塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书手机外壳注塑模设计.doc

塑料成型工艺与模具设计课程设计说明书手机外壳注塑模课程设计 学 校：班 级：学 生：指导教师：提交日期：1. 塑件的设计41.1 塑件的用途41.2 塑件的原材料选择41.3 塑件图51.4 原材料的参数51.5原材料成型特性与工艺参数61.6 分析塑件62. 注射机的选用62.1 注射机的参数72.2 注射量的校核72.3 锁模力的校核72.4 开模行程的校核83.模具的具体设计83.1 浇注系统的设计83.1.1浇注系统的组成83.1.2 主流的设计93.1.3 分流道的设计113.2 浇口的设计113.3 冷料穴的设计133.3.2分型面的选择133.3.3 排气系统的设计143.4 成型零部件设计143.4.1 成型零部件的尺寸计算143.4.2 成型零部件的结构173.5 模具强度的校核183.5.1 型腔侧壁厚度计算183.5.2 型腔底板厚度计算193.6 模架模板的选择193.6.1型腔的最小壁厚203.6.2模具各项基本尺寸的确定213.7斜顶杆的尺寸设计213.7.1斜顶杆设计213.7.2脱模力的计算233.7.3斜顶杆的强度校核233.8 冷却系统的设计243.8.1 冷却尺寸的确定243.8.2 冷却水带走热量计算253.8.3热传导面积的计算254. 动作原理285. 设计总结281. 塑件的设计1.1 塑件的用途本塑件为手机壳体，其主要用途是保护内部元件并与其他部件很好的配合，这要求塑件的尺寸精度要满足其工作要求，特别是壳体的配合部分。1.2 塑件的原材料选择根据塑件的工作要求来选取塑件原材料。本塑件的原材料选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），选用的原因有以下几点： ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分各自的特性，使ABS具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS综合性能较好，抗冲击强度较高，化学稳定性及电性能良好；可制成双色塑件，且可表面镀铬，也可进行涂装处理。柔韧性好，流动性比PMMA、PC等塑料好。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/cm3。ABS具有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。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，有良的化学和稳定性和电器性能。综合了上述的因素，选定烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）为原材料。1.3 塑件图塑件图的尺寸如下图1.1所示：图1.1 塑件图1.4 原材料的参数聚苯乙烯（PS）的参数如下表1.1所示表1.1 ABS的主要性能参数性能数据成型收缩率/%产品最高连续使用温度/热变形温度/拉伸强度（屈服点）/MPa拉伸模量（屈服点）/MPa洛氏硬度体积电阻率/·cm介电常数/Hz耐电弧/S介电强度/kV·mm-10.40.7(0.5)60759310742.846.923462622R108118(24) ×10132.45×1062.65×106508512161.5原材料成型特性与工艺参数表1.2 ABS的成型与工艺参数工艺参数料筒温度/后部180200中部210230前部200210喷嘴温度/180190模具温度/5070注射压力/MPa7090螺杆转速/(r·min-1)30601.6 分析塑件塑件产品生产批量大，所以采用一模四腔。塑件中等复杂采用整体型腔、型芯，内扣采用斜顶杆成型，采用整体式模具结构。2. 注射机的选用2.1 注射机的参数选用卧式注射机的型号：XS-Z-125；其主要参数如下表2.1所示表2.1 注射机的主要参数项目参数项目参数理论注射容量/cm3螺杆直径/mm理论注射压力/MPa塑化能力/g·s-1注射速度/ g·s-1锁模力/kN125421204.035900模板最大开距/mm模板最大厚度/mm模板最小厚度/mm喷嘴球半径/mm模板尺寸/mm喷嘴前段孔径30030020012428×45842.2 注射量的校核根据生产经验，一个注射周期内所需注射的塑料容体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。利用注射容量（cm3）来表示： （2.1）式中 V一个成型周期内所需注射的塑料容积，cm3；Vz单个塑件的容积，cm3； Vj浇注系统凝料和飞边所需的塑料容积，cm3； n 型腔的数目。 33.6÷60，=56%<80%，符合设计要求2.3 锁模力的校核在注射成型时，为了防止模具分型面被注射压力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象，因此注射机的额定锁模力必须大于注射压力。 （2.2）式中 F注射机额定锁模力，N； Az制品在分型面上的垂直投影面积，mm2； Aj浇注系统在分型面上的垂直投影面积，mm2； n 型腔的数目； Pm塑料熔体在型腔内的平均压力，MPa。由于塑料熔体流经喷嘴，流道，浇口和型腔，将产生压力损耗，而ABS的注射成型时所需的成型压力为30MPa.考虑到实际注射压力比注射机的额定注射压力小，所以选定型腔内平均压力为注射机注射压力的80%。 理论锁模力为900kN，选用注射机的锁模力符合设计要求。2.4 开模行程的校核注射机采用液压式锁模机构，其最大开模行程与模具厚度有关。塑件高(包括浇注系统)61mm，推出距离20mm，所以开模行程如下公式计算： （2.3）式中 Sk开模行程，mm； H1塑件高度(包括浇注系统)，mm； H2塑件顶出距离，mm； 注射机的最大开模行程为300mm，所以符合要求。3.模具的具体设计3.1 浇注系统的设计3.1.1浇注系统的组成 所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。其作用是使塑件熔体平稳而有序地充填到型腔中，以获得组织致密、外形轮廓清晰的塑件。因此，浇注系统十分重要。而浇注系统一般可分为普通浇注系统和无流道浇注系统两类。我们在这里选用普通浇注系统，它一般是由主流道、分流道、浇口和冷料穴四部分组成，如图所示：1主流道 2浇口套 3分流道 4浇3.1.2 主流的设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为： 主流道圆锥角=2o6o，对流动性差的塑件可取306o，内壁粗糙度为Ra0.63m。主流道大端呈圆角，半径r=13mm，以减小料流转向过渡时的阻力。在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。主流道衬套一般选用T8制造，热处理强度为5256HRC。R=R0+(12)mm=12+1=13mmDd0(0.51)mm=314mmH在810mm,这里取H9mmh在35mm,这里取h4mmrD/8,所以D=8r=8×18mmLL1H=40949mmV主3.14h1(R2Rrr2)/3 3.14（Lh）(D/2)2D/2×d/2(d/2)2)/3 3.14×(50.4)×(0.4×0.40.4×0.20.2×0.2)1.3478cm33.1.3 分流道的设计分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。多型腔模具必定设计分流道，单型腔大型腔塑件在使用多个点浇口时也要设置分流道。分流道的截面形状：通常分流道的断面形状有圆形、矩形、梯形、U形和六角形等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，我们这里就选用圆形分流道，如图。因为圆形截面分流道的效率是分流道中效率最高的，固选它.分流道的尺寸：因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略地估计分流道的直径.产品质量=8×4+8×0.5=36所以查表得分流道直径 d取4分流道的布置：分流道的布置取决于型腔的布局，两者相互影响。分流道的布置形式分平衡式与非平衡式两类，这里我们选用的是平衡式的布置方法。分流道与浇口的连接：分流道与浇口的连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡，有利于塑料熔体的流动及充填。 V分3.14r2L3.14×0.2×0.2×20.2512 cm33.2 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。 浇口的理想尺寸很难用理论公式计算，通常根据经验确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。 一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4m。 浇口的结构形式很多，按照浇口的形状可以分为点浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选用的是潜伏式浇口。潜伏式浇口的锥角r取10°20°，倾斜角a取45 °60°推杆上进料口宽度b取0.82如图： 浇口的截面一般只取分流道截面积的39，浇口的长度约为0.5mm2mm，我们取L1mm，查表取h0.5mm,b6h3mm. V侧hbl0.05×0.3×0.10.0015 cm3浇口位置的选择直接影响到制品的质量问题，所以我们在开设浇口时应注意以下几点： 浇口应开在能使型腔各个角落同时充满的位置。浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。 浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。 浇口的位置应选择在能避免制品产生熔合纹的部位。 对于带细长型芯的模具，宜采用中心顶部进料方式，以避免型芯受冲击变形。 浇口应设在不影响制品外观的部位。 不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。3.3 冷料穴的设计 冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。其作用就是存放料流前峰的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而形成接缝；此外，在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。冷料穴的尺寸稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。冷料穴的形式有三种：一种是与推杆匹配的冷料穴：二种是与拉料杆匹配的冷料穴：三种是无拉料杆的冷料穴。我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴 DSmax1.5(22.520)1.54mm (Smax塑件最大壁厚) 1定位圈 2冷料穴 3动模板 4推杆 D9mm, L2D分8mm V冷3×3.14×r2×l/4 3×3.14×4.5×4.5×8 381.51mm3 0.38151 cm3 所以：v浇V主4 V分4 V侧 V冷 1.34784×0.25124×0.00150.38151 2.74 mm33.3.2分型面的选择 分型的位置直接影响模具使用、制造及塑件质量。根据分型面的选择原则： 1）分型面应选择在塑件外形轮廓最大处 2）分型面的选择应有利于塑件的留模方式，便于塑件顺利脱膜 3）保证塑件的精度要求 4）满足塑件外观的要求5）便于模具的制造6）减小成型面积7）增强排气效果所以分型面选在最大截面处3.3.3 排气系统的设计注射模通常采用以下三种方式排气：（1）利用配合间隙排气（2）在分型面上开设排气槽（3）利用排气赛排气采用在分型面上开设排气槽，（如图所示）3.4 成型零部件设计3.4.1 成型零部件的尺寸计算模具的成型尺寸是指型腔、型芯上直接用来成型塑件部位的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔和型芯的深度或高度尺寸，中心距尺寸等。在设计模具时根据制品的尺寸和精度要求来确定成型零件的相应的尺寸和精度等级，给出正确的公差值。模具的成型尺寸的计算方法有按平均收缩率计算和按极限条件计算两大类 ，本设计采用平均收缩率来计算。塑件的尺寸如图1.1所示，已知ABS的平均收缩率为0.5%，塑件未标注公差尺寸采用MT5。(1) 型腔的径向尺寸计算型腔的径向尺寸计算的公式如下： （4.1）式中 LM模具型腔径向工作尺寸，mm； LS塑件径向尺寸，mm； Scp平均收缩率。塑件尺寸公差，mm，查模塑体尺寸公差表得；为模具成型零件公差，查标准公差数值表得； 对于106mm的尺寸其实际尺寸Ls=106 -01.14模具型腔按IT7级精度制造，其制造偏差Z=0.38 对于46mm的尺寸其Ls=46 -0.640 模具型腔按IT7级精度制造，其制造偏差z=0.21 (2) 型腔的深度尺寸计算16型腔深度尺寸计算公式如下： （4.2）式中 HM型腔深度尺寸，mm； HS塑件深度尺寸，mm； 对于4mm的尺寸其Ls=40-0.44模具型腔按IT7级精度制造，其制造偏差Z=0.15 (3) 型芯直径的计算型芯的径向尺寸计算的公式如下： （4.7） 对于103mm的尺寸其Ls=103+01.14模具型腔按IT7级精度制造，其制造偏差Z=0.38 对于43mm的尺寸其Ls=43+00.64模具型腔按IT7级精度制造，其制造偏差Z=0.21(4) 型芯高度尺寸的计算型芯的高度尺寸计算的公式如下： 对于2.5mm的尺寸其Ls=2.5+0.260模具型腔按IT10级精度制造，其制造偏差Z=0.087 (5) 凹槽之间中心尺寸的计算 模具凹槽的中心距尺寸计算公式如下： = 对于19.0mm的尺寸按其公式计算得 由于塑件为小型塑件，一些尺寸都在2mm以下，而小型塑件的尺寸主要受塑料收缩率的影响，ABS的平均收缩率为0.5%，因此那些成型部分的尺寸采用其名义尺寸。3.4.2 成型零部件的结构1 整体结构因为型腔型芯结构简单因此本设计采用整体式，型腔型芯分别嵌入到定、动模板中镶块外形采用带轴肩的矩形台阶，然后分别从上下嵌入型腔型芯固定板中用垫板螺钉将其固定。2 型芯结构 本设计型芯结构如图3.4.2所示。图3.4.2 型芯图型芯的材料采用优质钢材T8A，由于型芯要与推管摩擦，因此型芯要表面热处理，使其的硬度达到HRC5560。3 型腔结构本设计型腔如图3.4.3所示。图3.4.3 型腔示意图3.5 模具强度的校核由于塑件其外形大体是矩形，故采用矩形组合式的计算强度公式来计算。采用45号钢为侧壁与地板的材料。其物理参数：p=160MPa E=2.06×105MPa.3.5.1 型腔侧壁厚度计算1利用刚度公式计算 （5.1）式中 a矩形型腔的侧壁厚度，mm； l矩形型腔长边尺寸，mm； PM型腔内熔体的压力，MPa； E模具材料的弹性模量，碳钢为2.06×105MPa； 刚度条件允许变形量，mm； 2利用强度公式计算 （5.2）式中 模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 刚度和强度的比较，侧壁厚度应大于26.75mm，所以厚度选择为30mm。3.5.2 型腔底板厚度计算（1）利用刚度公式计算 （5.3）式中 h型腔底板厚度，mm； b凹模矩形短边尺寸，mm； 由凹模边长比l/b决定的系数，查表可得，取0.0277（2）利用强度公式计算 （5.4）式中 P模具材料的许用应力，碳钢为200MPa。 刚度和强度的比较，满足刚度，强度要求，型腔底板厚度应大于31.94mm，取底板的厚度32mm。3.6 模架模板的选择3.6.1型腔的最小壁厚：因为塑件的内壁短边b=46，并且设计的型腔为整体式，则侧壁厚度为25mm(p138)。1. 凹模的基本尺寸：以为模具为一模四腔，并且塑件L=106 ，B=46。则在长度方向上初步确定为L=106*2+25*2+30=292,标准模架选取315mm.宽度方向：B=46*2+25*3=167.但是考虑到复位杆位置以及余量的留取所以选取B=250mm.2.凹模材料的选取由于凹模在塑件注塑成型是要受到很大的压力，所以材料要有良好的力学性能，所以选取常用的T8材料。 3.凹模表面粗糙度的确定以及公差的确定 凹模上表面要与塑件的外壳接触，且镜面效果较强表面粗糙度采用Ra1.6 公差等级是IT 7级，并且表面要镀络抛光（详情请看零件图）。模具的高度h>=12.13,由于要考虑冷却系统，并且冷却系统的直径d=10mm，同时中心离底边的距离应该有一个d 那么长。所以综上所述凹模的高度应该大于30mm，由于标准化的经总结，凹模的基本尺寸如下：L=355mmB=250mm 、 H=32mm3.6.2模具各项基本尺寸的确定上模座基本尺寸的确定：根据标准化的选定原则， 凹模的尺寸规格为：250*355 。所以根据模具设计大典关于塑料模具的设计上模座的尺寸为 250*355*25由于上模座是标准零件，所以材料的选取是没有必要的。推杆固定板，凹模、推杆垫板、下模座的尺寸设计 同理可得到推杆固定板的尺寸为 250*355*16 同理可得到凸模的尺寸为 250*355*32同理可得到推杆垫板的尺寸为 250*355*20 同理可得到下模座的尺寸为 250*355*25推杆固定板，凸模、推杆垫板、下模座材料的选择 推杆固定板要求的力学性能不高，且没有较高的精度要求，Q235就能满足才来哦的力学性能 凸模的材料要求同凹模的材料一样推杆垫板的材料同推杆固定板相同Q235 的力学性能就能满足相关要求下模座是标准零件，所以材料的选取可省3.7斜顶杆的尺寸设计 3.7.1斜顶杆设计1. 由于各个方向的抽芯距离s<4mm,并且推板的滑动行程为20mm,要想杆在水平方向上有l=4mm的移动则角度a=arctan(4/20),a=11度取10 度。此角度符合斜顶杆的弯曲角度。2. 斜顶杆的材料选取由于斜顶杆是成型零件，并且在成型过程中要受到很强的压力同时推出时要进行抽芯等系列的运动，与此同时斜顶杆可看着是悬臂梁，塑件推出时有相对运动，所以对材料的力学性能要求较高选取45钢能满足要求3. 斜顶杆表面设计 由于此零件是成型零件并且与凸模之间有相对的运动所以要防止溢料，综上所述零件的上表面要求粗糙度Ra1.6 相对滑动的地方采用H7/h6最小间隙配合。长度方向上的要求按照IT10级来进行要求。3.7.2脱模力的计算：F=×（×）（）××（×）×3.7.3斜顶杆的强度校核： 由于斜顶杆的材料为Q235，此钢的抗拉强度为s=400Mpa 脱模力F=2000N，则需要A>=(F/s)A>=(2000/400)mm2A>=5mm2由于考虑到塑件强度的影响，所以每根斜顶杆的截面尺寸选取 4*4mm2,由于斜顶杆是斜着安装，所以要考虑斜顶杆的抗剪强度是否符合强度要求TQ235=300Mpa假设斜顶杆的截面尺寸为16mm2T=F/AT=35/16=4MpaT<T所以斜顶杆符合抗剪强度的要求3.8 冷却系统的设计3.8.1 冷却尺寸的确定 ABS塑料在成型时 : 成型温度为170-180ºC； 模具温度为40-80ºC；成形时间 : 1)注射时间：35s 2)保压时间：2080s 3)冷却时间：2050s 4)适当的和模时间5）成型周期：43200取成型周期为100冷却回路所需的总表面积可按下式计算：式中 Q单位时间内塑料传给模具的热量，kj/h； m每次注入模具中塑料的质量（包括浇注系统料），kg/h； n每小时的注塑数，n=3600/100=36； q单位质量的塑料在型腔内散发热量 Kj/kg;=576kj/h3.8.2 冷却水带走热量计算： 塑料熔体在注射模具中稳定注塑时其热量95%由冷却水带走： 式中: QW单位时间内模具由冷却水带走的热量，KJ/h; Q单位时间内塑料传给模具的热量，KJ/h KJ3.8.3热传导面积的计算：a.冷却水对管壁的传热系数的计算： 公式中：hw冷却水的传热系数，； w冷却水的平均温度，取平均水温为55； v冷却水的流速，m/s，2m/s; dw冷却水道的直径，m。 b.热传导面积的计算： 公式中：A热传导面积，m2 模具型腔表面的平均温度与冷却水道温度差值，取2ºC;2冷却水路总长度的计算 其计算公式如下： (9.5) 式中 L冷却水路总长度，mm； A冷却水路总面积，mm2； dw冷却水管的直径，mm。 模板中单条水管长度为250mm，因此开设4条冷却水路，总长度为1000mm，能满足条件。为了让型芯能充分充分冷却在动模也开有两条独立的冷却水道。冷却系统设计如图单个塑件长度为106mm，中心浇口套直径为20mm。因为靠近浇口处塑件温度较高，所以冷却流道应靠近浇口。（1） 冷却水孔相对位置尺寸D=（812）mm L>=10mmL1=(12)d L1为孔边距，即冷却孔与模具型腔所在面的距离。D为冷却孔直径L2=（35）dL2为孔间距，即相邻两孔之间距离。由于凹模板厚度为32mm，为满足条件。将孔开在中间。总共四个冷却通道，在浇口套两边按对称分布。塑件总长106mm，加上塑件到主流道的距离12mm，按120mm计算。孔间距取50mm，因为靠近浇口处塑件温度较高，所以冷却流道应靠近浇口。取靠近浇口的水道与主流道的距离为30mm.为了使冷却均匀，冷却效果更好，该冷却系统分别开设两个进水和出水口。冷却水流向如上图所示。 4. 动作原理 本设计为两板式模具，开模过程中注塑机带动动模向下运动。塑件紧抱型芯以及拉料杆的作用，使塑件及浇注系统凝料全部留在动模一侧。在开模过程中斜顶杆侧抽型芯向左运动完成侧抽芯。模具完全打开后，注塑机顶针推动顶出板，顶出板带动顶杆及拉料杆将塑件顶出。合模时复位杆顶到定模上完成顶杆及拉料杆的复位，同时斜顶杆在弹簧的作用下完成复位中间开始下一次的注射。5. 设计总结这次课程设计我们一组的成员经过独立思考，严格按照任务书上的要求一步一步完成的。在设计的过程中，我们不断地查找资料，做到设计计算和绘图同时进行，遇到问题解决问题，不懂的地方就向老师请教或查阅网上图书及资料。反复检查修改，最终完成了设计。就本次设计中存在的问题总结了以下：（1） 各个部分设计时都不是独立的，在设计中要有整体意识，团队要一起讨论数据不统一的地方。（2） 凡事不能想当然，要结合实际情况考虑问题。（3） 设计实质是查漏补缺的过程，可以弥补我们在课上没有听懂的地方，检验我们对知识的理解和掌握程度。（4） 有些很细节的地方要经过反复修改和验证，决不能马虎了事。6. 参考文献1 夏巨谌 屈华昌.塑料成型工艺与模具设计.北京：高等教育出版社，2007 2 李志刚. 中国磨具设计大典.中国机械工程协会，20033 徐秀娟.互换性与测量技术.北京理工大学出版社，20094 胡正寰 夏巨谌.中国材料工程大典.化学工业出版社，2005注：3.13.3 浇注系统部分 设计者：李瑶3.43.5 型腔部分 设计者：郝丽梅3.63.7 侧抽机构 设计者：胡帅3.8 冷却系统 设计者：祝兵