仪表外壳注塑模具设计和制作
仪表外壳注塑模具设计与制造
如图1所示塑件为某仪表外壳，材料为ABS，壁厚2mm，批量生产。分析塑件的工艺性能，设计其模具，编制模具零件的加工工艺。
图1 仪表外壳塑件图
1 塑件的工艺性分析
1．1 塑件的原材料分析
ABS为热塑性塑料，为非结晶性塑料。综合性能良好，冲击韧性、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。流动性中等，溢边值为0.04mm左右；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；成型时易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度≥250O C）。结论：该塑料有良好的工艺性能，适宜注射成型，成型前原料要干燥处理。
1．2 塑件的尺寸精度分析
此塑件上有三个尺寸有精度要求，分别是34
.00
66+、26
.00
46+、0
18.018-均为MT1~2级塑料件精度，
属于中等偏高级的精度等级，在模具设计与制造过程中要严格保证这三个尺寸精度的要求。其余尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按MT5级塑料件精度查取公差值。
1．3 塑件表面质量分析
该塑件是某仪表外壳，要求外表美观、无斑点、无熔接痕，表面粗糙度可取Ra1.6，而塑件内部没有较高的粗糙度要求。
1．4 塑件结构工艺性分析
此塑件外形为方形壳类零件，腔体为8mm 深，壁厚均为2mm ，总体尺寸不大不小，塑件成型性能良好；塑件上有一六边形凸台，要求成型后轮廓清晰，成型它的模具工作零件要用线切割成型，保证六边的尖角；塑件的两边各有一个对称的类三角形凸起标志，高0.2mm ，同样要求轮廓清晰，成型它的模具工作零件可用电火花成型加工，相应的要设计出它的电极。
2 成型设备的选择与模塑工艺参数的编制
2．1 计算塑件的体积
根据零件的三维模型，利用三维软件直接可查询到塑件的体积为：V1=9563.66mm 3，浇注系统的体积：V2=1551.52mm 3，一次注射所需的塑料总体积为：V=V1+V2=11115.18 mm 3。
2．2 计算塑件的质量
查手册取密度ρ=1.05×10-6kg/mm 3
塑件的质量：M1=V1×ρ=0.0117(kg)=11.7（g ）
2．3 选用注射机
根据塑件的形状，取一模一腔的模具结构，初步选取螺杆式注射成型机：HS120A V 。 2．4 塑件注射成型工艺参数
如表1所示，试模时，可根据实际情况作适当调整。模塑成型工艺卡如表2所示。
预热和干燥温度：80~85 O C
时间：2~3h
成型时间
注射时间：20~90
保压时间：0~5
冷却时间：20~120
总周期：50~220
料筒温度O C 后段：150~170
中段：165~180
前段：180~200
螺杆转速r/min 30
喷嘴温度O C 170~180
后处理方法：红外线烘箱温度O C：70~90 时间h：2~4
模具温度O C 50~80
注射压力MPa 60~100
表2 ABS 塑料的注射成型工艺参数
三门峡职业技术学院仪表壳注射工艺卡资料编号
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车间模具教研室材料牌号ABS 设备型号HS120A V 零件名称仪表外壳材料定额每模件数1件
装配图号单件质量10g 工装号
零件图号
材料
干燥设备岷山DB-2 温度O C 80~85
时间h 2~3
料筒温度后段O C 150~170 中段O C 165~180 前段O C 180~200 喷嘴O C 170~180
模具温度O C 50~80 时间注射S 20~90
保压S 0~5
冷却S 20~120 压力注射压力
MP
60~100
背压MP
后处理温度O C 烘箱：70 时间
定额辅助min
时间h 2~4 单件min
检验
编制校对审核组长车间主任检验组长
3 模具结构方案的确定
3．1 分型面的选择
分型面应选择在塑件截面最大处，尽量取在料流末端，利于气体的排出，保证塑件表面质量，该塑件的分型面如图2所示，去塑件的底，图3为型芯和型腔的分割简图。
图2 塑件的分型面图3 型芯和型腔的分割状态
3．2 型腔数量的确定及型腔的排列
该塑件采用一模一件注塑成型，型腔布置在模具的中间，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。
3．3 浇注系统的设计
浇口套主流道球面半径R与注射机喷嘴球面半径R0的关系为：R=R0+(1~2)=6+2=8mm；
浇口套主流道小端直径d与喷嘴出口直径d0的关系为：d=d0+0.5=3.5mm；流道为圆锥形，锥度取R=30;分流道取半圆形，半径为R=3mm，浇口采用侧浇口，从塑件的上端六边形孔处进料，如图4所示。
图4 浇注系统的设计
3．4 型芯和型腔结构的确定
考虑到加工的工艺性，型芯采用整体、直通式外形结构，如图5所示；型腔采用组合式结构，如图6所示。
图5 整体式型芯图6 组合式型腔
3．5 推出结构的设计
此模具的型芯在动模，开模后塑件包紧型芯留在动模一侧，根据塑件是壳类零件的特点，采用推件板推出结构推出塑件，这样推出平稳，有效保证了推出后塑件的质量，模具结构与比较简单。
3．6 标准模架的选择
标准模架一经选定，就可以到市场上购买到，拟用现行比较流行的FUTABA标准，根据上述分析，此模具是含推件板、大水口类型的，所有选用“FUTABA-SB 15×15 30 20 50”,其中参数的含义是：15×15——模架的长和宽分别为150mm和150mm；30——定模板（A板）厚30mm，20——动模板（B板）厚20mm，50——垫块（C板）厚50mm。图7所示为仪表壳注塑模具的装配图。
图7 仪表壳注塑模具装配图
4 成型零件工作尺寸的计算
将塑件的尺寸分为两类，一类是标注有公差的尺寸，也就是塑件上精度相对比较高、有配合要求的尺寸，在进行这一类尺寸计算时，即要考虑塑件的收缩量，又要考虑到模具在使用过程中的磨损，按照平均值计算方法计算出这一类成型零件的工作尺寸，这样可以有效地保证在整个模具寿命周期内产品的尺寸精度。这一类尺寸的计算如表3所示。
类型塑件上
的尺寸计算公式
制造公差
z
δ
收缩率Scp%
计算结果
型芯径向尺寸
34
.0
66+0)
75
.0
(
z
cp
S
S
M
S
L
L
L
δ-
?
+
*
+
=
=（66+66*0.006+0.75*0.34）z
δ：IT6级精度
019
.0
65
.
66
-
5 注射机有关工艺参数的校核
HS120A V注射机的主要参数如表5所示。
注射量的校核
如前所述，塑件与浇注系统的总体积为V=11115.18mm3=11.1cm3，远远小于注射机的公称注射量200cm3，符合要求。
模具闭合高度的校核
由图8装配图可知模具的闭合高度：H闭=185mm，最小装模高度Hmin=152mm，最大装模高度Hmax=380mm，能满足Hmin≤H闭≤Hmax的安装条件。
模具安装部分的校核
该模具的外形尺寸为：200×150，注射机模板最大安装尺寸为390×410，故能满足安装要求；模具定位圈的直径为Φ100=注射机定位孔直径Φ100，符合安装要求；浇口套的球面半径为R8>喷嘴孔直径Φ3，符合要求。
模具开模行程的校核
如图所示，模具的开模行程S模=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的高度+（5~10）=12+45+8=65，注射机的最大开模行程S=320>S模=65。
顶出部分的校核
模具上顶杆孔的直径为Φ50>注射机中心顶杆直径Φ25，注射机最大顶出距离为130>模具上所需要的最小顶出距离10mm。
经校核HS120A V注射机完全能满足该模具的使用要求。
图8 模具装配图
7 模具工程图及模具零件的制造工艺1、模具总装图
图9 模具装配剖视图A-A
图10 模具装配俯视图
图11 模具装配剖视图B-B
图12 模具装配图明细表2、型芯零件图及其工艺
图13 型芯零件图
材料：42CrMo 硬度：HRC28~32 表6 型芯的加工工艺过程 序号 工序名称 工序内容
1 备料 毛坯尺寸70×50×52
2 热处理 退火：HB180~220；调质：HRC28~32
3 铣削 铣六面到尺寸67.0×46.9×47.6
4
平面磨削
磨六面到尺寸0019.066-、0
016.028.46-到要求；尺寸
0016.005.43-+4.02±0.01到47.3
5
数控铣
边长为0
011.085.15-正六方台到要求； 钻中间015
.00
6+为φ5.7钻通；并铰孔到要求，铰孔深度为16；
铣分流道及浇口到要求；
工件翻面，钻中间φ7孔道要求，并钻4-M6底孔到要求； 切四角R6.04±0.01圆角到要求
6
钳加工
攻丝4-M6丝孔到要求； 打磨成型表面达图纸要求
图10-14 型腔板零件图
材料：42CrMo 硬度：HRC28~32（标准定模板已经调质） 序号
工序名称
工序内容
4、型腔入子零件图及其工艺
图15 型腔入子零件图
材料：42CrMo 硬度：HRC28~32
序号工序名称工序内容
1 备料毛坯尺寸60×45×20
2 热处理退火：HB180~220；调质：HRC28~32
3 铣削六面见光，厚度到18.8mm
4 平面磨削厚度到18.3mm
5 钳加工划线，中间钻穿孔丝φ4
6 线切割割中间φ16孔到要求；割外形到要求。
7 铣削铣2-18.1×3台阶到要求
8 钳工打磨达图纸要求
定模座板零件图及其工艺
图16 定模座板零件图
材料：45钢硬度：HRC20~24
表9 定模座板的加工工艺过程
序号工序名称工序内容
1 备料标准定模座板，已备好加工基准
2 数控铣铣中间Φ17.5孔及倒角到要求；钻、铰2-Φ8销孔到要求。
3 钳工与浇口套配作M6螺纹孔到要求；
与浇口套、定位圈配作2-M6螺纹孔到要求。
推件板零件图及其工艺
图17 推件板零件图
材料：45钢 硬度：HRC24~28 表10 推件板的加工工艺过程 序号 工序名称 工序内容
1 备料 标准推件板，已备好加工基准
2 钳加工 在制定位置钻穿丝孔
3 线切割 割06
.003.04.66++×05
.0025.028.46++内腔，周边留0.02研配余量 4
钳工
打磨线切割表面达图纸要求
动模板零件图及其工艺