平面开关面板注塑模具设计范本模板.docx

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平面开关面板注塑模具设计范本模板

摘要

模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志.塑料工业的飞速发展,对注塑模具的设计与生产提出了质量好、制造精度高、研发周期短等越来越高的要求,能否适应这种需求已成为模具生产企业发展的关键因素。

模具技术是融合机械工程、计算机应用、自动控制、数控技术等学科为一体的综合性学科.

本设计通过对开关面板塑件的结构分析，确定总体的设计方案,包括确定注塑模具分型面、型腔数目,以及设计浇注系统、温度调节系统和顶出系统等。

详细地讨论了模具成型零件包括型芯、型腔的尺寸计算过程，重要零件工艺参数的选择与计算，推出机构、斜顶机构以及其它结构的设计过程.利用软件完成模流分析，找出注塑成型过程中缺陷的种类及位置，提出解决的方法。

设计方案在保证塑件质量与模具结构合理的前提下尽量使结构简单，生产加工成本低、易加工。

关键词：

开关面板；注塑模具；pro/e；浇注系统；注射机

ABSTRACT

Thetechniquelevelofmoldingtoolwhichhasbecameanimportantmarkingtomeasurethelevelofanationalproduct。

Somehigherdemandssuchashighquality，highprecision,shorttimeofR＆Dandsoonwereputforwardsincetherapiddevelopmentofplasticindustry,whethertheycanadapttotheserequirementshasbecominganimportantfactorforthedevelopmentofmoldingproducer.Themoldtechnologyisacomprehensivedisciplinethatcombinesmechanicalengineering,computerapplication,automaticcontrol，numericalcontroltechnologyandsoon。

By the structural analysis of the switch panel to determine the overall design，Including the injection mould parting surface, the number of cavity, and gating system of the injection mold, temperature regulation systems and ejection system.Discussedthe molding parts detailedly，Including the process of core and cavity's size calculation， the selection and calculation of important part’s parameters，the design process of releasing institutions,slant institutions and other structures。

 Using software to complete moldflow analysis，identify the types and location of defects in injection molding process,than propose solutions.In ensuring the quality of plastic parts and the rationality of mold structure，design plan make the structure simply and release cost of production and to process easily。

Keywords:

switch panel;injectionmould;pro/e；Gatingsystem；Injectionmachine

第一章绪论

1。

1设计的目的

毕业设计是将学生在大学四年间所学习的专业知识的重新整合，他通过通过深入实践、了解社会、完成毕业设计任务或撰写论文等诸环节，着重培养学生综合分析和解决问题的能力和独立工作能力，是学习深化、拓宽、综合运用所学知识的重要过程。

让学生课本上的理论知识与具体的实践，工程问题相结合，并加强了自我的创新能力.本课题对机械设计制造及其自动化学院的学生有着重要的意义:

一、培养学生综合分析和解决本专业的一般工程技术问题的独立工作能力,拓宽和深化学生的知识。

通过对开关面板的注塑模具的设计，让学生能够综合应用塑料成型工艺以及模具设计、机械制图、互换性测量技术基础、模具材料及热处理、模具制造工艺、计算机辅助设计（pro/e、cad）等课程知识。

二、培养学生树立正确的设计思想和使用技术资料、国家标准等手册、图册工具书进行设计计算，数据处理，编写技术文件等方面的工作能力，为自己的专业能力打下坚实的基础。

三、进一步增强理论联系实际、调查研究、独立思考、分析和解决问题的能力,了解工程设计的一般程序和方法。

四、培养质量意识。

通过毕业设计，以强化质量意识，使学生学会协调技术性和经济性的矛盾.

1.2模具发展的现状

1.2.1模具的地位

模具是工业生产的基础工艺装备，被称为“工业之母”。

75％的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。

作为国民经济的基础行业，模具涉及机械、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛.

1。

2。

2我国模具发展的现状

我国模具工业从开始到现在，历经半个多世纪，有了很大的发展，近10年来，我国模具行业一直以每年15％的增长速度快速发展，模具出口大幅增长,模具水平和竞争力提高，模具产品结构更趋高档，复杂、精密、长寿命的模具份额提高到30％.我国模具行业的发展在地域分布上存在不平衡性,东南沿海地区发展快于中西部地区.南方的发展快于北方.目前我国模具生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比德、美等国家落后许多,也比韩国、新加坡等国落后而且国内模具市场过早陷入了价格战的误区，还缺乏自主创新的能力,尤其缺乏诚信可靠的市场体系。

1。

2.3模具行业发展趋势

随着塑料成型加工机械和成型模具的迅速增长，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具所占比例越来越大,因此模具行业的发展趋势为:

（1）加深理论研究。

在设计中,对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经由经验设计阶段向理论计算发展。

（2）高效率、自动化。

大量采用各种高效率、自动化的模具结构，提高生产效率，降低成本起了很大作用。

（3）标准化。

开展模具标准化工作,使模版、导柱等通用零件标准化，以适应大规模，成批量的生产。

（4）开发计算机辅助设计与辅助制造。

1。

3设计步骤:

先在网上查找86开关面板实际尺寸，然后利用ＡｕｔｏＣＡＤ绘制三视图，选择塑件的材料，查找材料的各种参数，在对塑件进行结构分析，确定其形腔的布局,合理设计浇注系统、分型面。

运用ｐｒｏ／ｅ绘制开关面板的三维实模型,用ｐｒｏ／ｅ生成与之对应的凹凸模具。

设计塑件模具的合模导向机构、脱模推出机构、温度调节系统并进行校核，再根据模具设计支持零部件，选择标准模具框架,运用ｐｒｏｅ将其装配起来。

第二章平面开关的设计及其选材

2。

1查找尺寸数据并绘制其ＣＡＤ三视图

在图书馆，网上收集８６开关面板的各项数据，然后在ｃａｄ绘制１：

１的开关面板三视图，并标注详细尺寸。

（如图2—1所示）

图2—1开关面板

2.2材料选择及其性能参数:

目前，塑料品种已达３００多种，常见的约有３０多种，其分类方式也各不相同，按制造方法分类：

合成树脂的制造方法主要是依据有机化学中的两种反应，聚合反应和缩聚反应。

按成型性能分类：

根据成型工艺性能，塑料可以分为热塑性塑料和热固性塑料两类，热塑性塑料可以反复加工成型，热固性塑料一旦成型后就不会在融化了.按用途分类：

可以分为通用塑料、工程塑料以及特殊用途的塑料等。

由于开关面板的工作环境需要长时间暴露在外，对材料的耐热性、耐低温性、耐腐蚀性有较高要求,并且要具备一定的抗冲击能力.还要求其易于加工和表面光泽等特点.

经过分析认为丙烯腈-丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）为最佳选择.ABS是目前产量最大，应用最广泛的聚合物,兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能.ABS具有优良的综合物理和机械性能，极好的低温抗冲击性能。

尺寸稳定性。

电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、成品加工和机械加工较好。

ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类,不溶于大部分醇类和经类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代经中。

ABS树脂热变形温度低可燃，耐候性较差.熔融温度在217~237℃,热分解温度在250℃以上.塑料ABS有优良的力学性能,其冲击强度极好,可以在极低的温度下使用；塑料ABS的耐磨性优良,尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和低转速下的轴承。

ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。

ABS的热变形温度为93~118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。

ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性,可在-40~100℃的温度范围内使用。

塑料ABS的电绝缘性较好,并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

塑料ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响,但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。

ABS的注塑成型条件如下表1

表1：

ABS注塑成型条件

料筒温度

注塑压力

模具温度

比重

成型收缩率

180～260℃

49~196Mpa

50~70℃

1.05g/cm3

0。

003~0.008

ABS性质如下表2

表2：

ABS性质

密度

拉伸强度

拉伸弹性模量

冲击韧性

透明度

1。

02～1.07

（g/cm3）

3234~5782/pa×105

1568~2940/pa×105

300~4700

/（N·m/cm2）

半透明

2。

3三维造型及塑件结构、表面质量和尺度分析

2。

3.1三维造型

用pro/e5。

0对开关面板进行三维建模，来生成实体模型.主要运用了:

拉伸，圆角，抽壳，镜像等命令

图2-2开关面板正面

图2—3开关面板背面

2。

3。

2面板结构分析

该塑件的结构十分简单，无过多曲面，总体上为长宽为86×86的正方形，高为8mm，壁厚均匀均为2mm.查询资料得ABS最小壁厚为0。

75mm，因此该塑件满足ABS最小壁厚要求，有利于成型。

由于塑件壳体内部有四个小倒扣,必须采用内抽芯机构，考虑倒扣的尺寸较小,可采用斜顶机构。

2。

3.3表面质量分析

该塑件的表面要求没有缺陷，无毛刺,内部不得有导电杂质，没有其他特别的要求，比较容易实现，注塑时在工艺控制的较好的情况下,其成型要求有保证。

2。

3。

4尺寸精度分析

影响塑件尺寸精度的因素主要有：

塑料材料的收缩率及其波动;塑件结构的复杂程度;成型工艺因素等。

其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。

查表得公差尺寸取MT4。

2.4计算塑件的体积和质量

该塑件的材料为ABS，其密度为1。

02～1。

07（g/cm3），收缩率为0.003～0.008，计算其平均密度为1。

04（g/cm3），收缩率0.005。

利用Pro/e软件对塑件进行体积测算Vn=11。

70cm3

计算塑件的质量为：

（2-1）

代入数据得：

n=11.7×1.04g=12.17g

第三章选择注塑机

根据计算数据以及原材料的各种成型参数初选注射机为XS-ZY-125型注射机,查询得其各项参数如下表3:

表3：

XS—ZY-125注射机参数

机型

XS-ZY—125

注射容量/（cm3）

125

注射压力/105pa

1190

锁模力/10kN

90

螺杆（柱塞）直径/mm

Φ42

模具厚度/mm

最大

300

最小

200

最大注射面积/cm2

320

喷嘴

球半径/mm

12

孔直径/mm

Φ4

模板行程/mm

300

定位孔直径/mm

Φ100

推出

中心孔径/mm

两侧

孔径/mm

Φ22

孔距/mm

230

（有关参数的校核待设计完浇注系统、选好标准模架后进行）

第四章分型面位置及其选择

分型面选择的是否合理对于塑件质量、模具制造与使用性能均有很大的影响，它决定着模具的结构类型,是模具设计工作中的重要环节。

分型面的选择总的原则是保证塑件的质量，且便于塑件脱模和简化模具结构，其主要有以下几点原则：

（1）分型面选择应该尽可能使塑件开模使留在动模.

（2）分型面选择尽可能在不影响外观的部位,并使其产生的溢料毛边易于修整.

（3）分型面的选择应保证塑件尺寸精度.

（4）分型面选择应该有利于排气。

（5）分型面选择应该便于模具零件的加工.

（6）分型面选择应该考虑注射机的技术和规格

总之选择分型面应该考虑各方面的因素的影响，权衡利弊，以取得最佳效果.

综上所述通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在面板截面积最大且利于开模取出，选在塑件的底平面上.如图4—1

图4—1

第五章型腔数的确定和布局

5。

1型腔数目的确定

该塑件是大批量生产,宜采用多型腔注塑模具。

（1）按注射机的额定锁模力确定型腔数，由注射机的额定锁模力应大于将模具分型面胀开的力，有如下公式：

（5—1）

可推得：

（5—2）

公式中：

F-——-注射机的额定锁模力,N;

p————塑料熔体对型腔的平均压力，Mpa；

An——-单个塑件在分型面上的投影面积，mm2

Aj——-浇注系统在分型面上的投影面积，mm2

在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析Aj为（0。

2～0。

5）An，常取

Aj=0。

35An,熔体内的平均压力取决于注射压力，一般约为25～40Mpa,这里取p=30Mpa，注射机的额定锁模力为F=900KN，为了保险起见,这里取F=0。

8×900KN

n≦（0。

8×900000—35×0.35×86×86）/（35×86×86-35×52×68）

n≦4。

7（个）

（2）按注射机的额定注射量来确定型腔数量n，有如下公式：

（5—3）

公式中：

Vg-——-注射机的额定注射量,cm3;

Vj-—--浇注系统的凝料量，cm3；

Vn—-——单个塑件的容量,cm3；

查表得Vg=125mm3,初取Vj=2。

5Vn,Vn=11.7cm3;则

n≦6（个）

在以上两种情况上取得的n值可以为1,2,3,4；本次设计采取的是一模多腔，并考虑到型腔的布局，同时考虑到塑件尺寸，模具结构尺寸的大小关系，以及各种成本费用的关系。

取得n=2.

5。

2型腔布局

多型腔在模具排布上应该主要以下几点：

（1）尽可能采用平衡式排列，以便于构成平衡式浇注系统,确保塑件质量的均一和稳定.

（2）型腔布置和浇口开设部位力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。

（3）尽量使型腔排得紧凑一些，以便于减小模具外形尺寸。

（4）优先采取直线排列和H形排列。

由于该设计采用的是一模两腔的布置，故采用直线对称排布。

如下图5-1

图5—1

第六章模具浇注系统设计

浇注系统定义—指注射模中从主流道的始端到型腔之间的熔体进料通道，其分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统，是用来将注塑机喷嘴射出的塑料熔体导向模具型腔的一种系统.

浇注系统的作用,是将塑料熔体顺利地充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件.因此要求充模过程快而有序，压力损失小,热量散失少,排气条件好,浇注系统凝料易于与制品分离或切除。

浇注系统设计好坏对制品性能、外观和成型难易程度影响很大.因此，浇注系统的设计是注塑模具设计的重点,也是难点。

浇注系统组成：

（1）主流道 指由注射机喷嘴出口起到分流道入口止的一段流道。

熔体首先经过的通道,且与注塑机喷嘴在同一轴线。

（2）分流道指主流道末端至浇口的整个通道.分流道的功能是使熔体过渡和转向型腔模它是塑料具中分流道是为了缩短流程。

多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由分流道和二级分流道,甚至多级分流道组成。

（3）浇口指分流道末端苟模腔入口之间狭窄且短小的一段通道.它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序地填满型腔，且对补缩具有控制作用. 

（4）冷料穴 通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。

其功用为“捕捉”和贮存熔料前锋的冷料。

冷料并也经常起拉勾流道凝料的作用。

浇注系统的设计原则：

（1）保证塑料熔体流动平稳设计浇注系统时，应注意使系统与模具中的排气结构相适应，使系统具有良好的排气性,从而保证塑料熔体经过系统或充填模腔时不发生涡流和紊流，以使制品获得良好的成型质量。

（2）流程应尽量短在满足成型和排气要求的前提下系统长度应尽量短，各段应尽量平直，以使塑料熔体在模具中的流程尽量短而且不发生弯曲，从而可减小注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间.

（3）防止型芯变形和嵌件位移设计浇注系统时，应尽量避免通过系统的塑料熔体正面冲击模腔内尺寸较小的型芯或嵌件，以防止熔体的冲击力使型芯发生变形或使嵌件发生位移。

（4）修整应尽量方便修整指制品成型后对其外观所做的各种修整工作，其中包括去除制品上的浇注系统凝料。

为了方便修整并无损制品外观和使用性能，浇注系统在模具中的位置和形状,尤其是浇口的位置和形状应尽量根据制品的形状和使用要求确定.

（5）防止制品变形和翘曲设计浇注系统时，应考虑如何减轻浇口附近的残余应力集中现象，以防止因应力过大而导致制品发生变形和翘曲.例如对于深度很浅的大平面聚乙烯、聚丙烯制品若采用料流速度较大的直接浇口成型，由于注射压力直接作用在制品上加之这些塑料取向能力较强,所以成型后很容易在浇口附近残余较大的时效应力和取向应力，并导致制品发生翘曲变形，为此可改换多点浇口形式。

但是应当指出,采用多点浇口成型制品时，由于各浇口附近收缩与其它部位不等，也非常容易引起制品整体翘曲变形，尤其对于大型薄壁制品,使用多点浇口时特别要注意此问题、

（6）应与塑料品种相适应不同的塑料具有不同的流动性，特别是对硬质聚氯乙稀、聚丙烯酸酯和聚甲醛等成型性差的塑料,其流道和浇口的选择是否合适,对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。

另外，有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色.

（7）合理设计冷料穴冷料穴设计不当，容易使制品发生成型缺陷.如果冷料穴失效,使前锋冷料进入模腔会导致制品产生冷疤或冷斑.

（8）尽量减少塑料消耗设计浇注系统时，除注意满足上述设计原则外，还应使系统的长度和容积尽量小,这样做不仅可以避免系统凝料积压、延长成型周期等问题，而且还可以减少系统占用的塑料量，从而减小原材料消耗以及回收废料的工作量.

除了上述原则外，设计浇注系统时还应注意模腔的数量与布置、制品的外观和性能、制品形状与尺寸等问题对系统的制约，以及注射机上模具固定板对侧浇口位置的要求（防止浇口与固定板偏心）.

6.1主流道的设计

主流道是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。

其设计原则如下：

（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。

其锥角ɑ为2°～4°，对流动性差的塑料，也可取3°~6°，过大会造成流速减但易成涡流。

内壁粗糙度为Ra0.8μm。

由于ABS流动性稍差故而取其锥度6°。

（2）为了使熔融塑料从喷嘴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R2=R1+（1~2）mm，其小端直径D=d+（0。

5～1）mm，凹坑深度常取3～4mm。

型号为XS-ZY—125的注射机的喷嘴直径d=4mm，R1=12mm；则D=（4.5~5）mm，R2=（13~14）mm。

取D=5mm，R2=14mm。

主流道长度L一般取L≦60mm，取L=50cm;

主流道端口大直径：

D1=D+2Ltan（ɑ/2）（6-1）

代入数据得:

D1=10.2mm；

主浇道凝料量：

V主=π/3L主（R2+r主2+Rr主）（6—2）

代入数据得：

V主=3。

14/3×50×（2.52+5。

12+2.5×5。

1）=2.36cm3

（3）其形式有多种,可视不同模具结构来选择，一般会将其固定在模板上，以防生产中浇口套转动或被带出在直角式注射机上使用的模具中，因主流道开设在分型面上，故不需要沿道轴线方向拔出主流道内的凝料,主流道可以设计成等粗的圆柱形。

主流道的表面应加工尽量光滑，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺。

（4）由于主流道要与高温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，以使选用优质钢材单独加工和热处理。

这里我们采用材料为T8A，并且淬火处理到洛氏硬度50～55HRC。

浇口套如下图6-1

图6-1

6.2分流道设计

分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。

分流道的作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔。

（1）分流道的布置形式，在设计时应考虑尽量减少在流道内的压力损失和避免熔体温度降低，同时还要考虑减小分流道的容积和压力平衡，因此，采用平衡式分流道。

（2）分流道的长度 ，由于流道设计简单，根据两个型腔的结构设计，分流道较短，故设计可适当选小一些。

单边分流道长度L分=30mm

（3）为了便于加工和凝料的脱模，分流道大多设计在分型面上，常用的分流道截面形状有圆形、梯形、U型、半圆等，因为半圆形的加工性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大，所以此处采用半圆形分流道。

按如下公式来计算分流道的当量半径Re

（1）根据注射机的规格和塑件体积，按下式计算熔体的体积流量:

qv=V/t（6-3）

式子中：

qv—-————熔体体积流量,cm3/s；

V——---—塑件体积,cm3；通常取V=（0。

5~0.8）Vg

t------注射时间,s；

查表得t=1。

6s，Vg=125cm3;

算得：

qv=39～62.5cm3/s这里我们取qv=50cm3/s

（2）确定恰当的剪切速率r。

=5×102s-1

（3）有如下经验公式：

（6-4）

代入数据算得当量半径Re=5mm

取分流道为半圆形截面，其半径为R，截面面积F=πR2,周长为C=（2+π）R

则

（6—5）

推得：

（6—6）

将F与C带入其中，求得R=6。

7mm。

其截面图如下图6—2所示：

图6—2

6。

3浇口的设计

用pro/e的PlasticAdvisor分析最佳浇口位置如下图6—3所示

图6-3浇口位置分析

最佳浇口位置本应该在蓝颜色最深处，但考虑到制件表面需光滑平整，以及降低