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模具专业设计论文内容
设计（论文）题目
电话听筒后盖模具设计与制造工艺
学院:
机电工程学院
学生姓名:
专业班级:
08模具
（2）班
学号:
2008301235
指导教师:
2011年5月31日
摘要
在现代生产中,模具是大批量生产各种产品和日用生活品的重要工艺装备,它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型｡由于模具成型具有优质､高产､省料和成本低等特点,现已在国民经济各个部门,特别是汽车､拖拉机､航天航空､仪器仪表､机械制造､家用电器､石油化工､轻工日用品等部门得到极其广泛的应用｡以塑料回车键模具的设计介绍了注塑模具的设计方法和流程｡首先根据塑件材料及工艺特性用UG软件对零件进行模型分析,然后选择注塑机并确定型腔数目,接着确定成形方案:
总体结构设计､分型面设计､浇注系统设计､脱模机构设计､冷却系统设计等｡最后进行注塑机工艺参数校核,包括注射量､锁模力､注射压力､模具厚度和注射机闭合高度等方面｡
关键词:
注塑模模具设计
Abstract
Abstract:
ThispaperintroducethedesignofinjectionmoldbaseontheexampleofPlasticmolddesignofclothesracks.Atfirst,underthepiecesofplasticmaterialsandprocesscharacteristicswithsoftwareUGformodelanalysis,thenchooseinjectionmoldingmachineandtodeterminethenumberofcavity,thendetermineformingprograms:
overallstructuraldesign,typedesign,gatingsystemdesign,ejectionmechanismdesign,designofthecoolingsystem.Finallycheckingprocessingparametersoftheinjectionmoldingmachine,includingtheinjectionvolume,clampingforce,injectionpressure,thicknessandinjectionmoldmachineclosureheight.
Keyword:
injectionmouldMolddesign
第一章塑件成型工艺分析
1.1产品开发依据用途清单
最大几何尺寸:
176X47X24mm
环境:
室内,使用温度范围-5℃~40℃
无化学品接触
抗冲击要求:
限定量从1.5m高度,0℃下摔下外壳不出现裂缝或者开裂特征
刚性要求:
在4Kg负荷下无变形
电气性能:
电绝缘性好
外观要求:
部件美观,外部光洁性一般
使用寿命:
6年以上
根据上述使用要求可归纳产品设计要求为制品材料需要具有一定的抗冲击性并且由于是电子产品的外壳要有良好的电绝缘性,随着数码产品的大量普及价格也不断下跌要求生产自动化程度高,成型周期短
生产自动化程度高､成型周期短,有较好电绝缘性｡
1.2制品结构和形状的设计
用UG4.0软件进行电话筒下盖的三维建模,三维实体模型更加直观的表现了产品造型,可以从各个角度对模型进行观察,软件可以测量并且还可以根据三维模型数据使用UG4.0的CAE分析模块--塑性顾问进行熔体的充模仿真,可以验证模具结构的正确性,制品如图1.2.1
图1.2.1:
电话听筒后盖（用UG4.0设计完成的制品图）
1.3.制品材料选择
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｡
1.3.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS）
ABS外观上是淡黄色非晶态树脂,不透明,密度与聚苯乙烯基本相同｡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｡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塑料重要的成型方法,可以采用柱塞式注塑机,但更长采用螺杆式注塑机,后者更适于形状复杂制品､大型制品成型[5]｡
2.3.2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1.59~1.60之间,具有特殊光亮性,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1.04~1.065之间｡
①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｡
②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｡
③电性能聚苯乙烯是非极性聚合物,具有颇为优异的介电､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[5]
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
1.3.3双酚A型聚碳酸酯（PC）
双酚A型聚碳酸酯是无色或者微黄色透明的刚硬､坚韧固体｡
①力学性能
双酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韧聚合物,具有良好的综合力学性能｡拉伸､压缩､弯曲强度均相当于聚酰胺6､聚酰胺66,冲击强度高于所有脂肪族聚酰胺和大多数工程塑料,抗蠕变性也明显优于聚酰胺､聚甲醛｡力学性能方面缺点是耐疲劳性较差,缺口敏感性较明显
②热性能
有良好的耐热性,玻璃化温度较高,高于所有的脂肪族聚酰胺,熔融温度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66,热变形温度和最高连续使用温度均高于绝大多数脂肪族聚酰胺,也高于几乎所有的热塑性通用塑料｡在工程塑料中,他的耐热性优于聚甲醛､脂肪族聚酰胺和PBT,与PET相当,但逊于其他工程塑料｡聚碳酸酯具有良好的耐热性,脆化温度为-100℃
③电性能
双酚A型聚碳酸酯是弱极性聚合物,极性的存在对电性能有一定不利影响,在标准条件下电性能虽不如聚烯烃､聚苯乙烯等,但也不失为是电性能较优的绝缘材料,特别是因其耐热性优于聚烯烃,可在较宽温度范围保持良好的电性能｡由于吸湿性较小,环境温度对电性能无明显影响｡
④其他性能
在干燥的气候条件下物理力学性能基本不变,但在潮湿环境及强烈日照条件下,会产生表面裂纹并发暗,在火焰中可缓慢燃烧,离火源后可自熄[5]｡
PC剪切黏度高,充模阻力大,并且由于其在力学性能方面的缺点也不选用｡
表2.1:
三种材料性能参数表
ABS
PS
PC
密度
1.05
1.04~1.06
1.18~1.20
收缩率
0.3~0.8
0.2~0.8
0.5~0.7
熔点
130~160
131~165
220~240
热变形温度（45N/cm²）
65~98
65~90
132~138
模具温度
60~80
40~60
85~120
喷嘴温度
180~190
160~170
250~300
中段温度
180~230
170~190
270~320
后段温度
150~170
140~160
250~270
注射压力
60~100
60~100
50~110
塑化形式
螺杆式柱塞式
螺杆式柱塞式
螺杆式柱塞式
拉伸强度
33~49
35~63
60~66
拉伸弹性模量
1.8
2.8~3.5
2.3
弯曲强度
80
61~98
105~113
弯曲弹性模量
1.4
-
1.54
压缩强度
18~39
80~112
85
缺口冲击强度
11~20
0.25~0.40
不断
硬度
R62~86
洛氏M65~80
11.7HB
体积电阻率
1016
1017~1019
1015
介电常数
60Hz2.4~5.0
106Hz≥2.7
60Hz3.0
击穿电压
-
19~27
20~30
外观
浅象牙色或白色不透明
无色透明､摔打音清脆
透明微黄
特点
耐热､表面硬度高､,尺寸稳定､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
透明度高､硬而韧､高抗冲､尺寸稳定性优电绝缘性和耐热性好､耐开裂耐药品性差
材料最终选定为ABS,其综合性能优异,具有较高的力学性能,流动性好,易于成型;成型收缩率小,理论计算收缩率为0.5%;溢料值为0.04mm;比热容较低,在模具中凝固较快,模塑周期短｡制件尺寸稳定,表面光亮｡
1.4注射工艺选择
1.4.1ABS塑料的干燥
ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前进行充分的干燥和预热,不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带､银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹｡ABS原料需要控制水分在0.3%以下[5]｡
注塑前的干燥条件是:
干冬季节在75~80℃以下,干燥2~3h,夏季雨水天在80~90℃下,干燥4~8h,干燥达8~16h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑｡在此,由于鼠标外壳属批量件要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器,以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[｡
表2.4:
ABS工艺参数表
工艺参数
通用型ABS
料桶后部温度
180~200
料桶中部温度
210~230
料桶前部温度
200~210
喷嘴温度/℃
180~190
模具温度/℃
50~70
ABS塑料非牛顿性较强,在熔化过程温度升高时,其熔融降低很小,但一旦达到塑化温度（适宜加工的温度范围,如220~250℃）,如果继续盲目升温,必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融粘度增大,注塑更困难,制件的机械性能也下降｡
1.4.2注射压力
ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高,在注射时要采用较高的注射压力｡但并非所有ABS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[6]｡
1.4.3注射速度
ABS塑料采用中等注射速度效果较好｡当注射速度过快时,塑料易烧焦或分解析出气化物,从而在制件上出现熔接痕､光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷｡
1.4.4模具温度
ABS的成型温度相对较高,模具温度也相对较高｡一般调节模温为75~85%,当生产具有较大投影面积制件时,定模温度要求70~80℃,动模温度要求50~60℃｡台灯固定夹属中小型制件,形状也不算复杂不用考虑专门对模具加热｡
1.4.5料量控制
注塑机注塑ABS塑料时,其每次注射量仅达标准注射量的75%｡为了提高制件质量及尺寸稳定,表面光泽､色调的均匀,注射量选为标定注射量的50%[6]｡
通常要确保注塑机生产条件及参数有一个很宽的范围,使大多数的产品和生产能力要求包含于这范围内,并且在调整确定这范围的过程时尽量按常规的工艺流程,这种生产条件范围愈大,生产过程愈稳定,使注塑产品愈不容易受到生产条件的改变而产生明显的质量降低
第二章模具与注射机的关系
模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关,设计模具时,应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射的范围内｡
2.1塑件的体积计算
由于塑件上存在一个凸台､两个钩形体和一些曲面,形状复杂,所以只能近似的计算其体积｡在UG4.0ngineer软件上可算出塑件的总体积V=13574mm3
2.2注射机的选择
塑件的体积应该小于或者等于注射机的注射量｡其关系式为:
V件≤0.8V注
V注——注射机的注射量
所以:
V注≥V件÷0.8=13574mm3=17cm3
由于模具是一模两腔,所以模具塑件的总体积V总=17×2=34cm3
估算浇注系统的凝料体积V凝料=0.5×V总=0.5×34=17cm3
所以估算的总体积为V=34+17=51cm3
由《塑料模具设计手册》表2-40热塑性塑料注射机型号与主要技术规格中,根据以上所得出的体积结果,初步选XS-ZY—500（立式）注射机｡其主要技术规格如表5｡表5XS-ZY—500（立式）注射机主要技术规格
螺杆直径（mm）
Ф65
锁模力（kN）
3500
注射容量（cm3）
500
最大注射面积（cm2）
1000
注射压力（MPa）
145
模板行程（mm）
120
模具厚度（mm）
最大
450
喷嘴
（mm）
球半径
12
最小
300
孔直径
Ф4.5
定位孔直径（mm）
Ф1000+0.06
中心孔径（mm）
Ф30
第三章注射模的结构设计
注射模的结构设计包括:
分型面的选择､模具型腔数目的确定及型腔排列方式和冷却水道布局以及浇口位置的设置､模具工件零件的结构设计､侧向分型与抽芯机构的设计等内容｡
3.1分型面的选择
如何确定分型面,需要考虑的因素比较复杂｡由于分型面受到塑件在模具中的成型位置､浇注系统设计､塑件的结构工艺性及精度､嵌件位置形状以及推出方法､模具的制造､排气､操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析比较,从几种方案中优选出较为合理的方案｡选择分型面时一般应遵循以下几项原则:
1）尽量避免侧凹或内凸,尽量选用平面垂直分型面｡
2）尽量采用简单分型面｡
3）分型面应选在塑件外形最大轮廓处｡
4）便于塑件顺利脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边,有利于设推出机构｡
5）保证塑件的精度要求｡
6）满足塑件的外观质量要求｡
7）便于模具加工制造｡
8）把抽芯或分型距离长的置于开模方向上｡
9）对成型面积的影响｡
10）对排气效果的影响｡
11）分型面设在台阶或转角处,以免显现分型痕迹｡
12）对侧向抽芯的影响｡
根据以上原则和结合实际情况下,本设计选用如图1所示分型面:
图1分型面位置
3.2确定型腔的数量及排列方式
该塑件采用一模两腔成型,型腔布置在模具两边呈对称状态,这样有利于浇注系统的模具平衡｡排列方式如图2所示｡
图2
这样的排列方式最大优点是便于设置侧向抽芯机构,进料到每个模腔均匀｡其缺点侧向抽芯力相对比较大,但由于塑件不会很大,材料又具有弹性,故对脱模没有多大影响｡
第四章浇注系统的设计
4.1主流道设计
主流道与注射机喷嘴接触处多做成半球形的凹坑,两者应严密的配合,避免高压塑料熔体溢出,凹坑球半径R2应比喷嘴球头半径R1大1-2mm｡主流道小端直径应比注射机喷嘴孔直径大0.5-1mm｡大端直径应比分流道深度大1.5mm以上,其锥角不宜太大,一般取20-60｡当主流道贯穿几块模板时,必须采用主流道衬套,以避免在模板间的拼缝处溢料,以致主流道凝料无法脱出｡主流道尺寸如图3所示:
图3主流道设计尺寸
根据设计手册查得SYS-10型注射机喷嘴的有关尺寸:
喷嘴前端球面孔径:
d1=2.5mm;
喷嘴前端球面半径:
SR1=12mm;
SR2=SR1+（1-2）mm;
d=d1+（0.5-1）mm;
取主流道球面半径:
SR2=13mm;
取主流道的小端直径:
d=3mm;
定位环直径为100mm,定位环埋入5mm;
球面配合高度:
h=3~5mm｡
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为30,经换算得:
主流大端直径:
D=7mm;
主流道长度:
L=99mm｡
4.2分流道设计
1分流道的设计原则
1）尽量保证各型腔同时充满,并均衡地补料,以保证同模各塑件的性能､尺寸尽可能一致｡
2）各型腔之间距离恰当,应有足够空间排布冷却水道､螺钉等,并有足够截面积承受注塑压力｡
3）分流道的断面和长度设计,应在保证顺利脱模的前提下,尽量取小,尤其对于小型塑件更为重要,有利于降低浇注系统凝料的重量｡
4）型腔和浇注系统投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力的中心,一般在模板的中心上｡
5）分流道的表面不必很光,表面粗糙度一般为1.6um即可,这样可以使熔融塑料的冷却皮层固定,有利于保温｡
6）当分流道较长时,在分流道末端应开冷料穴,以容纳冷料,保证塑件的质量｡
7）分流道与浇口的连接处要以斜面或圆弧过渡,有利于塑件的流动及填充｡否则会引起反压力,消耗功能｡
本设计选用圆形断面分流道,它的直径D一般在2~12mm范围内变动｡长度一般在8~30mm之间,一般根据型腔布置适当加长或缩短,但最短不宜小于8mm｡否则会塑件修磨和分割带来困难｡由于本设计塑件较一般大小,故选用D=3mm,L=20mm｡
分流道的布置形式:
分流道的布置形式,取决于型腔的布局,其遵循的原则应是,排列紧凑,能缩小模板的尺寸,减小流程,锁模力求平衡｡本设计采用非平衡式布局,如图4所示:
图2､4分流道布局形式
4.3浇口设计
浇口直接与塑件相连,把塑料熔体引入型腔｡浇口是浇注系统的关键部位,浇口的形状和尺寸对塑件质量影响很大,浇口在大多数情况下是整个流道中断面尺寸最小的部分,对充模流动起着控制作用,成型后制品与浇注系统从浇口处分离,因此其尺寸又影响着后加工工作量的大小和塑件的外观｡
本设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式,选用侧浇口较为理想｡这类浇口加工容易,修整方便,并可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置,从塑件一侧进料,有利于保证塑件的外观,塑料的流动性也能得到保证｡浇口的断面形状常用圆形和矩形,本设计采用断面形状为圆形的浇口,其直径D=0.6mm,浇口的长度L尽量短,对减小塑料熔体流动阻力和增加流速均匀有利,通常取L=0.5~2mm,初选L=1mm｡
第五章成型零件的设计
常用型腔成型尺寸的计算方法主要有两种:
平均收缩率法和公差带法,两种计算方法的区别在于平均收缩率法计算公式是建立在塑件的成型收缩率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨损量分别等于它们各自平均值基础上,当塑件的尺寸精度要求较高或塑件尺寸比较大时,这种误差有可能会显著增加,这时一些模具设计单位就采用公差带法来进行尺寸计算,平均收缩率法计算简单无需验算而公差带法计算复杂需要经过多次初算验算,且考虑因素较多[9]｡考虑到鼠标模具较简单制造成本低,设计时间短故按平均收缩率法计算成型尺寸比较简单易行[11]｡
采用δZ,δC取固定值的平均收缩率法:
Lm---------型腔的径向工作尺寸Lm=[Ls+Ls×Scp-（3/4）△]
Ls---------塑件的径向图样尺寸
Scp--------收缩率的平均值,查表得ABS收缩率范围是0.03~0.08
△---------塑件尺寸公差
δZ--------型腔制造公差
δC--------型腔最大许用磨损量,δC取为塑件尺寸公差△的三分之一
表3.4:
公式表
δZ,δC取固定值的平均收缩率法
型腔内径尺寸
型芯外径尺寸
型腔深度尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
查手册得ABS塑料收缩率波动为0.3~0.8%｡
5.1型腔径向尺寸计算（此题公差为自己标注）
以最大径向尺寸计算,测量得Ls为148mm,塑件精度选为MT2对应的型腔加工精度为IT9,以该精度查型腔的尺寸公差表,按照A类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△=0.42mm,δC=△/3=0.14mm
Lm=[148+148×（0.003+0.008）/2-（3/4）×0.42]=1490+042
5.2型芯外径尺寸计算
以型芯最大径向尺寸计算,测量得Ls为146.5mm,塑件精度选为MT2对应的型腔加工精度为IT9,以该精度查型腔的尺寸公差表,按照A类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△=0.42mm,δC=△/3=0.14mm
Lm=[146.5+146.5×（0.003+0.008）/2+（3/4）×0.42]=147.6-0.420
5.3型腔深度尺寸计算
由UG4.0测量得型腔深度为11mm,以IT9精度等级制造型腔查手册,按B类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△=0.32mm,δC=0.1mm
Lm=[11+11×（0.003+0.008）/2-（3/4）×0.32]0+0.32
=10.820+0.32
5.4型芯高度尺寸计算
UG4.0测量得塑件高度尺寸为9.5mm,以IT9精度等级制造查手册得,按A类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△=0.20,δZ=0.067mm
hm=[9.5+9.5×（0.003+0.008）/2+（2/3）×0.20]0-0.067=9.680-0.067mm
第六章脱模推出机构的设计与模架的选用
6.1脱模推出机构的设计
制件推出（顶出）是注射成型过程中的最后一个环节,推出质量的好坏将最后决定制品的质量,因此,制品的推出是不可忽视的｡在设计推出脱模机构时应遵循下列原则｡
1）推出机构应尽量设置在动模一侧由于推出机构的动作是通过装在注射机合模机构上的顶杆来驱动的,所以一般情况下,推出机构设在动模一侧｡正因如此,在分型面设计时应尽量注意,开模后使塑件能留在动模一侧｡
2）保证塑件不因推出而变形损坏为了保证塑件在推出过程中不变形､不损坏,设计时应仔细分析塑件对模具的包紧力和粘附力的大小,合理的选择推出方式及推出位置｡推力点应该作用在制品刚性好的部位,如筋部､凸缘､壳体形制品的壁缘处,尽量避免推力点作用在制品的薄平面上,防止制件破裂､穿孔,如壳体形制件及筒形制件多采用推板推出｡从而使塑件受力均匀､不变形､不损坏｡
3）机构简单动作可靠推出机构应使推出动作可靠､灵活,制造方便,机构本身要有足够的强度､刚度和硬度,
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