继电器盖塑料成型模具设计书.doc

《塑料成型工艺及模具设计》
课程设计说明书

题目：继电器盖注塑成型工艺及模具设计

专业 模具设计与制造专业

班级 10模具1班

学号10020235

姓名 周 伟

指导教师 刘 毅
2012年10月12日

目录
第一章 塑料件工艺性分析
1.1 塑料件形状分析
1.2 塑件的材料分析
1.3 塑件的结构工艺性分析
第二章 注射模结构设计
2.1 型腔数目的确定
2.2注射机型号的确定
第三章 流道的设计
3.1主流道尺寸
3.2主流道衬套的形式
3.3 定位圈的设计
3.4分流道的设计
第四章 浇口的设计
第五章 成型零件设计与计算
5.1成型零件的机构设计
5.2成型零件钢材选用
5.3成型零件工作尺寸的计算
第六章 推出机构设计
6.1推件力计算
6.2确定顶出方式及顶杆位置
6.3先复位机构
第七章 泠却系统设计
参考文献

第一章 塑料件工艺性分析
1.1 塑料件形状分析

1.该工件壁厚均匀均为2mm.
2. 塑件材料为PS,未注尺寸按MT6级。
3. 制件表面光华，并且无毛刺。
4. 塑件脱模斜度30′-1°，并且不允许出现裂纹，变形缺陷.

本课程设计题目为线圈零件，其成型工艺采用注塑模具，产品材料PS塑料，其收缩率0.6％～0.8％。

1.2 塑件的材料分析
PS塑料（聚苯乙烯）是一种无定形的高聚物，它无色、无味、透明，密度1.05g/cm^3容易染色和加工，尺寸稳定，点绝缘性好。刚性较大，质地硬而脆，易见光分解。

PS塑料流动性较好，易成型且成品率高。由于其热膨胀系数高，所以不宜采用嵌件。成型前进行干燥处理，达到表面光亮。
其注塑工艺性能以及成型条件如表所示：

PS
塑料
预热
干燥
温度/℃
55~70
成 型 时 间
注射时间/s
0~3
时间/h
1~2
保压时间/s
15~40
料 筒 温 度/℃

后段
140~160
冷却时间/s
15~60
中段
—
总周期/s
40~90
前段
170~190

喷嘴温度
/℃
160~170
后 处 理
方法
红外线灯
模具温度
/℃
20~60
温度/℃
鼓风烘箱
70~80
注射压力/Ma
60~100
时间/h
2~4
备
注
1.对于较小的浇口选用低速注射,对其他类型的浇口采用高速注射
2.尽可能的使用高注射压力

1.3 塑件的结构工艺性分析
1) 该塑件尺寸较大111*105*115，塑件未标注的可按公差的MT6级，并要求后处理。
2)塑件壁厚均为2mm.
3）使用脱模斜度是为了使塑件便于从模具中脱模，但对于直径方向有精度要求的塑件，原则上不可取斜度，因为斜度对尺寸影响较大。
4）由于滑块和顶杆的运动位置上有干涉，所以需要先复位。
5塑件壁厚最小为2mm,属于一般厚度，其收缩率取0.007

第二章 注射模结构设计
传统注塑模具结构设计主要包括：模具型腔数目的确定及型腔的排列方式、分型面选择、流道的设计和冷却水道布局以及浇口位置设置、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
2.1 型腔数目的确定
1. 型腔的数量和排位方式的确定
（1）型腔数量的确定 由于该塑件的精度要求不高，尺寸也较小，并且为大批量生产，可采用一模两腔的结构形式。同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步制定为一模两腔形式。
按照塑料件2D图所示尺寸（3D小孔及突起等部位忽略）计算：
PROE分析测量塑件体积
V= 31.02cm3
查资料ABS塑料的密度
ρ=1.05ｇ／cｍ3
单件塑件重量
M=ρV＝31.02×1.05＝32.571ｇ

（2）型腔排列形式的确定
由于该模具采用一模两腔，并且根据塑件的壁厚的原因，其排布按对称排布，其分流道按H型形式,达到平衡进料的效果，不会出现缩孔内部凹陷的缺陷。。
（3）分型面的确定
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、模具的制造等因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，选择分型面时一般应遵循以下几项原则：
1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3) 保证塑件的精度要求，满足塑件的外观质量要求。
4) 便于模具加工制造，对侧向抽芯的影响。
5) 便于模具加工制造，对侧向抽芯的影响。
6) 对成型面积的影响，对排气效果的影响
结合继电器盖本身的特点，分型面选择最大轮廓处，选择继电器盖的下底面做为主分型面，便于顺利脱模。如图下
（4）模具结构形式初步确定
由上面初步分析，该模具采用一模两腔，对称式分布，根据塑件特点其分型面在最大轮廓处，其模具采用双分型面分型。浇注系统设计时，浇口采用点浇口，这类浇口前后两端存在较大的压力差，能较大的增大塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热，从而导致熔体表观粘度下降流动性增加有利于型腔的填充。且开设在次分型面上其推出机构采用推杆推出，综上分析可确定采用大水口的单分型面注射模。

2.2注射机型号的确定
1）注射量的计算
塑件体积为：V塑=31.02,取密度p=1.05g/
塑件质量：M塑= V塑xp=32.57g

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去定准确的数值，但是可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中等，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.4倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为
V总=2X1.4V塑=1.4x31.02X2= ≈88
3) 选择注射机
根据以上的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88，由参考文献[1]式（4-18）V公= V总/0.8=88/0.8=110。根据以上的计算，初步选择公称注射量为初步选择公称注射量为125,注射机型号为XS-ZY-125卧室注射机，

其图片见图1-5以及主要技术参数见表1-2。

图1-5 XS-ZY-125卧室注射机

理论注射量/
125
拉杆空间/mm
260x290
螺杆柱塞直径/mm
42
模板最大行程/mm
300
注射压力/MPa
120
最大模具厚度/mm
300
注射速率/g·
120
最小模具厚度/mm
200
塑化能力/kg·h
70
锁模形式
液压-机械
螺杆转速/r·
29~101
模具定位孔直径/mm
55
锁模力/kN
900
喷嘴球半径/mm
R12
喷嘴孔直径/mm
4

表1-2注射机主要参数

4）注射机的相关参数的校核
（1）注射压力校核 查参考文献[3] 表2-1可知，制件属于薄壁件，PS所需注射压力为60-100Mpa，所以即使选用P0=100MPa，该注射机的公称注射压力P公=120MPa，注射压力的安全系数K1=1.25~1.4,这里我们取K1=1.3，则：
K1p0=1.3X100=130。所以，注射机注射压力合格。
（2）锁模力的校核
①塑件在分型面上的投影面积
A塑=由PROE得7674.65
②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，A浇是每个塑件再分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍，本例中的流道较简单。分流道也中等，所以选择分流道凝料投影面积可适当取，这里选取A浇=0.3A塑 。
A浇==0.3A塑==2302.395
③塑件和浇注系统在分型面上的总投影面积为
A总=N(A塑+A浇)=N（A塑+0.3A塑）=2X(7674.65+2302.395)=19954.09
④模具型腔内的胀型力F胀，则
F胀=A总P模=9977X20=398.08KN
上式中，P模是型腔的平均计算压力值由文献2查表的PS=20MPA
由表1-2可知该注射机的公称锁模力为F锁=500KN，锁模力安全系数为K2=1.1~1.2,这里选择K2XF胀=1.2XF胀=1.2X398.08=477.5KN＜F锁 =500KN

第三章 流道的设计
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为3.5～4mm。
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，形状一般为圆锥形，便于熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。由于主流道和高温塑料熔体以及注射机喷嘴反复接触，故再设计时常设计为可拆卸更换的浇口套。
3.1主流道尺寸
（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。
（2） 主流道小端直径 d=注射机喷嘴尺寸+（0.5-1）mm=4.5mm
（3） 主流道大端直径 D=d+L主tan（a/2）=8，其中式中a选取4°。
（4） 主流道球面半径SR=注射机喷嘴球头半径+（1-2）mm=12+2=14mm。
（5） 球面的配合高度 h=3mm。
3.2主流道衬套的形式

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具
主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套，这边称唧咀），
以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。唧咀都是标准件，只需去买就行了。常用唧咀分为有托唧咀和无托唧咀两种下图为前者，有托唧咀用于配装定位圈。唧咀的
规格有Φ12，Φ16，Φ20等几种。浇口套常采用T8A，与定模板采用H7/m6配合。

3.3 定位圈的设计
因为采用的有托唧咀，所以用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是标准件，外径为Φ120mm，内径Φ35mm。定位圈应高出定模坐板H=5~10mm,对于大型模具H=15mm。定位圈采用螺钉固定在定模板上，与浇口套采用H9/m8配合。

3.4分流道的设计

1）多腔模中型腔和分流道的布置
多腔模设计时型腔布置和分流道的布置应同时加以考虑，设计原则有：
1) 尽量保证各型腔同时充满，并均衡的补料，以保证同模各塑件的性能，尺寸尽可能一致。
2) 各型腔之间距离恰当，应有足够的空间排布冷却水道，螺钉等，并有足够的截面承受注射压力。
3) 在满足以上的要求的情况下尽量缩短流道长度，降低浇注系统凝料重量。
4) 型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注射机锁模力的中心，一般在模板的中心上。
2）分流道的截面形状及优缺点：
此副注射模分流道的布置形式为平衡式，其主要特征是从主流道到各个型腔的分流道，其长度、端面形状及尺寸均相等，以达到各腔能同时均衡进料。
分流道截面尺寸视塑料品种、塑料尺寸、成型工艺条件以及流道的长度等因素来确定，其中圆形截面比面积较小，半圆形断面分流道直径d一般在2～12mm范围内。Ps流动性较好一般取5mm。分流道的长度一般在8～30mm之间，一般根据型腔布置适当加长或缩短。本塑件的分流道长度为21mm，分流道的最短长度不宜小于8mm，否则会给塑件修磨和分割带来困难。
3） 分流道的表面粗糙度
由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。
实际加工时，用铣床铣出流道后，少为省一下模，省掉加工纹理就行了。（省模：制造模具的一道很重要的工序，一般配备了专业的省模女工，即用打磨机，沙纸，油石等打磨工具将模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。）
4）分流道布置形式
分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。根据塑件的特点和模具的特点，分流道设在A分型面上，并且分流道在定模板上，并且采用侧凹在定模板上起到拉凝料作用。如图
第四章 浇口的设计
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，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。
1） 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。我们将采用限制性浇口。限制性浇
口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。
根据塑件的特点采用点浇口，又俗称小浇口。这类浇口前后两端存在较大的压力差，能较大的增大塑料熔体的剪切速率并产生剪切热，从而导致熔体表观粘度下降，流道性增加，有利于型腔的充填。
2）浇口的设计与计算
点浇口采用圆锥端部有一段直径为D长度为L的点浇口相连。这种浇口直接D不能太小，浇口长度不能太长，否则脱模时浇口凝料会断裂而堵塞住浇口，不能正常正常进行，d=0.5~1.5mm, 最大不超过2mm，这取1.5mm ;l=0.5~2mm,常取1~1.5mm，这取1.5mm。倒锥穴ɑ=2~6度。
第五章 成型零件设计与计算
5.1成型零件的机构设计
（1）凹模的结构设计。凹模是成型制品外表面的成型零件。其结构可分整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种。这里采用整体嵌入式，由于塑件有一个小孔采用小型芯可以利于制造防止工件报废。
（2）凸模的结构设计。凸模是成型塑件内表面的成型零件。通常是整体式和组合式两种类型。这里采用整体式型芯。
5.2成型零件钢材选用
对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的强度、刚度、耐磨性及良好的抗疲劳性，还考虑它的机械加工性能和抛光性能。该塑件是大批量生产，所以构成型腔的嵌入式凹模钢材选用P20。成型塑件型芯，由于脱模时与塑件的磨损严重，因此钢材也选用P20。
5.3成型零件工作尺寸的计算
采用相应公式的平均尺寸法计算成型零件尺寸，塑件尺寸公差安塑件零件图给定的公差计算。（以下单位都为MM）
型腔的径向尺寸
84-1.48 LM1 =[(1+S)L-X△] =（84+84X0.007-0.75x1.48)+0.49=83.48+0.49
Φ20+0.62 LM1 =[(1+S)L-X△] =(20+20X0.007-0.75X0.26)+0.21=19.95+0.21
115-1.72 LM1 =[(1+S)L-X△]=(115+115X0.007-0.75X1.72)+0.57=114.52+0.57
型芯的径向尺寸
Φ8+0.38 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x8+0.5x0.38)-0.12=8.24-0.12
111-1.72 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x111+1/3x1.72)+0.57=111.3+0.57
80-1.28 l=[(1+S)l+X△]=(1.007x80+1/3x1.28)+0.42=80.63+0.42
型腔的轴向尺寸
8-0.38 Hm=[(1+S)Hs-X△]=(1.007x8-2/3x0.38)=7.83+0.12
5-0.32 Hm=[(1+S)Hs-X△]=（1.007x5-0.67x0.32)+0.11=4.85+0.11
24-0.62 Hm=[(1+S)Hs-X△]=(1.007x24-0.67x0.62)+0.21=23.75+0.21
型芯轴向尺寸
2.5+0.26 Hm=[(1+S)Hs+X△]=（1.007x2.5+0.67x0.26)-0.09=2.69-0.09
第六章推出机构设计
6.1推件力计算
推件力 F=Ap（cos－sin）+qA
式中A——塑件包络型芯的面积（mm2）;
P——塑件对型芯单位面积上的包紧力，p取0.8×10～1.2×10Pa;
——脱模斜度；一般取1
q——大气压力0.09MPa；
——塑件对钢的摩擦系数μ，约为0.1～0.3；
A——制件垂直于脱模方向的投影面积（mm2）。
其中塑件包络型芯的面积A可以按下面的公式计算得到：
根据PROE计算的14058mm^2
A2为7475 mm^2
则Ft =14058x0.8×107x（0.1*cos（1）-sin（1））+2182*0.09≈1787N
推出面积设 4MM的圆推杆设置6根，那么推出面积为
= =2πX4x4=75.36MM

推杆推出应力 查表取许可应力[σ]=12MPa
σ ==1787N/75.36<[σ]=12
6.2确定顶出方式及顶杆位置
顶针的布置遵循以下几个原则：
1.顶针的受力点应作用在制件上不易变形的部位，即刚性强的部位，如加强筋等；
2.尽量避免使受力点作用于制件的薄平面上；
3.受力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位，防止制件变形；
4.注意美观性，顶出痕迹尽量在塑件的隐蔽面或非装饰面上；
5.注意布局尽量均匀，尽量采用同一类顶杆，方便加工；
6.顶出机构的运动要准确、可靠、灵活，无卡死现象
根据塑件的形状特点，模具型腔在动模部分，开模后，塑件留在型芯板上。
推出机构可采用推块推出或顶针推出。本设计采用顶针推出机构。
根据塑件的特点，顶杆分布在中间孔的四周成正方形位置上。
6.3先复位机构
由于采用斜导柱在定模侧滑块在动模，会产生干涉现象，所以采用先复位机构。采用弹簧式先复位机构，利用复位杆上弹簧实现先复位，避免产生干涉。
第七章 泠却系统设计
在注塑生产过程中，塑件冷却时间约占整个注塑生产周期的80％。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，因此塑料注塑模具的冷却系统的设计计算，不仅影响成型制件的质量，还直接影响到生产效率。
冷却系统主要有以下几种冷却方式：水冷，油冷，压缩空气冷却以及自然冷却。本设计所采用的是水冷。在模具设计中，冷却水回路布置的基本原则：
1) 冷却水道应尽量多，截面尺寸应尽量大；
2) 冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位；
3) 冷却水道离模具型腔表面的距离应适当；
4) 冷却水道应畅通无阻，适当布置水道的出入口。
由于冷却水道的位置、结构形式、表面状态、水的流速、模具材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。所以在实际的模具设计和生产过程中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、流速来满足要求。结合充电器型芯、型腔的实际结构特点，在本设计中采用如图。
1） 确定冷却水路直径
确定冷却水路的直径时候应注意，无论多大模具，水孔直径不能大于14mm,否则冷却水路成为湍流状态。一般孔的壁厚在2~4mm。
2）冷却水路设置的位置
1 冷却水道尽量多，冷却孔尽量大，冷却水路尽量多。
2 冷却水道至型腔表面尽量相等。但是当塑料布均匀时候，厚的部分水路应近些，一般水孔至型腔表面大于10mm,常取12~15mm。
3浇口出加强冷却。
4 冷却水道出、入孔温差应较小。
5冷却应沿塑料收缩方向设置
6冷却水路应尽量避免产生溶接痕地方。

参考文献

1.《塑料成型工艺与模具设计》（第一版）.屈华昌编. 高等教育出版社出版. 2005年。

动模板加工工艺过程

工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料310mmX280mmX40mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线
6
型孔粗加工
在铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm
7
加工孔
加工孔
8
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
9
磨平面
磨上下面及其基准面达要求
10
型孔精加工
在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm
11
研磨型孔
钳工研磨型孔达规定技术要求

定模板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料310mmX280mmX40mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线，
6
型孔粗加工
在铣床上加工型孔，留单边加工余量0.15mm
7
加工孔
加工孔
8
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
9
磨平面
磨上下面及其基准面达要求
10
型孔精加工
在坐标磨床上磨型孔，留研磨余量0.01mm
11
研磨型孔
钳工研磨型孔达规定技术要求

推板固定板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料310mmX170mmX20mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线
7
加工孔
加工孔
8
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
9
磨平面
磨上下面及其基准面达要求

推板加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料310mmX170mmX20mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线
7
加工孔
加工孔
8
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
9
磨平面
磨上下面及其基准面达要求

型芯镶块加工工艺过程

工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料210mmX250mmX45mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线，
6
点火花加工
加工凸模部分，按图纸加工
7
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
8
磨平面
磨上下面及其基准面达要求
9
研磨凸模
钳工研磨凸模达规定技术要求

型腔镶块加工工艺过程

工序号
工序名称
工序内容
1
下料
块料210mmX250mmX45mm
2
热处理
退火
3
铣平面
铣各 平 面 ，厚度留磨削余量0.6mm，侧面留磨削余量0.4mm
4
磨平面
磨上下平面，留磨削余量0.3~0.4mm磨相邻两侧面保证垂直
5
钳工划线
划出对称中心线，
6
点火花加工
加工型腔部分，按图纸加工
7
热处理
按热处理工艺保证183~235HB
8
磨平面
磨上下面及其基准面达要求
9
研磨型腔
钳工研磨型腔达规定技术要求