手机外壳注塑模具设计及成型设计

I 摘 要 本次的毕业设计是手机外壳的注塑模的设计 该模具有重量轻 耐腐蚀老 化 使用寿命长 制作方便 价格低廉等特点 本课题采用 Pro E 软件和 CAD 对手机外壳及模具进行了三维造型和模架选 取 采用 Pro E 的数值模拟技术和经验设计计算相结合的方法优化设计 该设 计通过对多种相似塑件的模具结构参考 设计的是 ABS 塑件 采用的是一模双 腔注射 该产品采用侧浇口注射和组合是式型腔设置 依据产品的数量和塑料 的工艺性能确定了以单分型面注塑模的方式进行设计 由于塑件的工艺性能要 求注塑模中有冷却系统 因此在模具设计中也进行了设计 本次的设计中参考 了大量的文献 还在互联网上查找资料 设计过程比较完整 关键词 注塑模具 手机外壳 CAD 软件 ABS II Abstract The design is the cell phone case graduated from the injection mold design the mold is light weight corrosion resistant aging insulation production convenience low prices and other characteristics The product and mold of the cell phone case was 3D designed and mold base by Pro E software and CAD An optimized design was made by numerical simulation techniques of Pro E and experience According to the product quantity and the plastic handicraft function have ascertained that to be allotted a type only producing plastic articles by injection moulding face to face the model way carries out design we use the ABS as the raw material As the pieces of plastic injection mold of performance requirements in the cooling system in the mold design have also carried out in the design The reference in the design of a large number of documents also on the Internet to find information more comprehensive design process Keywords Injection mold cell phone case CAD software ABS III 目目 录录 摘摘 要要 I I ABSTRACTABSTRACT IIII 目目 录录 IIIIII 1 1 绪论绪论 1 1 1 1 注塑模具基本概念 1 1 1 1 塑料制件 1 1 1 2 本文研究的外壳模型 3 1 2 注塑模结构的组成及分类 4 2 2 塑件的成型工艺分析塑件的成型工艺分析 6 6 2 1 ABS 的注塑工艺条件 7 2 1 零件结构分析 10 3 3 注射设备的选择注射设备的选择 1111 3 1 有关塑件的计算 11 3 2 注塑机型号的确定 11 3 3 注塑机及型腔数量的校核 12 3 4 注塑机及参数量的校核 12 3 4 1 注射量的校核 12 3 4 2 注塑模结构的组成及分类 13 3 5 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 13 3 6 最大注射压力校核 14 3 6 1 模具与注射机安装部分的校核 14 3 6 2 开模行程校核 15 4 4 分型面的选择分型面的选择 1616 4 1 分型面的形式 16 4 2 分型面的设计原则 16 5 5 浇注系统的形式和浇口的设计浇注系统的形式和浇口的设计 1919 5 1 主流道的设计 19 5 1 1 主流道的尺寸 20 5 1 2 主流道衬套的形式 21 5 2 主流道冷料井的设计 22 5 3 分流道冷料井设计 23 5 4 分流道的设计 23 5 4 1 分流道的截面形状 23 5 4 2 分流道的截面尺寸 24 5 4 3 分流道的长度 24 IV 5 4 4 分流道的表面粗糙度 25 5 4 5 分流道的布置形式 25 5 4 6 分流道向浇口过渡部分的结构 26 5 5 浇口的设计 26 5 5 1 浇口尺寸的确定 26 5 5 2 浇口位置的选择 27 5 6 浇注系统断面尺寸计算 27 5 6 1 确定适当的剪切速率 28 5 6 2 确定体积流率 Q 28 6 6 标准件的选用和模架的确定标准件的选用和模架的确定 3030 7 7 合模导向机构的合模导向机构的设计设计 3333 7 1 导向结构的总体设计 33 7 1 1 导柱的设计 33 7 1 2 导套的设计 34 7 2 脱模推出机构的设计 35 8 8 成型零件的设计成型零件的设计 3737 8 1 成型零件的选材 37 8 2 凹模部分的结构设计 37 8 2 1 凹模的结构形式 37 8 2 2 凹模尺寸的计算 38 8 2 3 凹模的结构图 39 8 2 4 凸模尺寸的计算 40 8 2 5 凸模形状的确定 41 9 9 温度调节系统温度调节系统 4343 9 1 模具温度及其调节的重要性 43 9 2 模具温度与塑料成型温度的关系 43 9 3 冷却系统的结构 44 9 3 1 常见冷却系统的结构形式 44 9 3 2 冷却水路的布置 44 1010 模具的装配模具的装配 4848 10 1 模具的装配顺序 48 10 2 开模过程分析 49 结论结论 5151 致谢致谢 5252 参考文献参考文献 5353 附录附录 5454 附录 1 54 附录 2 54 1 1 绪论 1 1 注塑模具基本概念 1 1 1 塑料制件 是现代新兴产品之一 犹如空气 塑料时刻围绕在人们的身旁 如今我们 可谓是生存在塑料世界里 由于塑料具有密度小 化学稳定性好 电绝缘性能 高 比强度大等优异性能 再加上原料丰富 制作方便及成本低廉等优点 所 以在国民经济各领域等方面应用甚广 无论是工农业生产 交通运输 邮电通 信 军事国防 仪器仪表 文体医卫及建筑五金 还是能源开发 海洋利用等 各行各业都有这种新颖 性能特异的塑料产品 塑料是从石油生产出来的合成树脂加入增塑剂 稳定剂 填充剂及着色剂 等物质而组成的 原料为小颗粒或粉状 将这些小颗粒塑料加热溶化成粘流状 注塑到一个具有所需产品形状的型腔中 待塑料冷却后取出来 就得到了与型 腔形状一样的塑件 这个具有型腔的东西称为模具 因为它专门用于制作塑料 件 所以通常称为注塑模具 塑料工业是当今极具活力的一门产业 塑料是现代主要的工业结构材料之 一 广泛应用于汽车 宇航 电子通信 仪器仪表 文本用品 化工 纺织 医生卫生 建筑五金 家用电器等各个领域 至 2004 年 我国塑料制件的年产 量已突破 2500 万 T 展望 21 世纪 高分子合成材料将进入质的飞跃发展时期 纵观世界经济的发展 经济发展较快时 产品畅销 自然要求模具的制造 技术能跟上 目前 世界模具市场仍供不应求 可见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具有特别重要的意义 在日本被誉 为 进入富裕社会的原动力 在德国则冠之为 金属加工业中的帝王 在 罗马尼亚视为 模具就是黄金 可以断言 随着现代化技术的迅速发展 人 2 们生存在 塑料世界 中 注塑模在国民经济发展过程中将处于十分重要的地 位 我国塑料模具工业起步晚 底子薄 与工业发达国家相比存在很大的差别 但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和改革及开发方针 引导下 我国注塑模得到迅速发展 高效率 自动化 大型 微型 精密 无 流道 气体辅助 高寿命模具在整个塑料模具产量中所占的比重越来越大 从 模具设计和制造技术方面来看 注塑成型模具的发展趋势可归纳以下几方面 1 加深理论研究 在模具设计中 对工艺原理的研究越来越深入 模具 设计已由经验设计已由经验设计阶段逐渐向理论计算设计方面发展 尤其是注 塑时熔体流动引起的取向 这使塑件的质量会得到很大的提高 2 高效率 自动化 大量采用各种高效率 自动化的模具结构 高速自 动化的注塑成型机械配以先进的模具 对改善制件质量 提高生产效率 降低 产品成本起了很大的作用 3 大型 超小型及高精度 由于塑料具有异常的特性 应用范围十分广 阔 为了满足这些要求 研制了各种高强度 高硬度 高耐磨性能且易加工 热处理变形小 导热性优异的模具材料 4 标准化 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及降低模具的制造成本 5 扩大研究各种特殊结构的注塑模具 为了满足塑料制件的功能要求 应 进一步探索具有特殊性能的模具结构 6 全面推广 CAD CAE CAM 技术 CAD CAE CAM 技术是模具技术发展的一 个重要里程碑 实践证明 CAD CAE CAM 技术是模具制造的发展方向 现在 全国普及 CAD CAE CAM 技术的条件已基本成熟 随着计算机软件的发展和进步 技术培训工作也日趋简化 7 进一步加强快速原型制造技术 快速成型原理制造技术是美国首先推出 的 RPM 技术是精密机械制造 计算机 NC 技术 激光成型技术和材料科学最 新发展的高科技技术 被公认为是继 NC 技术之后的一次技术革命 这种方法制 造模具具有技术先进 成本较低 设计制造周期短 精度适中等特点 从模具 的概念设计到制造完成 仅为传统加工方法所需时间的 1 3 和成本的 1 4 左右 3 RPM 技术还可以解决石墨电极压力振动 研磨 成型法中母模制造的困难问题 8 超精加工和复合加工 航空航天等部门已应用纳米技术 必须要有超 高精度的模具制造超精度的零件 随着具向精密化和大型化方向发展 加工精 度超过 1 微米的超精度加工技术和集电 化学 超声波 激光等技术综合在一 起的复合加工技术在今后的模具制造中将有广泛的前景 注塑成型业称注射成型 它是目前塑料加工中最普遍采用的方法之一 可 用来生产空间几何形状非常复杂的塑料制件 由于它具有应用面广 成型周期 短 花色品种多 制件尺寸稳定 产品易更新换代 生产效率高 模具服役条 件好 塑件尺寸精度高 生产操作容易实现机械化和自动化等诸方面的优点 因此 在整个 塑料制件生产行业中 注塑成型占有非常重要的地位 目前 除 了少数几种塑料品种外 几乎所有的塑料 即全部热塑性塑料和部分热固性塑 料 都可采用注塑成型 据统计 注塑制件约占所有塑料制件总产量的 30 全世界每年生产的注塑数量约占所有塑料成型模具数量的 50 注塑成型原理 将塑料颗粒定量加入到注塑机的料筒内 通过料筒的传热 以及螺杆转动时产生的剪切摩擦作用使塑料逐步熔化呈粘流状态熔体 然后在 柱塞或螺杆的高压推挤下 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注入到温度低的 闭合模具的型腔中 由于模具的冷却作用 使模腔内的熔融塑料逐渐凝固并定 型 最后开启模具便可从模腔中推出具有一定形状和尺寸的注塑件 上述过程 大致可以归纳为 加料 塑料熔融 冷却定型 塑件脱模 1 1 2 本文研究的外壳模型 当今世界 随着通信行业的发展 手机已经是日常生活中的必需品 由于 手机的大量需求 手机塑料外壳也需要批量生产 而且现在很多消费者都注重 手机的美观性 外壳作为手机的一部分 它的美观性也是很重要的 本设计正 是基于 cad 的手机外壳的注塑模具设计 利用 CAD CAM CAE 技术在较短模具 开发周期 较低模具生产成本 使整个产品更具市场竞争力 4 手机模型 k680 如图所示 图 1 1 k680 手机模型图 1 2 注塑模结构的组成及分类 注塑成型生产中使用的模具简称注塑模 它具有实现注塑成型生产的工艺 装备 注塑模 塑料原材料和注塑机通过成型工艺联系在一起 形成注塑成型 生产单元 注塑模具主要用来成型热塑性塑料制件 但近年来越来越广泛地用 于成型热固性塑料制件 1 从模具的使用和注塑机上的安装来看 每一付注塑模都可分成两大部分 即定模部分和动模部分 成型时动模与 定模闭合构成型腔和浇注系统 开模时动模与定模分离取出塑件 2 从模具上各个部件所起的作用来看 根据模具上各个部件的不同作用 可细分为以下几个部分 1 成型零部件 2 浇注系统 3 导向部件 4 脱模机构 5 侧向分型抽芯机构 6 温度调节系统 5 7 排气系统 8 其他零部件 注塑模的分类方法很多 按照不同的划分依据 通常有以下几类 1 按塑料成型材料类别分为热塑性注塑模 热固性塑料注塑模 2 按模具型腔数目分为单型腔注塑模 多型腔注塑模 3 按模具安装方式分为移动式注塑模 固定式注塑模 4 按注塑机类型分为卧式注塑模 立式注塑模和直角式注塑模 5 按塑件尺寸精度分为一般注塑模 精度注塑模 6 按注塑模的总体结构特征 可分为以下几种 1 单分型面注塑模 二板式注塑模 2 双分型面注塑模 三板式注塑模 3 带活动成型零部件的注塑模 4 带侧向分型抽芯的注塑模 5 自动卸螺纹注塑模 6 定模设推出装置的注塑模 7 无流道注塑模 6 2 塑件的成型工艺分析 聚酰胺 PA 通称尼龙 由二元胺和二元酸通过缩聚反应制取或氨基酸自聚 而成 它有以下成型特性 1 成型时流动性好 2 易吸湿 成型后尺寸变化大 3 成型时制品的收缩 率范围大收缩率大 制品易翘曲变形 4 熔融温度范围窄 尼龙有良好的力学性能 其抗冲击强度比一般塑料有显著提高 本身无毒 无味 不霉烂其吸水性强 收缩率大 常常因吸水而引起尺寸变化 尼龙具有 良好的消音效果和自润滑性能 耐化学性能良好 对酸 碱 盐性能稳定 耐 溶剂性能和耐油性也好 但电性能不是良好 稳定性差 成型加工时 尼龙具 有较低的熔融粘度和良好的流动性 生产的制件容易产生飞变 因其吸水性强 成型加工前必须进行干燥处理 熔融状态的尼龙热稳定性较差 由于尼龙的较 好力学性能 被广泛地使用在工业上制作各种机械 化学和电气零件 对模具和成型条件的要求 1 对模具结构要求 模具刚度大 排气孔要浅 冷却系统良好 2 成型工艺条件 1 温度 熔料温度 230 C 280 C 模具温度 80 C 90 C 当壁厚大于 3mm 时 建议使用 20 C 40 C 的低温模具 料筒温度 PA6 一般为 230 C PA66 为 250 C 270 C 2 注射压力 75MPa 125MPa 3 注射速度 高速 3 成型前应充分干燥 ABS 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 有良 好的耐化学腐蚀及表面硬度 有良好的加工性和染色性能 ABS 无毒 无味 呈微黄色 成型的塑件有较好的光泽 密度为 1 02 1 05g cm ABS 有良好的 机械强度和一定的耐磨性 耐寒性 耐油性 耐水性 化学稳定性和电气性能 水 无机盐 碱和酸类对 ABS 几乎无影响 ABS 不溶于大部分醇类及烃类溶剂 但与烃长期接触会软化溶胀 ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性 易与成型加工 经过调色可配成任何颜色 ABS 的缺点是耐热性不高 连续工作温度为 70 C 左 右 热变形温度为 93 C 左右 且耐气候性差 在紫外线作用下易发脆 ABS 在 升温时粘度增高 所以成型压力高 故塑件上的脱模斜度宜稍大 ABS 易吸水 成型加工前应进行干燥处理 ABS 易产生熔接痕 模具设计时应注意尽量少浇 7 注系统对料流的阻力 在正常的成型条件下 壁厚 熔料温度对收缩率影响极 小 因此 ABS 一般用来制作水表壳 纺织器材 家用电器外壳 文育用品教 体 玩具 电子琴及家具等 经过两种材料各方面地对比 该塑件使用 ABS 材 料 2 1 ABS 的注塑工艺条件 1 温度 在注射成型过程中需要控制的温度又料筒温度 喷嘴温度和模具温度等三 种温度 其中料筒温度 喷嘴温度主要影响塑料的塑化和流动 模具温度则影 响塑料的流动和冷却定型 1 干燥处理 ABS 材料具有吸湿性 要求在加工之前进行干燥处理 建 议干燥条件为 80 90 C 下最少干燥 2 小时 材料温度应保证小于 0 1 2 料筒温度 料筒温度的选择与塑料的品种 特性有关 不同的塑料具 有特定的粘流态温度或熔点 为了保证塑料熔体的正常流动 不使物料发生过 热分解 料筒最适合的温度范围应在粘流温度或熔点温度和热分解温度之间 但应注意 料筒温度太高时塑料易产生低分子化合物和分解成气体 使使塑料 表面变色 产生气泡 银丝及斑纹 导致性能下降 料筒温度太高还会使得模 腔中塑料内外冷却不一致 塑件易产生应力和凹痕 同时 熔料的温度高 流 动性好 易产生溢料 溢边等缺陷 料筒温度太低时 熔体流动性差 易产生 熔接痕 充填不足 波纹等缺陷 同时 由于料筒温度太低 塑料冷却时易产 生应力 塑件容易产生变形或开裂等现象 料筒的温度分布一般采用前高后低 的原则 即料筒的加料口 后段 处温度最低 喷嘴处的温度最高 料筒后段 温度应比中段 前段温度低 5 10 C 在注射同一种塑料时 螺杆式注射机料 筒温度可比柱塞式注射机料筒温度低 10 20 C 为了避免熔料在料筒中过热降 解 必须控制熔料在料筒中内的滞留时间 通常 提高料筒温度以后 都要适 当缩短熔体在料筒内的滞留时间 一般料筒温度 后段 150 170 C 中段 165 180 C 前段 180 200 C 3 喷嘴温度 喷嘴温度一般略低于料筒的最高温度 喷嘴温度太高 熔 8 料在喷嘴处产生流延象 塑料容易产生热分解现象 但喷嘴温度也不能太低 否则易产生冷块或僵块 使熔体产生早凝 其结果是凝料堵塞喷嘴 或是将冷 料注入模具型腔 导致成品缺陷 一般喷嘴温度 170 180 C 4 模具温度 模具温度对熔体的充模流动能力 塑件的冷却速度和成型 后的塑件性能等有直接影响 模具温度选择取决于塑料的分子结构特点 塑件 的结构及性能要求和其他成型工艺条件 熔体温度 注射温度 注射压力和模 塑周期等 对塑料熔体来说 注射过程都是冷却过程 为了使塑料成型和顺利 脱模 模具的温度应低于塑料的玻璃化温度和工业上常用的热变形温度 在满 足注射过程要求的温度下 采用尽可能低的模具温度 以加快冷却速度 缩短 冷却时间 还可以把模具温度保持在比热变形温度稍低的状态下 使塑件在比 较高的温度下脱模 然后自然冷却 可以缩短塑件在模内的冷却时间 一般模 具温度 25 70 C 模具温度将影响塑件光洁度 温度较低则导致光洁度较低 2 压力 注射成型过程中的压力包括塑化压力 注射压力和保压压力三种 它们直 接影响塑料的塑化和塑件质量 1 塑化压力 塑化压力又称螺杆背压 它是指采用螺杆式注射机注射时 螺杆头部熔料在螺杆转动时所受到的压力 这种压力的大小可以通过液压系统 中的溢流阀调整 注射中 塑化压力的大小是随螺杆的设计 塑件质量的要求 以及塑料的种类等的不同而确定的 一般操作中 在保证塑件质量的前提下 塑化压力越低越好 其具体数值随塑料的品种而定 一般为 6 20MPa 2 注射压力 就是指柱塞或螺杆轴向移动时其头部对塑料熔体所施加的 压力 在注射机上常用压力表指示出注射压力的大小 一般在 40 130MPa 之间 压力的大小可通过注射机的控制系统来调整 注射压力的大小取决于注射机的 类型 塑料的品种以及模具浇注系统的结构 尺寸与表面粗糙度 模具温度 塑件的壁厚及流程的大小等 关系十分复杂 目前难以作出具有定量关系的结 论 3 保压压力 型腔充满后 继续对模内熔料施加的压力称为保压压力 保压压力的作用是使熔料在压力下固化 并在收缩时进行补缩 从而获得健全 9 的塑件 保压大小也会对成型过程产生影响 保压压力太高 易产生溢料 溢 边 增加塑件的应力 保压压力太低 会造成成型不足 保压压力等于或小于 注射时所用的注射压力 3 时间 成型周期 完成一次注射成型过程所需的时间称成型周期 它包括合模时间 注射时 间 保压时间 模内冷却时间和其他时间等 1 合模时间 合模时间是指注射之前模具闭合的时间 合模时间太长 则模具温度过低 熔料在料筒中停留时间过长 合模时间太短 模具温度相对 较高 2 注射时间 注射时间是指注射开始到充满模具型腔的时间 在生产中 小型塑件注射时间一般为 3 5s 大型塑件注射时间可达几十秒 注射时间中的 充模时间与充模速度成反比 注射时间缩短 充模速度提高 取向下降 剪切 速率增加 绝大多数塑料的表现粘度均下降 对剪切速率敏感的塑料尤其这样 3 保压时间 保压时间是指型腔充满后继续施加压力的时间 一般为 20 25s 特厚塑件可高达 5 10min 保压时间过短 塑件不紧密 易产生凹痕 塑件尺寸不稳定等 保压时间过长 加大塑件的应力 产生变形 开裂 脱模 困难 4 模内冷却时间 模内冷却时间是指塑件保压结束至开模以前所需的时 间 冷却时间主要决定于塑件的厚度 塑料的热性能 结晶性能以及模具温度 等 冷却时间的长短应以脱模时塑件不引起变形为原则 冷却时间一般在 30 120s 之间 冷却时间过长 不仅延长生产周期 降低生产效率 对复杂塑 件还将造成脱模困难 易变形 结晶度高等 冷却时间过短 塑件易产生变形 等缺陷 5 其他时间 其他时间是指开模 脱模 喷涂脱模剂 安放嵌件等时间 模具的成型周期直接影响到生产率和注射机使用率 因此 生产中在保证质 量的前提下应尽量缩短成型周期中各个阶段的有关时间 整个成型周期中 以 注射时间和冷却时间最重要 他们对塑件的质量均有决定性影响 10 4 注射速度 中高速度 分析塑件的结构工艺性 该塑件尺寸中等 整体结构较简单 由于上表面为 工作表面对其精度要求較高 下表面为非工作面 精度要求相对较低 再结合 其材料性能 故选一般精度等级 四级 具体 ABS 的注射工艺参数见表 2 1 表 2 1 注塑机主要参数 注射机类型螺杆式 螺杆转速 r min 1 30 60 形式直通式 喷 嘴 温度 180 190 前段200 210 中段210 230 料筒温度 后段180 200 模具温度 50 70 注射压力 MPa70 90 保压压力 MPa50 70 注射时间 s3 5 保压时间 s15 30 冷却时间 s15 30 成型周期 s40 70 2 1 零件结构分析 1 结构分析 塑件为手机外壳的上半部分 应有一定的结构强度 由于中间有手机的按 键及手机显示屏 后面有与后盖联接的塑料倒扣 所以应保证它有一定的装配 精度 由于该塑件为手机外壳 因此对表面粗糙度要求不高 2 工艺性分析 精度等级 采用 5 级低精度 脱模斜度 在塑料制品的成型中 为了便于将制品从模具内脱出 制品的 11 内外壁必须油足够的脱模斜度 脱模斜度与塑料品种 制品形状 模具结构等 因素有关 一般情况下在 30 3 之间选取 塑件外表面 40 1 20 塑件 内表面 30 1 脱模斜度不包括在塑件的公差范围内 塑件外形以型腔大端 为准 塑件内形以型芯小端为准 12 3 注射设备的选择 除了模具的结构 类型和一些基本参数和尺寸外 模具的型腔数 需用的 注射量 塑件在分型面上的投影面积 成型时需要的合模力 注射压力 模具 的厚度 安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关 如果两者不相匹配 则模具无法使用 为此 必须对两者之间有关数据进行较 核 并通过较核来设计模具与选择注射机型号 3 1 有关塑件的计算 估算塑件体积和质量 该产品材料为 ABS 查书本得知其密度为 1 13 1 14g cm3 收缩率为 0 5 计算其平均密度为 1 135 g cm3 平均收缩率为 0 5 使用 PRO E 软件画出三维实体图 软件能自动计算出所画图形浇道凝料和 塑件的体积 体积 3 9420934 cm 曲面面积 8 7216837 cm2 密度 1 05 g cm 质量 4 1391980 g 3 2 注塑机型号的确定 根据塑件的体积初步选定用 XS Z 60 卧式 型注塑机 SZ 60 40 卧式 型注塑机的主要技术规格如表 3 1 表 3 1 注塑机的主要参数 理论注射容积 cm 60 螺杆直径 mm 30 注射压力 MPa 180 注射速率 g s 70 塑化能力 g s 35 螺杆转速 r min 0 200 13 锁模力 kN 400 拉杆有较距离 mm 220 300 移模行程 mm 250 模具最大厚度 mm 250 模具最小厚度 mm 150 锁模形式双曲肘 模具定位孔直径 mm 80 喷嘴球半径 mm SR10 喷嘴口孔径 mm 3 模板尺寸 mm 200 315 3 3 注塑机及型腔数量的校核 1 主流道的体积约为 V cm 3 14 0 632 2 5 3 988 2 分流道与浇口的体积约为 V cm 13 1 1304 14 6952 3 该模具总共需填充塑件的体积约为 V cm 2 3 9420934 3 988 14 6952 26 5672 3 4 注塑机及参数量的校核 3 4 13 4 1 注射量的校核注射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注 射量的 80 以内 在一个注射成形周期内 需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量 应为 制件和浇注系统两部份容量或质量之和 即 V nVz Vj 或 M nmz mj 式 3 1 式中 V m 一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量 cm 或 g n 型腔数目 14 Vz mz 单个塑件的容量或质量 cm 或 g Vj mj 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量 cm 或 g 故应使 nVz Vj 0 8Vg 或 nmz mj 0 8mg 式中 Vg mg 注射机额定注射量 cm 或 g 根据容积计算 nVz Vj 26 5672 0 8Vg 可见注射机的注射量符合要求 3 4 23 4 2 注塑模结构的组成及分类注塑模结构的组成及分类 型腔数量与注射机的塑化率 最大注射量及锁模力等参数有关 此外 还 受塑件的精度和生产的经济性等因数影响 可根据注射机的最大注射量确定型腔数 n 式 3 2 1 2 m mKmN n 式中 K 注射机的最大注射量的得用系数 一般取 0 8 mN 注射机允许的最大注射量 m 2 浇注系统所需塑料的质量或体积 g 或 cm m 1 单个塑件的质量或体积 g 或 cm 所以需要 8 942 3 6832 18608 0 n n 2 符合要求 3 5 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核 注射时塑料熔体进入型腔内仍然存在较大的压力 它会使模具从分型面涨 15 开 为了平衡塑料熔体的压力 锁紧模具保证塑件的质量 注射机必须提供足 够的锁模力 它同注射量一样 也反映了注射机的加工能力 是一个重要参数 注射成型时 塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素 其数值越大 需要的锁模力也就越大 如果这一数值超过了注射机允许使用的 最大成型面积 则成型过程中将会出现溢漏现象 因此 设计注射模时必须满 足下面关系 nA1 A2 A 式中 A 注射机允许使用的最大成型面积 mm2 其他符号意义同前 注射成型时 模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关 为了可靠地锁模 不使成型过程中出现溢漏现象 应使塑料熔体对型腔的成型 压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模 力 即 nA1 A2 p F 式中符号意义同前 所以需要 2 40 95 9 80 83200 A 查得 ABS 的平均成型压力为 30 cm2 MPa 2 4 9 5 0 9 8 30 83 2 30 2 5 F 符合要求 3 6 最大注射压力校核 注射机的额定注射压力即为它的最高压力 pmax 应该大于注射机成型时所调 用的注射压力 即 pmax Kp0 很明显 上式成立 符合要求 16 3 6 13 6 1 模具与注射机安装部分的校核模具与注射机安装部分的校核 喷嘴尺寸 注射机头为球面 其球面半径与相应接触的模具主流道始端 凹下的球面半径相适应 模具厚度 模具厚度 H 又称闭合高度 必须满足 Hmin H Hmax 式中 Hmin 注射机允许的最小厚度 即动 定模板之间的最小开距 Hmax 注射机允许的最大模厚 注射机允许厚度 150 H 250 符合要求 3 6 23 6 2 开模行程校核开模行程校核 开模行程 s 合模行程 指模具开合过程中动模固定板的移动距离 注射 机的最大开模行程与模具厚度无关 对于单分型面注射模 Smax s H1 H2 5 10mm 式中 H1 摧出距离 脱模距离 mm H2 包括浇注系统凝料在内的塑件高度 mm 开模距离取 H1 20 包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 40 余量取 8 则有 Smax s 20 20 28 68 符合要求 17 4 分型面的选择 塑料在模具型腔凝固形成塑件 为了将塑件取出来 必须将模具型腔打开 也就是必须将模具分成两部分 即定模和动模两大部分 定模和动模相接触的 面称分型面 分型面是决定模具结构形式的一个重要因素 它与模具的整体结 构 浇注系统的设计 塑件的脱模和模具的制造工艺等有关 因此 分型面的 选择是注射模设计中的一个关键 4 1 分型面的形式 注射模具的只有一个分型面 有的有多个分型面 在多个分型面的模具中 将脱模时取出塑件的那个分型面称为主分型面 其他的分型面称为辅助分型面 辅助分型面时为了达到某种目的而设计的 分型面的形状有直分型面 倾斜分 型面 阶梯分型面 曲面分型面 瓣合分型面 4 2 分型面的设计原则 由于分型面受塑件在模具中的成型位置 浇注系统设计 塑件结构工艺分 析性及尺寸精度 嵌件的位置 塑件的推出 排气等多种因素的影响 因此在 选择分型面时应综合分析比较 以选出较为合理的方案 选择分型面时 应遵 循以下几项基本原则 1 分型面应选在塑件外形最大轮廓处 塑件在动 定模的方位确定后 其分型面应选在塑件外形的最大轮廓处 否则塑件会无法从型腔中脱出 这是最基本的选择原则 2 分型面的选择应有利于塑件顺利脱模 由于注塑机的顶出装置在动 模一侧 所以分型面的选择应尽可能使塑件在开模后在动模一侧 这样有 助于在动模部分设置的推出机构工作 若在定模内设置推出机构就会增加 模具的复杂程度 3 分型面的选择应保证塑件的尺寸精度合表面质量 同轴度的要求较 高的塑件 选择分型面时最好把有同轴度要求的部分放置在模具的同一侧 18 4 分型面的选择应有利于模具的加工 通常在模具设计中 选择平直 分型面居多 但为了便于模具的制造 应根据模具的实际情况选择合理的 分型面 5 分型面的选择应有利于排气 分型面的选择与浇注系统的设计应同时考 虑 为了使型腔有良好的排气条件 分型面应尽量设置在塑料融体流动方向的 末端 该塑件的模具只有一个分型面 垂直分型 根据以上原则 确定该模具的分型面图 4 1 4 2 4 3 所示 第一次分型 图 4 1 第一分型面 第二次分型 19 图 4 2 第二分型面 1 图 4 3 第二分型面料 2 20 5 浇注系统的形式和浇口的设计 浇注系统是指模具中由注塑机喷嘴到型腔之间的进料通道 普通浇注系统 一般由主流道 分流道 浇口和冷料穴等四部分组成 浇注系统的设计是模具 设计的一个重要环节 设计合理与否对塑件的性能 尺寸 内在质量 外在质 量及模具的结构 塑料的利用等有较大影响 对浇注系统进行设计时 一般应 遵循以下基本原则 1 了解塑料的成型性能 了解被成型的塑料熔体的流动特性 温度 剪切 速率对粘度的影响等十分重要 设计的浇注系统一定要适应所用塑料的成型性 能 保证成型塑件的质量 2 尽量避免或减少产生熔接痕 在选择浇口位置时 应注意避免熔接痕的 产生 3 有利于型腔中气体的排出 浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔 的各个部分 使浇注系统及型腔中原有的气体有序地排出 避免因气阻产生凹 陷等缺陷 4 尽量采用较短的流程充满型腔 在选择浇口位置的时候 对于较大的模 具型腔 要力求以较短的流程充满型腔 使塑料熔体的压力损失和热量损失减 小到最低限 以保持较理想的流动状态和有效的传递最终压力 保证塑件良好 的成型质量 5 流动距离比的校核 对于大型或薄壁塑料制件 塑料熔体有可能因其流 动距离过长或流动阻力太大而无法充满整个型腔 5 1 主流道的设计 主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间 必须使 熔体的温度降低和压力降最小 且不损害其把塑料熔体输送到最 远 位置的 能力 在卧式注射机上使用的模具中 主流道垂直于分型面 为使凝料能从其中 21 顺利拔出 需设计成圆锥形 锥角为 2 6 5 1 15 1 1 主流道的尺寸主流道的尺寸 1 主流道小端直径 主流道小端直径 d 注射机喷嘴直径 2 3 3 2 3 取 d 5 mm 2 主流道的球半径 主流道的球半径 SR 10 1 2 取 SR 12 mm 3 球面配合高度 球面配合高度为 3 5 取 3 mm 4 主流道长度 主流道长度 L 应尽量小于 60mm 上标准模架及该模具结构 取 L 32 mm 5 主流道锥度 主流道锥角一般应在 2 6 取 4 所以流道锥度为 2 2 6 主流道大端直径 主流道大端直径 D d 2Ltg 2 4 6 3 mm 7 主流道大端倒圆角 倒角 D 8 0 6 mm 根据以上数据和注射机的有关参数 设计出主流道 5 1 22 图 5 1 主流道形式 5 1 25 1 2 主流道衬套的形式主流道衬套的形式 主流道部分在成型过程中 其小端入口处与注射机喷嘴及一定温度 压力 的塑料熔要冷热交换地反复接触 属易损件 对材料要求较高 因而模具的主 流道部分常设计成可拆卸更换的衬套式 俗称浇口套 以便有效地选用优质钢 材单独进行加工和热处理 一般采用碳素工具钢如 T8A T10A 等 热处理要求 淬火 53 57 HRC 主流道衬套应设置在模具对称中心位置上 并尽可能保证 与相联接的注射机喷嘴同一轴心线 如图 5 2 图 5 2 主流道的位置 主流道衬套的形式有两种 一是主流道衬套与定位圈设计成整体式 一般 用于小型模具 二是主流道衬套与定位圈设计成两个零件 然后配合在固定在 模板上 该模具尺寸较小 主流道衬套可以选用整体式 设计出主流道衬套的尺寸如图 4 3 所示 23 图 5 3 主流道的具体尺寸 主流道衬套的固定形式如图 5 4 所示 图 5 4 衬套的固定形式 5 2 主流道冷料井的设计 主流道冷料井设计成带有摧杆的冷料井 底部由一根摧杆组成 摧杆装于 摧杆固定板上 与摧杆脱模机构连用 冷料井的孔设计成倒锥形 便于将主流 道凝料拉出 当其被摧出时 塑件和流料凝道能自动坠落 易于实现自动化操 作 24 主流道冷料井的设计如图 5 5 所示 图 5 5 主流道冷料井的设计 5 3 分流道冷料井设计 当分流道较长时 可将分流道的端部沿料流前进方向延长作为分流道冷料 井 以储存前锋冷料 其长度为分流道直径的 1 5 2 倍 5 4 分流道的设计 该模具为一模两腔的结构 应设置分流道 分流道的设计应能满足良好的 压力传递和保持理想的填充状态 使塑料熔体尽快地流经分流道充满型腔 并 且流动过程中压力损失及热量损失尽可能小 能将塑料熔体均衡地分配到各个 型腔 5 4 15 4 1 分流道的截面形状分流道的截面形状 常用分流道的截面面形状有圆形 梯形 U 字形和六角形等 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 以减少传热损失 因此可用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率 圆形截面效率最高 即比表面最小 由于正方形流道凝料脱模困难 实际使用侧面具有斜度为 5 10 的梯形流道 浅矩形及半圆形截面流道 由于其效率低 比表面大 通常不采用 当分型面为平面时 可采用梯形或 U 字型截面的分流道 从上述分析 为了减少流道的热量损失考虑到流道的效率 该模具分流道 25 截面采用圆型截面 5 4 25 4 2 分流道的截面尺寸分流道的截面尺寸 分流道的截面尺寸应根据塑件的成形体积 塑件壁厚 塑件形状 所用塑 料的工艺性能 注射速率以及分流道的长度等因素来确定 1 对于壁厚小于 3mm 质量在 200g 以下的塑件 可用下述公式确定分流 道的直径 D 0 2654W L 式 5 1 其中 D 流道直径 mm W 塑件的质量 g L 分流道的长度 mm 此式计算的分流道直径限于 3 2 9 5 mm 根据前面的计算数据 有 D 0 265 4 139 55 1 5 mm 故不在适应范围 2 根据分流道截面形状与流动理论长度的关系和 塑料成形工艺与模具 设计 表 5 3 再考虑到 ABS 的成型工艺性能 可确定分流道直径为 6mm 因此 分流道截面形状如图 5 6 所示 图 5 6 分流道截面 26 5 4 35 4 3 分流道的长度分流道的长度 分流道的长度应尽量短 且少弯折 分流道长度为 L 50 15 2 110 mm 5 4 45 4 4 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却 只有中心部位的塑料熔体 的流动状态较为理想 因此分流道的内表面粗糙度 Ra 并不要求很低 一般取 0 63 1 6 m 这样表面稍不光滑 有助于增大塑料熔体的外层流动阻力 避 免熔流表面滑移 使中心层具有较高的剪切速率 5 4 55 4 5 分流道的布置形式分流道的布置形式 分流道的布置取决于型腔的布局 两者相互影响 该模具为一模两腔 采 用平衡式布置 平衡式布置要求从主流道至各个型腔的分流道 其长度 形状 断面尺寸 等都必须对应相等 达到各个型腔的热平衡和塑料平衡 因此各个型腔的浇口 尺寸也可以相同 达到各个型腔均衡地进料 该模具分流道为圆形截面 在定模座板和定模板上都开有分流道 其形式 如图 5 7 27 图 5 7 分流道的设计 5 4 65 4 6 分流道向浇口过渡部分的结构分流道向浇口过渡部分的结构 圆形分流道与矩形浇口的连接形式 状图 5 8 浇口形 5 5 浇口的设计 综合点浇口呼侧浇口两种浇口形式的优缺点 采用剪切浇口 因为塑件侧 壁距离横浇道较远 因直接在侧壁进料是很难实现的 因此又增设了工艺输助 28 浇口 从而使浇注系统进一步完善 这种浇口形式主要有以下优点 一是塑件 表面无浇口痕迹 并且外表面无明显的熔接痕 所以外观质量较好 二是浇口 的位置和数量可视塑件的质量而增加 减少或改变浇口的位置 模具修改也比 较方便 三是在塑件顶出的同时 浇口剪断并脱落 可节省去毛刺工序 并有 得于机床自动化 从塑料流程尽量一致的原则出发 采用了两个剪切浇口处都 设有顶杆 用以切断剪切浇口 其工艺辅助浇口可手工去除 5 5 15 5 1 浇口尺寸的确定浇口尺寸的确定 浇口结构尺寸可由经验公式 并由 塑料模具技术手册 之 轻工模具手 册之一 中图 3 31 查得 浇口深度 h 0 5 2 0 h nt 0 8 取 h 1 mm 式中 h 浇口深度 mm n 塑料系数 由塑料性质决定 t 塑件壁厚 mm 浇口宽度 b 1 5 5 0 式 5 2 取 b 1 8 mm 式中 A 塑件型腔表面积 浇口长度 l 0 5 1 75 为了去除浇口方便 浇口长度 l 也可取 0 7 2 5 所以可取 l 1 0 mm 5 5 25 5 2 浇口位置的选择浇口位置的选择 浇口位置的选择对塑件质量的影响极大 选择浇口位置时应遵循如下原则 避免塑件上产生缺陷 浇口应开设在塑件截面最厚处 有利于塑料熔体的流动 29 的利于型腔的排气 考虑塑件受力情况 增加熔接痕牢度 流动定向方位对塑件性能的影响 浇口位置和数目对塑件变形的影响 校核流动比 防止型芯或嵌件挤压位移或变形 此外 在选择浇口位置和形式时 还应考虑到浇口容易切除 痕迹不明显 不影响塑件外观质量 流动凝料少等因素 5 6 浇注系统断面尺寸计算 根据所用注射机的技术规格 作了几种塑料熔体的充模计算 结果认为主 流道和分流道的剪切速率 5 10 5 10 s 1 浇口剪切速率 104 105 s 1 f Q Rn 的关系式可用如下的经验公式表达 式 5 3 式中 熔体在流道中的剪切速率 Q 熔体在流道中的体积流率 Rn 浇注系统断面当量半径 5 6 15 6 1 确定适当的剪切速率确定适当的剪切速率 浇注系统各段的 值如下 1 主流道 s 5 10 s 1 2 分流道 r 5 10 s 1 3 点浇口 Q 105s 1 4 其它浇口 Q 5 10 5 104s 1 30 5 6 25 6 2 确定体积流率确定体积流率 Q Q 浇注系统中各段的 Q 值是不同的 1 主流道的 Qs 根据模具成型塑件的体积和所用注射机的技术规格 由下式计算 cm3 s 式 5 4 式中 Qs 主流道的体积流率 注射时间 QP 模具成型塑件的体积 通常取 QP 0 5 0 8 Qn Qn 注射机的分称注射量 由 轻工模具手册之一 中表 3 10 根据注射机的公称注射量得注射时间 1 0s 所以 24 3064 1 24 3 s 2 分流道的 QR 和浇口处的 QG 对于多点进料的单腔模 或各型腔相同的多腔模 若分流道采用平衡式布 置 则各分流道及浇口中的体积流率为 QR QG Qs m cm3 s 式中 QRQG 分流道或浇口中的体积流率 m 分流道的数目 所以 QR QG 24 3 2 12 15 cm3 s 由上述经验公式可算出 1 主流道 式 5 5 2 分流道 式 5 6 31 3 浇口 式 5 7 以上浇注系统断面的确定也可以根据 Q Rn 关系曲线图直接查得 32 6 标准件的选用和模架的确定 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类 通用标准件如紧固件等 模具专用标准件如定位圈 浇口套 推杆 推管 导柱 导套 模具专用弹簧 冷却及加热元件 顺序分型机构及精密定位用标准组件等 由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸 再结合标准模架 可选用标准模 架 200 L 其中 L 取 315mm 可符合要求 模具上所有的螺钉尽量采用内六角螺钉 模具外表面尽量不要有突出部分 模具外表面应光洁 加涂防锈油 两模板之间应有分模隙 即在装配 调试 维修过程中 可以方便地分开 两块模板 分模隙常见形式如图 6 1 图 6 1 分模隙 1 图 6 1 分模隙 2 1 定模固定板 定模座板 250 315 厚 25mm 主流道衬套固定孔与其为 H7 m6 过渡配合 33 通过 6 个 10 的内六角螺钉与定模固定板连接 定模垫板通常就是模具与注射机连接处的定模板 2 定模板 200 315 厚 25mm 上面的型腔为整体式 有四个型芯固定孔 其导柱固定孔与导柱为 H7 m6 过渡配合 3 动模固定板 250 315 厚 25mm 用于固定型芯 凸模 导套 为了保证凸模或其它零件固定稳固 固定板 应有一定的厚度 并有足够的强度 一般用 45 钢或 Q235A 制成 最好调质