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对所需的模具进行分析,合理确定模具的结构。
2.模具主要零部件的结构设计
根据所确定的模具结构型式和特点,确定模具型腔、型芯、导向以及固定等机构的选择并确定模具主要零件的形式以及尺寸。
本研究的主要目标是通过对一个具有代表性模具制品的分析研究,从而掌握具备一般曲面模具的设计制造要点以及加工的方法。
1.4此次课题的设计方法与步骤
1)塑料模具的设计以及工艺成型,已经和现在的电脑软件技术互相的融合。所以,对鼠标上盖的设计,主要运用UG三维绘图功能模块和MPA塑模分析模块,对制品进行绘制和仿真优化。最终得到想要的结果。
2)材料的选择,选用ABS材料。
3)根据材料及塑件尺寸的计算,可以选择采用一腔两模的注塑方法。并进行注塑机型号和规格的选择。
4)浇注系统的设计。在进行浇注系统的设计时,根据一腔两模的设计理念,采用有锥度的浇注道,通过流道塑料直接浇注进型腔区域。在浇注时势必会产生气体,此时通过分型面的合理设计,较少气泡的影响。
5)成型零件的相关尺寸计算和设备参数的确定,包含注射机的注射量,锁模力,开合模行程距离,型腔及型芯尺寸的计算。
6)推出机构的定位和设计。
7)在以上数据得到精确计算后,可以通过绘图软件,将其可视化,并通过这些软件得到图纸。
8)最后撰写设计说明书。
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2 塑件工艺性分析
鼠标的好坏主要体现在其形状是否合乎人体工程学原理,使用时手感是否舒适,因而结构设计非常重要。该塑件的结构呈流线型,有曲面构成,利用UG所建模型如图2-1所示。
(a) (b)
图 2-1
2.1产品质量要求分析
鼠标上盖的外观表面是最重要的,所以其表面应当光滑美观,成型后无影响外观的磨损、脱模痕迹、熔接痕、气泡等缺陷。拟定其要求如下:
几何尺寸:长110mm,宽60mm,壁厚1.5mm; 使用环境:室内,使用温度范围0℃~40℃;
抗冲击要求:从1m高度,0℃下摔下外壳不出现裂缝或者开裂,不允许内部件暴露; 刚性要求:在2Kg负荷下无变形; 电气性能:电绝缘性好;
外观要求:部件美观,外部光洁性好。
由此,可归纳得出该产品的要求为:表面光滑,所选材料具有一定的抗冲击性。另外,由于是电子产品的外壳还要具有良好的电绝缘性。随着数码产品的大量普以及市场价格的不断下跌,要求生产自动化程序高,成型周期短、同时具有较高的尺寸精度,较好电绝缘性。
2.2尺寸精度的分析
由于此鼠标上盖的最大尺寸为110mm,得出产品的尺寸不大,一般精度等级,可采取MT6。对于与它的有关系的模具零件的尺寸加工能够得到保证。从制品的厚度方面来讲,平均的厚度在1.5mm左右,属于相对均匀的塑件,这当然也有利于零件本身的成型。塑件
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的表面粗糙度可取Ra1.6。
2.3材料的选择
该产品属于生活用品,注塑条件为高温、高压,所以该产品对模具有着较高的要求。工作范围为低温到正常温度,所以要具备一定的抗寒性。另外,因为产品可能坠落,所以产品要求具有一定的扛冲机性,。
对于鼠标上盖的设计,采用热塑性材料。然而,对于不同的热塑性,即使是相同的热塑性材料,它的种类也非常非常的多,所以,在注塑模具设计之前要对热塑性材料进行了解并选择。热塑性材料拥有自己的工艺特性,比如它的收缩率,可以影响塑件的成型,比如它的流动性的好坏,可以影响塑件的质量。在对模具设计的时候必须注意材料的收缩率和流动性好坏。
材料流动性分为三类:
1) 材料的流动性很好:PP, PE, PS等。
2) 材料的流动性一般化的:ABS, AS,PMMA(有机玻璃)等。 3) 流动性很不好的:PC, PAS, 氟塑料等。
在我此次对鼠标上盖的设计中,我选用ABS材料。虽然它的流动性不是最好的,但是它的应用的范围是比较广泛的。例如汽车行业中的车轮盖,汽车的仪表盘,反光镜盒。在平时的生活当中,例如使用的电脑的键盘,吹风机,电话机还有电冰箱。以及娱乐场所中的,如高尔夫球手推车等等。ABS材料制品,在生活的方方面面无处不在。
2.4材料分析
ABS又叫做丙烯睛-丁二烯-苯乙烯共聚物,是目前产量最大,应用较广的聚合物,他将丁二烯、苯乙烯和丙烯腈的性能有机统一起来,具有三种单体各自所具有的优点。ABS材料是目前产量最大,应用较广的聚合物,他将丁二烯、丙烯腈和苯乙烯各种性能有机统一起来。具有韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。
ABS材料微黄色、无毒、无味,属于无定型材料。材料粘度适中、机械强度高、尺寸稳定性好、成型加工性好、抗冲击能力强、抗蠕变性好、电性能、耐磨性、有一定的便面硬度,摩擦系数低。ABS耐酸、碱、盐、油、水。具有较小的收缩率。ABS部分性能参数如表2-1所示。
密度/g·cm 吸水性/% 熔点/℃ 收缩率/% -3表2-1 ABS的部分性能参数
1.05 拉伸强度/Mpa 0.2~0.4 130~160 0.4~0.7 抗弯强度/Mpa 硬度/HRC 体积电阻率/10Ω·cm 1338 80 62~118 3.60 5
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2.5 注塑模具设计时要注意的问题
鼠标上盖为外观件,要求零件表面光滑平整,无皱折、裂纹、翘曲等缺陷,连接部位高度差不能过大,以确保能够与下盖配合的严密,由于零件为薄壁制件,外形很不规则,这些原因使鼠标上盖在成型时容易受到各种因素影响,从而引起制品翘曲变形的问题。
流程:混料—干燥—螺杆塑化—注射—保压—冷却—制品后处理。
2.5.1干燥
ABS塑料的吸湿性较好、对水分的敏感性较大,在加工前必须进行充分的干燥和预热,这样不单能消除水汽造成的制件表面的眼化状泡带、银丝,而且还有助于塑料的塑化,减少制件表面色斑和云纹。ABS需要把水分控制在0.3%以下。
2.5.2温度
ABS塑料非牛顿性较强,在熔化过程温度升高时其熔融降低很小,但一旦达到塑化温度后继续随便升温,必然会导致耐热性能不太好的ABS发生热降解,这样反而会使熔融粘度增大,注塑过程会更加困难,制件的机械性能也会受影响下降。
2.5.3 模具温度
模具的温度关系着塑件的表面粗糙度,一般情况下,模具的温度控制在25-70摄氏度之间,而温度越低,则表面粗糙度越大。
2.6 注塑机的选择和校核
该塑件的精度采用MT6,生产量为大批量生产。与此同时,考虑到模具结构尺寸和塑件尺寸的大小关系,型腔的平衡性和浇口开设部位的对称性,所以型腔数为2,采用一模两腔的布局形式。
2.6.1注射量的计算
通过UG分析计算得出注塑体积
V塑=13.61cm3
已知所用材料为ABS,取其密度=1.05g/cm3,则塑件质量:M塑=14.29g。
2.6.2浇注系统凝料体积的初步估算
对于浇注系统的凝料,并不能确定其具体的准确数值,但是可以根据设计经验按塑件体积的0.6倍来估算,由此可以估算浇注系统的凝料体积为
V浇=nV塑×0.6 式(2.1)
式中:n——型腔中的塑件个数。 代入式(2.1)计算
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V浇=2×13.61×0.6=16.33cm3
由此可进一步得出
M浇=17.15g
V总=V浇+nV塑=16.33+2×13.61=43.55cm3
M总=45.73g
式中:M浇——不包含凝料的塑件质量;
V总——包含凝料的塑件总体积; M总——包含凝料的塑件总质量。
2.6.3选择注塑机
注射机有多个部分组成。其中序号8是料斗,塑料从料斗进去之后,,在压力的的作用下,进入7料筒及加热器,在里面通过螺杆的转动,将塑料均匀的搅拌,并达到喷嘴,塑料就经过喷嘴进入模具的型腔,在保压一定的时间后,螺杆后退,推杆把塑件退出,之后复位杆复位,再进行下一轮的注塑。图2-2所示为卧式注塑机。
图2-2注射机的注射成型原理
依据前面计算出来的单次注入模具型腔的塑料总量V总 =43.55cm3,并结合教材中给出的实际选择机型的参照公式:
V机≥V总/0.8 式(2.2)
式中:V机——注塑机的额定注射量。 代入式(2.2)得
V机≥54.44cm3
根据以上的计算,初步选定额定注射量为78cm3,注射机型号选取卧式SZ-60注射机,
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