通用手机电池充电器外壳注塑模设计及.ppt

通用手机电池充电器外壳注塑模设计及编程 班级机电2班姓名庄勇学号20030346 本论文的目的 意义意义模具设计工件是需要非常专业的知识和多年的经验才能胜任的 随着我国机械行业的飞速发展 模具设计工程师越来越短缺 已经严重制约了模具行业的健康发展 在广东 浙江 上海 江苏等地找到五年以上设计经验的模具工程非常困难 而刚刚毕业的模具专业的学生又远远不能满足企业的需要 通过本次毕业设计实践 采用CAD CAM MasterCAM UG Per E 技术可以使设计者从繁沉计算和绘图工件中得到解脱 采用人机结合 各尽所长 充分发挥其人的创造思维能力 控制设计过程 使模具设计趋于合理化 而计算机则发挥其计算分折和储存信息的能力 两者结合 发挥各自的优势 有利于获得最优的设计成果 缩短开发周期 采用CAE技术 可以实现在计算机上 试模 即对整个注射过程进行仿真分折 抱括 填充 保压 冷却 纤维取向 结构应力和收缩 以及整个塑料封装成型和热固性塑料流动分折 预测未来产品可能纤维出现的缺陷 对存在的问题在设计阶段予以解决 直至提出最优的设计参数 使一次试模成为可能 实现并行工程 从而可以加快产品的开发进程 降低试模成本 提高生产效率 模具工业在国民经济中的地位 模具是制造业的一种基本工艺装备 它的作用是控制和限制材料 固态或液态 的流动 使之形成所需要的形体 用模具制造零件以其效率高 产品质量好 材料消耗低 生产成本低而广泛应用于制造业中 模具工业是国民经济的基础工业 是国际上公认的关键工业 模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 它在很大程度上决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 振兴和发展我国的模具工业 正日益受到人们的关注 早在1989年3月中国政府颁布的 关于当前产业政策要点的决定 中 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位 模具工业既是高新技术产业的一个组成部分 又是高新技术产业化的重要领域 模具在机械 电子 轻工 汽车 纺织 航空 航天等工业领域里 日益成为使用最广泛的主要工艺装备 它承担了这些工业领域中60 90 的产品的零件 组件和部件的生产加工 手机充电器前景 在兴旺的手机产业带动下 手机充电器制造商对行业前景保持乐观 中国大陆是全球手机充电器的最大生产基地 拥有超过100家手机充电器制造商 其中大多数为中小型公司 平均每家厂商的月产能为60万以上 这些公司多数也生产其它手机附件 主要聚集在广东省 尽管过度竞争导致市场出现一些衰退 期待2005年中国大陆的总出货量和出口继续增长 旅行充电器和车用充电器是主流产品 市场上还出现桌面和紧急用充电器等丰富产品线 包括带有不同手机厂商连接器的通用充电器 另外 中国大陆出口的手机充电器产品几乎都有CE认证 最近几年 供过于求导致香港地区出口增长减速 厂家将研发重点放在提高产品外形设计和增加用户友好性方面 塑件工艺分析 1 1塑件的结构要素其内腔存在很多孔和凸台 结构较复杂 该塑件为手机允电器外壳 要求有一定的强度 刚度 耐热和耐磨损等性能 同时作为手机充电器 必须满足绝缘性 结合以上要求以及经济因素 故该塑件采用ABS塑料 1 脱模斜度 脱模斜度足为了便于塑件的脱模 以免在脱模过程中擦伤制品表面 其大小取决于塑料的收缩率 脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定 塑件内孔以型心小端为准 尺寸符合图纸要求 斜度沿形状扩大方向标出 塑件外形以型腔大端为准 尺寸符合图纸要求 斜度沿形状减小方向标出 要求开模后塑件留在型芯上 塑件表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度 根据ABS的性能 型芯的脱模斜度取1 2 加强筋 为了使塑件有一定的强度和刚度 又能避免因壁过厚而产生成型缺陷 在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋 厚度2mm 3 塑件的圆角 为了防止塑件转角外产生应力集小 需要在塑件的转角处或内部连接处采用圆角过渡 内外径均取R5mm 塑件形状工艺性非常复杂 没有一个规则的外表面 里面又有很多螺钉柱和加强筋 使得脱模力增大 塑件的下平面又有仅1mm的台阶 采用推板推出必然导致螺钉柱拉断 使得注塑工艺无法进行 所以 在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆 以便推出塑件 4 塑件的壁厚 塑件壁厚对塑件的成型 冷却及变形会产生较大的影响 塑件壁厚不均 会导致各个部分固化收缩不均匀 易产生气孔 裂纹 内应力等缺陷 根据手机充电器外壳的材料 结构 强度等方面的要求 壁厚取2mm 5 孔 制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位 孔的形状也应力求不增加模具制造工艺的复杂性 6 支承面 以制品的整个底面作为支承面是不合理的 因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平 通常采用凸起的边框或底脚 三点或四点 来作支承 当制品底部有加强筋时 筋的端部应低于支承面约O 5mm左右 1 2塑件尺寸公差与精度该制品长140mm 宽80mm 最高60mm 重83 6g 其粗糙度值为RaO 06mm 影响塑件公差的主要因素是 模具制造误差及磨损误差 尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损 塑料收缩的波动 注射工艺条件的变化 塑件制品的形状和飞边厚度的波动 脱校斜度及成型后制品的尺寸变化 手机充电器外壳上盖的塑件选用的尺寸精度等级为6级 公差为GB1800 79尺小公差数值 模具设计要点 方案的确定方案一 1模2腔 购塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 浇口设在零件的上表面 使用定距拉杆加导柱和弹簧 确保第一次分型面在定模座板和中间板之间分开 凝料先被拉断 第二次分型而在动模板和中间板之间分开 以便取出制品 这样分型有利于模具加工 注射 排气 脱模 同时使得操作简单方便 方案二 1模2腔 两塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 浇口设在零件的下表面 浇口道从推杆旁边进去 即做成潜伏浇口 但由于制品较高 流道太长 容易有浇注不足的现象发生 使用定距拉板分型自动脱落凝料和制品 但制品是壳体 下表面有台阶 而且多加两块推板使得本来就很长的流道加长 浇注不足的可能性就更大 方案三 1模2腔 两塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 仪用热流道 可以消除废料的产生 但流道过长加热较复杂 而且ABS塑料流动性较好易产生涎流现象 改用PP等其它符合热流道的塑料 不仅塑性能不能满足制件功能要求 而且增加生产成本 结合塑件注射可行性和经济性 对比以上3个方案 本次设计选择方案一 确定型腔分型面及型腔数目模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型面 在制品设计时 必须要考虑成型时分型面的形状和位置 否则无法用模具成型 因侧向合模锁紧力较小 故对于投影画较大的大型制品 应将投影面积大的分型面放在动 定模的合模主平面上 而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面 本模具的分型而选择在塑件的大平面处 采用1模2腔结构 型腔 型芯的结构 1 型腔的结构设计 本设计采用嵌入式型腔结构 该结构广泛应用于中小型塑件的模具中 加工方法可采用普通机加工 数控机床 电火花 电铸成型等方法 将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中 嵌入的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢 渗碳淬火后抛光 2 型芯的结构设计 型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件 本模具中型芯采用组合式型芯结构 采用该种结构可节省优质模具钢 便于机加工和热处理 也便于动模和定模位置精度 即有利于型芯冷却和排气的实施 浇口的设计浇口是浇注系统的关键部分 浇口的形状 数量 尺寸和位置对塑件的质量影响很大 其主要作用有两个 一是塑料熔体流经的通道 二是浇口的适时凝固可控制保压时间 在点浇口的限制性断面前加工出圆弧 有利于延缓浇口处熔体冻结 对向型腔中补料有利 根据制品的结构要求 本设计采用点浇口形式 点浇口的参数 由推荐值取点浇口直径d 1 2mm 浇门长度L 1mm 具体尺寸见零件图 冷料穴的设计当分流道设计得比较长时 其末端留有冷料穴 其作用是收集塑料熔体的前锋冷料 以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔 造成充模不足或影响制品的熔接强度或形成冷疤等缺陷 常用的冷料穴主要有带工形拉料杆的冷料穴 带推杆的倒锥形冷料穴 带推杆的圆形冷料穴 带拉料杆的球头形冷料穴 带椎杆的菌形冷料穴 主浇道延长式冷料穴 本次设计采用的是带工形拉料杆的冷料穴 其特点是容易加工 而且有利于脱模时除去浇道口废料 如图3所示 模具结构及其工作过程 模具的分型面选择在塑件的大平面处 1模2件 为减少浇口疤痕 采用点浇口注射 模具的结构如图4所示 1动模座板28122124263136螺钉31418导柱416导套5垫块6支撑板7凸模板9凹模板10限位拉板11限位圆柱销1328弹簧15定模座板17凸模型芯镶块19推杆固定板20推板2223推杆25限位挡块27弹簧垫圈29滑块30楔块32斜导柱圆定板33斜导柱34定位圏35浇口套37拉料杆38复位杆39限位钉由于模具的凸模部分存在很多孔和凸台 本设计凹模采用整体式凹模结构 凸模采用组合式凸模结构 比较紧凑 针对侧向抽芯距离比较短的情况 设计了二次分型滑动抽芯结构 注射成型后 先从I I而进行一次分型 完成侧向抽芯动作 当限位圆柱销碰到限位拉板的端头时开始从 面二次分型 目的是拉断点浇口 塑件包紧在凸模型芯上 当运动到一定距离时 然后注射机推动推杆固定板 推杆发生作用 推出塑件脱落 同时拉料杆将凝料推出自动脱落 模具的工作过程 注射成型后 开模时 在弹簧13和凝料拉料杆37的拉紧作用下 从I I面一次分型 定模底板15与凹模板9分开 凝料留在凹模板9一侧 凹模板9带动滑块29后移 在斜导柱33的作用下 滑块29在凸模板7上沿着导轨作横向移动从而完成侧向抽芯动作 当限位圆柱销11的端头碰到限位拉板的端头时凹模板9停止不动 一次分型结束 滑块29与凸模板7继续运动 开始从 而二次分型 首先拉断点浇口 在塑件包紧凸模的包紧力作用下 塑件随着凸模型芯17继续运动 当运动到一定距离时 注射机的顶杆推动推杆固定板19 带动推杆将塑件推出动模 同时拉料杆37将疑料推出 模具合模时 动模运动到 分型面使型芯和型腔啮合 推杆22 23和复位杆38首先复位 继续运动 当滑块29在楔块30和斜导柱33的作用下 产生相对运动 压制滑块29沿导轨产生横向运动 迫使滑块复位 当凹模板9 和定模座板15完全啮合时 结束合模 开始下一个工作循环过程 选择注塑机 由注射量选定注射机 由PRO E建模分析得 材料密度取 总体积V 79 6cm 总质量M 83 6g 流道凝料V 0 5V 流道凝料的体积 质量 是个未知数 根据手册取0 5V 0 5M 来估算 塑件越大则比例可以取的越小 实际注射量为 V 79 6 1 5 119 43cm 实际注射质量为M 1 5M 83 65 1 5 125 40g 根据实际注射量应小于0 8倍公称注射量原则 即 0 8V V 3 1 V V 0 8 119 43 0 8 149 29cm 结合上面的计算 初步确定注塑机为表3 5所示 查国产注射机主要技术参数表取SZ 250 160 主要技术参数如下 顶出系统设计 注射成型每一循环中 塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出 完成脱出塑件的装置称为脱模机构 也称顶出机构 脱模机构的设计一般遵循以下原则 1 塑件滞留于动模边 以便借助于开模力驱动脱模装置 完成脱模动作 2 由于塑件收缩时包紧型芯 因此推出力作用点尽量靠近型芯 同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位 3 结构合理可靠 便于制造和维护 本设计使用简单的推杆和推板脱模机构 因为该塑件的分型面简单 结构也不复杂 采用推简单的脱模机构可以简化模具结构 给制造和维护带来方便 在对脱模机构做说明之前 需要对脱模力做个简单的计算 推杆脱模机构 推杆脱模机构推杆脱模机构是最简单 最常用的一种形式 具有制造简单 更换方便 推出效果好等特点 推杆直接与塑件接触 开模后将塑件推出 推杆的截面形状 可分为圆形 方形或椭圆形等其它形状 根据塑件的推出部位而定 最常用的截面形状为圆形 推杆又分为普通推杆和成型推杆两种 前者只是起到将塑件推出的作用 后者不仅如此还能参与局部成型 所以 推杆的使用是非常灵活的 推板脱模机构设计高壳 薄壁类塑料制品 如罩子 壳体等 和小型多孔塑料制品常用推板脱模机构 为了减小推出过程中推件和型芯的摩擦 在推板和型芯之间应留有0 2 0 25mm的间隙 其配合面一般宜设计成单边斜度为10度左右的锥面 配合锥面不但可以减小运动摩擦 而且还能起到辅助定位的作用 以防止因推板偏心而出现的溢料 在这里的设计中 塑件的脱模斜度比较小 推板与塑件的接触部分一般需有一定的硬度和表面粗糙度要求 若采用整体全部淬硬 会因淬火变形而影响推板上孔德位置精度 因此对批量较大 精度要求较高的塑件成型 还要将推板设计成局部镶嵌的组合形式 对于圆筒形塑件 其推板一般采用同心圆周分布的数根推杆推动 本模具中就采用了四根推杆推动推板的组合形式 结构详见推板的零件图 抽芯机构设计 当塑料制品侧壁带有通孔 凹槽 凸台时 塑料制品不能直接从模具内脱出 必须将成型侧孔 凹槽 及凸台的成型零件做成活动的 称为活动型芯 完成活动型芯抽出和复位的机构叫作抽芯机构 本设计中的杯托手柄部分就要用到侧向抽芯 因为有侧抽机构的注射模 其可动零件多 动作复杂 因此 侧抽机构的设计应以可靠 简单 灵活和高效为准 11 1确定抽芯机构形式充电器的生产属于大批量的 故设计的侧抽芯机构应首先考虑可靠耐磨 灵活方便 根据模具的结构形式 抽芯部位的结构特点 抽芯距 抽芯成型面积等 综合分析比较后 采用斜导柱抽芯和斜滑块抽芯都可以 但在次模具结构中 为使模具结构简单 便于加工制造 采用斜导柱抽芯较合适 斜导柱抽芯机构是由与开模方向成一定角度的斜导柱和滑块所组成 为了保证抽芯动作平稳可靠 必须有滑块定位及闭锁装置等 在一般情况下斜导柱固定在定模上 但有时根据塑料制品的结构形状 分型面及浇注系统等各方面的要求 斜导柱也有固定在动模上的 在本模具设计中 根据上述分析就采用将斜导柱也有固定在动模上的方案 开模时 装在导柱固定板上的斜导柱使滑块向左移动 抽出型芯 使模具沿分型面 分开 斜导柱固定在动模上的抽芯机构如下所示 模具的冷却 注射成型时 模具温度直接影响塑料的填充和塑料制品的质量 也影响到注射周期 因此在使用模具时必须对模具进行有效的冷却 使模具保持在一定范围内 冷却通道设计原则 1 尽量保证塑件收缩均匀 维持模具的热平衡 2 冷却水孔的数量越多 孔径越大 则对塑件的冷却效果越好 3 尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等 与制件的壁厚距离相等 经验表明 冷却水管中心距B大约为2 5 3 5D 冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0 8 1 5B 最小不要小于10 4 浇口处加强冷却 冷却水从浇口处进入最佳 5 应降低进水和出水的温差 进出水温差一般不超过5 6 冷却水的开设方向以不影响操作为好 对于矩形模具 通常沿宽度方向开设水孔 7 合理确定冷却水道的形式 确定冷却水管接头位置 避免与模具的其他机构发生干涉 鉴于在本例中模具外形 需要冷却的体积较大 我采用沟道式冷却系统 MasterCAM简介 CAD CAM技术的发展极大地改变了人们的设计手段和方法 更为重要的是CAD CAM技术的广泛应用显著提高了设计的效率和质量 基于PC平台的MasterCAM作为机械行业中首选的CAD CAM软件系统 集设计和制造 数控机床自动编程于一体 由美国CNCSoftWare公司研制开发 具有超强性价比 实用性 可操作性和集成性 它几乎可以完成所有常规的简单和复杂形状零件的设计和加工 可用于数控铣床 数控车床 数控镗床 加工中心和数控线切割机床等 本书采用的是目前最常用的MasterCAM9 X版本 以模具设计为主 该版本首先利用MasterCAM进行产品造型 实现CAD 该几何模型是关于产品的最基本核心数据 并作为整个设计 计算 分析过程中最原始的数据 然后利用MasterCAM提供的模具设计功能 根据产品模型自动计算分模线 快捷地得到凸模 凹模 型芯和镶块等部件 最后利用MasterCAM提供的CAM功能直接得到模具的加工刀具路径和NC程序 其结果可运用数据库或网络技术将其存储和直接传送到数控机床等加工制造环节的各有关方面 从而实现设计制造的一体化 导柱的三维造型及加工仿真 相关程序设计 O0000G21 PROGRAMNAME 11DATE DD MM YY 21 06 07TIME HH MM 14 18 TOOL 1OFFSET 1 LROUGHODFINISHRIGHT 35DEG INSERT VNMG160408 G0T0101G97S3600M13G0G54X22 4Z152 5G50S3600G96S295G99G1Z11 2F 3X25 228Z12 614G0X26 228Z14 5X18 4G1Z7 2X21 228Z8 614G0X22 228X30 4Z10 5G1Z 8X33 228Z 614G0X34 228G28U0 W0 M05T0100M30 结论 本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状 随着经济的发展 塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势 其次介绍了注塑件的一般设计原则 对塑件的特征如倒圆角 加强筋等做了说明 从实际来看 几乎所有的注塑件都遵循这些原则 在做好注塑成型的准备工作之后 接着介绍了模具设计的内容 冷流道注塑模具无外乎包括四大系统 浇注系统 温度调节系统 顶出系统和机构系统 其实也可以归为顶出系统 该系统如斜导柱 滑块和开闭器等 在浇注系统的设计中根据经验公式取流道横截面形状 确定浇口尺寸 温度调节系统说明了设计的一般步骤 顶出系统着重说明了推杆 推板的安装要求 并进行强度校核 该模具属于简单脱模机构 无滑块抽芯机构 此手机充电器外壳注射模设计的结构特点是点浇口形式的单分型面的注射模 模具采用一模两腔的结构 两塑件平行放置 方向相反以便侧向抽芯 仪用热流道 可以消除废料的产生 但流道过长加热较复杂 而且ABS塑料流动性较好易产生涎流现象 改用PP等其它符合热流道的塑料 不仅塑性能不能满足制件功能要求 而且增加生产成本 本设计采用嵌入式型腔结构 该结构广泛应用于中小型塑件的模具中 加工方法可采用普通机加工 数控机床 电火花 电铸成型等方法 将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中 嵌入的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢 渗碳淬火后抛光 做完这些工作之后 该模具的设计到此结束 参考文献 1赵波等 UGCAD实用教程 北京 清华大学出版社 20022UnigraphicsSolutionsInc著 UG实践应用初步培训教程 北京 清华大学出版社 20023陆劲昆等 Unigraphics注塑模具设计 北京 北京大学出版社 20024屈华昌 塑料成型工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 19965冯炳尧等 模具设计与制造简明手册 上海 上海科学技术出版社 19986唐志玉 塑料模具设计师指南 北京 国防工业出版社 19997 塑料模设计手册 编写组编著 塑料模设计手册 北京 机械工业出版社 19948陆宁 实用注塑模具设计 北京 中国轻工业出版社 19979奚永生 精密注塑模具设计 北京 中国轻工业出版社 199710唐金松 简明机械设计手册 上海科学技术出版社 199211吴崇峰 实用注塑模CAD CAE CAM技术 中国轻工业出版社 200012蒋继宏等 注塑模具典型结构100例 中国轻工业出版社 200013黄毅宏等 模具制造工艺 机械工业出版社 199914唐应谦 数控加工工艺学 北京 中国劳动社会保障出版社 200015彭建声 模具技术问答 北京 机械工业出版社 200116李澄等 机械制图 北京 高等教育出版社 199717陆劲昆等 UnigraphicsV18 0高级教程 北京 北京大学出版社 2002 致谢 经过一个多月的毕业设计忙碌之后 设计最终完成 心理有一种说不出的轻松 设计过程中遇到许多的问题 在众多师友的帮助下予以解决 首先要感谢张老师对我的指导和督促 张老师给我指出了正确的设计方向 使我加深了对知识的理解 同时也避免了在设计过程中少走弯路 张老师的督促使我一直把毕业设计放在心理 保证按质按量的完成 要感谢宿舍同学 是大家营造了良好的学习环境 在做设计的过程中互帮互助 使我的CAD和PRO E操作水平比以前有了很大提高 同时较全面的掌握了Word的编辑功能 还要感谢那些把借阅证让我借书的同学 使得我查阅资料非常方便 使我能够按时完成毕业设计 大学生活至此划上了圆满的句号 大学这块土地上有众多莘莘学子辛勤的耕耘 在这块土地上我健康快乐的成长 我永远不会忘记可亲的同学 我永远记得这片土地