電話機面板模具設(shè)計模具設(shè)計畢業(yè)論文

電話機面板模具設(shè)計設(shè)計任務(wù)：課題是電話機面板注射模設(shè)計與應(yīng)用。主要利用PROE三維設(shè)計軟件實現(xiàn)模具的設(shè)計與制造。完成該注射模具裝配圖設(shè)計，全部零件圖紙設(shè)計，模具成型零件PROE三維造型設(shè)計，以及完成該注射模具的制造工藝設(shè)計。1 塑件工藝性分析 圖1所示為電話機面板零件圖1 電話機面板零件圖1.1 塑件的設(shè)計要求該零件尺寸屬中等大小，精度等級高，無需抽芯，形狀比較簡單且沒有側(cè)壁孔及凹凸臺，對表面質(zhì)量有一定要求（如下圖2所示）。采用ABS樹脂，其具有較好的力學(xué)性能及綜合性能，也是電話機普遍采用的材料之一。產(chǎn)品工作環(huán)境較好，無過熱現(xiàn)象及較大的機械負載。圖2 電話機面板三維圖1.2 塑件的生產(chǎn)批量 該產(chǎn)品屬大批量生產(chǎn)，要求模具壽命在30萬次以上，選用P20作為型腔及型芯材料。1.3 塑件的工藝特性 1、ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯合成的三元共聚物，無明顯熔點。ABS密度為1.05g/cm3 ，熔融溫度為217237C，分解溫度>270C，注射用的ABS熔體指數(shù)范圍為0.515。2、 ABS熔體粘度高，流動性中等，一般加工溫度在190235C為宜，溢邊值為0.04mm。3、 ABS為極性大分子，吸濕性強，因此在成型時樹脂含有水分，其制品上就會出現(xiàn)氣泡等缺陷。加工前，務(wù)必進行干燥。4、 ABS成型收縮率較低，一般介于0.4%0.7%。5、 塑件壁厚應(yīng)均勻，ABS制品壁厚常在1.54.5mm之間選取，同時ABS的壁厚對流動性影響極小。6、 ABS制品的脫模斜度可在1左右選取，對形狀較復(fù)雜的制件脫模斜度還可適當增加。7、 ABS的模具溫度一般設(shè)定為2085C，定模溫度設(shè)置為7080C，動模溫度設(shè)置為5060C。8、 對于小型、構(gòu)造簡單、厚度大的制件，注射壓力可選70100Mpa，復(fù)雜、壁薄、長流程、小澆口可選100140MPa.保壓壓力控制在6070MPa。2 注射機的確定2.1 注射量的計算注塑機的最大注射量是指柱塞或螺桿在作一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注出量。為了保證正常的注射成型，選擇注射機時，注塑機的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機的實際注塑量最好在最大注塑量的80。計算體積時，對于一些復(fù)雜或不規(guī)則的實體圖形可通過proe軟件來實現(xiàn)體積計算。利用proe軟件分析功能，自動計算出所繪圖形的體積和質(zhì)量： 體積V= 119.68cm3由于本模具為一模兩腔，故總體積為2V=89.68*2=179.36cm據(jù)設(shè)計手冊可查得聚丙烯（PP）的密度為=1.04g/cm，故塑件的質(zhì)量： G塑=V塑=89.68*1.04=93.27g M塑=2G塑=186.53g 預(yù)置澆注系統(tǒng)的體積為V澆，取為10cm M澆=V澆=10*1.04=10.4g M總 =M塑+M澆 =196.93g V總 = 189.36cm3根據(jù)： 0.8VVV 式中： V注塑機的最大注塑量，cm；V塑件的體積，cm，該零件V179.36M澆注系統(tǒng)體積，該零件M10。故 V189.36/0.8=236.7cm2.2 注射機型號的選定根據(jù)以上對塑件體積和質(zhì)量的計算，以及塑件結(jié)構(gòu)及外形尺寸、注射時所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況，選用注射機為XS-ZY-250型，其參數(shù)如下表1所示。表1 XS-ZY-250基本參數(shù)項目XS-ZY-250拉桿內(nèi)間距/mm295373結(jié)構(gòu)形式臥式移模行程/mm350理論注射容量/cm250最大模具厚度/mm350螺桿直徑/mm50最小模具厚度/mm200注射壓力/130鎖模形式液壓螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min）2589模板面積mm598520鎖模力/KN1800注射行程/mm160模具定位孔直徑/mm125注射時間/s2噴嘴球半徑/mm18噴嘴口直徑/mm42.3 注射機有關(guān)工藝參數(shù)的校核（1）注射量的校核根據(jù)： 0.8VVV 式中： V注塑機的最大注塑量，cm；V塑件的體積，cm，該零件V179.36M澆注系統(tǒng)體積，該零件M10。故 V189.36/0.8=236.7cm此處選定的注塑機注塑量為250,滿足要求。（2）鎖模力的校核鎖模力是指注射機的鎖模裝置對模具所施加的最大夾緊力。當高壓的塑料溶體充滿模具型腔時，沿鎖模方向會產(chǎn)生一個很大的作用力，此力總是力圖使模具沿分型面脹開。為此，注射機的額定鎖模力必須大于型腔內(nèi)塑料熔體壓力與塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（即注射面積）的乘積。一般，閉模時要從模外加大于型腔內(nèi)壓力一倍以上的鎖模力。FPA 式中： P熔融型料在型腔內(nèi)的壓力，一般取2030Mpa，取20Mpa； A塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計算為74250； F注塑機的額定鎖模力，KN。故 FPA2074250/10001650KN此處選定的注塑機為1800KN，滿足要求。（3）模具與注塑機安裝部分相關(guān)尺寸校核模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸的拉桿間距相適應(yīng)：模具長寬>拉桿面積 即 324570>295373故滿足要求。模具閉合高度校核本模具的閉合高度為 H=280mm，XS-ZY-250型注射機所允許模具的最小閉合厚度為Hmin=250mm，最大厚度為Hmax=350mm， 即模具滿足 的安裝條件。（4）開模行程校核注射機的開模行程應(yīng)滿足分開模具取出塑件的需要。所選注塑機為XS-ZY-250型，其最大行程與模具厚度無關(guān)，故注塑機的開模行程應(yīng)滿足下式（510） 式中 注塑機最大開模行程，。H推出距離，； H包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，；因為 S350HH（510）7545120mm<350故開模行程滿足要求。3 模具總體設(shè)計與計算3.1 分型面的選擇 根據(jù)分型面選擇的原則：1、 分型面應(yīng)有利于脫模；2、 分型面應(yīng)有利于保證塑件的外觀質(zhì)量和精度要求；3、 分型面應(yīng)有利于成型零件的加工制造；4、 分型面應(yīng)有利于側(cè)向抽芯。 根據(jù)以上的設(shè)計原則，結(jié)合相關(guān)零件的特點，選擇零件最大表面積處作為分型面，在開模時容易取出零件。下圖3為分型面示意圖，紅色線框為分型面。圖3 分型面示意圖3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計根據(jù)產(chǎn)品對表面質(zhì)量的要求很高，為了不影響其美觀，采用側(cè)澆口，這樣雖然容易在進料時形成封閉氣囊，容易留下熔接痕，但是對排氣系統(tǒng)的設(shè)計增加熔接痕處的局部溫度，以及提高注塑機的注塑壓力等方法來解決。3.2.1澆口的設(shè)計 1、 澆口套進口直徑應(yīng)稍大于注射機噴嘴直徑,通常為 =+ （ 式中 為4mm） 主流道入口的凹坑球面半徑S也應(yīng)大于注射機噴嘴球頭半徑S，通常為 =+ （式中為18mm) 由上式，得d=4+1=5mm，SR=18+2=20mm；2、 澆口套與定位圈的配合 兩者的配合可采用H7/m6；澆口套與定位圈的配合H9/f8。3、 分流道的設(shè)計1）分流道截面的選擇與確定根據(jù)分流道截面流道的表面積比（指流道的表面積與體積比稱之為表面積比），能使塑料熔體的溫度下降小、阻力小、流道效率高，以及加工容易和順利脫模為原則，故選擇分流道截面為半圓形。2）分流道的大小與計算分流道是主流道與澆口之間的進料通道。在多型腔模具中分流到必不可少。在分流道設(shè)計時應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度的降低，同時還要考慮減小流道的容積。該制品的分流道直徑根據(jù)制品重量和壁厚由參考文獻中的查得 =5 。4、 側(cè)澆口的設(shè)計 本模具采用一模兩腔，采用側(cè)澆口。側(cè)澆口又稱邊緣澆口，其截面為矩形，應(yīng)用范圍廣泛。1） 其一般開在分型面上，取厚h=0.52mm，寬B=0.82.4mm(也可取塑件厚的1/32/3),。2）側(cè)澆口的尺寸推薦值深度h=0.52mm，取1mm；寬度B=0.82.4mm，取1.5mm；澆口長度長L=0.72mm，取1mm。3）側(cè)澆口位置的選擇根據(jù)澆口的位置對塑件有直接的影響，位置選擇應(yīng)盡量避免注塑缺陷的出現(xiàn)以及縮短成型周期為前提和原則，故側(cè)澆口設(shè)在電話機面板較底端處的中間。3.3 成型零件的總體設(shè)計3.3.1 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用整體式結(jié)構(gòu)，整體式型腔由整塊材料加工而成的型腔，其優(yōu)點是：強度和剛度都相對較高，且不易變形，塑件上不會產(chǎn)生拼模縫痕跡。不過其切削量大，使模具成本較高，同時給熱處理和表面處理帶來困難，只適用于形狀較為簡單的中、小型模具。3.3.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計采用整體式結(jié)構(gòu)，直接在模架板上加工型芯，其優(yōu)點是加工成本低，但加工材料浪費大、材料成本高，僅適用于小型模具。3.3.2 成型零件的工作尺寸的計算成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯直接構(gòu)成塑件尺寸，型腔和型芯的工作尺寸精度將直接影響塑件的精度。（1） 塑件收縮的影響：由于塑件熱脹冷縮的原因，成型冷卻后，塑件尺寸小于模具型腔的尺寸，一般不同塑件有不同收縮率，與塑件的形狀、尺寸壁厚、成型工藝條件、模具結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，故某種塑件的收縮率是波動的，ABS的收縮率在0.4%0.7%之間波動。（2） 制造公差的影響：制造公差將直接影響塑件的尺寸工差，通常型腔和型芯的制造公差為塑件公差的1/31/6，其表面粗糙度為0.8m0.4m。（3） 成型零件的磨損：模具在使用過程中，由于塑料熔體的流動沖刷，在成型過程中可能產(chǎn)生腐蝕性氣體的腐蝕，脫模時塑件與模具的摩擦，以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度的增加，需要進行重新打光等原因，都會造成成型零件尺寸的變化，對于本產(chǎn)品來說，其尺寸較小，故制造公差對塑件的尺寸影響較大。（4） 模具的安裝配合誤差：模具成型零件裝配誤差以及在成型過程中，成型零件配合間隙的變化，也會對塑件尺寸造成影響。該成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。在計算成型零件型腔和型芯的尺寸時，塑件和成型零件的尺寸均按單向極限制，如果塑件的公差時雙向分布的，則應(yīng)按這個要求加以換算。而孔中心矩尺寸則按公差帶對稱分布的原則進行計算。 查手冊可知ABS的成型收縮率為s=0.4%0.7%，故平均收縮率S（0.4+0.7)/20.55，查表得模具制造公差 1）型芯的徑向尺寸計算型芯的高度尺寸計算公式： 式中 型芯徑向名義尺寸（最大尺寸）； 制品的名義尺寸（最小尺寸）， m模具制造公差，取塑件相應(yīng)尺寸的1/31/6尺寸180+0.29： =(1+0.55%)*18+0.75*0.29-0.090 =18-0.090尺寸590+0.32: =(1+0.55%)59+0.75*0.320-0.17 =600-0.17尺寸240+0.22： =(1+0.55%)24+0.75*0.220-0.07 =24.30-0.07尺寸160+0.20： =(1+0.55%)16+0.75*0.200-0.07 =16.20-0.07尺寸500+0.28： =(1+0.55%)50+0.75*0.280-0.09 =50.50-0.092）型芯的高度尺寸計算型芯的高度尺寸計算公式： 式中： 型芯高度名義尺寸（最大尺寸）；制品孔深名義尺寸（最小尺寸），其它同上。尺寸240+0.26： =(1+0.55%)24+0.75*0.220-0.07 =24.30-0.07尺寸90+0.16： =(1+0.55%)9+0.75*0.160-0.05 =9.20-0.053.4 排氣系統(tǒng)的設(shè)計要保證注射成型過程的順利進行，不發(fā)生被壓縮氣體產(chǎn)生的高溫，引起塑件的局部炭化燒焦，或使塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強度下降，甚至充模不滿等缺陷必須重視模具的排氣系統(tǒng)設(shè)計。通常排氣方式包括：模具自然排氣、排氣塞排氣、排氣槽排氣。該零件結(jié)構(gòu)比較簡單，且尺寸不大，屬于中小型零件范疇，可充分利用分型面間的間隙、推桿和推桿孔的配合間隙自然排氣，這樣加工容易，且成本不高。3.5 導(dǎo)向與定位機構(gòu)設(shè)計注射模的導(dǎo)向機構(gòu)用于動定模之間的開合模導(dǎo)向和脫模機構(gòu)的運動導(dǎo)向。定位機構(gòu)分模外定位和模內(nèi)定位。模外定位是通過定位圈使模具易于在注射機上安裝以及模具的澆口套能與注射機噴嘴精確定位。而模內(nèi)定位則通過錐面定位機構(gòu)用于動、定模之間的精密對中定位。3.5.1 導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間的配合來保證模具的對合精度。用于動定模間的精密對中定位，導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計主要有三點：1）定位作用：避免模具接觸時錯位而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確的形狀，不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均勻。2）導(dǎo)向作用：上模和下模合模時，首先是導(dǎo)向零件相接觸，引導(dǎo)上下模準確合模，避免凸模和型芯進入型腔，以保證不損壞成型零件。3）承載作用：塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)面壓力，或由于成型設(shè)備精度的限制，使導(dǎo)柱在工作中承受一定的側(cè)壓力。3.5.2 定位機構(gòu)的設(shè)計通常導(dǎo)向機構(gòu)能夠保證動定模之間的正確定位，但由于導(dǎo)套和導(dǎo)柱之間是間隙配合的，存在間隙意味著定位精度不夠，所以在型腔、型芯之間增設(shè)錐面定位機構(gòu)，以滿足精密定位的要求。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的選擇和配合如下圖4所示。圖4 導(dǎo)柱與導(dǎo)套同時，為了便于模具在注射機上安裝以及模具澆口套與注射機的噴嘴孔精確定位，應(yīng)在模具上安裝定位圈（如下圖5），用于與注射機定位孔匹配。定位圈除完成澆口套與噴嘴孔的精確定位外，還可以防止?jié)部谔讖哪?nèi)滑出，選用定位圈形狀如下圖所示。圖5 定位圈定位圈外徑應(yīng)比注射機上的定位孔徑小0.2mm0.3mm，以便順利安裝。定位圈常用的材料為45、55中碳鋼或T8碳素鋼，經(jīng)正火處理，硬度為183235HBS。3.6 脫模推出機構(gòu)的設(shè)計脫模機構(gòu)主要由推出零件、推出零件固定板和推板、脫模機構(gòu)的導(dǎo)向和復(fù)位部件等組成。其設(shè)計原則包括：保證制件不因頂出而變形損壞及影響外觀；脫模機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；機構(gòu)簡單動作可靠；合模時能正確復(fù)位。脫模機構(gòu)通常包括四種：推桿推出機構(gòu)、推管推出機構(gòu)、推件板推出機構(gòu)、推塊推出機構(gòu)、聯(lián)合推出機構(gòu)及其他特殊推出機構(gòu)。本制品為薄壁的容器塑件，故采用推桿推出機構(gòu)。其中推桿推出機構(gòu)具有脫模力大而均勻，運動平穩(wěn)，無明顯的推出痕跡等特點，且本制品為薄壁容器器件，故采用推桿推出機構(gòu)，其推出效果如下圖6所示。圖6 脫模機構(gòu)推出后效果同時，頂桿、頂板材料選T10A，頭部淬火處理，硬度要求在50HRC以上，表面粗糙度小于0.8m，頂桿與孔之間配合為H8/f8。為了頂桿頂出塑件后必須回到頂出機構(gòu)的初始位置才能進入下個循環(huán)工作，因此設(shè)置復(fù)位桿機構(gòu)，其端面與分型面及模具平齊。3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計塑料注射模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計不但對制品精度、變形、耐應(yīng)力開裂性、表面質(zhì)量等影響較大，同時冷卻時間占成型周期的80%左右，所以塑料注射模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計的優(yōu)劣對塑料制品的生產(chǎn)效率起著至關(guān)重要的作用。3.7.1 確定冷卻水路的分布 模具上大部分熱量是通過型腔及型芯的冷卻移走的，但仍有一部分熱量會傳遞到支撐型腔和型芯的模板上，這些熱量如果不能及時散失，也會影響制品的成型周期。 （1）流道系統(tǒng)的冷卻設(shè)計 由于冷流道隨制品一起頂出（一般摸具流道的凝固層厚度達50%60%即可頂出），而一般冷流道較厚，其附近的熱量較為集中，若不能及時冷卻將影響整個生產(chǎn)周期，所以冷流道周圍必須單獨設(shè)計一組水路進行冷卻。 （2）模板的冷卻設(shè)計 由于模板用來支撐和固定型腔和型芯，容納流道系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)等機構(gòu)，如果模板之間存在溫差，可能會影響導(dǎo)向機構(gòu)、頂出機構(gòu)、鎖緊機構(gòu)的定位，加快這些部件的磨損。3.7.2 水路的尺寸及位置 根據(jù)制品壁厚及形狀，對于中等以上制品水路直徑設(shè)計一般選用：1016 mm。若需設(shè)計點冷，通常點冷水路直徑為與其相連的直通水路直徑的1.45倍左右。 水路距制品壁不能太遠，但也不能太近，一般不能小于水路直徑的2倍。 根據(jù)公式計算結(jié)果及實踐經(jīng)驗，一般水路距制品壁的距離為水路直徑的23倍，水路間距為水路直徑的35倍較好。3.7.3塑料模具冷卻水路的分布原則（1）設(shè)置水路時應(yīng)考慮制品的形狀，對熱量分布較多的位置應(yīng)重點設(shè)計。一般對于小的鑲芯可以采用噴泉式冷卻、鈹銅鑲芯下面通水、導(dǎo)熱針等。（2）水路中冷卻水的流動方向與熔體流動方向應(yīng)一致，以便最大效率地帶走熱量，同時有利于熔體的充填（流動末端模溫過低不利于熔體充填）。（3）對于大中型復(fù)雜模具，應(yīng)以每個澆口為中心分區(qū)域冷卻。（4）為了保證型腔、型芯溫度分布均勻，制品冷卻均勻，型腔、型芯水路的走向應(yīng)一致；型腔、型芯的溫度差應(yīng)控制在10以內(nèi)。（5）為減小冷卻水的壓力損失，模具外圍連接冷卻水管的尺寸一定要大于或等于模具內(nèi)水路的尺寸。（6）冷卻水路盡可能設(shè)計在與塑料熔體接觸的模具零件中。圖7 冷卻系統(tǒng)水道分布圖根據(jù)以上分析，建立冷卻系統(tǒng)水線如上圖7分布，水道直徑6mm,盲孔處沉孔直徑8mm，深度6mm。且由于動模上空間不足，故將水道開在定模板上。4 模具裝配4.1 模具的裝配模具裝配時要求相鄰裝配單元之間的配合與聯(lián)接均需要按裝配工藝確定的裝配基準進行定位與固定，以保證其間的配合精度和位置精度，從而保證型芯與型腔間能精密均勻的配合和定位，開合運動與推出脫模機構(gòu)都能夠?qū)崿F(xiàn)運動的精確性。具體的工藝要求：（1）通過裝配與調(diào)整，使裝配尺寸鏈的精度能夠完全滿足密封性的要求；（2）裝配完成的模具其塑料注射完全滿足規(guī)定的要求；（3）壽命期限可以達到預(yù)先規(guī)定的數(shù)值和水平等。具體裝配后，其裝配圖的三維圖如下圖8所示。圖8 裝配好后的模具三維圖4.2 模具的安裝及加工要點（1）定模型芯較多，加工時需對鑲芯留有裝配研磨余量。（2）動模芯頂桿通過滑孔，在加工時兩塊板需固定在一起，確保同軸度。（3）裝配后，確保推板復(fù)位后正好停靠在限位釘上，使動模芯頂桿完全復(fù)位，不影響成型時產(chǎn)品的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。（4）清理模板平面定位孔及模具安裝面上的污物、毛刺。（5）因本模具外形尺寸不大，故采用整體安裝法。先在機器下面兩根導(dǎo)軌上墊好木板，模具從側(cè)面進入機架間，定模如定位孔。并放正，慢速閉合模板，壓緊模具，然后用壓板或螺釘壓緊定模，并初步固定動模，然后慢速開閉模具，找正動模，應(yīng)保證開閉模具時平衡、靈活、無卡住現(xiàn)象，然后固定動模。（6）調(diào)節(jié)鎖模機構(gòu)，保證有足夠開模距及鎖模力，使模具閉合適當。（7）慢速開啟模板直至模板停止后退為止，調(diào)節(jié)頂出裝置，保證頂出距離。開閉模具觀察頂出機構(gòu)運動情況，動作是否平衡、靈活、協(xié)調(diào)。（8）模具裝好后，等料筒及噴嘴溫度上升到距預(yù)定溫度2030，即可校正噴嘴與澆口套的相對位置及弧面接觸情況，緊固定位。（9）開空車運轉(zhuǎn)，觀察模具各部分運行是否正常，然后才可注射試模。裝配好后的工程圖如下圖9所示。圖9 電話機面板模具裝配圖16