注塑模课程设计说明书

Hefei University

课程设计

COURSE PROJECT

题目： 罩盖塑料模具设计 系别： 机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 学制： 四年 姓名： …… 学号： …………… 导师： 张远斌

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摘要：塑料是一种可塑性的合成高分子材料，具有重量轻且坚固，耐化学腐蚀， 电绝缘性好，价格便宜，可塑性好等特点，广泛应用于电脑、手机、汽车、电机、 电器、家电和通讯产品制造中。 注塑成形是成形塑件的主要方法之一， 是指使用注塑机将热塑性塑料熔体在 高压下注入到模具内经冷却固化获得产品的方法。注塑的优点是生产速度快，效 率高，操作可自动化，能成型形状复杂的零件，特别适合大量生产。 本次毕业设计的产品为电源按键，具有重量轻，强度高，耐腐蚀，易清洁等 特点，为大批量生产产品。本次设计在针对产品进行工艺性分析后，确定模具分 型面、 型腔数目、 浇口形式、 位置大小； 其中最重要的是确定型芯和型腔的结构， 以及它们的定位和紧固方式。此外还进行了脱模机构的设计，合模导向机构的设 计，冷却系统的设计等。最后绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图及编 制成型零部件的制造加工工艺过程卡片。实践证明：该模具结构合理、可靠,并 能保证产品质量,对此类注塑产品的模具设计有参考价值。

关键词：塑料 , 注塑成形 , 模具设

Abstract :Plastic is a synthetic polymer material , with the characteristics of plasticity, light weight, sturdiness, electrical insulation, and which is resistance to chemical corrosion and cheap. It is widely used in computers, mobile phones, cars, motors, electrical, home appliances and communication products manufacturing. Injection molding is one of the main methods of forming plastic parts, it refers to the use of plastic injection machine to inject the thermoplastic melts into the mold under high pressure , after cooled to obtain the products . It has the advantage of fast production speed , high production efficiency , and automated operations , it can form the shape of complex parts, particularly suitable for mass production. The production of graduation project is power button , which has a light weight , high strength , corrosion resistance and easy cleaning features for mass production . After analysis the process of the product , the mold parting line , cavity number , gate form , gate location can be determined , one of the most important is to identify core and cavity structures , as well as their positioning and fastening methods. In addition, it also carries out the design of stripping agencies , mold-oriented organizations and the cooling system .At last, draw a complete mold assembly drawing , major parts diagram , and draw up cards of parts manufacturing and processing process . It is proved that the mold structure is reasonable , reliable and can guarantee product quality , and is valuable for the injection mold design of such products .

Keywords:Plastic , Injection molding , Mold design

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目录

前言 .................................................................................................................................................. 4 一、设计课题 ................................................................................................................................ 5 二、塑件成型工艺性分析 .......................................................................................................... 6

2.1塑件工艺分析 .................................................................................................................. 6 2.2 ABS性能分析 ................................................................................................................. 6

2.2.1 一般性能 .............................................................................................................. 6 2.2.2力学性能 ............................................................................................................... 6 2.2.3热学性能 ............................................................................................................... 7 2.2.4电学性能 ............................................................................................................... 7 2.2.6使用性能 ............................................................................................................... 7 2.2.7成型性能 ............................................................................................................... 7 2.3 ABS塑料的成型加工 ................................................................................................ 8

2.3.1注射成型过程 ...................................................................................................... 8 2.3.2注射工艺参数 ...................................................................................................... 8

三、拟定模具的结构形式 .......................................................................................................... 9

3.1分型面位置的确定 ......................................................................................................... 9 3.2型腔数量和排列方式的确定 ..................................................................................... 10

3.2.1 型腔数量的确定 ............................................................................................... 10 3.2.2 型腔排列形式的确定 ...................................................................................... 10 3.2.3 模具结构形式的确定 ...................................................................................... 10 3.3注射机型号的确定 ....................................................................................................... 11

3.3.1 注射量的计算 ................................................................................................... 11 3.3.2浇注系统凝料的体积初步估算 ...................................................................... 11 3.3.3选择注塑机 ......................................................................................................... 11 3.3.4注射机的相关参数的校核 ............................................................................... 12 3.3.5锁摸力校核 ......................................................................................................... 12

四、浇注系统的设计 ................................................................................................................. 13

4.1主流道的设计 ................................................................................................................ 13

4.1.1主流道尺寸 ......................................................................................................... 14 4.1.2主流道的凝料体积 ............................................................................................ 14 4.1.3主流道的当量半径 ............................................................................................ 14 4.2分流道的设计 ................................................................................................................ 15 4.3浇口的设计 .................................................................................................................... 16 4.4校核主流道的剪切速率 .............................................................................................. 17 五、成型零件的结构设计和计算 ........................................................................................... 18

5.1零件的结构设计 ........................................................................................................... 18 5.2成型零件钢材的选用 .................................................................................................. 19 5.4成型零件的尺寸及动模垫板厚度的计算................................................................ 23 六、模架的确定 .......................................................................................................................... 24 七、排气槽的设计 ..................................................................................................................... 25 八、脱模推出机构的设计 ........................................................................................................ 25

8.1推出方式的确定 ........................................................................................................... 25

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九、冷却系统的设计 ................................................................................................................. 27

9.1冷却介质 ........................................................................................................................ 27 9.2冷却系统的简单计算 .................................................................................................. 27 十、导向与定位结构的设计 .................................................................................................... 28 十一、总装配图和零件图的绘制 ........................................................................................... 29 十二、三维图 .............................................................................................................................. 31 结 论 ........................................................................................................................................... 34 参考文献 ....................................................................................................................................... 34

前言

所谓模具（Mold）是指，树脂材料射入金属模型后得到具有一定形状的制品的装

置。虽然在图中没有标明，事实上为了控制模具的温度，在模具上还有使冷媒（温水或油）通过的冷却孔，加热器等装置。

已成为熔体的材料进入主流道，经分流道，浇口射入模腔内。经过冷却阶段后打开模具，成型机上的顶出装置会把顶出杆顶出，将制品推出。

成形品成形品是由使熔融树脂流入的主流道，引导熔融树脂进入模腔的分流道及制品所构成的。如果一次成型只可得到一个产品，生产效率不高。若我们利用分流道将多个模腔连结在一起的话，则可以同时成型出数个产品。 此时，若分流道到各模腔的长度不相等的话，树脂就不能在同一时间内射入模腔，导致各制品的尺寸，外观，物性发生差异。因此，我们通常将分流道的长度设计为相等的。 回料的使用成形品中的主流道和分流道并不是产品，有时会被丢弃或粉碎后作为成型材料再度使用。我们将它称之为回料。 回料一般不作为成型材料被单独使用， 通常是与新料混配后使用。这是因为经过一次成型后，树脂的机械性能，流动性，颜色等各种特性都会发生变化。新料与回料的混合比例一般控制在30%以下，如果回料的使用比例过高，有可能使材料的固有特性下降，即使回料的使用量控制在30%以下，我们也必须根据所求制品的品质要求，强度，成型模具构造，成型品的形状等，来决定回料的正确使用量。特别是填充等级的材料，尤其要注意这一点。

注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在航空、航天、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求也越来越高，传统的模具设计方法已无法适应当今的要求. 与传统的模具设计相比，计算机辅助工程（CAE）技术无论是在提高生产率、保证产品质量方面，还是在降低成本、减轻劳动强度方面，都具有极大的优越性。 注塑模具在加工中，各种数控加工均有用到，应用最多的是数控铣及加工中心，数控线切割加工与数控电火花加工在模具数控加工中的应用也非常普遍，线切割主要应用在各种直壁的模具加工，如冲压加工中的凹凸模，注塑模中的镶块、滑块，电火花加 工用的电极等。对于硬度很高的模具零件，采用机加工办法无法加工，大多采用电火花加工，另外对于模具型腔的尖角、深腔部位、窄槽等也使用电火花加工。而数控车床主要用于加工模具杆类标准件，以及回转体的模具型腔或型

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芯，如瓶体、盆类的注塑模具，轴类、盘类零件的锻模。在模具加工中，数控钻床的应用也可以起到提高加工精度和缩短加工周期的作用。模具应用广泛，现代制造业中的产品构件成形加工，几乎都需要使用模具来完成。所以，模具产业是国家高新技术产业的重要组成部分，是重要的、宝贵的技术资源。优化模具系统结构设计和型件的CAD/CAE/CAM，并使之趋于智能化，提高型件成形加工工艺和模具标准化水平，提高模具制造精度与质量，降低型件表面研磨、抛光作业量和制造周期；研究、应用针对各种类模具型件所采用的高性能、易切削的专用材料，以提高模具使用性能；为适应市场多样化和新产品试制，应用快速原型制造技术和快速制模技术，以快速制造成型冲模、塑料注射模或压铸模等，应当是未来5~20年的模具生产技术的发展趋势。

一、设计课题

罩盖，结构如图所示。大批量生产。材料ABS。

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二、塑件成型工艺性分析

2.1塑件工艺分析

外形尺寸 该塑件壁厚为4mm,塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太大，适合与注塑成型。

精度等级 所有尺寸无公差值，按照塑件材料ABS建议采用的精度等级，所有尺寸精度等级选一般精度等级4级。

脱模斜度 ABS属于无定型塑料，成型收缩率较小参考表2-10（p36）选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为

2.2 ABS性能分析

2.2.1 一般性能

ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有90%的高光泽度。ABS的相对密度为1.05，ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。

ABS是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%～0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%～0.4%，而且绝少出现塑后收缩。其临界表面张力为34—38mN/cm。

ABS熔体的流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似。ABS的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 2.2.2力学性能

ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。即使ABS制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。ABS的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。

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2.2.3热学性能

ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70—107℃（85左右），制品经退火处理后还可提高10℃左右。对温度，剪切速率都比较敏感；ABS在－40℃时仍能表现出一定的韧性，可在 -40℃到85℃的温度范围内长期使用。热分解温度270以上 2.2.4电学性能

ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

2.2.5环境性能

ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。 2.2.6使用性能

综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型加工，其表面可镀铬，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。 2.2.7成型性能

无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也可有差异，应按品种来确定成型方法及成成型条件。

)吸湿性强。含水量应小于3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件音应要求时间预热干燥。

流动性中等。溢边料0.04mm左右。

模具设计时要注意浇注系统选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。

2.2.8 ABS的主要性能指标 其性能指标见下表 密度/g比体积/吸水率（%） 熔点/ 计算收缩率（%）

1.021.08 0.86~0.98 0.2~0.4 130~160 0.4~0.7 7

比热容/J 1470 50 38 1400 80 53 1400 屈服强度/MPa 拉伸强度/MPa 拉伸弹性模量/MPa 抗弯强度/ MPa 抗压强度/ MPa 弯曲弹性模量/ MPa 2.3 ABS塑料的成型加工

ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。

ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周期短，制件尺寸稳定，表面光泽。

ABS的热稳定性好，不易出现热降解现象。ABS的吸水性较高，吸水率: 0.2%～0.7%,加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为80℃-85℃，2～4小时；对特殊要求的制品（如电镀），则需70℃-80℃，10-18小时(水分控制在0.2%以下)。

ABS制品在加工中易产生内应力，如应力太大或制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体方法是制品置于70℃-80℃的热风循环干燥箱内2-4小时，再冷却到室温即可。

ABS可用注塑、挤出、压延、吸塑及吹塑等方法成型，并以注塑法最广，挤出法次之。 2.3.1注射成型过程

成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。

注射过程。塑件在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

塑件的后期处理。处理的介质为空气和水，处理温度为60~75℃，处理时间为16~20s。 2.3.2注射工艺参数

1）注射机：螺杆式，螺杆转速为30r/min 2)料筒温度（℃）：后段150~170； 中段165~180； 前段180~200

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3）喷嘴温度（℃）：170~180. 4）模具温度（℃）：50~80 5）注射压力（MPa）：60~100.

6)成型时间（s）：30（注射机取1.6，冷却时间20.4，辅助时间8）。 ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

三、拟定模具的结构形式

3.1分型面位置的确定

通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在端盖截面积最大且利于开模却取出塑件的底平面上。如图：

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3.2型腔数量和排列方式的确定

3.2.1 型腔数量的确定

该塑件采用的精度为3级，且为大批量生产，可采用一摸多腔的结构形式。同时考虑到塑件尺寸，模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定位一模两腔的结构形式。 3.2.2 型腔排列形式的确定

多腔模式尽量采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并与浇口开设的位置对称。由于该设计采用的是一模两腔，故采用直线对称排比。如下图：

3.2.3 模具结构形式的确定

从上面的分析可知，本模具设计属于一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构拟采用推模板推出的推出形式。浇注系统设计时，流到采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。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

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2）计算分流道体积流量：3）由式4-20可得剪切速率

=

=3.02×

==26.63

该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道的最佳剪切速率5×

之间，所以分流道内熔体的剪切速率合格。

4.2.8分流道的表面粗糙度和脱模斜度 分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般Ra1.25∽2.5um 此处Ra1.6 .另外，其脱模斜度一般在5°~10°之间，这里取脱模斜度为8°。

4.3浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大

该塑件要求不允许有裂纹和变形缺陷，表面质量要求较高，采用一模两腔注射，为便于调整充模时的剪切速率和封闭时间，因此采用侧浇口。其截面形状简单，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。塑件轮毂和外周有4条肋板相连，而浇口正对其中一块肋板，有利于向轮毂和顶部填充。 4.3.1侧浇口尺寸的确定

1）计算侧浇口的深度。根据表4-10，可得侧浇口的深度h计算公式为h=nt=0.7x4=2.8mm

式中，t是塑件的壁厚，这里t=4mm;n塑件成型系数，对于ABS其系数为n=0.7.

工厂设计时，浇口深度常常先取小值，以便于在今后试模时发现问题进行修模处理，并根据表4-9推荐的ABS侧浇口的厚度为1.2~1.4mm，故此处浇口深度h取1.3mm.

2) 计算浇口宽度根据表4-10，可得侧浇口的宽度B的计算公式为 B=

3）计算侧浇口长度。根据表4-10，可得侧浇口的长度

一般选用

≈2cm

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0.7~2.5mm 这里取0.7mm.

4.3.2侧浇口剪切速率的校核

1）计算浇口的当量半径。又面积相等可得

,由此矩形浇口的当量

半径.

2)校核浇口的剪切速率

确定注射时间：查表4-8，可取t=1.6s 计算浇口的体积流量：

/s=2.594

/s.

计算浇口的剪切速率：由式4-20可得：,则

= = =3.62

该矩形侧浇口的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5×

之间，所以，浇口的剪切速率校核合格。

4.4校核主流道的剪切速率

（1）计算主流道的体积流量

53.3

(2)计算主流道的剪切速率

=3.10

/s

主流道内的熔体的剪切速率处于浇口与分流道的最佳剪切速率5x102~5x103

之间，所以，主流道的剪切速率校验合格。

4.5冷料穴的设计和计算

冷料穴位于主流道的正对面的动模板上，其作用就是收集熔体前锋的冷

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料，防止冷料进入模具型腔而影响制品的质量。本设计仅有主流道冷料穴。由于该塑件表面要求没有印痕，采用脱模板推出塑件，故采用与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。

五、成型零件的结构设计和计算

5.1零件的结构设计

5.1.1 凹模的结构设计

凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，本设计采用整体式凹模。 5.1.2 凸模结构设计

凸模是成型塑件的内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种。通过分析知，该塑件有两个，一个是成型零件的内表面的大型芯，因塑件包紧力较大，所以设在动模部分；另一个是成型零件的中心轴孔内表面的小型芯，设计时将其设在定模部分，同时有利于分散脱模力和简化模具结构。如图所示：

大型芯模嵌件

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小型芯

凹模嵌件

5.2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、

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耐磨性、及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。对于成型塑件外圆筒的大型芯来说，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材选用高合金工具钢Cr12MoV。而对于成型内部圆筒的型芯而言，型芯较小，但塑件中心轮毂包住型芯，型芯需散发的热量比较多，磨损也比较严重，因此也采用Cr12MoV，型芯中心通冷却水冷却。

5.3成型零件工作尺寸的计算

采用表4-15中的平均尺寸法计算成型零件尺寸 凹模径向尺寸的计算

=[(1+0.0055)×68=

mm

式中，是塑件的平均收缩率，查表1-2可得ABS的收缩率为0.3%~0.8%，

所以其平均收缩率=（0.003+0.008）/2=0.0055；

，

是

是系数，查表4-15可知x一般在0.5~0.8之间，此处取塑件上相应尺寸的公差；取

=

.（下同）

是塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件

凹模深度尺寸的计算 塑件高度的最大尺寸

相应的

，相应的

塑件轮毂外凸台高度的最大尺寸分别为

相应的

=0.18

.

=[(1+0.0055)×33-0.6×0.26

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