笔记本电源适配器上壳注塑模具设计【三维UG模型】【含14张CAD图纸、文档】【JA系列】
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注塑成型的智能模具设计工具Jagannath Yammada, Terrence L. Chambers, Suren N. Dwivedi路易斯安那州大学机械系拉法耶特邵强译摘要:注塑是最流行的生产热塑性产品的工艺,而模具设计是一个关键的方面。在模具设计的领域里需要专业知识,而最重要的是在这方面的经验。当其中之一缺乏时,在一个反复试验的基础上,合适的选择制造塑料模具的组成部分。在设计中引入不同的设计方法,这将增加生产成本。本文介绍了智能模具设计工具的发展。该工具是获取有关模具设计进程和代表了符合逻辑方式的知识。获得的知识是模具设计过程中确定性和不确定性的信息。一旦开发了模具设计工具,它将指导用户根据不同的客户规格选择一个适当的塑料模具。导言注塑工艺所要求的专业知识和最能体验它成功实施的重要经验,这些常常控制成型参数的过程效率。有效地控制和优化这些参数可以在制造过程中实现一致性,它采取的是一部分一部分的质量和成本的形式。制造商的经验水平决定如何有效地控制工艺参数。有时由于人为的错误,还有的情况下,由于经验不足,缺乏时间,资源和小范围的创新都将会导致其不一致性。以知识为基础的工程设计为建立所谓的“智能模式”的问题提供了一种可行的解决办法,用这种方法从而来解决所有的问题。IKEM以工程模块的注塑工艺为基础的智能知识( IKEM )是一种软件技术,它是领先一步的并行工程和CAD / CAM系统。它集成了目前有关设计和制造工艺的知识,通过产品开发设计阶段的工程变更,从而有助于减少几个工作时,使用户设计教学的各个方面。该系统将用于注塑成型的反复和流程整合的设计。目前的工艺包含许多手工计算, CAD图形结构和从以往项目中获得的经验。一旦工程师完成了设计,这将是有价值的成就。该项目已将IKEM分为三大模块。 1.模块的成本估算 2.模具设计模块 3 .制造模块投入IKEM制度的两种形式:CAD模型(临娥档案)和输入特定的用户界面形式。图1显示的这种投入是进入每个模块来输出给用户。图1 组织IKEM项目智能模具设计工具这种模具设计工具,其基本形式是一个Visual Basic应用程序输入到一个文本文件,其包含有关部分和用户输入形式的信息。该文本文件包含从Pro / E的信息档案中获得的有关部分几何解析。用于估计模具的层面和其他各种功能的输入。文献综述模具设计是注射成型过程中的另一个阶段,在该阶段有经验的工程师在很大程度上有助于过程的自动化,提高其效率。需要注意进入设计模具时间的问题。通常情况下,设计工程师是根据表和标准手册来设计模具,其设计过程中需要消耗大量的时间。此外,大量的时间花在用标准CAD软件来设计模具的建模部分。不同的研究人员以不同的方式处理问题,从而减少设计模具所花费的时间。Koelsch和James 2 采用了成组技术,以减少模具设计时间。采用一个独特的编码系统,该系统是由一些注塑模具部分组成。在注塑模中需要一般的和可用于其他生产线注塑成型所需工具的开发。软件系统实施的编码系统也已开发。工程师在这一领域中获得的经验和知识可以使模具设计过程自动化。在并行工程环境 3 中,为了试图在注塑模具设计过程中建立一个系统方法,而采取现在模具设计系统。他们研究的目标是开发模具发展的进程,这一进程有利于以并行工程为基础的实践,和建立一个以知识为基础的可制造性以及产品需求的模具设计。在模具设计过程中,研究人员通过各种方式捕捉只有确定性信息或不确定性信息试图自动化模具设计过程。这项独特的研究试图建立一个具有捕捉信息的模具设计应用,其两种形式是确定性和不确定性。采取的办法为了发展智能模具设计工具,以及模具设计传统方法的研究。在设计模具尤其是塑料的一部分,应用开发商和设计工程师共同工作。在这段时间内,工程师所采取的办法是选择模具基地密切观察和利用他的知识/经验确定的选择过程的各个方面。另外,工程师有时会根据发生的情况参照表格和手册,以规范其甄选过程。这一过程将会被记录下来,以便以后的应用。在项目的投入和产出的下一阶段制定这一问题。这涉及到从用户所给出的产品和最低数量的投入来确定哪些模具布局的信息是用户最需要的。根据在模具设计工作中收集到的资料和工程师所遵循转化为if - then规则。在所有可能的情况下,策表是用来处理某一方面的模具设计进程。应用程序开发环境根据这样的规则框架,然后整理成模块和他人互动。最后在塑料零件制造行业中应用有效性的测试。适当的选择模具基地通常情况下,适当的选择模具制造业基地涉及塑料零件估测腔的数目在一个特定的时间里腔的数量取决于所需的若干零件。还有其他一些问题,如塑化能力的机器,废品率等,在模具基地这将影响到一些腔。决定插入及其尺寸的存在插入促进模具基地的复用性,因此有助于降低制造成本。根据现有的可重用性和成本性插入新的命令作出选择尺寸和数量的决定。确定流道的大小和位置流道的大小取决于材料的成型。虽然考虑其他材料特性决定了渠道规模所需的流量。流道的位置,主要取决于拓扑流道的使用。虽然通告热流道系统始终是最好的分支热流道系统,其广泛用于避免流道的平衡。确定浇口的直径浇口的直径基本上决定模具的大小,腔的数目,或要填补某一特定时间塑料的数目。定位盖茨塑料进入腔中能均匀填补腔内每一点。门可设在任何一点,但在进入圆形腔的中段时对周边填补矩形腔。确定生产线的大小和位置生产线位于模具相互间的标准距离形式。在一个直径范围内该公约没有位于生产线的模具壁。基于上述结论而决定模具尺寸基于上述所有决定的近似模具尺寸可估计和四舍五入到最接近的产品编号。在建模之前考虑到上述所有方面,从而模具基地降低了重新设计的成本和时间。问题的提出基于需要人类的知识/经验、数据表等消耗时间的问题,这个问题的发展应用如图2所示。图2模具设计模块的组织。大多数的一些投入,如一些腔,腔的图像尺寸,周期时间是根据客户规格,其他投入,如塑化能力等,可从机器规格中获得。输出的应用中包含了模具尺寸和其他资料,这显然有助于从基础目录中选择标准的模具。除了输入和输出,图2也显示了各种产品最后产出的模块。制定规则在这一阶段,以专家知识为代表的多种形式。该规则可申述为质与量两方面的知识。通过定性的知识,我们可以确定有关可以得到解决计算问题的信息。我们指的不确定性信息,是根据以往情况而只是作为一个遵循规则,规则的运作情况。一个典型的规则进行说明如下: If Material = “Acetal” And RunnerLength 0 Then RunnerDia =0.062 EndIf重要的是当制定的规则,在一个紧凑的方式我们所代表的信息,能同时避免重复,不完整和不一致的情况。决策表帮助解决所有上述问题的检查和全面的冗余问题发言的表达。作为一个例子,在这一过程中选择适当的模具基地,基地规模的模具依赖于一些洞和刀片。为了确保所有组合洞的可能和被视为我们使用决策表的插入,后来决定用表内的规则。表1显示以上的一个情况,模具方面是相同的。表1 。样本决策表图3 。不同组合的插入和腔的模具尺寸空洞的数目是一个整体和插入的数目是一个具有相同的模具尺寸的情况下,另一情况下空洞的数目为2和4 。这三种情况可归结为一个单一的规则:If NumberOfInserts=1 Then MoldWidth = (InsertWidth + 2) MoldLength = (InsertLength + 2) MoldThickness = InsertThickness EndIf为了方便和清晰而利用标准的编程语言,将这些规则用模块化的方式排列。每个模块产生了一系列的产量,将这些产量投入到其他模块中。测试的应用使用智能模具设计的应用验证各种测试案例。每一个案件的部分资料,如多种多样的模具资料和信息是机器和人类专家验证的结果,这就是这个信息中的应用。表2显示了这样一个测试情况:一部分需要两个空洞且没有插入本。给出了近似模具尺寸的应用,流道层面,浇道长度尺寸和流道的基础上腔图片尺寸和其他信息。表2 。显示程序的输入和输出的典型测试案例。模具方面取得一个非常接近典型人权专家设计的测试案例,但没有明确表明使用标准模具的基础,就像一个具体模具模具的二甲醚基地目录。然而,从模具目录中选择适当的模具基地,模具尺寸是有用的。基于正在使用的流道尺寸的材料,只限于特定范围的拍摄尺寸。摘要本文介绍了采取的智能应用方式对发展中国家,在模具基地的基础上对模具设计进行选择用户输入。第一次设计模具基地的知识获取过程是顾问与行业专家,一方面通过收集资料,另一方面能通过确定性书籍和数据表。所收集的信息可定性和定量了解模具甄选过程,在不同的模块中代表规则排列的形式。决策表是用来缩小法治基础和法治基础作出全面的问题域。在塑料零件制造行业,开发应用中使用不同的模块规则,然后测试其有效性时,选择适当的模具基地。参考文献 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. 9I 笔记本电源适配器上壳注塑模具设计 II 摘 要 根据塑料制品的要求,了解塑件的用途,分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求,考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔,侧浇口进料,注射机采 用 HTF110XB 型号,设置冷却系统,CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图,选择 模具合理的加工方法。附上说明书,系统地运用简要的文字,简明的示意图和 和计算等分析塑件,从而作出合理的模具设计。 关键词:机械设计;模具设计;CAD 绘制二维图;UG 绘制 3D 图。 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 录 摘 要 .III ABSTRACT.IV 目 录 .V 1.1 课题背景 .1 1.2 课题分析 .2 2.1 产品分析及其技术条件 .3 2.2 塑件材料的确定 .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 进胶方式选择 .9 3.2 型腔的布局及成型尺寸 .9 3.3 估算塑件体积质量 .10 3.4 注塑机的选择和校核 .11 3.4.1 注射胶量的计算 .11 3.4.2 锁模力的计算 .11 3.4.3 注塑机选择确定 .12 表 HTFHTF110XB 注塑机参数 .13 第四章 注塑模具设计 .14 4.1 模架的选用 .14 4.1.1 模架基本类型 .14 4.1.2 模架的选择 .14 3.10 模架选用 .14 3.10.1 确定模具的基本类型 .14 3.10.2 模架的选择 .14 V 4.1.3 导向与定位机构设计 .16 4.2 成型浇注系统的设计 .17 4.2.1 主流道设计 .17 4.2.2 分流道的设计 .18 4.2.3 浇口的设计 .18 4.2.4 冷料穴的设计 .19 4.3 分型面的设计 .19 4.4 成型零部件的设计 .20 4.4.1 成型零部件结构 .20 4.4.2 成型零部件工作尺寸的计算 .22 4.4.3 凹模宽度尺寸的计算 .23 4.4.4 凹模长度尺寸的计算 .23 4.4.5 凹模高度尺寸的计算 .23 4.4.6 凸模宽度尺寸的计算 .23 4.4.7 凸模长度的计算 .24 4.7.8 凸模高度尺寸的计算 .24 4.4.9 模具强度与刚度校核 .24 4.6 脱模及推出机构 .24 4.6.1 脱模力 .24 .4.6.2 脱模机构的设计 .25 3.6.1 脱模机构的选择 .25 3.6.2 顶针推出机构设计 .26 3.6.1 脱模力的计算 .26 4.7 冷却系统的设计与计算 .28 4.7.1 冷却水道设计的要点 .29 4.7.2 冷却水道在定模和动模中的位置 .29 4.7.3 冷却水道的计算 .30 4.8 排气结构设计 .31 4.9 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核 .31 4.10 斜推杆抽芯机构的设计 .32 4.10.1 斜推杆的设计要点 .33 4.10.2 斜推杆倾斜角的确定 .33 5 MOLDFLOW 模拟成型分析 .36 VI 5.1 具体方案的确定 .36 5.2 moldflow 成型工艺设定 .37 5.3 充填时间分析 .38 5.4 流动前沿温度分析 .39 5.5 顶出时体积收缩率 .40 5.6 锁模力的分析 .41 5.7 冻结层因子分析 .42 5.8 熔接线分析 .43 5.9 变形量分析 .44 结语 .46 致谢 .47 附图(2D/3D)装配图 .48 参考文献 .50 第一章 前言 1.1 课题背景 模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、 电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中,60%80%的零件都依靠模具成形, 并且随着近年来这些行业的迅速发展,对模具的要求越来越高,结构也越来越 复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效 率和低耗率,是其它品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关, 其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定 板上,动模部分安装在注射机的移动模板上,在注射成型过程中它随注射机上 的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注 射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机 构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。 由于模具的使用特点,决定了模具设计也区别与其他行业。模具设计要考 虑的要点如下: a塑件的物理力学性能,如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应 力的敏感性,不同塑料品种其性能各有所长,在设计塑件时应充分发挥其性能 上的优点,避免或补偿其缺点。 b塑料的成型工艺性,如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状 应有利于成型时充模、排气、补缩,同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀 冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。 c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化,特别是避免侧向分型抽芯机 构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。 对于特殊用途的制品,还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀 性能等。 目前,我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大 2 型、精密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面,能设计制造汽车保险杠及 整体仪表盘大型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE) 技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等,合理选择浇口位 置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等,使模具设计方案进一步优化, 也缩短了模具设计和制造周期采用模具先进加工技术及设备,使模具制造能力 大为提高。采用 CAE 技术,可以完全代替试模,模具设计方法的一次突破,而 且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等,都有着重大的 技术经济意义。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专 家系统,使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。 新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制,提高了大面积加工的深度控制 精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程 技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与 应用,对模具制造能力的提高也起到了很大作用。特别是模具成型零件方面的 软件等,这些技术采用计算机辅助设计,进而将数据交换到加工制造设备,实 现计算机辅助制造,或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。 1.2 课题分析 本课题內容是对笔记本电源适配器外壳进行测绘。基于生产实践之上的对 产品进行模具设计,模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选 择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺 分析等。 根据塑料制品的要求,了解塑件的用途,分析塑件的工艺性、尺寸精度等 技术要求,本模具采用一模二腔布局,侧潜入式浇口进料,注射机采用 HTF110XB 型号,设置冷却系统,CAD 和 UG 绘制二维总装图和零件图,系统地 运用简要的文字,简明的示意图和和计算分析,从而作出合理的模具设计。选 择合理的加工方法。模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计 的预期效果,并且大大提高了注塑模的质量。 第二章 塑件分析 2.1 产品分析及其技术条件 在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和 表面质量要进行仔细研究和分析,只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具 结构和模具精度。 课题目标产品是一个生活中常见的笔记本电源适配器外壳,笔记本充电器 (Laptop Charger),也就是笔记本电脑的充电器。传统笔记本充电器只能输 出单一的电压给一型号的笔记本电脑充电,行业里称这种传统的笔记本电源适 配器为单波段笔记本充电器(主要为了和万能笔记本充电器区分。)参考实物 和产品造型如下图。 笔记本充电器实物 基本构成如下: 输入线+充电器主体+输出线+接头例如 Acharger 的单波段笔记本充电器构 成,如图 2:A 为输入线(AC 电源线),B 为充电器主体,C 为输出线(DC 线) ,D 为接头。这些是构成笔记本充电器的基本要素,至于里面的内部零件就很 复杂了。 由于家庭里的电源一般是 100V-240V 左右(交流电,简称 AC),小车上和 4 飞机上的电源一般都是 12V 左右(直流电,简称 DC),但这三种常用的电源却是 不稳定的,不能给笔记本电脑直接充电,否则就会损毁电池和笔记本电脑。笔 记本电脑需求的电源为稳定的恒压直流电。 所以笔记本电源适配器的工作原理简单来说:就是把不稳定的电源利用开 关电源的原理通过转化电路变成笔记本电脑需要的恒压直流电,给笔记本电脑 供电和充电。 值得注意的是:这种转化电路,一定有保护电路(过流保护电路,过压保 护电路 短路保护电路等),防止意外时,保护笔记本电脑不至于烧掉。 本次设计取笔记本充电器上盖来做模具设计。 其零件外形如图所示。具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构简单,生产 量大,要求较低的模具成本,成型容易,精度要求不高。 产品 2D/3D 视图 塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具 的加工难度和模具的制造成本,在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精 度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大,所以不能按照金属零件的公差 等级确定精度等级。根据任务书和图纸要求,本次产品尺寸均采用 MT5 级精度, 未注采用 MT8 级精度。 塑件的表面要求越高,表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能 避免冷疤、云纹等疵点来保证外,主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制 品的表面粗糙度一般为 Ra 0.021.25 之间,模腔表壁的表面粗糙度应为塑m 件的 1/2,即 Ra 0.010.63 。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗 糙度不断增加,所以应随时给以抛光复原。 该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高,为 Ra0.8 ,内部为 Ra1.2m 。m 2.2 塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料,它在一定的温度和压力下具有 流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸,并在成型固化后保持其既 得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能,广泛应用于现代工业和日常生活, 它具有密度小,质量轻,比强度高,绝缘性能好,介电损耗低,化学稳定性高, 减摩耐磨性能好,减振隔音性能好等诸多优点。另外,许多塑料还具有防水、 防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。 此产品壁厚均匀,ABS 性能优良,成本低廉,符合需求生产量大的要求, 容易成型,对于本课题零件相当适用,所以在这选择其为产品的材料。 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(简称:ABS)是日常生活中最常用的高分子 材料之一,丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物抗多种有机溶剂,抗多种酸碱腐蚀,但 是不抗氧化性酸,例如硝酸。在氧化性环境中丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物会被 氧化。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物在薄膜状态下可以被认为是透明的,但是在 块状存在的时候由于其内部存在大量的晶体,会发生强烈的光散射而不透明。 丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物结晶的程度受到其枝链的个数的影响,枝链越多, 越难以结晶。丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物的晶体融化温度也受到枝链个数的影 响,分布于从 90 摄氏度到 130 摄氏度的范围,枝链越多融化温度越低。丙烯- 丁二烯-苯乙烯共聚物单晶通常可以通过把高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 在 130 摄氏度以上的环境中溶于二甲苯中制备。 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) 又称低压丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物,因为在低压下生产,含有较多长链,因 此密度高。主要用于制造各种注塑、吹塑和挤出成型制品。 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) 用高压法(147.17196.2MPa)生产,支链较多,强度低,多用来生产薄膜制 品。 线性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物(LLDABS, Linear Low Density Polyethylene)等多种产品。 高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用Ziegler-Natta(齐格勒-纳塔 催化剂)聚合法制造,其特点是分子链上没有支链,因此分子链排布规整,具 有较高的密度。该过程在管式或釜式低压反应器中以乙烯为原料,用氧或有机 过氧化物为引发剂引发聚合反应。高密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物属环保材 质,加热达到熔点,即可回收再利用。须知塑胶原料可大分为两大类:“热塑性 塑胶”(Thermoplastic )及 “热固性塑胶”(Thermosetting),“热固性塑胶” 是 加热到一定温度后变成固化状态,即使继续加热也无法改变其状态,因此,有 环保问题的产品是“ 热固性塑胶 ”的产品(如轮胎),并非是 “热塑性塑胶”的产 品(如:夹板),所以并非所有“塑胶” 皆不环保。 低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物通常使用高温高压下的自由基聚合生成, 由于在反应过程中的链转移反应,在分子链上生出许多支链。这些支链妨碍了 分子链的整齐排布,因此密度较低。 线性低密度丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物是通过在丙烯-丁二烯-苯乙烯共聚物 的主链上共聚一些具有短支链的共聚物生成的。 2.2.2 成型性能 ABS 易 吸 水 , 使 成 型 塑 件 表 面 出 现 斑 痕 、 云 纹 等 缺 陷 。 因 此 , 成 型 加 工 前 应 进 行 干 燥 处 理 ; ABS 在 升 温 时 黏 度 增 高 , 黏 度 对 剪 切 速 率 的 依 赖 性 很 强 , 因 此 模 具 设 计 中 大 都 采 用 潜 伏 式 浇 口 形 式 , 成 型 压 力 较 高 , 塑 件 上 的 脱 模 斜 度 宜 稍 大 ; 易 产 生 熔 接 痕 , 模 具 设 计 时 应 该 注 意 尽 量 减 小 浇 注 系 统 对 料 流 的 阻 力 ; 在 正 常 的 成 型 条 件 下 , 壁 厚 、 熔 料 温 度 对 收 缩 率 影 响 及 小 。 要 求 塑 件 精 度 高 时 , 模 具 温 度 可 控 制 在 50 60 , 要 求 塑 件 光 泽 和 耐 热 时 , 模 具 温 度 应 控 制 在 60 80 。 ABS 比 热 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 料在机械工业上用来制造高温电气制品、风筒壳、火牛壳、电工用具、 电机壳、工具箱、奶瓶、冷饮机壳、照相机零件、安全帽、齿轮、食品盘子、 医疗器材、导管、发夹、吹风筒、理发用品、鞋跟、纤维增强后可作结构更强 的工程零件、CD 碟。 8 第三章 成型布局及注塑机选择 3.1 进胶方式选择 注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通 道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设 计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、 浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好 的成型。常向的浇口形式有直接浇口,侧浇口,点式浇口,扇形浇口,圆盘式 浇口,环形浇口等。 浇口的位置选择原则: 浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时,应考虑以下几 点: 1. 熔体在型腔内流动时,其动能损失最小。要做到这一点必须使 1)流程(包括分支流程)为最短; 2)每一股分流都能大致同时到达其最远端; 3)应先从壁厚较厚的部位进料; 4)考虑各股分流的转向越小越好。 2. 有效地排出型腔内的气体 由于本设计中塑件外表面质量要求较高,所以选用侧浇口。侧浇口在产品 端面处,成形后切除浇口, 零件组装时浇口被遮挡起来。 3.2 型腔的布局及成型尺寸 因为本设计中采用侧浇口,且塑件的尺寸较大,为提高塑件成功概率,并 从经济型的角度出发,节省生产成本和提高生产效率,采用一模二腔,进行加 工生产。 型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的布局应该是每个产品在成 型过程中的分得所需的压力形同,以保证熔融状态的塑料体能投均匀地、快速 10 的、充填每个型腔室,保证每个型腔的塑件内在质量、外观均一稳定。这 就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短,同时采用平衡流道。 成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定,需考量成形封闭结合面大小,太大 造成模具尺寸过大,成本浪费,太小易导致成型时溢料飞边,甚至型腔变形。 因模具是一模二腔,考量排布可得型腔长至少为 190mm,宽至少为 190mm。塑 件的高度为 20mm,塑件的大部分部胶位都留在型腔部分,型芯、型腔的厚度是 塑件所伸入高度加 20-40mm,因此得出成型型腔总体厚度至少需要 40mm,因考 虑成本,现采用模架一体式,尺寸为 330X350。型腔布局如图。 型腔布局 3.3 估算塑件体积质量 本次设计中,塑件的质量和体积采用 3D 测量,在 UG 软件中,使用塑模部 件验证功能,可以测得塑件的体积为 22.036 ,ABS 的密度为 1.05 ,3cm3/cmg 即可以得出该塑件制品的质量约为 23.1g。 3.4 注塑机的选择和校核 3.4.1 注射胶量的计算 模具设计时,必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机 额定注射量的 80%以内。校核公式为: mn%8021 式中: -型腔数量 -单个塑件的重量(g)1 -浇注系统所需塑料的重量(g)2 本设计中:n=2 23.1g =6.37g 1m2 m(2x23.1+6.37)/0.8 即 m52.57g 因而预选注塑机额定注塑量最少为 52.57g 以上 3.4.2 锁模力的计算 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力,不然模具分型面要 分开而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积 =2An21 式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积1A -浇注系统在模具分型面上的投影面积2 n=2 =5537 =675 12m2 本设计中 =2x5537+675=117492An 锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定: 10PA腔锁 式中 锁模力,kN;P锁 型腔压力,MPa ;腔 A 成型投影面积,mm 2; 12 一般的注塑注塑机在经过模具喷嘴时候的压力大概为 6080MPa,经浇注 系统入型腔时型腔压力通常为 20-40MPa,这里取 30MPa。 计算: A/1000=3011749/1000=352.47 kN (取整P腔 355kN) 得出预选注塑机额定注塑压力为 355 kN 以上。 3.4.3 注塑机选择确定 综合考虑以上因素,选定注射机为 HTF110XB。其相关性能符合成型方案要 求,以下相关参数: 型号 参数 单位 1101A 1101B 1101C 螺杆直径 mm 34 36 40 理论注射容量 cm3 131 147 181 注射重量 PS g 119 134 165 注射压力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 144 螺杆转速 r/min 0215 料筒加热功率 KW 5.7 锁模力 KN 1100 拉杆内间距(水平垂直) mm 400400 允许最大模具厚度 mm 410 允许最小模具厚度 mm 160 移模行程 mm 340 移模开距(最大) mm 750 液压顶出行程 mm 100 液压顶出力 KN 33 液压顶出杆数量 PC 5 油泵电动机功率 KW 13 油箱容积 l 210 机器尺寸(长宽高) m 4.71.31.85 机器重量 t 3.4 最小模具尺寸(长宽) mm 280280 表 HTFHTF110XB 注塑机参数 第四章 注塑模具设计 4.1 模架的选用 4.1.1 模架基本类型 注射模具的分类方式很多,此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分 的典型结构如下: 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的 模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、 热流道注射模。 4.1.2 模架的选择 3.10 模架选用 3.10.1 确定模具的基本类型 注射模具的分类方式很多,此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分 的典型结构如下: 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的 模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、 热流道注射模。 3.10.2 模架的选择 根据对塑件的综合分析,确定该模具是单分型面的模具,由 GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择 CI 型的模架,其基本结构如 下: 14 CI 型模架图 CI 型模具定模采用顶板和定模板,动模采用动模板、上下顶针板、模脚、 底板,又叫两板模,大水口模架,适合潜伏式浇口,侧入式浇口,采用斜导柱 侧抽芯的注射成形模具。 由分型面分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式,经过考虑分析, 导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度 以及模具的外轮廓尺寸。 把型腔排列成一模二腔可得长为 190mm,宽为 190mm, 模架的长 L=190+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚 350mm 模架的宽 W=190+复位杆的直径+型腔壁厚 330mm 根据制品的尺寸,在计算完模架的长宽以后,还需要考虑其它螺丝导柱等 零件对模架尺寸的影响,在设计中避免干涉。在设计中,如果有斜滑块侧抽芯 机构,还需要考虑侧抽芯对模具设计中模架外形尺寸的影响。 综合考虑本设计选用 W L=330 x350 的模架。塑件的高度为 20mm,塑件的 大部分部胶位都留在型腔部分,型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加 20- 40mm。 综合考虑强度要求,定模板厚度取 80mm, 动模板的厚度取 70mm。考虑推 杆的顶出行程要求,支撑板取 90mm 以满足顶出要求。 综上所述所选择的模架的型号为:CI-3335-A80-B70-C0。 4.1.3 导向与定位机构设计 导向机构的作用:保证模具在进行开合模时,保证公母模之间一定的方向 和位置。导向零件承受一定的侧向力,起了导向和定位的作用,导向机构零件 包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计 (1) 导向零件(主要是导柱和导套)应该尽可能的采用标准模架已设计 好的尺寸,这样有利于保证质量和减少设计周期,导柱、导套到模 具侧壁必须要有足够的距离,必须满足模具的强度要求,防止因模 板变形而引起导向机构失效。 (2) 现在根据模具的型号,一套模具正常需要二到四根导柱。由于塑件 通常留于公模,所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。 (3) 导柱、导套导向机构在分型面处应有承屑槽 (4) 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行 (5) 合模时,应保证导向零件首先接触,避免公模先进入模腔,损坏成 型零件。 2. 导柱的设计 (1) 有单节与台阶式之分 16 导柱的长度必须高出公模端面 68mm (2) 导柱头部应有倒圆角处理 (3) 固定方式凸台形式固定在模板上 (4) 导柱、导套需要热处理来增加硬度、刚度、耐磨性。 3. 导套和导套孔 (1) 无导套的导套孔,直接开在模板上。现在常规设计师导套孔直接开 在定模板上、然后在镶嵌一个有托导套上去。 (2) 导套有有托式、台阶式、凸台式 (3) 在导套前端应倒有圆角 r。 一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的 准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到 合模导向的作用. 4.2 成型浇注系统的设计 浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道,浇注系 统按照浇口形式可以分为大水口浇注系统和细水口浇注系统,本设计中采用普 通侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。 浇注系统组成: 普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。 1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道 5浇口 6型腔 7冷料穴 4.2.1 主流道设计 所选用 HTF110XB 型注射剂喷嘴有关尺寸如下: 喷嘴前段孔径 d0=3mm 喷嘴圆弧半径 R0=12mm 为了使凝料能够顺利拔出,主流道的小段直径 d 应稍大于喷嘴直径。 d=d0+(0.51)=3.5mm 主流道设计成圆锥形,其锥角通常为 24,主流道角度过大时,容易卷 入空气而产品气泡,主流道角度过小时,会使充填过程的压力损耗率增大,所 以本次设计的主流道倾斜角度为 1,主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。这里取主流道球面半径 R16mm,经测量主流道长度 L 取 107mm。 4.2.2 分流道的设计 分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道应 能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。其作用是改变熔体流向,使其 以平稳的流态均衡地分配到各个型腔,分流道的长度应该尽可能短,折弯少, 尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失,节约塑料的原材料和降低能耗。 由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有内部的熔体流动状态比较 理想,因此分流道表面粗糙度值不要太低,一般取 Ra 为 1.6 m,本设计选择 矩形截面的分流道,d=5mm,采用流道布局如图所示: 流道布局 4.2.3 浇口的设计
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