模具毕业设计38水平仪外盖注射模设计.docx

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模具毕业设计38水平仪外盖注射模设计

前言

毕业设计是在修完所有课程之后，我们走向社会之前一次综合性设计。

本次设计的课题是水平仪外盖注射模设计,是对以前所学课程的一个总结。

在此次设计中，主要用到所学的注射模设计，以及机械设计等方面的知识。

着重说明了一副注射模的一般流程，即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数的校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。

其中模具结构的设计既是重点又是难点，主要包括成型位置的及分型面的选择，模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择，模具工作零件的结构设计，侧面分型及抽芯机构的设计，推出机构的设计，拉料杆的形式选择，排气方式设计等。

通过本次毕业设计，使我更加了解模具设计的含义，懂得如何查阅相关资料以及怎样解决在实际工作中遇到的实际问题，这为我们以后更好的从事模具行业打下了良好的基础。

本次毕业设计也得到了广大老师和同学的帮助，由于我是数控专业的，同时缺乏实践经验，水平有限，且时间又仓促。

设计过程中难免有错误和欠妥之处，恳请各位老师和同学指正批评。

编者

年5月28日

水平仪外盖注射模设计

摘要：

在综合分析塑件结构，使用要求，成型质量和模具制

造成本的基础上，介绍结构简单，形状规则的塑件成型。

采用侧向抽芯机构，使塑件能一次成型。

设计了相应的侧向抽芯的注射模，并介绍了模具的工作过程。

关键词：

注射模抽芯机构

[Abstract]

Basedonthecomprehensiveanalysisontheplasticpart’sstrctureservicerequire-ment,mouldingqualityandmoudingqualityandmouldmanufacturingcost.Acorrespondinginjectionmouldofinternalsidecorepullingwasdesigned.Byadoptingthemulit-directionandmulti-combinationcore-pulling.acorrespondinginjectionmouldofinteralsidecorepullingwasdesigned,theworkingprocessofthemouldwasin-troduced.

Keywords:

InjectionmouldMedialcoepulling.

第一章、塑料件的特性分析

1、产品性能分析

该塑件为水平仪外盖，三维实体已经用UG造型，它要与另外部件匹配使用。

必须具备有一定的综合机械性能，包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，耐磨性，化学稳定性和电绝缘性能。

符合以上性能的有多种塑料材料，从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看，ABS比较合适。

ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它来源广，成本底，符合该塑件成型的特性。

因此制作该塑件选用ABS材料。

以下是ABS的主要参数。

表一：

ABS的主要技术指标

密度

比溶

吸水率

收缩率

热变形

温度

1.02-1.05

0.8-0.98

0.2%-0.4%

130-160

0.3%-0.8%

83-103.

抗拉强度

拉伸弹性

模量

弯曲强度

冲击强度

体积

50Mpa

1.8X107

80Mpa

11HB

9.7HB

6.9X10

表二；ABS的注射工艺参数

注射机类型

螺杆转数

喷嘴形式

喷嘴温度

螺杆式

50--70

直通式

180-190。

料筒的温度

模具温度

注射压力

保压力

190-200200-220170-190

50-70

60-90Mpa

30-60Mpa

注射时间

保压时间

冷却时间

成型周期

3-5S

15-30S

10-30S

30-70

ABS无毒，无味，呈微黄色。

成型的塑料件有较好的光泽。

密度为1.02-1.05g/

。

ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。

有良好的机械强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电绝缘性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。

经过调色可配成任何颜色。

其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为90度左右。

耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。

其成型特点：

ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大，ABS易吸水，成型前加工要进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、溶料温度及收缩率影响极小。

表三：

ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与刚的摩擦因素。

塑料名称

成型收缩率/%

拉伸模量E/×103Mpa

泊松比U

与刚的摩擦系数f

PE

1.5-3.5

0.212-0.98

0.49

0.23-0.5

PP

0.4-3.0

1.6-6.2

0.43

0.49-0.51

PS

0.2-0.8

1.4-8.9

0.38

0.45-0.75

ABS

0.1-0.7

1.91-1.98

0.38

0.20-0.25

2、产品工艺性与结构分析

1）尺寸的精度

表四：

塑件的尺寸公差推荐值参考《模具设计与制造手册》的精度等级

材料

高精度

一般精度

低精度

ABS

3

4

5

该塑件由于不接纳其它装配尺寸，其精度不必太高。

故选用一般精度IT6，其公差参考教材《塑料成型工艺与模具设

计》。

2）粗糙度

作为外壳，不仅要求外观美观，光泽度也要

高，塑件表面的粗糙度要比模具型芯低。

塑件模具表面的粗糙度可取Ra≤0.8.模具型芯的表面粗糙度取Ra≤0.2。

3）斜度

脱模斜度取决于塑件的形状，壁厚及塑料的收缩率，一般取

～

本塑件由于型腔深度很小，两侧也采用抽芯。

但由于考虑到塑件跟其它部件配合使用，要使塑件配合好所以要塑件两侧角度，所以要使塑件强行脱模的方式。

而且向里偏有小角度；塑件要有足够的强度和刚度，才能经受推件杆的推力而不使塑件变形，该产品壁厚均匀：

本产品取3mm.

表五

塑料种类

制件流程最小壁厚

一般制件壁厚

大型制件壁厚

塑料ABS

0.75

1.75～2.6

>2.4～3.2

3、塑件工艺分析

塑件外形中等，形状简单，尺寸精度比较高，壁厚均为3mm，材料是ABS收缩率取0.05%，塑件体积

Vs≈288－150.72+945.14×4－551.07

≈137.28+3780.56－551.07

≈3366.77+111×44×3－π18×3

≈15

查资料知塑料ABS的密度为1.05g/

单件塑料重量为ms=15.6g

净重约15.6g，塑件外形长114mm,宽44mm，局部高9mm.由于塑件中有些地方通空和凹槽，为了减小加工难度，降低制作成本，所以采用凸模，凹模镶块加入。

因塑件长边一侧是有两个侧孔，所以要采侧抽芯机构，使塑件出模。

第二章、模具结构设计

1、型腔数目及排列方式：

1）型腔数目的确定

由于该塑件要进行长期大批量生产，为了提高生产效率，降低塑件的生产成本，塑件的质量控制要求的尺寸精度，性能和表面粗糙度较高，采用一模一腔生产模具可保证塑件的表面的粗糙度和质量，又能达到制件的最佳的技术经济性。

2）型腔的布局

型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因此型腔的排布应使每个型腔都能从总压力中均等地分得所须的足够压力，以保塑料熔体同时均匀充满型腔，使型腔的塑件内在质量均一稳定。

2、分型面的设计

分型面是决定模具结构形式的重要应素，它与模具的整体结构和模具的制造工艺有密切的关系，并且直接影响到塑料熔体的流动充填特性及塑件的脱模，因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键选择分型面应遵循以下几项基本原则：

a、分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

b、确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模；

c、保证塑件的精度要求；

d、满足塑件外观质量的要求；

e、便于模具的加工与制造；

f、对成型面积的影响；

g、排气的效果的考虑；

h、对侧向抽芯的影响。

注射模一般的有一个分型面，有的有两个分型面。

分型面的形状分为：

平直分型面，倾斜分型面，阶梯分型面，曲面分型面，复合分型面。

在这里考虑到塑件分型面选在塑件外形最大轮廓处，要保证有利的留模方式，要便于塑件顺利脱模，保证塑件的精度要求，便于模具加工，采用单个平直分型面。

如图；

2．选用试模

（1）型腔强度的刚度的计算

型腔的强度和刚度按型腔的整体式进行计算。

由于型腔的壁厚计算比较麻烦，也可参考经验推荐数据。

查资料知：

S=R-r=55

（2）初选注射机。

1）注射量：

该塑件单件重ms≈15.6g

浇注系统重量的计算可根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积:

Vj≈24×π×3+π×1.52×36+4π/3×27+6×2×1

+15×1000

总体积:

1.058+15=16.058cm3

粗略计算浇注系统重量：

mj~Vj×=16~58×1.04

≈16.7g

满足注射量V机≥V塑件10.8=16.058/0.8=20.07cm3

2）注射压力：

P注≥P成型

查资料知ABS塑料成型时的注射压力

P成型=40~100MPa

3）锁模力≥PF

式中：

P——塑料成型时型腔压力，ABS塑料的型腔压力=P=40PMa

F——浇注系统和塑件在分型面上的投影面积m㎡

各型腔及浇注系统及各型腔在分型面上的投影面积：

F=（114+1.8）/2×44=111×22=2442m㎡

∴PF=40×2442=97680N

=97.68KN

根据以上分析，计算，查资料，选注射机型号SYS30

注射机线相关技术参数如下：

最大模具厚度H200

最小模具厚度：

H170mm

喷嘴圆弧半径：

R180

喷嘴孔径2mmd

模板最大距离340L0

模板行程160L1

锁模力：

50KN

最大注射面积：

130c㎡

注射行程130mm

动定模尺寸250×280

4、设计主流道及分流道形式和尺寸

主流道

主流道通常设计在模具的浇口套中，为了让主流道的冷料能顺利从浇口套中拔出，主流道设计成圆锥形其锥角2~6度，小端直径比注射机口喷嘴直径大0.5~1mm,小端前面是球面,深度3~5mm,浇口套采用T8A或T10A制造，淬火硬度HRC53~57，流道表面粗糙度Ra≤0.8μm，取0.4μm,主流道球面半径比喷嘴球面半径大1~2mm.

分流道截面设计成圆形截面,热加工容易,且热量损失与压力均不大,为常用形式,圆形截面分流道的直径可根据塑件的流动性等因素确定,该塑件采用ABS,流支性较好,

查资料知:

尼龙在注射压力88MPa下,流动距离比为120

根据以上参数校核流动比:

φ=36/3+34/3+6/2+9/3+57/3

=12+8+3+3+19

=45

查表知ABS的元件的流动比[φ]=130~90

所以φ＜[φ]

小件可不必校核流动比。

5、浇口的选择

（1）浇口的形式很多，但无论采取什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及成型质量影响都很大。

在模具设计时，浇口位置及尺寸要求比较严格，它一般根据下述几项原则来参考：

a、尽量缩短流动距离

b、浇口应开设在塑件壁最厚处

c、避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷

d、考虑分子定向的影响

e、减少或避免熔接痕提高熔接强度

f、应有利于型腔中气体的排除

g、不在承受弯曲或冲击载荷的部位设置浇口

h、浇口位置的选择应注意塑件外观质量

（2）确定浇口形式及位置

为了提高成型效率，采用侧浇口，并避开制品高光亮区域，浇口尺寸与位置如下图

浇口直径可根据经验公式计算

d=（0.14—0.20）（δ2）1/4A

式中d——浇口直径

δ——塑料浇口处的壁厚

A——型腔表面积（m㎡）

采用一模一件，模具制造成本不高，能够适应生产的要求，轮辐式侧浇口，塑料流程短，塑件质量好，浇口容易去除。

而采用一模两件对称布局，生产效率高，侧浇口进料不影响塑件外观，浇口容易去除，但塑料流程大，模具制造成本相对较高，综合以上分析采用一模一件辐式侧浇口方式制造模具。

浇口锥角取：

β=150

浇口倾斜角取：

α=450

轮辐式侧扇形浇口

计算结果：

Lm+00.04=[（1+0.0225）×144-0.5×0.15]+00.04

=147.165+00.04

Hm+00.02=[（1+0.0225）×9-0.5×0.15]+00.02

=9.125+00.02

Hm－δz0=[（1+0.0225）×13+0.5×0.15]-0。

0250

=13.2175-0。

0250

Lm0-0.025=[（1+0.0225）×36+0.5×0.15]0-0.025

=36.7350-0.025.

中心距尺寸无

6、冷料穴和拉料杆的设计

冷料穴的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，以免这些冷料注入行腔。

为了使料流的流动性更好，在模具内温度更均匀，故在主流道对面的动模板上开设冷料穴，其标称直径与主流道大端直径相同，通常选用Z字形拉料杆，它开模后通常用手工取出冷料。

7、排气系统的设计

当塑料溶体填充型腔时，必须将型腔内和浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体顺利排出模外。

如果型腔内因各种因素没有将产生的气体排除干净，塑件就会形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料的成型缺陷，另外气体受压，体积缩小会产生高温将导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度。

因此必须考虑排气问题，注射模成型时排气通常用如下三种方式进行：

a、利用配合间隙排气

b、在分型面上开设排气槽排气

c、利用排气塞排气

本塑件可以利用配合间隙排气，不必专门开设排气系统，如果试模中认为必须开设，可在分型面上开设排气槽。

8、温度调节系统

无论什么塑料进行注射成型，均有一个比较适宜的模具温度范围，在此模具温度范围内，塑料熔体的流动性好，容易充满型腔，塑件脱模后收缩和翘曲变形小，形状与尺寸稳定，力学性能以及表面质量较高。

为了使模温控制在一理想的范围内，现设计一模具温度调节系统。

由于本次设计的塑料ABS黏度和流动性一般，模温为50～80℃，故无须设计加热系统，只需设计冷却系统以确保合理的模温。

常用的冷却方法有水冷却、空气冷却和油冷却，本设计采用水冷却，经济实惠。

（1）冷却系统的设计原则与常见冷却系统的结构

1.冷却系统的设计原则

a）冷却水道应尽量多

b）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等

c）浇口出加强冷却

d）冷却水道、入口温差应尽量小

e）冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置

此外，冷却水道的设计还必须尽量避免接近塑件的溶接部位以免产生溶接痕，降低塑件强度；

（2）冷却系统机构的确定

塑件的形状是变化万千的，因此对于不同的塑件，冷却水道的位置形状也不一样。

本塑件为浅型腔塑件，浅型腔塑件最困难的是凸模的冷却，本塑件凸模结构复杂，而且外部需抽芯，很难设置冷却水道，因此要加强凹模冷却。

凹模设置螺旋式冷却水道，入水口在浇口附近，水流流经凹模的螺旋槽后在分型面附近流出，这种形式的冷却水道的冷却效果好。

第三章、成型零件的设计与计算

成型零件决定塑件的几何行状和尺寸。

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，脱模时与塑料间还发生摩擦。

因此，成型零件要求有正确几何形状，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，有较高强度、刚度及较好的耐磨性能。

1.成型零件的设计

为了提高零件的加工效率，装拆方便，保证两个型腔形状，尺寸一致，采用组合式凹模中的整体嵌入式凹模结构。

在凹模与定模板间的配合用

。

影响成型零件的尺寸因素有：

1）塑件的收缩率

其值为δs=（Smax-Smin）Ls;式中

δs--塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差；

Smax--塑料的最大收缩率；

Smin--塑料的最小收缩率；

Ls--塑件的基本尺寸。

2）模具成型零件的制造误差

参考《塑料成型工艺与模具设计》P所列出的经验值，成型零件的制造公差约占塑件总公差的

-

或取IT7-IT8级作为模具制造公差。

模具成型零件制造公差用δz表示。

这里取δz=0.05收缩率的波动引起塑件尺寸误差随塑件的尺寸增大而增大。

在计算成型零件时，所用到的收缩率均用平均收缩率来表示

=

×100%

式中

---塑件的平均收缩率；

Smax--塑料的最大收缩率；

Smin--塑料的最小收缩率。

型腔型芯工作部位尺寸的确定

查表可知：

ABS塑料的收缩率是0.5%-4.0%

平均收缩率为：

S=（0.5%+4%）/2=2.25%

型腔工作部位尺寸：

型腔径向尺寸：

Lm+δ20=[（1+S）Ls-X△]0+δz

型腔高度尺寸Hmδ20=[（1+S）Hs-X△]0+δz

型芯径向尺寸tm0-δz=[（1+S）Ls+X△]0-δz

型芯高度尺寸hm0-δz=[（1+S）hs+X△]0-δz

中心距尺寸C±δz/2=（1+S）Cs±δz/2

式中Ls——塑件外型径向基本尺寸的最大尺寸

ls——塑件内型径向基本尺寸的最小尺寸

Hs——塑件外型厚度基本尺寸的最大尺寸

hs——塑件内型深度基本尺寸的最小尺寸

x——修正系数1/2---2/3即为塑件尺寸较大精度要求低时取小值

δz——模具制造公差

△——塑件公差mm单位mm

计算结果：

Lm+00.04=[（1+0.0225）×144-0.5×0.15]+00.04

=147.165+00.04

Hm+00.02=[（1+0.0225）×9-0.5×0.15]+00.02

=9.125+00.02

Hm－δz0=[（1+0.0225）×13+0.5×0.15]-0。

0250

=13.2175-0。

0250

Lm0-0.025=[（1+0.0225）×36+0.5×0.15]0-0.025

=36.7350-0.025.

中心距尺寸无

2、模具型腔侧壁和底板厚度的计算

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔侧壁和底版厚度过小，可能因硬度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足产生翘曲变形导致溢料和出现飞边，降低塑件尺寸精度和顺利脱模。

因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚

模具型腔壁厚的计算，以最大压力为准，而最大压力是在注射时，熔体充满型腔的瞬间产生的，随着塑料的冷却和浇口的冻结，型腔内的压力逐渐降低，在开模时接近常压。

理论分析和生产实践表明，大尺寸的模具型腔，刚度不足是主要主要矛盾，型腔壁厚应以满足刚度条件为准；由于本模具采用“一模一件”结构，总体尺寸不是很大，故应以型腔的壁厚的刚度为准。

刚度计算条件一般从下面三个方面来考虑：

（1）模具成型过程中不发生溢料

（2）保证塑件尺寸精度

（3）保证塑件顺利脱模

在一般情况下，因塑料的收缩率较大，型腔的弹性变形量不会超过塑料冷却时的收缩值，因此，型腔的刚度要求主要是由不溢料和塑件精度来决定。

当塑件某一尺寸同时有几项要求时，以最苛刻的条件作为刚度设计的依据。

对于本塑件可以简化为整体式矩形型腔进行近似计算。

1）矩形型腔的结构尺寸计算

在本模具设计中采用了整体矩形型腔，整体矩形型腔的结构简

图如下：

因本模具的型腔大体上似矩形，并且其l<370故按一下强度条件公式：

S≥

底板厚度的计算公式：

h≥

式中：

c，----由型腔边长比l/b决定的系数。

由于型腔厚度很小，h=3mm.

根据表4-17矩形型腔壁厚尺寸的经验推荐：

矩形型腔内壁短边b

整体型腔壁厚s

>40-50

25-30

>50-60

30-35

>60-70

35-42

由于采用一模一腔的设计，浇流道和浇口总长度为57mm.因为用到斜倒柱，型腔厚度取70mm.所以型腔的外形尺寸：

110×74×10mm.

2）底板厚度的计算

整体式矩形型腔的底板，如果后部没有支承板，直接支承在模脚上，中间是悬空的，底板可以看成是周边固定的受均匀载荷的矩形板，由于溶体的压力，板中心将产生最大的变形量，按刚度条件，型腔底板厚度为：

式中

——由型腔边长比

决定的系数；

——型腔内溶体的压力（

）；

——型腔短边长（

）；

——钢的弹性模量，取

；

——允许变形量

；取0.05mm

经计算得：

l/b=1.4

查表得

=0.0226,p=50MPa，b=80mm。

所以

24.7mm

由于考虑到这是近似计算，为匹配标准模架，取h=25mm。

3、模架的选用

选标准模架：

根据以上分析计算以及型腔尺寸及位置尺寸可确定模架的结构形式和规格.

查资料选用：

A2——00250——109——Z2GB/712556.1——1990

定模板厚度25

动模板厚度：

25

垫块厚度：

50

模具厚度：

H模=82+25+25+50=182

模具外形尺寸：

200×250×182

第四章、合模导向机构的设计

导向机构的保证动摸或上下模合模时正确定位和导向的零件。

合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式。

在这里我采用导柱导向的形式。

1、导向机构的作用

1）定位作用模具闭合后，保证定模或上下模的位置的正确，保证型腔形状和尺寸的精度；导向机构在模具装配过程中也起定位作用，便于装配和调整。

2）导向作用合模时首先是导向零件接触，引导动定模上下模准确闭合，避免型心先进入型腔造成成型零件的损坏。

3）承受一定的侧向压力承受塑料溶体在充型过程中产生单向侧压力和动模板（因是双分型面）自身的重力。

2、导柱导向机构

（1）导柱

1、导柱和导套结构采用如图所示：

2、导柱结构和技术要求

1）长度导柱导向部分长度=37+50+30+20~25

=164mm.

直径由于模架200×250型。

参考塑料注射模中小型模架标准的尺寸组合。

选用：

导柱d40×170×50.

《实用注塑模设计手册》。

（2）形状导柱前端做倒角。

（3）材料导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内心，因此采用T10A钢经淬火热处理，硬度应达到50~55HRC。

导柱固定部分表面粗糙度为Ra0.8。

导向部分为Ra0.4。

（4）数量布置导柱均匀分布在模具四周如下图所示：

（5）配合精度导柱固定端与模板之间采用H7/m6的过度配合；导柱的导向部分采用H7/f7的间隙配合。

（二）、导套

1、导套的结构形式导套的典型结构如图所示：

此类型导套为直导套，结构简单，加工方便，适用于简

单模具或导套后面没有垫板的场合：

2、导套结构和技术要求

1）形状为使导柱顺利进入导套，在导套的前端倒圆角。

导柱

孔最好做成通孔，以利于排出孔内空气及残渣废料。

如模板较厚，导柱孔必须作成盲孔时，可在盲孔的侧面打一小孔排气。

2）材