塑料开关盒外壳模具设计

1塑料开关盒外壳模具设计许兆创南京理工大学机械工程学院机械工程及自动化，江苏省南京市，210094E-Mail:[e-mail]0701500441摘要：本文主要围绕开关盒外壳模具的设计来展开分析与计算及过程。文中就塑料模具分析、方案的确定和运用IMOLD对塑料开关盒外壳模具的详细设计过程展开详尽的说明。关键词：任务要求、塑件分析、方案的确定、型芯型腔、浇注系统、模架设计、顶出机构、冷却系统、标准件。1.绪论塑料注塑成型具有适应性广、塑件的内在和外观质量均较好、生产效率高、易于实现自动化生产的优点，被广泛用于各种塑料制作的生产，因此，注塑模在塑料成型模具中占有相当重要的地位。1.1注塑模具的现状与应用塑料工业近20年来发展十分迅速，早在7年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具产量中约半数以上是注塑模具。注塑模具是生，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用高质量的要求。电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。1.2注塑模具的设计步骤（1）确定型腔的数目。条件：最大注射量、锁模力、产品的精度要求、经济性。（2）选择分型面。应以模具结构简单、分型容易且不影响塑件的外观和使用为原则。（3）确定型腔的布置方案。尽可能采用平衡式排列。（4）确定浇注系统。包括主流道、分流道、浇口、冷料穴等。（5确定脱模方式。根据塑件所留在模具的不同部位而设计不同的脱模方式。（6确定调温系统结构。调温系统主要由塑料种类所决定。全球模具网（7）确定凹模或型芯采用镶块结构时，命题地划分镶块并同时镶块的，可加工性及安装固定方式。（8）确定排气形式。一般排气可以利用模具分型面和推出机构与模具的间隙，而对于大型和高速成型的注射模，必须设计相应的排气形式。（9）决定注射模的主要尺寸。根据相应的公式计算成型零件的工作尺寸及决定模具型腔的侧壁厚度、型腔底板、型芯垫板、动模板的厚度、拼块式型腔的型腔板厚度及注射模的闭合高度。（10）选用标准模架。根据设计、计算的注射模的主要尺寸，来选用注射模的标准模架，并尽量选择标准模具零件。（11）绘模具的结构草图。绘制注射模的完整的结构草图，绘制模具结构图是模具设计的十分重要的工作。21.3课题任务要求本课题是塑料开关盒外壳，主要利用solidwork三维设计软件及模具设计插件IMOLD实现模具的设计与制造，结合Pro/E计算体积等。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件三维造型设计。基于IMOLD设计塑料模具，则模具的整个制造过程可以采用并行的工艺路线，如图1.3-1所示：塑件三维实体设计用参照零件和工作建立模具装配模型设置收缩率对参照零件进行开模检测和厚度检测修改参照零件Y零件是否需要改动N设计分型面设计浇注系统设计冷却系统拆模，生成模具成型零件三维模型充模仿真，生成模塑件三维模型开模仿真及干涉检测用塑料顾问进行流动及填充分析顶出系统及总装配设计生成二维工程图图1.3-1基于IMOLD塑料模具设计的基本流程2.塑件分析及设计方案确定图2-1所示为开关盒外壳塑料零件的三视图和立体图：3图2-1三视图和立体图2.1.1结构分析如下从零件图上分析，该零件外形为椭圆，塑件成型壁厚较薄(1.15mm)，成型时易发生翘曲、变形；其产品内部结构成型较困难,因此，模具设计时必须注意设置动模顶出机构，该零件属于中等复杂程度。2.1.2表面质量分析该零件的表面除要求没有缺陷、毛刺，内部不得有导电杂质外，没有特别的表面质量要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2.2塑料的选材及性能分析本塑料件对外观质量要求较高，尺寸精度较高，不得有裂痕，缺口、擦伤及明显变形，如图所示。用ABS塑料注塑成型。图2.2-1开关盒外壳塑料零件图2.2.1塑件材料的使用性能4ABS外观为不透明呈象牙色粒料，具有高光泽度，相对密度为1.05左右，吸水率低，同其他材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理，氧指数为18～20，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，并发出特殊的肉桂味。优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用，耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，力学性能受温度的影响较大，电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用学性能。主要用于外壳和各种家用电器产品。2.2.2塑件材料的加工特性（1）结晶性塑料，吸湿性小，可能发生熔体破裂，长期余热金属接触已发生分解；（2）流动性极好，溢边值0.03mm左右；（3）冷却速度快，浇注系统及冷却系统的散热应适度；（4）成型收缩范围大，收缩率大，已发生缩孔、凹痕、变形，取向性强；（5）注意控制成型温度，料温低时取向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件无光泽，已产生熔接痕、流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形；（6）塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以防止应力集中。2.2.3ABS塑料的物理常数及成型温表表1ABS塑料的物理常数及成型温表密度g/cm31.0～1.1压缩比1.8～2.0成型温度范围℃180～240热导率（10−4J/cm·s·℃)20.942.3设计方案的确定（1）确定分型面分型面是分开模具，取出制品的面。注射模具有一个分型面和多个分型面的模具。结合相关零件的特点，选择零件的最大端即零件的低面为分型面，这样，在开模时容易取出零件。具体的形式如图2.3-1所示：图2.3-1分型面5（2）确定行腔数及其排列考虑成型因素，采用1模２腔。（3）确定浇注系统该模具采用侧浇口形式，浇口开设在分型面上，塑料从工件的侧面进入，这种交口几乎可以应用于各种塑料、各种塑件的成型。（4）确定脱模方式进行开模，采用推杆就能把留在动模上的塑件推脱，推杆固定在模具的推杆固定板上，由注塑机顶出装置推动，实现零件的脱落。（5）确定型腔、型芯结构和固定方式模具的动模（型腔）、定模（型芯）采用的是定位螺钉固定和压板固定的结构，这样便于磨损后可以更换。（6）确定冷却及排气方式由于ABS塑料成型时的模具温度为50～100度，故模具不需要专门设置加热装置，只要设置冷却冷却系统即可，但注塑前要对模具进行预热，使模具温度达到80度左右再注塑。该产品成型在动模部分较少，所以模具动模部分将不考虑设冷却系统；定模冷却系统设计为串联冷却方式，利用铜管镶入模具冷却孔内串联冷却。排气主要是通过分型面间隙排出，而不必再开设专门的排气槽。（7）注射量的计算注射量是指注射剂在对空注射的条件下，一次注射所能达到的最大注射体积（或质量），用V（G）示，单位为cm3（g）。通过Pro/E计算得到如下数据：体积=8.1058970e-06米^3，质量=8.1058970e-06公斤则V=8.1058970e−6m3=8.1058970cm3，一模两件，所以2V=16.21cm3计算塑件的重量：根据设计手册可查得ABS塑料的密度为1.0厘米^3，故塑件的质量：G=pv=1.0×16.21=16.21g3.开关盒外壳注射模的详细设计3.1注射量的计算3.1.1数据准备在IMOLD中运用工具栏的数据准备、项目管理两个功能进行数据准备、拔模分析、创建方案。数据准备包挂数据准备、编辑衍生零件和拔模分析三部分。数据准备就是对原始产品模型进行编辑，为模具设计及提供合适的产品模型。调整产品模型方向，保证开模方向正确，顺利分模。调整前后分别如图3.1.1-1和图3.1.1-1所示6图3.1.1-1调整前制件模型图3.1.1-2调整后之间模型坐标编辑衍生零件就是对经过“数据准备”处理过的产品模型重新指定新的方向。拔模方向是用来对拔模角度进行分析的工具。对零件拔模角度和跨立面进行分析操作，利用此功能，用户可以设置拔模角度，并可以确定型芯面、型腔面、零面和跨立面。图3.1.1-3拔模分析创建方案，选择材料为ABS，设置收缩率。图3.1.1-4为创建方案3.2型芯和型腔型芯和型腔是模具设计中最重要的部分之一，分模的质量直接影响模具的加工制造。由于型芯和型腔直接与高温高压的塑料相触粉末中型芯与型腔的质量直接关系到制造质量。在IMOLD中，型芯/型腔设计模块提供了创建型芯、型腔和侧型芯的工具，即分模功。分模功能可以通过指定的形状和尺寸来创建用于型芯和型腔两件的原始模坯零件，并对设置收缩率的产品模型收索分型面和分型线，并搜寻型芯和型腔表面、对破孔进行修补，从而分离出所需的型芯和型腔零件。1)定于分型线运用IMOLD工具栏中的型芯/型腔工具，通过插入基准面、分割线来修改后然后重新自动搜索分型。7图3.2-1分型线2)定于分型面运用工具栏中的分型面工具，自动搜索分型面。图3.2-2分型面参数和爆炸图3）修补通孔运用工具栏中的补孔工具，通过自动补孔完成通孔的修补。4）创建延展曲面运用工具栏的延展面工具完成延展面的创建。8图3.2-3延展曲面5)复制曲面运用工具栏的拷贝曲面工具，缝合复制型芯面。6)创建模坯运用工具栏中的型芯/型腔设计工具创建模坯。图3.2-4创建模坯结果图3.2-5型芯零件图3.2-6型腔零件93.3布局和浇注系统设计IMOLD中提供了模腔布局和浇注系统模块，分别对模具布局和浇注系统进行设计。1）添加模具布局运用工具栏中的模腔布局工具，创建型腔数为2的对称布局。图3.3-1模腔布局图3.3-2模腔布局参数2创建浇口运用工具栏中的浇注系统工具，在型腔侧创建侧浇口，完成浇口设计。图3.3-3浇口位置10图3.3-4浇口示意图和参数设置3）创建分流道运用工具栏中的浇注系统工具，完成分流道的设计。图3.3-5分流道3.4模架设置1）添加模架运用IMOLD工具栏中的模架设计工具，创建模架，供应商选用DME公司生产的类型TypeR型号N2025模架。修改厚度，最后完成模架的设置。图3.4-1模架厚度参数2）增加透明度运用模具设计工具，通过工具透明命令，增强透明色。11图3.4-2增加模架的透明度3）清除多余元件运用模具设局工具清除零厚度的模板及模架中没有的组件。4）连接型芯和型腔镶块通过型芯型腔工具，选择两个型腔镶块作为被连接的组件，同样连接的方法连接型芯。5）加入型腔模块上的螺钉运用智能螺钉的工具，增加螺钉图3.4-3螺钉参数6）加入型芯模块上的螺钉运用智能螺钉的工具，增加螺钉12图3.4-4增加螺钉的效果3.5顶出机构注塑模具必须有准确可靠的顶出机构，以便在每一个循环中将塑件从型腔内或型芯上自动脱出模外。而推杆脱模机构是最常见的一种形式。1）添加顶杆运用顶杆设计的工具，增加顶杆。图3.5-1顶杆尺寸13图3.5-2定义顶杆参数图3.5-3顶杆参数示意图2）添加扁平顶杆由于制作有较深的成分部分，而且必须用扁头顶杆顶出，所以要添加扁平顶杆。运用工具栏中的顶杆设计工具，增加扁平顶杆。图3.5-4扁平顶杆参数14图3.5-5扁平顶杆参数示意图3）修剪顶杆通过顶杆设置工具运用裁剪顶杆命令曲面裁减掉顶杆。图3.5-6修剪顶杆后的效果3.6冷却系统设计模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产效率，用流动的水对模具进行冷却，在注塑完成完成后将循环冷却水注到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，实现零件的冷却。为了提高冷却效率，获得质量优良的住宿制品，模具的冷却系统可按照下列原则进行设计：a）动定模和型腔的四周应均匀的布置冷却水道，尽量使冷却平衡。b）冷却水孔孔间距越小，直径越大，则对塑件冷却越均匀。c）水孔与相邻型腔表面距离相等。d）采用并流流向，加强浇口处的冷却。e）降低入水和出水温差。f）冷却水道不应该过镶块或其它接缝部件，以防漏水。1)创建智能点运用智能