塑料仪表调节钮成型模具设计
塑料仪表调节钮成型模具设计
1 引言
模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十六”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。 模具是现代工业生产中必需的关键工艺设备，在国际上被称为“工业之母”。随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在汽车、航空航天、电子、建材、通讯等领域内的广泛应用，对塑料模具设计和制造技术的要求也越来越高，传统的塑料模具设计及制造技术已经无法适应当今的要求。塑料模具设计及制造技术包括塑料产品的造型设计与外形的快速反求、模具的结构设计及分析、模具的数控加工、抛光、装配、试模和快速成形制造等环节。传统的模具设计，主要为二维和经验设计，单使用二维工程图纸已经很难正确和详尽地表达产品的形状和结构，且无法直接应用于数控加工，设计加工过程中分析、计算周期长，准确性差。随着计算机技术和软件开发技术水平提高，以上各个环节大都采用了先进的CAD/CAM设计与制造技术，使当前模具设计及制造技术呈现出新的特征，大大提高模具的制造效率和质量。这对提高新产品开发速度作用十分突出。
本次设计课题是“塑料仪表调节钮成型模具设计”，本课题来源于汽车零部件的生产实践，是用于车内空调的调节钮。在设计中除使用传统方法外，还采用CAD、UG等技术，运用office等软件以此减轻工作强度，提高工作效率。
通过对生产技术及工艺装备进行设计、研究并编写了此说明书。说明书详细介绍了调节钮成型模具的结构设计及相关工艺。在该注塑模设计中，对成型零件的设计、合模导向机构的设计、侧抽芯机构和型芯的设计、推出机构的设计等内容均作了比较详细的说明。
2 产品结构性能及工艺分析
2. 1 塑件结构设计与分析
本次毕业设计课题是“塑料仪表调节钮成型模具设计”，产品的三维造型(如图2-1)如下图所示:
2. 2 塑件材料
根据对塑件的主要用途、基本性能及经济性进行分析，该塑件采用丙烯腈丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）材料。选用的ABS种类：ABS PA-777E 耐热级 台湾奇美 10600元/吨，性能如下表：
ABS综合性能见表2-1
性能项目 测试数据 数据单位
熔体流动速率 21 g/10min
成型收缩率 0.4-0.7 %
洛氏硬度 106 R
拉伸强度 370 Kg/cm²
弯曲强度 600 Kg/cm²
热变形温度 80（176） ℃（℉）
维卡软化点 95（203）
燃烧性 HB CLASS
密度 1.04 g/cm3
ABS主要优点有：优良的综合性能，极好的冲击强度、尺寸稳定性、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、散热性。成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、酸和碱类，不溶于大不稳醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
3 工艺方案及设计步骤
3. 1 设计目标
该塑件用来调节空调，质量为7.5g,年生产量为20万件，模具寿命为30万件。塑件精度要求一般，根据标准SJ1372-78，采用四级。
3. 2 成型工艺方案
塑料的成型工艺主要有注塑成型、挤出成型﹑压缩成型等。该塑件制造总产量为20万件，年产量为20万件，单件产品重量为7.5g。由于该塑件应用较为广泛，采用一模二腔。这就需要设计出高寿命的模具，这样才能达到生产要求。
根据产品的材料﹑精度要求和生产效率拟采用注塑成型。注塑成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注塑模成型。所以根据制件的材料选择该产品的加工方法为注塑成型，对此要选择合适的注射机来实现该产品的制造。
3. 3 注射成型机的选择
注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机的动模板和定模板上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态，这就需要校核该模具所需要的锁模力是否在注塑机允许范围内；另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过校核。
根据粗略计算，参照JN128型注射机，主要技术参数如表3.1。
表3.1 JN128型注射机主要技术参数
注塑压力/Mpa 最大注射面积/㎝² 最大开合模行程/mm 锁模力
KN 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 机床工作台面尺寸/mm×mm 顶出行程 mm
185 130 180 500 360 145 335×430 130
下面从注射量、注射压力和锁模力三个方面对该型注塑机进行初步校核，以验证该注塑机能否满足制品成型的要求。
（1）注射量的校核：注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量。但是，注射机的公称最大注射量，通常是用聚苯乙烯标定的。所以在使用其它塑料时，柱塞式注射机的公称注射量应根据塑料的密度进行转换。一般，注射机注射量的利用率为20%～85%。所以，选择的注射机，其注射量应满足下式要求，即
W机≥W塑件/0.8
式中 W机——注射机注射塑料的最大质量，单位为g；
W塑件——塑件质量（包括浇注系统），单位为g；
本塑件的质量为7.5g，浇注系统凝料质量约为2g，拟采用一模二腔，所以m = 7.5×2+2 = 17g ≤100× 80%=80g，所以该注塑机能满足制品成型的要求。
（2）注射压力与锁模力的校核
注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。只有在注射机额定的注射压力内才能调出某一制件所需要的注射压力，因此注射机的最大注射压力要大于该制件所要求的注射压力。
型腔内熔料的压力p：
p = 80%p注
式中 p注——塑料的注射压力，可从资料中查得。
从资料中查得p注＝60～100MPa，所以p = 80%×100 = 80MPa≤122MPa。
（3) 锁模力的校核
当高压的熔料进入并充满型腔时，将产生一个很大的推力F推，该推力应小于注射机额定的锁模力F锁，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现
象。
锁模力F锁 ：
F锁≥ F= pA
式中 F推——型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力，N；
A——塑件与浇注系统在分型面上的投影面积，mm2。
本塑件与浇注系统在分型面上的最大投影面积约为1500mm2，所以F推=
80×1500 = 120000N =120KN≤500KN
所以该注射机能满足制品成型的要求，适用于本次注塑模具设计。
3. 4 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。
1.确定型腔的数目；
2.选定分型面；
3.确定浇注系统；
4.确定成型零部件；
5.确定合模导向机构；
6. 选择侧向分型机构；
7. 确定脱模顶出机构；
8. 温度调节系统分析；
9. 排气系统分析；
10.绘制模具结构草图，选取标准模架。
另外，使用UG软件还可以将三维图形转化为二维图形，为二维图的绘制提供了很大的方便，也减少了一定的工作量。因此在这次毕业设计中准备采用AutoCAD和UG两套软件进行注塑模具的辅助设计。
4 模具设计工艺方案
4. 1 型腔数目的确定及分型面选择
4.1.1 型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据制件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、所选注射机能力、模具制造成本等因素综合考虑。根据该制件的外形（30.5mm×25mm×31.5mm）比较小，且四侧需侧抽芯，单边抽芯距约为5mm,根据滑块长度约为侧抽芯距离的三倍设计原则，长度方向模板尺寸至少需要15mm，再加上导向机构的设置，长度方向选用40mm较为合适。因此，若采用一模二腔，初步选用模板的外形尺寸为125mm×160mm。
4.1.2 分型面的选择
分型面的形式主要有：水平分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面及瓣合分型面等几种。分型面设计总体原则:开设在有利于脱模的制件最大轮廓处；应尽可能使制件留在动模一侧；有利于确保制件的形状及尺寸精度；满足制件外观质量要求；有利于模具的锁紧和保证壁厚均匀；应有利于模具的排气；应有利于模具的加工制造。本课题分型面选择在塑件断面尺寸最大的部分所在平面，这样选择不影响产品的外观，有利于制品的脱模，排气效果较好，对模具的加工也较为方便。因塑件不对称，成型压力会使型芯与型腔偏移，侧向压力会使导柱导向过早失去对合精度，采用导柱定位，提高模具的刚性。根据分型面设计原则结合本塑件特点，本模具采用的分型面如图4-1所示。
1 引言
模具工业已被我国正式确定为基础产业，并在“十六”中列为重点扶持产业。由于新技术、新材料、新工艺的不断发展，促使模具技术不断进步，对人才的知识、能力、素质的要求也在不断提高。 模具是现代工业生产中必需的关键工艺设备，在国际上被称为“工业之母”。随着塑料工业的迅速发展，以及塑料制品在汽车、航空航天、电子、建材、通讯等领域内的广泛应用，对塑料模具设计和制造技术的要求也越来越高，传统的塑料模具设计及制造技术已经无法适应当今的要求。塑料模具设计及制造技术包括塑料产品的造型设计与外形的快速反求、模具的结构设计及分析、模具的数控加工、抛光、装配、试模和快速成形制造等环节。传统的模具设计，主要为二维和经验设计，单使用二维工程图纸已经很难正确和详尽地表达产品的形状和结构，且无法直接应用于数控加工，设计加工过程中分析、计算周期长，准确性差。随着计算机技术和软件开发技术水平提高，以上各个环节大都采用了先进的CAD/CAM设计与制造技术，使当前模具设计及制造技术呈现出新的特征，大大提高模具的制造效率和质量。这对提高新产品开发速度作用十分突出。
本次设计课题是“塑料仪表调节钮成型模具设计”，本课题来源于汽车零部件的生产实践，是用于车内空调的调节钮。在设计中除使用传统方法外，还采用CAD、UG等技术，运用office等软件以此减轻工作强度，提高工作效率。
通过对生产技术及工艺装备进行设计、研究并编写了此说明书。说明书详细介绍了调节钮成型模具的结构设计及相关工艺。在该注塑模设计中，对成型零件的设计、合模导向机构的设计、侧抽芯机构和型芯的设计、推出机构的设计等内容均作了比较详细的说明。
2 产品结构性能及工艺分析
2. 1 塑件结构设计与分析
本次毕业设计课题是“塑料仪表调节钮成型模具设计”，产品的三维造型(如图2-1)如下图所示:
2. 2 塑件材料
根据对塑件的主要用途、基本性能及经济性进行分析，该塑件采用丙烯腈丁二烯—苯乙烯共聚物（ABS）材料。选用的ABS种类：ABS PA-777E 耐热级 台湾奇美 10600元/吨，性能如下表：
ABS综合性能见表2-1
性能项目 测试数据 数据单位
熔体流动速率 21 g/10min
成型收缩率 0.4-0.7 %
洛氏硬度 106 R
拉伸强度 370 Kg/cm²
弯曲强度 600 Kg/cm²
热变形温度 80（176） ℃（℉）
维卡软化点 95（203）
燃烧性 HB CLASS
密度 1.04 g/cm3
ABS主要优点有：优良的综合性能，极好的冲击强度、尺寸稳定性、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性、散热性。成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、酸和碱类，不溶于大不稳醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
3 工艺方案及设计步骤
3. 1 设计目标
该塑件用来调节空调，质量为7.5g,年生产量为20万件，模具寿命为30万件。塑件精度要求一般，根据标准SJ1372-78，采用四级。
3. 2 成型工艺方案
塑料的成型工艺主要有注塑成型、挤出成型﹑压缩成型等。该塑件制造总产量为20万件，年产量为20万件，单件产品重量为7.5g。由于该塑件应用较为广泛，采用一模二腔。这就需要设计出高寿命的模具，这样才能达到生产要求。
根据产品的材料﹑精度要求和生产效率拟采用注塑成型。注塑成型是热塑性塑料成型的一种方法，几乎所有热塑性塑料都可以用这种方法成型，某些热固性塑料也可以用注塑模成型。所以根据制件的材料选择该产品的加工方法为注塑成型，对此要选择合适的注射机来实现该产品的制造。
3. 3 注射成型机的选择
注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机的动模板和定模板上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态，这就需要校核该模具所需要的锁模力是否在注塑机允许范围内；另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过校核。
根据粗略计算，参照JN128型注射机，主要技术参数如表3.1。
表3.1 JN128型注射机主要技术参数
注塑压力/Mpa 最大注射面积/㎝² 最大开合模行程/mm 锁模力
KN 最大模具厚度/mm 最小模具厚度/mm 机床工作台面尺寸/mm×mm 顶出行程 mm
185 130 180 500 360 145 335×430 130
下面从注射量、注射压力和锁模力三个方面对该型注塑机进行初步校核，以验证该注塑机能否满足制品成型的要求。
（1）注射量的校核：注射量是注射机每次注射塑料的最大体积或质量。但是，注射机的公称最大注射量，通常是用聚苯乙烯标定的。所以在使用其它塑料时，柱塞式注射机的公称注射量应根据塑料的密度进行转换。一般，注射机注射量的利用率为20%～85%。所以，选择的注射机，其注射量应满足下式要求，即
W机≥W塑件/0.8
式中 W机——注射机注射塑料的最大质量，单位为g；
W塑件——塑件质量（包括浇注系统），单位为g；
本塑件的质量为7.5g，浇注系统凝料质量约为2g，拟采用一模二腔，所以m = 7.5×2+2 = 17g ≤100× 80%=80g，所以该注塑机能满足制品成型的要求。
（2）注射压力与锁模力的校核
注射压力的校核是校验注射机的最大注射压力能否满足制品成型的需要。只有在注射机额定的注射压力内才能调出某一制件所需要的注射压力，因此注射机的最大注射压力要大于该制件所要求的注射压力。
型腔内熔料的压力p：
p = 80%p注
式中 p注——塑料的注射压力，可从资料中查得。
从资料中查得p注＝60～100MPa，所以p = 80%×100 = 80MPa≤122MPa。
（3) 锁模力的校核
当高压的熔料进入并充满型腔时，将产生一个很大的推力F推，该推力应小于注射机额定的锁模力F锁，否则在注射成型时会因锁模不紧而发生溢边跑料现
象。
锁模力F锁 ：
F锁≥ F= pA
式中 F推——型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力，N；
A——塑件与浇注系统在分型面上的投影面积，mm2。
本塑件与浇注系统在分型面上的最大投影面积约为1500mm2，所以F推=
80×1500 = 120000N =120KN≤500KN
所以该注射机能满足制品成型的要求，适用于本次注塑模具设计。
3. 4 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。
1.确定型腔的数目；
2.选定分型面；
3.确定浇注系统；
4.确定成型零部件；
5.确定合模导向机构；
6. 选择侧向分型机构；
7. 确定脱模顶出机构；
8. 温度调节系统分析；
9. 排气系统分析；
10.绘制模具结构草图，选取标准模架。
另外，使用UG软件还可以将三维图形转化为二维图形，为二维图的绘制提供了很大的方便，也减少了一定的工作量。因此在这次毕业设计中准备采用AutoCAD和UG两套软件进行注塑模具的辅助设计。
4 模具设计工艺方案
4. 1 型腔数目的确定及分型面选择
4.1.1 型腔数目的确定
型腔数目的确定，应根据制件的几何形状及尺寸、质量要求、批量大小、交货期长短、所选注射机能力、模具制造成本等因素综合考虑。根据该制件的外形（30.5mm×25mm×31.5mm）比较小，且四侧需侧抽芯，单边抽芯距约为5mm,根据滑块长度约为侧抽芯距离的三倍设计原则，长度方向模板尺寸至少需要15mm，再加上导向机构的设置，长度方向选用40mm较为合适。因此，若采用一模二腔，初步选用模板的外形尺寸为125mm×160mm。
4.1.2 分型面的选择
分型面的形式主要有：水平分型面、倾斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面及瓣合分型面等几种。分型面设计总体原则:开设在有利于脱模的制件最大轮廓处；应尽可能使制件留在动模一侧；有利于确保制件的形状及尺寸精度；满足制件外观质量要求；有利于模具的锁紧和保证壁厚均匀；应有利于模具的排气；应有利于模具的加工制造。本课题分型面选择在塑件断面尺寸最大的部分所在平面，这样选择不影响产品的外观，有利于制品的脱模，排气效果较好，对模具的加工也较为方便。因塑件不对称，成型压力会使型芯与型腔偏移，侧向压力会使导柱导向过早失去对合精度，采用导柱定位，提高模具的刚性。根据分型面设计原则结合本塑件特点，本模具采用的分型面如图4-1所示。
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