电器盒盖注塑模具设计.docx
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电器盒盖注塑模具设计
学士学位论文
题目电器盒盖注塑模具设计
电器盒盖注塑模具设计
摘要
注塑模具说明书主要阐述了基于CAD技术的塑料注塑模具的设计、制造及其工艺方案的制定，并且着重介绍了注塑加工方法、模具的结构及模具零件的设计制造。
本设计采用点浇口，利用直导柱导向，推杆顶料，脱模板完成脱模。
如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠。
最后分析了模具的工作过程，,编制了主要成型零件的工艺规程。
并用AutoCAD和UG4.0绘制了一套模具装配图和零件图。
目前模具行业已比较成熟，很多零件日趋标准化，可以直接从市场上购买到，所以本次主要设计项目是零件型腔的设计、制造及其工艺。
在本论文中对生产工艺方案做了初步分析探讨。
关键词：
注塑模具塑件成型塑料模具设计AUTOCAD
Abstract
ThemaininjectionmoldispresentedbasedontheplasticinjectionmoldCADtechnologyinthedesign,manufactureandprocessfortheformulationofprograms,andemphaticallyintroducestheprocessingmethodinjection,diestructureandthedesignofthemoldpartsmanufacturing.ThisdesignUSESthepointrunner,usestraightguidepinorientation,pushrodroofmaterial,totakeoffthetemplatecompletepatterns.Sothestructureofthedesigntoensurereliablemoldwork.Finallytheworkingprocessofthemoldareanalyzed,andthemainformingpartsoftheprocedure.AndUG4.0AUTOCADanddrawamoldassemblydrawinganddrawing.
Atpresentmoldindustryismoremature,morestandardizedmanyparts,canbuydirectlyfromthemarket,sothemaindesignprojectispartofthedesign,manufacturingandcavityprocess.Inthisthesisonproductionprocessschememadeapreliminaryanalysisisdiscussed.
Keywords:
InjectionmoldPlasticmoldingPlasticMolddesignAUTOCAD
1.1塑料成型模具在加工工业中的地位
据机械制造行业的最新分析，塑料模具是模具工业的重中之重，已成为当今最有活力的一门产业之一。
在2000年，我国进口模具花费9.77亿美元，其中塑料模具占5.7%。
由此可知，塑料模具的开发及注射模的研究是当前塑料界人士十分关注的方向。
我国塑料工业在“十五”期间有较大的发展，不断实施“以塑代钢”方针，塑料已被广泛应用于汽车、电子及通讯、家用电器、国防科技、机械、医疗器械、建筑以及人们日常生活等各个领域。
塑料行业主要产品可划分为十九个大类，五十三种不同类型，数百个品种。
产品以中低档、通用型为主，主要产品的总体技术水平相当于国际技术先进国家八十年代初的水平，部分产品达到八十年代中末期水平，少数产品接近九十年代水平，极个别产品在理论和实践上在国际上处于领先地位。
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义[1]。
1.2中国塑料模具工业发展现状
近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。
大型塑料模具已能生产单套重量达到
以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。
在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。
另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。
[3]
整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
[4]
1.3塑料成型模具发展趋势
随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。
为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。
展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。
1）.超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。
2）.多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
3）.为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的RP/RT技术将得到快速发展。
4）.模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展CAD/CAE/CAM/CAPP及PDM/PLM/ERP等将向智慧化、集成化和网络化方向发展。
[5]
5）.更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。
6）.更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。
7）.各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。
8）.逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。
9）.热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。
10）.模具标准化程度将不断提高。
11）.在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。
即今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。
近年来，塑料品级的专用化，工程塑料的发展，复合材料的出现，塑料产品结构大型化﹑轻量化和薄壁化等技术的发展要求塑料成型达到:
针对制品生产目的而成套化，高速﹑省力﹑自动化，以提高制品生产效率，保证产品规格和质量误差最小的精密程度，能耗低，占地少，操作维护便易而安全。
从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。
随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。
[6]
“十一五”期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。
图2-1图2-2
图2-1和图2-2所示为本设计需制造的塑料件，为一盒盖塑件，材料采用ABS，ABS是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯的缩写（广东地区俗称不碎胶）。
可以看作PB（聚丁二烯）、BS（丁苯橡胶）、PBA（丁氰橡胶）分散于AS（丙稀氰—苯乙烯的共聚物）或PS（聚苯乙烯）中的一种多组分聚合物。
如图2-4，三种组分的作用是：
A（丙烯腈）—占20%~30%，使塑料件表面有较高的硬度，提高耐磨性耐热性。
B（丁二烯）—占25%~30%，保持材料弹性及耐冲击强度。
S（苯乙烯）—占40%~50%，保持良好成型性（流动性和着色性）、高光洁度及保持擦、材料刚性ABS的物理化学性能：
它的特性主要取决于三种单体的比率及两相中的分子结构。
因此在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上百种不同品质的。
ABS材料具有优越的综合性能，制品强度硬度高、刚性好、抗冲击、制品表面光泽性好，耐磨性好。
并且ABS材料有优良的成型加工性，尺寸稳定性好，着色性能、电镀性能都好（是所有塑料中电镀性能最好的）。
ABS密度为1.06g/cm³，收缩率在0.4%~0.7%之间，常用收缩率为0.5%。
耐热可达90℃（甚至可在110-115℃使用），比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高。
耐低温，可在零下40℃使用。
同时耐酸、碱、盐，耐油，耐水。
具有一定的化学稳定性和良好的介电性能，不易燃。
ABS缺点：
不耐有机溶剂，耐气候性差，在紫外线下易老化。
塑件外观牙白色，模型总体尺寸216.8mm×169.9mm×31.5mm。
用ABS材料注塑成型，在设计模具结构时采用一模一腔排样[2]。
根据塑件尺寸公差、表面粗糙度等级，查阅GB/T14486—93《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》，确定制件的公差等级和使用精度为MT5。
查阅GB/T14234—93《塑料件表面粗糙度标准——不同加工方法和不同材料所能达到的表面粗糙度》，取制件的表面粗糙度为Ra0.8
由于塑件冷却产生收缩，设计时让塑件紧紧包覆在型芯上，这样更方便顶出塑件。
因此，建立的塑件内表面的拔模斜度要小于外表面的拔模斜度。
查阅经验数据（常用塑料的脱模斜度），ABS材料内表面斜度为40′~1°，外表面斜度为1°~2°。
因此取模型内表面斜度为1.5°，外表面斜度为2°。
塑料件壁厚太小，熔融塑料在模具型腔中的流动阻力较大，难填充，强度刚度差；壁厚太大，内部易产生气泡，外部易收缩凹陷，且冷却时间长，料多亦增加成本。
查经验数据（常用塑料壁厚值，如图2-3），ABS材料中型塑件壁厚推荐值为2mm，因此取模型壁厚为3mm。
2.2初步拟定总体设计方案
方案一：
制件表面粗糙度要求较高，外侧可发现有点浇口痕迹，因此需采用点浇口三板模生产。
由于制品尺寸较大，排样时采用一模一腔。
如图2-3所示。
图2-3
方案二：
制件表面粗糙度要求较高，外侧可发现有点浇口痕迹，因此需采用点浇口三板模生产。
制件排样采用一模两腔，沿宽度方向排列。
注塑模具循环地进行塑料的填充，导致型腔型芯内部温度会逐渐增高。
需要设计冷却水道以便控制模具在合适的温度范围内工作。
同时可用专门的模具钢制造型腔型芯镶嵌在A、B板上以延长模具使用寿命。
方案二型腔排列不合理，型腔布置不够紧凑；方案一模具生产效率高，型腔布置合理，塑件精度也能满足要求。
为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，经综合考虑，采用方案一为佳。
第三章注塑模成型零件设计
3.1成型零件结构设计
3.1.1材料选择
适合于ABS材料成型的钢材有40Cr，供货硬度为40HRC，易于切削加工。
而后在真空环境下经500
C
550
C，以5
10h时效处理，钢材弥散析出复合合金化合物，使刚才硬度具有HRC40
45的硬度，耐磨性好且变形小。
由于材质纯净，可做镜面抛光，并能光腐蚀精细图案，有较好的电加工及抗锈蚀性能。
工作温度可达300
C，抗拉强度为1400Mpa。
还有SM2（20CrNi3AlMnMo），预硬化后机加工，再经时效硬化可以达到40
45HRC。
这里考虑材料应易于抛光，这样才能使塑料件易于脱模，且两种钢性能相近，都是析出硬化钢。
故这里选取40Cr作为成型零件材料。
3.1.2计算型腔的壁厚
在设计模具,决定成型零件尺寸时,必须考虑强度,在实际生产中,注射模具经常由于模框及支撑板厚度不够引起弹性变形,影响塑料制件尺寸精度或溢料过多,费边增加,为了增加模具强度与刚性,如果把模框和凹模壁厚以及垫板等的厚加以合理的计算.
根据经验，型腔至内膜镶件边之间的钢厚可取15~50mm。
制品至内模镶件的边距也与型腔的深度有关，一般制品可参考表3-1所列经验数值选定。
表3-1
型腔深度/mm
型腔至内模镶件边数值/mm
≤20
15~25
20~30
25~30
30~40
30~35
＞40
35~50
注：
1）.凸模和凹模的长度和宽度尺寸通常是一样的。
2）.内模镶件的长、宽尺寸应取整数，宽度应尽量和标准模架的推杆板宽度相等。
由于本制件型腔深度为28mm,所以本制品至内模镶件的边距选取30mm
内模镶件包括凹模和凸模，厚度与制品高度及制品在分型面上的投影面积有关，一般制品可参考下述经验数值取定。
凹模厚度：
一般在型腔深度基础上加15~20mm，当制品在分型面上的投影面积大于200
时，宜取25~30mm.
由于本制品投影面积大于200
，所以凹模厚度在型腔深度基础上加30mm.
凸模厚度：
分以下两种情况。
一是凸模无型腔（天地模）：
此时应保证凸模有足够的强度和刚度，凸模厚度应取决于凸模的长宽尺寸。
二是凸模有型腔，则不用加14mm;如果按上式计算得到的厚度小于下表中凸模厚度，则以表3-2中的厚度为准[4]。
表3-2
内模镶件的长×宽
凸模厚度
≤50×50
15~20
50×50~100×100
20~25
100×100~150×150
25~30
150×150~200×200
30~40
≥200×200
40×60
注：
1）.凹模厚度尽量取消一点，以减小主流道的长度。
2）.凸模厚度是指分型面以下的厚度，不包括凸模型芯的高度。
3）.凸模型腔越深，封料尺寸的值越要取小些；反之，则取大些。
由于内模镶件的长×宽为230×278mm，所以凸模厚度选取为40mm。
第四章注塑模结构件的设计
4.1注塑成型机的选择
根据塑料制品的体积与质量，以及成型工艺参数初步选定注塑机的型号为
SZ—250/1500型卧式螺杆注塑机。
注塑机的主要技术参数如表4-1所示：
表4-1
理论注射容积
255cm
开模行程
430mm
注射压力
178MPa
最大模具厚度
350mm
注射速率
165g/s
最小模具厚度
220mm
塑化能力
35g/s
锁模形式
双曲肘
螺杆转速
10～390r/min
模具定位孔直径
125mm
螺杆直径
42mm
喷嘴球头直径
12mm
锁模力
1500kN
喷嘴口直径
4mm
拉杆内间距
460×400
顶出行程
90mm
注：
该注塑机由宁波市金星塑料机械有限公司生产
4.2模架的设计
选用何种模架应由制品的特点和模具型腔的数量来决定，制品千差万别，型腔数量也各不相同，但无论怎样变化，模架通常就只有三种。
三板模模架又称细水口模架，需要采用点浇口进料的投影面积较大制品，桶形、盒形、壳形制品都采用三板模模架。
采用三板模模架是制品可在任何位置进料，制品成型质量较好，并且有利于自动化生产；但这种模架结构较复杂，成本较高，模具的重量增大，制品和流道凝料从不同的分型面取出。
本制品为面积较大的盒盖类制品，且产品质量要求较高，故采用三板模模架，如图4-1所示
图4-1
4.3有关参数的校核
4.3.1最大注射量的校核
塑料制品成型一次所需的塑料重量或者体积（塑件和流道凝料之和）应在注塑机最大注射量的80%以内。
前面已经分析过本塑件的体积为
。
查表3-1所选的注塑机理论注塑量为
。
塑件加上一小部分凝料的体积约为理论注塑量的25%，满足要求。
4.3.2注射压力的校核
制品成型时的注射压力很大程度上影响了制品的表面质量、形状和尺寸精度。
注塑机的额定注射压力必须大于制品成型所需的压力，这样才有调整的余地。
塑件成型所需的注射压力与塑料种类、塑件形状等因素有关。
ABS塑料的建议注射压力为60~90Mpa，由于本制品的形状不复杂，精度要求一般，故取70Mpa。
在注塑机的额定注射压力150Mpa以内，满足要求。
4.3.3锁模力的校核
锁模力是选注塑机的一个重要参数，在生产某一制品时，若锁模力不够可能会有溢料现象，这样对工作人员造成很大危险。
高压的塑料熔体充满型腔时会产生很大的推力，即胀型力T，其大小等于制件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔压强。
T一定要小于注塑机的额定锁模力F才能安全生产，通常取额定锁模力的80%，以保证注射时不发生溢料。
T可按下式计算：
T=制品投影面积A×型腔压强P（3-1）
正常生产中，PA成型时所选用的型腔压强值为42Mpa。
制品投影面积可从零件图中可分析出，代入式3-1中，有：
T=
297.55KN<900×80%=720KN，故满足要求[5]。
4.4三板模定距分型机构的设计
保证的开模顺序和开模距离的结构，叫定距分型机构。
三板模的开模顺序要求：
1）.在弹簧、开闭器和拉料杆的综合影响下，模具首先流道推板和定模板打开，流道凝料和制品分离。
2）.其次是流道推板和面板打开，浇口拉料杆从流道凝料中强行拉出，流道凝料在重力和震动的作用下自动脱落。
3）.注射机动模板继续后移，模具从定模板和动模板之间打开，最后推杆将制品推离模具。
4）.三板模的开模距离通过定距分型机构来保证。
5）.流道推板和定模板打开的距离B=流道凝料总高度+30mm。
6）.流道推板和面板打开的距离C=6~10mm。
7）.定距分型机构中限位杆移动位置=流道推板和定模板打开的距离。
限位钉移动距离=流道推板和面板打开的距离。
4.5弹簧
弹簧的作用主要是缓冲，减振，储存能量。
本注塑模具中弹簧作用主要有以下几方面：
1）.推杆固定板自动复位：
装在复位杆旁边，制品退出后，将拉杆拉回原位，恢复型腔的行状。
它有先复位的功能。
2）.活动板、流道推板等活动零件的辅助动力。
4.5.1推杆板复位弹簧的预压量
推杆板复位弹簧的作用是在注射机的推杆退回后，模具的定模板和动模板合模之前，就将推杆板推回原位。
当推杆板推回原位时，弹簧依然要保持对推杆板有弹力的作用，这个力来源于弹簧的预压量，预压量一般要求为弹簧自由长度的10%左右。
一般取10.0~15.0mm,在此取12mm。
4.5.2推杆板复位弹簧自由长度的确定
自由长度:
E——推杆板行程，E＞制品推出的最小距离+（15~20）mm;
P——预压量，一般取10~15mm,根据复位时的阻力确定，阻力小则预压小；
S——预压比，一般取30~40%，根据模具寿命、模具大小及制品距离等因素确定。
本模具自由长度=（32+18+12）/35%mm=177mm
4.6浇口套的设计
浇口套的作用：
1）.使模具安装时进入定位孔方便而在注塑机上很好的定位并与注塑机喷嘴孔吻合，并能经受塑料的反压力，不致被推出模具。
2）.作为浇注系统的主流道，将料筒内的塑料过渡到模具内，保证料流有力畅通地到达型腔，在注射过程中不应有塑料溢出，同时保证主流道凝料脱出方便。
由于采用三板模模架，所以直接采用三板模浇口套,如图4-2、4-3所示。
图4-2图4-3
4.7模架中其他结构件的设计
4.7.1支撑柱的设计
为防止锁模力，或注塑时的注塑压力（涨压力）将动模模板压弯变形而造成成型制件的品质不能达到要求，需要在模具底板和动模板之间加支撑柱，以提高模具的刚性和寿命。
撑头必须螺丝和管针与底板固定，撑头直径一般在25~50mm之间，撑头孔需大于撑头2mm左右。
撑头用高碳钢制成。
支撑柱的设计要点：
1）.支撑柱的位置支撑柱位置应动模板所受注塑压力集中处，且尽量布置在模板的中间位置，或对称位置。
2）.支撑柱的数量数量越多，效果越好。
3）.支撑柱的大小支撑柱外径越大，效果越好。
直径一般在25~60mm之间。
4）.支撑柱的长度当模宽小于300mm时，H1=H+0.05mm;当模宽在400mm以下时，H1=H+0.1mm;当模宽在400mm和700mm之间时，H1=H+0.15mm;当模具尺寸大于700mm时，H1=H+0.2mm。
H为模具方铁高度，如图4-4所示。
图4-4
5）.支撑柱的装配支撑柱必须用螺丝安装在底板上，支撑头用黄牌钢或高碳钢。
本模架采用四个支撑柱，直径为30mm。
由于模架宽为400mm,方铁高100mm,所以支撑柱长度为100.1mm，黄牌钢[1]。
4.7.2定位圈
定位圈又称法兰，将模具安装在注射机上时，它起初定位作用，保证注射机料筒喷嘴与模具浇口套同轴。
同时定位圈还有压住浇口套的作用。
本模架定位圈直径选为100mm，常用规格为φ35xφ100x15,连接螺钉选为：
M6x20.0mm，直径对称位置安装两个，如图4-5、4-6所示。
图4-5图4-6
4.7.3顶棍孔
顶棍孔的作用是：
模具注射完毕，经冷却，固化后开模，注射机顶棍通过顶棍孔，推动推杆固定板，将制品推离模具。
顶棍孔加工在模具底板上，当注射机有推杆固定板拉回功能时，在拉杆底板上还要加工连接螺孔。
本模架选用一个直径为38mm的顶棍孔。
4.7.4限位钉
在推杆固定板和模具底板之间按模架大小或高度加设小圆形支承柱，作用是减少推杆底板和模具底板的接触面积，防止因掉入垃圾或模具变形，导致推杆复位不良。
这些小圆形支承柱称限位钉。
限位钉通过过盈配合固定于模具底板上[1]。
本模架限位钉大端直径取φ16mm，个数取4个，如图4-7所示。
图4-7
4.7.5紧固螺钉
模具中的零件按其在工作过程中是否要分开，可分为相对活动零件和相对固定零件两大类。
其中相对固定的零件通常都用螺钉来连接。
本模架中凹凸模仁与AB板之间，定位圈、唧嘴与面板之间采用了内六角螺钉，且分别采用了M10和M6的螺钉进行紧固,如图4-8所示。
图4-8
4.8模具部分安装尺寸的校核
注塑机能生产出合格产品的前提是模具能顺利的安装在注射机上，在选注射机时必须校核注塑机上与模具安装有关的尺寸。
不同型号的注塑机，其安装模具部位的尺寸各不相同。
要校核的主要尺寸包括模具最大和最小厚度，模具的长宽，喷嘴尺寸，以及定位圈尺寸[1]。
4.8.1模具厚度的校核
模具厚度的最大最小值应在注射机规定的最大最小值之间，这样模板闭合时才能达到规定的锁模力。
本设计中模具的厚度为261mm，在注塑机的最大300mm与最小200mm范围内，能满足要求[1]。
4.8.2模具的长度和宽度校核
要校核长度和宽度，主要是考虑模具在注塑机上的固定方式。
通常不配套生产的模具都采用压板固定方式固定，只需模具动、定固定板上有螺钉孔即可。
本套模具的长度为300mm，宽度为250mm，在注塑机拉杆间距260mm×3600mm之间，故能够满足安装要求[1]。
4.8.3定位圈尺寸的校核
模具上的定位圈和注塑机固定板上的定位孔都是按
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