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摘 要 液晶顯示器 或稱 LCD Liquid Crystal Display 為平面超薄的顯示設 備 液晶顯示具有明顯的優(yōu)點 驅動電壓低 功耗微小 可靠性高 顯示信息 量大 彩色顯示 無閃爍 對人體無危害 成本低廉 可以制成各種規(guī)格和類 型的液晶顯示器 便于攜帶等 特別是功耗小 正迎合了當下低碳風潮 由于 以上特點 液晶顯示器可以大幅度減小體積 降低功耗等 液晶顯示技術對顯 示顯像產(chǎn)品結構產(chǎn)生了深刻影響 促進了微電子技術和光電信息技術的發(fā)展 本次畢業(yè)設計的主要內容是液晶顯示器外框模具設計 包括型腔設計 頂 出機構 脫模機構以及主要零件部件的設計過程 另外原制品為液晶外框件 由于過度追求輕薄 制品的壁厚較薄 所以在脫模的時候采取了延時頂出的功 能 為了實現(xiàn)塑件自動脫模 在對開模力和脫模力的大小進行計算后 設計了 斜導柱和斜滑塊側向抽芯 型芯獨立抽芯機構等結構 由于此制品需要大批量 生產(chǎn) 所以澆注系統(tǒng)采用了熱澆道 通過此次設計 可以對注塑模具有進一步 的認識 注意到設計中的某些細節(jié)問題 了解模具結構及工作原理 本設計充 分利用 CAD CAE CAM 設計分析軟件 從而有效的提高工作效率 關鍵詞 注塑模具 液晶框件 延時頂出 CAD CAE CAM Abstract LCD monitor LCD Liquid Crystal or Display for the Display equipment planar ultrathin Liquid Crystal Display LCD has obvious advantages driving voltage power consumption high reliability showed slight informative color Display filcker no harm to human body low cost can be made into various specifications and types of LCD easy to carry especially when consumption low carbon agitation is just Due to the above characteristics LCD monitors can decrease greatly reduce power consumption etc LCD display imaging technology to produce profound influence on the product structure promote the microelectronics technology and photoelectric information technology development The graduation design is the main content of liquid crystal display outside box mould design Including the cavity design the institution the main parts and components demoulding mechanism of design process Other products for the liquid outer frame due to excessive pursue frivolous products so thin wall thickness in stripping when taken delay function In order to realize the automatic plastic mould in folio stripping force and stripping force is calculated the size of the slanting guiding design and oblique slippery pieces of lateral core pulling cores independent core pulling mechanism etc due to the structure of products to mass production so using the hot runner gating system Through the design of injection mould can have further understanding of design noticed some details about the mould structure and work principle This design using CAD CAE CAM design analysis software effectively improve work efficiency Keywords Injection mold LCD frames Ejection delay CAD CAE CAM 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 目 錄 1 緒論 1 1 1 目的 1 1 2 要求 1 1 3 設計思想和方法概述 1 1 4 設計軟件選用 2 2 液晶外框件分型面選擇 3 2 1 液晶框件分析 3 2 2 液晶框件材料綜合性能 5 2 3 液晶外框件分型面設計 8 2 4 注塑機的選用及其校核 10 3 液晶框件成型零部件設計 12 3 1 框件成型零部件結構設計 12 3 2 液晶框件成型零部件工作尺寸計算 12 3 3 側向分型與抽芯機構設計 15 3 4 抽芯機構主要參數(shù)確定 17 4 導向機構和脫模機構設計 19 4 1 導柱 20 4 2 導向孔 21 4 3 脫模機構設計 21 4 4 推出零件尺寸確定 22 5 液晶框件冷卻系統(tǒng)設計 24 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 5 1 冷卻系統(tǒng)設計原則 24 5 2 模具溫度對制品質量和生產(chǎn)效率的影響 25 5 3 冷卻系統(tǒng)設計 25 5 4 冷卻管道接頭設計 29 6 注塑機的最終校核 29 6 1 注塑量的校核 29 6 2 注塑壓力的校核 29 7 設計總結 30 參考文獻 31 外文資 料 32 致 謝 47 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 1 1 緒論 1 1 目的 此次畢業(yè)設計課題源自于我在達運公司的實習當中 在達運精密實習了三 個多月 我日常工作是模具設計 主要包括 3D 拆模 拆電極 CNC 編程 2D 排 位以及出圖 由于我的工作涵蓋了此次畢業(yè)設計所需的必備技能 所以要利用 這次畢業(yè)設計來訓練我的專業(yè)技能 通過本次畢業(yè)設計使我鞏固了塑料 塑料制品 塑料成型工藝和塑料成型 模具的基礎知識 基礎理論和基本的設計方法 能夠熟練的使用 CAD 技術正確 設計較為復雜的塑料模具 為將來的進一步發(fā)展和創(chuàng)業(yè)打下較為牢固的基礎 1 2 要求 本次畢業(yè)設計中要理論聯(lián)系實際 在學習好相關的基礎理論知識和基本設 計方法的同時 還必須具備現(xiàn)場實踐能力 實際動手的能力 即實際生產(chǎn)加工 操作 上機操作 要求熟練使用 CAD PRO E 和 Moldflow 等軟件 1 3 設計思想和方法概述 現(xiàn)代的注塑模設計制造主要依靠 CAD CAE CAM 系統(tǒng) CAD CAE CAM 系統(tǒng)已 經(jīng)成為了一個有機整體 整套系統(tǒng)與企業(yè)的人才 技術相結合 最終將決定企 業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品的質量 其中的技術因素主要是企業(yè)在模具方面多年的積 累的知識 經(jīng)驗和技巧 1 產(chǎn)品設計和重建模型 模具設計人員根據(jù)用戶提供的資料 一般包括 3 種類型的資料 第一種是 產(chǎn)品樣件 第二種是圖紙 第三種既有樣品又有圖紙 但需要修改樣件模型 重新構筑新產(chǎn)品模型 設計詳細的產(chǎn)品圖紙 計算制品材料的收縮率 為模具 設計做好前期準備工作 2 模具設計 根據(jù)上面做好的產(chǎn)品設計準備確定注塑機型號 型腔數(shù)量和型腔排列 分 型面 抽芯機構等 同時需要設計澆注系統(tǒng) 冷卻系統(tǒng) 頂出系統(tǒng) 排氣系統(tǒng) 等 最終還要確定模架等標準件 選用模具材料 繪制模具裝配圖和主要零部 件圖紙 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 2 3 模具制造 在模具裝配圖及零部件圖紙設計完成之后 經(jīng)過一系列加工 制造和裝配 過程 完成模具的制造 4 試模 修模 在模具制造裝配完成之后 就要在事先選定的注塑機上進行試模 如果試 模順利 就對產(chǎn)品尺寸形狀進行效驗 檢查實際生產(chǎn)出來的產(chǎn)品是否符合用戶 的公差要求 如果在試模中發(fā)現(xiàn) 模具本身存在問題 那么模具就要送回模具 車間進行修模處理 直到試模成功 打出合格的產(chǎn)品 因此 修模 試模是一 個十分繁瑣 復雜的過程 及設計了模具方面的問題 有涉及了成型方面的問 題 在許多情況下 還要涉及到設計方案的修改 從而對模具進行較大程度的 改變 造成反復的修模 試模 1 4 設計軟件選用 為了達到上述的設計思想 就需要多種設計軟件將產(chǎn)品用戶 產(chǎn)品設計者 模具設計者 模具工程分析者 模架和標準件提供商等聯(lián)系起來 因此 選用一種或多種合適的設計軟件 對完成一個設計起到至關重要的 作用 此設計結構比較復雜 精度要求較高 為了設計的簡便 本設計選用 Auto CAD PRO Engineer 和 MOLDFLOW 分析軟件 用 PRO Engineer 分模 用 Auto CAD 進行 2D 排位和加工出圖 用 MOLDFIOW 進行模流分析 以上軟件功 能足以滿足此設計的要求 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 3 2 液晶外框件分型面選擇 2 1 液晶框件分析 本次設計作品為顯示器框件 具體要求見下表 表 2 1 模具設計任務書 模座 S50C 公模仁 SKD61 模具材料 滑塊 SKD61 母模仁 SKD61 模具類型 二板模 三板模 其它 模穴數(shù) 1 脫模斜度 0 3 灌嘴膠口套 有 無 塑膠材料 PC 10 PMMA 收縮率 1 0037 注塑壓力 280T 定位環(huán) 100 x25 喉嘴規(guī)格 1 4 PT 澆道 圓形 梯形 熱澆道 點進澆 進澆方式 母模 公模 直接式 潛伏式 點澆式 搭接式 閥針式 其他 冷切 控制 方式 模仁水道 模座水道 冷卻棒 頂出方式 圓梢 扁梢 套管 空氣頂出 強制回位 要 不要 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 4 由于制品比較大 四側面均有很多的突起 形成了倒扣 均是外側面 具 體如圖 1 1 圖 1 1 產(chǎn)品詳情 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 5 由 PRO Engineer 軟件分析得制品的體積為 V 28CM2 由 塑膠模具設計工程 師手冊 可查得 PC 10 PMMA 的密度為 1 35 1 50g cm2 取其密度 1 4g cm2 故其質量為 281 439 MVg 2 2 液晶框件材料綜合性能 主要表現(xiàn)在以下幾個方面 1 機械強度高 其沖擊強度是熱塑性塑料中最高的一種 比鋁 鋅還高 號稱 塑料金屬 彈性模量高 受溫度影響極小 抗蠕變性能突出 即使在較 高溫度 較長時間下蠕變量也十分小 優(yōu)于 POM 其他如韌性 抗彎強度 拉 伸強度等亦優(yōu)于 PA 及其他一般塑料 PC 的低溫機械強度是十分可貴的 所以 在較寬的溫度范圍內 低溫抗沖擊能力較強 耐寒性好 脆化溫度低達 100 2 熱性耐氣候性優(yōu)良 PC 的耐熱性比一般塑料都高 熱變形溫度為 135 143 長期工作溫度達 120 130 是一種耐熱環(huán)境的常選塑料 其耐候性 也很好 有人做過實驗 將 PC 制件置于氣溫變化大的室外 任由日曬雨淋 三 年后僅僅是色澤稍黃 性能仍保持不變 3 成型精度高 尺寸穩(wěn)定好 成型收縮率基本固定在 0 5 0 7 流動方 向與垂直方向的收縮基本一致 在很寬的使用溫度范圍內尺寸可靠性高 2 2 1 PC 的成型性能 1 無定形塑料 熱穩(wěn)定性好 成型溫度范圍寬 超過 330 才呈現(xiàn)嚴重 分解 分解時產(chǎn)生無毒 無腐蝕性氣體 2 吸濕性小 但水敏性強 含水量不得超過 0 2 加工前必須干燥處理 否則會出現(xiàn)銀絲 氣泡以及強度顯著下降現(xiàn)象 3 流動性差 溢邊值為 0 06mm 流動性對溫度變化敏感 冷卻速度快 4 成型縮率小 如成型條件適當 塑件的尺寸可控制在一定公差范圍內 塑件精度高 5 可能發(fā)生應力開裂 易產(chǎn)生壓力集中 即內應力 應嚴格控制成型條 件 塑件宜退火處理 以消除內應力 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 6 6 熔融溫度高 粘度高 對大于 200g 的塑件應用螺桿式注塑機成型 并 噴嘴應加熱 噴嘴宜用敞開式延伸噴嘴 7 粘度高 但對剪切作用敏感 澆注系統(tǒng)宜設冷料穴 進料口附近有殘 留應力 必要時可以采取調節(jié)式進料口 模具宜加熱 模溫一般取 70 120 為 宜 應注意頂出均勻 模具應用耐磨鋼 并淬火 8 塑料壁不宜取厚 應均勻 避免有尖角 缺口以及金屬鑲件造成的應 力集中脫模斜度宜取 2o 如有金屬鑲件應預熱 預熱溫度一般為 110 130 9 料筒溫度對控制塑件質量是一個重要的因素 料溫低時會造成缺料 表面無光澤 溫度高時宜溢邊 出現(xiàn)銀絲 暗條 塑件變色有泡 注塑壓力宜 高不宜低 10 模溫對塑件的質量影響很大 薄壁塑件宜取 80 100oC 厚壁塑件宜取 80 120oC 模溫低則收縮率 伸長率 抗沖擊強度大 抗彎 抗壓 抗張強度 低 模溫超過 120 塑件冷卻慢 易變性黏模 脫模困難 成型周期長 2 2 2 PC 的主要缺點 1 是自身流動性差 即使在較高的成型溫度下 流動亦相對緩慢 2 是在成型溫度下對水分極其敏感 微量的水分即會引起水解 使制件變 色 起泡 破裂 3 抗疲勞性 耐磨性較差 缺口效應敏感 PC 優(yōu)良的綜合性能使其在機械 儀器儀表 汽車 電器 紡織 化工 食 品等領域都占據(jù)著重要地位 制成品有 食品包裝 餐飲器具 安全帽 泵葉 外科手術器械 醫(yī)療器械 高級絕緣材料 齒輪 車燈燈罩 高溫透鏡 窺視 孔鏡 電器連接件和鐳射唱片 鐳射影碟等 2 2 3 PC 模具設計 PC 制品與模具設計除了遵循一般塑料制品與模具的設計原則外 還需注意 以下幾點 1 由于 PC 的流動性較差 所以 流道系統(tǒng)和澆口的尺寸都應較大 優(yōu)先 采用側澆口 扇形澆口 護耳式澆口 2 由于熔體粘度較大 要求型腔的材料比較耐磨 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 7 3 熔體的凝固速度較快 流動的不平衡對充填過程影響明顯 為了防止滯 流 型腔應該獲得較好的充填秩序 4 PC 對缺口較為敏感 要求制品壁厚均勻一致 盡可能避免銳角 缺口 的存在 轉角處要用圓弧過渡 圓弧半徑不小于 1 5mm 5 為防止在成型過程中出現(xiàn)排氣不良現(xiàn)象 需開設深度小于 0 04mm 的排 氣孔槽 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 8 2 3 液晶外框件分型面設計 分型面 模具上用于取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面 一副模具可以有一個或一個以上的分型面 常見單分型面模具只有一個與 開模運動方向垂直的分型面 由于本模具采用熱澆道 所以只需設一個分型面 分型面選擇是否合理對于塑件質量 模具制造難易程度 加工成本與使用 性能均有很大影響 它決定了模具的結構形式 是模具設計工作中的重要環(huán)節(jié) 模具設計時應根據(jù)制品的結構形狀 尺寸精度 澆注系統(tǒng)形式 推出形式 排 氣方式及制造工藝等各種因素 全面考慮 合理選擇 一般應考慮以下幾個原 則 分型面選擇應便于塑件脫模和簡化結構 盡可能使塑件開模時留在動模 盡 可能不影響外觀的部位 并使其產(chǎn)生的毛邊易于消除和修整 應保證塑件尺寸精 度 分型面選擇應有利于排氣 便于模具零件的加工 參照以上原則 分型面的選擇示意如下 圖 2 1 制品壁厚分析 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 9 圖 2 2 制品拔模 圖 2 3 進膠位置 圖 2 4 側面 PL 線 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 10 圖 2 5 主 PL 線 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 11 2 4 注塑機的選用及其校核 注塑機的選用要根據(jù)制品的材料 制品和澆注系統(tǒng)的總質量以及模具大致 結構來選擇合適的注塑機 制品材料為 PC 宜用螺桿式注塑機 其主要結構如下圖所示 14532678910 圖 2 6 臥式注塑機示意圖 1 鎖模液壓缸 2 鎖模機構 3 移動模板 4 頂桿 5 固定板 6 控制臺 7 料筒 8 料斗 9 定量供料裝置 10 注塑液壓缸 圖 2 6 螺桿式注塑機結構示意圖 主要包括了射出系統(tǒng) 模具系統(tǒng) 油壓 系統(tǒng) 控制系統(tǒng) 和鎖模系統(tǒng)等五個單元 制品的質量為 39 2g 由于此次設 計采用熱流道設計 故沒有流道凝料 根據(jù)每次注塑量不超過注塑機最大注塑 量的 80 因此 初選型號為海天 HTF TJ C 根據(jù)塑料膜設計師設計手冊 P1 122 提供的主要技術規(guī)格如下 21 表 2 2 HTF TJ C 規(guī)格 注塑裝置 合模裝置 螺桿直徑 mm 70 合模力 kN 3000 螺桿長徑比 L D 18 6 移模行程 mm 600 理論容量 cm3 989 拉桿間距 寬 高 mm 600 600 螺桿轉速 rpm 0 160 最大模厚 mm 660 注塑重量 g 579 最小模厚 mm 250 最大泵壓力 Mpa 60 頂出行程 mm 160 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 12 注塑壓力 Mpa 142 頂出力 kN 62 2 4 1 型腔數(shù)量的確定和校核 設計模具首先就是要確定模具型腔數(shù)量 型腔的數(shù)量與注塑機的塑化速率 最大注塑量 鎖模力有關 因此 必須從這三個方面對型腔的數(shù)量來進行校核 按注塑機的額定塑化量確定型腔數(shù)量 21 n KM 3600 M 1 M 2 1 式中 n 型腔數(shù)量 由于設計要求為一模一腔 所以此設計中 n 1 K 注塑機額定塑化量的利用系數(shù) 一般取 0 8 M 注塑機的額定塑化量 g h 或 cm3 h T 成型周期 s M1 澆注系統(tǒng)所需塑料質量或體積 g 或 cm3 M 單個塑件的質量或體積 g 或 cm3 2 按注塑機的最大注塑量確定型腔數(shù)量 n KM p M1 M 2 2 式中 M p 注塑機允許的最大注塑量 g h 或 cm3 h K 注塑機最大注塑量的利用系數(shù) 一般取 0 8 3 按注塑機的額定鎖模力確定型腔數(shù)量 n F p PA1 PA 2 3 式中 F p 注塑機的額定鎖模力 N P 塑料熔體對型腔的壓力 MPa 一般取注塑壓力的 80 A1 澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 mm 2 A 塑件在模具分型面上的投影面積 mm 2 經(jīng)計算 所選用的注塑機滿足要求 2 4 2 最大注塑量的校核 塑件和澆注系統(tǒng)凝料的總質量一般要小于注塑機公稱注塑量的 80 最大 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 13 注塑量的校核應注意的是柱塞式注塑機和螺桿式注塑機標定的公稱注塑量是不 同的 國際上規(guī)定柱塞式注塑機的公稱注塑量是按常溫下密度為 1 05g cm3的 普通聚苯乙烯的注塑為標準 而螺桿式注塑機標定的公稱注塑量是以螺桿在料 筒中的最大推出容積表示 由表 1 可知注塑機的注塑量為 989g 遠大于產(chǎn)品的 質量 3 液晶框件成型零部件設計 3 1 框件成型零部件結構設計 成型零部件結構設計主要應在保證制品質量要求的前提下 從便于加工 裝配 使用 維修等角度加以考慮 3 1 1 凹模 凹模又稱上模仁 是成型制品上表面的零部件 按其結構可分為整體式和 組合式兩大類 1 整體式 凹模由一整塊金屬加工而成 特點是結構簡單 牢固 不易變形 制品無 拼縫痕跡 但是一旦內部結構損壞 整個模仁報廢 損失大 此種形式適用于 形狀較簡單的制品 2 組合式 當制品外形較復雜時 采用組合式凹模加工工藝差 若采用組合式凹模可 改善加工工藝性 減少熱處理變形 節(jié)省優(yōu)質鋼材 從而節(jié)約成本 還有利于 分散工序 減少加工時間 內部結構一旦損壞 方便更換 考慮到制品表面雖 然有較高要求 但是上模仁沒有什么薄弱部分 而且從強度和剛度方面考慮上 模仁采取整體式 3 1 2 凸模 下模仁又稱下模仁 與上模仁一樣也分為整體式和組合式 考慮到制造加 工 維護的方便和節(jié)省優(yōu)質鋼材 凸模采用組合式結構 3 2 液晶框件成型零部件工作尺寸計算 所謂成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定制品形狀的有關尺寸 主要包括型腔和型芯的徑向尺寸 含長 寬尺寸 與高度尺寸 以及中心具尺 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 14 寸等 為了保證制品質量 模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相 應的成型零部件工作尺寸與精度 3 2 1 框件尺寸精度的影響因素 塑件尺寸的影響因素很多 也很復雜 但主要的有以下幾個因素 1 成型零部件的制造誤差 成型零部件的制造誤差包括成型零部件的加工誤差和安裝 配合誤差兩個 方面 設計時一般應將成型零件的制造公差控制在塑件相應公差的 1 3 左右 通常取 IT6 9 級 21 2 成型零部件的磨損 造成成型零部件磨損的主要原因是塑料熔體在型腔中的流動以及脫模時塑 件與型腔的摩擦 而以后者造成的磨損為主 設計時應根據(jù)制品材料 成型零 部件材料 熱處理及型腔表面狀態(tài)和模具要求的使用期限來確定最磨損量 對 中 小型塑件來說 最大磨損量一般取 1 6 塑件公差 大型塑件則取小于 1 6 塑件公差 21 3 塑料的成型收縮 生產(chǎn)中由于設計時選取的計算收縮率與實際收縮率的差異以及由于塑件成 型時工藝條件的波動 材料批號的變化而造成的塑件收縮率的波動 4 配合間隙誤差引起的誤差 3 2 2 顯示器框件成型零部件的尺寸計算 成型零部件的工作尺寸計算有平均值法和公差帶法 在這里選用平均值法 在描述計算方法前 對塑件尺寸和成型零部件的尺寸偏差統(tǒng)一規(guī)定按 入 體 原則標注 即對包容面 型腔和塑件內表面 尺寸采用單向正偏差標注 基本尺寸為最小 設 為塑件公差 Z 為成型零件制造公差 則塑件內徑為0sl 型腔尺寸為 zm0L 而對被包容面 型芯和塑件外表面 尺寸采用單向負偏 差標注 基本尺寸為最大 如型芯尺寸為 z0ml 塑件外形尺寸為 0sL 而對于 中心距尺寸則采用雙向對稱偏差標注 21 1 型腔與型芯徑向尺寸 型腔設塑料平均收縮率為 塑件外形基本尺寸為 其公差為 cpSSL 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 15 塑件平均尺寸為 型腔基本尺寸為 其制造公差為 則型腔平S2L mLz 均尺寸為 考慮平均收縮率及型腔磨損為最大值的一半 則有 m z 2c 21 3 1 mScpS222zcLL 整理并忽略二階無窮小量 可得到型腔的基本尺寸cpS 3 2 c 1ZC 和 是影響塑件尺寸偏差的主要因素 應根據(jù)塑件公差來確定 成型零Z C 件制造公差 一般取 磨損量 一般取小于 故上式寫為 1 36 C6 mScp Lx 標注制造公差后得 3 3 Scp0 zL 式中 x 修正系數(shù) 對于中 小件塑件 則得 3Z 6C 3 4 mScp0 4zL 對于大尺寸和精度較低的塑件 于是上式中 前面 3Z 6C 的系數(shù) x 將減小 一般該系數(shù)在 之間變化 可視具體情況而定 21 1 2 型芯徑向尺寸 設塑件內形尺寸為 其公差值為 則其平均尺寸為sl 型芯基本尺寸為 制造公差為 其平均尺寸為 同上面推2sl mlZ 2zml 導型腔徑向尺寸類似 21 3 5 0Scp zllx 式中系數(shù) 13 24x 3 6 0mScp34zll 2 型芯深度與型芯高度尺寸 按上述公差帶標注原則 塑件高度尺寸為 型腔深度為 型腔底 0sH 0mH 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 16 面和型芯端面均與塑件脫模方向垂直 磨損很小 因此計算時磨損量 不予考c 慮 則有 21 3 7 mScpS22ZHH 略去 得cp2S 3 8 mScp2Z 根據(jù)文獻公差標注后得 3 9 Scp0 ZHx 對于中 小型塑件 根據(jù) 9 P156 故得 13z 3 10 mScp023Z 對于大型塑件 可取較小值 公式中 可在 范圍選取 x x 1 同理可得型芯高度尺寸計算公式 3 11 3 11 0mScpzh 對于中 小型塑件則為 3 12 3 12 0Scp23z 以上各個數(shù)據(jù)只是根據(jù)理論方法計算得出 由于本制品包含有曲線和曲面 根據(jù)零件圖紙上的尺寸和偏差制造出的型腔和型芯 并不能作為最終結果 必 須根據(jù)試模的情況予以修正 21 3 3 側向分型與抽芯機構設計 注塑模中凡與注塑機開模方向一致的分型和抽芯都比較容易實現(xiàn) 因此模 具結構也較簡單 但是對于某些塑料制件 由于使用上的要求 不可避免地存 在著與開模方向不一致的分型 對于具有這種結構的制件除極少數(shù)部分可以進 行強制脫模外 一般都需要進行側向分型與抽芯 才能取出制件 能將活動型 芯抽出和復位的機構稱為抽芯機構 側向分型和抽芯機構按動力源可分為手動 氣動 液壓和機動四類 如圖 3 1 為側向分型機構 在本制品側壁倒扣 其分模方向與整個制品的 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 17 分模方向不同 所以要安排側向分型機構 這里采用機動側向分型與抽芯機構 它是利用注塑機的開模力 通過傳動機構改變方向 將側向的活動型芯抽出 機動抽芯的結構比較復雜 但抽芯不需人工操作 抽拔力較大 具有靈活 方 便 生產(chǎn)效率高 容易實現(xiàn)全自動操作 無需另外添置設備的優(yōu)點 圖 3 1 側向抽芯機構 這里采用了斜滑塊分型與抽芯機構 當然也可以采用斜銷側向分型等抽芯 機構 采用斜滑塊分型與抽芯機構的原因主要是后面再產(chǎn)品頂出時要采用頂針 延時頂出 用滑塊做頂針延時頂出結構將會簡化 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 18 圖 3 2 如上圖所示 脫模時 動模板向下運動 在前 20mm 內 斜導柱撥動滑塊后 退 延時頂針 1 的上端面距離滑塊的下端面 20mm 延遲柱延遲的距離剛好也是 20mm 當下模往下移動的距離小于 20mm 時 延時頂針 2 相對下模仁不運動 延 時頂針 1 在做頂出運動 當運動到 20mm 時 滑塊退出 滑塊后退 延時頂針 1 和 2 同時頂出產(chǎn)品 3 4 抽芯機構主要參數(shù)確定 3 4 1 抽芯距 型芯從成型位置退到不妨礙塑件脫模的位置所移動的距離叫抽芯距 用 S 表示 根據(jù) 9 P198 公式 9 1 一般抽芯距等于側臺肩寬度 S0加上 的余量 即2 3m 3 02 3mS 13 有圖面測量可得 S0 3mm 所以抽芯距 S 為 S 5mm 3 4 2 斜滑桿設計 斜滑桿的工作長度 L 與傾角 a 的關系為 3 14 sinS 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 19 現(xiàn)已知 S 5mm 13 所以斜滑桿的有效工作長度 L 為 L S sina 3 15 5 sin13 22mm 開模行程 H 與傾角 a 的關系為 3 16 cotSa 所以開模行程為 HW Scota 3 17 5 cot13 22mm 現(xiàn)在設計的實際開模行程有 49mm 完全能夠滿足抽芯的要求 3 4 3 抽芯力的估算 下圖所示為型芯脫模時的力學分析圖 圖 3 3 側型芯脫模時的力學分析圖 抽芯力的計算公式為 21 3 18 costan1iPSfF 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 20 因為 一般比較小 所以 cosFPS 式中 抽芯力 N F S 塑料包緊型芯的面積 cm P 塑件對側型心的收縮力 一般取 8 20Mpa 3 4 4 斜導柱直徑 斜導柱的計算公式為 21 p2 112 3 19 30 1WFLd 其中 d 斜滑桿直徑 cm F 抽芯力 kN L 斜滑桿的有效工作長度 cm 所以斜滑桿直徑為 d 17 56mm 實際設計中斜滑桿的直徑 d 20mm 4 導向機構和脫模機構設計 導向機構主要用于保證動模和定模兩大部分或模內其他零件之間的準確對 合 起定位和定向作用 導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式 其設計的基本要求是導向 精確 定位可靠 并且有足夠的強度 剛度和耐磨度 導柱導向機構是利用導柱和導向孔之間的配合來保證模具的對合精度 導 柱導向機構的設計內容包括 1 導柱和導套的典型結構 2 導柱與導向孔的配合以及導柱的數(shù)量和布置等 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 21 4 1 導柱 導柱設計要點如下 1 導柱的直徑視模具的大小而定 但必須具有足夠的抗彎強度 且表面 要耐磨 芯部要堅韌 因此導柱材料一般為低碳鋼滲碳淬火 或碳素工具鋼 T8A T10A 淬火處理 硬度為 50 55HRC 2 導柱長度應高于凸模端面 6 8mm 以免在導柱未導正時凸模先進入 型腔與其碰撞而損壞 3 導柱端部常設計成錐形和半球形 便于導柱順利地進入導向孔 4 導柱的配合精度 導柱與導向孔通常采用間隙配合 H7 f6 或 H8 f8 21 5 導柱直徑尺寸按模具模板外形尺寸而定 模板尺寸越大 導柱中心距 也越大 圖 4 4 6 斜導柱的固定方式如圖 4 4 這樣固定 有兩個好處 1 斜導柱的裝拆方便 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 22 如圖所示 只需要把斜導柱壓塊的緊固螺釘卸掉就可以將斜導柱取下來 如果是將斜導柱穿過 A 板 用上固定板壓緊 這樣在裝拆的時候就要先將上固 定板和 A 板先拆開 這樣不僅費時費工 還對鉗工有安全威脅 2 斜導柱的壓緊塊有一個楔面 在固定斜導柱的同時 還可以起到定位 4 即上模仁 的功能 4 2 導向孔 最簡單的導向孔是直接在模板上開孔加工簡單 適用于精度要求不高且小 批量生產(chǎn)的模具 然而為了保證導向精度和檢修方便 導 向孔常采用鑲入導套的形式 導向孔 包括導套 的設計要點如下 1 導向孔最好為通孔 否則導柱進入未開通的導向孔 盲孔 時 孔內空 氣無法逸出 產(chǎn)生反壓力 給導柱運動造成阻力 2 為使導柱比較順利地進入導套在導套前端應倒有圓角通常導套采用淬火 鋼或銅等耐磨材料制造 但其硬度應低于導柱的硬度 以改善摩擦及防止導柱 從導套拉出 3 導套孔的滑動部分按 H8 h8 間隙配合 導套外徑按 H7 m6 過度配合 16 4 導套的安裝固定方式 臺階式導柱 利用軸肩防止開模時拔出導套 直 導套用螺釘起止動作用 本模具采用直導套 該零件為標準件 注塑模的導柱一般取 2 4 根 其數(shù)量和布置形式根據(jù)模具的結構形式和尺 寸來確定 此設計中導柱選用 4 根 為四角不對稱布置 有一個 offset 以防 止定模板和動模板方向裝反 造成模具表面損傷 4 3 脫模機構設計 脫模機構是指注塑成型后 使塑件從凸?；虬寄Ｉ厦摮龅臋C構 按脫模動 作的動力源對脫模機構分類 有手動脫模 機動脫模 汽動和液壓脫模等不同 類型 如按推出機構動作特點分類 可分為一次推出 二次推出 順序脫模 點澆口自動脫模以及帶螺紋塑件脫模等 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 23 4 3 1 脫模機構的設計原則 脫模機構的設計原則 1 保證塑件不因頂出而變形損壞及影響外觀 這是對脫模機構最基本的 要求 2 為使推出機構簡單 可靠 開模時應使塑件留于動模 以利用注塑機 的移動部分的頂桿或液壓缸的活塞推出塑件 3 推出機構運動要準確 靈活 可靠 無卡死與干涉現(xiàn)象 4 3 2 脫模力的計算 將塑件從包緊的型芯上脫出時所需克服的阻力稱為脫模力 塑成型后由于 體積收縮 對型芯產(chǎn)生包緊力 塑件要從型芯上脫出就必須克服因包緊離而產(chǎn) 生的摩擦阻力 Fmax Aq cos sin 4 1 式中 F max 最大脫模力或開模力 N A 型芯或凸模被塑件包緊部分的面積 2m q 由塑件收縮率產(chǎn)生的單位面積上的正壓力 一般取 8 12MPa 摩擦系數(shù) 一般取 0 1 0 3 脫模斜度 8 塑件包緊型芯部分的面積經(jīng) PROE 軟件計算的 7387 71 拔模斜度1A2m 為 2 取 0 15 q 取 10MPa 計算各部分的拔模力為 Fmax1 A1q cos sin 9683 57NN Fmax 總 Fmax1 9683 57N 由以上計算得出推板推出一個塑件的最大脫模力為 Fmax 推總 9683 57N 模具為一模一腔 則模具總的推桿推出的最大脫模力為 9683 57N 所選注塑機 的最大推出力為 60KN 所以注塑機的額定推出力能夠滿足模具的推出機構的要 求 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 24 4 4 推出零件尺寸確定 在推出機構中最重要的零件是推件板和推桿 推件板的厚度和推桿的直徑 的確定又是設計的關鍵 下面從剛度和強度計算兩方面介紹推件板厚度和推桿 直徑的計算公式 根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式 9 P81 公式 8 10 可得推桿直徑 mm 的公式 4 2 1 42LFdKnE 式中 推桿的最小直徑 mm d 安全系數(shù) 可取 K1 5 推桿的長度 mm 這里 L 92mmL 脫模力 N 這里 F 16 15KN F 推桿數(shù)目 這里 n 4 n 鋼材的彈性模量 Mpa 這里 E 52 10E 所以推桿的最小直徑為 d 3 62mm 實際設計中取 d 5mm 推桿直徑確定后 還應進行強度校核 根據(jù) 9 P182 公式 8 11 其公 式 4 3 24Fnd 式中 推桿的許用應力 Mpa 推桿所受的應力 Mpa 其他符號同前述 所以 4 9 6 4 3 14 0 005 189MP 410 推桿結構選用扁推桿 如圖所示 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 25 圖 4 1 扁推桿 5 液晶框件冷卻系統(tǒng)設計 在注塑模中冷卻系統(tǒng)是通過冷卻水的循環(huán)將塑料熔體的熱帶出模具的 冷 卻通道中的冷卻水是處于層流狀態(tài)還是湍流狀態(tài) 對于冷卻效果有顯著影響 從下圖可以看出模具冷卻時間約占整個注塑循環(huán)周期的 2 3 因此縮短注塑循 環(huán)周期的冷卻時間是提高生產(chǎn)效率的關鍵 圖 5 1 冷卻時間示意圖 摘自文獻 19 5 1 冷卻系統(tǒng)設計原則 1 注意凹模和型芯的熱平衡 在冷卻系統(tǒng)設計中 要把注意力放在型芯冷 卻上 2 精密模具中出入口水溫相差應在 2 C 以內 普通模具也不要超過 5 C 3 采用多而細的冷卻管道比采用獨根大冷卻管道好 一般管道直徑為 8 25mm 4 普通模具的冷卻水應采用常溫下的水 通過調節(jié)水流量來調節(jié)模具溫度 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 26 5 一般冷卻管道中心線與型腔壁的距離應為冷卻管道直徑的 1 2 倍 冷 卻管道的中心距約為管道直徑的 3 5 倍 6 應盡可能使所有冷卻管道孔分別到各處型腔表面的距離相等 應避免冷 卻管道開設在塑件熔合紋的部位 5 2 模具溫度對制品質量和生產(chǎn)效率的影響 1 變形 模具溫度穩(wěn)定 冷卻速度均衡 可以減小塑件的變形 對于壁厚不一致塑 件 經(jīng)常會出現(xiàn)因翹曲變形的情況 因此 必須采用合適的冷卻系統(tǒng) 以便型 腔里的塑料熔體能同時凝固 2 尺寸精度 利用溫度調節(jié)系統(tǒng)保持模具溫度的恒定 能減少制件成型時收縮率的波動 提高塑件尺寸精度的穩(wěn)定性 在可能的情況下采用較低的模溫能有助于減小塑 件的成型收縮率 例如 對與結晶型塑料 因為模溫較低 制件的結晶度低 較低的結晶度可以降低收縮率 但是 結晶度不利于制件的穩(wěn)定性 從尺寸的 穩(wěn)定性出發(fā) 又需要適當?shù)奶岣吣＞邷囟?使塑件結晶均勻 3 力學性能 對于結晶形塑料 結晶度越高 塑件的應力開裂傾向越大 故從減小應力 開裂的角度出發(fā) 降低模溫是有利的 但對于聚碳酸酯一類的高黏度無定形塑 料 其應力開裂傾向與塑件中的內應力的大小有關 提高模溫有利于減小制件 中的內應力 也就減小了其應力開裂傾向 4 表面質量 提高模具溫度能改善制件的表面質量 過低的模具溫度會使制件輪廓不清 晰并產(chǎn)生明顯的熔接痕 導致制件表面粗糙度提高 5 生產(chǎn)效率 保持所需要模溫 并使之穩(wěn)定 可縮短成型時間 從而縮短了成型周期 提高了制品的生產(chǎn)率 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 27 5 3 冷卻系統(tǒng)設計 5 3 1 冷卻管道直徑和管道數(shù) 由 PROE 分析得知 制品的壁厚為 S 0 4 3 5mm 故冷卻時間應以厚度為 計算依據(jù) 制品的冷卻時間 t2 S 1 2S 27 2 9 表 10 6 由于該制品開模 時無法自動墜落 必須手工取出 設開模取出制品的時間 t3 為 15s 再加上注 塑時間 t1 5s 故制品的成型周期為 t 總 t1 t2 t3 27 2 15 5 47 2s 所以制品的產(chǎn)量為 2 99kg h 現(xiàn)已知產(chǎn)量為 2 99kg h 用 20 C 的水作為冷卻介質 其出口溫度為 22 C 水呈湍流狀態(tài) 模具平均溫度為 60 C 模具寬度為 600mm 塑料制品在固化時每小時釋放的熱量 Q 查表 10 4 得 PC 的單位熱流量 28 410kJ g 故冷卻水的體積流量 Q 840 2 99 25116KJ h 根據(jù) 12WQ vqc 5 1 式中 v 冷卻介質的體積流量 3m in 單位時間 每分鐘 內注入模具的塑料質量 kg min 1Q 單位重量的制品在凝固時所放出的熱量 J 冷卻介質的密度 3kg 1c 冷卻介質的比熱容 J C A 冷卻介質出口溫度 2 冷卻介質進口溫度 得 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 28 3132WQ 910 6 487 2 vqc 35 90m in q WQ 1 c1 1 2 0 05m min 冷卻水的管道直徑 d 為使冷卻水處于湍流狀態(tài) 取 d 6mm 冷卻水在管道內的流速 v 根據(jù) 9 P221 公式 10 16 4V2qv d 5 2 式中 v 冷卻介質的流速 m s Vq 冷卻介質的體積流量 3 d 冷卻管道的直徑 得42 5m sVqv d 冷卻管道孔壁與冷卻介質之間的傳熱膜系數(shù) h 取 6 48f 水溫為 22 C 時 再根據(jù) 9 P217 公式 10 2 0 8 2417 fvhd 5 3 式中 f 與冷卻介質溫度有關的物理系數(shù) 冷卻介質在一定溫度下的密度 3kg m v 冷卻介質在原管中的流速 s d 冷卻管道的直徑 得 0 8 24 17fvhd 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 29 423 510kJ mhC 冷卻管道總面積 A 根據(jù) 160WQh 5 4 式中 h 冷卻管道孔壁與冷卻介質的傳熱膜系數(shù) 2kJ mhC 模溫與冷卻介質溫度之間的平均溫差 得 160WQAh 32 450m 模具上應開設的冷卻管道的孔數(shù) n 根據(jù)AdL 5 5 式中 L 冷卻管道開設方向上模具長度或寬度 得3And 5 3 2 實際冷卻系統(tǒng)布置 以上只是理論計算的結果 在實際的設計中卻安排有兩個冷卻回路 如下 圖 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 30 圖 5 2 公母模仁水路圖 因為對于冷卻系統(tǒng)的設計的最終目的是為了使模具溫度穩(wěn)定 冷卻速度均 勻 從而保證尺寸精度 防止出現(xiàn)因收縮不均勻而產(chǎn)生的翹曲變形 所以安排 多個冷卻回路 多根冷卻管道 更加能夠使模具溫度穩(wěn)定 冷卻速度均勻 對 保證尺寸精度防止翹曲的效果肯定要比只安排一根冷卻管道所產(chǎn)生的好 另外 制品零件圖上的技術要求也明確提出了較高的表面要求 零件必須光滑 平整 不得有縮孔 酥松等缺陷 不得有翹取及變形 所以最初安排了多個冷卻回路 并且以此為基礎 對注塑過程中產(chǎn)生的翹曲做模流分析 在最終的實際設計中 因為制品要求高 在四面滑塊以及動定模都安排水 路 5 4 冷卻管道接頭設計 由于模具結構和冷卻系統(tǒng)的設計 所采用的水管接頭為加長型 加長到 96mm 根據(jù) JISB0203 選擇水管接頭的規(guī)格為 PT1 8 B 選擇悶頭螺釘?shù)囊?guī)格為 PT1 4 6 注塑機的最終校核 注塑模具安裝在注塑機上使用的 在設計模具時 除了應掌握注塑成型工 藝過程外 還應對所選注塑機的有關技術參數(shù)有全面的了解 才能生產(chǎn)出合格 的塑料制件 在模具設計的最后對注塑量 注塑壓力 鎖模力和安裝尺寸做一 次校核 保證所設計的模具和所選的注塑機符合要求 6 1 注塑量的校核 前面我們選擇注塑機時的一個重要依據(jù)就是注塑量 因此 這里注塑量一 定是小于注塑機公稱注塑量的 80 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 31 6 2 注塑壓力的校核 所選用的注塑機的注塑壓力必須大于成型塑件所需的注塑壓力 成型所需 的注塑壓力與塑料品種 塑件的形狀幾尺寸 注塑機類型 噴嘴及模具流道的 阻力等因素有關 塑料熔體流動性 塑件形狀簡單 壁厚小所需注塑壓力一般 小于 70MPa 塑料熔體粘度較低 塑件形狀一般 精度要求一般 所需注塑壓 力通常選為 70 100MPa 塑料熔體具有中等粘度 改性 PS PE 等 塑件形狀 一般 有一定精度要求者 所需注塑壓力選為 100 140MPa 塑料熔體具有較 高粘度 PMMA PPO PC PSF 等 塑件壁薄 尺寸大 或壁厚不均勻 尺寸 精度要求嚴格的塑件 所需注塑壓力在 140 180MPa 范圍 此塑件材料為 PC 屬于中等粘度 塑件精度要求高 壁厚均勻 塑件形狀 相對復雜 所選定的注塑機的注塑壓力為 122MPa 能滿足塑件的注塑要求 7 設計總結 通過這一個多月對顯示器模具的設計 使我對注塑模設計方法與流程有了 更深一步的了解 在這個不斷設計 學習 再設計的反復操作過程中 潛移默 化地學習到了一種科學的設計思路和方法 這對我以后的工作態(tài)度和方法將產(chǎn) 生積極的影響 特別是在利用現(xiàn)代化的設計上 有了很多的自己的設計思想 在設計的過程中 遇到了很多的問題 尤其是在抽芯機構和脫模機構的設 計以及成型零件的計算等方面 費了很多周折 也走了很多彎路 而在裝配圖 的繪制中 又遇到了前面設計上的很多結構錯誤 對細節(jié)的反復修改較多 經(jīng) 過很長時間的思考和查閱資料 以及各位老師的指導 才成功地完成了本套模 具的設計過程 當然 本模具的設計也存在著問題 在實際中也許并沒有辦法正常運作 畢竟是在學校做畢業(yè)設計 難免會存在各種各樣的問題 在模具的設計過程中 很多時候都是依靠同學們的幫助和老師的指導 才 能順利地繼續(xù)往下設計 才能夠如期答辯 在這里特別感謝朱里老師對我指導 同時感謝模具設計高級工程師朱煥輝老師 沒有以上的二位老師的指導和幫助 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 32 我的畢業(yè)設計也不會如期的完成 也向各位指導老師表示衷心的感謝 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 33 參考文獻 1 夏巨諶編 塑料成形工藝及設備 M 北京 機械工業(yè)出版社 2000 2 G Brittong TS Beng and Y wang Virtual concurrent product development of plastic injection moulds J Proc Instn Mech Engrs Vol 214 Part B 2005 3 Dassault Systemes Catia V5R14 教育訓練教材 M 2004 4 張維和編 注塑模設計實用教程 M 化學工業(yè)出版社 2007 5 馮炳饒 模具設計與制造簡明手冊 M 上海 上海科技出版社 1985 6 Moldflow Corporation 模流分析入門 M 2003 7 海太機械制造 集團 公司 塑料注塑成型機樣品手冊 Z 2006 8 單巖 王蓓 王剛編 Moldflow 模具分析技術基礎 M 北京 清華 大學出版社 2005 9 黃虹編 塑料成型加工與模具 M 北京 化學工業(yè)出版社 2003 10 MET Corporation 塑料模具標準件樣品手冊 Z 2005 11 高為國主編 模具材料 M 北京 機械工業(yè)出版社 2005 12 王桂萍 邱以云編 塑料模具的設計與制造問答 M 北京 機械工業(yè) 出版社 2001 13 鄒繼強編 塑料制品及其成型模具設計 M 北京 清華大學出版社 2005 14 中國機械工程學會 中國模具設計大典編委會 中國模具設計大典 M 南昌 江西科學技術出版社 2002 15 賈潤禮 程志遠編 實用注塑模具手冊 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2000 16 廖念釗 古瑩埯編 互換性與技術測量 M 中國計量出版社 2000 18 賈潤禮編 注塑模具設計 M 西北工業(yè)大學出版社 2001 19 Moldflow Corporation Moldflow Mold Adviser Online Training Course M 2001 20 劉來英主編 注塑成型工藝 M 北京 機械工業(yè)出版社 2005 21 王鵬駒 張杰 編 塑料模具設計師手冊 M 機械工業(yè)出版社 2008 武漢紡織大學 2010 屆畢業(yè)設計 論文 32 外文資料 The molding tool CAD technique Contents brief summary Pass to analyze the calculator the assistance inject the mold design with make in the each link commonly shared of technique with information this text announces to public to inject the mold CAD gathers technical and basic content and the research heat that put forward it orders with trend preface The molding tool CAD gathers the technique is an important molding tool forerunner manufacturing technique is the item reforms with the high technique traditional technical and important key in molding tool technique From 6 5 plan beginning Our country contain many molding tools business enterprise adoption CAD technique especially recent years the technical application in CAD is more and more widespread with thorough shortened consumedly molding tool design period Increases to make the mold quantity with the manufacturing ability that complicated molding tool However gather to the molding tool CAD because of many 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