自选电视遥控器外壳模具设计及分析.docx
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自选电视遥控器外壳模具设计及分析
浙江科技学院
本科毕业设计
（2013届）
题目自选电视遥控器外壳模具设计及分析
学院机械与汽车工程学院
专业机械设计制造及其自动化
班级
学号
学生姓名
指导教师
完成日期
电视遥控器外壳模具设计及分析
学生姓名：
周盛强指导老师：
王灿
浙江科技学院机械学院
摘要
本设计为遥控器上下外壳注塑模具的设计。
设计采用一模两腔，浇口采用潜伏式，分型面选在截面最大处，塑件成型后利用推杆将成型制品从动模上推出，回程时利用复位杆复位。
由于上下外壳的结构差别不大,本文用遥控器上下壳作为本文的设计零件,设计中需要对塑件的尺寸进行计算，确定尺寸精度，然后进行注射机的选取,并用MOLDFLOW进行了最佳胶口分析。
并对对注射机参数进行校核，包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。
各个参数都满足要求后才能确定注射机的型号。
在设计过程中，为了更清楚的表达模具的内部结构，因此附有大量的模具结构图和模具局部图，并通过通过cad软件画出它的二维图
关键词：
遥控器上下外壳分型面浇口工艺分析
DesignandanalysisofTVremoteshellmold
Student:
ShengQiangZhouAdvisor:
Dr.wangchan
SchoolofMechanicalandAutomotiveEngineering
ZhejiangUniversityofScienceandTechnology
Abstract
Thisdesignisthedesignofinjectionmouldforthecabinet.Thedesignusestwomoldcavity,typeofthesprueislatentgate,thepartingsurfaceischoseninthemaximumsectionoftheplastics.Afterplasticsaremolded，moldingproductsaredrivenbyputtingfromdynamicmodel,thenusingresetstemreturned.
Inthedesign,thesizeoftheplasticpartsneededtocalculate,thendeterminethesizeprecisionandselectthetypeofinjectionmouldingmachine.Checkingtheparametersofinjectionmachine,includingthethicknessofmoldclosing,thesizeofmouldinstallation,thetripofopeningmold,theclampingforceofinjectionmachine,andsoon.Determiningthemodelofinjectionmachineaftereachparameteraremeettherequirements.FinallyusethePROEsoftwaretomilloutmoldingparts.
Inthedesignprocess,inordertoexpresstheinternalstructureofmouldclearly，therehavealotofmouldstructureandmouldlocalcharts，thenthroproehCADandproesoftwareplotits3dstereo.
Keywords：
CabinetParting,surfaceRunnerProcessanalysis
第一章绪论
随着电子、信息等高新技术的不断发展，我国模具技术的发展呈现以下趋势。
（1）模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展
（2）模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展
（3）快速经济制模技术得到应用
（4）特种加工技术有了进一步的发展
（5）模具自动加工系统的研制和发展
（6）模具材料及表面处理技术发展迅速
（7）模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同
另一方面，随着模具行业整体水平的提高和先进制造技术的不断发展，在模具行业出现了一些新的管理、设计、生产理念与模式。
主要有：
创造最佳管理和效益的精益生产；适应模具单件生产特点的柔性制造技术；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产模式；模具标准件的日渐广泛应用（模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本）；广泛采用标准件、通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。
生产塑件中，注射模是一种广为利用的制造工艺[1]。
注射模的基本原则是固体聚合物在熔融状态下注射进模腔内，经过冷却，然后在模中被顶出。
因此注射模工艺过程涉及到填充阶段，冷却阶段和顶出阶段。
因此注射模的工艺过程主要就是决定于成型周期，而冷却时间又是最重要的一个步骤。
成型的冷却时间决定了生产塑件的速度。
一直以来，现代工业中，时间与成本有着很大的关连，生产时间越长成本越高。
降低零件冷却时间将会大大提高生产速率和降低成本。
因此在典型的成型过程中，了解并优化热传导是非常重要的。
注塑件和模具之间的热交换对注射成型的经济行为起着决定性的因素。
必须达到稳定状态下（即可以脱模时）才能将塑件热量释放。
需要达到这个状态的时间叫做零件冷却时间或者冻结时间。
正确的冷却系统设计必须使得聚合塑料件与模具之间有最佳的热传导。
在传统的模具中，通过在模心和模腔里创建直孔，然后通以冷却液并导走聚合塑料件多余的热量，可以实现降低冷却时间。
这种加工孔的方法依赖于普通加工工艺，例如钻孔，却不能生产复杂的轮廓状通道或者立体空间里的隐藏部位。
第二章塑件分析
2.1塑件结构
图2.1塑件图
该制件形状比较复杂,都是由曲面构成外观要求较严,由于产品结构有侧凹,所以需要较复杂机构,例如斜推杆等
2.2制品质量
下壳塑件的体积:
V1=16.61cm3
上壳塑件的体积:
V1=9.92cm3
塑件的质量：
M=26.53x1.2g=31.836g
2.3尺寸精度
由于改制件未标注公差，查（《塑料成型模具》P7表5.1.1-1-1、2-1-2）取MT5，B类公差。
第三章材料的选择与工艺性分析
3.1注塑成型工艺简介
注塑成型是塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，而后由柱塞或往复式螺杆将熔体推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。
它不仅可在高生产率下制得高精度，高质量的制品，而且可加工的塑料品种多和用途广，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。
一般分为三个阶段的工作。
图3.1注塑成型压力—时间曲线
（1）物料准备：
为了使注塑能顺利地进行并保证产品得到质量，在成型前有一系列的准备工作。
包括对物料的颗粒情况、外观色泽，杂质含量等进行检验，并测试其流动性，热稳定性和收缩率等指标。
对于吸湿性比较强的塑料，应进行适当的预热干燥，为了保证顺利脱模，部分塑料制品还需要选用脱模剂。
（2）注塑过程：
塑料在料筒内经过塑化达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用图3.1表示。
图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。
从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。
由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。
这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。
从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。
倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。
（3）制件后处理：
注塑制品经脱模或机械加工后，常需要经过适当的后处理以改善制品的性能和提高尺寸稳定性；制品的后处理主要指退火和调湿处理。
3.2塑件材料选择
1.成型前的准备
对ABS的色泽、细度和均匀度进行检验。
由于ABS的吸水率大约为0.2%～0.8%，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。
干燥条件：
用烘箱以80～85℃烘2～4小时或用干燥料斗以80℃烘1～2小时。
2.注射过程
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流、和冷却4个阶段。
3.塑件的后处理
采用调湿处理，其热处理条件查参考文献【1】中的表4-7由处理温度为70℃；保湿时间为2～4小时。
3.2.1材料ABS的注塑成型参数
注射机：
螺杆式；
螺杆转数（r/min）：
48；
料筒温度（℃）：
前段200～220；
中段180～200；
后段160～180；
喷嘴温度（℃）：
170～180；
模具温度（℃）：
50～80；
注射压力（Moldflow）：
70～100；
成型时间（s）：
注射20～60，保压0～3，冷却20～90，总周期50～160。
3.2.2材料ABS性能
1.物理性能
ABS树脂是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS），这三者的比例为20：
30：
50（熔点为175℃）。
只要改变其三者的比例、化合方法、颗粒的尺寸，便可以生产出一系列具有不同冲击强度、流动特性的品种，如把丁二烯的成份增加，则其冲击强度会得到提高，但是硬度和
流动性就会降低，强度和耐热性变会减少。
ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。
缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
2.成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
从形态上看，ABS是非结晶性材料。
中单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物，一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相，另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的比率以及两相中的分子结构。
这就可以在产品设计上具有很大的灵活性，并且由此产生了市场上上百种不同品质的ABS材料。
这些不同品质的材料提供了不同的特性，例如从中等到高等的抗冲击性，从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。
ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%~0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。
3.ABS的主要性能指标
密度ρ=1.2g/
；
收缩率0.4～0.7%，取值0.5%.
4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：
溢料飞边、气泡、熔接痕、烧焦及黑纹、光泽不良；
消除措施：
增大注射压力、提高模具温度、加排气槽、充分预干燥。
第四章拟定模具结构形式
当塑件的结构和所用的材料满足成型工艺的要求后，就需要考虑塑件的分型面位置，确定采用单型模腔还是多型模腔来进行生产，这样就初步确定模具的结构形式，为后续的设计计算提供依据。
4.1分型面位置的确定
模具上用来取出塑件和（或）浇注系统可分离和接触的表面称为分型面。
分型面的选择应注意以下几点：
分型面应选在塑件的最大截面处；
不影响塑件外观质量，尤其是对外观有明确要求的塑件；
有利于保证塑件的精度要求；
有利于模具加工，特别是型腔的加工；
有利于浇注、排气、冷却系统的设置；
为了使塑件的脱模变得简单，尽量使塑件在开模时留在动模一侧；
尽量减少塑件在合模平面上的投影面积，以减少所需锁模力；
便于嵌件的安装；
长型芯应置于开模方向。
如下图4.1.1所示:
图4.1.1分型面
4.2型腔数量的确定
考虑到塑件比较大，因此型腔形似选择一模两腔。
一模两腔与多型腔相比，具有以下优点：
塑件的形状和尺寸精度始终一致；
工艺参数易于控制；
模具结构简单、紧凑，设计制造、维修大为简化。
本设计采用的一模两腔如下图4.2.1所示：
图4.2.1一模两腔
第五章注塑机的选择及校核
5.1选择注塑机
单个塑件的体积:
V=26.53cm3
塑件的质量：
M=1.2gx26.53=31.836g
流道凝料V’=0.6V；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则
表5.1.1注射机参数
注塑机型号
XS-ZY-1000
额定注射量
1000cm3
螺杆（柱塞）直径
85mm
注射压力
121Moldflow
注射行程
260mm
注射方式
螺杆式
锁模力
1600KN
最大成型面积
1800cm2
最大开合模行程
700mm
模具最大厚度
550mm
模具最小厚度
150mm
喷嘴圆弧半径
R18mm
喷嘴孔直径
Φ7.5mm
顶出形式
两点设有顶杆，机械顶出
动、定模固定板尺寸
900X1000mm
拉杆空间
430×700mm
合模方式
中心液压、两点机械顶杆
液压泵
流量
200、18L/min
压力
614Moldflow
电动机功率
40KW
加热功率
14KW
机器外形尺寸
7670X1740X2380mm
5.2注塑机的校核
5.2.1最大注塑量的校核
为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%~75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。
为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%~80%。
V
=V+0.6V=26.53+（0.6x26.53）=42.448cm
；满足要求。
5.2.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：
F＞KA
·P
＞1.2×1/4×3.14×1122×25×10
＞295.42KN
因此锁模力满足要求。
式中:
F注塑机额定锁模力：
1600KN；K安全系数，取K=1.2；
5.2.3塑化能力的校核
由初定的成型周期为60秒计算，实际要求的塑化能力=
即：
217.6/60=3.63（g/s），远小于注塑机的塑化能力22.2（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。
5.2.4喷嘴尺寸校核
在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大1～2mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.5～1mm，如图4所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。
图5.2.4.1喷嘴与浇口套
由于本次选择的注塑机喷嘴球半径为7mm，喷嘴口直径6mm。
5.2.5定位圈尺寸校核
模具安装在注塑机上必须使模具中心线与料筒、喷嘴的中心线相重合，定位圈与注塑机固定模板上的定位孔呈间隙配合（H8/e8）。
定位圈的高度，对小型模具为8mm~10mm，对大型模具为10mm~15mm。
此外，对中小型模具一般只在定位模板上设置定位圈，对大型模具可在动、定模板上同时设置定位圈。
本次设计的模具只在定模板上设置定位圈，定位孔直径为100mm，定位圈的高度为5mm。
5.2.6模具外形尺寸校核
注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。
本注塑机中拉杆内间距430×700mm，模具外形尺寸设计为300×530mm，满足要求。
5.2.7模具厚度校核
模具厚度必须满足下式：
H
H
H
150mm
291mm
550mm
式中：
H
——所设计的模具厚度291mm；H
——注塑机所允许的最小模具厚度150mm；H
——注塑机所允许的最大模具厚度550mm；
5.2.8模具安装尺寸校核
注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。
模具固定安装方法有两种：
螺钉固定，压板固定。
采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动、定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。
该模具外形尺寸为300×530属中型模具，所以采用压板固定法。
第六章浇注系统的设计
浇注系统的作用是将塑料熔体顺利地充满到型腔各处，以便获得外形轮廓清晰、内在质量优良的塑件。
因此要求充模速度快而有序，压力损失少，排气条件好，浇注系统凝料易于与塑件分离或切除，且在塑件上留下浇口痕迹小。
在设计浇注系统时，首先选择浇口的位置，流道及浇口位置的选择应遵循以下原则。
（1）流道应尽量少弯折，表面粗糙度为R0.8
~1.6
。
（2）应考虑到模具是一模2腔还是一模多腔，浇注系统应按型腔布局设计，尽量与模具中心线对称。
（3）单型腔模具投影面积较大时，在设计浇注系统时，应避免在模具的单面开设浇口，不然会照成注射时模具的受力不均。
（4）设计浇注系统时，应考虑去除浇口方便，修正浇口时在塑件上不留痕迹。
（5）一腔多模时，应防止将大小悬殊的塑件放在同一副模具内。
（6）在设计浇口时避免塑料熔体直接冲击直径型芯及嵌件，以免产生弯曲、折断或移位。
（7）在满足成型排气良好的前提下，要选取最短的流程，这样可以缩短填充时间。
（8）能顺利的引导塑件熔体填充各个部位，并在填充过程中不致产生塑料熔体涡流、紊流现，使型腔内的气体顺利排出模外。
（9）在成批生产塑件时，在保证产品质量的前提下，要缩短冷却时间及成型周期。
（10）若是主流道型浇口，因主流到处有收缩现象，若塑件在这个部位要求精度较高时，主流道应留有加工余量或修正余量。
（11）浇口的位置应保证塑料熔体顺利地流入型腔，即对着型腔中宽畅、厚壁部位。
（12）尽量避免使塑件产生熔接痕，或使其熔接痕产生在塑件不重要的部位。
6.1主流道
主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道（或浇口）的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。
本次设计的主流道衬套如下图，其主要参数：
锥角
=6°；内表面粗糙度Ra=0.63
；小端直径D=d+（0.5~1）mm=8.5mm；主流道衬套始端的球面半径R
=R
+（1~2）mm=20mm；取主流道长度l=58mm；材料为碳素工具钢T8A。
其中：
d=6mm是注塑机的喷嘴口直径，R
=18mm是注塑机的喷嘴球半径。
6.2分流道与浇口
这种交口的特性:
它在单型腔模具中，塑料熔体直接流入型腔，因而压力损失少，进料速度快，成型比较容易，传递压力好，保压补缩作用强，模具结构简单紧凑，制造方便。
圆环形浇口中间的锥形型芯起分流作用，进料均匀，在整个圆周上取得大致相同的流速，空气也容易顺序排除，无熔接缝。
浇口如下图6.2.1所示：
图6.2.1浇口
第七章成型零件的工作尺寸计算
模具中确定塑件几何形状和尺寸精度的零件称为成型零件。
成型零件包括凹模、型芯、镶块、成形杆和成型环等。
成型过程中成型零件受到塑料熔体的高压作用，料流的冲刷，脱模时与塑件间发生摩擦。
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，此外还要求成型零件具有合理的结构和良好的加工工艺性，具有足够的强度、刚度和表面硬度。
7.1成型零件工作尺寸的计算
在计算型腔和型芯工作尺寸之前，对塑件各重要尺寸应按机械设计中最大实体原则进行转化，即塑件外形尺寸（名义尺寸）为最大尺寸，其公差△为负值；塑件的内腔尺寸（名义尺寸）为最小值，其公差△为正值；中心距尺寸为公称尺寸，其公差为正负△/2。
凹模的径向尺寸计算公式：
L=[Ls（1+k）-X△]0+δ
式中：
Ls——塑件外型径向公称尺寸；
K——塑料的平均收缩率；
△——塑件的尺寸公差；
δ——模具制造公差，取塑件相应尺寸公差的1/3~1/6。
凹模的深度尺寸计算公式：
H=[Hs（1+k）-X△]+δ0
式中:
Hs——塑件高度方向的公称尺寸。
7.2型腔壁厚、支撑板厚度的确定
塑料模具型腔在成型过程中受到塑料熔体的高压作用，应具有足够的强度和刚度，如果型腔和点壁厚度过薄可能因强度不够而产生塑料变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。
型腔壁厚、支撑板厚度的确定从理论上讲是通过力学的强度及刚度公式进行计算的。
由于注塑成型受温度、压力、塑料特性及塑件复杂程度的影响，所以理论计算并不能完全真实的反映结果。
通常在模具设计中，型腔及支撑板厚度不通过计算确定，而是凭经验确定。
经验数据表如下：
表7.2.1壁厚S的经验数据
型腔压力/Moldflow
型腔点壁厚度S/mm
<29（压塑）
0．14L+12
<49（压塑）
0．16L+15
<49（注塑）
0．20L+17
表7.2.2支撑板h厚度的经验数据
b/mm
b=L/m
b=1.5L/mm
b=2L/mm
<102
（0.12-0.13）b
（0.10-0.11）b
0.08b
＞102-
300
（0.13-0.15）b
（0.11-0.12）b
（0.08-0.09）b
模具设计时上表查到得数据只是作为验证性的数据。
选择标准模架后，需要结合塑件具体尺寸来验证型腔壁厚和支撑板厚度的合理性。
第八章脱模推出机构的设计
在注塑成型的每一个循环中，都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出，模具上这种脱出塑件的机构称为脱模机构（或称推出、顶出机构）。
8.1在设计脱模推出机构时应遵循下列原则
推出机构应尽量设置在动模一点。
保证塑件不因推出而变形损坏。
机构简单、动作可靠。
推出塑件的位置应尽量设在塑件内部或隐形面和非装饰面上。
合模时能正确复位。
8.2脱模力的计算
脱模力计算公式
Fc=10×fc×α×E×（Tf-Tj）×t×h
式中：
fc——脱模系数，即在脱模温度下塑件与型芯表面之间的静摩擦因数，它受塑件熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响；
α——塑料的现行膨胀系数（1/℃）;
E——在脱模温度
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