电话机面壳注塑成型工艺设计.docx
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电话机面壳注塑成型工艺设计.docx
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电话机面壳注塑成型工艺设计
设计(论文)题目
XXXX型电话机面壳注塑成型工艺设计
院(系):
机电工程学院
学生姓名:
XXXXXX
专业班级:
XXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
学号:
XXXXXXXX
指导教师:
XXXXXX
XXXX年XX月XX日
摘要
电话机在我们的生活中非常的普遍,几乎每家都要用到。
市场上也有各种各样的电话机形状各异,有些是把电话机做成水果造型,有些是动植物造型,来吸引顾客的目光,以引发人们的购买欲。
此次设计的电话机的结构较简单,价格便宜,质量过关,能够符合大众的需求,具有一定的销售市场。
随着塑料工业的迅速发展,塑料制品的应用也越来越广,现已渗透到国民经济的各个领域及人们的日常生活中,而注射成型作为最有效的塑料成型方法之一,具有可以一次成型各种结构复杂和尺寸精密的制品、成型周期短、生产率高、大批生产时成本低廉、易于实现机械化和自动化生产等优点,但在实际生产中,注塑成型制品经常会出现一些质量上的问题。
因此,要得到高质量的注塑成型制品,必须把塑料成型工艺、设备、模具等基础知识结合起来,解决实际生产中所遇到的难题。
本论文主要阐述了电话机外壳塑料的注射成型工艺特点及产品结构与形状分析的详细过程,对类似的电器塑件的成型方法及结构与形状有一定的借鉴作用。
本设计是通过阅读大量的课本资料和网上资料,综合自己所学知识,对电话机面壳进行了结构与形状的分析,利用UG软件对塑件进行了实体造型出三维图,再论述塑料产品的使用性能,选用成型原料,对原料及产品成型工艺进行分析,选择注塑机以及注塑机工艺参数,综合论述电话机面壳注塑成型的工艺过程。
关键词:
电话机面壳;注塑成型;ABS
Abstract
Phoneisinourcommonlife,tobeusedinalmosteveryhome.Themarketalsohaveavarietyofphonesofallshapesandsomearemadeoffruittophonemodel,someplantandanimalmodeling,toattractcustomersattention,tocausepeopletobuy.Thedesignofthestructureofthetelephoneisrelativelysimple,cheap,qualityclearance,abletomeettheneedsofthepublic,hasasalesmarket.
Withtherapiddevelopmentoftheplasticsindustry,plasticproducts,moreandmorewidelyapplied,haspenetratedintoallfieldsofnationaleconomyandpeople'sdailylives,andinjectionmoldingasthemosteffectivemethodsofplasticmolding,hasatonceFormingavarietyofstructuralcomplexityandsizeofsophisticatedproducts,formingashortcycle,highproductivity,alargenumberoflow-costproduction,easytorealizetheadvantagesofmechanizationandautomationofproduction,butintheactualproduction,injectionmoldingproducts,oftentherewillbesomequalityissues.Therefore,toobtainhigh-qualityinjectionmoldingproducts,plasticmoldingprocessmust,equipment,toolingandotherbasicknowledgetogethertosolvepracticalproblemsencounteredinproduction.
Thispaperexpoundsthephoneshellplasticinjectionmoldingprocesscharacteristicsandproductstructureandshapeofthedetailedprocessofthesimilarelectricalappliancesandplasticpartsmoldingmethodhassomestructureandshapeofreference.
Thedesignisalotofbooksbyreadingtheinformationandonlineinformation,integratedhisownknowledge,onthephoneshellfortheanalysisofthestructureandshape,usingUGsoftwareontheplasticpartsweresolidmodelingthree-dimensionalmap;andthendiscussestheplasticproductperformance,usemoldingmaterials,moldingprocessonrawmaterialsandproductanalysis,injectionmoldingmachineandinjectionmoldingmachineselectionprocessparameters,asynthesisoftelephonebaseinjectionmoldingprocess.
Keywords:
telephonesurfaceshell;injectionmolding;ABS
引言
塑料是我国国民经济的支柱产业之一,改革开放30年来,我国塑料行业发展迅速,已成为工业、农业、国防和科技等领域的重要材料。
随着塑料应用领域的不断扩大,塑料的品种也不断开拓增加。
在未来几年中,中国塑料行业还将持续保持年均增长速度达到10%以上的发展速度。
国内塑料市场需求量大,其中发展重点为工程塑料和特种工程塑料。
注射成型是塑料成型的一种重要方法,它主要适用于热塑性塑料的成型,可以一次成型形状复杂的精密塑件。
本课题就是将电话机面壳做为设计模型,将注射成型的相关知识作为依据,阐述塑料注射成型的工艺设计过程。
本设计对电话机面壳的注射成型工艺设计,利用UG软件对塑进行了实体造型,对塑件结构进行了工艺分析。
明确了设计思路,确定了注射成型工艺过程并对各个具体部分进行了详细的计算和校核,包括制品的选材、工艺分析、工艺计算、成型机选择、模具选择等。
第一章塑件的分析
1.1产品外形分析
本塑件是XX电子XXX型电话机面壳,该产品结构复杂、既薄又大且外表面为光滑面,在设计时必须注意产品的进浇方式和塑料的流动性能。
考虑其成型工艺,可选用流动性、柔韧性都较好的ABS材料。
形状如下图:
图1-1塑件的三维图
1.2粒料的分析
根据产品所需性能要求,以及符合以最低的成本创造更高的商业价值的原则,ABS料均符合产品要求,故选用ABS粒料为产品材料。
ABS塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能,在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料等占据重要位置。
ABS的力学性能很好,其拉伸强度、刚度、硬度较高;因为有橡胶链段所以赋予ABS较高的柔韧性,ABS为无定形聚合物,无明显熔点,粘流温度在160℃左右,分解温度达250℃以上,属于成型加工性能良好的材料。
1.3产品结构的分析
该塑件结构复杂且有较多的柱位、擦穿位和骨位,需设置滑块、斜顶以及较多的镶件、镶针和司筒(推管)。
同时还应该考虑产品的精度、粗糙度和模具的脱模斜度、圆角、加强筋等。
1.3.1产品精度和表面粗糙度
本产品所需要的塑料为ABS塑料,根据《常用材料模塑件公差等级和选用》(GB/T14486-1993)可以找出ABS料的表面粗糙度取Ra1.6-0.2纳米。
根据《常用材料模塑件公差等级和选用》(GB/T14486-1993)得到:
ABS高精度:
MT2、一般精度:
MT3、未注公差尺寸:
MT5。
1.3.2脱模斜度
塑件冷却时收缩会使它抱紧模具型芯的凸起部分,为防止脱模时擦伤塑件,在设计模具时,必须使塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。
由于塑件的形状复杂、壁厚较薄、ABS料的收缩率为0.4%-0.8%,因此脱模斜度所采用型腔为5度,型芯为10度-20度。
1.3.3塑件的圆角和加强筋
为避免应力集中,提高强度,使塑件更美观且使料流更易充模应采用圆角过渡。
通常,内圆角的半径应为壁厚的一半,而外壁圆角半径可为壁厚的1.5倍。
而本产品的圆角较多,其半径一般为2mm、3mm等。
由于本塑件形状较大、壁厚较薄,为了确保塑件的强度和刚度而不至于使塑件的壁厚过大,在适当位置设置加强筋。
第二章模具的选择
模具设计的好坏直接影响塑件的质量、生产效率、模具使用寿命以及模具制造成本等,因此需要最佳的模具结构设计方案,以达到最佳效益。
模具通过分型面的选择、确定型腔数、浇注系统的设计、冷却系统的设计、顶出系统的设计等来设计最佳的塑料模具。
2.1确定型腔数
模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状(有无侧抽芯)、制品精度、批量以及经济效益来确定。
本塑件为电话机面壳,其特点是壁薄且形状复杂,面积较大,表面较为光滑。
经过对塑件的分析和根据丰达电子厂里19-V1型模具知道该模具为一模一腔。
2.2浇注系统的设计
浇注系统是模具中从接触注射机喷嘴开始到型腔为止的塑件流动通道,其作用是使塑件熔体平稳且有顺序地填充到型腔中并在填充和凝固过程中把注塑机压力充分传递到各个部位,已获得组织紧密、外形清晰的塑件。
本塑件是ABS熔料,且形状复杂,黏度较大,因此不宜使用较大的流道。
根据XXX电子厂XXXX型模具得知该模具是采用直浇口来浇注,而浇口就在塑件中间部位,采用直浇口的目的是防止融料在流道里太长时间以免堵塞,在塑件中间部位目的是使融料到模具型腔里的时间尽量相同,防止缺料。
2.3冷却系统的设计
冷却系统对塑件的生产有较大的影响,由于塑件比较大,所以需要冷却,不然塑件在模具较长时间不会冷却定型,这样会使塑件的顶出较困难,容易使塑件损坏。
根据XXXX子厂XXXXX模具得知,模具上的冷却介质为水,以炮台前进的方向为正面,冷却水路结构为:
左上面是进水口,右上面是出水口,右下面是进水口,而左下面是出水口,就这样形成一个良好的冷却系统。
2.4顶出系统的设计
本塑件为电话机面壳,其形状复杂、内有骨针等小部件,要想把塑件顺利顶出需要注意一下问题:
经过模具和塑件的分析发现,该模具是使用顶针顶出塑件,其中顶针有33根,同时筒针为21根,筒针在塑件的成型和顶出都有相当大的作用。
由于塑件面积较大而且厚度较薄所以顶针多设在边部,边部就有18根顶针,其他的顶针分布在数字键周边,因为数字键受力面积较小所以只能把顶针设在周边。
而筒针有六根在数字键旁边,主要是增强塑件的性能。
在一些受力较强的地方也有筒针。
第三章注塑机的选用
注塑成型机的种类很多。
按成型材料分有热塑性注塑机、按注塑装置结构分有单螺杆式注塑机、双螺杆注塑机,按注塑装置结构和锁模装置组合分有立式和卧式注塑机等等。
根据所选用的材料ABS和丰达电子厂所具有的设备我选用了热塑性螺杆式卧式注塑机。
3.1注射量计算
在对空注射的条件下,注射螺杆作一次最大注射行程时,注塑成型系统所能达到的最大注出量。
注射量的表示方法用熔料的容积(cm3)来表示。
本设计中选用的注塑机最大注塑量为:
V公=500cm3;K利—注塑机最大注射量的利用系数,一般K利=0.8;V—塑件的总体积(cm3)(包括塑件,浇注系统凝料)。
校对公式为:
K利V公≥V(3-1)
(注塑机的实际注射量)V注=0.8*500cm3=400cm3
根据UG塑件分析发现塑件的总体积(V需)为65cm3
(V注)400cm3≥(V需)65cm3
因此选取的注塑机符合最大注塑量的要求。
3.2注射压力
因为我们所用的塑料为ABS料,而ABS料熔融体的粘度比较高,且ABS是对剪切力敏感的材料,注射压力加大熔体粘度就会下降即流动性变好,再由于电话机面壳结构复杂、既薄又大,因此需要较高的注射压力。
根据调试注射压力发现当最小注射压力为25~35MPa,最大注射压力为110~120MPa时注射出来的产品较好。
3.3锁模力的计算
锁模力是注塑机的合模机构对模具所施加的最大夹紧力。
在此力的作用下,模具不被熔料所顶开,所以锁模力是一个重要的参数。
F锁≥KqA分(3-2)
式中:
F锁—注塑机的额定锁模力(N);
K—安全系数,一般取1~2;
q—模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa)
A分—塑件及浇注系统在分型面上的总投影面积(mm2)
安全系数K取1.5
根据成型塑料,取主流道直径D1=6mm,分流道长度L1=30mm。
故浇注系统在分型面上的投影面积A1=6×30=180mm2,塑件长度为210mm,宽度为170mm,一模一腔的排列方式,计算出A=210*170+180=35880mm2;
所以F锁≥1.5*35*35880*10-3
3.4开模行程的校对
为使塑件能够顺利顶出,所以需要足够的的开模行程。
开模行程一般为成型制品最大高度的3-4倍。
S=(3-4)hmax
式中:
S为最大开模行程;hmax为成型制品最大高度。
所以,开模行程Lmax=(3~4)×70mm
3.5注塑机的选用
通过上面的计算,结合ABS粒料的性质,结合塑件生产要求中应考虑的因素,最终选用卧式注塑机。
此次设计选用的注射机是佳明卡罗门系列PD-128T注射成型机。
表3-1佳明PD-128T注塑机主要技术性能参数
螺杆直径(mm)
Ф42
锁模力(kN)
12800
注射容量(cm3)
500
最大注射面积(cm2)
1000
注射压力(MPa)
2005
顶针行程(mm)
88
模具厚度(mm)
最大
450
喷嘴(mm)
球半径
12
最小
300
孔直径
Ф4.5
定位孔直径(mm)
Ф1000+0.06
中心孔径(mm)
Ф30
第四章注塑成型前的准备工作
为使注塑成型过程顺利进行,保证产品的质量,在成型前必须做好一系列的准备工作。
如塑料原料的检验、塑料原料的着色、塑料原料的干燥、脱模剂的选用以及料筒的清洗等。
根据产品要求,本产品为红色塑件,因此需要着色。
根据需要配色粉和助剂,色粉比例要合理,可用测色仪检验。
测色时,可先取原料注塑色板,注塑时确保注塑机冲洗干净,待色板充分冷却后可选用测色仪检验,颜色有偏差几时调整,确保在要求范围内。
ABS树脂因有腈基(-CN)而易于吸湿,其吸湿性和对水分子的敏感性较大,在加工前必须进行充分的干燥与预热,这样才能消除水气造成的制作表面色斑和银纹。
ABS原料要控制水分在0.3%以下。
注塑前的干燥条件:
干冬季节在75-80℃下干燥2-3h,夏季雨水天在80-90℃下干燥4-8h,使用干燥后的树脂可获得表面高度光洁的制品。
粒料经过干燥,把多余的水汽排走,在下面的成型中就不会有水纹这样的缺陷出现。
适时使用脱模剂也是对产品有好处的,脱模剂能使塑件顺利脱模,减少模具的负重,防止模具损坏。
第五章注塑成型过程
注塑成型过程流程:
加料→塑化→注射→冷却→顶出脱模
5.1加料
注射成型是一个间歇过程,在丰达电子厂生产中加入到料筒中的ABS料量应保持一定,又因为电话机面壳比较重要的外观,因此用料一般为新料,还要注意的是粒料是经过干燥的,不然就会产生气泡等缺陷,最后把料放进料筒里以后看看有没有发生“架桥”现象,只有这样才能制出良好的产品。
5.2塑化
在保证ABS料不被分解时所达到的温度,且能使粒料具有良好的流动性,能顺利充模的流动状态为ABS料塑化。
电话机面壳所用的材料为ABS料,这种塑料黏流性一般,且ABS是剪敏性材料,一般在料筒里经过加料段、熔融段、均化段这三段塑化,再加上螺杆对熔料的挤压塑化,流动性会变好,易于充模。
生产时要注意塑化均匀,一是要调好料筒的温度,如加料段为190℃、熔融段为210℃、均化段为230℃,二是注意螺杆的转速,螺杆对融料的挤压塑化,不过一般数值都设好的,但要注意的是背压,如果背压太大就会造成“流涎”现象,做19-V1电话机一般不设背压。
5.3注射
在生产电话机面壳时,注射是整过过程中最重要的。
注射过程可以分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模等阶段。
结合ABS的流动性能和塑件的壁厚、形状复杂等问题,如果在注射中出现问题,会给产品带来一些缺陷,如:
ABS是剪敏性材料,当注射压力不够时,黏流度较大易出现出现缺料;同样注射速度太慢有可能会使进胶口堵塞;注射速度太快可能会有银纹等缺陷。
如果注射时间过长会延长生产时间,减慢生产效率,同时以使塑件产生黑点炭化。
经过多次的调试表5-1上的数据在注射过程中能生产出好的产品:
表5-1电话机面壳注射参数
位置(mm)
压力(mpa)
速度(%)
时间(S)
射胶1
85
67
30
射胶2
65
93
82
射胶3
40
75
42
射胶4
30
30
4
5.4冷却
由于塑件比较大,所以需要冷却,而且是用水来冷却,若冷却不足塑件就会软,难以保持理想的现状,若冷却时间过长会增加生产周期,这样会延长生产时间,减慢生产效率。
结合本塑件——电话机面壳,其特征是壁薄、面大,骨针、小支撑柱多,所以塑件冷却的时间为15秒较好。
5.5顶出脱模
本塑件为电话机面壳,其形状复杂、内有骨针等小部件,因此需要良好顶出的顶出系统,此塑件是用顶针顶出的,同时有较多的筒针,XXXX型电话机面壳有33根顶针和21根筒针来顶出塑件。
以此同时顶出系统的速度和压力也是非常重要的。
经过多次的调试发现表5-2上的数据在顶出模具时较好:
表5-2电话机面壳顶出系统参数
速度
压力
顶进
35
40
顶退
38
38
顶次
1
第六章注射成型工艺条件的控制
6.1温度
6.1.1料筒温度
由于选用的材料的ABS料,ABS属于无定形塑料,无明显熔点,熔融流动温度不太高,160℃以上有充分的流动性。
粘流温度在160℃,分解温度250℃以上,属于成型加工性能良好的材料。
其成型温度在170-240℃。
料筒分为三段。
第一段加料段:
粒料刚进入螺杆,此段温度不用很高,因为此段主要是送料段,温度高,已熔融,料就送不了多少到前面去了。
该温度为180℃-200℃最佳温度为190℃。
第二段熔融段:
此段为熔融段,温度要210℃,第三段均化段:
均化就是使熔料熔融充分温度需要更高,但又不能使粒料焦化,此段最佳温度为230℃。
在丰达电子厂PD-128T注射成型机多次调试温度,结果发现加料段最佳温度为190℃,熔融段温度最佳要210℃,均化段最佳温度为230℃。
6.1.2喷嘴温度
喷嘴温度通常比料筒温度低,以防熔体在直通式喷嘴上可能发生的“流涎”现象。
虽然喷嘴温度低,但当熔料由狭小喷嘴经过时,会产生摩擦热,使进入模具的熔体温度升高。
喷嘴温度不能太低,否则,喷嘴处的熔料可能产生凝固而将喷嘴堵死。
根据喷嘴温度较料筒温度前部温度(均化段)低20-30℃,即喷嘴温度为190-200℃。
6.1.3模具温度
模具温度对塑料熔融的充型能力及塑件内在性能和外观质量影响很大。
ABS属于无定形塑料,当熔料注入模腔后,随温度的不断降低而固化,但并不发生相变。
模温主要影响熔料的粘度和充模速度。
ABS的成型温度相对较高,模温也相对较高。
因此在丰达电子厂调节模温发现定模温度为70-80℃,动模温度为50-60℃时,塑件质量较好。
6.2压力
6.2.1塑化压力(背压)
螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力,那就是塑化压力(背压)。
背压大小可以通过液压系统中的溢流阀进行调节。
塑化压力有助于螺槽中物料的压实,驱走物料中的气体,塑化压力较大时会使计量段螺杆熔体反流和漏流。
ABS熔体属于假塑性流体,表现出“剪切稀化”的特性,成型时可以通过增加剪切压力来过改善熔体流动性。
在丰达电子厂生产中一开始设了背压,但总发现喷嘴有融料流出来,发现背压大了后来把背压设小了,流涎现象没那么严重,后来把背压设为零以后发现喷嘴没有流涎了。
原来由于料筒温度较高,能使粒料熔融均匀,再加上螺杆向前移动多融料的塑化足够使粒料熔融均匀,因此不需要背压了。
6.2.2注射压力
塑化好的熔体给螺杆推挤至料筒前端,经过喷嘴及模具浇注系统进入并充满型腔,这就是充模。
充模所需要的最小压力是注射压力。
注射压力大小的选择依据流动阻力、充模速度。
(1)流动阻力
注射是要克服流动阻力,主要来自两个方面:
首先是流道;其次是ABS料的摩擦系数和熔融粘度。
(2)充模速度
由于电话机面壳壁薄及形状复杂,因此要保证有足够高的注塑速度,否则难以充满。
而注射压力在一定程度上决定了塑料的充模速率,所以注射压力也需要大一点,这样可提高充模速率、制品密实、收缩率下降。
当时在丰达电子厂调试注射压力时根据对塑件和粒料的分析,一开始把注射一的压力调为50MPa,注射二的压力调为100MPa,结果发现出来的塑件较好,为了打出更好的产品,后来经过多次的调试最终发现注射一的压力为60MPa,注射二的压力为120MPa最为合适。
6.2.3保压压力
由于熔体在模具内冷却收缩所以需要继续保持施压状态的螺杆迫使浇口附近的熔料不断补充进入模具中,使型腔中的塑料能成型出形状完整而致密的电话机面壳。
保压压力低于注射压力,保压压力较高时,制品收缩率减少,表面光洁度、密度增加,制品尺寸稳定;但保压压力不能过高,不然模具就会较难打开。
该电话机面壳结构复杂、既薄又大、壁厚为1.5mm且外表面为光滑面,且塑件粘度较高,不利于充模。
但由于融料在温度较高料筒里塑化均匀,因此只需要一般保压压力进行压实补缩,使塑件更加密实。
一开始将保压压力一和保压压力二都设了参数,而且参数值较大。
保压压力一60MPa,保压压力二50MPa,虽然能打出合格的产品,但经过对塑件的分析觉得不需要那么大的保压压力也可以生产合格的产品,后来将保压压力一设为40MPa,保压压力二设为40MPa,就这样一直尝试发现只要将保压压力一设为35-40MPa就行了,相对于一开始来说这样就会节省了成本。
6.3时间(成型周期)
充模时间——螺杆前进时间
注射时间—
保压时间——螺杆停留在前进位置时间
总冷却时间
成型周期模内冷却时间——螺杆旋转后退的冷却时间
其他时间——开模、脱模、喷涂脱模剂、关模等时间
6.3.1充模时间
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