塑料壳体的注射模具设计学位论文

第1章塑料成型工艺性分析1.1塑件的分析（1）外形尺寸如图1.1所示，该塑件壁厚为3mm~4mm，塑件外形尺寸不大，塑料熔体流程不太长，塑件材料为热塑性塑料，流动性较好，适合于注射成型。

（2）精度等级任务书中塑件已表注公差，未注公差取MT5，可查参考书。

（3）脱模斜度POM的成型性能良好，成型时收缩大，易变形翘曲。

由给出的技术要求中知脱模斜度为30’~10，这里取10（4）塑件尺寸如图1.1所示。

图1.1 塑件尺寸1.2 POM塑料的性能分析(1)使用性能：综合力学性能突出，比强度、比刚度接近金属，可代替钢、铝、铸铁等制造多种结构零件及电子产品中的许多结构零件。

(2)成型性能：成型收缩率大，流动性中等，熔融凝固速度快，注射时速度要快。

(3)吸湿性：结晶性材料，不易吸收水分，原料一般不干燥或短时间干燥。

（1000C,1—2h）性能指标：聚甲醛的收缩率很大，需尽量延长保压时间来补缩改善缩水现象。

详细的聚甲醛性能指标见表1.1。

表1.1 聚甲醛的性能指标密度ρ(kg/dm3) 1.42拉伸强度/MPa69吸水率0.12~0.15 拉伸弹性模量/MPa2.5*103收缩率S％1.5~3.0抗弯强度/MPa104熔点/0C180~200 抗压强度/MPa631.3 POM的注射成型过程及工艺参数1）注射成型过程（1）成型前的准备对聚甲醛的色泽、粒度和均匀度等进行检验，聚甲醛成型前须进行干燥，处理温度为80度到100度，干燥时间1-2小时。

（2）注射过程塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为冲模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

（3）塑件的后处理（退火）。

退火处理的方法为红外线灯、烘箱，处理温度为70度，处理时间是2-4小时。

2）注射工艺参数（1）注射机：螺杆式，螺杆转速为48r/min。

（2）料筒温度(t/℃)：前段160-170；中段170-180；后段180-190。

（3）模具温度(t/℃)：80-120。

（4）注射压力（p/Mpa）：56-140。

（5）成型时间（τ/s）：注射时间20-60；高压时间0-3；冷却时间20-60；总周期40-120。

第2章拟定模具的结构形式和初选注射机2.1 分型面位置的确定通过对塑件结构形式的分析，分型面的选择如图所示2种方案图2.1 方案1图2.1 方案2分型面应选在利于开模取出塑件的平面如图2.1方案1。

2.2 型腔数目和排位方式的确定（1）型腔数量的确定由于该塑件的精度要求不高，塑件的尺寸较小，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。

同时，考虑到塑件的尺寸、模具结构的尺寸的关系，以及制造费用和各种成本的费用等因素，初步定为一模两腔结构形式。

（2）型腔排列的形式的确定由于该模具选择的是一模两腔，故流道采用对称直线排列，使型腔进料平衡，如图2.3所示。

（3）模具结构形式的初步确定图2.3 型腔数量的排列布置由以上分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线对称排列，根据塑件结构形状，推出机构初选推件板推出或推杆推出方式。

浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且开设在分型面上。

因此，定模部分不需要单独开设分型面取出凝料，动模部分需要添加型芯固定板、支撑板或者推件板。

由上综合分析可确定采用大水口（或者带推件板）的单分型面注射模。

2.3注射剂型号的确定1）注射量的计算通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图2.3所示。

塑件体积：V塑34.34cm3塑件质量：m塑=ρV塑=1.42×34.34=48.76g式中，ρ可取1.42g/cm32) 浇注系统凝料体积的初步计算由于浇注系统的凝料在设计之前不能确定的数值，但是可以根据经验按照塑件提及的0.2倍~1倍来估算。

由于本次设计采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积0.3倍来估算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为V总=1.3nV塑=1.3×2×34.34=89.284cm3图2.4 体积分析3) 选择注射机根据以上计算得出在一次过程中注入模具型腔的总体积为V总=89.284cm3，由参考文献[1]式(4-18)V公=V总/0.8=89.284/0.8=111.6cm3。

根据以上的计算，初步选择公称注射量125cm3，注射剂型号XS-ZY-125卧式注射机，其主要技术参数参见表2.1表2.1 注射机主要技术参数理论注射量/cm3125 拉杆间距/mm 260*360螺杆柱塞直径/mm 42 模板最大行程/mm300注射压力/MPa 150 最大模具厚度/mm300塑化能力/g/s 168 最小模具厚度/mm200螺杆转速/r/min 10~140 喷嘴球直径/mm12合模力/KN 900喷嘴直径/mm 44）注射剂的相关参数的校核（1）注射压力校核参考文献[1]表4—1可知，POM所需注射压力为100MPa~120MPa，这里取p0=110Mpa，该注射机的公称注射压力p公=150MPa，注射压力安全系数k1 这里取1.25~1.4,这里取k1=1.3。

k1 p0=1.3×110=143Mpa<p公，所以，注射剂注射压力合格。

（2）锁模力校核①塑件在分型面上的投影面积A塑=70×90+2×π×72=5992.28mm2②浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即浇道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模具的统计分析来确定。

A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2~0.5倍。

由于本设计的流道简单，分流道相对简单，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。

这里取A浇=0.2A塑。

③塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积，则A总=n(A浇+ A塑)=2×1.2 A塑=14381.472mm2④模具型腔内的胀型力F胀，则F胀=A总×p模=14381.472×35=503.35kN式中，p模是型腔的凭平均计算压力值。

p模是模具型腔内的压力，通常取注射压力的20%~40%，大致范围为30MPa~60MPa。

对于黏度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。

POM属中等黏度的塑料且塑件有精度要求，故p模取35MPa。

由表2.1可知该注射机的公称锁模力900kN锁模力安全系数为k2=1.1~1.2，这里取k2=1.2，则取k2F胀=1.2 F胀=1.2×503.38kN=604.02KN <F锁=900KN 所以注射机锁模力满足要求。

对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行选择。

第3章 浇注系统的设计3.1 主流道的设计主流道通常位于建模中心塑料熔体的入口处，它将注射剂喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为椭圆形。

以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

另外，由于主流道与高温塑料熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

1）主流道的设计（1）主流道的长度。

一般有模具结构确定，对于小型模具L 应尽量小于60mm ，本次设计中初取50mm 进行计算。

（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 α=8mm ，式中α≈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 。

2）主流道的凝料体积V 主=L 主（R 主2+r 主2+ R 主r 主）π/3=50×(3.52+1.752+3.5×1.75) π/3=787.7mm 3 3）主流道当量半径R n = 4) 主流道浇口套的形式主流道衬套为标准可选购。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道衬套与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常任然将其分开来设计，以便于拆卸更换。

同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。

本设计中浇口套采用45钢,热处理淬火表面硬度为28HRC~32HRC 。

如图3.1所示。

定位圈的结构由总装图来确定。

3.2分流道的设计1）分流道的布置形式为了尽量减少在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度降低，同时还要考虑减少分流道的容积和压力平衡。

因此采用平衡式分流道，如图3.2所示。

2）分流道的长度根据两个型腔的结构设计，单边分流道长度取L 分=35mm ，如图3.2所示3.5 1.752.6252mm +=图3.1 主流道浇口套的结构形式图3.2 分流道布置形式3）分流道的当量直径该塑料的质量m=ρV塑=34.34×1.42=48.76g<200g但该塑件壁厚在3mm~4mm之间，按参考文献[2]图2-3的经验曲线查得Dˊ=5.6mm，再根据单向分流道长度35mm 由参考文献[2]图2-5查得修正系数f L =1.03，则分流到执行经修正后为D= D ˊf L =5.6×1.03=5.768mm ≈5.8mm 4) 分流道的截面形状本设计采用梯形截面，其加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失，流动阻力均不大。

5) 分流道界面尺寸设梯形的上底宽度为B=6mm （为了便于选择道具），底面圆角的半径R=1mm ，梯形高度取H=2B/3=4mm ，设下底宽度为x ，梯形面积应满足如下关系式。

再根据该面积与当量直径为5.8mm 的圆面积相等。

可得x=7.2mm 。

通过计算梯形斜度α=8°，基本符合要求，如图3.3所示。

6) 凝料体积（1） 分流道的长度为L 分=35×2=70mm （2） 分流道截面积A 分= ×4=26.4mm 2（3） 凝料体积V 分=L 分A 分=70×26.4=1848mm 3=1.8cm 3 考虑到圆弧的影响取V 分=4.2cm 3 7） 校核剪切速率（1）确定注射时间：参考文献[2]表2-3，可取t=1.6s 。

（2）计算单边分流道体积流量q 分= = =22.58cm 3/s（3）参考文献[2]式（2-22）可得剪切速率γ分= = =973 s -1该分流道的剪切速率处于浇口主流道与分流道德最佳剪切速率在5×102 s -1 ~ 5×103 s -1之间，所以，分流道内熔体的剪切速率合格。

8）分流道的表面粗糙度和脱模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取Ra1.25μm~2.5μm 即可。

此处取Ra1.6μm 。

另外其脱模斜度一般在5°~10°，通过上述计算脱模斜度为8°，脱模斜度足够。