1、壳体注塑模具设计说明书1.绪论模具作为工业产品的重要基础工艺装备，在工业生产中是不可或缺的技术与工具，它不仅直接影响工业产品的水平，也是一个国家工业化程度和机械制造工业技术水平的综合体现。本设计是应用计算机软件来完成注塑模具的设计。本题目涉及注塑模具设计、计算机绘图软件应用等方面知识。1.1塑料模具发展现状我国塑料模具工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。由于模具生产产品具有精度高、复杂性高、一致性好、生产效率高、消耗低等优良特性，所以在现代工业中将会起到更大的作用，得到更多的应用。我国的塑料模具发展至今，已能生产精度达2微米的精密多工位级进模，工位数最多已达1
2、60个，寿命12亿次。1.2研究注塑模具的意义模具是现代工业发展的基础，许多产业的发展都离不开模具行业的支持。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。在模具工业的总产值中，塑料模具约占33%左右。不同的塑料成型方法使得塑料模具的原理和结构不同。按照成型方法的不同，塑料模具分为：注塑模具、压塑模具、挤出模具、吹塑模具等。注塑模具主要用于热塑型塑料制品的成型，近年来也越来越多的用于热固性塑料制品的成型，注塑成型在塑料制品成型中占有很大比重，世界上塑料成型模具的产量半数以上是注塑模具。现代工业中，消费品外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都
3、提出了新要求，塑料外壳设计成为重要的一环。精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将得到越来越多的应用。1.3现代注塑模具设计方法目前为了应付当前市场多样化的要求，缩短产品制造周期以取得最佳的竞争优势，模具设计中都引入了CAD/CAM/CAE8（计算机辅助设计/辅助制造/辅助工程）计算机一体化制造技术3，以提高产品质量，降低成本，增加竞争力。一般而言，一件完整理想的工业产品，其制造流程为先有原创型的概念设计出原件，配合计算机辅助工程分析技术，再依据分析结果修改、测试，最后再依此设计图经由计算机辅助制造，进行产品自动化生产，上述整个过程均在计算机上进行10。在模具设计生产过程中，应用Pro/
4、ENGINEER软件，将原来模具结构设计模具型腔、型芯二维设计工艺准备模具型腔、型芯设计三维造型数控加工指令编程数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上11，所以得到很好的应用。1.4本次设计的主要内容本设计是剃须刀壳体注塑模具的设计，剃须刀的材料为ABS，通过对塑料件的分析选择注塑机，然后计算模具的工作尺寸，设计模具的结构，选择模架，最后对整体进行校核，得出完整的模具结构。其中利用计算机软件辅助设计，分析塑件，绘制了图纸。2.塑料件的分析2.1明确塑件设计要求本论文所要介绍的是剃须刀壳体注塑模
5、具的设计。剃须刀壳体的零件图如图2-1所示，其材料为ABS树脂，该产品的外侧表面有一定的粗糙度的要求，内侧表面对粗糙度要求不高，但由于要和壳体其它部分进行连接，因而有一定的配合要求。图2-1 剃须刀壳体零件图2.2明确塑件批量该产品生产批量为每月10万件。成型周期为34秒其中：合模2秒、浇注2秒、保压8秒、冷却18秒、开模2秒、顶出2秒。若每天工作24小时，每月计28天，设备利用率为80%，则每月浇注次数为：2824606080%/34=5.69万次所以模具的型腔数为： 10万/5.69万次=1.8因此，本设计模具采用一模二腔结构。2.3计算塑件的体积和质量2.3.1材料的特性该产品材料为AB
6、S树脂。ABS成型工艺特性1： （1）吸湿性强，原料要干燥；（2）流动行中等，宜用高料温、高模温、高注塑压力 成型；溢边值0.04mm；（3）尺寸稳定性好；（4）塑件尽可能有大的脱模斜度。其密度为1.02-1.07g/cm3，计算出其平均密度为1.05 g/cm39。2.3.2计算塑件体积利用Pro/E软件进行塑料件的三维实体造型411，如图2-2，然后进行塑件分析，得出塑料件的体积为15.7 cm3。M塑=V塑=1.05 g/cm315.7 cm3=16.49g 由浇注系统体积V浇=8.28cm3可计算出浇注系统质量为：M浇V浇8.28 cm31.05 g/ cm3=8.7g V总2V塑V浇
7、15.7 cm328.28 cm339.68 cm3 M总2M塑M浇16.49g28.7g41.68g 图2-2塑料件Pro/E实体造型3.注塑机的确定根据以下参数选择合适的注塑机，本设计的参数有：3.1注塑量3.1.1理论注塑量理论注塑量是指注塑机在对空注塑的条件下，注塑螺旋杆作一次最大注塑行程时，注塑装置能达到的最大注出量。3.1.2实际注塑量根据实际情况，注塑机的实际注塑量是理论注塑量的80%左右。即 MS =M1 （3-1） VS =V1 （3-2）其中：M1理论注塑质量，g；V1理论注塑容量，cm3；MS实际注塑质量，g；VS实际注塑容量，cm3；注塑系数，一般取值为0.8。本设计中
8、V总=39.68 cm3，根据塑件总体积应大于实际注塑量，即 V1 =VS/ 0.8 V总/0.8=39.68 cm3/0.8=49.6 cm3 因此，注塑机的理论注塑量V1应大于50 cm3。3.2注射压力注塑加工时所需的注射压力与塑料品种、塑件的形状及尺寸、注塑机类型 、喷嘴及模具流道的阻力等因素有关。选择的注塑机的注射压力必须大于成品所需的注射压力。根据经验，成型所需注射压力范围 如下： （1）塑件形状简单，熔体的流动性好，厚壁者，所需注射压力一般小于80MPa； （2）塑件形状一般，精度要求一般，溶体流动性能好者，所需注射压力通常80100MPa； （3）塑件形状一般，有一定的精度要求
9、，溶体粘度中等（如改性PE、PS），所需注射压力选100160MPa； （4）塑件壁薄、尺寸大，壁厚不均，精度要求高，熔体粘度高者，注射压力选为150200MPa；根据本设计，形状一般，有一定的精度要求，溶体粘度中等，所需注射压力选100160Mpa。3.3锁（合）模力锁（合）模力为注射机锁模装置用于夹紧模具的力。所选注塑机的锁（合）模力必须大于由于高压溶体注入模腔而产生的膨胀力，此胀模力等于塑件和流道系统在分型面上的投影面积与型腔压力的乘积。即： F锁 p腔 A/1000 （3-3） 式中 F锁锁（合）模力（kN） p腔型腔压力（MPa） A塑件及流道系统在分型面上的投影面积（mm2） 型腔
10、压力因塑料品种、塑件复杂程度及精度不同而不同，可由表3-1查得模腔压力。19表3-1不同条件型腔压力条 件易成型的塑料普通塑料高粘度塑料高精度塑料特高粘度塑料高精度塑件压力(MPa)25303540举 例PE、PS等厚壁均匀的日用品薄壁容器ABS等机器零件高精度塑件高精度机器零件本设计选取塑件的型腔压力为：35MPa。A为塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算为5000mm2。因此F锁 p腔 * A/1000=35*5000/1000 kn175 kn根据以上条件查手册选取注塑机型号为：SZ-500/200，该注塑机参数如下表3-2：表3-2 SZ-500/200注塑机参数项目参数注塑机
11、最大注塑量55 cm3锁模力200kN注塑压力150MPa最小模厚280mm最大模厚500mm模板行程500mm注塑机定位孔直径160mm喷嘴球面半径20mm注塑机拉杆的间距570570/mmmm4.模具成型零件的工作尺寸有关计算成型零件的工作尺寸是指凹模、凸模直接构成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影响塑件的精度。4.1影响工作尺寸的因素4.1.1塑件收缩率的影响由于塑料热胀冷缩的原因，成型冷却后的塑件尺寸小于模具型腔的尺寸。4.1.2凹、凸模工作尺寸的制造公差它直接影响塑件的尺寸公差。通常凹、凸模的制造公差取塑件公差的1/3至1/6，表面粗糙度取Ra值为0.8m至0.4m。4.1.3
12、凹、凸模使用过程中的磨损量及其他因素的影响生产过程中的磨损以及修复会使得凸模尺寸变小，凹模的尺寸变大。因此，成型大型塑料件事，收缩率对塑件的尺寸影响较大；而成型小型塑件时，制造公差与磨损量对尺寸影响较大。常用塑件的收缩率通常在百分之几到千分之几之间。本设计中塑件材料ABS的收缩率为0.4-0.7%，计算平均收缩率为0.55%。4.2凹、凸模的工作尺寸计算通常，凹、凸模的工作尺寸根据塑料的收缩率，凹、凸模零件的制造公差以及磨损量三个因素确定2。4.2.1凹模的工作尺寸凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属于包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐的增大。所以，为了使得模具的磨损留有修
13、模的余地以及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。具体计算公式如下：（1）凹模的径向尺寸计算公式： L=L塑(1+k)-(3/4)+ （4-1）式中：L塑塑件外形公称尺寸；k塑料的平均收缩率；塑件的尺寸公差；模具制造公差，去塑件相应尺寸公差的1/3至1/6。（2）凹模的深度尺寸计算公式： H=H塑(1+k）-（2/3）+ （4-2）式中：H塑塑件高度方向的公称尺寸。4.2.2凸模的工作尺寸凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸属于被包容尺寸，在使用过程中凸模的磨损会使包容尺寸逐渐的减小。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以及装配的需要，在设计模具时，被包容尺寸尽量取
14、上线尺寸，尺寸公差取下偏差。具体计算公式如下：（1）凸模的径向尺寸计算公式： l=l塑(1+k)-(3/4)- （4-3）式中：l塑塑件内形公称尺寸；（2）凸模的深度尺寸计算公式： h=h塑（1+k）-（2/3）- （4-4）式中：h塑塑件深度方向的公秤尺寸。4.2.3模具中的位置尺寸计算（如孔的中心距尺寸）计算公式为： C = C塑（1+k） （4-5）式中：C塑塑件位置尺寸。4.2.4本模具设计的有关计算（1）凹模的工作尺寸计算L塑1=115+0.1mmL=L塑(1+k)-(3/4)+=115(1+0.005)-(3/4)0.1 +0.02= 115.5+0.02mmL塑2=44mmL=L
15、塑(1+k)-(3/4)+=44(1+0.005) = 44.22mmH塑1=17.6mmH=H塑（1+k）-（2/3）+=17.6(1+0.005) =17.69mm（2）凸模的工作尺寸计算l塑1=37.4mml=l塑(1+k)-(3/4)-=37.4(1+0.005)=37.59mmh塑=16mmh=h塑（1+k）-（2/3）-=16(1+0.005) =16.08（3）模具中的位置尺寸计算（如孔的中心距尺寸）C塑1=42.2mm C = C塑（1+k）=42.2(1+0.005)=42.11mm图4-1凹模图4-2凸模5.模具结构设计5.1 浇注系统的设计注塑机将熔融的塑料注入模具型腔形
16、成塑料产品，通常把模具与注塑机喷嘴接触处到模具型腔之间的塑料熔体的流动通道或在此通道内凝结的固体塑料称为浇注系统。浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料井等四部分组成，见图5-1。 图5-1 浇注系统的组成1-浇口；2-主流道；3-塑件；4-次分流道；5-冷料井；6-分流道5.1.1主流道5从注射机喷嘴与模具接触处起到分流道为止的一段料流通道，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具。5.1.2分流道 主流道与浇口之间的料流通道，是塑料熔体由主流道流入模腔的过渡段，负责将熔体的流向进行平稳的转换，在多模腔中还起着将熔体向各个模腔分配的作用。5.1.3浇口 分流道与模腔之间长度非常短、截面又很狭窄的一段料
17、流通道12，其主要作用如下。（1）因浇口截面狭窄，所以可使经过分流道之后，压力和温度都已有所下降的塑料熔体产生加速度和较大的剪切热，保证熔体充模时具有较快的流动速度和较好的流动性。（2）因其长度短、截面狭窄，所以浇口内可容纳的塑料熔体体积很小，故很容易冷却固化（俗称浇口冻结），从而有助于防止保压力不足或保压时间过短而引起的倒流现象。（3）由于截面狭窄，所以在浇口内冷却固化的塑料熔体（废料）强度很低，非常容易断裂，故便于制品和废料分离，并便于制品脱模。（4）浇口的长度和截面尺寸一般均可在试模过程中适当调整。特别是调整其截面尺寸时，截面高度的变化对浇口的容积及浇口冻结时间影响很大；另外，截面积的变
18、化对塑料熔体内的切变速率影响很大，而切变速率又与熔体表观粘度有关，所以改变浇口截面尺寸或截面积的大小，可以控制浇口冻结时间（即补缩时间或补缩程度），以及熔体充模时的流动性能。5.1.4 冷料井 冷料井一般开设在主流道末端，当分流道较长时，其末端也可设冷料井。冷料井的作用是收集每次注射成型时流动熔体前端的冷料头（前锋冷料），避免这些冷料进入模腔影响制品成型质量，或防止这些冷料堵塞浇口造成制品缺料。如果需要防止模腔内不同流向的熔体汇合时因冷料头而影响熔接痕的强度，亦可将冷料井就近开设在熔体汇合之处的模腔外，并与模腔连通。5.1.5浇注系统的设计原则6（1）保证塑料熔体流动平稳设计浇注系统时，应注意
19、使系统与模具中的排气结构相适应，使系统具有良好的排气性，从而保证塑料熔体经过系统或充填模腔时不发生涡流和紊流，以使制品获得良好的成型质量。（2）流程应尽量短在满足成型和排气要求的前提下系统长度应尽量短，各段应尽量平直，以使塑料熔体在模具中的流程尽量短而且不发生弯曲，从而可减小注射压力和熔体的热量损失，并缩短熔体充模时间。（3）防止型芯变形和嵌件位移设计浇注系统时，应尽量避免通过系统的塑料熔体正面冲击模腔内尺寸较小的型芯或嵌件，以防止熔体的冲击力使型芯发生变形或使嵌件发生位移。（4）修整应尽量方便修整指制品成型后对其外观所做的各种修整工作，其中包括去除制品上的浇注系统凝料。为了方便修整并无损制品
20、外观和使用性能，浇注系统在模具中的位置和形状，尤其是浇口的位置和形状应尽量根据制品的形状和使用要求确定。（5）防止制品变形和翘曲设计浇注系统时，应考虑如何减轻浇口附近的残余应力集中现象，以防止因应力过大而导致制品发生变形和翘曲。例如对于深度很浅的大平面聚乙烯、聚丙烯制品若采用料流速度较大的直接浇口成型，由于注射压力直接作用在制品上加之这些塑料取向能力较强，所以成型后很容易在浇口附近残余较大的时效应力和取向应力，并导致制品发生翘曲变形，为此可改换多点浇口形式。但是应当指出，采用多点浇口成型制品时，由于各浇口附近收缩与其它部位不等，也非常容易引起制品整体翘曲变形，尤其对于大型薄壁制品，使用多点浇口
21、时特别要注意此问题。（6）应与塑料品种相适应不同的塑料具有不同的流动性，特别是对硬质聚氯乙稀、聚丙烯酸酯和聚甲醛等成型性差的塑料，其流道和浇口的选择是否合适，对于制品的性能、外观以及成型周期和生产成本都有很大影响。另外，有些塑料还会因为浇口设计不当而导致浇口表壁与熔体之间产生较大摩擦，从而引起塑料褪色。（7）合理设计冷料井冷料井设计不当，容易使制品发生成型缺陷。如果冷料井失效，使前锋冷料进入模腔会导致制品产生冷疤或冷斑。（8）尽量减少塑料消耗设计浇注系统时，除注意满足上述设计原则外，还应使系统的长度和容积尽量小，这样做不仅可以避免系统凝料积压、延长成型周期等问题，而且还可以减少系统占用的塑料量
22、，从而减小原材料消耗以及回收废料的工作量。除了上述原则外，设计浇注系统时还应注意模腔的数量与布置、制品的外观和性能、制品形状与尺寸等问题对系统的制约，以及注射机上模具固定板对侧浇口位置的要求（防止浇口与固定板偏心）7。5.1.6本模具浇道设计如图5-2图5-2浇道设计5.2分型面的选择与排气系统的设计分开模具能取出塑件的面，称作分型面，其它的面称作分离面或称分模面，注射模只有一个分型面。1718 分型面的方向尽量采用与注塑机开模是垂直方向，形状有平面，斜面，曲面。选择分型面的位置时，应注意： （1）分型面一般不取在装饰外表面或带圆弧的转角处 （2）使塑件留在动模一边，利于脱模 （3）将同心度要
23、求高的同心部分放于分型面的同一侧，以保征同心度 （4）轴芯机构要考虑轴芯距离 （5）分型面作为主要排气面时，分型面设于料流的末端。 一般在分型面凹模一侧开设一条深 0.025至0.1mm 宽1.5至6 mm的排气槽。亦可以利用顶杆，型腔，型芯镶块排气。5.3导向机构的设计5.3.1导向机构作用塑料模具在闭合时要保持一定的相对位置才能加工出合格的塑件。因此模具上必须设有导向机构。通常导向机构有导柱和导套组成，塑料模具上导向机构作用有以下几点：（1）定位作用：为不使模具合模中损坏以及合模后型腔保持正确的形状，和塑件壁厚均匀。（2）导向作用：为防止合模时，凸模碰坏凹模，通常是导向机构首先接触，引导模
24、具合模。（3）承受一定的压力导向机构所能承受，在高压熔融塑料注入模腔内，会因塑件 形状及结构的原因，而产生侧向的压力，以及由于注射机的精度不佳造成的侧向力。5.3.2导柱和导套的设计导柱和导套是塑料模具中不可缺少的部分，导柱应合理均匀分布在模具的四周或靠近边缘的部位，其中心距边缘应有足够的距离，以保证模具的强度。导柱设计的数量一般通常将导柱直径设计成不等尺寸。导柱的直径可根据模具的高度确定，应保证有足够的抗弯强度。5.3.3导柱设计导柱可设计成各种形式。国家标准GB4169.484带头导柱的规格，还有国家标准GB4169.584有肩导柱的规格。导柱的材料为T8A淬硬到HRC5055，或采用20
25、钢渗碳0.50.8mm厚淬硬到HRC5660。导柱滑动部位可设置油槽。导柱的设计的要求有以下几个特点：（1）长度 导柱的长度必须比凸模的端面高度要高出46mm，以防导柱尚未导正方向而凸模先进入型腔与凹模相撞而破坏模具。（2）形状 导柱的端面应作为或锥形或半球形，使导柱能顺利的进入导套内，（3）材料 导柱应具有一定的韧性不易折断。通常采用的是20钢，渗碳淬火或采用T8、T10碳素工具钢淬火处理，热处理硬度为HRC5055。（4）配合精度 导柱与导套配合采用H7/F7，导柱固定端与模板的配合多采用H7/M6、N6。（5）光洁度 导柱配合部分的粗糙度为0.08，导柱各部分尺寸查手册可得。 5.3.4
26、 导套导套分为直导套和带头的导套。有许多场合 ，推板需要导柱和导套导向，以保证推板的可靠运动和防止推杆的损坏。 国家标准GB4196.284直导套的规格，国家标准带头导套GB4169.384带头导套的规格。 导套的结构设计有以下几个特点：（1）形状 为了使导柱能顺利的进入导套中，在导套的前端应倒一圆角R。导柱孔不论是在魔板直接开的，还是镶入导套的，均应作为通孔，以免使导柱插入孔时空气无法排出。当导柱孔必须作为盲孔时，需在盲孔的侧面增加一通孔或在导柱表面上以及导套内表面开一纵向小槽，以利排气。（2）材料 导套的材料为T8A淬硬到HRC5055，或采用20钢渗碳0.50.8mm厚，淬硬到HRC56
27、60。（3）导套的精度 导套与模板的配合通常为I型，采用H7/r6（s6）过盈配合，II型采用H7/m6过渡配合。（4）粗糙度 导套内孔的粗糙度为0.01以上。本次设计中的导套和导柱如图所示：图5-3导套和导柱5.4脱模顶出机构的设计 塑件在模具中成型以后，必须将其由模具型腔中脱出，以实现下一个循环。将塑件脱出型腔的机构称为脱模机构或顶出机构。5.4.1 脱模机构的分类脱模机构的种类很多，可以按驱动方式分类，也可按模具的结构分类。（1）按驱动方式分类手动脱模手动脱模是当模具分开后，用人工的力量，操纵脱模机构将塑件取出。该中形式过用于简单的、不设有顶出装置的注射机。使用这种脱模方式时，工人的劳动
28、强大较大，生产效率低。机动脱模靠注射机开模动作，自动将塑件脱出模腔。通常是在开模时塑件先随动模一起移动，到一定位置时，脱模机构被注射机上设计的固定不动的顶杆顶出，而不能再随动模继续移动，此时脱模机构开始动作，将塑件从动模上脱下来。这种顶出方式是顶出力大，生产效率高，可实现自动化生产，工人劳动强度低。液压或气动顶出 在注射机上设置了专门脱模油缸，当开模到一定的距离时，脱模油缸中的活塞动作，带动脱模机构将塑件顶出，或设有专门的气源和气路，通过型腔里微少的顶出气孔，靠压缩空气将塑件吹出。这种形式使注射机结构变得复杂或需要增加专门液动或气动装置。（2）按模具结构分类由于塑件结构、形状、及产量等方面的要
29、求，脱模机构可分为简单的脱模机构、双脱模机构、顺序 脱模机构、二级脱模机构及螺纹塑件脱模机构。5.4.2 脱模机构的设计原则塑件在型腔内冷却后，紧缩在型芯上，为了平稳的将塑件从模内顶出，脱模机构设计应注意以下原则：（1）顶出机构的运动要准确，可靠，灵活，无卡死现象，机构本身要有足够的刚度和强度，足以克服脱模阻力。（2）保证在顶出过程中塑件不变形，这是对顶出机构最基本的要求。在设计时要正确估计塑件对模具粘附力的大小和所在位置，合理的设置（3）顶出部位，使顶出力能均匀合理的分布，要让塑件能平稳的从模具中脱出而不会产生变形。顶出力主要是克服塑件收缩时产生的包紧力，该力的大小与塑件的种类、性能、塑件的
30、几何形状、模具温度、型腔深度、壁厚、脱模斜度、模具成型零件表面的粗糙度等因素有关。由于影响的因素过而复杂，故脱模力很难准确计算。通常是塑件收缩率较大，塑件壁厚，型芯大而复杂，深度尺寸又大，脱模斜度小，塑件温度低，成型零件表面粗糙度低，脱模力就大。（4）顶出力的分布应尽量靠近型芯，顶出面积应尽可能的大，以防塑件被顶坏。（5）顶出力的作用在能承受较大的力又不易使塑件产生变形的部位。如加强筋、凸缘、厚壁处等。应尽量避免使顶出力作用在大而薄的平面上。（6）顶出部件应设置在塑件的内或不损伤外观的部位上。（7）若顶出部位需设在塑件使用或装配的表面时，为不影响塑件的装置和使用，一般应使顶杆与塑件接触部位凹进塑件0.1毫米左右，即顶杆端面应高于型腔表面。（8）为制造和修模方便，顶出部位应采用通用不见。（9）为保证塑件的质量，能够顺利的脱模，应取适当的数量的顶杆并合理的布局。5.4.3脱模机构的组成及动作原理典型的顶杆脱模机构一般由顶杆、固定板、顶出板、导板、导套、拉料杆、复位杆、支撑钉等组成。顶杆、拉料杆和复位杆均装在固定板上，然后用螺丝钉顶础板与固定板连结成一个整体，开模时，当模具开到一定程度后，注射机上设置的顶杆挡住脱模机构，使其不能随动模移动，动
