电话机面板注塑模设计.docx

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电话机面板注塑模设计

XXXX大学

课程设计说明书

学生姓名：

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专业：

题目：

电话机面板注塑模设计

指导教师：

职称:

职称:

20**年12月5日

1前言

光阴似梭，大学四年的学习一晃而过，为具体的检验这四年来的学习效果，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电话机面板的注塑模具。

本次毕业设计课题来源于生活，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。

本次设计以注射电话机面板模具为主线，综合了成型工艺分析，模具结构设计，最后到模具零件的加工方法，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。

能很好的学习致用的效果。

在设计该模具的同时总结了以往模具设计的一般方法、步骤，模具设计中常用的公式、数据、模具结构及零部件。

把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。

在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、Pro/E等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。

1.1模具在加工工业中的地位

模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。

在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。

例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。

对模具的全面要求是：

能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。

以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。

模具影响着制品的质量。

首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。

其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。

在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动

从模具中脱落。

另外模具对制品的成本也有影响。

当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。

现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。

高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。

由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。

因此促进模具的不断向前发展

1.2模具的发展趋势

近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。

从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：

（1）加深理论研究

在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。

（2）高效率、自动化

大量采用各种高效率、自动化的模具结构。

高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。

（3）大型、超小型及高精度

由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。

（4）革新模具制造工艺

在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。

（5）标准化

开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了

成本。

1.3设计在学习模具制造中的作用

通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。

在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。

课程设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。

2塑件的工艺分析

2.1塑件成型工艺分析

如图1.1所示：

图1.1电话机面板

电话机面板的形状较复杂，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。

电话机面板的注塑材料首先选用ABS塑料，我们必须很好的处理面板壁厚的均匀，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。

2.2电话机面板原料（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。

2.2.1ABS塑料主要的性能指标：

密度（g/cm3）1.13——1.14

收缩率%0.3~0.8

熔点℃130~160

热变形温度45N/cm65~98

弯曲强度Mpa80

拉伸强度MPa35~49

拉伸弹性模量GPa1.8

弯曲弹性模量Gpa1.4

压缩强度Mpa18~39

缺口冲击强度kJ/㎡11~20

硬度HRR62~86

体积电阻系数Ωcm1013

击穿电压Kv.mm-115

介电常数60Hz3.7

2.2.2ABS的注射成型工艺参数:

注塑机类型：

螺杆式

喷嘴形式：

直通式

料筒一区200℃——210℃

料筒二区210℃——230℃

料筒三区210℃——230℃

喷嘴温度180℃——200℃

模具温度50℃——70℃

注塑压70Mpa——90Mpa

保压50Mpa——70Mpa

注塑时间3——5S

保压时间15——30S

冷却时间15——30S

周期40——70S

后处理红外线烘箱

温度（70℃）

时间（0.3——1）

3注塑设备的选择

3.1估算塑件体积

估算塑件体积和质量：

电话机面板的注塑模采用单分型面注塑模，一模两腔。

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0.3--0.8，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=1.4564745e+05毫米^3;曲面面积=1.9797653e+05毫米^2;密度=1.1350000e-03公吨/毫米^3;质量=1.6530985e+02公吨。

所生成的塑件如下所示：

另预置浇道凝料为15cm3因此估算塑件体积为150cm3。

3.2选择注射机

根据塑料制品的体积或质量，选定注塑机型号为G54—S200/400，注塑机的参数如下：

注塑机最大注塑量：

200～400cm3

螺杆直径：

55mm

注塑压力：

109Mpa

注射行程：

160mm

锁模力：

2540KN

最大成形面积：

645

最大开合模行程：

260mm

模具最小厚度：

165mm

模具最大厚度：

406mm

喷嘴圆弧半径：

18mm

喷嘴孔直径：

4mm

拉杆空间：

290×368mm

3.3模架的选定

塑件模架见图2.1：

图2.1塑件的模架

3.4最大注射压力的校核

电话机面板的原料为ABS，所需注射为70-90MPa，而所选注射机压力为106MPa，所以注射压力符合要求。

3.4.1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，4000cm3

V塑————塑件的体积，该产品V塑＝146cm3

V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝14cm3

故0.8V机≥（18+4）cm3

3.4.2锁模力校核

F锁﹥pA

式中p————熔融型料在型腔内的压力，注射压力P=106Mpa

A————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=1980mm3

F锁————注塑机的额定锁模力，F锁=2540KN

故F锁＞pA=106Mpa×1980mm3

选定的注塑机的压力为2540KN，满足要求。

3.4.3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=165mm

Hmax————注塑机允许最大模厚=406mm

H——————模具闭合高度=286mm

故满足Hmax＞H＞Hmin。

C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，260mm;

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

4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，型腔深度和型芯高度和尺寸。

由于电话机面板须与后盖配合，所以电话机面板边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有电话机面板与听筒、按键、显示屏的配合，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0.3%～0.8%,所以平均收缩率取S=0.55%。

塑件模具的动模、定模如下所示：

4.1型腔的计算

4.1.1型腔的径向尺寸的计算

（LM）0+δ=[（1+S）Ls-（0.5～0.75）△]0+δ=[1.0055×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1/3～1/4△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：

1．Ls=164mm.经计算得：

LM=164.8720+0.01mm

2．Ls=18mm.经计算得：

LM=18.0690+0.01mm

3．Ls=58mm.经计算得：

LM=58.2890+0.01mm

4．Ls=32mm.经计算得：

LM=32.1460+0.01mm

5．Ls=50mm.经计算得：

LM=50.2450+0.01mm

6．Ls=50mm.经计算得：

LM=50.2450+0.01mm

4.1.2型腔的深度尺寸的计算

（HM）0+δ=[（1+S）Hs-（1/2～2/3）△]0+δ=[1.0055

HS-2/3△]0+δ

其中HM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Hs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1/3～1/4△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：

1．Hs=224mm经计算得：

HM=225.2020+0.01mm

2．Hs=13mm经计算得：

HM=13.04150+0.01mm

3．Hs=23.5mm经计算得：

HM=23.59250+0.01mm

4．Hs=32mm经计算得：

HM=32.1460+0.01mm

5．Hs=3mm经计算得：

HM=2.98650+0.01mm

6．Hs=40mm经计算得：

HM=39.190+0.01mm

4.2型芯的计算

4.2.1型芯径向尺寸的计算：

（LM）-Ó0=[（1+S）Ls+（0.5～0.75）△]-Ó0=[1.0055

Ls-0.75△]-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：

1．Ls=161mm经计算得：

LM=161.85550-0.01mm;

2．Ls=18mm经计算得：

LM=18.0690-0.01mm;

3．Ls=58mm经计算得：

LM=58.2890-0.01mm;

4．Ls=32mm经计算得：

LM=32.1460-0.01mm;

5．Ls=50mm经计算得：

LM=50.2450-0.01mm;

4.2.2型芯高度尺寸的计算：

HM=[（1+S）Hs+（1/2～2/3）△]-Ó0,按六级精度制造

1．Hs=221mm经计算得：

HM=222.18550-0.13mm;

2．Hs=13mm经计算得：

HM=13.04150-0.13mm;

3．Hs=23.5mm经计算得：

HM=23.59250-0.13mm;

4．Hs=32mm经计算得：

HM=32.1460-0.13mm;

5．Hs=3mm经计算得：

HM=2.98650-0.13mm;

4.3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=50（L为塑件的最大外型尺寸）。

5浇注系统的设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。

在设计浇注系统之前必须确定塑件成型位置，采用一模两腔，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。

5.1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2，内表面的粗糙度为Ra0.8微米,孔径为3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2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。

④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=3mm。

⑤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。

同时因该电话机面板采用ABS，需加热，所以在主流道处采用电加热以提高料温。

5.2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。

5.3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。

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。

在多型腔模具中分流道的布置中有平衡和非平衡两种，根据本模具的要求我们选取平衡式，也就是指分流道到各型腔浇口的长度，断面形状，尺寸都相同的布置形式。

它要求各对应部位的尺寸相等。

这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的，是成型的塑件力学性能基本一致。

而且在此模具中不会造成份流道过长的缺点。

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。

5.4浇口选择

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。

其主要作用是：

1型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。

2易于在浇口切除浇注系统的凝料。

浇口截面积约为分流道截面积的0.03～0.09，浇口的长度约为0.5mm～2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。

浇口套如下所示：

6分型面的选择与排气系统的设计

6.1分型面的选择

塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。

定模和动模相接触的面称分型面。

通常有以下原则：

（1）分型面的选择有利于脱模：

分型面应取在塑件尺寸的最大处。

而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。

如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。

拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。

（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。

（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。

（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑

6.2排气糟的设计

塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。

这些气体必须及时排出。

否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。

因该模具为小型模具，且分型面适宜，可利用分型面排气，所以无需设计排气槽。

7合模导向机构的设计

导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。

导向机构的主要作用有：

定位、导向和承受一定侧压力。

定位作用：

为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。

塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。

动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。

由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。

对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。

导柱，导套的结构如下所示：

导柱

导套

8脱模机构的设计

在对电话机面板塑件进行脱模是必须遵循以下原则：

①因为塑料收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。

因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。

②顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强筋，壁厚等处。

作用面积尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。

③为了保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。

将顶杆设计在塑件的内部型腔。

④若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时，对不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。

顶杆多用T8AV、T10A材料，头部淬火硬度达50HRC以上，表面粗糙度取Ra值小于0.8微米，和顶杆孔呈H8/f8配合。

9温度调节系统的设计

在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求有尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。

影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的