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1、插头注塑模设计摘 要本设计针对采用镶嵌件的插头进行设计。在插头生产过程中使用镶嵌好的插头销与导线进行生产；模具设计上采用了侧浇口、推杆推出机构和回路冷却系统等多项措施。实现高效、质量高、成本低的产品设计、生产原则。设计过程中翻阅一些产品设计和模具设计有关的参考资料和文献，结合绘图软件Pro/Engineer Wildfire 和AutoCAD 2008对插头的产品和模具的初步设计。对于产品的外型设计和模具设计，主要包括以下这些方面。外型设计：基本长度尺寸、拔模斜度、最小过渡圆角、最小壁厚、粗糙度等方面的确定；模具设计：注射机的选择、浇注系统、成型零件、合模机构、脱模机构和冷却系统的设计，绘制模
2、具零件图和装配图等。关键词：插头；模具设计；结构设计；加工工艺Design of the Injection Mould for PlugAbstractThe design is targeted at the plug with inserts. Production process in the plug using the Good plug pin and wire inlay;in mold designed,using the side gate,plastics-ejector pins system and cooling system was adopted. To ach
3、ieve efficient,high-quality,low-cost product design and production.Reading some informations and literatures about the product design and mold design,combined with mapping software Pro/Engineer Wildfire and AutoCAD 2008 to mould the preliminary design.About the appearance of the product design and m
4、old design,These mainly include as follow.Shape design:the basic length of size,the Stubbs-gradient,the Minimum transition fillet,the Minimum thickness,the Roughness and so on; Mold design: choosing the injection machine,the design of pouring system,molding parts,closing mechanism,demoulding mechani
5、sm and cooling system design,the completion of the parts drawings and assembly drawings and so on.Keywords: plugt；mold design；structure design；process目录1 绪论11.1 模具工业的重要地位11.2 模具的研究现状11.3 国内模具的成果21.4 国内外发展差距31.5 发展趋势32 塑件造型设计及工艺分析52.1 功能设计52.2 塑件结构分析52.3 塑件材料的选择52.4 塑件结构工艺分析82.4.1 塑件尺寸精度和表面质量82.4.2 壁
6、厚92.4.3 脱模斜度92.4.4 圆角92.5 注射成型工艺92.5.1 注射压力102.5.2 注射速率112.5.3 温度112.5.4 料量控制123 注射成型设备的选用133.1 注塑机的选用133.2 注塑机基本参数133.3 选择注塑机143.3.1 注射量的计算143.3.2 所需锁模力的计算153.4 注射机的校核163.4.1 最大注塑量的校核163.4.2 锁模力的校核173.4.3 注射压力校核173.5 注塑机安装模具部分相关尺寸校核173.5.1 模具外形尺寸校核183.5.2 模具厚度校核183.5.3 开模行程校核184 浇注系统设计194.1 分型面的确定1
7、94.2 型腔数目的确定与校核194.3 主流道的设计214.4分流道的设计224.4.1 分流道的尺寸224.4.2分流道的布置224.4.3分流道与浇口的连接224.4.4 分流道凝料234.4.5 分流道剪切速率校核234.5 浇口的设计234.6 主流道冷料穴的设计255 模具设计275.1 模具材料的选择275. 2 凹模结构形式285.3 凸模结构形式295.4 成型零件尺寸计算295.4.1模具零件的公差与配合选择305.4.2型腔成型零件工作尺寸325.5 型腔侧壁厚度和底板厚度的计算345.6 模架的确定与标准件的选用345.7 合模导向与定位机构设计375.7.1 导向机构
8、的总体设计375.7.2 导柱设计385.7.3 导套设计395.8 冷却系统设计405.9 排气系统的设计415.10脱模机构设计415.10.1 脱模力的计算425.10.2 推板和推杆固定板的厚度425.10.3 推杆设计425.10.4 脱模机构的复位436 模具的工作过程447 结语46参考文献47附录48致谢4912 / 18文档可自由编辑打印1 绪论1.1 模具工业的重要地位模具是工业生产的基础工艺装备，由于其产业带动性强，被人们描述为“一业兴、百业旺”。75%的粗加工工业产品零件、50%的精加工零件由模具成型，绝大部分塑料制品也由模具成型。作为国民经济的基础工业，模具涉及机械、
9、汽车、轻工、电子、化工、冶金、建材等各个行业，应用范围十分广泛，其中60%-80%的零部件都要依靠模具成型用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力，因此模具工业的发展水平标志着一个国家工业水平及产品的开发能力。近年来，我国模具行业结构调整步伐加快，主要表现为大型、精密、复杂、长寿命模具和模具标准件发展速度高于行业的总体发展速度，塑料模和压铸模比例增大，面向市场的专业模具厂家数
10、量及能力增加较快等。虽然我国的模具工业发展步伐日益加快，但在整个模具设计制造水平和标准化程度上，与德国、美国、日本的发达国家相比还存在相当大的差距。1.2 模具的研究现状我国模具产业发展的总体特征是起步较晚、发展较快、格局渐变。模具在我国的制造和使用历史悠久，但是作为真正意义上工业的重要组成部分，还是上世纪80年代才开始发展的，从1990年的产值60亿元，快速增长到1995年的产值145亿元，到2000年的280亿元，再到2005年的534亿元，最后更到达2008年的950亿美元。同时这一发展过程中，我国模具产业的格局也发生了很大变化，主要的模具产地由北向南，由西向东转移。目前，珠三角和长三角
11、地区已成为我国模具产业最发达的地区，产值已占全国的70%以上。我国模具总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。但是从第10届国际模具技术和设备展览会上可以看出我国的塑料模已从过去的单纯仿制、加工粗糙，发展到现在已大量运用先进技术和理论知识，并且积累了丰富的制模经验。更重要的是这已不是个别的企业， 而是涌现出大批具有相当水平的模具企业，是我国模具水准的整体提升。模具水准的提高不仅需要先进的制造技术和成熟的经验，更要依赖优秀的质量管理体系，具备所有这些条件才能使我国的塑料模具一步一步走向世界，走向成功。国外的模具技术较为
12、成熟，其生产的许多模具有着巧妙的设计、高超的加工技术和卓越的质量。例如，Sermo 、EN GEL 等公司展出了多零件、多色、多材料注射模，回转台注射成型和带分度板座的注射成型系统。利用这些模具和技术可实现同一模具中成型多种零件，并且可实现多种颜色、多种材质塑料的注射成型。MHT 公司展出了1 模144 腔的高效瓶坯模具， 其特点不仅腔数多， 而且注射周期短, 生产效率高，该模具每小时可制造瓶坯达60 000 个。Solvay 公司展出了其表面涂层专利技术， 可使模具表面层硬度达17503400HV，厚度为5m，大大提高了模具的耐磨性和使用寿命。1.3 国内模具的成果我国塑料模具工业从起步到现
13、在，历经半个多世纪，有了很大的发展，模具水平有了较大提高。 在大型模具方面已能生产48 英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5 kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I1K模具有限公司制造的多腔VCD 和DVD 齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。该公司还能生产厚度仅为0.108 mm 的一模两腔的航空杯模具和难度较高
14、的塑料门窗挤出模等等。 注塑模型腔制造精度可达01020105 mm，表面粗糙度Ra 012m，模具质量、寿命明显提高,非淬火钢模寿命可达1030 万次，淬火钢模达501 000万次，交货期较以前缩短，但与国外相比仍有较大差距。成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934 英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C2MOLD 气辅软件,取得较好的效果。 如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术
15、。现在,热流道模具已逐渐开始推广，有的厂采用率达20 %以上,一般采用内热式或外热式热流道装置，以及具有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不到10 %，与国外的50 %80 %相比,差距较大。1.4 国内外发展差距由于我国模具行业起步比较晚，与国外相比，有一定的差距，主要表现在：一，模具设计人员缺乏我国模具人才一直缺乏。模具人才的培养需要较大规模的硬件设备和高水平的师资力量。模具设备动辄上百万，投入大，回收慢，而且师资缺乏。更重要的是，学模具设计需要的时间很长，一般要2到3年的实践才可以成为一名合格的模具技术人员
16、，而且模具制造环境脏且累，很少有年轻人选择学这个行当。二， 模具制造水平档次低国内模具制造厂家，制造工艺条件参差不齐，不少厂家因为设备不配套，很多工序依靠手工完成，严重影响了精度和质量。国家模具多采用2Cr13和3Cr13作精密热处理，而国外则采用专用模具材料DINI2316，其综合机械性能，耐磨耐腐蚀性能及抛光亮度均明显优于国产材料。这从根本上影响了国产模具的外观质量和使用寿命。模具就其本质来言属于共装，生产出合格制品才是最终目的。因此，模具的质量，性能依赖试模结果检验。国内模具厂因要求交货时间短，试模设备局限，往往把质量检验工作放在用户处试模，易给用户造成大量的损失和浪费。而且由于修模受时
17、间和场地的限制，往往难以调试出最佳的状态。而国外一些发展交好的企业都拥有自己的试模场所和设备，可以模拟用户的工作条件试模，所以能在最短的时限达到很好的效果。1.5 发展趋势今后，在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化和经营国营化方面发展。塑料模具方面：塑料模具占模具总量的很大的比例，近40%，而且这个比例还在不断的上升。塑料模具中为家电和汽车配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封
18、模具，为电子信息产业和机械及包装的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模、为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽有相当技术基础并在快速发展，但技术水平和国外还有很大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，以后应该重点发展。为了实现这一目标，首先，开发拥有自主知识产权，适合我国国情，有较高水平的模具设计、加工及企业管理的模具软件，不断提高软件的智能化、集成化程度,并推广发展。 其次推广应用高速、高精加工技术并研制相应设备，高速高精加工包括高速高精切削加工和高速高精电加工及复合加工等。在未来15年左右的时间里,我国机床行业应向我国模具行业逐步提供适合模具高速高精的加工设备
19、，尽可能建立拥有自己自主知识产权,精度能达到0.0001mm的高精度模具制造设备。第三，快速原形和快速经济模具制造新技术的进一步开发、提高和应用。第四，大力发展和推广信息化、数字化技术。例如逆向工程、并行工程、敏捷制造技术的研发及推广应用；包括大型级进模及高精密和高复杂性的高技术含量的先进模具三维设计和制造技术的研发；包括冲压工艺设计系统、模具型面设计系统、成型分析系统、模具结构设计系统、模具CAM设计系统和冲压专家咨询系统的车身模具数字化设计制造系统的研发；模具的集成、柔性自动加工技术和网络虚拟技术等。第五，模具制造新工艺、新技术。模具制造的节能、节材技术，模具的热处理、表面光整加工和表面处
20、理新技术。最后，高性能模具材料的研制、系列化极其正确的选用。2 塑件造型设计及工艺分析2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标。该塑件是日用品，承受外力的几率不大，如冲击载荷，振动，摩擦等情况比较少；塑件的工作温度是室温，这使得在材料选择时对热变形温度，脆化温度，分解温度的要求降低；塑件会老化，作为一种日用品，生产批量应该是大批大量生产，这样，就必须考虑生产成本和模具寿命，在材料的选择时要综合各种因素。2.2 塑件结构分析在制件生产过程中，一方面成型会对制件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产
21、品；另一方面，模具设计者通过对制件的设计进行分析，弄清制件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。该插头的生产难点主要在与注射时插头销与芯线的移位。所以设计成芯线跟插头销用锡焊好再用酚醛树脂做成镶嵌件，注塑时将其完全埋入塑料中。这样会使起接触可靠连接牢固。在注塑过程中只要将芯线跟夹紧的插头销压紧就可以避免连接好的导线在型腔中的移动。2.3 塑件材料的选择通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有应用范围广、加工性能良好，价格低廉的优点，但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用，以下拿三种常用典型材料比较选取。ABSABS外观上是淡黄色非晶态树脂，不透明，密度与
22、聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的综合物理力学性能，耐热，耐腐，耐油，耐磨、尺寸稳定，加工性能优良，它具有三种单体所赋予的优点。其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性；丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性；苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。改变三组分的比例，可以调节材料性能。ABS为无定形聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，随所含三种单体比例不同，在160-190范围即具有充分的流动性，且热稳定性较好，在约高于285时才出现分解现象，因此加工温度范围较宽。ABS熔体具有明显的非牛顿性，提高成型压力可以使熔体粘度明显减小，粘度随温度升高也会明显下降。
23、ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯，吸水率约在0.2%-0.45%之间，但由于熔体粘度不太高，故对于要求不高的制品，可以不经干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。在80-90下干燥2-3h,可以满足各种成型要求。ABS具有较小的成型收缩率，收缩率变化最大范围约为0.3%-0.8%，在多数情况下，其变化小于该范围。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑机，但更常采用螺杆式注塑机，后者更适于形状复杂制品、大型制品成型。聚苯乙烯（PS）聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体，制品掷地时有金属般响鸣。聚苯乙烯透光率不低于80%，雾度约为3%，折射率较大，在1.591.60之间，具有特
24、殊光亮性，但储存时易泛黄。泛黄原因之一是单体纯度不够，特别是在含有微量元素时；二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄。聚苯乙烯较轻，密度在1.041.065之间。力学性能：聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆塑料，拉伸、弯曲等常规力学性能皆高于聚烯烃，拉伸时无屈服现象。热学性能：聚苯乙烯分子链虽是刚性链，但由于是无定形结构，超过玻璃化温度即开始软化，软化点仅95左右，许多力学性能都受到温度升高的明显影响。最高连续使用温度仅60-80。120开始成为熔体，180后开始具有流动性，其热稳定性较好，超过300才开始分解，因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。电性能：聚苯乙烯是非极性聚合物，具有颇为优异的
25、介电、电绝缘性能，由于吸湿性很小，电性能也不受环境湿度改变的影响。加工工艺性：吸湿性很小，加工前一般不需要专门的干燥工序成型温度范围较宽收缩率及其变化范围都很小，一般在0.2%-0.8%有利于成型出尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品聚苯乙烯制品容易产生内应力，并且在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用。聚氯乙烯（PVC）本色为微黄色半透明状，有光泽。透明度胜于聚乙烯、聚丙烯，差于聚苯乙烯，随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品的硬度高于低密度聚乙烯，而低于聚丙烯，在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。是一种使用一个氯原子取代
26、聚乙烯中的一个氢原子的高分子材料。力学性能：硬聚氯乙烯有较好的抗拉、抗弯、抗压和抗冲击能力，可单独用做结构材料；软聚氯乙烯的柔软性、断裂伸长率、耐寒性会增加，但脆性、硬度、拉伸强度会降低。热性能：聚氯乙烯的热稳定性较差，长时间加热会导致分解，放出HCL气体，使聚氯乙烯变色，所以其应用范围较窄，使用温度一般在-15-55度之间。电性能：聚氯乙烯有较好的电气绝缘性能。其他性能：聚氯乙烯具有阻燃（阻燃值为40以上）、耐化学药品性高（耐浓盐酸、浓度为90的硫酸、浓度为60的硝酸和浓度20的氢氧化钠）。具有稳定的物理化学性质，不溶于水、酒精、汽油，气体、水汽渗漏性低；在常温下可耐任何浓度的盐酸、90%以
27、下的硫酸、5060%的硝酸和20%以下的烧碱溶液，具有一定的抗化学腐蚀性；对盐类相当稳定，但能够溶解于醚、酮、氯化脂肪烃和芳香烃等有机溶剂。此外，PVC的光稳定性较差，在经长时间阳光暴晒，就会分解产生氯化氢，并进一步自动催化分解、变色，物理机械性能迅速下降，因此在实际应用中必须加入稳定剂以提高对光的稳定性。表2.1 三种材料性能参数表材料ABSPSPVC密 度（g/cm3）1.051.04-1.061.35-1.45收 缩 率0.3-0.80.2-0.80.6-1.0熔 点()130-160131-165130-180热变形温度（0.46MPa）65-9865-9067-82模具温度60-80
28、40-6030-60喷嘴温度180-190160-170280-290中段温度180-230170-190 165-180后段温度150-170140-160 160-170注射压力（MPa）60-10060-10080-130塑化形式螺杆式柱塞式螺杆式柱塞式螺杆式拉伸强度33-4935-6348-55拉伸弹性模量（1000MPa）1.82.8-3.52.4-4.2弯曲强度（MPa）8061-9890缺口冲击强度kJ/m211-200.25-0.40 无缺口硬 度R62-86洛氏M6580R110-120外 观浅象牙色或白色不透明无色透明、摔打音清脆白色或浅黄色特 点耐热、表面硬度高、，尺寸稳
29、定、耐化学及电性能好，易成型加工，可镀铬耐水、耐化学品、绝缘性好、不耐冲击不耐温力学性能,电性能优良,耐酸碱力极强,化学稳定性好,但软化点低 材料最终选定为PVC,因为pvc材料的电绝缘性优良；且容易加工，可通过模压、层合、注塑、挤塑、压延、吹塑中空等方式进行加工；同时具有原料丰富、制造工艺成熟、价格低廉等突出特点。2.4 塑件结构工艺分析2.4.1 塑件尺寸精度和表面质量（1）塑件尺寸精度塑件尺寸精度是指所获得的塑件尺寸与产品途中尺寸的符合程度。影响塑件精度的因素包括：材料、塑件结构、模具、成型工艺、成型设备。不同塑料的公差等级一般被分为三个等级：高精度、一般精度、2未标注公差的尺寸精度。从
30、该塑件作为一般日用产品我们可以知道只需取一般精度就可以满足实用要求。（2） 塑件的表面质量塑件尺寸精度主要指塑件的表面缺陷和表面粗糙度。塑件的表面粗糙度一般为Ra0.20.8 。由于该塑件外表面美观度要求较高，所以我们取外表面的粗糙度未Ra0.4 ，而内表面可取Ra0.8 。塑件的表面粗糙度取决于模具型腔的表面粗糙度，型腔的表面粗糙度值要比塑件的表面粗糙度低1至2级。2.4.2 壁厚各种塑料，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定得厚度，以保证其力学强度。但一般地说，在满足力学性能得前提下厚度不宜过厚。这样不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑料在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产效率
31、。其次，可以避免因过厚产生得凹陷、缩孔、夹心等质量上得缺陷。热塑性材料的塑件壁厚，一般不宜少于0.6-0.9mm，常取1-4mm。由该塑件的尺寸可以知道最小壁厚为8mm，最大为19mm。2.4.3 脱模斜度由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度。一般取30-1°30´。成型型芯越长或型腔越深则斜度应取偏小值，反之可取偏大值。塑件高度不大时（2-3mm）时可不设计脱模斜度。2.4.4 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才
32、采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角半径一般不少于0.5mm。2.5 注射成型工艺插头为日用品，要求零件表面相对平整光滑，无翘曲、皱折、裂纹等缺陷。成型时插头销与导线的移位时主要要考虑的问题。流程图如下图2.1所示：图2.12.5.1 注射压力PVC流动性较差，在注射时要采用较高的注射压力。但并非所有PVC制件都要施用高压，考虑到本制件小型、构造不算非常复杂、厚度中等，可以用较低的注射压力。注制过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩
33、大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面容易雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。表2.2为注射压力与塑件的关系。表2.2 注射压力与塑件的关系注射压力适用场合少于70MPa可用于加工流动性好的塑料，且塑件形状简单，壁厚较大70-100MPa可用于加工粘度较低的塑料，且形状和精度要求一般的塑件100-140MPa可用于加工中高粘度的塑料，且塑件的形状和精度要求一般140-180MPa用于加工较高粘度的塑料，且塑件壁厚薄、流程长、精度要求高大于180MPa用于高粘度塑料，塑件为形状独特，精度要求高的精密制品在一个注射周期中，注射、保压、预塑三个阶段的型腔压力的变化可在图2.2所示的模具压力周期图上看到：0-t1为注射阶段。t1-t2为保压阶段，t2-t4为预塑阶段，其中t3为浇口尚未凝结时可能发生的塑料倒流现象；t2-t4期间也是塑件在模具内冷却定型的时间，t4以后是开模推出塑件。在整个周期中注射时间：35S；保压时间：15如需要完整文档跟图纸，请联系QQ987567748