U盘外壳塑料件模具设计说明书.docx

U盘外壳塑料件模具设计说明书.docx

《U盘外壳塑料件模具设计说明书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《U盘外壳塑料件模具设计说明书.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

U盘外壳塑料件模具设计说明书

湘潭大学

课程设计说明书

题目：

U盘外壳塑料件模具设计

学院：

兴湘学院

专业：

材料成型及控制工程

学号：

2010960141

姓名：

朱胜

指导教师：

谢桂兰

第一章塑件成型工艺分析

1.1塑件分析

1.外形尺寸分析：

如图：

图1.塑件

该U盘外壳塑件尺寸不是很大，无侧孔，能单向顶出，成型模具中无需抽芯机构，可以采用一模多腔。

2.材料分析：

【（ABS）的成型特性与工艺参数】

丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。

丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。

因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。

同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。

ABS塑料主要的性能指标：

密度（Kg.dm-3）1.13——1.14

收缩率%0.3~0.8

熔点℃130~160

热变形温度45N/cm65~98

弯曲强度Mpa80

拉伸强度MPa35~49

拉伸弹性模量GPa1.8

弯曲弹性模量Gpa1.4

压缩强度Mpa18~39

缺口冲击强度kJ/㎡11~20

硬度HRR62~86

体积电阻系数Ωcm1013

击穿电压Kv.mm-115

介电常数60Hz3.7

1.2塑件表面工艺性分析

塑件表面质量包括：

表面粗糙度要求、云纹冷疤和表面缩陷的程度要求、表面光泽性和色彩、毛刺和拼接缝缺陷的要求等。

此塑件表面粗糙度为Ra1.6。

要求外观表面无云纹冷疤和便面缩陷。

塑件表面色彩均匀和色泽光亮，无毛刺和拼接缝缺陷。

第二章成型设备的选择

1.塑件成型方法

该U盘外壳塑件的材料为ABS，查书本得知其密度为1.13-1.14g/cm3，收缩率为，计算其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。

适宜采用注射成型。

2.成型设备的选择

考虑到塑件需要大批量生产，应该尽量选择可以实现自动化，且设备利于操作和维修。

同时结合经济型和制件需求，选择最合适设备。

注射机根据注射和和模装置的排列方式可以分为：

立式注射成型机：

占地面积小，模具拆装方便，但制件顶出后需要手或其他方式取出，不易实现全自动化操作，又因为机身较高，机器的稳定性差，加料和机器维修不便。

卧式注射成型机：

相比于立式注射成型机，机身低，利于操作和维修，机器重心较低，故稳定，同时，制件成型后课利用其重心自动落下，容易实现全自动操作。

所以，卧式应用广泛，对大、中、小型塑件的生产都适用，是国内外注射成型机中最基本的形式。

角式注射成型机：

使用比较普遍，在大、中、小型注射成型机中都有应用。

特别适用于成型制品中心不允许留有浇口痕迹的制件，熔料是沿着模具分型面进入模腔，不存在受机器模板尺寸限制的情况。

对于此U盘外壳塑件，应选用卧式注射成型机。

注射装置是注射成型机中直接对塑料加热和加压的部分，塑料的塑化和注射都在这里进行，是注射成型机的重要组成部分。

注射装置的主要形式有：

柱塞式，螺杆预塑式和往复螺杆式。

由于柱塞式外热加热的热传导方式使塑料熔融塑化，会使塑料形成温度梯度，使塑料塑化不良和温度不均导致最终效果不好；螺杆预塑式结构复杂庞大，两个单向阀处容易英气塑料的停滞和分解；往复螺杆式克服了螺杆预塑式的缺点，塑化质量好，速度快，先塑化后注射，注射压力损失小，螺杆的拆装和清理容易，广泛应用各类注射机。

所以，本塑件生产所用的卧式注射机采用如图2往复螺杆式注射装置。

图2.往复螺杆式注射机

3.注射成型过程

1、成型前的准备对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，成型前应进行充分的干燥预处理（100-110°C）。

同时，清洗料筒，对嵌件和模具进行预热，确定应使用的脱模剂，在模具型腔表面均匀涂上一层脱模剂（如硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等），以保证塑料制品的顺利脱离，将原料加入料斗，对料筒加热到预定温度，保温20分钟之后，启动螺杆对原料进行塑化和计量。

2、注射过程塑料原料在注射机料筒内经过加热、塑化达到粘流状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。

3、塑件的后处理调湿处理，即将刚脱模的塑件放入热水中（处理温度90-100℃），保温一段时间（处理时间为4小时左右），然后缓慢冷却，这样可以隔绝空气，防止塑料氧化，同时，加速吸湿平衡，稳定塑件尺寸，消除内应力。

注射工艺参数:

1、注射机：

螺旋式，线速度1.3m/s

2、料筒温度（℃）：

后段190～210；

中段200～220；

前段210～230。

3、喷嘴温度（℃）：

200～210。

4、模具温度（℃）：

60～100。

5、注射压力（Mpa）：

70-120Pa。

6、充模时间：

1～5S

7、保压时间：

20S

8、冷却时间：

20-120S

第三章模具结构形式的拟定

3.1分型面的确定

3.1.1分型面的选择：

塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。

定模和动模相接触的面称分型面。

通常有以下原则：

（1）分型面的选择有利于脱模：

分型面应取在塑件尺寸的最大处。

而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。

如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为了使塑件留在动模，一般应将凹模也设在动模一侧。

拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件中间的部位，但此塑件外形有分型的痕迹。

（2）分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。

（3）分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。

（4）分型面应有利于侧向抽芯，但是此模具无须侧向抽芯，此点可以不必考虑。

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须首先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。

该塑件为外壳，外形表面质量要求较高。

在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如图3所示：

图3.分型面

3.2型腔数量和排列方式的确定

3.2.1型腔数量的确定

该塑件生产批量为大批量生产，故可采用一模多腔的结构形式。

同时，考虑到模具结构尺寸与塑件尺寸之间的关系，加之制造成本和经济利益的因素，决定选用一摸四腔的模具结构形式。

3.2.2型腔排列形式

1、型腔排列的一般原则

（1）流动长度要适当，流道废料尽量少，浇口位置要合适统一，进料要平衡，还要使型腔压力平衡；

（2）排位应保证流道、浇口套距定模型腔边缘有一定距离，以满足封胶要求；

（3）排位应满足模具结构等的空间要求；

（4）为了使模具达到较好的冷却效果，排位应注意螺钉、推杆对冷却水孔的影响，预留冷却水空的位置；

（5）排位要尽可能紧凑，以减小模具的外形尺寸，且长宽比例要适中，同时也要考虑注射机的要求。

2、型腔排列形式的确定

综合考虑上述排列原则及加工难度、经济性、效率、成本等因素，又由于本设计选择的是一摸四腔，故采用对称排列，如图4：

图4.型腔数及布置

3.2.3模具结构形式的确定

由以上的分析可知，本模具设计为一模四腔结构，对称排列型腔，根据塑件结构形状，推出机构采用推板的推出形式，利用推板推动推杆然后通过推杆再将塑件顶出模具。

浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用侧浇口，且设在分型面上，无需侧向抽芯。

因此，可确定选用单分型面注射模。

3.3注射机型号的确定

1.计算塑件体积和重量

=4141.7903mm3=41.418cm3

塑件的质量计算：

塑件的质量为M=V×ρ=41.418×1.2g/cm³=49.7g。

2.确定注射成型的工艺参数

根据以上所计算的结果，可选择设备型号、规格、确定型腔数。

注射机的额定注射量为Vb，每次的注射量不超过它的80%，即n=（0.8

-

）/

式中n—型腔数；

Vj—浇注系统的体积（g）；

—塑件体积。

估算浇注系统的体积Vj：

根据浇注系统初步方案进行估算浇注系统体积。

=0.78

由于该塑件外形较小，因此采用一模四腔，即n=4

则：

Vb=（nVg+Vj）/0.8=415.155

根据该塑件的结构特点和ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表：

塑件的注射成型工艺参数

工艺参数

内容

工艺参数

内容

预热和干燥

温度80～90℃

成型时间/s

注射时间

3～5

时间2h

保压时间

15～30

料筒温度/℃

后段

180～200

冷却时间

15～30

中段

210～230

总周期

40～70

前

170～190

螺杆转速/（r/min）

30～60

喷嘴温度/℃

180～190

后处理

方法

红外线灯烘箱

模具温度/℃

60～80

温度/℃

70

注射压力/MPa

70～90

时间/h

2～4

3.确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：

W=8w+w废料=8X49.7+49.7×20%=407.54g。

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考设计手册，初选SX—ZY-500型螺杆式注射机。

记录下SX—ZY-500型柱塞式注射机的主要技术参数，见下表：

SX—ZY-500型柱塞式注射机的主要技术参数

序号

主要技术参数项目

参数数值

1

最大注射量/cm³

500

2

注射压力/MPa

1040

3

锁模力/kN

1400

4

动、定模模板最大安装尺寸/（mm×mm）

620x520

5

最大模具厚度/mm

450

6

最小模具厚度/mm

300

7

最大开模行程/mm

500

8

喷嘴前端球面半径/mm

12

9

喷嘴孔直径/mm

4

10

定位圈直径/mm

125

4.成型设备的校核计算

（1）.锁模力的校核

锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。

注射机锁模力的校核关系为F≥kpA

式中F---注射机锁模力，查参考设计手册得SX—ZY-500型柱塞式注射机锁模力为3500KN；

k---压力损耗系数，一般取1.1～1.2，取1.1；

P---型腔内熔体的压力，本塑件P=30Mpa；

A---塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之和，本模具A=1.4X10-2

计算得kpA=1.1×30×106×1.4×10-2=462000N=462KN

故注射机的锁模力足够，满足锁模要求。

（2）.安装尺寸的校核

本模具采用的型号为A3030-25x25x25（GB/T12555-2006）的标准模架，模具的外形尺寸为300mm×300mm，模具闭合高度H=305mm.查资料得SZY-500型注射机动、定模模板最大安装尺寸为520mm×620mm，允许模具的最小厚度Hmin=300mm,最大厚度Hmax=450mm，即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足Hmin≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足SZY-300型螺杆式注射机的安装要求。

（3）.开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离，本模具为单分型面注射模具，SZY-500型螺杆式注射机的最大开模行程与模厚无关，校核关系为S>H1+H2+（5～10）

试中S---注射机的最大开模行程，查参考设计手册得SX—ZY-500型柱塞式注射机的开模行程S=500mm；

H1---塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为40mm

H2---塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为4mm；

计算得H1+H2+（5～10）=40+4+10=54

以上分析证明：

SZY-500型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。

第四章浇注系统的设计

4.1主流道设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

另外，由于其与高温熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

4.1.1主流道尺寸

1、主流道长度

根据标准模架的选定，确定主流道长度为65mm

2、主流道大端直径

D=6.5mm，式中

。

3、主流道球面直径

SR=注射机喷嘴球头直径+0.5～1mm=15+1=16mm

5、球面的配合高度

由于小端前面是球面，其深度为3~5mm。

取h=3mm。

4.1.2主流道浇口套及固定形式

主流道衬套为标准件可选购。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换。

同时，也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。

设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50～55HRC，如图3-1所示。

图5.浇口套

4.2分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。

分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。

但加工困难，而且正方形截面不易脱

模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。

分流道设计要点：

（1）.在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。

（2）.分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料穴。

对于此模来说在分流道上不须开设冷料穴。

（3）.分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。

（4）.分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。

分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短

分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。

因ABS的推荐断面直径为4.5～9.5，部分塑件常用断面尺寸推荐范围。

分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。

分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的分流道，为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。

同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑。

本塑件采用U形断面的分流道，在一块模板上，切削容易实现，且比表面积

不大，推荐直径为4.8～9.5mm，取Φ8mm，据此，该模具的分流道设计如图所示：

图6.流道

4.3浇口的设计

浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道（除直接浇口外），它是浇注系统的关键部分。

其主要作用是：

型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流。

易于在浇口切除浇注系统的凝料。

浇口截面积约为分流道截面积的0.03～0.09，浇口的长度约为0.5mm～2mm，浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模是逐步纠正。

当塑料熔体通过浇口时，剪切速率增高，同时熔体的内磨檫加剧，使料流的温度升高，粘度降低，提高了流动性能，有利于充型。

但浇口尺寸过小会使压力损失增大，凝料加快，补缩困难，甚至形成喷射现象，影响塑件质量。

浇口位置的选择：

<1>浇口位置应使填充型腔的流程最短。

这样的结构使压力损失最小，易保证料流充满整个型腔，同时流动比的允许值随塑料熔体的性质，温度，注塑压力等的不同而变化，所以我们在考虑塑件的质量都要注意到这些适当值。

<2>浇口设置应有利于排气和补塑。

<3>浇口位置的选择要避免塑件变形。

采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。

<4>浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。

熔接痕是充型时前端较冷的

料流在型腔中的对接部位，它的存在会降低塑件的强度，所以设置浇口时应考虑料流的方向，浇口数量多，产生熔接痕的机会很多。

流程不长时应尽量采用一个浇口，以减少熔接痕的数量。

对于大多数框形塑件，浇口位置使料流的流程过长，熔接处料温过低，熔接痕处强度低，会形成明显的接缝，如果浇口位置使料流的流程短，熔接处强度高。

为了提高熔接痕处强度，可在熔接处增设溢溜槽，是冷料进入溢溜槽。

筒形塑件采用环行浇口无熔接痕，而轮辐式浇口会使熔接痕产生。

<5>浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。

因点口在脱开时会伤塑件的内表面在这里是可以的，考虑到点浇口有利浇注系统的废料和塑件的脱离，所以选取用点绕口

根据塑件的外观要求及型腔分布情况，选用如图所示的点浇口。

从塑件的底侧中部进料，去除凝料时不会在塑件的外壁留下浇口痕迹，不影响塑件的外观。

图7.侧浇口

4.4冷料井设计与计算

当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前面的熔体塑料的温度较低，形成冷凝料头，为了防止这些冷料进入型腔而影响塑件质量，在进料口的末端的动模板上开设一洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。

它的作用是储存因两次注塑间隔而产生的冷料头以及熔体流动的前锋冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝。

冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端的直径。

为了使主流道凝料能顺利地从主流道衬套中脱出，往往是冷料穴兼有开模时将主流道凝料从主流道拉出而附在动模一边的作用。

图8.

本设计选用Z字形拉料杆，工作时依靠Z字形钩将主流道凝料拉出浇口套。

第五章主要零部件的设计计算

5.1成型零件的结构设计

成型零件直接与高温高压的塑料接触，它的质量直接影响塑件的质量。

该塑件的材料为ABS工程材料，对表面粗糙度和精度的要求较高，因此要求成型零件有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性，应选用优质模具钢制作，还应进行热处理一般使其具备50～55HRC的硬度。

（1）型腔设计

采用整体嵌入式凹模，放在定模板一侧，主要是从节省优质模具钢材料、方便热处理、方便日后的更换维修等方面考虑。

（2）型芯设计

型芯结构设计也应用组合式，可节省贵重模具钢，减少加工工作量。

成型塑件内壁的大型芯装在动模板上。

5.2导向定位机构设计

导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。

如图所示：

图9.

导向机构的主要作用有：

定位、导向和承受一定侧压力。

定位作用：

为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。

塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。

动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。

由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。

对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。

由于塑件基本对称且无单向侧压力，所以采用直导柱导向便可满足合模导向及闭模后的定位。

导柱要比主型芯高出6～8mm。

5.3成型零件工作尺寸的计算

所谓工作尺寸是零件上直接用以来成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。

（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4%～0.7%，故平均收缩率Scp=（0.4+0.7）%/2=0.55%，根据塑件尺寸公差要求，模

具制造公差取δz=1/3Δ。

成型零件尺寸计算见下表：

类别

名称

塑件尺寸

计算公式

工作尺寸

型腔计算

型腔的径向尺寸

47.760-0.56

Lm=[（1+Scp）Ls-0.75Δ]0+

z

46.77+0.1870

180-0.38

17.81+0.1270

16.80-0.38

16.12+0.1270

型腔的深度尺寸

40-0.1

Lm=[（1+Scp）Ls-0.67Δ]0+

z

3.89+0.0330

3.40-0.28

3.23+0.9330

2.60-0.18

2.38+0.060

型芯计算

型芯的径向尺寸

58.4+0.20

Hm=[（1+Scp）Hs+0.75Δ]

59.10-0.067

5.4+0.240

5.520-0.08

1.8+0.10

1.860-0.033

型芯的高度尺寸

10.4+0.280

Hm=[（1+Scp）Ls+0.75Δ]

10.560-0.93

6.4+0.280

6.610-0.93

2.6+0.280

2.720-0.93

5.4推出机构的设计

由于该U盘塑件不是很大，但是在推出时又不能够使塑件发生变形以影响外观，所以一个塑件需多根推杆同时推出。

如图所示：

图10.

参考文献

[1]《材料成型设备》

[2]《塑料成型模具》

[3]周良德、朱泗芳《现代工程图学》

[4]《互换性与技术测量》