注塑wk外壳注塑模实体设计过程.docx

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注塑wk外壳注塑模实体设计过程

大学分校

毕业设计

题目外壳塑模设计说明书

专业模具制造与设计

班级03级模2班

学生延

学号2003103211

指导教师钱书琨

2006年5月26日

毕业设计（论文）内容及要求：

一、设计内容：

1、绘制产品零件图。

2、绘制模具装配图。

3、绘制整套模具零件图（标准件除外）。

4、编写设计说明书。

二、生产纲领：

中批量生产

制件精度达IT4级

三、设计要求：

1、模具结构设计合理，工艺性好。

设计计算正确，参数选用合理。

2、模具绘图布局合理，视图完整、清晰，各项内容符合规范。

3、模具装配图采用CAD绘制并打印成0号图纸，要求完成图纸量为折合0号图纸不低于2张。

4、设计说明书内容详尽，版面合理，计算数据准确无误，字迹工整；插图清晰；说明书必须全部打印，字数尽量能达两万字，同时上交电子文档。

四、设计时间：

200年1月11日~2006年5月30日。

指导老师：

2004年11月28日

共21页第1页

一、塑件的分析……………………………………………

（2）

二、形腔数目的决定及排布…………………………………（5）

三、分型面的选择……………………………………………（6）

四、选取模架及确定模架总体尺寸与结构形式………（7）

五、浇注系统的设计…………………………………………（8）

六、注射机的型号和规格校核……………………………（9）

七、成型零部件的工作尺寸计算…………………………（10）

八、导柱导向机构的设计…………………………………（12）

九、侧向抽芯机构的设计…………………………（13）

一十、推出机构的设计……………………………………（15）

一十一、温控系统的设计…………………………………（17）

十二、模具的结构分析及动作原理……………………..（18）

十三、注射机参数的较核及模具总体结构的修正………（19）

十四、设计小结…………………………………………（20）

十五、参考文献…………………………………………（21）

共21页第2页

第一部分塑件的分析

该塑件选用塑料为ABS

ABS中文名：

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名：

Acrylinitrile-Butadiene-Styrene

基本特性：

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/cm

，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有极好的抗冲击强弃，且有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、化学稳定性和电气性能。

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；容易产生熔接痕，模具设计时应尽量减少浇注对料流的应力；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，模具温度可以控制在50~60℃。

综合性能：

比重：

1.02~1.16g/cm

。

比容：

0.86~0.98g/cm

熔点130~160℃。

压缩比：

1.84~2.30

热变形温度：

1.88MPa----48oC0.46MPa----60~82oC抗拉屈服强度:

22~39MPa

拉伸弹性模量：

0.84~0.95GPa

弯曲强度：

25~40MPa

弯曲弹性模量：

1.1~1.4GPa

压缩强度：

225MPa

疲劳强度：

11Mpa（107周）

共21页第3页

脆化温度：

-70

ABS的注射工艺参数：

注射机类型：

螺杆式

螺杆转速：

30~60（r/min）

喷嘴形式：

直通式

喷嘴温度：

180~190oC

料筒温度：

前段200~210oC

中段210~230oC

后段180~200oC

模具温度：

50~70oC

注射压力：

70~90Mpa

保压力：

50~70Mpa

注射时间：

3~5S

保压时间：

15~30S

冷却时间：

15~30s

成型周期：

40~70s

塑件图如页所示：

共21页第4页

塑件的工作条件对精度要求一般，根据ABS的性能可选择其塑件的精度等级为4等级（查阅《塑料成型工艺与模具设计》P66表3-9）。

经计算的塑件的面积为：

S

=3972.21mm

得塑件的体积为：

塑件的质量为：

第二部分型腔数目的决定及排布

已知的体积V塑或质量W塑，又因为此产品属中批量生产的中型塑件，但制件尺寸、精度、表面粗糙度一般，综合考虑生产率和生产成本及产品质量等各种因素，以及注射机的型号选择，初步确定采用一模一腔排布,分流道直径可选1.5~9.5mm。

由塑件的外形尺寸和机械加工的因素，确定采用侧浇口，根椐塑件的材料及尺寸，浇口直径可选1.4~1.8mm。

排布图如下图示：

共21页第5页

型腔数目及排布图

第三部分分型面的选择

塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模件精度要角度考虑，应有利于塑件滞留在动模一侧，以便于脱模，而且不影响塑件的质量和外观形状，以及尺寸精度。

共21页第6页

分型如下图

分型面图

第四部分选取模架及确定模架总体尺寸与结构形式

根据塑件整体尺寸和型腔数目及考虑两侧抽芯机构所需的空间，选取标准模架

其总体尺寸与结构形式如下图：

共21页第7页

第五部分浇注系统的初步估计

浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。

浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。

根据塑件的形状采用推杆推出。

由于采用侧浇口，从塑件的中央环形处向两侧浇注，单分型面，分流道采用半圆形截面，分流道开设在动模型芯上，主流道从模具中心直下，在定模座板与定模型芯中采用主流道衬套，设置拉料杆和倒锥形冷料穴。

浇注系统图

根据塑件的外形尺寸和质量等决定影响因素，初步取值如下：

d=4mmD=5mmR=15mmh=2.31mmd1=1mm

H1=5mmH2=1mml=18mmL=44mma=2。

初步估算浇注系统的体积，V浇=1.5~2cm3。

其质量约为：

W浇=V浇×r塑≈2g。

共21页第8页

S=（n×W塑+W浇）/0.8

=（1×31.6+2）/0.8

=42g

V总=V浇+V塑=2+15.345=17.345cm3

第六部分注射机的型号和规格

结合所选标准模架的总体尺寸为320×300×225mm及浇注系统与塑件所需的总注射量为17.345cm3，选择用注射机型号为：

XS-ZY-125。

注射机的技术规格如下:

型号：

XS-ZY-125

额定注射量（cm3）：

125

螺杆直径（mm）：

42

注射压力（MPa）：

120

注射行程（mm）：

115

注射时间（s）：

1.6

螺杆转速（r/min）29

注射方式：

螺杆式

合模力kN）：

900

最大成型面积（cm2）320

最大开（合）模行程（mm）：

300

模具最大厚度（mm）：

300

模具最小厚度（mm）：

200

拉杆空间（mm）：

260×290

动、定模固定板尺寸（mm）：

428×458

合模方式：

液压-机械

电动机功率（kw）：

1

螺杆驱动功率（kw）：

4

共21页第9页

加热功率（kw）5

机器外形尺寸（mm）3340×750×1550

第七部分成型零部件的工作尺寸计算

1、产生偏差的原因：

①．塑料的成型收缩　　　成型收缩引起制品产生尺寸偏差的原因有：

预定收缩率（设计算成型零部件工作尺寸所用的收缩率）与制品实际收缩率之间的误差；成型过程中，收缩率可能在其最大值和最小值之间发生的波动。

σs=（Smax-Smin）×制品尺寸

σs——成型收缩率波动引起的制品的尺寸偏差。

Smax、Smin——分别是制品的最大收缩率和最小收缩率。

②．成型零部件的制造偏差　　工作尺寸的制造偏差包括加工偏差和装配偏差。

③．成型零部件的磨损

２、本产品为ABS制品，属于中批量生产的中型塑件，预定的收缩率的最大值和最小值分别取0.8%和0.3％。

平均收缩率s¯为0.55%,此产品采用4级精度，属于一般精度制品。

因此，凸凹模径向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造与作用修正系数x取值可在0.5~0.75的围之间，凸凹模各处工作尺寸的制造公差，因一般机械加工的型腔和型芯的制造公差可达到IT７～IT８级，综合参考，相关计算具体如下：

共21页第10页

定模型芯图A中：

（LM1）0-δz=[（1+s¯）LM1S+0.75×Δ]0-δz

=[（1+0.55%）×36+0.5×0.26]0-0.26/3

=39.3930-0.09mm

（HM1）0-δz=[（1+s¯）HM1S+0.75×Δ]0-δz

=[（1+0.55%）×23+0.75×0.22]0-0.22/3

=23.2920-0.07mm

动模型芯图B中：

（LM1）0-δz=[（1+s¯）LM1S+0.75×Δ]0-δz

=[（1+0.55%）×36+0.5×0.26]0-0.26/3

=39.3930-0.09mm

型腔图C中：

（LM3）0+δz=[（1+s¯）LM3s-0.5×Δ]0+δz

　　　　=[（1+0.55%）×114-0.75×0.5]0+0.5/3

=114.2520+0.17mm

（LM4）0-δz=[（1+s¯）LM4S+0.75×Δ]0-δz

=[（1+0.55%）×108+0.5×0.75]0-0.5/3

=108.9690-0.17mm

（HM3）0+δz=[（1+s¯）HMSs-0.75×Δ]0+δz

=[（1+0.55%）×15-0.75×0.14]0+0.14/3

=14.97750+0.05mm

（HM4）0+δz=[（1+s¯）HM4s-0.75×Δ]0+δz

=[（1+0.55%）×9-0.75×0.16]0+0.16/3

=8.92950+0.05mm

型腔图D中：

（LM5）0+δz=[（1+s¯）LM5s-0.75×Δ]0+δz

　　　　=[（1+0.55%）×8-0.75×0.16]0+0.16/3

=7.9240+0.05mm

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（LM6）0+δz=[（1+s¯）LM6s-0.75×Δ]0+δz

　　　　=[（1+0.55%）×44-0.75×0.28]0+0.28/3

=44.0320+0.09mm

3、成型零件的强度、刚度分析

注射模在其工作过程中需要承受多种外力，如注射压力、保压力、合模力和脱模力等。

如果外力过大，注射模及其成型零部件将会产生塑性变形或断裂破坏，或产生较大的弹性弯曲形变，引起成型零部件在他们的对接面或粘合面处出现较大的间隙，由此而引发溢料及飞边现象，从而导致整个模具失效或无法达到技术质量要求。

因此，在模具设计时，成型零件的强度和刚度计算和校核是必不可少的。

一般来说，凹模型腔的恻壁厚度和底部厚度可以利用强度计算决定，并且凹模和型心通常都是由制品形成或制品上的孔决定，设计时应该对他们进行强度校核，但是，由于在设计时采用的是凸肩式矩形型腔镶嵌在动模板中，动模板有足够的厚度和强度保护型腔，据经验可知，此模具的型腔在浇注成型时是不可能被破坏的，故无需对型腔进行侧壁和底板厚度的计算与较核。

此型腔侧壁厚取经验值即可。

第八部分导柱导向机构的设计

导柱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、导柱导向机构的作用：

1、定位件用：

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，在模具的装配过程中也起定位作用，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、承受一定的侧向压力。

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导柱导套的选择：

导柱导套结构形式及尺寸如下图：

其材料采用20钢淬火处理，硬度为50~55HRC。

导柱、导套固定部分表面粗糙度Ra为0.8

，导向部分表面粗糙度Ra为0.8~0.4

，具体尺寸如上图所示。

定端与模板间用H7/m6或H7/k6的过渡配合,导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。

布局形式如又图所示：

第九部分侧向抽芯机构的设计

根据塑件结构的要求，两侧有各有一个孔，所以在模具两侧均设有侧向抽芯机构，侧向抽芯的两根斜导柱在动模板上呈左右对称分布。

导柱斜导柱结构图：

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1确定抽芯距离：

塑件孔壁厚为3mm所以S=3+（2~3）mm取5mm

2由于塑件壁厚较小抽芯滑块移动距离小，所以设计斜导柱设计为15°长度得保证滑快不脱离导柱，也不能高于动模板，影响注射机安装

3长度设计：

由公式计算的

L=L1+L2+L3+L4+L5=d2/2*tga+h/cosa+d/2*tga+s/sina+5~10mm=60.6mm

4：

滑块和导槽的设计；有模具的结构图可一看出滑块和侧型芯是分开做的，并且通过销钉连接成组合式

这样，侧抽芯可有车床加工圆形，制造精度高。

滑块和导槽采用组合式。

由于抽芯距离较短所以长度只要符合滑块在开模的定位即可。

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第十部分推出机构的设计

1、推出机构的组成

推出机构由推出零件、推出零件固定板和推板、推出机构的导向与复位部件组成。

即推件板、推件板紧固螺钉、推板固定板、推杆垫板、顶板导柱、顶板导套以及推板紧固螺钉。

2、设计原则：

a、推出机构应尽量设在动模一侧；

b、保证塑件不因推出而变形损坏；

c、机构简单动作可靠；

d、合模时的正确复位。

3、脱模力的计算：

根据力平衡原理，列出平衡方程式：

∑Fx=0

Ft+Fbsinα=Fcosα

Fb塑件对型芯的包紧力；

F脱模时型芯所受的摩擦力；

Ft脱模力；

α型芯的脱模斜度。

又：

F=Fbμ

于是Ft=Fb（μcosα-sinα）

而包紧力为包容型芯的面积与单位面积上包紧力之积，即：

Fb=Ap

由此可得：

Ft=Ap（μcosα-sinα）

式中：

μ为塑料对钢的摩擦系数，约为0.1~0.3；

A为塑件包容型芯的总面积；

p为塑件对型芯的单位面积上的包紧力，在一般情况下，模外冷却的塑

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件p取2.4~3.9×107Pa;模冷却的塑件p约取0.8~1.2×107Pa。

所以:

经计算，A=791.28mm2,μ取0.25,p取1×107Pa,取α=45′。

Ft=615.44×10-6×1×107（0.25×cos45′-sin45′）

=1976.39N。

因此，脱模力的大小随塑件包容型芯的面积增加而增大，随脱模斜度的增加而减小。

由于影响脱模力大小的因素很多，如推出机构本身运动时的摩擦阻力、塑料与钢材间的粘附力、大气压力及成型工艺条件的波动等等，因此要考虑到所有因素的影响较困难，而且也只能是个近似值。

4、用推杆推出机构中，为了减少推杆与型腔的摩擦，在推杆与型腔间留0.20~0.25mm的间隙，并用锥面配合，防止推件因偏心而溢料。

5、推杆的布置及结构形式如下图所示：

复位零件：

因为推杆顶面直接成型塑件表面，要求完好无损，为避免其顶面受损，故合模时需采用复位杆先与定模板接触进行复位。

其布置形式如下图所示：

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6、排气系统：

当塑料熔体填充型腔时,必须顺序排出型腔及浇注系统的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。

如果型腔因各种原因而产生的气体不被排除干净,一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷，另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦（褐色斑纹），同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此设计型腔时必须考虑排气问题。

有时在注射成型过程中，为保证型腔充填量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的熔接强度，还需在塑料最后充填到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。

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，其间隙为0.03~0.05mm。

第十一部分温控系统设计

基本原则：

熔体热量95%由冷却介质（水）带走，冷却时间占成型周期的2/3。

注射模冷却系统设计原则：

1.冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大型腔表面的温度与冷却水道的数量、截面

尺寸及冷却水的温度有关。

2．冷却水道至型腔表面距离应尽量相等当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型腔表面最好距离相等，但是当塑件不均匀时，厚的地方冷却水道到型腔表面的距离应近一些，间距也可适当小一些。

一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10mm，常用12~15mm.

3．浇口处加强冷却塑料熔体充填型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，因此浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设置在浇口附近，使浇口附近的模具在较低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。

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4．冷却水道出、入口温差应尽量小如果冷却水道较长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。

冷却水道的总长度的计算可公式：

Lw=Aw/π

Lw——冷却水道总长度Aw——热传导面积Dw——冷却水道直径

根据模具结构要求，冷却水道长度

5．冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置聚乙烯的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。

6．冷却水道不应穿过镶块或其接缝部位,以防漏水

7．进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧,通常应设在注塑机的背面

冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度；冷却水道要易于加工清理一般水道孔径为10mm左右，不小于8mm。

根据此套模具结构，采用孔径为8mm的冷却水道。

按照以上原则，此模具的冷却水道只能开设在定模板上，呈左右对称分布，冷却系统的结构设计如图：

第十二部分模具的结构分析及动作原理

1.此模具不设加料腔，设有浇注系统，熔体通过浇注系统充满型腔。

2.塑料熔体进入浇注系统之前，模具已经闭合，在注塑过程当中需根据塑

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料特性，在模具中设冷却系统。

3.该模具采用单分型面注射模，型腔设在动模，型芯分定模型芯和动模型芯两个，塑件两侧孔均设有滑块侧抽芯机构，其主流道设在定模一侧，从模具中央直下到动模型芯处，分流道设在动模型芯上，由主流道末端沿塑件长度方向两侧延伸对称开设，开模后塑料制品连同流道凝塑一起留在动模上，动模一侧设有推杆推出机构，用以推出制品及流道凝料

4.注射模具生产适应性强，生产率高，容易产生自动化。

5.注射模一般是机动的，结构一般较复杂，因而周期较长，成本较高。

第十三部分注射机参数的较核及模具总体结构的修正

本模具选用的是注射机XS-Z-60型号：

由于本模具是一模一腔；故由前面的计算知道型腔，注射量，投影面积和锁模力，注射压力均满足要求.本模具的外形尺寸为：

220mmX160mmX195mm.XS-ZY-125型号的注射机模板最大安装尺寸为428mmX458mm,故能满足安装要求。

由图可知本模具的闭合高度为H=225mm，XS-ZY-125型号的注射机所容许模具的最小厚度Hmin=200mm,最大厚度Hmax=300mm,机模具满足Hmin

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经查资料；XS-ZY-125型号的注射机的最大开模行程S=300mm

H制料=H件+H浇料=57mm

满足要求S>H制料+H推+（5—10）=54+25+10=89mm

综合上述：

XS-Z-60型号注射机能满足使用要求

故：

该模具结构无需修正，各尺寸均保持原样不变。

第十四部分设计总结

为期半个月的毕业设计终于熬出了头，此时此刻，一种如释重负的轻松感我似乎有点不太习惯，但捧着自己辛勤的结晶，心中的苦楚与酸涩早已被浓浓的成就感所融化回想起设计的日日夜夜，一点

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一线都记忆犹新。

通过这次设计，我由衷的感慨，做为一名模具设计者真不简单。

自始自终，从计算到出图，再到修正，使我对模具结构原理，及其成型工艺都掌握得十分清楚，使我对选材，热处理及精度公差等又有了更深的认识。

通过这次设计，我懂得，不仅要把模具设计好，而且要知道根据实际生产条件，同时考虑经济与效益，以最低的成本，设计最合乎要求的模具，赢得最多的效益。

总之，这次毕业设计是我人生道路的开始，我将沿设计之路矢志不移的走下去，刻苦钻研，奋力拼搏，争取早日成为模具工程师，实现自己的人生价值。

第十五部分参考文献

1.屈华昌主编.塑料成型工艺与模具设计.：

机械工业，1995

2.黄毅宏、明辉主编模具制造工艺.：

机械工业，1999.6.

3.《塑料模设计手册》编写组编著.塑料模设计手册.：

机械工业，2002.7.

4.绍林，马长福主编.实用模具技术手册.：

科学技术文献，2000.6.

5.王树勋主编.注塑模具设计与制造实用技术.：

华南理工大学，1996.1.

6.绍林主编.塑料·橡胶成型模具设计手册.：

机械工业，2000.9.

7.塑料模具技术手册/《塑料模具技术手册》编委会编.：

机械工业，1997.6.

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