料塑电器盒外壳模具设计.docx
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料塑电器盒外壳模具设计
闽南理工学院
毕业设计（论文）
题目塑料电器盒外壳模具设计
系别光电与机电工程系
专业模具设计与制造
班级
学号
姓名
指导教师
完成时间
评定成绩
2011年05月10日
摘要
本设计论文系统阐述了塑料电器盒外壳模具设计过程，根据塑料电器盒外壳模具的形状和生产要求，编制塑料电器盒外壳模具的设计过程，初步制定了总体模具的设计方案。
本制品采用注射模成型设计,采用单型腔布局，使用液压侧向抽芯和斜导柱侧向抽芯机构，推杆顶出机构。
本论文首先对塑料电器盒外壳模具进行了详细的工艺性分析，然后进行注射模结构设计，接着对整个模具的进行相关校核，最后完成整个塑料电器盒外壳模具设计，并绘制出模具的总装图和非标准件的零件图。
本设计方案结构紧凑，满足制品大批量生产、高精度、外形复杂的要求，设计参考了以往注射模具的设计经验，并结合制件性能，简化设计机构，并且运用AutoCAD等软件进行绘图，缩短了生产周期，并且获得良好的经济性能。
关键词：
塑料电器盒外壳；注射模设计；硬聚氯乙烯；侧向抽芯
Abstract
Paperdescribesthedesignofplasticelectricalboxsystemshellmolddesignprocess,plasticelectricalboxcoveraccordingtotheshapeofthemoldandproductionrequirements,thepreparationofplasticelectricalboxcovermolddesignprocess,theinitialdevelopmentoftheoverallmolddesign.Firstly,plasticelectricalboxhousingthemoldofadetailedanalysisoftheprocess,andtheninjectionmolddesign,moldandthenassociatedtheentirecheck,thelastplasticelectricalboxenclosuretocompletethemolddesignandmoldassemblydiagramdrawnandnon-standardpartsofthepartdrawing.
Thecompactdesigntomeetthemassproductionproducts,highprecision,complexshaperequirements,thedesignreferencetotheformerinjectionmolddesignexperience,combinedwithpartsperformance,simplifydesignagencies,andtheuseofAutoCADsoftware,suchasdrawing,reducedproductioncycleandtoobtaingoodeconomicperformance.
Keywords：
Plasticelectricalboxcover;injectionmoulddesign;HPVC;lateralloosecore
1、绪论
岁月流逝，三年大学生活转眼而过，为具体的巩固这三年来的学习的知识，综合检测理论在实际应用中的能力，除了平时的考试、实验测试外，更重要的是理论联系实际，即此次设计的课题为塑料电器盒配件外壳模具设计
本次毕业设计课题来源于本人工厂实习，本人年初在公司实习近六个月,该公司主要生产中低档次的塑料模具，加工些零件,此副模具应用广泛，但成型难度大，模具结构较为复杂，对模具工作人员是一个很好的考验。
它能加强对塑料模具成型原理的理解，同时锻炼对塑料成型模具的设计和制造能力。
在此次设计中，主要用到所学的注射模设计，以及机械设计等方面的知识。
着重说明了一副注射模的一般流程，模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等，而主要环节集中在塑料模具的设计和成型工艺的制定这两个方面。
通过本次毕业设计，使我加深了解模具设计的过程，并懂得了如何查阅相关资料和怎样去解决在实际工作中遇到的实际问题，
在编写说明书过程中，我参考了《塑料模成型工艺与模具设计》、《实用注塑模设计手册》和《模具制造工艺》等有关教材。
引用了有关手册的公式及图表，并得到了老师同学的指导与帮助。
且水平有限，时间仓促。
设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学批评指正，以达到本次设计的目的！
2、塑料电器盒配件外壳模具设计
2.1模具的选材及塑件工艺分析与设计
2.1.1模具材料的选择
选择模具材料的主要指标有：
1、模具材料的基本性能要考虑模具材料的耐磨性、韧性、硬度和红硬性（红硬性是指模具材料在一定温度下保持其硬度和组织稳定性抗软化的能力）。
还要根据实际工作条件，分别考虑其实际要求的性能，如抗氧化能力、抗压强度、抗拉强度和抗弯强度、疲劳强度等。
总之，选用高质量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生产高质量的模具，已经成为当前工业发达国家模具制造的主要发展趋势，我国也正在向这一方向发展。
根据材料选择原则，综合塑料质量要求和模具结构等，本模具型腔和型芯就采用3Cr4Mo。
2.1.2塑料模具制造技术要求
每个需要加工的零件，都必须按照图样要求制定其加工工艺，然后分别进行粗加工、半精加工、热处理及精修抛光。
本套模具零件的主要加工方法有机械加工（车削加工、铣削加工、刨削加工、磨削加工）、精密加工（成型磨削）、特种加工（电火花加工、电火花线切割）等。
具体根据各零件的要求和工艺要选择使用。
其中，型腔主要是用电火花加工，型芯也主要是用电火花加工和电火花线切割，以及成型磨削等。
模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一。
为了保证模具精度，制造时应达到如下技术要求：
1.组成塑料模具的所有零件，在材料、加工精度和热处理质量等方面均应符合图样的要求。
2.组成模架的零件应达到规定的加工要求，装配成套的模架应活动自如，并达到规定的平行度和垂直度要求。
3.模具的功能必须达到设计要求。
4.为了鉴别塑料成型件的质量，装配好的模具必须在生产条件下（或用试模机）试模，并根据试模存在的问题进行修整，直至试出合格的成型件为止。
2.1.3塑件的工艺分析与设计
塑件的工艺分析【塑件成型工艺分析】如图1-1
图1-1
2.1.4材料的选择
本产品为电器连接件，首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度，和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和绝缘性。
能满足以上性能的塑料材料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑，PP更适合些。
PP是目前世界上应用最广泛的材料，它的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性。
因此，在选用材料时，考虑采用PP就能满足它的使用性能和成型特性。
PP不存在环境应力开裂问题。
通常，采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性。
PP的流动率MFR范围在1~40。
低MFR的PP材料抗冲击特性较好但延展强度较低。
对于相同MFR的材料，共聚物型的强度比均聚物型的要高。
由于结晶，PP的收缩率相当高，一般为1.8~2.5%。
并且收缩率的方向均匀性比PE-HD等材料要好得多。
加入30%的玻璃添加剂可以使收缩率降到0.7%。
均聚物型和共聚物型的PP材料都具有优良的抗吸湿性、抗酸碱腐蚀性、抗溶解性。
然而，它对芳香烃（如苯）溶剂、氯化烃（四氯化碳）溶剂等没有抵抗力。
注塑模工艺条件：
干燥处理。
如果储存适当则不需要干燥处理。
2.2型腔以及浇注系统的确定
2.2.1型腔数目的确定
根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货长短注射能力、模具成本等要求来综合考虑。
根据注射机的额定锁模力F的要求来确定型腔数目n，即
n
本工件是小型件，表面精度有要求，
根据上述公式及要求估算，一模二件。
2.2.2型腔的布局
为了节省材料，节省成本，同时提高产品的质量与生产效率，型腔的采用一模2腔，且产品为配对的产品。
2.2.3分型面的设计
（1）分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处
（2）使塑件留在动模一边，利于脱模
（3）将同心度要求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度
（4）抽芯机构要考虑抽芯距离
（5）分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。
考虑到本零件的表面粗糙度要求较高，所以选择其上表面作为分型面，可以降低模具的制造难度，也便于塑件的成型和出件。
2.2.4浇注系统的设计
（1）主流道的设计
a）主流道如端凹坑球面半径R13比注射机的、喷嘴球半径R12大1～2mm；球面凹坑深度3～5mm；主流道始端入口直径d比注射机的喷嘴孔直径大0.5～1mm；一般d=2.5～5mm。
b）主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径r=1～3mm。
c）主流道长度L以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm。
d）主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理淬火后硬度53～57HRC。
其形状结构如图（2-1）所示：
图2-1
根据以上所选择注射机的有关参数取主流道球面半径R=20mm，主流道的小端直径d=5mm
为了方便将凝料从主流道中取处，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1---30，经计算可得主流道大端面直径D=9mm，为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=6mm的圆弧过渡。
如图（2-1）所示
（2）主流道衬套的固定
采用上模板固定的方式，如图（2-2）所示；
图2-2
其具体固定方式如左图所示：
（3）分流道的设计
分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道的长度等因素来确定。
根据有关参数确定分流道的截面形式为半圆形，其半径为r=6mm.
（4）浇口设计
根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用中心浇口较为理想。
考虑到塑件本身的特殊性，从中心进料，在模具的本身又是采用镶拼式的结构，有利于填充、排气。
故采用截面为扇形的扇形浇口。
如图（2-3）所示
图2-3
（5）排溢系统设计
当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。
根据塑件的结构特点和型芯型腔以及模具的结构，本副模具因为型芯是采用镶拼结构，固采用利用间隙配合排气，同时，钳工在加工时，适当在分型面上开设很小的排气槽（PP排气槽深度为0.03㎜）。
2.3成型零件设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件即成型零件设计，包括凹模、型芯、镶块、凸模和成型杆等。
成型零件决定塑件的几何形状和尺寸。
成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑料间还发生摩擦。
因此，成型零件要求有正确几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键零件进行强度和刚度校核。
成型工作零件的工作尺寸计算时应采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
2.3.1成型零件的尺寸计算：
1.影响成型零件的尺寸因素：
（1）.塑件的收缩率，其值为δs=（Smax-Smin）Ls;
（2）.模具成型零件的制造误差；
参考《塑料成型工艺与模具设计》P所列出的经验值，成型零件的制造公差约占塑件总公差的
-
或取IT7-IT8级作为模具制造公差。
模具成型零件制造公差用δz表示。
收缩率的波动引起塑件尺寸误差随塑件的尺寸增大而增大。
在计算成型零件时，所用到的收缩率均用平均收缩率来表示
=
×100%
考虑到工厂模具制造的条件，取制造公差Z=△/4.Ｘ=0.75具体的尺寸计算如下：
2.型腔主要尺寸计算通过计算得型腔图如2-4所示
图2-4
2.3.2模具型腔、型芯侧壁厚度的计算
（1）型腔侧壁的计算
塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因硬度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度和顺利脱模。
因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。
整体式型腔与组合式型腔相比刚度较大。
由于底板与侧壁为一体，所以在型腔底面不会出现溢料间隙，因此在计算型腔壁厚时变形量的控制主要是为保证塑件尺寸精度和顺利脱模。
矩形板的最大变形量发生在自由边的中点上。
壁厚的计算公式参考《模具设计与制造手册》表2-158凹模侧壁和底板厚度的计算。
2.4侧向分型与抽芯机构的设计
由于本塑件的侧壁上有两个矩形和一个圆形孔，因此需要设计侧抽芯机构。
侧向分型与抽芯机构根据动力来源的不同，有机动、液压或气动以及手动等三大类。
本塑件采用机动侧向分型与抽芯机构,它是利用注射机开模力作为动力，通过有关传动零件使力作用于侧向成型零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑料制件中抽出，合模时又靠它使侧向成型零件复位。
这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯不需手工操作，生产率高，而且结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。
根据传动零件的不同，这类机构可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等许多不同类型的侧向分型与抽芯机构，本次设计选用斜导柱侧向分型与抽芯机构。
2.4.1抽芯距确定与抽芯力计算
侧向型芯或侧向成型模腔从成型位置到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离称为抽芯距.用s表示,为了安全起见,侧向抽芯距离通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大2~3mm，所以我们选取s=5mm，抽芯力的计算同脱模力计算相同，一般用如下公式估算：
其值与塑件的几何形状及塑料的品种、成型工艺有关。
2.斜导柱侧向分型与抽芯机构
斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧型芯块，使之产生侧向运动完成抽芯与分型动作。
斜导柱侧向分型与抽芯机构主要有与开模方向成一定角度的斜导柱、侧型腔或型芯滑块、导滑槽、楔紧块和侧型腔或型芯滑块定距限位装置组成。
2.4.2斜导柱的设计
图（2-5）斜导柱的形状
图2-5
斜导柱的形状如图（8）所示,其工作端的端部可以设计成锥台形或半球形。
由于半球形车制时比较困难，所以我们设计成锥台形。
为了避免端部锥台也参与侧抽芯，导致滑块停留位置不符合原设计计算要求。
所以斜角
大于斜导柱倾斜角
，我们取
。
斜导柱的材料选用T10碳素钢，热处理硬度HRC=60，表面粗糙度
。
斜导柱与其固定的模板之间采用过渡配合
。
由于斜导柱在工作过程中主要用来驱动侧滑块作往复运动，侧滑块运动的平稳性右导滑槽与滑块之间的配合精度保证。
而合模是的最终准确位置由楔紧块决定。
因此，为了保证运动的灵活性，滑块上斜导孔与斜导柱之间可以采用较松的间隙配合
。
1.斜导柱倾斜角的确定
斜导柱轴向与开模方向之间的夹角称为斜导柱的倾斜角
，它是决定斜导柱抽芯机构工作效果的重要参数。
的大小对斜导柱的有效工作长度、抽芯距和受力状况等起着决定性的影响。
由公式：
由以上公式可算得
=15o。
以下图（2-6）是斜导柱抽芯时的受力图：
图2-6
图（2-6）斜导柱工作长度与抽芯距关系及受力图
从图中可知：
；
——侧抽芯时所需的开模力。
比较理想。
2、斜导柱的直径计算
斜导柱的直径主要受弯曲立的影响，由于其计算比较复杂,所以采用查表的方法来确定斜导柱的直径,由上面的计算知道，Fc=1.164KN,a=15o,所以根据《塑料成型工艺与模具设计》表5-20查得最大弯曲力Fw=1.2KN。
所以根据Fw和Hw以及a在表5-21中查得斜导柱的直径d=10mm.
3、斜导柱的长度计算
由《塑料成型工艺与模具设计》书中公式5-65得：
斜导柱的总长。
2.4.3斜滑块的设计
斜滑块是斜导柱侧面分型抽芯机构中的一个重要零件部件，它上面安装有侧向型芯或侧向成型块，注射成型时塑件尺寸的准确性和移动的可靠性都需要它的运动精度保证。
滑块的结构可分整体式和组合式。
在滑块上直径制出侧向型腔的结构称整体式，分开加工称组合式。
2.4.4滑块导滑槽的设计
成型滑块在侧向分型抽芯和复位过程中，要求其必须沿一定的方向平稳地往复移动，这一过程是在导滑槽中完成的。
根据模具上侧型芯的大小、形状和要求的不同，以及个工厂的具体使用情况，滑块与导滑槽的配合形式也不一样，一般采用T形槽或燕尾槽导滑。
组成导滑槽的零件对硬度和耐磨性有一定的要求，一般情况下，整体式导滑槽常在动模板或定模板上直接加工出来，常用的材料为45钢。
根据本塑件的特征，采用T形槽导滑的形式，采取在定模板上直接加工出，选用材料为45钢，为了便于加工和防止热处理变形，所以调质至30HRC后在铣削成形。
盖板材料用T10纲，硬度要求HRC>=50.导滑槽与滑块部分采用H8/f8间隙配合。
配合部分的表面要求比较高，表面粗糙度应Ra<=0.8。
导滑槽与滑块还要保持一定的配合长度，因为滑块完成抽拨动作后，其滑动部分仍应全部或有部分的长度留在导滑槽内，滑块的滑动配合长度要大于滑块宽度的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。
否则，滑块开始复位时容易偏斜，甚至损坏模具。
2.5结构零部件的设计
2.5.1模架的选择：
根据模具的尺寸和型腔数量等相关参数选择：
模板尺寸为420*400*350
1、模具闭合高度的确定：
根据所选择模板的高度尺寸，
H1=30㎜，H2=130㎜，H3=80㎜，H4=150㎜，H5=30㎜。
模具的闭合高度：
H=30㎜+130㎜+80㎜+150㎜+30㎜+15=435㎜
2、注射机有关参数复校
本模具的外形尺寸为420mm×400mm×350mm的标准模架。
XS-ZY-250型注射机的最大安装尺寸为1100mm×1100mm。
故能满足模具的安装要求。
模具的闭合高度H是803mm。
1000F2型注射机允许模具的最小厚度是
H
=450mm,最大高度是H
=1150mm，即模具满足H
﹤H﹤H
的安装条件。
1000F2型注射机的最大开模行程S=1150mm满足要求
`S≥H
+H
+H
+H
+H
+（5～10）mm
由经验证明：
1000F2型注射机能满足使用要求，故可采用
2.5.2合模导向机构的设计
导向机构是保证动定模或上下模合模时，正确定位和导向的零件。
一、导向机构的作用分析
1、定位作用模具闭合后，保证动定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精确；导向机构在模具装配过程中也起了定位作用，便于装配和调整。
2、导向作用合模时，首先是导向零件接触，引导动定模或上下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成成型零件损坏。
3、承受一定的侧压力塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧压力，或者由于成型设备精度低的影响，使导柱承受了一定的侧压力，以保证模具的正常工作。
若侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构。
二、导套和导柱的选择
本模具采用导柱导向机构导向。
（一）导柱
1、导柱的结构形式导柱采用[1]表2-111标准形式，这种形式结构简单，加工方便，用于简单模具。
2、导柱结构和技术要求
（1）长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8~12mm，以避免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔
（2）形状，导柱前端应做成锥台形或半球形，以使导柱顺利进入导向孔。
（3）材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用Y8、T10钢经淬火处理，硬度为HRC50~55。
导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8μm,导向部分表面粗糙度Ra为0.8~0.4μm。
（4）配合精度导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合；导柱的导向部分通常采用H7/F7或H8/f7的间隙配合。
（二）导套
1、导套的结构形式本模具的结构形式采用[1]表2-114形式，这种形式结构较简单，便于加工。
2、导套的结构和技术要求
（1）形状为了使导柱顺利地进入导套，在导套的前端应倒圆角，导柱孔最好作成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。
如模板较厚，导柱孔必须作成盲孔时，可在盲孔的侧面打一小孔排气。
（2）材料导套与导柱用相同的材料或同合金等耐磨材料制造，其硬度应低于导柱硬度，以减轻磨损，防止导柱或导套拉毛。
导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8μm。
（3）固定形式及配合精度导套用环形槽代替缺口，固定在定模板上。
用H7/f7或H7/k6配合镶入模板。
2.6推出机构的设计
2.6.1推出机构结构
推出机构的设计主要考虑以下几项的原则：
1.推出机构应尽量设计在动模的一侧；
2.保证塑件不因推出而变形损坏；
3.机构简单动作可靠；
4.保证良好的塑件外观；
5.合模时的真确复位。
2.6.2斜顶顶出机构的设计
根据要求脱模时塑件不变形，不损坏，顶件位置位于制件不明显处。
鉴于次塑件本身结构的特殊性和表面的要求，本塑件外形较大，锁模力不大，同时又有曲面所以采用斜顶顶出机构。
如下图所示
2.6.3脱模力的计算
注射成型以后，塑件在模具中冷却定型，由于体积收缩，对型腔产生包紧力，塑件必须克服磨擦阻力才能从模腔中脱出。
其受力图如下：
力的平衡原理，列出平衡方程式：
Ft=AP（µcosα-sinα）
模内冷却一般取（0.8~1.2）×107；在此取中间值1.0×107。
先计算A值：
A=（350×300+400×265）×2=422000
Ft=Ap（µcosα-sinα）
=422000×（0.2×cos40＇-sin40＇）
=4.2×108KN。
2.6.4拉料杆的设计
因为分流道比较的长，一根拉料难以将凝料拉出，故选用3根拉料杆。
2.7确定冷却系
此模具的平均温度为70℃，用常温20℃的水作为模冷却介质，其出口温度为30℃，产量为432
。
1、求塑件在硬化时每小时释放的能量
查表可知ABS的单位热流量Q为35×104J·kg-1.
Q
=WQ
=0.432×35×104J·kg-1=15.12×104J·kg
2、求冷却水的体积流量
V=
=0.0036（m
）
由体积流量V查表可知所需的冷却水的直径非常小。
由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
型芯型腔冷却系统如如零件图所示
2.8模具型腔型芯的加工工艺
有了以上的设计准备，就可以进入绘图工作阶段。
装配图是机械设计中设计意图的反映，是机械设计、制造的重要技术依据。
在部件和零件设计和制造及装配时，都需要装配图。
本模具装配图表达了
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