万件电话机上外壳塑料模具设计.doc

年产500万件电话机上壳塑料模具设计目 录第一章 前言11.1模具在加工业中的地位11.2模具的发展趋势11.3 我国塑料模具发展目标和主要任务21.4设计在学习模具制造中作用3第二章 塑件的工艺分析42.1塑件成型工艺分析42.2电话机上壳原料的成型特征和工艺参数52.2.1电话机上壳机座原料的成型成型特征52.2.2 ABS的工艺参数6第三章 注塑设备及模架的选择83.1 估算塑件体积83.2 选择注射机83.3最大注射压力的校核93.3.1最大注塑量的校核93.3.2锁模力的校核93.3.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核103.4 模架的选择11第四章 塑料件的工艺尺寸的计算124.1型腔和型芯的计算124.2模具型腔侧壁厚度和底板厚度的计算15第五章 浇注系统的设计175.1主流道和定位环的设计185.2冷料井设计205.3分流道的设计205.4浇口的选择22第六章 分型面的选择与排气系统的设计246.1分型面的选择246.2排气槽的设计25第七章 合模导向及定位机构的设计26第八章 脱模机构的设计278.1 脱模机构的组成及设计原则278.2脱模力计算及推出零件尺寸的确定278.2.1脱模力的计算278.2.2推出零件尺寸的确定29第九章 温度调节系统的设计309.1冷却系统设计319.1.1确定冷却水路的分布319.1.2冷却计算319.1.3冷却位置349.1.4塑料模具冷却水路的分布原则349.2加热系统设计35第十章 模具的装配3610.1模具的装配顺序3610.2模具装配注意事项36总 结38参考文献39致 谢4039第一章 前言1.1模具在加工业中的地位模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制件时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应可能的采用结构合理简单的模具，以降低成本。现代生产中，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，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。1.2模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精度、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造的角度看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：（1）加深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计应经有经验设计阶段逐渐向理论技术各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2）大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精度和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、搞耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（3）高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构、高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。（4）革新模具制造工艺在模具制造工艺上，为了缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。（5）标准化开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。1.3 我国塑料模具发展目标和主要任务 发展目标对模具需求旺盛的行业包括航空航天、国防军工、轨道机车、工程机械等行业，尤其是总投资达2200亿元的京沪高铁项目、超过300亿元投资规模的大飞机项目等，必将会给塑料模具行业带来新的挑战和机遇。因此，塑料模具的发展必须依托国家重点建设工程，面向六大产业(交通运输产业、汽车产业、信息产业、重大装备产业、电站及输配电设备产业)及其重点行业。特别是围绕汽车产业、信息产业，大力发展IT行业的精密注塑模、汽车业的覆盖件模具和大型注塑模。大规模开展技术改造，提高基础配套件和基础工艺水平；通过加快企业兼并重组和产品更新换代，促进产业结构优化升级，全面提高产业竞争力，引导专业化零部件生产企业向“专、精、特”方向发展，形成优势互补、协调发展的产业格局。 主要任务依托十大领域的重点工程，振兴塑料模具制造业；配合九大产业的重点项目(钢铁、汽车、石化、船舶、轻工、纺织、有色金属、电子信息、国防军工)，提升大型、精密注塑模、高档模具标准件的制造能力；实现模具钢的国产化和优质化、改善模具材料的供应体系、提供较为全面的各种规格和牌号的材料，大力压缩模具生产企业的备料周期；提高模具新材料、新型塑料成形工艺和新型高强、高韧、耐高温塑料制品的研发能力；提高企业的信息化管理和模具集成化制造的总体水平。为使我国的塑料模具行业赶上国际先进水平打下良好的基础。1.4设计在学习模具制造中作用通过对模具专业的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。电话机上壳塑料成型模具的设计对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用PRO/E软件就是一例，新的工具的利用，大在提高了工作效率。以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。课程设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。第二章 塑件的工艺分析2.1塑件成型工艺分析塑件如图2.1和2.2所示：(a)(b)图2-1电话机上壳机座三维图图2-2 电话机上壳机座2D零件图塑件的设计要求：电话机面板的形状比较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。我们必须很好的处理面板壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。2.2电话机上壳原料的成型特征和工艺参数2.2.1电话机上壳机座原料的成型成型特征电话机是日用品,工作温度为室温, 生产批量为年产500万件,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低，这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素。可以作为电话机座上壳的材料有许多种，如ABS（苯乙烯共聚）和聚丙烯等，下面列表对两种材料使用性能进行对比：表2-1 三种材料的主要性能指标塑料性能聚丙烯聚苯乙烯ABS(苯乙烯共聚)屈服强度/Mpa3735-6350拉伸强度/Mpa/35-6338断裂伸长率（%）2001.035拉伸弹性模量/Gpa1.11.62.8-3.51.8弯曲强度/Mpa6761-9880弯曲弹性模量/Gpa1.45/1.4表面电阻率/1.21013体积电阻率/（*m）101410146.91014击穿电压/(kv/mm)30/耐电弧性/s125-18560-8050-85密度/（g*cm-1）0.90-0.911.04-1.061.02-1.16吸水率（%）0.01-0.030.03-0.050.2-0.4摩擦系数0.34（0.16）0.35-0.450.45玻璃化温度/-18-10100/熔点/170-176131-165130-160熔融指数/g-12.03-8.6923.90.41-0.82维卡针入度/140-150/71-122马丁耐热/7063热变形温度/102-115；56-67/90-108；83-103热膨胀系数9.86-87.0折射率/88-92/计算收缩率（%）1.0-3.00.3-0.60.4-0.7比热容/J*kg-1*K-1)193013401470热导率/(W*m-1*K-1)0.1180.1200.263燃烧性/(cm*min-1)慢慢慢通过比较后，选用流动性、柔韧性较好的ABS。丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是共聚物。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。2.2.2 ABS的工艺参数表2-2 ABS的工艺参数注射机类型螺杆式螺杆转速/(r/min)30-60喷嘴形式直通式喷嘴温度/180-190料筒前段温度/200-210料筒中段温度/210-230料筒后段温度/180-200模具温度/50-70注射压力/Mpa70-90保压力/Mpa50-70注射时间/s3-5保压时间/s15-30冷却时间/s15-30成型时间/s40-70第三章 注塑设备及模架的选择3.1 估算塑件体积计算体积时，对于一些复杂或不规则的实体图形可通过proe软件来实现体积计算。利用proe软件分析功能，自动计算出所绘图形的体积和质量：得到 体积=7.4694883e+04 毫米*3 曲面面积=1.0287020e 毫米*2 密度=1.050000+00 公吨/毫米*3 质量=7.4694883e+0.4 公吨由于组件年生产500万件，体积较小且要求精度一般，所以采用一模两腔由这些数据可以计算上壳体积V1=7.469104mm3=74.69cm3M1=1.13g/cm3V1=84.40g凝道凝杆 V凝=0.15 V1实际注射量 V实=2.15 V1=160.58cm3实际注射质量 M实=2.15 M1=181.46g3.2 选择注射机注塑机的最大注射量是指柱塞或螺杆在作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注塑量。为了保证正常的注射成型，选择注射机是，注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好在最大注塑量的80%。根据公式： 0.8VV实式中： V注塑机的最大注塑量；cm3 V实塑件体积和浇注系统的体积；cm3故 V=200.725cm3根据以上对塑件体积和质量的计算，以上塑件结构及外形尺寸、注射时所需压力和工厂现有设备等情况，选用注射机XS-ZY-250型，其参数如下表所示。表3-1 XS-ZY-250型注射机基本参数项目XS-ZY-250拉杆内间距/mm295373结构形式卧式移模行程/mm350理论注射容量/ cm3250最大模具厚度/mm350螺杆直径/mm50最小模具厚度/mm200注射压力/Mpa130模板面积/mm598520锁模力/KN1800注射行程/mm160模具定位孔直径/mm125螺杆转速/(r/min)25-89锁模形式液压注射时间/s2喷嘴球半径/mm18喷嘴口直径/mm43.3最大注射压力的校核电话机面板的原料为ABS,所需的注射压力为70-90Mpa，而所选注射机的压力为130Mpa,所以注射压力符合要求。3.3.1最大注塑量的校核由V=200.725cm3得到最大注塑量，所选择的注射机的理论注塑量为250 cm3所以符合要求。3.3.2锁模力的校核由公式 P=k*P0P0模具型腔及流道内熔体压力；MpaP 注塑机施于熔体的压力；Mpak 系数，一般取该工艺中P0取60Mpa，k取得到P=20Mpa由原始数据计算投影面积S=2224164+1075=742.72cm2根据F锁PS式中F锁注塑机的额定锁模力；1800KN故1800KN1485KN所以选定的注塑机符合要求3.3.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核A 模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适 模具长模具宽HHminC 开模行程校核注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：SH1+H2+（510）mm式中 S注塑机最大开模行程，mm H1推出距离，mm H2包括浇注系统在内的塑件高度，mm因为 S=350mmH1+H2+(510)=75+50=120mm350mm故开模行程满足要求3.4 模架的选择我国规定的中小型标准模架有四种基本结构，由于采用推杆推出机构，标准模架选用A2型。本设计所用模架的如下图所示图3-1 模架第四章 塑料件的工艺尺寸的计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸、型腔深度和型芯高度的尺寸。由于电话机面板须与后盖配合，所以电话机上壳边缘彩起着配合决定性作用，还有电话机上壳与听筒、按键、显示屏的配合，故需要计算相对于边和铰链的凹凸模的尺寸，凹凸模型腔尺寸择直接按产品尺寸确定，即型腔和型芯的工作尺寸精度将直接影响塑件的精度。（1）塑件收缩的影响：由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后，塑件尺寸小于模具型腔的尺寸，一般不同塑件有不同收缩率，与塑件的形状、尺寸壁厚、成型工艺条件、模具结构等因素有关，故某种塑件的收缩率是波动的，ABS的收缩率在0.3%-0.8 %之间波动。（2）制造公差的影响：制造公差将直接影响塑件的尺寸工差，通常型腔和型芯的制造公差为塑件公差的，其表面粗糙度为0.8um0.4um。 （3）成型零件的磨损：模具在使用过程中，由于塑料熔体的流动冲刷，在成型过程中可能产生腐蚀性气体的腐蚀，脱模时塑件与模具的摩擦，以及由于上述原因造成的成型零件粗糙度的增加，需要进行重新打光等原因，都会造成成型零件尺寸的变化，对于本产品来说，其尺寸较小，故制造公差对塑件的尺寸影响很大。表4-1 ABS公差等级材料代号模塑材料公差等级标注公差尺寸未注公差尺寸高精度一般精度ABS丙烯腈-丁二烯-苯乙烯MT2MT3MT5（4）模具的安装配合误差：模具成型零件装配误差以及在成型过程中，成型零件配合间隙的变化，也会对塑件尺寸造成影响。4.1型腔和型芯的计算该成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。按照国家标准，一般精度的ABS材料的公差等级为MT3，未注公差尺寸为MT5。表4-1 ABS的公差等级确定工作尺寸除根据塑件尺寸及精度要求外，还必须考虑下列影响塑件的主要因素：（1）成型零件的制造公差z，一般取公差的。中小型塑件模具取z=，大型塑件取z50的细长冷却管道，载热模具管壁对冷却水的传热系数式中载热模具管壁对冷却水的传热系数； 冷却水在使用状态下的密度，取997.6kg/m3； 冷却水流速，取1.28m/s； 冷却水物理性质参量的函数，取7.93； 管径，取15mm。故， 由，得由于模具尺寸的限制，每根水路的长度由模具尺寸决定，设每条水路的长度，则冷却水路的