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电视遥控器下端盖逆向开发设计说明书






三年的大学生活很快就过去了!回首过去,我从一个无知的高中生成长为一个新 世纪的大学生,进而又要走向社会,这与学校及系部的培育是分不开的。 这次的毕业设计将会给三年的生活划上一个圆满的句号。他将是我三年的学习的 总结; 是站在三年学习的基础上一次全新的升华; 是将我所学的理论用于实践的开始; 也是一次对我自己知识的考核和肯定。 现

代有效、快速、精确的设计手段是采用计算机辅助设计,设计是人和计算机相 结合,各尽所长的新型设计方法。我的设计就充分体现了这一点,采用 CATIA 设计 零件。先构出模具构件,再根据模型特征来设计模座.模具构件包括上模型腔、下模型 腔、 (也称为凸模型腔,凹模型腔) 、浇道系统(注道、流道、流道滞料部浇口等) 、 砂心、销、回位销、冷却水线、电热管、停止销、定位螺栓、导柱、导键等。最后用 NX6.0 装配。 在设计过程中我遇到了很多意想不到的问题和困难,但在同学们的帮助下,一一 都得到了比较圆满的解决。由于我能力有限,又受到工作的影响,设计时间短,比较 仓促,有不少的错误和不合理的地方,请各位老师给予耐心的指导和指正。

第一章

设计题目与要求

本次设计的题目为电视遥控器上端盖逆向开发,材料选用聚苯乙烯(PS) ,中、 大批量生产,采用注射模注塑成型,该遥控器的形状如图 1.1 所示。



1.1 遥控器简图

第二章

注射模可行性分析

2.1 注射性能分析 (1) 注射成型工艺的可行性分析: 本塑件形状复杂,壁厚不均,尺寸精度要求较高,而且有较高的表面质量和尺寸 稳定性的要求,因此对模具和设备的要求也较高。而注射成型方法有如下几个优点: a:形状:几乎没有复杂性限制,容许模具内有不同塑料的成型型腔; b:尺寸:塑件可小到不足 1 克,大到几十千克,没有限制; c:材料:在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料; d:精度:可注射高精度的塑件,有较好表面质量和尺寸稳定性; e:生产率:中等,循环时间主要由塑件壁厚决定,最短可在十几秒内,可增加每 模的型腔数来提高生产率。 由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点,分析可知:该塑件适合于采用注射成 型方法。 (2) 表面粗糙度: 由塑件外观可知,塑件的外表面要求较高,因此其表面粗糙度取 Ra0.4mm,而其 内表面由于是遥控器的内部,为顾客视线所不及,故不影响其外观视觉质量,从简化 加工工艺和节约加工成本的角度考虑,其内表面选用的表面粗糙度为 Ra0.8mm。 一般情况下, 模具粗糙度低于塑件 1~2 个等级, 故取型腔表面粗糙度为 Ra0.2um, 而型芯表面粗糙度为 Ra0.4um。 (3)尺寸精度: 按 SJ1372—1978 标准,塑料件尺寸精度分为 8 级。本塑件所用材料为聚苯乙烯 (PS),由此查塑料模具设计手册可知,本塑件宜选用 4 级精度。零件具体尺寸及其 公差值可详见零件图。 塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关,尤以小型精密塑件为甚。从模具制造 精度对塑件精度的影响可知,模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关 系,由塑件零件图可得,模具精度等级为 IT8。 (4) 脱模斜度: 该塑件采用的塑料是 PS, PS 的成型收缩率较小 而 (0.2-0.6%) 而且塑件较复杂, , 对型芯的包紧面积也较大,所以应取较大的脱模斜度。为保证壁厚的均匀一致,因此 取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。再由零件设计图纸要求可知脱模斜度 α =5。 (5) 壁厚: 由图纸可知,该塑件有许多中不同的壁厚,如 2mm、1.5mm、1mm、0.8mm 等。壁 厚不均匀,这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀,并由此产生许多质量问 题。如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。为防止此类现象出现,这就要求防止出现突 变与截面厚薄悬殊的设计,故我在壁厚不同处采取过渡设计,例如:采用圆弧过渡等 措施。 (6)加强筋:

由图纸要求可知,该塑件设计了很多加强筋,加强筋的尺寸为顶部 0.7mm,根部 为 0.8mm。这对提高塑料件的抗弯强度,减小塑料件的翘曲变形,提高抗蠕变和抗冲 击性能有好处,同时,加强筋的添加改善了塑料熔体的充模流动或者是缩短了流程或 增加了流程的截面。 (7)圆角: 从塑件可知,该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了圆角。其采用 圆角不仅降低了应力集中系数,提高了抗冲击、抗疲劳能力,而且改善了塑料熔体的 流动充模性能,减少了流动阻力。降低了局部的残余应力,防止开裂和翘曲,也使塑 料件外形流畅美观。而且成型模具型腔也有了对应的圆角,提高了成型零件的强度。 (8)质量和体积: 由天平可称出该塑件的质量约为 m=30g 再由公式 v=m/ ρ =30/1.25=24cm3,由此可知,该塑件属于小型塑件。 2.2 材料选择 2.2.1 塑料零件材料的选择分析 该塑件为电视遥控器外壳的下半部分,有以下特点: (1)它所处的工作环境好,处于室温下,不承受冲击载荷,也不处于酸、碱、盐 性环境中; (2)产量大,用于一般的日常生活中,故要求此塑件材料质优而价廉,且对人体 不产生任何毒副作用。 (3)内部结构复杂成型较困难。 (4)要求要有较美丽的外观。因此我初步选择采用通用塑料。 通用塑料分为聚乙烯(PE) 、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS) 、聚丙烯(PP)等 品种,多用于一般工农业生产和日常生活之中,具有价格低等特点。 a聚乙烯 PE:是由乙烯单体聚合而成的。 特点:采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物:有高压 PE、中压 PE、 低压 PE 三种。 高压 PE:由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度,故质地柔软;低压 PE:由于含有较高的相对分子质量、密度、结晶度,故质地坚硬,耐寒性 能良好,在-70℃时还保持柔软,化学稳定性很高,能耐酸、碱及有机溶 剂,吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。 缺点:是力学强度不高,热变形温度很低,故不能承受较高的载荷和不能在较 高的温度下正常工作。 b 聚氯乙烯 PVC:是由乙炔气体与氯化氢合成氯乙烯单体,然后在聚合成聚氯乙 烯。 特点:可分为硬质 PVC 和软质 PVC。 硬质 PVC:力学强度高,电气性能优良,耐酸、碱的抵抗力极强,化学稳定性很 好。缺点:是软化点低,机械强度高。其可在-15~60℃时使用。 软质 PVC:有质轻、隔热、隔音、防震等特点,而且强度低、易老化、延伸率高。 c 聚丙烯 PP:

特点:聚丙烯的主要特点是相对密度小,约为 0.9。它的力学性能如屈服强度、 拉伸强度、压缩强度、硬度等,均优于低压 PE。并有很突出的刚性,耐水行较好,可 在 100 以上使用,若不受外力,则温度升到 150 也不变形。基本上不吸水,并且有较 好的化学稳定性,除对浓硫酸、浓硝酸外,几乎都 很稳定。绝缘性能优越,高频电性能优良,而且不受温度影响,成型容易。对 人体不产生毒副作用,可用于药品及食品的包装。 缺点:耐磨性不够高,成型收缩率较大,低温呈脆性,热变形温度亦较低。 d 聚苯乙烯 PS:聚苯乙烯略早于聚丙烯问世,其原料十分丰富,是目前最广泛 应用的材料之一。 聚苯乙烯的密度为 1.04~1.16g/cm 3 ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。聚 苯乙烯遇火会自燃。 聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环,故柔顺性差,质地脆硬,抗冲击 性能差,敲打时发出类似金属的响声。 机械强度低于硬质聚氯乙烯,尤其是相对分子量较小的品种强度更差, 聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。 聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率,是成型工艺最好的塑料 品种之一,容易制造形状复杂的制品。 聚苯乙烯无色透明,透光性仅次于有机玻璃,容易着色,常用于制造要求透明 或颜色鲜艳的制品。 聚苯乙烯具有很小的吸水率,在潮湿的环境中尺寸变化很小,适用于制造要求 尺寸稳定的制品,如仪表仪器壳体等。 聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能,尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小, 是优良的高频绝缘材料。聚苯乙烯的主要缺点是脆性大,形状复杂的制品成型后存在 较大的内应力时,常会在使用中自行开裂。为改善聚苯乙烯的脆性,加入少量的聚丁 烯可明显降低脆性,提高冲击韧性。这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。 2.2.2 材料的确定 由以上四种通用塑料的性能分析可知:我的塑件电视遥控器外壳的材料宜采用聚 苯乙烯(PS) 。 以下是聚苯乙烯塑料的技术数据: 1:成型特点: a:无定形料,吸湿性小,不易分解,性脆易裂,热膨胀系数大,易产生内应力; b:流动性好,溢边值 0.03mm左右,应防止飞边; c:塑件壁厚应均匀,不易有嵌件, (如有嵌件应先预热) ,缺口,尖角各面应圆 弧连接; d:可用螺杆式或柱塞式注射机加工,喷嘴可以选用直通式或自锁式; e:易采用高料温,低模具温度,低注射压力延长注射时间有利于降低内应力, 防止缩孔,变形(尤其对厚壁塑件)但料温高易出银丝,料温低或脱模剂多则透明性 较差; f:可以采用各种形式的浇口,浇口于塑件应圆弧连接,防止去除浇口时损坏塑

件,脱模斜度易取 2 以上,顶出均匀,以防止脱模不良而发生开裂 2:物理性能: 密度 g/cm
3

比体积 cm /g
3

吸水率 24h % 长时间

透 光 率 %

摩擦系数 PS 钢 滑) PS 铜 滑) 0.16 ( 无 润 ( 有 润 0.34

1.04 ~ 1.10 ~ 0.01 ~ 浸 水 18 天 透明 1.06 1.11 0.03 0.05 熔融指数 MFI g/10min 维 卡 针入 度 ℃ 3:热性能: 玻 璃 化 熔点 温 度 ℃ 230 ℃ 负 荷 2.03~8.69 计算收缩率 % 0.6~0.8 比热容 J/(kg.k) 1930 21N?2.09 140~150 ℃

热变形温度 45N/
2

㎝ 180N/㎝
2



100~105 170~1 76 线膨胀系数 10 /℃ 9.8 4:力学性能:
-5

102~115

56~57

热导率 w/(m.k) 0.118

燃烧性 Cm/min 缓慢

屈服强 抗弯强 断 裂 弯曲弹 抗 压 冲 击 韧 度 度 Mpa 37 67 度 Mpa 伸 长 性 模 量 强 度 KI/m 率% >200 Gpa 1.45 Mpa 56 口 78
2

布 氏 硬 度 HBS

无 缺

缺口 3.4~4. 8.65 8

R9.5~10.5 耐电弧性 S

5:电气性能: 电阻率 Ω ·m >1014 30 击穿电压 kv/㎜ 2.0~2.6 0.001 介电常数 介电损耗角正切

125~185

6:成形条件: 注射机类型 密度 g/cm3 柱塞式 1.2~1.33 计算收缩率 % 0.1~0.2 温度 60~75 ℃ 预热 时间 2 h

料桶温度 后段 140~160 中段 ---------成型时间 s

℃ 前段 170~190

喷嘴温度 ℃ ――

模具温度 ℃ 32~65

注射压力 Mpa 60~110

螺 杆 适用注射机类型 冷 却 总周期 时间 转速 r/mi n 48 螺杆、注塞均可

注 射 时 间 高压时间 (秒) 15~45 0~3

15 ~ 40~120 60

方法 后处理 温度(℃) 时间(H)

红外线鼓风烘箱 70 2~4

第三章

拟定模具结构形式

3.1 型腔数目的确定 注射模的型腔数目,可以是一模一腔,每一次注射生产一个塑件,也可以是多腔, 每一次注射生产多个塑件。每一副模具中,型腔数目的多少与下列条件有关系。 (1) 塑件尺寸精度 型腔数目越多时,精度也相对地降低。这不仅由于型腔加工精度的参差,也由于 熔体在模具内的流动不均所致。 按照 SJ1372—78 标准中规定的 1、 级超精密级塑件, 2 只能一模一腔,当尺寸数目少(形状简单)可以是一模二腔。3、4 级的精密级的精密 塑料件,最多是一模四腔。 (2) 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模,但非简单的倍数比。四腔模并非单腔模的四倍。 因此,从塑件成本中所占模费比例来看,多腔模比单腔模要低。 (3) 注塑成型的生产效益 多腔模从表面上看,比单腔模经济效益高,但是多腔模所使用的注射机大,每一 注射循环期长而维修费用高,所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。 (4) 制造难度 多腔模的制造难度比单腔模大。当其中一腔先损坏(或磨损超差)时,应立即 停机维修,影响生产。 综合以上几个方面综合考虑,我的设计采用一模两腔结构形式。就精度而言,我 的塑件属于四级精度,它可以使用一模四腔;但从模具制造成本以及模具成型的生产 效益来看,他比单型腔模具降低了生产成本提高了生产效率;而且塑件的注射量比较 小;但从制造难度来讲,这套模具的型腔十分复杂已经很难加工,必须采用较多的镶 块才能实现,如果型腔过多,就会影响各个镶块之间的装配关系,造成塑件成型困难, 尺寸精度以及表面粗糙度难以保证。而一模两腔恰好解决了这一问题,不仅使得模具 有了较好的精度,而且便于加工,便于注塑,适应了现代化大规模高效率生产高精密 零件的要求。 3.2 分模面的选择 分模面为定模与动模的分界面。用于取出塑料件或浇注系统凝料的面。合理地选 择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。 选择分型面时,应从以下几个方面考虑: (1) 使塑件在开模后留在动模上; (2) 分型面的痕迹不影响塑件的外观; (3) 浇注系统,特别是浇口能合理的安排; (4) 使推杆痕迹不露在塑件外观表面上; (5) 使塑件易于脱模。 由于本塑件的结构形状较为特殊,根据选择分模面时,应遵守以上的原则。再综

合我的塑件形状的考虑,以及模具整体设计、制造、加工的要求,我选择采用平面分 型面,如图 3.2.1 所示

图 3.2.1 模一侧。这样的分型面设计有以下的特点: 第一、 第二、 第三、 第四、 第五、

平面分型面

这是 catia 分模时作的单面分模面,由于上表面要求较高,必须要求塑件留在动 这样的设计保证了分模时塑件留在动模一侧; 分型面的痕迹会在塑件的下边缘一圈,保证不会影响 外观质量; 这样的设计使得推杆比较好布置,比较容易推出塑件; 使得脱模变的容易; 这样的设计也迫使设计必须使用潜伏式浇口等不影响外观质量的特殊

浇口。

第四章

注射机型号的确定

在模具设计时,根据产品几何尺寸及模具结构特点,尽可能选用适合的注塑机以 充分发挥设备的内在能力。 4.1 锁模力计算 锁模力是指注射机构在工作中对模具所能施加的最大夹紧力。锁模力与注射容量 全面地反映了设备的主要特征和加工能力。 在实际注射成型中,由于制品形状不同,所采用树脂品种不同,注射工艺条件及 模具结构不同,所需要的合模力大小也各不相同。因此,在选用注射机时,要对其合 模力进行计算。通常,可采用下列公式进行: F≥Pm(NAs+Aj) 式中: F-----注射机最大合模力(MN); N------型腔个数; Pm----成型时模腔平均压力(MPa); As-----塑件在开模方向的最大投影面积(㎡). Aj-----浇注系统在开模方向的最大投影面积(㎡) 从前面可知: 0.025. 所以: F≥nPcA =2×40×0.025 =2 MN =2000KN 4.2 注射容量计算 注射机的理论注量,指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量(㎝ 3).模具安装后,对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量,然后确 认总体积注射量,从而可得: Vg>n(Vs+Vj)(cm 3) 式中: Vg-----注射机额定注射量(cm3); Vs----单个塑件的容积量(cm3); Vj-----浇注系统和飞边所需要的容积量(cm3); N-----型腔数。 其中: 所以: Vs=24cm3 Vj=3cm3 V>n(Vs+Vj) =2×(24+3) N=2 采用 CATIA 测得浇注统以及塑件在开模方向上的投影面积为 (4-1-1)

=54cm3 4.3 注射机的选用 根据《塑料模具设计手册》附表 8(P392),由以上所取得的数据 F 和 V 可知,可选用型号为 G54-S-200/400 的注射机可。 XS-ZY-125 注射机的技术规范及特性如下: 螺杆直径(mm): 最大理论注射容量(cm ): 注射压力(MPa): 注射行程: 锁模力(KN): 最大注射面积(cm ): 最大模具厚度 H(mm): 最小模具厚度 H1(mm): 最大和穆行程: 模板最大距离 L0(mm): 模板行程 L1(mm): 喷嘴圆弧半径 R(mm): 喷嘴孔径 d(mm): 喷嘴移动距离(mm): 推出形式: 和模方式: 螺杆转速: 机器外型尺寸: 其他:
2 3

55 200~400 109 160 2540 645 406 165 260 800 400 SR18 4 210 中间推出 液压-机械 16、28、48 4700X1000X1815 总力 280KN,开模力 8T,顶杆最大距离 190mm。

第五章

浇注系统和排气系统的设计

5.1 浇注系统的设计原则 (1)浇注系统与塑件一起在分型面上,应有压降、流量和温度分布的均衡布置; (2)尽量缩短流程,以降低压力损失,缩短充模时间; (3)浇口位置的选择,应避免产生湍流和涡流,及喷射和蛇行流动,并有利于 排气和补缩; (4)避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击,防止变形和位移。 (5)浇注系统凝料脱出方便可靠,易与塑件分离或切除整修容易,且外观无损 伤; (6)熔合缝位置必须合理安排,必要时配置冷料井或溢料槽; 尽量减少浇注系统的用料量; (7)浇注系统应达到所需精度和粗糙度,其中浇口必须有 IT8 以上精度。 5.2 浇注系统布置 在多腔模中,分流道的布置有平衡式和非平衡式两类,一般以平衡式为宜。本次 设计采用的是对角式布置,充分利用了它质量好,一致性好等优点。 5.3 流道系统设计 流道系统设计包括主流道、分流道和冷料井及其结构设计。 5.3.1 主流道设计 直浇口式主流道呈截锥体,见图 4.3-1。主流道入口直径 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。所以: d =4+1=5mm 主流道入口的凹坑球面半径 R,应该大于注射机喷嘴球头半径约 2~3mm。反之, 两者不能很好贴和,会让塑料熔体反喷,出现溢边致使脱模困难。故: R=12+(2~3)=(14~15)mm 取 R=15mm 锥孔壁粗糙度 Ra≤0.8μ m。主流道的锥角α =2°~4°。过大的锥角会产生湍流 或涡流,卷入空气。过小锥角使凝料脱模困难,还会使充模时流动阻力大,比表面增 大,热量损耗大。
1 主流道的出口端应该有较大圆角 r≈ 8 D。

其中, D 可用经验公式求出:
4V D= ?k

其中,

V----流经主流道的熔体体积(cm3) ;

K----因熔体材料而异的常数,取 K=1.2;

所以,

4V 4 ? 40 .8 D= ?k = 3.14 ? 1.2 ≈ 8mm
D 8 r= 8 = 8 =1 mm

所以,

主流道的比表面 S 为:
4? D ? d ? 2 2 S= ( D ? d ) 4 ? (8 ? 5) 2 2 = (8 ? 5 ) =0.58

主流道的长度是 L,一般按模板厚度确定。但为了减小充模时压力降和减少物料 损耗,以短为好。小模具控制在 50mm 之内。初步确定: L=50mm 2 2 H= 5 R= 5 ×15=6mm 5.3.2 分流道截面形状 分流道的截面形状有圆形、半圆形、矩形、梯形、V 形等多种。其中圆形截面最 理想,使用越来越多。本次设计采用单面圆形截面,形状如图 5.3.2 所示。

图 (2)流道剪切速率的校核
4Q ? = ?R 3 ?

5.3.2 单面圆形截面分流道

分流道的尺寸由经验得知。

由课本《塑料制品与模具设计》中表 3.3-5 可知,注射时间为 t=2.0s 故:
v 40 .8 Q= t = 2.0 =20.4 ㎝ 3/s

4 ? 20 .4 4Q ?? = ?R 3 = 3.14 ? 0.43 ≈1275

=12.75x102>5×102s-1 符合要求。 5.3.3 冷料井及拉料杆 冷料井有两种,一种是纯为“捕捉”或贮存冷料之用;另一种是还兼有拉或顶出 凝料功用。 (1) 拉料杆冷料井 拉料杆冷料井可分为顶出杆成型的“拉顶”冷料井、拉料杆成型的“拉 料”冷料井和凹坑拉料冷料井。在本次设计中,我们采用圆形头顶出杆成型的“拉顶” 冷料井。它具有“拉顶”动作可靠的优点。 5.4 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的影响。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。 5.4.1 浇口类型的选用 浇口是塑料熔体进入型腔的阀门,对塑料件质量具有决定性的影响,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。浇口有多种类型,如直浇 口、侧浇口、点浇口、重叠式浇口、扇形浇口、潜伏式浇口等。 直接浇口虽然有如以等流程充模、浇注系统流程短、压力损失和热烈散失小,且 有利于补缩和排气等优点,但是,塑件上残留痕迹较大,切除困难。 重叠式浇口多用于大型腔。 扇形浇口适合于大面积薄壁塑件。 点浇口必须采用双分型面的模具结构;浇口位置可以自由选择,不受限制。剪切 速率高,能使流程比增大;浇口必须用三板模切断; 潜伏式浇口是点浇口在特殊场合下的一种应用形式。但可以在脱模时自动拖断; 它可以隐藏在外表不露出的部位,使浇口痕迹不外漏。但加工比较空难,容易磨损。 侧浇口也称为边缘浇口,由于它开设在主分型面上,截面形状易于加工和调整。 多型腔模具常采用侧浇口,可设计成两板模。 综合我的塑件,是比较容易流动的聚苯乙烯,而且零件外表面要求较高;潜伏式 浇口也称为隧道浇口或剪切浇口, ,它从分型面的一侧沿斜向进入行腔。这样在开模 时,不仅能自动切断浇口,而且其位置也可以设置在制品的侧面、端面和背面等各个 隐蔽处,使制件外表无浇口的痕迹。它的截面形状如下图 5.4.1 所示:

图 5.4.1 潜伏式浇口 5.4.2 浇口尺寸计算 潜伏式浇口的几个尺寸中,以深度 h 最为重要。H 控制了浇口畅通开放时间和补 缩作用。浇口宽度 W 的大小控制了熔体充模流量。浇口长度 L,只要结构强度允许, 以短为好,一般选用 L=0.5~1.5mm。浇口深度有经验公式: h=nt 式中, (5-4-2) h-----潜伏式浇口宽度(mm),中小型塑件通常用 h=0.5~2mm,大约为制 1 2 品最大壁厚的 3 ~ 3 ; t-----塑件壁厚(㎜); n-----塑件材料系数,取 n=0.6。 故: 浇口的经验公式:

n A d= 30

(5-4-3) d-----浇口直径; A-----型腔表面积(mm2);

式中,

n-----塑料材料系数;取 n=0.6。 1 A≈ 4 π D2+4×(15×18)+2×(2π ×5×13)
1 = 4 ×3.14×632+4×(15×18)+2×(2×3.14×5×13)

=3115.665+1080+816.4≈5012mm2
n A 0.6 5012 30 W= 30 = ≈1.4mm

所以:

6Q 2 最后,须用流经侧浇口熔体剪切速率 ?? = Wh ≥104s-1 进行校核。又知充模注射

时间为 t=1.6s, v 40 .8 故: Q= t = 1.6 =25.5cm3/s
6Q 6 ? 25.5 ?? = Wh 2 = 0.14 ? 0.18 2 =33730 =3.373×104>104s-1 符合要求。 5.5 浇注系统的平衡 本次设计分流道的布置采取的是平衡式布置,从主流道末端到各型腔饿分流, 其长度、断面形状和尺寸都对应相等,各型腔受力相同,不需采取平衡计算 。

5.6 排气系统的设计 从某种角度而言,注塑模具也是一种置换装置。即塑料熔体注入模腔的同时,必 须置换出型腔内的空气和从物料中溢出的挥发性气体。排气系统是注塑模具设计的重 要组成部分。如图所示:

图 5.6.1 5.6.1 排气系统的设计方法 (1) 利用分型面排气是最简单的方法,排气效果与分型面的接触精度有关。 (2) 利用顶杆与孔的间隙排气,必要时可对顶杆作些排气的结构措施; (3) 利用球状合金颗粒烧结块渗导排气,烧结块应有足够的承压能力,设置在 塑件隐蔽处,并需要开设排气通道; (4) 在熔合缝位置开设冷料井,在储存冷料前也滞留了不少气体; (5) 可靠有效的方法是在分型面上开设专用的排气槽, 尤其上大型注塑模具必 须如此; (6) 对于大型的模具,也可以利用镶拼的成型零件的缝隙排气。 我所设计的排气槽分两部分,外面部分的的深度为 0.5mm,里面部分的深度为 0.02mm,里面 0.02mm 的间隙融料不会溢出,但气体可以很好的排放出来,外面 0.5mm 间隙则能够更好的使气体流通,排气通畅。

如图所示:

图 5.6.2 排气槽放大图

第六章

成型零件机构设计

模具闭合时,成型零件构成了成型塑料制品的型腔。成型零件主要包括凹模、 凸模、型芯、镶拼件、各种成型杆与成型环。成型零件在充模保压阶段承受很高的型 腔压力。作为高压容器,它的强度和刚度必须在容许值之内。成型零件的结构、材料 和热处理的选择及加工工艺性,是影响模具工作寿命的主要因素。 6.1 成型零件结构设计 成型零件的结构设计,当然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。 6.1.1 定模结构设计 定模是成型塑件外表面的成型零件。定模的基本结构可分为整体式、整体潜入式 和组合式。根据本次设计的塑料的特点,采用组合式定模。定模的形状如下图所示。 定模板:
导柱和导套孔 基准角

定距拉杆孔 锁模器孔

螺丝孔

模仁螺丝孔

图 6.1.1 定模板结构图 其他特征如螺钉孔以及吊耳螺钉孔可参考上模板零件图。 模板的厚度以及各个螺钉孔的位置、导套孔的位置是由所选择的模架给出的,可 参见模架 A1-355355-38-Z1。 (GB/T12556)尺寸。

定模模仁:

图 6.1.2 定模模仁结构图

6.1.2 动模结构设计 动模和和动模型芯都是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。动模也称主型 芯,用来成型塑件整体的内部形状。小型芯也称成型杆,用来成型塑件的局部孔或槽。 与定模部分不同,它与注塑机后半部分相连它参于塑件的顶出,一般的模具设计都要 求塑件留在动模部分,好容易脱模。因而动模一般比定模复杂。 我的塑件对于外观并没有太高的要求,所以只要保证尺寸的精确就可以了。经过 查资料和考证,我决定采用与定模部分一样的结构??整体镶拼式组合凹模。 动模板的结构: 由模具设计手册才查的模架 A1-355355-38-Z1(GB/T12556)动模板的尺寸,动 模板结构:

图 6.2.1 动模板结构图 动模模仁:

图 6.2.2 动模模仁结构图 6.2 成型零件钢材选用 6.2.1 选用要求 (1) 机械加工性能良好。 (2) 抛光性能优良。 (3) 耐磨性和抗疲劳性能好。 (4) 具有耐腐性能。

6.2.2 钢材的选用: 由于设计采用整体镶拼式模具所以可以在符合模具强度,刚度以及光洁度的前提 下合理的选用钢材。 (1) 定模板: 定模板由于没有参与塑件的成型, 所以对表面光洁度要求不高, 因而我采用了 5CrMnMo。5CrMnMo 属于通用塑料模具钢材,用于调质后精 加工大型热塑塑性塑料注射模具, 淬透性差, 淬火变形小, 较高温度下时, 热疲劳性不高, 抛光性能差。 此种钢材适用于制造要求具有较高强度和高 耐磨性的各种模具。 (2) 定模镶件: 定模镶件是零件外表面的成型面, 由于零件的外表面要求比较 高,所以所以定模镶件要求能够抛光到镜面要求。所以我选择了镜面钢 PMS。 在镜面钢中, 我选择了 10CrNi3MnCuAl。 它是一种高级镜面 Ni-Cu-Al 析出硬化型塑料模具钢,采用电弧炉加电渣重溶法制刚,钢材纯净,有高 的抛光性能,抛光后表面粗糙度可达到 Ra0.05~0.12μ m,并具有很好的 花纹图案蚀刻性能, 时效后硬度可以达到 HRC38~45, 变形率在 0.05%以下, 是热塑性塑料透明件和各种光亮要求的塑料制品成型模具专用钢。 (3) 动模镶件:动模镶件成型塑件的下表面,由于它于遥控器下半部分配合, 装在里面,所以要求只要达到一定的光洁度就可以了。我选择了 3Cr2Mo, 该钢是由美国 AISI 的 P20 转化过来的预硬性塑料模具钢,并已经纳入国 标(GB1299-1985)可在 29.5~35HRC 硬度条件下供应,有良好的机加工性 能,极好的抛光性能,是各国应用比较广泛的塑料模具钢材。 (4) 动模板:动模板同样采用 5CrMnMo,理由与定模板相同。 6.3 成型零件工作尺寸计算 注塑模成型零件工作尺寸,是指这些零件上直接成型塑件的型腔尺寸。由于塑件 在高压和熔融温度下充模成型,并在模具温度下冷却固化,最终在室温下进行尺寸检 测和使用。因此,塑料制品的形状和尺寸精度的获得,必须考虑物料的成型收缩率等 众多因素的影响。由于塑件尺寸类型的多样性,及其成型收缩率的方向性和收缩率的 不稳定性,以及塑件和金属模的制造公差,因此成型零件工作尺寸的计算,一直是注 塑加工中的重大课题。 成型零件的每个工作尺寸,都要根据塑件尺寸和精度要求逐一计算。对塑件和模 具成型零件,掌握它们的尺寸和公差确定的公式与规则,及其影响因素,是十分必要 的。 模具成型零件工作尺寸,应按照国家 GB1800-79 标准公差数值,用公差等级 IT6~IT10 确定偏差,并作相应规定: (1) 包容和被包容尺寸采用单向偏差制; (2) 模具上包容尺寸均采取正偏差,既作为基孔制的孔;被包容尺寸均标注 负偏差,即作为基轴制的轴。 (3) 对中心距和单向位置尺寸,均取双向等值偏差。 按照以上规定,现根据塑料件的尺寸按平均收缩率 Scp 对模具尺寸进行

计算。 其中,我们由第三章可知,Scp=0.44%。 本节所采用的主要代号及其含义如下: Dm、dm------模具的包容、被包容尺寸,mm; Hm、hm------模具的包容、被包容深度、高度尺寸,mm; Lm、lm------模具的中心距、单边位置尺寸,mm;

? -------塑料件尺寸公差,按 SJ1372-78 选定,mm; ? m-------模具成型零件的制造公差,按 GB/T1800-1998 确定,mm;
Scp-------注射塑料物料的平均成型收缩率; D、d-------塑料件包容、被包容径向尺寸,mm; H、h-------塑料件的包容、被包容的深度、高度尺寸,mm; L、l-------塑料件的中心距与单边位置尺寸,mm; 6.3.1 凹模和镶件尺寸计算 遥控器外壳的尺寸详见零件图,所用的计算公式如下: 型腔径向尺寸: 型芯径向尺寸: 型腔深度尺寸: 型芯高度尺寸:
D ? (1 ? s cp ) ? d ? x ? ?

?

?

? ?m

(1) ; (2) ; (3) ; (4) ;

d ? (1 ? s cp ) ? D ? x ? ?
H ? (1 ? s cp ) ? h ? x ? ?

?

?
?

? ?m

?

? ?m

h ? (1 ? scp ) ? H ? x ? ?

?

?

? ?m

其中: s cp :注射塑料物料的平均成型收缩率, s cp =0.004;
? m :模具成型零件的制造公差;

? :塑料件尺寸公差; 塑料件尺寸公差 ? 可由文献〔2〕上表 3.4-3 查出,系数 x 可由表 3.4-9 查出,模 具成型零件的制造公差 ? m 可由表 3.4-6 查出。
a:动模镶件 2 的径向尺寸计算: 由公式(1) :
D1 ? ?(1 ? 0.004 ) ? 56.87 ? 0.56 ? 0.76 ?
?0.087

? 56.66188 ?0.087 ? 57 ?0..05 ; ?0 038

D2 ? ?(1 ? 0.004 ) ? 203 .17 ? 0.58 ? 0.52?
D3 ? ?(1 ? 0.02) ? 75 ? 0.58 ? 0.52 ?
?0.074

?0.074

? 203 .68108 ?0.074 ? 203 .7 ?0..055; ?0 029

? 76.1984 ?0.074 ? 76.2 ?0..072 ; ? 0 002

b: 型腔深度尺寸: 由公式(3) :
H ? ?(1 ? 0.02) ? 23.12 ? 0.60 ? 0.22 ?
?0.043

? 23.028 ?0.043 ? 23.4 ?0..031 ; ?0 012

第七章

合模导向机构设计

模具闭合时要求有准确的方向和位置,具有一定精度的合模导向机构,是注射模 设计不可缺少的组成部分。 7.1 导向机构的功用 在注射模中,指引动模与定模之间按一定的方向闭和定位的装置,称之为合模导 向机构。此外,在卧式注塑机上的注塑模,其脱模机构也需设置导向机构。因此,导 向机构的功能有: (1) (2) (3) (4) 定位作用 导向作用 承受一定侧压力 支承定模型腔板或动模推件板

本次设计中,我们选用导柱导向机构 7.2 导柱和导套设计 导柱导向机构,包括导柱和导套两个主要零件,分别安装在动、定模两边。 导柱的基本机构形式有两种。一种是除安装部分的凸肩外,长度的其余部分直径 相同,称带头导柱,见 GB4169.4-84,另一种是除安装部分的凸肩外,使安装的配合 部分直径比外伸的工作部分直径大,称有肩导柱,GB4169.5-84。带头导柱用于生产 批量不大的模具,可以不用导套。有肩导柱用于采用导套的大批量生产并高精度导向 的模具。 装在模具另一边的导套安装孔, 可以和导柱安装孔以同一尺寸一次加工而成, 保证了同轴度。导柱前端均须有锥形引导部分,并可割有储油槽。导柱直径尺寸随模 具模板外形尺寸而定。模板尺寸愈大,导柱间的中心距应愈大,所选导柱直径也应愈 大。 根据前面的计算可知,我们可根据模板外形尺寸可选择导柱直径 d=25mm 的有肩 导柱 . 无论带导套或不带导套的导向孔,都应设计为通孔,或专门设计排气槽,以避免 模具闭合时的空气阻力,我在定模板开了一个凹槽,用以排气。导套常用的结构形式 也有两种,一种是直导套,见 GB4169.2-84。直导套常用于厚模板的导向,需与模板 上导向空有较紧配合,防止被导柱拖出,应该有紧定螺钉固定。另一种是带头导套。 带头导套安装需要复以垫板。这种导套长度取决于模板厚度。这两种导套中,孔的工 作部分长度一般是孔径的 1~1.5 倍。 本次设计选用的导柱和导套有两种,一种是导向模具动模板与定模板,使之能精 确定位的导柱导套,另一种是导向推板,推板固定板的导柱导套;但两种都是标准件, 其形状和尺寸如图 7.1 所示。

图 7.1 导柱、导套 7.3 导柱和导套材料的选择 模具中导向副的作用是保证上模相对于下模有一精确的位置关系。 在中小型模具 中应用最广的滑动导向副结构,对于要求精度高、寿命长的模具,导柱导套不但要求 具有较高的刚度和强度来承受大的冲击、支撑模具的部分板件,而且要求要有良好的 耐磨性,保证在使用期间能起到其应有的作用。 尊上所述,我的导柱选择了 20 号钢,该钢属于低碳碳素钢,强度不高,但韧性, 塑性和焊接性能均好,经过渗碳淬火、回火处理,可获得外表较高的硬度,外表面又 比较耐磨,而心部又具有比较好的韧性,所谓外影心韧,是优良的导柱材料。

20 号钢的热处理工序安排: 锻造?正火?粗加工?机加工成型?渗碳或碳氮共渗?淬火及回火?嵌修抛光 ?镀烙 我的导套采用黄铜, 因为导柱和导套在导向中总有一方会因为空气中的杂质产生 磨损,而铜的质地柔软,这样就保护了导柱,从而使得导向机构可以长时间的使用。 同时铜也是自然界最耐磨的金属材料之一,它还有一定的自润滑性能。

第八章

脱模机构设计

可靠地脱模, 让固化的成型塑件完好地从模具中顶出, 取决于脱模机构合理设计。 脱模在开模的后期,常见脱模过程是塑件滞留在动模边,通过脱模机构的顶出动作, 将塑件从主型芯上脱出。 8.1 脱模机构的设计要求 (1) 尽可能让塑件留在动模,使脱模动作易于实现; (2) 不损坏塑件,不因脱模而使塑件质量不合格; (3) 塑件被顶出位置应尽量在塑件内侧,以免损伤塑件外观; (4) 脱模零件配合间隙合适,无溢料现象; (5) 脱模零件应有足够的刚度和强度; (6) 脱模机构要工作可靠,运动灵活,制造容易,配换方便; 为实现注塑生产的自动化,必要时不但塑件要实现自动坠落,还要使浇注系 统凝料能脱出并自动坠落。优秀的设计还应以简单易行机构达到以上要求。 8.2 脱模机构的设计 简单脱模机构有推杆机构、推管机构、推件板机构及这些机构的组合。在本 次设计中,我们采用推杆机构。推杆结构又可分为单节式推杆、台阶式推杆、嵌 入式推杆、异形推杆、锥形顶杆等。根据本次所设计的塑料件的结构特点,我们 采用了两种推杆机构,即单节式推杆和台阶式推杆。对于直径叫小的推杆,为了 保证其刚度和强度,我们采用了台阶式的推杆结构;对于直径较大的推杆,我们 采用的是单节式的结构,由于我的零件型腔复杂,所以采用推杆推出。

第九章

冷却系统设计

高温塑料熔体在模腔内凝固将释放热量,注射模存在严格合适的模具温度。模温 调节系统是使整个成型型腔,在整个批量生产中保持这个合适温度。模温调节包括冷 却和加热,但在本次设计中,不需要加热,只需冷却即可。 9.1 冷却系统的功用 (1) 对制品质量的影响 模温的波动及分布不均匀,和模温的不合适这两方面会使塑料制品质量变坏。 模温直接关系制品的成型收缩率。模温波动会使批量生产制品尺寸不稳定,从而 降低制品尺寸精度,甚至出现尺寸误差过大的废品。这对成型收缩率较大的结晶型塑 料影响更为明显。 (2) 对生产效率的影响 冷却时间在整个注塑周期中占 50%~80%的时间。在保证塑件质量前提下,限制和 缩短冷却时间是提高生产效率的关键。让高温熔体尽快降温固化,模温调节系统应有 较高的冷却效率。 9.2 冷却系统设计 9.2.1 设计原则 (1) 要优先考虑冷却管道的位置,而后综合处理脱模机构需零件布置和镶块结构。 (2) 要保证实现管道冷却水湍流状态的流速和流量,还要保证足够的水压。 (3) 管道直径经湍流计算确定,一般取 d=8~25mm。 (4) 冷却管道布置应以均匀为前提。 (5) 注塑模的浇注系统,如主流道的末端等处需加强冷却,可利用较冷的进水,塑 料制品局部的厚壁及转角等处,需减少间距 h 和 b,强化冷却。 (6) 从冷却效果来选取模具材料。 9.2.2 冷却系统设计 模具的动模和定模都采用如图 9.1 所示的冷却系统:

图 9.1 冷却系统 管道的直径为 Ф 8,属于小管道,其原因有如下几点: (1) 、聚苯乙烯的注射成型特性是低料温,高压力注射。 (2) 、模具型腔复杂,实在不易采用较大的管道直径,以免影响到斜滑顶杆、推 杆推出塑件。 (3) 、经过计算模具的热平衡,Ф 8 的管道已经能够保证注塑过程中的能量转换。 9.2.3 运水管道加工 动模镶件 1 运水管道加工图如图 9.2 所示:
125 115

100

6-M8

20

0

20

70

6

115 125
110 101

17.5

101

图 9.2

运水管道加工图

此运水管道一次性钻好,四周的开口用铜螺塞堵死。 定模镶件运水管道与动模镶件图略同,可参考零件图。

110

89

89

0

第十章

设计绘制模具装配图和零件图

10.1 绘制模具装配图和非标准件零 鉴于以上的计算和分析,根据国家相关标准,设计绘制了电视遥控器外壳下半部 分塑料模具装配图和零件图。具体图形见附图。

第十一章

设计小结

11.1 设计体会 转眼间,一个多月的毕业设计已即将收尾,毕业设计的目的是如何使所学的知识 在实践中的应用,让实践与理论相结合、真正地做到了学以致用. 这次的毕业设计,也让我深深的体会到团队中的成员合作重要性,要善于团队合 的作, 单一的力量根本是不可能完成这么大的多媒体课件制作的. 在这次毕业设计中所学到的经验和知识大多来自老师的教导和同学们的帮助,让 我受益匪浅,这也是我一生中的一笔宝贵财富.这次毕业设计也让我深刻了解到,在学 习、工作中和别人保持良好的关系是很重要的.做事首先要学做人,要明白做人的道理, 如何与人相处是现代社会做人的一个最基本的问题.对于自己这样一个即将步入社会 的人来说,需要学习的东西很多,他们就是最好的老师,正所谓“三人行,必有我师”, 我们可以向他们学习很多知识、道理.

参考文献

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

郭广思《注塑成型技术》北京:机械工业出版社,2003-2 许发樾《实用模具设计与制造手册》北京:机械工业出版社,2001-2 刘彩英《塑料模具设计手册》北京:机械工业出版社,2002-1 徐佩弦《塑料制品与模具设计》北京:中国轻工业出版社,2001-7 机械工业职业鉴定指导中心《机械制图》机械工业出版社,2000-5 高佩福《实用模具制造技术》北京:轻工业出版社,1999-2 王贵明《数控实用技术》北京:机械工业出版社,2001-9 孟少农《机械加工工艺手册》北京:机械工业出版社,1991-7


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