U盘外壳塑料件模具设计说明书知识分享.docx
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U盘外壳塑料件模具设计说明书知识分享
湘潭大学课程设计说明书
题
目:
U盘外壳塑料件模具设计
学
专
学
姓
院:
业:
号:
名:
兴湘学院
材料成型及控制工程
2010960141
朱胜
指导教师:
谢桂兰
第一章塑件成型工艺分析.........................................................................二
1.1塑件分析................................................................................二
1.2塑件表面工艺性分析.......................................................................三
第二章成型设备的选择.............................................................................四
1.塑件成型方法..................................................................................四
第三章模具结构形式的拟定.......................................................................六
3.1分型面的确定.............................................................................六
3.2型腔数量和排列方式的确定..................................................................七
3.3注射机型号的确定.........................................................................八
4.成型设备的校核计算...........................................................................十
第四章浇注系统的设计...........................................................................十一
4.1主流道设计................................................................................十一
图5........................................................................................十二
4.2分流道设计..............................................................................十二
4.3浇口的设计................................................................................十三
4.4冷料井设计与计算.........................................................................十五
第五章主要零部件的设计计算......................................................................十五
5.1成型零件的结构设计.......................................................................十五
5.2导向定位机构设计.........................................................................十六
5.3成型零件工作尺寸的计算....................................................................十七
5.4推出机构的设计..........................................................................十八
参考文献........................................................................................十八
第一章塑件成型工艺分析
1.1塑件分析
1.外形尺寸分析:
如图:
图1.
塑件
该U盘外壳塑件尺寸不是很大,无侧孔,能单向顶出,成型模具中无需抽芯机构,可以采用一模多腔。
2.材料分析:
【(ABS)的成型特性与工艺参数】
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明,是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。
丙烯腈使聚合物耐油,耐热,耐化学腐蚀,丁二烯使聚合物具有优越的柔性,韧性;苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。
因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。
同时具有吸湿性强,但原料要干燥,它的塑件尺寸稳定性好,塑件尽可能偏大的脱模斜度。
ABS塑料主要的性能指标:
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45N/cm65~98弯曲强度Mpa80拉伸强度MPa35~49拉伸弹性模量GPa1.8弯曲弹性模量Gpa1.4压缩强度Mpa18~39缺口冲击强度kJ/㎡11~20
硬
度HRR62~86
体积电阻系数Ωcm10
13
击穿电压Kv.mm-115介电常数60Hz3.7
1.2塑件表面工艺性分析
塑件表面质量包括:
表面粗糙度要求、云纹冷疤和表面缩陷的程度要求、表面光泽性和色彩、毛刺和拼接缝缺陷的要求等。
此塑件表面粗糙度为Ra1.6。
要求外观表面无云纹冷疤和便面缩陷。
塑件表面色彩均匀和色泽光亮,无毛刺和拼接缝缺陷。
第二章成型设备的选择
1.塑件成型方法
该U盘外壳塑件的材料为ABS,查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm
3
,收缩率
为,计算其平均密度为1.135g/cm3,平均收缩率为0.55﹪。
适宜采用注射成型。
2.成型设备的选择
考虑到塑件需要大批量生产,应该尽量选择可以实现自动化,且设备利于操作和维修。
同时结合经济型和制件需求,选择最合适设备。
注射机根据注射和和模装置的排列方式可以分为:
立式注射成型机:
占地面积小,模具拆装方便,但制件顶出后需要手或其他方式取出,不易实现全自动化操作,又因为机身较高,机器的稳定性差,加料和机器维修不便。
卧式注射成型机:
相比于立式注射成型机,机身低,利于操作和维修,机器重心较低,故稳定,同时,制件成型后课利用其重心自动落下,容易实现全自动操作。
所以,卧式应用广泛,对大、中、小型塑件的生产都适用,是国内外注射成型机中最基本的形式。
角式注射成型机:
使用比较普遍,在大、中、小型注射成型机中都有应用。
特别适用于成型制品中心不允许留有浇口痕迹的制件,熔料是沿着模具分型面进入模腔,不存在受机器模板尺寸限制的情况。
对于此U盘外壳塑件,应选用卧式注射成型机。
注射装置是注射成型机中直接对塑料加热和加压的部分,塑料的塑化和注射都在这里进行,是注射成型机的重要组成部分。
注射装置的主要形式有:
柱塞式,螺杆预塑式和往复螺杆式。
由于柱塞式外热加热的热传导方式使塑料熔融塑化,会使塑料形成温度梯度,使塑料塑化不良和温度不均导致最终效果不好;螺杆预塑式结构复杂庞大,两个单向阀处容易英气塑料的停滞和分解;往复螺杆式克服了螺杆预塑式的缺点,塑化质量好,速度快,先塑化后注射,注射压力损失小,螺杆的拆装和清理容易,广泛应用各类注射机。
所以,本塑件生产所用的卧式注射机采用如图2往复螺杆式注射装置。
图2.
往复螺杆式注射机
3.注射成型过程
1、成型前的准备
对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验,成型前应进
行充分的干燥预处理(100-110°C)。
同时,清洗料筒,对嵌件和模具进行预热,确定应使用的脱模剂,在模具型腔表面均匀涂上一层脱模剂(如硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等),以保证塑料制品的顺利脱离,将原料加入料斗,对料筒加热到预定温度,保温20分钟之后,启动螺杆对原料进行塑化和计量。
2、注射过程
塑料原料在注射机料筒内经过加热、塑化达到粘流状态后,
由模具的浇注系统进入模具型腔成型,其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。
3、塑件的后处理
调湿处理,即将刚脱模的塑件放入热水中(处理温度
90-100℃),保温一段时间(处理时间为4小时左右),然后缓慢冷却,这样可以隔绝空气,防止塑料氧化,同时,加速吸湿平衡,稳定塑件尺寸,消除内应力。
注射工艺参数:
1、注射机:
螺旋式,线速度1.3m/s
2、料筒温度(℃):
后段190~210;
中段200~220;
前段210~230。
3、喷嘴温度(℃):
200~210。
4、模具温度(℃):
60~100。
5、注射压力(Mpa):
70-120Pa。
6、充模时间:
1~5S
7、保压时间:
20S
8、冷却时间:
20-120S
第三章模具结构形式的拟定
3.1分型面的确定
3.1.1分型面的选择:
塑料在模具型腔凝固形成塑件,为了将塑件取出来,必须将模具型腔打开,也就是必须将模具分成两部分,即定模和动模两大部分。
定模和动模相接触的面称分型面。
通常有以下原则:
(1)分型面的选择有利于脱模:
分型面应取在塑件尺寸的最大处。
而且应使塑件流在动模部分,由于推出机构通常设置在动模的一侧,将型芯设置在动模部分,塑件冷却收缩后包紧型芯,使塑件留在动模,这样有利脱模。
如果塑件的壁厚较大,内孔较小或者有嵌件时,为了使塑件留在动模,一般应将凹模也设在动模一侧。
拔模斜度小或塑件较高时,为了便于脱模,可将分型面选在塑件中间的部位,但此塑件外形有分型的痕迹。
(2)分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。
(3)分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。
(4)分型面应有利于侧向抽芯,但是此模具无须侧向抽芯,此点可以不必考虑。
不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法,都必须首先确定分型面,因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。
该塑件为外壳,外形表面质量要求较高。
在选择分型面时,根据分型面的选择原则,考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素,分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处,如图3所示:
图3.分型面
3.2型腔数量和排列方式的确定
3.2.1型腔数量的确定
该塑件生产批量为大批量生产,故可采用一模多腔的结构形式。
同时,考虑到模具结构尺寸与塑件尺寸之间的关系,加之制造成本和经济利益的因素,决定选用一摸四腔的模具结构形式。
3.2.2型腔排列形式
1、型腔排列的一般原则
(1)流动长度要适当,流道废料尽量少,浇口位置要合适统一,进料要平衡,还要使型腔压力平衡;
(2)排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定距离,以满足封胶要求;(3)排位应满足模具结构等的空间要求;
(4)为了使模具达到较好的冷却效果,排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响,预留冷却水空的位置;
(5)排位要尽可能紧凑,以减小模具的外形尺寸,且长宽比例要适中,同时也要考虑注射机的要求。
2、型腔排列形式的确定
综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素,又由于本设计选择的是一摸四腔,故采用对称排列,如图4:
b
图4.型腔数及布置
3.2.3模具结构形式的确定
由以上的分析可知,本模具设计为一模四腔结构,对称排列型腔,根据塑件结构形状,推出机构采用推板的推出形式,利用推板推动推杆然后通过推杆再将塑件顶出模具。
浇注系统设计时,流道采用对称平衡式,浇口采用侧浇口,且设在分型面上,无需侧向抽芯。
因此,可确定选用单分型面注射模。
3.3注射机型号的确定
1.计算塑件体积和重量V
g
=4141.7903mm3
=41.418cm3
塑件的质量计算:
塑件的质量为M=V×ρ=41.418×1.2g/cm³=49.7g。
2.确定注射成型的工艺参数
根据以上所计算的结果,可选择设备型号、规格、确定型腔数。
注射机的额定注射量为V,每次的注射量不超过它的80%,即n=(0.8V-V)/V
bjg
式中n—型腔数;
V—浇注系统的体积(g);
j
V
g
—塑件体积。
估算浇注系统的体积V:
j
根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。
V
j
=0.78cm
3
由于该塑件外形较小,因此采用一模四腔,即n=4
则:
V=(nVg+V)/0.8=415.155cmbj
3
根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能,查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数,见下表:
塑件的注射成型工艺参数
工艺参数预热和干燥
内容温度80~90℃时间2h
后段180~200
工艺参数
成型时间/s
内容注射时间3~5保压时间15~30冷却时间15~30
料筒温度
/℃
中段210~230
前170~190
总周期40~70螺杆转速/30~60
(r/min)
喷嘴温度180~190/℃
方法
红外线
灯烘箱
后处理
模具温度60~80/℃
注射压力70~90/MPa
温度/℃70
时间/h2~4
3.确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工,使用一模四腔分布,因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为:
W=8w+w废料=8X49.7+49.7×20%=407.54g。
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素,参考设计手册,初选SX—ZY-500型螺杆式注射机。
记录下SX—ZY-500型柱塞式注射机的主要技术参数,见下表:
SX—ZY-500型柱塞式注射机的主要技术参数
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
2
最大注射量/cm³500注射压力/MPa1040
4.
3
锁模力/kN
4
动、定模模板最大安装尺寸/(mm×mm)5
最大模具厚度/mm
6
最小模具厚度/mm
7
最大开模行程/mm
8
喷嘴前端球面半径/mm
9
喷嘴孔直径/mm
10
定位圈直径/mm
成型设备的校核计算
1400
620x520
450
300
500
12
4
125
(1).锁模力的校核
锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。
注射机锁模力的校核关系为F≥kpA
式中F---注射机锁模力,查参考设计手册得SX—ZY-500型柱塞式注射机锁模力为3500KN;
k---压力损耗系数,一般取1.1~1.2
,
取1.1
;
P---型腔内熔体的压力,本塑件P=30Mpa;
A---塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和,本模具A=1.4X10-2计算得kpA=1.1×30×106×1.4×10-2=462000N=462KN(2).安装尺寸的校核
本模具采用的型号为A3030-25x25x25(GB/T12555-2006)
的标准模架,模
具的外形尺寸为300mm×300mm,模具闭合高度H=305mm.查资料得SZY-500型注射机动、定模模板最大安装尺寸为520mm×620mm,允许模具的最小厚度Hmin=300mm,最大厚度Hmax=450mm,即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸,模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件,故该模具满足SZY-300型螺杆式注射机的安装要求。
(3).开模行程的校核
注射机的开模行程是有限的,取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离,本模具为单分型面注射模具,SZY-500型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚无关,校核关系为S>H1+H2+(5~10)
试中S---注射机的最大开模行程,查参考设计手册得SX—ZY-500型柱塞式注射机的开模行程S=500mm;
H1---塑件脱模所需的推出距离,该塑件的脱模推出距离为40mm
H2---塑件的高度(不包括浇注系统高度),该塑件的高度为4mm;计算得H1+H2+(5~10)=40+4+10=54
以上分析证明:
SZY-500型螺杆式注射机能满足要求,故可以采用。
第四章浇注系统的设计
4.1主流道设计
主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处,它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。
主流道的形状为圆锥形,以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。
主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。
另外,由于其与高温熔体及注射机喷嘴反复接触,因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。
4.1.1主流道尺寸
1、主流道长度
根据标准模架的选定,确定主流道长度为65mm
2、主流道大端直径
D=6.5mm,式中4。
3、主流道球面直径
SR=注射机喷嘴球头直径+0.5~1mm=15+1=16mm
5、球面的配合高度
由于小端前面是球面,其深度为3~5mm。
取h=3mm。
4.1.2主流道浇口套及固定形式
主流道衬套为标准件可选购。
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,易磨损,对材料要求较严格,因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体,但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计,以便于拆卸更换。
同时,也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。
设计中常采用碳素工具钢(T8A或T10A),热处理淬火表面硬度为50~55HRC,如图3-1所示。
图5.
浇口套
4.2分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道,一般开在分型面上,起分流和转向的作用。
分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等,圆形和正方形截面流道的比面积最小(流道表面积于体积之比值称为比表面积),塑料熔体的温度下降小,阻力小,流道的效率最高。
但加工困难,而且正方形截面不易脱模,所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。
分流道设计要点:
(1).在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下,分流道截面积与长度尽量取小值,分流道转折处应以圆弧过度。
(2).分流道较长时,在分流道的末端应开设冷料穴。
对于此模来说在分流道上不须开设冷料穴。
(3).分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上,也可以同时开设在动,定模板上,合模后形成分流道截面形状。
(4).分流道与浇口连接处应加工成斜面,并用圆弧过度。
分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置,从在输送熔料时减少压力损失,热量损失和减少浇道凝料的要求出发,应力求缩短
分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积,塑件的壁厚,塑件的形状和所用塑料的工艺性能,注射速率和分流道长度等因素来确定。
因ABS的推荐断面直径为4.5~9.5,部分塑件常用断面尺寸推荐范围。
分
流道要减小压力损失,希望流道的截面积大,表面积小,以减小传热损失,同时因考虑加工的方便性。
分流道应考虑出料的流畅性和制造方便,熔融料的热量损失小,流动阻力小,比表面和小等问题,由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求,采用圆形的分流道,为了保证外形无浇口痕,浇口前后两端形成较大的压力差,增加流速,得到外形清晰的制件,提高熔体冷凝速度,保证熔融的塑料不回流,同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用,冷却后快速切除。
同时它的效果与S浇注系统有同样的效果,有利于补塑。
本塑件采用U形断面的分流道,在一块模板上,切削容易实现,且比表面积不大,推荐直径为4.8~9.5mm,取Φ8mm,据此,该模具的分流道设计如图所示:
图6.流道
4.3浇口的设计
浇口又称进料口,是连接分流道与型腔之间的一段细短流道(除直接浇口外),它是浇注系统的关键部分。
其主要作用是:
型腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流。
易于在浇口切除浇注系统的凝料。
浇口截面积约为分流道截面积的0.03~0.09,浇口的长度约为0.5mm~2mm,浇口具体尺寸一般根据经验确定,取其下限值,然后在试模是逐步纠正。
当塑料熔体通过浇口时,剪切速率增高,同时熔体的内磨檫加剧,使料流的温度升高,粘度降低,提高了流动性能,有利于充型。
但浇口尺寸过小会使压力损失增大,凝料加快,补缩困难,甚至形成喷射现象,影响塑件质量。
浇口位置的选择:
<1>浇口位置应使填充型腔的流程最短。
这样的结构使压力损失最小,易保
证料流充满整个型腔,同时流动比的允许值随塑料熔体的性质,温度,注塑压力等的不同而变化,所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。
<2>浇口设置应有利于排气和补塑。
<3>浇口位置的选择要避免塑件变形。
采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔,在塑件顶部常留下明显的熔接痕,而采用点浇口,有利于排气,整件质量较好,但是塑件壁厚相差较大,浇口开在薄壁处不合理;而设在厚壁处,有利于补缩,可避免缩孔、凹痕产生。
<4>浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。
熔接痕是充型时前端较冷的料流在型腔中的对接部位,它的存在会降低塑件的强度,所以设置浇口时应
考虑料流的方向,浇口数量多,产生熔接痕的机会很多。
流程不长时应尽量采用一个浇口,以减少熔接痕的数量。
对于大多数框形塑件,浇口位置使料流的流程过长,熔接处料温过低,熔接痕处强度低,会形成明显的接缝,如果浇口位置使料流的流程短,熔接处强度高。
为了提高熔接痕处强度,可在熔接处增设溢溜槽,是冷料进入溢溜槽。
筒形塑件采用环行浇口无熔接痕,而轮辐式浇口会使熔接痕产生。
<5>浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。
因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的,考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离,所以选取用点绕口
根据塑件的外观要求及型腔分布情况,选用如图所示的点浇口。
从塑件的底侧中部进料,去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹,不影响塑件的外观。
图7.侧浇口
4.4冷料井设计与计算
当注射机未注射塑料之前,喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低,形成冷凝料头,为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量,在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末