手机充电器塑料模具设计

摘摘 要要 当今社会 信息化日益发展 手机由于使用的方便 从而从之前的 奢侈品变成了大众化的日常用品 渐渐成了生活的必需品 伴随着手机 而产生的是五花八门的手机充电器 而模具制造业的发展 成为国民经 济中不可或缺的一部分 占有重要地位 本设计从日常生活出发 选择 了手机充电器注塑模模具设计这个课题 在结合实际的基础上 分析了 手机充电器结构的工艺特点 介绍了手机充电器外壳上盖注射模结构及 模具的工作过程 重点介绍了手机充电器外壳注射模结构的设计思想和 方法 分析和阐述了模具型芯零件及各标准件的选材 热处理工艺 手 机充电器外壳的塑件的结构要素 塑件的尺寸公差和精度的选择 塑件 的体积和质量的计算方法 注射机的选择和校核 脱模推出机构的设计 和相关计算 抽芯机构的设计计算以及校核 成型零件的工作尺寸的计 算 以及模具冷却系统的设计 最后还对模具机构中的导柱运用 MASTER CAM 软件进行了参数化设计 此手机充电器外壳注射模设计的 结构特点是点浇口形式的单分型面的注射模 模具采用一模两腔的结构 两塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 仪用热流道 可以消除废料 的产生 但流道过长加热较复杂 而且 ABS 塑料流动性较好易产生涎流 现象 改用 PP 等其它符合热流道的塑料 不仅塑性能不能满足制件功 能要求 而且增加生产成本 本设计采用嵌入式型腔结构 该结构广泛 应用于中小型塑件的模具中 加工方法可采用普通机加工 数控机床 电火花 电铸成型等方法 将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中 嵌入 的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢 渗碳淬火后抛光 该模具结构设 计巧妙 降低了生产中操作的复杂性 延长了模具使用寿命 塑件达到 国家相关部门所规定的技术要求 并且在很大程度上实现了生产的自动 化 使生产管理更加有效 提高了生产效率 关键词 手机充电器外壳 注塑模具 型芯 型腔 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 Abstract Today the world is becoming more and more information mobile phones became popular the daily from the luxury articles introduced before and became the necessities of life And phone chargers becomes necessary The handset battery charger outer covering top head injection mold structure and the mold work process introduced the handset battery charger outer covering injection mold structure design method with emphasis Analyzed and elaborated the mold core components selection the heat treatment craft the handset battery charger outer covering model the member model the size common difference and the precision choice model a volume and the quality computational method This handset battery charger outer covering injection mold designs the unique feature is the runner form three minute profiles injection molds is lateral pulls out the coreiniection mold Forming part of the calculation of the size and mold cooling system design eventually die of the use of derivative MASTER CAM software for the design parameters This cell phone charger shell injection mold design of the structure is characterized by the form of points runner alone surface of the injection mold Die using a two cavity structure two pieces of plastic placed parallel direction opposite to the lateral extracting core Instrument Hot Runner and eliminate waste but the excessive heat flow is more complicated ABS plastics and better mobility easy to produce saliva flow and other use of PP with Hot Runner of plastic Not only plastic component performance can t meet the functional requirements and an increase in production costs embedded design using the cavity structure The structure widely used in small and medium sized plastic parts mold Processing methods use ordinary machine CNC machine tools 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 EDM LIGA methods Will be embedded in a cavity of a whole cavity plate Embedded in the cavity material available low carbon or low alloy steel carburizing quenching after polishing After production confirmation this mold structural design ingenious the ease of operation the service life is long models to achieve the specification keywords handset battery charger outer covering injection mold slide core 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 摘 要 I ABSTRACT 1 1 绪 论 3 1 1 模具工业在国民经济中的地位 3 1 2 我国模具技术的现状及发展趋势 3 1 2 1 我国模具技术的现状 3 2 塑件工艺分析 3 2 1 塑件的结构要素 3 2 2 塑件尺寸公差与精度 3 3 模具设计要点 3 3 1 方案的确定 3 3 2 确定型腔分型面及型腔数目 3 3 3 型腔 型芯的结构 3 3 4 浇口的设计 3 3 5 冷料穴的设计 3 4 模具结构及其工作过程 3 5 注塑成型的准备 3 5 1 注塑成型工艺简介 3 5 2 注塑成型工艺条件 3 5 3 注塑机的选择 3 5 3 1 注塑机简介 3 5 3 2 注塑机基本参数 3 5 3 3 选择注塑机 3 5 4 注射机的校核 3 5 4 1 最大注塑量的校核 3 5 4 2 锁模力的校核 3 5 4 3 定位圈尺寸校核 3 5 4 4 模具外形尺寸校核 3 5 4 5 模具厚度校核 3 5 4 6 模具安装尺寸校核 3 5 4 7 开模行程校核 3 6 浇注系统设计 3 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 6 1 主流道 3 6 2 分流道 3 7 模架的确定 3 7 1 模仁尺寸的确定 3 7 2 凸 凹模尺寸的确定 3 7 3 模具高度尺寸的确定 4 8 导向与定位机构 4 9 顶出系统与脱模力 4 9 1 顶出系统的设计 4 10 推杆脱模机构 4 10 1 推杆脱模机构 4 10 2 推板脱模机构设计 4 11 抽芯机构设计 4 11 1 确定抽芯机构形式 4 11 2 斜导柱抽芯的结构尺寸 4 12 成型零件工作尺寸的计算 4 12 1 凹模工作尺寸的计算 4 12 2 凸模工作尺寸的计算 4 13 冷却系统设计 4 13 1 温度调节对塑件质量的影响 4 13 2 对温度调节系统的要求 4 13 3 冷却系统设计 4 13 4 模具的加热 4 13 5 模具的冷却 4 致谢 4 参考文献 4 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 1 1 绪绪 论论 1 1 模具工业在国民经济中的地位模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备 它的作用是控制和限制材料 固态或液态 的流动 使之形成所需要的形体 模具制造零件以其效 率高 产品质量好 材料消耗低 重复使用率高 生产成本低而广泛应 用于制造业中 模具工业是国民经济的基础工业 是国际上公认的关键工业 近几 年 其在国民经济中的比重逐步上升 模具生产技术水平的高低是衡量 一个国家产品制造水平高低的重要标志 它在很大程度上决定着产品的 质量 效益和新产品的开发能力 振兴和发展我国的模具工业 正日益 受到人们的关注 早在 1989 年 3 月中国政府颁布的 关于当前产业政 策要点的决定 中 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 又是高新技术产业化 的重要领域 模具在机械 电子 轻工 汽车 纺织 航空 航天等工 业领域里 日益成为使用最广泛的主要工艺装备 它承担了这些工业领 域中 60 90 的产品的零件 组件和部件的生产加工 模具制造的重要性主要体现在市场的需求上 仅以汽车 摩托车行 业的模具市场为例 汽车 摩托车行业是模具最大的市场 在工业发达 的国家 这一市场占整个模具市场一半左右 汽车工业是我国国民经济 五大支柱产业之一 汽车工业重点是发展零部件 经济型轿车和重型汽 车 汽车模具作为发展重点 已在汽车工业产业政策中得到了明确 汽 车基本车型不断增加 2015 年将达到 250 种 一个型号的汽车所需模 具达几千副 价值上亿元 为了适应市场的需求 汽车将不断换型 汽 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 车换型时约有 80 的模具需要更换 中国摩托车产量位居世界第一 据统计 中国摩托车共有 14 种排量 80 多个车型 1000 多个型号 单 辆摩托车约有零件 2000 种 共计 5000 多个 其中一半以上需要模具生 产 一个型号的摩托车生产需 1000 副模具 总价值为 1000 多万元 其 他行业 如电子及通讯 家电 建筑等 也存在巨大的模具市场 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 1 2 我国模具技术的现状及发展趋势我国模具技术的现状及发展趋势 1 2 1 我国模具技术的现状 20 世纪 80 年代以来 国民经济的高速发展对模具工业提出了越来 越高的要求 同时为模具的发展提供了巨大的动力 这些年来 中国模 具发展十分迅速 模具工业一直以 15 左右的增长速度快速发展 振兴 和发展中国的模具工业 日益受到人们的重视和关注 模具是工业生 产的基础工艺装备 已经取得了共识 目前 中国有 17000 多个模具生 产厂点 从业人数约 50 多万 在模具工业的总产值中 冲压模具约占 50 塑料模具约占 33 压铸模具约占 6 其他各类模具约占 11 近年来 中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化 除了国有专业 厂家外 还有集体企业 合资企业 独资企业和私营企业 他们都得到 了迅速的发展 许多模具企业十分重视技术发展 加大了用于技术进步 的投入力度 将技术进步作为企业发展的重要动力 此外 许多研究机 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发 中国塑料模工业从起步到现在 历经半个多世纪 有了很大发展 模 具水平有了较大提高 在大型模具方面已能生产 48in 约 122cm 大屏 幕彩电塑壳注射模具 6 5kg 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险 杠和整体仪表板等塑料模具 精密塑料模具方面 已能生产照相机塑料 件模具 多型腔小模数齿轮模具及塑封模具 经过多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技术 模具的电加工和数控加工技术 快速成型与快速制 模技术 新型模具材料等方面取得了显著进步 在提高模具质量和缩短 模具设计制造周期等方面作出了贡献 进入 21 世纪 在经济全球化的新形势下 随着资本 技术和劳动力 市场的重新整合 中国装备制造业在加入 WTO 以后 将成为世界装备制 造业的基地 而在现代制造业中 无论哪一行业的工程装备 都越来越 多地采用由模具工业提供的产品 为了适应用户对模具制造的高精度 短交货期 低成本的迫切要求 模具工业正广泛应用现代先进制造技术 来加速模具工业的技术进步 这是各行各业对模具这一基础工艺装备的 迫切需求 1 2 2 我国模具技术的发展趋势 随着电子 信息等高新技术的不断发展 模具技术的发展呈现以下 趋势 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三维化 智能化和网络化方向 发展 模具 CAD CAE CAM 技术是模具设计 制造技术的发展方向 模具和工 件的检测数字 模具软件功能集成化 模具设计 分析及制造的三维化 模具产业的逆向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势 新一代模具软件以立体的 直观的感觉来设计模具 所采用的三维数 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 字化模型能方便地用于产品结构的分析 模具可制造性评价和数控加工 成形过程模拟 CAE 及信息的管理与共享 值得强调的是 模具数字 化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的集合 其关键是它们与人工 智能的有机集成 不仅可以整理知识 保存知识 还可以挖掘知识 繁 衍知识 新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验 计算机 的硬件和软件 数值模拟和数控技术 工艺及工程管理为一体的模具优 化的开发 设计和认证的系统工程 2 模具制造向精密 高效 复合和多功能方向发展 精密数控电火花加工机床 电火花成形机床 快走丝线切割和慢走丝 线切割机床 不断在加工效率 精度和复合加工上取得突破 国外已经 将电火花铣削用于模具加工 加工精度误差小于 1 m 的超精加工技术 和集电 化学 超声波 激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展 国外近年来发展的高速铣削技术和机床 HSM 开始在国内应用 将 大幅提高加工效率 模具抛光的自动化 智能化也是发展趋势之一 日本已研制了数控研 磨机 可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光 此外 特种研磨方法如 挤压研磨 电化学抛光 超声抛光也应是发展趋势 其他方面 如采用氮气弹簧压边 卸料 快速换模技术 冲压单元组 合技术 刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等 3 快速经济制模技术得到应用 快速制模主要从以下四方面加快制模速度 一是提高加工速度 如高 速铣削 二是基于快速原型的快速制模技术 三是选择易切削模具材 料 如铝合金 来加快制模速度 四是采用复合加工 多轴加工提高加 工效率 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 快速原型制造技术 RPM 被公认为是继数控 NC 技术之后的一次 技术革命 基于快速原型的快速制模技术是现在和未来的一个热点 此 外表面成形制模技术 浇铸成型制模技术 冷挤压及超塑性成形制模技 术 无模多点成形技术和 KEVRON 钢带冲裁落料制模术也在蓬勃发展 4 特种加工技术有了进一步的发展 电火花加工向着精密化 微细化方向发展 在简化电极准备 简化编 程和操作 提高加工速度以及不断降低设备制造成本上也做了大量研究 和实践 在其他机械特种加工 如磨料流动加工 喷水加工 低应力磨削 超 声波加工等 和特种加工 如电子束加工 电火花磨削 激光加工 等 离子束加工等 已经进入实用阶段 在各自的特殊加工领域发挥着重要 作用 5 模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展 国外已出现了模具自动加工系统 这也 应是中国的长远发展目标 模具自动加工系统应有如下特征 多台机床 合理组合 配有随行定位夹具或定位盘 有完整的机具 刀具数控库 有完整的数控系统同步系统 有质量监测控制系统 6 模具材料及表面处理技术发展迅速 在模具材料方面 一大批专用于不同成形工艺的模具材料相继问世并 投入使用 在模具表面处理方面 其主要趋势是 由渗入单一元素向多 元素共渗 复合渗 如 TD 法 发展 由一般扩散向 CVD PVD PCVD 离子渗入 离子注入等方向发展 同时热处理手段由大气热处理向真空 热处理发展 另外 目前激光强化 辉光离子氮化技术及电镀 刷镀 防腐强化等技术也日益受到重视 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 7 模具工业新工艺 新理念和新模式逐步得到了认同 由于车辆和电机等产品向轻量化发展 许多轻型材料和轻型结构用 于汽车业 如以铝代钢 非全密度成形 高分子材料 复合材料 工程 陶瓷 超硬材料 新型材料的采用使得生产成形和加工工艺发生了根本 变革 相应地出现了液态 半固态 挤压模具及粉末锻模 冲压模具功 能复合化 超塑性成形 塑性精密成形技术 塑料模气体辅助注射技术 及热流道技术 高压注射成型技术等 另一方面 随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提 高 在模具行业出现了一些新的设计 生产 管理理念与模式 主要有 适应模具单件生产特点的柔性制造技术 创造最佳管理和效益的精益生 产 提高快速应变能力的并行工程 虚拟制造及全球敏捷制造 网络制 造等新的生产模式 模具标准件的日渐广泛应用 模具标准化及模具标 准件的应用将极大地影响模具制造周期 且还能提高模具的质量和降低 模具制造成本 广泛采用标准件 通用件的分工协作生产模式 适应 可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 2 2 塑件工艺分析塑件工艺分析 2 1 塑件的结构要素塑件的结构要素 分析手机充电器的机构 其内腔存在很多孔和凸台 结构较复杂 该塑件为手机充电器外壳 要求有一定的强度 刚度 耐热和耐磨损等 性能 同时作为手机充电器 必须满足绝缘性 结合以上要求以及经济 因素 故该塑件采用 ABS 塑料 图图 2 12 1 手机充电器外壳手机充电器外壳 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 1 1 脱模斜度脱模斜度 脱模斜度足为了便于塑件的脱模 以免在脱模过程中擦伤制品表面 其大小取决于塑料的收缩率 脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸 而定 塑件内孔以型心小端为准 尺寸符合图纸要求 斜度沿形状扩大 方向标出 塑件外形以型腔大端为准 尺尺寸符合图纸要求 斜度沿形状 减小方向标出 要求开模后塑件留在型芯上 塑件表面的脱模斜度应小 于外表面的脱模斜度 根据 ABS 的性能 型芯的脱模斜度取 3 2 2 加强筋加强筋 为了使塑件有一定的强度和刚度 又能避免因壁过厚而产生成型缺 陷 在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋 厚度 2mm 3 3 塑件的圆角塑件的圆角 为了防止塑件转角外产生应力集小 需要在塑件的转角处或内部连接 处采用圆角过渡 内外径均取 R5mm 塑件形状工艺性非常复杂 没有 一个规则的外表面 里面又有很多螺钉柱和加强筋 使得脱模力增大 塑件的下平面又有仅 1mm 的台阶 采用推板推出必然导致螺钉柱拉断 使得注塑工艺无法进行 所以 在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆 以便推出塑件 4 4 塑件的壁厚塑件的壁厚 塑件壁厚对塑件的成型 冷却及变形会产生较大的影响 塑件壁厚不 均 会导致各个部分固化收缩不均匀 易产生气孔 裂纹 内应力等缺 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 陷 根据手机充电器外壳的材料 结构 强度等方面的要求 壁厚取 2mm 5 5 孔孔 制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位 孔的形状也应力求不增加模具制造工艺的复杂性 6 6 支承面支承面 以制品的整个底面作为支承面是不合理的 因为制品稍许翘曲或变 形就会使底面不平 通常采用凸起的边框或底脚 三点或四点 来作支承 当制品底部有加强筋时 筋的端部应低于支承面约 O 5mm 左右 2 2 塑件尺寸公差与精度塑件尺寸公差与精度 该制品长 120mm 宽 60mm 最高 40mm 重约 63g 其粗糙度值为 RaO 06mm 影响塑件公差的主要因素是 模具制造误差及磨损误差 尤 其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损 塑料收缩的波动 注射工艺条件的变化 塑件制品的形状和飞边厚度的波动 脱模斜度及 成型后制品的尺寸变化 手机充电器外壳上盖的塑件选用的尺寸精度等 级为 6 级 公差为 GB1800 79 尺寸公差数值 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 3 3 模具设计要点模具设计要点 3 1 方案的确定方案的确定 采用 1 模 2 腔的方案 两塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 浇 口设在零件的上表面 使用定距拉杆加导柱和弹簧 确保第一次分型面 在定模座板和中间板之间分开 凝料先被拉断 第二次分型而在动模板 和中间板之间分开 以便取出制品 这样分型有利于模具加工 注射 排气 脱模 同时使得操作简单方便 3 2 确定型腔分型面及型腔数目确定型腔分型面及型腔数目 模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型 面 在制品设计时 必须要考虑成型时分型面的形状和位置 否则无法 用模具成型 因侧向合模锁紧力较小 故对于投影画较大的大型制品 应将投影面积大的分型面放在动 定模的合模主平面上 而将投影面积 较小的分型面作为侧向分型面 本模具的分型而选择在塑件的大平面处 采用 1 模 2 腔结构 3 3 型腔 型芯的结构型腔 型芯的结构 1 型腔的结构设计 本设计采用嵌入式型腔结构 该结构广泛应用 于中小型塑件的模具中 加工方法可采用普通机加工 数控机床 电火 花 电铸成型等方法 将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中 嵌入的型 腔材料可用低碳钢或低碳合金钢 渗碳淬火后抛光 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 2 型芯的结构设计 型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件 本模具中型芯采用组合式型芯结构 采用该种结构可节省优质模具钢 便于机加工和热处理 也便于动模和定模位置精度 即有利于型芯冷却 和排气的实施 3 4 浇口的设计浇口的设计 浇口是浇注系统的关键部分 浇口的形状 数量 尺寸和位置对 塑件的质量影响很大 其主要作用有两个 一是塑料熔体流经的通道 二是浇口的适时凝固可控制保压时间 在点浇口的限制性断面前加工出 圆弧 有利于延缓浇口处熔体冻结 对向型腔中补料有利 根据制品的 结构要求 本设计采用点浇口形式 点浇口的参数 由推荐值取点浇口 直径 d 1 2mm 浇门长度 L 1mm 具体尺寸见零件图 3 5 冷料穴的设计冷料穴的设计 当分流道设计得比较长时 其末端留有冷料穴 其作用是收集塑料 熔体的前锋冷料 以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔 造成充模不足或 影响制品的熔接强度或形成冷疤等缺陷 常用的冷料穴主要有带工形拉 料杆的冷料穴 带推杆的倒锥形冷料穴 带推杆的圆形冷料穴 带拉料 杆的球头形冷料穴 带椎杆的菌形冷料穴 主浇道延长式冷料穴 本次 设计采用的是带工形拉料杆的冷料穴 其特点是容易加工 而且有利于 脱模时除去浇道口废料 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 4 4 模具结构及其工作过程模具结构及其工作过程 模具的分型面选择在塑件的大平面处 1 模 2 腔 为减少浇口疤痕 采用点浇口注射 模具的结构如图 4 1 4 2 所示 图图 4 14 1 装配图装配图 a a 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 图图 4 24 2 装配图装配图 b b 1 动模座板 2 8 13 21 24 27 30 36 螺钉 3 螺钉套 4 导套 5 垫块 6 支 撑板 7 凸模板 9 凹模板 10 定模板 11 限位挡板 12 限位圆柱销 14 26 弹簧 15 定位销 16 凸模型芯镶块 18 导柱 19 推杆 20 推杆固定板 22 23 推杆 25 限位挡块 26 弹簧垫圈 29 楔块 31 斜导柱固定板 33 斜导柱 32 定位圏 34 浇口杯 35 主流道衬套 37 拉料杆 38 复位杆 39 限位钉 由于模具的凸模部分存在很多孔和凸台 本设计凹模采用整体式凹 模结构 凸模采用组合式凸模结构 比较紧凑 针对侧向抽芯距离比较 短的情况 设计了二次分型滑动抽芯结构 注射成型后 先从 I I 而 进行一次分型 完成侧向抽芯动作 当限位圆柱销碰到限位拉板的端头 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 时开始从 面二次分型 目的是拉断点浇口 塑件包紧在凸模型芯 上 当运动到一定距离时 然后注射机推动推杆固定板 推杆发生作用 推出塑件脱落 同时拉料杆将凝料推出自动脱落 模具的工作过程 注射成型后 开模时 在弹簧 13 和凝料拉料杆 37 的拉紧作用下 从 I I 面一次分型 定模底板 15 与凹棋板 9 分开 凝料留在凹模板 9 一侧 凹模板 9 带动滑块 29 后移 在斜导柱 33 的作 用下 滑块 29 在凸模板 7 上沿着导轨作横向移动从而完成侧向抽芯动 作 当限位圆柱销 11 的端头碰到限位拉板的端头时凹模板 9 停止不动 一次分型结束 滑块 29 与凸模板 7 继续运动 开始从 而二次分 型 首先拉断点浇口 在塑件包紧凸模的包紧力作用下 塑件随着凸模 型芯 17 继续运动 当运动到一定距离时 注射机的顶杆推动推杆固定 板 19 带动推杆将塑件推出动模 同时拉料杆 37 将疑料推出 模具合模时 动模运动到 分型面使型芯和型腔啮合 推杆 22 23 和复位杆 38 首先复位 继续运动 当滑块 29 在楔块 30 和斜导 柱 33 的作用下 产生相对运动 压制滑块 29 沿导轨产生横向运动 迫 使滑块复 位 当凹模板 9 和定模座板 15 完全啮合时 结束合模 开始下一个工作循环过程 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 5 5 注塑成型的准备注塑成型的准备 5 1 注塑成型工艺简介注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 首先将松散的粒状或 粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 使之成 为粘流状态熔体 然后在柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过 机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中 经过一段时间的保压 冷却以后 开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制 件 一般分为三个阶段的工作 图图5 15 1 注塑成型压力注塑成型压力 时间曲线时间曲线 1 物料准备 成型前应对物料的外观色泽 颗粒情况 有无杂 质等进行检验 并测试其热稳定性 流动性和收缩率等指标 对于吸湿 性强的塑料 应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥 若有嵌件 还要知道嵌件的热膨胀系数 对模具进行适当的预热 以避 免收缩应力和裂纹 有的塑料制品还需要选用脱模剂 以利于脱模 2 注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后 进入模 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 腔内的流动可分为注射 保压 倒流和冷却四个阶段 注塑过程可以用 如图所示3 1所示 图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻 当模 腔充满熔体 T T1 时 熔体压力迅速上升 达到最大值P0 从时间T1 到T2 塑料仍处于螺杆 或柱塞 的压力下 熔体会继续流入模腔内以 弥补因冷却收缩而产生的空隙 由于塑料仍在流动 而温度又在不断下 降 定向分子 分子链的一端在模腔壁固化 另一端沿流动方向排列 容易被凝结 所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段 这一阶段的 时间越长 分子定向的程度越高 从螺杆开始后退到结束 时间从T2到 T3 由于模腔内的压力比流道内高 会发生熔体倒流 从而使模腔内 的压力迅速下降 倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止 其中 塑料 凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素 3 制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变 形流动非常复杂 再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同 制件内经常出现不均匀的结晶 取向和收缩 导致制件内产生相应的结 晶 取向和收缩应力 脱模后除引起时效变形外 还会使制件的力学性 能 光学性能及表观质量变坏 严重时会开裂 故有的塑件需要进行后 处理 常用的后处理方法有退火和调湿两种 退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力 此外 退火还可以 对制件进行解除取向 并降低制件硬度和提高韧性 温度一般在塑件使 用温度以上的10 20度至热变形温度以下10 20度之间 调湿处理是一种 调整制件含水量的后处理工序 主要用于吸湿性很强 而且又容易氧化 的聚酰胺等塑料制件 调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶 液 沸点为121 加热温度为100 121 保温时间与制件厚度有关 通常取2 9小时 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 5 2 注塑成型工艺条件注塑成型工艺条件 1 温度 注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度 喷嘴温 度和模具温度等 喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度 以防止熔料 在直通式喷嘴口发生 流涎现象 模具温度一般通过冷却系统来控制 为了保证制件有较高的形状和尺寸精度 应避免制件脱模后发生较大的 翘曲变形 模具温度必须低于塑料的热变形温度 PS料与温度的经验数 据如表5 1所示 表5 1 温度的经验数据 料筒温度 喷嘴温度 模具温度 热变形温度 后段中段前段 1 82MPA0 45MPA 150 210170 230190 250240 2505 7565 96 2 压力 注射成型过程中的压力包括注射压力 保压力和背压 力 注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力 提供充模速度及 对熔料进行压实等 保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力 与制 件的形状 壁厚及材料有关 对于像 PS 流动性好的料 保压力应该小 些 以避免产生飞边 保压力可取略低于注射压力 背压力是指注塑机 螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力 背压力除了可驱除物 料中的空气 提高熔体密实程度之外 还可以使熔体内压力增大 螺杆 后退速度减小 塑化时的剪切作用增强 摩擦热量增大 塑化效果提高 根据生产经验 背压的使用范围约为 3 4 27 5MPA 3 时间 完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期 包括注射时间 保压时间 冷却时间 其他时间 开模 脱模 涂脱磨 剂 安放嵌件和闭模等 在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 的各段时间 以提高生产率 其中 最重要的是注射时间和冷却时间 在实际生产中注射时间一般为 3 5 秒 保压时间一般为 20 120 秒 冷 却时间一般为 30 120 秒 这三个时间都是根据塑件的质量来决定的 质量越大则相应的时间越长 确定成型周期的经验数值如表 5 2 所示 表 5 2 成型周期与壁厚关系 制件壁厚 mm成型周期 s制件壁厚 mm成型周期 s 0 5 10 2 5 35 1 0 15 3 0 45 1 5 22 3 5 65 2 0 28 4 0 85 经过上面的经验数据和推荐值 可以初步确定成型工艺参数 因为 各个推荐值有差别 而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致 结合两者的合理因素 初定制品成型工艺参数如表 4 3 所示 表 5 3 制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容 注塑机类型 螺杆式 螺杆转速 r min 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50 喷嘴温度 230 后段温度 150 210 中段温度 170 230 前段温度 190 250 注射压力 MPa 90 保压力 MPa 80 注射时间 s 1 5 保压时间 s 5 冷却时间 s 20 其他时间 s 3 成型周期 s 30 成型收缩 0 6 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 干燥温度 60 80 干燥时间 1 3 后处理温度 70 保温时间 2 小时 5 3 注塑机的选择注塑机的选择 5 3 1 注塑机简介 1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机 这是注塑成型工艺 技术的一大突破 目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30 注塑机的 产量占整个塑料机械产量的50 成为塑料成型设备制造业中增长最快 产量最多的机种之一 注塑机的分类方式很多 目前尚未形成完全统一标准的分类方法 常 用的说法有 1 按设备外形特征分类 卧式 立式 直角式 多工位注塑机 2 按加工能力分类 超小型 小型 中型 大型和超大型注塑机 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类 但日常生活中用的 较少 5 3 2 注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量 注射压力 注射速度 塑化能力 锁 模力 合模装置的基本尺寸 开合模速度 空循环时间等 这些参数是设计 制 造 购买和使用注塑机的主要依据 1 公称注塑量 指在对空注射的情况下 注射螺杆或柱塞做一次最 大注射行程时 注射装置所能达到的最大注射量 反映了注塑机的加工能 力 2 注射压力 为了克服熔料流经喷嘴 浇道和型腔时的流动阻力 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 螺杆 或柱塞 对熔料必须施加足够的压力 我们将这种压力称为注射压 力 3 注射速率 为了使熔料及时充满型腔 除了必须有足够的注射压 力外 熔料还必须有一定的流动速率 描述这一参数的为注射速率或注射 时间或注射速度 常用的注射速率如表5 4所示 表5 4 注射量与注射时间的关系 注射量 CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 3 注射速率 CM S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间 S 1 1 25 1 5 1 75 2 25 3 3 75 5 4 塑化能力 单位时间内所能塑化的物料量 塑化能力应与注塑机 的整个成型周期配合协调 若塑化能力高而机器的空循环时间长 则不能 发挥塑化装置的能力 反之则会加长成型周期 5 锁模力 注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力 在此 力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开 6 合模装置的基本尺寸 包括模板尺寸 拉杆空间 模板间最大开 距 动模板的行程 模具最大厚度与最小厚度等 这些参数规定了机器加 工制件所使用的模具尺寸范围 7 开合模速度 为使模具闭合时平稳 以及开模 推出制件时不使 塑料制件损坏 要求模板在整个行程中的速度要合理 即合模时从快到慢 开 模时由慢到快在到停 8 空循环时间 在没有塑化 注射保压 冷却 取出制件等动作的情 况下 完成一次循环所需的时间 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 5 3 3 选择注塑机 由注射量选定注射机 由PRO E建模分析得 材料密度取 3 1 05kgdm 总体积V 79 6cm 3 总质量M 83 6g 流道凝料V 0 5V 流道凝料的体积 质量 是个未知数 根据手册 取0 5V 0 5M 来估算 塑件越大则比例可以取的越小 实际注射量为 V 79 6 1 5 119 43 cm 实 3 实际注射质量为M 1 5M 83 65 1 5 125 40g 实 根据实际注射量应小于0 8倍公称注射量原则 即 0 8V V 5 1 公实 V V 0 8 公实 119 43 0 8 149 29 cm 3 结合上面的计算 初步确定注塑机为表5 5所示 查国产注射机主要技 术参数表取SZ 250 160 主要技术参数如下 表5 5 国产注射机SZ 160 1000技术参数表 特性内容特性内容 结构类型卧拉杆内间距 mm 415x385 理论注射容积 cm 3 314 移模行程 mm 280 螺杆 柱塞 直径 mm 50 最大模具厚度 mm 400 注射压 MP a 147 最小模具厚度 mm 205 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 注射速率 g s 227 锁模形式 mm 液压 塑化能力 g s 21 模具定位孔直径 mm 120 螺杆转速 r min 10 200 锁模力 KN 1600 5 4 注射机的校核注射机的校核 5 4 1 最大注塑量的校核 为确保塑件质量 注塑模一次成型的塑件质量 包括流道凝料质量 应在公称注塑量的 35 75 范围内 最大可达 80 最小不小于 10 为了保证塑件质量 充分发挥设备的能力 选择范围通常在 50 80 V 119 43 cm V 314 cm 5 2 实 3 公 3 41 3 满足要求 119 43 2 314 5 4 2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后 可以按下式校核注塑机的额 定锁模力 F K A P 5 3 分型 1 2 2 30 10 140 80 6 804 6 KN 满足要求 式中 F 注塑机额定锁模力 1000KN K 安全系数 通常取 1 1 1 2 取 K 1 2 P型腔压力 取P 30MP A塑件和浇注系统在分型面上的投 型型a分 影面积之和 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 由 4 2 3 初定的成型周期为 30 秒计算 实际要求的塑化能力为 成型周期 每次实际注射量 即 8 36 g s 小于注塑机的塑化能力 21 g s 说明注 30 2 4 125 射机能完全满足塑化要求 5 4 3 定位圈尺寸校核 注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔 称之为定位孔 注 塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合 便于模具安装 并使主 流道的中心线与喷嘴的中心线相重合 模具端面凸台高度应小于定位孔 深度 5 4 4 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸 模具长宽方向 的尺寸要与注塑机拉杆 间距相适应 模具至少有一个方向的尺寸能穿 过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上 5 4 5 模具厚度校核 模具厚度必须满足下式 H H H 5 4 min m max 205300400 满足要求 式中 H 所设计的模具厚度 301 mm H 注塑机所允 mmin 许的最小模具厚度 205mm 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 H 注塑机所允许的最大模具厚度 400 mm max 5 4 6 模具安装尺寸校核 注塑机的动模板 定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或 T 形槽 用于安装固定模具 模具固定安装方法有两种 螺钉固定 压板 固定 采用螺钉直接固定时 大型模具常用这种方法 模具动 定模 板上的螺孔及其间距 必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致 采用 压板固定时 中 小模具多用这种方法 只要在模具的固定板附近有 螺孔就行 有较大的灵活性 该模具外形尺寸为 300 400 属中 小型模具 所以采用压板固定 法 一般认为当尺寸在 500 500 内为中 小模具 5 4 7 开模行程校核 所选注塑机为全液压式锁模机构 最大开模行程受模具厚度影响 此时最大开模行程 S等于注塑机移动 固定模板台面之间的最大距离 开 减去模具厚度 S H H 5 10 mm 5 5 开12 280 15 67 10 280 92 满足要求 式中 S 注塑机移模行程 280 mm 开 H 推出距离 15 mm 1 H 流道凝料与塑件高度 67 mm 2 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 6 6 浇注系统设计浇注系统设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止 的塑料熔体的流动通道 它由主流道 分流道 冷料穴和浇口组成 它 向型腔中的传质 传热 传压情况决定着塑件的内在和外表质量 它的 布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度 所以 浇注系统是模具设计中的主要内容之一 6 1 主流道主流道 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道 通常和注塑机的 喷嘴在同一轴线上 断面为圆形 有一定的锥度 目的是便于冷料的脱 模 同时也改善料流的速度 因为要和注塑机相配 所以其尺寸与注塑 机有关 如下 主要参数 锥角 3 内表面粗糙度 Ra 0 63 小端直径 m D d 0 5 1 mm 半径 R R 1 2 mm 材料 T8A 21 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞 所以主 流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套 以便选用优质的钢材单独加 工和热处理 6 2 分流道分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道 一般开设在分型面上 起分流 和转向作用 分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置 分 流道的设计应尽可能短 以减少压力损失 热量损失和流道凝料 常用 分流道断面尺寸推荐如表 5 1 所示 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 分流道的断面形状有圆形 矩形 梯形 U 形和六角形 要减少流 道内的压力损失 希望流道的截面积大 表面积小 以减小传热损失 因此 可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率 其中圆形 和正方形的效率最高 但正方形的流道凝料脱模困难 所以一般是制成 梯形流道 在该模具上取圆形断面形状 直径为 6mm 表 6 1 流道断面尺寸推荐值 塑料名称分流道直径 mm塑料名称分流道断面直径 mm ABS AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 4 8 9 5 1 6 9 5 1 6 9 5 3 5 10 8 10 8 12 5 5 10 5 10 8 10 聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚 3 5 10 3 5 10 6 5 16 6 5 8 0 3 5 8 0 6 5 10 6 5 10 2 4 10 6 5 13 河南理工大学万方科技学院本科毕业设计 论文 7 7 模架的确定模架的确定 注塑模模架国家标准有两个 即 GB T12556 1990 塑料注射模 中小型模架及其技术条件 和 GB T12555 1990 塑料注射模大型模 架 前者适用于模板尺寸为 B L 560mm 900mm 后者的模板尺寸 B L 为 630mm 630mm 1250mm 2000mm 由于塑料模具的蓬勃 发展 现在在全国的部分地区形成了自己的标准 该设计采用龙记标准 模架 7 1 模仁尺寸的确定模仁尺寸的确定 因为采用的是整体式凹模和整体式凸模 所以模仁的大小可以任意