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本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
題目：配電箱儀表罩注塑模具設(shè)計(jì)
學(xué) 院
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
班 級(jí)
姓 名
學(xué) 號(hào)
導(dǎo) 師
2022年 5月1日
摘 要
近些年來，伴隨著改革開放以及經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，中國(guó)已經(jīng)躍居成為世界第二大經(jīng)濟(jì)體，其中在塑料模具領(lǐng)域也得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)就是配電箱儀表罩在理論層面設(shè)計(jì)一套注塑模具。
在本次設(shè)計(jì)開始之前，在相關(guān)網(wǎng)站上查找到了配電箱儀表罩的尺寸數(shù)據(jù)，繪制了配電箱儀表罩，在對(duì)配電箱儀表罩的結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析之后，選擇了本次模具設(shè)計(jì)分型面最佳位置，并且確定了模具型腔腔數(shù)，緊接著完成了注塑模具澆注系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，選擇了合適的注塑機(jī)型號(hào)，并對(duì)注塑機(jī)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了校核，確保整個(gè)模具設(shè)計(jì)過程的標(biāo)準(zhǔn)性與合理性。本次設(shè)計(jì)運(yùn)用了UG和CAD計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分輔助設(shè)計(jì)，高效的完成了本次設(shè)計(jì)任務(wù)。
關(guān)鍵詞：配電箱儀表罩；分型面；型腔腔數(shù)；側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)
Abstract
In recent years, with the reform and opening up and economic development, China has become the world's second largest economy, which has also made considerable progress in the field of plastic molds. Design a set of injection molds at the theoretical level.
Before the start of the design, the size data of the water receiving tray was found on the relevant website, and the water receiving tray was drawn. After a simple analysis of the structure of the water receiving tray, the best position of the mold design parting surface was selected. And the number of cavity of the mold cavity was determined, and then the design of the injection mold pouring system, the side core pulling mechanism and the demoulding mechanism were completed, the aABSropriate injection molding machine model was selected, and the relevant parameters of the injection molding machine were checked. Ensure the standardization and rationality of the entire mold design process. This design uses UG and CAD computer software for sub-assisted design, and completed the design task efficiently.
Keywords: Air-conditioning external unit water receiving tray; parting surface; number of cavity; lateral core pulling mechanism
目錄
1 緒論 8
1.1 背景 8
1.2 國(guó)內(nèi)外塑料模具相關(guān)研究 8
1.3 主要內(nèi)容 9
2 配電箱儀表罩工藝及材料分析 10
2.1 配電箱儀表罩的工藝分析 10
2.2精度等級(jí)分析和表面質(zhì)量 10
2.3材料分析 11
2.3.1 ABS塑料參數(shù) 11
2.3.2 ABS材料注射成型工藝參數(shù): 11
3 型腔數(shù)目與分型面的設(shè)計(jì) 13
3.1型腔數(shù)目確定及排布 13
3.2分型面的選取 13
4 注射機(jī)的選擇 15
4.1配電箱儀表罩體積與質(zhì)量 15
4.2注射成型機(jī)的選擇 16
4.3 鎖模力的計(jì)算 16
4.4 模架設(shè)計(jì)選擇 17
5. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19
5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
5.1.1主流道的設(shè)計(jì) 19
5.1.2分流道 20
5.1.3澆口設(shè)計(jì) 21
5.1.4拉料桿設(shè)計(jì) 22
5.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 23
5.2.1抽芯機(jī)構(gòu)的選擇 23
5.2.2抽芯距的設(shè)計(jì)計(jì)算 24
5.2.3斜推桿設(shè)計(jì) 24
5.3 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 25
5.3.1機(jī)構(gòu)選擇 25
5.3.2脫模力設(shè)計(jì)計(jì)算 25
5.3.3推桿直徑及強(qiáng)度校核 26
5.4 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 27
5.4.1冷卻系統(tǒng) 27
5.4.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算 27
5.4.3 冷卻水道的布置 28
5.4.4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29
6 成型零部件的設(shè)計(jì) 30
6.1成型零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 30
6.2模具成型零件尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 31
6.2.1 型腔的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 31
6.2.2型芯的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 32
7 注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)校核 33
7.1注射量的校核 33
7.2鎖模力的校核 33
7.3模具閉合高度的校核 33
7.4模具開模行程校核 33
8模具三維圖 34
12總結(jié) 36
參考文獻(xiàn) 37
致 謝 38
1 緒論
1.1 背景
在步入21世紀(jì)以來，塑膠產(chǎn)品在日常生活和工業(yè)生產(chǎn)也是到處可見，所以我國(guó)模具行業(yè)技術(shù)一直在進(jìn)步，但是，我國(guó)好多情況下依然需要進(jìn)口模具，因?yàn)槲覈?guó)的模具使用壽命沒有國(guó)外的好，沒有高端的數(shù)控機(jī)床，高精度的模具國(guó)內(nèi)還是難以加工，但是對(duì)于日常生活用品的塑件，國(guó)內(nèi)小型企業(yè)較多，競(jìng)爭(zhēng)性較大，所以還需要不斷的創(chuàng)新，如：產(chǎn)品的實(shí)用性，產(chǎn)品的美觀，產(chǎn)品質(zhì)量等等。又因?yàn)槿藗兩钏降牟粩嗵岣撸芗筝p量化，薄壁件的成型也成我國(guó)科研人員著手的問題[2]。人們生活水平日益提高，對(duì)塑料產(chǎn)品的多樣化要求變得越來越高，所以對(duì)塑料模具模具進(jìn)行深入研究，變得尤為重要。
1.2 國(guó)內(nèi)外塑料模具相關(guān)研究
近些年來，相關(guān)塑料制品在人們生活中隨處可見，各個(gè)行業(yè)，各個(gè)領(lǐng)域都在大量使用塑料產(chǎn)品，進(jìn)口模具在我國(guó)占領(lǐng)著不小的市場(chǎng)，消費(fèi)的總額往往都是十億美元往上，我國(guó)在全世界范圍內(nèi)是當(dāng)之無愧的進(jìn)口大國(guó)。因此，國(guó)家的制造業(yè)水平可以由注塑模具和相關(guān)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平來加以衡量。在我國(guó)模具的相關(guān)進(jìn)程中，起步晚，發(fā)展遲，尤其是我國(guó)人口眾多，相關(guān)消費(fèi)水平也較低，但是我們?cè)谶@方面也取得了一些發(fā)展進(jìn)步。根據(jù)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)需要和模具行業(yè)設(shè)計(jì)制造的實(shí)際情況，并且根據(jù)個(gè)別產(chǎn)品的特別需求，在相關(guān)模具設(shè)計(jì)制造上進(jìn)一步的改進(jìn)。在原材料的基礎(chǔ)上，我們創(chuàng)新制造出性能更好的材料，如一些新型的合金材料等。同時(shí)在制造工藝上我們也取得了一定的進(jìn)展，可以使模具在正常的使用情況下，壽命得以增加。隨著開放發(fā)展的潮流和現(xiàn)代化、數(shù)字化的逐漸完善。
專家指出，拿國(guó)外的技術(shù)與我們國(guó)家相對(duì)較，人家在一定程度上還是存在優(yōu)
勢(shì)的，制造出來的物件在精度，質(zhì)量等方面要比我們的好一些。我國(guó)塑料模具相關(guān)企業(yè)不僅要注重促進(jìn)產(chǎn)業(yè)集群化，發(fā)揮規(guī)模效應(yīng)，還要關(guān)注模具產(chǎn)業(yè)鏈的技術(shù)創(chuàng)新、人才培養(yǎng)以及產(chǎn)業(yè)鏈后端的售后服務(wù)，爭(zhēng)取在最短的時(shí)間內(nèi)突破瓶頸，縮短與模具強(qiáng)國(guó)的差距。
由于歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在工業(yè)制造領(lǐng)域起步比較早，現(xiàn)階段，其模具業(yè)也已經(jīng)發(fā)展得比較成熟，逐步向著智能化和自動(dòng)化的方向過渡[10]。在這些國(guó)家，從事模具生產(chǎn)的企業(yè)一般都會(huì)將模具制造與數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，使得其生產(chǎn)過程更加的精密和高效[11-12]。隨著信息化時(shí)代的到來，我們有理由相信在模具制造領(lǐng)域的新技術(shù)還會(huì)不斷涌現(xiàn)，從而為社會(huì)發(fā)展創(chuàng)造更多的效益[13-16]。
發(fā)達(dá)國(guó)家在模具制造業(yè)的發(fā)展如此迅速，與他們的思想是分不開的，這些國(guó)家一般都把模具視為工業(yè)領(lǐng)域的重要基礎(chǔ)[17-19]，甚至可以說，一個(gè)國(guó)家的模具制造水平能夠很大程度上反映出本國(guó)工業(yè)實(shí)力的高低[20]。
在模具制造和加工工藝方面，一些國(guó)外的發(fā)達(dá)國(guó)家的研究和我們國(guó)家相比較來說，還是更加先進(jìn)和成熟些。我國(guó)的模具產(chǎn)業(yè)仍然以中低檔為主體，或者僅供應(yīng)模具原材料，中高檔模具的配置率還是偏低，尤其是高級(jí)精密、較復(fù)雜模具等，國(guó)外還是會(huì)占有很大優(yōu)勢(shì)。在幾十年前，國(guó)外制造業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)掌握了模具設(shè)計(jì)制造的相關(guān)核心技術(shù)，該方面的專家已經(jīng)將工業(yè)進(jìn)步帶來的一體化技術(shù)應(yīng)用于模具生產(chǎn)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，如此一來，這種技術(shù)大大提高了模具的制造工藝流程，同時(shí)還提高了生產(chǎn)率，加工出來的產(chǎn)品不但滿足廠家要求，而且質(zhì)量大有保證。
在上世紀(jì)90年代，伴隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)制圖已經(jīng)被廣大設(shè)計(jì)者所采用，在逐漸的發(fā)展中，這些軟件的功能也在一步步的加強(qiáng)并且應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中去，使模具設(shè)計(jì)制造的過程更加簡(jiǎn)單方便。模具加工也從手工演變成了自動(dòng)化，設(shè)備可以達(dá)到的精度要求也在日益改善，高精度的設(shè)備也逐漸取代傳統(tǒng)加工。和傳統(tǒng)的模具加工制造相比，利用數(shù)控機(jī)床生產(chǎn)的模具制品的精度得到了很大的保證，生產(chǎn)的制品質(zhì)量?jī)?yōu)良，大大縮小了誤差。計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及與發(fā)展，使得各行業(yè)裝備水平得以提高，數(shù)控加工技術(shù)、計(jì)算機(jī)輔助CAD、CAM、CAM技術(shù)普遍應(yīng)用、CAE技術(shù)等都逐漸被模具行業(yè)所采用。例如我們經(jīng)常用到的UG，Pro/E，SolidWorks等都可以用來輔助設(shè)計(jì)制造模具。
1.3 主要內(nèi)容
此課題將完成配電箱儀表罩的注塑模具的設(shè)計(jì)，并在現(xiàn)有模具設(shè)計(jì)研究的基礎(chǔ)上，參考國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)來制設(shè)計(jì)模具方案，計(jì)算出適合現(xiàn)有生產(chǎn)力的工藝參數(shù)。課題的核心為注塑方案的確立。
首先，塑件材料選擇，根據(jù)配電箱儀表罩具體使用要求來選擇合適的材料。
其次，確立配電箱儀表罩的注塑方案，該方案合理與否，是否具有有效性直接決定了配電箱儀表罩的生產(chǎn)效率與產(chǎn)品質(zhì)量。
第三，確定注塑模具的總體結(jié)構(gòu)，包括確定模腔的數(shù)量，確定分型面，設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，設(shè)計(jì)成型零件和結(jié)構(gòu)零件以及設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)。
第四，溫度調(diào)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。增加了溫度調(diào)控系統(tǒng)的主要目的，是因?yàn)闇囟仁怯绊懗善仿实闹匾蛩兀瑢?duì)塑料零件質(zhì)量的影響很大，在配電箱儀表罩注塑模具中管道設(shè)計(jì)為左右對(duì)稱型，這樣結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，也易于生產(chǎn)。
2 配電箱儀表罩工藝及材料分析
2.1 配電箱儀表罩的工藝分析
在注塑模具設(shè)計(jì)中結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理與否離不開塑件工藝性分析。其中在工藝分析中最重要的就是塑料產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析。對(duì)配電箱儀表罩結(jié)構(gòu)進(jìn)行了大致的分析，該塑件為長(zhǎng)方形殼類零件，產(chǎn)品內(nèi)外部結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，塑件長(zhǎng)為224mm，寬為131mm的薄壁殼體零件，塑件體積較大，塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是產(chǎn)品四面的側(cè)壁有很多側(cè)凹和側(cè)孔，無法直接成型，需借助抽芯機(jī)構(gòu)成型。塑件三維圖如圖所示
配電箱儀表罩三維圖
2.2精度等級(jí)分析和表面質(zhì)量
塑件的表面質(zhì)量主要包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：第一個(gè)是其表面粗糙度，這里主要和模具型腔有關(guān)，一旦其磨損加劇，就會(huì)使得塑件的表面粗糙度增大，因此使用時(shí)必須要利用拋光技術(shù)，保證其不會(huì)嚴(yán)重影響到塑件的質(zhì)量；影響塑件表面質(zhì)量的第二個(gè)因素是其表觀質(zhì)量，由于其影響較小，故在此處不多贅述。
在日常的應(yīng)用中， 配電箱儀表罩生產(chǎn)出來要通過螺釘裝在配電箱上的來使用，取一般的精度就足以。從塑料件實(shí)際使用場(chǎng)景出發(fā)，其外表面質(zhì)量要求一般，沒有較大缺陷，毛刺即可，以免在使用過程中會(huì)對(duì)使用者造成傷害。
2.3材料分析
塑料成型原料的選取的時(shí)候應(yīng)從材料加工性能、力學(xué)性能、熱性能、物理性能等多方面因素考慮用來選取合適的塑料進(jìn)行生產(chǎn)，這樣生產(chǎn)出來的產(chǎn)品才能滿足使用要求.所以在選取材料之前我們要分析產(chǎn)品的使用環(huán)境。該塑料產(chǎn)品是 配電箱儀表罩,由于屬于外殼類東西，承受外力的概率高,如沖擊載荷,振動(dòng),摩擦等情況比較多；由于由于安裝在家庭配電箱上的用來控制家庭總電路的，所以絕緣性也要好，防止使用人員發(fā)生觸電事故，綜合以上原因，本次 配電箱儀表罩選用的材質(zhì)為ABS。
塑料制品的材料具有一定的物理和化學(xué)特性，材料的每一種特性都對(duì)制品的成型有一定影響。如下：
(1)ABS材料通常情況下都不容易分解，是因?yàn)檫@種材料吸水比較小[4]
(2) 這種材料的流動(dòng)性通常都比較好，這樣就可以防止出現(xiàn)飛邊[5]；
(3) ABS材料通常情況都比較脆，導(dǎo)致這種情況出現(xiàn)是由于材料本身就存在內(nèi)應(yīng)力。因此在設(shè)計(jì)制造零件的時(shí)候，不應(yīng)該有過多的薄厚不平或者尖銳棱角出現(xiàn)，否則會(huì)有應(yīng)力集中現(xiàn)象，制品就容易斷碎[6]
2.3.1 ABS塑料參數(shù)
受熱時(shí)變形溫度 ℃ 64～97
ABS硬 度 HR 63~87
密度范圍 (Kg.dm-3) 1.02～1.16
收縮率大小 % 0.40～0.70
彈性模量（拉伸） GPa 1.80×103
彈性模量（彎曲） Gpa 1.40
拉伸時(shí)強(qiáng)度 MPa 50
壓縮時(shí)強(qiáng)度 Mpa 19~40
彎曲強(qiáng)度大小 Mpa 80
熔點(diǎn)的大小 ℃ 135～165
介電常數(shù) 3.70
2.3.2 ABS材料注射成型工藝參數(shù):
螺桿式注射機(jī)
噴嘴處的溫度大小 185----195度
通用式的噴嘴
注塑壓強(qiáng)大小 60——100MPa
模具的溫度大小 50——70度
制品的注塑時(shí)長(zhǎng) 2——5秒
料筒內(nèi)三區(qū) 205——215
料筒內(nèi)二區(qū) 185——195
料筒內(nèi)一區(qū) 155——175
保壓的時(shí)長(zhǎng) 5——10秒
冷卻的時(shí)長(zhǎng) 5——15秒
周期時(shí)長(zhǎng) 15——30秒
制品的后處理方法 紅外線烘箱進(jìn)行處理
溫度大小 70攝氏度
時(shí)長(zhǎng) 0.3——1min
3 型腔數(shù)目與分型面的設(shè)計(jì)
3.1型腔數(shù)目確定及排布
從所繪制配電箱儀表罩的三維圖以及實(shí)物可以看出，配電箱儀表罩制品的外形體積很大，屬于大型塑料產(chǎn)品，塑件四周有多處側(cè)孔和側(cè)凹，后期四周都要設(shè)置多處側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)，為了給抽芯機(jī)構(gòu)留有足夠空間，而且塑件體積偏大，也要考慮到模具所鎖模力的因素，如果型腔數(shù)目過多，會(huì)造成鎖模力過大，會(huì)對(duì)模具的安全性帶來影響。所以再確定型腔數(shù)目的時(shí)候，決定將本次模具設(shè)計(jì)型腔數(shù)目定為一模一腔，產(chǎn)品的中軸線在模具的中軸線下方，型腔排布如圖所示。
型腔排列
3.2分型面的選取
模具中的分型面是指注塑模具中動(dòng)模和定模分開的位置，分型面位置選擇的恰當(dāng)與否直接決定著本次模具設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來產(chǎn)品質(zhì)量的好壞。所以分型面的選擇至關(guān)重要。在設(shè)計(jì)選擇分型面時(shí)通常有如下原則：
1)分型面位置應(yīng)該選擇在塑料制品的外形最大輪廓處;
2)塑料制品的外形表面應(yīng)盡可能的在凹模一側(cè)成型，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)盡可能的在凸模一側(cè)成型；
3)模具中氣體的外排要方便；
4)塑件的精度要求要得到一定的保證，應(yīng)盡量保證塑料產(chǎn)品外觀的美觀；
5)分型面數(shù)目選擇應(yīng)該盡可能少，否則將會(huì)給加工造成負(fù)擔(dān)。
由于塑件實(shí)物B平面上有明顯的頂桿痕跡，可以很明顯判斷出實(shí)物在實(shí)際工廠生產(chǎn)中的放置位置，根據(jù)以上原則第一項(xiàng)基本斷定分型面選在塑件A表面非常合適。如下圖所示，如果選用下表面B位置將會(huì)導(dǎo)致無法脫模，所以最終選用塑件下表面A位置為分型面。
分型面
4 注射機(jī)的選擇
當(dāng)塑料原材料在注塑機(jī)中變?yōu)槿哿系臅r(shí)候，也就是注塑成型的開始，此時(shí)熔體在模具中流動(dòng)的時(shí)候并不是暢通無阻的，它會(huì)受到管壁一定的阻力，所以塑料體在模具內(nèi)部流動(dòng)時(shí)需要克服這部分阻力，那么就需要注射機(jī)的輔助，注射機(jī)所施加的力就是注射壓力。在選擇注塑機(jī)時(shí)，還要考慮其注射的容量大小，注塑機(jī)的最大注射量也是選擇的重要依據(jù)，對(duì)于專業(yè)制造人員來說，不僅通過計(jì)算選擇注塑機(jī)，還要根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)加以分析。
4.1配電箱儀表罩體積與質(zhì)量
通過大學(xué)期間所掌握三維軟件，運(yùn)用其分析功能可以得出塑件體積
圖3.2 體積及質(zhì)量計(jì)算
塑件體積：V=59.2cm；
查有關(guān)資料可知ABS的密度為1.05g/mm 則單件塑件重量m≈62.16g。
4.2注射成型機(jī)的選擇
由于塑件體積較大，擬定型腔數(shù)目是一模一腔，
粗略計(jì)算澆注系統(tǒng)體積為 0.2×59.2=11.84cm3
總體積： V總=V+0.2×V=71cm3
滿足注射量 V機(jī)≥V總/0.8
式中 V機(jī)—額定注射量（cm3）
V總—塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（cm3）
4.3 鎖模力的計(jì)算
鎖模力計(jì)算公式：
需要知道模腔內(nèi)的平均壓力，則可以根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)得知P為30.0 Mpa。
產(chǎn)品的投影面積即塑件在分形面上的投影面積也可以通過UG軟件獲得，如圖2-2
單個(gè)配電箱儀表罩的投影面積可以計(jì)算為19427mm2，
由此可以設(shè)計(jì)計(jì)算出本方案的鎖模力：F =pA=30×19427mm2=582810N。
圖2-2投影面積
根據(jù)塑件質(zhì)量和體積，翻閱注射機(jī)資料表，初步選用注射機(jī)理論注射容量為250m3，注塑機(jī)型號(hào)為XS-ZY-250。其主要技術(shù)參數(shù)如下[1]：
注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
理論注射量
250
拉桿內(nèi)向距
螺桿柱塞直徑
50
移模行程
500
注射壓力
130
最大模具厚度
350
注射速率
89
最小模具厚度
200
塑化能力
18.9
鎖模形式
液壓-機(jī)械
噴嘴口直徑
4
模具定位孔直徑
125
鎖模力/kN
1800
噴嘴球半徑
12
4.4 模架設(shè)計(jì)選擇
模架的基本結(jié)構(gòu)有很多相同之處，因此模具已基本實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化。模具的尺寸結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要向國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)模具靠攏，以使模具擁有更加全面技術(shù)信息，提高加工效率，縮短加工時(shí)間與成本。但是，適當(dāng)?shù)膭?chuàng)新設(shè)計(jì)的產(chǎn)生也能促進(jìn)模具行業(yè)的前進(jìn)和發(fā)展，平衡好這兩者之間聯(lián)系，以此設(shè)計(jì)出滿足塑料產(chǎn)品質(zhì)量和使用的性能的注塑模具。此次配電箱儀表罩注塑模具選用單側(cè)的分型面大水口龍記CI型兩板模：
模具中的排氣縫隙尺寸大小為1mm
定模板（A板）的厚度大小為: A=60 mm
動(dòng)模板（B板）的厚度大小為： B=80mm
模架的墊塊（C板）厚尺寸為: C=110 mm
模具的整體厚度尺寸為：H模=321mm
由上述數(shù)據(jù)列表可得知，較為合適的模架可以選擇龍記的CI型號(hào)CI-3345A60B90C110.
5. 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)它一般是用來將注塑機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到模具內(nèi)部型腔的結(jié)構(gòu)，可以將熔融狀態(tài)的塑料填充并且凝固成型，得到想要的制品。澆注系統(tǒng)如何設(shè)計(jì)選擇，以及系統(tǒng)的性能特征，這對(duì)塑件的最終成型效率和質(zhì)量有著至關(guān)重要的影響。因此說澆注系統(tǒng)是一整套模具之中重要的部分之一。
在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)通常需要遵從如下幾條原則:
① 在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)選擇之前首先需要對(duì)塑料選材的性能有一定的認(rèn)知；
② 溫度與壓力的損失在澆注系統(tǒng)內(nèi)部時(shí)盡可能的?。?
③ 澆注系統(tǒng)的內(nèi)部流道設(shè)計(jì)太長(zhǎng)的話是不合適的，所以應(yīng)該盡量避免各種打折出現(xiàn)，滿足阻力最小要求；
④ 設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)不應(yīng)該對(duì)模具的自動(dòng)化工作有任何影響或干擾。
本次設(shè)計(jì)比較特殊，型腔數(shù)目采用一模一腔結(jié)構(gòu)，一模一腔結(jié)構(gòu)經(jīng)常用到的澆口有點(diǎn)澆口和直澆口以及環(huán)形澆口（側(cè)澆口演變），結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，塑件有一處中空結(jié)構(gòu)，恰好可以布置側(cè)澆口。
5.1.1主流道的設(shè)計(jì)
從注射機(jī)的噴嘴口開始，一直到分流道的始端的這一段流道通路。熔融態(tài)塑料的流速以及塑料充滿整個(gè)模具的時(shí)間與主流道直徑的大小有著密不可分的聯(lián)系，這邊是主流道的作用。主流道的形狀并不是上下大小相同的，而是圓錐形狀的，通常這樣設(shè)計(jì)的目的在于將澆注系統(tǒng)內(nèi)部注塑所剩下的料順利拉出來。由于ABS材料的物理流動(dòng)性不是很大，因此將主流道的錐度設(shè)計(jì)為4度左右，主流道里面的粗糙度設(shè)計(jì)為0.8um左右即可。
通常主流道與注射機(jī)的噴嘴銜接處設(shè)計(jì)為半球形式的凹坑，半球尺寸計(jì)算為R = R0 + (1～2))mm,比較小的端口處的直徑設(shè)計(jì)公式為d = d0 + (0.5～1)mm。注射機(jī)由前述已經(jīng)選擇好型號(hào)為XS-ZY-250的臥式注塑機(jī)，此注射機(jī)的具體參數(shù)之前已經(jīng)列出來，注射機(jī)的噴嘴處尺寸大小為12毫米，直徑尺寸大小為4毫米，
R = R0 + (1～2)mm
d = d0 + (0.5～1)mm
這里我們將主流道的球形半徑大小設(shè)置為：R=14毫米
將系統(tǒng)的主流道比較小的端口處直徑尺寸大小設(shè)置為：d=5毫米
主流道并不是直接按照整體式來裝配在模具座板之上，而是由于其與注射機(jī)的噴嘴處要對(duì)接，這樣便會(huì)有接觸和摩擦，因此要將其設(shè)計(jì)為可以隨時(shí)拆卸的形式， 與定位環(huán)互相配合然后安裝于在定模的座板上面，那么我們應(yīng)該將固定盤高出定模上端面高度尺寸范圍控制在5到10毫米之間。定位環(huán)采用45號(hào)鋼制造，起到固定澆口套的作用，兩者通過螺釘固定在定模座板上，如圖所示
澆口套圖
5.1.2分流道
分流道可以使熔融態(tài)的塑料分別流向不同的型腔以及轉(zhuǎn)變方向的作用，可以在主流道與澆口之間搭建起連接作用，這部分裝置通常被稱為分流道，在設(shè)計(jì)分流道的過程中，需要考慮型腔數(shù)目，塑料制品的外形，熔融態(tài)塑料的流動(dòng)性以及塑件在外觀內(nèi)在質(zhì)量上的要求等因素。
通常在設(shè)計(jì)時(shí)，由于各種塑料的不同和模具的結(jié)構(gòu)功能不同，從而截面形狀在選擇上也會(huì)有所不同。一般情況下有圓形和梯形等多種互不相同的形式。因此我們?cè)O(shè)計(jì)人員在選擇的時(shí)候，必須要將壓力的損失加以注意，使其在最小的情況下，能夠使充模的速度盡可能的快。從設(shè)計(jì)及其實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，分流道一般在周長(zhǎng)越短的時(shí)候，熔融塑料阻力與散熱越小，它能達(dá)到的效率也就自然會(huì)變高。圓形在截面積相等的前提下周長(zhǎng)是最短的，因此流道效率也是最高的。下面圖中展示的為分流道的各種形式的圖示：
圖5.5 分澆道示意圖
綜上所述，通過比較設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析后，我們決定選擇分流道的形狀為圓形，這種形狀也是比較常用的。圓形的分流道有利于熔融塑料在模具內(nèi)部順利流動(dòng)，會(huì)使得壓力損失變小。通過查閱《塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè)》[12]與相關(guān)材料后和塑料制品的外形結(jié)構(gòu)， 配電箱儀表罩注塑模具分流道形狀采用圓形，其截面的尺寸大小設(shè)計(jì)為D=8毫米。
5.1.3澆口設(shè)計(jì)
澆口直接與塑件相連接，把塑料熔體引入型腔，是澆注系統(tǒng)的最末端，它的特點(diǎn)是細(xì)和短。澆口通常可以在短時(shí)間內(nèi)冷卻并且進(jìn)行封閉，可以阻止型腔內(nèi)還沒有完全冷卻的塑料發(fā)生倒流現(xiàn)象。
通常有如下幾種澆口：
① 點(diǎn)澆口
② 直接式的澆口
③ 側(cè)澆口
④ 耳形澆口
⑤ 潛伏式的澆口
在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，可以使用側(cè)澆口的情況下一般是不使用點(diǎn)澆口的。因此通過分析對(duì)比最后決定采用常用的側(cè)澆口形式，其優(yōu)點(diǎn)在于塑料制品和澆口很容易就可以分開。加工制造側(cè)澆口比較容易，并且后期的修正也很方便。位置如下圖。
側(cè)澆口
5.1.4拉料桿設(shè)計(jì)
在模具的實(shí)際設(shè)計(jì)中，通常選用Z字形的拉料桿，這樣的形式在工作時(shí)就可以體現(xiàn)出其穩(wěn)定性，它可以把澆注時(shí)產(chǎn)生的多余材料勾住，固定于桿上。在模具開模的時(shí)候，它就能夠?qū)⑶懊娈a(chǎn)生的廢料拉出去，以便下一次成型工作，還可以保證制品的完整性。如下圖所示為其三維結(jié)構(gòu)圖。
5.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)塑件上具有側(cè)孔或內(nèi)、外側(cè)凹時(shí)，塑件要是想從模具中順利地脫出來，是比較難的。那么設(shè)計(jì)人員就應(yīng)該將側(cè)面方向的凹槽的零件做成可以一定空間內(nèi)活動(dòng)而不干擾成型，這樣的零件通常叫做側(cè)型芯。開模時(shí)候現(xiàn)將側(cè)型芯抽出然后再推出塑件，達(dá)到成型效果。這類機(jī)構(gòu)叫做抽芯機(jī)構(gòu)。
5.2.1抽芯機(jī)構(gòu)的選擇
在注塑模具設(shè)計(jì)中經(jīng)常涉及到的抽芯機(jī)構(gòu)有斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)、彎梢抽芯機(jī)構(gòu)、液壓缸抽芯機(jī)構(gòu)、斜頂桿抽芯機(jī)構(gòu)等等，結(jié)合配電箱儀表罩塑件上四周側(cè)壁上眾多側(cè)凹結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，既可以采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)成型，也可以采用斜頂桿抽芯機(jī)構(gòu)成型，肉眼可以觀察到實(shí)物上斜頂桿成型所留下的痕跡，所以本次設(shè)計(jì)決定采用斜頂桿抽芯機(jī)構(gòu)較為合適。從外部成型側(cè)凹，簡(jiǎn)單方便。塑件側(cè)凹和側(cè)孔結(jié)構(gòu)如圖所示。由于塑件整體呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，雖然側(cè)孔和側(cè)凹結(jié)構(gòu)多大8處，但是6處側(cè)凹結(jié)構(gòu)都一樣，需要設(shè)計(jì)一種抽芯機(jī)構(gòu)成型側(cè)凹即可。在設(shè)計(jì)一處結(jié)構(gòu)成型側(cè)孔。所以本次設(shè)計(jì) 需要設(shè)計(jì)兩種抽芯機(jī)構(gòu)，即可滿足四周所有側(cè)凹和側(cè)孔的成型?，F(xiàn)將成型側(cè)凹標(biāo)記為斜頂桿1，成型側(cè)孔的標(biāo)記為斜頂桿2.
側(cè)孔和側(cè)凹結(jié)構(gòu)
5.2.2抽芯距的設(shè)計(jì)計(jì)算
抽芯距計(jì)算公式為： S=S凹+(2～3) mm =6mm
公式里面： S凹 兩處深度均為3mm
S就是所謂的抽芯距，也就是側(cè)面抽芯的時(shí)候抽芯機(jī)構(gòu)需要滑動(dòng)的長(zhǎng)度，
一般我們?nèi)?-3mm的距離作為抽芯時(shí)候的安全距離，是為了防止觸碰干擾。
8.2.3斜推桿設(shè)計(jì)
a. 斜推桿結(jié)構(gòu)
斜推桿的形狀直接決定了側(cè)抽芯能否成功抽出，斜推桿的末端應(yīng)該制作成凹槽，這樣可以與斜推桿固定板相互連接配合，其次斜推桿的頭部應(yīng)該制作為倒扣的形狀，這樣才能很好地發(fā)揮其抽芯輔助作用。在工作時(shí)，要求斜推桿有一點(diǎn)的強(qiáng)度和耐性，因此其材料選擇為T8A。
b. 傾角a的設(shè)計(jì)
斜推桿由于具有初心作用，因此其設(shè)置應(yīng)該是有一定斜度的，斜推桿的斜度不是隨意設(shè)定，如果將傾斜角過大，在抽芯的時(shí)候，可能會(huì)干擾模具的正常運(yùn)作，甚至?xí)沟眯蓖茥U卡死或者磨損而報(bào)廢，增大了設(shè)計(jì)成本。所以綜合考慮后將其角度設(shè)為6°較為合適。本次設(shè)計(jì)的所有斜頂桿抽芯機(jī)構(gòu)如圖所示
斜頂桿抽芯機(jī)構(gòu)
5.3 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
脫模機(jī)構(gòu)是指熔融塑料被注塑機(jī)注射到模具空腔后，經(jīng)過冷卻成型，在模具開模，動(dòng)定模分開一定距離后，將冷卻成型的產(chǎn)品頂出的機(jī)構(gòu)。
5.3.1機(jī)構(gòu)選擇
一般情況下，頂出機(jī)構(gòu)會(huì)有幾種選擇，比如推板，圓推桿，或者推塊等等，每一種推出機(jī)構(gòu)都有其特點(diǎn)。在模具的設(shè)計(jì)制造中，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)顯示，一般盒蓋類產(chǎn)品通常情況下都喜歡采用圓形推桿作為脫模機(jī)構(gòu)，是因?yàn)檫@種推出結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，而且制造成本不高，制作方法規(guī)范，不容易出錯(cuò)，更換也比較方便，所以本次設(shè)計(jì)選擇圓形推桿作為脫模機(jī)構(gòu)。脫模機(jī)構(gòu)如圖所示
脫模機(jī)構(gòu)
5.3.2脫模力設(shè)計(jì)計(jì)算
脫模力計(jì)算公式要考慮制品的外形，當(dāng)外形是盒狀的時(shí)候通常使用如下的設(shè)計(jì)公式來進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算：
其中 --制品在型腔中被包裹住的深度尺寸大小（mm）;
--型芯被塑件內(nèi)部包裹住的截面周長(zhǎng)長(zhǎng)度尺寸（mm）;
--一般摩擦系數(shù)范圍在0.1到0.2之間選取；
--塑件成型冷卻后會(huì)收縮，當(dāng)其收縮后會(huì)有一部分壓力產(chǎn)生，一般在的范圍之內(nèi)。
--脫模斜度的大??；
由以上分析，則將數(shù)據(jù)代入可得：
Q=18×710×10×（0.1cos0°-sin0°）=12780N
5.3.3推桿直徑及強(qiáng)度校核
(1)推桿的直徑：
d=(64?φ2?l2n?π3?E)14d=(64?φ2?l2n?π3?E)14
式中：
d——推桿的直徑；㎝
l——推桿的長(zhǎng)度；152.5mm
n——推桿數(shù)量；
φ——推桿長(zhǎng)度系數(shù)，0.7
E——推桿材料的彈性模量；2.1×107N/cm×107N/cm
算得:d=7.5mm，在設(shè)計(jì)中，d取8mm，滿足要求。
(2)推桿的強(qiáng)度校核
σmax=4×Qn×π×d2<[σ]σmax=4×Qn×π×d2<[σ](7-2)
式中：
n——推桿數(shù)量；
σmax——推桿所承受的最大正應(yīng)力；
Q ——總脫模力；N
d——推桿的直徑；
推桿的正應(yīng)力小于許用應(yīng)力，所以滿足要求。
5.4 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)
5.4.1冷卻系統(tǒng)
該配電箱儀表罩模具配備有溫度控制系統(tǒng)，并設(shè)置為調(diào)節(jié)溫度以提高塑料零件的質(zhì)量和生產(chǎn)率。不僅注射成型機(jī)的注射力和螺桿的注射速度會(huì)影響塑料零件內(nèi)外表面的質(zhì)量，而且主要因素之一還包括影響塑料零件質(zhì)量的模具溫度。塑料熔體的熱量通過注塑機(jī)注入模腔，熱量必定傳遞于凹模和凸模，模具溫度代表注塑模具的型腔和型芯表面的溫度。為了獲得質(zhì)量更好的塑料零件，必須控制模具的溫度，例如加熱或冷卻注塑模具，這就是設(shè)置注塑模具的溫度控制系統(tǒng)的目的。
溫度控制系統(tǒng)通過在型腔或型芯中設(shè)置不同的管道，并且管道設(shè)置不會(huì)影響模具結(jié)構(gòu)和塑料零件的脫模。本文將配電箱儀表罩注塑模具的溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在固定模具的腔體內(nèi)和活動(dòng)模具的芯部?jī)?nèi)部，管路左右對(duì)稱分布，管路易于加工，對(duì)模具的正常運(yùn)行也不影響。根據(jù)塑料材料的要求，不需要加熱系統(tǒng)，但是為了縮短生產(chǎn)周期并提高生產(chǎn)率，必須設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)。
5.4.2 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)計(jì)算
（1）冷卻液體的流量大小計(jì)算qv
首先得知冷卻管道水流出入口的溫度分別為25.0度，22.0度。水的密度和比熱容可知，所以代入公式中可以算得：
Q===3.8х10-5
（2）冷卻液體的水路尺寸大小設(shè)計(jì)d
在已經(jīng)算得冷卻液體流量體積大小的前提下，可以取冷卻水管徑尺寸大小為 d=mm。
（3）水管內(nèi)部液體的流速大小計(jì)算
V===1.50m/s
（4）膜傳熱系數(shù) h 有如下公式可以得出：
===28500KJ/m
（5）由上述計(jì)算可以得知管道導(dǎo)熱的總面積為 A
A===0.054
（6）因此，配電箱儀表罩注整套注塑模具的冷卻水管道的長(zhǎng)度為 L，L的計(jì)算為：
L===2.86m
5.4.3 冷卻水道的布置
本文將收納箱注塑模具的溫度控制系統(tǒng)設(shè)置在固定模具的腔體內(nèi)和活動(dòng)模具的芯部?jī)?nèi)部，型腔設(shè)計(jì)環(huán)形管路左右對(duì)稱分布，管路易于加工，對(duì)模具的正常運(yùn)行也不影響。型芯設(shè)置冷卻水井冷卻，兩者組合效果好，冷卻水道布置如下圖所示。
冷卻水道
5.4.4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
對(duì)應(yīng)于模具澆口的位置通常也是氣體容易被困住的位置。熔融塑料中的水在蒸發(fā)過程中會(huì)產(chǎn)生一些氣泡，這些氣泡大多以不規(guī)則的形狀分布在模具壁厚度處。需通過觀察產(chǎn)品的外觀或在設(shè)計(jì)過程中預(yù)先進(jìn)行預(yù)測(cè)來確定要排出的氣泡的來源。排氣方法有[6]：
1）排氣
2）通過芯和推桿之間的剩余間隙以及分型面上的剩余間隙自動(dòng)排氣；
3）排氣采用燒結(jié)合金塞；
4）負(fù)壓和真空抽氣。
觀察模具發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)氣泡是在由型芯與型腔之間接觸而產(chǎn)生的平面上產(chǎn)生的，即分型面上，因此一般可以通過打開型芯與型腔之間的接觸表面來實(shí)現(xiàn)排氣。此外還可以通過增加推桿的運(yùn)動(dòng)間隙來解決。
6 成型零部件的設(shè)計(jì)
模具之內(nèi)的用于制品成型的零部件直接決定了塑料制品成型后的結(jié)構(gòu)，外形尺寸，質(zhì)量等，其設(shè)計(jì)與制造尤為重要。由于熔融狀態(tài)的塑料原料進(jìn)到模具的型腔里面時(shí)，會(huì)釋放大量的熱，而且還有一定的沖擊，因此模具內(nèi)部成型零部件自身強(qiáng)度與剛度也應(yīng)該有保證，選擇合理的材料和制造工藝，這樣設(shè)計(jì)出來的模具才具有可用性，才能夠保證正常加工[21]。
6.1成型零件結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
模具里面重要的用于成型的零部件有型芯、型腔和鑲件。型芯、型腔分別用于成型配電箱儀表罩的內(nèi)表面和外表面，分別也稱凸模和凹模。結(jié)構(gòu)分整體式和組合式兩種。整體式在制造過程中將型芯和模板加工到一塊，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而卻牢固，同時(shí)剛度強(qiáng)度也較大，在加工制造塑料件的時(shí)候一般不會(huì)產(chǎn)生不必要的縫隙痕跡以免對(duì)塑件外觀質(zhì)量造成影響，有一點(diǎn)就是不方便制造加工；組合式通常主要適用于某些小型芯或者復(fù)雜的型芯，在維修以及節(jié)省材料等方面有著一定的優(yōu)勢(shì)。本次設(shè)計(jì)中的塑件由于配電箱儀表罩外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，內(nèi)外部結(jié)構(gòu)均較為簡(jiǎn)單，決定采用整體式型腔和整體式型芯結(jié)構(gòu)，型芯型腔結(jié)構(gòu)，如圖所示。
型芯圖
型腔圖
6.2模具成型零件尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
塑料件的成型尺寸、結(jié)構(gòu)以及精度等方面，要想加工出的成品質(zhì)量高，那么必須將模具中成型零部件的精度，尺寸，質(zhì)量都設(shè)計(jì)好，與塑料制品 配電箱儀表罩要求相匹配。那么自然就會(huì)有各種各樣的因素對(duì)其造成影響，這里主要介紹如下因素：
制品的收縮率：收縮率的變化會(huì)引起塑料制品的尺寸發(fā)生一定變化，這個(gè)變化范圍通常為：
δs = (Smax - Smin) Ls
其中：δs——制品的尺寸誤差，mm；
Smin、Smax——制品的最小與最大的收縮率，%；
Ls—— 配電箱儀表罩的尺寸大小，mm。
制品的尺寸大小除了受收縮率，制造公差，安裝配合誤差等因素影響外，還和成型零部件的工作尺寸大小密不可分，其中包括有：成型零件（型腔和型芯）的徑向和高度（深度）尺寸。查閱相關(guān)資料文獻(xiàn)后可得ABS塑料的收縮率通常為：1.0%~2.5%。收縮率為1.75%，公差為MT4
6.2.1 型腔的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
類型
塑件尺寸/mm
設(shè)計(jì)計(jì)算公式
型腔尺寸/mm
徑向的尺寸大小
224
131
高度方向尺寸大小
18
6.2.2型芯的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
類型
塑件尺寸/mm
設(shè)計(jì)計(jì)算公式
型芯尺寸/mm
徑向的尺寸大小
211
118
高度方向尺寸大小
16
7 注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)校核
7.1注射量的校核
根據(jù)《模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)》可知：塑件的體積應(yīng)小于注射機(jī)的注射容量，由于注射機(jī)選型之前是在滿足注射量的基礎(chǔ)上進(jìn)行注射機(jī)選型的，所以此處不再做校核。
7.2鎖模力的校核
由
查《模具設(shè)計(jì)指導(dǎo)》表6-5ABS塑料成型時(shí)的注射壓力=30MPa
式中 p——塑料成型時(shí)型腔壓力，ABS塑料的型腔壓力p=30MPa
F——澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
可以通過軟件中的分析功能獲得單個(gè)產(chǎn)品在分型面上的投影面積。
pF=30194270/1000=582.8KN
因?yàn)?1800KN> pF=582.8KN 由此可判斷 XS-ZY-250型注塑機(jī)鎖模力這一參數(shù)合格
7.3模具閉合高度的校核
安裝模具的高度應(yīng)滿足： Hmin＜H＜Hmax
設(shè)計(jì)模具高度為H總=321mm
XS-ZY-250型，模架高度尺寸范圍為200毫米至350毫米之間。H總在這個(gè)尺寸范圍以內(nèi)，所以 XS-ZY-250型注塑機(jī)參數(shù)合格
7.4模具開模行程校核
模具開模行程應(yīng)滿足：其中： Sm＜Sz
Sz為最大開模行程，查注射機(jī)XS-ZY-250型Sz=500mm，
Sm為模具的開模行程；
Sm=塑件的高度+澆注系統(tǒng)的高度+（5-10）mm
=114+18+10=142mm
可見Sm
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