摩托车后尾灯罩注射模设计.doc

课 程 设 计

课程名称 塑料模塑成型技术
题目名称 尾灯罩注射模具设计
专业班级 材控
学 号
学生姓名
指导教师

2013年11月 6号

一、 零件分析 1
1.1 零件工艺性分析 1
1.2 注射成型分析 1
二、基本结构和零部件设计 2
2.1 分型面的选择 2
2.2 成型零件的设计 2
2.2.1凹模设计及计算 3
2.2.2 型芯设计及计算 4
2.3 结构零件的设计 5
2.4 加热与冷却装置的设计 5
三、 注射模设计 6
3.1 选取注射机 6
3.2 浇注系统设计 7
3.2.1 主流道 7
3.2.2 分流道 8
3.2.3 浇口 9
3.3 侧向分型与抽芯结构设计 10
3.3.1侧向分型抽芯机构类型 10
3.3.2抽芯距的确定 10
3.3.3斜导柱分型与抽芯结构 10
3.3.4斜导柱的确定 12
3.3.5滑块与导滑槽 13
3.3.6楔紧块的设计 14
3.4 推出机构的设计 14
3.5选取模架 14
四、校核 14
4.1校核锁模力 14
4.2校核注射压力 15
4.3校核模具闭合高度 15
4.4校核开模行程 15
五、参考文献 15

一、 零件分析
1.1 零件工艺性分析

零件图如上
分析如下：
1、塑件有侧孔，须采用侧抽芯结构；
2、塑件两侧有一定角度，方便脱模；
3、壁厚均匀，容易注射成型；
4、塑件表面要求较高，应尽量使熔接痕不出现在外表面；
5、塑件转角有圆弧过渡，避免应力集中，提高强度，利于充满型腔，便于脱模。
1.2 注射成型分析
塑件材料为ABS，精度为MT5，要求大批量生产
ABS成形性较好，流动性较好，收缩率小。ABS塑料比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。但ABS吸水性大，成型前必须充分干燥，制品要求表面光洁，应进行较长时间的干燥。参数收缩率s=0.4~07%，取S=0.006。
精度为MT5，较低。
大批量生产，因此模具设置一模两腔。
二、基本结构和零部件设计
2.1 分型面的选择
方案一： 方案二：
单一分型面 两个分型面，点浇口适用
结构简单

方案三：
分型面投影面积大，锁模力大，飞边大，不采用

基于分型面的选择原则和总体方案考虑，本设计采用方案二。
2.2 成型零件的设计
模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶件、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
2.2.1凹模设计及计算
凹模是成型零件外表面的主要零件，按其结构不同，可分为整体式和组合式两类。
1、整体式凹模 整体式凹模由整快材料加工而成。结构简单，成型的制品质量较好。但消耗模具钢多，对于形状复杂的凹模，其机械加工工艺性较差。但随着数控技术和电加工技术的发展与应用，采用整体式凹模将会越来越多
2、组合式凹模 组合式凹模是指凹模由两个以上零件组合而成，其改善了加工性，减少了热处理变形，节约了模具钢，但装配调整较麻烦，有时制品表面可能存在拼块的拼接线痕迹。因此适用于形状复杂的塑件成型。
由于本制品尺寸小，模具也将为中小型模具，形状复杂程度一般，因此采用整体式凹模。如下图：

型腔尺寸计算：
径向尺寸：LM=[
式中 LM——型腔的径向基本尺寸；
Ls——塑件的径向基本尺寸；
S——塑料的平均收缩率,取S=0.006；
Δ——塑件的公差；根据参考文献【1】中表3-10选取；
δ——模具制造公差，精度要求不高的塑件按1/3选取。
根据塑件零件图有：Ls1 =90， Ls2 =22，Ls3 =75, Ls4 =4
则型腔径向尺寸为：
LM1=[=[90×（1+0.006）-×1.0=
LM2=[=[22×（1+0.006）-×0.44=
LM3 =[ LS3（1+S）-=[75×（1+0.006）-=
LM4 =[ LS4（1+S）-=[4×（1+0.006）-=
深度尺寸：HM=[ HS（1+S）-
式中 HM——型腔的深度基本尺寸；
HS——塑件的深度基本尺寸。
根据塑件零件图有：HS1 =75， HS2 =20
则型腔的深度尺寸为：
HM1 =[ HS1（1+S）-=[75×（1+0.006）-=
HM2 =[ HS2（1+S）-=[20×（1+0.006）-=
2.2.2 型芯设计及计算
型芯是成型塑件内表面的零件。根据型芯所成型零件内表面大小不同，通常又有型芯与成型杆之分。型芯一般指成型制品中较大的主要内型的成型零件，又称主型芯；成型杆一般是指成型制品上较小孔的成型零件，又称小型芯。
1、主型芯设计及计算
型芯（主型芯）分为整体式和组合式两类。整体式型芯型芯与模板为一整体，其结构牢固，成型的制品质量较好，但消耗贵重模具钢多，不便加工，主要用于形状简单的型芯。组合式型芯的优缺点与组合式凹模的基本相同，设计和制造这一类型芯时，必须注意提高拼块的加工和热处理工艺性，拼接必须牢靠严密。
本设计所需的主型芯结构简单，因此采用整体式型芯，使用螺钉连接主型芯与模板，结构牢固。如右图：

主型芯尺寸计算：
径向尺寸：lM =[ ls (1+S)+
式中 lM——型芯的径向基本尺寸；
ls——塑件的径向基本尺寸；
其余符号与型腔计算公式相同。
根据塑件零件图有：lS =2
则型芯径向尺寸为：
lM =[ lS（1+S）+=[2×（1+0.006）+=
2、侧型芯设计及计算
侧型芯采用螺钉固定，如下图：
侧型芯尺寸计算：
径向尺寸公式同主型芯
根据塑件零件图有：lS1 =60，lS2 =4
则侧型芯径向尺寸为：
lM1 =[ lS1（1+S）+=[60×（1+0.006）+=
lM2 =[ lS2（1+S）+=[4×（1+0.006）+=
高度尺寸：hM=[ hS（1+S）+
根据零件图有：hS=26
则侧型芯高度尺寸为：
hM =[ hS（1+S）+=[26×（1+0.006）+=

2.3 结构零件的设计
1、导向装置设计
采用导柱导套定位，使用带头导柱，直导套。
2、支承零件设计
定模座板和动模座板：是动模和定模的基座，也是固定式塑料模具与成型设备连接的模板。
定模扳和动模板：作用是固定型芯、凹模、导柱和导套等零件，所以也称固定板。
支承板：是垫在动模板背面的模板，作用是防止型芯、凹模、导柱、导套等零件脱出，增强这些零件的稳定性并承受型芯和凹模等传递来的成型压力。
垫块：主要作用是使动模支承板与动模座板之间形成用于推出机构运动的空间和调节模具总高度以适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求。
2.4 加热与冷却装置的设计
本制品材料为ABS，不需要加热装置，因此只设计冷却装置。
冷却装置设计原则：
冷却回路数量应尽量多，冷却通道孔径尽量大，冷却通道布置应合理，应特别注意的是一般情况下型芯的散热能力差，因而对型芯应加强冷却，并特别注意型芯冷却回路的布置。
型腔冷却采用了循环式冷却装置，冷却效果较好；型芯冷却采用了隔板式冷却装置，结构简单，制造方便。
三、 注射模设计
3.1 选取注射机
1、根据注射量
塑件成形所需的注射总量应该小于所选注射机的注射量。为了保证正常的注射成型，注射机的最大注射量应稍大于制品的质量或体积（包括流道凝料）。通常注射机的实际注射量最好在注射机的最大注射量的80%以内。
当注射机最大注射量以最大注射容积标定时，其应满足：
KV0≥V=+V流
V0——注射机最大注射容积（cm3）
V——制品的总体积（包括制品、流道凝料在内）（cm3）
——一个制品的体积（cm3）
V流——流道凝料的体积（cm3）
n——型腔数，n=2
K——注射机最大注射量的利用系数，取K=0.8
由ProE测量两个塑件体积=87.91216 cm3，取V流=0.8=70.329728 cm3，所以V=+V流=158.24189 cm3，因此V料≥197.80233 cm3
2、根据锁模力
锁模力又称合模力，是指注射机的合模结构对模具所能施加的最大夹紧力。当熔体充满型腔时，注射压力在型腔内所产生的作用力总是力图使模具沿分型面胀开，因此，注射机的锁模力要大于型腔内熔体压力与塑料制品及浇注系统在分型面上的投影之和的乘积，即：
F0≥F=p模*A分
F0——注射机最大锁模力
p模——模内平均压力（型腔内的熔体平均压力），查参考文献【1】表5-2，取34.3MPa
A分——制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和。
由计算可得塑件在分型面的投影面积为A=2*75*90=13500mm2，取流道凝料投影面积为0.8A=10800mm2，所以F0≥34.3*（13500+10800）=833.49kN。
综上所述，选取型号为XS-ZY-250的注射机。
3.2 浇注系统设计
浇注系统设计原则
1. 适应塑料的成型工艺特性
2. 有利于型腔内的气体排出
3. 尽量减少塑料熔体的热量损失与压力损失
4. 避免熔料直冲细小型芯或嵌件
5. 便于修整，不影响塑件的外观和质量
6. 减小塑料用量和模具尺寸
7. 防止塑件翘曲变形
3.2.1 主流道
主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动距离。它与注射机喷嘴在同一轴线上，熔体在主流道中不改变流动方向。主流道是熔融塑料最先经过的流道，所以它的大小直接影响熔体的流动速度和充模时间。
本制品采用直浇注系统。
如右图，主流道为圆锥形，锥度为α，依图中公式，小端直径d=4.5mm，主流道长度L≤60mm.，取L=30mm。
由于主流道需要与高温塑料和喷嘴频繁接触，设置主流道衬套是很有必要的。尤其是当主流道需要穿过几块模板时更应该设置主流道衬套，否则在模板接触面可能开始溢料，致使主流道凝料难以取出。

一般主流道衬套采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理要求淬火53～57HRC。主流道衬套应设置在模具的对称中心位置上，并尽可能保证与相联接的注射机喷嘴为同一轴心线。主流道衬套形式如下图所示，（a）为主流道与定位圈设计成整体式，一般用于小型模具；（b）和（c）所示为将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。在本设计中，为了安装与拆卸方便，所以采用图（b）的形式。

(a) (b) (c)
3.2.2 分流道
在多型腔或单型腔多浇口时应设置分流道。分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段，因此要求所设计的分流道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。
为便于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。常用的分流道截面形状一般可分为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等。
1、分流道的截面形状和尺寸

分流道截面形状及尺寸应根据塑料制件的结构（大小和壁厚）、所用塑料的工艺特性、成型工艺条件及分流道的长度等因素来确定。由理论分析可知，圆形截面的流道总是比任何其他形状截面的流道更可取，因为在相同截面积的情况下，其比表面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），即它在热的塑料熔体和温度相对较低的模具之间提供的接触面积最小，因此从流动性、传热性等方面考虑，圆形截面是分流道比较理想的形状。
圆形截面分流道因其要以分型面为界分成两半进行加工才利于凝料脱出，但这种加工的工艺性不佳，且模具闭合后难以精确保证两半圆对准，故生产实际中不常使用。而U形截面分流道容易加工，且塑料的热量散失及流动阻力均不大，经过多方面的考虑，在本设计里采用U形截面（即图中的抛物线截面）的分流道。
等效尺寸（使效率值均为0.25D时应取的尺寸）：D=7mm。
2、分流道的布置
本模具采用一模两腔，因此分流道对向分布，分流道较长时应设置冷料穴。分流道与浇口的过渡应平滑，有利于熔体的流动和填充，否则会使料流产生紊流和涡流，从而使充模条件恶化。
3.2.3 浇口
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关键部分。浇口的位置、形状及尺寸对塑件的性能和质量的影响很大。按浇口形状可分为扇形浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐式浇口、薄片式浇口、点浇口，按浇口的特殊性又分为潜伏式浇口、护耳浇口等。
1、浇口形状：本制品要求表面光洁，因此采用点浇口，只会在制品表面留下很浅的痕迹。
2、浇口位置：本模具采用一模两腔，对向布置。
方案一：浇口设置在制品上方正中间，表面会留下痕迹，但流程短；
方案二：浇口设置在制品下方，表面不留痕迹，但流程长。
本制品属于薄壁零件，且点浇口所留痕迹很小，不影响使用，因此采用方案一，将浇口设置在制品上方正中间。
点浇口设置须是双分型面，三板式。
本设计还设计了自动拉断点浇口装置，如下图，在定模型腔板内镶一托板。开模时，由定距分型机构（弹簧）保证定模板与定模座板首先分型，拉料杆将主流道凝料从主流道衬套内拉出。当开模一定距离后，限位螺钉带动托板使主流道凝料与拉料杆脱离，同时拉断点浇口，整个浇注系统凝料便自动落下。

3.3 侧向分型与抽芯结构设计
本制品侧壁上带有与开模方向不同的孔，阻碍制品成型后直接脱模，因此将成型侧孔的成型零件做成活动的侧型芯，在制品脱模前抽出侧型芯，再从模具中推出制品。因此设计侧向分型抽芯机构。
3.3.1侧向分型抽芯机构类型
侧向分型抽芯机构可分为手动、机动、气动或液压型，本设计采用机动侧向分型抽芯机构。
机动侧向分型抽芯机构有斜导柱、斜滑块、齿轮齿条，及其他形式的结构。本制品底部不平齐，因此排除斜滑块侧向分型抽芯机构；齿轮齿条侧向分型抽芯机构较复杂，因而不采用，本设计最终采用斜导柱侧向分型抽芯机构。
3.3.2抽芯距的确定

如上图，抽芯距S抽=h+(2~3)mm=5mm
3.3.3斜导柱分型与抽芯结构
有四种形式：
① 斜导柱在定模，滑块在动模：
该形式必须避免复位时滑块与推杆出现干涉。

② 斜导柱在动模，滑块在定模：
该形式特点是没有推出机构。

③ 斜导柱、滑块在动模：
该形式可以通过推出机构或顺序分型机构来实现斜导柱与滑块的相对运动。

④ 斜导柱、滑块在定模：
该形式必须使滑块带着侧型芯先从制品中抽出，才不会损坏制品的侧孔或凸台。因此，应使定模板与定模座板先分型。

本设计采用第④种形式，即斜导柱、滑块都在定模。
3.3.4斜导柱的确定
① 斜导柱斜角：
L4=S抽/sinα，H4=S抽sinα
当抽芯距（S抽）一定时，α越小，斜导柱工作长度（L4）越长，完成抽芯所需的开模行程（H4）越大。生产中斜导柱斜角一般取15o~20o，本设计取150。
②斜导柱截面形状：常用为圆形和矩形，圆形截面加工方便，装配容易，应用较广；矩形截面在相同截面积的条件下，具有较大的抗弯截面系数，能承受较大弯矩，强度、刚度好，但加工与装配较难，适用于抽拔力较大的场合。本设计采用圆形截面。
③斜导柱截面尺寸
斜导柱截面尺寸取决于所受的弯矩：

——斜导柱材料的许用弯曲应力，对于碳钢，=127.2MPa
——弯曲力作用点（B）距斜导柱伸出部分根部（A）的距离
本次设计，分型面在侧型芯上方7mm处，因此=7/cos150=7.25mm，F弯经计算得3163.96N，因此斜导柱截面直径d=11.87mm，斜导柱为标准件，圆整后取d=12.5mm。
④斜导柱长度

由上面可得
α=15°，S抽=5mm，
则D=16mm， ha=55mm，
计算取整可得斜导柱长度L=80mm。

3.3.5滑块与导滑槽
①滑块与侧型芯连接形式
有整体式和组合式两种：
• 整体式：滑块与侧型芯做成一体
• 组合式：滑块与侧型芯单独制造并通过
一定方式连接
本设计采用组合式，使用通槽加销钉固定侧型芯。如右图：

② 滑块导滑形式
为了确保侧型芯可靠地抽出和复位，保证滑块在移动过程中平稳、无上下窜动和卡死现象，导块和导滑槽必须很好地配合和导滑。本设计采用如图所示的导滑形式。

③滑块定位装置
滑块在完成抽芯动作后，必须可靠地留在要求的位置上，不能任意滑动，否则合模时导柱无法准确插入滑块斜孔中。

3.3.6楔紧块的设计
楔紧块楔角α’必须大于斜导柱的斜角α：α’= α+（20~30），保证在模具开模过程中,楔紧块先松开，斜导柱才拨动滑块抽芯动作。
干涉现象：为了防止干涉现象损坏制品侧孔，使用弹簧先复位机构。
3.4 推出机构的设计
脱出机构设计原则
1. 结构可靠、运动自如
2. 保证塑件外观良好
3. 保证塑件推出时不变形不损坏
• 脱模力作用位置靠近型芯
• 脱模力应作用于塑件刚度及强度最大的部位
• 作用力面积尽可能大
• 一般而言：塑件收缩率大、壁厚、大而复杂的型芯、深度大、脱模斜度小、成型零件表面粗糙时脱模力大。
4. 尽量使塑件留于动模一侧
• 塑件留于动模则推出机构简单，否则要设计定模推出机构。
推出机构常用的结构形式：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、活动镶块或凹模推出机构、联合推出机构。
本制品底面不平齐，又有侧型芯，因此采用推块推出机构，表面不会留下推杆痕迹，且推出力较均匀。
3.5选取模架
依据上述设计过程，估算大概尺寸，选取P1型模架，尺寸BXL=355X355。
四、校核
4.1校核锁模力
设计完成，分型面面积A分=A浇+2A塑=8x110+2x75x90=14380mm2
所需锁模力F=A分*p模=493.234 kN＜F机（注射机最大锁模力）=1800Kn
校核合格
4.2校核注射压力
ABS所需注射压力P塑为60~100MPa
P机（注射机最大注射压力）=130MPa＞P塑
校核合格
4.3校核模具闭合高度
模具闭合高度H=322.1mm，最大模具高度Hmax=350mm,最小模具高度Hmin=250mm，Hmin≤H≤Hmax
校核合格
4.4校核开模行程
注射机XS-ZY-250，注射机最大开模行程与模具厚度有关，双分型面开模行程校核公式为：H1+H2+a+（5～10）mm≤S
式中 H1——脱模距离（推出距离）（mm）；H1=30mm；
H2——塑件高度（mm）；H2=75mm；
a——取出浇注系统凝料所需的定模座板与中间板分离的距离（mm）；a=36mm；
S——注射机模板行程；S=350mm。
则有
30+75+36+(5～10)=146～151mm≤S=350mm
校核合格
五、参考文献
[1] 翁其金．塑料模塑成型技术[M] .北京：机械工业出版社,2011 .
[2] 齐卫东．简明塑料模具设计手册[M] .北京：北京理工大学出版社,2009.

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