手机充电器外壳的注塑模具设计.docx

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手机充电器外壳的注塑模具设计

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手机充电器外壳的注塑模具设计

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编号139********2

本科毕业设计

题目：

手机充电壳的注塑模具设计

学院：

机械工程学院

专业：

材料成型及控制工程

年　　级：

13级

姓名：

冯旭阳

指导教师：

霍春明

完成日期：

2017年5月8日

充电器外壳注塑模设计

摘要

本文主对一种注塑模具的设计方法进行了详细的描述，这种注塑模具是一种充电器外壳的模具。

在分析了充电器外壳制作流程中的材料的性能、成型和结构工艺性等特点以后，对相关的成型设备的进行了选型。

并且在此基础上选取了注塑模合适的分型面，确定了合适数目的型腔并对其位置进行了布置。

同时对在成型过程中的各个系统和结构的设计进行了详细的分析和介绍，包括浇注系统和冷却系统的设计以及定向机构和脱模机构等机构。

本文还对模具的材料进行了选择，并且给出了注射机的相关的工作参数。

在经过具体的分析和设计的基础上，详细了解释了本模具的工作原理和安装调试的具体的过程，并且对在这个过程中可能出现的问题进行分析和优化。

关键词：

注塑模具；充电器外壳；三板模；浇注系统；脱模机构；定距分型机构。

Themouldinjectiondesignofchargershell

Abstract

Thispaperdescribesthedesignofaninjectionmoldindetail,thisinjectionmoldisachargershellmold.Afteranalyzingtheperformance,moldingandstructuralprocessofthematerialinthemanufacturingprocessofthechargershell,therelevantmoldingequipmentwasselected.Andtheappropriatepartingsurfaceoftheinjectionmoldisselected,andtheappropriatenumberofcavitiesaredeterminedandtheirpositionsarearranged.Atthesametime,thedesignofeachsystemandstructureintheformingprocessisanalyzedandintroducedindetail,includingthedesignofthepouringsystemandthecoolingsystem,aswellastheorientationmechanismandthestrippingmechanism.Thematerialofthemoldisalsoselected,andtherelevantworkingparametersoftheinjectionmachinearegiven.Basedonthedetailedanalysisanddesign,thepaperexplainsindetailtheworkingprincipleofthemoldandthespecificprocessofinstallationandcommissioning,andanalyzesandoptimizestheproblemsthatmayariseinthisprocess.

Keyword:

injectionmold;chargershell;threeplatemold;pouringsystem;strippingmechanism;fixedpitchclassificationmechanism.

TOC\o"1-3"\h\z\uHYPERLINK\l"_Toc383015232"摘要PAGEREF_Toc383015232\hI

HYPERLINK\l"_Toc383015233"AbstractPAGEREF_Toc383015233\hII

HYPERLINK\l"_Toc383015234"第一章绪论

HYPERLINK\l"_Toc383015235"1.1选题的依据及意义

HYPERLINK\l"_Toc383015236"1.2国内外研究现状及发展趋势

HYPERLINK\l"_Toc383015237"第二章充电器外壳工艺性分析

HYPERLINK\l"_Toc383015238"2.1材料性能

HYPERLINK\l"_Toc383015239"第三章充电器外壳注塑模具的结构设计

HYPERLINK\l"_Toc383015240"3.4.2分流道截面设计及布局

HYPERLINK\l"_Toc383015241"3.4.3浇口设计及位置选择

HYPERLINK\l"_Toc383015242"3.4.4冷料穴设计

HYPERLINK\l"_Toc383015243"3.4.5浇口套的设计

HYPERLINK\l"_Toc383015244"3.5.1型腔、型芯结构设计

HYPERLINK\l"_Toc383015246"3.5.2成型零件工作尺寸计算

HYPERLINK\l"_Toc383015247"3.7.1脱模力计算

HYPERLINK\l"_Toc383015248"3.7.2浇注系统凝料脱出机构

HYPERLINK\l"_Toc383015249"第四章注射机相关参数校核

HYPERLINK\l"_Toc383015250"第五章模具的工作原理及安装、调试

HYPERLINK\l"_Toc383015250"5.1模具的工作原理

HYPERLINK\l"_Toc383015251"5.2试模

HYPERLINK\l"_Toc383015252"总结

HYPERLINK\l"_Toc383015253"参考文献

1绪论

1.1选题的依据及意义

现在在人们的生活中塑料产品已经十分的普及，尤其是在玩具产业中，现在的绝大多数的玩具的材料都是以塑料为主的。

塑料制品之所以会在我们的生活中逐渐的普及是和现代的以计算机为基础的现代制造技术的发展密不可分的。

模具已经成为塑料产品制造业的十分重要的装备，通过模具可以实现塑料产品的大量的快速的生产。

因此，模具的生产也已经成为了一个十分重要的环节，加大对模具的制造和设计方面的研究对于现在的塑料产品制造业的发展具有十分重要的意义。

在本文章中主要对注射成型法这种当前在市场中应用十分广阔的一种塑料成型的方法进行了研究，并且以充电器外壳的注塑模为具体的实例进行了详细的描述，具有深远的意义。

1.2国内外研究现状及发展趋势

我国的塑料制造产业相比与国外的其他的国家来说起步较晚，但是随着我国的塑料制品的需求量的不断的增加，在塑料模具的制作方面已经有了十分大的发展，特别是在大型模具和机密塑料模具方面，我国的技术已经可以生产彩电外壳的注塑模具以及汽车的保险杠等大型的模具和多型腔小模数齿轮模具等机密模具。

同时在成型的工艺反面也有了十分大的进展，在多材质塑料成行模、高效多色注塑模等方面取得了十分的创新，采用气体注射的成型的技术在我国的塑料产品的制造业中已经十分的成熟，在一些模具的采用上，一些企业甚至已经处于了国际同行业的前列。

2充电器外壳工艺性分析

2.1材料性能

充电器的外壳的立体图如2-1所示，外壳的通体的颜色为黑色。

在本设计中采用了ABS热性塑料，这种材料具有十分好的密度参数和抗拉性，抗弯性能也是十分优异的，在41MPa到79MPa之间，拉伸弹性模量在1587MPa到2277MPa之间，收缩率可以达到0.3%～0.8%[2]。

综合以上的参数，我们可以得到这种材料具有十分优异的性能，在拉伸性，延展性等方面具有十分大的优势，同时这种材料的抗腐蚀的性能也十分的强，对温度的适应性比较的好，是十分适用于做器件外壳的一种材料，在人们的日常的生活中十分的常见。

图2-1充电器外壳立体图

2.2成型特性和条件

由于这种材料对周围环境中的水分具有示十分强的吸附能力，所以在其成型的过程中对材料的干燥的程度的十分的高的。

要求在材料成型一些必需要对材料进行干燥处理，对其进行在80～90℃的温度下进行至少两个小时的干燥处理，对于表面要求有光泽的部件，在该环境下至少要进行三个小时的干燥的处理，使材料的含水量达到成型的要求。

在对材料进行加热的过程中对温度的控制上一般选择的料筒的温度为245℃，过高的温度可能会导致材料的化学稳定性遭到破坏，温度过低会影响塑料的质量。

在成型的过程中通常采用的加热温度和注射压力的值都比较的高，一般对于不同工艺要求的部件的模温的选择上也是不同的，对于精度要求较高的部件的模温一般为50-60℃之间，对于表面的需要高光泽的部的模温一般为60-80℃，同时对于不同的注射机所采用的注射的压力的值也是不同的[3]。

2.3结构工艺性

在材料的工艺性上，选用的材料的壁厚为的最小值为0.8mm，零件在整体大的壁厚上的差别不大，在经过用计算机对整体的结构性进行分析以后，不会有发生在成型过程中的填充不足的现象的发生。

该充电器的外壳，虽然总体的尺寸不大，但是在表面的花纹和总体的结构上构造还是比较的复杂的。

外壳上的表面的花纹十分的精美，对在制作过程中的精度的要求是十分高的。

同时外壳的表面为光泽比较高的表面，在整体上采用的是三板双分型的结构构造。

2.4零件体积及质量估算

本设计通过计算机软件对，一个塑件的质量和体积进行了测量，取得体积为9.1cm3，质量为9.6克。

则凝料的体积按照塑件体积的十分之六来计算，采用的凝料的体积为5.46cm3，则在本设计中总共用的凝料的总体积为41.86cm3，凝料的总的质量为43.95克。

2.5充电器外壳注塑工艺参数的确定

ABS塑料的注射工艺的参数可以通过查《实用模具技术手册》的表12-10可以得到[4]。

在实际进行制作时候的参数的调整可以根据下表来进行。

2.6初选注射机的型号和规格

公称注塑量和注射压力是对于注塑机的选择来说是最主要的依据。

其中公称注塑量是体现注塑机的加工能力的主要的参数。

公称注塑量指的就是将注射的对象选为空气时，在设备采用最大的注射的行程时的设备在空气中最大的注射量。

熔料流过通道时会受到一定的阻力，其在通道中克服阻力进行流动的能力就是注射机的注射压力。

在制作过程中采用的设备的注射量的下限为270，设备型号SZ-250/1250[5]。

其技术规范如下表所示。

表2-1SZ-250/1250注射机技术规范

3充电器外壳注塑模具的结构设计

3.1分型面的选择

我们需要设计一个可以进行分离操作的解除表面，来从这个表面上将制品和凝料取出这个表面就叫做分型面。

分型面的选择对于成功的脱模是十分重要的，因此在对分型面进行选择时，首先我应该使选择的分型面处的塑件断面的轮廓的面积取得最大值，其次，在进行分型面的选择时，我们需要使模具的结构尽量的简化，进行脱模的过程应当尽量的简单，同时也不至于对零件的外观造成影响。

最后，分型面的选择应该有利于排气孔的设计，同时不会对零件的进一步的加工造成不便。

考虑到以上的分型面的选择的原则，图3-1所示的为充电器外壳模具的分型面的位置和形状。

图3-1充电器外壳注塑模具分型面形状及位置

3.2确定模具基本结构及模架的选定

现在在生产中广泛使用的注塑模的结构主要由两种。

从普及和应用的程度上来看，单分型面注塑模因为其结构比较的简单，在实际的塑料产品的制作的过程中得到了广泛的应用。

单分型面注塑模的整体结构上可以分为动模和定模。

其中，在动模和定模中各有一部分的型腔。

在定模中设置了主流道，在分型面上设置了分流道，在开模的时候动模中推出系统可以使制品很方便的脱离模具，这种结构在同一个分型面内将制品和浇注系统凝料从模具中取出。

而双分型面注塑模具需要从不同的分界面内来将两者取出，在进行开模的过程中，为了避免定距拉杆的限制对流道内的凝料的取出造成不便，需要在模具中增加一个中间板，从而可以通过推杆使制品很方便的从型芯上脱出。

在选择的模具为采用点浇口进料的单型腔和多型腔模具时，一般都会在模具中设置一个中间板。

在进行塑料制品生产的过程中，双分型面结构相比于单分型面结构的生产过程比较的简单，双分型面不需要人工来对系统的凝料来进行切除，减少人在整个生产过程中的参与，这就给自动化的生产提供了十分大方便。

3.3确定型腔的数量和布局

模具的型腔的数量注要是由制品在质量或者外观上的要求决定的。

型腔越多的塑料制品在进行成型的过程中需要经过的工艺就越复杂，同时在制作的过程中的精度会大大的下降。

塑料产品十分容易损坏，并且维修起来十分的麻烦，因此，适当的型腔数目的确定关系着塑料制品的质量。

在对型腔的数目进行确定时我们需要考虑到塑件的大小和精度的要求，以尽量的保证制作过程中的经济性的要求，同时还要考虑的有锁紧力和最大的注塑量。

本设计中的零件的尺寸为中等的大小，考虑到精度的要求和方便大批量生产，采用的结构为一模四腔，同时为了减少热量和压力在流道中遭受到的损失，选择的布局的方式为X布局。

图3-2所示的为具体的布置的方案。

图3-2型腔的布局

3.4浇注系统设计

主流道、分流道、浇口以及冷料穴是浇注系统的主要的组成的部分。

为了达到我们需要的塑件在外观、质量、尺寸和精确度方面的要求，我们需要使熔体在型腔中充满并且将注射压力精确的传递到型腔中，这就需要在模具中存在一个喷嘴到型腔之间的一个通道来进行进料，这就是模具中的浇注系统。

3.4.1主流道设计

主流道的设计在整个浇注系统的设计中是十分重要的环节。

主流道是指从注射机和模具的相接触的部分到分流道的这部分塑料熔体流动的通道。

这部分通道可以对流入模具的熔体的流速造成一定的影响，因此也就影响了整个填充过程所需要花费的时间。

因此需要对注流道的直径的参数来进行合适的设计。

如果主流道的直径过大或者过小，都会对整个成型的过程造成不利。

直径过大会导致熔料的流速过快，导致涡流的产生，从而使零件中可能产生气孔。

直径过小会导致在熔料流通的过程中的热量和压力在流动过程中的损失，给零件的成型的质量造成影响。

因此应该使主流道的长度尽可能的小，但是又不至于影响零件的质量。

为了减小熔体在流道中所受到的阻力，通常采用的主流道的形状如下表所示。

表3-1主流道部分尺寸

3.4.2分流道截面设计及布局

在进行熔体浇注的过程中，分流道可以对熔体进行分流和转向，它是指主流道尾到浇口的这部分通道。

在对分流道进行设计时应该尽量的减小在分流道内的压力和热量的损失，同时在使用分流道向型腔内分配熔体的过程中应该尽量的保持均衡。

流道的截面的形状在一定的程度上影响着流道内的压力和散热损失，在对流道的截面的形状和参数进行选择时需要对这两个方面进行同时的考虑，来使流道的压力和热量的损失同时达到最小。

一般可以通过时流道截面积的效率来进行衡量，其计算的方式就是流道的截面积和表面积的比值。

在进行流道的设计时，应该尽量的使流道的截面积的效率达到最高。

表3-2所示的就是各种形状的流道截面积的效率。

表3-2各种流道截面的效率

通过上表我们可以看出，以上几种形状的流道的界面中，正方形和圆形截面效率是一样的，并且也是最高的。

但是考虑到工艺性的要求，这两种流道又存在着许多的不足的地方。

一方面圆形流道对对称分布的要求比较的高，在进行加工的过程中存在着较大的难度，另一方面，在脱出分流道凝料时，正方形流道存在着一定的阻力。

因此在实际应用的过程中通常选用的流道的形状为梯形或者U形的。

在本设计中采用的流道的截面的形状为梯形。

3.4.3浇口设计及位置选择

在进行浇注系统的设计时，浇口的设计是本系统设计的最后的一部分，这部分的具体为位置是指从分流道到型腔之间的一段通道。

在进行熔体的浇注时，浇口可以加快熔体注入型腔的速度，同时当熔体充满型腔时，可以对型腔进行很快的密封，以避免熔体的倒流。

在浇口的选择上，考虑到本设计制品的精度和质量的要求以及模具的基本结构，选用的浇口为中心点浇口。

点浇口由于截面积较小，其优点主要有以下几点：

由于截面积的较小，在选择浇口的位置时的限制比较的小，可以对进料的位置进行自由的选择。

‚这种浇口十分适用于高精度的带有复杂团图案的制品的成型。

ƒ在进行浇注的过程中可以减小制件内的残余的应力。

④脱模的过程十分的简单，塑件可以实现自动的脱落。

⑤在多型腔进料的过程中可以使对进料的过程进行均衡。

对于浇口位置的选择，应该从以下的几个原则来进行考虑。

一、选择的浇口的位置应该使熔体在通道中流过的路程尽可能的短。

因为流程过长会导致压力过多的损失。

如果压力的损失过多，在料流进入型腔时就没有充足的压力来填满整个型腔。

为了保证塑件成型的质量，我们需要熔体的温度和压力来对流动比来做出选择。

二、浇口位置的选择应该为排气和补塑的方便做充分的考虑。

三、在进行浇口位置的选择时应该要防止在塑件上留下熔接痕以及塑件形变的发生。

采用点浇口相比于侧浇口而言有着十分大的优点。

首先点浇口的排气的过程十分的方便。

其次点浇口不会像侧浇口一样在塑件的顶部留下熔接痕，但是点浇口应该开开设在壁厚处，这样对以后的补塑比较的方便，而且不会产生缩孔凹痕。

第四，在进行点浇口的位置的选择时，应该尽量的避免熔接痕的产生。

熔接痕形成主要是由于在型腔对接的部位由于前段的料流的温度较低而造成的。

熔接痕的存在会大大的影响塑件的强度和质量。

浇口的数目过多，料流的方向设计的不合理都会大大的增加熔接痕发生的概率，因此在进行浇口的设计时应该使浇口的数目尽可能的小。

浇口的位置应该是料流的流程最小的位置，这样才能保证熔接处的强同时还可以在该处增设溢流槽来使冷料流进到溢流槽来防止熔接处的强度的过低。

对于筒形塑件，通常采用的浇口为不会产生熔接痕的环形浇口。

第五，浇口位置的选择应该防止料流对细长型的型心或者镶件造成冲击损坏。

在本设计中选用的浇口为中心点浇口。

3.4.4冷料穴设计

冷料穴的主要的功能有两个，一是为了避免温度较低的料流流入到型腔中而造成塑件的质量的降低。

二是为了方便在开模时将主流道的凝料拉出。

一般选择动模板和分流道尾为冷料穴的位置。

在本设计中采用的冷料穴的类型为冷料穴的底部是一个拉料杆的冷料穴，拉料板是由一定的方式固定在面板上的，所以其不能运动。

整个脱模的过程是首先从定模中将主流道的凝料拉出，然后将塑件利用推板来顶出，最后强行将其从拉料杆上挂下。

图3-3为其形状的示意图。

图3-3带拉料杆的冷料穴

3.4.5浇口套的设计

在进行塑件生产的过程中，模具的主流道是需要经常和高温的熔体和喷嘴接触的碰撞的，为了方便更换，通常会将主流道设计成衬套以便再使用过程中的更换。

浇口套的存在可以使模具很好的在注塑机上进行定位，并且可以和注塑机的喷嘴进行很好的吻合，同时可以承受一定的注射塑料时候的发压力，而不会使模具推出。

在进行送料的过程中，浇口套的存在可以使料流在主流道内的流通更加的顺畅，也使主凝料更加方便的脱出。

三板模的浇口套的尺寸偏大，主流道的长度比较的短，模具不需要定位圈来进行定位[7]。

图3-4所示额为浇口套的具体的尺寸和形状。

3-4浇口套形状尺寸

3.5注塑模成型零部件设计

3.5.1型腔、型芯结构设计

型腔和型芯是注塑模中的两个十分重要的构成部分。

模具中用来进行塑料的填充来使制件成型的空间就是型腔。

型芯是指在塑料制件的内表面的各种零件。

通常采用整体式的结构来作为型腔的结构，具有这种型腔的结构的模的强度和刚度比较的高。

型芯的结构一般选择的是整体嵌入式，在对型芯进行固定时，一般采用的是利用螺丝来进行固定的方式，这样可以大大的节省模具的材料，并且便于进行加工和处理。

图3-6型芯尺寸图

图3-7型腔尺寸图

3.5.2成型零件工作尺寸计算

成型零件的工作尺寸会决定制品的几何的形状，其主要包括型芯的尺寸、型腔的尺寸以及中心距尺寸。

型腔的尺寸和型芯的尺寸又分别属于包容尺寸和被包容尺寸。

这两类尺寸通常都会随着使用的摩擦磨损而反生变化，所以这两种尺寸是变化的尺寸，而中心距尺寸一般不会受到受到摩擦损耗的影响，这种尺寸通常可以被称为不变的尺寸。

这三种尺寸在进行设计的过程中可以通过一定方法来计算出。

在进行计算的过程中一般采用的方法为平均值法和公差带法。

在本设计中，考虑到ABS材料的较小的缩率，采用的工作尺寸的计算方法为平均值法。

塑料制件采用的精度的等级为四级，表3-3为型芯和型腔的工作尺寸的计算表[5]。

表3-3型腔、型芯工作尺寸计算

3.6合模导向机构设计

在模具进行闭合的过程中必须要导向机构来进行导向和定位来使模具按照规定的反向和位置闭合。

导向合模机构在整个塑料模具中是十分重要的部分。

由于成型的零件的型心一般都会在动模的一侧来进行安装，因此导柱也一般会安装在动模的一侧，这样安装使型芯和导柱都在动模的一侧可以在合模时起到保护的作用。

在进行合模的过程中，导向机构的存在可以使动模和定模按照规定的位置对准，这样才能使制件的形状和尺寸得到保证，其中最重要的是保证制件各个部分规定的壁厚。

在本设计中采用的导向机构为导柱导向机构，这种导向机构的技术方面的经济效益比较的高，而且在本设计中还使用了肩导柱，同时为了防止模具的型芯遭到破坏，因此进行导柱的安装的位置为定模的一侧。

3.7脱模机构设计

可靠的脱模机构是塑件成型后可以从模具中顺利脱出的关键。

在本设计中，考虑到制件的外壳的壁厚十分的小，所以采用了可以使推出力均匀分布在整个塑件周边的推板脱模机构。

该机构的主要是将一块推板或者推块安装在型芯的根部，在脱模时可以以开模相同的方向来将制品推出，在设计的过程中，通常会在推板和型芯间留下一定的间隙来避免推板和型芯之间的摩擦。

3.7.1脱模力计算

脱模力就是制件从模具脱出时所受到的阻力。

这种阻力可以通过式3-1来进行计算。

在上式中的各种的参数如下：

塑件的平均的壁厚为2mm；E是制件的弹性模量，采用的参数的值为1800MPa；制件的收缩率为S，取值为0.55%；制件可以容下的型芯的长度为L，取值为19mm；型芯采用的脱模倾斜的角度为3度；制件和型芯之间的摩擦系数可以根据材料来进行取值，为0.21；塑件的泊松比为0.35；K2可以通过公式来进行计算；脱模机构的投影面积的取值为2132.67mm2；

将以上的值带入公式可以的到脱模力的值为563.9N。

3.7.2浇注系统凝料脱出机构

三板模的浇注系统的凝料可以自动的脱出，这点相对于二板模来说对于自动化的生产是十分方便的。

在二板模中通常需要将凝料通过手工的方式来取出，而三板模在开模时，可以先通过拉料杆来使凝料和塑件进行分离，凝料可以在定距分型机构的作用下被推出流道，然后在重力的作用下从流道中脱落。

在本设计中的充电器外壳的注塑模中采用的就是利用流道板来将凝料推出。

3.8