继电器模具设计说明书.doc

苏 州 市 职 业 大 学

课程设计说明书

名称 　 塑料模具CAD
—— 继电器盖 塑料模具设计　　　　　　
2013年 3月 25 日至 2013 年 4 月 7 日共 2 周
院 　系 机电工程系
班 级 11模具2班
姓 名 谭秀成
第 6 组 第 1 号

系　主　任 陶亦亦
教研室主任 李耀辉
指导教师 李耀辉

苏 州 市 职 业 大 学

课程设计任务书

课程名称： 塑料模具设计
起讫时间： 2013.3.25—2013.4.7
院 系： 机电工程系
班　　级： 11模具2
指导教师： 李耀辉
系 主 任： 陶亦亦

目 录
课程设计任务书 ………………………………………………1
1 塑料件的CAD ………………………………………………4
1.1 塑料件的设计要点 …………………………………………4
1.2 塑料件的设计过程 …………………………………………5
1.2.1塑件的工艺分析 .................................................5
1.2.2 塑件的材料分析 ................................................ 5
2注射模具成型零件CAD ……………………………………6
2.1.1 型腔数目的确定............................................. 6
2.1.2 型腔的布局.................................................. 7
2.1.3 分型面的设计............................................... 7
2.2注射机的选择................................................... 8
2.2.1注射量的计算................................................. 8
2.2.2 浇注系统凝料体积的初步估算...................................8
2.2.3 选择注射机...................................................8 2.2.4注射机的相关参数的校核 ............................................9
2.3凹模的结构设计.................................................10
2.4凸模和型芯的结构设计............................................11
2.5 成型零件的工作尺寸计算.........................................11
2.5.1 型腔尺寸计算.................................................11
2.5.2 型芯尺寸计算 ............................................... 12
2.5.3中心距工作尺寸计算............................................ 12
3模架选型 ……………………………………………………12
4功能系统设计 ………………………………………………┅16
4.1 浇注系统设计 ………………………………………………16
4.1.1主流道设计.....................................................16
4.1.2分流道的设计...................................................17
4.1.3浇口的设计.....................................................17
4.2 推出机构设计 ………………………………………………18
4.2.1 推出机构的设计要求.............................................18
4.2.2 推出机构的选择.................................................19
4.2.3 推出机构的导向与复位...........................................19
4.3 导向机构设计 ………………………………………………20
4.3.1导向装置的设计及尺寸确定....................................... 20
4.3.2导柱导向机构的设计............................................. 21
4.3.3 导套结构和技术要求............................................ 22
4.4 冷却系统设计 ………………………………………………22
5模具装配 ………………………………………………22
6三维转二维工程图 …………………………………………23
7小结 …………………………………………………………25
8 参考文献 ..............................................................................................25

一 塑料件的CAD

图一
如图一零件图所示，该塑件是继电器的外壳盖，该工件壁厚均匀为2mm，塑件尺寸较小，结构较为简单，壁厚均匀，要求大批量生产，其成型工艺采用注塑模具。
1.1 塑料件的设计要点
在设计注塑模时，首先应该确定加料室的总体结构，凹模和凸模之间的配合形式以及成形零件的结构，然后根据塑件尺寸确定型腔成形尺寸，根据塑件重量和塑料品种确定加料室尺寸：
（1） 有利于压力传递；
（2） 便于加料；
（3） 便于安放和固定嵌件；
（4） 保证凸模强度；
（5） 便于注塑流动；
（6） 保证重要尺寸的精度；
（7） 具有一定的拔模斜度，便于抽拔长型芯。
1.2 塑料件的设计过程
1.2.1塑件的工艺分析

图二
塑件的三维造型图如图二所示，该工件未注尺寸按MT6级，制件表面光滑，并且无毛刺。且不允许出现裂纹，变形缺陷。
1.2.2 塑件的材料分析
ABS塑料（聚苯乙烯）是一种无定形的高聚物，它无色、无味、透明，密度1.05g/cm^3容易染色和加工，尺寸稳定，点绝缘性好。刚性较大，质地硬而脆，易见光分解。

ABS塑料流动性较好，易成型且成品率高。由于其热膨胀系数高，所以不宜采用嵌件。成型前进行干燥处理，达到表面光亮。
查资料知其注塑工艺性能以及成型条件如表所示：

ABS
塑料
预热
干燥
温度/℃
55~70
成 型 时 间
注射时间/s
0~3
时间/h
1~2
保压时间/s
15~40
料 筒 温 度/℃

后段
140~160
冷却时间/s
15~60
中段
—
总周期/s
40~90
前段
170~190

喷嘴温度
/℃
160~170
后 处 理
方法
红外线灯
模具温度
/℃
20~60
温度/℃
鼓风烘箱
70~80
注射压力/Ma
60~100
时间/h
2~4
备
注
1.对于较小的浇口选用低速注射,对其他类型的浇口采用高速注射
2.尽可能的使用高注射压力

二 注塑模结构设计

2.1 注射模分型面的确定
2.1.1 型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、注射机能力、模具成本等要求来综合考虑。由于注塑机型号还未选择，需根据几何形状及尺寸、质量要求、批量大小等因素确定型腔数目。
由于该塑件的精度要求不高，尺寸也较小，并且为大批量生产，可采用一模两腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步制定为一模两腔形式。
2.1.2 型腔的布局
由于该模具采用一模两腔，并且根据塑件的壁厚的原因，其排布按对称排布，其分流道对称分布,达到平衡进料的效果，不会出现缩孔内部凹陷的缺陷。其三维图如图三所示：

图三

2.1.3 分型面的设计
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、模具的制造等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，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，满足塑件的外观质量要求。
4) 便于模具加工制造，对侧向抽芯的影响。
5) 便于模具加工制造，对侧向抽芯的影响。
6) 对成型面积的影响，对排气效果的影响
结合继电器盖本身的特点，分型面选择最大轮廓处，选择继电器盖的下底面做为主分型面，便于顺利脱模。如图四

图 四

2.2注射机的选择
2.2.1注射量的计算
塑件体积为：V塑=31.02（由PROE计算得），查资料的ABS塑料的密度为p=1.05g/
塑件质量：M塑= V塑xp=32.57g

2.2.2 浇注系统凝料体积的初步估算
由于浇注系统的凝料在设计之前不能去定准确的数值，但是可根据经验按照塑件体积的0.2倍到1倍来估算。由于本次设计采用的流道中等，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.4倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为
V总=2X1.4V塑=1.4x31.02X2= ≈88
2.2.3 选择注射机
根据以上的计算得出在一次注射过程中注入模具型腔的塑料的总体积为88，由参考文献[1]式（4-18）V公= V总/0.8=88/0.8=110。根据以上的计算，初步选择公称注射量为初步选择公称注射量为125,注射机型号为XS-ZY-125卧室注射机，

其图片见图五以及主要技术参数见表1-2。

图五 XS-ZY-125卧室注射机

理论注射量/
125
拉杆空间/mm
260x290
螺杆柱塞直径/mm
42
模板最大行程/mm
300
注射压力/MPa
120
最大模具厚度/mm
300
注射速率/g·
120
最小模具厚度/mm
200
塑化能力/kg·h
70
锁模形式
液压-机械
螺杆转速/r·
29~101
模具定位孔直径/mm
55
锁模力/kN
900
喷嘴球半径/mm
R12
喷嘴孔直径/mm
4

表1-2注射机主要参数

2.2.4注射机的相关参数的校核
（1）注射压力校核 查参考文献[3] 表2-1可知，制件属于薄壁件，PS所需注射压力为60-100Mpa，所以即使选用P0=100MPa，该注射机的公称注射压力P公=120MPa，注射压力的安全系数K1=1.25~1.4,这里我们取K1=1.3，则：
K1p0=1.3X100=130。所以，注射机注射压力合格。
（2）锁模力的校核
①塑件在分型面上的投影面积
A塑=由PROE得7674.65
②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件再分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，本例中的流道较简单。分流道也中等，所以选择分流道凝料投影面积可适当取，这里选取A浇=0.3A塑 。
A浇==0.3A塑==2302.395
③塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为
A总=N(A塑+A浇)=N（A塑+0.3A塑）=2X(7674.65+2302.395)=19954.09
④模具型腔内的胀型力F胀，则
F胀=A总P模=9977X20=398.08KN
上式中，P模是型腔的平均计算压力值由文献2查表的PS=20MPA
由表1-2可知该注射机的公称锁模力为F锁=500KN，锁模力安全系数为K2=1.1~1.2,这里选择K2XF胀=1.2XF胀=1.2X398.08=477.5KN＜F锁 =500KN

2.3凹模的结构设计
凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体嵌入式，由于塑件有一个小孔采用小型芯可以利于制造防止工件报废。
对小型塑件采用多型腔模具成型时，各单个型腔采用机械加工、冷挤压、电加工等方法加工制成，然后压入模板中。该凹模形状及尺寸的一致性好，更换方便，加工效率高，可节约贵重金属。

本次采用图中的d），其凹模的三维结构图如图五所示：

图 五

2.4凸模和型芯的结构设计
凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。如图六所示：

图 六
2.5 成型零件的工作尺寸计算
成型零件的工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸。但影响塑件的尺寸公差因素很多，其主要的有：

（1） 塑件的收缩率：产品材料ABS塑料，其收缩率0.6％～0.8％。塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算，
即：=%=0.7%
(2) 成型零件的制造误差：一般取塑件总公差的1/3～1/4，现取δz=/3。
(3) 磨损量：对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的/6，对于大型塑件则取/6以下。但因为脱模方向垂直，故磨损量δc=0。

采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。（以下单位都为MM）
2.5.1 型腔尺寸计算

（1）型腔的径向尺寸
84-1.48 LM1 =[(1+S)L-X△] =（84+84X0.007-0.75x1.48)+0.49=83.48+0.49
Φ20+0.62 LM1 =[(1+S)L-X△] =(20+20X0.007-0.75X0.26)+0.21=19.95+0.21
115-1.72 LM1 =[(1+S)L-X△]=(115+115X0.007-0.75X1.72)+0.57=114.52+0.57 （2）深度尺寸计算
由公式
24 23.87

2.5.2 型芯尺寸计算

（1）型芯的径向尺寸
Φ8+0.38 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x8+0.5x0.38)-0.12=8.24-0.12
111-1.72 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x111+1/3x1.72)+0.57=111.3+0.57
80-1.28 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x80+1/3x1.28)+0.42=80.63+0.42
（2）深度尺寸计算
2.5+0.26 Hm=[(1+S)Hs+X△]=（1.007x2.5+0.67x0.26)-0.09=2.69-0.09

2.5.3中心距工作尺寸计算
由公式：
199 200.393

三、模架选型
装置是推杆推件机构，因此模架有推杆、复位杆、推杆固定板及推板。因此本设计中选用的模架结构，直接从模架库调用，其结构如图3—1所示： 图3—1
模架外形尺寸（B×L）为500mm×600mm。

（一）固定板
定模板上安装的工作零件主要是凸模，凸模的工作部分几乎伸进了在动模板中的型腔中，因此定模板的厚度直接用默认值取20mm，但由于它和定模座板起固定齿条的作用，因此其轮廓尺寸与定模座板一样大，为500mm×600mm。定模板上安装的工作零件主要是凹模型腔，凹模型腔是承受注射压力的主要载体，因此动模板厚度相对于定模板要厚，取30mm。在国家标准中没有30mm，可以将动模座板改成厚度为30加工时将其厚度铣到30mm，其外形尺寸为500mm×600mm。

（二）支承板
支承板是垫在动模板下面的平板，它的作用是防止固定板固定的零部件脱出固定板，并承受固定部件（工作零件）传递的压力，因此它要具有较高的平行度和刚强度。一般用45钢制成，经热处理235HBS，或结构钢Q235，其厚度在计算成型零件尺寸的时候已经计算过，取60mm，外形尺寸和动模板一样大，为500mm×600mm。支承板与固定板之间通常采用螺栓来连接，当两者需要定位时，可加插定位销。

（三）支承件
用常见的支承件——垫块，其作用主要是在动模垫板与动模座之间形成顶出机构所需的动作空间。另外，也起到调节模具总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求的作用。
垫块的高度应符合注射机的安装要求和模具的结构要求。其尺寸根据实际情况而定，在模具组装时，应注意垫块高度须一致，否则由于负荷不均匀会造成相关模板的损坏，垫块与动模垫板和动模座之间一般用螺栓连接，要求高时可用销钉定位。

四）模座
设计模座时，必须要保证它们的轮廓形状和尺寸与注射机上的动定固定模板相匹配，所以其外形尺寸为500mm×600mm。另外，在模座上开设的安装结构（如螺栓孔、压板台阶等）也必须与注射机动定固定模板上的安装螺孔的大小和位置相适应。
模座在注射成型过程中起着传递合模力并承受成型力，为保证模座具有足够的刚强度，模座也应具有一定的厚度，一般对于小型模具，其厚度最好不小于13mm。模座的材料多用碳素结构钢或合金结构钢，经调质达230～270HBS。

定模座板

动模座板

四、功能系统设计

4.1 浇注系统设计
4.1.1主流道设计

主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为3.5～6mm。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，形状一般为圆锥形，便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触，故再设计时常设。计为可拆卸更换的浇口套

（1） 主流道的长度 一般由模具结构确定，对于小型模具L应尽量小于60mm。
（2） 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸=6mm
（3） 主流道大端直径 D=d+L主tan（a/2）=8，其中式中a选取3°。
（4） 主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径14mm。
球面的配合高度 h=3mm。

定位圈 浇口套

4.1.2分流道的设计
分流道设计原则有：
1) 尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能，尺寸尽可能一致。
2) 在满足以上的要求的情况下尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料重量。
3) 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注射机锁模力的中心，一般在模板的中心上。
此外分流道截面形状一般为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等，如图2-12所示。 在流道设计中要减少在流道内的压力损失，则希望流道的截面积大；要减少传热损失，有希望流道的表面积小，因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，该比值大则流道的效率高。此模具选择梯形截面。
2）分流道的截面形状及优缺点：
此副注射模分流道的布置形式为平衡式，其主要特征是从主流道到各个型腔的分流道，其长度、端面形状及尺寸均相等，以达到各腔能同时均衡进料。
分流道截面尺寸视塑料品种、塑料尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定，其中圆形截面比面积较小，半圆形断面分流道直径d一般在2～12mm范围内。此处取4mm。分流道的长度一般在8～30mm之间，一般根据型腔布置适当加长或缩短。分流道的最短长度不宜小于8mm，否则会给塑件修磨和分割带来困难。本模具流道深度为3mm,侧角度为13度，拐角半径为1mm。
3） 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，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。

4.1.3浇口的设计

本次设计采用侧浇口，如图4-1所示。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形（扁槽），改变浇口的宽度与厚度可以调节熔体的剪切速率及浇口的冻结时间。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍用于中小型塑件的多型腔模具，且对各种塑料的成型适应性均较强。

图4-1
浇口的设计与计算
侧浇口尺寸计算的经验公式如下：
b=
t= （2-3）
式中 b——侧浇口的宽度，mm；
A——塑件的外侧表面积，mm
t——侧浇口的厚度，mm；
——浇口处塑件的壁厚，mm。
由于塑件结构特殊，考虑到塑件的成型工艺，采用侧浇口形式，浇口搭接在塑件上。利用PRO/E软件中的测量功能，查的塑件的外侧表面积为A=14697.1898mm，塑件的平均壁厚t=2mm，浇口处塑件的壁厚为2mm，所以
b===本模具选3mm.
t==×2=mm 取1.2mm
4.2 推出机构设计
4.2.1 推出机构的设计要求
1．设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧
2. 塑件在推出过程中不发生变形和损坏
3. 不损坏塑件的外观质量
4. 合模时应使推出机构正确复位
5. 推出机构应动作可靠
6.推出机构的运动要准确、可靠、灵活，无卡死现象

4.2.2 推出机构的选择
由于设置推杆的自由度较大，而且推杆截面大部分为圆形，制造和维修方便，容易达到推杆和模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换，因此，推杆推出机构是推出机构中最简单，最常见的形式，故选用推杆推出机构。
因制品的几何形状及型腔结构等的不同，所用推杆的截面形状夜不尽相同，常用推杆的截面形状为圆形。推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，这里选用普通推杆，其三维图如图4-2所示：

图4-2
4.2.3 推出机构的导向与复位
推出机构在注射模工作时，每开合模一次，就往返运动一次，除了推杆和复位杆与模板的滑动配合以外，其余部分处于浮动状态。推杆固定板与推杆的重量不应作用在推杆上，而应该有导向零件来支承，这对大中型注射模尤其如此。另外，考虑到推出机构往返运动的灵活和平稳，必须设计推出机构的导向装置。推出机构在开模推出塑件后，为下一次的注射成型，还必须使推出机构复位，本模具采用弹簧式复位机构，如下图4-3为复位杆。

图4-3

4.3 导向机构设计
导向机构避免成型零件先接触而可能造成成型零件的损坏，承受一定的侧向压力。导柱导向机构是比较常用的一种形式，其主要零件是导柱和导套，直接根据模具模板的大小选用标准件。
4.3.1导向装置的设计及尺寸确定
模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须导向。导向机构主要有定位、导向、承受一定侧压力三个作用：定位作用指为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均，或者模塑失败。导向作用则是在动定模合模时，首先导向机构接触，引导动模、定模正确闭合，避免凸模或型芯撞击型腔，损坏零件。承受一定侧压力指塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力。当侧压力很大时，需要增设锥面定位装置。且导柱的布置应保证动定模只能按一个方向合模，以防止装配或合模时因弄错方位而使模具损坏。
导柱的材料多采用低碳钢（钢 20）经渗碳淬火处理，或碳素工具钢（T8A,T10）经淬火处理，硬度为 HRC50～55。
本次设计采用四导柱模架，四导柱模架具有4个沿四角分布的导柱导套，不但受力均衡，导向能力强，且刚度大：如下图4-4为导向柱导向的示意图，图4-5为导柱导套的三维效果图。
图4-4

图4-5
4.3.2导柱导向机构的设计
导柱导向机构应用最普遍，其主要零件时导柱和导套。导柱既可以设计在动模一侧，也可以设计在定模一侧，应根据模具结构来确定。标准模架的导柱一般设计在动模部分。此次模具设计即选在定模一侧。

导柱结构的技术要求:
a.长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8~12mm，以免出现导柱未导正方向而型芯先进入型腔的情况。
b.形状 导柱前端应做成锥台型或半球形，以使导柱能顺利地进入导向孔。由于半球形加工困难，所以导柱前端形式以锥台形为多。
c．材料 导柱应该具有耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢或者T8、T10钢（经淬火处理），硬度为50~55HRC，本次选用T8A钢，热处理50~55HRC。
d．数量及布置 导柱应合理布置在模具分型面的四周，导柱中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度。
e．配合精度 导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合，导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f7的间隙配合。
4.3.3 导套结构和技术要求
a．形状 为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。
b. 材料 可用于导柱相同的材料或铜合金等耐磨材料制造导套，但其硬度应略低于导柱硬度，这样可以减轻磨损，以防止导柱或导套拉毛。
c. 固定形式及配合精度 直导套用H7/k6过盈配合镶入模板，为了增加导套镶入的牢固性，防止开模时导套被拉出来，可以用制动螺钉紧固。

4.4 冷却系统设计
在注塑生产过程中，塑件冷却时间约占整个注塑生产周期的80％。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，因此塑料注塑模具的冷却系统的设计计算，不仅影响成型制件的质量，还直接影响到生产效率。
冷料穴的设计
冷料穴分主流道冷料穴和分流道冷料穴。本次设计的模具结构中只有主流道冷料穴。
主流道冷料穴一般设在主流道对面的定模板上，其直径略大于主流道直径，长度约等于主流道直径。缓解注塑时料的冲力，所以冷料穴较大；

五、模具装配
注射模具的模座型号选用为F u t a b a公司的，其3D装配图如图5-1所示：
图5-1
六、三维转二维工程图

图6-1 零件图

图6-2型腔

图6-3型芯

图6-4装配图

七 小结
两周的课程设计结束了，在设计过程中，虽然遇到了许多的难题，但也正是这些困难，促使我不断地查阅资料，弥补了我很多的知识缺陷，让我对模具专业知识的掌握更加的牢固。也正是在不断地学习中，让我逐渐的培养了自主学习的能力，和对问题独自解决的能力。
此外，在设计过程中，通过对知识的运用，让我对学过的知识有了更深的认识和了解，培养了我对知识的整合能力。总之，一路走来，让我了解了自己的知识漏洞，同时，也学会了很多。

八 参考文献

屈华昌主编. 《塑料成型工艺与模具设计》（第二版）. 出版社：高等教育出版社
史铁梁主编. 《模具设计指导》. 出版社：机械工业出版社