dvd遥控器外壳上半部分塑料模具设计学士学位论文.docx
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dvd遥控器外壳上半部分塑料模具设计学士学位论文
第1章设计题目与要求
本次设计的题目为DVD遥控器外壳上半部分塑料模具设计，材料为聚苯乙烯（PS），年产量为50万件，采用注射模塑成型，该遥控器的形状如图1.1所示。
图1.1
第2章注射模可行性分析
2.1注射模设计的特点
塑料注射模塑能一次性地成型形状复杂、尺寸精确或嵌件的塑料制品。
在注射模设计时。
必须充分注意以下三个特点：
（1）塑料熔体大多属于假塑料液体，能剪切变稀。
它的流动性依赖于物料品种、剪切速率、温度和压力。
因此须按其流变特性来设计浇注系统，并校验型腔压力及锁模力。
（2）视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。
应在正确估算模具型腔压力的基础上，进行模具的结构设计。
为保证模具的闭合、成型、开模、脱模和侧抽芯的可靠进行，模具零件和塑件的刚度与强度等力学问题必须充分考虑。
（3）在整个成型周期中，塑件—模具—环境组成了一个动态的热平衡系统。
将塑件和金属模的传热学原理应用于模具的温度调节系统的设计，以确保制品质量和最佳经济指标的实现。
2.2注射模组成
凡是注射模，均可分为动模和定模两大部件。
注射充模时动模和定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时动模和动模分离，取出制件。
定模安装在注射机的固定板上，动模则安装在注射机的移动模板上。
根据模具上各个零件的不同功能，可由一下个系统或机构组成。
（1）成型零件
指构成型腔，直接与熔体相接触并成型塑料制件的零件。
通常有凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。
在动模和动模闭合后，成型零件确定了塑件的内部和外部轮廓尺寸。
（2）浇注系统
将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。
（3）导向与定位机构
为确保动模与定模闭合时，能准确导向和定位对中，通常分别在动模和定模上设置导柱和导套。
深腔注射模还须在主分型面上设置锥面定位，有时为保证脱模机构的准确运动和复位，也设置导向零件。
（4）脱模机构
是指儿子开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。
（5）侧向分型抽芯机构
带有侧凹或侧孔的塑件，在被脱出模具之间，必须先进行侧向分型或拔出侧向凸模或抽出侧型芯。
（6）温度调节系统
为了满足注射工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热额的温度调节系统。
模具冷却，一般在模板内开设冷却水道，加热则在模具内或周边安装点加热元件，有的注射模须配备模温自动调节装置。
（7）排气系统
为了在注射充模过程中将型腔内原有气体排出，常在分型面处开设排气槽。
小型腔的排气量不大，可直接利用分型面排气，也可利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间间隙排气。
大型注射模须预先设置专用排气槽。
2.3注射性能分析
（1）注射成型工艺的可行性分析：
本塑件形状复杂，壁厚不均，尺寸精度要求较高，而且有较高的表面质量和尺寸稳定性的要求，因此对模具和设备的要求也较高。
而注射成型方法有如下几个优点：
a:
形状：
几乎没有复杂性限制，容许模具内有不同塑料的成型型腔；
b:
尺寸：
塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；
c:
材料：
在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；
d:
精度：
可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性；
e:
生产率：
中等，循环时间主要由塑件壁厚决定，最短可在十几秒内，可增加每模的型腔数来提高生产率。
由以上塑件的特点和注射成型工艺的优点，分析可知：
该塑件适合于采用注射成型方法。
（2）表面粗糙度：
由塑件外观可知，塑件的外表面要求较高，因此其表面粗糙度取Ra0.4mm，而其内表面由于是复读机的内部，为顾客视线所不及，故不影响其外观视觉质量，从简化加工工艺和节约加工成本的角度考虑，其内表面选用的表面粗糙度为Ra0.8mm。
一般情况下，模具粗糙度低于塑件1～2个等级，故取型腔表面粗糙度为Ra0.2um，而型芯表面粗糙度为Ra0.4um。
（3）尺寸精度：
按SJ1372—1978标准，塑料件尺寸精度分为8级。
本塑件所用材料为聚苯乙烯（PS）,由此查塑料模具设计手册可知，本塑件宜选用4级精度。
零件具体尺寸及其公差值可详见零件图。
塑件尺寸精度于模具的制造精度密切相关，尤以小型精密塑件为甚。
从模具制造精度对塑件精度的影响可知，模具制造允许误差和塑件尺寸公差之间具有对应的关系，由塑件零件图可得，模具精度等级为IT8。
（4）脱模斜度：
该塑件采用的塑料是PS，而PS的成型收缩率较小（0.2-0.6%），而且塑件较复杂，对型芯的包紧面积也较大，所以应取较大的脱模斜度。
为保证壁厚的均匀一致，因此取塑料件的内外表面的脱模斜度一致。
再由零件设计图纸要求可知α＝10。
（5）壁厚：
由图纸可知，该塑件有许多中不同的壁厚，如2mm、1.5mm、1mm、0.8mm等。
壁厚不均匀，这就造成塑料熔体的充模速率和冷却收缩不均匀，并由此产生许多质量问题。
如凹陷、真空包、翘曲、甚至开裂。
为防止此类现象出现，这就要求防止出现突变与截面厚薄悬殊的设计，故我在壁厚不同处采取过渡设计，例如：
采用圆弧过渡等措施。
（6）加强筋：
由图纸要求可知，该塑件设机了很多加强筋，加强筋的尺寸为顶部0.7mm，根部为0.8mm。
这对提高塑料件的抗弯强度，减小塑料件的翘曲变形，提高抗蠕变和抗冲击性能有好处，同时，加强筋的添加改善了塑料熔体的充模流动或者是缩短了流程或增加了流程的截面。
（7）圆角：
从塑件可知，该塑件内外表面的转折处加强筋的根部等处都设计了圆角。
其采用圆角不仅降低了应力集中系数，提高了抗冲击、抗疲劳能力，而且改善了塑料熔体的流动充模性能，减少了流动阻力。
降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，也使塑料件外形流畅美观。
而且成型模具型腔也有了对应的圆角，提高了成型零件的强度。
（8）质量和体积：
由天平可称出该塑件的质量约为m＝30g
再由公式v=m/ρ＝30/1.25=24cm3，由此可知，该塑件属于小型塑件。
2.4材料选择
2.4.1塑料介绍
塑料（Plastics）是以有机高分子化合物为基础，加入若干其他材料（添加剂）制成的固体材料。
塑料的优点：
塑料的强度较小，有较高的比强度。
塑料还具有较高的电绝缘和热绝缘性，良好的耐磨性和耐腐蚀性，以及优异的成型工艺性。
塑料的缺点：
强度，硬度较底，易老化等。
2.4.2分析塑料零件材料
该塑件为DVD遥控器外壳的上半部分，有以下特点：
（1）它所处的工作环境好，处于室温下，不承受冲击载荷，也不处于酸、碱、盐性环境中；
（2）产量大，用于一般的日常生活中，故要求此塑件材料质优而价廉，且对人体不产生任何毒副作用。
（2）内部结构复杂成型较困难。
（4）要求要有较美丽的外观。
因此我初步选择采用通用塑料。
通用塑料分为聚乙烯（PE）、聚氯乙烯（PVC）、聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）等品种，多用于一般工农业生产和日常生活之中，具有价格低等特点。
ａ聚乙烯PE：
是由乙烯单体聚合而成的。
特点：
采用不同的聚合条件可得到不同性质的聚合物：
有高压PE、中压PE、低压PE三种。
高压PE：
由于有较低的密度、相对分子质量、结晶度，故质地柔软；低压PE：
由于含有较高的相对分子质量、密度、结晶度，故质地坚硬，耐寒性能良好，在－70℃时还保持柔软，化学稳定性很高，能耐酸、碱及有机溶剂，吸水性极小有跟突出的电气性能和良好的耐辐射性等。
缺点：
是力学强度不高，热变形温度很低，故不能承受较高的载荷和不能在较高的温度下正常工作。
b聚氯乙烯PVC：
是由乙炔气体与氯化氢合成氯乙烯单体，然后在聚合成聚氯乙烯。
特点：
可分为硬质PVC和软质PVC。
硬质PVC:
力学强度高，电气性能优良，耐酸、碱的抵抗力极强，化学稳定性很好。
缺点：
是软化点低，机械强度高。
其可在－15～60℃时使用。
软质PVC：
有质轻、隔热、隔音、防震等特点，而且强度低、易老化、延伸率高。
c聚丙烯PP：
特点：
聚丙烯的主要特点是相对密度小，约为0.9。
它的力学性能如屈服强度、拉伸强度、压缩强度、硬度等，均优于低压PE。
并有很突出的刚性，耐水行较好，可在100以上使用，若不受外力，则温度升到150也不变形。
基本上不吸水，并且有较好的化学稳定性，除对浓硫酸、浓硝酸外，几乎都
很稳定。
绝缘性能优越，高频电性能优良，而且不受温度影响，成型容易。
对人体不产生毒副作用，可用于药品及食品的包装。
缺点：
耐磨性不够高，成型收缩率较大，低温呈脆性，热变形温度亦较低。
d聚苯乙烯PS：
聚苯乙烯略早于聚丙烯问世，其原料十分丰富，是目前最广泛应用的材料之一。
聚苯乙烯的密度为1.04~1.16g/cm3,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。
聚苯乙烯遇火会自燃。
聚苯乙烯的代号为（PS），其分子结构式为：
聚苯乙烯的主链上有结构庞大的苯环，故柔顺性差，质地脆硬，抗冲击性能差，敲打时发出类似金属的响声。
机械强度低于硬质聚氯乙烯，尤其是相对分子量较小的品种强度更差，
聚苯乙烯属于非结晶型聚合物。
聚苯乙烯具有良好的可塑流动性和较小的成型收缩率，是成型工艺最好的塑料品种之一，容易制造形状复杂的制品。
聚苯乙烯无色透明，透光性仅次于有机玻璃，容易着色，常用于制造要求透明或颜色鲜艳的制品。
聚苯乙烯具有很小的吸水率，在潮湿的环境中尺寸变化很小，适用于制造要求尺寸稳定的制品，如仪表仪器壳体等。
聚苯乙烯具有优良的电绝缘性能，尤其是在高频条件下的介电损耗仍然很小，是优良的高频绝缘材料。
聚苯乙烯的主要缺点是脆性大，形状复杂的制品成型后存在较大的内应力时，常会在使用中自行开裂。
为改善聚苯乙烯的脆性，加入少量的聚丁烯可明显降低脆性，提高冲击韧性。
这种塑料称为高冲击聚苯乙烯。
2.4.3我的材料选择
由以上四种通用塑料的性能分析可知：
我的塑件DVD遥控器外壳的材料宜采用聚苯乙烯（PS）。
以下是聚苯乙烯塑料的技术数据：
1：
成型特点：
ａ：
无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力；
ｂ：
流动性好，溢边值0.03ｍｍ左右，应防止飞边；
ｃ：
塑件壁厚应均匀，不易有嵌件，（如有嵌件应先预热），缺口，尖角各面应圆弧连接；
ｄ：
可用螺杆式或柱塞式注射机加工，喷嘴可以选用直通式或自锁式；
ｅ：
易采用高料温，低模具温度，低注射压力延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔，变形（尤其对厚壁塑件）但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性较差；
ｆ：
可以采用各种形式的浇口，浇口于塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度易取2以上，顶出均匀，以防止脱模不良而发生开裂
2:
物理性能：
密度
g/cm3
比体积
cm3/g
吸水率
透光率
%
摩擦系数
24h
长时间
PS钢
（无润滑）
PS铜
（有润滑）
%
1.04～1.06
1.10～1.11
0.01～0.03
浸水18天 0.05
透明
0.34
0.16
3:
热性能：
玻璃化温度℃
熔点
℃
熔融指数
MFIg/10min
维卡针入度℃
热变形温度
45N/㎝2℃
180N/㎝2
100~105
170~176
230℃负荷21NØ2.09 2.03～8.69
140~150
102~115
56~57
线膨胀系数
10－5/℃
计算收缩率
％
比热容
J/（kg.k）
热导率
w/（m.k）
燃烧性
cm/min
9.8
0.6~0.8
1930
0.118
缓慢
4:
力学性能：
屈服强度
Mpa
抗弯强度Mpa
断裂伸长率%
弯曲弹性模量Gpa
抗压强度Mpa
冲击韧度KI/m2
布氏硬度
HBS
无缺口
缺口
37
67
>200
1.45
56
78
3.4~4.8
8.65R9.5~10.5
5:
电气性能：
电阻率
Ω·m
击穿电压
kv/㎜
介电常数
介电损耗角正切
耐电弧性
s
>1014
30
2.0~2.6
0.001
125~185
7:
成形条件：
注射机类型
密度
g/cm3
计算收缩率
%
预热
温度℃
时间h
柱塞式
1.2～1.33
0.1～0.2
60～75
2
料桶温度℃
喷嘴温度
℃
模具温度
℃
注射压力
Mpa
后段
中段
前段
140~160
-----------
170~190
――
32~65
60~110
成型时间 s
螺杆转速
r/min
适用注射机类型
注射时间（秒）
高压时间
冷却时间
总周期
15～45
0～3
15～60
40～120
48
螺杆、注塞均可
后处理
方法
红外线鼓风烘箱
温度（℃）
70
时间（H）
2~4
2.6塑件分析
2.6.1拔模斜角分析
分析结果：
Bracketedareapercentage:
25.1222
2.6.2法向量分析
2.6.3高斯曲率分析
2.6.4曲面上最小半径分析
分析结果：
Min.insideradius:
-177.8879
Surfaceisconvex
2.6.5上下方向上的斜率分布分析。
分析结果：
Min.slope:
-0.0193
Max.slope:
0.0485
Bracketedareapercentage:
0.0000
2.6.6塑件表面积及重心位置分析
VOLUME=2.7072260e+04MM^3
SURFACEAREA=4.4078063e+04MM^2
DENSITY=1.2500000e+00TONNE/MM^3
MASS=3.3840325e+04TONNE
CENTEROFGRAVITYwithrespectto_OVM101214coordinateframe:
XYZ7.8830943e+011.5052038e+02-4.4591896e+01MM
INERTIAwithrespectto_OVM101214coordinateframe:
（TONNE*MM^2）
INERTIATENSOR:
IxxIxyIxz9.5925963e+08-4.0136164e+081.1830220e+08
IyxIyyIyz-4.0136164e+082.9332132e+082.2629210e+08
IzxIzyIzz1.1830220e+082.2629210e+081.1163238e+09
INERTIAatCENTEROFGRAVITYwithrespectto_OVM101214coordinateframe:
（TONNE*MM^2）
INERTIATENSOR:
IxxIxyIxz1.2527087e+081.7626238e+05-6.5402701e+05
IyxIyyIyz1.7626238e+051.5737437e+07-8.4378451e+05
IzxIzyIzz-6.5402701e+05-8.4378451e+051.3932992e+08
PRINCIPALMOMENTSOFINERTIA:
（TONNE*MM^2）
I1I2I31.5731407e+071.2524068e+081.3936614e+08
ROTATIONMATRIXfrom_OVM101214orientationtoPRINCIPALAXES:
-0.00157-0.99892-0.04644
0.99998-0.00125-0.00688
0.00682-0.046450.99890
ROTATIONANGLESfrom_OVM101214orientationtoPRINCIPALAXES（degrees）:
anglesaboutxyz0.395-2.66290.090
RADIIOFGYRATIONwithrespecttoPRINCIPALAXES:
R1R2R32.1560882e+016.0835272e+016.4174335e+01MM
第3章拟定模具结构形式
3.1型腔数目的决定
注射模的型腔数目，可以是一模一腔，每一次注射生产一个塑件，也可以是多腔，每一次注射生产多个塑件。
每一副模具中，型腔数目的多少与下列条件有关系。
（1）塑件尺寸精度
型腔数目越多时，精度也相对地降低。
这不仅由于型腔加工精度的参差，也由于熔体在模具内的流动不均所致。
按照SJ1372—78标准中规定的1、2级超精密级塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少（形状简单）可以是一模二腔。
3、4级的精密级的精密塑料件，最多是一模四腔。
（2）模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模，但非简单的倍数比。
四腔模并非单腔模的四倍。
因此，从塑件成本中所占模费比例来看，多腔模比单腔模要低。
（3）注塑成型的生产效益
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修费用高，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。
当其中一腔先损坏（或磨损超差）时，应立即停机维修，影响生产。
综合以上几个方面综合考虑，我的设计采用一模两腔结构形式。
就精度而言，我的塑件属于四级精度，它可以使用一模四腔；但从模具制造成本以及模具成型的生产效益来看，他比单型腔模具降低了生产成本提高了生产效率；而且塑件的注射量比较小；但从制造难度来讲，这套模具的型腔十分复杂已经很难加工，必须采用较多的镶块才能实现，如果型腔过多，就会影响各个镶块之间的装配关系，造成塑件成型困难，尺寸精度以及表面粗糙度难以保证。
而一模两腔恰好解决了这一问题，不仅使得模具有了较好的精度，而且便于加工，便于注塑，适应了现代化大规模高效率生产高精密零件的要求。
3.2分模面的选择
分模面为定模与动模的分界面。
用于取出塑料件或浇注系统凝料的面。
。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成形的先决条件。
选择分型面时，应从以下几个方面考虑：
（1）使塑件在开模后留在动模上；
（2）分型面的痕迹不影响塑件的外观；
（3）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；
（4）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；
（5）使塑件易于脱模。
由于本塑件的结构形状较为特殊，根据选择分模面时，应遵守以上的原则。
再综合我的塑件形状的考虑，以及模具整体设计、制造、加工的要求，我选择采用平面分型面，如图3.2.1所示
这是PRO/E分模时作的单面分模面，由于上表面要求较高，必须要求塑件留在动模一侧。
这样的分型面设计有以下的特点：
第一、这样的设计保证了分模时塑件留在动模一侧；
第二、分型面的痕迹会在塑件的下边缘一圈，保证不会影响外观质量；
第三、这样的设计使得推杆比较好布置，比较容易推出塑件；
第四、使得脱模变的容易；
第五、这样的设计也迫使设计必须使用潜伏式浇口等不影响外观质量的特殊浇口；
第4章注射机型号的确定
在模具设计时，根据产品几何尺寸及模具结构特点，尽可能选用适合的注塑机以充分发挥设备的内在能力。
4.1锁模力计算
锁模力是指注射机构在工作中对模具所能施加的最大夹紧力。
锁模力与注射容量全面地反映了设备的主要特征和加工能力。
在实际注射成型中，由于制品形状不同，所采用树脂品种不同，注射工艺条件及模具结构不同，所需要的合模力大小也各不相同。
因此，在选用注射机时,要对其合模力进行计算。
通常，可采用下列公式进行：
F≥Pm（NAs+Aj）（4.1-1）
式中:
F-----注射机最大合模力（MN）;
N------型腔个数;
Pm----成型时模腔平均压力（MPa）;
As-----塑件在开模方向的最大投影面积（㎡）.
Aj-----浇注系统在开模方向的最大投影面积（㎡）
从前面可知:
N=2
采用PRO/E测得浇注统以及塑件在开模方向上的投影面积为
0.025．
所以：
F≥nPcA
=2×40×0.025
=2MN
=2000KN
4.2注射容量计算
注射机的理论注量，指在对空注射时能完成一次注射熔料的体积量（㎝3）.模具安装后，对模腔注射容量的计算,可以制件产品为主,计算其体积量，然后确认总体积注射量，从而可得:
Vg>n（Vs+Vj）（cm3）
式中：
Vg-----注射机额定注射量（cm3）；
Vs----单个塑件的容积量（cm3）；
Vj-----浇注系统和飞边所需要的容积量（cm3）；
N-----型腔数。
其中：
Vs=24cm3
Vj=3cm3
所以：
V>n（Vs+Vj）
=2×（24+3）
=54cm3
4.3注射机的选用
根据《塑料模具设计手册》附表8（P392），由以上所取得的数据F和V可知，可选用型号为G54-S-200/400的注射机可。
XS-ZY-125注射机的技术规范及特性如下：
螺杆直径（mm）：
55
最大理论注射容量（cm3）：
200~400
注射压力（MPa）：
109
注射行程：
160
锁模力（KN）：
2540
最大注射面积（cm2）：
645
最大模具厚度H（mm）：
406
最小模具厚度H1（mm）：
165
最大和穆行程：
260
模板最大距离L0（mm）：
800
模板行程L1（mm）：
400
喷嘴圆弧半径R（mm）：
SR18
喷嘴孔径d（mm）：
4
喷嘴移动距离（mm）：
210
推出形式：
中间推出
和模方式：
液压-机械
螺杆转速：
16、28、48
机器外型尺寸：
4700X1000X1815
其他：
总力280KN,开模力8T,顶杆最大距离190mm
第5章浇注系统和排气的设计
5.1浇注系统的设计原则
（1）浇注系统与塑件一起在分型面上，应有压降、流量和温度分布的均衡布置；
（2）尽量缩短流程，以降低压力损失，缩短充模时间；
（3）浇口位置的选择，应避免产生湍流和涡流，及喷射和蛇行流动，并有利于排气和补缩；
（4）避免高压熔体对型芯和嵌件产生冲击，防止变形和位移。
（5）浇注系统凝料脱出方便可靠，易与塑件分离或切除整修容易，且外观无损伤；
（6）熔合缝位置必须合理安排，必要时配置冷料井或溢料槽；
尽量减少浇注系统的用料量；
（7）浇注系统应达到所需精度和粗糙度，其中浇口必须有IT8以上精度。
5.2浇注系统布置
在多腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，一般以平衡式为宜。
本次设计采用的是对角式布置，充分利用了它质量好，一致性好等优点。
5.3流道系统设计
流道系统设计包括主流道、分流道和冷料井及其结构设计。
5.3.1主流道
直浇口式主流道呈截锥体，见图5.5-1。
主流道入口直径d应大于注射机喷嘴直径1mm左右。
这样便于两者能同轴对准，也使得主流道凝料能顺利脱出。
所以：
d=4+1=5mm
主流道入口的凹坑球面半径R，应该大于注射机喷嘴球头半径约2~3mm。
反之，两者不能很好贴和，会让塑料熔体反喷，出现溢边致使脱模困难。
故
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