矩形上壳罩注射模具的设计

毕业设计设计题目：矩形上壳罩注射模具的设计班级：模具102班姓名：指导教师：牡丹江大学机械工程学院2013年4月9日一、设计任务书1、塑料制品名称：矩形上壳罩2、塑料原料：ABS3、生产批量：10万件4、塑件图：如图1-1a所示为上壳罩的二维图样，如图1-1b为上壳罩的三维图样。图1-1a上壳罩的二维图样图1-1b上壳罩的三维图样二、塑件的结构工艺性分析：1.塑件的成型特性：ABS是聚苯乙烯的改性产品，是不透明非结晶型聚合物，无毒、无味，密度为1.02-1.05g/cm2。ABS具有突出的力学性能，坚固、坚韧、坚硬；具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性差，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右，但热变形比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。ABS可采用注射、挤出、可延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等多种成型加工方法。ABS成型性能如下：（1）易吸水，成型加工前应进行干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。（2）流动性中等，溢边值为0.04mm左右。（3）壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高。（4）比热容低，塑化效率高，凝固也快，固成型周期短。（5）表面粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式。（6）顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度易取2°以上。（7）易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。（8）易采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时模具温度可控制在50-60℃；而在强调塑件光泽和耐热性时，模具温度应控制在60-80℃。2.塑件的结构工艺性分析：（1）塑件的尺寸精度分析：该需标注公差的尺寸有ø18±0.1、2xø12+0.0180、30±0.14，属于一般精度要求，其他尺寸均为未标注公差的自由尺寸，可按MT5查取公差。表1-2所列为塑件主要尺寸的公差要求。塑件主要尺寸的公差要求表1-2部位尺寸尺寸公差部位尺寸尺寸公差外形尺寸1200-1.14孔尺寸ø18±0.1800-0.86ø12+0.180400-0.76ø2.5+0.20200-0.44孔间距尺寸10±0.1460-0.2422±0.2220-0.230±0.14内形尺寸38+0.76048±0.3276+0.86084±0.5116+1.140（2）塑件的表面质量分析：该塑件要求外观光洁、色彩艳丽，不允许有成型斑点和熔接痕，Ra为0.4μm,而内表面无特殊要求。（3）塑件的结构工艺性分析1）从图纸上看，该塑件外形为四方壳罩，圆角过渡且无尖角存在，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。2)塑件型腔较大，有尺寸不等的孔，如ø18、ø12、ø2.5，它们均符合最小孔径要求。3）内部有四个均布的加强肋，可增强塑件的强度，减小塑件的变形。肋的侧壁设有1°左右的斜度，底部等处有R0.5的圆角过渡。4)在塑件一侧有两个ø12的孔，另一侧内部有内凸，要考虑侧向分型抽芯装置。5）为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设1°-2°的拔模斜度。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。3.塑件的生产批量该塑件产量达10万件，生产类型属于中等批量生产，可以考虑采用一模多腔、快速脱模以及成型周期不易太长的模具，同时模具造价要适当控制。4.初选注射机（1）计算塑件体积或重量通过三维造型可获得矩形上壳罩的体积V=45.9cm3。塑件的质量ω=ρV=1.03x45.9=47.3g。ρ-ABS的密度（2）确定型腔数量由于该塑件两侧面分别有侧孔和内凸，加上塑件尺寸有一般精度要求，外表面有高光洁要求，不易采用太多型腔数目，所以考虑采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，以方便侧抽实现、浇口排列和模具的平衡。（3）确定注射成型的工艺参数根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数见表1-3表1-3塑件的注射成型工艺参数工艺参数内容工艺参数内容预热和干燥温度80-90/℃成型时间/s注射时间3-5时间2h保压时间15-30料筒温度/℃后段180-200冷却时间15-30中段210-230总周期40-70前段200-210螺杆转速r/min30-60喷嘴温度/℃180-190后处理方法红外线灯烘箱模具温度/℃60-80温度//℃70注射压力/MPa70-90时间/h2-4（4）确定模具温度及冷却方式ABS为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在60-80/℃。（5）确定成型设备由于塑件采用注射成型加工，使用一模两腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：W=2ω+ω废料=2x47.3+47.3x20％=104.06g。根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SZY-300型螺杆式注射机。SZY-300型螺杆式注射机的主要技术参数见表1-4表1-4SZY-300型注射机的主要技术参数序号主要技术参数项目参数值1最大注射量/cm33202注射压力/Mpa1253锁模力/Kn14004动、定模模板最大安装尺寸/(mm×mm)520x6205最大模具厚度/mm3556最小模具厚度/mm1307最大开模行程/mm3408喷嘴前端球面半径/mm129喷嘴孔直径/mm410定位圈直径/mm125（6）确定塑件注射成型工艺卡综上分析，填写塑件注射成型工艺卡如表1-5.表1-5塑件注射成型工艺卡塑件注射成型工艺卡资料编号共页第页塑件名称矩形上壳体材料牌号ABS设备型号SZY-300装配图号材料定额每模件数2件零件图号单件质量/g47.3工装号材料干燥设备温度80-90℃时间2h料筒温度/℃后段180-200中段210-230前段200-210喷嘴180-190模具温度/℃60-80时间/s注射3-5保压15-30冷却15-30压力/Mpa注射压力70-90背压后处理温度红外线灯烘箱70℃时间定额/min辅助时间2-4h单件检验编程校对审核组长车间主任检验组长主管工程师三、分型面及浇注系统的设计1、分型面的选择为保证塑件能顺利分型，主分型面应首先考虑选择在塑件外形的最大轮廓处。如图1-6所示，在满足该原则的三个方案中，方案A的塑件开模后留在定模一侧,塑件不易取出,顶出机构设计复杂;方案B的侧向抽芯滑块可安放在动模,实现侧抽机构简单,但会产生影响塑件外观的飞边,且飞边不易清除;方案C不但保证了塑件取出方便,且毛刺飞边的清除也较容易,因此选择方案C。表1-62、浇注系统的设计综合分析浇口易采用方便加工整修、凝料去除容易且不会在塑件外壁留下痕迹的侧浇口,模具采用单分型面结构两板模,模具制造成本比较容易控制在合理的范围内。浇口系统的设计如图1-7所示.图1-7(1)主流道和定位圈的设计由于主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞,所以要设计独立可拆卸更换的浇口套,且采用优质钢材制作,并经热处理提高硬度,定位圈与浇口套分开设计.如图1-8图1-8查资料得到SYZ-300型注射机与喷嘴的有关尺寸:喷嘴前端球面半径SR0=12mm,喷嘴孔直径d0=4mm,定位圈直径为￠125mm。为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：SR=SR0+(1-2),d=d0+0.5。因此，取主流道球面半径SR=14mm,主流道的小端直径d=4.5mm。为了便于将凝料从主流道中拔出，所以将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°-4°，计算其大端直径约为￠10mm，为避免模内的高压塑料产生过大的反压力，配合段直径D不宜过大，取D=25mm；同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R2的圆弧过渡；为补偿在注射机喷嘴冲击力作用下浇口套的变形，将浇口套的长度设计的比模板厚度短0.02mm；浇口套外圆盘轴肩转角半径R宜大一些，取R=3mm，以免淬火开裂和应力集中。查资料得SYZ-300型螺杆式注射机的定位圈直径为￠125mm，一般定位圈高出定模座板表面5-10mm。（2）分流道的设计该模具采用U形断面分流道，在一块模板上，切削加工容易实现，且比表面积不大，热量损失和阻力损失不太大，查有关经验表格得ABS上午分流道直径为￠4.8-9.5mm，取￠8mm，据此，该模具的分流道设计如图1-9所示。图1-9（3）浇口的设计图1-10根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图1-10所示的侧浇口。从塑件的底侧中部进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。（4）冷料穴的设计采用带Z形头拉料杆的冷料穴，如图1-11所示，将其设置在主流道的末端，既起到冷料穴的作用，又兼起开模分型时将凝料从主流道中拉出留在动模一侧，稍做侧向移动便可取出凝料的作用。图1-11四、模具设计方案论证1、型腔设计对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型腔对称、均衡、取件方便。本案例的模具采用一模两腔，型腔平衡布置在型腔板两侧。2、成型零件的结构确定该塑件的材料为ABS工程塑料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理以使其具备50-55HRC的硬度。（1）凹模的设计采用整体嵌入式凹模，放在定模板的一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理，方便日后的更换维修等方面考虑的。（2）凸模（型芯）设计型芯结构设计也应采用组合式，可节省贵重模具钢，减少加工工作量。成型塑件内壁的大型芯装在动模板上，成型24x￠2.5、￠12孔的小型芯装在定模板上，方便型芯的制作安装、塑件的飞边去除以及塑件内部冷却水道的排布。3、导向定位机构设计由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。4、推出机构设计根据矩形上壳罩的形状特点，其推出机构可采用推件板推出或推杆推出。其中推件板推出结构可靠、顶出力均匀，不影响塑件的外观质量，但制造困难，成本高；推杆推出结构简单，推出平稳可靠，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以采用推杆推出机构。5、抽芯机构的确定塑件一侧还有两个侧孔，采用应用最为广泛的斜导柱侧向抽芯机构，结构简单、制造方便、动作可靠。塑件另一侧的内凸所需抽拔力不大，抽芯距短，采用制造安装方便的圆柱形推杆内侧抽芯。6、冷却系统设计采用冷却水冷却，凹模冷却水道采用环绕型腔布置的两层式冷却回路，水道开设时注意避开安装在定模上的小型芯及侧向抽芯滑块；大型芯冷却采用隔板式管道冷却，在型芯上开设两个孔，孔内插上纵向隔板，与开在动模支撑板上的横向管路形成循环冷却回路，冷却通路的设计如图1-12.冷却通路的设计五、主要零部件的设计计算1、成型零件的成型尺寸该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4％-0.7％，故平均收缩率Scp=（0.4+0.7）％/2=0.55％=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=△/3，成型零件尺寸计算见表1-13。（1）型腔侧壁厚度S的成型零件尺寸计算类别模具零件名称塑件尺寸计算公式工作尺寸型腔计算定模镶件1200-1.14Lm=[(1+Scp)Ls-0.75△]+δz0119.805+0.380800-0.8679.795+0.2870400-0.76Lm=[(1+Scp)Ls-0.67△]+δz039.711+0.2530内镶块60-0.24Lm=[(1+Scp)Ls-0.67△]+δz05.872+0.08020-0.2Lm=[(1+Scp)Ls-0.75△]+δz01.861+0.06702019.78+0.1470型芯计算大型芯38+0.760Lm=[(1+Scp)Ls+0.67△]0-δz38.7180-