【遙控器外殼的注塑模具設(shè)計(jì)5000字（論文）】

遙控器外殼的注塑模具設(shè)計(jì)摘要電視機(jī)遙控器是經(jīng)常使用的電器件，通常其殼體(上下蓋)塑件采用不同的模具通過注塑成型的方法制成，生產(chǎn)效率較低。將遙控器上下蓋兩個(gè)不同塑件置于同一模具中生產(chǎn)，可以達(dá)到提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本的目的。利用UG軟件，結(jié)合注塑模具設(shè)計(jì)原則，對電視機(jī)遙控器上下蓋注塑模具的分型面、成型零部件、模架、澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)及頂出機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了遙控器上下蓋一模兩腔同時(shí)生產(chǎn)；而且可在澆注系統(tǒng)中增設(shè)流道入子，實(shí)現(xiàn)單件生產(chǎn)，可滿足不同產(chǎn)品的需求。該方法可為其他上下蓋盒類塑件生產(chǎn)提供參考。關(guān)鍵詞：遙控器；注塑模具；設(shè)計(jì)目錄1引言 12塑件工藝性分析 13模具結(jié)構(gòu) 23.1分型面選擇 23.2成型零部件設(shè)計(jì) 33.2.1模仁尺寸的確定 33.2.2成型零部件的配合 33.2.3模仁3D模型的建立 43.3頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 43.4模架設(shè)計(jì) 53.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 54澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 74.1最佳澆口位置的分析 74.2澆注系統(tǒng)關(guān)鍵尺寸的確定 85模具工作原理 10結(jié)論 10參考文獻(xiàn) 111引言近年來，制造業(yè)和計(jì)算機(jī)技術(shù)在中國迅速發(fā)展，并由此帶動了塑料模具產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部分，塑料制品與模具設(shè)計(jì)是塑料工程中的重要組成部分，是塑料工業(yè)中不可缺少的環(huán)節(jié)，極大提升了模具設(shè)計(jì)及制造效率和產(chǎn)品質(zhì)量，有效降低了成本并縮短了成型周期。本文結(jié)合CAE技術(shù)，可以協(xié)助設(shè)計(jì)人員及早發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)和成型過程中存在的問題，優(yōu)化設(shè)計(jì)參數(shù)，快捷地指導(dǎo)和修改設(shè)計(jì)方案。本研究結(jié)合CAE分析結(jié)果進(jìn)行注塑模具UG輔助設(shè)計(jì)，有效保證了模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。2塑件工藝性分析電視機(jī)遙控器殼體(上下蓋)尺寸如圖1所示。從圖1可以看出，上蓋尺寸為64.32mm×190.92mm×5.03mm，下蓋尺寸為64.32mm×190.92mm×8.04mm，壁厚比較均勻。產(chǎn)品三維模型如圖2所示。該遙控器殼體外觀不透明，外表面應(yīng)比較光滑、無毛刺、無氣泡、無熔接痕，按GB/T14486—1993規(guī)定，參照常見塑件公差等級要求，該遙控器上下蓋塑件公差等級為MT5[1]。結(jié)合常用熱塑性塑料的基本性能與應(yīng)用要求，該產(chǎn)品選用材料為丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，ABS材料在飛機(jī)、汽車、空調(diào)機(jī)、冰箱內(nèi)襯、機(jī)電外殼等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。圖1電視機(jī)遙控器殼體尺寸圖2遙控器三維模型3模具結(jié)構(gòu)3.1分型面選擇為了從模具中取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料，或?yàn)榱藵M足模具的動作要求，模具須從某個(gè)(或幾個(gè))面分開，這些可分開的面統(tǒng)稱為分型面[2]。對上下蓋進(jìn)行Z方向拔模分析，母模面、公模面、垂直面如圖3所示。圖3拔模分析結(jié)果綜合以上拔模分析和分型面選擇原則，確定上下蓋的分型面(PL)，如圖4所示。圖4分型面3.2成型零部件設(shè)計(jì)模具閉合時(shí)用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔，構(gòu)成模具型腔的零部件稱為成型零部件，其中構(gòu)成塑件外表面的零部件稱為母模仁(凹模)，構(gòu)成塑件內(nèi)表面的零部件稱為公模仁(凸模)。3.2.1模仁尺寸的確定模仁尺寸指內(nèi)模鑲件外形尺寸，其大小直接影響模具的剛度和強(qiáng)度。本設(shè)計(jì)采用矩形模仁[3]，其尺寸結(jié)構(gòu)如圖5所示。圖5模仁結(jié)構(gòu)及尺寸模仁壁厚(b1)按式(1)計(jì)算：b1=由式(1)可得到模仁側(cè)壁最大變形量(fmax)的計(jì)算公式：fmax=P式(2)中：H為模板總高；h為型腔高度；L1為矩形型腔側(cè)壁長度；b1為型腔側(cè)壁厚度；E為彈性模量，碳鋼的E=210GPa；P為型腔壓力，一般為24.5~49MPa；fmax為型腔側(cè)壁、支承板或型腔板的最大變形量；[f]為許用變形量，[f]=St；S為塑件收縮率；t為塑件壁厚。經(jīng)過計(jì)算，同時(shí)結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，模仁尺寸確定為240mm×270mm×95mm，其中母模仁厚度為40mm，公模仁厚度為55mm。3.2.2成型零部件的配合成型零部件的配合與塑件成型有著緊密的聯(lián)系，配合不好會使塑件產(chǎn)生變形、溢邊、分型面處痕跡過大等缺陷。由于模具同時(shí)生產(chǎn)上下蓋，兩塑件形狀不同，分型面是由不同高度平面組合而成的，導(dǎo)致公模仁部分插入了母模板中，而母模仁部分插入了公模板中。因此，對成型零部件高出模板部分的面采取向內(nèi)偏置0.5mm的方法，保證公母模仁優(yōu)先配合。另外在公母模仁上設(shè)有虎口，合模時(shí)起定位作用，不僅可使合模安全、穩(wěn)定，而且可以防止在注射過程中，由于重力作用導(dǎo)致模仁下垂，從而引起合模不緊或錯(cuò)位，最終使塑件不能成型等問題。3.2.3模仁3D模型的建立根據(jù)分型線、分型面對塑件進(jìn)行分模，同時(shí)結(jié)合模仁尺寸，最終確定模仁三維圖形，如圖6所示。圖6模仁立體圖3.3頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在注塑模具中，將冷卻固化后的塑件及澆注系統(tǒng)凝料從模具中推出的機(jī)構(gòu)稱為頂出機(jī)構(gòu)。結(jié)合塑件結(jié)構(gòu)和模具結(jié)構(gòu)，頂桿的位置排布如圖7所示。其中包含11個(gè)Φ8mm的圓頂桿，6個(gè)Φ3mm×Φ5mm的推管(司筒)、6個(gè)Φ3mm×Φ6mm的推管。圖7頂桿位置圖3.4模架設(shè)計(jì)由于遙控器上下蓋體積相差不大，因此均采用潛伏式澆口進(jìn)澆，無需用三板模，可選擇龍記大水口CI型模架，并根據(jù)結(jié)構(gòu)的需要對其進(jìn)行改進(jìn)。改進(jìn)后的模架型號為大水口CI4045，模架平面圖如圖8所示。如果上下蓋兩塑件體積不同，則在設(shè)計(jì)流道時(shí)，對體積較小的塑件采用S形流道來減緩塑料熔體流動的速度，可使不對稱的上蓋和下蓋能同時(shí)完成進(jìn)澆[4]。如果兩塑件需側(cè)抽芯，且因側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)不對稱而導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)不對稱，可采用偏心模具來優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，讓模具中心線和注射中心線不重合，保障模具合模時(shí)的平衡性。此外模具偏心可以減小模架尺寸，從而降低制造成本。圖8模架平面圖3.5溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)為了保證塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率，通常利用外部介質(zhì)對模具進(jìn)行加熱或冷卻，將模具溫度控制在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。此處溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是指模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，采用冷卻水管冷卻方式，根據(jù)牛頓冷卻定律：Q=αA?Tθ式(3)中：Q為冷卻介質(zhì)帶走的熱量；α為傳熱系數(shù)；A為冷卻管道的傳熱面積；ΔT為溫度差；θ'為冷卻時(shí)間。由式(3)可知，冷卻水孔的直徑越大，冷卻效果越好(直徑越大，傳熱面積越大)，但冷卻水孔的直徑太大導(dǎo)致冷卻水出現(xiàn)湍流現(xiàn)象，降低冷卻效果，因此冷卻水孔直徑不能太大。根據(jù)模具寬度并結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)確定冷卻管道直徑如表1所示。表1模具寬度與冷卻管道直徑的關(guān)系磨具寬度/mm冷卻管道直徑/mm<2005200-3006300-4006-8400-5008-10>50010-14由模架尺寸(400mm×450mm)確定該模具采用Φ8的冷卻水管，其結(jié)構(gòu)布置如圖9所示。圖9冷卻水道平面圖本章設(shè)計(jì)成型零件，包括冷卻系統(tǒng)、扮出系統(tǒng)和模架選抒與校核，模具沒計(jì)的方法有很多種，本磨具選擇UG，對模具進(jìn)行設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)包括三個(gè)內(nèi)容，即塑料分析(包括厚度檢，拔模檢驗(yàn)、塑料顧問)，模具成型零件設(shè)計(jì)，模具模架及其他零件的設(shè)計(jì)一般來說，成型零件與翎料工藝結(jié)構(gòu)和模具流道沒計(jì)有關(guān)，塑料分析安排在模具成型零件設(shè)計(jì)中進(jìn)行;成型零件(型腔體)牽涉由塑件的復(fù)雜型面構(gòu)成的，上下模和抽芯分模而或體積塊，需構(gòu)建復(fù)余的曲向和體積塊特征，通常采用PartingSurfaceSplit(分?！指?或（體積塊—分割)創(chuàng)建。而模架的構(gòu)成相對規(guī)整，大部分采用，Protrusion和Cut等實(shí)體特征來創(chuàng)建，模具沒計(jì)基本流程。影響塑件尺寸精度的因素很多，概括地說，有塑件原材料，塑件機(jī)構(gòu)和成型工藝模具機(jī)構(gòu)，模具制造和裝配，模具使用中磨損等因素，塑件原材料方面的因素主要是收縮率的影響。模具成型零件的制造精度是影響，塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造進(jìn)度精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的13模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件，包括凹模、型芯、鑲塊、成型桿和成型環(huán)等。成型零件工作時(shí)，直接與塑料接觸，塑料熔體的高壓、料流的沖刷，脫模時(shí)與塑件間還發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀，較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外，成型零件還要求結(jié)溝合理，有較高的強(qiáng)度、剛度及較好的耐磨性能。設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部分等。根據(jù)塑料的尺寸，計(jì)算成型零件型腔的尺，確定型腔的組合方式，確定成型零件的加工、熱處理、裝配等要求，對關(guān)健的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1最佳澆口位置的分析澆口位置的設(shè)定直接關(guān)系到塑料熔體在模腔內(nèi)的流動，會影響到成型工藝因素的要求及制品中可能出現(xiàn)的缺陷等，進(jìn)而影響到塑料制品的整體質(zhì)量。將UG軟件造型好的三維模型另存為.stl格式，導(dǎo)入Moldflow軟件中并處理為表面模型(Fusion)，修改網(wǎng)格模型至滿足分析要求，修改后的網(wǎng)格匹配率為85.4%。分析時(shí)采用的主要工藝參數(shù)為：材料ABS，熔體溫度250℃，模溫60℃。填充控制、速度/壓力轉(zhuǎn)換設(shè)為自動，其他參數(shù)選擇默認(rèn)值。將分析類型設(shè)置為澆口位置（GateLocation），分析結(jié)果見圖10。圖10中上下蓋模型兩側(cè)標(biāo)識處為最佳澆口位置區(qū)域，在該區(qū)域設(shè)置澆口可實(shí)現(xiàn)熔體的平衡充填。圖11為帶澆注系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分模型。圖10最佳澆口位置圖11帶澆注系統(tǒng)的網(wǎng)格劃分模型4.2澆注系統(tǒng)關(guān)鍵尺寸的確定利用Moldflow充填分析模塊分別對不同的澆口位置、類型、尺寸大小設(shè)計(jì)方案進(jìn)行熔體注塑成型過程的充填模擬仿真，獲得充填分析結(jié)果，然后考察不同條件下制件的充填行為是否合理及成型過程中可能出現(xiàn)的氣泡、熔接痕等缺陷，最后對各分析結(jié)果進(jìn)行對比，獲得比較合理的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)分別采用了潛伏式澆口、矩形側(cè)澆口、點(diǎn)澆口及不同的分流道和澆口尺寸進(jìn)行分析，結(jié)合最大注射壓力、注射總質(zhì)量、最大鎖模力等分析結(jié)果，最后確定采用如圖12所示的澆注系統(tǒng)布局和澆道尺寸。其中，主流道呈倒錐形，小端直徑4.0mm，大端直徑6.0mm，長度為44.5mm，主流道中心線距離分流道中心線為10.6mm；分流道呈半圓形，直徑為5.0mm，連接上蓋的分流道長18.0mm，下蓋處分流道長19.0mm；連接上蓋的澆口為潛伏式澆口，其大端直徑為4.0mm，小端直徑為2.0mm，長度為5.0mm；連接下蓋的澆口為矩形側(cè)澆口，長為2.5mm，寬為2.0mm，高為0.5mm。圖12澆注系統(tǒng)布局圖13熔接痕分布圖14氣泡分布圖13和圖14分別為上述澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的熔接痕和氣泡分布示意圖。塑料熔體在型腔內(nèi)流動時(shí)，碰到型芯等結(jié)構(gòu)會使其分流，兩股料流前端溫度有差異，相遇后再次匯聚即會產(chǎn)生熔接痕。從圖13可以看出，制品上蓋處由于有較多加強(qiáng)筋及結(jié)構(gòu)孔，熔接痕較多，下蓋則相對較少。與其他幾種澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案相比，圖13和圖14中的熔接痕和氣泡基本上是在上下蓋加強(qiáng)筋部位生成，對制品強(qiáng)度影響不大。本設(shè)計(jì)利用分型面和配合間隙排氣，可以滿足排氣要求，沒有另外開設(shè)排氣裝置。總之，澆口位置及澆口類型和尺寸的選擇不但影響注塑成型過程的順利進(jìn)行，還對塑料制品的成型質(zhì)量有較大影響。對于這種一模兩腔結(jié)構(gòu)非平衡制品，必須綜合考慮制品結(jié)構(gòu)及各種成型工藝條件等因素，結(jié)合模流分析結(jié)果，設(shè)計(jì)出較合理的澆注系統(tǒng)，減少制品缺陷，同時(shí)還可以大大縮短模具設(shè)計(jì)周期，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率。5模具工作原理模具整體結(jié)構(gòu)如圖15所示。模具閉合時(shí)，熔融塑料在注射機(jī)的壓力作用下，經(jīng)噴嘴注入模具型腔，經(jīng)過充模、保壓、補(bǔ)縮、冷卻定型，完成注塑。開模時(shí)，公模仁、公模板、頂針、頂針板一起向下移動，當(dāng)下頂針板碰到限位裝置時(shí)停止移動。此時(shí)，注射機(jī)頂桿推動下頂針板向上移動，從而推動頂針，頂針將塑件從模內(nèi)推出。圖15模具整體結(jié)構(gòu)結(jié)論本文結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，采用UG軟件設(shè)計(jì)出電視機(jī)遙控器上下蓋一模兩件同時(shí)生產(chǎn)的注塑模具，改變了以往分別生產(chǎn)的模式，通過開模運(yùn)動仿真及企業(yè)實(shí)地試模，證明了脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)行靈活、可靠，生產(chǎn)出的塑件尺寸和精度符合使用要求，提高了生產(chǎn)效率。同時(shí)，該模具不僅可以實(shí)現(xiàn)遙控器上下蓋一模兩件同時(shí)生產(chǎn)，還可在澆注系統(tǒng)中增加流道入子,實(shí)現(xiàn)單件生產(chǎn)，滿足不同產(chǎn)品的需求。利用模流分析結(jié)果進(jìn)行電視遙控器的注塑模具設(shè)計(jì)，不僅大大提高了模具設(shè)計(jì)效率及其質(zhì)量，而且可以縮短設(shè)計(jì)周期及降低生產(chǎn)成本，減少了試模、修模次數(shù)，提高了模具的一次試模成功率。因此，在模具設(shè)計(jì)中應(yīng)合理地利用CAE分析軟件進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)模具設(shè)計(jì)中存在的缺陷，力求設(shè)計(jì)出周期短、成本低、質(zhì)量好和生產(chǎn)效率高的合格模具。參考文獻(xiàn)[1]王鑫,王靜.遙控器外殼的快速熱循環(huán)注塑成型有限元分析[J].河南工程學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2016,01:38-41.[2]劉東雷.塑料薄壁注塑制品成型表觀質(zhì)量控制研究[D].南昌大學(xué),2013.[3]陳樂平,祝金丹,唐磊.基于CAE的注塑模冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].浙江紡織服裝職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2014,