DVD遙控器外殼上半部分塑料模具設(shè)計(jì)-模具畢業(yè)論文

1 目 錄 第一章 設(shè)計(jì)題目與要求 . 1 第二章 注射模的可行性分析 . 1 2.1 注射模設(shè)計(jì)特點(diǎn) . 1 2.2 注射模組成 . 2 2.3 注射性能分析 . 3 2.4 材料選擇 . 5 2.4.1 塑料介紹 . 5 2.4.2 分析塑料零件材料 . 6 2.4.3 我的材料選擇 . 9 2.5 塑件成型特性 . 10 2.6 塑件分析 . 12 2.6.1 拔模角分析 . 12 2.6.2 法向量分析 . 12 2.6.3 高斯曲率分析 . 13 2.6.4 曲面上 最小半徑分析 . 13 2.6.5 上下方向斜率分布分析 . 14 第三章 擬訂模具結(jié)構(gòu)形式 . 16 3.1 型腔數(shù)目確定 . 16 3.2 分型面的選擇 . 17 第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定 . 19 4.1 鎖模力的計(jì)算 . 19 2 4.2 注射容量的計(jì)算 . 20 4.3 注射機(jī)的選用 . 20 第五章 澆注系統(tǒng)和排氣的設(shè)計(jì) . 22 5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 . 22 5.2 澆注系統(tǒng)的布置 . 22 5.3 流道系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 22 5.3.1 主流道 . 22 5.3.2 分流道截面形狀 . 24 5.3.3 冷料井及拉料桿 . 25 5.4 澆口的設(shè)計(jì) . 26 5.4.1 澆口類型的選用 . 26 5.4.1 澆口尺寸的設(shè)計(jì) . 27 5.5 澆注系統(tǒng)的平衡 . 28 5.6 派氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 28 第六章 成型零件結(jié) 構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 6.1 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 6.1.1 定模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 31 6.1.2 動(dòng)模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) . 36 6.2 成型零件鋼材選用 . 41 6.2.1 選材要求 . 41 6.1.2 我所選用的鋼材 . 41 6.3 成型零件尺寸計(jì)算 . 42 6.3.1 凹模鑲件的尺寸計(jì)算 . 43 3 6.4 側(cè)向抽芯的設(shè)計(jì) . 44 6.4.1 抽芯滑塊設(shè)計(jì) . 45 6.4.2 斜頂抽芯設(shè)計(jì) . 45 第七章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) . 46 7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功用 . 46 7.2 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的設(shè)計(jì) . 46 7.3 導(dǎo)柱和導(dǎo)套材料的選擇 . 44 第八章 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 50 8.1 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求 . 50 8.2 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) . 50 第九章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 52 9.1 冷卻系統(tǒng)的功用 . 52 9.2 冷 卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 52 9.2.1 設(shè)計(jì)原則 . 52 9.3 我的冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) . 53 9.3.1 動(dòng)模鑲件 1 . 54 9.3.2 定模鑲件 1 . 54 第十章 數(shù)控程序的編制 . 55 設(shè)計(jì)小結(jié) . 58 參考文獻(xiàn) . 59 4 摘 要 隨著工業(yè)的發(fā)展，注塑成型工藝在機(jī)械工業(yè)、電子工業(yè)、航天航空工業(yè)、生物領(lǐng)域及日用品的生產(chǎn)中占的比例越來越大。而 PRO/ENGINEER2001 自1988 年問世以來，十多年來已成為全世界最普及的 3D CAD/CAM 系統(tǒng)。廣泛應(yīng)用與機(jī)械、電子、模具等行業(yè)。 本次我設(shè)計(jì)的是遙控器外殼，整體設(shè)計(jì)是現(xiàn)代先進(jìn)的模具加工制造方法和強(qiáng)大的 PRO/ENGINEER20001 模具設(shè)計(jì)的結(jié)合，設(shè)計(jì)思路與要求符合當(dāng)代模具設(shè)計(jì)的潮流和未來的發(fā)展方向。 關(guān)鍵詞：注塑成型、模具、 CAD、 CAM 5 Abstract With the development of industry, The Mould plastics shapings covers more and more in mechanical industy, electronics industry, spaceflight industry, biological field and production of daily necessities. For more than ten years, the PRO/ENGINEER2001 has become the most common 3 D CAD/CAM systems since 1988 it come out. And it extensively use in machinery, election and mould fields. The very remote controuer out cover what I designed is the intergration of modern advanced mould proess manufacturing approach and strong PRO/ENGINEER 2001.mold design. The thought and requirement of this design accord with the trend of contemporary mold design and its future of development direction. Keyword: Mould plastics shaping, mould, CAD, CAM 第一章 設(shè)計(jì)題目與要求 本次設(shè)計(jì)的題目為 DVD 遙控器外殼上半部分塑料模具設(shè)計(jì)，材料為聚苯乙烯（ PS），年產(chǎn)量為 50 萬(wàn)件，采用注射模塑成型，該遙控器的形狀如圖 1.1 所示。 6 圖 1.1 具體的零件尺寸參考附圖 21。 7 8 第二章 注射?？尚行苑治?2.1 注射模設(shè)計(jì)的特 點(diǎn) 塑料注射模塑能一次性地成型形狀復(fù)雜、尺寸精確或嵌件的塑料制品。在注射模設(shè)計(jì)時(shí)。必須充分注意以下三個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 塑料熔體大多屬于假塑料液體，能剪切變稀。它的流動(dòng)性依賴于物料品種、 9 剪切速率、溫度和壓力。因此須按其流變特性來設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，并校驗(yàn)型腔壓力及鎖模力。 （ 2） 視注射模為承受很高型腔壓力的耐壓容器。應(yīng)在正確估算模具型腔壓力的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。為保證模具的閉合、成型、開模、脫模和側(cè)抽芯的可靠進(jìn)行，模具零件和塑件的剛度與強(qiáng)度等力學(xué)問題必須充分考慮。 （ 3） 在整個(gè)成型周期中，塑件 模具 環(huán)境組成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的熱平衡系統(tǒng)。將塑件和金屬模的傳熱學(xué)原理應(yīng)用于模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以確保制品質(zhì)量和最佳經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 2.2 注射模組成 凡是注射模，均可分為動(dòng)模和定模兩大部件。注射充模時(shí)動(dòng)模和定模閉合，構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)；開模時(shí)動(dòng)模和動(dòng)模分離，取出制件。定模安裝在注射機(jī)的固定板上，動(dòng)模則安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上。根據(jù)模具上各個(gè)零件的不同功能，可由一下個(gè)系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)組成。 （ 1） 成型零件 指構(gòu)成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。通常有凸模、型芯、成型桿、凹模、成型環(huán)、鑲件等零件。在 動(dòng)模和動(dòng)模閉合后，成型零件確定了塑件的內(nèi)部和外 10 部輪廓尺寸。 （ 2） 澆注系統(tǒng) 將塑料熔體由注射機(jī)噴嘴引向型腔的流道稱為澆注系統(tǒng)，由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。 （ 3）導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 為確保動(dòng)模與定模閉合時(shí)，能準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位對(duì)中，通常分別在動(dòng)模和定模上設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套。深腔注射模還須在主分型面上設(shè)置錐面定位，有時(shí)為保證脫模機(jī)構(gòu)的準(zhǔn)確運(yùn)動(dòng)和復(fù)位，也設(shè)置導(dǎo)向零件。 （ 4）脫模機(jī)構(gòu) 是指兒子開模過程的后期，將塑件從模具中脫出的機(jī)構(gòu)。 （ 5）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 帶有側(cè)凹或側(cè)孔的塑件，在被脫出模具之間，必須先進(jìn)行側(cè)向 分型或拔出側(cè)向凸?；虺槌鰝?cè)型芯。 （ 6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對(duì)模具溫度的要求，模具設(shè)有冷卻或加熱額的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模具 11 冷卻，一般在模板內(nèi)開設(shè)冷卻水道，加熱則在模具內(nèi)或周邊安裝點(diǎn)加熱元件，有的注射模須配備模溫自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。 （ 7）排氣系統(tǒng) 為了在注射充模過程中將型腔內(nèi)原有氣體排出，常在分型面處開設(shè)排氣槽。小型腔的排氣量不大，可直接利用分型面排氣，也可利用模具的頂桿或型芯與配合孔之間間隙排氣。大型注射模須預(yù)先設(shè)置專用排氣槽。 2.3 注射性能分析 （ 1） 注射成型工藝的可行性分析： 本 塑件形狀復(fù)雜， 壁厚不均，尺寸精度要求較高，而且有較高的表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性的要求，因此對(duì)模具和設(shè)備的要求也較高。而注射成型方法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： a:形狀：幾乎沒有復(fù)雜性限制，容許模具內(nèi)有不同塑料的成型型腔； b:尺寸：塑件可小到不足 1 克，大到幾十千克，沒有限制； c:材料：在一定溫度范圍內(nèi)具有適宜流動(dòng)性的熱塑性塑料； d:精度：可注射高精度的塑件，有較好表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性； 12 e:生產(chǎn)率：中等，循環(huán)時(shí)間主要由塑件壁厚決定，最短可在十幾秒內(nèi)，可增加每模的型腔數(shù)來提高生產(chǎn)率。 由以上塑件的特點(diǎn)和注射成型工藝的優(yōu)點(diǎn)，分析可知： 該塑件適合于采用注射成型方法。 （ 2） 表面粗糙度： 由塑件外觀可知，塑件的外表面要求較高，因此其表面粗糙度取 Ra0.4mm，而其內(nèi)表面由于是復(fù)讀機(jī)的內(nèi)部，為顧客視線所不及，故不影響其外觀視覺質(zhì)量，從簡(jiǎn)化加工工藝和節(jié)約加工成本的角度考慮，其內(nèi)表面選用的表面粗糙度為 Ra0.8mm。 一般情況下，模具粗糙度低于塑件 1 2 個(gè)等級(jí)，故取型腔表面粗糙度為 Ra0.2um，而型芯表面粗糙度為 Ra0.4um。 （ 3）尺寸精度： 按 SJ13721978 標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為 8 級(jí)。本塑件所用材料為聚苯乙烯（ PS） ,由此查塑 料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)可知，本塑件宜選用 4 級(jí)精度。零件具體尺寸及其公差值可詳見零件圖。 塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相關(guān)，尤以小型精密塑件為甚。從模具制造精度 13 對(duì)塑件精度的影響可知，模具制造允許誤差和塑件尺寸公差之間具有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，由塑件零件圖可得，模具精度等級(jí)為 IT8。 （ 4） 脫模斜度： 該塑件采用的塑料是 PS，而 PS 的成型收縮率較?。?0.2-0.6%），而且塑件較復(fù)雜，對(duì)型芯的包緊面積也較大，所以應(yīng)取較大的脫模斜度。為保證壁厚的均勻一致，因此取塑料件的內(nèi)外表面的脫模斜度一致。再由零件設(shè)計(jì)圖紙要求可知 10。 （ 5） 壁厚： 由圖紙可知，該塑件有許多中不同的壁厚，如 2mm、 1.5mm、 1mm、 0.8mm 等。壁厚不均勻，這就造成塑料熔體的充模速率和冷卻收縮不均勻，并由此產(chǎn)生許多質(zhì)量問題。如凹陷、真空包、翹曲、甚至開裂。為防止此類現(xiàn)象出現(xiàn)，這就要求防止出現(xiàn)突變與截面厚薄懸殊的設(shè)計(jì)，故我在壁厚不同處采取過渡設(shè)計(jì)，例如：采用圓弧過渡等措施。 （ 6）加強(qiáng)筋： 由圖紙要求可知，該塑件設(shè)機(jī)了很多加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋的尺寸為頂部 0.7mm，根部為0.8mm。這對(duì)提高塑料件的抗彎強(qiáng)度，減小塑料件的翹曲變形，提高抗蠕變和抗沖擊性能有好 處，同時(shí)，加強(qiáng)筋的添加改善了塑料熔體的充模流動(dòng)或者是縮短了流程或增加了流程 14 的截面。 （ 7）圓角： 從塑件可知，該塑件內(nèi)外表面的轉(zhuǎn)折處加強(qiáng)筋的根部等處都設(shè)計(jì)了圓角。其采用圓角不僅降低了應(yīng)力集中系數(shù)，提高了抗沖擊、抗疲勞能力，而且改善了塑料熔體的流動(dòng)充模性能，減少了流動(dòng)阻力。降低了局部的殘余應(yīng)力，防止開裂和翹曲，也使塑料件外形流暢美觀。而且成型模具型腔也有了對(duì)應(yīng)的圓角，提高了成型零件的強(qiáng)度。 （ 8）質(zhì)量和體積： 由天平可稱出該塑件的質(zhì)量約為 m 30g 再由公式 v=m/ 30/1.25=24cm3，由此可知， 該塑件屬于小型塑件。 2.4 材料選擇 2.4.1 塑料介紹 塑料（ Plastics)是以有機(jī)高分子化合物為基礎(chǔ)，加入若干其他材料（添加劑）制成的固體材料。 塑料的優(yōu)點(diǎn)：塑料的強(qiáng)度較小，有較高的比強(qiáng)度。塑料還具有較高的電絕緣和熱絕緣性，良好的耐磨性和耐腐蝕性，以及優(yōu)異的成型工藝性。 塑料的缺點(diǎn)：強(qiáng)度，硬度較底，易老化等。 2.4.2 分析塑料零件材料 該塑件為 DVD 遙控器外殼的上半部分，有以下特點(diǎn)： 15 （ 1）它所處的工作環(huán)境好，處于室溫下，不承受沖擊載荷，也不處于酸、堿、鹽性環(huán)境中； （ 2）產(chǎn)量大，用于 一般的日常生活中，故要求此塑件材料質(zhì)優(yōu)而價(jià)廉，且對(duì)人體不產(chǎn)生任何毒副作用。 （ 2）內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜成型較困難。 （ 4）要求要有較美麗的外觀。因此我初步選擇采用通用塑料。 通用塑料分為聚乙烯（ PE）、聚氯乙烯 (PVC)、聚苯乙烯（ PS）、聚丙烯（ PP）等品種，多用于一般工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活之中，具有價(jià)格低等特點(diǎn)。 聚乙烯 PE：是由乙烯單體聚合而成的。 特點(diǎn)：采用不同的聚合條件可得到不同性質(zhì)的聚合物：有高壓 PE、中壓 PE、低壓PE 三種。 高壓 PE：由于有較低的密度、相對(duì)分子質(zhì)量、結(jié)晶度，故質(zhì)地柔軟；低壓 PE：由于 含有較高的相對(duì)分子質(zhì)量、密度、結(jié)晶度，故質(zhì)地堅(jiān)硬，耐寒性能良好，在 70 時(shí)還保持柔軟，化學(xué)穩(wěn)定性很高，能耐酸、堿及有機(jī)溶劑，吸水性極小有跟突出的電氣性能和良好的耐輻射性等。 缺點(diǎn)：是力學(xué)強(qiáng)度不高，熱變形溫度很低，故不能承受較高的載荷和不能在較高的溫度下正常工作。 b 聚氯乙烯 PVC：是由乙炔氣體與氯化氫合成氯乙烯單體，然后在聚合成聚氯乙烯。 特點(diǎn)：可分為硬質(zhì) PVC 和軟質(zhì) PVC。 硬質(zhì) PVC:力學(xué)強(qiáng)度高，電氣性能優(yōu)良，耐酸、堿的抵抗力極強(qiáng)，化學(xué)穩(wěn)定性很好。缺點(diǎn)：是軟化點(diǎn)低，機(jī)械強(qiáng)度高。其可在 15 60 時(shí)使 用。 軟質(zhì) PVC：有質(zhì)輕、隔熱、隔音、防震等特點(diǎn)，而且強(qiáng)度低、易老化、延伸率高。 16 c 聚丙烯 PP： 特點(diǎn)：聚丙烯的主要特點(diǎn)是相對(duì)密度小，約為 0.9。它的力學(xué)性能如屈服強(qiáng)度、拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度、硬度等，均優(yōu)于低壓 PE。并有很突出的剛性，耐水行較好，可在 100以上使用，若不受外力，則溫度升到 150 也不變形?；旧喜晃?，并且有較好的化學(xué)穩(wěn)定性，除對(duì)濃硫酸、濃硝酸外，幾乎都 很穩(wěn)定。絕緣性能優(yōu)越，高頻電性能優(yōu)良，而且不受溫度影響，成型容易。對(duì)人體不產(chǎn)生毒副作用，可用于藥品及食品的包裝。 缺點(diǎn)：耐磨性不夠高，成型收縮 率較大，低溫呈脆性，熱變形溫度亦較低。 d 聚苯乙烯 PS：聚苯乙烯略早于聚丙烯問世，其原料十分豐富，是目前最廣泛應(yīng)用的材料之一。 聚苯乙烯的密度為 1.041.16g/cm3 ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚苯乙烯遇火會(huì)自燃。 聚苯乙烯的代號(hào)為（ PS），其分子結(jié)構(gòu)式為： HC CH Hn 聚苯乙烯的主鏈上有結(jié)構(gòu)龐大的苯環(huán)，故柔順性差，質(zhì)地脆硬，抗沖擊性能差，敲打時(shí)發(fā) 17 出類似金屬的響聲。 機(jī)械強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，尤其是相對(duì)分子量較小的品種強(qiáng)度更差， 聚 苯乙烯屬于非結(jié)晶型聚合物。 聚苯乙烯具有良好的可塑流動(dòng)性和較小的成型收縮率，是成型工藝最好的塑料品種之一，容易制造形狀復(fù)雜的制品。 聚苯乙烯無(wú)色透明，透光性僅次于有機(jī)玻璃，容易著色，常用于制造要求透明或顏色鮮艷的制品。 聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮濕的環(huán)境中尺寸變化很小，適用于制造要求尺寸穩(wěn)定的制品，如儀表儀器殼體等。 聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，尤其是在高頻條件下的介電損耗仍然很小，是優(yōu)良的高頻絕緣材料。聚苯乙烯的主要缺點(diǎn)是脆性大，形狀復(fù)雜的制品成型后存在較大的內(nèi)應(yīng)力時(shí)，常會(huì)在使用中自行開裂。為改善聚 苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明顯降低脆性，提高沖擊韌性。這種塑料稱為高沖擊聚苯乙烯。 2.4.3 我的材料選擇 由以上四種通用塑料的性能分析可知：我的塑件 DVD 遙控器外殼的材料宜采用聚苯乙烯（ PS） 。 以下是聚苯乙烯塑料的技術(shù)數(shù)據(jù)： 1：成型特點(diǎn)： ：無(wú)定形料，吸濕性小，不易分解，性脆易裂，熱膨脹系數(shù)大，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力； ：流動(dòng)性好，溢邊值 0.03左右，應(yīng)防止飛邊； ：塑件壁厚應(yīng)均勻，不易有嵌件，（如有嵌件應(yīng)先預(yù)熱），缺口，尖角各面應(yīng)圓弧連接； ：可用螺桿式或柱塞式注射機(jī)加工，噴嘴可以選用直 通式或自鎖式； 18 ：易采用高料溫，低模具溫度，低注射壓力延長(zhǎng)注射時(shí)間有利于降低內(nèi)應(yīng)力，防止縮孔，變形（尤其對(duì)厚壁塑件）但料溫高易出銀絲，料溫低或脫模劑多則透明性較差； ：可以采用各種形式的澆口，澆口于塑件應(yīng)圓弧連接，防止去除澆口時(shí)損壞塑件，脫模斜度易取 2 以上，頂出均勻，以防止脫模不良而發(fā)生開裂 2:物理性能： 密度 g/cm3 比體積 cm3/g 吸水率 透光率 % 摩擦系數(shù) 24h 長(zhǎng)時(shí)間 PS 鋼 （無(wú)潤(rùn)滑） PS 銅 （有潤(rùn)滑） % 1.04 1.06 1.10 1.11 0.01 0.03 浸水 18 天 0.05 透明 0.34 0.16 3:熱性能： 玻璃化溫度 熔點(diǎn) 熔融指數(shù) MFI g/10min 維 卡 針 入度 熱變形溫度 45N/ 2 180N/ 2 100105 170176 230 負(fù)荷 21N2.09 2.03 8.69 140150 102115 5657 線膨脹系數(shù) 10 5/ 計(jì)算收縮率 比熱容 J/(kg.k) 熱導(dǎo)率 w/(m.k) 燃燒性 cm/min 9.8 0.60.8 1930 0.118 緩慢 4:力學(xué)性能： 屈服強(qiáng)度 抗彎強(qiáng)度 斷裂伸 彎曲彈性 抗壓強(qiáng) 沖擊韌度 KI/m2 布氏硬度 19 Mpa Mpa 長(zhǎng)率 % 模量 Gpa 度 Mpa 無(wú)缺口 缺口 HBS 37 67 200 1.45 56 78 3.44.8 8.65 R9.510.5 5:電氣性能： 電阻率 m 擊穿電壓 kv/ 介電常數(shù) 介電損耗角正切 耐電弧性 s 1014 30 2.02.6 0.001 125185 7:成形條件： 注射機(jī)類型 密度 g/cm3 計(jì)算收縮率 % 預(yù)熱 溫度 時(shí)間 h 柱塞式 1.2 1.33 0.1 0.2 60 75 2 料桶溫度 噴嘴溫度 模具溫度 注射壓力 Mpa 后段 中段 前段 140160 - 170190 3265 60110 成型時(shí)間 s 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 適用注射機(jī)類型 注射時(shí)間（秒） 高壓時(shí)間 冷卻時(shí)間 總周期 20 15 45 0 3 1560 40 120 48 螺桿、注塞均可 后處理 方法 紅外線鼓風(fēng)烘箱 溫度（ ） 70 時(shí)間（ H） 24 2.6 塑件分析 2.6.1 拔模斜角分析 分析結(jié)果： Bracketed area percentage: 25.1222 2.6.2 法向量分析 21 2.6.3 高斯曲率分析 2.6.4 曲面上最小半徑分析 分析結(jié)果： Min. inside radius: -177.8879 22 Surface is convex 2.6.5 上下方向上的斜率分布分析。 分析結(jié)果： Min. slope: -0.0193 Max. slope: 0.0485 Bracketed area percentage: 0.0000 2.6.6 塑件表面積及重心位置分析 VOLUME = 2.7072260e+04 MM3 SURFACE AREA = 4.4078063e+04 MM2 DENSITY = 1.2500000e+00 TONNE / MM3 MASS = 3.3840325e+04 TONNE CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate frame: X Y Z 7.8830943e+01 1.5052038e+02 -4.4591896e+01 MM INERTIA with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2) 23 INERTIA TENSOR: Ixx Ixy Ixz 9.5925963e+08 -4.0136164e+08 1.1830220e+08 Iyx Iyy Iyz -4.0136164e+08 2.9332132e+08 2.2629210e+08 Izx Izy Izz 1.1830220e+08 2.2629210e+08 1.1163238e+09 INERTIA at CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2) INERTIA TENSOR: Ixx Ixy Ixz 1.2527087e+08 1.7626238e+05 -6.5402701e+05 Iyx Iyy Iyz 1.7626238e+05 1.5737437e+07 -8.4378451e+05 Izx Izy Izz -6.5402701e+05 -8.4378451e+05 1.3932992e+08 PRINCIPAL MOMENTS OF INERTIA: (TONNE * MM2) I1 I2 I3 1.5731407e+07 1.2524068e+08 1.3936614e+08 ROTATION MATRIX from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES: -0.00157 -0.99892 -0.04644 0.99998 -0.00125 -0.00688 0.00682 -0.04645 0.99890 ROTATION ANGLES from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES (degrees): angles about x y z 0.395 -2.662 90.090 24 RADII OF GYRATION with respect to PRINCIPAL AXES: R1 R2 R3 2.1560882e+01 6.0835272e+01 6.4174335e+01 MM 第三章 擬定模具結(jié)構(gòu)形式 3.1 型腔數(shù)目的決定 注射模的型腔數(shù)目，可以是一模一腔，每一次注射生產(chǎn)一個(gè)塑件，也可以是多腔，每一次注射生產(chǎn)多個(gè)塑件。每一副模具中，型腔數(shù)目的多少與下列條件有關(guān)系。 （ 1） 塑件尺寸精度 型腔數(shù)目越多時(shí)，精度也相對(duì)地降低。這不僅由于型腔加工精度的參差，也由 于熔體在模具內(nèi)的流動(dòng)不均所致。按照 SJ1372 78 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的 1、 2 級(jí)超精密級(jí)塑件，只能一模一腔，當(dāng)尺寸數(shù)目少（形狀簡(jiǎn)單）可以是一模二腔。 3、 4 級(jí)的精密級(jí)的精密塑料件，最多是一模四腔。 （ 2） 模具制造成本 多腔模的制造成本高于單腔模，但非簡(jiǎn)單的倍數(shù)比。四腔模并非單腔模的四倍。因此，從塑件成本中所占模費(fèi)比例來看，多腔模比單腔模要低。 （ 3） 注塑成型的生產(chǎn)效益 25 多腔模從表面上看，比單腔模經(jīng)濟(jì)效益高，但是多腔模所使用的注射機(jī)大，每一注射循環(huán)期長(zhǎng)而維修費(fèi)用高，所以要從最經(jīng)濟(jì)的條件上考慮一模的腔數(shù)。 （ 4） 制 造難度 多腔模的制造難度比單腔模大。當(dāng)其中一腔先損壞（或磨損超差）時(shí)，應(yīng)立即停機(jī)維修，影響生產(chǎn)。 綜合以上幾個(gè)方面綜合考慮，我的設(shè)計(jì)采用一模兩腔結(jié)構(gòu)形式。就精度而言，我的塑件屬于四級(jí)精度，它可以使用一模四腔；但從模具制造成本以及模具成型的生產(chǎn)效益來看，他比單型腔模具降低了生產(chǎn)成本提高了生產(chǎn)效率；而且塑件的注射量比較??；但從制造難度來講，這套模具的型腔十分復(fù)雜已經(jīng)很難加工，必須采用較多的鑲塊才能實(shí)現(xiàn)，如果型腔過多，就會(huì)影響各個(gè)鑲塊之間的裝配關(guān)系，造成塑件成型困難，尺寸精度以及表面粗糙度難以保證。而一模兩腔恰 好解決了這一問題，不僅使得模具有了較好的精度，而且便于加工，便于注塑，適應(yīng)了現(xiàn)代化大規(guī)模高效率生產(chǎn)高精密零件的要求。 3.2 分模面的選擇 分模面為定模與動(dòng)模的分界面。用于取出塑料件或澆注系統(tǒng)凝料的面。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成形的先決條件。 26 選擇分型面時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： （ 1） 使塑件在開模后留在動(dòng)模上； （ 2） 分型面的痕跡不影響塑件的外觀； （ 3） 澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； （ 4） 使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； （ 5） 使塑件易于脫模。 由 于本塑件的結(jié)構(gòu)形狀較為特殊，根據(jù)選擇分模面時(shí)，應(yīng)遵守以上的原則。再綜合我的塑件形狀的考慮，以及模具整體設(shè)計(jì)、制造、加工的要求，我選擇采用平面分型面，如圖 3.2.1 所示 這是 PRO/E 分模時(shí)作的單面分模面，由于上表面要求較高， 必須要求塑件留在 27 動(dòng)模一側(cè)。這樣的分型面設(shè)計(jì)有以下的特點(diǎn)： 第一、 這樣的設(shè)計(jì)保證了分模時(shí)塑件留在動(dòng)模一側(cè)； 第二、 分型面的痕跡會(huì)在塑件的下邊緣一圈，保證不會(huì)影響 外觀質(zhì)量； 第三、 這樣的設(shè)計(jì)使得推桿比較好布置，比較容易推出塑件； 第四、 使得脫模變的容易； 第五、 這樣的設(shè)計(jì)也迫使設(shè)計(jì)必須使用潛伏式澆口等不影 響外觀質(zhì)量的特殊澆口； 第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定 在模具設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)產(chǎn)品幾何尺寸及模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，盡可能選用適合的注塑機(jī)以充分發(fā)揮設(shè)備的內(nèi)在能力。 4.1 鎖模力計(jì)算 鎖模力是指注射機(jī)構(gòu)在工作中對(duì)模具所能施加的最大夾緊力。鎖模力與注射容量全面地反映了設(shè)備的主要特征和加工能力。 在實(shí)際注射成型中，由于制品形狀不同，所采用樹脂品種不同，注射工藝條件及模具 28 結(jié)構(gòu)不同，所需要的合模力大小也各不相同。因此，在選用注射機(jī)時(shí) ,要對(duì)其合模力進(jìn)行計(jì)算。通常，可采用下列公式進(jìn)行： F Pm(NAs+Aj) (4.1-1) 式中 : F-注射機(jī)最大合模力 (MN)； N-型腔個(gè)數(shù) ； Pm-成型時(shí)模腔平均壓力（ MPa） ； As-塑件在開模方向的最大投影面積 ( ). Aj-澆注系統(tǒng)在開模方向的最大投影面積 ( ) 從前面可知 : N=2 采用 PRO/E 測(cè)得澆注統(tǒng)以及塑件在開模方向上的投影面積為 0.025 所以： F nPcA =2 40 0.025 =2 MN =2000KN 29 4.2 注 射容量計(jì)算 注射機(jī)的理論注量，指在對(duì)空注射時(shí)能完成一次注射熔料的體積量 ( 3).模具安裝后，對(duì)模腔注射容量的計(jì)算 ,可以制件產(chǎn)品為主 ,計(jì)算其體積量，然后確認(rèn)總體積注射量，從而可得 : Vgn(Vs+Vj)(cm3) 式中： Vg-注射機(jī)額定注射量 (cm3)； Vs-單個(gè)塑件的容積量 (cm3)； Vj-澆注系統(tǒng)和飛邊所需要的容積量 (cm3)； N-型腔數(shù)。 其中： Vs=24cm3 Vj=3cm3 所以： Vn(Vs+Vj) =2(24+3) =54cm3 4.3 注射機(jī)的選用 30 根據(jù)塑料模具設(shè)計(jì)手冊(cè)附表 8(P392)，由以上所取得的數(shù)據(jù) F 和 V 可知，可選用型號(hào)為 G54-S-200/400 的注射機(jī)可。 XS-ZY-125 注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范及特性如下： 螺桿直徑 (mm)： 55 最大理論注射容量 (cm3)： 200400 注射壓力 (MPa)： 109 注射行程： 160 鎖模力 (KN)： 2540 最大注射面積 (cm2)： 645 最大模具厚度 H(mm)： 406 最小模具厚度 H1(mm)： 165 最大和穆行程： 260 模板最大距離 L0(mm)： 800 模板行程 L1(mm)： 400 噴嘴圓弧半徑 R(mm)： SR18 31 噴嘴孔徑 d(mm)： 4 噴嘴移動(dòng) 距離 (mm)： 210 推出形式： 中間推出 和模方式： 液壓 -機(jī)械 螺桿轉(zhuǎn)速： 16、 28、 48 機(jī)器外型尺寸： 4700X1000X1815 其他： 總力 280KN,開模力 8T,頂桿最大距離 190mm 第五章 澆注系統(tǒng)和排氣的設(shè)計(jì) 5.1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 （ 1）澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上，應(yīng)有壓降、流量和溫度分布的均衡布置； （ 2）盡量縮短 流程，以降低壓力損失，縮短充模時(shí)間； （ 3）澆口位置的選擇，應(yīng)避免產(chǎn)生湍流和渦流，及噴射和蛇行流動(dòng)，并有利于排氣和補(bǔ)縮； （ 4）避免高壓熔體對(duì)型芯和嵌件產(chǎn)生沖擊，防止變形和位移。 （ 5）澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠，易與塑件分離或切除整修容易，且外觀無(wú)損傷； 32 （ 6）熔合縫位置必須合理安排，必要時(shí)配置冷料井或溢料槽； 盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量； （ 7）澆注系統(tǒng)應(yīng)達(dá)到所需精度和粗糙度，其中澆口必須有 IT8 以上精度。 5.2 澆注系統(tǒng)布置 在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類，一般以平衡式為宜。本次設(shè)計(jì)采用 的是對(duì)角式布置，充分利用了它質(zhì)量好，一致性好等優(yōu)點(diǎn)。 5.3 流道系統(tǒng)設(shè)計(jì) 流 道系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括主流道、分流道和冷料井及其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 5.3.1 主流道 直澆口式主流道呈截錐體，見圖 5.5-1。主流道入口直徑 d 應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴直徑 1mm左右。這樣便于兩者能同軸對(duì)準(zhǔn)，也使得主流道凝料能順利脫出。所以： d =4+1=5mm 主流道入口的凹坑球面半徑 R，應(yīng)該大于注射機(jī)噴嘴球頭半徑約 23mm。反之，兩者不能很好貼和，會(huì)讓塑料熔體反噴，出現(xiàn)溢邊致使脫模困難。故： R=12+（ 23） =（ 1415） mm 33 取 R=15mm 錐孔壁粗糙度 Ra 0.8 m。主流道的錐角 =2 4。過大的錐角會(huì)產(chǎn)生湍流或渦流，卷入空氣。過小錐角使凝料脫模困難，還會(huì)使充模時(shí)流動(dòng)阻力大，比表面增大，熱量損耗大。 主流道的出口端應(yīng)該有較大圓角 r 81 D。 其中， D 可用經(jīng)驗(yàn)公式求出： D= kV4 其中， V-流經(jīng)主流道的熔體體積（ cm3）； K-因熔體材料而異的常數(shù)，取 K=1.2； 所以， D= kV4 = 2.114.3 8.404 8mm 所以， r= 8D =88 =1 mm 主流道的比表面 S 為： S= )(422 dDdD 34 = )58( )58(4 22 =0.58 主流道的長(zhǎng)度是 L，一般按模板厚度確定。但為了減小充模時(shí)壓力降和減少物料 損耗，以短為好。小模具控制在 50mm 之內(nèi)。初步確定： L=50mm H=52 R=52 15=6mm 5.3.2 分流道截面形狀 分流道的截面形狀有圓形、半圓形、矩形、梯形、 V 形等多種。其中圓形截面最理想，使用越來越多。本次設(shè)計(jì)采用單面圓形截面，形狀如圖 5.1 所示。 圖 5.1 分流道的尺寸由經(jīng)驗(yàn)得知。 35 （ 2）流道剪切速率的校核 = 34RQ 由課本塑料制品與模具設(shè)計(jì)中表 3.3-5 可知，注射時(shí)間為 t=2.0s 故： Q=tv = 0.28.40 =20.4 3/s = 34RQ = 34.014.34.204 1275 =12.75x102 5 102s-1 符合要求。 5.3.3 冷料井及拉料桿 冷料井有兩種，一種是純?yōu)?“捕捉 ”或貯存冷料之用；另一種是還兼有拉或頂出凝料功用。 (1) 拉料桿冷料井 拉料桿冷料井可分為頂出桿成型的“拉頂”冷料井、拉料桿成型的“拉料”冷料井和凹坑拉料冷料井。在本次設(shè)計(jì)中，我們采用圓形頭頂出桿成型的“拉頂”冷料井。它具 36 有“拉頂”動(dòng)作可靠的優(yōu)點(diǎn)。形狀如圖 5.2 所示： 圖 5.2 5.4 澆口設(shè)計(jì) 澆口是塑料熔體進(jìn)入型腔的閥門，對(duì)塑件質(zhì)量具有決定性的影響。因而澆口類型與尺寸、澆口位置與數(shù)量便成為澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。 5.4.1 澆口類型的選用 澆口是塑料熔體進(jìn)入型腔的閥門，對(duì)塑料件質(zhì)量具有決定性的影響，因而澆口類型與尺寸、澆口位置與數(shù)量便成為澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵。澆口有多種類型，如直澆口、側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、重疊式澆口、扇形澆口、潛伏式澆口等。 直接澆口雖然有如以等流程充模、澆注系統(tǒng)流程短、壓力損失和熱烈散失小，且有利于補(bǔ)縮和排氣 等優(yōu)點(diǎn)，但是，塑件上殘留痕跡較大，切除困難。 重疊式澆口多用于大型腔。 37 扇形澆口適合于大面積薄壁塑件。 點(diǎn)澆口必須采用雙分型面的模具結(jié)構(gòu)；澆口位置可以自由選擇，不受限制。剪切速率高，能使流程比增大；澆口必須用三板模切斷； 潛伏式澆口是點(diǎn)澆口在特殊場(chǎng)合下的一種應(yīng)用形式。但可以在脫模時(shí)自動(dòng)拖斷；它可以隱藏在外表不露出的部位，使?jié)部诤圹E不外漏。但加工比較空難，容易磨損。 側(cè)澆口也稱為邊緣澆口，由于它開設(shè)在主分型面上，截面形狀易于加工和調(diào)整。多型腔模具常采用側(cè)澆口，可設(shè)計(jì)成兩板模。 綜合我的塑件，是比較容易流動(dòng)的聚 苯乙烯，而且零件外表面要求較高；潛伏式澆口也稱為隧道澆口或剪切澆口，它從分型面的一側(cè)沿斜向進(jìn)入行腔。這樣在開模時(shí)，不僅能自動(dòng)切斷澆口，而且其位置也可以設(shè)置在制品的側(cè)面、端面和背面等各個(gè)隱蔽處，使制件外表無(wú)澆口的痕跡。它的截面形狀如下圖 5.3 所示： 圖 5.3 38 5.4.2 澆口尺寸計(jì)算 潛伏式澆口的幾個(gè)尺寸中，以深度 h最為重要。 H 控制了澆口暢通開放時(shí)間和補(bǔ)縮作用。澆口寬度 W 的大小控制了熔體充模流量。澆口長(zhǎng)度 L，只要結(jié)構(gòu)強(qiáng)度允許，以短為好，一般 選用 L=0.51.5mm。澆口深度有經(jīng)驗(yàn)公式： h=nt (5.6-1) 式中， h-潛伏式澆口寬度 (mm)，中小型塑件通常用 h=0.52mm，大約為制品最大壁厚的 31 32 ； t-塑件壁厚 ( )； n-塑件材料系數(shù)，取 n=0.6。 故： 澆口的經(jīng)驗(yàn)公式： d= 30An (5.6-2) 式中， d-澆口直徑； A-型腔表面積 (mm2)； n-塑料材料系數(shù)；取 n=0.6。 39 A 41 D2+4 (15 18)+2 (2 5 13) =41 3.14 632+4 (15 18)+2 (2 3.14 5 13) =3115.665+1080+816.4 5012mm2 所以： W= 30An = 3050126.0 1.4mm 最后，須用流經(jīng)側(cè)澆口熔體剪切速率 = 26WhQ 104s-1 進(jìn)行校核。又知充模注射時(shí)間為 t=1.6s， 故： Q=tv = 6.18.40 =25.5cm3/s = 26WhQ = 218.014.0 5.256 =33730 =3.373 104 104s-1 符合要求。 5.5 澆注系統(tǒng)的平衡 本次設(shè)計(jì)分流道的布置采取的是平衡式布置，從主流道末端到各型腔餓分流，其長(zhǎng)度、斷面形狀和尺寸都對(duì)應(yīng)相等，各型腔受力相同，不需采取平衡計(jì)算 。 40 5.6 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 從某種角度而言，注塑模具也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔的同時(shí)，必須置換出型腔內(nèi)的空氣和從物料中溢出的揮發(fā)性氣體。排氣系統(tǒng)是注塑模具設(shè)計(jì)的重要組成部分。 5.6.1 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 （ 1） 利 用分型面排氣是最簡(jiǎn)單的方法，排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān)。 （ 2） 利用頂桿與孔的間隙排氣，必要時(shí)可對(duì)頂桿作些排氣的結(jié)構(gòu)措施； （ 3） 利用球狀合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣，燒結(jié)塊應(yīng)有足夠的承壓能力，設(shè)置在塑件隱蔽處，并需要開設(shè)排氣通道； （ 4） 在熔合縫位置開設(shè)冷料井，在儲(chǔ)存冷料前也滯留了不少氣體； （ 5） 可靠有效的方法是在分型面上開設(shè)專用的排氣槽，尤其上大型注塑模具必須如此； （ 6） 對(duì)于大型的模具，也可以利用鑲拼的成型零件的縫隙排氣。 由于我的設(shè)計(jì)將采用大量的鑲件以保證模具具有良好的加工、維修性能；采用了大量的頂針以實(shí)現(xiàn)模具對(duì)塑件的均勻頂出， 使得塑件不會(huì)因?yàn)閼?yīng)力不均勻而斷裂或留下痕 41 跡；采用了斜滑頂桿和側(cè)抽芯滑塊來實(shí)現(xiàn)塑件的抽芯。這些結(jié)構(gòu)都的存在著間隙，可以利用這些間隙實(shí)現(xiàn)派氣的功能，而不用設(shè)計(jì)另外的排氣結(jié)構(gòu)。 另外，為了在分型面良好的排氣，可以在動(dòng)模鑲塊 1 與定模鑲塊 1 結(jié)合的同時(shí)，將動(dòng)模板的厚度減少 1mm，從而加強(qiáng)了分型面的排氣功能，如圖 5.4 所示： 圖 5.4 第六章 成型零件設(shè)計(jì) 模具閉合時(shí)，成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件、各種成型桿與成型環(huán)。 成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力。作為高壓容器，它的強(qiáng)度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)、材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。 42 6.1 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，當(dāng)然以成型符合質(zhì)量要求的塑料制品為前提，但必須考慮金屬零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的價(jià)格，隨著型腔的復(fù)雜程度、精度等級(jí)和壽命要求的提高而增加。 6.1.1 定模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 定模是成型塑件外表面的成型零件。定模的基本結(jié)構(gòu)可分為整體式、整體潛入式和組合式。根據(jù)本次設(shè)計(jì)的塑料的特點(diǎn)，采 用組合式定模。定模的形狀如下各圖所示。 （ 1）定模板： 圖 6.1 43 定模板設(shè)計(jì)如圖 6.1 所示，其中一位置是用來放制定位定模鑲塊的鍥型鎖緊塊，他與模板垂直的方向有一定的斜度在螺釘?shù)淖饔孟驴梢詫?duì)鑲塊起到定位的作用。二位置上是用來放制側(cè)向抽心導(dǎo)塊所用的定位孔。三位置放一個(gè)凸型鎖緊塊，如圖 6.2 所示： 圖 6.2 的上半部分，它的下半部分裝在動(dòng)模板上，兩者之間具有較高的配合關(guān)系，這不僅可以 起到二次定位的作用，最主要的是在注塑機(jī)注射時(shí)，可以鎖緊模具，使得導(dǎo)柱，導(dǎo)套承受較小的橫向沖擊力保護(hù)了導(dǎo)柱、導(dǎo)套的使用壽命。四位置為放置導(dǎo)套的導(dǎo)套孔，由于所選的導(dǎo)套為帶肩導(dǎo)套，所以該孔為梯形孔，具體零件參考定模板零件圖。五位置是參與冷卻的水流道由于它由此處流入定模鑲快，所以設(shè)計(jì)了防止漏水的橡膠圈槽，其形狀如圖 6.3 所示： 44 一圖 二圖 三圖 圖 6.3 一圖是放入橡膠圈但鑲塊還沒有裝入的時(shí)刻，當(dāng)鑲塊裝入時(shí)鑲塊的壓力將橡膠圈壓成圖二所示的橢圓形狀，同時(shí)，利用自身的彈力將兩塊模板之間的縫隙牢牢的封死，使冷卻 45 液在流過兩塊模板之間時(shí)不會(huì)漏出模板，影響注塑生產(chǎn)的過程。 三圖是六處的放大圖。 其他特征如螺釘孔以及吊耳螺釘孔可參考上模板零件圖。 模板的厚度以及各個(gè)螺釘孔的位置、導(dǎo)套孔的位置是由所選擇的模架給出的，可參見模架 A1-355355-38-Z1。（ GB/T12556）尺寸。 （ 2）定模鑲塊的設(shè)計(jì) ： 鑲拼式組合模具雖然具有強(qiáng)度和剛度較差，制造成本高的問題，但是由于它具有但由于它具