模具设计-U盘外壳

1、模具设计-U盘外壳U盘照片U盘信息尺寸：63×19×9.4mm产品重量：12g材料：ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）设计材料的选择：要求：冲击强度极好，化学性能稳定，卫生性能好，绝缘选定材料为：ABSABS的优点：不仅具有良好的刚性、硬度和加工流动性，而且还具有高韧性特点，可以注塑、挤出或热成型, 价格便宜，原料易得，是目前产量最大、应用最广。塑件材料的性能 1、一般性能ABS外观为不透明呈象牙色粒料，其制品可着成五颜六色，并具有高光泽度。ABS相对密度为1.05左右，吸水率低。ABS同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。ABS的氧指数为1820，属易燃

2、聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。 2、力学性能 ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 3、热学性能 ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。 4、电学性能 ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 5、环境性能

3、 ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。 6、ABS塑料的加工性能ABS同PS一样是一种加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS的熔体流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似；ABS的流动特性属非牛顿流体；其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。 ABS的热稳定性好，不易出现降解现象。ABS的吸水率较高，加工前应进行干燥处理。一般制品的干燥条件为温度8085，时间24h；对特殊要

4、求的制品(如电镀)的干燥条件为温度7080，时间1818h。ABS制品在加工中易产生内应力，内应力的大小可通过浸入冰乙酸中检验；如应力太大和制品对应力开裂绝对禁止，应进行退火处理，具体条件为放于7080的热风循环干燥箱内24h，再冷却至室温即可。ABS塑料注射工艺参数参数取值范围选取数值密度1.021.05g/ cm21.03g/ cm3收缩率S0.3%0.8%0.5%温度/喷嘴180190180料筒210230220模具507060压力MPa注射709080保压507060时间/S注射353保压153020冷却153025总计407048参数取值范围选取数值密度1.021.05g/ cm21

5、.03g/ cm3收缩率S0.3%0.8%0.5%温度/喷嘴180190180料筒210230220模具507060压力MPa注射7090（资料来源：塑料成型加工与模具 102页）热塑性塑料注射机型号和主要技术规格型号螺杆直径/mm注射容量/g注射压力/105pa锁模力/10KNSZ-100/630（卧式）30/3575/105cm3224/164.563拉杆内间距模具厚度/mm模板行程/mm喷嘴定位孔直径/mm最大最小球半径孔半径370x320mm3001502707.52.5125+0.060（资料来源：塑料成型加工与模具 287 页）计算模具成型零件的工作尺寸为保证塑件精度必须使上述各因

6、素所造成的误差的总和小于塑件的公差值，即SZSCSSSJSZ成型零部件制造误差SC成型零部件的磨损量SS塑料的收缩率波动引起的塑件尺寸变化值SJ由于配合间隙引起塑件尺寸误差塑件的公差 ABS Smax=0.7% ，Smin=0.3%，取Scp=0.6% ，凹模制造公差 ，磨损余量 1.计算型腔长度尺寸（58mm）按平均收缩率法：根据公式 Lm=Ls+LSSCP 0+SZ =58+58×0.5% ×0.74 0+0.164 = 57.7350+0.164mm按公差带法计算：据公式 （5-2） =(1+0.7%)×580.74 0+0.164 =57.666 0+0.

7、164mm校核塑件最大尺寸： 57.666+0.246+0.12358×0.4%=57.803 mm58 mm,故满足要求。2.计算型腔宽度尺寸（22mm）按平均收缩率法：L2 =2222×0.5% x0.74 0+0.164=21.5550+0.164mm按公差带法： （5-2） =(1+0.7%)×220.74 0+0.164=21.4140+0.164 mm校核：22+0.246+0.12322×0.4%=21.985 mm22 mm 满足要求 3.型腔最大深度 （3mm）取 0.246mm，按IT9级制造， 0.03mm， 0.123mm按平均收

8、缩率法：Hm= HmHsSCP 0+SZ （5-4）H =(1-0.5%)×3- ×0.74 0+0.03 =2.4920+0.03 mm按公差带法： H = （5-5）H =(1+0.4%)×3- 0.03 0+0.03 =2.982 0+0.03校核： H -H S + （5-6）3-3×0.7%+0.74=3.719 mm3 mm 满足要求，此结果比按平均收缩率计算结果大，有利于修模，故取凹模深度H =2.982 mm4.型腔侧壁厚度和底板厚度的强度计算此模具为小尺寸型腔，在发生大的弹性变形之前，内应力已经超过许用应力。因而强度是主要矛盾，型腔侧壁

9、和底板厚度均按强度计算。（1）侧壁厚度计算 由于本次设计采用的整体嵌入式结构，故采用公式为： 式中： S侧壁厚度 C常数，随 h而变化，见表44。C值也可按近似公式计算。 = 1.50 p 塑料熔体压力。在此取p=50Mpa. E¬ 型腔材料的弹性模量。型腔采用P20钢，即3Cr2Mo。取E=220Mpa。 允许的变形量。由于 <300mm时，则按允许变形量= 6 000计算壁厚。 h 型腔深度。 计算结果为：S=2.50mm.考虑到冷却水道和固定螺钉的布置以及便于加工，取侧壁厚度约为31mm.（2）型腔底板厚度的计算由于本次设计采用的整体嵌入式结构，故采用公式为： 式中： C

10、 常数 ，由 计算，结构为C=0.031. t 型腔底板厚度 p 塑料熔体压力。在此取p=50Mpa. E¬ 型腔材料的弹性模量。型腔采用P20钢，即3Cr2Mo。取E=220Mpa。 允许的变形量。由于 <300mm时，则按允许变形量= 6 000计算底板壁厚。 b 型腔宽度计算结果为：t=5.5mm.考虑到冷却水道的布置，型腔底板厚度为30mm.流道系统包括主流道、分流道及其结构设计主流道直浇口式主流道呈截锥体。主流道入口直径为d,应大于注射机喷嘴直径1mm左右。这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。主流道入口的凹坑球面直径为R，应该大于注射剂喷嘴球头半径约2

11、-3mm。否则可能会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难，锥孔壁粗糙度Ra0.8m。主流道锥角为2° 4°。过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气。过小锥角会使凝料脱模困难，充模时流动阻力大，比表面积增加，热量损耗增加。流道的长度L，一般按模版厚度确定。但为减小充满时减压降和减少物料损耗，以短为好。主流道要装流道衫套，其直径为12mm,从定模板贯穿到分型面，衫套头部安装止转销。衫套和型腔的配合为H7/n6。主流道衫套用定位圈固定在定模板板，定位全直径100mm，高15mm,埋入定模座板5mm。分流道分流道的种类很多，如圆形，半圆形等等。但从压力传递角度上考虑，要求有大的流道和

12、截面面积。从散热少考虑应有小的比表面S。其中圆形截面最理想。在这里我们将选用一、二级分流道都为圆形流道，直径为6mm,可以减小塑料熔体在流道中的摩擦力，在注射时沿压力损失减小。二级分流道设置在两相邻的塑件之间，可以减小离模具中心最远的塑件的流道行程，使各型腔的压力差不会太大，以减小塑件的内部性能差异。流道分布图浇口设计浇口是塑料熔体进入型腔的阀门，对塑件质量具有决定性影响。因而浇口类型与尺寸、浇口位置与数量便成为浇注系统设计中的关键。因塑件的体积和厚度都很小，浇口不能过大，否则成型时注射速度降低，熔体温度下降，制品可能产生明显的溶解痕和表面云层现象，成型后浇口痕会影响外观，浇口凝固时间也会延长

13、，且不易除去；浇口太小，熔体流动阻力大，压力损失大，可能使塑件熔体升温变质。为了避免这些缺陷，选择浇口的形式为直接浇口。浇口分布图冷却系统的设计一，冷却系统的设计原则为了提高冷却系统的效率和使型腔表面温度分布均匀，在冷却系统的设计中应遵守如下原则1：（1）在设计时冷却系统应先于推出机构，也就是说，不要在推出机构设计完毕后才考虑冷却回路的布置，而应尽早将冷却方式和冷却回路的位置确定下来，以便能得到较好的部分地效果。将该点作为首要设计原则提出来的依据是，在传统设计中，往往推出机构的设计先于冷却系统，冷却系统的重要性未能引起足够的认识。（2）注意凹模和型芯的热平衡。有些塑件的形状能使塑料散发的热量等

14、量地被凹模和型芯所吸收。但是极大多数塑件的模具都有一定高度的型芯以及包围型芯的凹模，对于这类模具，凹模和型芯所吸收的热量是不同的。这是因为塑件在固化时因收缩包紧在型芯上，塑件与凹模之间会形成空隙，这时绝大部分的热量将依靠型芯的冷却回路传递，加上型芯布置冷却回路的空间小，还有推出系统的干扰，使型芯的传热变得更加困难。因此，在冷却系统的设计中，要把主要注意力放在型芯的冷却上。（3）对于简单模具，可先设定冷却水出入口的温差，然后计算冷却水的流量、冷却管道直径、保证湍流的流速以及维持这一流速所需的压力降便已足够。但对于复杂而又精密的模具，则应按上节所介绍的方法做详细计算。（4）生产指大的普通模具和精密

15、模具在冷却方式上应有差异，对于大批量生产的普通塑件，可采用快冷以获得较短的循环注射周期。所谓快冷就是使冷却管道靠近型腔布置，采用较低的模具温度。精密塑件需要有精确的尺寸公差和良好的力学性能，因此须采用缓冷，即模具温度较高，冷却管道的尺寸和位置也应适应缓冷的要求。（5）模具中冷却温度升高会使热传递减小，精密模具中出入口水温相关应在2以内，普通模具也不要超过5。从压力损失观点出发，冷却回路的长度应在1.2-1.5m以下，回路的弯头数目不希望超过5个。（6）由于凹模与型芯的冷却情况不同，一般应采用两条冷却回路分别冷却凹模与型芯。（7)当模具仅设一个入水接口和一个出水接口时，应将冷却管道进行串联连接，

16、若采用并联连接，由于各回路的流动阻力不同，很难形成相同的冷却条件。当需要并联连接时，则需在每个回路中设置水量调节泵及流量计。（8）采用多而细的冷却管道，比采用独根大冷却管道好。因为多而细的冷却管道扩大了模温调节的范围，但管道不可太细，以免堵塞，一般管道的直径为8-25mm。（9）在收缩率大的塑料制件的模具中，应沿其收缩方向设置冷却回路。（10)普通模具的冷却水应采用常温下的水，通过调节水流量来调节模具温度。对于小型塑件上，由于其注射时间和保压时间都较短 ，成型周期主要由冷却时间决定，为了提高成型效率，可以采用经过冷却的水进行冷却，目前常用经冷冻机冷却过的5-10水。用冷水进行冷却时，大气中的水

17、分会凝聚在型腔表面易引起塑件的缺陷，对此要加以注意。对于流动距离长、成型面积大的塑件，为了防止填充不足或者变形，有时还得通热水。总之，模温最好通过冷却系统或者专门的装置能任意调节。（11)合理地确定冷却管道的中心距以及冷却管道与型腔壁的距离。保证型腔表面温度均匀分布，型腔表面冷却管道与型腔壁的距离太大会使冷却效率下降，而距离太小又会造成冷却不均匀。根据经验，一般冷却管道中心线与型腔壁的距离应为冷却管道直径的1-2倍，冷却管道的中心距离约为管道直径的3-5倍。（12）尽可能使所有冷却管道孔分别到各自型腔表面的距离相等。当制件壁厚均匀时，应尽可能使所有的冷却管道孔到各自型腔表面的距离相等。当塑件壁

18、厚不均匀时，在厚壁处应开设距离较小的冷却管道。（13）应加强浇口处的冷却。熔体充模时，浇口附近的温度最高。一般来说，距浇口越远温度越低。因此，在浇口附近应加强冷却，一般可将冷却回路的入口设在浇口处，这样可使冷却水首先通过浇口附近。 （14）应避免将冷却管道开设在塑件熔合纹的部位。当采用多浇口进料或者型腔形状较复杂时，多股熔体在汇合处将产生熔合纹。在熔合纹处的温度一般较其他部位的低，为了不致使温度进一步下降，保证熔合质量，应尽可能不在熔合纹部位开设冷却管道。（15）注意水管的密封问题，以免漏水。一般，冷却管道应避免穿过镶块，否则在接缝处漏水，若必须通过镶块时，应加设套管密封。（16）进口、出口水

19、管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧。为了不影响操作，通常应将进口、出口水管接头设在注射机背面的模具一侧。二、冷却水道的直径的确定 动模的顶针和镶件较多，冷却水道不宜通过塑件的下方，否则会引起渗漏，只能通过塑件的外围。为了保证型腔和型芯的强度，水道离塑件的距离不能太小。设置水道的直径为8mm，离塑件的距离为8mm左右，离顶针和镶件的最小距离为6.83mm。动定模单独冷却，动模部分冷却水从动模板流进，流经型芯后从动模板流出，动模版和型芯之间加装胶垫圈，以防止渗漏，定模部分和动模类似。顶出装置塑料制品的厚度比较小，可能会因为顶出力过大和太集中造成塑件出现“顶白”现象甚至破坏，顶针的直径应尽量大，由

20、于塑料体积较小，限制了顶针直径的大小，但可以增加其数量。这里选用的顶针的直径为2mm,每个型腔有8根。为了脱模顺利，流道也要安装顶针，安装位置在一、二级分流道时的交接处，共4根，直径为4mm。在型芯的主流道下方安装拉料杆，直径为5mm。顶针和拉料杆与模具型腔的配合为H7/f6。成型零件的结构设计 成型零件的结构设计，当然是以成型符合质量要求的塑料制品为前提，但必须考虑金属零件的加工性及模具制造成本。成型零件成本高于模架的价格，随着型腔的复杂程度、精度等级和寿命要求的提高而增加。一、凹模结构设计凹模是成型塑件外表的部件，其按不同结构可分为整体式、整体嵌入式和组合式。1整体式凹模它在成型模具的凹模板上加工型腔。具有较高的强度和刚度，但加工较困难。须用电火花、立式铣床加工，仅适合于形状简单的中小型塑件。2整体嵌入式凹模它适用于小型塑件的多型腔模、将多个一致性好的整体凹模，嵌入到凹模固定板中。整体嵌入式凹模结构能节约优质模具钢，嵌入模板厚有足够的强度和刚度，使用可靠且置换方便。 整体嵌入式凹模装在固定模板中，要防止嵌入件松动