[原创]镜头盖注塑模具毕业论文设计

目录

摘 要 ......................................................... I Abstract ....................................................... II

1. 引言 .................................................... - 1 -

2. 塑料制件的分析 .......................................... - 3 -

1.1 成型塑料件的工艺性分析 ................................. - 3 -

1.2 成型塑件的材料分析 ..................................... - 4 -

1.2.1 ABS塑料主要的性能指标： ......................... - 4 -

1.2.2 ABS的注射成型工艺参数: .......................... - 5 -

3. 塑件成型的基本过程 ...................................... - 6 -

4. 注塑设备的选择 .......................................... - 7 -

3.1估算塑件体积质量 ....................................... - 7 -

3.2 注塑机的选择 ........................................... - 8 -

5. 成型零件有关尺寸的计算 ................................. - 11 -

4.1型腔凹模尺寸的计算 .................................... - 13 -

4.2型芯凸模尺寸的计算 .................................... - 15 -

4.3侧型芯尺寸的计算 ...................................... - 16 -

6. 浇注系统的设计 ......................................... - 18 -

5.0 分型面的选取 .......................................... - 18 -

5.1主流道的设计 .......................................... - 18 -

5.2分流道的设计 .......................................... - 20 -

5.3分流道的布置 .......................................... - 22 -

5.4浇口设计 .............................................. - 23 -

5.5浇口位置的选择 ........................................ - 25 -

5.6浇口尺寸设计及校核 .................................... - 25 -

5.5校核主流道的剪切速率 .................................. - 26 -

5.6浇口套的选用 .......................................... - 26 -

5.7冷料穴的设计 .......................................... - 28 -

7. 合模导向机构的设计 ..................................... - 29 -

6.1一般要求 .............................................. - 29 -

6.2导柱的设计 ............................................ - 30 -

6.3 导套的设计 ............................................ - 31 -

8. 脱模结构的设计 ......................................... - 33 -

7.1脱模力的计算 .......................................... - 33 -

7.2校核推出机构作用在塑件的单位压应力 .................... - 34 -

9. 侧向分型和抽芯机构的设计 ............................... - 35 -

8.1抽拔距的计算 .......................................... - 35 -

8.2斜导柱的尺寸与安装形式 ................................ - 35 -

8.3侧滑块机构设计 ........................................ - 36 -

8.3.1. 侧滑块尺寸参数 .................................. - 36 -

8.3.2. 测滑块的导滑形式 ................................ - 36 -

8.4 侧滑块耐磨块的形式与尺寸 .............................. - 37 -

8.5 锁紧楔形式与尺寸 ...................................... - 38 -

8.6 斜导柱的受力分析及强度计算 ............................ - 38 -

10. 排气系统和温度调节系统的设计 ........................... - 38 -

9.1排气系统 .............................................. - 38 -

9.2温度调节系统的设计 .................................... - 39 -

9.2.1冷却介质 ........................................ - 39 -

9.2.2冷却系统的简单计算 .............................. - 39 -

9.2.3冷却水孔开孔的原则： ............................ - 41 -

11. 模架的确定 ............................................. - 41 -

10.1模仁尺寸的确定 ....................................... - 41 -

10.2各模板尺寸的确定 ..................................... - 43 -

10.3 模具高度校核 ......................................... - 44 -

10.4 模具开模行程校核 ..................................... - 44 -

12. 绘制装配图 ............................................. - 44 -

13. 注射机的校核 ........................................... - 46 - 12.1 注射量的校核 ......................................... - 46 -

12.2 锁模力的校核 ......................................... - 46 -

12.3模具型腔数量校核 ..................................... - 46 -

14. 模具的安装试模 ......................................... - 47 -

15. 结束语 ................................................. - 49 -

16. 致谢 ................................................... - 50 -

17. 参考文献 ............................................... - 51 -

摘 要

本次的毕业设计主题是镜片盖注塑模具，整机的尺寸公差为普通精度，小批量生产，查阅参考文献[2]确定以单一分型面生产注塑模的方式进行开模。模具的型腔排位上本设计采纳一模出两件对称阵列，推件固定板安装复位弹簧，采用侧浇口浇注的浇注系统，“滑块斜导柱”抽芯，使用圆推杆的顶出机构。考虑到ABS 塑件的工艺性能条件，该注塑模具必要使用到冷却系统，因此在对应部位也进行了相应的冷却水路的设计，本模具的中心是对侧抽芯机构的设计。镜头盖设计中参考了大批的文献书籍，还运用互联网资源少量查阅和检测，整体流程严谨可靠。

关键词 ：双层水路；梯形测浇口；推杆; 侧抽芯。

Abstract

The graduation design topic is the lens cap injection mould, part size tolerances for General accuracy and small batch production, ABS plastic for thermoplastics, taken together determine 1 the fashion design of the injection mould for the parting surface. Mold cavity using a 2 cavity alignment, gating system of side-gate shape, ejector system uses a of the finished plastic part. Out of consideration for technology performance requirements for plastic parts, which requires the use of an injection mold cooling system, result in mould design of the temperature control system design, this design is the core of the design of side core-pulling mechanism. This design references in lots of literature review, also use the Internet to find design process is rigorous and reliable.

Key words: 1 parting injection mold side gate; putt; Side core-pulling.

1. 引言

1.1来源背景

镜头盖注塑模具，如下图1-1所示。该塑料模具为ABS 塑料制品，采纳注塑模成型，该模具形态单一易于分型，但具备侧孔构造，模具设计时应重点考侧抽。

图1-1 镜片盖

1.2目的

通过对本次模具课题的设计，熟练运用模具的整个设计流程以达到全方位的运用所学专业知识解决实际情况的能力，并在之内把握CREO 、CAD 、Word 等软件的操作方法。

图1-2 模具设计流程图

1.3要求

保证注塑产品的质量可靠度及尺寸精度

符合实际生产能力

模具生产时安全可靠

便于修理

满足批量生产要求

模具部件及装配能满足制作工艺要求

1.4实际意义

通过本镜片盖模具的设计，可以领会到整个模具行业的工作情况。在毕业设计中，切身了解到设整体的艰巨和不容易，遇到难题时会催促本人想尽所有可以的措施去处置它，并从整个设计流程中了解到学科之间的相互关联。镜头盖注塑模具的设计还能衍生到其他零件产品的设计，从而为将来走向更好各位打下基础。另外，通过此次注塑模的设计，加深了对三维软件PROE （CREO ）、二维CAD 软件、Office 等软件的使用。

1.5主要设计内容

镜头盖注塑模具的设计主要包括：成型零件的设计，排气方式的设计、浇注系统的设计，侧向抽芯机构的设计以及分型面的设计，温度控制系统设计，导向及定位部分的设计，脱模系统的设计等。

2. 塑料制件的分析

2.1 镜头盖注射成型工艺

通过对镜头盖结构件的外部造型、成型工艺的要求、对镜头盖进行三维软件（CREO ）的软件分析和注塑条件分析，同时也通过对分型面、塑件的壁厚、塑件的加强措施、塑件侧孔的设计、脱模斜度的确定等方面进行了系统性的选择和分析。工件的尺寸和形状如图所示:

图2-1 塑件图

根据镜头盖结构的设计进行如下分析：

(一) 尺寸及公差

从塑件所给的尺寸及公差考虑，查阅参考文献[12]表4-7为4级精度等级，查表4-8得4级精度等级为普通精度，从批量大小和成本要素思考，在模具构造计算中模具精度等级依凭普通精度等级计算。

(二) 塑料制品的形状

如图2-1所示，此产品为柱形塑件，两侧皆有一个通孔，因此在设计时须要使用到侧抽芯机构实现侧向分型。

(三) 塑料制品的壁厚

由图2-1可知：转角部位壁厚不均匀，因此易导致镜头盖在冷却收缩不均匀的现象，严重时会造成凹陷，从而在塑件内部生成内应力、变形及破损的情况。因此在镜头盖注塑过程中，使用到CREO 的塑料分析专家来分析侧浇口位置及冷却水道的布置。

(四) 脱模斜度

ABS 塑料的强度较高、刚性好，查阅参考文献[2]常用塑料的脱模斜度表格3-5选择该塑件型腔斜度a=1°30′型芯b=1°，若脱模困难，还可以在生产时可喷涂脱模剂。

2.2 成型塑件的材料分析

ABS 塑料，它是由BS 、PB 、PBA 分散于AS 或PS 中的一种共聚合物。ABS 具有优越的力学综合性能在耐油，耐热，耐化学腐蚀方面尤为突出，同时相比于其他塑性材料而言它的柔韧性也相对较高，同时具有极强的吸湿性，需要干燥保存，可在-40°的条件下保持塑件尺寸的稳定性。

ABS 成型型：其成型性能较好（在40~90℃之间时）但浇口处外观不好[3]。ABS 的密度再1.02 gcm³到1.05gcm ³之间。ABS 的优越吸湿性要求它在加工之前进行干燥处理（80°~90℃下干燥2小时）。ABS 优越的成型性能使得它能和部分塑料组成共混改性塑料，例如能通过ABS+PC塑料来提高ABS 整体的耐热性和抗冲击强度，可通过调色来达到满意的颜色。ABS 塑料的缺陷在于耐气候性不高，在紫外射线辐射下易老化。同时ABS 无法溶解在有机溶剂中，使得制造成本上升（相对于使用有机溶剂提取而言）。ABS 顶出时要格外注意塑件顶出力不能过大，否则易发生顶白现象；ABS 在熔融需要较高的物料温度和模具温度，模具设计时应尽量优化流道设置，无法使用过长的浇注流道（1.2米以上）；在正常的注射工艺下，ABS 塑料模具的最长流动性长度与塑件壁厚的比值约为流长比（平均）=190:1[24]。

2.2.1 ABS塑料主要的性能指标：

使用ABS 注射成形塑料制品时，由于其料筒温度建议在245°，模具温度至少要达到50°，所需注塑压力：60-170MP ，因此产生的抱紧力相对于型芯而言就相对较

ABS 大。ABS 具有吸湿性，要求在成前应进行必要的烘干处理。在正常的成形条件下，

制品的注射工艺条件见以下数据：

密度(Kg.dm-3) 1.13——1.14

收缩率 % 0.3~0.8

熔 点 ℃ 130~160

热变形温度 45Ncm 65~98

弯曲强度 Mpa 80

拉伸强度 MPa 35~49

拉伸弹性模量 GPa 1.8

弯曲弹性模量 Gpa 1.4

压缩强度 Mpa 18~39

缺口冲击强度 kJ ㎡ 11~20

硬 度 HR R62~86

体积电阻系数 Ωcm 1013

击穿电压 Kv.mm-1 15

介电常数 60Hz3.7

2.2.2 ABS的注射成型工艺参数:

注射机：螺杆式

螺杆转速（rmin ）：30

预热和干燥：温度（°C ） 80——85 时间（ =（3+2） 2 =2.5mm

图6—2主流道设计

6.3分流道的设计

（1）分流道的布置形式

在设计分流道时，要明确分流道的长度要尽可能的短以减少热量耗损，但也不能

过短，防止流动不均均产生飞边现象。综合考虑采用平衡布置中的单排列式布置最适

合一模两腔的结构，并且有利于保证精度的要求。

（2）分流道的长度

由于分流道时使用单排列式分布，那么尽量将流道做短，以降低热量耗损和成型

周期。在镜头盖注塑模具中分流道长度初步选定L 分取80mm 。

（3）分流道的当量直径

因为该塑件的质量m 塑=ρV塑= 7.7g

设计指导（第3版）》图3-3的经验曲线查得D ’=4.5，再按照流道长度80mm 由图3-4查得修正系数f L =1.1，则分流道直径经修正取整后为6mm

（4）分流道截面形状的选择及尺寸大小选取

本设计截面选择为圆形。根据参考文献[6]图4-6所示圆形和矩形截面流道的效率

较好（分流道的截面积与该形状周长的比值），也就是说在相同周长的情况下，能提供最大的截面尺寸，流动更多的塑料，这样做也有利于压力分布均衡。但是在实际生产中由于上述两种均存在难以加工的缺陷，所以最常用的分流外形为扁梯形、半圆形。本次设计采取圆形截面。根据《塑料成型工艺与模具设计》表10-4可知ABS 塑料截面选取直径

D=6mm

图 6-3分流道管路直径

（5）凝料体积

①流道长度 L 分=20×2=40mm。

2 R ②分流道截面积 A 分==28.274mm²。

③凝料体积 V 分=A分L 分=28.274×40=1130.96mm²≈1.15cm²。

（6）校核剪切速率

①注塑时间：查《塑料模具设计指导（第3版）》表2-3, 选取t=1s。

②分流道体积流量：

q 分=（V 分2+2V塑）t=（0.575+7.374*2） 1=15.323 cm³s

③可得剪切速率

γ分=3.3q分（πR³分）=3.3×15.232×10³( 3.14×9 )

=1.78×10³ s﹣¹

该分流道的剪切速率γ分校核合格。

（7）分流道表面粗糙度值及相对应的脱模斜度选取

分流道的表面粗糙度主要保证塑料的正常流动即可，普遍确定在Ra1.3~2.5μm

的范围内即可，本设计分流道的粗糙度值初步选取Ra1.6μm。同时，按照参考文献

[12]P461页所示分流道的脱模斜度一般选择4º~12º之间，带入8º进行计算。

6.4分流道的布置

（1）分流道的布置原则上要选取损耗最低来布置，因此尽量选择合理的分流道

截面形状和长度，并在拐角处用圆弧来代替转角

（2）为了避免空气进入分流道，也防止提前冷却的冷料堵塞流道，因此在尾部

设置冷料穴。

（3）在一模多腔的情况下，分流道的设置优先使用平衡布置，尽量避免各个流

道的长度不均的情况发生。

（4）分流道与侧浇口的接触部位形状应作出梯形或U 性（侧浇口而言）

一般而言，分流道设置字一模多腔的模具型腔排位中，若只有一模一腔则不需要

使用到分流道。对于ABS 塑料而言，圆形分流道能有效减少熔体在流道内热能损失

[19]。同时，分流道在设计上要考虑到壁厚、注射压力等因素影响，做到尽可能减少熔体处于浇注系统的时间，以减少热能损耗防止逆流。从上述观点出发，分流道的截面形状可先做小后期进行修正。为了减少塑料的热能损失，ABS 塑料在1.5-3mm 壁厚的情况下，圆形直径一般去到4-7mm 之间。分流道的截面尺寸再大也起不到作用，因为过大的分流道截面尺寸无法有效提供冷却，反而增大了模具的成本计算和人工耗

时。而在此处镜头盖模具设计中使用了圆形截面形状的分流道是充分考虑到以上因素的作用而决定的截面直径初步为φ6mm 。

图6-4分流道的布置

6.5浇口设计

浇口起通道作用。一般来说浇口的形状和大小均不大，指起到令塑件快速进入型

腔的作用。其规格尺寸及位置可根据具体塑料的形状、结构等因素而此处可使用CREO 带有的“塑料分析专家”功能进行三维软件分析。浇口的分类大致分为两类：一类是点浇口，另一类是侧浇口，该镜头盖注塑模具根据图3-1所示优先采用的是侧浇口—梯形侧浇口，一方面是因为通过侧浇口的梯形截面后由圆形变为梯形截面，迫使分流道运动过来的塑料熔体在此处的流量发生较大改变，熔体受到截面变化而产生的剪切应力和摩擦阻力，改善全体的塑料熔体的温度，提高塑件制品的表面质量。另一方面使用侧浇口可以改善在一模两腔的情况下相比于点浇口而言，侧浇口可以将分流道做得更短，节省了大量能量和冷却周期。同时，尺寸小巧的侧浇口梯形截面在后

期分离流道与塑件时也相对容易，其简单实用性无形中提高了一模多腔的注射效率。

模具浇注系统中浇口的设计尺寸以及位置精度需要通过严格的力学和热力学计

算，此处使用经验法查阅参考文献[5]表4-2初步选型，再在具体情况中做必要的修改。因此进料口的位置的注射点，对成型塑件及其使用寿命有很大影响。一般来说，注塑产品尺寸缺陷、熔接痕、飞边、凹陷等原因皆有可能是由于浇口设计不良所引起的[9]。本设计中使用的侧浇口设计时要满足以下几点要求：

a) 侧浇口梯形截面，其略小的截面口使得通过此处的压力所失较大。因此注射

在注塑过程中应加大注射压力。

b) 原则上来说不管什么流道，尽量都应该使浇口长度越短越好

c) 侧浇口的使用时，无形中会加大不良品出现的几率，例如熔接痕等。因此设

计时要反复推敲浇口的位置是否合理，排气槽或排气分型面是否有加工

通过数据分析可知浇口的设计在浇注系统中具有举足轻重的地位，其深度尺寸更

是重中之重。按照参考文献[2]表10-2所示塑件大小在5-40g(本塑件仅有7.7g) ，浇口的最小高度Y 选择0.75mm ，浇口的最小宽度X 选择2mm ，浇口的最小长度选择0.8mm 进行设计（见图6-5-1所示）。通过上述数据可知浇口的整体尺寸明显小于分流道的截面直径φ6, ，但侧浇口微小的变化均会引起通过此处塑料熔体的流速变化进而对塑件质量产生影响。因此在设计浇口位置和尺寸，更应该注意到加工时工艺精度等方面的要求。

图6-5-1浇口设计（一）

综上所述，根据第2章镜头盖的注塑结构、小批量生产要求等因素，故采纳一模

两腔的型腔排位时此设计可行。如图6-5-2所示具体尺寸见装配图。

图6-5-2浇口设计（二）

6.6浇口位置的选择

（1）浇口的位置的应能满足最终能将型腔完全填充（以下参阅参考文献[4]计算）

考虑到该因素，浇口位置因浇注在壁厚=3mm处（最大）受力方向上，顺着流动

方向为最佳选择具体选型可根据表2-6进行查找。公式如下：

K=Σ（L τt τ）

式中：L τ---流程长度，mm;

t τ---流程厚度，mm;

其中流动比K 的理论值随会塑料熔体得材质、注射工艺、熔融温度等差异工

艺条件波动。以下流动比K 的计算公式如下所示：

①K=L1t 1+L 2+L 3t 2

②K= L1t 1+L 2t 2+L 3t 3+2L 4t 4+L 5t 5

（2）浇口位置的选择应根据产品表面质量、客户需求进行选择

（3）浇口位置的设置应该在全面评估材料成型性能，防止熔接痕出现

应根据实际情况有选择性地避免熔接痕影响到塑件本省质量，一方面通过客户需

求反应，另一方面设计时通过CREO 的熔接痕的受力分析反应出来。原则上熔接痕应设置在不影响塑件外观表面精度和受力不大的位置，同时，熔接痕过多会影响到塑件的整体强度。当然熔接痕的存在不可避免，为了加强熔接痕处的强度要求，在熔接痕处设置冷料穴来增加牢固度。镜头盖注塑模具的浇口位置的选择见装配图所示。

6.7浇口尺寸设计及校核

ABS 塑件成型就容易形成熔接痕，镜头盖注塑模具中型腔排位设计一模两腔的排位形式，由于塑件零件结构节点，故主要注意加工是否简便，因而镜头盖采用侧浇梯形截面进行浇注。其拆卸浇口时相比于点浇口而言不会困难，且可以设置在动模分型面上，从分型面处进胶。

（1）侧浇口尺寸的确定

1）侧浇口深度：按照《塑料模具设计指导（第3版）》表2-6所示，浇口高度H 可由以下公式计算得：

h =nt =0.7 ×3mm=2.1mm

在该公式中，t 为侧浇口的壁厚尺寸，t max =3mm；n 充型系数取0.7；

在实际生产过程中，浇口可以根据实际经验选取也可不断尝试选取，在塑件成品浇注成功后进行零件精度和尺寸测量，在此初步按照《注塑模具设计技巧与实例》表4-2中推荐的ABS 侧浇口的深度为0.8~1.4mm，此处取1mm 。

2) 侧浇宽度：按照参考文献[6]P166页，可得：

B =30 ≈ 2mm

式中，n 如前所述，n=0.7；A 投影面积约等于6000mm 3

3）侧浇长度：按照《注塑模具设计技巧与实例》表5-2，查得L 浇优先选用2mm

进行计算。

2）校核浇口的剪切速率

①确定注射时间：按照《塑料模具设计指导（第3版）》表2-3，可取t=1s。 ②计算浇口的体积流量：q 浇=V塑 t=7.374 1 =7.374cm³s

③计算当量半径Rn ：通过面积恒等变化可得πR²n=Wh，由公式计算侧浇口

的工称半径Rn =0.8mm≈1mm 。

④计算浇口的剪切速: γ浇=3.3q浇 （πR³浇）=3.44×10^4 s ﹣¹

格

6.8校核主流道的剪切速率

由第6.7章可得镜头盖的体积V 塑、主流道的容积V 主、分流道的容积V 分和

主流道的工称半径Rn ，计算如下。

（1）计算主流道的体积流量

q 主=（V 主+V分+nV塑） t =(1.59+1.15+2×7.374)1=17.488cm³s

（2）计算主流道的剪切速率

γ主=3.3q主（πR³主）=3.3×17.488×10³÷3.14÷2.5³=1.176×10³ s﹣¹

由上式可得主流道的剪切速率处于剪切速率的两个极限范围内, 即5×10²＜γ主＜5×10³s ﹣¹，合格。

6.9浇口套的选用

为了便于ABS 熔体以额定速度进入型腔，也因为杂主流道和喷嘴之间存在摩擦碰撞和接触耗损。因此，在模具浇注系统中主流道需要可拆卸、可更滑，因此满足上述要求的衬套被称作浇口套。

根据第6章所述的浇注系统设计原则：①了解ABS 塑件的成型性能和浇注工艺。②原则上流道长度越短越好，以避免能量在流道内白白损耗。③浇注系统中留有排气槽等排气方式，以方便型腔充模完成。④留有合适注射压力，以避免注射飞边的形成以及保证注射均匀进行。

浇口套的意义主要体现在以下两个方面：1、浇口套的而安装应该能简单方便地定位注射机上喷嘴孔的位置. 并且浇口套的材质上要选择可经受反作用力而不会被轻易退出的材质。2、浇口套在起到连接作用的同时，也应该保证塑料熔体不会逆流回来或者溢出。同时，可拆卸的原则反应了浇口套在开模时也应该是易于脱出的。

浇口套现已经完全标准化，可通过参照经销商的产品书即可获得，。浇口套分类常常分为二版模具和三版模具的浇口套之分，其二者的区别在三板浇口套的主流道较短无须定位圈，而二板浇口套需要。同时，根据第11章模架设计可知，此次设计采用的是二板模架，也因此选取二板模具浇口套。考虑到节约成本的因素，浇口套使用T10A 的碳素钢进行制作。浇口套属于半成品件，按照参考文献[2]P183页可知，选用图10-55即可。模架宽度在400mm 以下时，选用D=φ12的类型，模架宽度在400mm 以上时，选用D=φ16的类型，浇口套的长度是根据模架大小确定，此处浇口套长度选取90mm 。因此，所选浇口套如图所示：

图6-9浇口套

零件说明：此次设计主要在浇口套端面部位安放一与注塑机定位块相配合的定位圈，并在端面用螺栓将浇口套镶在模架上，以克服塑件对其的反坐力

6.10冷料穴的设计

冷料穴的设计时为了防止流料前锋所产生的固化冷料误入型腔而设计，它常常被设置在流道末端来起作用。

（1）冷料穴设计原则 在一般状况下，冷料穴直径取在4~7mm，本设计取6mm ，其深度为4~7mm，本设计取6mm 。

（2）拉料杆的设计 一般来说, 只有侧浇口浇注系统的主流道才用拉料杆，其用途在于将冷料从主流道或分流道的末端出去而设置，确保流道和产品在动模上。此次设计运用底部带顶杆的冷料穴，推杆底部固定在推件固定板，具体结构图6-10所示：

图6-10冷料穴