模具设计与制造专业毕业论文--电器支脚注射模设计

1 引言
近年来我国模具技术有了很大的发展，模具设计与制造水平有了很大的提高，大型、精密、复杂、高效和长寿命模具的需求量大幅度发增加。

模具质量明显提高；模具CAD/CAM 技术相当广泛的得到了应用。

机械零部件中60%的粗加工，80%的精加工需要由模具来完成。

可以说，模具是工业之母。

依照塑件的成型方法分类，可以将塑料加工模具分为三类：
(１)压缩模
压缩模是将塑料装在受热的型腔或加料室内，然后加压。

也可称为压塑模或压模。

在压制时直接对型腔内的塑料施加压力。

这类模具的加料室一般与型腔是一体的，主要用于热固性塑件的成型，有时也用于热塑性塑件的成型。

(2)压注模
压注摸是将塑料在加料室内受热成为黏流状态，在柱塞压力的作用下使熔料经过注射系统进入并充满闭合的型腔。

也称为传递模、挤扭模。

这种棋具结构比压缩模复杂，造价较高。

(3)注射模
注射模又称为注塑模.塑料在注射机上装有螺杆搅拌的料筒内受热开始熔化.当达到半熔性状态时、在压力的作用下，熔料通过模具的浇注系统进人到有一定深度的型腔内固化成塑件.该工艺成型周期短，生产效率高。

这种模具在热固性塑料注射机上使用，结构比较复杂，造价较高。

除了上述塑料成型模具外，还有中空吹塑模、热成型模、发泡模、浇铸模、挤出机头口模等。

2 本次设计内容
电器支脚注射模。

对产品（图1-1）设计一副注射模。

图1-1
3 本次设计的目的
2．1 掌握注射模设计的一般方法；
2．2 了解注射机的工作原理；
2．3 了解模具加工方法；
2．4 进一步掌握设计的一般方法，熟练设计的一般过程。

4 塑件成型的基本过程
注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热熔化使之成为高粘度的流体——熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约20～85mpa），溶入模具的型腔中以过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

4．1塑化过程
现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料头以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理融化达到一定温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。

4．2充模过程
溶体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型内的空气排出，并满型腔，然后升到一定压力，使熔体的密度增加，充实型腔的每一个角落。

充模过程使注射成型的最主要过程，由于塑料熔体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象，左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题——浇注系统的设计就成为注射模具设计过程中的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。

4.3冷却凝固过程
热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即：
塑化——注射充模——固化成型
加热——理论上绝热——散热
热交换效果的好坏决定了塑件的质量，包括外表质量和内在质量。

因此，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代的设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。

4.4脱模过过程
塑件在型腔内固化后，必须采用机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。

不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。

因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节。

由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。

由1.1至1.4形成了一个循环,就完成了一次成型一个乃至数十个塑件.
5 塑件制品分析
本塑料制品是电器支脚壳体,形状尺寸如图5-1所示:
图2
塑料制件的设计主要根据使用要求进行,由于塑料有特殊的物理性能,在设计塑件时必须考虑一下几个方面的因素:
(1)塑料的物理性能,如强度、刚性、韧性、弹性、吸水性以及对力的敏感性;
(2)塑料的成型工艺性,如流动性;
(3)塑料形状应有利于充模流动、排气、补缩,同时能适应高效冷却硬化(热塑性塑料制品)或快速受热固化(热固性塑料制品);
(4)塑件在成型后收缩情况及各向收缩率差异;
(5)模具的总体结构,特别是抽心与脱出塑件的复杂程度;
(6)模具零件的形状机器制造工艺。

(7)影响聚合物取向的主要因素（以注射成型为例）:
①温度的影响：如果熔体温度很高，则与凝固温度之间范围宽，聚合物大分子松弛时间延长，解取向能力加强，取向程度减小。

非结晶聚合物熔体温度下降到TG温度的松弛时间大于结晶聚合物熔体温度下降到TM的松弛时间，因此结晶聚合物的冷却速度快，容易冻结大分子，获得较高的取向程度。

②注射压力和保压压力：增大注射压力和保压压力，提高剪切应力和剪切速度，有利于取向程度的提高。

③浇口冻结时间，采用大浇口时，浇口冻结较晚，流动过延时，在一定程度上抵消了因分子热运动而引起的解取向因此浇口附近取向显著。

④模具温度：模具温度较低时，聚合物大分子运动容易冻结，因此解取向能力减小，取向程度提高，高于慢速充模。

(8)常用塑料分析和数据的选取:
C逃气孔适宜深为0.03。

综合考虑以上的因素，本塑件采用ABS做材料。

其缩水率取5/1000。

模具温度选取50 º，成型温度为220 º。

逃气孔适宜深为0.03。

塑料拔模角度取值为：型腔为1 º，型芯1º。

ABS是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚而成的。

这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合力学性能。

特点：它无毒，无味，显微黄色，冲击韧性较好，机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电性能良好；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好。

成型的塑料件有较好的光泽。

吸湿性为：0.05%～0.06%
密度为:1.03～1.07g/cm³
其成型特性有:
1.无定性料,流动性中等,溢边值为0.04毫米左右.
2.吸湿性强,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥.
3.成型时宜取高料温,高模温.注射压力为1000～1400公斤力/厘米²。

6 注射机的选择与校核
6.1注射机的选择
根据《塑料模具设计手册》附录表8选择注射机G54-S200/40螺杆（柱塞）螺杆（柱塞）直径：55mm
注射容量：200/400cm³
注射压力：10900N/cm²
锁模力：2540KN
最大注射面积：645cm²
最大模具厚度：406mm
最小模具厚度：165mm
模板最大距离：260mm
模板行程：666mm
喷嘴圆弧半径：18mm
喷嘴孔径：4mm
喷嘴移动距离：310mm
推出形式：动模板没设推板，开模时，模具推杆固定板上的推杆通过与推板相碰，机械推出塑件
6．2注射机的校核
6．2．1注射量的校核
根据《模具设计与简明手册》可知：塑件的体积应小于注射机的注射容
量，其公式按下式校核
V
件≤0.8V
注
=0.8×200cm³=160cm³
式中：V
件
———塑件与浇注系统的体积总和；
V
注
———注射机注射量（cm³）；
0.8———最大注射量得利用系数；
经过PRO/E软件的分析得：V
件
≈139 cm³
所以V
件
=139 cm³<160 cm³合格6．2．2锁模力得校核
由式F≥Pm(nAz+Aj)
因：Pm=0.5×109=54.5N
估算Az=4015mm3
Aj=200.96mm3
F=2540KN
所以：F=2540×10³>54.5(2×4015+200.96)=
6．2．3注射机安装模具部分的尺寸校核
喷嘴尺寸：喷嘴尺寸与浇口套适应，浇口套是根据喷嘴尺寸来设计的；定位环尺寸：定位环高度20 mm，直径为Ø50 mm（与定位孔配合）；
模具厚度：Hmin=165 mm<Hm=370<Hmax=406 合格
开模行程珠校核
由式：Smax≥S=H1+H2+(5～10)
式中，Smax——注射机最大开模行程
S——模具所需开模距离
H1——塑件脱模距离
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度
Smax=666>S=30+115+(5～10)=150 合格
7 分型面的确定
分型面的选择主要考虑如下问题：
(1)分型面不仅应选择在对制品外观没有影响的位置，而且还必须考虑如何比较方便地清除分型而产生地溢料飞边。

同时，还应避免分型而产生飞边；
(2)分型面的选择应有利于制品脱模，否则，模具结构便会变得比较复杂。

通常，分型面的选择应尽可能使制品在开模厚滞留在动模一侧；
(3)分型面不影响制品的开状和尺寸精度；
(4)分型面应尽量与最后填充溶体的型腔表面重合，以利于排气；
(5)选择分型面时，应尽量减少脱模斜度经制品大小端尺寸带来的差异；
(6)分型面应便于模具加工；
(7)选择分型面时，应尽量减少制品在分型面上的投影面积，以防止面积过大，造成锁模困难，产生严重的溢料；
(8)有侧孔或侧凹的制品，选择分型面时应首先考虑将抽心或分型距离长的一边放在动、定模的方向，而将短的一边作为侧向分型抽心机构时，除液压抽心能获得较大的侧向抽拔距离外，一般分弄抽心机构侧向抽拔距离都较小。

如图7-1
图7-1
8 浇注系统设计
8．1浇注系统的组成
由注流道，分流道，浇口和冷料穴四部分组成。

作用：（1）能将来自注射机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输送到型腔，同时使型腔内的气体能及时顺利排出。

（2）在塑料熔体填充及凝固的过程中，将注射压力有效的传递到型腔的各个部位，以获得形状完整，内外在质量优良的塑料制件。

如图8-1
图8-1
8．2浇口套和定位圈的设计
8.2.1浇口套的设计，如图8-2
图8-2
8.2.2定位圈的设计
定位圈是使浇口套和注射机喷嘴孔对准定位所用。

定位圈直径D为与注射机定位孔配合直径，应按选用注射机的定位孔直径确定。

直径D一般比注射机定位孔直径小0.1～0.3㎜，以便于装模。

定位圈一般采用45钢或Q275钢。

定位圈用内六角螺钉固定在模板上时，一般用两个以上的M6～M8的内六角螺钉。

如图8-3
图8-3
8．3流道设计
流道的形状和尺寸往往受到塑料成型特性、塑件大小和形状、模具成型数目和用户要求等因素的影响，因此没有固定的形式。

但是流道的设计应该考虑如下问题：
8.3.1流道的截面形状
如图8-4
图8-4
8.3.2流道的布置
本模具的流道截面图如图8-5
图8-5
在多腔成型时，型腔布置决定流道的设计。

从流动平衡的角度出发，应该使各型腔到浇道的流动距离相等，同时也有利于浇口平衡布置。

参考文献
[1] 于就泗，齐发主编.机械工程材料.大连:大连理工大学,2003
[2] 塑料模设计手册编写组编著. 塑料模设计手册第3版.北京：机械工业出版社,
2005
[3] 朱光力，万金保等编著.塑料模具设计第2版.北京：清华大学出版社，1999,
[4] 谭建荣，张树有，陆国栋，施岳定编.图学基础教程.北京：高等教育出版社,1999
[5] 邵立新，夏素民，孙江宏等编著.Pro/ENGINEER Wildfire3.0中文版标准教程.
北京:清华大学出版社,2007
[6] 屈华昌编.塑料成型工艺与模具设计第1版.北京：高等教育出版社，2005
[7] 濮良贵，纪名刚编.机械设计第七版.北京：高等教育出版社.2001
[8] 廖念钊，莫雨松等编.互换性与技术测量第4版.中国计量出版社，1998
[9] 联合编写组，机械设计手册第二版第一分册.化学工业出版社，1979
[10] 联合编写组，机械设计手册第二版第二分册.化学工业出版社，1979
[11] 党根茂、骆志斌、李集仁等编.模具设计与制造第2版.北京：机械工业出版社，
2005
[12] 王树勋、邓庚厚主编.典型注塑模具结构图例.中南工业大学出版社.1992
[13] 孙玉芹、孟兆新等编.机械精度设计基础.科学工业出版社，2005
[14] 屈华昌主编，塑料成型工艺与模具设计.机械工业出版社，2005
[15] 史铁梁主编，模具设计指导.机械工业出版社，2005。