，螺钉或压板数目为2～4个。

采用螺栓固定时，模具固定板上的螺孔必须与注射机模板上的螺孔完全吻合，一般用于重量较大的模具，以保安全。

而用压板固定时，只要在模具固定板附近有螺孔就可以了，因此，压板固定有较大的灵活性。

开模行程也叫合模行程，指模具开合过程中动模固定板的移动距离，以L表示。

开模取出塑件所需的开模距离必须小于注射机的最大开模行程。

开模行程的校核有三种情况。

液压—机械联合作用的锁模机构最大开模行程与注射机无关。

液压—机械联合作用的锁模机构，开模