仪表盖注射模具设计(有cad图)

仪表盖注射模具设计

摘要

注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。

本设计以目前最先进的三维高端软件Pro/e为核心，实现对仪表外壳的三维造型。通过对仪表外壳的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。在模具设计中，采用一模四腔的布局。并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用适合的标准模架及标准件，完成对仪表外壳的一套完整的模具设计方案。

另外，为得到合格的塑件制品，在模具加工前，在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟（CAE）分析，帮助分析潜在的问题，优化模具结构、工艺参数，以便及时修改制件和模具设计。结果表明，同传统的模具设计相比，CAE技术无论在提高生产率、保证产品质量，还是在降低成本、减轻劳动强度等方面，都具有很大优越性。

关键词：注射模具；三维造型；CAE分析

ABSTRACT

Injection mold is an important tooling for industry products ,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it’s production technology.

Based on the present advanced 3D software Pro/E , This paper realized the 3D modeling for the instrument shell, analyzed the process and material of instrumentr shell, choosed the proper injection machine ,and roughcast reasonable injection mold design scheme .In the design process ，it used the configuration of four cavity in one plate and architecture of there-plate mould base. And through designing the parting line , running gate system, modeling parts , ejection stripping mechanism , cooling system , choosing adaptive standard mould base and standard parts ,it finished the whole mold design scheme for the Micromotor shell。

In addition ,for getting the qualitative plastic products, before the molding the CAE analysis was been done ,this assist on analyzing the potential problem , optimizing mold structure, technological parameter, so that the mold design could be modified in time. Results proved that CAE technology have great benefits in the field of improving the production efficiency, ensuring the product quality , reducing the cost and the intensity of labor.

Keywords: Injection Mold; 3D Modeling; CAE Analysis

目录

摘要 (1)

引言 (1)

1 塑件分析 (2)

1.1 塑件结构分析 (2)

1.2 塑件材料分析 (2)

2 拟定模具结构形式 (4)

2.1 确定型腔数量及排列方式 (4)

2.2 结构形式的确定 (4)

3 塑件的相关计算及注塑机的选择 (7)

3.1 塑件的计算 (7)

3.2 注塑机的选择 (7)

3.3 注塑机的校核 (8)

4 分型面位置的确定 (9)

5 浇注系统形式和浇口的设计 (10)

5.1 主流道设计 (10)

5.2 分流道设计 (11)

5.3 浇口的设计 (13)

5.4 浇注系统的平衡 (14)

5.5 冷料穴的设计 (15)

5.6 拉料杆的设计 (15)

6 模架的确定 (16)

7 成型零件的设计 (19)

7.1 成型零件钢材选用 (20)

7.2 成型零件的结构设计 (21)

7.3 斜导柱抽芯机构设计 (23)

8 脱模推出机构的设计 (28)

8.1脱模推出机构的设计原则 (28)

8.2制品推出的基本方式 (28)

9 其它机构的设计 (29)

9.1排气系统的设计 (29)

9.2冷却系统的设计 (30)

10 开模动作过程 (31)

11 模具的试模与修模 (31)

11.1 粘着模腔 (31)

11.2 粘着模芯 (32)

11.3粘着主流道 (32)

11.4 成型缺陷 (32)

12 滑块加工工艺卡 (33)

总结 (35)

致谢 (36)

参考文献 (37)

附表一 (38)

附表二 (39)

引言

塑料工业是世界上增长最快的工业之一。自从1990年实现以纯粹化学合成方法生产塑料算起，塑料工业已有90年的历史。1927年聚氯酰胺，聚甲醛，ABS，聚碳酸酯，聚苯醚与氟塑料等工程塑料发展迅速，其速度超过聚乙烯，聚丙烯，聚氯乙烯与聚苯乙烯等四种通用塑料，使塑件在工业产品与生活用品方面获得广泛的应用，以塑料代替金属的实例，比比皆是。塑料有着一系列金属所不及的优点，诸如：重量轻，电气绝缘性好，易于造型，生产效率高与成本低廉等；但也有许多自身的缺欠，诸如：抗老化性，耐热性，抗静电性，耐燃性及比机械强度低于金属。但随着高分子合成技术，材料改性技术及成型工艺的进步，愈来愈多的具有优异性能的塑料高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。

本设计的仪表盖注射模，介绍了整个注射模的设计过程，实现了理论与实践相结合。不但丰富了自己的知识面，而且增加了专业经验，是大学生活中一笔很大的财富。

1 塑件分析

1.1 塑件结构分析

本次设计任务是塑料制品——仪表外壳，壁厚平均为2mm,其形状及其基本尺寸如图1-1所示。塑件有着，外观质量要求一般，表面粗糙度要求很低，因而要求成型情况良好。

塑料：ABS 生产纲领：大批量

图1-1 产品图

1.2 塑件材料分析

本次设计的制件根据实际使用考虑，其材料要求有较高的机械强度及抗拉、抗压性能要求制件表面光泽度好，化学性能稳定。ABS尺寸稳定、吸水率小，具有优良的弹性及耐冲击强度，着色性好。化学性能稳定。有较好的电气绝缘性能。

1.2.1成型特点

ABS成型收缩率小，无明显熔点，通常160℃以上可成型，250℃树脂开始变色，270℃以上开始分解（其中丁二烯橡胶成分最容易分解，导致制件抗冲击强度降低）。ABS的熔体流动性与注射温度和注射压力都有关系，其中注射压力稍比注射温度敏感，成型过程中可从注射压力如手，以降低其熔体粘度，提高充模性能。模具温度，注射速度对ABS的电镀性能，外观光泽度有较大的影响，在成型过程中，低注射速度为宜，对外观要求较高的制品模具温度取较高。ABS内应力检验以制品浸入煤油中2分钟不

出现裂纹为准或根据浸入冰醋酸溶液中是否发生开裂及其开裂的时间长短进行判断。

表1-1 热物理性能

密度(g/ cm3) 1.02—1．05 比热容(J·kg-1K-1) 1255—1674

导热系数(W·m-1·K-1×10-2) 13.8—31.2 线膨胀系数

(10-5K-1)

5.8—8.6

滞流温度(°C) 130

表1-2 力学性能

屈服强度（MPa）50 抗拉强度(MPa) 38

断裂伸长率(﹪) 35 拉伸弹性模量(GPa) 1.8 抗弯强度(MPa) 80 弯曲弹性模量(GPa) 1.4 抗压强度(MPa) 53 抗剪强度(MPa) 24

冲击韧度

(简支梁式)

无缺口261 布氏硬度9.7R121

缺口11

表1-3 电气性能

表面电阻率（Ω） 1.2×1013体积电阻率（Ω·m） 6.9×1014击穿电压（KV/mm）\ 介电常数（106Hz） 3.04

介电损耗角正切（106Hz）0.007 耐电弧性(s) 50—85

2 拟定模具结构形式

根据模具理论和现场工作的的经验，我们知道精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构，对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。

型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。

2.1 确定型腔数量及排列方式

在本设计中，由于塑件属于小型塑件，而且精度要求不是非常高，生产批量较大，因此本设计采用了一模四腔的结构方式，可以大大提高生产效率，降低生产成本。

考虑到模具成型零件和出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：

图2-1排样图

2.2 结构形式的确定

本设计的塑件外观质量要求较高，尺寸精度要求一般。因此我设计的模具的思路是采用多型腔单分型面，也就是一模四腔的形式（如图2-1），结构的构思是采用：塑料模具的上.下模由凹.凸模组成，（如图2-2，2-3）；，仪表外壳的内部形状主要是采

用小的镶件的形式。根据本塑件的结构和表面的质量要求，模具的分型面开模结构形式（如图2-6）。

在本设计中我主要是利用Pro-e平台的设计方法（如图2-6），来进行分模的模拟和结构的设计。

图2-2 凹模块图

图2-3 凸模块图

图2-6 pro-e分模

图2-7 一模四腔

3 塑件的相关计算及注塑机的选择

3.1 塑件的计算

如果采用传统的计算方法来计算仪表外壳，由于人为的测量误差和计算误差，只能得到大概的计算结果，计算结果不是很科学。所以本设计采用了Pro/e软件进行三维实体设计，其体积、质量等都可准确地自动计算出来，加快了模具的开发时间和减少了设计人员的劳动强度，是模具发展的趋势。表3－1是该软件自动生成的模型分析报告。

表3－1 模型分析报告

塑件质量属性体积㎝3质量g塑件在分型面上的投影面积mm2

仪表外壳（四件）38.72 (9.68×4)40.64(10.16×4) 14000

3.2 注塑机的选择

根据本模具的设计方案，初步选定注射机为浙江塑料机械厂生产的型号为SZ－300/160型卧式注塑机。其基本参数请见表3－2。

表3-2 注塑机的主要参数

理论注射容积(cm3) 300 螺杆直径(mm) 30

注射压力(MPa) 150 注射速率(g/s) 145

塑化能力(g/s) 82 螺杆转速(r/min) 14—180

450×450 锁模力(kN) 1600 拉杆内间距

(mm)

移模行程(mm) 380 模具最大厚度(mm) 450

模具最小厚度(mm) 250 锁模形式双曲肘

模具定位孔直径(mm) 160 喷嘴球半径(mm) 20

喷嘴口孔径(mm) 6 模板尺寸(mm)

3.3 注塑机的校核

3.3.1 注射量校核

最大注射量：Vmax＝Vα＝150×0.75＝112.5错误！未指定书签。㎝3

最小注射量：Vmin＝Vmax×0.25＝150×0.25＝37.5㎝3

实际注射量：38.72㎝3

最小注射量<实际注射量<最大注射量

3.3.2 最大注射压力校核

因为ABS的注射压力是60－100MPa，而SZ－60/40注塑机的压力为150 Mp显然注塑机的注射压力满足要求。

3.3.3 锁模力校核

塑料对模板的压力为：

F ＝A×P＝14000×10-6×406

＝560000N=560KN

F

＝1600KN >560KN 锁模力足够

锁

经过校核计算该注塑机的工艺参满足数要求

4 分型面位置的确定

如何确定分型面，需要考虑的因素比较复杂。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件的结构工艺性及精度、嵌件位置形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析比较，从几种方案中优选出较为合理的方案。选择分型面时一般应遵循以下几项原则：分型面应选在塑件外形最大截面处。

便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。

有利于保证塑件的精度要求。

满足塑件的外观质量要求。

便于模具加工制造。

对成型面积的影响。

对排气效果的影响。

对侧向抽芯的影响。

应有利于简化模具结构。

分型面的选择，应有利于型腔加工和脱模方便

根据我所设计的塑件的形状和加工的难易情况，我把分型面选择在仪表外壳边曲面上，这在各方面的原则都比较适合。具体的图形可以如图4-1所示：

图4-1 分型面

5 浇注系统形式和浇口的设计

5.1 主流道设计

5.1.1 流道衬套的设计

主流道尺寸主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸d应与所选注射机喷嘴尺寸相适应，要查阅所选

（注射机喷嘴直径）+(0.5～1)，一些具体参数参看塑注射机的使用说明书，即d= d

1

模设计教材及设计手册，在现场设计中应选用标准件。主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理，一般采用碳素工具钢如T8A、T10A等，热处理硬度为53~57HRC。主流道衬套和定位圈设计成整体式用于小型模具，中大型模具设计成分体式。常用浇口套分为有托浇口套和无托浇口套两种下图为前者，有托浇口套用于配装定位圈。浇口套的规格有Φ12，Φ16，Φ20等几种。由于注射机的喷嘴半径为20，所以浇口套的半径R=21

图5-1流道衬套示意图

主流道主要尺寸

+（0.5～1）

主流道小端 d d

1

主流道球面半径 SR 喷嘴球面半径+（1～2）

球面配合高度h 3～5

主流道锥角a 2°～6°

主流道长度L 尽量小于或等于60

主流道大端直径D D+2Ltg(α/2)

主流道大端倒圆角r D/8

根据主流道主要尺寸和SZ－300/160注射机的相关数据，主流道的设计如图5-2所示

图5-2 流道衬套结构图

因为采用的有托浇口套，所以用定位圈配合固定在模具的定模座板上。定位圈也是标准件，外径为Φ100mm，内径Φ35mm。具体固定形式如图5－3

图5－3主流道衬套固定形式图

5.2 分流道设计

在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能

小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。

5.2.1 分流道的形状及尺

为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸：

4

= ..................................................式1

D W L

0.2654

式中D―梯形大底边的宽度（mm）

W―塑件的重量（g）

L―分流道的长度（mm）

在应用式（式1）时应注意它的适用范围，即塑件厚度在3.2mm以下，重量小于200g，且计算结果在3.2－9.5mm范围内才合理。

本设计的塑料仪表外壳体积为38.72 cm3，质量40.64g，分流道的长度预计设计成70mm长，且有4个型腔。

4

D W L

==4.8939mm 取D=5mm

0.2654

分流道的截面图如下图所示：

图5-4

图 5-4 流道

5.2.2 分流道的表面粗糙度

由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.60μm左右就可以，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速度和剪切热。

5.2.3 分流道的布置形式

分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，

但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式，如（图5－5）：

图5－5 流道布置

5.3 浇口的设计

浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。

5.3.1 浇口的选用

在本设计中，我采用的是侧浇口，侧浇口是截面形状为矩形的浇口。一般开在分型面上，可按需要合理选择浇口的位置，尤其适用与一模多腔。

如图5-5所示，一般取B=1.5mm～5.0mm，厚h=0.5mm～2mm,（也可取塑件的1/3～2/3），长L=0.7mm～2mm。浇口的形式和尺寸如下：

图5-6浇口

5.3.2 浇口的位置

模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总

之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：

1.尽量缩短流动距离。

2.浇口应开设在塑件壁厚最大处。

3.必须尽量减少熔接痕。

4.应有利于型腔中气体排出。

5.考虑分子定向影响。

6.避免产生喷射和蠕动。

7.浇口处避免弯曲和受冲击载荷。

8.注意对外观质量的影响。

综合这八点原则，同时结合所测绘塑件的实物所留下的浇口印，可以确定浇口的位置如（图5－7）所示：

图5－7浇口位置图

我采用是一个仪表盖一个侧浇口的形式,这样可以保证塑料在充模时提高浇口的剪切速率,提高塑件的冲模质量。

5.4 浇注系统的平衡

对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡

式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。

5.4.1分流道平衡

对于本设计的四个型腔模具，为了达到各型腔同时充满的目的，可通过调整分流道的长度及截面面积，改变熔融塑料在各分流道中的流量，达到浇注平衡的目的。在多型腔非平衡分流道布置时，由于主流道到各型腔的分流道长度不同或各型腔所需填充流量不同，也可采用调整各浇口截面尺寸的方法，使熔融塑料同时充满各型腔。5.5 冷料穴的设计

在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10～25mm 的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1～1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。本模具中的冷料穴的具体位置和形状如（图5－8）中所示。

图5－8 冷料穴

5.6 拉料杆的设计

为了保证模具在分型面上分模时能把主流道上的凝料拉出，我在本设计中采用了主流道拉料杆，数量为一个，其结构如图5-9所示：