基于ProE的便携式手机充电器上盖的注塑模设计

摘 要 本课题研究的是便携式手机电源充电器上盖注塑模设计。本设计对手机电源充电器上盖零件进行了工艺分析，确定了手机电源充电器上盖的分型面及成型方法。塑件的材料采用 ABS，同时根据生产纲领，设计了一模两腔的注塑模具，然后重点阐述塑料手机电源充电器上盖零件注塑模的主要内容部分，主要有：根据年产量等确定型腔数目及校核，注塑机类型和规格选择及有关工艺参数的校对，浇注系统的设计，成型零件设计，脱模机构设计，导向机构设计，侧抽芯机构，冷却机构设计以及排气系统设计。并对模具结构与注塑机的规格进行了匹配校核。完成便携式 手机电源充电器上盖板的注塑模具总体装备结构设计和相关主要零件的设计。 关键词 ： 便携式；手机电源充电器上盖；侧浇口；注塑模具 Abstract This topic is the study of the portable mobile power charger cover injection mold design. In this paper, the mobile power charger cover parts are analyzed in technology, determined the mobile power charger cover forming method, using ABS plastic parts material, at the same time according to the production program, design a mold two cavity injection mouid, and then emphasis on mobile power charger cover plastic parts injection mold design, mainly include: determine the cavity number and checking, according to the annual selection types and specifications of injection molding machine and relevant process parameters of proofreading, the design of the gating system, molding parts design, mechanism design, demoulding mechanism, cooling mechanism design and the exhaust system design. Matching of mould structure and injection molding machine for checking. Complete portable mobile phone power charger cover overall equipment structure design of injection mold and parts design. Key word： portable type； Mobile power charger on the cover； side gate； plastic injection mould 目 录 摘 要 . I Abstract . II 目 录 . III 1 绪论 . 1 1.1 本课题的研究内容和意义 . 1 1.2 国内外的发展概况 1 . 1 1.3 本课题应达到的要求 . 2 2 塑件材料与工艺分析 . 3 2.1 塑件工艺分析 . 3 2.1.1 设计塑件时必须考虑的问题 2 . 3 2.1.2 尺寸和精度 . 3 2.1.3 塑件的图形 . 3 2.1.4 塑件材料 . 4 2.2 型腔数目的确定 . 4 2.3 型腔数目的校核 . 4 3 塑件的体积估算和注射机型号的选择 . 6 3.1 塑件体积 . 6 3.2 注射机的类型和规格选择 3 . 6 3.3 注射机有关工艺参数的校对 . 7 3.3.1 注塑量 . 7 3.3.2 锁模力 . 7 3.3.3 注射机 压力的校核 . 7 4 浇注系统的设计 . 8 4.1 主流道的设计 4 . 8 4.2 冷料井和拉料杆的设计 . 8 4.3 分流道的设计 . 8 4.4 浇口的设计 . 9 5 成型零部件的设计 . 11 5.1 分型面的确立 . 11 5.2 排气槽的设 计 . 11 5.3 成型零件的结构设计 . 11 5.3.1 凹模的结构设计 . 12 5.3.2 凹模的工作尺寸计算 . 12 5.3.3 凹模的外形尺寸计算 . 15 5.3.4 凸模的结构设计 . 17 5.3.5 凸模的外形尺寸计算 . 18 6 合模导向机构的设计 . 20 6.1 导柱的设计 . 20 6.2 导套的设计 . 20 7 塑件脱模机构的设计 . 22 7.1 推出机构的设计 5. 22 7.2 复位的设计 . 24 7.3 模架的设计 . 24 8 侧向分型与抽芯机构 . 26 8.1 侧向抽芯机构的确定 . 26 8.2 斜导柱抽芯机构设计原则 . 26 8.3 斜导柱抽芯机构相关参数的计算 6. 26 8.3.1 抽芯距离 . 26 8.3.2 斜导柱倾斜角 的选择 . 27 8.3.3 斜导柱直径的确定 . 27 8.4 滑块的设计 . 27 8.4.1 滑块形状设计 . 27 8.4.2 滑块定位装置设计 . 28 8.4.3 导滑槽的设计 . 28 8.5 锁紧块的确定 . 29 8.5.1 锁紧块的设计要点 . 29 8.5.2 锁紧块的结构设计 . 29 9 冷却系统的设计 . 30 9.1 冷却管道计算及开设原则 30 9.1.1 冷却道开设原则 . 30 9.1.2 冷却管道的计算 . 30 10 结论与展望 . 32 10.1 结论 . 32 10.2 不足之处与展望 . 32 致 谢 . 33 参考文献 . 34 1 绪论 1.1 本课题的研究内容和意义 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就没有高质量的产品。用模具加 工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。 自改革开放以来，到目前为此制造业在中国国民经济中占的比重已占到 45%，制造业部门成为 GDP 增长的主要支撑力量。 目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩 短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。 现代模具行业是技术，资金密集性的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展，对国民经济的发展有着辐射性的影响。 1.2 国内外的发展概况 1 随着计算机软件的发展和进步， CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。利用先进的 CAD/CAM/CAE 技术进行模具的设计与制造，不仅省时省力，实现了无图纸化加工，而且制品的准确性，减少了试模的次数，缩短模 具的设计及生产周期。模具制造技术将向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。最为重要的是保证了模具使用寿命。 模具制造技术迅速发展，已成为现代制造技术的重要组成部分。在塑料成型生产中，先进的模具设计、高质量的模具制造、优质的模具材料、合理的加工工艺和现代化的成型设备等是成型优质塑件的重要条件。一副优良的注射模具可以成型上百万次，一副优良的压缩模具可以成型 25 万次以上，这与上述因素有很大的关系。具体表现在模具的CAD/CAM 技术，模具的精密成形技术，模具的超精密加工技术，模具的激光快速成型技术，模具在设计中采 用有限元法、边界元法进行流动、冷却、传热过程的动态模拟技术，模具的 CIMS 技术，已在开发的模具 DNM 技术以及数控技术等先进制造技术方面。 由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的 发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时， “小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的 “交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低” 的要求，以下的发展趋势也较为明显。 一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高 对某一类模具的设计制造水平； 另一方面要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力： 1、 开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； 2、 .加速模具标准化、专业化、商品化生产； 3、 大力发展 CAD CAM CAE、 RPM 等先进模具设计和制造技术； 4、 加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。 1.3 本课题应达到的要求 模具毕业设计是模具专业最为重要的环节之一，同时它也是最后的一个关键教学环节。它是由学生过渡到生产的一步，由 学校走向工厂的桥梁。是我们第一次系统地把所学理论应用在实际生产。通过此次的毕业设计制造的各个环节有了更加深入明确的了解从而培养和提高设计的能力。 毕业设计的目的有两个，第一个目的是让我们掌握模具设计的基本技能，如绘图，计算，查阅设计资料和手册。熟悉国标和各种标准的能力，能够熟练运用三维软件进行绘图。第二个目的是了解和掌握模具设计与制造的工艺，从而独立的设计一般的塑料模具，为走出学校走向社会打下基础。 本人设计的这副模具是塑料成型模具，塑料手机外壳塑料模具设计，这是一种方形状的塑料外壳。在设计过程中我是按照循 序渐进的方法，严格按照设计要求去做，力求数据准确，结构合理，在保证合乎塑料件要求的同时，力求结构简单。但是由于本人的实践经验不足，因此考虑的问题可能有些地方不是很全面，设计中难免会出现错误，还望各位老师和同学指正。在此，我在这里衷心的感谢导师对我的指导和同学对我的帮助。 2 塑件材料与工艺分析 2.1 塑件工艺分析 2.1.1 设计塑件时必须考虑的问题 2 塑料的物理机械性能，如强度，弹性，刚性，吸水性等。 塑料的成型工艺性。 塑料成型所导致冲模流动，排气 ，补缩等。 塑件在成型后的收缩情况以及 收缩率差异等。 模具的总体结构 ，以及脱模的复杂程度。 模具零件的形状和制造工艺。 塑件的设计主要包括塑件的形状，尺寸，精度，壁厚，表面光洁度，斜度，以及塑件上的加强筋等的设计。 2.1.2 尺寸和精度 塑料的尺寸精是指所获得的塑件尺寸与产品要求尺寸的符合程度，即所获塑件尺寸的准确度。影响塑件尺寸精度的因素十分复杂，首先是模具制造的精度和塑件收缩率的波动，其次是模具的磨损程度。另外，在成型时工艺条件的变化、塑件成型后的时效变化、塑件的飞边等都会影响塑件的精度。因此，塑件尺寸精度的确定应该合理选择，尽可能 选用低精度等级。 由于该塑件是方形外壳，所以尺寸和精度要求不是很高，所以经分析选择一般精度等级 3 级精度。 2.1.3 塑件的图形 该塑件形状虽然有不规则轮廓，但在分模方向没有阻碍，容易模塑，所以采用单分型面，而且该塑件外表面本身带有一定的斜度，这样也更易脱模。 图 2.1 塑料件 图 2.2 塑料件 2.1.4 塑件材料 该塑件采用 ABS 树脂，起成型特点流动性中等，吸湿性打算，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件必须经过长时间的预热干燥，溢边值 0.04mm，适合取高料温，高模温，但是料温过高容易分解，对 精度的要求较高的塑件，模温适合取 5060 C，对光泽，耐热塑件，模温取 6080 C。注射压力高于聚苯乙烯。用螺杆式注射机成型时，料温为180230 C。注射压力也比较大。而且有很好的抗冲击强度和良好的机械强度以及一定的耐磨性。收缩率为 0.3%0.8%。质量密度为 1.14 g/cm。 确定型腔数目应考虑技术和经济两方面的因素，这些因素包括注射机的规格、塑件质量要求、成本及交货周期等。在本次毕业设计中要求是年产量 40 万件，属于中批量生产，所以初步确定采用多型腔模具 。 2.2 型腔数目的确定 在这一年时间里采用三班倒制度即一天实际工作时间为 20 个小时，每个月 实际工作日为 22 天，所以一年实际工作时间为： 1 9 0 0 8 0 0 03600122220t s 从表中可知 ABS 的成型周期是 40 70 s，取成型周期为 55s。所以该塑件的成型时间为： 1 5 5 1 3 0 % 7 1 . 5ts 但考虑到生产中的一些其他因素，例 如清洁模具等，所以将成型时间适当的放长至80s。 所以型腔数量为： 691.119008000 80%)5.01(400000 取 N=2 2.3 型腔数目的校核 按注射机的额定塑化速率确定型腔的数量 3 6 0 0/mmn 21 K M T （ 2.1） 式中 n 型腔数目； m1 单个塑件的质量或体积， g 或 cm3 ； m2 浇注系统凝料的塑件质量或 体积， g 或 cm3 ； K 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8 左右，视设备的 新旧而取值； M 注射机的额定塑化量， hg 或 h cm ； 转化后 有 n （ 0.830 17） /4.58 1.53 取整数 n = 2 由此可知 n = 2 符合要求。 3 塑件的体积估算和注射机型号的选择 3.1 塑件体积 从几何方面计算 V 浇 = )r+R r + (Rh(1 /3 ) 22+ 2LR 2 （ 3.1） V 浇 = )7 74 + (47014.3( 1 / 3 ) 22 +3.14 26 2 2 = 6813.8 + 653.12 = 7466.92mm 根据三维软件模型分析计算得体积 V 塑件 = 4.5844cm 由此初步确定此模具为一模两腔，即 n=2，故所有的总体积为 V 总 =4.58 2 + 7.5 = 16.66 17cm 因为 ABS 的平均密度为 p=1.14g/cm M 全 = P V (3.2) =1.14 17 = 19.38 g 式中 V 塑件 单个塑料零件的体积； V 浇 表示交流道 ；分流道和浇口等浇注系统所 需塑料体积； V 总 表示塑件所需塑料的体积； V 表示整个臂盖的塑料实心体积。 3.2 注射机的类型和规格选择 3 注射机的类型和规格有很多，按结构形式可分为机的类型和规格有很多，按结构形式可分为立式，卧式和直角式三类，国产卧式注射机一标准化和系列化。这三类不同的结构形式的注射机的特点如下： 立式注射机的螺杆垂直装设，锁模装置推动动模板也沿垂直方向移动，优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上安放嵌件，嵌件不容易倾斜或坠落。缺点是制品自模中顶出后不能 靠重力下落，需要靠人工取出，有碍于全自动操作。此类是注射机注射量一般均在 60 克以下。 卧式注射机是目前使用最广，产量最大的注射成型机，其注射柱塞与螺杆合模运动均沿水平方向布置，并且多数在一条线上（或相互平行。优点是机体比较低，容易加料和操作，制件顶出模具后可自动坠落，所以容易实现全自动操作，机床中心比较低，安装稳妥。其缺点是模具的安装比较麻烦，嵌件放入模具有倾斜或下落的可能，机床的占地面积大。 直角式注射机的注射螺杆或柱塞与合模运动方向相互垂直，这种注射机的重要优点是结构简单，便于自制，适合单件生产，中心不 允许留有浇口痕迹的平面制件，同时长利用 开模时丝杆的转动来拖动螺纹型芯或螺纹型环旋转，以便脱下塑件。缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力和锁模力，模具受冲击震动比较大。 根据注射机注射成塑件所用的塑料起量，选择最少不小于 20g 的柱塞式注塑机，选择注射机为 XS-Z-30，其工艺参数见表 3-1。 表 3-1 注塑机工艺参数 注射机的工艺参数表 额定注射量 30cm 螺杆直径 28mm 注射压力 119M Pa 注射行程 130 mm 锁模力 KN 250KN 最大成型面积 90cm 最大开模行程 160mm 模具最大厚度 180mm 模具最小厚度 60mm 3.3 注射机有关工艺参数的校对 3.3.1 注塑量 3mm3017m ax M （ 3.3） 既注射机的最大浇注射程大于注射机所注射及塑件所需容量。 3.3.2 锁模力 6.84.10 A （ 3.4） = 89cm 250cm 式中 A 表示浇注塑料和塑件的最大投影面积。 故符合设计要求 根据公式 P 腔 A P 锁 ， A=89cm P 腔： F=2 89 = 178KN 250KN 既型腔投影面积所需锁模力小于注射机的额定锁模力 p 3.3.3 注射机压力的校核 塑料成型压力 p 成 p浇 p 成 = 30 2（ 30Pa） 119Mpa （ 3.5） 即：塑件的注射压力小于注射机额定压力。 4 浇注系统的设计 4.1 主流道的设计 4 在卧式注射机的模具中，主浇道应设计成垂直的分型面，为了使凝料从主流道拔出，故设计成圆锥形，要有 2到 6的锥角，内壁有 0.8um 以上的粗糙度，其小端直径常见为 4mm8mm，看制品重量和补料需要而定，但是小端直径应大于喷嘴直径约 1mm，否则主流道中的凝料将无法顺利脱出，主流道的 长度由定模板厚度而定的。由于主流道要与高温的塑料和喷嘴 反复的接触和碰撞，所以模具的主流道部分常设计成可以拆卸更换的主流道衬套，以便选用优质钢材进行加工和热处理，主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，二者严密的配合，以避免高压以至塑料从缝隙处溢出。一般凹坑的半径 R2 应比 R1 大12mm。主流道衬套大端的圆凸出定模端面 510mm，并与注射机定模板的定位孔成功配合，起定位环作用，所以设计成为图 4.1 所示。 图 4.1 主浇道 4.2 冷料井和拉料杆的设计 卧式注射机用模具的冷料井，设立在主流道正对面的动模上，该模具采用反锥度冷料井的形式，它的后面设置有推杆， 分型时靠动模板上的反锥度穴的作用将主流道凝料拉出浇口套，推出时靠后面的推杆强制地将其推出。所以在制件顶出时，冷料也一同被顶出。并且制造也方便。 4.3 分流道的设计 该模具是一模两腔，所以要设计分流道，塑料沿分流道流动时，要求通过它尽快地充满型腔，从前两点出发，分流道应该短而粗，但是不能太粗，该模具采用圆形断面分流道，因为这样分流道易与机械加工，分流道尺寸视该塑件的大小和塑料品种，注射速率，以及分流道长度而定，对多数塑料，分流道直径为 4mm，该模具分流道的布置采用平衡式分布。 见图 4.2 所示。 图 4.2 分流道 4.4 浇口的设计 浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道。它是整个浇注系统的关键的部位，也是最薄点。其形状、大小及位置应根据塑件大小、壁厚、形状、成型材料及塑件技术要求等进行而确定。浇口分限制性浇口和非限制性浇口，该塑件采用的是限制性浇口，它一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，有利于塑料进入，使其充满型腔。另一方面改善塑料熔体进入型腔的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防 止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分开的作用。 ABS 具有良好的力学性能，它适用于采用侧浇式浇口，塑件从边缘进料，能够提高生产率，并去除浇口方便，有利于熔体流动和补缩口，有利于型腔内气体的排出，减少塑件熔接痕，增加熔接强度。它在推出时，由于浇口及分流道成一定角度，形成了能切断浇口切口，这一切口所形成的剪切力可以将浇口自动切断。 浇口的位置的确定： 设计中，浇口的位置及尺寸的要求是比较严格的，初步试模，必要时还需要修改。因此浇口的位置的开设，对成型性能及成型质量有很大的影响。一般在选择浇口位置时，需要根据塑 件的结构工艺及特征，成型质量和技术要求，综合分析。一般要满足以下原则： 尽量缩短流动距离； 浇口应开设在塑件的壁厚处； 考虑分子定向的影响； 避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷； 减少熔接痕提高熔接强度； 避免产生喷射和蠕动； 避免在承受弯曲冲击载荷的部位设置浇口； 浇口位置的选择应考虑塑件的外观质量。 经过仔细的考虑，该塑件是等壁塑件，又为了不影响塑件的外观，该塑件采用侧浇口，它能保证塑料迅速而且均匀充满型腔。而且还有利于气体的排除。 浇注系统的平衡： 该塑件是属于小型塑件，采 用一模两腔，这样有利于提高生产效率。但是在设计时是否能同时达到充满型腔的目的。这就要对浇注系统的平衡。若浇口平衡则可以得到良好的物理和较高精度尺寸的塑件。 浇口的形状和尺寸对制件影响很大，模具为侧浇口。侧浇口是一种尺寸很小的浇口。 浇口的宽度为 1.53mm，视物料性质和制件重量而定。台阶长度为 23mm。浇口的形式如图 4.3 所示。 图 4.3 侧浇口 5 成型零部件的设计 5.1 分型面的确立 打开模具取出塑件或浇注系统的凝料的面，称之为分型面。分型面的设计它受到塑件的形状、壁厚、和外观、尺寸精度、及模具型腔的数目等诸多因素的影响。该注塑体为方形壳类，而确定分型面时，由于塑件在型腔中的方位和形状，故采用单分型