仪表外壳塑料模设计

1 塑料成型工塑料成型工艺艺与模具与模具设计设计 课程设计说明书 设计课题 设计课题 仪表外壳仪表外壳 成型模具设计成型模具设计 设设 计计 者者 王炜东王炜东 专专 业业 模具设计与制造模具设计与制造 班班 级级 241020 设计时间设计时间 2012 6 15 指导老师指导老师 李成凯李成凯 学学 号 号 07 2 目录目录 一 塑件成型工艺 卡 4 二 塑料的工艺性设 计 5 2 1 该制件的材料分 析 5 2 2 制件的尺寸精度分 析 6 2 3 塑件结构工艺分 析 6 三 编制塑件成型工艺参 数 6 四 初步选择注射成型设 备 7 4 1 根据最大注射量初选设 3 备 7 4 2 依据最大锁模力初选设 备 7 五 分型面的确定与浇注系统的设 计 8 5 1 确定型腔数目及布置 8 5 2 选择分型 面 9 5 3 浇注系统的设 计 10 六 注射模具结构类型及模架的选 用 12 6 1 确定模架组合形 式 12 6 2 确定模仁大 小 13 6 3 模架的确定和标准模架的选 用 13 6 4 确定 C 板 垫块 的厚 4 度 1 3 6 5 选择模架内 型 14 6 6 检验所选模 架 14 七 成型零件的设 计 15 7 1 成型零件结构设 计 15 7 2 成型零件的工作尺寸计 算 15 八 设计注射模具调温系 统 18 8 1 冷却水体积流 量 18 8 2 冷却管道直径的确 定 19 8 3 冷却系统结 5 构 19 九 推出机构的设 计 19 9 1推出机构设计原 则 19 9 2 计算推出 力 20 9 3 推出机构的导向与复 位 21 9 4 推出机构的主要零部件的设计及制 造 21 9 5 推杆的位置与布 局 23 设计题目 1 仪表外壳 成型模具设计 仪表外壳塑件图 塑件技术要求 1 材料 ABS 2 生产批量 中等批量 6 3 未注公差 取 MT5 级精度 设计要求 1 编制模塑成型工艺规程 即填写 塑件成型工艺卡 2 绘制塑件注射模总装图 A3 图纸 1 张 3 绘制该模具凸模 凹模的零件图各一套 A3 图纸多张 4 编写完善模具设计说明书 按 A4 打印纸装订 一 塑件成型工艺卡 塑件成型工艺卡塑件成型工艺卡 塑 件 名 称仪表外壳 材 料 牌 号ABS 单 件 重 量10 2g 成型设备型号XS Z 60 每 模 件 数1 成型工艺参数成型工艺参数 干燥设备名称烘箱 温度 80 85材料干燥 时间 h2 3 后段 150 170 中段 165 180 前段 180 200 料筒温度 喷嘴 170 180 模具温度 50 80 注射 s20 90 高压 s0 5时间 冷却 s20 120 成型过程 螺杆转速30 7 注射压力 pa6000 10000 注射机内型螺杆式 温度 70 后 处 理 时间 h2 4 编 制日 期审 核日 期 二 塑料的工艺性设计 2 1 该制件的材料分析 该制件为仪表外壳 宜采用热塑性塑料用注射模进行生产 常用于仪表 外壳生产的热塑性材料有聚苯乙烯 PS 聚酰胺 POM ABS 塑料 聚甲基 丙烯酸甲酯 PMMA 等 ABS 塑料 它的结构特点是线型结构非结晶型 使用温度小于 70 C 它的 化学稳定性能好 它的性能特点是机械强度较大 有一定的耐磨性 但耐热性 较差 吸水性能大 它的成型特点是成形性能好 成形前原料要干燥 ABS 塑 料应用广泛 使用与制造电器外壳 汽车仪表盘 日用品等 ABS 塑料性能最 为优选 它的化学稳定性最好 成性的性能也是最佳的 所以在成形该制件时 选用 ABS 塑料 表 2 1 2 3 列出 ABS 塑料的主要技术指标和注射成形参数 表 2 1 ABS 塑料主要技术指标 密度 g cm 比体积 cm g 吸水性收缩率熔点 热变形 温度 抗拉屈服 点强度 抗拉 弹性 模量 弯曲 强度 硬度 8 1 02 1 16 0 86 0 9 8 0 2 0 40 4 0 7130 16090 108830 10305000180 9 7 2 2 制件的尺寸精度分析 此塑件上有三个尺寸精度要求 分别是 66 0 34 0 mm 46 0 26 0 mm 180 0 18 mm 它们均为 MT2 级塑料件精度 属于中等偏高级的精度 等级 在模具设计和制造中要严格的保证这三个尺寸精度的要求 其余尺寸均无特殊要求 为自由尺寸 可按 MT5 级塑料件精度的要求查取 公差值 2 3 塑件结构工艺分析 此塑件外形为壳类零件 腔体为 12mm 深 壁厚均为 2mm 总体尺寸不 大不小 塑件成形性能良好 塑件上有一六边形凸台 要求成形后轮廓清晰 成形它的模具工作零件要 用线切割成形 保证六边的尖角 塑件的两边各有一个对称的类三角形花纹凸台标记 高 0 2mm 同样要求 轮廓清晰 成形它的模具工作零件可用电火花成形加工 相应的要设计出电极 三 编制塑件成型工艺参数 预热和干燥料筒温度 注射 机内 型 温度 时间 h 后段中段前段 喷嘴温 度 模具 温度 注射 压力 pa 螺杆 式 80 852 3150 170165 180180 200170 18050 80 6000 10000 9 成形时间后处理 注射机 内性 注射时 间 s 高压时 间 s 冷却时 间 s 总周期 s 螺杆转 速方法 温度 时间 h 螺杆式20 900 520 12050 22030烘箱702 4 四 初步选择注射成型设备 4 1 根据最大注射量初选设备 1 根据 proe 分析单个塑件体积 V 9563mm3 2 单个塑件重量 m V 10 2g ABS 塑件密度 1 07 cm2 塑件材料为 ABS 塑料 该件属于中等复杂程度制件 所以采用 一模一腔 成 形方式 加上浇注凝料的质量 初步估计算约 2g 塑料成型每次需要注射量 m 2g 12 2g 根据注射量 查表 6 2 选择 XS Z 60 型螺杆式注射机 满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的 80 设 备参数如下图所示 注射机主要技术参数 项目设备参数项目设备参数 额定注射量 g60最大开模行程180 螺杆直径60最大模具厚度200 注射压力 MPa122最小模具厚度70 注射行程喷嘴圆弧半径12 锁模力 KN500喷嘴孔直径 4 10 拉杆空间190 x300 4 2 依据最大锁模力初选设备 1 单个塑件在分型面上的投影面积 A1 70mmx50mm 3500mm2 2 成形时塑料熔体塑料在分型面上投影面积 A 初步计算凝料在分型面上投影面积约为 1800mm2 A A1 A凝 3500 mm2 1000 mm2 5300 mm2 3 成型时熔体塑料对动模的作用力 F F Ap 181 26KN 式中 p 塑件熔体对型腔的平均成型压力 查表 6 3 可知成型 ABS 塑件型腔所需要的平均成型压力 p 34 2MPa 锁模力的校核 F nA Aj p F0成立 五 分型面的确定与浇注系统的设计 5 1 确定型腔数目及布置 1 按注射机的最大注射量确定型腔数 n1 根据最大注射量的校核公式得 n1 i m mjkm max 4 15 260 8 0 2 98 式中 mj 浇注系统及飞边体积或质量 约 2g mi 单个塑件的体积或者质量 约 15 4g k 最大注射量的利用系数 一般取 0 8 mmax 注塑机的最大注射量 60g 2 按注射机的锁模力大小确定型腔的数目 n2 n2 2 41 A ApF j 0 5300 1800 2 34 500000 11 该塑件是中等偏高精度 批量生产 这里其余型腔数目从略 所以成型塑件制品 外壳仪器用一模一腔 5 2 选择分型面 在选分型面时 根据分型面的选择原则 a 型面应选择在塑件外形最大的轮廓处 b 分型面的选择应有利于塑件顺利脱模 c 考虑塑件的尺寸精度和表面质量 d 选择要有利于模具的加工 e 选择要有利于排气 f 减小成型面积 应使抽芯行程较短 考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件 有两种分型面的选择方案 方法一 按下图 6 1 确定分型面 12 该方法的优点 型腔基本上为一个整体 强度较高 减少了模具的零件数量 同时也减少了零件加工装配的累积误差 该方法的缺点 型腔虽然在设计时考虑到了采用整体材料 提高了刚性和强度 但在加工时 相应制件上的凸起对称花纹部分的型芯内表面较加工难 若采用 点击加工 可以进行加工 但费工费时 方法二 按下图 6 2 确实分型面 该方法的优点 型腔主体为通孔 加工方便 尺寸精度容易控制 相对应制件 外形花纹凸起的型腔部分在分型面外露于表面便于加工 六角体部分的成形采 用通孔加镶件配的方式 较容易加工和控制尺寸精度 该方法的缺点 分型面设计于制件上端面 对外轮廓有要求的制件形状精度会 有影响 如果锁模力不够 或模具工作一段时间后磨损 影响会更明显 以上结论分析可以得出结论 图 2 所示为制件的分型面选择 5 3 浇注系统的设计 1 主流道设计 根据手册可查的 XS Z 60 型注射机喷嘴的有关尺寸 喷嘴球半径 R 12mm 喷嘴 孔直径 d 4mm 根据模具主流道跟喷嘴的关系 R R0 1 2 mm d d0 0 5mm 取主流道球面半径 R 13mm 取主流道的小段直径 d0 4 5mm 为了便于将凝料从主流道中拔出 将主流道设计成圆锥形 如图 6 3 其锥度为 4 推荐 2 6 表面粗糙度 Ra0 8m 抛光是按轴向进行 以便于浇注 系统凝料从中顺利拔出 同时为了使溶料顺利进入分流道 在主流道出料端设 计 r 2mm 的圆弧过渡 13 2 分流道的设计 分流道的形状及尺寸与塑件的体积 壁厚 形状的复杂程度 注射速率等因素 有关 该塑件的属于中等偏高级精度的 六角边要求清晰 无熔接痕 可以采 用侧浇口进浇 分流道截面积有圆形 半圆形 正方形 矩形 及梯形等形状 为了使流道中 热量和压力损失到并且最小 并且便于加工 采用截面形状为半圆形的分流道 查有关手册得半径 R 2mm 3 浇口的设计 A 浇口形式的选择 该塑件只是要求保证它的六角边凸台清晰和三角形花纹凸台外轮廓清晰 对于 塑件外观质量要求一般 无熔接痕 但浇口的位置和大小尽量应以不影响塑件 的外观质量为前提 同时 也尽量使模具结构更简单 B 浇口尺寸的确定 查表 侧浇口尺寸要求 宽度 b 1 5 5mm 高度 h 0 5 2mm 长度 l 0 5 2mm 依次初步的计算浇口尺寸 b 3mm 高度 h 0 5mm 长度 l 2mm 如图所示 14 C 冷料穴的计算 冷料穴有 z 形 球头形 菌头形 和倒锥头形等 其中 z 形拉料杆的冷 料穴 应用较普遍 其拉料杆或推杆固定在推杆固定板上 但当塑件被推出后 作侧向移动时 不能采用 而带球形头 菌头形拉料杆的冷料穴 其拉料杆固 定在型芯固定板上 凝料在推件板推出塑件的同时从拉料杆上强制脱出 一般 用于推件板脱模的注射模中 该塑件属于薄壳零件 抱紧力不大 无需用推件 板 而分流锥形拉料杆靠塑件收缩的抱紧力而将主流道拉住 不适于用于该塑 件结构 因而该塑件采用 z 形拉料杆的冷料穴 六 注射模具结构类型及模架的选用 6 1 确定模架组合形式 根据前面的分析 外壳仪器为中等偏高级精度塑件 要求无熔接痕 所以采 用点浇口 此塑件是采用双分型面 并且也采用镶件型芯 所以要有支撑板 采用派生型的 P6 可以满足要求 15 6 2 确定模仁大小 根据下图 7 1 确定模板的侧壁厚度经验数据如下图所示 AH3WH1H2 1 150 150 250 100 350 0 30 20 25 25 35 25 35 20 2520 30 0 200 200 250 250 350 30 80 25 30 25 35 30 40 35 4035 45 0 500 500 550 550 600 60 80 45 50 55 60 60 65 45 6050 70 注 A 为制件的长 B 为制件的宽 H3为制件的高 该制件尺寸为 70mmx50mmx12mm 所以确定模仁的尺寸为 110mmx 90mmx42mm 6 3 模架的确定和标准模架的选用 模架与模仁的关系如下 甲 模仁宽度近似等于顶针板的宽度 但并非绝对相等 乙 模仁长度比回针 最小间距小 20mm 30mm 丙 顶针板的高度一般近似等于模架宽度的三分 之二左右 标准模架中顶板大小已经确定好 丁 后模框底等于模架长度的十 分之一 尽量不小于这一数值 比如 模架长 600mm 则后模框底厚度为 60 70mm 注意 最小值不应小于 25 30mm 根据以上可以确定刮板 动模型腔 尺寸为 145mmx135mmx10mm A 定模板 尺寸 145mmx135mmx20mm B 板 动模板 尺寸 145mmx135mmx25mm 支撑板 型芯固定板 尺寸为 145mmx135mmx30mm 6 4 确定 C 板 垫块 的厚度 16 h 垫块 h 推出距离 h 推板 h 推杆固定板 12mm 13mm 15mm 8mm 46mm 其中 为顶出行程的余量 一般取 5 10mm 在生产设计中尽量选用标准模架 所以根据以上确定的数据各模板长宽可做一 定的调整为 150mmx150mm 6 5 选择模架内型 根据已经确定下来的周边尺寸 配合模板所需厚度查 GB T12556 1990 标准模 板规格 A 15150 46 模架具体尺寸如图 7 3 所示 模具外形尺寸为长 L 150mm 宽为 B 150mm 高 H 187mm 6 6 检验所选模架 根据第六章的分析 该制品初选的注射机为 xs z 60 型 设备主要参数如图 7 4 所示 检查所选模具与注塑机之间的关系 如表 7 4 所示 结论 选用标准模架规格为 可以满足要求 表 7 4 模具在注塑机之间的关系的校核 设备参数模架规格校核结论 最大开合模行 程 180 取件所需空间 mm 52适合 最大模厚200 最小模厚70 模具闭合高度187适合 17 第七章 成型零件的设计 7 1 成型零件结构设计 根据第六章分型面的选择 该制件的型腔是由几个组件组合而成的动模型腔成 型制件周边外形 定模板成形制件上表面 型腔镶块成形制件上端六角形体的 上端面 查有关手册 ABS 的收缩率 S 0 4 0 7 故平均收缩率 S x100 0 6 根据塑件尺寸公差要求 模具制造公差取 3 2 S minmax S z 7 2 成型零件的工作尺寸计算 1 型腔主要尺寸的计算 a 制件外形长度尺寸为 70mm 对应型腔的计算 18 制件尺寸 2x2 70 0 34 0 34 0 0 66 型腔尺寸计算公式 Dm Ds 3 4 8 1 max D max0 D 70 34 70 34x0 6 0 75x0 34 0 11 0 70 507 0 11 0 式中 Dm 型腔基本尺寸 制件外形最大极限尺寸 max D S 制件材料收缩率 制件公差 型腔制造上偏差 3 D D 型腔实际尺寸的确定 型腔磨损后变大 取型腔尺寸的下偏差 制造公差按 H7 选用 该型腔尺寸确 定为 25 0 0 51 70 b 制件外形宽度尺寸为 50 对应型腔尺寸的计算 制件尺寸 46 0 26 0 2x2 50 0 26 0 型腔尺寸计算 用上面公式 Dm 50 26 50 26x0 6 x0 26 0 26 3 0 4 3 50 367 0 09 0 C 制件外形六角边长为 18 0 0 018 对应型腔尺寸的计算 Dm 18 18x0 6 x0 018 0 018 3 0 18 095 0 006 0 4 3 型腔实际尺寸确定为 18 09 0 018 0 D 制件高度尺寸为 10 对应型腔深度尺寸的计算 制件尺寸 10 2 型芯主要尺寸的计算 19 a 制件内形尺寸为 66 对应型芯尺寸的计算 制件尺寸 66 0 34 0 型芯尺寸计算公式 dm dmin dmins 8 3 4 3 0 d 式中 dm 型腔基本尺寸 dmin 制件内形最小极限尺寸 s 制件材料收缩率 s 0 6 制件公差 型芯制造下偏差 d d 3 型芯计算尺寸 dm dmin dmins 4 3 0 d 66 66x0 6 x0 34 4 3 0 3 34 0 66 6510 0 11 型芯实际尺寸的确定 型芯磨损后变小 取其尺寸上偏差 制造公差可按 h6 级选用 该型芯尺寸确定 为 66 650 0 019 B 制件内形宽度为 46 对应型芯尺寸的计算 制件尺寸 46 0 26 0 型芯计算公式 用公式 8 3 dm dmin dmins 4 3 0 d 46 46x0 6 x0 26 4 3 0 3 26 0 46 4710 0 08 20 型芯实际尺寸的确定 型芯磨损后变小 取其尺寸上偏差 制造公差可按 h6 级选用 该型芯尺 寸确定为 46 470 0 016 C 制件内形六角边尺寸为 15 69 型芯实际尺寸为 15 8 八 设计注射模具调温系统 通常为了防止塑料的高温分解 注射成形时不要求有太高的模温 模具温度低 时只要注射几次就可以将模具温度提高 首先注射的制品因为温度低出现质量 问题时可采用从新送入注射机融融的方法解决 由热塑料的性质决定 因此在 中小型注射成形模具上一般可不设加热系统 此塑件为 ABS 塑料 查表可知 保证塑料质量要求最佳模具温度为 40 80 所以成型模具的温度调节系统不 考虑设计加热系统 8 1 冷却水体积流量 查表 10 1 成形 ABS 工程塑料的模具平均温度为 60 用常温 20 水作为模具 冷却介质 其出口温度为 30 每次注射质量 m 17 4kg 注射周期为 30s 查 表 10 2 取 ABS 注射成型固化时单位质量放出热量 h 3 5x105J kg 冷却水体积 计算如下 Qv 21p ttc60 h nm 式中 Qv 所需冷却水的体积 m3 min m 包括浇注系统在内的每次注入模具的塑料质量 m 17 4kg n 每小时注射的次数 n 30 冷却水在使用状态下的密度 1000kg m3 Cp 冷却水的比定压热容 4187J kg 21 t1 冷却水出口温度 30 t2 冷却水入口温度 20 h 从溶状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模温度为止 塑料所放出的热溶量 J kg h 3 5x105J kg 各变量取值带入上式得 Qv 21p ttc60 h nm 7x10 2m3 min 8 2 冷却管道直径的确定 根据冷却水体积流量 Qv 查表 10 5 课初步确定冷却水管道直径 从表 10 5 可以 看出 生产该塑件所需的冷却水体积流量很小 在设计时可以不考虑冷却系统 设计 所以冷却回路所需的总表面积 冷却回路的总长等无需计算 为了降低 冷却时间缩短周期 提高生产效率 可以在模板上设计几根冷却水管 以便生 产中灵活调整和控制 因此查表 10 5 经验表格 初步确定冷却管道直径 8mm 8 3 冷却系统结构 由于型腔的深度不高 又是由镶块构成的 所以不在型腔上面开设冷却管道 所以在型芯上面开设几根管道 型芯的冷却如下图所示 九 推出机构的设计 9 1 推出机构设计原则 1 开模时尽量使塑件留在动模一边 以便利用注射机推出装置推出塑件 这 样 模具 22 的推出机构较为简单 2 保证塑件脱模时不变形 应正确考虑塑件对注射模附着力的大小和作用位 置 以便 选择合适的推出方式和位置 尽可能使脱模力分布均匀合理 并使脱模力的作 用面积尽量增 大而靠近型芯 3 保证脱模时塑件不损坏 推出机构的脱模力必须作用在塑件能承受较大力 的部位 如筋部 凸缘 壳体壁等处 4 保证塑件外观良好 推出塑件的位置应尽量选在塑件内侧或对塑件外观影 响不大的 部位 尤其在使用推杆推出时更要注意 以免损伤塑件外观 5 结构尽可能简单 可靠 确保脱模动作灵活 具有足够的强度和刚度 制 造方便 零部件更换容易 成本低 6 保证合模时的正确复位 设计时必须考虑推出机构的正确复位 并保证不 与其他模具零件发生干涉 9 2 计算推出力 Fc pA cos sin 式中 Fc 抽芯力 N 塑料与刚的摩擦系数聚碳酯酸 聚甲醛取 0 1 0 2 其余取 0 2 0 3 p 塑