灯罩注塑成型工艺及模具设计概述.docx

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灯罩注塑成型工艺及模具设计概述

福建工程学院

本科生毕业设计（论文）

题目：

灯罩注塑成型工艺及模具设计

学生：

陆涛

学院：

材料科学与工程学院

专业：

材料成型及控制工程

学号：

3131605134

指导老师：

黎文峰

起迄日期：

2017.3.13-2017.3.31

设计地点：

福建工程学院

2017年4月28日

福建工程学院本科毕业设计（论文）作者承诺保证书

本人郑重承诺：

本篇毕业设计（论文）的内容真实、可靠。

如果存在弄虚作假、抄袭的情况，本人愿承担全部责任。

学生签名：

年月日

福建工程学院本科毕业设计（论文）指导教师承诺保证书

本人郑重承诺：

我已按有关规定对本篇毕业设计（论文）的选题与内容进

行了指导和审核，且提交的毕业设计（论文）终稿与上传至“大学生论文管

理系统”检测的电子文档相吻合，未发现弄虚作假、抄袭的现象，本人愿承担指导教师的相关责任。

指导教师签名：

年月日

灯罩注塑成型工艺及模具设计

摘要

这次课题是对塑料灯罩进行模具设计，测量塑件的尺寸大小，对模具进行工艺性分析，查询图书馆文献资料，选择了适合灯罩的塑料材料，然后根据这个外壳的实际样子，进行了三维造型和建模。

根据我们三维建模出来的塑件图，详细的分析了这个塑件的结构，并且进行了前模和后模成型系统分分模；设计斜向顶杆机构；以及各个系统的结构。

采用了一模一腔配合点胶口的浇口这种型腔布局的结构形式；另外，设计过程中利用了MOLDFLOW软件进行工艺优化；最后，对我们设计好的灯罩外壳的三维模型图，进行转换和制图，出二维的装配的电子图档，以及塑件图，非标零件图这类工程图；根据设计好的图纸，进行最后的注塑机确认。

关键字：

塑胶料，注塑模，模具设计，灯罩外壳，Moldflow

Theinjectionmoldingprocessandmolddesignoflampshade

ABSTRACT

Thesubjectistheplasticshademolddesign,measuringthesizeofplasticparts,themoldoftheprocessanalysis,querylibraryliterature,selectthelampfortheplasticmaterial,andthenaccordingtotheactualappearanceoftheshell,athree-dimensionalModelingandmodeling.Accordingtoourthree-dimensionalmodelingofplasticparts,adetailedanalysisofthestructureoftheplasticparts,andtheformermoldandpost-moldformingsystemclassificationmodel;designobliquemandrelinstitutions;andthestructureofthesystem.InthedesignprocessusingtheMOLDFLOWsoftwareforprocessoptimization;Finally,wedesignedagoodshadeshellofthethree-dimensionalmodelofthemap,theuseofthemold,Conversionandmapping,outofthetwo-dimensionalassemblyofelectronicfiles,aswellasplasticparts,non-standardpartsofsuchdrawings;accordingtothedesignofgooddrawings,thefinalinjectionmoldingmachinetoconfirm.

Keywords:

plasticmaterial,injectionmold,molddesign,seatplate,Moldflow

第1章绪论

塑料制品在我们生活中已经必不可少的，给我们带来了很多的方便，其重量轻，还具有足够的硬度强度是一种很好的材料。

因此注塑模具面对高批量和复杂形状的需求下，其技术的革新也带来了巨大的挑战。

注塑模具带来的是工业领域的发展和创新，促进我们社会进步和国力的发展。

1.1注塑模具和塑料产品

1.1.1塑料的成型工艺方法与成型模具

注射成型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、

锁模系统和塑模三大部分组成。

其成型方法可分为：



（1）排气式注射成型

（2）流动注射成型

（3）共注射成型

（4）无流道注射成型

（5）反应注射成型

（6）热固性塑料的注射成型。

1.1.2先进塑料成型工艺技术和先进塑料模

科技不断加进步，在塑料方面实现了不断创新，逐渐形成了一批先进的成型技术和工艺，其中包括：

热流道浇注系统注塑模具，点浇注浇注系统模具，氮气注塑模具，气动剥离机构的模具，双色注塑模具等。

1.2国内外注塑模对比

中国的模具行业发展很快，但在模具的准确性，模具制造周期中,生产能力与国际先进水平依然存在差距，这些差距是我们步入顶尖水平的重大阻碍。

但是我国模具材料微量元素控制技术，材料热处理技术，和冶炼技术都在不断进步，国内模具零件标准化率达到20％左右。

在加工设备，模具制造技术和测量技术方面，中国相比德国日本还是存在很大差距的。

在模具加工技术方面我们同样存在很大的差距。

2017年，国内外制造业整体显得比较低迷，但是技术发展还是比较快的，这个是改革开放直接导致的，中外合资的企业很多，直接引进了国外的先进技术。

目前对比国内外模具技术水平来看，我国模具相比于国外先进水平还是有很大的差距。

据悉，我国模具产业现在主要面临的三大难点主要有：

塑模企业应向园区发展迟缓，加大塑料材料与注塑工艺的研发力度不足，模具试模结果检验等工装水平仍未跟上[46]。

所以，在我国的注塑模发展上面，还需要大力的加强模具标准件的开发与制造，需要多多学习国外的先进技术，才能逐渐的进步与国外模具技术大厂不分伯仲的展开竞争[45]。

1.2.1塑料模具技术的发展动向

模具技术开发我们分为三个方面：

A.塑料成型技术的发展：

目前，塑料成型理论已经发展到各种流变行为的研究阶段，塑料成型方法也被改造为新塑料和塑料件特殊要求的研究，其他产品的精密度，模具小型化和大型化精密制造成型技术是主要趋势之一。

B.模具制造发展方向：

现在社会需要更加精密的塑料件，不仅要以上的精度要好一点，而且需要更好的表面质量，这样我们需要模具加工制造，采用更高的设计技术，制造加工技术，更好的加工设备，更准确的模具尺寸检测技术和设备。

C.注塑模具发展趋势：

现在的发展趋势逐渐减少材料的浪费，减少制造周期和热流道模具研究。

1.3塑料模具中的注塑成型

1.3.1注塑模具分类及结构组成

注塑模的结构都是由定模和动模两大部分组成,根据模具上各部件的作用不同，一般注塑模可由以下几个部分组成

（1）成型零部件：

通常由型芯、凹模、镶件等组成

（2）浇注系统：

分为主流道，分流道和冷料穴三部分组成。

（3）导向机构：

分为动模与定模之间的导向机构和顶出机构的导向机构两类

（4） 脱模机构：

有顶杆脱模机构、推板脱模机构和推管脱模机构等

（5）侧向分型与抽芯机构：

使侧向凸模或侧向型芯移动的机构

（6）加热放冷却系统：

为了满足注塑工艺对模具的温度要求，必须对模具温度进行控制

（7）排气系统：

为了将型腔内的空气排出

（8）其他零部件：

如用来固定、支承成型零部件或起定位和限位作用的零部件等

塑模的结构特征对其进行分类如下

（1）单分型面注塑模

（2）双分型面注塑模

（3）活动零部件的注塑模

（4）含有抽芯系统的注塑模

（5）自动卸螺纹注塑模

（6）无流道注塑模

1.3.2模具钢材的类型和选择

模具钢材来讲，首先就是模架系统，一般采用差一点的钢材，可以是45，也可以是55号的材料，模架系统不需要太好，够用就行；

其次，在成型零件上，需要考虑注塑的材料和塑件的使用用途，比如高光洁度或者是镜面的塑件，那么就需要抛光性能好的钢材，可以是S136H之类的，但是这类钢材非常的昂贵，相比于原材料，具有腐蚀性效果，还需要采用有一些可以抗酸碱盐的钢材，这个就根据具体的表格去查表就可以了。

1.4毕业设计选题的背景、目的和意义

1.4.1设计选题的背景和设计方法

本次设计内容是塑料灯罩，产品的生产批量大，表面光滑有较高的精度，形状较为复杂，是生活中一项需求较大的必需品。

采用注塑方法来加工产品。

首先对零件进行测量，绘制二维零件图和3D零件图。

然后对灯罩进行工艺性结构分析计算，选择合适的加工结构方法构思模具。

设计所需达到零件的制造标准，合理的方案。

1.4.2设计的目的和意义

这次对于注塑的毕业设计，让我能分析问题，解决问题，锻炼自己的能力。

收获以下的几点：

1）学习并掌握注塑模具的设计过程，对塑料的结构组成能够合理分析

2）合理运用自己所学知识，发现自己知识中的漏洞，达到模具所需要的设计要求，完成自己的知识系统。

在这过程中，注塑模具是一个需要长时间的积累才能够真正掌握的，这次毕业设计为我今后的工作是一次很好的历练。

此次塑料模具设计需要用到大学这几年所学习到的技能的合并和灵活运用，这个过程能对所学技能有更深的认知和了解，同时也可以从中认识到自己不足的地方，更能够加强更新创意意识和培养实战经验，有着十分重要的实际研究的意义。

第二章塑件工艺性及成型工艺条件

2.1零件制品图

图2.1灯罩外壳零件制品图

如图2.1所示，该灯罩外壳塑件为本次毕业设计模具的成型塑件。

直径49mm，高为46mm，整体外形类似圆形喇叭开口罩，内部有许多加强筋，中间还有两组可供支承铁管贯通的孔。

根据毕业设计任务书要求，该灯罩外壳为ABS材料，并根据灯罩的使用，需要的材质，有一定的阻燃性质和耐热性。

本次所选的ABS材料，需要调质过后，阻燃性能达V-0级的原料。

未注尺寸公差的等级为5级（SJ1372-78），外表面粗糙度全部Ra为3.2，设定为大批量生产。

（a）（b）

图2.2灯罩外壳三维图

利用UG软件和二维图所给数据对灯罩外壳塑件进行三维建模，成果如图2.2所示。

2.2塑件结构工艺性分析

塑料件为厚壁圆形零件，有着比较均匀的壁厚，均匀的壁厚可以起到减少内应力的作用，零件内部含有类似梯形台阶圆，内侧有多处加强筋，加强筋中有两个插安装管的孔，这两组孔用于完成品塑件后进行螺丝自攻牙，从而进行固定装配。

对于此位置，适合采用推管进行推出，能深入分担塑件的推出作用力。

这样才可以能安全地顶出模，能保证表面质量，塑料件不允许有裂缝，太大的变形缺陷，高精度精度水平。

综上所述，零件适合对塑料件进行进一步的模具成型及模具设计。

2.3塑件成型工艺条件分析

ABS塑料：

注射模的工艺设计及基本要求，其材料在进行注塑加工前需适当时间的干燥和烘干，但如果是仓库放存得当的话就不用进行热干燥的方式处置[28]。

ABS：

收缩率：

0.5%

密度：

1:

1.05

熔化温度：

220~275度，一定要注意不能超出275度。

模具设定温度：

40～80度，一般推荐使用50度。

结晶度由模具温度决定。

ABS塑料的注射压力：

最大的时候可以达到1800bar。

ABS原料的主要使用方向：

火车汽车制造行业（重要是用混合了含金属混合的ABS原料：

电子电气外壳、风车轮挡板、覆盖版、排气风扇等），机器设备（衬门垫、通水、通风气管、成型机框结构架物盖子板等），日常消费、家里面用和电器和农业产品等。

2.4塑件的体积和质量

这次设计中，灯罩外壳的质量和体积根据三维测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得灯罩外壳的体积为771419.48mm3（ABS的密度为1.05），即可以得出该灯罩外壳的质量为810克。

外侧表面积771.8mm2。

流道的凝料约16克。

第三章MOLDFLOW模拟分析

MOLDFLOW软件是注塑成型仿真工具，该软件可以直观的分析熔融状态的凝料进入型腔以后的成型动态，包过充填时间，保压，翘曲，温度，等等的一些参数。

3.1网格划分方法

本次分析采用Moldflow2012软件，该软件提供的网格划分方法有如表3.1以下三种：

在总合评估各项考量后，本课题的moldflow分析采用了双层面（双面流）网格[5]，对产品进行划分，并主要分析产品流动平衡、困气、冷却、熔接线及翘曲变形。

刚开始导入画分网格后，网格纵横比最高达86，经查阅参考文献及网络知识得知，小零件的纵横比一般不高过6，中大型零件一般不能高过20，所以通过网格修改工具，如插入节点-合并节点等工具进行修改，修改后再统计网格，其中网格分析结果如图3.1，表3.2：

图3.1网格诊断

图3.2网格统计结果

3.2MOLDFLOW分析结果

3.2.1充填时间

如图3.3所示，充填的开始，最先填充的部分是深蓝色的；红色区域为充填的末端[6]；一旦无法充填，那么那个地方将没有颜色。

塑件有较高的充填效果，证明其流向是均匀的，在前锋同时到达终点的物质流模型。

这意味着每个过程应该结束了一个深蓝色的轮廓[8]。

等值线间隔表示聚合物的流动速度，等值线分布稀疏，表示在相等的时间内，塑胶在这里留得比较快；等值线密集的区域，表示在这里塑胶流动的比较慢。

查看项目：

充填时间。

图3.3充填时间分析

结果：

充填时间为1.277s。

3.2.2流动前沿温度

结果表明熔融塑胶流经型腔不同位置时的温度显示。

如图3.4所示，塑胶流经厚度较薄的区域时，会因流动受阻而使流速下降从而加剧温度下降，如果温度下降得很多，就可能会产生滞留；如果温度下降到凝固点以下，就会出现短射。

所以当出现温度下降过多的情况时，应适当提高熔温、模温、提高射压、加快射速。

从图3.2.2左侧的显示可以看出，最高温度为232.3度，最低温度为221.4度，在成型参数中设置的熔温为220~275度，说明塑胶在流动的过程中未出现打的温度波动和局部过热现象，填充比较顺利。

红色区域：

表示许多的剪切热量一般出现在充填的浇口旁边。

蓝色区域：

表示在该区域温度较低，可能会停滞流动或者流速过满。

查看项目：

流动前沿最高温度。

图3.4充填温度分析

结果：

前沿温度为232.3°。

3.2.3顶出时体积收缩率

顶出时体积收缩率的意思是凝料最初进入型腔的体积与凝料保压冷却成型以后的体积比。

体积收缩结果表明，取消节点平均数显示是个好方法。

右击结果名字选择属性，这可以通过右键单击名称属性选择，确定在动画页面，动画中的帧的选择，然后取消安装选项页节点。

体积收缩率分布必须均匀在整个产品减少翘曲，并小于最大推荐材料。

体积收缩压力能够曲线控制[14]。

查看项目：

顶出时的体积收缩率。

图3.5体积收缩率分析

结果：

顶出时的体积收缩率为7.511%。

3.2.4锁模力

塑件在受到来自注塑机施加的压力以后，随着时间的变化，锁模力也会随之变化。

锁模力与注塑机的额定锁模力有关系，也与塑件在Z轴方向上面的投影面积，平均型腔成型压力有函数关系，结果值应不超过近80%的限制机器，让20%作为安全系数。

注意：

模具的吨位计算是正确的，该模型的夹紧力必须沿Z轴方向。

锁定记录的结果会产生误导的结果，如果连接到你的模型在xy平面重叠表面因夹紧力。

注意：

压力曲线的使用，可用来调整壁厚减小锁模力[21]。

查看项目：

随着注塑机开始注塑，锁模力也随之变化，在凝料进入型腔以后，锁模力逐渐增加，当凝料快要充填满型腔是，压力逐渐减小[16]。

图3.6锁模力XY图

结果：

需要最大锁模力约80T。

3.2.5冻结层因子分析

冻结层因子用于查看制品和浇口凝固的先后顺序和凝固的时间，因此可以根据显示结果设置保压。

正确的保压时间可以消除制品缩水，改善制品翘曲，同时也能防止塑胶回流，使制品得到充分补收缩和压实，保证制品质量。

冻结层因子用于查看制品和浇口凝固的先后顺序和凝固的时间，

查看项目：

冻结时间结果。

图3.7冻结层因子分析

结果：

冷流道进胶，从图上可看出制品在30S时已经冻结效果。

3.2.6熔接线分析

在熔融状态的凝料从不同的浇口进入型腔以后，跟随型腔的外形逐渐流动，根据塑件在型腔内的形状，会有多个位置是凝料的结合处，这类结合处，就是塑件熔接线的位置，熔接线表示的结构上的瑕疵或缺陷的存在[15]。

注：

结果在135度的熔接线结果聚合。

对不同角度的聚合，产生熔接线结果并指定聚合角[25]。

使用：

熔接线可造成的结构性问题，也使产品不能在视觉接受。

有些不可避免的熔接线，需要参考位置决定熔接线的位置，提高质量工艺[22]。

查看项目：

加大塑件的壁厚，降低塑件厚度比值，改变浇口的位置和相关尺寸。

已达到降低熔接线[23]。

加大注塑浇口、加大熔接线附近相关流道的尺寸。

让浇口靠近熔接线。

升高温度、加大射速、增大注射压力。

图3.8熔接线分析

结果：

如图3.8所示为熔接痕。

3.2.7变形量分析

模流分析分析出来的变形结果有塑件整体的变形和塑件整体的收缩趋势：

塑件的变形会受到产品浇口位置的数量和位置影响[21]，比如塑件较大，浇口数较少或者浇口位置不合理，相应的塑件的变形量就会加大，而且压力也要变大。

收缩趋势是塑件自己的变形趋势，和浇口点数位置没有多大关系[16]。

模流分析分析出来的变形在理论上是可以让我们了解塑件的变形程度，但是和实际还是有一定区别的[26]，比如注塑压力的话，会比实际生存是的压力低20%-30%左右[36]。

图3.9变形量分析

结果：

所有因素的变形量为0.1133mm~0.2768mm，变形最大的区域的位置多数位于底部，变形最下的区域为灯罩口部的外螺纹口部，也是浇口的所在口部。

考虑本零件壁厚是比较均衡的零件[37]，在使用性上，需要一定的精度控制来达到装配，但零件灯罩的外壳，考虑1.005的收缩率后，其实成型时的非正常变形并不大，所以本方案合理[21]。

第四章成型机的选择及确定成型方案

4.1注塑机的选择

4.1.1初步选定注塑机[26]

选择适合这个模具生产的注塑机，是非常有必要的，可以用最低的成本和最合理的效率来生产。

上面可利用UG软件的测量体进行测量可得。

可得出零件的重量为10.5g，流道凝料约8~12g（这里取10g），根据塑件为一模2腔，总注塑量为31g。

但选择成型机时，也不能单按注塑量来决定，同时还要综合考虑，比如锁模力，模具的最大安装尺寸等方面。

（1）模具所需塑料熔体注射量、注射压力。

式（4-1）

式中m——一副模具所需塑料的质量或体积（g或cm3）

n——初步选定的型腔数量；

m1——单个塑件的质量或体积（g或cm3）

m2——浇注系统的质量或体积（g或cm3）

（2）塑件和流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积及所需锁模力。

式（4-2）

式（4-3）

式中A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm2）；

A1——单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）；

A2——流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm2）；

Fm——模具所需的锁模力（N）；

P型——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。

设计中常按表4.1中型腔压力进行估算。

表4.1常用塑料注射成型时型腔平均压力单位：

MPa

塑件特点

P型

举例

容易成型塑件

25

PE、PP、PS等壁厚均匀的日用品，容器类

一般塑件

30

在模温较高的情况下，成型薄壁容器类

中等黏度塑件及有精度要求的塑件

35

ABS、POM等有精度要求的零件，如壳体等

高黏度塑料及高精度、难充模塑料

40

高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等

（3）选择注射机型号。

根据上面计算得到的m和Fm值来选择一种注射机，注射机的最大注射量（额定注射量G）和额定锁模力F应满足：

式（4-4）

式中α——注射系数，无定型塑料取0.85，结晶型塑料取0.75。

式（4-5）

综上所述，决定选用XS-ZY250[39],注射机的规格如表4.2。

表4.2部分国产塑料注射成型机型号及技术参数

型号

XS-ZY125

XS-ZY250（B）

XS-ZY300

理论注射量（最大）/cm3

106

250

320

螺杆（柱塞）直径/mm

45

50

60

注射压力/MPa

150

130

175

注射行程/mm

160

160

150

注射时间/s

1.8

2

2.5

塑化速度（g/S）

16.8

18.9

19

锁模力/kN

900

1800

1500

最大成型面积/cm2

360

500

650

模板行程/mm

300

500

340

模具高度（最大）/mm

300

　400

450

（最小）/mm

200

200

285

模板尺寸/mm

300*400

　598*520

　620*520

拉杆间距/mm

260*360

448*370

400*300

合模方式

液压

液压

液压

4.2型腔数目、配置及分型面

4.2.1型腔数目的确定

本课题为灯罩外壳的注塑模设计，精度较高，成型工艺复杂，形状结构还算比较简单[15]。

单从整体来讲，是适合大批量长期生产的中型塑料件。

本次灯罩外壳设计考虑制件的外形结构与配合要求，加上为了提高质量和效率，故初选为一模二腔。

4.2.2型腔的分布

在保证模腔里面和主胶口流道的中间的尺寸尽量不要太长的前提下，同时采用平衡流道。

型腔布局由图所示。

所以这里我们选取了点浇口的方式方法，这样的目的是为了得到更好的浇注质量[25]：

因为本课题零件壳是以灯罩外壳为设计原型，直接采用单腔的居中布置就可以满足制造要求。

图4.1型腔的布局

4.2.3分型面的确定

塑料在模具型腔中凝固，为了得到塑件，必须将模具打开，分为两部分组成为动模和定模，而两者相接触的面称为分型面。

我们进行分型面选择的时候[28]，要从下面几点来进行考虑：

（一）我们在分型面在进行选择的时候应该在这个塑料件外面最大的地方；

（二）让塑料件在模具打开以后停留在动模的一边[22]；

因为考虑到要非常容易地拿出进浇时的冷凝料，我的这个模具就不需要设计两个分型面的注塑模了，使用平时的常见单个分型面塑料模就能正常生产了。

因为本模具的定模板他和上模板的结合处在工作生产时不会分开，在相对的比较下，单个分模面的塑料模更加方便排出空气[26]。

综上所述，我选取的分型面是一个有弧度的面，同时也是在这个灯罩外壳塑料件的最大、外轮廓最突出的位置，因为塑件底部有许多加强筋，塑件冷却收缩后包紧下模，所以当模具在打开时灯罩外壳件是停留在模具型芯这一边的，这样有利于脱模。

在分型面的选择上面，我们有几个原则，具体参考以下几个要点：

1、有利于塑件脱模；

2、有利于排气；

3、有利于滑块抽芯；

4、有利