1、充电器上盖成型工艺分析与注射模设计模板充电器上盖成型工艺分析和注射模设计学 生：* *指导老师：*(*大学工学院，* *)摘 要：伴随塑料工业发展，塑料制品已深入到国民经济各个部门中，尤其是在办公用具、摄影器材、汽车、仪器仪表、机械、航空、交通、通信、建材产品、日用具和家用电器行业中零件塑料化趋势不停加强，而且陆续出现以塑代金属全塑产品。本设计介绍了充电器注射模设计和制造方法，应用CAD/CAE/CAM技术，提升了模具使用寿命和制造技术。依据产品零件图，使用Pro/ENGINEER软件进行零件分析、分型面选择、成型零件设计。关键词：注塑成型；充电器上盖；Pro/EAnalysis on For
2、ming Process and Design of Injection Mold for the Upper Cover of Charger Student:*Tutor:*(College of Engineering, *, * *, China)Abstract:With the development of plastic industry, plastic products has expanded in all sectors of the national economy, particularly in office supplies, photographic equip
3、ment, automobiles, instrumentation, machinery, aviation, transportation, communication, building materials products, daily necessities and household appliances industries plastic parts of the growing trend, and come to shape metal behalf of the entire integrated products.This design introduced the d
4、esign and the manufacture method of injects mold for the upper cover of charger. Using the CAD/CAE/CAM technology, prove on the service life of the mould and manufacturing technologies.With Pro/ENGINEER ,carried out the catity, to choice parting surf, design the shaped parts.Keyword: plastics shapin
5、g ; upper cover of charger ; Pro/E1 前 言1.1 塑料模功效模具是利用其特定形状去成型含有一定形状和尺寸制品工具，按制品所采取原料不一样，成型方法不一样，通常将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因大家日常生活所用制品和多种机械零件，在成型中多数是经过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形模具,称为塑料成形模具,简称塑料模.塑料模优化设计,是现代高分子材料加工领域中重大课题。塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面取得广泛应用。为了生产这些塑料制品必需设计对应塑料模具。在塑料
6、材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量和产量，就决定性影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进浇和排气位置选择、脱模方法和定型方法确实定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度和塑件物理性能、内应力大小、表观质量和内在质量等，起着十分关键影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构合理性，对操作难易程度，含相关键影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大影响，除简易模外，通常来说制模费用是十分昂贵，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理加工工艺、高效设备和优异模具，被誉为塑料制品成型技术“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替换作用。
7、高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产模具，才能发挥其应有效能。另外，塑件生产和更新均以模具制造和更新为前提。塑料摸是塑料制品生产基础之深刻含意，正日益为大家了解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量优劣及生产效率高低，模具原因约占80%。由此可知，推进模具技术进步应是不容缓策略。尤其大型塑料模设计和制造水平，常棵标志一个国家工业化发展程度1。1.2 中国塑料模现实状况在模具方面，中国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后很多，模具商品化和标准化程度比国际水平低很多。在模具价格方面，中国比发达国家低很多，约为发达国家1/31/5，工业发达国
8、家将模具向中国转移趋势深入明朗化。中国塑料模发展快速。塑料模设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已经有相当规模确实开发和应用。在设计技术和制造技术上和发达国家和地域差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化商品化尚待规模化；CAD、CAE、Flow Cool软件等应用百分比不高；独立模具工厂少；专业和柔性化相结合尚无计划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。所以努力提升模具设计和制造水平，提升国际竞争能力，是刻不容缓。1.3 塑料模发展趋势（1）注射模CAD实用化；（2）挤塑模CAD开发；（3）塑料专用钢材系列化；（4）塑料模CAD/
9、CAE/CAM集成化；（5）塑料模标准化。2 产品分析2.1 塑件分析2.1.1 结构分析此次设计任务所提供零件为塑件实体，以下图所表示： 图1 塑件草图Fig 1 Plastic Plan 由零件实体模型及二维草图可知，塑件侧孔及凸台较多，表面有二级管指示灯用孔和正常/快速充电选择按钮孔，侧面有透明电池保护罩卡扣侧孔，全部结构对称部署。在模具设计时，表面小孔可采取镶针成型，两侧孔必需设置侧向分型抽芯机构。零件总体轮廓尺寸为101.7mm60.7mm24mm，总体看来，结构较简单，故选通常精度等级：IT6级。2.1.2 尺寸精度分析该零件关键尺寸精度为6级，其它尺寸精度为78级，属于中等精度，
10、对应模具相关零件尺寸加工能够确保。2.1.3 塑件厚度检测塑件厚度检测采取Pro/Engineer设计软件模型分析功效自动完成，图所表示：图2 厚度检测Fig 2 Thickness detection从塑件壁厚上来看，壁厚最大处为3mm左右，最小处小于0.7mm，大多处于23mm范围之内，并综合其材料性能，注意控制成型温度及冷却速度，零件成型并不困难。2.1.4 工艺性分析为了满足制品表面光滑要求和提升成型效率采取潜伏式浇口。该浇口分流道在模具分型面上，而浇口却斜向开设在模具隐蔽处。塑料熔体经过型腔侧面或推杆端部注入型腔，所以塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件表面质量和美观效果。2
11、.2 塑件原材料分析给定塑件材料选择ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）塑料。2.2.1 ABS基础特征ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3种单体合成，每种单体全部含有不一样性能。丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，使ABS有良好耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯含有坚韧性、抗冲击特征，使ABS坚韧；苯乙烯含有易加工、高光洁度、高强度，使ABS有良好加工和染色性能2。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型塑料件有很好光泽。有极好冲击强度，且在低温下也不快速下降。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但和烃长久接触会软化溶胀。ABS
12、表面受冰醋酸、植物油等化学药品侵蚀会引发应力开裂。ABS有一定硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高。性能：综合性能很好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工。用途：适于制作通常机械零件、减摩耐摩零件、传动零件和化工、电器、仪表等零件。2.2.2 成形特征（1）无定形塑料，其品种很多，各品种机电性能及成型特征也有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。（2）吸湿性强，含水量应小于0.3%，必需充足干燥，要求表面光泽塑件应要求长时间预热干燥。（3）流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚
13、氯乙烯好）。（4）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。注射压力应比聚苯乙烯高，通常见柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140MPa，螺杆式注射机则取160230，70100MPa为宜。模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力过大机械加工时塑料件表面展现“白色”痕迹，在成型时脱模斜度2，收缩率取0.5。（5）ABS成型条件3（见表1）表1 ABS
14、成型条件Table 1 ABS molding conditions注射成型机类型螺杆式密度（）1.031.07计算收缩率0.30.8预热温度()8085时间(S)23料筒温度后段()150170中段()165180前段()180200170180喷嘴温度()模具温度()5080注射压力(MPa)60100成型时间注射时间(s)2090高压时间(s)05冷却时间(s)20120总周期(s)50220螺杆转速（r/min）30适用注射机类型螺杆式、柱塞式均可后处理方法红外线灯、烘箱温度（）70时间（h）24说明：该成形条件为加工通用级ABS料时所用，苯乙烯-丙烯腈共物（即AS）成形条件和上相同。
15、3 确定型腔布局3.1 分型面位置确实定模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料可分离接触表面称为分型面，分型面是决定模具结构形式关键原因，它和模具整体结构和模具制造工艺有亲密关系，而且直接影响着塑料熔体流动充填性及制品脱模，分型面位置也影响着成型零部件结构形状，型腔排气情况也和分型面开设亲密相关。所以，分型面选择是注射模设计中一个关键内容。分型面选择应注意以下几点4：（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；（2）当已经初步确定塑件分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处；（3）确保制件精度和外观要求；（4）考虑满足塑件使用要求；（5）考虑注塑机技术规格，使模板间距大小适宜；（6）考虑锁模力，尽可能
16、减小塑件在分型面投影面积，确定有利留模方法，便于塑件顺利脱模；（7）不妨碍制品脱模和抽芯；（8）有利于浇注系统合理处理。依据塑件结构形式，本设计分型面选在AA面（图3所表示）。图3 分型面Fig 3 Surface3.2 型腔数目标确定型腔指模具中成形塑件空腔，而该空腔是塑件负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其它全部和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，以后进料成形，所以必需由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入部分称为凹模，凸出部分称为型芯5。其数目标决定和下列条件相关：（1）塑件尺寸精度；（2）模具制造成本； （3）注塑成形生产效益；（4）制造难度。塑料成
17、形收缩是受多方面影响，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著是塑件壁厚和形状复杂程度。该塑件精度要求通常（MT5），又是大批量生产，能够采取一模多腔形式。考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，采取一模两腔模具形式。这么比一模一腔模具生产效率高，同时结构更为合理。3.3 型腔布局多型腔模具设计关键问题之一就是浇注系统部署方法，因为型腔排布和浇注系统部署亲密相关，所以型腔排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔排布应使每一个型腔全部经过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需压力，以确保塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔塑件内
18、在质量均一稳定。这就要求型腔和主流道之间距离尽可能最短，同时采取平衡流道和合理浇口尺寸和均匀冷却等。合理型腔排布能够避免塑件尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局特点是从主流道到各型腔浇口分流道长度、截面形状及尺寸均对应相同，能够实现均衡进料和同时充满型腔目标；非平衡式型腔布局特点是从主流道到各型腔浇口分流道长度不相等，所以不利于均衡进料，但能够缩短流道总长度，为达成同时充满型腔目标，各浇口截面尺寸制作得不相同6。本塑件在注射时采取了一模两腔形式，即模具需要两个型腔。考虑塑件带侧抽芯机构，现有两种排列方法选择： 图4 型腔布局Fig 4 Cavity layout图4所表示，这两种
19、排列方法全部采取平面对成部署，但第一个布局方法紧凑，模具设计较简单。综合以上两种方案考虑，故确定第一个型腔布局方法。4 塑件相关计算及注塑机选择4.1 塑件相关计算4.1.1 投影面积计算图5 投影面积计算Fig 5 Projection area塑件投影面积能够经过PRO/ENGINEER 分析模块直接得出,图5所表示：由分析可得：注塑件投影面积S= 5774.41211549mm2 。4.1.2 体积及质量计算体积及质量计算也利用PRO/ENGINEER分析模块自动计算取得（塑件密度由塑料模具设计师指南7表2.22查得：ABS密度=1.1g/cm3），图6所表示：图6 体积及质量计算Fig
20、 6 Calculation of volume and quality结果以下：体积= 1.7584978e+04曲面面积 = 2.4696511e+04密度 = 1.1000000e+00吨/质量 = 1.9343476e+04吨故注塑件体积为：V17585.02=35170 质量为：35.171.138.69g流道凝料质量： 注射量： 注射容量： 4.1.3 塑件和流道凝料在分型面上投影面积及所需锁模力计算流道凝料（包含浇口）在分型面上投影面积在模具设计前是个未知数，依据多型腔模统计分析，大致是每个塑件在分型面上投影面积0.20.5倍,所以可用来进行估算，所以，依据塑料模具设计师指南7表
21、15.2-1常见塑料模腔平均压力可知通常制品平均压力为40 MPa；所以，锁模力。4.1.4 注射工艺参数确定查中国模具网出品模具助手81.01版，ABS成型工艺参数可作以下选择：注射温度():200260 注射压力(兆帕):78.4196模具温度():4060 壁厚范围(毫米):1.55.0脱模斜度(型腔):40120 脱模斜度(型芯):3514.2 注塑机选择及注射工艺参数确定依据每一生产周期注射量和锁模力计算。可选择XS-ZY-125型注射机，技术参数参考查塑料模具设计向导9表13.1得表2表2 注射机关键技术参数Table 2 Injection machine main techni
22、cal parameters理论注射容量（cm3）125螺杆直径（mm）42注射压力（MPa）150塑化能力（g/s）45螺杆转速（r/min）10140喷嘴球半径（mm）12锁模方法双曲轴锁模力（kN）900拉杆内间距(mm)260360移模行程(mm)300最大模厚(mm)300最小模厚(mm)200模具定位孔直径(mm)100喷嘴孔直径(mm)34.3 型腔数量及注射机相关工艺参数校核4.3.1 型腔数量校核由注射机料筒塑化速率校核模具型腔数n： （合格）式中 k：注射机最大注射量利用系数，通常取0.8 M：注射机额定塑化量（45g/s）4.3.2 注射机工艺和安装参数校核（1）注射量校
23、核 。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机最大注射量1601.10.8=140.8g，本模每次注射所需塑料总质量约为61.9g，能满足要求。（2）锁模力校核 。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机最大锁模力F=900kN，而，故能满足。（3）最大注射压力校核。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机额定注射压力为150MPa，而ABS塑料成型时注射压力P成型=7090MPa，故能满足成型要求。（4）最大和最小模具厚度校核。查塑料模具设计向导9表13.1知，XS-ZY-125型注射机所许可模具最小闭合厚度为Hmin=200mm，
24、最大闭合模厚为Hmax=300mm，而本设计模具厚度为Hm=300mm，即模具满足HminHmHmax安装要求。（5）模具在注射机上安装尺寸。从标准模架外形尺寸400mm300mm300mm上看，小于XS-ZY-125型注射机拉杆内向距260mm360mm，能满足模具安装和拆卸要求。（6）开模行程校核。查塑料模具设计向导9表13.2知，XS-ZY-1250型注射机最大开模行程为S=300mm，能满足模具推出制品所需开模距要求。5 浇注系统设计浇注系统是塑料熔体自注射机喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流动一段路径总称，关键应包含主流道、分流道、进料口、冷料穴等几部分。在设计浇注系统时，应考虑塑料
25、成型特征、塑件大小及形状、型腔数、注射机安装板大小等原因。浇注系统设计标准：浇口位置应尽可能选择在分型面上，方便于模具加工及使用时浇口清理；浇口位置距型腔各个部位距离应尽可能一致，并使其步骤为最短；浇口位置应确保塑料流入型腔时，对着型腔中宽大、壁厚位置，方便于塑料流入;避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能立即流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形;尽可能避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不关键位置;浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀流入,并有利于型腔内气体排出。本设计中采取一般流道浇注系统。对浇注系统进行总体设计时，通常应遵照以下基
26、础标准10：（1）了解塑料成型性能和塑料熔体流动特征；（2）采取尽可能短步骤，以降低热量和压力损失； （3）浇注系统设计应有利于良好排气； （4）预防型芯变形和嵌件位移；（5）便于修整浇口以确保塑件外观质量；（6）浇注系统应结合型腔部署综合考虑 ； （7）尽可能降低因开设浇注系统而造成塑料凝料用量。5.1 总体设计在浇注系统设计之前，我们首先要选定进料口位置，为选择适宜进料口位置。分析塑件可知, 该塑件外表面很光洁,为了满足制品表面光滑要求和提升成型效率采取潜伏式浇口。该浇口分流道在模具分型面上，而浇口却斜向开设在模具隐蔽处。塑料熔体经过型腔侧面或推杆端部注入型腔，所以塑件外表面不受损伤，不致
27、因浇口痕迹而影响塑件表面质量和美观效果。采取潜伏式浇口形式，又模具设计为一模两腔，而且综合型腔布局，确定浇注系统总体结构以下图所表示（对成部署）： 图7 浇注系统Fig 7 Gating system5.2 主流道设计依据选择XS-ZY-125型号注射机相关尺寸得 喷嘴前端孔径：； 喷嘴前端球面半径：； 依据模具主流道和喷嘴关系: 取主流道球面半径：； 取主流道小端直径：； 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为，取其值为，经换算得主流道大端直径为,故主流道各部分直径以下图所表示（其中L需依据模板厚度确定）：图8 主流道各部分尺寸Fig 8 Size of the var
28、ious parts of the mainstream of Road5.2.1 冷料穴和拉料杆设计冷料穴在主流道正对面动模板上，或处于分流道末端。其标称直径和主流道大端直径相同或略大部分，深度约为直径11.5倍。它作用是搜集熔体前锋冷料，预防冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种，一个专门用于搜集、贮存冷料，另一个除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料作用11。这里冷料穴设计成兼有拉料作用冷料穴，在圆管形冷料穴试底部装有一根Z形头拉料杆，这种兼有拉料作用冷料穴是最常见一个。其结构尺寸以下：图9 冷料穴和拉料杆Fig 9 Cold material point shot and drawing
29、 materials5.3 分流道设计分流道设计标准即应使熔体较快地冲满整个型腔，流动阻力小，熔体温降小，而且能将熔体均衡地分配到各个型腔。常见分流道截面形状有圆形、半圆形、U形、梯形、矩形等，其中：圆形截面分流道比表面积最小，热量不轻易散失，流动阻力最小，单位填充时间最短。综合各方面原因考虑，此处分流道截面为圆形形式。分流道直径计算，可由以下经验公式计算： （塑料模设计手册12公式557.P188）式中：D各级分流道直径（mm）； W流经该分流道熔体重量（g）； L流过W熔体分流道长度（mm）。经估算得第一级分流道直径分别为D1=6mm,故分流道尺寸以下图所表示：图10 分流道1Fig 10
30、 Shunt 1流道表面粗糙度: 。查表塑料模设计手册12表5-39和表5-40可知ABS许可最小分流道尺寸为7.6mm,推荐值为4.89.5mm,所以本设计符合要求。第三级分流道（即和进料口相连那段分流道）设计为圆锥形，方便于脱模，其尺寸图11所表示：图11 分流道 2Fig 11 Shunt 25.4 进料口设计进料口也称浇口，进料口形式也有很多个，此处采取是点进料口形式。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小部分，但却是浇注系统关键部分。浇口位置、形状及尺寸对塑件性能和质量影响很大。浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两种。非限制性浇口起着引料、进料作用；限制性浇口首先经过截面积忽然改变使分流道输送来塑料熔体流速产生加速度，提升剪切速率，使其成为理想流动状态，快速而均衡地充满型腔，其次改善塑料熔体进入型腔时流动特征，调整浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔预防塑料熔体倒流，并便于浇口凝料和塑料分离作用。潜伏式浇口也称隧道浇口或剪切浇口。它是点浇口在特殊场所下一个应用形式，含有点浇口一切优点，所以已获广泛应用。潜伏式浇口潜入分型面一侧，沿斜向进入型腔
