安装外壳注射模设计汇总.doc

目 录

一． 塑件的工艺分析----------------------------------2
二． 拟定模具的结构形式与初选注射机------------------5
三． 浇注系统的设计----------------------------------9
四． 成型零件的结构设计及计算------------------------17
五． 模架的确定--------------------------------------18
六． 排气槽的设计------------------------------------20
七． 冷却系统的设计-----20
八． 导向及定位机构的设计----------------------------22
九． 参考文献--------------------------------------23

安装外壳2注射模设计
本课程设计为一安装外壳（去侧孔）,其零件图如图1所示.塑件结构比较简单，塑件质量要求是不允许有裂纹，变形缺陷；材料要求为ABS，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。

图1 安装外壳2

一． 塑件成型工艺性分析
1.塑件的分析
(1) 结构分析　要想获得合格的塑料制件除选用塑料的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性，塑件的结构工艺性及模具设计有直接关系，该制件外观为一尺寸不大的安装外壳,结构复杂程度一般。因而设计的模具属中等复杂程度。
(2) 外形尺寸 该塑件壁厚为2mm，塑形外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件的材料为热塑性塑料，流动性好，适合于注射成型。
(3) 精度等级 塑件每个尺寸的公差不一样，零件图已经给定部分尺寸公差，未注公差的尺寸取公差为SJ1372-8。
2 ABS工程塑料的性能分析
塑件的材料采用ABS属热塑性塑料。ABS塑料是丙烯晴、丁二烯与苯乙烯的三元共聚物。这三种组分的各自特性，，使ABS塑料具有“硬、韧、刚”的综合性能。；ABS无毒、无味，呈微黄色，成型塑件光泽性好。ABS有良好的机械强度与一定的耐腐蚀性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性与电气性能。其尺寸稳定性好，易于成型加工。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响。其缺点是耐热性不高，连续工作只有70度左右；耐气候性差，紫外线作用下易便变硬发脆。
表1。

表1　ABS的性能指标
密度
1.02~1.16
抗拉屈服强度

比体积

0.86-0.98
拉伸弹性模量

吸水率
0.2-0.4
抗弯强度

收缩率
0.4-0.7
冲击韧度

热变形温度

硬度HB

熔点

体积电阻系数

3.ABS的注射成型过程及工艺参数
料筒温度与喷嘴温度
由于ABS中有丁二烯成分，使得其耐热性不高，机筒温度不宜太高，加热时间也不宜太长，否则ABS易变色。当注射温度高，取向的分子由于解取向，致使拉伸强度略有下降。因此，通常情况其料温与喷嘴温度能满足流动性要求情况下，尽可能设定较低。其设定温度如表2。
表2 成型温度
不同阶段 机筒温度/℃ 喷嘴温度/℃
后 中 前
温度 150-170 165-180 180-220 200
3-2 3-2模具温度
模具温度对提高ABS制品表面的质量、减小内应力有着重要的作用。但是提高模温，制品收缩率增大，成型周期延长。
ABS 的模具温度一般设定为75～85 ℃,定模温度设置为70～80 ℃, 动模温度设置为50～60 ℃，这是为了防止粘前模（即定模），此外，定模模温高使得ABS在浇注系统的流动性好，有利于充型；而动模模温低，有利于缩短冷却时间，而提高生产效率。在注射较大、结构复杂、薄壁的制件时, 应考虑专门对模具加热。为了缩短生产周期,维持模具温度的相对稳定, 在制件取出后, 可采用冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿模腔内的冷却时间。
3-33-3注塑压力与保压压力
ABS 熔体的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高, 所以在注射时采用较高的注射压力。当然并非所有ABS 制件都要施用高压, 对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力，可在70～100MPa范围内选择；而复杂、薄壁、长流程、小浇口制品，注射压力可提高到100～140MPa。注制过程中, 浇口封闭瞬间模腔内的压力大小往往决定了制件的表面质量及发生银丝状缺陷的程度。压力过小, 塑料收缩大, 及型腔表面脱离接触的机会大, 制品表面易雾化。压力过大,塑料及模腔表面摩擦作用强烈, 容易造成粘模与划伤。而且，压力太高，容易造成制品内应力过大。注射制品一般都存在两向异性，即流动方向及垂直流动方向性能不一，这是由于注塑过程中产生取向造成的。注射压力太高，必然导致两向性能差异的加大。
保压压力控制在60～70 MPa，就可以满足制品与成型的要求了。

二．拟定模具的结构形式与初选注射机
1.分型面位置的确定
通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在中间的型芯接触处有利于开模取出塑件，其位置如图2所示：

图2 分型面的选择
2. 型腔数量与排位方式的确定
（1）由于该塑件的精度要求不高，塑件尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时，考虑塑件尺寸模具结果尺寸的关系，以及制造费用与各种成本费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。
（2）型腔排列形式的确定 由于该模具结构选择的是一模两腔，其型腔中心距的确定见下图3：

图3 型腔数量的排列布置
（3）模具结构形式初步确定 由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，根据塑件结构形状，推出机构初选推杆推出方式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，开设在塑件顶部边缘。因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板，支撑板。
3.注射机型号的确定
（1）注射量的计算
通过CAD建模分析得塑件质量属性：

塑件体积：
塑件质量：
（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确定准确的数值，但是可以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简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.3倍来估算，故一次注入模具型腔熔体的体积为：

（3）选择注射机
根据以上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，由参考文献 。根据以上的计算，初步选择公称注射量为60，注射机型号为XS－Z－60卧式注射机，其主要技术参数见表2：

表2　注射机主要技术参数
理论注射量
60
拉杆内向距
190*300
螺杆柱塞直径
38
移模行程
180
注射压力
122
最大模具厚度
200
最大注射面积
130
最小模具厚度
70
塑化能力
4
锁模形式
液压-机械
喷嘴孔直径
4
模具定位孔直径

锁模力/kN
500
喷嘴球半径
12

(4）注射机有关参数的校核
a.注射压力的校核。查参考文献【1】表4-1可知，ABS所需注射压力为80MPa100Mpa这里取=90Mpa,该注射机的工程注射压力为P公=119Mpa,注射压力安全系数k1=1.251.4,这里取k1=1.3，则：
，所以，注射机注射压力合格。
b. 锁模力的校核：
① 塑件在分型面上的投影面积A塑，则
A塑=
② 浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照单型腔模的统计分析来确定。A浇是塑件在分型面上的投影面积A浇的0.10.3倍。这里取A浇=0.2 A塑 。
③ 塑件与浇注系统在分型面上的总的投影面积A总，则
A总=2( A塑+ A浇）=2.4 A塑=2532.4 mm2
④ 模具型腔内的膨胀力F胀
P模为型腔的平均计算压力值。P模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%40%，大致范围为2540Mpa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属中等粘度且塑件有精度要求，故取
P模=30Mpa
F胀=A总P模=134.430=4.032 KN
查表1-2可得该注塑机的公称锁模力F锁=900kN，锁模力的安全系数为k2 =1.11.2这里取1.2，则
k2F胀=1.2 F胀=1.24.032=4.84KN＜F锁，所以注射机锁模力合格。
其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。

三． 浇注系统的设计
浇注系统是指模具中从注塑机的喷嘴起到型腔入口为止的塑料融体的流动通道。它的作用是将塑料融体顺利的充满型腔的各个部位，并在填充及保压过程中，将注塑压力传递到型腔的各个部位，以获得组织紧密、外形清晰的塑件。由于ABS流动性中等，所以可以采用侧浇口的形式。
1.主流道的设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动与开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度与充模时间。另外，由于主流道及高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
a. 主流道的设计
根据设计手册查得XS-Z-60型注塑机喷嘴的有关尺寸:
喷嘴前端孔径:;
喷嘴前端球面半径:
(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,本次设计初取50mm进行计算。
（2）主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（）mm=4.5mm
（3）主流道大端直径 D=d+=8mm 式中
（4）主流道球面半径 SR=注射机喷嘴球头半径+mm=20mm
（5）球面的配合高度 h=3mm
b.主流道的凝料体积

c.主流道当量半径

d.主流道浇口套的形式
主流道衬套为标准件可选购。主流道小端入口处及注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套及定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。同时也便于选用优质钢材进行单独加工与热处理。本设计中浇口套采用碳素工具钢T10A，热处理淬火表面硬度为50HRC55HRC。如图5所示。定位圈的结构由总装图来确定。

图5 主流道浇口套的结构形式
2. 分流道的设计
（1）分流道的布置形式与长度
分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注塑速率、分流道长度等因素来确定。本塑件的形状结构复杂程度一般,熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列的方式可知分流道的长度较短, 分流道与主流道设计为一体，如图6所示。

图6 分流道布置形式
（2）分流道的当量直径
流过一级分流道塑料的质量

但该塑件壁厚在之间，按照经验曲线查得，再根据单向分流道长度60mm并查到修正系数，则分流道直径经修正后为

（3）分流道的截面形状
本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。
（4）分流道截面尺寸
设梯形的上底宽度为B=6mm,底面圆角的半径R=1mm，梯形高，设下底宽度为b，梯形面积应满足如下关系式。

代值计算得b=3.813mm，考虑到梯形底面圆弧对面积的减少及脱模斜度等因素，取b=4.5mm。通过计算梯形斜度，基本符合要求，如图7所示。

图7 分流道截面形状
（5）凝料体积
1）分流道的长度为
2）分流道截面积

3）凝料体积

考虑到圆弧的影响
(6) 校核剪切速率
1）确定注射时间：查教材表2-3，可取t=0.86s
2）计算单边分流道体积流量：
3）剪切速率
该分流道的剪切速率处于浇口主流道及分流道的最佳剪切速率之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。
（7）分流道的表面粗糙度与脱模斜度
该分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取即可，此处去 ，另外其脱模斜度一般在之间，通过上述计算脱模斜度为，脱模斜度足够。
3.浇口的设计
该塑件要求不允许有裂纹与变形缺陷，便面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模的剪切速率与封闭时间，因此采用侧浇口。其界面形状简单，易于加工，便于试模后修正，且开设在分型面上，从型腔的边缘进料。
a. 侧浇口尺寸的设计
（1）计算侧浇口的深度。根据教材表2-6，可得侧浇口的深度h计算公式为：

为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，并根据参考文献【1】表4-9中推荐的PS侧浇口的厚度为，故此处浇口深度去1.0mm.
(2)计算侧浇口的宽度。 根据教材表2-6可得侧浇口的的宽度B的计算公式为

为了便于今后试模时发现问题进行修模处理，并根据参考文献【1】表4-9中推荐的PS侧浇口的宽度为，故此处浇口宽度去0.8mm.
（3）计算侧浇口的长度。根据教材表2-6，可取侧浇口的长度。
浇口的位置安排如下图8所示：

图8 浇口位置安排
b.侧浇口剪切速率的校核。
（1）确定注射时间：查表2-3，可取t=0.86s
(2)计算浇口的体积流量：
（3）计算浇口的剪切速率：对于矩形浇口可得：，则
剪切速率合格。
式中为矩形浇口的当量半径
4.校核主流道的剪切速率
上面分别求出了塑件的体积，主流道的体积，分流道耳朵体积（浇口的体积大小可以忽略不计）以及主流道的当量半径，这样就可以校核主流道熔体的剪切速率。
（1）计算主流道的体积容量

（2）计算主流道的剪切速率

主流道的剪切速率处于浇口及分流道的最佳剪切速率之间，所以，主流道的剪切速率合格。
5. 冷料穴的设计及计算
冷料穴位于主流道正对面的动模板上，其作用主要是储存熔体前锋的冷料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的表面质量。本设计既有主流道冷料穴又有分流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用及球头形拉料杆匹配的冷料穴。开模时，利用凝料对球头的包紧力使凝料从主流道衬套中脱出。

四．成型零件的结构设计及计算
1. 成型零件的结构设计
凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可以分为整体式与组合式两种类型。该塑件采用组合式型芯，如图9所示。

图9 凸模结构
2. 成型零件钢材的选用
根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨性及良好的抗疲劳性，同时考虑它的机械加工性能与抛光性能。又因为该塑件为大批量生产。对于脱模时及塑件的磨损严重，因此钢材选用P20钢，进行渗氮处理。
3. 成型零件工作尺寸的计算
采用教材式（2-26）式（2-30）相应公式中的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差按照零件图中给定的公差MT2计算。

(1)主型芯径向尺寸计算。

、是系数查2-10可知==0.75.
（2）主型芯高度尺寸计算

式中是系数，由表2-10可知。

五．模架的确定
根据模具型腔布局的中心距与凹模嵌件的尺寸可以计算出凹模嵌件所占的平面尺寸为，型腔所占平面尺寸为，利用经验公式进行计算，即，查表7-4得150mm，因此需采用的模架。同时有考虑到导柱，导套，水路的布置因素，查表7-4得及各板的厚度尺寸。
1. 各模板尺寸的确定
（1）A板尺寸 A板是定模型腔板，塑件高度为14mm，A板厚度取50mm。
（2）B板尺寸 B板是型芯固定板，按模架标准板厚取25mm。
（3）C板（垫板）尺寸 垫块=推出行程+推板厚度+推板固定板厚度+（510）mm
=(25+15+13+510)mm=5863mm，初步选定C为63mm。
经上述尺寸计算，模架尺寸已经确定，标记为：
。
其他尺寸按标准标注。如图10。

图10 模架尺寸
2.模架各尺寸的校核
根据做选注射机来校核模具设计的尺寸。
（1）模具平面尺寸 校核合格
（2）模具高度尺寸195mm 校核合格
（3）模具的开模行程
校核合格

七．排气槽的设计
该塑件由于采用侧浇口进料熔体经塑料下方的台阶向上充满型腔，气体会沿着分型面，型芯与推件板之间的间隙向外排出。
八．冷却系统的设计
为防止塑件出模后发生翘曲、变形，就要使模具保持塑料冷却固化所需的最佳温度。这时必须对高温塑料带入模具的温度进行有效的调节与控制，常用且又简便的方法，就是利用冷却介质水对模具进行循环冷却，将模具中多余的热量，带出模外，以保持制品冷却所需的最佳模温。
冷却系统的计算很麻烦，在此只进行简单的计算。计算时忽略模具因空气对流，辐射以及及注射机所散发的热量，按单位时间内塑料熔体凝固时所放出的热量应等于冷却水所带走的热量。
1. 冷却介质
ABS属于流动性中等的材料，其成型温度及模具温度分别为与，热变形温度为。所以模具温度初步选择为，用常温水对模具进行冷却。
2. 冷却系统的简单计算
a.单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量
（1）塑料制品的体积

（2） 塑料制品的质量

（3）塑件壁厚为2mm与1.75mm，查本教材参考文献【1】表4-34得。取注射时间，脱模时间，则注射周期：。
由此可得每小时注射次数N=240次。
（4） 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量：

b.确定单位质量的塑料在凝固时所放出的热量
查本教材参考文献【1】表4-35直接可知ABS的单位热流量的值的范围在
（）之间，故可取=315。
c.计算冷却水的体积流量
设冷却水道如水口的水温为，出水口的水温为，取水的密度，水的比热容。则根据公式可得：

d.确定冷却水路的直径
当时，查本教材参考文献【1】4-30可知，为了使冷却水处于湍流状态，可知所需的冷却水管直径非常小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
因为塑件的尺寸不大，模具的外形尺寸也不大，所以可不设置加热系统，刚开始可有熔融的流体对模具进行加热。

九．导向及定位结构的设计
注射模的导向机构用于动，定模之间的开合模导向与脱模机构的运动导向。按作用分为模外定向与模内定向。模外定向是通过定位圈及注射机想配合，使模具的浇口套能及注射机喷嘴精确定位；而，模内定向机构则通过导柱导套进行合模定位。锥面定位则用于动，定模之间的精密定位。本模具所成型的塑件比较简单，模具定位精度要求不是很高，因此可采用模架本身所带的定位机构。

十． 参考文献
1．黄锐．塑料成型工艺学．北京：轻工业出版社
2．齐晓杰．塑料成型工艺及模具设计．北京：机械工业出版社
3．《塑料模设计手册》编写组．塑料模设计手册．北京：机械工业出版社
4．冯炳尧等．模具设计及制造简明手册．上海：上海科学技术出版社
5．罗河胜．塑料材料手册．广东：广东科技出版社
6．刘志虹等．AutoCADR14中文版教程．北京：电子工业出版社

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