计算器保护盖注塑模具的设计
计算器保护盖注塑模具的设计
引言:根据我国现在模具行业的现状，模具从业人员的专业素质，模具设计开发模拟软件国产的现状以及模具加工设备的现状我认为我国模具发展的趋势在于以下几个方面：提高从业人员的专业技能，这也是目前一些大型企业做得比较好的，他们会将表现好文化水平或说是专业的理论知识稍欠缺的工人送去学校进行培训或成立企业内部培训机构对这些工人进行培训来提高工人的素质，从而实现提高我国设计的模具的合理性和模具制造的精密度。积极研究开发符合中国人思维习惯的模具开发模拟软件，在这一块来说发展是必须的也是非常迫切的，因为目前模具企业所采用的基本都来自于国外公司开发的软件，这对中国的模具设计师来说或多或少会有不适应，因为在各种不同环境下成长的人会有思维习惯的差异。模具制造设备的发展必将趋于数字化智能化，我国自产设备在很多精密模具的加工中并达不到所要的精度要求，这是影响模具质量跟精度的因素中比较重要的一个，模具设计的再怎么好如果没有好的高精设备来加工他那也只能说图纸好而实际的模具并不达标。这些高度科技化的设备如果不能实现自主知识产权那对模具行业的影响是致命的，所以加快研究制造高科技的 设备是未来的一个趋势。通过阅读资料发现了对模具发展趋势总结更为全面也更加权威的说法，据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括10个方面：
(1) 模具日趋大型化；
(2) 模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5μm，现已达到2-3μm，1μm精度的模具也将上市；
(3) 多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高；
(4) 热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高；
(5) 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展；
(6) 标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本；
(7) 快速经济模具的前景十分广阔；
(8) 随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；
(9) 以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高；
(10) 模具技术含量将不断提高。
结合目前国内塑料模具的行业现状我认为存在的问题主要是：
(1) 发展不平衡，总体的水平较低；
(2) 工艺装备落后；
(3) 大多数的企业开发创新的能力差，整个行业比较循规蹈矩；
(4) 供需之间矛盾难以解决，低端的产品供过于求，高端模具则供不应求；
(5) 体制和人才问题表现突出要解决这个问题尚需时日。
2 产品成型工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本课题为计算器保护盖注塑模具设计，计算器保护盖的外形结构如下图2-1所示。设计计算器保护盖的注塑模具时遇到的问题：塑件内侧的滑槽不能直接脱模，需考虑到侧向分型抽芯的方式脱模；浇口位置的选择应不影响塑件的使用性能，初步设计采用矩形侧浇口形式。本塑件选用ABS材料，一模两件。
图2-1计算器保护盖
2．2 产品工艺分析
2.2.1 ABS塑件的性能
ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，它具有聚苯乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧度，聚丙烯腈的化学稳定性和表面硬度。ABS使用温度在-40℃~100℃范围内，抗拉强度可达35~50MPa，耐热，耐腐，耐油，耐磨，而且尺寸稳定，加工性能优良，适合于一般的机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电器外壳。
ABS塑料为淡黄色不透明非结晶塑料，密度为1.02~1.07g/cm3，ABS是无定型聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，在160~190℃范围具有充分的流动性，而且热稳定性较好，在285℃左右时才出现分解现象，因此具有较大的加工温度范围。ABS具有一定的吸湿性，含水量为0.3%~0.8%，成型时会在制件上产生斑痕，银丝，气泡等缺陷，所以在成型之前要进行干燥处理，在80~90℃下干燥2~3h便可以满足各种成型要求，使塑料具有更好的表面光泽并可改善内在质量。ABS具有较小的成型收缩率，收缩变化范围约在ε=0.3%~0.8%，弹性模量×105MPa，柏松比μ=0.4。
2.2.2 ABS成型工艺
ABS塑料最重要的成型方法是注塑。ABS塑料的注射工艺参数如下表：
表2-1 ABS塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/℃
螺杆式注塑机 直通式 190~200 前段 中段 后段
200~220 220~240 190~200
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
60~85 85~120 50~80 3~5
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~30 15~30 40~70 160~190
3 注塑工艺方案
3．1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在这一章中我们只做简要的叙述，做出初步的设计方案，具体详细设计依据及计算将在后面的章节进行论述。
(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) 确定脱模顶出机构；
(6) 确定合模导向机构；
(7) 排气系统分析；
(8) 温度调节系统分析；
(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
3．2 模具工艺方案
(1) 根据产品的技术和经济要求拟采用一模两腔结构；
(2) 分型面选在塑件的下表面上，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工；
(3) 浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为梯形，冷料穴采用Z字形拉料杆的冷料穴。浇口的设计采用矩形侧浇口形式；
(4) 根据塑件的结构特点，型腔设计在定模板之中；
(5) 推出机构采用推杆推出机构。
3．3 注射机的选择
为了生产出合格的塑料制件，在设计模具时，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。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上，通过注塑机的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闭和高度都应该通过校核。
3.3.1 装模空间的选择
由于本设计模具排版偏长导致模具比较大，所以在选择注塑机时优先考虑装模空间的问题。据估计本设计中模板会选择450×250mm的标准模板，动定模固定板的尺寸将达到450×315mm。所以注塑机的拉杆间距要能满足模具的装入对空间的要求。
3.3.2 注塑机型号的选择
根据以上对注塑机拉杆间距要求的分析初步选择注塑机的型号为：XS-ZY-500型卧式注塑机。注塑机的各项参数见下表3-1。
表3-1 XS-ZY-500型卧式注塑机主要技术参数
注塑机型号 XS-ZY-500
注射容量/ cm3 500
注射压力/MPa 145
锁模力/10kN 350
最大开模行程/mm 500
最大注射面积/ cm2 1000
最大模具厚度/mm 450
最小模具厚度/mm 300
定位孔直径/mm 150
喷嘴球半径/mm 18
喷嘴孔直径/mm 3
注塑机拉杆空间/mm 540x440
对注射机注射工艺参数校核如下：
(1) 锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，其大小等于制件与浇注系统在分型面上垂直投影之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机额定的锁模力F，否则注射成型时会因锁模力不够发生溢料现象。锁模力F应满足：
引言:根据我国现在模具行业的现状，模具从业人员的专业素质，模具设计开发模拟软件国产的现状以及模具加工设备的现状我认为我国模具发展的趋势在于以下几个方面：提高从业人员的专业技能，这也是目前一些大型企业做得比较好的，他们会将表现好文化水平或说是专业的理论知识稍欠缺的工人送去学校进行培训或成立企业内部培训机构对这些工人进行培训来提高工人的素质，从而实现提高我国设计的模具的合理性和模具制造的精密度。积极研究开发符合中国人思维习惯的模具开发模拟软件，在这一块来说发展是必须的也是非常迫切的，因为目前模具企业所采用的基本都来自于国外公司开发的软件，这对中国的模具设计师来说或多或少会有不适应，因为在各种不同环境下成长的人会有思维习惯的差异。模具制造设备的发展必将趋于数字化智能化，我国自产设备在很多精密模具的加工中并达不到所要的精度要求，这是影响模具质量跟精度的因素中比较重要的一个，模具设计的再怎么好如果没有好的高精设备来加工他那也只能说图纸好而实际的模具并不达标。这些高度科技化的设备如果不能实现自主知识产权那对模具行业的影响是致命的，所以加快研究制造高科技的 设备是未来的一个趋势。通过阅读资料发现了对模具发展趋势总结更为全面也更加权威的说法，据业内人士分析，未来我国模具发展趋势包括10个方面：
(1) 模具日趋大型化；
(2) 模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5μm，现已达到2-3μm，1μm精度的模具也将上市；
(3) 多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高；
(4) 热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高；
(5) 随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展；
(6) 标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本；
(7) 快速经济模具的前景十分广阔；
(8) 随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；
(9) 以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高；
(10) 模具技术含量将不断提高。
结合目前国内塑料模具的行业现状我认为存在的问题主要是：
(1) 发展不平衡，总体的水平较低；
(2) 工艺装备落后；
(3) 大多数的企业开发创新的能力差，整个行业比较循规蹈矩；
(4) 供需之间矛盾难以解决，低端的产品供过于求，高端模具则供不应求；
(5) 体制和人才问题表现突出要解决这个问题尚需时日。
2 产品成型工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本课题为计算器保护盖注塑模具设计，计算器保护盖的外形结构如下图2-1所示。设计计算器保护盖的注塑模具时遇到的问题：塑件内侧的滑槽不能直接脱模，需考虑到侧向分型抽芯的方式脱模；浇口位置的选择应不影响塑件的使用性能，初步设计采用矩形侧浇口形式。本塑件选用ABS材料，一模两件。
图2-1计算器保护盖
2．2 产品工艺分析
2.2.1 ABS塑件的性能
ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，它具有聚苯乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧度，聚丙烯腈的化学稳定性和表面硬度。ABS使用温度在-40℃~100℃范围内，抗拉强度可达35~50MPa，耐热，耐腐，耐油，耐磨，而且尺寸稳定，加工性能优良，适合于一般的机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电器外壳。
ABS塑料为淡黄色不透明非结晶塑料，密度为1.02~1.07g/cm3，ABS是无定型聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，在160~190℃范围具有充分的流动性，而且热稳定性较好，在285℃左右时才出现分解现象，因此具有较大的加工温度范围。ABS具有一定的吸湿性，含水量为0.3%~0.8%，成型时会在制件上产生斑痕，银丝，气泡等缺陷，所以在成型之前要进行干燥处理，在80~90℃下干燥2~3h便可以满足各种成型要求，使塑料具有更好的表面光泽并可改善内在质量。ABS具有较小的成型收缩率，收缩变化范围约在ε=0.3%~0.8%，弹性模量×105MPa，柏松比μ=0.4。
2.2.2 ABS成型工艺
ABS塑料最重要的成型方法是注塑。ABS塑料的注射工艺参数如下表：
表2-1 ABS塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/℃
螺杆式注塑机 直通式 190~200 前段 中段 后段
200~220 220~240 190~200
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
60~85 85~120 50~80 3~5
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~30 15~30 40~70 160~190
3 注塑工艺方案
3．1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在这一章中我们只做简要的叙述，做出初步的设计方案，具体详细设计依据及计算将在后面的章节进行论述。
(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) 确定脱模顶出机构；
(6) 确定合模导向机构；
(7) 排气系统分析；
(8) 温度调节系统分析；
(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
3．2 模具工艺方案
(1) 根据产品的技术和经济要求拟采用一模两腔结构；
(2) 分型面选在塑件的下表面上，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工；
(3) 浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为梯形，冷料穴采用Z字形拉料杆的冷料穴。浇口的设计采用矩形侧浇口形式；
(4) 根据塑件的结构特点，型腔设计在定模板之中；
(5) 推出机构采用推杆推出机构。
3．3 注射机的选择
为了生产出合格的塑料制件，在设计模具时，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。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上，通过注塑机的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闭和高度都应该通过校核。
3.3.1 装模空间的选择
由于本设计模具排版偏长导致模具比较大，所以在选择注塑机时优先考虑装模空间的问题。据估计本设计中模板会选择450×250mm的标准模板，动定模固定板的尺寸将达到450×315mm。所以注塑机的拉杆间距要能满足模具的装入对空间的要求。
3.3.2 注塑机型号的选择
根据以上对注塑机拉杆间距要求的分析初步选择注塑机的型号为：XS-ZY-500型卧式注塑机。注塑机的各项参数见下表3-1。
表3-1 XS-ZY-500型卧式注塑机主要技术参数
注塑机型号 XS-ZY-500
注射容量/ cm3 500
注射压力/MPa 145
锁模力/10kN 350
最大开模行程/mm 500
最大注射面积/ cm2 1000
最大模具厚度/mm 450
最小模具厚度/mm 300
定位孔直径/mm 150
喷嘴球半径/mm 18
喷嘴孔直径/mm 3
注塑机拉杆空间/mm 540x440
对注射机注射工艺参数校核如下：
(1) 锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，其大小等于制件与浇注系统在分型面上垂直投影之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机额定的锁模力F，否则注射成型时会因锁模力不够发生溢料现象。锁模力F应满足：
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