U盘外壳塑料件模具设计说明书知识分享.docx

1、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

2、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

3、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) 1.131.14收缩率 % 0.30.8熔点 130160热变形温度 45N/cm 6598 弯曲强度 Mpa 80 拉伸强度 MPa 3549 拉伸弹性模量 GPa 1.8 弯曲弹性模量 Gpa 1.4 压缩强度 Mpa 1839 缺口冲击强度 kJ/ 1120硬度 HR R6286体积电阻系数 cm 1013击穿电压 Kv.mm-1 15 介电常数 60Hz3.71.2 塑件表面工艺

4、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 Ra 1.6。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/cm3，收缩率为，计算其平均密度为 1.135 g/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

5、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

6、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 .

7、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（100-110C）。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

8、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/s2、料筒温度（）：后段 190210；中段 200220；前段 210230。3、喷嘴温度（）：200210。4、模具温度（）：60100。5、注射压力（Mpa）：70-120 Pa。 6、充模时间： 15 S7、保压时间：20 S8、冷却时间：20-120 S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

9、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

10、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

11、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

12、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 Vg=4141.7903mm3=41.418cm3塑件的质量计算：塑件的质量为 M=V=41.4181.2g/cm=49.7g。 2.确定注射成型的工艺参数根据以上所

13、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=(0.8 V - V )/ Vb j g式中 n型腔数；V 浇注系统的体积（g）；jVg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。Vj=0.78 cm3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= 415.155 cm b j3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 8090 时间 2h后段

14、180200工艺参数成型时间/s内容 注射时间 35 保压时间 1530 冷却时间 1530料 筒 温 度/中段 210230前 170190总周期 4070 螺 杆 转 速 / 3060（r/min）喷 嘴 温 度 180190 /方法红 外 线灯烘箱后处理模 具 温 度 6080 /注 射 压 力 7090 /MPa温度/ 70时间/h 243.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+49.720%=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

15、射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选 SXZY-500 型螺杆式 注射机。记录下 SXZY-500 型柱塞式注射机的主要技术参数，见下表：SXZY-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12最大注射量/cm 500 注射压力/MPa 10404.3锁模力/kN4动、定模模板最大安装尺寸/（mmmm） 5最大模具厚度/mm6最小模具厚度/mm7最大开模行程/mm8喷嘴前端球面半径/mm9喷嘴孔直径/mm10定位圈直径/mm成型设备的校核计算1400620x520450300500124125(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

16、射机锁模 力的校核关系为 FkpA式中 F-注射机锁模力，查参考设计手册得 SXZY-500 型柱塞式注射机锁模力 为 3500KN；k-压力损耗系数，一般取 1.11.2，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=1.1301061.410-2=462000N=462KNH1+H2+(510)试中 S-注射机的最大开模行程，查参考设计手册得 SXZY-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 40mmH2-塑件的高度（不包括

17、浇注系统高度），该塑件的高度为 4mm； 计算得 H1+H2+(510)=40+4+10=54S=500mm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 65mm2、主流道大

18、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+0.51mm=15+1=16mm5、球面的配合高度由于小端前面是球面，其深度为 35mm。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 5055HRC，如图 3-1 所示。图 5 .浇口套4

19、.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）.

20、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 4.59.5，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

21、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 4.89.5 mm，取8mm，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

22、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 0.5mm2mm，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：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

23、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。浇口设置应有利于排气和补塑。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。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

24、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。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