毕业论文---塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析.doc

模具设计过程
基本信息
塑件名称：小型继电器保护罩 材料：ABS 技术要求：粗糙度3.2 公差等级：MT5 批量：简易模具为小批量试生产、注塑模为大批量生产
关键词： 分型面 塑件体积 尺寸精度 模具闭合高度 模具工作原理
1模塑工艺规程的编制
该塑件是外壳体，其零件图如下所示，本塑件的材料为ABS，
，生产类型为大批量生产。

图1-1

塑件的工艺性分析及使用分析：
1.1塑件的原材料分析
塑件的材料为ABS， 材料的性能 ABS为热塑性塑料，密度1.03~1.07g/cm，抗拉强度30~50Mpa，抗弯强度41~76 Mpa，拉伸弹性模量1587~2277 Mpa，弯曲弹性模量Mpa，收缩率0.3~0.8%，常取0.5% 。该材料综合性能好，即冲击强度高，尺寸稳定，易于成型，耐热和耐腐蚀性能也较好，并有良好的耐寒性。属热塑性塑料。结构特点为线性结构非结晶性，使用温度应小于70⁰C,从使用性能上看，该塑料综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性、电性能良好，机械强度较好，有一定的耐磨性。但耐热性较差，吸水性大；从成型性能上看，该塑料的流动性较好，不易分解，成型容易，但吸水性大，成型前原料要干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥，易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≥250℃）。对精度较高的塑件，模温易取50～60℃，对光线而、耐热塑件，模温易取60～80℃，ABS塑料应用广泛，适于制作一般机械零件、减磨耐磨零件、传动零件和电讯零件。
1.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
1）从零件图上分析，该零件方块型外壳，高度为17㎜，中部为多个长方形形孔，内部中空，底部圆角分别为R0.5mm和R1.5mm，外壳体侧壁和底部厚度为3mm。
2）尺寸精度分析：
该零件要求精度等级为未注故用MT5级及IT11，精度要求较低，相对应的模具相关零件的尺寸加工容易保证，从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为2mm，壁厚均匀，有利于零件的成型。
3）注射成型的工艺流程
因为ABS即改性聚苯乙烯是一种热塑性是塑料，而且塑件批量大，所以我们采用注射成型。
注射成型是热塑性塑料的一种主要成型方法；而且它成型周期短，能一次成型外形复杂，尺寸精密的塑料制件，且生产效率高，易于实现自动化生产。
注射成型的工艺工程包括：成型前的准备；注射成型过程；塑件的后处理三个阶段。详细的工艺流程如下图所示：
图1.2-3
1.3 计算塑件的体积和重量
计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。
计算塑件的体积：V件=29.8cm
计算塑件的重量：根据手册可查得ABS的密度为P=1.03~1.07g/cm
故塑件的重量为G=V×P=29.8cm×1. 05g/cm=31.29g≈31.3g

流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。
m2=0.6×31.3=18.78g
1.4 确定型腔数目
根据制品的生产批量及尺寸精度要求采用多型腔模具，但考虑到模具的制作费用，初步确定为一模两腔。

1.5注射机型号的选定
由上述知确定模具为一模两腔，所以注射量为：
M=2×m×1.6=2×31.3×（1+0.6）=100.16g
流道凝料在分型面上的投影面积A,在模具设计之前是个未知值，根据多型腔模具的统计分析，A是每个塑件在分型面上的投影面积A的0.2∽0.5倍。因此可以用0.35 A来进行估算，所以：总的投影面积A
A=n A+ A
单个面上的投影面积A=65*75=4875mm
即A=2×4875×(1+0.2)=11700 mm
在成型中小型所料制品时，型腔熔体内的压力p常取20～40Mp
P——型腔压力， P=20Mpa
那么所需锁模力F=AP=11700*20=234KN
由以上所计算的注射量和锁模力可知，我们可选用SZ-160/100注射机
SZ-250/ZH注射机的主要技术参数表1所示：
表1 注射机参数
螺杆直径
40mm
注射容量
160cm3
注射压力
150MPa
锁模力
320kN
模具厚度
最大---300mm
最小---200mm
模板行程
325mm
喷嘴
球半径15mm
定位孔直径
100mm
顶出力
15KN
1.6注射参数的校核
1.6.1 最大的注射量的校核：
当注射机的最大注射量以容积标定时，按下式计算：
KV≥V
式中：V———注射机的最大注射量(cm)
K———注射机最大注射量的利用系数，一般取K=0.8
V———塑件的总体积(cm)
KV=0.8×160=108cm
V=M /ρ=100.16/1.05=95cm 108≥95 满足要求
1.6.2 注射压力的校核
注射压力的校核是校验注射机的额定压力能否满足塑件成型时所需的注射压力。
P≥p 式中P——注射机的额定压力为 P=150Mpa
P——塑件成型时所需的注射压力。表得p=30Mpa
故P公≥p 注射压力可满足条件
1.5.3 锁模力的校核
F≥qA 式中F——注射机的额定锁模力。查表得F=320KN
qA——塑件成型所需的锁模力。上以算出为234KN
1500≥465.98 满足要求
1.6.3 模具型腔数目的确定
按注射机的最大注射量确定型腔数n.
根据公式n≤(0.8G- m2)/ m确定
式中G——注射机最大注射量（g）查表得54g
m——塑件的质量（g）
m2——流道凝料的质量（g）
n=（0.8×160-0.6×31.3）/31.3=3.48≥2 所以一模两腔可以满足。
1.7塑件注射工艺参数的确定
查找附录A:ABS的成型工艺台数可作为如下选择:
注射温度:包括料筒温度和喷嘴温度
料筒温度:后段温度t1选用160℃ 中段温度t2选用170℃
前段温度t3选用190℃
喷嘴温度：选用180℃ 模具温度：60℃
注射压力:选用90Mpa 注射时间:选用50S
保压时间:选用5S 冷却时间:选用20S
2 注射模具的结构设计
注射模具的结构设计包括：分型面的选择，模具型腔数目的确定，型腔的排列方式，浇口位置，模具工作零件的结构设计，推出机构的设计等内容。
2.1分型面的选择
模具设计中分型面的选择很重要，它决定了模具的结构。应根据分型面选择原则和塑件成型的要求来选择分型面。该塑件为方状，表面质量无特殊要求，选择分型面如图2所示，这样可降低模具的复杂程度，降低模具的高度又便于成型出件。

图2.1-1 分型面
2.2确定型腔排列方式
模具在注射时采用一模两件两开式模具，即模具需要两个型腔。塑件布局如图4所示。采用这种方式最大的优点：便于注射，降低了模具的生产费用，并且该件也可作为一种装饰品，采用点浇口提高了零件的表面的质量，由于该件体积较大，采用点浇口便于材料的充满型腔。

图2.2-1 塑件布局
2.3浇注系统的设计
2.3.1 主流道设计
根据设计手册查得SZ-160/100型注射机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴的前端孔径d=Φ5㎜,
喷嘴前端球面半径R=15㎜.
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R= R+（1～2）㎜
D=d+（0.5～1）㎜.
取主流道球面半径R=16㎜，
取主流道小端直径D=Φ5.5㎜，
球面配合高度h=3-5mm 取h=5 mm
主流道长度 尽量小于60mm， 有标准模架结合该模具的结构，取L=40mm
浇口套总长 L=55mm
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°。
2.3.2 分流道的设计
分流道在多型腔模具中是必不可少的，它起连接主浇道和浇口的作用。
分流道的形状和尺寸应根据塑件的体积，壁厚，形状的复杂程度，注射速度，分流道长度，等因素来确定。塑件外形不算太复杂，熔料填充比较容易，为了加工起见，选用截面形状为半圆形分流道。
分流道的直径D = =7.2mm
G制品的重量，L分流道的长度
所以D取8mm
2.3.3 浇口的设计
浇口是连接分浇道和型腔的短浇道。分析塑件可知此模具应采用点浇口形式。
点浇口的优点：因为浇口尺寸很小，熔料通过时有很高的的剪切的速率，这对降低表现黏度，提高料温有利。点浇口的最大特点是浇口选在塑件的顶面且面积较小，当顶出塑件时，浇注系统凝料和浇口连在一起和塑件连接处被自动切断。主流道、侧流道、侧浇口布局如5图所示

图2.3.3-1 主流道、侧流道、点浇口布局
2.4上下模块的设计
本图件由于孔的位置在平滑的斜面上，不利于侧抽芯，所以，我决定用两个模块夹在孔的位置上下，这样在注塑结束后又推杆推出，就可以把两个模块分开，达到我预期的目的。
2.4.3 确定斜销尺寸
其安装部分与模板间可采用H7/m6或H7/n6的过渡配合。斜销与滑块间隙（一边）为1㎜。斜销长度为：L=S抽/Sinα=5/ Sin10=28.8㎜。考虑抽拔力不大这里工作部分初定斜导柱直径d=φ12㎜。
2.4.5成型零件的结构设计：
1）凹模的结构设计：模具采用一模两件的两开结构形式，并采用球头拉杆拉料并通过螺纹固定在支撑板上，根据分流道与主流道在定模座上，浇口在型腔板上，这样型腔便于加工。
2）凸模结构设计：凸模主要是与凹模相结合构成模具型腔，其凸模和侧型芯的结构形式如装配图所示。

2.5 模具排气系统的设计
塑件中等，采用一模两腔结构，此套模具业属于小型模具，工件上有侧抽芯结构，注射成型的气体可以通过先抽芯的方孔进行排气，所以不必考虑单独开设排气槽等排气系统。
2.6 推出机构与复位机构的设计
塑件的脱模力中等，由于模具结构简单所以用推杆推出塑件。
考虑倒塑件外形和脱模力推杆，由于塑件所需的脱模力不大，推杆直径为6mm，长度较短，，因此推杆不必制成阶梯式的。推杆共有4根。推杆直径与模板上的推杆孔采用H8/f8间隙配合。推杆材料采用T8碳素工具钢，热处理要求硬度50HRC以上，工作端配合部分的表面粗超度为R=0.8
合模时采用复位杆复位。
2.7 开合模导向机构的设计
由于该模具采用的标准模架，但由于该模具是两开式模具所以不用模架本身带有导向装置，必须从新设计导向机构，以保证三板在两开时严格定位，采用标准件导柱导套采用H7/f7间隙配合，以达到上述要求。

3. 有关型腔的工作尺寸计算

本塑件的成型零件的工作尺寸计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
 ABS的收缩率Q=0.4～0.6％.故平均收缩率为QCP=(0.4+0.6) ％/2=0.5％,考虑工厂的一般加工情况，模具制造公差取z=△/3。
型腔、型芯的工作尺寸计算
1. 型芯和型腔工作尺寸计算，如下表所示：
表3-1
类别
模具零
件名称
塑件
尺寸
计算公式
型腔或型芯
的工作尺寸
型腔的计算
凹模板
65
LM=（LS+LS×SCP%-3/4△）

17
HM=(HS+HS×SCP%-2/3△)

型芯的计算
凸模
69
HM=(HS+HS×SCP%-2/3△)

40
lM=(ls+ls×SCP%+3/4△)

小型芯
φ5

3.2 型腔壁厚的计算
由公式［δ］=st
［δ］——型腔允许变形量
S——塑件材料的收缩率（%）查表得S=0.005
t——塑件的壁厚（㎜）t=2
［δ］=0.005×3=0.015
由于模具型腔为组合式，所以按照组合式型腔计算公式h=进行计算
h——型腔侧壁厚(㎜)
p——溶体内压力p=40Mpa
a——型腔侧壁受溶体压力部分高度 a=17
l1——型腔侧壁长边尺寸75
E——弹性模量，钢材取2.1×105Mpa
将以上数据代入得h=9.8mm取h=32mm
底板厚度的计算：
根据公式H=
P溶体压力40MPa
L1型腔长度40
B底板上型腔承压部分的宽度40
B底板宽度40
E弹性模量，钢材取2.1×105Mpa
代入数据得3.7mm取12mm
3.3、模具加热和冷却系统的计算
本塑件在注射成型时不要求有太高的模温，因而在模具上可不设加热系统，是否需要冷却系统可作如下计算
设定模具平均工作温度为40℃，用常温20℃的水作为模具冷却介 质，其出口温度为30℃，产量为0.0135Kg/min （初算2min1套）
求塑件在硬化时每小时释放的热量Q3
查表得ABS的单位热流量为Q2=35×104J/Kg
Q3=WQ2=0.0135×35×104J/Kg=4725J/Kg

求冷却水的体积流量V
由式3-41得：
V==　　　

）
（
20
30
10
187
.
4
10

4725
3
3
-
´
´
m2/min
=1.1×10-5 m3/min
由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径非常小。
由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可
4、模具闭合高度的确定
根据3、5、2支承与固定零件的设计中提供的经验数据确定：
定模座板： H1=25mm
型腔板： H2=30mm
凸模固定板： H3=15mm
支承板： H4=20mm
垫块： H5=55mm
动模座板： H6=20mm
因而模具的闭合高度 H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7 =165mm
5、注射机有关参数的校核
模具的外形尺寸为315㎜×355㎜×217㎜，选用SZ-160/100型，注射机模板最大安装尺寸为355㎜×400㎜，允许模具闭合高度最小Hmin=220mm。模具的闭合高度为217㎜，所以模具满足安装条件。由于侧分型抽芯距较短，不会过大增加开模距离，注射机开模行程足够。
经验证，SZ-160/100型注射机能满足使用要求，故采用。
6、绘制模具总装配图和非标零件工作图
本模具的工作原理；模具安装在注射机上，定模部分固定在注射机定模板上，动模固定在注射机的动模板上。在模具上，侧型芯滑块安装在动模的导滑槽中，合模后，注射机通过喷嘴将熔料注入型腔，经保压，冷却后，塑件成型，开模是动模部分随动模板一起运动逐渐将分型面打开，与塑件相连的主流道的凝料从浇口套中脱出，与此同时，动模板上的中间顶出装置通过推杆使推件板向上移动，打开模架，上模块位置上移，取取出塑件，然后闭合，推杆也进行复位。
7 注射模主要零件加工工艺规程的编制
本模具的主要零件有：型腔板，型芯，侧滑块

7.1 型腔板的加工工艺
表7.1-1
序号
工序名称
工序内容
1
下料
切割钢板至尺寸218mm×185mm×33mm
2
热处理
退火到180—200HBS
3
刨
刨六面到尺寸214mm×181mm×31mm
4
平磨
磨六面到尺寸213.5mm×180.5mm×30.8mm
5
划线
钳工划型孔、侧抽芯孔形状及其它孔的位置
6

数
控铣
以A面为基准铣型腔到要求，按图纸型腔深度为18mm铣点浇口和方孔，达到要求
7
线切割
·线切割加工导滑槽，达到要求
8
钳
钳工按图样钻Φ34 mm孔和Φ28 mm的阶梯孔，Φ12 mm和Φ10mm的阶梯孔到要求,对Φ10mm孔攻丝
9
热处理
淬火到要求。
10
平磨
磨六面到尺寸要求，与推板配磨，使本件与上固定板上下齐平，且使型腔深度到要求。
11
钳
研型腔到Ra0.8，研浇口到Ra0.8。
12
钳
钳工整修检验

7.2型芯的加工工艺
表7.2-1
序号
工序名称
工序内容
1
下料
切割钢板至尺寸46mm×50mm×50mm
2
热处理
退火到180—200HBS
3
刨
刨六面到尺寸44.5mm×49mm×49mm
4
平磨
磨六面到尺寸44.2mm×48.5mm×44.5mm
5
划线
钳工划螺纹孔、销钉孔形状及其孔的位置
6
铣
以A面为基准铣型芯到要求，长高为48mm和44和小端R0.5的圆角
7
钳
钳工按图样钻Φ9mm和Φ8mm的两个孔达到要求
8
热处理
淬火到40—50HRC
9
钳
研芯面到Ra0.8，固定面到Ra3.2。
10
钳
钳工整修检验

参考文献
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