绕线圈的注塑模具设计

引 言塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一。自从1927年聚氯乙烯塑料问世以来，随着高分子化学技术的发展以及高分子合成技术，材料改性技术的进度，愈来愈多的具有优异性能的高分子材料不断涌现，从而促使塑料工业飞跃发展。新型塑料品种的增加以及塑料成型技术的发展，为了塑件的应用开拓了广阔的领域。目前，塑料制品已深入到国民经济的各个部门中。特别是在办公用品。照相器材。汽车。仪器仪表。机械。/航空。交通。通信。轻工。建材产品，日用品以及家用电器行业中的零件 塑料化的趋势不断加强，并且陆续出现以塑料代金属的全塑产品。据报道，美国已是世界上的最大塑料生产国，每年的塑料消耗量已经超过刚才。就全世界而言按照体积和质量计算，塑料的消耗量也超过了刚材。我国自改革开放以来。塑料工业发展也很快，表现在不仅塑料产量增加而且其品种更为增多，其产量已上升到居世界第四位。由此可见，塑料工业已在我国过名经济的各个部门中发挥了愈来愈大的作用。塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状，通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装配或工具，它属于型腔模的范畴。通常情况下，塑件质量的优劣及生产效率的高低，其模具的因素约占80%，然而模具的质量好坏又直接与模具的设计与制造有很大的关系随着国民经济的领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大，产品更新换代周期也和质量提出了更高的要求，这就促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展，从而也推动了塑料工业以及机械加工工业的告诉发展，可以说，模具技术，特别是设计与制造大型，精密，长寿命的模具技术便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志。模具在世界上占有的比列大，我作为一个学模具 专业的学生，应在学完所学的知识之后来很好的进行模具设计。在我们进行设计之前，不许具备机械制图，公差与技术测量，机械原理及零件，模具材料及热 处理，模具制造技术，塑料制品成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识，并且通过教学和生产实习，初步了解塑料制品的生产过程，熟悉多种塑料模具的典型结构。目前随着我国汽车、电子、通讯、家电等行业的发展，对塑料模具的需求越来越大，对产品质量要求越来越高。同时供货期的要求越来越短。就国内对注塑模具的需求来看，主要对大型注塑模具、汽车大中型内外饰件塑料模具、发展科技含量高的精密电子模具三类模具的需求量每年都在递增，尤其对高档模具要求市场需求量更大。随着中国汽车工业的发展，以塑料替代木材和金属，会使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量增加，尤其是新材料及新成型技术的出现，使得塑料制品在汽车工业中的消费量日益增加。在一定意义上说，汽车塑料制品的用量能反映一个国家汽车工业的发展水平。德国每辆汽车平均使用塑料制品已经达到了近300公斤，占汽车总消费材料的22%左右，是世界上采用汽车塑料零部件最多的国家。日本每辆汽车平均使用塑料100公斤，约占汽车材料消费总量的7.5%。如日本一家公司开发销售的新型汽车，除座椅外，车顶、装潢材料、仪表盘等内饰件全部采用塑料制造。当前，汽车塑料制品的应用趋势已由普通装饰件发展到结构件、功能件，塑料原料的使用也由普通塑料（多用于汽车内饰件）扩展到强度更高、耐冲击性更好的复合材料或塑料合金。可以说，随着塑料材质及其成型技术与工艺的提高，塑料搭上飞驰的汽车，必然引来汽车塑料模具的大发展。预计中国家电业所需的模具量的年增长率约为15%。 “十五”期间中国仅彩电的年生产量就将超过4000万台，按10万台需要一整套塑料模具、价格约120万元计，则仅彩电用塑料模具每年就有约4.8亿元的市场。目前市场对家电、电子消费品外壳的色彩、手感、精度、壁厚等都提出了新要求，外壳设计成为重要的一环。大型、精密、设计合理（主要针对薄壁制品）的注塑模具将在今后得到市场的欢迎。在集成电路制造中，集成电路塑封模具是半导体集成电路产品生产中必备的关键工艺装备，电子封装直接影响着半导体器件和集成电路的电性能、热性能、光学性能、美观性能和机械性能，还影响其可靠性和成本，同时对系统小型化起到关键作用，而塑料封装就占集成电路封装市场的95%以上。作为集成电路的消费大国，中国目前年需半导体器件和集成电路塑封模具380万副左右，但现有生产能力不足150万副。预计今后10年中国半导体集成电路市场需求将以每年15%-20%的速度持续增长。模具市场的需求也呈线性增长趋势，到2005年需求量将达到840万副左右，产业化发展需求极其迫切。在国内,就大型模具来说,在硬件和加工设备上与国外的差别并不大，但是在原材料和高精密制品方面存在很大的差距。一些寿命高的和高精度的模具，原材料还是需要进口，拿制作模具的原材料来说，国内的材料很难达到大型、精密模具所需要的性能要求，所以国内对高性能原材料的需求量是很大的。从软件的方面来讲，国内的软件技术远远没有跟上国际模具技术的发展速度。目前，模具行业中主要的应用：CAECADCAM.CAPP等软件很多都是国外的，而这些软件是需要我们用高额的资金来购买，所以说软件的落后也是我们模具发展中的一个至关重要的问题。塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用CAE技术。传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这增加生产成本，延长产品开发周期。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，预测塑料熔体在型腔中的整个成型过程，帮助研判潜在的问题，有效地防止问题发生，大大缩短了开发周期，降低生产成本。 近年来，CAE技术在注塑成型领域中的重要性日益增大，采用CAE技术可以全面解决注塑成型过程中出现的问题。CAE分析技术能成功地应用于三组不同的生产过程，即制品设计、模具设计和注塑成型。制品设计上制品设计者能用流动分析解决下列问题：1、制品能否全部注满这一古老的问题仍为许多制品设计人员所注目，尤其是大型制件，如盖子、容器和家具等。2、制件实际最小壁厚如能使用薄壁制件，就能大大降低制件的材料成本。减小壁厚还可大大降低制件的循环时间，从而提高生产效率，降低塑件成本。3、浇口位置是否合适采用CAE分析可使产品设计者在设计时具有充分的选择浇口位置的余地，确保设计的审美特性。模具设计和制造上CAE分析可在以下诸方面辅助设计者和制造者，以得到良好的模具设计：1、良好的充填形式2、最佳浇口位置与浇口数量3、流道系统的优化设计4、冷却系统的优化设计5、减小反修成本提高模具一次试模成功的可能性是CAE分析的一大优点。反复地试模、修模要耗损大量的时间和金钱。此外，未经反复修模的模具，其寿命也较长。 注塑成型可望在制件成本、质量和可加工性方面得到CAE技术的帮助： 1、 更加宽广更加稳定的加工“裕度”流动分析对熔体温度、模具温度和注射速度等主要注塑加工参数提出一个目标趋势，通过流动分析，注塑者便可估定各个加工参数的正确值，并确定其变动范围。会同模具设计者一起，他们可以结合使用最经济的加工设备，设定最佳的模具方案。2、 减小塑件应力和翘曲选择最好的加工参数使塑件残余应力最小。残余应力通常使塑件在成型后出现翘曲变形，甚至发生失效。3、省料和减少过量充模流道和型腔的设计采用平衡流动，有助于减少材料的使用和消除因局部过量注射所造成的翘曲变形。 4、最小的流道尺寸和回用料成本流动分析有助于选定最佳的流道尺寸。以减少浇道部分塑料的冷却时间，从而缩短整个注射成型的时间，以及减少变成回收料或者废料的浇道部分塑料的体积。 线圈骨架的模具设计1塑件设计要求：线圈骨架 材料ABS 大批量生产 2.塑件成型工艺分析： ABS塑料是一种性能较好的工程塑料，它的机械性能较好，所以一般在工程中使用。ABS的化学名称为苯乙烯-丁二稀共聚物，为非结晶性塑料，吸湿性强，要充分干燥，流动性中等，无毒微黄色，在比较宽广的湿度范围内具有较高的冲出强度，热变型温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%0.8%范围内，所以在注射时宜用高料温，。高模温，较高注射压力。产品成型后，其外表面应光滑平整，不得有翘曲，裂缝及气孔等缺陷，要求较高。注射后应保压一会，并适当补料。3分型面位置的确定：1）便于塑件脱模；（1）在开模时尽量使塑件留在动模内；（2）应有利于侧面分型和抽芯；（3）应合理安排塑件在型腔中的方位。2）考虑和保证塑件的外观不遭损失：3）尽力保证塑件尺寸的精度要求。4）有利于排气。5）尽量使模具加工方便。 分型面设置，分型面的位置应设在塑件断面尺寸的最大部位，形状应以模具制造及脱模方便为原则，应尽量防止形成侧孔或侧凹，有利于产品的脱模，所以该线圈骨架分型面确定于如图：A- A为分型面4.型腔的排列方式：采用一模一腔，型腔的排列 1.主流道 2.分流道 3.塑件5浇注系统设计:浇注系统通常由主流道 分流道 浇口料穴等组成。设计原则：1）流程要短。减少压力和热量损失及塑料消耗量，同时缩短了充模时间2）排气良好。使料流平稳顺利充满型腔。3）防止型芯变形和嵌件位移。应避免料流直冲较小的型芯和嵌件。 4）防止塑件翘曲变形和表面形成冷疤，冷斑等缺陷。应减轻浇口附近应力集中。主流道设计主流道是指连接注射机喷嘴与风流道或型腔单腔模的进料通道。负责将塑料溶体从喷嘴引入模具，其形状，大小直接影响塑料的流速及填充时间。主流道垂直于分型面通常作在淬硬浇口套内，如图2.3所示。为了使塑料疑料能从主流道中顺利拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有a=2-6的锥角。内壁为Ra0.8 um 以下的表面粗糙度，小端直径大于喷嘴直径约0.51mm，凹坑半径R也应比喷嘴头半径大12mm，以便疑料顺利拔出。浇口套大端高出定模端面H=510mm，起定位作用与注射机定模板的定位孔呈间隙配合。为了拆御更换方便，模具的定位圈常与浇口套分开设计，如图所示。 主流道的结构分流道及其平衡布置分流道是主流道和浇口之间的进料通道。其作用是通过流道截面及方向变化使塥料平稳地转换流向，并均匀分配给各个型腔多型腔模。常见分流道的截面形状有圆形 梯形 U形 半圆形及矩形等几种形式，其中圆形截面分流道的比面积最小，但需要开设在分型面两侧，且对应两部分必须吻合，加工不方便；梯形及U形截面分流道加工较容易，且热量损失和流动阻力均不大，为最常用形式；半圆形和矩形截面的分流道则因此比面积最大。在此设计中，采用圆形截面。1）分流道的尺寸因为各种塑料的流动性有差异，所以a 以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径。常用塑料的分流道直径推荐值如塑料制品成型及模具设计表4-3。对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件可以用以下经验公式确定分流道的直径；D=0.2654式中；M - 流径分流道的塑料量 L - 分流道长度mm D- 分流道直径，对于粘度叫大的塑件，可用上式算得的D值再以1.21.25的系数，据表43查得尼龙类分流道的直径为1.69.5，取D=4。2）分流道的布置分流道采用平衡布置，多型腔模具应尽量均衡布置型腔，使熔融塑料几乎同时到达每个型腔的进料口，这样，塑料到每个型腔的压力和温度是相同的，塑件的品质理应相同。浇口的设计浇口又称进料口，是分流道与型腔之间的狭窄部分，也是浇注系统中最短小的部分，他使塑料溶体的流速产生加速度，有利于迅速充满型腔，同时还起封闭型腔防止溶体倒流的作用，并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。浇口的设计与塑料性能，塑件形状，截面尺寸 模具结构及注射工艺参数等有关。总的要求是使溶料以较快的速度进入并充满型腔，同时在充满后能适时冷却封闭，因此浇口的截面要小，长度要短，这样可以增大料流速度，快速冷却封闭，且便于塑件与凝料分离，不留明显的浇口痕迹，保证塑件外观质量。 本套模具采用侧浇口，其分流道横截面采用U型6.抽芯机构设计： 由于塑件上具有侧凹，其难点在于塑件不能直接从模具中脱出，此时需将成型线圈骨架侧凹的模具塑件做成活动的侧型芯，在塑件脱模前先将侧型芯从塑件上抽出，然后再从模具中推出塑件，侧型芯安装在侧滑块上。如下图：7.侧滑块抽芯距的计算: S=S1+(23) =(R-r)+(23) =(25-12)+(23) =2425mm8.斜导柱：由于抽芯距较大，采用斜导柱抽芯，斜导柱的倾斜角取=20锁紧块的角=2+3=23，其开模距l=stan25tan2069mm 斜导柱的抽芯力为：Fc=Ap(cossin)式中Fc=抽芯力N；A 塑件包络型芯的面积为：Rr=1.5110m;p塑件对侧型芯的收缩应力（包紧力），其值与塑件的几何形状及塑件的品种、成型工艺有关，取p=1107Pa;塑料在热状态时对钢的系数，取=0.2；侧型芯的脱模斜度或倾斜角，取30=0.5Fc=1.51101107(0.2cos0.5sin0.5) =2.8103 N=2.8Kn9.由于塑料膜手册查得斜导柱的直径d=14mm。斜导柱的长度L如图所示： LZ=L1+L2+L4+L5 =dtan 2hcosssin510式中LZ斜导柱总长度；d斜导柱固定部分大端直径，取20；h斜导柱固定板厚度，取20mm;d斜导柱工作部分直径d=14mm;s抽芯距25mm。 L20tan20220cos2025sin205109851010. 成型零件的工作尺寸ABS的收缩率：Smax0.8%,Smin0.5%。（1）500.48型腔的径向尺寸：Lm1SmaxLs Z 10.8%500.48 0.48349.920.16校核：