筆記本電源適配器上殼注塑模具設計【含14張CAD圖紙、文檔】【JA系列】

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注塑成型的智能模具設計工具 Jagannath Yammada, Terrence L. Chambers, Suren N. Dwivedi 路易斯安那州大學機械系—拉法耶特 邵強譯 摘要：注塑是最流行的生產熱塑性產品的工藝，而模具設計是一個關鍵的方面。在模具設計的領域里需要專業(yè)知識，而最重要的是在這方面的經驗。當其中之一缺乏時，在一個反復試驗的基礎上，合適的選擇制造塑料模具的組成部分。在設計中引入不同的設計方法，這將增加生產成本。 本文介紹了智能模具設計工具的發(fā)展。該工具是獲取有關模具設計進程和代表了符合邏輯方式的知識。獲得的知識是模具設計過程中確定性和不確定性的信息。一旦開發(fā)了模具設計工具，它將指導用戶根據(jù)不同的客戶規(guī)格選擇一個適當?shù)乃芰夏＞摺? 導言 注塑工藝所要求的專業(yè)知識和最能體驗它成功實施的重要經驗，這些常常控制成型參數(shù)的過程效率。有效地控制和優(yōu)化這些參數(shù)可以在制造過程中實現(xiàn)一致性，它采取的是一部分一部分的質量和成本的形式。 制造商的經驗水平決定如何有效地控制工藝參數(shù)。有時由于人為的錯誤，還有的情況下，由于經驗不足，缺乏時間，資源和小范圍的創(chuàng)新都將會導致其不一致性。以知識為基礎的工程設計為建立所謂的“智能模式”的問題提供了一種可行的解決辦法，用這種方法從而來解決所有的問題。 IKEM 以工程模塊的注塑工藝為基礎的智能知識（ IKEM ）是一種軟件技術，它是領先一步的并行工程和CAD / CAM系統(tǒng)。它集成了目前有關設計和制造工藝的知識，通過產品開發(fā)設計階段的工程變更，從而有助于減少幾個工作時，使用戶設計教學的各個方面。該系統(tǒng)將用于注塑成型的反復和流程整合的設計。目前的工藝包含許多手工計算， CAD圖形結構和從以往項目中獲得的經驗。一旦工程師完成了設計，這將是有價值的成就。 該項目已將IKEM分為三大模塊。 1.模塊的成本估算 2.模具設計模塊 3 .制造模塊 投入IKEM制度的兩種形式：CAD模型（臨娥檔案）和輸入特定的用戶界面形式。圖1顯示的這種投入是進入每個模塊來輸出給用戶。 圖1 組織IKEM項目 智能模具設計工具 這種模具設計工具，其基本形式是一個Visual Basic應用程序輸入到一個文本文件，其包含有關部分和用戶輸入形式的信息。該文本文件包含從Pro / E的信息檔案中獲得的有關部分幾何解析。用于估計模具的層面和其他各種功能的輸入。 文獻綜述 模具設計是注射成型過程中的另一個階段，在該階段有經驗的工程師在很大程度上有助于過程的自動化，提高其效率。需要注意進入設計模具時間的問題。通常情況下，設計工程師是根據(jù)表和標準手冊來設計模具，其設計過程中需要消耗大量的時間。此外，大量的時間花在用標準CAD軟件來設計模具的建模部分。不同的研究人員以不同的方式處理問題，從而減少設計模具所花費的時間。Koelsch和James[ 2 ]采用了成組技術，以減少模具設計時間。采用一個獨特的編碼系統(tǒng)，該系統(tǒng)是由一些注塑模具部分組成。在注塑模中需要一般的和可用于其他生產線注塑成型所需工具的開發(fā)。軟件系統(tǒng)實施的編碼系統(tǒng)也已開發(fā)。工程師在這一領域中獲得的經驗和知識可以使模具設計過程自動化。在并行工程環(huán)境[ 3 ]中，為了試圖在注塑模具設計過程中建立一個系統(tǒng)方法，而采取現(xiàn)在模具設計系統(tǒng)。他們研究的目標是開發(fā)模具發(fā)展的進程，這一進程有利于以并行工程為基礎的實踐，和建立一個以知識為基礎的可制造性以及產品需求的模具設計。 在模具設計過程中，研究人員通過各種方式捕捉只有確定性信息或不確定性信息試圖自動化模具設計過程。這項獨特的研究試圖建立一個具有捕捉信息的模具設計應用，其兩種形式是確定性和不確定性。 采取的辦法 為了發(fā)展智能模具設計工具，以及模具設計傳統(tǒng)方法的研究。在設計模具尤其是塑料的一部分，應用開發(fā)商和設計工程師共同工作。在這段時間內，工程師所采取的辦法是選擇模具基地密切觀察和利用他的知識/經驗確定的選擇過程的各個方面。另外，工程師有時會根據(jù)發(fā)生的情況參照表格和手冊，以規(guī)范其甄選過程。這一過程將會被記錄下來，以便以后的應用。在項目的投入和產出的下一階段制定這一問題。這涉及到從用戶所給出的產品和最低數(shù)量的投入來確定哪些模具布局的信息是用戶最需要的。 根據(jù)在模具設計工作中收集到的資料和工程師所遵循轉化為if - then規(guī)則。在所有可能的情況下，策表是用來處理某一方面的模具設計進程。應用程序開發(fā)環(huán)境根據(jù)這樣的規(guī)則框架，然后整理成模塊和他人互動。最后在塑料零件制造行業(yè)中應用有效性的測試。 適當?shù)倪x擇模具基地 通常情況下，適當?shù)倪x擇模具制造業(yè)基地涉及塑料零件 估測腔的數(shù)目 在一個特定的時間里腔的數(shù)量取決于所需的若干零件。還有其他一些問題，如塑化能力的機器，廢品率等，在模具基地這將影響到一些腔。 決定插入及其尺寸的存在 插入促進模具基地的復用性，因此有助于降低制造成本。根據(jù)現(xiàn)有的可重用性和成本性插入新的命令作出選擇尺寸和數(shù)量的決定。 確定流道的大小和位置 流道的大小取決于材料的成型。雖然考慮其他材料特性決定了渠道規(guī)模所需的流量。流道的位置，主要取決于拓撲流道的使用。雖然通告熱流道系統(tǒng)始終是最好的分支熱流道系統(tǒng)，其廣泛用于避免流道的平衡。 ??確定澆口的直徑 澆口的直徑基本上決定模具的大小，腔的數(shù)目，或要填補某一特定時間塑料的數(shù)目。 定位蓋茨 塑料進入腔中能均勻填補腔內每一點。門可設在任何一點，但在進入圓形腔的中段時對周邊填補矩形腔。 確定生產線的大小和位置 生產線位于模具相互間的標準距離形式。在一個直徑范圍內該公約沒有位于生產線的模具壁。 基于上述結論而決定模具尺寸 基于上述所有決定的近似模具尺寸可估計和四舍五入到最接近的產品編號。在建模之前考慮到上述所有方面，從而模具基地降低了重新設計的成本和時間。 問題的提出 基于需要人類的知識/經驗、數(shù)據(jù)表等消耗時間的問題，這個問題的發(fā)展應用如圖2所示。 圖2模具設計模塊的組織。 大多數(shù)的一些投入，如一些腔，腔的圖像尺寸，周期時間是根據(jù)客戶規(guī)格，其他投入，如塑化能力等，可從機器規(guī)格中獲得。輸出的應用中包含了模具尺寸和其他資料，這顯然有助于從基礎目錄中選擇標準的模具。除了輸入和輸出，圖2也顯示了各種產品最后產出的模塊。 制定規(guī)則 在這一階段，以專家知識為代表的多種形式。該規(guī)則可申述為質與量兩方面的知識。通過定性的知識，我們可以確定有關可以得到解決計算問題的信息。我們指的不確定性信息，是根據(jù)以往情況而只是作為一個遵循規(guī)則，規(guī)則的運作情況。一個典型的規(guī)則進行說明如下： If Material = “Acetal” And RunnerLength <= 3 And RunnerLength > 0 Then RunnerDia =0.062 EndIf 重要的是當制定的規(guī)則，在一個緊湊的方式我們所代表的信息，能同時避免重復，不完整和不一致的情況。決策表幫助解決所有上述問題的檢查和全面的冗余問題發(fā)言的表達。作為一個例子，在這一過程中選擇適當?shù)哪＞呋?，基地?guī)模的模具依賴于一些洞和刀片。為了確保所有組合洞的可能和被視為我們使用決策表的插入，后來決定用表內的規(guī)則。表1顯示以上的一個情況，模具方面是相同的。 表1 。樣本決策表 圖3 。不同組合的插入和腔的模具尺寸 空洞的數(shù)目是一個整體和插入的數(shù)目是一個具有相同的模具尺寸的情況下，另一情況下空洞的數(shù)目為2和4 。這三種情況可歸結為一個單一的規(guī)則： If NumberOfInserts=1 Then MoldWidth = (InsertWidth + 2) MoldLength = (InsertLength + 2) MoldThickness = InsertThickness EndIf 為了方便和清晰而利用標準的編程語言，將這些規(guī)則用模塊化的方式排列。每個模塊產生了一系列的產量，將這些產量投入到其他模塊中。 測試的應用 使用智能模具設計的應用驗證各種測試案例。每一個案件的部分資料，如多種多樣的模具資料和信息是機器和人類專家驗證的結果，這就是這個信息中的應用。表2顯示了這樣一個測試情況：一部分需要兩個空洞且沒有插入本。給出了近似模具尺寸的應用，流道層面，澆道長度尺寸和流道的基礎上腔圖片尺寸和其他信息。 表2 。顯示程序的輸入和輸出的典型測試案例。 模具方面取得一個非常接近典型人權專家設計的測試案例，但沒有明確表明使用標準模具的基礎，就像一個具體模具模具的二甲醚基地目錄。然而，從模具目錄中選擇適當?shù)哪＞呋兀＞叱叽缡怯杏玫?。基于正在使用的流道尺寸的材料，只限于特定范圍的拍攝尺寸。 摘要 本文介紹了采取的智能應用方式對發(fā)展中國家，在模具基地的基礎上對模具設計進行選擇用戶輸入。第一次設計模具基地的知識獲取過程是顧問與行業(yè)專家，一方面通過收集資料，另一方面能通過確定性書籍和數(shù)據(jù)表。所收集的信息可定性和定量了解模具甄選過程，在不同的模塊中代表規(guī)則排列的形式。決策表是用來縮小法治基礎和法治基礎作出全面的問題域。在塑料零件制造行業(yè)，開發(fā)應用中使用不同的模塊規(guī)則，然后測試其有效性時，選擇適當?shù)哪＞呋亍? 參考文獻 1. Chambers T. L., Parkinson A. R., 1998, “Knowledge Representation and Conversion of Hybrid Expert Systems.” Transactions of the ASME, v 120,pp 468-474 2. Koelsch, James R., 1999, “Software boosts mold design efficiency “ Molding Systems, v 57, n 3, p 16-23. 3. Lee, Rong-Shean, Chen, Yuh-Min, Lee, Chang-Zou,1997 “Development of a concurrent mold design system: A knowledge-based approach”, Computer Integrated Manufacturing Systems, v 10, n 4, p 287-307 4. Steadman Sally, Pell Kynric M, 1995, “ Expert systems in engineering design: An application for injection molding of plastic parts“ Journal of Intelligent Manufacturing, v6, p 347-353. 5. Fernandez A., Castany J., Serraller F., Javierre C., 1997, “CAD/CAE assistant for the design of molds and prototypes for injection of thermoplastics “Information Technological, v 8, p 117-124. 6. Douglas M Bryce, 1997, “Plastic injection molding -Material selection and product design”, v 2, pp 1-48. 7. Douglas M Bryce, 1997, “Plastic injection molding-Mold design fundamentals”, v2, pp 1-120. 9 I 筆記本電源適配器上殼注塑模具設計 II 摘 要 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等 技術要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，側澆口進料，注射機采 用 HTF110XB 型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，選擇 模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和 和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設計。 關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD 繪制二維圖；UG 繪制 3D 圖。 1III Abstract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTFHTF110XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two- dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection. IV 目 錄 摘 要 ............................................................................................................III ABSTRACT..........................................................................................................IV 目 錄 ..............................................................................................................V 1.1 課題背景 ...........................................................................................................................................1 1.2 課題分析 ...........................................................................................................................................2 2.1 產品分析及其技術條件 ...................................................................................................................3 2.2 塑件材料的確定 ...............................................................................................................................6 2.3 塑件材料的性能分析 .......................................................................................................................6 2.3.1 基本特性 ....................................................................................................................................6 2.2.1 基本特性 ....................................................................................................................................6 2.2.2 成型性能 ....................................................................................................................................8 2.2.3 主要用途 ....................................................................................................................................8 3.1 進膠方式選擇 ...................................................................................................................................9 3.2 型腔的布局及成型尺寸 ...................................................................................................................9 3.3 估算塑件體積質量 .........................................................................................................................10 3.4 注塑機的選擇和校核 .....................................................................................................................11 3.4.1 注射膠量的計算 ......................................................................................................................11 3.4.2 鎖模力的計算 ..........................................................................................................................11 3.4.3 注塑機選擇確定 .....................................................................................................................12 表 HTFHTF110XB 注塑機參數(shù) .................................................................................................13 第四章 注塑模具設計 .......................................................................................................................14 4.1 模架的選用 .....................................................................................................................................14 4.1.1 模架基本類型 ..........................................................................................................................14 4.1.2 模架的選擇 ..............................................................................................................................14 3.10 模架選用 ........................................................................................................................................14 3.10.1 確定模具的基本類型 ............................................................................................................14 3.10.2 模架的選擇 ............................................................................................................................14 V 4.1.3 導向與定位機構設計 ..............................................................................................................16 4.2 成型澆注系統(tǒng)的設計 .....................................................................................................................17 4.2.1 主流道設計 ..............................................................................................................................17 4.2.2 分流道的設計 ..........................................................................................................................18 4.2.3 澆口的設計 ..............................................................................................................................18 4.2.4 冷料穴的設計 ..........................................................................................................................19 4.3 分型面的設計 .................................................................................................................................19 4.4 成型零部件的設計 .........................................................................................................................20 4.4.1 成型零部件結構 ......................................................................................................................20 4.4.2 成型零部件工作尺寸的計算 ..................................................................................................22 4.4.3 凹模寬度尺寸的計算 .............................................................................................................23 4.4.4 凹模長度尺寸的計算 .............................................................................................................23 4.4.5 凹模高度尺寸的計算 .............................................................................................................23 4.4.6 凸模寬度尺寸的計算 .............................................................................................................23 4.4.7 凸模長度的計算 .....................................................................................................................24 4.7.8 凸模高度尺寸的計算 .............................................................................................................24 4.4.9 模具強度與剛度校核 ..............................................................................................................24 4.6 脫模及推出機構 .............................................................................................................................24 4.6.1 脫模力 ......................................................................................................................................24 .4.6.2 脫模機構的設計 .......................................................................................................................25 3.6.1 脫模機構的選擇 .....................................................................................................................25 3.6.2 頂針推出機構設計 ..................................................................................................................26 3.6.1 脫模力的計算 .........................................................................................................................26 4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 .................................................................................................................28 4.7.1 冷卻水道設計的要點 ..............................................................................................................29 4.7.2 冷卻水道在定模和動模中的位置 ..........................................................................................29 4.7.3 冷卻水道的計算 ......................................................................................................................30 4.8 排氣結構設計 .................................................................................................................................31 4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 .................................................................................31 4.10 斜推桿抽芯機構的設計 ...............................................................................................................32 4.10.1 斜推桿的設計要點 .............................................................................................................33 4.10.2 斜推桿傾斜角的確定 ...........................................................................................................33 5 MOLDFLOW 模擬成型分析 ...............................................................................36 VI 5.1 具體方案的確定 .............................................................................................................................36 5.2 moldflow 成型工藝設定 ................................................................................................................37 5.3 充填時間分析 .................................................................................................................................38 5.4 流動前沿溫度分析 .........................................................................................................................39 5.5 頂出時體積收縮率 .........................................................................................................................40 5.6 鎖模力的分析 .................................................................................................................................41 5.7 凍結層因子分析 .............................................................................................................................42 5.8 熔接線分析 .....................................................................................................................................43 5.9 變形量分析 .....................................................................................................................................44 結語 ................................................................................................................46 致謝 ................................................................................................................47 附圖(2D/3D)裝配圖 .........................................................................................48 參考文獻 .........................................................................................................50 第一章 前言 1.1 課題背景 模具是工業(yè)生產中使用極為廣泛的基礎工藝裝備。在汽車、電機、儀表、 電器、電子、通信、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，60%～80%的零件都依靠模具成形， 并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越高，結構也越來越 復雜。用模具生產制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產效 率和低耗率，是其它品種、塑件的復雜程度和注射機的種類等很多因素有關， 其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定 板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上 的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導向而閉合。一般注 射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與抽芯機構、推出機 構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。 由于模具的使用特點，決定了模具設計也區(qū)別與其他行業(yè)。模具設計要考 慮的要點如下: a．塑件的物理力學性能，如強度、剛度、韌性、彈性、吸水性以及對應 力的敏感性，不同塑料品種其性能各有所長，在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能 上的優(yōu)點，避免或補償其缺點。 b．塑料的成型工藝性，如流動性、成型收縮率的各向差異等。塑件形狀 應有利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻 冷卻或使熱固性塑料制品均勻地固化。 c．塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化，特別是避免側向分型抽芯機 構和簡化脫模結構。使模具零件符合制造工藝的要求。 對于特殊用途的制品，還要考慮其光學性能、熱學性能、電性能、耐腐蝕 性能等。 目前，我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大 2 型、精密、復雜、長壽命的模具。在塑料模具方面，能設計制造汽車保險杠及 整體儀表盤大型注射模。一些塑料模主要生產企業(yè)利用計算機輔助分析(CAE) 技術對塑料注塑過程進行流動分析、冷卻分析、應力分析等，合理選擇澆口位 置、尺寸、注塑工藝參數(shù)及冷卻系統(tǒng)的布置等，使模具設計方案進一步優(yōu)化， 也縮短了模具設計和制造周期采用模具先進加工技術及設備，使模具制造能力 大為提高。采用 CAE 技術，可以完全代替試模,模具設計方法的一次突破，而 且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質量和降低成本等，都有著重大的 技術經濟意義。某些國外電加工機床具有內容豐富、實用可靠的工藝數(shù)據(jù)和專 家系統(tǒng)，使模具的深槽窄縫加工、微細加工、鏡面加工等效率和質量大大提高。 新的模糊控制系統(tǒng)具有加工反力的監(jiān)測和控制，提高了大面積加工的深度控制 精度。電火花混粉加工技術的應用有效地提高了模具表面質量。模具逆向工程 技術、快速經濟模具制造技術、三維掃描測量技術及數(shù)控模具雕刻機的發(fā)展與 應用，對模具制造能力的提高也起到了很大作用。特別是模具成型零件方面的 軟件等，這些技術采用計算機輔助設計，進而將數(shù)據(jù)交換到加工制造設備，實 現(xiàn)計算機輔助制造，或將設計與制造連成一體實現(xiàn)設計制造一體化。 1.2 課題分析 本課題內容是對筆記本電源適配器外殼進行測繪。基于生產實踐之上的對 產品進行模具設計，模具設計主要內容有型腔布局、澆口形式與位置、模胚選 擇、分型面的確定、冷卻系統(tǒng)設置、推出機構設置、注塑機臺選擇及注塑工藝 分析等。 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等 技術要求，本模具采用一模二腔布局，側潛入式澆口進料，注射機采用 HTF110XB 型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，系統(tǒng)地 運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算分析，從而作出合理的模具設計。選 擇合理的加工方法。模具方案確定后進行工藝分析。根據(jù)此方案可以達到設計 的預期效果，并且大大提高了注塑模的質量。 第二章 塑件分析 2.1 產品分析及其技術條件 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和 表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具 結構和模具精度。 課題目標產品是一個生活中常見的筆記本電源適配器外殼，筆記本充電器 （Laptop Charger），也就是筆記本電腦的充電器。傳統(tǒng)筆記本充電器只能輸 出單一的電壓給一型號的筆記本電腦充電，行業(yè)里稱這種傳統(tǒng)的筆記本電源適 配器為單波段筆記本充電器（主要為了和萬能筆記本充電器區(qū)分。）參考實物 和產品造型如下圖。 筆記本充電器實物 基本構成如下： 輸入線+充電器主體+輸出線+接頭例如 Acharger 的單波段筆記本充電器構 成，如圖 2：A 為輸入線（AC 電源線），B 為充電器主體，C 為輸出線（DC 線） ，D 為接頭。這些是構成筆記本充電器的基本要素，至于里面的內部零件就很 復雜了。 由于家庭里的電源一般是 100V-240V 左右（交流電，簡稱 AC），小車上和 4 飛機上的電源一般都是 12V 左右(直流電，簡稱 DC)，但這三種常用的電源卻是 不穩(wěn)定的，不能給筆記本電腦直接充電，否則就會損毀電池和筆記本電腦。筆 記本電腦需求的電源為穩(wěn)定的恒壓直流電。 所以筆記本電源適配器的工作原理簡單來說：就是把不穩(wěn)定的電源利用開 關電源的原理通過轉化電路變成筆記本電腦需要的恒壓直流電，給筆記本電腦 供電和充電。 值得注意的是:這種轉化電路，一定有保護電路（過流保護電路，過壓保 護電路 短路保護電路等），防止意外時，保護筆記本電腦不至于燒掉。 本次設計取筆記本充電器上蓋來做模具設計。 其零件外形如圖所示。具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產 量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。 產品 2D/3D 視圖 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具 的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精 度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公差 等級確定精度等級。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產品尺寸均采用 MT5 級精度， 未注采用 MT8 級精度。 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為塑m? 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，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高，為 Ra0.8 ，內部為 Ra1.2m? 。m? 2.2 塑件材料的確定 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有 流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既 得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活， 它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高， 減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、 防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。 此產品壁厚均勻，ABS 性能優(yōu)良，成本低廉，符合需求生產量大的要求， 容易成型，對于本課題零件相當適用，所以在這選擇其為產品的材料。 2.3 塑件材料的性能分析 2.3.1 基本特性 2.2.1 基本特性 6 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（簡稱：ABS）是日常生活中最常用的高分子 材料之一，丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物抗多種有機溶劑，抗多種酸堿腐蝕，但 是不抗氧化性酸，例如硝酸。在氧化性環(huán)境中丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物會被 氧化。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物在薄膜狀態(tài)下可以被認為是透明的，但是在 塊狀存在的時候由于其內部存在大量的晶體，會發(fā)生強烈的光散射而不透明。 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物結晶的程度受到其枝鏈的個數(shù)的影響，枝鏈越多， 越難以結晶。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的晶體融化溫度也受到枝鏈個數(shù)的影 響，分布于從 90 攝氏度到 130 攝氏度的范圍，枝鏈越多融化溫度越低。丙烯- 丁二烯-苯乙烯共聚物單晶通常可以通過把高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 在 130 攝氏度以上的環(huán)境中溶于二甲苯中制備。 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物有: 高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS, High Density Polyethylene） 又稱低壓丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物，因為在低壓下生產，含有較多長鏈，因 此密度高。主要用于制造各種注塑、吹塑和擠出成型制品。 中密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（MDABS, Medium Density Polyethylene） 低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LDABS, Low Density Polyethylene) 用高壓法（147.17—196.2MPa）生產，支鏈較多，強度低，多用來生產薄膜制 品。 線性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物（LLDABS, Linear Low Density Polyethylene）等多種產品。 高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用Ziegler-Natta（齊格勒-納塔 催化劑）聚合法制造，其特點是分子鏈上沒有支鏈，因此分子鏈排布規(guī)整，具 有較高的密度。該過程在管式或釜式低壓反應器中以乙烯為原料，用氧或有機 過氧化物為引發(fā)劑引發(fā)聚合反應。高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物屬環(huán)保材 質，加熱達到熔點，即可回收再利用。須知塑膠原料可大分為兩大類：“熱塑性 塑膠”（Thermoplastic ）及 “熱固性塑膠”（Thermosetting），“熱固性塑膠” 是 加熱到一定溫度后變成固化狀態(tài)，即使繼續(xù)加熱也無法改變其狀態(tài)，因此，有 環(huán)保問題的產品是“ 熱固性塑膠 ”的產品（如輪胎），并非是 “熱塑性塑膠”的產 品（如：夾板），所以并非所有“塑膠” 皆不環(huán)保。 低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用高溫高壓下的自由基聚合生成， 由于在反應過程中的鏈轉移反應，在分子鏈上生出許多支鏈。這些支鏈妨礙了 分子鏈的整齊排布，因此密度較低。 線性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物是通過在丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 的主鏈上共聚一些具有短支鏈的共聚物生成的。 2.2.2 成型性能 ABS 易 吸 水 ， 使 成 型 塑 件 表 面 出 現(xiàn) 斑 痕 、 云 紋 等 缺 陷 。 因 此 ， 成 型 加 工 前 應 進 行 干 燥 處 理 ； ABS 在 升 溫 時 黏 度 增 高 ， 黏 度 對 剪 切 速 率 的 依 賴 性 很 強 ， 因 此 模 具 設 計 中 大 都 采 用 潛 伏 式 澆 口 形 式 ， 成 型 壓 力 較 高 ， 塑 件 上 的 脫 模 斜 度 宜 稍 大 ； 易 產 生 熔 接 痕 ， 模 具 設 計 時 應 該 注 意 盡 量 減 小 澆 注 系 統(tǒng) 對 料 流 的 阻 力 ； 在 正 常 的 成 型 條 件 下 ， 壁 厚 、 熔 料 溫 度 對 收 縮 率 影 響 及 小 。 要 求 塑 件 精 度 高 時 ， 模 具 溫 度 可 控 制 在 50 60℃ ， 要 求 塑 件 光 澤 和 耐 熱 時 ， 模 具 溫 度~ 應 控 制 在 60 80℃ 。 ABS 比 熱 容 低 ， 塑 化 效 率 高 ， 凝 固 也 快 ， 故 成 型 周 期 短 。~ 2.2.3 主要用途 ABS 料在機械工業(yè)上用來制造高溫電氣制品、風筒殼、火牛殼、電工用具、 電機殼、工具箱、奶瓶、冷飲機殼、照相機零件、安全帽、齒輪、食品盤子、 醫(yī)療器材、導管、發(fā)夾、吹風筒、理發(fā)用品、鞋跟、纖維增強后可作結構更強 的工程零件、CD 碟。 8 第三章 成型布局及注塑機選擇 3.1 進膠方式選擇 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 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計恰當與否直接關系到制品能否完好 的成型。常向的澆口形式有直接澆口，側澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式 澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾 點： 1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內的氣體 由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。側澆口在產品 端面處，成形后切除澆口, 零件組裝時澆口被遮擋起來。 3.2 型腔的布局及成型尺寸 因為本設計中采用側澆口，且塑件的尺寸較大，為提高塑件成功概率，并 從經濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模二腔，進行加 工生產。 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的布局應該是每個產品在成 型過程中的分得所需的壓力形同,以保證熔融狀態(tài)的塑料體能投均勻地、快速 10 的、充填每個型腔室,保證每個型腔的塑件內在質量、外觀均一穩(wěn)定。這 就要求型腔與主流道之間的距離盡可能短，同時采用平衡流道。 成型型腔尺寸依據(jù)塑件布局計算確定，需考量成形封閉結合面大小，太大 造成模具尺寸過大，成本浪費，太小易導致成型時溢料飛邊，甚至型腔變形。 因模具是一模二腔，考量排布可得型腔長至少為 190mm，寬至少為 190mm。塑 件的高度為 20mm，塑件的大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是 塑件所伸入高度加 20-40mm，因此得出成型型腔總體厚度至少需要 40mm，因考 慮成本，現(xiàn)采用模架一體式，尺寸為 330X350。型腔布局如圖。 型腔布局 3.3 估算塑件體積質量 本次設計中，塑件的質量和體積采用 3D 測量，在 UG 軟件中，使用塑模部 件驗證功能，可以測得塑件的體積為 22.036 ，ABS 的密度為 1.05 ，3cm3/cmg 即可以得出該塑件制品的質量約為 23.1g。 3.4 注塑機的選擇和校核 3.4.1 注射膠量的計算 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機 額定注射量的 80%以內。校核公式為： mn%8021?? 式中： --型腔數(shù)量 --單個塑件的重量（g）1 --澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）2 本設計中：n=2 23.1g =6.37g ?1m2 m≥（2x23.1+6.37）/0.8 即 m≥52.57g 因而預選注塑機額定注塑量最少為 52.57g 以上 3.4.2 鎖模力的計算 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力，不然模具分型面要 分開而產生溢料。塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。 成型投影面積 =2An??21 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積1A --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積2 n=2 =5537 =675 12m2 本設計中 =2x5537+675=117492An? 鎖模力和成型面積的關系根據(jù)依照以下計算公式確定： 10PA??腔鎖 式中 —鎖模力，kN；P鎖 —型腔壓力，MPa ；腔 A —成型投影面積，mm 2； 12 一般的注塑注塑機在經過模具噴嘴時候的壓力大概為 60～80MPa，經澆注 系統(tǒng)入型腔時型腔壓力通常為 20-40MPa，這里取 30MPa。 計算： ×A/1000=30×11749/1000=352.47 kN (取整P腔 355kN) 得出預選注塑機額定注塑壓力為 355 kN 以上。 3.4.3 注塑機選擇確定 綜合考慮以上因素，選定注射機為 HTF110XB。其相關性能符合成型方案要 求，以下相關參數(shù)： 型號 參數(shù) 單位 110×1A 110×1B 110×1C 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 131 147 181 注射重量 PS g 119 134 165 注射壓力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 144 螺桿轉速 r/min 0~215 料筒加熱功率 KW 5.7 鎖模力 KN 1100 拉桿內間距(水平×垂直) mm 400×400 允許最大模具厚度 mm 410 允許最小模具厚度 mm 160 移模行程 mm 340 移模開距(最大) mm 750 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 13 油箱容積 l 210 機器尺寸(長×寬×高) m 4.7×1.3×1.85 機器重量 t 3.4 最小模具尺寸(長×寬) mm 280×280 表 HTFHTF110XB 注塑機參數(shù) 第四章 注塑模具設計 4.1 模架的選用 4.1.1 模架基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的 模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、 熱流道注射模。 4.1.2 模架的選擇 3.10 模架選用 3.10.1 確定模具的基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的 模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、 熱流道注射模。 3.10.2 模架的選擇 根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由 GB/T12556.1- 12556.2-1990《塑料注射模中小型模架》可選擇 CI 型的模架，其基本結構如 下： 14 CI 型模架圖 CI 型模具定模采用頂板和定模板，動模采用動模板、上下頂針板、模腳、 底板，又叫兩板模，大水口模架，適合潛伏式澆口，側入式澆口，采用斜導柱 側抽芯的注射成形模具。 由分型面分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經過考慮分析， 導柱導套選擇選正裝。根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度 以及模具的外輪廓尺寸。 把型腔排列成一模二腔可得長為 190mm，寬為 190mm， 模架的長 L=190+復位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?模板壁厚 350mm? 模架的寬 W=190+復位桿的直徑+型腔壁厚 330mm 根據(jù)制品的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其它螺絲導柱等 零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。在設計中，如果有斜滑塊側抽芯 機構，還需要考慮側抽芯對模具設計中模架外形尺寸的影響。 綜合考慮本設計選用 W L=330 x350 的模架。塑件的高度為 20mm，塑件的? 大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20- 40mm。 綜合考慮強度要求，定模板厚度取 80mm, 動模板的厚度取 70mm?？紤]推 桿的頂出行程要求，支撐板取 90mm 以滿足頂出要求。 綜上所述所選擇的模架的型號為：CI-3335-A80-B70-C0。 4.1.3 導向與定位機構設計 導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向 和位置。導向零件承受一定的側向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件 包括導柱和導套等。 1. 導向結構的總體設計 （1） 導向零件（主要是導柱和導套）應該盡可能的采用標準模架已設計 好的尺寸，這樣有利于保證質量和減少設計周期，導柱、導套到模 具側壁必須要有足夠的距離，必須滿足模具的強度要求，防止因模 板變形而引起導向機構失效。 （2） 現(xiàn)在根據(jù)模具的型號，一套模具正常需要二到四根導柱。由于塑件 通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。 （3） 導柱、導套導向機構在分型面處應有承屑槽 （4） 導柱`導套及導向孔的軸線應保證平行 （5） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成 型零件。 2. 導柱的設計 （1） 有單節(jié)與臺階式之分 16 導柱的長度必須高出公模端面 6…8mm （2） 導柱頭部應有倒圓角處理 （3） 固定方式凸臺形式固定在模板上 （4） 導柱、導套需要熱處理來增加硬度、剛度、耐磨性。 3. 導套和導套孔 （1） 無導套的導套孔，直接開在模板上?，F(xiàn)在常規(guī)設計師導套孔直接開 在定模板上、然后在鑲嵌一個有托導套上去。 （2） 導套有有托式、臺階式、凸臺式 （3） 在導套前端應倒有圓角 r。 一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內零件的 準確對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內零件互相碰撞與干涉,起到 合模導向的作用. 4.2 成型澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系 統(tǒng)按照澆口形式可以分為大水口澆注系統(tǒng)和細水口澆注系統(tǒng)，本設計中采用普 通側澆口澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。 澆注系統(tǒng)組成： 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。 1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道 5－澆口 6－型腔 7－冷料穴 4.2.1 主流道設計 所選用 HTF110XB 型注射劑噴嘴有關尺寸如下： 噴嘴前段孔徑 d0=3mm 噴嘴圓弧半徑 R0=12mm 為了使凝料能夠順利拔出，主流道的小段直徑 d 應稍大于噴嘴直徑。 d=d0+（0.5~1）=3.5mm 主流道設計成圓錐形，其錐角@通常為 2~4°，主流道角度過大時，容易卷 入空氣而產品氣泡，主流道角度過小時，會使充填過程的壓力損耗率增大，所 以本次設計的主流道傾斜角度為 1°，主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大 1~2mm。這里取主流道球面半徑 R16mm，經測量主流道長度 L 取 107mm。 4.2.2 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道應 能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。其作用是改變熔體流向，使其 以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔，分流道的長度應該盡可能短，折彎少， 盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失，節(jié)約塑料的原材料和降低能耗。 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較 理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取 Ra 為 1.6 m，本設計選擇 矩形截面的分流道，d=5mm，采用流道布局如圖所示： 流道布局 4.2.3 澆口的設計