1、PCB板导轨注塑模设计说明书PCB板导轨注塑模设计说明书1 绪论1.1 模具工业在国民经济中的重要作用模具是工业生产的基础工艺装备，振兴和发展我国的模具行业。在机械装备工业的生产中，模具行业起着非常重要的作用，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成形。在电子、汽车、电动机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形。而且工程塑料、橡胶、粉末冶金、玻璃成型、瓷制品等工艺也都需要用模具来完成批量生产。它的使用能大大的提高生产效率、缩短生产周期、保证质量、节约材料、降低成本同时也有很高的精度和高复杂度，给企业带来好的经济效益。这让模具成为发展和实现材料成型不可缺少的
2、工具，也是工业生产中应用极为广泛的重要工艺装备。模具被称作为“效益放大器”，用模具生产的最终产品价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具技术，特别是制造精密、复杂、大型、长寿命的模具技术，能反映出一个国家生产产品的先进性和竞争力，模具技术水平的高低已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。随着近代工业的发展和产品更新换代的速率加快，我国对于模具的需求量逐渐增加，对模具设计和制造水平不断提出更高的要求。模具工业在我国国民经济中的重要地位和作用表现在以下几个方面：第一，国民经济的五大支柱产业-机械、电子、汽车、石化、建筑等工业都需要大量的模具并要求模具工业的发展与之相适应。特别是汽车大型覆
3、盖件模具、精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都与这些支柱产业发展的需要相差甚远。第二，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。模具的开发和制造水平的提高，还有赖与数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的作用，也要与电子信息等高新技术嫁接实现高新技术产业化。例如，属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲模和精密冲压模具；数字化电子产品的发展，没有精密模具业不行。因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。第三，模具工业又是高新技术产业化的重要领域，用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业
4、技术进步的关键环节。CAD/CAE/CAM技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的应用，使得模具的设计制造技术发生重大变革。第四，模具工业是装备工业的一个组成部分。模具设计与制造新技术被列为国家紧缺人才培养计划，”十五”规划提出，要走新型工业化道路，要坚持以信息化带动工业化，以工业化促进信息化，要用高新技术和先进技术改造传统产业，大力振兴装备制造业。我国目前正在成为国际制造中心，成为制造业大国，而模具是各种产品大批量生产的基础装备，没有模具就不能实现批量生产，提高质量，降低成本，一个国家从制造大国走向制造强国，模具在其中扮演至关重要的角色。1.2我国模具工业的现状我国模具工业起步晚和工业发达
5、国家相比有很大的差距。但改革开放以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，尤其是国民经济的高速发展，大大提高了模具的商品化程度，推动了模具技术和模具工业的迅速发展。这让我国模具工业的面貌发生了根本性的变化，有以下几个方面：一、我国模具模具工业从附属行业逐步发展成了有相当规模的、具有高技术行业特征的资金密集型、技术密集型装备制造产业。二、模具的生产进入到了数字化、信息化设计的现代化工业生产的时代。三、制造业的发展拉动了模具工业的发展，模具业的发展给予制造业强劲有力的支持。四、模具产品结构更加的合理。按照产品材料的不同，成形的方法不同，模具分为10大类，主要有冲压模注塑模、
6、锻造模、锻模等。五、模具水平大幅提高。以大型、精密、复杂、长寿命模具为代表的高水平的模具比例达到了35%以上，如汽车覆盖件模具已能生产B级车整车模具，寂寞美好加工精度已能到达0.5微米，塑料模具到达了微米级，适应IT产业发展的需求等等。六、为模具制造配套的服务的体系日趋完善，我国模具工业体系基本完善。模具的应用越来越广泛，其适应性业越来越强，已成为工业国家进行各项生产及运作中必不可少的一部分和当代工业生产的重要手段和发展方向之一。现在产品的质量、效益和新产品的开发能力很大程度上取决于模具。近年来，随着塑料工业的高速发展以及工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用围也子啊不断的扩大，如
7、家用电器、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例在快速的增加着。一个合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料花的程度不断上升。1.3 塑料模具工业和技术今后的主要发展方向塑料制品生产中先进合理的成型工艺、高效的设备、设先进的模具是必不可少的重要因素。塑料模具对实现塑料成型工艺要求和塑件使用要求起着十分重要的作用。由于目前工业和民用塑件的产量增大，质量要求越来越高，因而导致塑料模具研究、设计和制造技术迅猛发展。主要呈现在以下几方面：1理论研究不断加深，设计计算更趋成熟由于塑料成型加工原理的研究越深入，使得成型加工重要装备的模具其技术已经由经验设计迈向理论计
8、算发展，这些理论为塑料模具的计算机辅助设计和辅助工程奠定了基础。2注塑模具CAD实用化与集成化（1）注射模具CAD的实用化。是在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越
9、重要的作用。（2）塑料模具CAD/CAE/CAM的集成化。机械技术和电子技术的密切结合，以更多采用图形输出、数控数显、计算机程序控制的设计与加工一体化方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模具在质量、效率上产生一个新的飞跃。3推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成
10、型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。4开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。5应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。6研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。2 注塑件设
11、计2.1 塑件结构功能设计图2-1 PCB板导轨此次设计的PCB板导轨形状简单，此导轨主要应用在电子产品中使PCB能有很好的固定作用并确保导轨不会影响到PCB板的正常工作。在设计的过程中还需要保证塑件的强度和刚度，确定PCB板取出时不会破坏导轨。PCB板导轨的导轨槽采用中心对称结构，能保证导轨的受力均匀。塑件沿脱模方向的外表面一般都应有一定的斜度，以此来减少脱模时的阻力，只有在塑件高度很小（5mm）并采用收缩率较小的塑料成型时，才可以不考虑脱模斜度。由于PCB板导轨加上导槽后的最大尺寸为5mm，因此我们在设计的时候可以不考虑脱模斜度。塑件壁厚的设计需要根据我们的使用要求来确定，例如强度、刚度、
12、绝缘性、重量、尺寸稳定性和与其他零件的转配关系，除了这些之外还要考虑塑件成型工艺要求如顶出的强度和刚度等。在塑件壁厚的设计应遵循如下两项原则：1、尽量减小壁厚减小壁厚不仅可以节约材料，节约能源，也可以缩短周期。2、尽可能保持壁厚均匀塑件壁厚不均匀时，成型中各部分所需要冷却时间不一样，收缩率也不一样，这样就很容易造成塑件的应力和翘曲变形，因此设计塑件时应尽可能减小各部分的壁厚差别，一般情况下应使壁厚差别保持在30%以。此导轨将导槽分成两部分，将中间部分去除，这能够在节省材料的同时也减少对PCB板的摩擦。2.2 材料选择选用热塑性材料ABS，ABS树脂为微黄色或不透明颗粒料，无毒无味；是丙烯腈丁二
13、烯苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油、耐热、耐化学腐蚀；丁二烯使聚合物具有卓越的柔性、韧性、；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性，能改善表面光泽性；抗蠕变和尺寸稳定性好；摩擦因素低，耐磨、耐擦伤性好。因此，ABS具有良好的力学性能和良好的综合性能。ABS材料的收缩率为0.4%0.7%。ABS材料在模具设计方面需考虑一下几点：1、需要采用较高的料温与模温，浇筑系统的流动阻力要小。2、注意浇口位置的选择，避免浇口与熔接痕位于影响制品外观的部位。3、合理设计顶出脱模结构，推出力过大时，制品表面易“发白”，“变浑”。表2-1 ABS塑料的主要技术指标屈服强度/MPa50耐电弧性/s5085热导率/W
14、/（m.K）0.263抗拉强度/MPa38密度/1.021.16热变形温度/(45MPa)(180MPa)9010883103伸长率（%）3524h吸水率（%）0.20.4线膨胀系数/7.0拉伸弹性模量/GPa1.8摩擦因素0.45计算收缩率(%)0.40.7弯曲强度/MPa80熔点/130160比热容/J/(kg.K)1470弯曲弹性模量/GPa1.4马丁耐热温度/63表22 ABS塑料注射成型条件塑料ABS注射时间（s）35预热温度（）时间（h）808523料筒温度（）后断中断前段150170165180180200喷嘴温度（）170180模具温度（）5080注射压力 (MPa)60100
15、保压压力（MPa）5070成型时间（s）注射时间高压时间冷却时间总周期2090052012050220适应注射机类型螺杆、柱塞均可后处理方法温度时间红外线、烘箱70243 注塑成型3.1 注射成型工艺与设备注射成型是塑料成型的一种重要方法，它主要适用于热塑性塑料的成型。很大一部分塑料的注射成型工艺是相似的，塑料注射成型的特点是：成型周期短，能够一次性成型形状复杂、精度高、带有金属和非金属嵌件制件；注射成型的生产率高，易于实现自动化生产；除氟塑料以外，几乎所有的热塑性塑料都可以注射成型。注射用的设备称为注塑机。注射机的结构可以分为三个主要部分，注射装置、锁模装置和模板。注射装置形式有很多，但一般
16、为螺杆式液压驱动，现已发展出了全电动注射装置，更便于自动过程控制。注射成型原理是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的颗粒或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的料筒加热熔融塑化，使之成为粘流熔体，然后再柱塞或螺杆的高压下推动，以很大的流速通过机筒前段的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可从模腔取出具有一定形状和尺寸的塑件制品。3.2 注射机的选择注注射机的结构类型主要有三种：立式、卧式、直角式。由于注射机结构形式的不同，使得我们使用的模具结构也会发生变化。使用在设计注射模时注射机的类型是非常重要的。立式注射机：适宜加工中小型塑件及分两次进行双色注射加工
17、的双色塑件。卧式注射机：使用与各种塑件注射成型，是目前应用最多的注射机。直角式注射机：使用与小型零件及塑件中心部分不容许留有浇口痕迹的特殊零件，应用不甚广泛。因此我们初步选用卧式注射机。根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格估算塑件体积和质量：该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.02-1.16g/cm3，收缩率为0.4%-0.7%，计算其密度为1.08 g/cm3，平均收缩率为0.55。使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积通过计算塑件的体积， ，可得塑件质量为 （3-1）由浇注系统体积，可得浇注系统体积质量为 （3-2）由于塑件的宽度尺寸为1
18、0mm，尺寸并不是很大，可以初步设计为多型腔，型腔数目为2。 故 （3-3） （3-4）塑件尺寸10mm208mm，208mm这个尺寸比10mm大很多，因此在注射机的选择上应注意。根据塑料制品的体积尺寸或质量，初步可选定注塑机型号为XS-ZY-350。注塑机的参数如下：注射机额定注塑量： 注射压力：106.8Mpa 锁模力：2500KN机拉行间距：290mm368mm模板最大行程：260mm最小模具高度：195mm最大模具高度：405mm锁模方式： 液压-机械 注塑机定位孔直径：125 mm喷嘴球半径：SR18喷嘴口孔径：4mm根据塑件的数据初步得到模架的选定：S2035DAI3030804
19、模具设计4.1 确定型腔的数目型腔数目的确定，应根据塑件的几何形状及尺寸、质量、批量大小、交货周期、模具成本等要求来综合考虑。1、按照注射机的最大注射量确定型腔数塑件的每次注射量总和不能超过注射机最大额定注射量80%，其计算方法是： （4-1）故，满足要求。2、按注射机额定锁模力确定型腔数按注射机额定锁模力所需确定型腔数，可以按下式核算： （4-2）式中：F注射机额定锁模力2500kN；塑料对型腔平均压力 30MPa浇注系统在分型面上的投影面积 单个塑件在分型面上的投影面积 故，满足要求。型腔数还可以通过塑件的经济性和制品的精度要求来确定。4.2 分型面的确定分型面是模具动、定模分界面。分型面
20、的选择在注射模设计中占有相当重要的地位。分型面选择得是否合理直接影响到模具的整体结构复杂程度以及塑件质量。分型面选择应遵循以下原则：1、应有利于塑件的脱模与取出，分型面应使塑件在开模后留在脱模机构的部分，一般是留在动模部分。2、应有利于嵌件的安装，由于嵌件一般都是金属件，使用收缩较小，而且在注射成型时一般都粘附在型腔，故选择分型面时考虑将型腔放在动模部分，而使带嵌件的塑件不应留在定模部分，以便于嵌件的安装。3、应有利于模具零件的加工，设计分型面时，尽量要避开斜面及曲面以便于加工。4、应有利于模具结构的简化及便于操作。选择分型面时，应尽量只采用一个与开模方向垂直的分型面，并尽量避免侧向抽芯和侧向
21、分型。如塑件有侧凹及侧孔必须采用侧向分型及侧向抽芯时，应使侧向抽芯尽可能安放在动模上，而避免在定模抽芯。5、应有利于塑件的质量及精度要求。对于有同轴度要求的塑件，在设计时尽可能将型腔设计在同一个型面上，以保证制品的精度。6、应有利于保证塑件的表面质量。选择分型面时，应选在不影响塑件外观和塑件飞边容易修整的部位，以保证塑件表面质量。7、应有利于预防飞边及溢料的产生。当塑件在分型面上的投影面积接近于注射机最大注射面积时，就有可能产生溢料，这样可以采用减小投影面积的方法，减少溢料。8、应有利于排气及确保质量及成型。分型面应尽量选择在塑料流动的末端，以利于排气。9、应有利于制品的成型及模具的制造。对于
22、塑件高，脱模斜度又小的塑件，分型面应选择在中间位置，尽管动、定模设在两边，但易于脱模，又不产生飞边。分型面位置及型腔布置如图4-1所示图4-1 4.3 浇注系统设计4.3.1 浇注系统组成及设计原则浇注系统指模具中有注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。它的作用是将塑料熔体顺利的充满型腔的各个部分，并在填充和保压过程中，将注射压力传递到型腔的各个部分，以获得外形清晰、在质量优良的塑件。由于塑料熔体在模具浇注系统中型腔的压力、温度和剪切速率都是随时变化的，在设计浇注系统中，应加以综合考虑，使得在充模阶段熔体能够尽可能低的表观粘度和较快的速度充满整个型腔；在保压阶段又能通过浇注系统使压力充分地传递到型腔
23、的各个地方，同时通过浇口的适时凝固来控制补料时间，以获得外形清晰、尺寸温度、应力小而且无气泡、缩孔和凹陷的塑料制品。浇注系统又分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。在设计过程中我们选用普通流道浇注系统。浇注系统一般由四个部分组成：主流道、分流道、浇口、冷料井。浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴通向模具型腔的流动通道。浇注系统的设计对制品质量、外观、尺寸精度等产生直接影响。浇注系统设计原则：1、型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象。2、型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。3、系统流道应尽可能短，断面尺寸适当；尽量减小弯折，表面粗糙度要低，使热量及压力损失尽可能小。4
24、、对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间进入各个型腔深处及角落，即分流道尽可能采用平衡式布置。5、满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。6、浇口位置要适当。4.3.2 主流道设计主流道是塑料熔体进入模具型腔时最先经过的部位，它将注射机喷嘴注出塑料熔体导入分流道或型腔。其形状、大小直接影响塑料的流动速度和填充时间，通常由主流道衬套和定位圈组成。由于主流道要与高温塑料及喷嘴反复接触和碰撞，一般将它单独设计成主流道衬套镶如定模板。主流道衬套（浇口套）：由于主流道要与高温塑料熔体和注射机喷嘴反复的接触，所以只有在小批量的生产中，注射模的主流道在注射模的定模板上加工，大部分注射模中主
25、流道部分常设计成可拆卸、可更换的主流道衬套。定位圈：很多注射模具的定位采用单独加设定位圈的方法。 图4-2 主流道主流道设计包括以下几点：（1）锥度：一般在28选取，这里选取2。由于是选用卧式注射机，故主流道带有锥度能使模具在打开时主流道凝料容易脱离定模。（2）径向尺寸：主流道径向尺寸的小端应大于喷嘴孔径0.51mm，这样当主流道与喷嘴同轴度有偏差时，可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来。（3）凹球面R应比喷嘴球径r大12mm，这样可以保证注射过程中喷嘴与模具紧密接触，防止两球面间产生间隙使熔体充入这一间隙，妨碍主流道凝料顺利从定模拉出。半径浇口套进料口直径 （4-3）式中：d注射机喷嘴口直
26、径4mm 球面凹坑半径R （4-4）式中：r注射机喷嘴球头半径18mm4.3.3 分流道设计分流道是连接主流道和浇口的进料通道，作用通过流道截面及方向变化，使熔体平衡的转换流向，进入模具型腔。分流道的截面要尽量比表面积小，这样热量损失小，摩擦损失小，摩擦阻力小。常用的分流道截面积形状有圆形、梯形、U形和六角形。1、分流道截面形状按经验公式估算分流道直径： （4-5）式中 W为流经分流道的塑料量（g）L为分流道长度（mm）D为分流道直径（mm）分流道设计要点：1）、在保证足够的注塑压力使塑料熔体顺利充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过渡。2）、分流道较长时，在分
27、流道的末端应开设冷料井。3）、分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动、定模板上，合模后形成分流道截面形状。4）、分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过渡。流道截面积越大，压力损失越小；流道的截面积越小，热量损失越小。衡量分流道截面形状有效的尺寸是流道的截面积与断面周长之比，称为比断面，用符号S表示。（1）圆形分流道： （2）半圆形分流道： （3）矩形分流道：当时当时当时当时，成为正方形。（4）梯形分流道：它是矩形分流道的变异形式，对矩形截面两边取较大的斜度就称为梯形。一般取5左右。当时当时（5）U形分流道：当时当时从上面的分析得知，断面为圆形和正方形的分流道比断面最
28、大，应用效果应是最好。但圆形和正方形分流道工艺性都较差。圆形分流道要求开设在分型面两侧，对称分布加工难度大。正方形分流道脱出分流道凝料助力大，若取斜度小，实质就变为梯形分流道。从实际上看，梯形分流道和U形分流道是最佳选择。由于梯形截面流动阻力小、脱模好、加工性好、最常选用ABS材料分流道截面尺寸推荐围为4.89.5mm，故流道截面形状采用梯形。宽度尺寸为8mm，长度尺寸为40mm，厚度尺寸为6mm。2、分流道的布置由于是2个型腔，故采用平衡式布置，这样分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相同，可以保证在相同的温度和压力下，使所有的型腔在同一时刻被同时充满4.3.4 浇口设计浇口是连接分流
29、道与型腔之间的一段细短流道，它是浇注系统的关键部分，其主要作用是：型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止倒流；易于在浇口切除浇注系统的凝料。当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的摩擦加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。但浇口尺寸过小会使压力损失加大，凝料加快，补缩困难，甚至出现喷射现象，影响塑件质量。浇口类型选择原则：一，按塑料品种选择浇口；二，按塑件尺寸形状选择浇口；三，按塑件质量要求选择浇口；四，按模腔数量选择浇口；五，按生产要求选择浇口。由于点浇口适用低粘度塑料盒粘度对剪切速率敏感的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等。PCB板导轨形状简单，尺寸精
30、度不高，而且模具是两型腔，并采用ABS材料，我们采用点浇口。采用点浇口有以下优点：1、对浇口位置限制较小，可以比较自由地选择进料部位。2、有利于薄壁长流程和表面带精细花纹图案的塑件成型，可以成型得很清晰。3、塑件的残余应力小，特别是浇口附近。4、从塑件上分离并修整后，几乎看不出浇口痕迹。5、容易从塑件上自行断开，易于实现脱模时塑件自动坠落。6、冻结快，可缩短成型周期。7、多型腔模具中，容易实现各型腔均衡进料。浇口位置选择原则：一，浇口位置应避免熔体喷射充模；二，浇口位置应使熔体取向对塑件性能有利；三，浇口位置应有利于充模流动、补料和排气；四，浇口位置对熔接缝的影响；五，浇口位置对塑件壁厚均匀性的影响，避免塑件变形；六，浇口位置、数量对塑件变形的影响。由上可确定浇口的位置在塑件的中心。4.4 确定脱模方式一般注射模在开模时让塑件留在动模边，利用注射机的开模动作使塑件脱模。由于PCB板导轨形状结构比较简单，能在脱模行程中一次动作完成，故可以采用简单脱模机构或一级脱模机构。脱模机构设计原则：1）尽可能使塑件留于动模一侧，以利用注射机顶出装置推出塑件。2）应选择合适的脱模方式和推出位置，脱模力应分布均匀合理3）脱模机构应运动灵活，工作可靠，制造和维修方便。4）脱模零件应有足够的
