U盘外壳注塑模具设计

欢迎下载本文档参考使用，如果有疑问或者需要CAD图纸的请联系q1484406321河南理工大学万方科技学院本科毕业论文 摘 要U盘是当今社会日常中必不可少的工具。U盘产品的外壳造型很多，市面上不断出现着各种款式，我们选用这一款U盘外壳（材料ABS）进行模具设计。我们通过分析和研究，参照有关的技术文献，选定材料和有关技术参数，设计出这款U盘外壳的模具。毕业设计论文主要包括三部分内容：第一部分为注塑模具的工作原理及有关的应用、有关的设计原则，以及产品的有关介绍。第二部分为模具的设计计算：模具结构的设计，浇注系统的设计，注射机的选择等。第三部分为Pro/ENGINEER的应用,Pro/E的一些功能都在本次设计中用到，它为产品造型设计和模具设计提供良好的设计环境，它把产品设计过程与加工制造过程很好的结合起来。【关键词】 U盘，外壳，ABS，注射模具，Pro/ENGINEERABSTRACTU disk is a daily tool, which is necessary in todays society. The shell of U disk products is continuous updating following on the market requirement. We choose this shell shape of the U disk to mold design. Through the analysis and research, and consult involved technical literature, then choose the material and involved technical parameter, designed this style of U disk shell shape mold.The design project is divided into three parts. The first part is about the working theory and application of a plastic injection mould, the principle of designing and the introduction of the production about plastic mould. The second part is about the designing and calculation of the mould. It including: the selecting of the injection machine, the structure designing of the plastic mould and the inject system of mould. Pro/ENGINEER was used in this practice, it provide a good design environment for products design and mold design. It combined the process of products design with manufacture.【KEY WORDS】 U disk , shells , ABS , injection mold, Pro/ENGINEERII河南理工大学万方科技学院本科毕业论文目 录第1章 绪 论1 1.1 注塑模具概述1 1.1.1 注塑模具设计的特点1 1.1.2 注塑模具的组成2 1.1.3 注塑模具的分类3 1.2 注塑模具设计在Pro/e软件的应用4 1.2.1 Pro/E主要特性概述4 1.2.2 Pro/E模具设计的基本流程5 1.2.3 注塑模具现代化发展趋势7 1.3 本次选题的意义10第2章 U盘塑料外壳造型设计12 2.1 参数化设计概述12 2.2 基于Pro/ENIGEERING的参数化造型设计过程13第3章 注塑成型工艺的可行性分析17 3.1 U盘外壳（塑件）的选材及其材料性能分析17 3.1.1 塑件材料的选用17 3.1.2 塑件材料的性能17 3.2 注塑工艺过程分析及工艺参数的设定19 3.3 塑件分析20第4章 注塑模具结构设计22 4.1 整体结构的确定22 4.2 型腔数目的确定与排列方23 4.2.1 型腔数目的确定23 4.2.2 排列方式24 4.3 基于Pro/ENIGEERING的分型面设计24 4.4 排气槽的设计26 4.5 浇注系统设计27 4.5.1 浇注系统的功能27 4.5.2基于Pro/ENIGEERING的流道系统设计29 4.5.3基于Pro/ENIGEERING的浇口设计31 4.6 冷却系统的设计38 4.7 顶出装置41第5章 成型零部件设计43 5.1 成型零件的结构设计43 5.2 成型零件工作尺寸的计算47 5.3 注射机的选用及相关参数的校核52 5.3.1 注射机的选用52 5.3.2 注射机工艺参数的校核53 5.3.3 型腔数的校核54 5.3.4 其他相关参数的校核54 5.4 导向机构的设计55 5.5 脱模机构的设计56 5.5.1 脱模机构的设计原则56 5.5.2 脱模机构的形式及布置位置56 5.5.3 脱模力的计算及推出零件尺寸计算58 5.5.4 推杆直径的确定59第6章 模具的工作原理及安装、调试61 6.1 模具的工作原理61 6.2 模具的安装62 6.3 试模63第7章 总结65致 谢67参考文献6870河南理工大学万方科技学院本科毕业论文第1章 绪 论1.1 注塑模具概述塑料的注射成型过程，是借助螺杆或柱塞的推动，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注入闭合的模具型腔内，经冷却固化定性后的开模而获得制品。1.1.1 注塑模具设计的特点塑料注射模能一次性地成型，形状复杂，尺寸精确，或带嵌件的塑料制件。注塑件的生产中，通常以最终的塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量，包括表观质量和内在质量。从塑件的形状和尺寸精度来衡量表观质量，包括注塑件的表面粗糙度和表观缺陷状况。常见的表观缺陷有：凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥层、暗斑纹、烧焦、翘曲、溢料飞边及可见融合度缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、取向、密度、收缩等。作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。此外，注塑模具设计中，必须充分考虑到以下三个特点：（1） 塑料熔体大多数属于假塑性液体，能“剪切变稀”。它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。因此须按其流变来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。（2） 视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。（3） 在整个成型周期中，塑件-模具-环境组成了一个动态的热平衡系统。将塑件和金属模的传热学应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳技术经济指标的实现。 尽管注射模具的设计和制造的技术难度较高。但由于注射成型方法有其它塑料成型方法无法取代和比拟的有点，已引起人们普遍关注。注射模具设计理论及方法，以经历了从经验设计到理论设计的过程。我国正在加紧开发研制注塑模设计的CAE/CAD/CAM使用软件。1.1.2 注塑模具的组成下列以注射塑料模具为例，介绍塑料模具的典型结构。 注塑模具的组成包括以下几个部分：（1） 模具型腔模具型腔是成型注塑件形状的主要零件，它是由凸模和凹模组成的，一般分为三种。1) 整体式：采用自制模架或非标准模架，将凸模直接做在A版上，而将凹模直接坐在B版上。但是这种A版和B版所选用的钢材必须满足成型的要求，而且一般凸模加工困难，钢材消耗多。2) 整体嵌入式：这种模具一般采用标准模架，所以此形式应用广泛。它是将凸凹模做成镶块，安装在标准模架的A，B板上。3) 拼镶式型腔：对于复杂的模具型腔，为简化加工，凸凹模都采用拼装的形式。（2） 分型面分开模具取出制品（注塑件）或分开模具取出浇注系统、既可以接触又可以分开的面叫做分型面。分型面通常是平面，也有斜面或阶梯面。 一般的注塑模至少有一个分型面。分型面的选择对塑件的质量有直接的影响，因此要认真考虑分型面的位置。（3） 浇注系统浇注系统包括主流道、分流道、浇口、冷料穴，是指模具浇口套和注塑机喷嘴处到型腔位置的流道。（4） 冷却系统在工作中为了使制品冷却，一般采用冷却水道模具。（5） 排气系统排气系统在注塑成型中排除型腔中的气体。排气系统是模具设计中的一个重要部分，但一般情况下可以利用模具零件的配合间隙排气，而无须特意设计排气系统。（6） 脱模机构脱模是在开模时使制品和浇注系统和模具相脱离。一般有3种方式：顶出机构、浇注系统脱出机构和侧抽芯机构。1.1.3 注塑模具的分类 注射机的结构形式根据所使用的注射机的不同可分为立式注射模、直角式注射模和卧式注射模。（1）立式注射模：竖直安装在立式注射机上，浇口自上而下注射。其优点是注射方向与开模方向一致，放置活动型芯和嵌件较方便。缺点是塑件顶出后必须手工取出，不易实现自动化。立式注射模多用于小型塑件的成型。（2） 直角式注射模：平卧安装在直角式注射机上，浇口自上而下，但垂直与开模方向， （3） 卧式注射模：安装在卧式注射机上，是注射成型中最常用的1.2 注塑模具设计在Pro/e软件的应用1.2.1 Pro/E主要特性概述1985年，PTC公司成立于美国波士顿，开始参数化建模软件的研究。1988年，V1.0的Pro/E诞生了。经过10余年的发展，Pro/E已经成为三维建模软件的领头羊。目前已经发布了Pro/ENIGEERING wildfire5.0。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/E还提供了目前所能达到的最全面、集成最紧密的产品开发环境。下面就Pro/E的特点及主要模块进行简单的介绍。 1.全相关性： Pro/E的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。 2.数据管理： 加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/E独特的全相关性功能，因而使之成为可能。 3.装配管理： Pro/E的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制,易于使用,菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。1.2.2 Pro/E模具设计的基本流程 1， 设计零件的创建与修改在模具设计中的第一步就是进行零件的设计和修改，简单零件的设计应用【拉伸】、【旋转】、【倒角】等命令就可以完成，一些复杂的三维制品的造型，还要用到【扫描】、【变剖面扫面】等命令。 2， 创建模具型腔创建模具型腔的步骤可以归结为以下几步。（1） 建立模具模型。（2） 设置收缩率。零件从温度较高的模具中取出冷却至室温后，其体积和尺寸发生收缩现象叫做收缩性。（3） 创建毛坯工件。创建模具的毛坯工件，就是创建一个完全包容参照模型的组件，通过分型面等特征可以将其分割为型芯或型腔等成型零件。（4） 设计浇注系统。浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料穴4部分组成。但不是每个浇注系统都必须有这4部分。如一模一腔亲切只有一个浇口进料时，没有必要设置分流道。（5） 冷却水道的设计。为了加快制品的冷却，需要在模具中设计冷却水道。（6） 设计分型面。分型面的设计是模具设计中一个非常重要的环节。 （7） 模具的分型面是打开模具，取出塑件的面。分型面可以是平面、曲面或者阶梯面。（8） 分割体积块。在建立好分型面后，必须用分模面或者体积块将毛坯工件进行分割，使之成为凸凹模或型芯等。（9） 抽取模具零件。分割体积块后毛坯虽然被分割为凸凹模，但只是有体积无质量的三维曲面模型，而不是Pro/ENIGEERING 的实体零件，必须用这些体积块提取使之成为实体零件模型。（10） 铸模。这是模拟将材料填入凸凹模形成的空腔中，以形成浇注完成制品的过程。（11） 开模仿真。 具体的步骤在后面各个章节中做详细的介绍。3，模具设计专家EMX模具设计专家EMX (expert moldbase extension)是Pro/ENIGEERING系统的外挂程序之一，专门用来建立标准模座零件及斜滑块等其他附件，此外，在EMX系统中还能自动产生二维工程图和材料明细表。利用EMX可以大大提高模具型腔、型芯等的设计效率，完善开模功能，方便对模具设计过程的修改以及自动化配置，大大缩短模具设计周期。4，创建模具工程图在Pro/ENIGEERING中，设计出制品的三维造型之后，可以很方便的自动生成工程图，做相应的修改就可以生成完美的工程图，而不需要再在CAD等软件中作图。按照上述操作，Pro/ENIGEERING会自动生成TOP、RIGHT、FRONT等各个视图方向上的二维视图。图形隐藏或增加了某些线条，可以在【绘图视图】对话框中或用【草绘】工具栏上的工具作相应的修改。一副二维工程图的绘制不是一个简单的过程，要牵涉视图的选择、修改、标准、等，如果读者想用Pro/ENIGEERING生成工程图，可以参考有关Pro/ENIGEERING绘制二维工程图的书籍。1.2.3 注塑模具现代化发展趋势 Pro/E是一个面向机械工程的CAD系统，该软件提出的单一数据库、参数化、基于特征、全相关的概念，改变了机械CAD/CAM/CAE的传统观念，在CAD/CAM领域属于领先技术并取得成功。Pro/E包括Pro/ENIGEERING软件辅助注射模具设计（CAD）和Pro/ENIGEERING软件辅助模具制造(CAM): 1.Pro/ENIGEERING软件辅助注射模具设计 (CAD)计算机辅助设计应用的新技术都是基于注塑工艺及注塑模型。注塑工艺包括开模方向、拔模斜度、分模线、分模面、收缩率以及浇注系统、生产工艺流程等。工艺选择的正确合适,不仅可保证零件尺寸、形状精确,提高生产率,也可降低成本。采用Pro/ENIGEERING软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模仿生产操作,利用软件分析功能进行流道分析,温度分析和脱模干涉检查,减少了工艺设计过程的失误。2.Pro/ENIGEERING软件辅助模具制造 (CAM) 注塑模具加工的核心在于复杂型面零件的加工,Pro/ENIGEERING软件提供的Manufacturing模块可以对复杂面零件进行模拟加工,调整加工的各种参数,控制零件的精度,输出刀轨文件。在Pro/ENIGEERING的NC模块下,根据加工需要,可生成加工所需要的各种代码,输出到数控机床上进行直接加工上下模具,提高模具设计的准确性,降低模具设计成本,保证了产品的几何精度。3.基于Pro/ENIGEERING的模具CAD/CAM发展趋势：集成化、智能化、标准化、网络化。 （1）.集成化集成通常是指以统一产品数据模型及工程数据库为基础，在系统之间及系统内部实现信息传递、响应、分析及反馈，从而达到系统及各模块之间的无缝组合。随着CAD及相关技术的不断深入，对集成的概念也不断深化，目前对集成的认识是以信息集成为基础成为基础的多集成的概念，实现多集成的目的，是在TQCSE（T-Time，Q-Quality，C-Cost，S-Service，E-Environment）目标下，寻求全局最优秀决策，实现可持续发展的策略。 （2）.智能化智能化制造系统就是将人工智能融合进CAD/CAM系统的各个环节中，通过模拟专家的只能活动来取代或延伸制造环境中应由专家完成的那部分活动。在智能制造系统中，系统既有部分人类专家的“智能”。例如系统能自动监视自身的运动状态，能够自动调整自身参数来适应外部环境，使自己始终在最佳状态下进行。智能制造系统的研究和应用主要取决于人工智能技术的发展。将人工智能技术、知识工程和专家技术引入到CAD/CAM领域中，形成智能化的CAD/CAM系统。(2).标准化随着CAD/CAM技术的快速发展和广泛应用，技术标准化问题愈显重要。CAD/CAM标准体系是开发应用CAD/CAM软件的基础，也是促进CAD/CAM技术普及应用的手段。(3).网络化网络技术包括与软件的实现、各种通信协议及制造自动化协议、信息通信接口、系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。特别是在当前情况下，要实现基于Internet的Tele-Design和Tele-Manufacturing(异地设计与异地制造)技术。利用虚拟现实技术、多媒体技术及计算机可实现产品设计制造过程中的几何仿真、物理仿真、制造过程仿真及使用过程仿真、它们采用多种介质来存储、表达、处理多种信息，融文字、语音、图像及动画为一体，给人一种真实感及临境感。 在现代社会，塑料制品的使用越来越广泛，在很多方面，它已成为金属制品的替代物。塑料模具成型作为成型方式中的一种，是家用电器、汽车和航空航天等领域中塑料制品的重要生产工具。由于模具成型方式具有生产效率高，产品质量稳定，可节约材料及生产成本低等特点，发展模具工业已成为当代促进塑料制品及机电产品优质廉价生产的重要手段。对于注塑模具设计，传统的设计方法主要依靠模具设计师的直觉和经验，模具通常经过反复的试模和修正才能投入生产，模具的设计周期长，成本高。而ProE软件具有3D实体造型、单一资料库以及以特征作为设计单位等特点，通过提供参数化设计，可使设计者随时计算出产品的体积、面积、质心、重量、惯性矩等，而且不论在3D或2D图形上做尺寸修改，其相关的2D或3D实体模型及装配、制造等也自动修改。由于Pro/ENIGEERING在设计中导入制造的概念，可随时对特征做合理、不违反集合的顺序调整、插入、删除、重新定义等修正动作。Pro/ENIGEERING所提供的上述功能满足了现代产业中并行工程的需要。Pro/ENIGEERING提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为-体。赋予设计完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。Pro/ENIGEERING软件在塑料注射模具设计中的便捷、高效,为企业节约了模具开发时间、成本,提高了企业的竞争力,为企业带来了巨大的经济效益。1.3 本次选题的意义U盘是人们经常用来下载存储有关文件和资料的一种高科技类产品，U盘的外壳造型很多，我们用这一款外形美观的U盘外壳进行模具设计。由于市场的特殊性，有备U盘外壳产品外形的过时，模具设计使用期限为10万次，批量生产。U盘的外壳分很多种，在此只详细介绍塑料外壳的模具设计，U盘外壳是采用注塑模具设计方法来实现的。不仅仅是U盘外壳，手机外壳，鼠标壳等等都是采用此种办法，此次选题的意义主要在于在于如何设计出一套的U盘外壳的模具，更在于通过一个实例来学习注塑模具设计的方法，熟悉注塑模具设计的过程，同时了解三维设计软件Pro/E先进CAD/CAE技术，来深化自己对注塑模具设计的认识。我们都知道在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。所以我国模具设计及制造发展方向上提到，积极的开发和推广应用模具CAD/CAM/CAE技术，提高模具设计的效率和模具制造过程的自动化程度。加快研究和自主开发三维CAD/CAM/CAE软件，同时搞好引进软件的二次开发，提高软件智能化、集成化程度。因此我们在学习模具成型工艺知识时，不仅要加强注塑模标准化的设计，也就是最基本的设计，而且要加强模具二维设计和三维设计的技术，充分结合现代的先进制造技术与模具设计的应用，由于此次第一次接触模具设计，对Pro/E等三维软件的使用还有很大的欠缺，需要更多的练习。第2章 U盘塑料外壳造型设计2.1 参数化设计概述参数化设计是Revit Building的一个重要思想，它分为两个部分：参数化图元和参数化修改引擎。Revit Building中的图元都是以构件的形式出现，这些构件之间的不同，是通过参数的调整反映出来的，参数保存了图元作为数字化建筑构件的所有信息。参数化修改引擎提供的参数更改技术使用户对建筑设计或文档部分作的任何改动都可以自动的在其它相关联的部分反映出来，采用智能建筑构件、视图和注释符号，使每一个构件都通过一个变更传播引擎互相关联。构件的移动、删除和尺寸的改动所引起的参数变化会引起相关构件的参数产生关联的变化，任一视图下所发生的变更都能参数化的、双向的传播到所有视图，以保证所有图纸的一致性，毋须逐一对所有视图进行修改。从而提高了工作效率和工作质量。用CAD方法开发产品时，零件设计模型的建立速度是决定整个产品开发效率的关键。产品开发初期，零件形状和尺寸有一定模糊性，要在装配验证、性能分析和数控编程之后才能确定。这就希望零件模型具有易于修改的柔性。参数化设计方法就是将模型中的定量信息变量化，使之成为任意调整的参数。对于变量化参数赋予不同数值，就可得到不同大小和形状的零件模型。在CAD中要实现参数化设计，参数化模型的建立是关键。参数化模型表示了零件图形的几何约束和工程约束。几何约束包括结构约束和尺寸约束。结构约束是指几何元素之间的拓扑约束关系，如平行、垂直、相切、对称等；尺寸约束则是通过尺寸标注表示的约束，如距离尺寸、角度尺寸、半径尺寸等。工程约束是指尺寸之间的约束关系，通过定义尺寸变量及它们之间在数值上和逻辑上的关系来表示。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。参数化设计可以大大提高模型的生成和修改的速度，在产品的系列设计、相似设计及专用CAD系统开发方面都具有较大的应用价值。目前，参数化设计中的参数化建模方法主要有变量几何法和基于结构生成历程的方法，前者主要用于平面模型的建立，而后者更适合于三维实体或曲面模型。 应用参数化设计进行三维实体造型的CAD软件主要有solidworks,UG, Pro/E等，此次设计过程中我们采用Pro/E4.0中的部分功能。2.2 基于Pro/ENIGEERING的参数化造型设计过程Pro/ENIGEERING在造型设计当中，可很方便地利用“装配”功能进行U盘外壳各个零部件的组合，从而达到整体要求的效果。这需要先对U盘外壳塑件各零部件进行设计，而且各零部件的配合尺寸、公差等都有严格的要求。如果把U盘外壳塑件各个零部件都一一做出需要很大的工作量和时间，而且将占用很多的论文空间，而本文是针对塑件的上壳而做的模具设计，在次仅将U盘上壳塑件的设计过程介绍一下，至于其它个零部件本文在次不做赘述。下面是基于Pro/ENIGEERING的U盘上壳的设计过程：1、 采用【拉伸】命令，以Front为基准面，拉伸上壳基体。(如图2.1) 图2.1 创建基体2、 采用【拉伸】命令，进行抽壳并开芯片口。(如图2.2) 图2.2 抽壳3、 采用【拉伸】命令，画上下壳装配孔。(如图2.3) 图2.3拉伸4、 采用【拉伸】命令，画芯片定位槽。(如下图2.4) 图2.4 芯片定位槽 5、采用【倒圆角】命令。(如图2.5) 图2.5 外壳棱边6，经过以上步骤完成U盘外壳的设计，同样可以完成U盘另一半的外形造型设计，此次论文主要是完成图中外壳的模具设计。第3章 注塑成型工艺的可行性分析3.1 U盘外壳（塑件）的选材及其材料性能分析3.1.1 塑件材料的选用由于U盘塑料外壳较小，生产中常用ABS塑料生产。ABS塑料，化学名称 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，ABS树脂是五大合成树脂之一，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、汽车、电子电器、仪器仪表、纺织和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS，SAN，BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。在此我们选用ABS材料的原因正式在于它具有较好的冲击力，硬度较高，耐磨，流动力好，不易变形等特点。3.1.2 塑件材料的性能 1、一般性能ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。 2、力学性能 ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 3、热学性能 ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。 4、电学性能 ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 5、环境性能 ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 6、ABS塑料的加工性能ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h；对特殊要求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080，时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h，再冷却至室温即可。3.2 注塑工艺过程分析及工艺参数的设定整个模具的注塑过程包括：模具合拢、模具锁紧、模腔填充、塑件保压、模具冷却、模具分开、产品脱模和注塑延时。 1、模具合拢：注塑机的锁模系统将模具合上。锁模系统一般系用直接油压式或油压机械锁链式两种。 2、模具锁紧：当模具合拢后注塑机的锁模系统将所需的锁模力作用在模具上，使模腔在填充过程中，高压的塑料不会将模具涨开。 3、模腔填充：注塑机螺杆推进把融熔塑料压到模腔，螺杆推进通常是不旋转的，在此过程压力损失相对很少，并且螺杆的推进速度也可以随设置的不同而多次改变，这要视产品的实际注塑工艺需要而定。 4、塑件保压：当塑料基本上填满模腔后（通常是在模腔填充到95%-98%的时候）螺杆保持一定的设置压力（保压压力），作用在融熔的塑料中，使得模腔内产品更饱和，尺寸更稳定，但是，过大的保压压力会增加产品成形后的内应力。 5、模具冷却：冷却水在模具内部的冷却系统中循环，带走融熔塑料的热量，也使得产品在模具内冷却定形。在此过程的同时，螺杆通过转动并后退，使新的原料进入射台熔胶筒内并加热，为下个注塑周期作好准备。 6、模具分开：当冷却达到设定的时间后，锁模系统将模具分开。 7、产品脱模：产品在脱模系统的作用下与模腔分离，常用的有自动脱模系统，直接顶出脱模系统，压力齿轮转动脱模系统和气压脱模系统等。 8、注塑延时：模具仍然保持分开状态，产品自动脱落或被认为机械装置等取走。此过程有两种形式，一种是人为控制时间长短，即手动注塑或半自动注塑，当人为给出一定信号后，注塑机才开始下一周期工作。另一种是全自动注塑，即注塑延时的长短已设置好，注塑机在达到预设的时间后会自动进行下一个周期工作。在以上的几个注塑过程中，模腔填充，保压和冷却阶段对注塑产品的质量影响最为直接和重要。融熔的塑料以一定速度进入模腔，并在一定直至脱模。因此，这些阶段的各项参数设定也极为重要。3.3 塑件分析模具工程师在拿到产品图或产品模型时，首先要分析的就是产品的工艺性，即此产品的结构、精度条件是否适合于模具加工，有没有需要需要修改的地方。比如：塑件的壁厚是否均匀？有无一定的脱模斜度？表面质量与尺寸精度要求是否合理？哪些结构尺寸用模具不容易保证而需要模塑成型后续加工，等等。U盘外壳物理性质上要求强度高，耐磨性高，表面质量要求美观，无斑点，无熔接痕，通常使用ABS作为材料。表面粗糙度至少也得在Ra1.6，而此时的模具制造精度则要求达到Ra1.5。根据文献1制作表3-1，以对塑件和塑件原材料进行分析。表3-1 原材料分析塑料品种结构特点使用温度化学稳定性ABS线性结构非结晶型小于70较好热塑性塑料比较稳定性能特点：成型性能好，机械加工性好，耐冲击性好，韧性和机构强度较好，有一定的耐磨性，透明性、耐湿性、尺寸稳定性都较好，但耐热性较差，吸水性较大，价格便宜。要求表面光泽的塑件应长时间预热干燥。该塑件是U盘外壳，要求外表美观，无斑点，无熔接痕，表面粗糙度可取Ra1.6，塑件内部则没有较高的粗糙度要求。由于该塑件整体外型比较简单，采用直板和圆弧的结合，并且是壳类制品，尺寸较小，利用Moldflow对塑件分析，结果显示塑件成型性能良好。第4章 注塑模具结构设计注射模具设计应力争达到塑件质量与经济性的完美统一。先进的注射模设计应该具有合理的注塑工艺和结构，既有良好的可操作性，可靠性和完整性，又有零件的良好可加工性，并便于装配和修模。4.1 整体结构的确定根据塑件的结构和开模方式，选用模具为两板模。采用整体嵌入式模具。故模架以龙记（LKM）大水口模架(400X400)为标准，模架的参数如表4-1所示：名 称参 数型号ECI 规格3030定模座板高度25mm动模板高度25mm定模板高度32mm垫块高度63mm推杆固定板高度20mm推板高度25mm动模座板高度25mm 表4-1 LKM大水口模架参数 模具的结构图如图4.1所示 图4.1 LKM大水口系统模架图4.2 型腔数目的确定与排列方4.2.1 型腔数目的确定最经济型腔数目的确定，实质上是注塑件生产成本的经济核算。但在注射模设计初始方案决定阶段，由于浇注系统等技术参数尚属未知，下述型腔数的确定是一种估算的预测方法，一些参数要凭经验来假定。在模具设计完成后，可根据这个方法再细化，进行生产总成本和每个塑件成本的核算。影响最经济型腔数的因素，有技术参数和经济指标两个方面。技术参数有锁模力、最小和最大注射量、塑化能力、模版尺寸和流变参数。这里只考虑注塑机锁模力和最大注射量两个主要参数。技术经济指标是从制品尺寸精度和经济效果考虑。对一模多腔整体嵌入式的注射模，影响型腔数的重要因素有如下四个：（1） 注射剂锁模力（2） 注射剂的注射量（3） 塑件精度（4） 经济效果的限制在此考虑到生产成本，初选型腔为一模四腔，后面第五章进行相关计算校核。4.2.2 排列方式塑件采用一模四腔，其分布图如图4.2所示。图4.2 塑件的分布图 4.3 基于Pro/ENIGEERING的分型面设计在注塑模中，用于取出塑件或浇注系统凝料的面，通称为分型面。常见的取出塑件的主分型面，与开模方向垂直。也有采用开模方向一致的侧向主分型面。分型面大都是平面，也有倾斜面，曲面或者台阶面。分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且涉及到模具结构与制造成本。在选择分型面时，应遵循以下原则：（1） 分型面应选择在塑件的最大截面处。否则，可能会无法脱模和加工型腔。无论塑件以何方位布置型腔，都应将此作为首要原则。（2） 尽可能的将塑件留在动模一侧。因为在动模一侧设置和制造脱模机构简单易行。（3） 有利于保证塑件的尺寸精度。（4） 有利用保证塑件的外观质量。分型面上的型腔壁面稍有间隙，熔体就会在塑件上产生飞边。飞边影响塑件的外观质量。因此在光滑平整表面或圆弧曲面上，应尽量避免选择分型面。（5） 考虑满足塑件的使用要求。注塑机在模塑过程中，有一些很难避免的工艺缺陷，如拔模斜度、分型面上的飞边以及顶杆与浇口痕迹。在分型面设计时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。（6） 尽量减少塑件在合模平面上的投影面积。以减小所需锁模力。（7） 长型芯应置于开模方向。当塑件在互相垂直方向都需设置型芯时，将较短的型芯置于侧抽芯方向，有利于减小抽拔距。（8） 有利于排气。应将分型面置于熔体充模流动的末端。（9） 应有利于简化模具结构。 按照以上分型面的选取原则，下列详细介绍基于Pro/ENIGEERING的分型面设计过程和分型面图。1、 创建工件 2、 定位参照零件 3、 创建分型面（1） 应用【复制】4个零件的内表面。（2） 应用【平整】命令画出周围曲面。（3） 应用【延伸】命令延伸至工件表面。（4） 应用【合并】命令创建出分型面。（5） 遮蔽工件后上下分型面效果图如图4.3所 图4.3 分型面U盘上壳与下壳分型面的设计过程类似。4.4 排气槽的设计从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。即塑料熔体注入模腔同时，必须置换出型腔内空气和从物料中逸出的挥发性气体。排气系统是注塑模设计的重要组成部分。一、 排气不良的危害排气和排气槽设计不合理将会产生下述的弊病。（1) 增加熔体充模流动的阻力，使型腔不能充满，会使塑件棱边不清；（2) 在制品上呈现明显可见的流动痕和熔合缝，其力学性能降低；（3) 只留气体使塑件产生孔、剥层等表面质量缺陷；（4) 型腔内的气体受到压缩后产生瞬时局部高温，使塑件熔体分解变色，甚至碳化烧焦；（5) 由于排气不良，降低了充模速度，增长了注塑成型周期。二、 排气系统的设计方法（1) 利用分型面排气是最简便的方法，排气效果与分型面的接触精度有关。（2) 对于大型模具，可利用镶拼的成型零件的缝隙排气。（3) 利用顶杆与孔的配合间隙排气，必要时对顶杆作些的结构措施。（4) 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气。（5) 在熔合缝位置开设冷料井，在贮留冷料前也滞留了少量气体。（6) 可靠有效的办法，是在分型面上开设专用排气槽。 本次设计过程就是利用分型面排气和利用顶杆与孔配合间隙排气。4.5 浇注系统设计浇注系统设计是注射模具设计中最重要的问题之一。浇注系统是引导塑料熔体从注塑机喷嘴到模具型腔为止的一种完整的输送通道。它具有传质、传压和传热的功能。对塑件质量具有决定性的影响。它的设计合理与否，影响着模具的整体结构及其工艺操作的难以程度。4.5.1 浇注系统的功能浇注系统的作用，是将塑料熔体顺利地充满到模腔深处，以获得外形轮廓清晰，内在质量优良的塑料制件。因此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制品分离或者切除。一、 浇注系统的组成（1) 主流道 指由注射机喷嘴出口起到分流道入口为止的一段流道。它是塑料熔体首先经过的通道，且与注塑机喷嘴在同一轴线。（2) 分流道 指主流道末端至浇口的整个通道。分流道的功能是使熔体过渡和转向。多型腔注射模中分流道中为了分配物料，通常由一级分流道和二级分流道，甚至多级分流道组成。（3) 浇口 指分流道末端与模腔入口之间狭窄且短小的一段通道。它的功能是使塑料熔体加快流速注入模腔内，并有序地填满型腔，且对补缩具有控制作用。（4) 冷料井 通常设置在主流道和分流道拐弯处的末端。其功用是“捕捉”和贮存熔料前的冷料。冷料井也起拉勾凝料的作用。二、 浇注系统的设计原则（1) 浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；（2) 尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间；（3) 浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇形流动，并有利于排气和补缩；（4) 避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移；（5) 浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤；（6) 熔合缝位置须合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽；（7) 尽量减少浇注系统的用料量；（8) 浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口必须有IT8以上精度。三、 浇注系统的布置在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种，在本次设计过程中选取平衡式布置。设计时应注意如下几点：（1) 尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定（2) 型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。（3) 尽量使型腔排列紧凑一些，以减小模具的外形尺寸。（4) 型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽有利于浇注系统的平衡，但加工较麻烦，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线和H形排列，从平衡的角度来看应尽量选择H形排列。在本次设计中，一模四腔，其平衡式布置图呈H型，如图4.4所示4.4 H型平衡式浇注系统布置图 4.5.2 基于Pro/ENIGEERING的流道系统设计 流道系统包括主流道、分流道及其结构设计。一、 主流道直浇口式主流道呈截锥体。主流道入口直径为d,应大于注射机喷嘴直径1mm左右。这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。主流道入口的凹坑球面直径为R，应该大于注射剂喷嘴球头半径约2-3mm。否则可能会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难，锥孔壁粗糙度Ra0.8m。主流道锥角为2 4。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小锥角会使凝料脱模困难，充模时流动阻力大，比表面积增加，热量损耗增加。流道的长度L，一般按模版厚度确定。但为减小充满时减压降和减少物料损耗，以短为好。主流道要装流道衫套，其直径为12mm,从定模板贯穿到分型面，衫套头部安装止转销。衫套和型腔的配合为H7/n6。主流道衫套用定位圈固定在定模板板，定位全直径100mm，高15mm,埋入定模座板5mm。表 4-2 主流道部分尺寸 符 号名 称尺 寸/mmd主流道小端直径5SR主流道球面半径16h球面配合高度5a主流道锥角10L主流道长度21D主流道大端直径8二、 分流道分流道是连接主流道与浇口的熔体涌道，分流道起着分流和转向的作用。分流道设计要求：一是使流道尽快充满型腔，在流道内的压力损失和热量损失小；二是将塑料熔体均衡的分配到各个型腔；三是回料量小。分流道的种类很多，如圆形，半圆形等