音响设计说明书.docx
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音响设计说明书
摘要
随着制造业和计算机软硬件的发展,模具已经得到了快速发展和广泛的应用,因此对各种塑料制品的模具设计具有重要的理论意义和实际应用价值。
塑料注射成型模具主要应用于热塑性塑料的制作成型,近年来在热固性塑料制作方面的应用也日趋广泛。
由于塑料注射成型工艺优点显著,所以注塑成型模具越来越引起人们的重视。
本论文详细论述了手机外壳热塑性材料成型塑件时所用的整套注塑模具的设计过程,包括塑件的成型工艺,分塑面的选择论证,浇注系统的设计、成型零件的尺寸计算、镶块的固定方式、脱模结构、推出机构、冷却系统以及排气系统等的设计。
论证了成型塑件的方式为注塑成型,采用浇注系统推杆推出的方式推出制件的好处,以及整套模具采用标准模架A1形式的好处。
关键词:
音响注塑模模具结构注塑成型
Abstract
Alongwiththemanufacturinganddevelopmentofcomputerhardwareandsoftware,diehasbeentherapiddevelopmentandextensiveapplication,Soforvariousplasticproducts,themolddesignisofgreattheoreticalandpracticalvalue.
Plasticinjectionmoldingismainlyusedintheproductionofthermoplasticmoulding,inrecentyearsintheapplicationofthermosettingplasticproductionhasbecomemoreandmorewidely.Becauseplasticinjectionmoldingprocesssignificantadvantages,soinjectionmouldscausetheattentionofpeoplemoreandmore,detailedlyexpoundedthermoplasticlyplasticmaterialformingsmoldspiecehourthepersonwhoemploysemployscompletesetofmouldplasticpatterndesignprocess,consistsoftomoldtheformingtechnologyanalysesandbranchmouldtheselectiondemonstratesandpoursintoamouldthesystem,formingsparepartsdimensionscalculationandsetcakefixsmeans,drawingofpatternsorganizationadmittedlyandputsoutorganization,coolingsystemalongwithexhauststhedesignthatsystematicallyawaits.Demonstratedtheformingmoldspiecethemeansisthemouldplasticforming,themeansthatadoptspouringintoamouldthesystematicthrustingrodtoputoutatsparepartsalongwithwhystandardizedstandardshelfA4`sshapeofpatterntheadoptingadvantage.MoreoverbymeansofCADsimulatedeverypatternsparepartshologramalongwiththeirassemblyform.
KeywordAcousticsInjectionMoldStructureDiestructureInjectionmolding
前言………………………………………………………………………………………………5
前言
高分子材料科学是现代自然科学的结晶、是物质科学中的新科学和增长点。
高分子材料的问世改变了20世纪的物质文明,推动了人类社会的进步。
高分子材料已经在人们的衣食住行和国防建设,生态环境等众多领域得到了广泛的应用,并为21世纪物质文明谱写着更辉煌的篇章。
高分子材料包括塑料、合成塑胶和合成纤维。
作为高分子材料之一的塑料,集原料丰富,制造方便,加工容易、质地优良、轻巧耐用、用途广泛和投资效益显著等众多优点于一身,在人们的日常生活中及现代工业生产领域中占有很重要的地位。
采用模具成型的工艺代替传统的切削加工工艺,可以提高生产效率,保证零件质量,节约材料,降低生产成本,从而取得很高的生产效率。
因此,在机电、仪表、化工、汽车和航天航空等领域,塑料已成为金属的良好代用材料并得到了广泛的应用,出现了金属材料塑料化的趋势。
在工业发达国家,据最近数据统计,日本生产塑料模和生产冲压模的企业各占40%;韩国模具专业厂中,生产塑料模的43.9%,生产冲压模的占44.8%;新加坡全国有460家模具企业,60%生产塑料模,35%生产冲模和夹具。
作为最有效的塑料成型方法之一的注射成型技术具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的塑件。
成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现自动化或自动化生产等优点,因此,世界塑料成型模具产量中约半数以上是注射模具。
在我国,模具制造属于专用设备制造业。
中国虽然很早就开始制造模具和使用模具,但长期未形成产业。
直到20世纪80年代后期,中国模具工业才驶入发展的快车道。
。
近年,不仅国有模具企业有了很大发展,三资企业、乡镇(个体)模具企业的发展也相当迅速。
由此可见,虽然中国模具工业发展迅速,但与需求相比,显然供不应求,其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。
由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面,中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距,因此,每年需要大量进口模具。
中国模具产业除了要继续提高生产能力,今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。
结构调整方面,主要是企业结构向专业化调整,产品结构向着中高档模具发展,向进出口结构的改进,中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。
目前,塑料塑件在国民经济和日常生活中的应用日趋广泛,发挥着举足轻重的作用,塑料塑件的加工基本上是通过模具一次成型的。
在众多的成型方法中,注射成型占主导地位,塑料塑件的质量、生产的效率和成本和模具的结构、使用性能密切相关,因此,设计制造出结构合理,使用性能优良的注射成型模具已成为塑料生产厂家关注的焦点。
本次毕业设计题目是:
“音响外壳的注塑模设计”。
注塑模的设计是本专业的主攻方向,是集工程制图、机械工程材料、极限配合与公差、机械零件设计、模具设计基础等相关专业课的综合应用,与本专业的研究内容存在紧密联系。
本设计是对我本人专业课掌握程度的一个综合性的体现,由于理论水平,实践经验所限,本设计难免存在错误和考虑不足之处,敬请各位导师以及阅读者批评指正。
第一章音响中控台面设计及其成型工艺分析
1.1塑件的工艺性分析
1.1.1塑件的基本要求
最大几何尺寸:
360x200mm
环境:
室内,使用温度范围0℃~40℃
无化学品接触
电气性能:
电绝缘性好
外观要求:
部件美观,外部光洁性好
根据上述使用要求可归纳产品设计要求为制品材料需要具有一定的抗冲击性并且由于是电子产品的外壳要有良好的电绝缘性,随着数码产品的大量普及价格也不断下跌要求生产自动化程度高,成型周期短
生产自动化程度高、成型周期短,且要求尺寸精度高,有较好电绝缘性。
1.1.2塑件尺寸精度
塑件中的各个尺寸精度要求为IT3,各尺寸可以按照自由尺寸的精度查取公差等级,因此在模具设计和制造中要按照IT3~IT4精度要求设计制造。
1.1.3塑件表面质量分析
①该塑件表面质量要求表面光泽,必须避免在塑件有飞边毛刺,缩孔,流痕等工艺缺陷。
②注意通孔处不出现锐边;
③表面粗糙度只有塑件外形要求Ra3.2,其它部位没有较高粗糙度要求。
1.2制品结构和形状的设计
用Pro/E软件进行音响上盖的三维建模,三维实体模型更加直观的表现了产品造型,可以从各个角度对模型进行观察,软件可以测量并且可以根据三维模型数据使用Pro/E的CAE分析模块--塑性顾问进行熔体的充模仿真,可以验证模具结构的正确性,制品如图
1.3制品材料选择
通用塑料如聚丙烯PP,聚乙烯PE有应用范围广、加工性能良好,价格低廉的优点,但由于其力学性能较差且成型收缩率较大不易成型尺寸稳定的制品故不选用,拿以下两种常用典型材料比较选取。
1.3.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物(ABS)
ABS外观上是淡黄色非晶态树脂,不透明,密度与聚苯乙烯基本相同。
ABS具有良好的综合物理力学性能,耐热,耐腐,耐油,耐磨、尺寸稳定,加工性能优良,它具有三种单体所赋予的优点。
其中丙烯腈赋予材料良好的刚性、硬度、耐油耐腐、良好的着色性和电镀性;丁二烯赋予材料良好的韧性、耐寒性;苯乙烯赋予材料刚性、硬度、光泽性和良好的加工流动性。
改变三组分的比例,可以调节材料性能。
ABS为无定形聚合物,无明显熔点,熔融流动温度不太高,随所含三种单体比例不同,在160~190℃范围即具有充分的流动性,且热稳定性较好,在约高于285℃时才出现分解现象,因此加工温度范围较宽。
ABS熔体具有明显的非牛顿性,提高成型压力可以使熔体粘度明显减小,粘度随温度升高也会明显下降。
ABS吸湿性稍大于聚苯乙烯,吸水率约在0.2%~0.45%之间,但由于熔体粘度不太高,故对于要求不高的制品,可以不经干燥,但干燥可使制品具有更好的表面光泽并可改善内在质量。
在80~90℃下干燥2~3h,可以满足各种成型要求。
ABS具有较小的成型收缩率,收缩率变化最大范围约为0.3%~0.8%,在多数情况下,其变化小于该范围。
注塑是ABS塑料最重要的成型方法,可以采用柱塞式注塑机,但更长采用螺杆式注塑机,后者更适于形状复杂制品、大型制品成型[5]。
其特点为为:
(1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.
(2)与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.
(3)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
(4)流动性比HIPS差一点,比PMMA、PC等好,柔韧性好。
用途:
适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.
成型特性:
(1)无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.
(2)宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为>270度).对精度较高的塑件,模温宜取50-60度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80度.
(3)如需解决夹水纹,需提高材料的流动性,采取高料温、高模温,或者改变入水位等方法。
(4)如成形耐热级或阻燃级材料,生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物,导致模具表面发亮,需对模具及时进行清理,同时模具表面需增加排气位置。
ABS树脂是目前产量最大,应用最广泛的聚合物,它将PS,SAN,BS的各种性能有机地统一起来,兼具韧,硬,刚相均衡的优良力学性能。
ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯。
ABS工程塑料一般是不透明的,外观呈浅象牙色、无毒、无味,兼有韧、硬、刚的特性,燃烧缓慢,火焰呈黄色,有黑烟,燃烧后塑料软化、烧焦,发出特殊的肉桂气味,但无熔融滴落现象。
ABS工程塑料具有优良的综合性能,有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性,成型加工和机械加工较好。
ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类,不溶于大部分醇类和烃类溶剂,而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。
ABS工程塑料的缺点:
热变形温度较低,可燃,耐候性较差。
允许使用温度范围-40℃到80℃
1.3.2聚苯乙烯(PS)
聚苯乙烯是无色无臭的透明刚硬固体,制品掷地时有金属般响鸣。
聚苯乙烯透光率不低于80%,雾度约为3%,折射率较大,在1.59~1.60之间,具有特殊光亮性,但储存时易泛黄。
泛黄原因之一是单体纯度不够,特别是在含有微量元素时;二是聚合物在空气中缓慢老化引起发黄。
聚苯乙烯较轻,密度在1.04~1.065之间。
使用聚苯乙烯可制得有各种各样的制品,如日用品、卫生间用品、玩具、收音机、电视等。
其中,制作电气器具、包装容器和家庭用品称为GPPS和HIPS的三大主要用途。
(1)力学性能聚苯乙烯在热塑性塑料中属于典型的硬而脆塑料,拉伸、弯曲等常规力学性能皆高于聚烯烃,拉伸时无屈服现象。
(2)热学性能聚苯乙烯分子链虽是刚性链,但由于是无定形结构,超过玻璃化温度即开始软化,软化点仅95℃左右,许多力学性能都受到温度升高的明显影响。
最高连续使用温度仅60~80℃。
120℃开始成为熔体,180℃后开始具有流动性,其热稳定性较好,超过300℃才开始分解,因此聚苯乙烯具有较高的成型加工区间。
(3)电性能聚苯乙烯是非极性聚合物,具有颇为优异的介电、电绝缘性能,由于吸湿性很小,电性能也不受环境湿度改变的影响。
其加工性能为:
吸湿性很小,加工前一般不需要专门的干燥工序;成型温度范围较宽收缩率及其变化范围都很小,一般在0.2%~0.8%;有利于成型出尺寸精度较高和尺寸较稳定的制品[1];聚苯乙烯制品容易产生内应力,并且在空气中会缓慢老化引起发黄很显然不适合选用。
表2.1:
两种材料性能参数表
ABS
PS
密度
1.05
1.04~1.06
收缩率
0.3~0.8
0.2~0.8
熔点
130~160
131~165
热变形温度(45N/cm²)
65~98
65~90
模具温度
60~80
40~60
喷嘴温度
180~190
160~170
中段温度
180~230
170~190
后段温度
150~170
140~160
注射压力
60~100
60~100
塑化形式
螺杆式柱塞式
螺杆式柱塞式
拉伸强度
33~49
35~63
拉伸弹性模量
1.8
2.8~3.5
弯曲强度
80
61~98
弯曲弹性模量
1.4
-
压缩强度
18~39
80~112
缺口冲击强度
11~20
0.25~0.40
硬度
R62~86
洛氏M65~80
体积电阻率
1016
1017~1019
介电常数
60Hz2.4~5.0
106Hz≥2.7
击穿电压
-
19~27
外观
浅象牙色或白色不透明
无色透明、摔打音清脆
特点
耐热、表面硬度高、,尺寸稳定、耐化学及电性能好,易成型加工,可镀铬
耐水、耐化学品、绝缘性好、不耐冲击不耐温
材料最终选定为ABS,其综合性能优异,具有较高的力学性能,流动性好,易于成型;成型收缩率小,理论计算收缩率为0.5%;溢料值为0.04mm;比热容较低,在模具中凝固较快,模塑周期短。
制件尺寸稳定,表面光亮。
由于这款音响的外形为一个矩形,所以其的外形尺寸为一个长a为360㎜,宽b为200㎜,高h为100mm。
厚t为2㎜的矩形,再去掉中间的各个圆形,该塑件的基本外形尺寸就出来了。
也可以用Pro/E来进行测量。
音响外壳的体积为V=362.409㎝
查表得塑料ABS的密度为1.05g/cm
单件塑件重量级m=362.409
1.05g=380.53g
1.4注射工艺选择
1.4.1工艺难点分析
音响上盖为外观件,要求零件表面平整光滑,无翘曲、皱折、裂纹等缺陷,周口部高度差不可过大,以保证与下盖的严密配合。
零件的曲面较为复杂,尺寸精度很高,由于零件为薄壁制件,外形很不规则,这些就造成了成形时容易受到各种因素影响引起制品翘曲变形的问题。
工艺流程大体如下:
混料—干燥—螺杆塑化—充模—保压—冷却—制品后处理
1.4.2ABS塑料的干燥
ABS塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大,在加工前进行充分的干燥和预热,不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹。
ABS原料需要控制水分在0.3%以下[1]。
注塑前的干燥条件是:
干冬季节在75~80℃以下,干燥2~3h,夏季雨水天在80~90℃下,干燥4~8h,干燥达8~16h可避免因微量水汽的存在导致制件表面雾斑。
在此,由于音响外壳属批量件要求自动化程度高实现连续化生产选用烘干料斗并装备热风料斗干燥器,以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[2]。
(1)ABS塑料的注塑成形工艺参数:
注射类型:
螺杆式
螺杆转速:
30~60r/min
喷嘴类型:
形式 直通式;温度 180~190°C
料筒温度:
前段200~210°C;中段210~230°C;后段180~200°C
模具温度:
50~70°C
注射压力:
70~90MPa
保压力 :
50~70MPa
注射时间:
3~5S
保压时间:
15~30S
冷却时间:
15~30S
成型时间:
40~70S
ABS塑料非牛顿性较强,在熔化过程温度升高时,其熔融降低很小,但一旦达到塑化温度(适宜加工的温度范围,如220~250℃),如果继续盲目升温,必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融粘度增大,注塑更困难,制件的机械性能也下降[3]。
1.4.3注射压力
ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高,在注射时要采用较高的注射压力。
但并非所有ABS制件都要施用高压,考虑到本制件小型、构造不算非常复杂、厚度中等可以用较低的注射压力。
注制过程中,浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。
压力过小,塑料收缩大,与型腔表面脱离接触的机会大,制件表面容易雾化。
压力过大,塑料与型腔表面摩擦作用强烈,容易造成粘模[4]。
1.4.4注射速度
ABS塑料采用中等注射速度效果较好。
当注射速度过快时,塑料易烧焦或分解析出气化物,从而在制件上出现熔接痕、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。
并且音响壳为薄壁制件,要保证有足够高的注射速度,否则难以充满。
1.4.5模具温度
ABS的成型温度相对较高,模具温度也相对较高。
一般调节模温为75~85%,当生产具有较大投影面积制件时,定模温度要求70~80℃,动模温度要求50~60℃。
音响属中小型制件,形状也不算复杂不用考虑专门对模具加热。
1.5塑件的结构工艺分析
1.5.1尺寸分析
由于塑件的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动,而本塑件的配合精度不高,所以塑件公差数值根据《模具设计与制造简明手册》中表2-17确定。
精度等级根据表2-18选择,由于所用材料为ABS所以确定其采用一般精度,为4级精度,无公差值者,按8级精度取值。
1.5.2脱模斜度分析
由于塑件在冷却收缩时,会使它包紧在模具型芯或者型腔中的凸起部分。
因此为了便于从塑件中抽出型芯或者从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉住塑件,因此根据《模具设计与制造简明手册》中表2-19中查得:
型腔的脱模斜度选40ˊ~1°20ˊ;型芯选35ˊ~1°。
1.5.3表面精度分析
由于塑件的外观要求比较高,而且还要一定的手感,所以表面粗糙度有较高要求,一般模具的表面粗糙度要比塑件的要求低1~2级.所以塑件的表面粗糙度在
0.8~0.2之间。
我们选取0.8。
1.5.4模型形状分析
塑件在满足功能的要求下,其内外表面应尽可能保证有利于成型和降低成本以及简化模具的复杂度。
根据PRO/E分析的最佳浇口位置来选择注塑点,其位于音响上盖的顶上,但是由于塑件的外表面的光洁度有很高要求,所以可以在浇注后残留的不平整处用生产厂家的商标给予覆盖!
1.5.5模型壁厚分析
塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响,壁厚过小成型时流动阻力大,大型塑件就难以充满型腔。
塑件壁厚的最小尺寸应满足一下几方面要求:
具有足够的强度和刚度;脱模时能够受推出机构的推出力而不变形;能够受装配时的紧固力。
查热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚可知,所以本塑件壁厚选2mm。
第二章成型零件工作尺寸的计算
2.1型腔成型尺寸计算
常用型腔成型尺寸的计算方法主要有两种:
平均收缩率法和公差带法,两种计算方法的区别在于平均收缩率法计算公式是建立在塑件的成型收缩率和成型零件工作尺寸的制造偏差及其磨损量分别等于它们各自平均值基础上,当塑件的尺寸精度要求较高或塑件尺寸比较大时,这种误差有可能会显著增加,这时一些模具设计单位就采用公差带法来进行尺寸计算,平均收缩率法计算简单无需验算而公差带法计算复杂需要经过多次初算验算,且考虑因素较多[9]。
考虑到音响模具较简单制造成本低,设计时间短故按平均收缩率法计算成型尺寸比较简单易行[7]。
采用δZ,δC取固定值的平均收缩率法:
Lm---------型腔的径向工作尺寸
Ls---------塑件的径向图样尺寸
--------收缩率的平均值,查表得ABS收缩率范围是0.03~0.08
△---------塑件尺寸公差
δZ--------型腔制造公差
δC--------型腔最大许用磨损量,δz取为塑件尺寸公差△的三分之一
2.1.1型腔径向尺寸计算
以最大径向尺寸计算,测量得Ls为360mm,塑件精度选为MT2对应的型腔加工精度为IT9,以该精度查型腔的尺寸公差表,按照A类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△=0.14mm,δz=△/3=0.047mm
2.1.2型芯径向尺寸
以型芯最大径向尺寸计算,测量得Ls为360mm,塑件精度选为MT2对应的型腔加工精度为IT9,以该精度查型腔的尺寸公差表,按照A类受模具活动部分影响的尺寸公差查表得△=0.14mm,δz=△/3=0.047mm
2.1.3型腔深度尺寸
型腔深度为100mm,以IT9精度等级制造型腔查手册,按B类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△=0.087mm,δz=0.029mm
2.1.4型芯高度尺寸
塑件高度尺寸为100mm,以IT9精度等级制造查手册得,按A类不受模具活动部分影响的尺寸公差值查表得△=0.087,δZ=0.029mm
下图为型芯尺寸图
2.2模具型腔侧壁和底板厚度的计算
在注射过程中,模具型腔将受到熔体的高压作用,所以应具有足够的强度和刚度,如型腔侧壁和底板厚度过小,可能因强度不够而产生塑性变形甚至开裂。
因刚度不足而产生扰曲变形,导致溢料和出现飞边。
降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模,所以应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚。
模具型腔壁厚的计算,以最大压力为准,而最大压力是在注射时,熔体充满型腔的瞬间产生的,随着塑料的冷却和浇口的冻结,型腔内的压力逐渐降低,在开模时接近常压。
理论分析和生产实践表明,大尺寸的模具型腔,刚度不足是主要主要矛盾,型腔壁厚应以满足刚度条件为准;由于本塑件属于大型塑件,故因以型腔的壁厚的刚度为准。
由于模具的特殊性,刚度计算条件一般从下面三个方面来考虑:
(1)模具成型过程中不发生溢料
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