TL-SF1008型网络交换机上壳注塑模具设计

毕业设计 题目 TL-SF1008型网络交换机上壳注塑模具设计 专业 材料成型及其控制 毕 业 设 计 摘要本文主要介绍的是TL-SF1008型网络交换机上壳注塑模具的设计方法。首先分析了塑件的工艺特点与材料性能。接着介绍了塑件分型面的选择，成型零部件的结构，并运用仿真技术对浇注系统和冷却系统进行了设计优化。接着校核了注射机的相关工艺参数。本文论述的注塑模具采用三板式结构，采用一模二腔的型腔布置，利用推杆将制件顶出。关键词：网络交换机上壳 注塑模具 仿真 三板模ABSTRACTThis article describes a design method on developing injection mold of TL-SF1008 network switch shell plastic products. First, the article analyzed the process characteristics and material properties of the plastic parts. Then it describes the plastic parts parting surface selection, structure of molding parts, and using numerical simulation technology to optimization for the gating system and cooling system design. Finally check the relevant process parameters of injection molding machine. This article discusses the use of three-plate injection mold structure, and using a mold cavity arranged two cavities, using putter to part ejection.Key words network switch shell, injection mold, numerical simulation, three-plate injection mold目录摘要IABSTRACTII1绪论11.1选题背景与意义11.2 选题意义12任务要求与工艺分析12.1任务要求12.2 塑件总体工艺要求22.3 塑件外形结构工艺分析22.4材料33注塑模具设计43.1 测绘建模43.2分型面的确定与侧抽芯方案制定53.3确定型腔数量及排列方式73.3.1 型腔数量的确定73.3.2型腔的布局83.4成型零部件设计83.4模架93.5滑块设计103.5.1定模抽芯103.5.2动模抽芯103.6浇注系统设计113.7排气系统设计153.8脱模机构设计163.8.1斜顶与顶杆163.8.2顶出力校核173.9温度调节系统设计174确定注塑工艺参数205注塑机校核226 设计总结25参考文献27271绪论1.1选题背景与意义从100多年前出现第一种完全人工合成的塑料酚醛塑料开始，塑料早已成为应用最广泛的材料之一。而注塑成型工艺是塑料制品加工中非常重要的技术类型，大多数行业的塑料件加工均需要注塑成型工艺来完成。近年来，随着计算机技术的飞速发展及其在塑料模设计与制造中的应用，彻底改变了传统的模具设计与制造方式，使塑料模技术得到了飞跃性的发展。1.2 选题意义本课题通过一个现实的例子来研究现代化模具设计的整个过程。在现代塑料模具设计与制造中，CAD 是利用计算机对模具进行几何设计、实体建模、绘图等; CAE是利用计算机进行数值模拟分析计算进而评估和分析模型, 从而对模具模型进行优化。这样可以取代传统的反复试模、修模等过程，从而大大降低了产品制造成本，缩短了产品开发周期。2任务要求与工艺分析2.1任务要求任务要求：设计注塑成型模具产品：TL-SF1008型网络交换机上壳材料：ABS生产批量：大批量形状外观如图1所示2.2 塑件总体工艺要求本课题为现有产品的逆工程，经初步分析发现目标塑件为经典壳型零件，没有复杂曲面，尺寸适中，可以使用卡尺等简单量具进行测绘。进一步分析发现该塑件为单色，长宽高尺寸比例适中，质量适中，对注塑机和模架的选择没有特殊要求。仅需要较为复杂的抽芯机构一点需要注意。图1 塑件外观2.3 塑件外形结构工艺分析1. 塑件左右两侧需要两个大滑块外抽芯，内侧有数个卡口，均需内采用斜顶机构。2. 塑件有较多加强筋，该部分应该采用镶件设计，降低加工制造难度。3. 为了方便塑件从型腔中取出，在设计过程中内外壁应该具有足够的脱模斜度，脱模斜度的选择时应充分考虑塑件材料的性能，收缩率和塑件的几何形状。2.4材料ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。其综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性,电性能良好。在本设计中拟采用奇美公司一般级ABS，具有高刚性、高光泽性、中冲击强度牌号Polylac PA-757材料粘度属性如图2所示。材料加工建议条件A.干燥：80 85，2 4小时。B.射出机套筒(Barrel)设定温度如表1C.模具温度3070。依以下变数而变 a)塑件厚度b)尺c) 浇口(Gate)及流道(Runner)系统图2 Polylac PA-757的粘度曲线机筒温度前中后最高()230230220最低()190190180表1 PA-757的推荐机筒温度设置3注塑模具设计3.1 测绘建模图3 塑件的总体尺寸图4 UG建模效果图A图5 UG建模效果图B3.2分型面的确定与侧抽芯方案制定分开模具取出塑件的面称为分型面;注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置一般垂直于开模方向。选择分型面时，应考虑的基本原则：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模3）保证制件的精度和外观要求4）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难5）不妨碍制品脱模和抽芯6）尽可能与料流的末端重合，以利于排气图6 原塑件分型线分布经过观察发现原塑件分型线如图6所示，认为其布置较为合理。图7 初步分型方案观察模仿原设计对圆角部进行调整，以将背面滑块放在动模，方便设置侧抽机构。同时该处为路由器背面，对表面质量要求相对较低，如图8所示。图8 塑件背面分型抽芯方案图9 塑件正面分型抽芯方案将正面滑块安置在定模以确保塑件正面没有分型线，而保证路由器正面取得更好的塑件质量，如图9所示。3.3确定型腔数量及排列方式3.3.1 型腔数量的确定其数目的决定与下列条件有关：1）塑件尺寸精度，型腔数越多时，精度也相对地降低。2）模具制造成本，多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。3）注塑成形的生产效益，多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。4）制造难度，多腔模的制造难度比单腔模大。本设计根据塑件结构的特点，与生产批量，拟采用一模两腔的模具结构，这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。3.3.2型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。在本设计中采用中心对称的布局方法，这种布局使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。3.4成型零部件设计型芯型腔设计采用整体嵌入式结构，并使用螺钉固定，这种结构强度高、刚性好，并可节约贵重模具材料和便于热处理。型腔总体尺寸14038040型芯总体尺寸14038043主要尺寸计算公差采用MT5137（A）：88（A）：25（A）：116（C）：22（A）：塑件肋板处采用镶件结构简化模具加工难度，如图10所示。图10 型芯镶块布置3.4模架根据型芯型腔的尺寸确定模架：拟采用龙记（LKM）简化细水口（三板式）标准模架模架类型规格A板厚度B板厚度GCI30507050C板厚度AB板间距垃圾钉高度KO孔直径901535表2 模架规格图11 模架结构图 3.5滑块设计3.5.1定模抽芯开模行程抽芯深度倾斜角2mm滑块压紧力抽芯侧向受压面积注塑压力SP9MPa抽芯力3.5.2动模抽芯开模行程抽芯深度倾斜角2mm抽芯力滑块压紧力抽芯侧向受压面积注塑压力SP7MPa图12 定模抽芯 图13 动模抽芯3.6浇注系统设计为了降低最小开模高度与减小塑料浪费，在本设计中浇口套采用下沉式结构安置在A板上，主流道末端直径6mm，长度53mm。考虑到ABS冷却速度快，模具浇注系统应以粗，短为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大，设计分流道为U型流道，截面圆弧半径3mm，厚度5mm，加工方便且流动效率较高，勾料冷料穴直径5mm，浇口采用镶拼潜入式浇口（如图14），浇口宽度为6mm，厚度1mm。该浇口设计可以避免在塑件外观留下痕迹，同时自动切断，生产效率高，劳动强度低。料头体积，单个塑件体积，料头仅占总注塑量的4%。图14 浇口结构为了取得更好的塑件质量，设计了两种浇口细节调整方案，相互对比，如图15。在B方案中加厚了塑件浇口处的厚度，并在模具上设置两个阻流凸起，限制塑料向两侧流动。图15 浇口方案对比 A方案（左）B方案（右）可以明显地观察到方案B中的浇口设计加强了塑件中部的塑料流动，减弱两侧的塑料流动（如图16，图17）。图16 A方案下的浇口处塑料流动速度分布图图17 B方案下的浇口处塑料流动速度分布图这使塑件中部和两侧的填充速度更为一致，这样能取得更好的塑件心部取向如图18。心部取向结果能够很好地表明分子在零件内部的取向方式，分子的取向方式不仅对塑件机械性能有很大影响，而且会影响收缩，导致翘曲和内应力。图18 不同浇口方案对注塑质量的影响（心部取向）A方案（左）B方案（右）而在之后对塑件翘曲的分析中也的确明显地发现，B方案对塑件翘曲有明显的优化，如图19，图20。在A方案中塑件角部的Z方向翘曲大于1mm，而MT5级精度的公差允许范围仅0.32mm，这可能导致上下盖的配合出现困难。而在B方案中，不仅该处翘曲不到A处的一半，而且从原来的局部集中翘曲，变成了更易于控制的整体翘曲。图19 A方案下的塑件的Z方向翘曲情况图20 B方案下的塑件的Z方向翘曲情况3.7排气系统设计经模流分析发现气穴分布在塑件外缘、肋板顶端、螺丝柱顶端和支撑住顶端，如图21所示。而塑件外缘处有分型面，肋板处为镶件结构，螺丝柱处有推管顶出机构，这些地方的间隙足够成型时的排气需要，于是不额外设置排气结构。支撑柱在塑件内侧，对表面质量要求不高，而且由于该处狭小，流动阻力大，不会出现空气急剧压缩导致塑件烧焦这种严重的气穴问题，从经济角度考虑，也不额外设置排气结构。图21 气穴分布3.8脱模机构设计3.8.1斜顶与顶杆图22 塑件平勾处斜顶结构图塑件中除了两侧有孔需要设置外侧抽芯以外，在塑件内部还有数个卡口，需要设置内抽芯机构，本设计采用最常用的斜顶内抽芯机构，斜顶内抽芯具有结构简单，占用空间小的特点。图22是最复杂的平勾处斜顶的结构图。图23 推杆分布图塑件形状扁平，所以适用最常见的推杆顶出。考虑浇口为潜入式浇口，会在顶出时自动切断，以及在肋板附近顶出力较大，需要在这些地方特别设置推杆，所以推杆分布如图23所示。本设计统一采用直径6的推杆，这样可以避免频繁更换加工刀具，提高加工效率。3.8.2顶出力校核总脱模力77312=15462N3.9温度调节系统设计在本设计中为提高冷却质量，制定了两套方案，A方案为初始方案，B方案为改进方案。图24 冷却方案对比 A方案（左）B方案（右）B方案的主要修改措施是（1）将型芯的水道相中心偏移，向上偏移。（2）型腔的水道在浇口附近新加一条回路，并用螺钉截断水道（如图25），以保证水道串联，水流速度恒定，冷却效率高，并方便加工，如图24。图25 用螺钉截断水道图26图27所表现的内容是塑件温度场在厚度方向的分布情况，红色的部分表示在该处正面的温度明显高于反面，而在正常情况下塑件表面散热最快，心部最慢，所以这表明该处存在较为严重的冷却不均。对比如上两图不难发现，A方案冷却水道布置不合理，塑件内侧肋板附近温度明显高于外侧，而改进后的B方案，对该情况有显著的改善。图26 A方案中塑件温度场在厚度方向的分布图27 B方案中塑件温度场在厚度方向的分布图28 A方案中模具的温度分布图29 B方案中模具的温度分布图28图29表现的内容是模具表面的温度场分布情况，不难发现在B方案中因为添加了一条回路以冷却流道附近的模具中部，这样使模具的温度分布更为均匀，减少了热点的出现。4确定注塑工艺参数在本设计中使用了Moldflow软件对注塑工艺参数进行分析和优化，图29为以模具温度，注塑时间，熔体温度这三个重要参数为变量，对塑件所能取得的最佳注塑质量进行的定性分析。图30为根据塑件的形状特点，与浇注位置等计算出的推荐螺杆速度随射出体积变化曲线。根据多次软件模拟，得出注塑工艺参数如表3，表4。名义流动速率熔体温度冷却水温平均模具温度保压时间保压压力65cm3/s220 C40 C50 C10s47MPa表3 注塑参数射出体积%07203040506090100流动速率%3022719710082757212表4 相对螺杆速度曲线图29 在一定注塑条件下对塑件所能取得的最佳注塑质量的估计图30 推荐的螺杆速度随射出体积变化曲线5注塑机校核拟采用震雄集团生产的EM80-SVP/2（螺杆直径36），详细参数如表5。注射量校核 90g150g注射速度校核 65cm3/s81cm3/s注塑压力校核 47MPa156.1MPa=1561kgf/cm2锁模力校核 74t80t容模量校核 130mm286mm320mm开模行程校核 100mm320mm导柱内距校核355300，模具350500，未见干涉顶针行程校核 32mm80mm顶针推力校核 1.5t2.3t射胶容积163cm3锁模力80t射胶量（硬胶）150g开模行程320mm螺杆直径36mm导柱内距355300mm射胶压力（最大）1561 kgf/cm2模板最大距离640mm螺杆长度直径比19.6容模量130-320mm熔胶能力41.6kg/h顶针行程80mm射胶速率81cm3/s顶针推力（最大）2.3t螺杆行程160mm螺杆最大转速rpm 170表5 EM80-SVP/2（螺杆直径36）详细参数图26 锁模力随时间的变化曲线图27 注射位置处压力随时间变化曲线图28 模具爆炸图6 设计总结注塑成型制造是当今塑料产业中得以广泛运用的生产方式，其原理是从一个小口将熔体注入一个空腔中以成型具有一定尺寸和形状的塑件。而且不仅其形状、外观、尺寸必须满足塑件生产要求，为了缩短生产周期，提高经济效益，还要求模具能被高效率地循环使用，且操作简便，有足够的使用寿命，便于维修，能达到自动化生产需求。所以对模具的设计制造要求相对较高。模具设计对塑件的质量起着决定性的作用，成型零件的表面粗糙度、尺寸公差、分型面选择等都将影响塑件的表面质量。脱模方式、侧抽方式、冷却系统的设计将影响塑件的收缩率、分子取向和残余应力。合理的成型工艺通过模具的浇注系统、冷却系统和排气措施来实现。而压力、温度、流动和冷却速率等成型参数亦与模具结构密切相关。在塑件加工过程中，塑料模结构对操作的难易程度具有重要影响。自动化注塑模具应该装有能自动化脱模机构，以及自动化复位机构，才能使模具高质量、高产量生产。塑料模钢材的选用对塑件成本也奠定了其关键因素，模具钢材中需要用到的合金钢价格不菲，模具的制造成本在塑料制品生产中，占有较大份额。因此正确合理选用模具钢也将直接影响制件成本，决定生产经济效益。毕业设计从拿到任务书，查找文献资料，拟写开题报告一直到现在，切身体会到了设计者们在设计中要经历的一些困难和需要面对的实际问题。通过整个设计过程，让我了解掌握了注塑产业上生产过程相关的一些专业知识，以及理论知识在实际设计中的应用。在整个设计过程中介于自己的能力一定还有许多不足之处，在今后的学习工作过程中，我想通过更多这样的实战训练来强化自己的专业知识、设计经验，以稳扎稳打的设计基础来完成以后工作中每一项模具设计任务。参考文献甘永立.几何量公差与检测M.上海:上海科学技术出版社,