耳机外壳注塑模具设计

目录1 引言12 塑件结构特点及模具材料的选择12.1 模具材料的选择12.2塑件结构特点23 模具结构设计43.1 分型面和型腔数的确定43.1.1 分型面选择原则43.2 型腔数的确定53.3 注射机的选择53.3.1注射量的确定53.3.2 额定锁模力的确定63.3.3额定注射压力的确定63.4 浇注系统选定64 成型零部件设计94.1型腔的设计94.2型芯设计94.3 侧向分型抽芯机构设计94.4 导向机构设计104.4.1 斜导柱的设计104.4.2脱模距与斜导柱角度a的关系104.4.3斜导柱直径设计104.5 脱模机构的设计114.5.1 设计顶杆脱模114.6 冷却系统的设计124.6.1冷却水孔的设计134.6.2 排气槽的设计135 模具结构及工作过程146 结束语17致谢17参考文献：181 引言塑料件的模具结构设计，应充分考虑企业实际生产的具体要求。特别是小型塑件的模具设计受位置的限制，抽芯机构的选择十分有限，这就产生了抽芯机构的设计与模具尺寸互相制约的问题，浇口位置的选择也会直接影响塑件的表面质量。下面通过一个实际耳机支架模具的设计对此进行分析。2 塑件结构特点及模具材料的选择2.1 模具材料的选择目前，塑料制品日益广泛地应用于日常生活，其中注射成型技术约占80。注射成型因其一次成型、尺寸精确、可带嵌件、生产率高、易于实现现代化、后加工量少等特点广泛应用于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等诸多领域。塑料模具的选用，对于塑料工业生产能否收到好的经济效益非常关键，因此，模具设计者了解模具材料的基本要求和选择恰当的材料相当必要。 塑料模具的工作条件与冷冲模不同，一般须在150C-200C下进行工作，除了受到一定压力作用外，还要承受温度影响。现根据塑料成型模具使用条件、加工方法的不同将塑料模具用钢的基本性能要求大致归纳如下： 1 足够的表面硬度和耐磨性 塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，经过热处理的模具应有足够的表面硬度，以保证模具有足够的刚度。模具在工作中由于塑料的填充和流动要承受较大的压应力和摩擦力，要求模具保持形状的精度和尺寸精度的稳定性，保证模具有足够的使用寿命。模具的耐磨性取决于钢材的化学成分和热处理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。 2 优良的切削加工性 大多数塑料成型模具，除EMD加工外还需进行一定的切削加工和钳工修配。为延长切削刀具的使用寿命，提高切削性能，减少表面粗糙度，塑料模具用钢的硬度必须适当。 3 良好的抛光性能 高品质的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.10.25的水平，光学面则要求Ra0.01nm，型腔须进行抛光，减小表面粗糙度值。为此选用的钢材要求材料杂质少、组织微细均一、无纤维方向性、抛光时不应出现麻点或桔皮状缺陷。 4 良好的热稳定性 塑料注射模的零件形状往往比较复杂，淬火后难以加工，因此应尽量选用具有良好的热稳定性的，当模具成型加工经热处理后因线膨胀系数小，热处理变形小，温度差异引起的尺寸变化率小，金相组织和模具尺寸稳定，可减少或不再进行加工，即可保证模具尺寸精度和表面粗糙度要求。 45、50牌号的碳素钢具有一定的强度与耐磨性，经调质处理后多用于模架材料。高碳工具钢、低合金工具钢经过热处理后具有较高的强度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具钢因其热处理变形大，仅适用于制造尺寸小、形状简单的成型零件。 随着塑料工业的发展，塑料制品的复杂性、精度等要求愈来愈高，对模具材料也提出更高要求。对于制造复杂、精密和耐腐蚀性的塑料模，可采用预硬钢（如PMS）、耐蚀钢（如PCR）和低碳马氏体时效钢（如18Ni-250），均具有较好的切削加工、热处理和抛光性能及较高强度。 此外，在选择材料时还须考虑防止擦伤与胶合，如两表面存在相对运动的情况，则尽量避免选择组织结构相同的材料，特殊状况下可将一面施镀或氮化，使两面具有不同的表面结构。2.2塑件结构特点图1是耳机支架零件三维图。整套产品包括左支架和右支架，中间通过圆柱销连接。塑件材料为PBT，黑色，常温下具有优良的尺寸稳定性，但是注塑模成型时，其收缩率比较大，一般取千分之18。该材料化学名称为聚对苯二甲酸丁二醇酯。聚对苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylece terephthalate（简称PBT）， PBT为乳白色半透明到不透明、结晶型热塑性聚酯。具有高耐热性、韧性、耐疲劳性，自润滑、低摩擦系数，耐候性、吸水率低，仅为0.1%，在潮湿环境中仍保持各种物性（包括电性能），电绝缘性，但体积电阻、介电损耗大。耐热水、碱类、酸类、油类、但易受卤化烃侵蚀，耐水解性差，低温下可迅速结晶，成型性良好。缺点是缺口冲击强度低 ，成型收缩率大 。故大部分采用玻璃纤维增强或无机填充改性，其拉伸强度、弯曲强度可提高一倍以上，热变形温度也大幅提高。可以在140下长期工作，玻纤增强后制品纵、横向收缩率不一致，易使制品发生翘曲。PBT 结晶速度快，最适宜加工方法为注塑，其他方法还有挤出、吹塑、涂覆和各种二次加工成型，成型前需预干燥，水分含量要降至0.02%。 图1 右支架及左支架立体图 客户要求塑件外观光滑，无飞边，无接痕线，无熔接痕迹。由于该产品一端要通过注销连接，另一端要连接装饰片，所有尺寸精度要求高。 在左右支架的一端侧面上（图一中局部，处）各有一个直径1.5mm的通孔；另一端注销连接部分各有一侧凹处（图一中局部，处）。这两部分成型都必须采用抽芯机构。 塑件总体积小，形状不规则，整体看起来像一段圆弧，但所占空间体积比较大，一个支架就达到71.5mm*61.5mm*16mm。正因为如此，模具结构设计既要考虑抽芯顺利及塑件表面质量，又要考虑模具结构简单，外形小，价格合理。如何地设计抽芯机构成为这套模具设计的关键。3 模具结构设计3.1 分型面和型腔数的确定3.1.1 分型面选择原则1）符合塑件脱模：为使塑件能从模具内取出，分型面的位置应设在塑件断面最大尺寸的部位。分型面的数目和形状：通常只采用一个与开模运动方向相垂直的分型面。确定分形面应以模具制造及脱模方便为原则。 2）型腔的选择：尽量防止形成侧孔和侧凹，以避免采用较复杂的模具结构。 3）确保表面质量：分型面尽量不要选择塑件光滑的外表面，避免影响塑件的外观质量;将塑件要求同轴度的部分放在分型面的同一侧。以确保塑件的同轴度;要考虑减小造成塑件大、小端的尺寸差异要求等。 4）有利于塑件脱模：由于模具的脱模机构通常设置在动模一侧，故尽可能使开模后塑件留在动模一侧。 5）考虑侧向轴拔距。一般机械式分型 抽芯机构的侧向轴拔距都较小，因此选择分型面的时应将抽芯或分型距离长的方向置于动、定模的开合模方向上，即将短轴拔距作为侧向分型或抽芯。并注意将侧抽芯放在动模边，避免定模抽芯。 6）锁紧模具的要求：侧向合模锁紧力较小，故对于投影面积较大的大型塑件，应将投影面积大的方向放在动、定模的合模方向上，而将投影面积小较小的方向作为侧向分型面。 7）有利于排气。当分型面作为主要排气渠道时，应将分型面设计在塑料的流动末端，以利于排气。 8）模具零件易于加工。 根据所用注塑机的工艺参数，如开模行程，注塑压力，装模空间等决定将成套产品（包括左支架，右支架）安排在一套模具中生产。产品左右对称放置，方向相反以便侧抽芯，并使模具结构紧凑，如图2所示。图2 产品及流道图由塑件结构分析可知，塑件在模具中的分型面应该选择在塑件的最大界面处，同时为方便于塑件脱模，塑件开模后应该留在动模上。为简化模具设计结构，滑块，斜顶块也应设计在动模块部分。3.2 型腔数的确定 以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的百分之80，按公尺计算型腔数： N=G （2）G=V件r （3）C-注射机最大注射量G-=成型塑件及浇注系统所需塑件的量r-成型塑料的密度 3.3.2 额定锁模力的确定 P锁=P腔*A/1000 （4） P锁-锁模力 P腔-型腔压力，取4050mpa A-浇道，进料口和塑件的投影面积 3.3.3额定注射压力的确定 P注=P成 （5） P注-选用的注射机最大的注射压力 P成-=成形时需要的注射压力，40150mpa根据配套及批量要求，型腔材料应该采用碳素钢S50C，型芯材料采用预加硬钢NAK80，模架选用标准FCI型模架。 3.4 浇注系统选定浇注系统的设计，应考虑进料均衡，多型腔模具应保证个腔的注塑压力始终保持一致，因此，流道的布置采用平衡进料的方式（图2）。这样能使熔体流动均匀，填充迅速。分流道断面结构采用圆体结构，易于机械加工，且热量损失和流动阻力小。浇口位置设置在靠近塑件连接销部分的一端，浇口形式若采用侧浇口，则有熔接不良，排气不畅，流程过长等缺陷。现采用点浇口，则有以下优点：a.有利于排气b.点浇口尺寸较小，前后端存在较大压力差，因而能有效地增大塑料熔体的剪切速度并产生较大的剪切热，从而使熔体表现粘度下降，流动性增加，有利于填充。该塑件材料为PBT，其表现粘度随剪切速率变化而改变的特性较为敏感，对其成型有利。c.点浇口的小尺寸提高了塑件表面的光整度，减少了使用过程中的有可能产生划伤手，头等事故的可能性。 点浇口处的结构如图3所示，1) 点浇口采用立式浇口系统（1）选择进料口位置料流沿对称分布，分别浇注左右耳机支架形式，这样能提高生产率，但进料口位置应注意去浇口后残留痕迹不影响塑件使用要求及外观。（2）进料口的自动切断形式为了提高生产率，缩短成型周期，节约成型材料和塑件去浇口等清理工时，在模具设计时应考虑尽可能自动切断进料口，以便成型操作和自动化成型，由此采用点状进料口的自动切断形式：采用定模固定板上浇道德侧凹孔拉住浇道，在开模时切断进料口，然后顶出浇道局部1放大图图3 点浇口结构 1 d=注塑机喷嘴孔直径+（0.5-1）mm 2 =2-4 3 D浇道的宽度 4 H按具体情况选择，一般取13mm 5 R=注塑机喷嘴的半径+23mm 6 H=三分之二 7 cD 8 r按具体情况选择，一般取13mm 9 L应尽量缩短，若L值大，使塑件降温过多，损耗大，一般不超过60mm 10 l不易过长或过短，一般取（12.5）D，并不易小于8mm2）冷料穴 冷料穴用来储存在注塑间隔时期内由于喷嘴部分温度低而构成的所谓料渣，以及用它拉出凝固在浇口的塑料，由于耳机结构比较简单，采用一般的应用形式，沟槽形冷料穴即可。3）喷嘴 耳机注塑模设计采用井式喷嘴，这种喷嘴在注射期间其中心保持融化状态，而接触模具的外层由于冷却成班凝固状态，起到绝热作用，使注塑机连续成形。4 成型零部件设计4.1型腔的设计采用标准模架，根据产品尺寸及模具布局形式选用FC12535 A60 B70 C80。另外，由于采用点浇口形式，故需另加浇口板，其厚度选用25mm。由于动，定模型腔结构比较复杂，为降低模具制造成本，采用了整体嵌入式型芯嵌入模架。型芯采用材料进口的NAK80，硬度达HRC40。4.2型芯设计定模型芯采用整体嵌入式结构，外形尺寸均为225mm*120mm*33mm。均为采用单个加工，嵌入型腔板中。4.3 侧向分型抽芯机构设计侧向抽芯机构一般首先考虑斜倒拄在定模，滑块在动模的结构，并且采用斜导柱侧向分型抽芯机构，这样有利于简化模具结构该模具侧向抽芯部分的结构如图4所示。图4 侧向抽芯部分结构示意图1 右内抽芯滑块 2，右支架 3，右斜顶块 4，整体滑块 5，右支架 6，左斜顶架 7，左内抽芯滑块（1）为使模具整体结构紧凑合理，设计了一个整体滑块，将侧向滑块固定在该滑块上，利用斜导柱同时对左右支架直径为1.5mm的孔（图1中，处）进行抽芯。经过充分考虑各项参数，斜导柱倾斜角度最终确定为18度，即达到了抽芯的目的，有确保了模具整体结构的合理性。（2）塑件另一端内凹部分（图1中局部，部分处）的成型采用内侧抽芯机构。因为两塑件中间部分空间比较大，为合理利用模具材料，尽量降低生产成本，采用了这种结构，这是这套模具合理布局的关键所在。（3）应为塑件尺寸比较小，考虑到采用整体滑块同时抽芯直径为1.5mm孔时，可能造成塑件顶出时变形。为平衡抽芯时产生的作用力，在整体滑块另一侧设计了斜顶块结构（左右支架各一个）。设计斜顶块结构，应该注意一下几个问题：1）产品在顶出过程中是否会摆动。2）产品是否会随斜顶块顶出而变形，或无法从斜顶块上脱离。3）严格控制斜顶块顶出行程，检查顶出过程是否存在干涉问题。4）考虑斜顶块的稳定性。避免在实际生产过程中斜顶块复位不畅而导致卡死，以免撞伤型腔。5）斜顶块应等滑块部件应考虑进行氧化处理，以增加其耐磨性。 由此将斜顶块固定在顶杆固定板上，顶出时，斜顶块随着固定块一起运动，斜顶块在向前运动的同时，也做侧向运动，达到抽芯的目的。 斜顶块与滑动导轨保持合理的配合间隙，保证侧抽芯能顺利抽出；斜顶块选用优质合金材料，选用NAK80材料，并用进过调制处理的螺钉紧固在顶杆固定板上；通过对塑件结构的分析计算，决定采用斜顶块倾斜角为18。这样既保证了侧向抽芯动作的顺利完成，又使模具工作顺畅，受力均匀。4.4 导向机构设计 4.4.1 斜导柱的设计 斜角一般不大于25，一般采用15到204.4.2脱模距与斜导柱角度a的关系 L=S/Sina=H*Sina/Cota （6） a-斜导柱斜角 S-脱模距为S时斜导柱工作部分长度 H-脱模距为S时所需开模行程4.4.3斜导柱直径设计 （7） P2=P1/COSa=P3cosa （8） D-斜导柱直径 a弯-抗弯强度 a-斜导柱斜角 H1-怕力点与A点的垂直距离投影该模具采用导柱和导套机构导向。因而采用标准模坯，导柱，导套的布置方式均为标准布置。导柱和导套均应有足够的耐磨性，导柱材料为T10A，淬硬到HRC5055，数量为4个，为了使导柱顺利进入导套内，导柱端做成锥形，导柱滑动部分的配合精度采用过渡配合H80/r7，导柱固定部分的配合精度采用过盈配合H8/s7。导套外径的配合采用过盈配合H8/s7。图5导柱4.5 脱模机构的设计4.5.1 设计顶杆脱模顶杆直径不易过细，应有足够的强度承受推力，一般采用直径为5，顶杆尽量使推出的塑件受力均匀，但不易和型心距离太近，以免影响凸模和凹模的强度。顶杆的断面装配后应比型腔的平面高0.050.1mm，由于塑件在进料口处的内部应力比较大易碎裂，所以在进料口出不易设顶杆，为了避免顶杆与侧抽芯机构冲突，顶杆尽量避开侧抽芯。该模具塑件的顶出只要采用10根1mm的顶杆顶出。为了保证塑件在出模过程中不倾斜,不变形,顶出机构应设计顶出导向装置,以保证顶出机构平稳。 图6顶杆组合形式上面介绍的斜顶块抽芯机构除完成抽芯任务外，还兼有顶出塑件的功能。因采用点浇口，对浇注系统凝料的脱模需在定模部分另增加一分型面，将其从主流面拉出。4.6 冷却系统的设计冷却系统的设计对于成型小塑件的一模多腔模具来说是十分重要的。如果冷却不好或冷却不均匀，必然导致收缩不均匀。为了使冷却效果好，在模具定模型腔板和动模型腔板内开设了水道，横向穿过这两块模板，这样使塑件各处冷却均匀，模具的模温均匀。冷却装置的目的一是：防止塑件脱模变形；二是：缩短成型周期；三是：使结晶性塑件冷凝成形较低的结晶度，以得到柔软性，扰曲性，伸长率较好的塑件。在型腔型芯部位设置通水冷却水路，并通过调节冷却水的流量和流速控制模温，4.6.1冷却水孔的设计水孔边离型芯距离一般取1525mm，距离太近则冷却不均匀，太远则效率低，水道直径一般在8mm以上，水孔管路应畅通无阻，冷却水孔管路不要设在型腔和塑件溶接的地方，以免影响塑件的强度。4.6.2 排气槽的设计在塑料填充过程中，除了模具型腔内有空气外，还有塑料受热产生的气体，考虑排气式很重要的。动定模冷却循环水道设计如图5所示，冷却水道孔径采用8mm的钻头加工。 图7 动模冷却循环水道示意图图8 定模冷却循环水道5 模具结构及工作过程 图9为该塑件注射模具结构图（为清楚起见，有些细节没有画出）。模具工作过程: 开模时，首先有定距分型机构定距分型，分型距离有定距拉杆控制，以便取出浇注系统主流道凝料。继续开模，再有主分型面分型，斜滑块开始侧向抽芯，当模具开启到终点时，斜滑块侧向抽芯结束，在型芯包紧力的作用下，顶杆固定板推动斜顶块及顶杆同时向前运动，斜顶块及顶杆将塑件顶出。合模时，通过斜导柱，弹簧及回程杆将斜滑块复位退回，完成合模。合模结束再开始第二次工作循环。 （a）（b）图9 模具总装示意图（a）动模结构示意图 （b）定模结构示意图1，斜顶块 2，动模 3，整体滑块 4，锁紧块 5，外抽芯斜导柱 6，定模 7，螺钉 8，内抽芯滑块 9，内抽芯斜导柱 10，动模镶块 11，定模镶块6 结束语本次设计以耳机注塑设计为主线，综合了成型结构分析，模具结构设计，成型零部件设计，模具总的装配等一系列模具生产的所有过程。能很好的学习致用的效果。把以前学过的基础课程融汇到综合应用本次设计当中来，所谓学以致用。在设计中除使用传统方法外，同时引用了CAD、solidworks等技术，使用Office软件，力求达到减小劳动强度，提高工作效率的目的。该塑件结构特点决定了其模具结构必须采用侧向抽芯结构，而且不止一次采用侧向抽芯。而这个耳机的设计采用了内