藍牙耳機外殼的注塑模具設(shè)計-斜頂滑塊抽芯注射模含NX三維及10張CAD圖,藍牙,耳機,外殼,注塑,模具設(shè)計,斜頂滑塊抽芯,注射,nx,三維,10,cad
摘要
此論文以藍牙耳機外殼為設(shè)計模型，以塑膠模具設(shè)計與制造，模具加工工藝的相關(guān)知識作為依據(jù)，講述整個藍牙耳機外殼注塑模具設(shè)計過程。設(shè)計初期首先使用UG軟件進行藍牙耳機外殼的實體造型。然后分析得到最佳注射點和注射方式。最后明確設(shè)計思路，確定成型工藝。模具結(jié)構(gòu)可采用一模兩腔，側(cè)澆口進料，注射機采用海天80×A型號，并對其相關(guān)的數(shù)據(jù)進行校核。首先根據(jù)UG 軟件設(shè)計出分型面，進而設(shè)計出型腔、 型芯。通過各種手冊選擇標準模架的繪制，并且進行分型面的選擇、澆注系統(tǒng)、脫模機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、標準模架的選用等模具重要結(jié)構(gòu)的設(shè)計。塑件內(nèi)部倒扣可采用斜頂抽芯機構(gòu)，利用推出機構(gòu)的推力驅(qū)動斜導(dǎo)柱斜向運動，在制品被推出脫模的同時由斜導(dǎo)柱完成側(cè)向抽芯動作。
此結(jié)構(gòu)可確保模具工作運行平穩(wěn)并保證配件之間的配合精度，通過對藍牙耳機外殼注塑模具的設(shè)計，幫助我總結(jié)并深化了所學(xué)的模具設(shè)計，模具加工工藝的相關(guān)知識，達到了我的設(shè)計意圖。
關(guān)鍵詞：藍牙耳機外殼；注塑模具；一模兩腔；側(cè)澆口；注射機；型腔；型芯
Abstract
This paper takes the Bluetooth headset shell as the design model, based on the knowledge of plastic mold design and manufacturing, and mold processing technology, describes the whole injection mold design process of Bluetooth headset shell. At the beginning of the design, UG software was used to model the Bluetooth headset shell. Then the best injection point and injection mode were obtained. Finally, the design idea and the forming process are defined. The mold structure can be used with one mold and two cavities, and the side gate feed. The injection machine adopts Haitian 80 x A model, and check the relevant data. Firstly, the parting surface is designed according to UG software, and then the cavity and core are designed. The drawing of standard die base is selected through various manuals, and the design of important die structures such as selection of parting surface, gating system, demoulding mechanism, cooling system and selection of standard die base are carried out. The core pulling mechanism with inclined top can be used for internal buckling of plastic parts. The oblique motion of the oblique guide pillar can be driven by the thrust of the pushing mechanism. The lateral core pulling action can be completed by the oblique guide pillar when the product is pushed out of the mould.
This structure can ensure the smooth operation of the die and ensure the accuracy of the parts. Through the design of injection mould for Bluetooth headset shell, it helps me summarize and deepen the knowledge of the die design and processing technology, and achieves my design intention.
Keywords: Bluetooth headphone shell; injection mold; one mold two cavity; side gate; injection machine; cavity; core.
目錄
摘要 I
Abstract II
前 言 1
1 塑件的材料及工藝分析 2
1.1塑件的材料分析 3
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 4
1.3 塑件尺寸及精度 5
1.4 塑件表面粗糙度 5
2 注射成型工藝方案 6
2.1 注射成型工藝過程分析 6
2.2 澆口種類的確定 7
2.3 型腔數(shù)目的確定 7
2.4 注射機的選擇和校核 7
2.4.1 注射量的校核 8
2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 8
2.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 9
3 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 11
3.1 分型面的設(shè)計 11
3.2 型腔的布局 12
3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 12
3.3.1 澆注系統(tǒng)組成 12
3.3.2 確定澆注系統(tǒng)的原則 12
3.3.4 分流道的設(shè)計 15
3.3.5 澆口的設(shè)計 15
3.3.6 冷料穴的設(shè)計 16
3.4 注射模成型零部件的設(shè)計[7] 16
3.4.1 成型零部件工作尺寸的計算 16
3.4.2 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 17
3.5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 21
3.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 21
3.6.1 脫模機構(gòu)的選用原則 21
3.6.2 脫模機構(gòu)類型的選擇 22
3.6.3 頂桿和斜頂機構(gòu)具體設(shè)計 22
3.7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 23
3.7.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 23
3.7.2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計規(guī)則 24
3.8 模架的選用 24
3.9側(cè)向抽芯機構(gòu)類型選擇 26
3.10斜頂?shù)脑O(shè)計 28
4 模具材料的選用 32
4.1 成型零件材料選用 32
4.2 注射模用鋼種 32
5注塑模工作原理 33
總結(jié) 34
致 謝 34
參考文獻 35
IV
前 言
模具乃工業(yè)之母，是國民經(jīng)濟中極其重要的組成部分，是制造加工行業(yè)的重要裝備，工業(yè)產(chǎn)品、零件的批量生產(chǎn)和開發(fā)都需要模具的參與。人們常見的工業(yè)產(chǎn)品有百分之六十到百分之九十的零件需要用模具成形。現(xiàn)代模具正在向技術(shù)密集型和資金密集型方向發(fā)展，與高新技術(shù)互相依托，相輔相成，迅速發(fā)展。資料顯示，產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，模具發(fā)展1億元就能帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展100億元，高達1:100的比例，由此可見模具發(fā)展對國民經(jīng)濟的重大貢獻。
既然模具在國民經(jīng)濟中扮演如此重要的角色，那么國家必然會投入大量資金用于發(fā)展模具行業(yè)。模具設(shè)備也將往超大型、超精密、長壽命、超高效方向發(fā)展。模具標準化程度也將不斷提高。在科學(xué)發(fā)展觀的指導(dǎo)下，我國模具行業(yè)必將進一步改革，專注于科技創(chuàng)新與效率的提高，模具工業(yè)的發(fā)展必將又好又快。
模具工業(yè)的發(fā)展必定需要大批的模具設(shè)計和模具加工人才。模具設(shè)計工程師是指從事模具數(shù)字化設(shè)計，在傳統(tǒng)設(shè)計基礎(chǔ)上，應(yīng)使數(shù)字化設(shè)計軟件，提高模具設(shè)計質(zhì)量，縮短模具設(shè)計周期的人員。模具設(shè)計是很復(fù)雜的工作，最基本的要求是每套模具之間必須恰到好處的配合。之間必須恰到好處的配合。同時產(chǎn)品設(shè)計到模具制造整個流程中，不能只重視產(chǎn)品設(shè)計，忽視模具制造難度，要從模具價格、質(zhì)量、服務(wù)等全方位去考慮，做到產(chǎn)品設(shè)計，模具制造，制品加工一條龍。
通過此次畢業(yè)設(shè)計的撰寫，讓我又多了一次模具設(shè)計方面的實戰(zhàn)訓(xùn)練。此次設(shè)計選取藍牙耳機外殼作為設(shè)計模型，藍牙耳機外殼內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，設(shè)計中涉及到較復(fù)雜的分模過程和滑塊機構(gòu)，能很好幫我總結(jié)深化運用說學(xué)過的模具設(shè)計的知識 ，并鍛煉我發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。達到了我的設(shè)計意圖。
1 塑件的材料及工藝分析
藍牙耳機外殼主要適應(yīng)人群非常廣，其中年輕成年人居多，所以材料選擇上應(yīng)使用無毒無害的塑膠材料。藍牙耳機外殼種類繁多，所以要在外觀上下好功夫，外觀設(shè)計不能夸張，要結(jié)構(gòu)合理，有強度，手感舒適，整體簡潔美觀，才能博得人們的喜愛，在同行中取得優(yōu)勢。此次設(shè)計的產(chǎn)品圖如圖1-1，1-2所示。
圖1-1 藍牙耳機外殼二維圖
圖1-1 藍牙耳機外殼三維圖
1.1塑件的材料分析
綜合考慮藍牙耳機外殼的使用人群，使用條件，使用環(huán)境，加工性能和制品成本，決定使用ABS作為藍牙耳機外殼外殼材料。
ABS塑料是五大樹脂合成材料之一，有良好的抗沖擊性能和耐熱度。ABS塑料很容易加工，它制作出來的產(chǎn)品穩(wěn)定性極佳，擁有較高表面光澤度，是一種很好的應(yīng)用材料，常應(yīng)用于汽車和電子電器與建材等領(lǐng)域。
ABS的密度為1.03-1.07g/cm3，此藍牙耳機外殼取1.05.ABS成型工藝參數(shù)見表1-3.
表1-3 ABS成型工藝參數(shù)
干燥溫度（℃）
70~80
干燥時間（hr）
1.5
模具溫度（℃）
45~80
殘料量（mm）
2~8
熔膠溫度（℃）
190~235
背壓（MPa）
9~18
注射壓力（MPa）
90~140
鎖模力（ton/in2）
2~2.5
注塑速度
中等
回料轉(zhuǎn)速（rpm）
70~100
螺桿類別
標準螺桿（直通式噴嘴）
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）脫模斜度
脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1
（2）塑件的壁厚
一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準確性。選擇壁厚時應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該產(chǎn)品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為1.2左右。
（3）塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。
該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為0.5。
（4）孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當孔太復(fù)雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計孔時，應(yīng)盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強度降低，故設(shè)計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。
1.3 塑件尺寸及精度
根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標準來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。
1.4 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時給以拋光復(fù)原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.2，內(nèi)部為0.4。
1.5 塑件的體積和質(zhì)量
本次設(shè)計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在3D軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的質(zhì)量（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的質(zhì)量為2g。
塑件實測體積
2 注射成型工藝方案
2.1 注射成型工藝過程分析
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對所用的設(shè)備和塑料作好以下準備工作。
（1）成型前對原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。
柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。
2.2 澆口種類的確定
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計恰當與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。
由于本設(shè)計中藍牙耳機外殼塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口進膠。側(cè)澆口進膠在產(chǎn)品底部進膠，藍牙耳機外殼組裝后，澆口被遮擋起來。
側(cè)澆口進膠主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。
2.3 型腔數(shù)目的確定
因為本設(shè)計中采用側(cè)澆口進膠，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩腔，進行加工生產(chǎn)。
2.4 注射機的選擇和校核
由于采用一模兩腔，需要至少注射量為2x2g，流道水口廢料1.2g，總注塑量達到5.2g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天80×A。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為：
海天80×A型號的
型號
單位
80×A
80×B
80×C
參數(shù)
螺桿直徑
mm
34
36
40
理論注射容量
cm3
111
124
153
注射重量PS
g
101
113
139
注射壓力
Mpa
206
183
149
注射行程
mm
122
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~220
料筒加熱功率
KW
5.7
鎖模力
KN
800
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
365×365
允許最大模具厚度
mm
360
允許最小模具厚度
mm
150
移模行程
mm
310
移模開距(最大)
mm
670
液壓頂出行程
mm
100
液壓頂出力
KN
33
液壓頂出桿數(shù)量
PC
5
油泵電動機功率
KW
11
油箱容積
l
200
機器尺寸(長×寬×高)
m
4.3×1.25×1.8
機器重量
t
3.22
最小模具尺寸(長×寬)
mm
240×240
表4-1
2.4.1 注射量的校核
模具設(shè)計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
公式（4-1）
式中 --型腔數(shù)量
--單個塑件的質(zhì)量（g）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的質(zhì)量（g）
本設(shè)計中：n=2 2g =1.2g
M=2X2+1.2=5.2g（約等于）<101gx80%
注塑機額定注塑量為101g
注射量符合要求
2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。
公式（4-2）
式中 n --型腔數(shù)目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 =863.02 =100
=863.02 x2+100=1826.04
注射成型時為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F 公式（4-3）
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=1826.04x30x1.1x0.001=60.25932KN<800KN
鎖模力符合要求
2.4.3 模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核
（1）模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
公式（4-4）
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設(shè)計中模具厚度為281mm 150
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