接线盒座塑料模具设计.docx
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接线盒座塑料模具设计
摘要
在现代机械制造业中，模具工业已成为国民经济中一个非常中重要的行业，许多新产品的开发和生产，在很大程度上依赖于模具制造技术，特别是在汽车、轻工、电子和航空等行业中尤显重要。
模具作为一种高附加值和技术密集型产品，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志之一，因此它关系到产品的质量和经济效益的提高，直接影响国民经济中的许多行业的发展。
而塑料工业的发展依赖于模具工业.
本设计主要是电线盒的注射模具设计。
通过对塑件进行工艺的分析及其结构分析，从产品结构工艺性,具体模具结构出发,对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、注射机的选择及有关参数的校核都有详细的设计。
关键词：
注塑模具；注射机
Abstract
Inmodernmechanicalmanufacturingindustry,mouldindustryhasbecomeaveryimportantindustryinnationaleconomy,alotofnewproductsdevelopmentandproduction,toalargeextentdependsondiemanufacturingtechnology,especiallyintheautomotive,lightindustry,electronicsandaerospaceindustriesseemsespeciallyimportant.Mouldasahighvalue-addedandtechnologyintensiveproducts,itsleveloftechnologyhasbecomeameasureofacountrymanufacturingleveloneoftheimportantmarks,soitisrelatedtothequalityoftheproductsandtheimprovementofeconomicefficiency,directlyinfluencethedevelopmentofmanyindustriesinnationaleconomy.Whilethedevelopmentofplasticsindustryreliesonthemouldindustry.
Thisdesignismainlyelectricityboxinjectionmolddesign.Throughtotheplasticpartsforprocessanalysisandstructureanalysis,fromtheproductstructurecraft,specificdiestructure,themouldofgatingsystem,moldingpartofthestructure,theejectionsystem,selectionofinjectionmachineandrelatedparametersofcheckingallhavedetaileddesign
Keyword：
Plasticinjectionmould；Plasticinjectionmouldmachine；
1引言
注塑成型是热塑性塑料制件最重要的加工方法。
用此方法加工成型的塑料制件，其品种与样式之多是其他成型方法无可比拟的。
起过程是借助与螺杆的推力，将已塑化的塑料熔体注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定型后开模得到塑件。
因此，构成注塑成型的三个必要条件：
一是塑件必须以熔融状态进入模腔；二是塑料溶体必须要有足够的压力和流速，以确保及时的充满整个模腔的各个角落；三是需有符合制件形状和尺寸并满足成型工艺的要求的模具。
注塑成型技术与其他成型技术相比较有其独特的优势，表现在以下几个方面：
其一是成型物料的熔融塑化和流动造型是分别是在塑料筒和模腔两处进行，模具可以始终处于是溶体很快冷凝或交联固化的状态，从而有利于缩短成型周期；其二是先锁紧模具然后才将塑料溶体注入，加之具有良好的流动性的溶体对模腔的磨损很小，因而可以用一套模具大批量成型复杂零件，表面图形与标记清晰和尺寸精度较高的制品；其三是成型过程的合模、加料、塑化、注塑、启模和顶出制品等全部成型操作均由注塑机自动完成，从而使注塑工艺容易全自动化和实现程序控制。
但我们也要看到注塑成型的不足之处，由于冷却条件的限制，很难用这种技术制的无缺陷、壁厚的变化又较大的热塑性塑料制品，另外由于注塑机和注塑模具的造价很高，成型设备的启始投资较大，所以注塑技术不适合于小批量制品的生产。
注塑成型又称注射模塑或注射成型，是热塑性塑料制品成型的一种重要方法。
除极少数几种热塑性塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型塑件。
注塑成型可以成型各种形状、满足众多要求的塑料制件。
注塑成型已经成功地运用于某些热固性塑料制件、甚至橡胶制品的工业生产中。
注塑成型的过程是，将粒状或粉状塑料从注射机的料斗送入加热的料筒，经加热塑化成熔融状态，由螺杆（或柱塞）施加压力而通过料筒底部的喷嘴注入低温的、闭合的模具型腔中，经冷却硬化而保持模腔所赋予的形样，开模取得所注塑成型塑件，在操作上完成了一个周期。
注塑成型是塑料模塑成型的一种重要方法，生产中已有广泛的应用。
它具有以下几方面的特点：
①成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸准确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。
②对成型各种塑料的适应性强。
目前，除氟塑料外，几乎所有的热塑性塑料都可以用此方法成型，某些热固性塑料也可以采用注塑成型。
③生产效率高，易于实现自动化生产。
④注塑成型所需设备昂贵，模具结构比较复杂，制造成本高，所以注塑成型特别适合大批量生产。
2塑件成型工艺的可行性分析
2.1塑件分析
图2.1塑件三维图
电线盒工件如图所示，它是一种的塑料工件，由于塑件材料为聚氯乙烯，模具浇注系统应粗短，进料口截面宜大，溶料流程不易长，因此采用侧浇口。
根据该塑件的结构特点，模具设计为上下开模，为了使模具与注射机相匹配以提高生产力和经济性、保证塑件精度，并考虑模具设计时应合理确定型腔数目，该模具选择一次开模及一模六腔。
2.2塑件的原材料分析
2.2.1基本特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。
这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽，密度在1.02~1.05g/cm3,其收缩率为0.3~0.8%。
ABS吸湿性很强，成型前需要充分干燥，要求含水量小于0.3%。
流动性一般，溢料间隙约在0.04mm。
ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械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几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于部分醇类及烃类溶剂，但于烃长期接触会软化溶胀，ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会硬气放映开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可陪成任何颜色。
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℃左右。
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
2.2.2成型特点
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阴力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60oC，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80oC。
2.2.3主要技术指标
比重：
1.02~1.16g/cm3。
比容：
0.86~0.98cm3/g
吸水性：
0.2~0.4%（24h）。
熔点：
130~160oC。
热变形温度：
4.6×105Pa----130~160oC。
18.5×105Pa----90~108oC。
抗拉屈服强度（105Pa）:
500
拉伸强度模量：
1.8×104Mpa
弯曲强度：
800×105Pa
2.2.4ABS的注射工艺参数
注射机类型：
螺杆式
螺杆转速：
30~60r/min
喷嘴形式：
直通式
喷嘴温度：
190~200oC
料筒温度：
前200~210oC中210~230oC后180~200oC
模温：
50~80oC
注射压力：
70~120Mpa
保压力：
50~70Mpa
注射时间（s）：
3~5
保压时间（s）：
15~30
冷却时间（s）：
15~30
成型周期（s）：
40~70
2.3成型工艺分析如下
2.3.1精度等级
影响塑件精度的因素很多，塑料的收缩、注塑成型条件（时间、压力、温度）等，塑件形状、模具结构（浇口、分型面的选择），飞边、斜度、模具的磨损等都直接影响制品的精度。
按GB/T14486----1993标准，塑料件尺寸精度分为7级，本塑件精度取MT5级[1]。
2.3.2脱模斜度
由于塑件冷却后产生收缩，会紧紧地包住模具型芯、型腔中凸出的部分，使塑件脱出困难，强行取出会导致塑件表面擦伤、拉毛。
为了方便脱模，塑件设计时必须考虑与脱模方向平行的内、外表面，设计足够的脱模斜度。
制品上无较深的孔,零件在产品设计过程中已经考虑了脱模角度，所以模具上不需要再设计。
3注射成型机的选择与成型腔数的确定
3.1注射成型机的选择
3.1.1估算零件体积和投影面积
用PROE建模分析知塑件体积为体积：
V=7.89cm3，单侧投影面积为：
A=1095.97mm3，由于此模具浇注系统采用测浇口，其浇注系统凝料较小，浇注系统初步估计的体积为10cm3，由于采用的是一模六腔
固V总=6xV塑+V浇=6X7.89+10=57.16cm3
3.1.2锁模力
计算其所需锁模力为：
F锁=A·P型=1095.97×45Mp=493.19KN（3.1）
3.1.3选择注射机及注射机的主要参数
由此考虑塑件大批量生产，以及以上的从温度、压力、时间、模具高度等方面考虑，查表附录D（塑料成型工艺与模具设计）初步选用注射机XS-ZY-125。
注射机XS-ZY-125参数：
额定注射量：
125mm
最大成型面积：
320cm
柱塞直径：
42mm
注射压力：
120Mpa
模板尺寸：
428×450（mm×mm）
柱杆空间：
260×290（mm×mm）
锁模力：
900KN
喷嘴圆弧半径：
12mm
喷嘴孔径：
4mm
最大开模行程：
300mm
模具最大厚度：
300mm
模具最少厚度：
200mm
3.2注塑机的校核
（1）最大注塑量效核材料的利用率为500/840=0.60，符合注塑机利用率在0.3～0.80的要求。
（2）注射压力的效核所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注射压力，ABS塑件的注塑压力一般要求为50～120MPa，所以该注塑机的注塑压力符合条件。
（3）锁模力效核高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分形面分开的胀模力，此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积。
胀模力必须小于注塑机额定锁模力。
型腔压力Pc可按下式粗略计算：
Pc=kP（MPa）（3.2）
式中：
Pc为型腔压力，MPa；
P为注射压力，MPa；
K为压力损耗系数，通常在0.25～0.5范围内选取。
所以，Pc=KP=0.37×120=45MPa，型腔压力决定后，可按下式校核注塑机的额定锁模力：
T>KPcA（3.3）
式中：
T为注塑机的额定锁模力，KN；
A为塑件和流道系统在分形面上的投影面积，mm2；
K为安全系数，通常取1.1～1.2；
KpcA=1.2×45×1095.9=591.82KN（3.4）
所以T=900KN>KPcA成立，即该注塑机的锁模力符合要求。
3.3成型腔数的确定
以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%计算：
（3.5）
=11.13
式中：
N----型腔数
S----注射机的注射量（g）
W浇----浇注系统的重量（g）
W件----塑件重量（g）
因为，N=11.13>6
所以，此模具型腔为一模6腔结构合理。
4浇注系统的设计
4.1浇注系统的作用
浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件。
对浇注系统设计的具体要求是：
（1）对模腔的填充迅速有序；
（2）可同时充满各个型腔；
（3）对热量和压力损失较小；
（4）尽可能消耗较少的塑料；
（5）能够使型腔顺利排气；
（6）浇注道凝料容易与塑料分离或切除；
（7）不会使冷料进入型腔；
（8）浇口痕迹对塑料外观影响很小。
4.2浇注系统的组成
浇注系统组成是：
主流道、分流道、浇口、冷料井。
4.3主流道设计
主流道通常位于模具的入口处，其作用是将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔。
其形状为圆锥形，以便于塑料熔体得流动及流道凝料的拔出。
热塑性塑料注塑成型用的主流道，由于要与高温塑料及喷嘴反复接，所以主流道常设计成可拆卸的主流道衬套[1]。
浇口套的尺寸设计要求：
（1）浇口套与注射机喷嘴接触处球面的圆弧度必须吻合。
设模具浇口套球面半径为R，注射机球面半径为r，其关系式如下：
SR=SR1+（1~2）=12+1=13mm;（4.1）
（2）浇口套进口的直径d应比注射机喷嘴孔d1直径大0.5～2mm。
很据模具特点和设计要求浇口套的长度为90.5mm。
D=4+0.5=4.5mm（4.2）
（3）浇口套的形式如下，浇口锥度为1°，长度为50.5mm。
图4.1浇口套
（4）主流道衬套的固定
因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。
定圈也是标准件，外径为Φ100mm，内径Φ36mm。
具体固定形式如下图所示：
图4.2定位圈
（4）浇口设计
浇口是连接分流道和型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），是塑料熔体进入型腔的入口。
它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、数量、位置及尺寸对塑件的成型性能及成型质量影响很大。
合理选择浇口的位置是提高塑件质量的重要环节，浇口位置不同，也将直接影响模具的结构。
因为侧浇口被广泛中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑件的成型的适应性均较强。
由于浇口截面小，去除浇口较容易，且不留明显痕接，故浇口采用侧接浇口。
其示意图如下：
5成型零件结构设计
5.1分型面的设计
5.1.2分型面的分类
实际的模具结构基本上有三种情况：
A、型腔完全在动模一侧；
B、型腔完全在定模一侧；
C、型腔各有一部分在动定、模中。
5.1.3分型面的分类及选择原则
1、分型面的位置应开设在塑件截面尺寸最大的部位，便于脱模和加工型腔。
2、分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
以使得模具零件易于加工。
3、分型面的选择应有利于保证塑件尺寸精度要求。
4、分型面应尽可能选择在不影响塑件外观的部位，而且在分型面处所产生的飞边应容易修整加工，从而有利于保证塑件的外观质量。
5、应满足塑件的使用要求，即从使用的角度避免脱模斜度、推杆及浇口痕迹等工艺缺陷影响塑件功能。
6、为便于塑件脱模，应尽可能使塑件在开模时留在下模或动模部分，易于设置和制造简便易行的脱模机构。
若塑件有侧孔时，应尽可能地将侧型芯设在动模部分，避免定模抽芯
7、考虑锁模力，分型面的选择应尽可能减少塑件在分型面上的投影面积。
8、考虑侧向抽拔距，一般机械分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。
9、尽量方便浇注系统的布置。
10、为了有利于气体的排出，分型面应尽可能与料流的末端重合。
11、考虑注塑机的技术规格，是模板间距大小合适。
12、选择分型面时根据塑件的使用要求和所用塑料，要考虑飞边在塑件上的部位。
13、选择分型面时，应考虑减小由于脱模斜度造成塑件的大小端尺寸差异。
总而言之，分型面形状应尽可能的简单，以便于模具的制造和塑件的脱模。
5.1.4分型面的确定
鉴于以上的要求，在该模具中分型面只能设在塑件截面尺寸最大的部位，如下图A-A截面位置。
图5.1分型面位置
5.2型腔的分布
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。
该模具模具设计为一模六腔，零件对称排列，有利于节约材料。
如图所示
图5.2型腔的分布
5.3凹模的结构设计
凹模用于成型塑件的外表面，又称为阴模、型腔。
按其结构的不同可分为整体式、整体嵌入式、局部镶嵌式和四壁镶嵌式5种。
总体上说，整体是强度、刚度好，但不适于复杂的型腔。
镶嵌式采用组合的模具结构，是复杂型腔加工相对容易，可避免采用同一材料，可利用拼接间隙排气，但刚度较差易于在塑件表面留下镶嵌块的拼接痕迹，模具结构复杂。
由于该模具结构一般，但里面有深圆柱孔，为了方便加工和排气。
所以凹模板采用镶嵌式。
5.4凸模的结构设计
凸模用于成型塑件的内表面，又称型芯、阳模。
凸模按结构分为整体式和镶拼组合式两类。
由于凸模的加工相对凹模容易，所以大多数的凸模是整体式的，尤其是在小型模具中型芯、模板常做成一体。
由于该模具结构一般，又属于中小型模具，外表面又要求一般，所以凸模板采用整体式。
5.5模具成型零件的工作尺寸计算
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，主要包括：
凹模、凸模的径向尺寸（含长、宽尺寸）与高度尺寸，以及中心距尺寸等。
为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。
其中影响模具尺寸和精度的因素很多，主要包括以下几个方面[7]：
1、成形收缩率：
在实际工作中，成形收缩率的波动很大，从而引起塑件尺寸的误差很大，塑件尺寸的变化值为
δs=（Smax-Smin）Ls（5.5）
式中：
δs为塑件收缩波动而引起的塑件尺寸误差（mm）；
Smax为塑料的最大收缩率（%）；
Smin为塑料的最小收缩率（%）；
Ls为塑件尺寸（mm）。
一般情况下，由收缩率波动而引起的塑件尺寸误差要求控制在塑件尺寸公差的1/3以内。
2、模具成形零件的制造误差：
实践证明，如果模具的成形零件的制造误差在IT7～IT8级之间，成形零件的制造公差占塑件尺寸公差的1/3。
3、零件的磨损：
模具在使用过程中，由于种种原因会对型腔和型芯造成磨损，对于中小型塑件，模具的成形零件最大磨损应取塑件公差的1/6，而大型零件，应在1/6之下。
4、模具的配合间隙的误差：
模具的成形零件由于配合间隙的变化，会引起塑件的尺寸变化。
模具的配合间隙误差不应该影响成形零件的尺寸精度和位置精度。
综上所述，在模具型腔与型芯的设计中，应综合考虑各种影响成形零件尺寸的因素，在设计时进行有效的补偿。
由于影响因素很不稳定，补偿值应在试模后进行逐步修订。
通常凹模、凸模组成的模腔工作尺寸简化后的计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。
其中平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成形零件制造公差、磨损量都为平均值的计算，公式如以下[7]：
（1）凹模的內形尺寸：
L
=[L
（1+k）-（3/4）Δ]
（5.6）
式中：
L
为型腔內形尺寸（mm）；
L
为塑件外径基本尺寸（mm）,即塑件的实际外形尺寸；
K为塑料平均收缩率（%），此处取0.3%；
Δs为塑件公差，查表知PVC塑件精度等级取5级；塑件基本尺寸在10~14mm范围内取0.32mm;18~24mm范围内取0.32mm;30~40mm范围内取0.56mm;在50~65mm公差取0.74mm；塑件基本尺寸在65~80范围内其公差取0.86mm。
所以型腔尺寸如下：
L1=[5×（1+0.005）-（3/4）×0.24]
=4.845
L2=[50×（1+0.005）-（3/4）×0.64]
=49.77
L3=[70×（1+0.005）-（3/4）×0.86]
=69.7
型腔深度的尺寸计算：
h
=[h
（1+k）-（3/4）Δ]
（5.7）
式中：
h
凸模/型芯高度尺寸（mm）；
h
为塑件內形深度基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形深度尺寸；
Δs、K含义如
（1）式中。
H=[30×（1+0.005）-（3/4）×0.50]
=29.77
2）凸模的外形尺寸计算：
L
=[L
（1+k）+（3/4）Δ]
（5.8）
式中：
L
凸模/型芯外形尺寸（mm）；
L
为塑件內形基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形尺寸；
Δs、k含义如
（1）式中。
由于该塑料的收缩率不大为0.3%，故只需在型腔尺寸比较大的考虑其收缩率，在尺寸小的地方不用考虑由收缩率引起的尺寸偏差。
所以型芯的尺寸如下：
L1=[46×（1+0.005）+（3/4）×0.64]
=46.71
L2=[2×（1+0.005）+（3/4）×0.20]
=2.16
型芯的深度尺寸计算：
h
=[h
（1+k）+（2/3）Δ]
（5.9）
式中：
h
为凸模/型芯高度尺寸（mm）；
h
为塑件內形深度基本尺寸（mm）,即塑件的实际內形深度尺寸；
Δs、k含义如
（1）式中。
三个型芯的高度分别为：
H=[28×（1+0.005）+（2/3）×0.50]
=28.47
6排气系统的设计
从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。
即塑料熔体注入模腔同时，必须置换出型腔内空气和从物料中逸出的挥发性气体[7]。
排气系统的设计相当重要。
6.1排气不良的危害
①增加熔体充模流动的阻力，是型腔充不满；
②在制品上呈现明显可见的熔接缝，其力学性能降低；
③滞留气体时塑件产生质量缺陷；
④型腔内气体受到压缩后产生瞬时局部高温，使塑料熔体分解；
⑤由于排气不良，降低了充模速度。
6.2排气系统的设计方法
①利用分型面排气是最好的方法，排气效果与分型面的接触精度有关；
②对于大型模具，可以用镶拼的成型零件的缝隙排气；
③利用顶杆与孔的配合间隙排气；
④利用球状合金颗粒烧结块渗导排气；
⑤在熔合缝位置开设冷料穴
本模具可以利用配合间隙排气，通常中小型模具的简单型腔，可利用推杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，这里不再单独设计排气槽。
7导向与脱模机构的设计
7.1导向机构的作用和设计原则
7.1.1导向机构的作用
导向机构是保证塑料注射模具的动模与定模合模时正确定位和导向的重要零件，通常采用导柱导向，主要零件包括导柱和导套。
其具体作用有：
a、定位作用
b、导向作用
c、承载作用
d、保持运动平稳作用
e、锥面定位机构作用
7.1.2导向机构的设计原则
a、导柱（导套）应对称分布在模具分型面的四周，其中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模
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