某类外壳的注塑成型工艺及模具设计

集美大学

机械与能源工程学院毕业设计（论文）题目：某类外壳的注塑成型工艺及模具设计

专业材料成型及控制工程年级2012级

姓名学号

指导教师职称

20 年 5 月29 日

某类外壳的注塑成型工艺及模具设计

[摘要] 本次设计是一个成型简单结构的外壳的注塑模。采用了四个斜顶杆成型制件的内凸，采用点浇口和双分型面的模具结构。利用Pro/e软件对产品进行了开模，并对浇注系统，推出机构，斜顶机构，导向机构，冷却系统等模具结构零部件进行了设计，同时，本文对注塑机进行了选择与相关参数的校核。本次设计还对成型零部件进行相关工艺尺寸的计算和校核。本次设计利用AutoCAD软件制作模具结构的装配图和相关零件的零件图。

[关键词] 注塑成型；双分型面；模具设计

Some kind of shell injection molding process and mold design

[Abstract] This design is a injection mold that used to produce a simple structure of the plastic shell.This design uses four inclined plunger within convex molding parts,uses point gate and double parting surface mold https://www.360docs.net/doc/b412926815.html,ing Pro/e software to open mold products,and the pouring system,launch,inclined top institutions,steering mechanism,cooling system and other mold structure part in the designing.Meanwhile ,checking selects for injection molding machine and checks its related parameter in this thesis.This design also have a calculation and checking for molding parts’ related process dimension.This design using AutoCAD software to make assembly drawing of mold structure.

[key words] Injection molding; Double parting surface;Mold design

目录

引言 (1)

1 零件成形工艺分析 (2)

1.1 塑件产品结构分析 (2)

1.2 塑件产品材料的选择及其性能 (2)

2 分型面和浇注系统的设计 (4)

2.1 注射机的选择 (4)

2.2 型腔数目的确定和校核 (4)

2.3 分型面的选择 (5)

2.4 浇注系统的设计 (6)

2.4.1 主流道设计 (6)

2.4.2 点浇口的设计 (7)

2.5 排气系统的设计 (8)

3 成型零件的设计 (10)

3.1 成型零件的结构设计 (10)

3.1.1 凹模的结构设计 (10)

3.1.2 凸模的结构设计 (10)

3.1.3 斜顶和斜顶座的结构设计 (11)

3.2 成型零件工作尺寸计算 (13)

3.2.1 产品平均收缩率 (13)

3.2.2 型腔径向尺寸计算 (14)

3.2.3 型芯深度尺寸计算 (14)

3.2.4 型芯径向尺寸计算 (15)

3.2.5 型芯高度尺寸计算 (16)

3.2.6 斜顶抽芯距离、顶出行程及斜度的计算 (16)

3.2.7 斜顶的结构设计和尺寸计算 (17)

4 推出机构的设计 (20)

4.1 推出机构的选择及设计原则 (20)

4.2 推出力的计算 (20)

4.3 推杆的设计 (21)

4.4 推出机构的导向与复位设计 (22)

5 冷却系统的设计 (25)

5.1 冷却回路的结构尺寸的确定 (25)

5.2 冷却水路的布置 (25)

6 模具的总配图及相关参数的校核 (27)

6.1 模架的选择 (27)

6.2 合模导向机构的设计 (28)

6.3 锁模力的校核 (30)

6.4 模具厚度的校核 (31)

6.5 开模行程的校核 (31)

6.6 注射压力的校核 (31)

结论 (32)

致谢语 (33)

参考文献 (34)

引言

模具设计可以让我们更加充分的了解模具，不仅仅是它的每块板、每个零件，更重要的是了解的是它的工作原理和设计原则，通过对模具的设计，能够更全面的了解由一个零件到它的成型过程和成型模具的结构。模具的设计软件用到的是Pro/e和CAD，软件的使用使设计模具更为高效便捷。注射模是成型工业中应用最为广泛的模具，其结构也是相对复杂的。本次毕业设计充分考验到了学生在大学学习期间的收获结果。

此次设计的塑件壳体的结构特点是简单对称，对此设计模具时，先应该考虑的到的是如何选择满足要求的模架，并保证加工合理先进。着重应该解决的问题是三板模的设计和斜顶机构的设计，双分型面的设计要考虑到模具分型过程及分型的距离，斜顶机构应该考虑到对塑件测凸部分的成型和推出作用。此次毕业设计中，是理论与实际的相结合，参照有关的模具设计的资料，设计出一副符合要求的模具。

1 零件成形工艺分析

1.1 塑件产品结构分析

本次设计的塑件如图1-1所示。

图1-1某类外壳

此次设计的东塑件是某种外壳的壳体，壳体呈现出现对称结构，观察到塑件的结构简单，壁厚均匀，其壁厚为1.2mm。由于在产品内壁有四个内凸，所以根据整个产品的形状可以初步确定需要设计斜顶机构。经分析，在分型面位置很容易产生飞边的缺陷，而且在去除浇口时候容易损坏到塑件表面的质量，浇口也容易受到磨损。

1.2 塑件材料的选择及其性能

对于如何选择合适的材料，通过查询相关资料，最后确定为聚乙烯（HDPE）。PE 可以分为高密度聚乙烯（HDPE）、低密度聚乙烯（LDPE）及线性低密度聚乙烯（LLDPE），本此模具生产的塑件产品采用的是HDPE。

聚乙烯的物理特性为无毒、无味，呈乳白色，其密度为0.91-0.96g/cm3,收缩率1.5%-3.0%。

聚乙烯化学特性有良好的绝缘性、耐化学腐蚀性和耐低温性能，质地柔软且易脱模，塑件有浅的测凹时可以强行脱模，因为聚乙烯成型时在流动方向和垂直方向上的收缩性差异比较大，易产生变形及缩孔现象。

HDPE是一样结晶度高、非极性的热塑性塑料，不透明白色蜡状材料[2]。

2 分型面和浇注系统的设计

2.1 注射机的选择

经过对整体的考量，采用卧式注塑机。接下来通过计算分析确定注塑机型号，再对其他参数进行校核。

将塑件在Pro/e中打开，利用分析功能分析塑件可得到塑件体积V=5.39cm3，再通过计算得主流道凝料V=2.56cm3。这两者相加，最终选125cm3注射量的注塑机,表2-1为XS-ZY-125型号注塑机的一些主要参数情况大致[2]。

表2-1 注射机参数表

2.2 模具型腔数量的确定和计算校核

根据塑件的结构分析和模具结构的要求，初步设定型腔的数目为一腔。通过下列公式对型腔数目进行校核，保证型腔数目满足要求。

p（nA+Aj）≤Fn （2-1）式中 Fn—注射机额定锁模力，N；

A—单个塑件在分型面上的投影，㎜2；

Aj—浇注系统在分型面上的投影面积，㎜2；

P—熔体对型腔的成型压力，一般为注射压力的80%，Mpa。

()

8.2

77

.

3285

/

25

.

88

)

96

77

.

3285

/(

10

9

/ /

5

=

-

?

?

=-

≤A

A

Ap

F

n

j

n

通过计算核验，并考虑到成型塑件的尺寸精度、生产上的经济性，所以一腔的安排是符合要求的[2]。

2.3 分型面的选择

将型芯和型腔分开，需要设置合理的分型面，其决定着模具整体结构的一个重要因素，分型面的形状、位置与塑件的脱模、浇注系统的设计、模具整体结构及制造有关，也关系到塑件的成型质量，因此选择合理的分型面是设计注塑模的一个关键。

设计一个合理的分型面时应该考虑遵循以下基本原则[2]：

（1）轮廓外形最大利于脱模；

（2）脱模后留在动模一侧；

（3）确保塑件的表面质量和提高塑件的尺寸精度。

遵循对分型面的设计原则，以及对实际产品的分析，选定的最终分型面如下图2-1所示。

图2-1分型面的设计

2.4 模具浇注系统的设计

为了塑件的成型，就必须要有熔料的进入口，所以浇注系统的设计就像设置一根通道，通向成型塑件的地方，所以浇注系统的通道应该要保证将熔化后的塑料由一定的速度和产生的压力使之成型。由于模具采用的是三板模结构和单个型腔成型，所以模具的浇注系统由主流道和点浇口构成。

2.4.1 主流道设计

下图2-2为本次设计的主流道，如下图所示，整个主流道贯穿了几块板，最上面是浇口套，浇口套上面的孔是用来送入熔料的，模板与浇口套之间采用过渡配合的关系，设计过程中，应该要在保证其他结构合理的情况下，缩短主流道的长度，这样既能节约材料，又能减少压力和温度损失。

图2-2主流道的设计

图2-3为注塑机与模具的关系[3]。

图2-3 浇口套与注塑机喷嘴尺寸关系

利用表2-1中的参数可以计算出：

喷嘴前端球面半径：R o =12mm

喷嘴前端孔径：d 0=4mm

根据流道与注射机喷嘴的关系

mm 5)15.0(mm

13)21(00=-+==-+=d d R R （2-2）

主流道的锥角值为30 ，可以计算出大端直径为10mm 。

2.4.2 点浇口的设计

点浇口是截面尺寸很小的浇口，有俗称针点浇口。由于这类浇口前后两端较大的压力差，能够较大地产生较大的剪切热及增大熔体的剪切速率，从而使塑料熔体的表面粘度降低，增加流动性，有利于充满型腔，易于成型像外壳这样的形状简单薄壁塑件产品

[2]。

浇口位置的选择对塑件的成型质量和性能有较大影响，在选择浇口位置时，应根据塑料原材料的特性、熔体在模内的流动难易程度、塑件的结构工艺特征、成型后的质量要求、成型的工艺要求，进行全面的综合考量[2]。

根据塑件的形状结构可知塑件是呈对称结构，整体壁厚均匀，所以将点浇口的位置

选在了塑件上表面的中心位置，保证了塑料熔体能够均匀且迅速地充满型腔，且只有一个点浇口减小了熔接痕产生的可能性。

通过结构的设计和分析，选择出的点浇口的形状和位置如下图2-4。

图2-4浇口形状和位置

点浇口直径d尺寸，计算公式如下：

mm

8.1

858

.

4680

2.1

20

.0

)

20

.0

~

14

.0(

d

42

42

≈

?

?

=

=A

δ

（2-2）式中 A：型腔表面积；mm2；

d：浇口直径，mm；

＆：塑件在浇口处的壁厚，mm；

l：为浇口长度，常取l=1.0-1.5mm,在本次设计中取l=1.0mm。

2.5 排气系统的设计

塑料成型过程中挥发的气体和型腔及浇注系统内的空气会使塑件产生凹陷、熔接不牢、表面轮廓不清晰、气泡等缺陷，而且不利于塑料熔体填充满型腔或影响熔体的充填速度[2]。因此排气系统的设计也是必不可少的，在本次设计中，采用的是将排气槽开在分型面上，排气系统形式如图2-5。

图2-5排气系统

3成型零件设计

3.1成型零件的结构设计

成型零部件一般是用来成型塑件的内外形尺寸和形状，本次设计中的成型零件有凹模、凸模和斜顶机构。

3.1.1 凹模的结构设计

凹模与塑件的外表面形状尺寸有关，也叫型腔。采用的组合式凹模结构有利于加工、保证精度及模架再利用。用螺钉将凹模（型腔）固定在凹模固定板内，配合的部分采用H7/m6的过渡配合。下图3-1为凹模三视图。

图3-1凹模三视图

3.1.2 凸模的结构设计

凸模与塑件的内表面形状尺寸有关，也叫型芯。采用的跟凹模一样的组合式凸模结构，其固定和配合方法与凹模一样。下图3-2为凸模三视图。

图3-2凸模三视图

3.1.3 斜顶和斜顶座的结构设计

斜顶机构主要用来成型塑料制件的内凸，同时还具备推出功能，与推杆一起起推出作用，其结构简单，但行程较小，刚性较差。斜顶的由成型部分和机体部分组成，按成型部分与机体部分是否组合可分为整体式和非整体式；按斜顶机体底端定位结构不同可分为T形块式和圆柱销式。斜顶运动的基本原理是将斜顶放在一固定不动的模板的斜孔内，斜顶与斜孔之间相互配合，斜顶受到从下向上的一个推力作用向上运动，运动一段距离后，斜顶在斜孔和推力两者的强迫作用下，斜顶不仅向上运动，而且在水平方向上运动了一定距离[4]。

在该塑件的内壁有四个内凸，所以没办法在分型面直接分型，需要在四个凸台的地方设置斜顶，斜顶的大体结构看起来像是一根倾斜的杆，与塑件相接的部分是用来成型四个内凸，所以需要在斜顶上加工出四个与凸台相配合的凹孔。图3-3和3-4分别为两个斜顶结构二维图。

图3-3斜顶结构1

图3-4斜顶结构2

斜顶杆下方是个工字形的形状，所以需要在斜顶座的上方开出一个倒T的形状来装配斜顶杆，斜顶座将斜顶卡在倒T形槽内滑动，斜顶因在向上顶出的同时，在斜顶座进行一定距离的滑动。下图3-5为斜顶座结构形式。

图3-5 斜顶座结构

3.2成型零件工作尺寸计算

成型部位尺寸变化的原因有：因为在塑件内，各个部位因为热胀冷缩的原因，所以收缩率不一致；在生产加工零件时，会因为一些不可避免的因素使制造出来的零件存在误差；在对模具进行安装时，在配合关系中存在误差；因为模具在长期的使用中不可避免的会有一些磨损，使得原来的表面质量受损[2]。 3.2.1 塑料产品的平均收缩率

%1002min max ?-=S S S （3-1）

式中 Smin —材料最小收缩率，1.5%；

Smax —最大收缩率，3.0%；

S —平均收缩率。

带入相关参数得

%

75.0%1002

%5.1%0.3%1002

min max =?-=?-=S S S 3.2.2 型腔径向尺寸计算

()()()[]z

z S m L S L δδ++?-+=0075.0~5.01 (3-2) 式中 Ls —塑件外表面径向尺寸，㎜； S —塑件平均收缩率；

△—塑件外表面径向基本尺寸公差，㎜；

z δ—模具制造公差，3?

=z δ；

Lm —模具型腔径向尺寸，㎜。

（1）基本尺寸70.6mm 公差值为0.66mm

()()()[]()[]mm

63.7066.075.06.700075.0175.0~5.0122

.0022

.000

0++++=?-?+=?-+=Z

Z

s m L S L δδ

（2）基本尺寸57mm 公差值为0.60mm

()()()[]()[]mm

98.5660.075.0570075.0175.0~5.0120.0020

.000

0++++=?-?+=?-+=Z

Z

s m L S L δδ

（3）基本尺寸51.6mm 公差值为0.60mm

()()()[]()[]mm

54.5160.075.06.510075.0175.0~5.0120.0020

.000

0++++=?-?+=?-+=Z Z

s m L S L δδ

（4）基本尺寸38mm 公差值为0.52mm

()()()[]()[]mm 90.3752.075.0380075.0175.0~5.0117

.0017

.000

0++++=?-?+=?-+=Z

Z

s m L S L δδ

3.2.3 型腔深度尺寸计算

()()[]z z

S m H S H δδχ+

+?-+=001 (3-3)

式中 Hm —模具型腔深度基本尺寸，㎜；

x —修正系数，一般为31—21，x 取31

；

z δ—模具制造公差，3?

=z δ；

Hs —塑件凸起部分高度基本尺寸，㎜。

（1）基本尺寸10.2mm 公差值为0.38mm

()()[]()mm 15.1038.0312.100075.01113

.0013

.0

0++++=???????-?+=?-+=Z

Z

s m H S H δδχ

（2）基本尺寸5.2mm 公差值为0.34mm

()()[]()mm

13.534.031

2.50075.01111.0011

.00

0++++=???????-?+=?-+=Z

Z

s m H S H δδχ

3.2.4 型芯的径向尺寸计算

()()()[]0

75.0~5.01z z S m l S l δδ-+?++= (3-4)

式中 ls —塑件内表面径向尺寸，㎜；

lm —模具型芯径向基本尺寸，㎜，

△—塑件内表面径向基本尺寸公差，㎜；

z δ—模具制造公差，3?

=z δ。

（1）基本尺寸68.2mm 公差值0.66mm

()()()[]()[]mm

21.6966.075.02.680075.0175.0~5.010

22.00

22.00

----=?+?+=?++=Z

Z s m l S l δδ

（2）基本尺寸66mm 公差值0.66mm

()()()[]()[]mm

99.6666.075.0660075.0175.0~5.01022.00

22.00

0----=?+?+=?++=Z

Z s m l S l δδ

（3）基本尺寸56.2mm 公差值0.60mm

()()()[]()[]mm

07.5760.075.02.560075.0175.0~5.010

20.00

20.00

----=?+?+=?++=Z Z s m l S l δδ

（4）基本尺寸49.2mm 公差值0.56mm