灯座注塑模具设计.docx
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灯座注塑模具设计
灯座注塑模具设计
高分子材料加工工程
学生：
杨明指导老师：
王勇
摘要：
本课题主要是针对灯座注塑模的模具设计,通过对塑件进行工艺的分析和比较,最终设计出一副注塑模。
并从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核都有详细的介绍，同时并简单的编制了模具的加工工艺。
通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺，动作可靠，塑件脱模顺利。
关键词：
灯座注塑模具结构设计
Theinjectionmoldoflampholderdesign
Major：
polymermaterialsprocessingengineering
Undergraduate：
YangMingAdviser：
WangYong
（CollegeofPolymerScience&Engineering,SichuanUniversity,Chengdu，610065）
Abstract：
Thetopicmainlyaimsattheinjectionmouldoflampholderdesign,throughtomodelstocarryonthecrafttheanalysisandthecomparison,designsanotemoldfinally.Thistopicfromtheproductmixtechnologycapability,theconcretemoldstructureembarks,tomold'sgatingsystem,themoldformationpart'sstructure,goesagainstthesystem,thecoolingsystem,injectionmoldingmachine'schoiceandtherelatedparameterexamination,hasthedetaileddesign,simultaneouslyandsimpleestablishmentmold'sprocessingcraft.ThroughtheentiredesignprocessindicatedthatthismoldcanachievethistomodeltheprocessingcraftwhichaninstituterequestsTheoperationofthemouldisreliable．Thedemountoftheplasticpartsissmooth
.
Keywords：
lampholderinjectionmouldstructuraldesign
前言……………………………………………………………………3
1.制品的结构及要求………………………………………………………6
2.制品的工艺性分析……………………………………………………7
2.1制品的原材料分析……………………………………………………7
2.2制品的尺寸精度分析…………………………………………………8
2.3制品的表面质量分析…………………………………………………8
2.4制品的结构工艺性分析………………………………………………8
3.确定成型设备的选择与相关工艺参数………………………………8
3.1制品的体积………………………………………………………………8
3.2制品的质量………………………………………………………………8
3.3制品模塑成型工艺参数的确定………………………………………8
4.注射模的结构设计……………………………………………………9
4.1分型面的选择……………………………………………………9
4.2型腔数目的确定及型腔的排列………………………………………10
4.3浇注系统的设计………………………………………………………11
4.4型芯、型腔结构的确定…………………………………………………12
4.5推出方式的选择……………………………………………………12
4.6侧抽芯机构设计………………………………………………………12
4.7标准模架的选择…………………………………………………13
4.8温度调节系统设计……………………………………………………13
5.注射模设计的尺寸计算………………………………………………15
5.1成型零件尺寸计算…………………………………………………15
5.2确定抽芯机构零件尺寸计算………………………………………15
6.注塑机有关参数的校核………………………………………………15
6.1模具闭合高度的确定和校核……………………………………15
6.2模具安装部分的校核……………………………………………15
6.3模具开模行程校核……………………………………………………14
7.装配图…………………………………………………………………16
8.零件图…………………………………………………………………16
9.总结……………………………………………………………………16
附录1………………………………………………………………………18
附录2………………………………………………………………………20
附录3………………………………………………………………………27
附录4……………………………………………………………………41
前言
随着各种性能优越的工程塑料不断开发，注塑工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的制品。
要高质量、经济地生产出注塑制品，必须综合考虑成型树脂、注塑模具及注塑机的问题，注塑模具的设计质量直接影响成型制品的生产效率、质量及成本。
注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。
传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。
又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。
目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计CAD及计算机辅助工程CAE。
1.制品的结构及要求
零件名称：
灯座
生产批量：
大批量
材料：
聚碳酸酯
未注公差去MT5级精度
图1灯座零件图
2.制品的工艺性分析
2.1制品的原材料分析
表1塑件的原材料分析
塑料品种
结构特点
使用温度
化学稳定性
性能特点
成型特点
聚碳酸酯（PC），属于热塑性料
线型结构非结晶型材料，透明
小于130°C,耐寒性好，脆化温度为-100°C
有一定的化学稳定性，耐碱，酯，酮等．
透光率较高，介电性能好，吸水性小，但水敏性强（含水量不得超过0.2％），且吸水后会降解。
化学性能很好，冲击抗蠕变性能突出
熔融温度高（但超过330°C才严重分解），但熔体黏度大流动性差（溢边值为（0.06mm）；流动性对温度变化敏感，冷却速度快
结论
①熔融温度高且熔体黏度大，对于大于200g的塑件应用螺杆式注射机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴，并加热，严格控制模具温度，
②水敏性强，加工前必须燥处理，否则会出现银丝，气泡及强度显著下降现象。
③易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理，消除内应力；塑件壁不宜厚，避免有尖角，缺口和金属嵌件造成应力集中，脱模斜度宜取2°
2.2制品的尺寸精度分析
该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按ＭＴ5查取公差。
2.3制品的表面质量分析
该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取Ra0.4um。
而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
2.4制品的结构工艺性分析
（1）从图纸上分析，塑件的外形为回转体。
壁厚均匀，且符合最小壁要求。
（2）塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如Ф12、4-Ф10、4-Ф4.5、4-Ф5，它们均符合最小孔径要求。
（3）在塑件内壁有4个高2.2，长11的内凸台。
因此，塑件不易取出。
需要考虑侧抽装置。
综上所述，该制品可采用注射成型加工。
3.确定成型设备的选择与相关工艺参数
3.1制品的体积
由UG软件可得体积V＝200172.30mm3
3.2制品的质量
计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔数。
根据有关手册查得ρ=1.2kg/dm³
所以，塑件的质量为
W=ρV
=2001272.30×1.2×10ֿ³
=240.12g
根据塑件的形状及采用一模一件的模具结构，考虑外形尺寸、对塑件原材料的分析及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：
XS-ZY-250（经注射参数校核，XS-ZY-250不能满足闭合高度要求，故选XS-ZY-500）。
3.3制品模塑成型工艺参数的确定
聚碳酸酯注射成型工艺参数见表3-1，试模时可根据实际情况作适当整。
表2聚碳酸酯注射成型工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度t：
110～120℃
成型时间/s
注射时间
20～90
时间：
8～12h
保压时间
0～5
料筒温度t/℃
后段
210～240
冷却时间
20~90
中段
230～280
总周期
40~190
前段
240～285
螺杆转速n（r/minֿ¹）
28
喷嘴温度t/℃
240～250
后处理
方法
红外线灯
模具温度t/℃
70（90）~120
温度t/℃
鼓风烘箱100~110
注射压力p/Ma
80～120
时间τ/h
8~12
4.注射模的结构设计
4.1分型面的选择
如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。
选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
（2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
（3）保证塑件的精度要求。
（4）满足塑件的外观质量要求。
（5）便于模具加工制造。
（6）对成型面积的影响。
（7）对排气效果的影响。
该塑料为灯座，外形要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高。
要选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，在两种分型面的选择方案。
其一，选塑件小端底平面作为分型面，如图2（A）所示；选择这种方案，侧面抽芯机构设在定模部分，模具结构需用瓣合式，这样在塑件面会留有熔接痕，同时增加了模具结构的复杂程度。
其二，选塑件大端底平面作为分型面，如图2（B）所示，采用这种方案，侧面抽芯机构设在动模部分，模具结构也较为简单。
所以，选塑件大端底平面作为分型面较为合适。
A
B
图2分型面的选择
4.2型腔数目的确定及型腔的排列
由于该塑件采用的是一模一件成型，所以，型腔布置在模具的中间。
这样也有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
4.3浇注系统的设计
浇注系统设计是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响很大，而且还对塑件所用的塑料的利用率、成型生产效率等相关，因此这是一个重要环节。
浇注系统设计主要包括主流道，分流道，浇口和冷料穴四部分。
它的主要作用是将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出，将注射压力有效地传递到型腔的各个部位，以获得形状完整、内外在质量优良的塑料制件。
（1）主流道设计
根据手册查得XS-ZY-500型注射机喷嘴的有关尺寸。
喷嘴球半径：
R0=18mm
喷嘴孔直径：
d0=Ф4mm
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=R0+（1~2）mm,d=d0+0.5mm
取主流道球面半径：
R=20mm
取主流道的小端直径：
d=4.5mm
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1°~3°。
经换算得主流道大端直径D=Ф12mm。
同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=5mm的圆弧过渡。
（2）分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。
该塑件的体积比较大，但形状不算太复杂，且壁厚均匀，可考虑采用多点进料方式，缩短分流道长度，有利于塑件的成型和外观质量的保证。
本例从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道。
查有关手册得流道半径R=6mm。
图3分流道
（3）浇口设计
模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。
总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：
（1）尽量缩短流动距离。
（2）浇口应开设在塑件壁厚最大处。
（3）必须尽量减少熔接痕。
（4）应有利于型腔中气体排出。
（5）考虑分子定向影响。
（6）避免产生喷射和蠕动。
（7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷。
（8）注意对外观质量的影响。
由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。
同时，也应尽量使模具结构更简单。
综合对塑料成型性能，浇口和模具结构的分析比较，确定成型该塑件的模具采用点浇口形式。
根据塑件外观质量的要求以及型腔的安放方式，进料位置设计在塑件底部。
4.4型芯、型腔结构的确定
整体式型腔是直接在型腔板上加工，有较高的强度和刚度。
但零件尺寸较大时加工和热处理都较困难。
整体式型芯结构牢固，成型塑件质量好，但尺寸较大，消耗贵重模具钢多，不便加工和热处理。
整体式结构适用于形状简单的中小型塑件。
组合式型腔是由许多拼块镶制而成，机械加工和热处理比较容易，能满足大型塑件的成型需要。
组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机加工和热处理，修理更换方便。
同时也有利于型芯冷却和排气的实施。
由于该塑件尺寸较大，最大可达Ф170mm，且形状复杂，有锥面过渡。
若采用整体式型腔，加工和热处理都较困难。
所以，采用拼块组合式，在型腔的底部大面积镶拼结构。
考虑模具温度调节，型芯采用整体结构。
4.5推出方式的选择
根据塑件的形状特点，模具型腔在动模部分。
开模后，塑件留在型腔。
其推出机械可采用推块推出或推杆推出。
其中，推块推出结构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观质量。
但塑件上有圆弧过渡，推块制造困难；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件上留下顶出痕迹，但塑件顶部装配后使用时并不影响外观。
从以上分析得出：
该塑件采用推杆推出机械。
4.6侧抽芯机构设计
该塑件上有内结构，它垂直于脱模方向，阻碍成型后塑件从模具中脱出。
因此，成型部分的零件必须做成活动的型芯，即设置抽芯机构。
因塑件侧抽芯距较小，且采用滑块导滑的斜滑块公型抽芯机构模具结构较采用斜杆导滑的分型抽芯机构模具结构安装调整简单，故选择导滑的斜滑块分型抽芯机构。
图4侧抽芯机构
4.7标准模架的选择
本塑件采用点浇口注射成型，根据其结构形式，选择A4型模架。
4.8温度调节系统设计
无论什幺塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此模具温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量较高。
为了使模温控制在一理想的范围内，现设计一模具温度调节系统。
由于本次设计的塑料聚碳酸酯黏度和流动性一般，模温为40～60℃，故无须设计加热系统，只需设计冷却系统以确保合理的模温。
常用的冷却方法有水冷却、空气冷却和油冷却，本设计设计采用的是水冷却，经济实惠。
本制品尺寸较大，需设计多个冷却水道，并在型芯和型腔都要设置冷却水冷却。
图5型芯冷却
图6型腔冷却
5.注射模设计的尺寸计算
5.1成型零件尺寸计算
该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算。
查有关手册得PC的收缩率为Q=0.5％~0.7％，故平均收缩率为S=0（0.5+0.7）％/2=0.6％=0.006,根据塑件尺寸公差取δz=△/4。
5.2确定抽芯机构零件尺寸计算
（1）抽芯距的计算
S抽=h+（2~3）mm=（121-114）/2+2.5=6mm
其中：
h为凸台高度，（2~3）mm为抽芯安全系数。
（2）滑块倾角的确定。
斜滑块倾角是机芯机构的主要技术数据之一，它与塑件成型后能否顺利取出以及推出力、推出距离有直接的关系。
本例抽芯距较小，选择a=10º。
（3）确定斜滑块尺寸。
斜滑块在导滑板中导滑，根据塑件尺寸需要，导滑板的高度设计为85mm，斜滑块在件导滑板中能导滑的行程40mm（考虑限位螺钉的安装尺寸和推出行程），校核实际抽芯距S抽实=tana×40=tan10×40=0.176×40=7.04mm>S抽满足抽芯距要求。
6.注塑机有关参数的校核
6.1模具闭合高度的确定和校核
根据标准模架各模板尺寸及模具设计的其他零件尺寸：
定模座板H定=35mm，压板H压=25mm，型芯固定板H固=25mm，型腔板H型=93mm，凹模镶块H凹=65mm，垫板H垫=35mm，模脚H模=85mm。
模具闭合高度：
H闭=H足+H动+H型+H固+H流+H定
=85mm+35mm+65mm+93mm+25mm+25mm+45mm
=373mm
6.2模具安装部分的校核
该模具的外形尺寸为365×315，XS-ZY-250型注射机模板最大安装尺寸为598×520，故能满足模具安装要求。
由于XS-ZY-250型注射机所能允许模具的最小厚度为=165，最大厚度=350，即模具闭合高度不满足Hmin≤H≤Hmax安装条件。
所以，另选注射机XS-ZY-500型，即可满足模具安装要求。
6.3模具开模行程校核
经查资料注射机XS-ZY-500型的最大开模行程s=500，满足下式计算所需的出件要求
s>H1+H2+a+（5~10）mm=40+133+95+7=275mm
此外，由于侧分型抽芯距较短，不会过大增加开模距离，注射机的开模行程足够，经验证明，XS-ZY-500型注射机能满足使用要求，故可以采用。
7.装配图
见图纸YM-00
8.零件图
见图纸YM-01~YM-22
9.总结
通过这次系统的塑模的设计，我更进一步的了解了塑模的结构及各工作零部件的设计原则和设计要点，了解了塑模设计的一般程序。
进行塑料产品的模具设计首先要对成型制品进行分析，再考虑浇注系统、型腔的分布、导向推出机构等后续工作。
通过制品的零件图就可以了解制品的设计要求。
对形态复杂和精度要求较高的制品，有必要了解制品的使用目的、外观及装配要求，以便从塑料品种的流动性、收缩率，透明性和制品的机械强度、尺寸公差、表面粗糙度、嵌件形式等各方面考虑注射成型工艺的可行性和经济性。
模具的结构设计要求经济合理，认真掌握各种塑模的设计的普遍规律，可以缩短模具设计周期，提高模具设计的水平。
参考文献
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[2]《塑料模具设计手册》编写组.塑料模具设计手册[M].北京：
机械工业出版社，2002
[3]屈华昌主编.塑料成型工艺与模具设计[M].（第2版）.北京:
高等教育出版社,2006.7
[4]李德群,肖景容.《塑料成型模设计具》[M].华中理工大学出版社
[5]韩泰荣,蒋文森.《模具设计与制造简明手册》[M].上海科学技术出版社
[6]《中国模具设计大典》中国机械工程学会中同模具设计大典编委会
[7]邹继强主编.塑料模具设计参考资料汇编[M].北京：
清华大学出版社,2005.9
[8]《塑料模具设计与制造》高等教育出版社2004齐卫东主编
[9]李云程主编.《模具制造工艺学》[M].机械工业出版社
[10]徐茂功,桂定一.《公差配合与技术测量》[M].机械工业出版社
[11]《塑料注射模具设计实用手册》航空工业出版社（宋玉恒主编）
附录1：
零件的加工工艺卡
（1）型腔板的加工工艺
表3型腔板的加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
0
备料
棒料
1
锻造
320mm×320mm×98mm
2
热处理
退火
3
铣
铣面至尺寸315.5mm×315.5mm×93.5mm、对角尺
4
平磨
磨面至尺寸315mm×315mm×93mm，保证上下平成与四平成互相垂直，垂直度为0.01mm/10mm、对角尺
5
钳
以上下平面及一对相互直的侧基面为基准划各孔中心线
6
车（镗）
车型腔孔，并按图纸要求加工出的Ф169.82mm,Ф136.86mm,Ф128.8mm,Ф126.8mm孔（留0.05mm磨量）
7
钻
①钻2-Ф9绞孔，锪两沉头孔2-Ф15，留出0.5mm的精加工余量
②用深孔钻钻Ф14的孔，冷却水孔到满足要求
8
钳
①与件2，19，21，25配作，钻绞4-Ф30的孔，锪4-Ф36的沉头孔到满足要求，并留出0.5mm的精加工余量
②与件2，3，19，21，25配合钻绞孔到满足要求
③与件25，26，14配合钻铰4-Ф16.8的孔，同时按图上要求加工出的孔，留出0.5mm的精加工余量
④配钻8-M12螺纹底孔，并攻丝到满足要求
⑤按拉块位置钻2-M10螺纹底孔，并攻丝到满足要求
9
淬火
淬火回火达30~35HRC
10
平磨
磨上下面
11
磨
磨4-Ф14,2-Ф9,Ф169.82mm,
Ф136.83mm,Ф128.8mm,Ф126.8,2-Ф15各孔到满足要求
12
电化学处理
研型腔Ra0.1μm并镀铬抛光
（2）型芯的加工工艺
表4型芯的加工工艺过程
序号
工序名称
工序内容
1
下料
2
锻
锻造成Ф147mm×168mm
3
热处理
退火
4
车
粗车型芯顶部端面，粗车外圆面至尺寸Ф12.5×3.2,Ф65×59.5,Ф125×31.5,Ф133×57.5调头型芯底部至Ф139mm
半精车型芯顶部至Ф12.15×3，倒R2圆角，车锥面Ι达小端Ф64,大端Ф65，长60，车锥面Ⅱ,达小端Ф122.9，大端Ф124.9，长32,车锥面Ⅲ,达大端为Ф132.9长30，车外圆达Ф133.5，车底端达Ф138.5×5.5
钻Ф80圆孔的预孔及Ф40底锥孔，镗Ф80+0.0760圆孔留磨量0.5，孔深80，留磨量0.2mm
切达图纸要求，小径Ф100,深2.4mm
5
钳
画各装配孔中心线
6
钻
钻、铰2-Ф2孔，留研磨量0.01mm
钻、铰4-Ф5孔，留研磨量0.01mm
7
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