电筒筒头注塑模设计.docx
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电筒筒头注塑模设计
摘要
模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。
本设计介绍了塑料注射模具的设计与制造方法。
该注射模采用了1模2腔的结构。
根据塑件的结构，选用了两侧带有侧抽芯机构的两板模，运用斜导柱完成塑件的侧抽芯，采用侧浇口完成进料。
在整个设计过程中，查阅了大量的参考数据，深入分析设计内容，包括塑件成型工艺性分析；拟定模具结构形式；注射机型号的确定；浇注系统形式和浇口的设计；成型零件的结构设计和计算；模架的确定和标准件的选用；合模导向机构的设计；脱模推出机构的设计；侧向分型与抽芯机构的设计；冷却系统的设计。
由于抽芯距离较短，为了使模具结构简单，采用斜导柱侧抽芯方式，并对模具的材料进行了选择。
如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠。
最后对模具结构与注射机的匹配进行了校核。
通过该塑料模具的设计使自己对塑料模具的设计流程有了更深一层次的认识。
关键词：
塑料；注射模具；设计；侧抽芯；斜导柱
ABSTRACT
Thediemakingtechnologyrapidlyexpand,hasbecomethemoderntechniqueofmanufacturetheimportantcomponent.Thisdesignintroducedtheplasticinjectsmold'sdesignandthemanufacturemethod.Thisinjectionmoldhasused1mold2cavitystructures.Accordingtothestructureoftheplasticalpiecechosetousethemoldwithtwosidecores.makeuseofinclinedleadpillarcompletionsidecore-pullingoftheplasticalpieceandadoptsidegatecompletioninjection.Checkedagreatdealofreferenceinthewholedesignprocess,thoroughanalysisthedesigncontents,includeusageProesoftwaretocarryonwallthincknessanddraftanalysisfortheproduct；Draftthemoldstructureform；Theassuranceofinjectionmachinemodel;designofinjectionsystemandgate;Modelstructuredesignandcalculationofmoldparts;Theassuranceofmoldbasewithstandardpieceofchoosetouse;ejectororganization‘sdesign;Thedesignofsidecoreejector‘sorganization;Thedesignofcoolingsystem.Asthecorepullingshorterdistances,inordertoenableDiesimplestructure,usingbevel-sidecore-pulling,alsomoldthematerialofchoice.Thedesignofsuchastructurecanbeusedtoensurereliabledie.Finally,theinjectionmoldstructureandthematchingmachinewascalibrated.
Throughthedesignprocessofplasticsmoldmakesmehavemoredeeponelayerunderstandingofthedesignprocesstotheplasticsmold.
Keyword:
plastic；injectionmold；design；sidecore；inclinedlead
引言
我国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门。
塑料工程通常是指塑料制造与改性，塑料成型及制品后加工，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分。
1、塑料制品量大、面广
塑料制品本身有许多诸如质量轻、绝缘、耐腐蚀等优点;
塑料有多种成型方法，可以用注射、挤出、热成型和压延等方法高效地生产各品。
所以在国民经济的各行各业，大量的使用塑料制品。
2、塑料工业在国民经济中的地位
塑料工业已成为当今全世界增长最快的工业门类。
我国塑料制品工业发展于20世纪50年代后期，主要用于日常用品（如塑料鞋、日用塑料膜）。
进入20世纪70年代以来，塑料的应用已涉及国民经济和人民生活中的各个方面。
目前，我国的地覆、棚膜的覆盖面积已位居全球之首。
3、塑料成型工艺及模具技术的发展
塑料模塑成型技术正向高精度、高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的方向发展。
具体表现在以下几个方面:
（1）塑料成型理论研究的进展；
（2）新的成型方法不断涌现；（3）塑件更趋向精密化、微型化及超大型化；（4）开发出新型模具材料；（5）模具表面强化热处理新技术应用；（6）模具CAD/CAM/CAE技术发展迅速；（7）模具大量采用标准化。
本说明书为机械类塑料模注射模具设计说明书，是根据塑料模具设计手册上的设计过程及相关工艺编写的。
本说明书的内容包括：
引言、毕业设计任务书，毕业设计指导书，毕业设计说明书，毕业设计体会，参考文献等。
编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺，塑料脱模机构的设计。
本说明书在编写过程中，得到有唐田秋老师和相关同学的大力支持和热情帮助，在此谨以致意。
1塑件的分析及塑料的成型工艺性能
1.1分析塑件使用材料的种类及工艺特征
该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。
ABS塑料是在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展起来的一种新型工程塑料，是丙烯、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，所以其有三种组元的综合性能。
ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。
且具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性。
1.1.1性能特点
1）ABS粒料表面极易吸湿，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
为此成型前必须进行干燥处理。
2）ABS比热比聚烯烃低，在注射机料筒中能很快加热，因而塑化效率高。
在模具中凝固也比聚烯烃快，故模塑周期短。
3）ABS树脂的表观粘度强烈地依赖与剪切速率，因此模具设计中都采用点浇口形式。
4）ABS树脂为非结晶形高聚物，所以成型收缩率小。
5）ABS树脂熔融温度较低，熔融温度范围宽，流动性有利于成型，其缺点是耐热性不高，耐低温性不好，而且不耐燃，不透明、耐候性不好，特别是耐紫外线性能不好。
6）ABS的主要技术指标：
密度：
1.02—1．05g/cm³比热容：
1255—1674J·kg-1K-1
屈服强度：
50MPa抗拉强度：
38MPa
断裂伸长率：
38%拉伸弹性模量：
1.8GPa
抗弯强度：
80MPa弯曲弹性模量：
1.4GPa
抗压强度：
53MPa抗剪强度：
24MPa
导热系数：
13.8—31.2线膨胀系数：
5.8—8.6
1.1.2成型工艺分析
1）该塑件尺寸较小，整体结构较简单.多数都为曲面特征。
除了配合尺寸要求精度较高外，其它尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能和设计任务要求，公差等级选取MT3级。
为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。
该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
2）塑件的工艺参数：
由《塑料模具设计与制作教程》P16～17查表1—2—2得到ABS的工艺参数如下：
收缩率：
0.4%——0.7%（本设计取5.5%）
预热温度：
800C——850C
时间：
2h——3h
前段：
1500C—1700C
料筒温度中段：
1650C—1800C
后段：
1700C—1800C
模具温度：
500C—800C
注射压力：
60MPa——100Mpa
注射时间：
20S—90S
成型时间冷却时间：
20S—120S
总周期：
50S—220S
螺杆转速：
30r/min
适用注射机类型：
螺杆、柱塞均可
方法：
红外线灯、鼓风烘箱
后处理温度：
700C
时间：
2—4h
模具温度：
25-70℃
融化温度：
210-280℃
成型温度：
200-240℃
2初步确定型腔数目
2.1型腔数目常用方法
为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目，常用的方法有以下：
2.1.1根据经济性确定型腔数目
根据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具加工费和塑件成型加工费。
2.1.2根据注射机的额定锁模力确定型腔数目
当成型大型平板制件时，常用这种方法。
设注射机的额定锁模力大小为F（N），型腔内塑料熔体的平均压力为Pm,单个制品在分型面上的投影面积为A1，浇注系统在分型面上的投影面积为A2，则：
（nA1+A2）Pm
F……………………………
（1）
n
……………………………
（2）
2.1.3根据制品精度确定型腔数目
根据经验，在模具中每增加一个型腔，制品尺寸精度要降低4%,高模具中的型腔数目为n,制品的基本尺寸为L，塑件尺寸公差为
单型腔模具注塑模具生产时可能性产生的尺寸误差为
（
不同的材料，有不同的值，如：
聚甲醛为
0.2%,尼龙66为
0.3%,聚碳酸酯、聚氯乙烯、ABS等非结晶型塑料为
0.05%）,则有塑件尺寸精度的表达式为：
L
%+（n-1）L
%
4%
………………（3）
简化后可得型腔数目为：
n
……………………（4）
对于高精度制品，由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。
4.1.4根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目
设注射机的最大注射量G（g），单个制品的质量为W1（g），浇注系统的质量为W2（g），则型腔数目n为：
n
…………………（5）
根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:
一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。
这里拟采用第一种方式，1模2腔的结构，如下图所示：
图1型腔数目及排列
3注塑机的选取及校核
3.1塑件体积及品质的计算：
通过PROE建模分析，如下图所示：
图2塑件三维质量属性分析
由上图可得出：
塑件体积
（取ABS密度为ρ=1.05g/cm
）
塑件品质m
=
×ρ=1.1cm
×1.05=1.2g
流道凝料的品质m2还是个未知数，可按塑件的0.3倍来计算，从上述分析中确定设计为一模两腔，所以注射量为：
m=1.3nm
=1.3×2×1.2=3.12g……………………（6）
V=m／ρ=3.12／1.05=2.97cm
…………………（7）
3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及锁模力的计算
流道凝料在分型面上的投影面积为A2,模具设计前是个未知值，根据多型腔模的统计分析,A2是每个塑件在分型面上的投影面积的0.2—0.5倍，因此可以用0.2倍来计算
A=nA1+A2=1.2A1=1.2×πR²=1.2×3.14×（12.7²-5²）=513.54mm²………（8）
模具所需的锁模力:
F=A
=513.54×35=17973.9N=17.97KN………（9）
取35MPa,见《塑料模具设计指导》表2-2。
3.3选取注塑机
根据以上每一生产周期的注射量和锁模力的计算值，初选国产系列SZ60/40型注射机，其主要技术参数如下表所示：
理论注射容量（cm³）60
螺杆（柱塞）直径（mm）30
注射压力（Mpa）150
螺杆转速（r/min）0~200
锁模力（KN）630
移模行程（mm）180~260
最大模具厚度（mm）280
最小模具厚度（mm）160
喷嘴球半径（mm）SR15
喷嘴口直径（mm）3.5
3.4注塑机及工艺参数的校核
3.4.1锁模力的校核
由前面的计算可得：
F=17.97KN＜630KN，符合要求。
3.4.2注射量的校核
注塑量以容积表示，最大的注塑容积为：
=a×V=0.8×60=48cm³……………（10）
----模具型腔和流道的在注射压力下所能注射的最大容积
a-------注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型取0.75，此处取0.8
V-------指定型号的注塑机注射容量，该机取60cm³
由
＜
=48cm³可知，符合要求。
3.4.3最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为该注射机的最大注射压力
=150Mpa
而最大注射压力应该大于注射成型时所需条用的注射压力
=（70~100）Mpa
﹥K
=1.4×（70~100）Mpa，所以，符合要求。
式中
K----安全系数，取1.4
-----实际生产中，该塑件成型时所需注塑压力为（70~100）Mpa。
其它安装尺寸及开模行程校核待设计完成后进行。
4分型面的确定
4.1分型面的设计原则
分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。
分型面的设计原则为：
（1）便于塑件脱模；
a在开模时尽量使塑件留在动模内
b应有利于侧面分型和抽芯
c应合理安排塑件在型腔中的方位
（2）考虑和保证塑件的外观不遭损坏；
（3）尽力保证塑件尺寸的精度要求；
（4）有利于排气；
（5）尽量使模具加工方便；
（6）有利于嵌件的安装；
（7）有利于预防飞边和溢料的的产生；
（8）有利于模具结构的简化。
4.2分型面类型的选择及确定
分型面是指分开模具取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面.一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面,分型面可以是垂直于合模方向,也可以与合模方向平行或倾斜.可分为以下几种：
（1）单分型面注射模
单分型面注射模又称两板式模具，它是注射模中最简单又最常见的一种结构形式。
这种模具可根据需要设计成单型腔，也可以设计成多型腔。
构成型腔的一部分在动模，另一部分在定模。
主流道设在定模一侧，分流道设在分型面上。
开模后由于拉料杆的拉料作用以及塑件应收缩包紧在型芯上，塑件连同浇注系统凝料一同留在动模一侧，动模一侧设置的推出机构推出塑件和浇注系统凝料。
一般对于塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件。
（2）双分型面注射模
双分型面又称三板式注射模。
与单分型面注射模相比，在动模与定模之间增加了一个可移动的浇口板（又称中间板），塑件和浇注系统凝料从两个不同的分型面取出。
双分型面的种类较多，我们接触到的大致有以下几种：
a定距板式双分型面注射模；
b定距拉式双分型面注射模；
c定距导柱式双分型面注射模；
d拉钩式双分型面注射模；
e摆钩式双分型面注射模；
f尼龙拉钩式双分型面注射模；
本塑件属于较薄壁壳小型塑件，塑件冷却时会因为收缩作用而包覆在凸模上，故从塑件脱模和精度要求角度考虑，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。
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
综合以上因素，分型面如图所示:
图3分型面的设计
5浇注系统的设计
5.1浇注系统设计的原则
所谓注射模的浇注系统，是塑料熔体从注射机喷嘴射出后达到型腔之前在模具内流经的通道。
其主要作用是使塑料熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。
它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。
浇注系统设计应尽量使浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。
具体设计原则为：
（1）重点考虑型腔布局。
（2）热量及压力损失要小，为此浇注系统流程应尽可能短，截面尺寸应尽可能弯折尽量少，表面粗糙度要低。
（3）均衡进料，即分流道尽可能采用平衡式布置。
（4）塑料耗量要少，满足各型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料耗量。
（5）消除冷料，浇注系统应能收集温度较低的“冷料”。
（6）排气良好。
（7）防止塑件出现缺陷，避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力。
（8）保证塑件外观质量。
（9）较高的生产效率。
该电筒筒头的注塑模具采用普通流道浇注系统，它包括：
主流道、分流道、冷料井、浇口。
为了满足塑件质量要求,进料浇口开设在塑件的侧面。
为了降低塑料熔体的压力和减少热量损失,流道应尽量短,同时为方便塑件的脱模,应使开模时塑件滞留于动模一侧,然后借助开模力和齿轮传动装置将塑件推出。
因为塑件的体积较小，对称度高，为使塑料熔体平稳均匀注满型腔，同时降低塑件的内应力，减少塑件变形，保证塑件的外观质量，本设计采用薄片式测浇口。
图4浇注系统示意图
5.2.主流道的设计
5.2.1主流道的设计要点
主流道是连接注射机喷嘴与公流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴在线，断面为圆形，带有一定的锥度。
其设计要点如下：
（1）为了防止浇口套与注射机喷嘴对接处溢料，主流道与喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，其球面半径应比注射机喷嘴头球面半径大1～2mm，主流道小端直径应比注射机喷嘴直径大0.5～1mm，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模。
（2）为了减小对塑料熔体的阻力及顺利脱出主流道凝料，浇口套内壁表面粗糙度应加工到Ra0.8μm。
（3）主流道的圆锥角大小应适当，通常取α=2°～4°，对流动性差的塑料可取3°-6°
（4）在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，过长则可能会影响容体的顺利充型。
5.2.2主流道浇口套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢，如：
T10A等，热处理淬火表面硬度为53～57HRC。
本模具主流道衬套与定位圈设计为分体式，其中定位圈如下图所示：
图5定位圈结构示意图
5.2.3主流道尺寸的确定
（1）主流道小端直径
d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）mm……………（11）
=3.5+（0.5～1）mm取d=4mm
（2）主流道球面半径
SR=15+（1～2）mm取SR=16mm……………（12）
（3）球面配合高度
h=（3～5）mm取h=3mm……………（13）
（4）主流道长度L，根据模架及该模具的结构，取L=68mm
（5）主流道大端直径D=d+2Ltg（α/2）取α=4°……………（14）
=5.25mm
5.3冷料穴的设计
冷料穴位于主流道的正对面的动范本上，其作用是收集熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。
冷料穴分两种，一种专门用于收集、储存冷料，另一种除储存冷料外还兼有拉出流道凝料作用，此处应用后者。
在分流道的末端，冷料穴的长度通常为流道直径的1.5～2倍，该模具属于中小型模具，故冷料穴长度取流道直径的1.6倍，即8.0mm。
在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推杆为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。
拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。
其结构尺寸如下：
Z头高3/4d，其中d=D+（0.5～1）………………………（15）
d=4+（0.5～1）=5mm
Z头底部自分流道距离为5/4d，如下图所示：
图6冷料穴示意图
5.4分流道的设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
分流道的设计原则如下：
1）塑料流经分流道时的压力损失及温度损失要小。
2）分流道的固化时间应稍后与制品的固化时间，以利于压力的传递及保压。
3）保证塑料迅速而均匀地进入各个型腔。
4）分流道的长度应尽可能短，其容积要小，同时要便于加工及刀具选择。
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。
在该模具上取圆形断面形状，直径为4mm。
分流道选用圆形截面，直径为4mm，流道表面粗糙度
，如下图所示：
图7分流道示意图
5.4.1分流道剪切速率的校核
分流道凝料体积：
=L
A
=2×50×3.14×4=1.256cm³…………（16）
分流道横截面积：
A
=3.14×r
=3.14×4=12.56mm
…………（17）
由《塑料模具设计指导》表2-3注射机公称注射量与注射时间的关系可得注射时间t=1.0S。
分流道体积流量：
q分=（
）/t=
cm3/s=1.19cm3/s………（18）
由经验公式可知：
剪切速率:
=
=
…………（19）
该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×102-5×103S-1之间，所以成型的塑件质量会较好。
5.5浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，
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