手电筒注塑模具设计Word文档格式.docx
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1.2注塑成型及注塑模
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，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射.
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。
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。
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很多因素有关，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[2]。
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决非易事，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：
MOLDFLOWPLASTICSADVISERS（产品优化顾问,简称MPA）,MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT（注射成型模拟分析，简称MPI）,MOLDFLOWPLASTICSXPERT（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[3]。
第2章塑料材料分析
2．1塑料材料的基本特性
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,密度为1。
02——1.05
。
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，他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70
左右，热变形温度约为93
耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆.
ABS的性能指标：
密度1.02——1.05（
）,收缩率
，熔点
，弯曲强度80Mpa，拉伸强度35
49Mpa,拉伸弹性模量1.8Gpa,弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18
39Mpa，缺口冲击强度11
20
硬度62
86HRR，体积电阻系数
，收缩率
范围内.ABS的热变形温度为93
118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在—40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40
100℃的温度范围内使用。
2．2塑件材料成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
因此，成型加工前应进行干燥处理;
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，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大;
易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；
在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50
60
，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60
80
.ABS比热容低，塑化效率高,凝固也快，故成型周期短.。
2．3塑件材料主要用途
ABS在机械工业上用来制造手电筒、泵业轮、轴承、把手、管道、管连接件、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等,还可用ABS夹层板制小轿车车身。
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.
第3章塑件的工艺分析
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量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。
手电筒如图所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大,要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高.
图
（1）3D视图
3．1塑件的结构设计
（1）、脱模斜度
由于注射制品在冷却过程中产生收缩，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,斜度过大时，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。
5～1.5
，根据文献［1］，塑件材料ABS的型腔脱模斜度为0。
35
～1
30/
，型芯脱模斜度为30/~1
（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。
塑件壁厚一般在1~4
，最常用的数值为2～3
.该管连接件壁厚均匀，周边和底部壁厚均为3
左右。
（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0.5～1
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。
该塑料件表面圆角半径和内部转弯处圆角为1
.
（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。
但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大,生产成本提高，困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，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。
3．2塑件尺寸及精度
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，反正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,流动性较好，适用于不同尺寸的制品。
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文献［2］表3—2塑件的尺寸与公关（SJ1372—1978）的塑料制件公差数值标准来确定。
根据任务书和图纸要求,本次产品尺寸均采用MT3级精度,未注采用MT5级精度.
3．3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Ra0。
02～1.25
之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0。
01~0。
63
.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。
该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高许多,为Ra0.2
，内部为0.4
3．4塑件的体积和质量
本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量,在PROE软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量（ABS的密度为1。
05
），即可以得出该塑件制品的质量为22.6克。
第4章注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定
4．1、注射成型工艺过程分析［5］
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,ABS材料吸水率极低，成型前一般不必进行干燥处理。
如有需要，可在70～80℃下干燥2～4h。
（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。
在和产上为了顺利脱模，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，就采用退火处理1～3小时。
4．2浇口种类的确定
注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。
其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。
浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。
它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。
其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。
由于本设计中手电筒塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。
侧浇口直接在中间的圆端面处进，手电筒组装后,浇口被遮挡起来。
侧浇口主流道需要设置钩针，分流道与产品相连，顶出产品包含流道连接在一起。
4．3型腔数目的确定
因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸不大，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。
4．4注射机的选择和校核
由于采用一模二腔,需要至少注射量为22.6x2=45.2g,流道水口废料10g,总注塑量达到55.2g，再根据工艺参数（主要是注射压力）,综合考虑各种因素,选定注射机为海天80XB。
注射方式为螺杆式，其有关性能参数为:
海天HTF80XB
型号
单位
80×
B
参数
螺杆直径
mm
36
理论注射容量
cm3
124
注射重量PS
g
113
注射压力
Mpa
183
注射行程
122
螺杆转速
r/min
0~220
料筒加热功率
KW
5。
7
锁模力
KN
800
拉杆内间距（水平×
垂直）
365×
365
允许最大模具厚度
360
允许最小模具厚度
150
移模行程
310
移模开距（最大）
670
液压顶出行程
100
液压顶出力
33
液压顶出杆数量
PC
5
油泵电动机功率
11
油箱容积
l
200
机器尺寸（长×
宽×
高）
m
4。
3×
1.25×
1.8
机器重量
t
3。
22
最小模具尺寸（长×
宽）
240×
240
此处省略NNNNNNNN字
需要完整版请联系QQ九九八七二一八四。
所以就取B
L=300x300的模架，塑件的高度为42。
31mm，塑件的大部份胶位都留在定模部分，该模具型腔结构简单,型芯、型腔的固定是固定总高度的加30-50mm，B板的厚度取90mm，满足强度要求，A板为80mm，C板为100mm（C的选择应考虑推出机构的推出距离是否满足推出的高度）
在本设计中,因为采用龙记的CI3030标准模架，其标准模脚的高度为100mm,完全满足顶出要求.
综上所述所选择的模架的型号为：
LKMCI-3030—A80-B90—C100
10。
侧向抽芯机构类型选择
一般指的模具的行位机构，即凡是能够获得侧向抽芯或侧向分型以及复位动作来拖出产品倒扣，低陷等位置的机构。
下图列出模具的常用行位结构。
1。
从作用位置分为下模行位、上模行位、斜行位（斜顶）
2。
从动力来分，为机动侧向行位机构和液压（气压）侧向行位机构
液压油缸侧向抽芯机构设计
液压或气动抽芯与机动抽芯的区别:
液压或气压抽芯是通过一套专用的控制系统来控制活塞的运动实现的,其抽芯动作可不受开模时间和推出时间的影响.液压传动与气压传动抽芯机构的比较:
液压传动平稳，且可得到较大的抽拔力和较长的抽芯距离。
液压抽芯机构带有锁紧装置，侧向活动型芯设在动模一侧。
成型时,侧向活动型芯由定模上的锁紧块锁紧，开模时，锁紧块离去，由液压抽芯系统抽出侧向活芯，然后再推出制件，推出机构复位后，侧向型芯再复位.
1、侧向分型与抽芯机构的类型
（1）手动抽芯
（2）液压或气动抽芯
（3）机动抽芯
2、抽心距：
S=H+（3-5）
其中，S为抽芯机构需要行走的总距离,
H为通过测量出来的产品抽芯距离（可以通过3D或2D进行实际测量）
3—5MM为产品抽芯后的安全距离
本设计中,抽芯距离很大，抽芯100mm才可以达到目的。
3、抽芯力：
将塑料制品从包紧的侧型芯上脱出时所需克服的阻力称为抽芯力。
抽芯力F=PA（f*cosα+sinα）
p—--塑料制品收缩对型芯单位面积的正压力,通常取8~12Mpa;
A——-塑料制品包紧型芯的侧面积，
f--—磨擦系数,取0。
1~0。
2α—--脱模斜度，一般就是几度而已。
F--—单位为N
F=10x3534x0.001x（0.1x25cos25+sin25）=79KN
（1）滑块的设计
滑块设计的要点在于滑块与侧向型芯连接以及注射成型时制品尺寸的准确性和移动的可靠性，滑块分为整体式和组合式两种。
滑块材料常用45钢或T8、T10等制造,要求硬度在HRC40以上。
（2）导滑槽设计
1）导滑槽与滑块导滑部分采用间隙配合，一般采用H8/f8.
2）滑块的滑动配合长度通常要大于滑块宽度的1。
5倍，而保留在导滑槽内的长度不应小于导滑配合长度的2/3，
3）导滑槽材料通常用45钢制造，调质至HRC28～HRC32,
（3）滑块定位装置设计，由于我们采用的是后模行位的形式,根据生产的实际情况，采用行位压板的方式，主要作用为固定与导向作用。
（4）楔紧块设计
楔紧角β应比斜导柱的倾斜角α大2°
～3°
（5）斜导柱抽芯机构的结构形式
斜导柱和滑块在模具上因安装位置不同，组成了抽芯机构的不同结构形式.
1）斜导柱在定模上、滑块在动模上的结构
A、设计时必须注意，滑块与推杆在合模复位过程中不能发生“干涉”现象。
所谓干涉现象是指滑块的复位先于推杆的复位致使活动侧向型芯与推杆相碰撞,造成活动侧向型芯或推杆损坏。
B、如果发生干涉,常用的先复位附加装置有弹簧先复位、楔形滑块先复位、摆杆先复位等多种形式。
2）斜导柱在动模上、滑块在定模上的结构
3）斜导柱和滑块同在定模上
4）斜导柱和滑块同在动模上
斜滑块抽芯机构
斜滑块侧向抽芯的特点是利用推出机构的推力驱动斜滑块斜向运动,在制品被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向抽芯动作。
一般分为外侧抽芯和内侧抽芯两种。
1、斜滑块抽芯机构适用于制品具有侧孔或较浅侧凹，成型面积较大的场合。
2、特点：
在制品被推出脱模的同时由斜滑块完成侧向抽芯动作。
3、斜滑块的导滑形式
4、倾斜角通常不超过30°
5、进行斜滑块抽芯机构设计时，若定模一侧有成型型芯,则需设置销钉锁紧或压紧的止动装置,保证制品与定模型芯分离而留在动模一侧。
液压油缸抽芯系统
第6章模具材料的选用
正确选用模具各部分零件的材料，是注射模具设计过程中的一项重要工作，它直接影响模具的使用寿命，加工成本以及制品的成型质量。
选择模具材料时,需要根据模具工作条件,从使用性能和加工性能两方面对材料提高要求.
6．1成型零件材料选用
成型零件材料选用的要求如下：
（1）、机械加工性能良好
（2）、抛光性能良好
注射成型零件工作表面，多需抛光达到镜面，
要求钢材硬度35~40HRC为宜,过硬表面会使抛光困难。
（3）、耐磨性和抗疲劳性能好
（4）、具有耐腐蚀性能
6．2注射模用钢种
热塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供应,本设计中，采用718H的预硬模具钢，这个不做钢材的分析与选择，只对718H钢材进行分析。
型芯和型腔由于采用了该预硬型塑料模具钢，且手电筒为廉价大量产品，表面有一定光洁度要求，所以模仁料无需淬火,需要长寿命，选择718H,预硬型抛光塑料模具钢，预硬硬度达到48-52HRC
总结
本次塑料模具设计，全面考虑了塑料成型性能，模具结构特点，注射工艺参数，塑件表面粗糙度以及制造精度等，在理论分析和数据计算生产操作上论证该设计是合理可行的。
并且，通过这次设计，我了解了注射模设计概况，熟悉了注射设备，基本掌握了注射成型的一般原理。
在设计和三维建模过程中也遇到了一些问题，通过对问题的探索与分析,最后得到圆满解决,更另深刻的知道了模具设计各个阶段的重要性和严谨性，达到了毕业设计的目的。
伴随经济建设，特别是汽车、机械、电子、日用制造等行业的飞速发展，对模具设计与制造的人才的需求与日俱增，模具设计制造，特别是注射模具的设计与制造将更为受到重视，并将会广泛应用到各个领域中，飞速发展.
相信这次设计中获得的经验及处理问题的能力将会对今后的学习和工作有所启示和帮助。
模具总装图
致谢
在本次毕业设计中,特别感谢XXX指导老师的指导和帮助，给予了我充分的信心和把握,让我按时完成了本次设计。
由于经验不足和对专业知识的了解不够透彻，在设计时常常遇到一些问题无法理解
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