控制器壳体盖塑料模具设计方案

本科毕业设计(论文) 题目：控制器壳体盖塑料模具设计

系别：机电信息系

专业：机械设计制造及其自动化

班级：

学生：

学号：

指导教师：

2013年05月

控制器壳体盖塑料模具设计

摘要

本次设计题目控制器壳体盖塑料模具设计，根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，选择塑件制件尺寸。本模具采用一出二件，侧入式浇口进料，注射机采用海天120W1×B型号，设置冷却系统，CAD和PROE绘制二维总装图和零件图，选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的模具设计。

关键词：机械设计；模具设计；CAD绘制二维图；PROE绘制3D图，注射机的选择

The controller housing cover plastic mold design

Abstract

The title of the thesis is the design of the controller housing which used plastic mould,To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two side gate feed injection machine adopts Haitian the 120W1×B models, and set a cooling system, CAD and PROE drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design.

Keywords: mechanical design。 mold design。 CAD drawing two-dimensional map。 PROE draw 3D maps, injection machine selection

主要符号

T 额定锁模 q 模腔压力

K 安全系数 m i n H

最小模具厚度 m a x H 最大模具 δ塑件尺寸误差

m a x S 塑料的最大收缩率 m i n S 塑料的最小收缩率

s L 塑件尺寸 S 塑料的平均收缩率

?塑料的公差δ模具制造公差

[]δ型腔许用变形量 E 型腔材料的弹性模量

[]σ型腔材料的需用压力 α脱模斜度

摩擦系数 F 脱模力

φ推杆长度系数 Q 总脱模力

σ应力 s σ屈服极限强度

目录

1 绪论错误！未定义书签。

1.1塑料简介........................................................................ 错误！未定义书签。

1.2注塑成型及注塑模........................................................ 错误！未定义书签。

1.3本文主要研究内容........................................................ 错误！未定义书签。2塑料材料分析错误！未定义书签。

2.1塑料材料的基本特性.................................................... 错误！未定义书签。

2.2塑件材料成型性能........................................................ 错误！未定义书签。

2.3塑件材料主要用途........................................................ 错误！未定义书签。

3 塑件的工艺分析6

3.1塑件尺寸及精度 (8)

3.2塑件表面粗糙度 (8)

3.3塑件的体积和质量 (9)

4 注射成型工艺方案及成型零件设计10

4.1注射成型工艺过程分析 (10)

4.2浇口种类的确定 (10)

4.3型腔数目的确定 (11)

4.4注射机的选择和校核 (11)

4.4.1注射量的校核 (12)

4.4.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核 (12)

4.4.3模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核..................... 错误！未定义书签。5导向机构的设计错误！未定义书签。

5.1导向机构的作用............................................................ 错误！未定义书签。

5.2导柱导向机构................................................................ 错误！未定义书签。

5.2.1导向机构的总体设计......................................................... 错误！未定义书签。

5.2.2导柱的设计......................................................................... 错误！未定义书签。

5.2.3导套的设计......................................................................... 错误！未定义书签。

6 注射模具结构设计错误！未定义书签。

6.1分型面的设计................................................................ 错误！未定义书签。

6.2型腔的布局.................................................................... 错误！未定义书签。

6.3浇注系统的设计............................................................ 错误！未定义书签。

6.3.1浇注系统设计的组成及要求............................................. 错误！未定义书签。

6.3.2主流道设计......................................................................... 错误！未定义书签。

6.4分流道设计.................................................................... 错误！未定义书签。

6.4.1分流道设计要点................................................................. 错误！未定义书签。

6.4.2分流道的形状和尺寸......................................................... 错误！未定义书签。

6.4.3分流道的表面粗糙度......................................................... 错误！未定义书签。

6.4.4冷料穴的设计..................................................................... 错误！未定义书签。

6.5注射模成型零部件的设计............................................ 错误！未定义书签。

6.5.1成型零部件结构设计......................................................... 错误！未定义书签。

6.5.2成型零部件工作尺寸的计算............................................. 错误！未定义书签。

6.6排气结构设计........................................................................ 错误！未定义书签。

6.7脱模机构的设计............................................................ 错误！未定义书签。

6.7.1脱模机构的选用原则......................................................... 错误！未定义书签。

6.7.2脱模机构类型的选择......................................................... 错误！未定义书签。

6.7.3脱模力的计算..................................................................... 错误！未定义书签。

6.7.4推杆机构具体设计............................................................. 错误！未定义书签。

6.8注射模温度调节系统.................................................... 错误！未定义书签。

6.8.1温度调节对塑件质量的影响............................................. 错误！未定义书签。

6.8.2冷却系统之设计规则......................................................... 错误！未定义书签。

6.9模架的选用.................................................................... 错误！未定义书签。

7 模具材料的选用错误！未定义书签。

7.1成型零件材料选用........................................................ 错误！未定义书签。

7.2注射模用钢种................................................................ 错误！未定义书签。

8 模具工作过程错误！未定义书签。

总结错误！未定义书签。

参考文献错误！未定义书签。

致谢错误！未定义书签。

毕业设计（论文）知识产权声明错误！未定义书签。

毕业设计（论文）独创性声明错误！未定义书签。

设计图纸和说明书联系QQ2576636538

3 塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。

壳体盖如图 3.1所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。

图3.1 塑件的结构设计

脱模斜度的确定，由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5~1.5 ，本次设计，塑件材料ABS的型腔脱模斜度为'

1 ，型芯脱模斜度为1 。

30

塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1~4mm，最常用的数值为2~3mm。该产

品壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2.5mm左右。

c. 塑件的圆角是为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5~1mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的

0.5倍。

d. 塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。

3.1塑件尺寸及精度

塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。该塑件的材料为ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。

塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献]4[表3-2塑件的尺寸与公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT4级精度。

3.2塑件表面粗糙度

塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制

μ之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑品的表面粗糙度一般为Ra 0.02～1.25m

μ。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙件的1/2，即Ra 0.01～0.63m

度不断增加，所以应随时给以抛光复原。

μ，内部为由于该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，外部为Ra0.8m

μ。

Ra1.2m

3.3塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在PROE软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量3

v=（ABS的密度为

902

54m

.

1.023

g），即可以得出该塑件制品的质量为g

/cm

.1=

?

=

=ρ。

02

.

v

m3.

56

902

54

4 注射成型工艺方案及成型零件设计

4.1 注射成型工艺过程分析

根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：

第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。

a. 成型前对原材料的预处理，ABS材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。干燥条件为100℃到200℃，2~3小时。加工前的湿度必须小于0.02%。

b. 料筒的清洗，在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。

柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。

c. 脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对ABS 材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。

第二步: 注射成型过程

完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。

第三步：制件的后处理

注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。制件的后处理主要有退火和调湿处理。该塑料制件材料为ABS，就采用退火处理1～3小时。4.2 浇口种类的确定

注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。由于本设计中壳体盖塑件外表面质量要求不是很高，所以本次设计选用

侧入式浇口如图4.1所示。

图4.1侧浇口示意图

4.3 型腔数目的确定

单型腔模具的优点是：塑件精度高，工艺参数易于控制，模具结构简单，模具制造成本低，周期短。缺点是：塑件成型的生产效率低，成本高。单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。

多型腔模具的优点是：塑件成型生产率高，成本低。其缺点是：塑件精度低，工艺参数难以控制，模具结构复杂，模具制造成本高，周期长。多型腔模具适用于大批量长期成产的小塑件。

在多型腔模具的实际设计中，型腔数目的确定方法主要有两种：

a. 首先确定注射机的型号，在根据注射机的技术参数和塑件的技术经要求，计算出要求选取型腔的数目。

b. 先根据生产效率的要求和制件的精度要求确定型腔的数目，然后再选择注射机或对现有的注射机进行校核。

一般可以按以下几点对型腔数目进行确定：①按注射机的最大注射量；②按注射机的额定锁模力；③按塑件的精度要求；④根据生产经济性。

考虑到塑料端盖为单塑件，综合以上因素，这里考虑采用方案(2)的方法确定型腔数目，为保证产品质量，以及提高生产效率，考虑采用一模两腔的形式因为本设计中采用侧入式浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模两腔，进行加工生产。

4.4 注射机的选择和校核

由于采用一模两腔，需要至少注射量为56.3 2=112.6g，流道水口废料

3.5g ，总注塑量达到116.1g ，再根据工艺参数（主要是注射压力），综合考虑各种因素，选定注射机为海天120W1×B 。注射方式为螺杆式，其有关性能参数为：

表4.1海天120W1×B 注塑机参数

型号

单位 120W1×B 参数

螺杆直径

mm 40 理论注射容量

cm3 214 注射重量PS

g 195 注射压力

Mpa 171 注射行程

mm 170 螺杆转速

r/min 0~190 料筒加热功率

KW 9.75 锁模力

KN 1200 拉杆内间距(水平×垂直)

mm 410×410 允许最大模具厚度

mm 450 允许最小模具厚度

mm 150 移模行程

mm 360 移模开距(最大)

mm 810 液压顶出行程

mm 120 液压顶出力

KN 33 液压顶出杆数量

PC 5 油泵电动机功率

KW 13 油箱容积

l 280 机器尺寸(长×宽×高)

m 4.83×1.26×1.96 机器重量

t 4.6

4.4.1注射量的校核

模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：

80%m m nm 21≤+（4.1）

式中 n —型腔数量

1m —单个塑件的重量（g ）

2m —浇注系统所需塑料的重量（g ）

本设计中：n=2 =1m 56.3 g 2m =3.5 g

g m 1.1165.33.562=+?=注塑机额定注塑量为195g ，注射量符合要求。

4.4.2塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核

注射成型时塑件的模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。如果这一数值超过了注射机所允许的最大成型面积，则成型过程中会出现涨模溢料现象，必须满足以下关系。

A A nA <+21 （4.2）

式中 n —型腔数目

1A —单个塑件在模具分型面上的投影面积

2A —浇注系统在模具分型面上的投影面积

n=2 1A =6392.52mm 2A =363.62mm

21A nA +=2?6392.5+363.6=13148.62mm

注射成型时为了可靠的锁模，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力，即：

（21A nA +）P < F （4.3）

式中： P —塑料熔体对型腔的成型压力（MPa ）

F —注射机额定锁模力（N ）

其它意义同上

根据表 4.1所示，型腔内通常为20-40MPa ，一般制品为24-34MPa ，精密制品为39-44MP 。

（21A nA +）P=13148.6?30?1.1=433.9KN<1200KN

锁模力符合要求。