显示器前盖注塑模具设计

显示器前盖注塑模具设计

一摘要

模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。如模具的CAD/CAM技术，模具的激光快速成型技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术。本设计介绍了塑料注射模具的设计与制造方法。该注射模采用了1模1腔的结构。

关键词：塑料；注射模具；设计

First Abstract

The die making technology rapidly expand, has become the modern technique of manufacture the important component. If mold's CAD/CAM technology, mold's laser fast formation technology, mold's precise form technology, mold's ultra precision sizing technology. This design introduced the plastic injects mold's design and the manufacture method. This injection mold has used 1 mold 1 cavity structures.

Key word: Plastic；injection mold；design

二塑件的工艺分析

2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征

该塑件材料选用ABS（丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物）。

用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等），收音机壳，电话手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等），打字机键盘，娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。

比重:1.05克/立方厘米

燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味

溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用

特点：

1、综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。

5、用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.

6、同PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。

成型特性：

1.无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2.宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。

ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在ABS工程塑料的工艺已经很成熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。)

成型加工和机械加工较好。ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。

ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，有良好的加工性和染色性能。

ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm3。ABS 有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70oC左右，热变形温度为93oC左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量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。

ABS主要技术指标：

表1-1 热物理性能

表1-2 力学性能

表1-3 电气性能

2.2分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸中等，整体结构较简单.多数都为曲面特征。除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5级。

2.3工艺性分析

为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面处，浇口横向开设在模具的型腔处，从塑料件侧面进料，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。

塑件的工艺参数：

干燥条件：80-90℃ 2小时

成型收缩率:0.4-0.7%

模具温度：25-70℃（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）

融化温度：210-280℃（建议温度：245℃）

成型温度：200-240℃

注射速度：中高速度

注射压力：500-1000bar

三初步确定型腔数目

3.1初步确定型腔数目

根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道衬套的轴线平行。这里拟采用第一种方式，1模1件的结构。

四注射机的选择

4.1 塑件体积的计算

塑件：

零件塑件的体积V=64.8cm3

浇注系统的体积：V2=13.8cm3

塑件与浇注系统的总体积为V=64.8+13.8=78.6cm3 4.2计算塑件的质量：查手册取密度ρ=1.05g/cm3

塑件体积：V=64.8cm 3

塑件质量：根据有关手册查得：ρ=1.05g/cm 3 所以，塑件的重量为：

M=V ×ρ=64.8cm 3×1.05=68.04g

4.3按注射机的最大注射量确定型腔数目

根据 1

p km m n k

-≤ （4-1）

得 1

p nm m m k

+≥

(4-2) k -注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8; p m -注射机最大注射量，cm з或g;

1m -浇注系统凝料量，cm з或g ； m -单个塑件体积或质量，cm з或g ；

根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用1模1腔

4.3计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下

图4.1 浇注系统示意图

根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积V2=13.8cm3

4.4注塑机的选择

注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:

（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；

（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。

此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。

注塑机基本参数

注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.

查国产注射机主要技术参数表取CJ150NC,主要技术参数如下。

表3-5 国产注射机CJ150NC技术参数表

五浇注系统的设计

浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置

应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内气体的排出。

5.1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处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用型号注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm ； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm ； 根据模具主流道与喷嘴的关系

()()00120.51R R mm d d mm

=+=+

取主流道球面半径：R=11mm ； 取主流道小端直径：d=4.5mm

为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为26 ，此

处选用3°，经换算得主流道大端直径为9.36MM 。

图5.1 主流道示意图

5.2 分流道的设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1所示。

表4-1流道断面尺寸推荐值

塑料名称分流道断面直径

mm 塑料名称分流道断面直径

mm

ABS ，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10

聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚

3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13

分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失，

希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为7mm 。

分流道选用圆形截面：直径D=7

图5.2 分流道示意图

5.3分型面的选择设计原则

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

一、分型面的形式

该塑件的模具只有一个分型面，垂直分型。

二、分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、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。

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

①分型面应选在塑件外形最大轮廓处

②确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模

③保证塑件的精度

④满足塑件的外观质量要求

⑤便于模具制造加工

⑥注意对在型面积的影响

⑦对排气效果

⑧对侧抽芯的影响

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

其分型面如图5.3.1

图5 .3 .1 分型面示意图

5.4浇口的设计

根据浇口的位置选择要求，尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷，浇口应开设在塑件壁厚处等要求。采用扇形浇口可以保持产品外观精度。本设计采用边缘浇口，边缘浇口（又名为标准浇口、侧浇口）该浇口相对于分流道来说断面尺寸较小，属于小浇口的一种。边缘浇口一般开在分型面上，具有矩形或近矩形的断面形状，其优点是浇口便于机械加工，易保证加工精度，而且试模时浇口的尺寸容易修整，适用于各种塑料品种，其最大特点是可以分别调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间。

该模具采用侧浇口，其有以下特性:

①形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；

②试模时如发现不当，容易及时修改；

③能相对独立地控制填充速度及封闭时间；

④对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。

浇口设计如图5.3

图5.3 浇口示意图

5.5冷料穴的设计

在主流道对面采用冷料井底部带推料杆的冷料井，推杆为带Z型头拉料钩，其侧凹可以将主流道凝料钩住，分模时即可将凝料从主流道中拉出。拉料杆的根部固定在推出板上，在推出制件时，冷料也一同被推出，取产品时向拉料钩的侧向稍许移动，即可脱钩将制件连同浇注系统凝料一道取下。

由文献资料[11]，其结构尺寸如下：

Z头高3/4d，其中

d=D+（0.5～1）（3-3）则d=7+（0.5～1）=8mm，

Z头底部自分流道距离为5/4d，如下图所示：

图5.5 冷料穴示意图

六确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计6.1成型零件结构设计

ABS塑料的收缩率是0.3%--0.8%

平均收缩率: Q

平

=（0.3%--0.8%）/2=0.55%

型腔内径：

3

4

D D DQδ+

=+-?

平

模

（） =242.41MM

型腔深度：

2

3

H HQδ+

=+-?

平

模

（H） =15.15MM

型芯外径： 3

4d dQ δ=++?-平模（d ） =238.37MM

型芯深度： 2

3

h hQ δ=++?-平模（h ） =13.13MM

D -模型腔径向尺寸（mm ）;

D - 塑件外形基本尺寸（mm ）;

Q 平-塑件平均收缩率；

?-塑件公差

δ-成形零件制造公差，一般取1/4—1/6?；

d-塑件内形基本尺寸（ mm）;

-型芯径向尺寸（mm）;

d

模

-型腔深度（mm）；

H

模

H-塑件高度（mm）

-型芯高度（mm）；

h

模

h-塑件孔深基本尺寸（mm）；

型腔：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

型芯：钢材选用P20，使用数控精雕及电火花加工成型

七模架的选择

注塑模模架国家标准有两个，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技术条件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架，型号为：CI-3545-A70-B80-C100。

图6.1 模架模型图

八导向机构的设计

导向机构的作用：1）定位作用；2）导向作用；3）承受一定的侧向压力

8.1导柱的设计

8.1.1长度导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出8—12 cm，以免出

现导柱末导正方向而型芯先进入型腔的情况。

8.1.2形状导柱前端应做成锥台形，以使导柱能顺利地进入导向孔。

8.1.3材料导柱应具有硬而耐磨的表面和坚韧而不易折断的内芯，因此多采用

20钢（经表面渗碳淬火处理），硬度为50—55HRC。

8.2导套的结构设计

8.2.1材料用与导柱相同的材料制造导套，其硬度应略低与导柱硬度，这样可

以减轻磨损，一防止导柱或导套拉毛。

8.2.2形状为使导柱顺利进入导套，导套的前端应倒圆角。导向孔作成通孔，

以利于排出孔内的空气。

8.3推出机构的设计

注塑模中的脱模机构可以在注塑的每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动的脱出模外。推杆脱模机构在生产实际中应用广泛，是脱模机构的典型型式，它一般包括推杆、拉料杆、复位杆、推杆固定板等组成，当开模到一定距离时，注塑机推出装置推动推板并带动所有推杆、拉料杆和复位杆一道前进，将塑件和浇注系统一起推出模外。合模时复位杆首先与定模边的分型面相接触，而将推板和所有的复位杆一道推回原位。

采用推杆推出，推杆截面为圆形，推杆推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。结合制品的结构特点，模具型腔的结构采用了整体式型腔板，这种结构工作过程中精度高，并且在此模具中容易加工得到，在推出机构中采用厂组合式推杆，如图中，这种结构主要是防止推杆在于作过程中受到弯曲力或侧向压力而折断，因为产品较小，另外折断后也

易于更换。这里采用设计推杆，全部固定在顶杆固定板。

8.3.1推件力的计算

对于一般塑件和通孔壳形塑件，按下式计算，并确定其脱模力（Q）：

()

=- (8-1)

cos sin

Q Lhp fαα

式中L--型芯或凸模被包紧部分的断面周长（cm）;

h--被包紧部分的深度（cm）;

p--由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般取

7.8——11.8MPa；

f--磨擦系数，一般取0.1~1.2；

α--脱模斜度() ；

L=1307.19MM

H=13.13MM

Q=1307.19MM*13.13MM*10MPA(0.1*COS0.5-SIN0.5)

=1716.34(N)

8.3.2 推杆的设计

①推杆的强度计算查《塑料模设计手册之二》由式5-97得