音箱面壳模具设计.docx
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音箱面壳模具设计
音箱面壳模具设计
专业:
机械设计制造及其自动化
学生:
指导教师:
完成日期:
扬州大学广陵学院
摘要
近年来,我国的模具发展迅速,尤其是塑料模具提出了越来越高的要求,最近几年,塑料模具在整个模具行业所占的比例上升到30%左右,相信在未来的时间里,中国塑料模具工业还将保持年均增长速度达到10%以上较高速度的发展,国内塑料模具市场以注塑模具需求量最大。
将来注射模具发展的方向向更精密、更高效、复合和多功能、更大型、更精密、更复杂、更绿色及更经济的方向发展,模具产品的技术含量将不断提高,模具制造周期将不断缩短。
注射成型是塑料成型的一种重要的方法,它主要适用于热塑料的成型,可以一次成型简单或复杂的精密塑件。
本课题是将音箱作为设计模型,将注塑模具的相关知识作为依据,介绍塑件结构形状,塑件的材料选择,及塑件的结构工艺性,注射机成型的设备组成分类及型号规格。
本课题通过对音箱外壳成型工艺的分析,设计了一副一模两腔的塑料模具。
设计成型零部件时,根据塑料的特性、塑件的结构和使用要求,确定型腔的总体布局,选择分型面,确定脱模方式,设计浇注系统、冷却系统。
计算成型零部件的工作尺寸。
运用Pro/E软件完成音箱外壳模具的整体设计;应用Pro/E中的塑料顾问模块(PlasticAdvisor),对塑料制品进行注射仿真分析。
最后对三维造型使用Pro/Engineer形同转出dwg文件进行出图。
关键词:
注塑模具;注射机;Pro/Engineer;EMX(模架设计专家)
Abstract
.Inrecentyears,China'srapiddevelopmentofthemold,especiallytheplasticmoldoftheincreasinglyhighdemand,inrecentyears,theplasticmoldinthemoldindustrytheproportionofupto30%jobs,Ibelieveinthecomingyears,Chinaplasticmoldindustrywillmaintainanaverageannualgrowthrateofmorethan10%highspeeddevelopment,thedomesticmarkettoplasticmoldinjectionmoldgreatestdemand.Thefuturedevelopmentdirectionofinjectionmoldtomoresophisticated,moreefficient,complexandmulti-purpose,larger,moresophisticated,morecomplex,moregreenandmoreeconomicdevelopment,moldthetechnicalcontentoftheproductwillcontinuetoimprove,themanufacturingcycleofthediewillshortenceaselessly.
Plasticmoldinginjectionmoldingisanimportantmethod,whichismainlyappliedtothethermalplasticmolding,moldingcanbeasimpleorcomplexprecisionplasticparts.Thistopicisthespeakerasadesignmodel,theinjectionmoldrelatedknowledgeasthebasis,elaboratesthestructureprocessofplasticproducts,injectionmoldingmachineequipmentcompositionclassificationandspecifications.
Throughproperanalysisofthespeakermoldingprocess,Idesignedadouble-cavityplasticmould.Whiledesigningmoldingcomponents,basedonthecharacteristicsofplastic,plasticpartsofthestructureanduserequirements,theoveralllayoutofthecavity,thejointface,thestrippingmethods,designofgatingsystem,exhaustsystemshouldbedetermined.theworkingsizeofthemoldedpartsiscalculated.ThenusePro/Esoftwaretocompletetheoveralldesignhairdryershellmold;andfinallytheplasticmoduleconsultant(PlasticAdvisor)inPro/Eisappliedforplasticinjectionsimulationanalysis.finallythe3DmodelingusingPro/EngineerDWGfileistransferredoutofamap.
Keywords:
Injectionmolding;injectionmachine;Pro/Engineer;EMX(formworkdesignexpert)
摘要
Abstract
第一章绪论
1.1模具及模具工业的发展与现状
在模具工业的总产值中,冲压模具约占50%,塑料模具约占33%,压铸模具约占6%,其他各类模具约占11%。
在模具生产方面,国内已经能够生产精度达21µm的精密多T位级进模、新轿车的部分覆盖件模具、48in(约122cm)大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具,还有照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模等精密塑料模具。
1.2塑料成型模具及其分类
塑料模具分为:
注塑模,挤出模,吹塑模及注吹模如:
可乐瓶那种。
以注塑模具为最大的份额占70%,说有市场上面见到的塑料成型件绝大多数是注塑出来的产品。
吹塑模,主要生产瓶子,水箱等中空产品。
挤出模,生产管材类,门窗,塑料板材,塑料瓦等截面为连续线型产品。
注吹模比较特别,由于材料不能一次成型,要先注塑瓶胚后再加热把它吹成瓶子。
以饮料瓶为代表如:
可乐瓶,茶饮料等底部有个点的。
1.3注射模具的发展趋势
模具产品发展重点主要有如下几类:
(1)车覆盖件模具:
属于冲压模具,主要为汽车配套的覆盖件模具。
大都是大中型,结构复杂,技术要求高。
(2)大型精密塑料模具:
包括为汽车和家电配套的大型注塑模具,为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模等。
模具设计与制造行业的发展趋势:
模具设计与制造:
向更精密、更高效、复合和多功能方向发展 模具产品:
更大型、更精密、更复杂、更绿色及更经济的方向发展,模具产品的技术含量将不断提高,模具制造周期将不断缩短 模具软件:
CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展,快速原型制造技术和快速经济制模技术及逆向工程技术得到越来越多的重视。
第二章塑料成型工艺
塑料成型是将塑料原材料转变为所需形状和性能的塑件的一门工程技术。
在设计模具时不仅要了解塑料制作的技术要求和注射成型的工艺过程,还必须了解注射机的技术规范,以保证设计的模具与使用的注射机相适应。
2.1塑件材料的选择
结合音箱面壳壁薄的特点,本课题选流动性较好的材料:
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)。
1、该塑料的工艺特点及用途:
(1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.
(2)与有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理.
(3)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
用途:
适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件.
2、ABS的主要性能指标见表2-1。
表2-1ABS的部分性能指标
密度/(g·cm-3)
1.28~1.08
计算收缩率/%
0.3~0.8
2.2确定成型方法
塑料模塑成型的方法中,注塑成型是它的一种重要方法,其在生产中已广泛应用。
它具有以下几方面的特点:
1、成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑件。
2、对成型各种塑料的适应性强。
目前,除氟塑料外,几乎所有的热塑性塑料都可用此种方法成型,某些热固性塑料也可采用注塑成型。
3、生产效率高,易于实现自动化生产。
4、注塑成型所需设备昂贵,模具结构比较复杂,制造成本高,所以注塑成型特别适合大批量生产
因此,本课程设计采用注塑成型
2.3注塑成型工艺过程
所谓注塑成型,是指将树脂在加热熔融的同时,与其他添加剂均匀地混合在一起,再使其注射人模具中,经冷却、固化后得到具有所要求形状的制品(塑件)的操作过程。
其原理与金属的铸造相似。
但在注塑成型过程中,仅仅把塑料原料熔融;并使之靠重力自然流入模具中固化,是不可能得到完整的塑件的。
这是因为树脂的熔融粘度极高,靠其自然流入模具中成型是不可能的。
为了使熔融料能够充分地流入模具型腔的各个角落而获得形态饱满、其表面没有缩痕,内部没有空洞的制品,必须在成型时对熔料施加很高的压力才行。
一般来说,注射成型工艺过程主要包括:
成型前的准备、注塑成型过程和塑件的后处理等三个过程。
2.3.1成型前的准备
为了使注塑成型生产能够顺利地进行,确保注塑制品质量,在正式成型操。
作前还需做一系列的准备工作,这些准备工作主要包括:
原料的选择、原料的预处理,料筒的清洗、嵌件的预热、脱模剂的选用等。
2.3.2注塑成型过程
注塑过程如图2-1,首先将准备好的塑料加入注塑机的料斗,然后送进加热的料筒中,经过加热熔融塑化成粘流态塑料,在注塑机的柱塞或螺杆的高压推动下经喷嘴压入模具型腔,塑料充满型腔后,需要保压一定时间,使塑件在型腔中冷却、硬化、定型,压力撤消后开模,并利用注塑机的顶出机构使塑件脱模,最后取出塑件。
这样就完成了一次注塑成型工作循环,以后是不断重复上述周期的生产过程。
由上面的说明可以知道,注塑成型过程包括加料、塑化、注射、脱模等几个步骤。
塑化是颗粒状塑料在注射机料筒中经过加热达到粘流状态并且具有良好可塑性的过程。
对塑料的塑化要求是:
塑料熔体在进入型腔之前,既要达到规定的成型温度,并要在规定的时间内提供足够量的熔融塑化料各处的温度尽量均匀一致,不发生或极少发生热分解以确保生产的顺利进行。
螺杆式注塑机对塑料的塑化比柱塞式注塑机好得多。
不管是何种形式的注塑机,注射过程均可分为充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却四个阶段。
充模阶段是从柱塞或螺杆开始向前移动起,到塑料熔体经过喷嘴及模具浇注系统充满型腔时为止。
图2-1注塑成型原理示意图
1-料斗2-螺杆3-注塑模具。
塑料熔体充满型腔后,熔体开始冷却收缩,但柱塞或螺杆继续保持施压状态,料筒内的熔料会向模具型腔内继续流入进行补缩,以形成形状完整而致密的塑件。
这一阶段称为保压阶段。
倒流阶段是柱塞或螺杆开始后退保压结束时开始的,这时型腔内的压力比流道内的高,因此会发生塑料熔体的倒流,从而使型腔内的压力迅速下降,直到浇口处熔料冻结倒流才结束。
如果保压结束之前浇口已经冻结或者在喷嘴中装有止逆阀,则倒流阶段就不会存在。
浇口冻结后的冷却是从浇口的塑料完全冻结时开始,这一阶段型腔内塑料继续进行冷却,没有塑料从浇口处流进或流出,但型腔内还可能有少量的流动。
应该指出,塑料从注入型腔后即被冷却,直至脱模时为止。
脱模是塑件冷却到一定温度后开模,在推出机构的作用下将塑料制件推出模外的过程。
2.3.3塑件的后处理
为改善和提高塑件的性能和尺寸稳定性,塑件经脱模或机械加工后应进行适当的后处理。
后处理主要是指退火和调湿处理。
(1)退火处理退火处理是将塑料制件放在定温的加热液体介质中(如热水、热的矿物油、甘油、乙二醇和液体石蜡)或热空气循环烘箱中静置一段时间,然后缓慢冷却的过程。
目的是减少或消除塑件的内应力。
(2)调湿处理调湿处理是将刚脱模的塑件放在热水中隔绝空气进行防止氧化的退火,同时加快达到吸湿平衡的一种后处理方法。
目的是使塑件的颜色、性能、尺寸得到稳定。
聚酰胺类塑料制件通常需要进行调湿处理。
2.4塑件的结构工艺性
要想获得合格的塑料制件,除合理选用塑件的原材料外,还必须考虑塑件的结构工艺性。
塑件的结构工艺性与模具设计有直接关系,只有塑件结构设计满足成型
工艺要求,才能设计出合理的模具结构,以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷,达到提高生产率和降低成本的目的。
塑件结构工艺性设计的主要内容包括:
尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形状、壁厚、脱模斜度等。
1、脱模斜度
ABS型腔的脱模斜度为
,型芯的脱模斜度为
。
2、壁厚
制品最小壁厚的确定原则:
(1)脱模时受顶出零件的推力不变形;
(2)能承受装配时紧固力。
壁厚因制品大小和塑料品种的不同而异。
热塑性塑料制品的最小壁厚可达到0.25mm,但一般在(0.6~0.9)mm之间。
常用壁厚为(2~4)mm。
本课题音箱的壁厚为1mm。
3、制品的精度
塑件的尺寸精度是指成型后所获得的塑件产品尺寸和图纸中尺寸的符合程度。
一般而言,塑件尺寸精度是取决于塑料因材质和工艺条件引起的塑料收缩率范围大小,模具制造精度、型腔型芯的磨损程度以及工艺控制因素。
而模具的某些结构特点又在相当大程度的影响塑件的尺寸精度。
故而,塑件的精度应尽量选择的低些。
对于本产品,图纸未注明尺寸精度,我们取IT8级精度。
IT8=0.72mm.
塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度,其与模塑成工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。
该零件的表面要求无凹坑等缺陷外,表面无其它特别的要求,故比较容易实现。
2.5塑件成型工艺参数
2.5.1温度
在注塑成型时需控制的温度有料筒温度、喷嘴温度、模具温度等。
(1)料筒温度料筒温度应控制在塑料的粘流温度Tf(对结晶型塑料为熔点Tm)和热分解温度Td之间。
料筒温度直接影响到塑料熔体充模过程和塑件的质量。
料筒温度高,有利于注射压力向模具型腔内传递,另外,使熔体粘度降低,提高流动性,从而改善成型性能,提高生产率,降低制品表面粗糙度。
但料筒温度过高,时间过长时,塑料的热降解量增大,塑件的质量会受到很大影响。
一般取210~280℃,建议温度:
245℃。
(2)喷嘴温度选择喷嘴温度时,考虑到塑料熔体与喷孔之间的摩擦热能使熔体经过喷嘴后出现很高的温升,为防止熔体在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”,通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度。
但对于热固性塑料一般都将喷嘴温度的取值高于料筒温度,这样一方面使其自身具有良好的流动性,另一方面又能接近硬化温度的临界值,即保证了注射成型,又有利于硬化定型。
(3)模具温度模具温度主要影响塑料在型腔内的流动和冷却,它的高低决定于塑料的结晶性、塑件的尺寸与结构、性能要求以及其他工艺条件(熔料温度、注射压力及注射速度、成型周期等)。
如对于熔体粘度高的非结晶型塑料应采用较高的模温;塑件壁厚大时模温一般要高,以减小内应力和防止塑件出现凹陷等缺陷。
对于热塑性塑料模具温度一般较高,通常控制在50~70℃度范围,另外动模温度有时还需要比定模高出10~15℃,这样会更有利于塑件硬化定型。
模具温度根据不同塑料的成型条件,通过模具的冷却(或加热)系统控制。
对于要求模具温度较低的塑料,如聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、ABS塑料、聚氯乙烯等应在模具上设冷却装置;对模具温度要求较高的塑料,如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等应在模具上设加热系统。
2.5.2压力
注塑成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种。
(1)塑化压力塑化压力又称背压,是注塑机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力。
增加塑化压力能提高熔体温度,并使温度分布均匀,但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周期,甚至可能导致塑料的降解。
一般操作中,塑化压力应在保证塑件质量的前提下越低越好,具体数值随所选用的塑料品种而变化,通常很少超过6MPa。
如聚酰胺塑化压力必须较低,否则塑化速率将很快降低。
注射热固性塑料时一般塑化压力都比热塑性塑料取的小,约为3.4~5.2MPa,并在螺杆启动时可以接近于零。
但要注意的是,背压力如果过小,物料易充入空气,使计量不准确,塑化不均匀。
(2)注射压力注射压力是指柱塞或螺杆头部注射时对塑料熔体所施加的压力。
它的作用:
一是克服塑料熔体从料筒流向型腔时的阻力,保证一定的充模速率;二是对塑料熔体进行压实。
注射压力的大小,取决于塑料品种、注射机类型、模具浇注系统的结构、尺寸与表面粗糙度、模具温度、塑件的壁厚及流程大小等多种因素。
近年来,采用注塑流动模拟的计算机分析软件,可对注射压力进行优化设计。
总的来说,确定注射压力的原则是:
①对于热塑性塑料,注射压力一般在40~110MPa之间。
熔体粘度高,冷却速度快的塑料以及成型薄壁和长流程的塑件,采用高压注射有利于充满型腔;成型玻璃纤维增强塑料时采用高压注射有利于塑件表面光洁。
其他均应选用低压慢速注射为宜。
但要提醒的是,如果注射压力过高,塑件易产生飞边使脱模困难,另外使塑件产生较大的内应力,甚至成为废品。
注射压力过低则易产生物料充不满型腔,甚至根本不能成型等现象。
②对于热固性塑料,由于熔料中填料较多,粘度较大,且在注射过程中对熔体有温升要求,注射压力一般要选择大一些,常用范围约为100~170MPa。
③在其他条件相同的情况下,柱塞式注塑机作用的注塑压力应比螺杆式的大,因为塑料在柱塞式注塑机料筒内的压力损失比螺杆式的大。
为了保证塑件的质量,对注射速度(熔融塑料在喷嘴处的喷出速度)常有一定的要求。
一般高压注射时注射速度高,低压注射时速度低。
塑件的壁厚对注射速度取值的影响很大,一般厚壁塑件采用较低的注射速度,反之则相反。
型腔充满后,注射压力的作用在于对模内熔料的压实。
在生产中,压实时的压力等于或小于注射时所用的注射压力。
如果注射和压实的压力相等,往往可使塑件的收缩率减小,尺寸波动较小,但会造成脱模时的残余应力较大,成型周期过长。
对结晶型塑料如聚甲醛,压实压力大可以提高塑料的熔点,使脱模提前进行,因而成型周期不一定增长。
如压实压力小于注射压力,则塑件的性能及脱模与上述情况相反。
2.5.3成型周期
完成一次注塑过程所需的时间称为注塑成型周期。
它包括以下几部分:
(1)注射时间注射时间包括充模时间、保压时间和合模冷却时间。
其中保压时间和冷却时间合计为总的冷却时间。
充模时间直接反比于充模速率,生产中约为3~5s。
保压时间就是对塑料的压实时间,在整个注射时间中所占比例较大,约为20~120s。
冷却时间以保证塑件脱模时不引起变形为原则,一般约为30~120s。
生产中注射时间一般在0.5~2min,厚大件可达5~10min。
(2)其他时间(辅助时间)包括开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、合模等时间。
成型周期直接影响劳动生产率和设备的利用率,因此,在生产中,在保证塑件质量的前提下,应尽量缩短成型周期中各阶段的时间。
其中,注射时间和冷却时间对塑件质量起着决定性的作用,要根据实际情况合理选择。
第三章音箱面壳模具设计
3.1注塑成型设备
注塑机是利用塑料成型模具将热塑性塑料或热固性塑料原料制成塑料制件的注射成型设备,也是应用最广的塑料成型设备。
3.1.1注塑机结构组成
注射成型机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统等组成,如图3-1所示。
注射装置使塑料均匀地塑化成熔融状态,并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔。
合模装置也称锁模装置,保证注射模具可靠地闭合,实现模具开、合动作以及顶出制件。
液压和电器控制系统保证注射机按预定工艺过程的要求(如压力、温度、速度和时间)和动作程序准确有效工作。
图3-1注塑机的基本组成
1-合模装置2-注射装置3-液压传动系统4-电器控制系统
3.1.2注塑机的分类
注塑机的分类方法很多,目前使用较多的是按注塑机外形特征分类,这种分类方法主要是根据注塑机的合模装置和注射装置的相对位置进行分类的。
1、卧式注塑机合模装置与注射装置的运动轴线呈一线水平排列,具有机身低,操作、维修方便,自动化程度高等特点。
所以这种形式应用最广,对大、中、小型都适用,是目前注塑机最基本的形式。
2、立式注塑机合模装置与注射装置的运动轴线呈一线并垂直排列,具有占地面积小,模具拆装容易,模具内安放嵌件方便等优点。
但制品顶出后不易脱落,不易实现全自动化操作,且机身高,加料、维修不方便。
目前小型注塑机常采用这种形式。
3、角式注塑机合模装置和注射装置的运动轴线互成垂直排列,其优缺点介于立式和卧式之间,使用也较普遍,大、中、小型注塑机均有
3.1.3注塑机的型号规格
注塑机型号规格是用来表示注塑机加工能力的,而反映注塑机加工能力的主要参数是公称注射量和锁模力。
公称注射量是指注塑机在注射螺杆(或柱塞)作一次最大注射行程时,注射装置所能达到的对空注射量。
锁模力是由合模机构所能产生的最大模具闭紧力决定的,它反映了注塑机成型制品面积的大小。
一般用注塑机的公称注射量和锁模力同时来表示注塑机的加工能力,并以此作为注塑机的系列规格。
国产注塑机的型号表示为:
XS-ZY-125/90,型号中:
X表示(成)形(机),S表示塑料,Z表示注射,Y表示预塑式,125表示公称注射量为125cm3,90表示最大锁模力为90×10kN。
3.2注射模具分类及典型结构
3.2.1注射模分类
注射模具的分类方法很多。
按其所用注射机的类型可分为卧室注射机用的模具、立式注射机用的模具、角式注射机用的模具;按所成型的塑料制品材料分,可分为热塑性塑料注射模和热固性塑料注射模。
按注射模的整体结构分,可分为单分型面注射模、双分型面注射模、垂直分型面注射模、有侧面分型和抽芯结构的注射模、定模有定距推板结构的注射模、直角注射成型机上用的专用注射模、有活动向镶件的注射模等。
按浇注系统的结构分,可分为浇注系统为热流道结构的注射模、浇注系统为绝热流道结构的注射模、浇注系统为温流道结构的注射模。
3.2.2注射模典型结构
1、单分型面注射模
单分型面注射模也称二板式注射模。
它是注射模中最简单的一种结构形式。
这种模具只有一个分型面。
单分型面注射模具可以根据需要,既可以设计成单型腔注射模,也可以设计成多型腔注射模,应用十分广泛。
其工作原理为:
合模时,在导柱的导向定位下,动模和定模闭合。
型腔由定模板上是凹模与固定在动模板上的凸模组成,并由注射机合模系统提供的锁模力锁紧。
然后注射机开始注射,塑料熔体经定模板上的浇注系统进入型腔,待熔体充满型腔并经过保压、补缩和冷却定型后开模。
开模时,注射机合模系统带动动模后退,模具从分型面分开,塑料件包在
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