耳機注塑模具設計

耳機注塑模具設計,耳機,注塑,模具設計 目　　錄 1 引言 1 2 塑件結構特點及模具材料的選擇 1 2.1 模具材料的選擇 1 2.2塑件結構特點 2 3 模具結構設計 4 3.1 分型面和型腔數的確定 4 3.1.1 分型面選擇原則 4 3.2 型腔數的確定 5 3.3 注射機的選擇 5 3.3.1注射量的確定 5 3.3.2 額定鎖模力的確定 6 3.3.3額定注射壓力的確定 6 3.4 澆注系統(tǒng)選定 6 4 成型零部件設計 9 4.1型腔的設計 9 4.2型芯設計 9 4.3 側向分型抽芯機構設計 9 4.4 導向機構設計 10 4.4.1 斜導柱的設計 10 4.4.2脫模距與斜導柱角度a的關系 10 4.4.3斜導柱直徑設計 10 4.5 脫模機構的設計 11 4.5.1 設計頂桿脫模 11 4.6 冷卻系統(tǒng)的設計 12 4.6.1冷卻水孔的設計 13 4.6.2 排氣槽的設計 13 5 模具結構及工作過程 14 6 結束語 17 致謝 17 參考文獻： 18 1 引言 塑料件的模具結構設計，應充分考慮企業(yè)實際生產的具體要求。特別是小型塑件的模具設計受位置的限制，抽芯機構的選擇十分有限，這就產生了抽芯機構的設計與模具尺寸互相制約的問題，澆口位置的選擇也會直接影響塑件的表面質量。下面通過一個實際耳機支架模具的設計對此進行分析。 2 塑件結構特點及模具材料的選擇 2.1 模具材料的選擇 目前，塑料制品日益廣泛地應用于日常生活，其中注射成型技術約占80％。注射成型因其一次成型、尺寸精確、可帶嵌件、生產率高、易于實現(xiàn)現(xiàn)代化、后加工量少等特點廣泛應用于汽車、建筑、家用電器、食品、醫(yī)藥等諸多領域。塑料模具的選用，對于塑料工業(yè)生產能否收到好的經濟效益非常關鍵，因此，模具設計者了解模具材料的基本要求和選擇恰當的材料相當必要。 塑料模具的工作條件與冷沖模不同，一般須在150°C-200°C下進行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響?，F(xiàn)根據塑料成型模具使用條件、加工方法的不同將塑料模具用鋼的基本性能要求大致歸納如下： 1 足夠的表面硬度和耐磨性 塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，經過熱處理的模具應有足夠的表面硬度，以保證模具有足夠的剛度。模具在工作中由于塑料的填充和流動要承受較大的壓應力和摩擦力，要求模具保持形狀的精度和尺寸精度的穩(wěn)定性，保證模具有足夠的使用壽命。模具的耐磨性取決于鋼材的化學成分和熱處理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。 2 優(yōu)良的切削加工性 大多數塑料成型模具，除EMD加工外還需進行一定的切削加工和鉗工修配。為延長切削刀具的使用壽命，提高切削性能，減少表面粗糙度，塑料模具用鋼的硬度必須適當。 3 良好的拋光性能 高品質的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.1～0.25的水平，光學面則要求Ra<0.01nm，型腔須進行拋光，減小表面粗糙度值。為此選用的鋼材要求材料雜質少、組織微細均一、無纖維方向性、拋光時不應出現(xiàn)麻點或桔皮狀缺陷。 4 良好的熱穩(wěn)定性 塑料注射模的零件形狀往往比較復雜，淬火后難以加工，因此應盡量選用具有良好的熱穩(wěn)定性的，當模具成型加工經熱處理后因線膨脹系數小，熱處理變形小，溫度差異引起的尺寸變化率小，金相組織和模具尺寸穩(wěn)定，可減少或不再進行加工，即可保證模具尺寸精度和表面粗糙度要求。 45、50牌號的碳素鋼具有一定的強度與耐磨性，經調質處理后多用于模架材料。高碳工具鋼、低合金工具鋼經過熱處理后具有較高的強度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具鋼因其熱處理變形大，僅適用于制造尺寸小、形狀簡單的成型零件。 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料制品的復雜性、精度等要求愈來愈高，對模具材料也提出更高要求。對于制造復雜、精密和耐腐蝕性的塑料模，可采用預硬鋼（如PMS）、耐蝕鋼（如PCR）和低碳馬氏體時效鋼（如18Ni-250），均具有較好的切削加工、熱處理和拋光性能及較高強度。 此外，在選擇材料時還須考慮防止擦傷與膠合，如兩表面存在相對運動的情況，則盡量避免選擇組織結構相同的材料，特殊狀況下可將一面施鍍或氮化，使兩面具有不同的表面結構。 2.2塑件結構特點 圖1是耳機支架零件三維圖。整套產品包括左支架和右支架，中間通過圓柱銷連接。塑件材料為PBT，黑色，常溫下具有優(yōu)良的尺寸穩(wěn)定性，但是注塑模成型時，其收縮率比較大，一般取千分之18。該材料化學名稱為聚對苯二甲酸丁二醇酯。聚對苯二甲酸丁二醇酯，英文名polybutylece terephthalate（簡稱PBT）， PBT為乳白色半透明到不透明、結晶型熱塑性聚酯。具有高耐熱性、韌性、耐疲勞性，自潤滑、低摩擦系數，耐候性、吸水率低，僅為0.1%，在潮濕環(huán)境中仍保持各種物性（包括電性能），電絕緣性，但體積電阻、介電損耗大。耐熱水、堿類、酸類、油類、但易受鹵化烴侵蝕，耐水解性差，低溫下可迅速結晶，成型性良好。缺點是缺口沖擊強度低 ，成型收縮率大 。故大部分采用玻璃纖維增強或無機填充改性，其拉伸強度、彎曲強度可提高一倍以上，熱變形溫度也大幅提高?？梢栽?40℃下長期工作，玻纖增強后制品縱、橫向收縮率不一致，易使制品發(fā)生翹曲。 PBT 結晶速度快，最適宜加工方法為注塑，其他方法還有擠出、吹塑、涂覆和各種二次加工成型，成型前需預干燥，水分含量要降至0.02%。 圖1 右支架及左支架立體圖 客戶要求塑件外觀光滑，無飛邊，無接痕線，無熔接痕跡。由于該產品一端要通過注銷連接，另一端要連接裝飾片，所有尺寸精度要求高。 在左右支架的一端側面上（圖一中局部Ⅲ，Ⅳ處）各有一個直徑1.5mm的通孔；另一端注銷連接部分各有一側凹處（圖一中局部Ⅰ，Ⅱ處）。這兩部分成型都必須采用抽芯機構。 塑件總體積小，形狀不規(guī)則，整體看起來像一段圓弧，但所占空間體積比較大，一個支架就達到71.5mm*61.5mm*16mm。正因為如此，模具結構設計既要考慮抽芯順利及塑件表面質量，又要考慮模具結構簡單，外形小，價格合理。如何地設計抽芯機構成為這套模具設計的關鍵。 3 模具結構設計 3.1 分型面和型腔數的確定 3.1.1 分型面選擇原則 1）符合塑件脫模：為使塑件能從模具內取出，分型面的位置應設在塑件斷面最大尺寸的部位。 分型面的數目和形狀：通常只采用一個與開模運動方向相垂直的分型面。確定分形面應以模具制造及脫模方便為原則。 2）型腔的選擇：盡量防止形成側孔和側凹，以避免采用較復雜的模具結構。 3）確保表面質量：分型面盡量不要選擇塑件光滑的外表面，避免影響塑件的外觀質量;將塑件要求同軸度的部分放在分型面的同一側。以確保塑件的同軸度;要考慮減小造成塑件大、小端的尺寸差異要求等。 4）有利于塑件脫模：由于模具的脫模機構通常設置在動模一側，故盡可能使開模后塑件留在動模一側。 5）考慮側向軸拔距。一般機械式分型 抽芯機構的側向軸拔距都較小，因此選擇分型面的時應將抽芯或分型距離長的方向置于動、定模的開合模方向上，即將短軸拔距作為側向分型或抽芯。并注意將側抽芯放在動模邊，避免定模抽芯。 6）鎖緊模具的要求：側向合模鎖緊力較小，故對于投影面積較大的大型塑件，應將投影面積大的方向放在動、定模的合模方向上，而將投影面積小較小的方向作為側向分型面。 7）有利于排氣。當分型面作為主要排氣渠道時，應將分型面設計在塑料的流動末端，以利于排氣。 8）模具零件易于加工。 根據所用注塑機的工藝參數，如開模行程，注塑壓力，裝?？臻g等決定將成套產品（包括左支架，右支架）安排在一套模具中生產。產品左右對稱放置，方向相反以便側抽芯，并使模具結構緊湊，如圖2所示。 圖2 產品及流道圖 由塑件結構分析可知，塑件在模具中的分型面應該選擇在塑件的最大界面處，同時為方便于塑件脫模，塑件開模后應該留在動模上。為簡化模具設計結構，滑塊，斜頂塊也應設計在動模塊部分。 3.2 型腔數的確定 以機床的注射能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的百分之80，按公尺計算型腔數： N<=（0.8s-w澆）/w件 （1） N----型腔數 Ｓ－－注射機的注射量 Ｗ澆――澆注系統(tǒng)質量 Ｗ件――塑件的質量 3.3 注射機的選擇 3.3.1注射量的確定 已過去采用的公尺，目前采用對注射機的注射量采用克 計算 ０. ８Ｃ>=G （2） G=V件r （3） C---注射機最大注射量 G--=成型塑件及澆注系統(tǒng)所需塑件的量 r----成型塑料的密度 3.3.2 額定鎖模力的確定 P鎖>=P腔*A/1000 （4） P鎖----鎖模力 P腔-----型腔壓力，取40—50mpa A----------澆道，進料口和塑件的投影面積 3.3.3額定注射壓力的確定 P注>=P成 （5） P注----選用的注射機最大的注射壓力 P成---=成形時需要的注射壓力，40—150mpa 根據配套及批量要求，型腔材料應該采用碳素鋼S50C，型芯材料采用預加硬鋼NAK80，模架選用標準FCI型模架。 3.4 澆注系統(tǒng)選定 澆注系統(tǒng)的設計，應考慮進料均衡，多型腔模具應保證個腔的注塑壓力始終保持一致，因此，流道的布置采用平衡進料的方式（圖2）。這樣能使熔體流動均勻，填充迅速。分流道斷面結構采用圓體結構，易于機械加工，且熱量損失和流動阻力小。 澆口位置設置在靠近塑件連接銷部分的一端，澆口形式若采用側澆口，則有熔接不良，排氣不暢，流程過長等缺陷。 現(xiàn)采用點澆口，則有以下優(yōu)點： a.有利于排氣 b.點澆口尺寸較小，前后端存在較大壓力差，因而能有效地增大塑料熔體的剪切速度并產生較大的剪切熱，從而使熔體表現(xiàn)粘度下降，流動性增加，有利于填充。該塑件材料為PBT，其表現(xiàn)粘度隨剪切速率變化而改變的特性較為敏感，對其成型有利。 c.點澆口的小尺寸提高了塑件表面的光整度，減少了使用過程中的有可能產生劃傷手，頭等事故的可能性。 點澆口處的結構如圖3所示， 1) 點澆口采用立式澆口系統(tǒng) （1）選擇進料口位置 料流沿對稱分布，分別澆注左右耳機支架形式，這樣能提高生產率，但進料口位置應注意去澆口后殘留痕跡不影響塑件使用要求及外觀。 （2）進料口的自動切斷形式 為了提高生產率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口等清理工時，在模具設計時應考慮盡可能自動切斷進料口，以便成型操作和自動化成型，由此采用點狀進料口的自動切斷形式：采用 定模固定板上澆道德側凹孔拉住澆道，在開模時切斷進料口，然后頂出澆道 局部1放大圖 圖3 點澆口結構 1 d=注塑機噴嘴孔直徑+（0.5---1）mm 2 α=2°--4° 3 D≈澆道的寬度 4 H按具體情況選擇，一般取1—3mm 5 R=注塑機噴嘴的半徑+2—3mm 6 H=三分之二Ｄ 　 7 c≈D 8 r按具體情況選擇，一般取1—3mm 9 L應盡量縮短，若L值大，使塑件降溫過多，損耗大，一般不超過60mm 10 l不易過長或過短，一般?。?—2.5）D，并不易小于8mm 2）冷料穴 冷料穴用來儲存在注塑間隔時期內由于噴嘴部分溫度低而構成的所謂料渣，以及用它拉出凝固在澆口的塑料，由于耳機結構比較簡單，采用一般的應用形式，溝槽形冷料穴即可。 3）噴嘴 耳機注塑模設計采用井式噴嘴，這種噴嘴在注射期間其中心保持融化狀態(tài)，而接觸模具的外層由于冷卻成班凝固狀態(tài)，起到絕熱作用，使注塑機連續(xù)成形。 4 成型零部件設計 4.1型腔的設計 采用標準模架，根據產品尺寸及模具布局形式選用FC12535 A60 B70 C80。另外，由于采用點澆口形式，故需另加澆口板，其厚度選用25mm。 由于動，定模型腔結構比較復雜，為降低模具制造成本，采用了整體嵌入式型芯嵌入模架。型芯采用材料進口的NAK80，硬度達HRC40。 4.2型芯設計 定模型芯采用整體嵌入式結構，外形尺寸均為225mm*120mm*33mm。均為采用單個加工，嵌入型腔板中。 4.3 側向分型抽芯機構設計 側向抽芯機構一般首先考慮斜倒拄在定模，滑塊在動模的結構，并且采用斜導柱側向分型抽芯機構，這樣有利于簡化模具結構該模具側向抽芯部分的結構如圖4所示。 圖4 側向抽芯部分結構示意圖 1 右內抽芯滑塊 2，右支架 3，右斜頂塊 4，整體滑塊 5，右支架 6，左斜頂架 7，左內抽芯滑塊 （1）為使模具整體結構緊湊合理，設計了一個整體滑塊，將側向滑塊固定在該滑塊上，利用斜導柱同時對左右支架直徑為1.5mm的孔（圖1中Ⅲ，Ⅳ處）進行抽芯。經過充分考慮各項參數，斜導柱傾斜角度最終確定為18度，即達到了抽芯的目的，有確保了模具整體結構的合理性。 （2）塑件另一端內凹部分（圖1中局部Ⅰ，Ⅱ部分處）的成型采用內側抽芯機構。因為兩塑件中間部分空間比較大，為合理利用模具材料，盡量降低生產成本，采用了這種結構，這是這套模具合理布局的關鍵所在。 （3）應為塑件尺寸比較小，考慮到采用整體滑塊同時抽芯直徑為1.5mm孔時，可能造成塑件頂出時變形。為平衡抽芯時產生的作用力，在整體滑塊另一側設計了斜頂塊結構（左右支架各一個）。 設計斜頂塊結構，應該注意一下幾個問題： 1）產品在頂出過程中是否會擺動。 2）產品是否會隨斜頂塊頂出而變形，或無法從斜頂塊上脫離。 3）嚴格控制斜頂塊頂出行程，檢查頂出過程是否存在干涉問題。 4）考慮斜頂塊的穩(wěn)定性。避免在實際生產過程中斜頂塊復位不暢而導致卡死，以免撞傷型腔。 5）斜頂塊應等滑塊部件應考慮進行氧化處理，以增加其耐磨性。 由此將斜頂塊固定在頂桿固定板上，頂出時，斜頂塊隨著固定塊一起運動，斜頂塊在向前運動的同時，也做側向運動，達到抽芯的目的。 斜頂塊與滑動導軌保持合理的配合間隙，保證側抽芯能順利抽出；斜頂塊選用優(yōu)質合金材料，選用NAK80材料，并用進過調制處理的螺釘緊固在頂桿固定板上；通過對塑件結構的分析計算，決定采用斜頂塊傾斜角為18°。這樣既保證了側向抽芯動作的順利完成，又使模具工作順暢，受力均勻。 4.4 導向機構設計 4.4.1 斜導柱的設計 斜角一般不大于25°，一般采用15°到20° 4.4.2脫模距與斜導柱角度a的關系 L=S/Sina=H*Sina/Cota （6） a----斜導柱斜角 S---脫模距為S時斜導柱工作部分長度 H---脫模距為S時所需開模行程 4.4.3斜導柱直徑設計 （7） P2=P1/COSa=P3cosa （8） D-----斜導柱直徑 a彎----抗彎強度 a---斜導柱斜角 H1---怕力點與A點的垂直距離投影 該模具采用導柱和導套機構導向。因而采用標準模坯，導柱，導套的布置方式均為標準布置。導柱和導套均應有足夠的耐磨性，導柱材料為T10A，淬硬到HRC50~55，數量為4個，為了使導柱順利進入導套內，導柱端做成錐形，導柱滑動部分的配合精度采用過渡配合H80/r7，導柱固定部分的配合精度采用過盈配合H8/s7。導套外徑的配合采用過盈配合H8/s7。 圖5導柱 4.5 脫模機構的設計 4.5.1 設計頂桿脫模 頂桿直徑不易過細，應有足夠的強度承受推力，一般采用直徑為5，頂桿盡量使推出的塑件受力均勻，但不易和型心距離太近，以免影響凸模和凹模的強度。頂桿的斷面裝配后應比型腔的平面高0.05—0.1mm，由于塑件在進料口處的內部應力比較大易碎裂，所以在進料口出不易設頂桿，為了避免頂桿與側抽芯機構沖突，頂桿盡量避開側抽芯。 該模具塑件的頂出只要采用10根?1mm的頂桿頂出。為了保證塑件在出模過程中不傾斜,不變形,頂出機構應設計頂出導向裝置,以保證頂出機構平穩(wěn)。 圖6頂桿組合形式 上面介紹的斜頂塊抽芯機構除完成抽芯任務外，還兼有頂出塑件的功能。因采用點澆口，對澆注系統(tǒng)凝料的脫模需在定模部分另增加一分型面，將其從主流面拉出。 4.6 冷卻系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)的設計對于成型小塑件的一模多腔模具來說是十分重要的。如果冷卻不好或冷卻不均勻，必然導致收縮不均勻。為了使冷卻效果好，在模具定模型腔板和動模型腔板內開設了水道，橫向穿過這兩塊模板，這樣使塑件各處冷卻均勻，模具的模溫均勻。 冷卻裝置的目的一是：防止塑件脫模變形；二是：縮短成型周期；三是：使結晶性塑件冷凝成形較低的結晶度，以得到柔軟性，擾曲性，伸長率較好的塑件。在型腔型芯部位設置通水冷卻水路，并通過調節(jié)冷卻水的流量和流速控制模溫， 4.6.1冷卻水孔的設計 水孔邊離型芯距離一般取15—25mm，距離太近則冷卻不均勻，太遠則效率低，水道直徑一般在8mm以上，水孔管路應暢通無阻，冷卻水孔管路不要設在型腔和塑件溶接的地方，以免影響塑件的強度。 4.6.2 排氣槽的設計 在塑料填充過程中，除了模具型腔內有空氣外，還有塑料受熱產生的氣體，考慮排氣式很重要的。 動定模冷卻循環(huán)水道設計如圖5所示，冷卻水道孔徑采用?8mm的鉆頭加工。 圖7 動模冷卻循環(huán)水道示意圖 圖8 定模冷卻循環(huán)水道 5 模具結構及工作過程 圖9為該塑件注射模具結構圖（為清楚起見，有些細節(jié)沒有畫出）。 模具工作過程: 開模時，首先有定距分型機構定距分型，分型距離有定距拉桿控制，以便取出澆注系統(tǒng)主流道凝料。繼續(xù)開模，再有主分型面分型，斜滑塊開始側向抽芯，當模具開啟到終點時，斜滑塊側向抽芯結束，在型芯包緊力的作用下，頂桿固定板推動斜頂塊及頂桿同時向前運動，斜頂塊及頂桿將塑件頂出。合模時，通過斜導柱，彈簧及回程桿將斜滑塊復位退回，完成合模。合模結束再開始第二次工作循環(huán)。 （a） （b） 圖9 模具總裝示意圖 （a）動模結構示意圖 （b）定模結構示意圖 1，斜頂塊 2，動模 3，整體滑塊 4，鎖緊塊 5，外抽芯斜導柱 6，定模 7，螺釘 8，內抽芯滑塊 9，內抽芯斜導柱 10，動模鑲塊 11，定模鑲塊 6 結束語 本次設計以耳機注塑設計為主線，綜合了成型結構分析，模具結構設計，成型零部件設計，模具總的裝配等一系列模具生產的所有過程。能很好的學習致用的效果。。把以前學過的基礎課程融匯到綜合應用本次設計當中來，所謂學以致用。在設計中除使用傳統(tǒng)方法外，同時引用了CAD、solidworks等技術，使用Office軟件，力求達到減小勞動強度，提高工作效率的目的。 該塑件結構特點決定了其模具結構必須采用側向抽芯結構，而且不止一次采用側向抽芯。而這個耳機的設計采用了內，外抽芯及斜頂塊結構，不但解決了產品難出模的問題，而且合理利用了模具材料，降低了模具的生產成本。 本次設計中得到了牛老師的指點。同時也非常感謝河南科技學院各位老師的精心教誨。 由于實際經驗和理論技術有限，設計的錯誤和不足之處在所難免，希望各位老師批評指正。 致謝 本論文的完成，得益于河南科技學院老師傳授的知識，使本人有了完成論文所要求的知識積累，更得益于導師牛老師從選題的確定、論文資料的收集、論文框架的確定、開題報告準備及論文初稿與定稿中對字句的斟酌傾注的大量心血，在此對導師牛老師表示感謝！ 在這里，還要特別感謝大學四年學習期間給我諸多教誨和幫助的機電學院的各位老師，你們給予我的指導和教誨我將永遠記在心里！ 感謝和我一起生活四年的室友，是你們讓我們的寢室充滿快樂與溫馨， “君子和而不同”，我們正是如此！愿我們以后的人生都可以充實、多彩與快樂！ 感謝我的同學們，謝謝你們給予我的幫助！ 參考文獻： [1]朱光力 模具設計與制造實訓[M] 高等教育出版社 2002 [2]賈潤禮 實用注塑模具設計手冊[M] 中國輕工業(yè)出版社 2003 [3]孫鳳琴 模具制造工藝與設備 [M] 中國輕工業(yè)出版社 1998 [5]馮炳蕘 蔣文森 模具設計與制造簡明手冊[M] 上?？茖W技術出版社 1997 [6]屈昌華 塑料成型工藝與模具設計[M] 機械工業(yè)出版社 1998 [7] 許發(fā)越 實用模具設計與制造手冊[M] 2版 北京 機械工業(yè)出版社 2003 [8] 劉潔 現(xiàn)代模具設計 [M] 北京：化學工業(yè)出版社 2002 [9] 蘇樹珊王樹勛 模具實用技術設計綜合手冊[M] 第2版 廣州 華南理工大學出版社2003 [10]宋愛平 CAD/CAM技術綜合實訓指導書[M] 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