电话听筒注射模设计.docx
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电话听筒注射模设计
摘要
本文介绍了注射模具的特点及发展趋势，叙述了电话机听筒注射模具设计与计算的详细过程，介绍了该塑件成型工艺、注射模具的结构特点与工作过程,阐述了在有斜滑块抽芯的注射模设计中应注意的事项。
关键词：
听筒，注射模；斜滑块；侧抽芯
Abstract
Thecharacteristicsanddevelopmentsofinjectionmouldwereintroducedinthispaper.Thedesigningandcalculatingofinjectionmouldofmicrophonewerestatedindetail.Theformingprocessoftheproductandthestructurecharacteristicsaswellasworkingprocessoftheinjectionmouldwereintroduced.Thepointsmustbepaidattentiontointhedesignoftheinjectionmouldforthepartwithlifterswerestated.
Keywords:
microphone,injectionmould;lifter;corepulling
前言
第一章概论
第一节塑料模具的特点与发展趋势…………………………4
第二节注射模设计要求与程序………………………………6
第二章听筒注射模具设计过程
第一节毕业设计任务和要求…………………………………11
第三节塑件分析………………………………………………13
第三节塑件材料的成型特性与工艺参数……………………15
第四节成型设备的选择………………………………………16
第五节分型面和排气槽的设计………………………………18
第六节浇注系统的设计………………………………………19
第七节成型零部件的设计与计算……………………………24
第八节合模导向机构的设计…………………………………32
第九节侧向分型与抽芯机构的设计…………………………34
第十节脱模机构的设计………………………………………36第十一节温度调节系统的设计与计算………………………38
第十二节注射机的校核………………………………………40
结束语……………………………………………………………42
致谢词……………………………………………………………43
参考文献…………………………………………………………44
第一章概论
1.塑料模具的特点与发展趋势
1.1.1塑料模具的重要性
模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。
塑料模是指用于成型塑料制品的模具，它是型腔模的一种类型，其地位与重要性正日益被人们所认识。
随着塑料工业的飞速发展，以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：
家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
由于在工业产品中，一个设计合理的塑件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。
注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。
该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。
由于注塑成型加工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续地生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。
随着工业生产的迅速发展，塑料模具工业在国民经济发展过程中发挥着越来越重要的作用。
1.1.2塑料模具的特点
热塑性塑料注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：
一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注射模的特殊性和设计难度。
由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部位、各方向收缩率不同，不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异。
基于上述特点，设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理适用，并可在设计中有效利用塑料特性，如点浇口模具用于塑料铰链制品。
塑料注射成型模具主要用于成型热塑性塑料制件，近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用。
由于塑料注射成型模具的适用性比较广，而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好，生产效率特别高，所以塑料注射模具已日益引起人们的重视。
1.1.3塑料成型技术的发展趋势
在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求、满足塑料制件的使用要求、降低塑料制件的成本起着重要的作用。
从塑料模的设计、制造及模具的材料等方面考虑，塑料成型技术的发展趋势可以简单地归纳为以下几个方面：
1.1.3.1模具的标准化
为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到了20%。
注射模方面关于模具零件、模具技术条件和标准模架等已经制定了一些国家标准标。
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架，精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。
1.1.3.2加强理论研究
随着塑料制件的大型化和复杂化，模具的重量达到数吨甚至十多吨，这样大的模具，若只凭经验设计，往往会因设计不当而造成模具报废，大量的资金被浪费，所以大型模具还是要向理论设计方面发展，如模板刚度、强度的计算和充型流动理论的建立。
1.1.3.3塑料制件的精密化、微型化和超大型化
为了满足各种工业产品的使用要求，塑料成型技术正朝着精密化、微型化和超大型化等方面发展。
精密注射成型是能将塑料制件尺寸公差保持在0.01～0.001㎜之内的成型工艺方法，其制件主要用于电子、仪表工业。
微型化的塑料制件要求在微型的设备上生产。
目前，德国已经研究出注射量只有0.1g的微型注射机，而法国有注射量为17万g的超大型注射机，合模力为150MN；美国和日本也有较先进的注射机。
目前，国产注射机的注射量也已达3.5万g，合模力为80MN。
1.1.3.4新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用
随着塑料成型技术的不断发展，模具新材料、模具加工新技术和模具新工艺方面的开发已成为当前模具工业生产和科研的主要任务之一。
十多年来，国内外在塑料成型行业和改进模具设计与制造方面投入了大量的资金和研究力量，取的了许多成果。
例如：
材料方面有预硬钢、马氏体时效钢、耐腐蚀钢等，模具加工技术方面有广泛应用仿形加工、电加工、数控加工及微机控制加工等；另外，模具CAD/CAM/CAE技术也进入了实用阶段。
1.2注射模设计要求与程序
1.2.1基本要求与注意事项
（1）合理地选择模具结构
（2）正确地确定模具成型零件的尺寸
（3）设计的模具应当制造方便
（4）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工
（5）设计的模具应当效率高、安全可靠
（6）模具零件应耐磨耐用
（7）模具结构要适应塑料的成型特性
1.2.2设计程序
1.2.2.1调研、消化原始资料
收集整理有关制件图设计、成型工艺、成型设备、机械加工、特种工艺等有关资料以备设计模具时使用。
消化塑料制件图，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，如：
塑件的原材料表面形状、颜色与透明度、使用性能与要求；塑件的几何结构、斜度、镶件等情况；熔接痕、缩孔等成型缺陷出现的可能与允许程度；浇口、顶杆等可以设置的部位；有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工等，此类情况对塑件设计均有相应要求。
选择塑件精度最高的尺寸进行分析，查看估计成型公差是否低于塑件的允许公差，能否成型出符合要求的制件。
若发现问题，可对塑件图纸提出修改意见。
分析工艺资料，了解所用塑料的物化性能、成型特性以及工艺参数，如材料与制件必须的强度、刚度、弹性；所用塑件的结晶性、流动性、热稳定性；材料的密度、粘度特性、比热容、收缩率、热变形温度以及成型温度、成型压力、成型周期等。
并注意收集如弹性模量E、摩擦因素f、泊松比μ等与模具设计计算有关的资料与参数。
1.2.2.2选择成型设备
模具与设备必须配套使用，因为多数情况下都是根据成型设备的种类来进行模具设计，为此，在设计模具之前，首先要选择好成型设备，这就需要了解各种成型设备的规格、性能与特点。
以注塑机来说，如注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出方式与距离、喷嘴直径与喷嘴球面半径、定位孔尺寸、模具最小与最大厚度、模板行程等，都将影响到模具的结构尺寸与成型能力。
同时还应初估模具外型尺寸，判断模具能否在所选的注射机上安装与使用。
1.2.2.3拟定模具结构方案
理想的模具结构应能充分发挥成型设备的能力（如合理的行腔数目和自动化水平等），在绝对可靠的条件下使模具本身的工作最大限度地满足塑件的工艺技术要求（如塑件的几何形状、尺寸精度、表面光洁度等）和生产经济要求（成本低、效率高、使用寿命长、节省劳动力等），由于影响因素很多，可先从以下方面做起：
（1）塑件成型按塑件形状结构合理确定其成型位置，因成型位置在很大程度上影响模具结构的复杂性；
（2）型腔布局根据塑件的形状大小、结构特点、尺寸精度、批量大小以及模具制造的难易、成本的高低等确定行腔的数量与排列方式；
（3）选择分型面分型面的位置要有利于模具加工、排气、脱气、脱模、塑件的表面质量及工艺操作等；
（4）确定浇注系统包括主流道、分流道、冷料穴、浇口的形状、大小和位置，排气方法、排气槽的位置与尺寸大小等；
（5）选择脱模的方式考虑开模、分型的方法与循序，拉料杆、推杆、推管、推板等脱摸零件的组合方式，合模导向与复位机构的设置以及侧向分行与抽芯机构的选择与设计；
（6）模温调节模温的测量方法，冷却水道的形状、尺寸与位置，特别是与模腔壁间的距离及位置关系；
（7）确定主要零件的结构与尺寸考虑成型与安装的需要及制造与装配的可能，根据所选材料，通过理论计算或经验数据，确定型腔、型芯、导柱、导套、推杆、滑块等主要零件的结构与尺寸以及安装、固定、定位、导向等方法；
（8）支承与联接如何将模具的各个组成部分通过支承块、模板、销钉、螺钉等支承与连接零件，按照使用与设计要求组合成一体，获得模具的总体结构。
结构方案的拟定，是设计工作的基本环节。
它既是设计者的构思过程，也是设计对象的胚胎，设计者应将其结果用简图和文字加以描绘与记录，作为方案设计的依据与基础。
1.2.2.4方案的讨论与论证
拟定初步方案时，应广开思路，多想一些办法，随后广泛征求意见，进行分析论证与权衡，选出最合理的方案。
1.2.2.5绘制模具装配草图
总装配图的设计过程比较复杂，应先从画草图着手，经过认真的思考、讨论与修改，使其逐步完善，方能最后完成。
草图设计过程是“边设计、边绘图、边修改”的过程，不能指望所有的结构尺寸与数据一下就能定的合适，所以在设计过程中往往需反复多次修改。
其基本做法就是将初步拟定的结构方案在图纸上具体化，最好是用坐标纸，尽量采用1:
1的比例，先从行腔开始，由里向外，主视图与俯视图同时进行：
1型腔与型芯的结构；
2浇注系统、排气系统的结构形式；
3分型面及分型脱模机构；
4合模导向与复位机构；
5冷却或加热系统的结构形式与部位；
6安装、支承、连接、定位等零件的结构、数量及安装位置；
7确定装配图的图纸幅面、绘图比例、视图数量布置及方式。
1.2.2.6绘制模具装配图
绘制模具装配图时应注意做到以下几点：
1认真、细致、干净、整洁地将修改已就的机构草图，按标准画在正式图纸上。
将原草图中不细不全的部分在正式图上补细补全；
2标注技术要求和使用说明，包括某些系统的性能要求（如顶出机构、侧抽芯机构等），装配工艺要求（如装配后分型面的贴合间隙的大小、上下面的平行度、需由装配确定的尺寸要求等），使用与装拆注意事项以及检验、试模、维修、保管等，达到要求；
3全面检查，纠正设计或绘图过程中可能出现的差错与遗漏。
1.2.2.7绘制零件图
绘制零件图时应注意做到以下几点：
1凡需自制的零件都应画出单独的零件图；
2图形尽可能按１∶１的比例画出，但允许放大或缩小。
要做到视图选择合理，投影正确，布置得当；
3统一考虑尺寸、公差形位公差、表面粗糙度的标准方法与位置，避免拥挤与干涉，做到正确、完整、有序，可将用得最多的一种粗糙度以“其余”的形式标于图纸的右上角；
4零件图的编号应与装配图中的序号一致，便于查对；
5标注技术要求，填写标题栏；
6自行校对，以防差错。
1.2.2.8编写设计说明书
第二章听筒注射模具设计过程
2.1毕业设计任务和要求
2.1.1设计题目和任务书
（1）设计题目：
家用程控电话机外壳及其模具设计
专题：
1、电话机机座底板的模具设计
2、电话机底座面板的模具设计
3、电话机听筒外壳的模具设计
要求：
独立完成并与同组其他专题的设计协调配合。
（2）课题内容：
1、根据电话机的使用性能设计其外壳形状与尺寸；
2、设计电话机外壳的注塑模具；
3、编制模具的装配工艺及主要零件的加工工艺；
4、编制数控机床加工主型腔的加工程序；
5、翻译英文资料
（3）进程要求：
1、熟悉设计任务书的具体内容，准备相关的参考资料（第4周）；
2、完成塑料件的设计及绘图工作（第5周）；
3、确定模具的设计方案（第6周）；
4、绘制模具装配图及零件图（第7、8、9、10周）；
5、编制模具的装配工艺及主要零件的加工工艺（第11周）；
6、编制型腔的数控加工程序（第12、13周）
7、写设计说明书，翻译英文资料，做好毕业答辩的准备工作（第14、15周）；
（4）设计要求：
1、模具装配图用1#或0#图打印；
2、根据零件的大小不同，零件图用2#、3#、或4#图打印，另外手工绘一张零件图（3#）;
3、设计说明书及英文资料打印装订成册，最后与相关资一起装入档案袋。
2.1.2毕业设计应达到的要求
通过这次毕业设计，应达到学校对毕业设计的要求，同时对于本具体的塑料注射模的设计，应达到如下目的：
（1）更深入了解聚合物的物理性能、流动性、成型过程中的物理、化学变化以及塑料的组成、分类及其性能。
（2）更深入了解塑料成型的基本原理和工艺特点，正确分析成型工艺对模具的要求。
（3）掌握各种成型设备对各类模具的要求。
（4）掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法，能设计中等复杂模具。
（5）具有分析、解决成型现场技术问题的能力，包括具有分析成型缺陷产生的原因和提出克服办法的能力。
（6）在设计中熟练使用ProEngineer和UG等3D造型软件和AutoCAD等2D绘图软件。
（7）结合以前学过的各门课程，综合运用各种知识来完善这次毕业设计。
（8）在设计过程中，还应该注意了解塑料模具的新工艺、新技术和新材料的发展动态，阅读外文资料，学习掌握新知识，更好地为本设计和振兴我国的塑料成型加工技术服务。
2.1.3本人设计要解决的问题
在此次设计中，本人负责的是电话机听筒的外型及其模具的设计部分，与同组另外三人一起共同完成整部电话机的外型与模具的设计工作。
在设计过程中，本人要解决的问题是根据听筒的用途及美观性，在满足听筒使用功能的前提下，设计出外型尽可能新颖、美观、实用的听筒，以及完成听筒整套注塑模具的设计及主要成型零件的加工工艺。
2.2塑件分析
本次设计中的产品零件是家用程控电话机听筒。
随着生活水平的提高和制造技术的发展，人们对产品的要求也越来越高，不仅仅满足于功能，还越来越注重其外型的新颖和美观。
本人设计的电话听筒即是采用UG造型开发的流线型新款产品，听筒三维造型图如图1所示。
图1.听筒三维模型
此听筒的设计综合考虑了其功能性和外形美观性，其功能实用，外型美观，手感舒适，符合市场潮流。
听筒分为上壳（图2）和下壳（图3），相比较而言，上壳的结构比较简单，壁厚为1.5㎜。
在上壳的内壁两端设有用于装配的侧凹，设计模具时应考虑其开模时的抽芯问题。
下壳壁厚为2.5㎜，内部结构和外型曲面都比较复杂。
下壳内两端外侧设有用于上、下壳配合的卡钩，内部有用于安装标准件接线头和杨声器的结构，其尺寸都有一定的精度要求。
听筒属于小型塑件，其外表面粗糙度有较高的要求，达Ra0.4以上，内表面无特别要求。
塑件注射成型后，要对其表面进行喷涂处理，以达到一定的光度和
图2.听筒上壳模型
图3.听筒下壳模型
亮度，从而满足美观设计的需要。
根据听筒的功用，要求塑件有一定的耐麿性和耐热、耐寒性，并且尺寸相对稳定。
综合以上分析，取听筒的尺寸精度为4级（SJ1372-78），外表面粗糙度为Ｒ0.4，内表面Ra1.6。
本次设计的产品三维造型及其模具的设计是利用UnigraphicsV18.0软件完成的。
通过计算机对产品三维模型的分析，可得到产品的如下相关信息：
上壳的体积为15.53㎝3，质量为16.16ｇ，开模方向投影面积为9.55㎝2；下壳的体积为38.18㎝3，质量为39.70ｇ，开模方向投影面积为95.5㎝2。
电话机的生产属于较大批量的生产，但其造型设计及其模具设计与制造成本仍占产品价格的较大比例。
因此，听筒的设计应在考虑其使用要求和外观质量等要求的前提下，尽量降低设计与制造成本。
2.3塑件材料的成型特性与工艺参数
综合分析后，选用听筒材料为乳白色的ABS。
2.3.1ABS基本特性
ABS，即苯乙烯－丁二烯－丙烯腈共聚物，它是由三种单体聚合而成的非结晶型高聚物，具有三种组合物的综合性能，且无毒、无味，塑件成型后有较好的光泽。
ABS的密度为1.02～1.05ｇ/㎝3。
ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化膨胀。
ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右。
耐气候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中组分之间的比例不同，其性能也有差异，从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
2.3.2ABS主要用途
ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池槽、冷藏库和冰箱衬里等。
汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可以用来制作水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收音机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
2.3.3ABS成型特点
ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
要求塑件精度高时，模具温度可控制在50～60度，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60～80度。
ABS的主要性能指标见表1。
表1.ABS主要技术指标和工艺参数
密度ｇ／㎝3
1.02～1.16
注射机类型
螺杆式
比容㎝3／ｇ
0.86～0.98
预热
和干燥
温度℃
80～95
吸水率％
0.2～0.4
时间ｈ
4～5
收缩率％
0.4～0.7
料简
温度
℃
后段
150～170
熔点℃
130～160
中段
165～180
热变形
温度℃
0.45MPa
90～108
前段
180～200
1.8MPa
83～103
喷嘴温度℃
170～180
抗拉屈服强度MPa
50
模具温度℃
50～80
拉伸弹性模量MPa
1.8×103
注射压力MPa
60～100
弯曲强度MPa
80
成
型
时
间S
高压时间
0～5
硬度HB
9.7
保压时间
15～30
后
处
理
方法
红外线、烘箱
冷却时间
15～30
温度℃
70
成型周期
40～70
时间ｈ
2～4
螺杆转速r/min
0.4～0.7
2.4成型设备的选择
在设计模具时，首先应根据现有的设备选择合适的注射机。
初选注射机的主要依据是成型所需的注射容量，因此，必须计算出塑件的体积或质量，初步确定型腔数目以及浇注系统的体积。
2.4.1型腔数量及排列方式
模具中的型腔数目的确定是一项综合项目，首先要考虑的是制品的精度要求，模具制造费用等因素。
电话听筒分为上壳和下壳两部分，最主要的要求是外型美观，表面光洁，色泽均匀。
综合考虑各因素，这一类塑件的成型多半采用一模两件，在一次注射中完成上壳和下壳的同时成型，即一次注射动作可得到一个完整的听筒产品。
这样设计的主要目的是保证上壳和下壳的成型工艺条件相同，从而保证上、下壳在色泽上均匀一致，在产量上也可以相匹配。
综上所述，初步确定型腔数为2。
为了避免塑件尺寸的差异、应力形成及脱模等问题，型腔布局采用平衡式，其特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可实现均衡进料和同时充满型腔的目地。
2.4.2注射容量的的估计计算
由前面分析知，上下壳的总体积为Ｖ总＝Ｖ1＋Ｖ2＝15.53＋38.18＝53.71（㎝3）,总质量Ｍ总＝Ｍ1＋Ｍ2＝16.16＋39.70＝55.86ｇ。
另外，估计浇注系统凝料体积约为10㎝3，即初步估计成型所需注射总量约为64㎝3。
2.4.3注射机的选定及其技术参数
为了保证注射质量和充分发挥设备的功能，根据注射模一次成型的塑料体积（塑件与流道凝料之和）应在注射机理论注射量的10％～80％之间，并结合塑件尺寸大小、型腔数量及其布局，查《模具设计与制造简明手册》表2－40，可初选注射机型号为：
XS－ZY－250。
其主要的技术规格见表2.
表2.XS－ZY－250型注射机主要技术参数
螺杆直径mm
Φ50
模板行程mm
350
注射容量cm3
250
喷嘴
球半径mm
18
注射压力MPa
130
孔直径mm
Φ4
锁模力KN
1800
定位孔直径mm
Ф1250+0.06
最大注射面积cm3
500
顶出
中心孔径mm
模具厚度
mm
最大
350
两
侧
孔径mm
Ф40
最小
250
孔距mm
280
2.5分型面和排气槽的设计
在模具结构设计前，必须合理地选择分型面，并恰当地按排排气槽。
2.5.1分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能
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