DVD遥控器外壳注塑模具设计.docx

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DVD遥控器外壳注塑模具设计

前言

1.模具工业的重要性

模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%一80%的零部件都依靠模具成形。

因此，模具被称之为“百业之母”、“工业之父”。

模具的质量和先进程度，直接影响产品的质量、产量、成本，影响新产品投产周期、企业品结构调整速度与市场竞争力。

模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍以上。

目前，模具生产的工艺水平及科技含量的高低，己成为衡量一个国家科技与产品制造水平的重要标志之一，决定着一个国家制造业的国际竞争力。

现代模具行业是技术、资金密集型的行业，模具行业的发展，可以带动制造业的蓬勃发展。

按照一般公认的标准，模具产值与其带动实现的工业产值之比为3:

100。

通过模具加工产品，可以大大提高生产效率，节约原材料、降低能耗和成本，产品的一致性好。

如今，模具因其生产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低，而在各行各业得到了广泛应用，并且直接为高新技术产业服务，特别是在制造业中，它起着其它行业无可取替代的支撑作用，对国民经济的发展有着辐射性的影响。

2.现代模具制造技术的发展趋向

（1）模具的标准化

模具标准化体系包括四大类标准，即：

模具基础标准、模具工艺标准、模具零部件标准及与模具生产相关的技术标准。

模具标准按模具主要类别分：

冲压模具标准、塑料注射模具标准、压铸模具标准、锻造模具标准、坚固件冷镦模具标准。

拉丝模具标准等等。

随着国际交往的增多、进口模具国产化工作的发展以及三资企业对其配套模具的国际标准要求的提出，一方面在标准制订方面注意了尽量采纳国际标准或国外先进国家标准，包括采纳先进企业的标准；另一方面许多模具标准件生产企业根据市场需要，除按中国标准生产模具标准件外，同时也按国外先进企业的标准生产模具标准件。

加快模具的标准化、商品化发展，适应大规模成批生产的需要，可以提高模具的制造质量、缩短模具的制造周期。

新材料、新技术、新工艺的研究和应用研究开发模具新材料，进一步提高模具钢材的耐磨、耐蚀、综合机械性能、加工性能和抛光性能，是提高模具质量的稳定性和使用寿命的主要途径和发展趋向。

模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的又一次革命，其优势越来越明显。

普及和提高CAD/CAE/CAM技术的应用，是模具设计制造走向现代化的必由之路。

以高速铣削为代表的高速切削加工技术代表了模具外表面粗加工的的发展方向。

成型面的加工向精密、自动化方向发展，光整加工技术向自动化方向发展。

以三坐标测试仪和快速原型制造技术为代表的制模技术，是模具制造技术的重大发展，尤其是用于反向制造工程和复杂模具的制造，对缩短制造周期有着非常重要的作用。

节能、优质、高速、绿色热处理工艺是模具零件热处理的主导方向。

（2）现代生产制造方式

在完全实现模具标准件、通用件的生产专业化，供应商品化的基础上，利用现代IT技术，组成局域通信网络，将计算机设计完成的各成型面、配合面数字化，并编成代码直接输入数控机床或CNC加工中心进行自动编程，继而完成自动加工。

加工过程中能够完成自动检测和结果的自动显示，从而实现产品设计、模具设计以及模具制造的自动化和智能化并以此提高设计和制造的速度和质量，减少人为的多层次失误造成的缺陷，从而缩短模具生产周期，提高模具质量以及使用的可靠性和寿命。

模具是材料成型加工中的重要工艺制备，是机械、电子、轻工、国防等工业生产的重要基础之一。

利用模具可以实现少、无切削加工，从而提高生产效率、降低成本。

随着模具工业的迅速发展，对模具的使用寿命、加工精度等提出了更高的要求。

模具材料性能的好坏和使用寿命长短，将直接影响加工产品的质量和生产的经济效益。

而模具材料的种类、热处理工艺、表面处理技术是影响模具使用的极其重要的因素，所以世界各国都在不断地研究和开发新型模具材料、改进模具热处理工艺、选用适当的表面处理技术、合理地设计模具结构、加强对模具的维护等措施，来稳定和提高模具的使用寿命，防止模具的早期失效。

3.塑料模具工业今后的发展方向

我国塑料模具增长迅速，比重不断提高，目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%，在模具进出口中的比重高达50～70%。

塑料模具已形成巨大的产业链条，从上游的原辅材料工业和加工、检测设备到下游的机械、汽车、摩托车、家电、电子通信、建筑建材等几大应用产业，塑料模具发展一片生机。

塑料制品的应用日渐广泛，为塑料模具提供了一个广阔的市场，同时对模具也提出了更高的要求。

大型化、高精密度、多功能复合型的模具将受到青睐。

与此同时，建筑、家电、汽车等行业对塑料的需求量都很大。

塑料模具加快集群化发展，目前，我国模具工业地域特点明显，主要表现为：

东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

模具生产最集中的地区在珠江三角地区，约占全国模具产值的2/3以上。

塑料模具与模具整个行业地地域分布相似。

浙江、江苏、广东塑料模具位于全国前列，其产值在全国模具总产值中的比例达到70%

我国塑料模具工业今后的发展方向包括：

提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平及比例。

这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多控所致。

在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。

CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术,近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度。

开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。

以适应多品种、少批量的生产方式。

应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。

研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。

采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。

研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。

第1章设计题目与要求

本次设计的题目为电视机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

第2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：

2.1.1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。

2.1.2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。

2.1.3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。

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3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。

2.2.4脱模机构

是指开模过程的后期，将塑件从模具中脱出的机构。

2.2.5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。

2.2.6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。

2.2.7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

2.3.1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：

a:

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；

b:

尺寸：

塑件可小到不足1克，大到几十千克，没有限制；

c:

材料：

在一定温度范围内具有适宜流动性的热塑性塑料；

d:

精度：

可注射高精度的塑件，有较好表面质量和尺寸稳定性；

e:

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。

2.3.2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1～2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。

2.3.3尺寸精度：

按SJ1372—1978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。

2.3.4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α＝10。

2.3.5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。

2.3.6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。

2.3.7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。

2.3.8质量和体积：

由天平可称出该塑件的质量约为m＝30g

再由公式v=m/ρ＝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

该塑件为电视机遥控器外壳的上半部分，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。

（2）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。

ａ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；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。

b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－15～60℃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。

c聚丙烯PP：

特点：

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。

d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1.04~1.16g/cm3,比聚氯乙烯小而大于聚丙烯和聚乙烯。

聚苯乙烯遇火会自燃。

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材料选择

由以上四种通用塑料的性能分析可知：

塑件电视机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：

ａ：

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；

ｂ：

流动性好，溢边值0.03ｍｍ左右，应防止飞边；

ｃ：

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；

ｄ：

可用螺杆式或柱塞式注射机加工，喷嘴可以选用直通式或自锁式；

ｅ：

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；

ｆ：

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（g/cm3）

吸水率（%）

透光率（%）

摩擦系数

24h

　长时间

PS钢

PS铜

1.04～1.06

1.10～1.11

0.01～0.03

　0.05

透明

0.34

0.16

3:

热性能：

玻璃化温度℃

熔点

℃

熔融指数

MFIg/10min

维卡针

入度℃

热变形温度

45N/㎝2℃

180N/㎝2

100~105

170~176

230℃负荷21NØ2.09　2.03～8.69

140~150

102~115

56~57

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

37

67

>200

1.45

56

78

3.4~4.8

8.65R9.5~10.5

5:

成形条件：

料桶温度/℃

喷嘴温度

℃

模具温度

℃

注射压力

Mpa

料桶温度/℃

喷嘴温度

℃

模具温度

℃

注射压力

Mpa

后段

中段

前段

140~160

160~170

170~190

170~180

32~65

60~110

料桶温度/℃

喷嘴温度

℃

模具温度

℃

注射压力

Mpa

后段

中段

前段

140~160

160~170

170~190

170~180

32~65

60~110

后段

中段

前段

140~160

160~170

170~190

170~180

32~65

60~110

注射机类型

密度

g/cm3

计算收缩率

%

预热

温度/℃

时间/h

柱塞式

1.2～1.33

0.1～0.2

60～75

2

6.成型时间

成型时间/s

螺杆转速

r/min

适用注射机类型

注射时间/s

高压时间/s

冷却时间/s

总周期/s

15～45

0～3

15～60

40～120

48

螺杆、注塞均可

后处理

方法

红外线鼓风烘箱

温度/℃

70

时间/H

2~4

7:

电气性能：

电阻率

Ω·m

击穿电压

kv/㎜

介电常数

介电损耗角正切

耐电弧性

s

>1014

30

2.0~2.6

0.001

125~185

2.5塑件分析

2.5.1拔模斜角分析

分析结果：

Bracketedareapercentage:

25.1222，由结果可易知，0.5º拔模角合适。

2.5.2法向量分析

由分析结果可知，该结构能够满足使用条件。

2.5.3高斯曲率分析

由分析结果可知，该结构能够满足使用条件。

2.5.4曲面上最小半径分析

分析结果：

Min.insideradius:

-177.8879，Surfaceisconvex可知该结构满足条件。

2.5.5上下方向上的斜率分布分析。

分析结果：

Min.slope:

-0.0193

Max.slope:

0.0485

Bracketedareapercentage:

0.0000

2.6.6塑件表面积及重心位置分析

VOLUME=2.7072260e+04mm3

SURFACEAREA=4.4078063e+04mm2

DENSITY=1.2500000e+00TONNE/mm3

MASS=3.3840325e+04TONNE

CENTEROFGRAVITYwithrespectto_OVM101214coordinateframe:

XYZ7.8830943e+011.5052038e+02-4.4591896e+01mm

INERTIAwithrespectto_OVM101214coordinateframe:

（TONNE*mm2）

INERTIATENSOR:

IxxIxyIxz9.5925963e+08-4.0136164e+081.1830220e+08

IyxIyyIyz-4.0136164e+082.9332132e+082.2629210e+08

IzxIzyIzz1.1830220e+082.2629210e+081.1163238e+09

INERTIAatCENTEROFGRAVITYwithrespectto_OVM101214coordinateframe:

（TONNE*mm2）

INERTIATENSOR:

IxxIxyIxz1.2527087e+081.7626238e+05-6.5402701e+05

IyxIyyIyz1.7626238e+051.5737437e+07-8.4378451e+05

IzxIzyIzz-6.5402701e+05-8.4378451e+051.3932992e+08

PRINCIPALMOMENTSOFINERTIA:

（TONNE*mm2）

I1I2I31.5731407e+071.2524068e+081.3936614e+08

ROTATIONMATRIXfrom_OVM101214orientationtoPRINCIPALAXES:

-0.00157-0.99892-0.04644

0.99998-0.00125-0.00688

0.00682-0.046450.99890

ROTATIONANGLESfrom_OVM101214orientationtoPRINCIPALAXES（degrees）:

anglesaboutxyz0.395-2.66290.090

RADIIOFGYRATIONwithrespecttoPRINCIPALAXES:

R1R2R32.1560882e+016.0835272e+016.4174335e+01mm

第3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。

3.1.1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SJ1372—78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（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。

3.1.2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。

3.1.3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