机械毕业设计19控制器壳体盖塑料模具设计

机械毕业设计19控制器壳体盖塑料模具设计内容摘要：

还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。 塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。 注塑成型及注塑模 将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。 其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。 除氟塑料外，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。 它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸 精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。 因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的 30%左右。 但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。 注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 2 式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。 注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其 基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。 首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。 注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。 注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。 定模部分安装 在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。 注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。 一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成]2[。 注射成型有三大工艺条件，即：温度、压力、时间。 在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。 本文主要研究内容 本次毕业设计 的课题是 控制器壳体 盖注射模设计，也就是设计一副注塑模具来生产 壳体 盖塑件产品，基于此，必须实现大批量的生产、提高生产效率，降低生产周期，才能降低成本。 注射模具的使用是实现高效率生产的一个非常好的途径，在本次设计中就是要对塑料 壳体 盖塑件的特性进行分析，对成型工艺性的可行性进行分析，完成其生产模具的设计。 模具的设计过程综合性很强，需要考虑的因素很多，需要一个整体的思维模式去考虑问题，才能设计出一个合格的作品。 本此设计的目标，就是通过确定成型零件、推出机构等的合理结构并进行计算校验，设计出一个结构合理、操作简单、动 作可靠、使用寿命长的模具。 2 塑料材料分析 3 2 塑料材料分析 塑料材料的基本特性 ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。 这三种组分的各自特性，使 ABS 具有良好的综合理学性能。 丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使 ABS 坚韧，苯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能。 ABS 价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。 是一种良好的热塑性塑料。 ABS 无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，不透明，密度为 ~3cmg。 既有较好的抗冲击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、酸类对 ABS 几乎没有影响， 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，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。 ABS 表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS 有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色其缺点是耐热性不高，连续工作温度为 70C左右，热变形温度约为 93C耐候性差，在紫外线作用下 ABS 易变硬发脆。 ABS 的性能指标：密度 ~（3dmKg），收缩率 %~，熔点 C160~130，弯曲强度 80Mpa，拉伸强度 35 49Mpa，拉伸弹性模量 ，弯曲弹性模量 ，压缩强度 18 39Mpa，缺口冲击强度 11 202mkJ，硬度 62 86HRR，体积电阻系数cm1310，收缩率 0000 . 范围内。 ABS 的热变形温度为 93 118℃，制品经退火处理后还可提高 10℃左右。 ABS 在 40℃时仍能表现出一定的韧性，可在 40 100℃的温度范围内使用。 塑件材料成型性能 ABS 易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。 因此，成型加工前应进行干燥处理； ABS 在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用潜伏式浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小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及小。 要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60C0，要求塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在 60 80C0。 ABS 比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 2 塑料材料分析 4 塑件材料主要用途 ABS 在机械工业上用来制造壳体盖、泵业轮、轴承、把手、管道、产品、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里 等，汽车工业上用 ABS 制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用 ABS 夹层板制小轿车车身。 ABS 还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器，农药喷雾器及家具等。 3 塑件的工艺分析 5 3 塑件的工艺分析 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。 壳体盖如图 所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。 图 塑件的结构设计 脱模斜度 的确定， 由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。 为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。 脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。 斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。 通常塑件的脱模斜度约取 ~， 本次设计， 塑件材料ABS 的型腔脱模斜度为 39。 301 ，型芯脱模斜度为 1。 塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。 塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。 一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。 因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。 但 如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。 选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。 塑件壁厚一般在 1~4mm，最常用的数值为 2~3。 该产西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 6 品壁厚均匀，周边和底部壁厚均为 mm左右。 c. 塑件的圆角 是 为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。 在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于~1mm的圆角。 一般外圆弧半径大于壁厚 的 倍，内圆角半径应是壁厚的 倍。 d. 塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。 但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。 由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应增加壁厚，以保证塑件的强度和刚度。 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的 设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。 从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。 该塑件的材料为 ABS，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。 为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。 由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。 根据我国目前的成型水平，塑件尺 寸公差可以参照文献 ]4[ 表 32 塑件的尺寸与公关（ SJ13721978）的塑料制件公差数值标准来确定。 根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用 MT3 级精度，未注采用 MT4 级精度。 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。 这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。 塑料制品的表面粗糙度一般为 Ra ～ m之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即 Ra ～。 模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。 由于 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高， 外部 为 m，内部为m。 西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 7 塑件的体积和质量 本次设计中，塑件的质量和体积采用 3D 测量，在 PROE 软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量 mv  （ ABS 的密度为 3/cmg），即可以得出该塑件制品的质量为 gvm  。 4 注射成型工艺方案及成型零件设计 8 4 注射成型工艺方案及 成型零件设计 注射成型工艺过程分析 根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为： 第一步：为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。 a. 成型前对原材料的预处理 ， ABS 材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要。 干燥条件为 100℃到 200℃， 2~3 小时。 加工前的湿度必须小于 %。 b. 料筒的清洗 ， 在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象 时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。 柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料量较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。 对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。 c. 脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。 一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。 在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对 ABS材料，可选用硬脂酸锌，因为此脱模剂除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使 用。 第二步 : 注射成型过程 完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。 第三步：制件的后处理 注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。 制件的后处理主要有退火和调湿处理。 该塑料制件材料为 ABS，就采用退火处理 1～ 3 小时。 浇口种类的确定 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。 其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。 浇注 系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。 它由主流道、分流道、浇及冷料穴组成。 其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。 由于本设计中壳体盖塑件外表面质量要求不是很高，所以 本次设计 选用侧入式浇西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文） 9 口 如图 所示。 图 侧浇口示意图 型腔数目的确定 单型腔模具的优点是：塑件精度高，工艺参数易于控制，模具结构简单，模具制造成本低，周期短。 缺点是：塑件成型的生产效率低，成本高。 单型腔模具适用于塑件较大，精度要求较高或者小批量及试生产。 多型腔模具的优点是：塑件成型生产率 高，成本低。 其缺点是：塑件精度低，工艺参数难以控制，模具结构复杂，模具制造成本高。