心式音乐盒后盖注塑模具设计.docx

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心式音乐盒后盖注塑模具设计

【摘要】：

塑料制品已在工业，农业，国防和日常生活中的方面得到广泛应用。

特别是在电子业中则为突出。

电子产品的外客大部分是塑料制品，产品性能的提高要求高素质的塑料模具和塑料性能。

注射模的基本组成是：

定模机构，动模机构，浇注系统，导向装置，顶出机构，芯机构，冷却和加热装置，排气系统。

音乐盒后盖的注塑材料首先选用ABS，音乐盒的后盖绝大部分的决定了音乐盒的重心的位置的所在。

应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给音乐盒后盖的表面带来更多的熔接痕和气孔。

也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。

因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。

【关键词】：

塑料，ABS，Por/E,凹凸模

【Abstract】:

plasticproductsalreadyinindustry,agriculture,nationaldefenseandindailylifeiswidelyused.Especiallyintheelectronicsindustryisforoutstanding.Electronicproductsaremostsurroundplastics,improveproductperformancerequirementsofplasticmoldandplastichighperformance.Injectionmouldisthebasiccomponent:

moldinstitution,theorganization,guidance,gatingsystem,theagency,thecoremechanism,coolingandheatingdevice,exhaustsystem.Themusicboxcoverplasticmaterialselection,musicboxabovethecoverofABS,mostofthemusicboxgravitydeterminesthelocationoftheplace.TheapplicationofplasticconsultantPro/EofimitationofCAEinjection,musicboxthatwillgivebacksurfacetobringmoreweld1ineandporosity.Alsocanusereliableprecisionmould,butsuchwordstolocatethehighcostandeasycausemoulddamage.appropriateuseofembeddedpartscansolvetheseproblems,butcan'tuseexcessiveembeddedparts,otherwiseitwillcausethestrengthandstiffnessofthecavity.

【Keywords】:

plastic,ABS,Por/E,bump

前言

模具课程设计是在完成塑料模具设计相关专业课程学习之后,一个重要的综合性环节.在设计之前,要模具模具备机械制图,公差与技术测量,机械原理以及零件,模具材料及热处理,模具制造工艺,塑件成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识.初步了解塑料模具的典型结构。

在现在工业生产中，模具是重要的工艺装备之一，它在铸造、冲压、锻造、塑料、橡胶、玻璃，粉末冶金和陶瓷制品等，生产行业中得到了广泛的应用，随着我国加入WTO后，中国的制造业快速发展，现在，模具工业的发展代表一个国家的工业发展水平，由于模具可以提高生产力，节约能源，降低成本，因此模具促进了模具工业的发展，模具设计与制造部门肩负着为相关企业和部门提供产品的重任，近年来，我国已有自己的模具制造也，虽然有了一定的规模，但是每年还要从国外进口大量的模具，说明我们还很落后，尤其是近年CAD/CAM/CAE的广泛应用为模具的发展开发了广阔的前景，现在，我们与发达国家还有一定的差距，为了尽快改变这种情况，国家已采取了措施争取在最短的时间内使模具生产基本适应各行各业的需要，掌握生产精密、复杂、大型、长寿命模具的技术，并使模具标准件实现大批量生产和应用。

本课程设计是在学生学完模具制造工艺学理论课并进行了生产实习之后进行的一个重要实践教学环节。

通过本次设计要达到以下目的：

1、巩固与扩充模具制造工艺学课程所学的知识，加深对模具零部件制造基本方法与模具装配技术的理解，掌握制订模具制造工艺规程的方法。

2、综合运用本专业所学课程的知识，解决生产中实际问题，从而全面提高学生从事工程技术工作的能力。

包括设计能力、绘图能力、技术分析与决策的能力、文献检索能力以及撰写技术论文能力等等。

3、通过计算，绘图的运用技术标准，规范，手册等有关设计资料，进行塑料模具设计全面的基本技能训练，为毕业设计打下一个良好的实践基础。

养成严肃、认真、细微地从事技术工作的优良作风。

目录

摘要2

Abstract2

前言……………………………………………………………………………………3

第一章塑件的成形工艺性分析5

1.1塑件成型工艺分析………………………………………………………………………5

1.2 心式音乐盒后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数6

1.2.1 ABS塑料主要的性能指标6

1.2.2 ABS的注射成型工艺参数6

第二章注塑设备的选择8

2.1估算塑件体积....................................................................................................................8

2.2  选择注射机9

2.3  心式音乐盒后盖模架的选定10

2.4 最大注射压力的校核10

2.4.1最大注塑量的校核10

2.4.2锁模力校核11

2.4.3    模具与注塑机安装部分相关尺寸校核11

第三章     塑料件的工艺尺寸的计算12

3.1  型腔的径向尺寸12

3.2  型芯的计算13

3.2.1 芯径向尺寸的计算14

3.2.2 型芯高度尺寸的计算15

3.3 模具型腔壁厚的计算15

第四章  浇注系统的设计14

4.1  主流道设计14

4.2冷料井设计15

4.3分流道设计15

4.3.1 分流道设计要点15

4.3.2 分流道的长度16

4.3.3    分流道的断面18

4.3.4 分流道的布局19

4.4 浇口选择19

第五章 分型面的选择与排气系统的设计21

5.1分型面的选择21

5.2 排气糟的设计22

第六章 合模导向机构的设计22

第七章脱模机构的设计24

第八章模具冷却系统的设计27

8.1 模具加热系统的设计27

第九章模具的装配28

9.1 模具的装配顺序29

9.2开模过程分析31

设计总结32

参考资料………………………………………………………………………………………..33

第一章塑件的成形工艺性分析

1.1塑件成型工艺分析

如图1.1-1.2所示

图1.1心式音乐盒后盖

心式音乐盒后盖的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。

心式音乐盒后盖的注塑材料首先选用ABS，心式音乐盒的后盖绝大部分的决定了心式音乐盒的重心的位置的所在。

所以我们必须很好多处理后盖壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。

由于心式音乐盒后盖的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。

主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用双浇口，但应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给心式音乐盒后盖的表面带来更多的熔接痕和气孔。

也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。

因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。

1.2 心式音乐盒后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。

因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。

同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。

如表所示：

1.2.1 ABS塑料主要的性能指标：

密度      （Kg.dm-3）     1.13——1.14

收缩率      %      0.3~0.8

熔 点      ℃       130~160

热变形温度 45N/cm   65~98

弯曲强度   Mpa    80

拉伸强度   MPa  35~49

拉伸弹性模量 GPa   1.8

弯曲弹性模量  Gpa  1.4

压缩强度    Mpa     18~39

缺口冲击强度 kJ/㎡    11~20

硬 度    HR     R62~86

体积电阻系数 Ωcm   1013

 击穿电压 Kv.mm-1    15

介电常数            60Hz3.7

1.2.2 ABS的注射成型工艺参数:

注塑机类型：

螺杆式、喷嘴形式、通用式   

料筒一区  150——170

料筒二区  180——190

料筒三区  200——210

喷嘴温度  180——190

模具温度  50——70

注塑压     60——100

保压      40——60

注塑时间  2——5

保压时间  5——10

冷却时间  5——15

周期      15——30

后处理    红外线烘箱

温度（70）

时间（0.3——1）

由为重要的是因为目前原油价格的下降，导致ABS的市场价格大幅度的下跌。

第二章注塑设备的选择

2.1 估算塑件体积

估算塑件体积和质量：

该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为，计算其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。

使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。

另预置浇道凝料为2cm3因此估算塑件体积为9cm3。

2.2  选择注射机

根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为SZ-40/25.

注塑机的参数如下：

注塑机最大注塑量：

40cm3

注塑压力：

200/Mpa  

注塑速率：

50（g/s）

塑化能力：

20（Kg/h）        

锁模力：

2500KN

注塑机拉行间距：

250×250mm

顶出行程：

55mm                      

最小模厚：

130mm

最大模厚：

220mm

模板行程：

230mm                    

注塑机定位孔直径：

55mm              

喷嘴球半径：

SR10

2.3  心式音乐盒后盖模架的选定

根据塑件选定模架为：

S2030—B—I—35—35—70。

见图2.1：

图2.1后盖塑件模架

2.4 最大注射压力的校核

心式音乐盒后盖的原料为ABS，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为200MPa，所以注射压力符合要求。

2.4.1最大注塑量的校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。

所以选用的注塑机最大注塑量应满足：

0.8V机 ≥V塑＋V浇

式中    V机————注塑机的最大注塑量，40cm3

         V塑————塑件的体积，该产品V塑＝18cm3

         V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝2cm3

 故     V机≥（18+4）cm3

2.4.2锁模力校核

 F锁﹥pA

式中     p————熔融型料在型腔内的压力，该产品           

A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=4641mm3

F锁————注塑机的额定锁模力。

故   F锁＞pA=200Mpa×4641mm3选定的注塑机的压力为2500KN，满足要求。

2.4.3    模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

A模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具长×模具宽<拉杆面积

B模具闭合高度校核

Hmin————注塑机允许最小模厚=130mm

Hmax————注塑机允许最大模厚=220mm

H——————模具闭合高度=180mm

故满足Hmax＞H＞Hmin。

（1）开模行程校核

  注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：

   S机————注塑机最大开模行程，230mm;

    H1———顶出距离，16mm；

    H2————包括浇注系统在内的塑件高度，52mm;

      S机－（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）

因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。

故：

230－（180－130）＞62＋（5～10）满足条件 

第三章塑料件的工艺尺寸的计算

 所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。

（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。

由于心式音乐盒后盖须与前盖配合，所以只有心式音乐盒后盖的边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有心式音乐盒后盖与电池盖的配合，故需要计算相对于榫和铰链的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。

因ABS的成型收缩率为0.4～0.7%,所以平均收缩率取S=0.5%

 3.1  型腔的径向尺寸

（LM）0+δ=[（1+S）Ls-（0.5～0.75）△]0+δ=[1.008×Ls-0.75△]0+δ

 其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。

塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δz为模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：

（一）、Ls=81mm.经计算得：

LM=79.440+0.32mm;

（二）、 Ls=1mm.经计算得：

LM=0.79550+0.07mm;

（三）、 Ls=5.5mm.经计算得：

LM=5.3250+0.085mm;

（四）、 Ls=1.8mm.经计算得：

LM=1.5990+0.07mm;

（五）、 Ls=10mm.经计算得：

LM=9.780+0.1mm;

（六）、 Ls=7mm.经计算得：

LM=6.750+0.1mm;

（七）、 Ls=2mm.经计算得：

LM=1.8060+0.07mm;

（八）、 Ls=3mm.经计算得：

LM=2.8140+0.07mm;

（九）、 Ls=4mm.经计算得：

LM=3.7770+0.085mm;

（十）、 Ls=6mm.经计算得：

LM=5.7930+0.085mm;

（十一）、 Ls=8mm.经计算得：

LM=7.7640+0.0.1mm;

（十二）、 Ls=16mm.经计算得：

LM=15.7230+0.14mm;

（十三）、 Ls=12mm.经计算得：

LM=11.7960+0.01mm

3.2  型芯的计算

如图所示：

图3.1型心

3.2.1 芯径向尺寸的计算：

LM=[（1+S）Ls+3/4△]-Ó0

其各字母的含义与前相同，型芯按六级精度制造，根据型芯的基本尺寸，代入数据得：

（一）、Ls=81mm经计算得：

LM=82.4050-0.32mm;

（二）、Ls=1mm经计算得：

LM=1.2150-0.07mm;

（三）、Ls=5.5mm经计算得：

LM=5.7450-0.085mm;

（四）、Ls=1.8mm经计算得：

LM=2.0190-0.07mm;

（五）、 Ls=10mm.经计算得：

LM=10.480-0.1mm

（六）、 Ls=7mm.经计算得：

LM=7.4080-0.1mm;

（七）、 Ls=2mm.经计算得：

LM=2.2260-0.07mm;

（八）、 Ls=3mm.经计算得：

LM=3.2340-0.07mm;

（九）、 Ls=4mm.经计算得：

LM=4.2770-0.085mm;

（十）、 Ls=6mm.经计算得：

LM=6.3030-0.1mm;

 （十一）、 Ls=8mm.经计算得：

LM=8.3640-0.1mm;

 （十二）、 Ls=16mm.经计算得：

LM=16.5330-0.14mm;

 （十三）、 Ls=12mm.经计算得：

LM=12.3960-0.1mm;

3.2.2 型芯高度尺寸的计算：

HM=[（1+S）Hs+3/4△]-Ó0,按六级精度制造

 Hs=15mm经计算得：

HM=15.4870-0.13mm;

3.3 模具型腔壁厚的计算

  如果是利用计算公式的话比较烦琐，且不能保证在生产中的精确性，我们可以根据书中的经验值来取的。

成型零件材料选择。

为实现高性能的目的；选用模具材料应具有高耐磨性，高耐蚀睡，良好的稳定性和良好的导热性。

必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小，但不需要耐腐蚀性，因为ABS没有腐蚀性。

可以采用Cr12，经过调质，淬火加低温回火，正火。

HRC≥55。

可以去型腔壁厚为：

0.20L+17=33。

第四章  浇注系统的设计

 普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，可以才用一模两腔，浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则：

（1）型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。

（2） 型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。

（3）  系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：

尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。

（4）  对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。

（5） 满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。

（6）浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

 4.1  主流道设计

主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它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，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。

主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。

塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动减断。

采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形，锥度为3，内表面的粗糙度为Ra0.8微米,孔径为0.5毫米。

主流道的设计要点如下：

（1）   为便于从主流道中拉出浇注系统的凝料以及考虑塑料熔体的膨胀，主流道设计成圆锥形，因ABS的流动性为中性，故其锥度取3度，过大会造成流速减慢，易成涡流，内壁粗糙度为R0.8um。

（2）   主流道大端呈圆角，其半径取r=1～3mm,以减少流速转向过渡的阻力，r=1.5mm.

（3）   在保证塑件成形良好的情况下，主流道的长度应尽量短，否则会使主流道的凝料增多，且增加压力损失，使塑料熔体降温过多影响注射成形。

（1）   为使熔融塑料完全进入主流道而不溢出，应使主流道与注射机的喷嘴紧密对接，主流道对接处设计成半球形凹坑，其半径为r2=r1+（1～2）,其小端直径D=d+（0.5～1）,凹坑深度常取3～4mm。

在此模具中取r2=11～12mm。

（2）   由于主流道要与高温高压的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道衬套，以便选用优质钢材单独加工和热处理，其大端兼作定位环，圆盘凸出定模端面的长度H=5～10mm。

同时因该心式音乐盒后盖采用ABS，需加热，所以在主流道处采用电加热以提高料温。

4.2冷料井设计

冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。

冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。

基于本次设计的模具，可采用底部带有拉料杆的冷料井，这类冷料井的底部由一个拉料杆构成。

拉料杆装于型芯固定板上，因此它不能随脱模机构运动。

利用球头形的拉料杆配合冷料井。

 4.3分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。

分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。

但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。

4.3.1 分流道设计要点：

（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。

（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。

对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。

（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。

（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。

4.3.2 分流道的长度

分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。

4.3.3    分流道的断面

分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。

因ABS的推荐断面直径为4.5～9.5（查表4-2），部分塑件常用断面尺寸推荐范围。

分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。

分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表