TCL复读机磁带翻盖注塑模设计

一：材料选择 该塑件为 TCL 复读机磁带翻翻盖，主要功用是放置磁带。它有以下 特点：它所处的工作环境好，处于室温下，不承受冲击载荷，也不处于 酸、碱、盐性环境中；产量大，用于一般的日常生活中，故要求此塑件 材料质优而价廉，且对人体不产生任何毒副作用。因此我初步选择采用 通用塑料。 通用塑料分为聚乙烯（PE） 、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯（PS） 、聚 丙烯（PP）等品种，多用于一般工农业生产和日常生活之中，具有价格 低等特点。 聚乙烯 PE：是由乙烯单体聚合而成的。 特点： 采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物： 有高压 PE、 中压 PE、低压 PE 三种。 高压 PE：由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度，故质 地柔软；低压 PE：由于含有较高的相对分子质量、密度、结 晶度，故质地坚硬，耐寒性能良好，在70时还保持柔软， 化学稳定性很高，能耐酸、碱及有机溶剂，吸水性极小有跟 突出的电气性能和良好的耐辐射性等。 缺点：是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载 荷和不能在较高的温度下正常工作。 聚苯乙烯 PS：是由苯与乙烯单体先合成乙苯，再制得苯乙烯单体 加聚反应后得到聚苯乙烯。 特点：具有一定的力学强度、化学稳定性及电气性能都较优良、 透光性好、着色性佳并易于成型，而且差不多能完全耐水。有良好的隔 音、隔热、及抗震性能，广泛用作仪器的包装与隔热材料。而且由于易 于着色，可用来制作鲜艳的日用品和玩具。 缺点：是耐热性较低、性较脆，而且其制品由于内应力导致容易 碎裂。仅能用于低负载和不高的温度下（6070）下使用。 聚氯乙烯 PVC：是由乙炔气体与氯化氢合成氯乙烯单体，然后在聚 合成聚氯乙烯。 特点：可分为硬质 PVC 和软质 PVC。 硬质 PVC:力学强度高，电气性能优良，耐酸、碱的抵抗力极 强，化学稳定性很好。缺点：是软化点低，机械强度高。 其可在1560时使用。 软质 PVC：有质轻、隔热、隔音、防震等特点，而且强度低、 易老化、延伸率高。 聚丙烯 PP： 特点：聚丙烯的主要特点是相对密度小，约为 0.9。它的力学性 能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、硬度等，均优于低压 PE。并有很 突出的刚性，耐水行较好，可在 100 以上使用，若不受外力，则温度升 到 150 也不变形。基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硫 酸、浓硝酸外，几乎都 很稳定。绝缘性能优越，高频电性能优良，而且不受温度影响， 成型容易。对人体不产生毒副作用，可用于药品及食品的包装。 缺点：耐磨性不够高，成型收缩率较大，低温呈脆性，热变形温 度亦较低。 由以上四种通用塑料的性能分析可知： 本塑件TCL 复读机翻盖的 材料宜采用聚丙烯（PP） 。 以下是聚丙烯塑料的技术数据： 1：成型特性： ：结晶性料，吸湿性小，可能发生容融破裂，长期与热金属接触 易发生分解； ：流动性极好，溢边值 0.03左右； ：冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢； ：成型收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、方向 性强； ：注意控制成型温度，料温低，方向性明显，尤其低温高压时更 明显，模具温度低于 50 以下，塑件不光泽，易产生熔接不良、流痕；90 以上时易发生翘曲、变形； ：塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角等，以避免应力集中。 2:物理性能：表 1 系数率 摩擦系数 24h 长时间 密度 g/cm3 比体积 cm3/g % 透光 率 % PP 钢 （无润 滑） PP 铜 （有润 滑） 0.90 0.91 1.10 1.11 0.01 0.03 浸水18天 0.15 半透明0.34 0.16 3:热性能：表 2 热变形温度 玻 璃 化 温度 熔点 熔融指数 MFI g/10min 维 卡 针 入 度 45N/ 2 180N/ 2 -18-10 170176 230负荷 21N2.09 2.03 8.69 140150 102115 5657 线膨胀系数 10 5/ 计算收缩率 比热容 J/(kg.k) 热导率 w/(m.k) 燃烧性 cm/min 9.8 1.03.0 1930 0.118 缓慢 4:力学性能：表 3 冲击韧度 KI/m2 屈 服 强 度 Mpa 抗 弯 强 度 Mpa 断裂 伸长 率% 弯 曲 弹 性 模 量 Gpa 抗压 强度 Mpa 无缺 口 缺口 布 氏 硬 度 HBS 37 67 200 1.45 56 78 3.44.8 8.65 R9.510.5 5:电气性能：表 4 电阻率 m 击穿电压 kv/ 介电常数 介电损耗角正切 耐电弧性 s 1014 30 2.02.6 0.001 125185 6:化学性能： 日光及气候影响：不含稳定剂时表面迅速变色、发脆、若添加抗氧 化剂时会改善其抗大气老化性能； 耐酸性及对盐溶液的稳定性：60以下中等浓度的酸类无影响。强 酸及高强度氧化剂能引起破坏，对水和无机盐溶液稳定； 耐碱性：对碱类稳定； 耐有机溶剂性：室温下不溶于有机溶剂，超过 80能溶于甲苯等芳 香烃及氯化烃中，与溶剂长期接触不产生脆裂； 耐油性：对多数油类中稳定，能吸收极少量矿物油、植物油。 7:成形条件：表 5 预热 注射机类型 密度 g/cm3 计算收缩率 % 温度 时间 h 螺杆式 0.90.91 1.02.5 80100 12 料桶温度 后段 中段 前段 喷嘴温度 模具温度 注射压力 Mpa 160180 180200 200220 8090 70100 成型时间 s 注 射 时 间 高 压 时 间 冷 却 时 间 总周期 螺 杆 转 速 r/min 适 用 注 射 机 类 型 2060 05 2090 50160 48 螺杆、 注塞均可 二：设计方案 1：注射成型工艺的可行性分析： 本塑件形状复杂，壁厚不均，尺寸精度要求较高，而且有较高的表 面质量和尺寸稳定性的要求，因此对模具和设备的要求也较高。而注射 成型方法有如下几个优点： a:形状：几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔； b:尺寸：塑件可小到不足 1 克，大到几十千克，没有限制； c:材料：在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料； d:精度：可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性； e:生产率：中等，循环时间主要由塑件壁厚决定，最短可在十几秒 内，可增加每模的型腔数来提高生产率。 由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点，分析可知：该塑件适合 于采用注射成型方法。 2：表面粗糙度： 由塑件外观可知，塑件的外表面要求较高，因此其表面粗糙度取 Ra0.4mm，而其内表面由于是复读机的内部，为顾客视线所不及，故不 影响其外观视觉质量，从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑，其 内表面选用的表面粗糙度为 Ra0.8mm。 一般情况下，模具粗糙度低于塑件 12 个等级，故取型腔表面粗糙 度为 Ra0.2um，而型芯表面粗糙度为 Ra0.4um。 3：尺寸精度： 按 SJ13721978 标准，塑料件尺寸精度分为 8 级。本塑件所用材料 为聚丙烯（PP）,由此查文献1表 2-30 可知，本塑件宜选用 5 级精度， 再由表 2-31 可查出其名义尺寸的公差值。零件具体尺寸及其公差值可详 见零件图。 塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关， 尤以小型精密塑件为甚。 从模具制造精度对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸 公差之间具有对应的关系，从文献2表 3.4-5 可得，模具精度等级为 IT9。 4：脱模斜度： 该塑件采用的塑料是 PP，而 PP 的成型收缩率较大（2-3%） ，而且 塑件较复杂，对型芯的包紧面积也较大，所以应取较大的脱模斜度。为 保证壁厚的均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。查文 献2表 3.2-9 取 10。 5：壁厚： 从前面的对塑件的测量可知， 该塑件有许多中不同的壁厚， 如 2mm、 1.5mm、1mm 等。壁厚不均匀，这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收 缩不均匀，并由此产生许多质量问题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开 裂。为防止此类现象出现，这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设 计，故我在壁厚不同处采取过渡设计，例如：采用圆弧过渡等措施。见 图 2.1 6：加强筋： 由塑件外观可知，该塑件设置了三个加强筋。这对提高塑料件的抗 弯强度，减小塑料件的翘曲变形，提高抗蠕变和抗冲击性能有好处，同 时，加强筋的添加改善了塑料熔体的充模流动或者是缩短了流程或增加 了流程的截面。 塑 件 的 加 强 筋 的 底 部 厚 度 1mm2.5a5mm，这些设置都符合要求。 7：圆角： 从塑件可知，该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了 圆角。其采用圆角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击、抗疲劳能 力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻力。降低了局 部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。而且成型 模具型腔也有了对应的圆角，提高了成型零件的强度。 加强筋处圆角半径 R1mm0.5mm，符合要求。可见图 2.1。 8：质量和体积： 由天平可称出该塑件的质量约为 m20g 再由公式 v=m/ 20/0.91=22cm3， 由此可知， 该塑件属于小型塑件。 拟定设计方案： 1：确定型腔数： 该塑件属于小型塑件，其外观质量及尺寸精度等要求较高，再从结 构特性分析可知，有三处需要采用内侧侧向分型抽芯机构，故宜采用单 型腔。 2：选择注射机型号： 根据塑料件的体积，初步选定塑料注射成型机型号为 SZ60/40。 其主要技术参数如下表所示： 表 6： 结构形式 理 论 注 射 容量 cm3 螺杆直径 mm 注射压力 Mpa 注射速率 g/s 塑化能力 kg/h 卧式 60 30 180 70 35 螺杆转速 r/min 锁模力 KN 拉 杆 内 间 距 mm 移模行程 mm 最 大 模 具 厚度 mm 最 小 模 具 厚度 mm 0200 400 220*300 250 250 150 锁模形式 模 具 定 位 孔 直喷嘴球半径 喷嘴口孔径 径 mm mm mm 双曲肘 80 SR10 3 a：由所选注射机的技术参数计算最佳型腔数： 1） 由注射机锁模力： 浇道和浇口在分型面上的投影面积 A2，据统计分析，大致是每个塑 料件在分型面上投影面积 A1的 0.20.5 倍，取平均值 A20.35A1， 所以塑料件与浇注系统在分型面上的总投影面积 A: A=(114.5*80-52*20)*1.35=10962mm2 n0.67 APc F 25*10962 400000*67. 0 0.83 2）由注射机的注射量 n= V VG375. 0 = 22 60*375. 0 =1.02 由以上数据可知，选取1个型腔数是合适的。 b：工艺参数的校核： 1) 最大注射量的校核： 据统计， 每个塑料件所需浇注系统体积V1， 是塑料件体积V的0.2 1倍。现取V 1=0.6V，即M浇0.6M件12g。所以所选注射机额定 注射量： G80 06. 1 608 . 091. 0/41.2.M总M件M浇32g 所以最大注射量符号要求。 2) 注射压力的校核： 注射压力是指注射机实际允许使用的最大注射压力， 应该大于塑件 成型时需要的注射压力，故 （0.750.9）P1 P2 P1注射机额定最大注射压力 P2模具成型时需要的注射压力 由表5得P2=70 100Mpa （0.75*1800.9*180）（135162）（70100） 所以注射压力符合要求。 3) 锁模力的校核： 锁模力： 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和乘以型腔内熔 料的压 力之和。所以所选注射机的锁模力应大于模具在分型面上所需要的锁模 力，否则，模具在分型面容易被高压熔融塑料所涨开。 在采用通用塑料生产中小型塑件的时候，模具内塑料熔体的压力常 取2040Mpa，又因本塑件较复杂且精度高，故取Pc25Mpa。所以所 选注射机锁模力： F =400000N KPcA=1.1*25*106*10962*10-6301455N 所以注射机锁模力符合要求。 3：确定分型面： 分型面：在注射模具中，用于取出塑料件或浇注系统凝料的面。 由于本塑件的结构形状较为特殊， 根据选择分型面时， 应遵守的原则， 如：选择在塑料件的最大截面处，尽可能将塑件保留在动模一侧，保证 塑件的尺寸精度，保证塑料件的外观质量等，我选择采用平面分型面。 见图2.2。 三：浇注系统的设计： 浇注系统：是指模具中从注射机喷嘴起到型腔入口为止的塑料熔体 的流动通道，或在此通道内冷凝的固体塑料。要求充模过程快而有序， 压力损失小，热量散失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离 或切除。 浇注系统一般由：主流道、分流道、浇口、冷料井组成。 1：主流道设计： 主流道通常位于模具中心塑料熔体入口处，它将注射机喷嘴注出的 塑料熔体导入分流道或型腔。其形状为圆锥形，便于塑料熔体按序顺序 地向前流道。开模时主流道凝料又能顺利地拔出。它的尺寸直接影响到 塑料熔体的流动速度和充模时间，甚至塑件的内在质量。 热塑性塑料的主流道，一般由浇口套构成。主流道大端尺寸：由体 积流率Q=22cm3，取主流道熔体流动的5103，由文献2图3.3 35的QRn关系曲线图，可得Rn1.7mm，故得主流道大端尺寸 D2Rn3.4， 取D5mm， 小端尺寸， 由注射机喷嘴口尺寸， 取d4mm。 其图如3.1所示。 主流道长度L，一般按模板厚度确定，但为减小充模时压力降和减 少物料损失，以短为好。 本塑件的模具为小型模具，因此可将主流道浇口套和定位环制成一 体。浇口套入口端面受喷嘴的冲撞和挤压，因此，需要有足够硬度和可 靠紧固。其图如3.2所示。浇口套选用T8或T10，经淬火HRC5055。 2：分流道设计： 分流到：是主流道与浇口之间的通道。常用的分流道截面形状有圆 形、半圆形、U形、方形和六角形等。要减少流道内的压力损失，则希 望流道的截面积大、流道的表面积小，以减少传热的损失。因此可用流 道的截面积于周长的比值来表示流道的效率。各种截面的效率，以圆形 截面的效率最高，梯形截面的效率比半圆形和方形的高，又考虑到梯形 截面的加工和脱模方便，故采用梯形截面的分流道。 分流道截面尺寸可由以下经验公式作初步估算： d0.27m 4 l 取 l11mm，得 d2.84mm，可取 d3mm，其图如 3.3 所示。分流 道表面粗糙度常取 Ra 0.631.6um，故取 Ra1.6，以增大外层流动阻 力，避免熔流表面滑移，使中心层具有较高剪切速率。 3：浇口设计 浇口是塑料熔体进入型腔的阀门， 对塑料件质量具有决定性的影响， 因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。 浇口有多种类型，如直浇口、侧浇口、点浇口等。 潜伏式浇口又称隧道式浇口，是由点浇口演变来的。它除具备有点 浇口的特点：如浇口的位置限制小，去处浇口后残留痕迹小，不影响塑 件外观等，还具备一些别的特点：其进料口一般都在塑件的内表面或侧 面隐蔽处，因此不影响塑件外观。塑件和流道分别设置推出机构，开模 是浇口即被自动切断，流动凝料自动脱落。而且模具采用的是二板式结 构，使模具简单化。 由于本塑件外观要求较高，以及形状较复杂、结构较特殊，故我采 用潜伏式浇口。其图入3.4所示： 浇口位置的设置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇 口的开设位置是提高质量的重要环节。如图3.4所示的浇口位置，有以 下几个优点：尽量缩短了塑料熔体流动距离，有利于型腔中气体的排出， 浇口处避免弯曲和受冲击载荷，而且对外观质量的影响不大。浇口在此 位置时产生熔接痕的情况如图3.5所示。 4：冷料井设计： 冷料井通常设置在主流道和分流道转弯处的末端。其作用是捕集料 前锋的冷料，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量；开模时又能将主 流道中的冷凝料拉出。冷料井直径宜稍大于主流道大端直径，长度约为 主流道大端直径。冷料井底部带有一根拉料杆，拉料杆装于推杆固定板 上。冷料井设置为Z形，以便于拉料杆将主流道凝料拉出。冷料井的结 构如图3.6所示： 四：成形零件设计： 成形零件：是指构成模具型腔的零件，通常有凹模、型芯、镶件、 各种成形杆等等。成形零件是直接于高温高压的塑料熔体接触，因此它 必须具备一定的性能以满足其要求：例如要有足够的强度、刚度、硬度 和耐磨性；应进行热处理、抛光；切削加工性能好、热处理变形小等。 1：成型零件设计： a：凹模结构设计： 凹模是用以成形塑件的外表面的成型零件。凹模的基本结构可分为 整体式、整体嵌入式和组合式。本塑件采用的是一模一腔的形式，故对 凹模的强度和刚度有较高的要求，为满足强度和刚度的要求，我采用的 是整体式凹模，其结构图如图4.1所示： b：型芯结构设计： 型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。根据情况的不同， 型芯有整体式型芯和组合式型芯之分。由于本次设计所用的型芯结构复 杂，为便于机加工和热处理，也便于动模于定模的对准，故我采用了组 合式型芯。其结构图如图4.2 所示： 2：成型零件工作尺寸计算： 工作尺寸：是指成型零件上直接用以成形塑件部位的尺寸。由于塑 料件在高压和熔融温度下充模成型，并在模具温度下冷却固化，最终在 室温下进行尺寸检测和使用。因此，塑料制品的形状和尺寸精度的获得， 必须考虑物料的成型收缩率等众多因素的影响。其中，小型塑料件的成 型模具的制造误差，对塑料件误差影响是主要的。因此小型模具必须有 较高的制造精度。 工作尺寸主要有凹模和型芯的径向尺寸，型腔深度尺寸和型芯高度 尺寸，以及中心据等，它们的尺寸计算一般按平均收缩率方法进行： 翻盖的尺寸详见零件图，所用的计算公式如下： 型腔径向尺寸： m cp xdsD + +=)1 ( （1） ； 型芯径向尺寸： m cp xDsd +=)1 ( （2） ； 型腔深度尺寸： m cp xhsH + +=)1 ( （3） ； 型芯高度尺寸： m cp xHsh +=)1 ( （4） ； 其中： cp s：注射塑料物料的平均成型收缩率， cp s0.02； m ：模具成型零件的制造公差； ：塑料件尺寸公差； 塑料件尺寸公差可由文献2上表3.43查出，系数x可由表3.4 9查出，模具成型零件的制造公差 m 可由表3.46查出。 a：凹模径向尺寸计算： 由公式（1） ： 061. 0 026. 0 087. 0 087. 0 1 1229744.12176. 056. 0120)02. 01 ( + + + =+=D； 016. 0 042. 0 074. 0 074. 0 2 3 .792584.7952. 058. 078)02. 01 ( + + + =+=D； 072. 0 002. 0 074. 0 074. 0 3 2 .761984.7652. 058. 075)02. 01 ( + + + =+=D； b：型芯径向尺寸计算： 由公式（2） ： 086. 0 001. 0087. 0087. 01 7 .1207856.12076. 056. 0118)02. 01 ( + =+=d； 022. 0 052. 0074. 0074. 02 8 .778516.7752. 058. 076)02. 01 ( + =+=d； 062. 0 012. 0074. 0074. 03 7 .747616.7452. 058. 073)02. 01 ( + =+=d； c：型腔深度尺寸： 由公式（3） ： 031. 0 012. 0 043. 0 043. 0 1 .11088.1122. 060. 011)02. 01 ( + + + =+=H； d：型芯高度尺寸： 由公式（4） ： 006. 0 030. 0036. 0036. 0 3 . 9306. 920. 063. 09)02. 01 ( + =+=h； 3：强度和刚度的核算： 由理论分析和生产实践证实，在塑料熔体的高压作用下，小尺寸模 具主要是强度问题。首先要防止模具的塑料变形和断裂破裂。因此，用 强度条件式进行凹模壁厚和底板厚度设计计算，在用刚度条件式进行校 验。这里采用传统的力学方法来计算分析。公式如下： 强度：型腔低板厚度： 2 1 ) (71. 0 p bT= （5） 型腔侧壁厚度： 2 1 ) (73. 1 p hS= （6） 刚度：型腔低板厚度： 3 1 ) ( = E bpC bT C026. 0 ) 141. 4(32 41. 4 78 5 .114 32 78 5 .114 132 4 4 4 4 4 4 4 4 + = = + b l b l （7） 型腔侧壁厚度： 3 1 ) ( = E hpC hS 49. 1 96) 78 5 .114 (2 ) 78 5 .114 (3 96)(2 )(3 4 4 4 4 4 4 4 4 + = + = h l h l C ，其中b/l=0.69，故取7 . 0=； （8） 其中：b：矩形行短边长度 p：模腔内最大的熔体压力 ： ，模具强度计算的许用应力 h：型腔深度 E：模具钢材的弹性模量， MpaE 5 101 . 2 = ：模具刚度计算许用变形量，由文献2中表3.416 可得：25i25)001. 035. 0( 5 1 ll+ mmum025. 045.25018. 125)