壁式电源开关面板注塑模设计

江苏财经职业技术学院

综合毕业实践说明书（论文）标题：壁式电源开关面板注塑模设计

系 别：机械与电子工程系

专 业：模具设计与制造

学 号： 0911103212

姓 名：季 程

指导教师：何玉林

2012年6 月20 日

摘 要

采用注射成型做这次毕业设计，具体叙述了注射成型工艺和模具结构，根据塑料模 具设计步骤，运用CAD绘制各部分模具零件图若干张，完成模具装配图。

关键词：CAD制图；二次分型 ；注射成型

目 录

摘 要...................................................................................................................................I 目 录..................................................................................................................................II 引言 (1)

1塑料工艺分析 (2)

2 型腔的确定和注射机的选择 (4)

2.1型腔的确定 (4)

2.2根据塑件的重量或体积，注射设备规格型号的选择 (4)

3 模具结构方案 (5)

3.1确定成形位置和分型面 (5)

3.2浇注系统形式 (5)

3.3成型零部件的设计和计算 (10)

3.4脱模机构的设计 (12)

3.5冷却与加热系统 (12)

3.6其他零部件的设计 (13)

4校核注射机有关工艺参数 (14)

4.1锁模力与注射压力 (14)

4.2模具厚度H与注射机闭合高度 (15)

结束语 (16)

致 谢 (17)

参考文献： (18)

壁式电源开关面板注塑模设计

引言

随着机械工业、电子工业、航空工业、仪器仪表工业的和日常用品工业的发展，塑 料制件的需求量越来越大，质量要求也越来越高，要求成型塑件的模具的开发、设计与 制造的水平也必须越来越高，因此模具设计水平的高低、模具制造能力的强弱以及模具 质量的好坏，都直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着各种产品的 质量、经济效益的增长以及整体工业水平的提高。在塑料制件的生产中，高质量的模具 设计、 先进的模具设备、 合理的加工工艺都是重要的条件， 对于注射模也同样的的重要， 一副优良的注射模可成型上百万次，注射模具有方便、易控制等特点。模具CAD/CAM 系统是计算机辅助某一种类型模具的设计、计算、绘画以及数控加工自动编程等的有机 集成。CAD/CAM技术具有高智力、知识密集、更新速度快、综合性强、效率高和初始 投入大的特点，而标准化是实现注射模 CAD 系统的有效手段，设计数据的处理是注射 模CAD中的一个重要问题，CAD系统具有广泛适应性。

注射成型是热塑性塑料成型的一中重要方法，它具有成型周期短、能一次性成型复 杂、尺寸精确、带有金属或非金属的塑料制件。注射成型的生产率高，易实现自动生产。 到目前为止，除氟塑料以外，几乎所有的热塑料都可以用注射成型的方法成型。注射成 型工艺包括成型前的准备、注射过程、和塑件的后处理。

注射成型的原理是： 加入到料斗中的颗粒状或粉状的塑料被送至外侧安装电加热圈 的料筒中塑化。螺杆每次前进注射结束后，螺杆在料筒前端原地转动，被加热预塑的塑 料在转动的螺杆作用下通过其螺旋槽送至料筒前端的喷嘴附近， 螺杆的转动是塑料进一 步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高并得以均匀化。当料筒前端的熔料堆积 造成对螺杆产生一定的压力时，螺杆就在转动中后退，直至与调整好的行程开关接触， 具有模具一次注射量的塑料预塑和储料结束。接着注射液压缸开始工作，与液压缸活塞 相连接的螺杆一一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模 具型腔中，保压一定时间，熔融塑料冷却固化即可保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。 开合模机构将模具打开，在推出机构的作用下，即可取出注射成型的塑料制件。

1 塑料工艺分析

材料的种类、成型特性与工艺参数

塑件名称：开关面板

塑件材料：ABS

塑件产量：中批量

工作要求：质量轻，光泽度好，耐腐蚀，密封性好，公差要求5级

图 1 制件

该材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） ，密度为 1.02-1.05g/cm3,无毒、无 味、呈黄色，成型的塑件有较好的光泽。ABS 有良好的机械强度和一定的耐磨、耐寒、 耐水、耐油、化学稳定性和电气性能，而且有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。 其缺点是耐热性不高，紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点是：在升温时粘度增高， 所以成型压力较高；ABS 易吸水，故成型加工前应该进行干燥处理；ABS 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；在正常的成型条件下，壁厚、 熔料温度对收缩率影响极小在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50-60oC，而在强 调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60-80oC。ABS在机械工业上用来制造齿轮、

外壳等。在汽车领域，用 ABS制造汽车扶手、加热器等。

1.2 塑件的结构工艺性分析

该塑件为较简单产品，为开关的外壳，外观要求光泽度好，量感舒适，其精度要求

，选择5级。

不高。塑件尺寸公差（SJ1372）

2 型腔的确定和注射机的选择

2.1型腔的确定

本塑件在注射是采用一模一腔，根据塑件的形状估算体积和质量

采用相似取值法来计算：

Vs=V1-V2+V3-V4+V5

=(∏R2H-∏r2h)*Θ+90*90*8-88*88*8+(20*20*6-18*18*6)*2-13*13*2*2 =3.191cm3

取塑件的体积为3.191 cm3

塑件的重量为

Vg=Vs*R

=3.191*1.05

=3.35g

其中R为塑料的密度（R=1.05g/ cm3）

2.2根据塑件的重量或体积，注射设备规格型号的选择

注射机额定注射量G B，每次注射量不超过最大注射量的80%

即 n=(0.8G B-Gj)/G S 式中 n—型腔数

Gj—浇注系统重量（g）

G S—塑件重量（g）

G B 注射机额定注射量（g）

估算浇注系统的体积Vj的结果：

Vj=1/3*∏R2*H+1/3*∏*r2*h+∏*2*2*2

=3.371cm3

由于是一模一腔，即n=1

GB=(nGs+Gj)/0.8

=(1*3.35+3.371*1.05)/0.8

=8.612g

从计算结果，并根据塑料注射机技术规格表2-1选用

S Z-25/25型注射机

3 模具结构方案

3.1确定成形位置和分型面

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计机、塑件结构工艺性及尺 寸精度等多种因数的影响，选择分型面时，应遵循以下几项基本原则；

1) 分型面应选择在塑件外形最大轮廓处

2) 分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模

3）分型面的选择应保证塑件的精度要求

4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求

5）分型面的选择要便于模具的加工制造

6）分型面的选择应有利于排气

由于塑件外观完整，并没有其他结构，考虑塑件的外观质量，按分型面选择塑件外 形最大的轮廓原则，将分型面取在塑件下端最大平面处。如

图 2 装配图

3.2浇注系统形式

浇注系统的设计一般应遵循以下基本原则：

1）了解塑料的成型性能

2）尽量避免或减少产生熔接痕

3）有利于型腔中气体的排除

4）防止型芯的变形和嵌件的位移

5）尽量采用较短的流程充满型腔

6）流动距离比和流动面积的校核

由于是一模一腔，所以采取一级浇注系统。

主流道的设计

主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具接触开始到分流为止的塑料熔体的流 动通道，是熔体最先流经模具的部分，它的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时 间有较大的影响，因此，必须使熔体的温度降和压力损失最小。

在卧式或立式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面。为了让主流道凝料能 顺利从浇口套中拔出，主流道设计成截面为圆形，整体为圆锥型，其锥角为 2-6 ○ 。小 端直径d比注射机喷嘴直径大0.5-1mm，取值为φ5mm，由于小端的前面是球面，其深 度为1-5mm,取值为2mm。注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主 流道球面半径比喷嘴球面半径大1-2mm,取 R=11mm。

所以采用把浇口套和定位圈设计成整体式的形式，用螺钉固定与定模座板上。

图 3 浇口套

浇口的设计

浇口的形式很多，但无论采用什么形式的浇口，其开设的位置对塑件的成型性能及 成型质量影响都很大，因此，合理选择浇口的开设位置是提高塑件质量的一个重要设计 环节。选择浇口位置时，需要根据塑件的结构和工艺特征和成型的质量要求，并分析塑 料原材料的工艺特性与塑料熔体在模内的流动状态、成型工艺条件，综合进行考虑： 1）尽量缩短流动距离

2）避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷

3）浇口应开设在塑件壁厚处

4）考虑分之定向的影响

5）减少熔接痕提高熔界强度

点浇口这种浇口由于前后两端存在较大的压力差， 可较大程度地增大塑料熔体的剪 切塑料熔体的剪切速率并产生较大的剪切热， 从而导致熔体的表面粘度下降， 流动增加， 有利于型腔的充填。在设计点浇口时，为了减少与塑件接触处的浇口面积，防止该处产 生缩孔、变形等缺陷，一方面应尽量选较小锥度的主流道锥度а（а=2o-4o），另一方 面尽量减小定模板和定模座板的厚度。

成形零件的工作尺寸是指凹模和型芯直接构成塑件的尺寸。在成形尺寸计算之前， 还需注意以下三点：（1）针对塑料模的分型面处容易出现飞边的特点，在计算成形尺寸 时，必须按分型面接触面积的大小，分别减去飞边厚度0.02～0.05mm；（2）塑件成型后 为了脱模方便，沿脱模方向应设计脱模斜度，一般情况下，脱模斜度不包括在塑件图的 尺寸公差范围内，其中外形尺寸以大端尺寸符合制件图纸的尺寸公差要求，斜度取向小 端方向上；内形则以小端尺寸符合制图纸的尺寸公差要求，斜度去向大端方向；（3）对 塑件图纸进行认真的消化，分析塑件图中未注公差的尺寸中哪些尺寸属于负公差，哪些 尺寸属于正公差，以及哪些尺寸属于正负公差，分别用相应的计算公式计算。

成形收缩 塑件成形后的收缩率与多种因素有关。再在计算工作尺寸时，通常按平

均收缩率计算：S =(

2 min

max S

S+

)×100% 式中 S ——塑件的平均收缩率

max

S ——塑件的最大收缩率

min S ——塑件的最小收缩率

模具成形零件的制造公差 它直接影响塑件的尺寸公差，成形零件的精度高，则塑 件的精度也高。模具设计时，成形零件的制造公差可选为塑件公差或选用 IT7～IT8 级 精度，表面粗糙度为Ra0.8～0.4um。

模具成形零件的磨损 模具使用过程中由于塑件熔体、塑件对模具的作用，成形过 程中可能产生的腐蚀气体的锈蚀以及模具维护时重新打磨抛光等，均有可能时成形零件 发生磨损。在计算成形零件工作尺寸时，磨损量 c ? 应根据塑件的产量、塑件品种、模具 材料等因素来确定。一般来说，对中小型塑件，最大磨损量 c ? 可取塑件公差Δ的 6 1 ， 对于大型塑件则取塑件公差Δ的 6 1 以下。

此外，模具安装、配合的误差，塑件的脱模斜度等都会影响塑件的尺寸精度。 成形零件的工作尺寸是根据塑件成形收缩率、成形塑件的制造公差和模具成形零件 磨损量来确定的。各公差根据《机械设计课程手册》查得。

（1）凹模和型芯的径向尺寸

凹模 z M L +?0 ) ( = z x L S s +? D - + 0

] ) 1 [( 式中： M L ——凹模、型芯的径向工作尺寸，mm;

S ——塑件的平均收缩率；

s L ——塑件的径向尺寸，mm;

Δ——塑件的尺寸公差，mm;

x——修正系数 当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x=0.5;

当塑件尺寸较小、精度级别较高时，x=0.75。

对于塑件 凹模Φ28mm、ΦF2 mm、ΦF1.5 mm、尺寸的凹模径向尺寸：

0 2 . 0 28 - F =[(1+0.55%)×28-0.35×0.5] 09 . 0 0 + =27.9 09 . 0 0

+ 0 2 . 0 2 - F =[(1+0.55%)×2-0.32×0.5] 08 . 0 0 + = F1.9 08 . 0 0

+ 0 2 . 0 5 . 1 - F =[(1+0.55%)×1.5-0.35×0.5] 09 . 0 0 + = F1.3 08 . 0 0

+ 型芯 0 ) ( z m l ? - = 0 ] ) 1 [( z

x l S s ? - D + + 式中： m l ——凹模、型芯的径向工作尺寸，mm;

S ——塑件的平均收缩率；

s l ——塑件的径向尺寸，mm;

Δ——塑件的尺寸公差，mm;

x——修正系数 当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x=0.5;

当塑件尺寸较小、精度级别较高时，x=0.75。

对于塑件型芯F26mm、F28mm、F2mm、F1.5mm、F27.5mm 尺寸的径向尺寸：

1 m l = 0 09 . 0 ] 35 . 0 5 . 0 26 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =26.34 0 09

. 0 - 2 m l = 0 08 . 0 ] 32 . 0 5 . 0 28 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =28.3 0 09

. 0 - 3 m l = 0 08 . 0 ] 32 . 0 5 . 0 2 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =2.17 0 08

. 0 - 4 m l = 0 07 . 0 ] 29 . 0 5 . 0 5 . 1 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =1.66 0 07

. 0 - 5 m l = 0 08 . 0 ] 32 . 0 5 . 0 5 . 27 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =27.81 0

08 . 0 - （2）凹模深度和型芯的高度尺寸

凹模

z M H +?0 ) ( = z x H S s +? D - + 0 ] ) 1 [( 型芯 0 ) ( Z M h ? - = 0 ] ) 1 [( z

x h S s ? - D + + M H 、 M h ——凹模、型芯高度的工作尺寸，mm;

s H 、 s h ——塑件高度尺寸，mm;

x——修中系数 当塑件尺寸较大、精度级别较低时，x= 3 1 ;

当塑件尺寸较小、静度级别较高时，x= 2 1 。

对于塑件凹模 2mm 、10mm 、1mm 、6.5mm 、的深度尺寸：

1 M H = 04 . 00

] 22 . 0 5 . 0 2 %) 55 . 0 1 [( + ′ - ′ + =1.90 04 . 0 0 + 2 M H = 07 . 0 0

] 26 . 0 55 . 0 10 %) 55 . 0 1 [( + ′ - ′ + =7.6 07 . 0 0 + 3 M H = 07 . 0 0 ] 29 . 0 5 . 0 1 %) 55 . 0 1 [( + ′ - ′ + =0.86 07 . 0 0

+ 4 M H = 08 . 0 0

] 32 . 0 5 . 0 5 . 6 %) 55 . 0 1 [( + ′ - ′ + =6.41 08 . 0 0 + 对于塑件型芯 1mm 、0.5mm 、6.5mm 的高度尺寸：

1 M h = 0 06 . 0 ] 24 . 0 5 . 0 1 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =1.21 0 06

. 0 - 2 M h = 0 07 . 0 ] 26 . 0 5 . 0 5 . 6 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =6.68 0 07

. 0 - 3 M h = 0 07 . 0 ] 29 . 0 5 . 0 5 . 0 %) 55 . 0 1 [( - ′ + ′ + =0.65 0 07

. 0 - 按平均收缩率法计算模具工作尺寸有一定得误差， 这是因为在上述公式中错误！ 未找到引用源。 和 x 系数取值凭经验确定，为保证塑件实际尺寸在规定的公差范围内，尤其是对于尺寸较大且收缩

率波动范围较大的塑件，需要对成形尺寸进行校核。其校核的条件是塑件成形尺寸公差应小于塑件 尺寸公差。

3.3成型零部件的设计和计算

经过初步计算，预选 A2-315′315-16-F1 模架。各板厚数值皆已有国标规定，其强 度足够。

型腔尺寸计算

（1）.板厚及侧壁厚计算

对于圆弧不规则型腔，采取近似为矩形整体式来计算板厚及侧壁厚。

a.按刚度条件计算侧壁厚：

S ≥（cpH1 4 /E[d ]） 1/3

式中 c—由H

1

/1决定的系数查表6.6，取c=0.93

p—型腔内熔体的压力，据注射机取p=100MPa

H1—承受熔体压力的侧壁高度，H1=10mm

E—钢的弹性模量，P C 的值为≤0.06-0.07

则S≥(0.93′100′2 4 /2.06′10 5′0.07) 1/3

=0.5

因此可取型腔之间的壁厚为2mm，其它侧壁厚均取＞７mm

b．按刚度条件计算型腔底板厚度：

h≥(c / pb 4 /E[d ]) 1/3

式中c / —由型腔边长比1/b决定的系数取值为0.0251

b—塑件短边长度为9mm，其它项同上

h≥(0.0251′100′9 4 /2.06′10 5′0.07)

=1.045mm

通过对定模型腔的侧壁厚和板厚的尺寸计算，故选取国标模架 A2-315′315-16-F1， 其导柱等标准件皆从模架中选取。

型腔尺寸

A.型腔径向尺寸

（Lm）d+

0 =[(1+S )L S-0.5′0.6] 2 . 0

+

=[(1+0.55%)*90-0.3] 2 . 0

+

= 90.185 2 . 0

+

B.型芯径向尺寸

（Lm） 0

a

- =[(1+S )L S+0.5′0.6] 0

2 . 0

-

=[（1+0.55%）*86+0.3] 0

2 . 0

- =86.773 0

2 . 0

-

(Lm′) 0

a

- =[(1+S )L S+0.5′0.28] 0

09

. 0

-

=[(1+0.55%)*20+0.5′0.28] 0

09

. 0

- =20.25 0

09

. 0

-

(Lm′′) 0

a

- =[(1+S )L S+0.5′0.22] 0

07

. 0

-

=[(1+0.55%)*13+0.5′0.22] 0

07

. 0

- =13.183 0

07

. 0

-

C.型腔深度尺寸

(H m)d+

0 =[(1+S )H S-0.5′0.22] 07 . 0

+

=[（1+0.55%）*12-0.11] 07 . 0

+

=11.956 07 . 0

+

D.型芯的深度尺寸

(h m) 0

w

- =[(1+S )h S+0.5′0.22] 0

07

. 0

-

=[(1+0.55%)*10+0.11] 0

07

. 0

- =10.165 0

07

. 0

-

(h m ′) 0

w

- =[(1+S )h S+0.5′0.2] 0

06

. 0

-

=[(1+0.55%)*6+0.1] 0

06

. 0

-

=6.133 0

06

. 0

-

(h m ′′) 0

w

- =[(1+S )h S+0.5′0.16] 0

05

. 0

- =[(1+0.55%)*2+0.08] 0

05

. 0

- =2.091 0

05

. 0

-

3.4脱模机构的设计

推出机构的要求：

1）设计推出机构是应尽量使塑件留于动模一侧

2）塑件在推出过程中不发生变形和损坏

3）不损坏塑件的外观质量

4）合模时应使推出机构城阙复位

5）推出机构应动作可靠

脱模机构采用推件板推出机构。 推件板推出机构是由一块与凸模按一定配合精度相 配合的模板和推杆所组成，随着推出机构开始工作，推杆推动推件板，推件板从塑料制 件的端面将其从型芯上推出，推出力的作用面积大而均匀，推出稳定，塑件没有推出的 痕迹。

3.5冷却与加热系统

温度是否适合、均一与稳定，对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件 的形状、外观和尺寸精度都有重要的影响，模具中设置温度调节系统的目的就是要通过 控制模具的温度， 使注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。 考虑由于ABS 塑料成型时要求模温在 60-80℃，在加上塑件精度不高，故不设置加热系统，只在型腔 板上设置两个通冷却水的冷却孔。一般水孔的直径可根据塑件的平均壁厚来确定，平均 壁厚为2mm是，水孔直径可取8-10mm。

冷却水回路设置的基本原则：

1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大

2）冷却水道离模具型腔表面的距离

3）水道出入口的布置

4）冷却水道应沿着塑料收缩方向设置

5）冷却水道的布置应避开塑件易产生熔接痕的部位

由于塑件的平均的壁厚为2mm ,所以设计直径为10mm 的 2条冷却水道。

3.6其他零部件的设计

垫块的设计

垫块的作用是支承动模成型部分并形成推出机构运动空间的零件。 其中相关尺寸根 据模架以及推出高度而定，取垫块的高度为63 mm GB/T12556.1——1990。

支承板的设计

支承板的作用是承受成型是塑料熔体对动模模型腔的作用力， 以防止型腔底部产生 过大的挠曲变形或防止主型芯脱出型芯固定板。 支承板需要有较高的平行度和必要的硬 度和强度。

支承板的厚度计算 3

1 ]} [ 3

2 5 { 4 d EB pbL h 3 式中 h ——— 支承板的厚度(mm) ；

p ——— 承受的注射压力(MPa) ；

L ——— 支承板跨度(mm) ；

b ——— 支承板受力的宽度(mm)；

E ——— 刚的弹性模量，取2.06×105Mpa ；

[δ] ——— 允许的变形量(mm) ；

mm

20 mm 0.005) 252 10 2.06 /(32 86 172 20 {5 h 3 5 4 ? ′ ′ ′ ′ ′ ′ ′ 3 由上面可知道支承板的厚度要≥20，所以支承板厚度取32mm

4 校核注射机有关工艺参数

4.1锁模力与注射压力

锁模力校核公式：

F≥Pm(nAs+Aj)

式中Pm—型腔压力，由资料查得材料 ABS的 Pm为30Mpa

As—塑件在分型面上的投影面积（cm 2 ）

Aj—浇注系统在分型面上的投影面积（cm 2 ）

N—为型腔数

F—注射机额定锁模力，按国标SZ-25/25型注射机额定锁模力为250KN

投影面积计算

A S=90′90cm 2 =8100mm 2

Aj=3.14′7.5*7.5mm 2 =176.6mm 2

代入上式：Pm(nAs+Aj)=30*（8100+176.6）/1000=248.298KN

由于F=250KN，所以满足条件

故：

选SZ-25/25型注射机

注射机有 SZ-25/25 关技术参数如下 ：

注射压力/Mpa 150

锁模力 /kN 250

最大开合模行程S /mm 160

模具最大厚度 /mm 160

模具最小厚度 /mm 130

喷嘴圆弧半径 /mm 10 喷嘴孔直径 /mm 3

4.2模具厚度H与注射机闭合高度

双分型面注射模，其开模行程按下式校核，

S≥H1+H2+a+(5~10)

式中 S—注射机行程

H1—脱模距离

H2—塑件高度+浇注系统高度

则：

H1+H2+a+(5~10)=12+12+65+10=99mm≤s=160 所以内容能够满足条件

结束语

模具行业是现今工业之母，是工业生产中不可缺少的一个重要环节，尤其是对我国 闻言更是格外的重要。在现代化工业中，模具仍将扮演着更加重要的角色。

本设计实际来看，几乎所有的注塑件都遵循这些原则。在做好注塑成型的准备工作 之后，接着介绍了模具设计的内容，冷流道注塑模具无外乎包括四大系统：浇注系统、 温度调节系统、顶出系统和机构系统。在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面 形状，确定浇口尺寸；温度调节系统说明了设计的一般步骤，确定冷却时间，计算体积 流量等；顶出系统着重说明了推杆的布置和结构。

通过这次塑料模具课程设计，让我们更多的了解有关塑料模具设计的基本知识，更 进一步掌握了一些关于塑料模具设计的步骤和方法，对塑料模有了一个更高的认识。这 对我们在今后的生产实践工作中无疑是个很好的帮助， 也间接性的为今后的工作经验有 了一定的积累。