【《基于UG-NX平台的遥控器后盖注塑模具设计》8900字】

塑件材料与工艺分析本章主要是讲解塑料材料的特性、加工工艺标准以及塑件的基础结构等信息，为下文设计模具奠定一定的理论基础。本次模具设计所选的材料是丙烯腈-丁二-苯乙烯共聚物，为方便论述后文统称为ABS。2.1ABS材料的介绍Abs是一种强度高、韧性好、易加工成型的热塑性高分子结构材料，具有高光泽度，制造出来的制品可以是五颜六色的，其密度在1.02-1.05g/cm范围内，处于低温时也不易凝固。Abs的机械强度、耐磨性、耐油型等性能比较良好，其化学和电器性能都比较稳定。Abs塑料通常被用来制造管道、轴承、把手、齿轮和仪器盘等机械工业产品。但其在日常生活产品中的使用范围也比较广，通常被用来制造电器零件、玩具、文教用品、纺织器材或者食品包装容器等。2.2ABS材料成型的特点Abs材料的内部温度越高，其粘性就越强通常很难成型，这就需要在塑件脱模上增加一个合适的斜度帮助其堆积成型。Ads的吸水性很强，加工前要进行干扰预处理。在浇注时很容易产生熔接痕，所以在浇注时要尽可能的减少塑料流动受到的阻力。在正常情况下，abs的特性对壁厚和收缩率等因素不会产生影响。当塑件的制作精度要求比较高时，模具的温度在50.60℃最佳。当塑件对光泽度和耐热性要求比较高时，模具的温度在60.80℃最佳。2.3ABS材料工艺参数采用螺旋式的注射方式来注射abs材料，螺杆的转速要控制在30-60r/min范围内。注射喷嘴的类型选择的是直通式，喷嘴所能承受的最高温度在180-190℃内，注射料筒的前端、中端和末端的温度维持在180-210℃之间，其中中端的温度最高、末端的温度最低、前端温度居中。模具内部温度要维持在50-70℃之间，注射时间大约在3-5秒内，注射完毕需要冷却15s左右，塑件的成型大约需要50s左右。2.4塑料制件的结构工艺性本次设计的塑料制件对其尺寸大小和机械性能的要求比较高，详情遥控器后盖制件结构图参见图2-1.要求表面平整光滑没有溶接痕，尽可能的减少云纹。缩孔和凹痕等现象。该制件大小适中精度要求一般。本次设计要求壁厚和两侧要尽量保持均匀，在满足塑件性能的前提下要尽可能的缩小壁的厚度。图2.1产品图正面图2.2产品图背面3确定成型工艺3.1制件成型方法通常制造热塑性的塑料制件在浇注塑料时都会采用注射的方式，本次选择的abs是热塑性材料可以注射成型。3.2制件的成型参数按照制成品的结构和选定原料abs的特点，制成的塑料工艺参数大致如下：abs的密度是1.02.1.05g/cm³之间，计算收缩率是0.5%，模具温度是50.60℃，注射压力是60.100MPa，本次设计选择的是柱塞式注射机。表3.1ＡＢＳ主要技术指标和工艺参数料筒温度喷嘴温度/℃模具温度/℃注射压力/MPa注射机类型后/℃中/℃前/℃180～19050～7070～90螺杆式150～170180～190200～210成型时间螺杆转数（r/min）注射时间/s保压时间/s冷却时间/s成型周期/s3～55～155～1515～4030～60后处理备注方法温度/℃时间/h红外线烤箱700.3～1原材料应干燥0.5h以上3.3确定型腔数目3.3.1计算制品的体积和重量通过CAD制图软件计算得出该塑料之间的投影面积大约是2654.809㎜2。体积约为6533.47㎜3。由于abs材料的密度在1.02-1.05g/cm内，根据计算质量公式可得其质量大约是6.76g。3.3.2确定型腔数由于本次产品的设计需要满足大批量生产的需求，而且结构相对比较复杂，所以选择的型腔模具有两个塑料进腔。选择一模两腔的原因是这种类型的模具在制造塑料制品的过程中很容易掌握塑件的形状和尺寸大小，而且这种模具的制造成本和制造周期都很低，这些优点使其完全符合本次设计产品的大批量生产需求，所以选择这种类型的模具来制造本次设计的产品。3.4塑件在模具中的位置3.4.1型腔的布置图3.1型腔布局图型腔的布置分为单腔体模具和多腔体模具，而根据遥控器后盖的结构特点、精度要求多方面考虑，最终决定采用一模两腔。图3.1所示的是本次设计的一模两腔模具内的型腔布局图。3.4.2分型面的选择由于模具中的塑件结构公益性、尺寸精度、塑件排气推出以及成型位置等因素都会影响分型面的选择，综合以上各种影响因素得出在设计分型面时要符合以下几种标准：首先塑件的分型面要设计在塑件最大的外形轮廓处以确保塑件在成形后能自动脱模。其次塑件的外观、质量和精度要符合本次设计的标准。最后设计的模具要方便制造而且要很容易排出型腔内多余的空气。除上述标准之外，还要确保型腔投影面积的大小符合设计标准。为顺利完成型腔抽芯需要在抽芯的方向设计一道浅短的侧向凹孔或凸台。开模方向上的凹孔或凸台要设计的深长一些。综合以上设计原则和塑件结构等因素来考虑，本次设计的塑件分型面选择的是外形最大轮廓处，详细参见图3.2。图3.2分型线4浇注系统的设计浇注系统是将加热塑化的材料均匀且快速的浇注进型腔中，并及时辅助腔体进行排气，然后在型腔内各部分注射压力使得制品的组织更加紧密，该系统主要是有主流道、分流道、浇口穴和冷料穴四部分构成。4.1确定浇口形式及位置本次设计选择的的是侧浇口浇注系统，该系统的各项参数参见图4-1.本模具的流道选择平衡式分流道分布，即布置长度形状以及截面尺寸相同的分流道与主流道连接在一起。该方式可以降低进料口收缩时对齿轮精度产生的影响，塑件的外观也不会受到进料口设置的影响。图4.1侧浇口浇注系统参数设置4.2流道、浇口套、定位圈的设计注射机和喷纸之间通过主流道连接在一起，主流道的设计一般会和喷嘴保持在同一水平高度，主流道是圆形截面带一点锥度。首先d表示的是注射机喷嘴的直径一般取值是3.5mm，其次主流道斜度α=2°～4，一般取值是2°，然后分流道直径一般是4mm，浇口套弧面r的取值为11mm，最后分流道设计要短，其长度根据实际情况来判断最少要大于8mm，分流道的长度不能大于24mm。本次设计所选的浇口套材料是t10a，这种材料加热以后其硬度可以维持在50-55hrc范围内。浇口套和定模之间的过渡是通过H7/m6来连接的，而浇口套和定位器之间的间隙是通过H9/f9来连接的，浇口套在受到外界压力的作用下会产生轴向的移动，为防止浇口套自行移动一般会选择两颗m5*20mm的螺钉将其固定住。图4-2和4-3分别所示的是本次设计的浇口套和定位器结构图。图4.2浇口套图4.3定位圈4.3冷料穴设计喷嘴和低温模型接触时会保留一小段冷却在喷嘴前端，如果分流道过长，前端塑料长时间在低温状态下的模具流动时很容易产生冷接缝，分流道就会出现堵塞，其他的塑料就很难进入型腔。为了解决以上问题通常会在浇口出设置一个冷料穴。冷料穴的作用是保存冷却后的塑料。在开模后冷料能在主流道和分流道中畅通流入型腔中。冷料穴通常会设置在主流道的动模板或分流道的末端，其负责存储浇注系统流道内冷却的塑料，防止这些塑料入型腔后对塑件的质量产生不好的影响。还能方便从冷料穴出拉出主流道中的塑料，为方便模具开模时能轻松的从主流道中抽出冷凝料，冷凝穴的直径一般要比主流道的直径要大上许多，长度与主流道直径相当就行。当冷料在分流道停留时间过长时，可以将前端塑料向前推进值冷料穴中以便保存，分流道的冷料穴长度应该是分流道直径的1.5-2倍为最佳。图4.4所示的是本模具使用的z形拉料杆。图4.4z形拉料杆本模具浇注系统如图4.5所示：图4.5浇注系统示意图5成型零部件的设计5.1成型零部件的结构设计成型零部件是指在模具中，尺寸大小和形状已经定性的塑料制件。其主要分为五部分，首先是凹模和型芯，其次是成型杆和成型环，最后是镶块。成型零部件按照结构可以微分整体式和组合式两大类。整体式凹模是对整块金属板模块加工处理得到的，其优点在于结构稳定与塑件之间不会出现拼接。但其型腔制造工艺比较复杂，不便进行热处理，通常用于加工简单的中小型模具。组合式凹模指的是两个或以上零部件拼接成的型腔，按照组合方式的不同，通常可以分为五种方式，即：整体嵌入、局部镶嵌、底部镶拼、侧壁镶拼和四壁拼合五种方式。实际应用中大多会选择整体嵌入的方式，组合型腔的模具在制造小型塑件时，先将型腔通过机械加工、电加工等处理后，再将其导入模板，这样的加工生产出来的型腔形状和尺寸大小都能保持一直，而且各型腔拆装简单，生产的效率也比较高。5.1.1型腔结构设计型腔是塑件成型前的外表面零件，由于本次设计的产品结构比较简单，综合考虑选择的型腔的形式是整体嵌入式，这种形式能节约原材料，导入模块后的强度和硬度都能达到标准，使用和置换都比较方便。本次设计用4个m8螺钉将型腔固定在定模板上，详情参见图5.1。图5.1型腔5.1.2设计型芯结构型芯指的是塑件未成型时的内部零件。因为本次设计的产品是塑料后盖，所以各型芯的结构有所不同。本次设计用4个m8螺钉将型芯固定在动模板上，详情参见图5.2.图5.2型芯5.2计算成型各工作部件的尺寸Abs材料的收缩率在0.3-0.8%范围内，平均收缩率是0.55%型腔内各部分计算尺寸的公式为计算型腔径向尺寸大小的表达式为：计算型腔深度尺寸大小的表达式为：计算型芯径向尺寸大小的表达式为：计算型芯高度的表达式为：计算中心距尺寸大小的表达式为以上表达式中，塑件外形径向的最大尺寸用L来表示，塑件内径向最小尺寸用l来表示。塑件最大外形高度用H来表示，塑件内径最小尺寸用h来表示，塑件中心距用c来表示。修正系数用x来表示一般在0.5-0.75之间取值，塑料公差用△来表示，模具制造公差用来表示，取值1/3-1/4△之间分别将计算各工作部件尺寸的大小对比设计图纸上规定的尺寸，检查制造成品是否合格。一般工作部件的尺寸在小于等于1mm并存在0.05mm的公差或小于等于2mm存在0.1mm公差的不问在计算时不用考虑其收缩率的大小。5.3成型零部件的强度与刚度计算本次设计选择的型芯是整体镶嵌式，型腔是整体镶嵌式，为得是便于进行热处理和加工。按型腔的整体式俩计算型腔的强度和刚度，由于很难计算型腔的壁厚，所以本次选择参考推荐数据来决定壁厚。5.3.1强度、刚度计算[δ]〈tS=1.4×0.8%=0.0112上式中塑件脱模时型腔最大弹性变量用[δ]来表示，塑件壁厚度用t来表示，塑件的收缩率用s来表示。5.3.2型腔的侧壁和底板厚度的计算计算组合式型腔侧壁厚度的大小小型模具的型腔在被放大时其内应力会超出模具材料的强度范围，根据材料的强度大小来决定侧壁的厚度δmax=pHl4/32Ehs3s=12.7mm当最大变形量δmax≤[δ]，则按照刚度计算公式算的厚度为：s=s=25mm（2）组合式矩形型腔底板厚度的计算按照强度计算公式算的底板厚度大小为：h=上式中h代表的是矩形底板的厚度，B代表的是底板总宽度，L代表的是双支脚间距，型腔塑料溶体压力用p来表示，模具材料的许用应力用[σ]来表示，h值不能低于25mm。6结构零部件的设计6.1选用标准注射模架6.1.1初选注射机1）注射量：假设塑件质量m=6.76g，按照浇注系统尺寸大小求得塑件的体积大小是：V=1.279大致算得浇注系统的总质量1.279×1.051.34g那么计算塑件的总体积V塑件=（6.533×2+1.279）=14.345计算塑件的总重量M=14.345×1.05=15.062g已知聚苯乙烯的密度是1.054g/cm3，abs材料的密度在1.02-1.05g/cm3范围内，那么注射量需要满足：V机≥V塑件/0.80上式中额定注射量用v来表示，塑件和浇注系统凝料体积用V塑来表示=17.931计算得出的结果达到了注射量M机≥M塑件的标准上式中额定注射量用M机来表示，塑件和浇注系统总质量用M塑件来表示，聚苯乙烯的密度用来表示，塑件材料的密度用来表示。g2）注射压力：P注≥P成型经查阅资料得知abs材料成型所需的注射压力为P成型=70～90MPa3）锁模力：P锁模力≥pF上式中型腔内塑料成型所需的压力用p来表示，已知abs塑料成型的压力p=30mpa，塑件和浇注系统在分型面上投影面积综合用F来表示。分别求得各型腔和浇注系统在分型面上的投影面积，即：F=5309.618PF=30×5309.618=159.289KN通过以上计算结果最终决定选择型号为XS.Z.30的注射机,其有关技术参数如下：理论注射容量是30cm³，螺杆直径是48mm，注射压力是319mpa，注射行程是330mm，注射方式是注塞式，锁模力是650kn，拉杆内向距是550mm，移模行程是200mm，最大模具后斗是580mm，最小模具厚度是360mm，喷嘴圆弧半径是12mm，喷嘴孔直径是3.5mm，最大开合模行程是160mm，动定模尺寸是630*580mm，拉杆空间是435mm。6.1.2选标准模架根据以上分析、计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格。上图中定模板的厚度是60mm，动模板的厚度是80mm，垫块厚度是90mm，模具厚度是281mm，模具外形尺寸是300*400*281mm。6.2合模导向机构的设计设计导向机构是，其导柱长度至少要比凸模断面的高度多出8-12mm，本次设计去中间值10mm，其目的在于避免型芯率先流入型腔内。所以导柱的前端要设计成锥形，这样能确保先于型芯流入型腔。本次设计选择用suj2钢来制造导柱，该钢材的硬度可达到59-61hrc。此外，模具边缘到导柱中心的距离不能小于导柱直径的1-1.5倍。本次距离选择为1倍。图6.2和6.4所示的是其他参数值。导柱固定端和导向部分与模板之间的过渡配合分别使用的是Ｈ7／ｋ6和Ｈ7／ｆ7。其他参数可查看模架结构示意图。图6.3导柱图6.4导套7推出机构的设计推出机构是当塑件冷却成型后将塑件推出模具的装置。主要是依靠注射机上的顶针和液压缸提供的压力来实现推出操作的。推出结构通常用推出、复位和导向三个部件组成。本次设计模具中选择的推出机构采用的是顶针和斜顶顶出两种方式。图7.1所示的是顶出方式和位置示意图。图7.1顶出方式和位置示意图8抽芯机构设计抽芯机构是将型芯抽离至与塑件脱模较远位置的装置，抽芯距是移动型芯时经过的距离。通常情况下，安全的抽芯距离是在脱模行程距离的基础上加上1.5-3mm。本次测试得到最大脱模行程是3mm，处于安全考虑本次抽芯距L=5mm。斜顶内抽芯机构：通常用来抽芯内侧的凹凸结构，一般能用斜顶就不用内行。其原理是分解顶出运动变成侧向抽芯运动。本次设计的零件的抽芯机构如图8.1所示。图8.1抽芯机构9温度调节系统设计在模具设计中冷却系统的设计是非常关键的一环，成品的质量受冷却水道的影响非常大，成品的形状和壁厚由冷却水道的位置来决定。理论上来说冷却水道应该是帮助塑料在模型上更好的进行热传导。按照设计原则来看，应该在成品周围均匀的设置一圈冷却水道。设计冷却水道需要注意以下几点：第一，设计冷却系统时要考虑模具的结构形式。第二，根据模具的大小来决定冷却面积的大小。第三，避开塑件熔接痕的位置。第四，水孔力型腔的距离应保持在10.25mm之间。第五，保持水孔管道畅通。第六，水管接头的位置不能影响其他的操作。第七，水孔管理最好远离型腔塑料熔接处，否则会对塑件的强度产生影响。图9.1所示的是本模具的冷却系统结构图。图9.1冷却系统结构图10排气系统设计在注塑过程中，熔体将取代型腔中的气体，如果气体排出不及时，将会造成熔体充填困难，造成注射量不足而不能充满型腔。排除不畅的气体会在型腔内形成高压，并在一定的压缩程度下渗入塑料内部，造成气孔、空洞，组织疏松、银纹等质量缺陷。而日常生产加工中常见的排气方式有以下几种。利用排气槽。利用型芯、镶件、推甘等的配合间隙；利用分型面上的间隙。对于大中型、深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，需设进气装置。本次设计的模具不是大型模具，并且分型面位于熔体流动末端，可直接利用分型面间隙排气，不必专门设置排气槽和进气槽11注塑机参数校核11.1校核注塑机内各项参数数据本次设计是根据最大注射量、锁模力、注射压力以及模具厚度等技术参数为参照来选择的注射机和模架，所以本章节不用校核这四种技术参数。11.2校核开模行程计算注射机最大开模行程s的表达式为：S≥h件+h浇+（5～10）=90<160上式中，塑件制品的高度用h件来表示，浇注系统的高度用h浇来表示，分析计算结果得出本次开模行程符合设计标准。11.3校核模具与注射器安装零部件的尺寸大小由于注射机的拉杆空间要大于标准模架的外形尺寸，所以需要用压板来固定模具，本次选择的注射机各项技术参数符合设计的标准。总结本次设计的基于NX遥控器后盖的注塑模设计，从设计之初开始查阅各种有关注塑模具的书籍资料做准备，到后来指导老师指引设计方向和步骤，再到开始着手设计，最后完成本次设计，历时四个月。主要完成了：一、零件的结构特点和工艺性分析；二、注塑零件加工材料ABS的工艺参数及特性分析；三、设计成型工艺并确定型腔数目；四、浇注系统设计及温度调节系统设计；四、成型部件的计算以及标准件的选择；五、进行三维建模和二维图纸的绘制本次设计的注塑模的工作原理是：在开模过程中，动模后移，塑件在型芯上跟着一起运动，运动到顶杆和推板接触时，推杆开始将塑件向外顶出。合模时，复位机构使推杆以及推杆连接部分回到起始位置。参考文献朱鑫,朱荣华,刘帅,林双.空调遥控器外壳注塑模设计[J].科技创新与应用,2016(23).沈言锦.手机充电器外壳注塑模设计[J].工程塑料应用,2017.吴小飞.扫地机器人底座注塑模具设计[J].机电信息,2022(04):48-50..查五生,彭必友.冲压与塑料模具设计指导[M].重庆大学出版社:材料成型及控制工程专业本科系列规划教材,201608.266.刘颖．注塑模具设计与制