台灯罩注塑模具设计.docx

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台灯罩注塑模具设计

摘要

注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性的成型可以一次成型形状复杂的精密塑件，本次设计就是将台灯罩作为设计模型，将注塑模具的相关知识作为依据，阐述塑料注塑模具的整体设计过程。

本文设计的内容就是台灯罩注塑模具，材料为ABS，根据其结构形状特点以及通过对台灯罩成型工艺的正确分析，确定型腔的总体布局，选择分型面，确定脱模方式，设计浇注系统等；同时本文对注塑模具进行简要介绍，对注塑模具中的主要零件进行设计计算，在设计过程中着重考虑其生产实际中的经济性和合理性。

本文运用大学所学的知识，提出了台灯罩注塑模具的结构组成以及主要零部件的设计中所必须的理论计算和相关强度校验，构建了台灯罩注塑模具设计总的指导思想，从而得出了该塑料模具的优点是高效，经济，并且出模精度高的结论。

关键词：

注塑模注射成型分型面结论

ABSTRCT

Injectionmoldingisanimportantmethodofplasticforming,itismainlyusedformoldingthermoplasticmoldingcanbeacomplexshapeofprecisionplasticparts,thedesignofthecupasadesignmodel,theinjectionmoldrelatedknowledgeasthebasis,elaboratedthewholedesignprocessofplasticinjectionmould.Inthispaper,thedesignoftheinjectionmouldisthecupholder,thematerialisABS,accordingtoitsstructureandshapecharacteristics,throughthecorrectanalysisofthecupholdermoldingprocess,todeterminetheoveralllayoutofthecavity,thechoiceofpartingsurface,gatingsystemdesigntodeterminethestrippingmethod,etc.;atthesametimethispapercarriesonthebriefintroductiontothemainpartsoftheinjectionmold,injectionmoldinginthemolddesignandcalculation,inthedesignprocessfocusesontheactualproductionintheeconomyandrationality.

Inthispaper,byusingtheknowledgeofUniversity,putforwardthetheoryofcomputationmustbedesignedstructureofplasticcupinjectionmoldandthemainpartsofthebuildingandrelatedstrengthcheck,theplasticcupinjectionmolddesignoftheguidingideology,andcomestotheconclusionthattheadvantagesoftheplasticmoldisefficient,economical,andtheaccuracyofthemoldconclusionhigh.

Keywords：

Plasticmold；injectionmolding；thepartingsurface

目录

第一章前言1

1.1模具简介1

1.2模具在加工工业中的地位2

1.3模具的发展趋势3

第二章该塑件材料分析和工艺性分析4

2.1材料分析5

2.2工艺分析6

2.1尺寸及精度7

2.2.2表面粗糙度8

2.2.3形状9

2.2.4斜度10

第三章拟定成型工艺11

3.1制件成型方法12

3.2制件的成型参数12

3.3确定型腔数目13

3.3.1计算制品的体积和重量13

3.3.2型腔数目的确定主要参考以下几点来确定14

3.3.3模具型腔数目的确定14

第四章浇注系统的设计15

4.1制件在模具中的位置15

4.1.1型腔的布置15

4.1.2分型面的选择15

4.2确定浇口形式及位置16

4.3主流道的设计16

4.4流道的设计17

4.5冷料穴的设计17

第五章成型零部件的设计18

5.1成型零部件的结构设计18

5.2成型零部件工作尺寸计算18

5.3成型零部件的强度与刚度计算19

第六章结构零部件的设计19

6.1选用标准注射模架20

6.2定模板与动模板的设计20

第七章推出机构的设计21

第八章抽芯机构设计22

第九章温度调节系统设计23

第十章排气系统设计23

第十一章注塑机参数校核24

11.1最大注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核25

11.2开模行程的校核25

11.3模具与注射机安装相关部分尺寸校核26

结论28

致谢29

参考文献30

第一章前言

1.1模具介绍

当今社会，模具工业无所不在，各种各样的的产品都需要模具来生产，因为使用模具生产，可以大大地提高生产效率和制造成本，同时，产品的加工精度等等都能够得到保证。

在各个行业应用模具的场合非常广泛，例如飞机，轮船，以及一个机械零部件等各个领域都有用到。

人类社会工业的发展离不开模具这样一个重要的生产工具。

随着社会的进步，工业的发展，模具工业同样会日新月异，随着时间的推移，相信会迎来一个新的革新时期。

1.2模具在加工工业中的地位

在当今社会，工业越来越发达，模具产业也在不断地飞速发展着，随着科技的发展，模具工业的进步，模具在当今工业化大生产中起到了越来越重要的作用。

因为有了模具，使工业产品的加工精度和效率得到了保障，大大减少了人工繁杂的劳动强度，提高了工业的发展进程。

1.3模具的发展趋势

随着工业的发展，模具工业也在飞速发展着，针对当今社会的工业发展状况，模具的发展主要体现在一下几个方面：

（1）模具的加工与制造的自动化程度将会继续提高。

（2）结构零部件的材料的制造费用将会慢慢下降，同时加工结构零部件的设备的精度将会提高很多。

（3）模具的样式将会越来越多，从单工序模具到复合模具，一次性成型复杂工件的模具将会越来越多地被应用和生产。

（4）热流道模具在模具工业中的位置和作用将会越来越突出，应用的领域也将会越来越广泛。

（5）工业的发展将会引领高压铸模具也不断地发展，模具生产工艺和加工工艺也会逐渐走向自动化。

（6）模具的结构领部件将会更多地利用标准零件来代替非标零部件，这样就增加了模具之间的互换性。

同时，也可以更好地保证模具加工出来的产品的精度，维修和使用也更加方便快捷。

（7）随着社会的发展和工业的进步，车辆的不断增多，所以压铸模具，冲压模具也将会越来越普遍地应用到各个生产加工领域。

从单工序模到复合模的过渡是模具发展的必然趋势。

第二章该塑件材料分析和工艺性分析

2.1材料分析

台灯罩的零件图如下图所示，该塑件的材料为ABS，我们知道，ABS材料的表面光泽度较好，且没有毒，颜色呈淡黄色，没有气味，非常适合成为人们日常需要经常接触到的产品的材料。

从相关资料可知，ABS材料轻盈，密度小，所以操作起来很方便，不费力，随着模具工业的发展，ABS材料在模具产品的制造中占有不可替代的地位。

相信不久的将来，塑料工业的发展也会带来ABS材料的进一步发展，包括它的力学性能，表面光泽度等等各个方面。

图2-1产品图

2.2工艺分析

本次设计的工件是台灯罩，根据图2-1，我们可以知道，该塑件比较复杂，所以我们要尽可能保证设计出的模具能够注塑出无裂痕，划伤，缺陷等等因素的合适的产品出来。

2.2.1尺寸及精度

从零件图可知，台灯罩不大，材料为ABS，密度较小，所以采用一般精度等级来制造该产品，具体的技术指标和工艺参数件一下表格：

表2.1ＡＢＳ主要技术指标和工艺参数

密度ｇ／㎝3

1.02～1.16

注射机类型

螺杆式

比容㎝3／ｇ

0.86～0.98

预热

干燥

度℃

80～95

吸水率％

0.2～0.4

时间ｈ

4～5

纠缩率％

0.4～0.7

料简

温度

℃

后段

150～170

熔点℃

130～160

中段

165～180

热变形

温度℃

0.45MPa

90～108

前段

180～200

1.8MPa

83～103

喷嘴温度℃

170～180

抗拉屈服强度MPa

50

模具温度℃

50～80

拉伸弹性模量MPa

1.8×103

注射压力MPａ

60～100

弯曲强度MPａ

80

成

型

时

间S

高压时间

0～5

硬度HB

9.7

保压时间

15～30

后

处

理

方法

红外线灯、烘箱

冷却时间

15～30

温度℃

70

成型周期

40～70

时间ｈ

2～4

螺杆转速ｒ/min

0.4～0.7

2.2.2表面粗糙度

塑件的外观要求越高，表面粗糙度应越低。

一般模具表面粗糙度,要比塑件的要求低1～2级。

塑件的表面粗糙度一般为Ra0.8～0.2μm。

2.2.3形状

产品外形尺寸为304㎜×34㎜×126㎜。

塑件的内外表面形状应尽可能保证有利于成型。

2.2.4斜度

为了便于从塑件中抽出型心或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。

ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模斜度宜稍大，要有足够的脱模斜度

防止顶角。

第三章拟定成型工艺

3.1制件成型方法

根据工件的特征以及所使用的材料，我们选择注射成型来加工这个产品。

3.2制件的成型参数

根据制品结构特点及选定的原料ABS，可拟定如下工艺参数

塑料名称：

ABS密度（g/cm³）：

1.02～1.05

计算收缩率（%）：

0.5

模具温度（℃）：

50～60

注射压力（MPa）：

60～100

适应注射机类型：

柱塞式

料筒温度

喷嘴温度

/℃

模具温度

/℃

注射压力

/MPa

注射机类型

后/℃

中/℃

前/℃

180～190

50～70

70～90

螺杆式

150～170

180～190

200～210

成型时间

螺杆转数（r/min）

注射时间

/s

保压时间

/s

冷却时间

/s

成型周期

/s

3～5

5～15

5～15

15～40

30～60

后处理

备注

方法

温度/℃

时间/h

红外线烤箱

70

0.3～1

原材料应干燥0.5h以

3.3确定型腔数目

3.3.1计算制品的体积和重量

通过三维制图UG软件测量得:

单件塑件投影面积S=5541.26㎜2；单件塑件体V=19381.67㎜3

查有关资料可知ABS的密度为1.02～1.05g/cm3则单件塑件重量m=20.06g

3.3.2模具型腔数目的确定

1）由于该工件较小，然后考虑到注射机的成型锁模力，我们采用一模两腔的设计思路来设计该模具。

2）同时考虑到注射机的额定注射量以及产品的制作精度，模具的型腔数不能太多，所以在这里综合以上因素，决定采用一模两腔来制作该产品，故模具的型腔数目为两个。

3.3.3模具型腔数目的确定

一模两腔的模具所需要的锁模力和注射量都在注射机额定的范围内，且制作出来的产品精度比较容易控制，外形不易变形，所以采用一模两腔来制作加工台灯罩这个产品。

第四章浇注系统的设计

4.1制件在模具中的位置

4.4.1型腔的布置

主要考虑制件在分型后能保留在动模上以便脱模，并结合制件的结构特征应将型腔设置在定模侧，型芯设置在动模侧。

4.4.2分型面的选择

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析，应遵循以下几项的设计原则：

1）分型面应选择在塑件外形最大轮廓处

2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模

3）分型面的选择应保证塑件的精度要求

4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求

5）分型面的选择要便于模具的加工制造

6）分型面的选择应有利于排气

从以上几条分型原则可知，我们应该选择最大的投影面积来作为分型面，同时还要考虑到模具所制造出来产品的加工精度以及外形尺寸，本次设计的是台灯罩，通过该工件的零件图可知，我们选择台灯罩最大的投影面作为分型面，其中分型线如图4—1蓝色面所示。

4.2确定浇口形式及位置

对浇注系统进行设计时，一般应遵循如下基本原则：

（1）了解塑料的成型性能

（2）尽量避免或减少熔接痕

（3）有利于型腔中气体排出

（4）防止型芯的变形和嵌件的位移

（5）尽量采用较短的流程充满型腔

（6）流动距离比和流动面积比的校核

为了提高成型效率和综合考虑以上的基本设计原则并结合制件质量要求，本模具应采用潜伏浇口，由产品底部进料。

浇口位置如图4—2所示

浇口直径可以根据经验公式计算

d=（0.14～0.20）

式中d—浇口直径（mm）

—塑件在浇口处的壁厚（mm）

A—型腔的表面积㎜2

d=（0.14～0.20）

×20303.8≈1.0mm

（浇口直径也可根据经验值取d=1.0mm）

浇口锥角取

浇口倾斜角取

图4—2流道设计

4.3主流道的设计

主流道是连接注射机喷嘴与流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定锥度

1）主流道设计成圆锥型，其锥角为1°～6°，内壁粗糙度Ra取0.4um

2）主流道大端成圆角，半径r=1～3mm，以减小料转向过度时的阻力

3）在模具结构允许的情况下，主流道尽可能短，一般小于100mm，过长则会影响流体的顺利充型

4）对于小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，主流道衬套与定模板采用H7/m6过度配合与定位圈的配合采用H9/f9间隙配合

根据系统工况，我们决定使模具与浇口套的配合公差为H9/f9的配合。

定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。

定位圈外径比注射机定模板上的定位孔径小0.2mm以下。

浇口套与模板的配合为H7/m6

4.4流道设计

流道设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。

4.4.1流道的形状与尺寸

该注塑模的流道的形状与尺寸和所需要注塑产品的大小有直接关系，如果需要加工出来的产品很大的话，流道的截面就要大，相反地，如果需要注塑出来的产品很小的话，流道的截面就要窄，可以说，流道的大小与产品的大小，以及注射机的注射量，锁模力等等各个方面都有着密切的关系。

这需要根据产品的具体形状尺寸来确定。

4.4.2流道的长度

具体尺寸根据型腔的太小而定

4.4.3流道的表面粗糙度

流道是注塑模具中影响到产品外观以及结构的重要因素，可以说流道系统的设计的好与坏直接关系到该模具加工出来的产品的好与坏，所以设计出合理的流道是一个优秀模具必须具备的。

设计流道的过程中，需要考虑到流道的散热性能，以及塑料的流动性能等等多方面的因素。

4.4.4流道在分型面的布置形式

流道在分型面的布置形式如上图4-2

根据以上设计参数校核流动比

式中

—流动比距离

Li—模具中各段料流通道及各段型腔的长度（mm）

ti—模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度（mm）

=60/3.5+37/5+4.5/5+2

/2+140/2=98mm

因为影响流动比的因素主要是塑料的流动性，ABS塑料的流动性为中等，经查有关资料可知ABS允许的流动比[

]=210～110，所以

〈[

]

4.5冷料穴设计

通常情况下，冷料穴位于该注塑模的动模板上面，这样更近地接近工件，当塑料被注射进型腔后，冷料穴就开始发挥作用了，可以使注塑出的塑件很快冷却，从而起到了冷却塑件，保证其力学性能的作用。

流道冷料穴当流道较长时，可将流道的尽头沿料流前进方向延长作为流道冷料穴，以贮存前锋冷料，其长度为流道直径的1.5～2倍。

本模具采用Z形拉料杆，具体设计的图4-3所示。

图4-3拉料杆

第五章成型零部件的设计

5.1成型零部件的结构设计

成型零部件是注塑模具设计中起到决定因素的一部分，产品的外观，综合力学性能，精度，表面光洁度等等方面都是依靠成型零部件的精度来控制的，例如型腔、型芯、凹模板，垫板等等都属于成型零部件，在注塑模的设计中，成型零部件的作用非常重要，把握好成型零部件之间的配合，精度等等因素是决定一副模具好与坏的根本所在，其中，成型零部件的设计主要包括以下几个方面：

5.1.1型腔结构设计

根据课题我们知道，型腔的结构形式就决定了台灯罩外部的结构形式，通过分析台灯罩这个产品，我们可以选择整体镶入式型腔，因为整体镶入式型腔可以有效地节约成型零部件的制作成本，并且其力学性能满足工况要求，更换方便快捷。

5.1.2型芯及镶件结构设计

我们知道，型芯和镶件主要是用来成型台灯罩内部结构的成型零部件，通过分析台灯罩这个产品，我们知道，其内部凸台较多，所以我们可以选择把凸台做成较大的镶件来减少模具钢的使用率，从而进一步来节省原材料，降低成本。

5.2成型零部件工作尺寸计算

5.2.1成型零部件性能

成型由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须有以一些性能：

1、必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压；

2、有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损；

3、通常进行热处理，使其硬度达到HRC45。

以上；

4、切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好；

5、熔焊性能要好,以便修理；

5.2.2型腔、型芯工作部位尺寸计算

经查有关资料可知ABS塑料的收缩率是0.3%～0.8%

平均收缩率为:

S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%

型腔工作部位的尺寸：

型腔径向尺寸

型腔深度尺寸

型芯径向尺寸

型芯高度尺寸

中心距尺寸

式中L—塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸（mm）

l—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）

H—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）

h—塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸（mm）

C—塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）

x—修正系数，取0.5～0.75

△—塑件公差（mm）

—模具制造公差，取（1/3～1/4）△。

各工作部位尺寸计算结果详见相应零件图纸所标明

5.3成型零部件的强度与刚度计算

为了方便加工和热处理，其型芯整体镶嵌式，型腔为整体镶嵌式。

因此，型腔的强度和刚度按型腔整体式计算。

由于型腔壁厚计算比较麻烦，也可参考经验推荐数据。

5.3.1强度、刚度计算

设计好一套模具，必须考虑到它的强度和刚度方面，因为模具是在高温下面作业的，并且高压，所以校核各个结构零部件的强度和刚度是必须的。

只有这样，才能更好地使模具应用的时间长，使用方便，维修少。

（1）塑件成型过程中不产生溢料

粘度特性

塑料品种

允许变形值[δ]

中粘度塑料

ABS

≤0.05

（2）保证塑件的尺寸精度

塑件尺寸

经验公式[δ]

<10

Δi/3

>10～50

Δi/[3（1+Δi）]

>50～200

Δi/[5（1+Δi）]

（3）保证塑件顺利脱模

[δ]〈tS=1.4×0.8%=0.0112

式中[δ]—保证塑件顺利脱模的型腔允许弹性变形量；

t—塑件壁厚，mm;

S—塑件的收缩率。

5.3.2型腔的侧壁和底板厚度的计算

（1）组合式矩形型腔侧壁厚度的计算

对于小尺寸的模具型腔，在发生大的弹性变形前，其内应力往往超过了模具材料的许多应力，因此，强度不够是主要矛盾，设计型腔侧壁厚应以强度为准。

δmax=pHl4/32Ehs3

s=12.7mm

设允许最大变形量为δmax≤[δ]，其壁厚按刚度条件的计算式为：

s=

s=25mm

（2）组合式矩形型腔底板厚度的计算

按强度条件，型腔底板厚度计算式为：

h=

式中：

h————矩形底板的厚度（mm）

B————底板总宽度（mm）

L————双支脚间距（mm）

P————型腔内塑料熔体压力（MPa）

[σ]————模具材料的许用应力（MPa）

h≥25mm

第六章结构零部件的设计

6.1选用标准注射模架

6.1.1初选注射机

1）注射量：

该塑料制件单件重量m=20.06g

浇注系统重量的计算可以根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积

V=1.888

粗略计算浇注系统重量为

1.888×1.035

1.95g

总体积V塑件=（19.38+1.95）=21.33

总重量M=21.33×1.035≈22.08g

聚苯乙烯的密度为1.054g/cm3，ABS的密度为1.02～1.05g/

满足注射量V机≥V塑件/0.80

式中V机—额定注射量（

）

V塑件—塑件与浇注系统凝料体积和（

）

≈26.66

或满足注射量M机≥M塑件

式中M机—额定注射量（g）

M塑件—塑件与浇注系统凝料的重量和（g）

—聚苯乙烯的密度（g/cm3）

—塑件采用塑料的密度（g/cm3）

g

2）注射压力：

P注≥P成型

经查有关资料可知ABS塑料成型时的注射压力P成型=70～90MPa

3）锁模力：

P锁模力≥1.3pF

式中p—塑料成型时型腔的压力，ABS塑料的型腔压力p=30MPa

F—浇注系统和塑件在分型面上的投影面积和（

）

各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积

F=5541.26

PF=1.3×30×5541.26=216109.14K

根据以上的分析、计算，查相关资料初选注射机型号为：

XS-Z-30,其有关技术参数如下：

理论注射容量（cm³）30

螺杆直径（mm）48

注射压力（MPa）319

注射行程（㎜）330

注射方式注塞式

锁模力（KN）650

拉杆内向距（mm）550