1、DVD遥控器外壳上半部分塑料模具设计 CHANGZHOU INSTITUTE OF TECHNOLOGY毕 业 设 计 说 明 书题目： DVD遥控器外壳上半部分塑料模具设计 二级学院（直属学部）： 专业： 班级： 学生姓名： 学号： 指导教师姓名： 职称： 评阅教师姓名： 职称： 2014 年 月摘 要随着工业的发展，注塑成型工艺在机械工业、电子工业、航天航空工业、生物领域及日用品的生产中占的比例越来越大。而PRO/ENGINEER2001自1988年问世以来，十多年来已成为全世界最普及的3D CAD/CAM系统。广泛应用与机械、电子、模具等行业。本次我设计的是遥控器外壳，整体设计是现代先进
2、的模具加工制造方法和强大的PRO/ENGINEER20001模具设计的结合，设计思路与要求符合当代模具设计的潮流和未来的发展方向。 关键词：注塑成型 模具 CAD CAMAbstractWith the development of industry, The Mould plastics shapings covers more and more in mechanical industy, electronics industry, spaceflight industry, biological field and production of daily necessities. For
3、 more than ten years, the PRO/ENGINEER2001 has become the most common 3 D CAD/CAM systems since 1988 it come out. And it extensively use in machinery, election and mould fields.The very remote controuer out cover what I designed is the intergration of modern advanced mould proess manufacturing appro
4、ach and strong PRO/ENGINEER 2001.mold design. The thought and requirement of this design accord with the trend of contemporary mold design and its future of development direction. Keyword: Mould plastics shaping mould CAD CAM前 言四年的大学生活很快就过去了！回首过去，我从一个无知的高中生成长为一个新世纪的大学生，进而又要走向社会，这与学校及系部的培育是分不开的。这次的毕业
5、设计将会给四年的生活划上一个圆满的句号。他将是我四年的学习的总结；是站在四年学习的基础上一次全新的升华；是将我所学的理论用于实践的开始；也是一次对我自己知识的考核和肯定。我在一开始就对塑料模具比较感兴趣，而且在毕业实习时也是从事这方面的工作，所以做塑料模具比较有心得。这最终决定了我选择塑料模具作为毕业设计！起先我选择了电插板塑料模具设计，可是在工厂做了一端时间后，对塑料模具又有了新的认识，自己的那个零件就觉得太简单了，而文老师的要求是不论怎么换，都必须有侧向抽心的难度要求，所以最后选择了比较复杂的遥控器外壳塑料模具设计。塑料件的形状比较复杂，所以采用容易流动的聚苯乙烯（PS）作为原料。其中有用
6、于遥控器上下装起来时用的螺钉孔，倒扣槽等等；还有用于遥控功能的各种孔。需要装镶针，做侧向抽心等等，所以模具的结构也是比较复杂。这将对我来说是一种挑战，同时也是一种锻炼。现代有效、快速、精确的设计手段是采用计算机辅助设计，设计是人和计算机相结合，各尽所长的新型设计方法。我的设计就充分体现了这一点，采用PRO/E设计零件。先构出模具构件（Mold Component），再根据模型特征来设计模座（Moldbase）.模具构件件包括上模型腔、下模型腔、（也称为凸模型腔，凹模型腔）、浇道系统（注道、流道、流道滞料部浇口等）、砂心、销、回位销、冷却水线、电热管、停止销、定位螺栓、导柱、导键、侧向抽心、斜顶
7、等。最后采用Assembly方式对进行装配。在设计过程中我遇到了很多意想不到的问题和困难，但在我的指导老师的指引下，一一都得到了比较圆满的解决方按。感谢文老师以及给我的设计提出修改方按的伍老师！但由于我能力有限，又受到非典型性肺炎的影响，隔离了8天，所以设计时间短，设计仓促，有不少的错误和不合理的地方，请各位老师给予耐心的指导和指正。第一章 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具体的零件尺寸参考附图21。第二章 注射模可行性分析2.1注射模设计的特点 塑料注射模塑
8、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
9、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
10、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
11、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：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；尺寸：塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；材料：在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；精度：可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性；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
12、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12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SJ13721978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
13、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
14、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
15、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m30g再由公式v=m/ 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
16、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。（3）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。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
17、；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。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1560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。聚丙烯PP：特
18、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。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1.041.16g/cm3 ,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯
19、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
20、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：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；流动性好，溢边值0.03左右，应防止飞边；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；可用螺杆式或柱塞式注射机加工，喷嘴
21、可以选用直通式或自锁式；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；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）%1.041.061.101.110.010.03浸水18天0.05透明0.340.16（3）热性能：玻璃化温度 熔点熔融指数MFI g/10min维卡针入度 热变形温度45N/2180N/
22、2100105170176230负荷21N2.092.038.691401501021155657线膨胀系数105/计算收缩率比热容J/(kg.k)热导率w/(m.k)燃烧性cm/min9.80.60.819300.118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37672001.4556783.44.88.65 R9.510.5（5）电气性能：电阻率m击穿电压kv/介电常数介电损耗角正切耐电弧性s1014302.02.60.001125185（6）成形条件：注射机类型密度g/cm3计算收缩率%预热
23、温度 时间 h柱塞式1.21.330.10.260752料桶温度 喷嘴温度模具温度注射压力Mpa后段中段前段140160-170190326560110（7）成形时间：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15450315604012048螺杆、注塞均可后处理方法红外线鼓风烘箱温度（）70时间（H）242.5塑件分析2.5.1拔模斜角分析分析结果：Bracketed area percentage: 25.12222.5.2法向量分析2.5.3高斯曲率分析2.5.4曲面上最小半径分析分析结果：Min. inside radius: -177.8879Su
24、rface is convex2.5.5上下方向上的斜率分布分析。分析结果：Min. slope: -0.0193Max. slope: 0.0485Bracketed area percentage: 0.00002.5.6塑件表面积及重心位置分析VOLUME = 2.7072260e+04 MM3SURFACE AREA = 4.4078063e+04 MM2DENSITY = 1.2500000e+00 TONNE / MM3MASS = 3.3840325e+04 TONNE CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate
25、 frame:XYZ 7.8830943e+01 1.5052038e+02 -4.4591896e+01 MMINERTIA with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2)INERTIA TENSOR:Ixx Ixy Ixz 9.5925963e+08 -4.0136164e+08 1.1830220e+08Iyx Iyy Iyz -4.0136164e+08 2.9332132e+08 2.2629210e+08Izx Izy Izz 1.1830220e+08 2.2629210e+08 1.1163238e+09IN
26、ERTIA at CENTER OF GRAVITY with respect to _OVM101214 coordinate frame: (TONNE * MM2)INERTIA TENSOR:Ixx Ixy Ixz 1.2527087e+08 1.7626238e+05 -6.5402701e+05Iyx Iyy Iyz 1.7626238e+05 1.5737437e+07 -8.4378451e+05Izx Izy Izz -6.5402701e+05 -8.4378451e+05 1.3932992e+08PRINCIPAL MOMENTS OF INERTIA: (TONNE
27、* MM2)I1 I2 I3 1.5731407e+07 1.2524068e+08 1.3936614e+08ROTATION MATRIX from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES: -0.00157 -0.99892 -0.04644 0.99998 -0.00125 -0.00688 0.00682 -0.04645 0.99890ROTATION ANGLES from _OVM101214 orientation to PRINCIPAL AXES (degrees):angles about x y z 0.395 -2.662
28、90.090 RADII OF GYRATION with respect to PRINCIPAL AXES:R1 R2 R3 2.1560882e+01 6.0835272e+01 6.4174335e+01 MM第三章 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SJ137278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
29、（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
30、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
