DVD遥控器前盖塑料模具设计.docx
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DVD遥控器前盖塑料模具设计
DVD遥控器前盖塑料模具设计
摘要:
随着现代工业的迅猛发展,注塑成型在机械、电子、航空航天工业、生物领域及日用品生产中所占的比例越来越大。
本次设计的是DVD遥控器前盖塑料模具,制件的结构决定了该模具必须同时使用侧抽芯。
设计过程整体采用现代先进的模具加工制造方法和强大的Pro/EngineerWildfire2.0模具设计软件相结合,在保证设计质量的同时设计速度也有提高,设计思路及要求符合现代模具设计的潮流和未来的发展方向。
关键词:
注塑成型;塑料模具;遥控器;侧抽芯;
DesignofInjectionMoldingDiefortheFrontCoveroftheveryRemoteControlerofDVD
Abstract:
Withtherapiddevelopmentofindustry,themouldplasticsshapingscoversmoreandmoreinmechanicalindustry,electronicsindustry,spaceflightindustry,biologicalfieldandproductionofdailynecessities.ThisremotecontrolerfrontcoverofDVDmoldingdiemustincludespecialslidepullstructurebecausethestructureoftheproduct.ThisdesignistheintegrationofmodernadvancedmouldprocessmanufacturingapproachandpowerfullPro/EngineerWildfire2.0molddesign,notonlythedesignqualityisassuredbutalsoheightenedthedesignspeed.Thethoughtandrequirementofthisdesignaccordtothetrendofcontemporarymolddesignanditsfutureofdevelopmentdirection.
Keywords:
Mouldplasticsshaping;Injiectiongmolddie;Remotecontroller;Slidepullstructure;
前言
当前国内塑料模具发展的巨大空间以及发展趋势
近年来我国塑料模具业发展的相当快,目前,塑料模具在整个模具行业中约占30%左右的产值。
当前国内塑料模具市场以注射模需求量最大,其中发展重点为工程塑料模具。
我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求,仅汽车行业将需要各种塑料制品36万吨;电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台;彩电的年产量已超过3000万台。
到2010年,在建筑与建材行业方面,塑料门窗的普及率为30%,塑料管的普率将达到50%,这些都将大大增加对塑料模具的需求。
目前,全世界模具的年产值约为65O及亿美元,我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位,仅次于日本和美国。
近几年来,虽然我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步,但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。
未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是:
——大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术,逐步走向制造集成化。
现代模具设计制造不仅应强调信息的集成,更应该强调技术与人员、管理的集成。
——逐步掌握大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术,减少模具的进口量、增加模具的出口量。
——在塑料注射成型模具中,积极应用热流道,推广气辅或水辅注射成型,以及高压注射成型技术以满足特殊产品的成型需要。
——提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。
目前我国模具商品化、标准化率均低于30%,而先进国家均高于70%,每年要从国外进口相当数量的模具标准件,其费用约占年模具进口额的3%一8%。
——发展快速制造成型和快速制造模具,即快速成型制造技术,在较短的时间内设计并制造出产品的原型与模具,降低成本迅速推向市场。
——开发优质模具材料和先进的表面处理技术,提高模具的可靠性。
——研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程,最大限度地提高模具的开发效率与成功率。
我国模具存在的问题
当前我国塑料模具行业及其发展需要与国外相比,主要存在以下几个方面的问题:
(1)发展不平衡,产品总体水平较低。
虽然有个别企业的部分产品已达到或接近国际水平,但总体来看,模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距,包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
(2)工艺装备落后,组织协调能力差。
国内企业经过近几年的技术改造,工艺装备水平已较先进,在某些三资企业,其装备水平并不落后于国外,但总体来说大部分企业工艺装备仍比较落后。
更主要的是我们企业的组织协调能力不够,难以整合或调动社会资源为我所用,从而难以承接比较大的项目。
(3)多数企业开发能力弱。
一方面是技术人员比例低、水平不够高,另一方面是科研开发投入少,对开发不够重视。
模具企业不但要重视模具开发,同时也应重视对产品的开发。
(4)管理落后。
技术落后容易看到,但管理落后有时却难以意识到。
国内外模具企业管理上的差距十分明显,管理上的差距所带来的问题往往比技术上的差距更为严重。
同一个企业,设备不变,人员不变,管理一变,立竿见影,这样的例子并不少见。
该设计的目的与意义
四年的大学学习生活即将结束,在走上工作岗位之前的毕业设计作为这四年所学知识的一次综合运用,有着重要的意义,同时也是对这四年所学的一次全面整体检验。
本次设计是对DVD遥控器前盖塑件进行注射模设计(反求),包括了对塑件产品的工艺分析、塑料性能分析、模具的整体结构设计与计算等等。
首先是根据塑件实物对塑件产品进行Pro/E建模和AutoCAD测绘,并进行产品相关性能的计算机仿真分析,然后以Pro/EngineerWildfire2.0软件为平台进行模具的总体结构以及相关零部件的设计与装配,最后用Auto/CAD软件将该套模具的总装图与主要零部件进行了绘制,故在保证设计质量的同时与传统的设计方法相比速度也有所提高,设计思路及要求符合现代模具设计的潮流和未来的发展方向。
1塑件成型工艺分析
1.1塑件(DVD遥控器前盖)分析
1.1.1制件模型
平均壁厚1.5mm,尺寸数据详见塑件零件图
图1-1
1.1.2完成Pro/E塑件3D建模塑件表面积及重心位置分析
体积=2.3934741e+04毫米^3
曲面面积=4.6456421e+04毫米^2
密度=1.0500000e-09公吨/毫米^3
质量=2.5134478e-05公吨
根据_PRT0001坐标边框确定重心:
XYZ9.3987867e+00-4.9379076e-021.0703648e+00毫米
相对于_PRT0001坐标系边框之惯性.(公吨*毫米^2)
惯性张量
IxxIxyIxz9.4162170e+071.3327126e+04-2.9276143e+05
IyxIyyIyz1.3327126e+048.6382232e+07-3.9751835e+04
IzxIzyIzz-2.9276143e+05-3.9751835e+041.2335565e+07
重心的惯性(相对_PRT0001坐标系边框)(公吨*毫米^2)
惯性张量
IxxIxyIxz9.4134449e+072.1215915e+03-4.9864824e+04
IyxIyyIyz2.1215915e+038.4221715e+07-4.1027958e+04
IzxIzyIzz-4.9864824e+04-4.1027958e+041.0202650e+07
主惯性力矩(公吨*毫米^2)
I1I2I31.0202598e+078.4221737e+079.4134479e+07
从_PRT0001定位至主轴的旋转矩阵:
0.00059-0.00022-1.00000
0.000551.00000-0.00022
1.00000-0.000550.00059
从_PRT0001定位至主轴的旋转角(度):
相对xyz的夹角:
0.000-89.9640.000
相对主轴R1R2R3的回旋半径:
2.0556372e+015.9061325e+016.2440367e+01毫米
1.2注射模的组成简介
注射模一般均可分为动模和定模两大部分。
注射充模时动模和定模闭合,构成型腔和浇注系统;开模时动模和动模分离,取出制件。
定模安装在注射机的固定板上,动模则安装在注射机的移动模板上。
根据模具上各个零件的不同功能,可由以下多个系统或机构组成。
1.2.1成型零件
是指构成型腔,直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件。
通常有凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。
在动模和动模闭合后,成型零件确定了塑件的内部和外部轮廓形状和尺寸。
1.2.2浇注系统
将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统,由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
1.2.3导向与定位机构
为确保动模与定模闭合时,能准确导向和定位对中,通常分别在动模和定模上设置导柱和导套。
深型腔注射模还须在主分型面上设置锥面定位。
有时为保证脱模机构的准确运动和复位,也设置导向零件。
1.2.4脱模机构
是指在开模过程的后期,将塑件从模具中脱出的机构。
1.2.5侧向分型抽芯机构
带有侧凹或侧孔的塑件,在脱模之间,必须先进行侧向分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯,保证塑件侧凹或侧孔结构不被损坏。
1.2.6温度调节系统
为了满足注射成型工艺对模具温度的要求,模具应设有冷却或加热的温度调节系统。
模具的冷却,一般是在模板内开设冷却水道,加热则是在模具内或周边安装点加热元件,有的注射模须配备模温自动调节装置。
1.2.7排气系统
为了在注射充模过程中将型腔内原有气体排出,通常在分型面处开设排气槽。
小型腔的排气量不大,可直接利用分型面排气,也可利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间间隙排气。
大型注射模具还须预先设置专用排气槽。
1.3注射成型性能分析
1.3.1注射成型可行性分析
塑料注射模塑能一次性地成型形状复杂、尺寸精确或带有嵌件的塑料制品。
在注射模设计时必须充分注意以下三个特点:
a.塑料熔体大多属于假塑性流体,能剪切变稀。
它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。
因此须按其流变特性来设计浇注系统,并校验型腔压力及锁模力。
b.视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。
应在正确估算模具型腔压力的基础上,进行模具的结构设计。
为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行,模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。
c.在整个成型周期中,塑件—模具—环境组成了一个动态的热平衡系统。
将塑件和金属的传热学原理应用于模具的温度调节系统的设计,以确保制品质量和最佳经济指标的实现。
1.3.2注射成型工艺的可行性分析
(1)塑件外观
观察该塑件,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成本考虑,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Ra0.6um。
(3)尺寸精度
按GB/T14486—1993标准,模塑件尺寸精度分为7级。
该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,而PS的成型收缩率较小(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α=10。
(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
观察塑件可知,该塑件内侧设计了很多加强筋,加强筋的尺寸为顶部0.5mm,根部为0.7mm。
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,加强筋的设计改善了塑料熔体的充模流动、缩短了流程、增大了的截面积。
(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,不仅降低了应力集中系数,提高了抗冲击、抗疲劳能力,而且减少了流动阻力,改善了塑料熔体的充模性能。
同时也降低了成型件的局部残余应力,可防止翘曲和开裂,也使塑料件外形美观流畅。
而且成型模具型腔也因此有了对应的圆角,提高了成型零件的强度。
1.4所选用的塑件材料种类
抗冲击型聚苯乙烯(PS,英文名:
Polystyrene)
1.4.1塑料分子结构式
比重:
1.05克/立方厘米成型收缩率:
0.6-0.8%成型温度:
170-250℃
1.4.2主要技术指标
密度g/cm³
1.05
弹性模量MPa
2.8—3.5×10³
比容cm³/g
0.94—0.96
抗弯强度MPa
61—98
吸水率%(24h)
0.03—0.05
硬度HB
M65—80
收缩率%
0.5—0.6
体积电阻率Ω.cm
>e+16
熔点℃
131—165
击穿电压Kv/mm
19.7—27.5
抗拉屈服强度MPa
35—63
冲击强度kJ/m²
缺口0.54—0.86
表1-1
聚苯乙烯的分子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。
聚苯乙烯属于非结晶型聚合物,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,容易制得形状复杂的制品。
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,这种塑料即为抗冲击型聚苯乙烯。
1.4.3物料性能
电绝缘性能(尤其是高频绝缘性能)优良,无色透明,其透光率仅次于有机玻璃(PMMA),着色性、耐水性、化学稳定性良好,强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯、汽油等有机溶剂,适于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器、电器、仪表壳等零件。
1.4.4成型性能
(1)无定形料,吸湿小,成型前可无须干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力、流动性较好,可用螺杆或柱塞式注射机成型。
(2)宜用高料温,高模温,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。
(3)可用各种形式浇口,浇口与塑件圆弧连接,以免去除浇口时损坏塑件。
(4)脱模斜度大,顶出均匀、塑件壁厚均匀,最好不带镶件,如有镶件应预热。
1.4.5注射成型的特点
a:
无定形料,吸湿性小,不易分解,易脆裂,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,不宜有嵌件,(如有嵌件应先预热),缺口,尖角应圆弧连接;
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,浇口与塑件应圆弧连接,防止去除浇口时损坏塑件,脱模斜度宜取2以上,塑件顶出均匀,以防止脱模不良而发生开裂。
1.5PS的注射成型工艺
1.5.1注射成型工艺过程
(1)预烘干—→装入料斗—→预塑化—→注射装置准备注射—→注射—→保压—→冷却—→脱模—→塑件送下工序
(2)清理模具—→涂脱模剂—→合模—→注射
1.5.2PS的注射成型工艺参数
(1)注射机:
螺杆式
(2)螺杆转速(r/min):
48
(3)预热和干燥温度(℃):
60/75时间(h)2
(4)料筒温度(℃):
中段170/190后段140/160
(5)模具温度(℃):
32/65
(6)注射压力(MPa):
60/110
(7)成型时间(s):
注射15/45高压0/3
冷却15/60成型周期40/120
(8)后处理(成型后的制品应置于红外线灯下或鼓风烘箱内):
温度(℃)70时间(h)2/4
1.6塑件可能产生的缺陷及相应的消除措施
缺料(注射量不足)、气孔、溢料飞边、熔接痕强度低、表面硬度、强度不足等等;以上缺陷可以酌情采取加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴尺寸、增大注射压力、提高模具温度等措施予以消除。
2拟定模具结构形式
2.1确定型腔数量及排列方式
一般来说,精度要求高的小型塑件和大、中型塑件优先采用一模一腔的结构,对于精度要求不高的小型塑件(没有配合精度要求),形状简单,又是大批量生产时,若采用多型腔模具,可以提供独特的优越条件,使生产效率大为提高。
设计时还应注意以下几点:
a.尽可能采用平衡式排列,确保制品质量的均衡和稳定;
b.型腔布置与浇口开设部位应力求对称,以便防止模具承受偏载而产生溢料现象;
c.尽量使型腔排列得紧凑,以减小模具的外形尺寸。
2.2模具结构形式的确定
a.多型腔单分型面模具:
塑件外观质量要求不高,尺寸精度要求一般的小型塑件,可采用此结构。
b.多型腔多分型面模具:
塑件外观质量要求高,尺寸精度要求一般的小型塑件,可采用此结构。
该塑件外观质量要求较高,并可以看出分型面的位置、塑件推出机构的痕迹,浇口宜采用潜伏式浇口。
由以上分析初步拟定采用一模两腔,排列方式如下图:
图2-1
3注塑机型号的确定
注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式,在确定模具结构型式及初步估算外形尺寸的前提下,设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大、最小模具厚度、推出型式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
根据这些参数选择一台和模具相匹配的注塑机,倘若用户已提供了注射机的型号和规格,设计人员必须对其进行校核,若不能满足要求,则必须自己调整或与用户取得商量调整,避免出现质量事故。
3.1塑件计算(公式由文献[9])
(1)该塑件的体积为:
V1=23.93(cm³)
质量为:
m1=25.13g
(2)流道凝料的体积约为:
V2=23.93
0.6
2=28.7(cm³)
质量为:
m2=1.05g/cm³
28.7cm³=29.5g
(3)该模具单次注射所需塑料PS的总体积约为:
V0=V1
2+V2=76.56(cm³)
总质量为:
m0=m1
2+m2=79.76g
(4)注射机的公称注射量约为:
V公≥0.8V0=94.45(cm³)
3.2注射机型号的确定
根据以上分析计算以及文献[10]中表9.9—3,可选用型号为SZ—200/120的注射机,其技术规范及特性如下:
螺杆直径(mm):
40/42
最大理论注射容量(cm3):
200
塑化能力:
(g/s)55/70
注射压力(MPa):
150/165
注射行程:
160
锁模力(KN):
1200
模具定位孔直径(mm):
125
最大模具厚度H(mm)400
最小模具厚度H1(mm):
230
移模行程:
350
喷嘴圆弧半径R(mm):
SR15
喷嘴移动距离(mm):
210
螺杆转速:
0/220
3.3注射机及型腔数量的校核
3.3.1型腔数量的校核
a.由注射机料筒塑化速率校核型腔数量n:
上式右边=5.80
2(符合要求)
式中K——注射机最大注射量的利用系数,一般取0.8;
M——注射机的额定塑化能力(g/h);
T——成型周期;
M2——浇注系统所需塑料相应的质量或体积(g或cm³);
M1——单个塑件相应的质量或体积(g或cm³)。
b.按注射机的最大注射量校核型腔数量n:
上式右边=5.2
2(符合要求)
式中,Mn——注射机允许的最大理论注射容量(g或cm³)
c.按注射机的额定锁模力校核型腔数量n:
上式右边=4.7
2(符合要求)
式中,F——注射机的额定锁模力(N)
A1——单个塑件在模具分型面上的投影面积(mm²)
A2——浇注系统在模具分型面上的投影面积(mm²)
p——塑料熔体对型腔的成型压力(MPa),一般是注射压力的80%
3.3.2注射机的校核
a.注射压力的校核:
该注射机的注射压力为150/165MPa,而PS的注射压力为60/110MPa,所以能够满足要求。
b.注射量以及锁模力在上面已经校核,符合要求。
c.模具厚度的校核:
模具厚度H必须满足:
Hmin≤H≤Hmax
该模具厚度为H=32+63+81+120+32
=330mm(符合要求)
式中,Hmin——注射机允许的最小模厚,即动、定模板之间的最小开距
Hmax——注射机允许的最大模厚
d.开模行程的校核:
Smax
S=H1+H2+5~10
上式右边S=10+100+10=120mm(符合要求)
式中,Smax——注射机最
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