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塑胶模具毕业设计论文
第一章塑件的成形工艺性分析
一、塑件材料的选择及其结构分析
1、塑件（手机外壳）模型图：
图1-1塑件图
2、塑件材料的选择：
选用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。
3、色调：
黑色。
4、生产批量：
大批量。
5、塑件的结构与工艺性分析：
（1）结构分析
塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求较高。
（2）工艺性分析
精度等级：
采用5级低精度
脱模斜度：
塑件外表面40´－1°20´塑件内表面30´－1°（脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。
）
二、ABS的注射成型工艺
1、注射成型工艺过程
（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→冷却--→脱模--→塑件送下工序
（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射
2、ABS的注射成型工艺参数
（1）注射机：
螺杆式
（2）螺杆转速（r/min）：
30——60（选30）
（3）预热和干燥：
温度（°C）80——85
时间（h）2——3
（4）密度（g/cm³）:
1.02——1.05
（5）材料收缩率（℅）：
0.3——0.8
（6）料筒温度（°C）：
后段150——157
中段165——180
前段180——200
（7）喷嘴温度（°C）：
170——180
（8）模具温度（°C）：
50——80
（9）注射压力（MPa）：
70——100
（10）成形时间（S）：
注射时间20——90
高压时间0——5
冷却时间20——120
总周期50——220
（11）适应注射机类型：
螺杆、柱塞均可
（12）后处理：
方法红外线灯、烘箱
温度（°C）70
时间（h）2——4
三、ABS性能分析
1、使用性能：
①综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。
②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。
③水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。
④尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。
2、成型性能：
①无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
②吸湿性强，含水量应小于0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
③流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。
料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250°C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取50——60°C，要求光泽及耐热型料宜取60——80°C。
注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180——230°C，注射压力为100——140MPa，螺杆式注塑机则取160——220°C，70——100MPa为宜。
⑤易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。
摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。
⑥ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1°以上。
⑦在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
3、ABS主要技术指标：
表1-1热物理性能
密度（g/cm³）
1.02—1．05
比热容（J·kg-1K-1）
1255—1674
导热系数
（W·m-1·K-1×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
滞流温度（°C）
130
表1-2力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（﹪）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（GPa）
1.4
抗压强度（MPa）
53
抗剪强度（MPa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺口
11
表1-3电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
四、ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施：
主要缺陷：
缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。
消除措施：
加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。
第二章模具结构形式的拟定
一、确定型腔数量及排列方式
一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。
型腔的数目可根据模型的大小情况而定。
该塑件对精度要求较高，为较高精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构。
型腔的排列方式如下图：
图2-1型腔排列方式
二、模具结构形式的确定
1.多型腔单分型面模具：
塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
2.多型腔多分型面模具：
塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
该塑件外观质量要求较高，是尺寸精度要求较高的小型塑件，因此可采用多型腔单分型面的设计。
从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。
分型面为单分型面垂直分型。
最常用的浇口形式有：
第一是侧浇口。
这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不利因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。
如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增多。
其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周围的美观。
第二是点浇口。
塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好，熔接痕不太明显。
其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观，并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。
由于型腔重量较大，所以不方便移动。
第三种是综合上述两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。
因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从而使浇注系统进一步完善。
这种浇口形式主要有以下优点：
一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。
二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。
三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。
从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。
第三章注塑机型号的确定
除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。
一、有关塑件的计算
1、体积=4.4944751（cm³）
曲面面积=9.4007650（cm2）
密度=1.05（g/cm³）
质量=4.7191988（g）
二、注射机型号的确定
根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。
SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：
表3-1注塑机的主要参数
理论注射容积（cm³）
60
螺杆直径（mm）
30
注射压力（MPa）
150
注射速率（g/s）
70
塑化能力（g/s）
35
螺杆转速（r/min）
0—200
锁模力（kN）
400
拉杆有效距离（mm）
220×300
移模行程（mm）
250
模具最大厚度（mm）
280
模具最小厚度（mm）
160
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径（mm）
ø80
喷嘴球半径（mm）
SR15
喷嘴口孔径（mm）
ø3
模板尺寸（mm）
200×315
三、注射机及型腔数量的校核
1、主流道的体积约为：
V（cm³）=3.14×0.632×2.5=3.117
2、分流道与浇口的体积约为：
V（cm³）=13×1.1304=14.6952
3、该模具总共需填充塑件的体积约为：
V（cm³）=2×4.4944751+3.117+14.6952=26.8011502
四、注射机及参数量的校核
1、注射量的校核
注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。
在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即
V=nVz+Vj
或M=nmz+mj
式中V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量（cm³或g）；
n——型腔数目
Vz（mz）——单个塑件的容量或质量（cm³或g）。
Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量（cm³或g）。
故应使
nVz+Vj≤0.8Vg
或nmz+mj≤0.8mg
式中
Vg（mg）——注射机额定注射量（cm³或g）。
根据容积计算
nVz+Vj=26.8011502≤0.8Vg
可见注射机的注射量符合要求
2、型腔数量的确定和校核
型腔数量与注射机的塑化率、最大注射量及锁模力等参数有关，此外，还受塑件的精度和生产的经济性等因数影响。
可根据注射机的最大注射量确定型腔数n
式中K——注射机的最大注射量的得用系数，一般取0.8；
mN——注射机允许的最大注射量；
m2——浇注系统所需塑料的质量或体积（g或cm³）；
m1——单个塑件的质量或体积（g或cm³）。
所以需要
n=2符合要求
3、塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核
注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。
如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。
因此，设计注射模时必须满足下面关系：
nA1+A2﹤A
式中A——注射机允许使用的最大成型面积（mm2）
其他符号意义同前。
注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：
（nA1+A2）p﹤F
式中符号意义同前。
所以需要
2×45×100+9×80=9720﹤A
查得ABS的平均成型压力为30（cm2/MPa）
（2×4.5×10+0.9×8）×30=97.2×30=2916﹤F
符合要求
4、最大注射压力校核
注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调用的注射压力，即：
pmax﹥Kp0
很明显，上式成立，符合要求。
5、模具与注射机安装部份的校核
喷嘴尺寸注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。
模具厚度模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：
Hmin﹤H﹤Hmax
式中Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距；
Hmax——注射机允许的最大模厚。
注射机允许厚度
160﹤H﹤280
符合要求。
6、开模行程校核
开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。
注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：
Smax≥s=H1+H2+5～10mm
式中H1——推出距离（脱模距离）（mm）；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。
推出距离取H1=20
包括浇注系统凝料在内的塑件高度取H2=40
余量取8
则有：
Smax≥s=20+40+8=68
符合要求。
第四章分型面位置的确定
分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。
一、分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。
二、分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、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。
选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：
1分型面应选在塑件外形最大轮廓处
2分型面的选择应有利于塑件顺利脱模
3保证塑件的精度
4满足塑件的外观质量要求
5便于模具制造加工
6应注意注射剂的技术规格
7对排气效果
8对侧抽芯的影响
在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。
三、分型面的确定
根据以上原则，可确定该模具的分型面如下图：
第五章浇注系统的形式和浇口的设计
浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通道。
浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。
浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影响。
该模具采用普通流道浇注系统，普通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。
一、浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、结构、尺寸、内外在质量等影响效大，而且还与塑件所用塑料的利用率、成型效率等相关。
对浇注系统进行整体设计时，一般应遵循如下基本原则：
1了解塑料的成型性能和塑料熔体的流动性。
2采用尺量短的流程，以减少热量与压力损失。
3浇注系统的设计应有利于良好的排气。
4防止型芯变形和嵌件位移。
5便于修整浇口以保证塑件外观质量。
6浇注系统应结合型腔布局同时考虑。
7流动距离比和流动面积比的校核。
二、主流道的设计
主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。
在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为2°——6°。
1、主流道的尺寸
（1）主流道小端直径
主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+2～3
=3+2～3取d=5（mm）。
（2）主流道的球半径
主流道的球半径SR=10+1～2取SR=12（mm）。
（3）球面配合高度
球面配合高度为3～5取3（mm）。
（4）主流道长度
主流道长度L，应尽量小于60mm，，上标准模架及该模具结构，取
L=32（mm）
（5）主流道锥度
主流道锥角一般应在2°——6°，取α=4°，所以流道锥度为α/2=2°。
（6）主流道大端直径
主流道大端直径D=d+2Ltg（α/２）（α=4°）
≈6.3（mm）
（7）主流道大端倒圆角
倒角D/8≈0.6（mm）
根据以上数据和注射机的有关参数，设计出主流道如下图：
图5-1主流道形式
2、主流道衬套的形式
主流道部分在成型过程中，其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔体要冷热交换地反复接触，属易损件，对材料要求较高，因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式（俗称浇口套），以便有效地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T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。
主流道衬套应设置在模具对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴同一轴心线。
图5-2主流道的位置
主流道衬套的形式有两种：
一是主流道衬套与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合在固定在模板上。
该模具尺寸较小，主流道衬套可以选用整体式。
设计出主流道衬套的尺寸如下图：
图5-3主流道的具体尺寸
主流道衬套的固定形式如下图：
图5-4衬套的固定形式
三、冷料井的设计
在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。
位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。
为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料井（冷料穴）。
1、主流道冷料井的设计
主流道冷料井设计成带有推杆的冷料井，底部由一根推杆组成，推杆装于推杆固定板上，与推杆脱模机构连用。
冷料井的孔设计成倒锥形，便于将主流道凝料拉出。
当其被推出时，塑件和流料凝道能自动坠落，易于实现自动化操作。
主流道冷料井的设计如下图所示：
图5-5主流道冷料井的设计
2、分流道冷料井的设计
当分流道较长时，可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料井，以储存前锋冷料，其长度为分流道直径的1.5～2倍。
四、分流道的设计
该模具为一模两腔的结构，应设置分流道。
分流道的设计应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔，并且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
1、分流道的截面形状
常用分流道的截面面形状有圆形、梯形、U字形和六角形等。
要减少流道内的压力损失，则希望流道的截面积大，流道的表面积小，以减少传热损失，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率。
圆形截面效率最高（即比表面最小），由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜度为5°～10°的梯形流道。
浅矩形及半圆形截面流道，由于其效率低（比表面大），通常不采用，当分型面为平面时，可采用梯形或U字型截面的分流道。
从上述分析，为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率，该模具分流道截面采用圆型截面。
2、分流道的截面尺寸
分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率以及分流道的长度等因素来确定。
（1）对于壁厚小于3mm,质量在200g以下的塑件，可用下述公式确定分流道的直径：
D=0.2654W
L
其中D——流道直径（mm）；
W——塑件的质量（g）；
L——分流道的长度（mm）。
此式计算的分流道直径限于3.2～9.5mm。
根据前面的计算数据，有
D=0.265×4.7191988
×55
≈1.568（mm）
故不在适应范围。
（2）根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和《塑料成形工艺与模具设计》，再考虑到ABS的成型工艺性能，可确定分流道直径为6mm.
因此，分流道截面形状如下图所示：
图5-6分流道截面
3、分流道的长度
分流道的长度应尽量短，且少弯折。
分流道长度为
L=55×2=110（mm）
4、分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.63～1.6μm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。
避免熔体表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。
5、分流道的布置形式
分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响，该模具为一模两腔，采用平衡式布置。
平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都必须对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料平衡。
因此各个型腔的浇口尺寸也可以相同，达到各个型腔均衡地进料。
五、浇口的设计
浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。
浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。
浇口的主要作用是：
1型腔充满后，塑料熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流；
2易于切除浇口塑料凝料；
3对于多型腔的模具，用以平衡进料；
浇口的面积通常为分流道面积的0.03～0.09。
浇口的截面有矩形和圆形两种。
浇口长度约为0.5～2mm左右。
浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。
1、浇口的形式及特点
综合点浇口和侧浇口两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。
因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺辅助浇口，从而使浇注系统进一步完善。
这种浇口形式主要有以下优点：
一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。
二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。
三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有利于机床自动化。
从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。
2、浇口尺寸的确定
浇口结构尺寸可由经验公式，并由《塑料模具技术手册》之《轻工模具手册之一》中图3-31查得，浇口深度h=0.5～2.0
h=nt=0.8取h=1（mm）
式中h——浇口深度（mm）;
n——塑料系数，由塑料性质决定；
t——塑件壁厚（mm）.
浇口宽度b=1.5～5.0
取b=1.8（mm）
式中A——塑件型腔表面积。
浇口长度l=0.5～1.75
为了去除浇口方便，浇口长度l也可取0.7～2.5。
所以可取l=1.0（mm）
注：
其尺寸实际应用效果如何，应在试模中检验与改进。
3、浇口位置的选择
浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。
选择浇口位置时应遵循如下原则：
1避免塑件上产生缺陷；
2浇口应开设在塑件截面最厚处；
3有利于塑料熔体的流动；
4有利于型腔的排气；
5考虑塑件受力情况；
6增加熔接痕牢度；
7流动定向方位对塑件性能的影响；
8浇口位置和数目对塑件变形的影响；
9校核流动比；
10防止型芯或嵌件挤压位移或变形。
此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。
六、浇注系统的平衡
对于中小型塑件的注射模具已广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。
一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，
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