手机旅行充电器上夹板注塑模具设计本科学位论文.docx
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手机旅行充电器上夹板注塑模具设计本科学位论文
手机旅行充电器上夹板注塑模具
摘要……………………………………………………………………1
ABSTRACT……………………………………………………………...2
第一章绪论……………………………………………………………..3
第二章拟定模具结构形式……………………………………………5
2.1确定型腔数量及排列方式………………………………………5
2.1.1塑件成型工艺性分析………………………………………5
2.1.2脱模斜度……………………………………………………6
2.1.3型腔数目及排列方式……………………………………6
2.2模具结构形式的确定…………………………………………….8
第三章注射机型号的确定……………………………………………8
3.1注射量的计算…………………………………………………8
3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力……8
3.3注射机有关参数的校核………………………………………9
第四章分型面位置的确定…………………………………………10
第五章浇注系统形式和浇口的设计…………………………………12
5.1主流道设计……………………………………………………12
5.1.1主流道尺寸…………………………………………………12
5.1.2主流道衬套的形式…………………………………………13
5.1.3主流道剪切速率校核………………………………………13
5.1.4主流道衬套的固定…………………………………………14
5.2分流道设计……………………………………………………14
5.2.1分流道的布置形式…………………………………………14
5.2.2分流道长度…………………………………………………15
5.2.3分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积…………………15
5.3浇口的设计……………………………………………………17
5.4排气槽的设计…………………………………………………18
第六章模架的确定……………………………………………………19
第七章成型零件的设计与计算………………………………………21
7.1成型零件钢材选用……………………………………………21
7.2凹模的结构设计………………………………………………22
7.3凸模的结构设计………………………………………………22
7.4成型零件工作尺寸的计算……………………………………23
7.5模具强度的校核………………………………………………30
7.5.1整体式矩形型腔侧壁厚度计算…………………………30
7.5.2整体式矩形型腔底板厚度计算……………………………32
第八章导向机构的设计……………………………………………33
8.2导柱导向机构…………………………………………………33
8.1.1导柱…………………………………………………………33
8.1.2导套………………………………………………………35
第九章脱模机构、复位机构的设计…………………………………37
9.1推出机构的组成………………………………………………37
9.2本模具的推出机构……………………………………………39
9.3脱模阻力的计算………………………………………………40
9.4复位机构设计…………………………………………………41
第十章侧向分型与抽芯机构的设计………………………………42
10.1抽拔距与抽拔力及机构组成………………………………42
10.1.1抽拔距……………………………………………………42
10.1.2抽拔力……………………………………………………43
10.1.3斜导柱驱动的结构组成…………………………………44
10.2斜导柱的长度和最小开模行程的计算……………………47
10.3斜导柱的受力分析…………………………………………48
第十一章总结…………………………………………………………50
参考文献………………………………………………………………..51
致谢……………………………………………………………………..53
附件
摘要
通过对手机旅行充电器夹板工艺的正确分析，设计了一副一模四腔的塑料模具。
在本套模具设计过程中详细地叙述了模具成型零件包括定模板、前模仁、动模板、后模仁、镶块、导杆、斜导柱、滑块等的设计过程，重要零件的工艺参数的选择与计算，及推出机构、浇注系统以及侧向分型、抽芯机构的设计过程，利用当今业界广泛应用的绘图软件pro/E、AutoCAD分析了各方案可行性，并绘出了整套模具，并对成型零件进行了计算。
分析并选择了各个成型零件的材料，对其刚度，强度进行了校核，并对试模与产品缺陷作了介绍，最后进行了对模具工艺性与经济性分析。
关键词：
侧向分型；多型腔。
TheplasticmoldsofThemobiletravelbatterychargerclampingplank
Abstract
Throughtothemobiletravelbatterychargerclampingplankcraftcorrectanalysis,hasdesignedmoldfourcavityplasticmolds.（Inthissetofmolddesignprocess）narratedthemoldtotakeshapeindetailthecomponentsaftertodecidethetemplate,thecovermoldkernel,movesthetemplate,themoldkernel,inlaystheblock,theguiderod,theslantingguidepillar,theslideandsoonthedesignprocess,theimportantcomponentscraftparameterchoiceandthecomputation,andpromotedtheorganization,pourssystematicaswellasthelateralminute,pullsoutthecoreorganizationthedesignprocess,usefieldwidespreadapplicationcartographysoftwarepro/E,AutoCADhaveanalyzedvariousplansfeasibilitynow,anddrewtheentirewrapmold,andtotookshapethecomponentstocarryonthecomputation.Analyzedandchooseshastakenshapeonebyonethecomponentsmaterial,toitsrigidity,theintensityhascarriedontheexamination,andhasmadetheintroductiontotheexperimentalmoldandtheproductflaw,finallyhascarriedontomoldtechnologycapabilityandefficientanalysis.
Keywords:
Petalmoldmodules；Excessivecasements。
第一章绪论
模具被称为工业产品之母,所有工业产品莫不依赖模具才能得以规模生产,快速扩张.由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值,世界模具市场发展较快,当前全球模具工业的产值已经达到600亿-650亿美元,是机床工业产值的两倍.中国注塑模具行业也在快速发展,中国模具产品产值已从1993年的110亿元增长到1997年的200亿元,并超过了机床产品的产值,到2002年增长到360亿元,1996年-2002年间的年均增长速度达到14%以上,在某些行业年均增速更是高达100%.2003年模具产值已达450亿元,增长25%,出口3.368亿美元.
目前中国模具产品已经形成10大类46个小类,模具生产厂点两万多家,从业人员约50万人.在所有模具产品中,自产自用的比例占大部分,2003年实现了商品化流通的模具占45%左右.在10大类模具产品中,塑料模具的比例在2000年模具总量中已达到36%,2002年则接近40%,塑料模具在进出口中的比重更是高达50%-60%,并且随着中国机械,汽车,家电,电子信息和建筑建材等国民经济支柱产业的快速发展,这一比例还将继续提高.
近年来,中国塑料模具工业年均增长速度达到10以上,塑料制品年产量在世界位居第二,2001年达到2000万吨.塑料制品在农业,塑料包装,塑料管材和异型材,汽车,家电,电子,交通,邮电等领域发展迅猛,掀起了一股国内外厂商投资的热潮.
虽然我国的塑料模具已经有了长足进步,但目前我国塑料模具在国际市场仍是低价取胜,高档塑料模具多数依赖近口,模具精度,行腔表面粗糙度,生产周期,寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距,精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低,CAD/CAE/CAM技术的普及率不高,许多先进的模具技术应用还不够广泛.
在我国,塑料模具企业多数还使用传统生产方法,即在正式生产前,由设计人员凭经验与直觉将产品用二维平面图纸表达出来,模具装配后,还需反复试模,不仅增加了生产成本,还延长了产品开发周期,而且模具生产太依靠经验,使产品质量极不稳定.而新型的CAD集成技术,将塑料制品的造型设计,模具的结构设计及分析,模具的数控加工,抛光和配试模以及快速成型制造等模具制造的各个环节全部集中用计算机模拟显示,大大缩短了模具的设计制造周期,减少了模具设计风险,降低了劳动成本,使塑料模具的设计质量有所保证.
采用CAD技术设计塑料模具,设计者能够在电脑上直接建立产品的三维模型,在计算机上对整个注塑成型过程进行模拟分析,准确预测熔体的填充,保压,冷却情况,以及制品中的应力分布,分子和纤维取向分布,制品的收缩和翘曲变形等情况,不仅能快速提高设计效果,还可动态仿真分析在注塑模腔内的注射过程流动情况,分析温度压力变化情况等,检查模具结构的合理性,流动状态的合理性,以便设计者能尽早发现问题,及时修改制件和模具设计,将错误消除在设计阶段,而不是等到试模以后再返修模具,从而提高一次试模成功率,避免模具返修报废,保证质量,降低成本.模具中许多标准件都可采用CAD造型设计方法进行设计,既可实现数据共享,又可满足用户的随时修改,使模具的设计分析快速,准确,高效.这是模具设计方法的突破,具有重大的技术经济意义.
近年来,为提升竞争力,我国许多塑模企业纷纷加大了对模具制造的投入,引入新技术,建立制造中心,但CAD技术使用仍不广泛,这使过内高档,精密,大型塑料模具生产严重不足,造成这些模具每年仍需大量进口,但技术含量不高的中低档塑料模具却供过于求.
纵观发达国家的塑模生产,早已实现了无图化,靠CAD/CAE/CAM等电脑设计方法,实现了精密快速的模具生产模式,CAD技术已经形成了巨大的生产力.改革传统的设计理念和运行模式,以先进的CAD/CAE/CAM技术改造传统技术,提高塑料模具设计制造水平,赢是我国塑料模具企业改变现行产品结构的必然趋势.
为了做好这次毕业设计,本人查阅了大量模具设计与制造方面的相关资料,再结合以前课堂上所学的知识,本人对模具的设计有了一定程度的了解.
第二章拟定模具结构形式
2.1确定型腔数量及排列方式
2.1.1塑件成型工艺性分析
该塑件是一手机旅行充电器夹板，如右图所示，塑件壁厚属薄壁塑件，生产批量很大，材料为聚碳酸酯（PC，20%～30%短玻纤增强），在本设计中选用的收缩率为0.3％。
成型工艺很好，可以注射成型。
该产品主要用于手机旅行充电器上，要求表面光滑、无明显的浇口痕迹，故采用潜伏式浇口。
利用斜杆滑块机构来实现侧抽芯。
如图2-1、图2-2、图2-3所示：
图2-1
图2-2
图2-3
2.1.2脱模斜度
由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凹模上，或由于黏附作用而紧贴在型腔内。
为了便于脱模，防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等，在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。
PC的脱模斜度取0.3°，本零件高度比较小，可以不采用脱模斜度。
2.1.3型腔数目及排列方式
型腔数量确定之后，便进行型腔的排列。
型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯机构的设计、镶件及型芯的设计以及温度调节系统的设计。
以上这些问题又与分型面及浇注口的位置选择有关，所以在具体设计过程中，要进行必要的调整，以达到比较完善的设计。
该塑件精度要求一般，精度等级为4，生产批量比较大，可以采用一模多腔的形式。
但是考虑到塑件有一抽芯，在脱模是需要侧抽芯因此我们设计的模具为多型腔的模具。
选择合适的浇口位置十分重要，对此，我充分考虑力各种各式对浇口位置，最后选择了以起翘部分为浇口位置，这样对模具对 脱模，型腔的布置都十分有利，结合考虑模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如下图所示：
图2-4
2.2模具结构形式的确定
由于塑件外观质量要求一般，尺寸精度要求一般，且装配精度要求一般，因此我们设计的模具采用多型腔单分型面。
根据本塑件手机旅行充电器夹板的结构，模具将会采用单分模面、单分型面，也可以采用多分型面、单分模面的结构，模具设计中，要力求简单，尽量减少加工过程，达到最高效益。
相对来说采用单分模面、单分型面结构为最佳选择。
第4章将详细讲到如何为本塑件选择分型面。
第三章注射机型号的确定
3.1注射量的计算
通过计算或pro/E建模分析，塑件质量m1为8.92g，塑件体积V1为7.43cm3,流道凝料的质量m2还是个未知数，可按塑件质量的0.6倍来估算。
从上述分析中确定为一模四腔，所以注射量为：
m=1.6nm1=1.6×4×8.92=57.08g。
3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁摸力计算
流道凝料（包括浇口）在分型面的A2，在模具设计前还是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积A1的0.2倍～0.5倍，因此可用0.35nA1来进行估算，所以
A=nA1+A2=1.35nA1=16451.1mm2
式中A1为塑件投影面积，根据计算：
A1=3046.5mm2
F=AP=16451.1×30=493.53KN
式中型腔压力P取30MPa
3.3注射机有关参数的校核
1）由注塑机料筒塑化速率校核模具的型腔数n
N≤（kMt/3600-m2）/m1=[（0.8×7.3×3600×30）/3600-5.252]/8.92=19≥4合格
式中k—注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;
M—注射机的额定塑化量（7.3g/s）;
t—成型周期,取30s。
其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定后才可以进行。
2）开模行程的校核
开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。
对于液压-机械式锁模机构注塑机，其最大开模行程由注塑机双曲肘机构的最大行程决定，与模具厚度无关。
单分型面注射模，其开模行程按下式校核
（5～10）
式中 S——注塑机的最大开模行程（移动模板台面行程），㎜
H1——塑件脱出距离，㎜
H2——包括流道凝料在内的塑件高度，㎜
已知H1=13.6㎜； H2=56㎜
所以H1+H2+（5～10）=13.6+56+（5～10）≤79.6㎜
又由于SZ-60/450卧式注塑机的移模行程为270㎜
79.6㎜<270㎜
所以开模行程也符合要求
3）注射量校核
最大注射量：
Vmax＝V×α＝75×0.75＝56.25㎝3
最小注射量：
Vmin＝V×α＝125×0.25＝18.75㎝3
实际注射量：
VS＝m/
==47.56㎝3
最小注射量<实际注射量<最大注射量 合格
第四章分型面位置的确定
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）分型面应选在塑件外形最大轮廓处。
2）便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。
3）保证塑件的精度要求。
4）满足塑件的外观质量要求。
5）便于模具加工制造。
6）对成型面积的影响。
7）对排气效果的影响。
8）对侧向抽芯的影响。
对工件的仔细观察，可以发现，本塑件采用一个分型面最好，工件的其他地方最好采用镶件方式进行设计型芯，型腔设计，如下图所示：
A-A为分型面，此分型面包括BC曲面，CD曲面及AD平面，采用此方式有利于脱模，在B点处，可以做以台阶平面与平面AD共面，也可以不做，本设计中采用了做台阶平面以便可以放置潜伏式浇口，如果不做也行，但浇口只能用点浇口，对本塑件不适用。
分型面就以上确定的曲面AA，图5中可以显示AA面下的属于型腔，AA面上的属于型芯，对照图6可以确定为了保证脱模后塑件留在动模上，也即型腔上，除去F两孔，及G突台下面的盲孔属于型芯外，其他在AA面下的部分都属于型腔，也即动模。
因为塑件表面有文字，刻度等，且低于DA平面0.2mm，如果一次成型，加工困难，所以采用一镶件可以减小加工难度，这样，型芯为局部镶嵌式。
塑件留在动模（此为型腔），通过脱模机构即可以把塑件脱出。
图4-1
图4-2
在考虑分型面的时候，必须考虑到包括产生飞边，排气，塑件表面质量等的影响，根据以上分析，所设计的分型面能很好的排气，能保证塑件表面质量，但可能会产生飞边，从整体上看选择ABCDA面作为分型面最好。
第五章浇注系统形式和浇口的设计
5.1主流道设计
5.1.1主流道尺寸
主流道是一端与注射机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。
根据所选注塑机，则主流道小端尺寸为：
d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）=4+0.5=4.5mm
主流道球面半径：
SR=喷嘴球面半径+（1～2）=15+2=17mm
5.1.2主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，本设计虽然是小型模具，但是为了便于加工和缩短主流道长度，衬套和定位圈还是设计成分体式，主流道长度取40，约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图）。
因而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式（称浇口套），衬套如图7所式，材料采用T10A刚，热处理淬火后表面硬度为53～57HRC。
图5-1
主流道凝料体积为：
Q主=π/4·dn2·L=π/4×[（4.5+6.41）/2]2×40=932.1262mm3=0.93cm3
5.1.3主流道剪切速率校核
由经验公式γ＝3.3q/π·Rn3
=0.948×103=948s-1﹤5×103s-1
式中q=q主+q分+q塑件=0.93+0.67×2+7.43×2=18.3cm3
Rn=（4.5+6.41）/4=2.7275mm
主流道剪切速率尺寸偏小，主要塑喷嘴尺寸偏大，使主流道尺寸偏大所致。
5.1.4主流道衬套的固定
因为采用可以拆卸的主流道衬套，所以用定位圈固定在定模板上， 下为定位圈
图 5-2
5.2分流道设计
在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大）时应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。
它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。
因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
5.2.1分流道的布置形式
分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑件熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，因此，采用平衡式分流道，本塑件比较特殊，因此采用平衡式时如图4所示：
5.2.2分流道长度
如图4所示：
第一级分流道L1=40mm
第二级分流道L2=12mm
5.2.3分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积
（1）形状及截面尺寸
为了便于加工及凝料脱模，本设计的分流道设置在分型面上，截面形状采用加工工艺性比较好的梯形截面，梯形截面对塑料熔体及流动阻力均不大，对于壁厚小于3㎜（此塑模壁厚为2mm），质量在200g以下的塑件可用公式来确定截面尺寸：
B=0.265
4
=0.2654
4
=2.9mm
根据《模具设计大典》取B=4mm
H=2/3B=2/3*4=2.67取H=3mm
式中B―梯形大底边的宽度（mm）
m―塑件的重量（g）
L―分流道的长度（mm）
H―梯形的高度（mm）
梯形的侧面斜角a常取50－150，在应用式时应注意它的适用范围，即塑件厚度在2.2mm以下，重量小于200g，且计算结果在2.2－7.5mm范围内才合理。
为了便于加工，主副分流道都采用一样截面都流道，依据上述可以确定主副分流道截面尺寸，如下图所示：
图5-3
（2）凝料体积
分流道长度：
L=40+12×2+=64mm
分流道截面积：
A=[（4+3）/2]×3=10.5mm2
凝料体积为：
q分=64×10.5=672mm3=0.67cm3
[σ]—模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。
根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计，刚度条件校核原则，本模具为小型模具，所以采用≧7.3mm这个尺寸。
第八章导向机构的设计
8.1导柱导向机构
8.1.1导柱
（1）导柱的设计
1.该模具采用带头导柱，且不加油槽。
2.导柱的长度必须比凸模端面高度高出6～8mm。
3.为使导柱能顺利地进入导向孔，导柱的端部常做成圆锥形或球形的先导部分。
4.导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架知为ø30。
5.导柱的安装形式，导柱固定部分与模板按H7/m6配合。
导柱滑动部分按H7/f7或H8/f7的间隙配合。
6.导柱工作部分的表面粗糙度为Ra0.4μm。
7.导柱应具有坚硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯。
多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为55HRC以上或45#钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度55HRC以上。
（2）导柱的结构形式
导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置保证模具运动导向精度的
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