【遥控器外壳的注塑模具设计5000字（论文）】

遥控器外壳的注塑模具设计摘要电视机遥控器是经常使用的电器件，通常其壳体(上下盖)塑件采用不同的模具通过注塑成型的方法制成，生产效率较低。将遥控器上下盖两个不同塑件置于同一模具中生产，可以达到提高生产效率、节约成本的目的。利用UG软件，结合注塑模具设计原则，对电视机遥控器上下盖注塑模具的分型面、成型零部件、模架、浇注系统、温度调节系统及顶出机构进行了设计，实现了遥控器上下盖一模两腔同时生产；而且可在浇注系统中增设流道入子，实现单件生产，可满足不同产品的需求。该方法可为其他上下盖盒类塑件生产提供参考。关键词：遥控器；注塑模具；设计目录1引言 12塑件工艺性分析 13模具结构 23.1分型面选择 23.2成型零部件设计 33.2.1模仁尺寸的确定 33.2.2成型零部件的配合 33.2.3模仁3D模型的建立 43.3顶出机构的设计 43.4模架设计 53.5温度调节系统设计 54浇注系统设计 74.1最佳浇口位置的分析 74.2浇注系统关键尺寸的确定 85模具工作原理 10结论 10参考文献 111引言近年来，制造业和计算机技术在中国迅速发展，并由此带动了塑料模具产业的快速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部分，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分，是塑料工业中不可缺少的环节，极大提升了模具设计及制造效率和产品质量，有效降低了成本并缩短了成型周期。本文结合CAE技术，可以协助设计人员及早发现模具设计和成型过程中存在的问题，优化设计参数，快捷地指导和修改设计方案。本研究结合CAE分析结果进行注塑模具UG辅助设计，有效保证了模具设计的质量和效率。2塑件工艺性分析电视机遥控器壳体(上下盖)尺寸如图1所示。从图1可以看出，上盖尺寸为64.32mm×190.92mm×5.03mm，下盖尺寸为64.32mm×190.92mm×8.04mm，壁厚比较均匀。产品三维模型如图2所示。该遥控器壳体外观不透明，外表面应比较光滑、无毛刺、无气泡、无熔接痕，按GB/T14486—1993规定，参照常见塑件公差等级要求，该遥控器上下盖塑件公差等级为MT5[1]。结合常用热塑性塑料的基本性能与应用要求，该产品选用材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，ABS材料在飞机、汽车、空调机、冰箱内衬、机电外壳等领域应用较为广泛。图1电视机遥控器壳体尺寸图2遥控器三维模型3模具结构3.1分型面选择为了从模具中取出塑件和浇注系统凝料，或为了满足模具的动作要求，模具须从某个(或几个)面分开，这些可分开的面统称为分型面[2]。对上下盖进行Z方向拔模分析，母模面、公模面、垂直面如图3所示。图3拔模分析结果综合以上拔模分析和分型面选择原则，确定上下盖的分型面(PL)，如图4所示。图4分型面3.2成型零部件设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔，构成模具型腔的零部件称为成型零部件，其中构成塑件外表面的零部件称为母模仁(凹模)，构成塑件内表面的零部件称为公模仁(凸模)。3.2.1模仁尺寸的确定模仁尺寸指内模镶件外形尺寸，其大小直接影响模具的刚度和强度。本设计采用矩形模仁[3]，其尺寸结构如图5所示。图5模仁结构及尺寸模仁壁厚(b1)按式(1)计算：b1=由式(1)可得到模仁侧壁最大变形量(fmax)的计算公式：fmax=P式(2)中：H为模板总高；h为型腔高度；L1为矩形型腔侧壁长度；b1为型腔侧壁厚度；E为弹性模量，碳钢的E=210GPa；P为型腔压力，一般为24.5~49MPa；fmax为型腔侧壁、支承板或型腔板的最大变形量；[f]为许用变形量，[f]=St；S为塑件收缩率；t为塑件壁厚。经过计算，同时结合实践经验，模仁尺寸确定为240mm×270mm×95mm，其中母模仁厚度为40mm，公模仁厚度为55mm。3.2.2成型零部件的配合成型零部件的配合与塑件成型有着紧密的联系，配合不好会使塑件产生变形、溢边、分型面处痕迹过大等缺陷。由于模具同时生产上下盖，两塑件形状不同，分型面是由不同高度平面组合而成的，导致公模仁部分插入了母模板中，而母模仁部分插入了公模板中。因此，对成型零部件高出模板部分的面采取向内偏置0.5mm的方法，保证公母模仁优先配合。另外在公母模仁上设有虎口，合模时起定位作用，不仅可使合模安全、稳定，而且可以防止在注射过程中，由于重力作用导致模仁下垂，从而引起合模不紧或错位，最终使塑件不能成型等问题。3.2.3模仁3D模型的建立根据分型线、分型面对塑件进行分模，同时结合模仁尺寸，最终确定模仁三维图形，如图6所示。图6模仁立体图3.3顶出机构的设计在注塑模具中，将冷却固化后的塑件及浇注系统凝料从模具中推出的机构称为顶出机构。结合塑件结构和模具结构，顶杆的位置排布如图7所示。其中包含11个Φ8mm的圆顶杆，6个Φ3mm×Φ5mm的推管(司筒)、6个Φ3mm×Φ6mm的推管。图7顶杆位置图3.4模架设计由于遥控器上下盖体积相差不大，因此均采用潜伏式浇口进浇，无需用三板模，可选择龙记大水口CI型模架，并根据结构的需要对其进行改进。改进后的模架型号为大水口CI4045，模架平面图如图8所示。如果上下盖两塑件体积不同，则在设计流道时，对体积较小的塑件采用S形流道来减缓塑料熔体流动的速度，可使不对称的上盖和下盖能同时完成进浇[4]。如果两塑件需侧抽芯，且因侧抽芯机构不对称而导致模具结构不对称，可采用偏心模具来优化其结构，让模具中心线和注射中心线不重合，保障模具合模时的平衡性。此外模具偏心可以减小模架尺寸，从而降低制造成本。图8模架平面图3.5温度调节系统设计为了保证塑件的成型质量和生产效率，通常利用外部介质对模具进行加热或冷却，将模具温度控制在一个合理的范围内。此处温度调节系统的设计是指模具冷却系统的设计，采用冷却水管冷却方式，根据牛顿冷却定律：Q=αA∆Tθ式(3)中：Q为冷却介质带走的热量；α为传热系数；A为冷却管道的传热面积；ΔT为温度差；θ'为冷却时间。由式(3)可知，冷却水孔的直径越大，冷却效果越好(直径越大，传热面积越大)，但冷却水孔的直径太大导致冷却水出现湍流现象，降低冷却效果，因此冷却水孔直径不能太大。根据模具宽度并结合实践经验确定冷却管道直径如表1所示。表1模具宽度与冷却管道直径的关系磨具宽度/mm冷却管道直径/mm<2005200-3006300-4006-8400-5008-10>50010-14由模架尺寸(400mm×450mm)确定该模具采用Φ8的冷却水管，其结构布置如图9所示。图9冷却水道平面图本章设计成型零件，包括冷却系统、扮出系统和模架选抒与校核，模具没计的方法有很多种，本磨具选择UG，对模具进行设计，模具设计包括三个内容，即塑料分析(包括厚度检，拔模检验、塑料顾问)，模具成型零件设计，模具模架及其他零件的设计一般来说，成型零件与翎料工艺结构和模具流道没计有关，塑料分析安排在模具成型零件设计中进行;成型零件(型腔体)牵涉由塑件的复杂型面构成的，上下模和抽芯分模而或体积块，需构建复余的曲向和体积块特征，通常采用PartingSurfaceSplit(分模—分割)或（体积块—分割)创建。而模架的构成相对规整，大部分采用，Protrusion和Cut等实体特征来创建，模具没计基本流程。影响塑件尺寸精度的因素很多，概括地说，有塑件原材料，塑件机构和成型工艺模具机构，模具制造和装配，模具使用中磨损等因素，塑件原材料方面的因素主要是收缩率的影响。模具成型零件的制造精度是影响，塑件尺寸精度的重要因素之一，模具成型零件的制造进度精度愈低，塑件尺寸精度也愈低。一般成型零件工作尺寸制造公差值取塑件公差值的13模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结沟合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部分等。根据塑料的尺寸，计算成型零件型腔的尺，确定型腔的组合方式，确定成型零件的加工、热处理、装配等要求，对关健的成型零件进行强度和刚度校核。4浇注系统设计4.1最佳浇口位置的分析浇口位置的设定直接关系到塑料熔体在模腔内的流动，会影响到成型工艺因素的要求及制品中可能出现的缺陷等，进而影响到塑料制品的整体质量。将UG软件造型好的三维模型另存为.stl格式，导入Moldflow软件中并处理为表面模型(Fusion)，修改网格模型至满足分析要求，修改后的网格匹配率为85.4%。分析时采用的主要工艺参数为：材料ABS，熔体温度250℃，模温60℃。填充控制、速度/压力转换设为自动，其他参数选择默认值。将分析类型设置为浇口位置（GateLocation），分析结果见图10。图10中上下盖模型两侧标识处为最佳浇口位置区域，在该区域设置浇口可实现熔体的平衡充填。图11为带浇注系统的网格划分模型。图10最佳浇口位置图11带浇注系统的网格划分模型4.2浇注系统关键尺寸的确定利用Moldflow充填分析模块分别对不同的浇口位置、类型、尺寸大小设计方案进行熔体注塑成型过程的充填模拟仿真，获得充填分析结果，然后考察不同条件下制件的充填行为是否合理及成型过程中可能出现的气泡、熔接痕等缺陷，最后对各分析结果进行对比，获得比较合理的浇注系统设计。本设计分别采用了潜伏式浇口、矩形侧浇口、点浇口及不同的分流道和浇口尺寸进行分析，结合最大注射压力、注射总质量、最大锁模力等分析结果，最后确定采用如图12所示的浇注系统布局和浇道尺寸。其中，主流道呈倒锥形，小端直径4.0mm，大端直径6.0mm，长度为44.5mm，主流道中心线距离分流道中心线为10.6mm；分流道呈半圆形，直径为5.0mm，连接上盖的分流道长18.0mm，下盖处分流道长19.0mm；连接上盖的浇口为潜伏式浇口，其大端直径为4.0mm，小端直径为2.0mm，长度为5.0mm；连接下盖的浇口为矩形侧浇口，长为2.5mm，宽为2.0mm，高为0.5mm。图12浇注系统布局图13熔接痕分布图14气泡分布图13和图14分别为上述浇注系统设计结果的熔接痕和气泡分布示意图。塑料熔体在型腔内流动时，碰到型芯等结构会使其分流，两股料流前端温度有差异，相遇后再次汇聚即会产生熔接痕。从图13可以看出，制品上盖处由于有较多加强筋及结构孔，熔接痕较多，下盖则相对较少。与其他几种浇注系统设计方案相比，图13和图14中的熔接痕和气泡基本上是在上下盖加强筋部位生成，对制品强度影响不大。本设计利用分型面和配合间隙排气，可以满足排气要求，没有另外开设排气装置。总之，浇口位置及浇口类型和尺寸的选择不但影响注塑成型过程的顺利进行，还对塑料制品的成型质量有较大影响。对于这种一模两腔结构非平衡制品，必须综合考虑制品结构及各种成型工艺条件等因素，结合模流分析结果，设计出较合理的浇注系统，减少制品缺陷，同时还可以大大缩短模具设计周期，降低生产成本，提高生产效率。5模具工作原理模具整体结构如图15所示。模具闭合时，熔融塑料在注射机的压力作用下，经喷嘴注入模具型腔，经过充模、保压、补缩、冷却定型，完成注塑。开模时，公模仁、公模板、顶针、顶针板一起向下移动，当下顶针板碰到限位装置时停止移动。此时，注射机顶杆推动下顶针板向上移动，从而推动顶针，顶针将塑件从模内推出。图15模具整体结构结论本文结合生产实际，采用UG软件设计出电视机遥控器上下盖一模两件同时生产的注塑模具，改变了以往分别生产的模式，通过开模运动仿真及企业实地试模，证明了脱模机构运行灵活、可靠，生产出的塑件尺寸和精度符合使用要求，提高了生产效率。同时，该模具不仅可以实现遥控器上下盖一模两件同时生产，还可在浇注系统中增加流道入子,实现单件生产，满足不同产品的需求。利用模流分析结果进行电视遥控器的注塑模具设计，不仅大大提高了模具设计效率及其质量，而且可以缩短设计周期及降低生产成本，减少了试模、修模次数，提高了模具的一次试模成功率。因此，在模具设计中应合理地利用CAE分析软件进行辅助设计，以便及时发现模具设计中存在的缺陷，力求设计出周期短、成本低、质量好和生产效率高的合格模具。参考文献[1]王鑫,王静.遥控器外壳的快速热循环注塑成型有限元分析[J].河南工程学院学报(自然科学版),2016,01:38-41.[2]刘东雷.塑料薄壁注塑制品成型表观质量控制研究[D].南昌大学,2013.[3]陈乐平,祝金丹,唐磊.基于CAE的注塑模冷却系统设计[J].浙江纺织服装职业技术学院学报,2014,