电视机外壳结构和模具设计讲解.docx
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电视机外壳结构和模具设计讲解电视机外壳结构和模具设计讲解XXXXXXXXXXXXXX毕业设计(论文)电视机外壳结构和模具设计学生姓名:
xx学号:
070302021117学部(系):
机械与电气工程学部专业年级:
07机械设计制造及其自动化指导教师:
韩蕾蕾职称或学位:
讲师2011年05月10日电视机外壳结构和模具设计ThedesignofTVshellstructureandmold电视机外壳结构和模具设计摘要塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一,而注塑模具是其中发展较快的种类,因此,研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本论文介绍了注射成型的基本原理,特别是单分型面注射模具的结构与工作原理,对注塑产品提出了基本的设计原则,详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程,并对模具强度要求做了说明。
设计成型零部件以及设计合理的推出机构。
对设计进行验证主要是对注射机的相关重要参数进行验证,包括模具闭合厚度、模具安装尺寸、模具开模行程、注射机的锁模力等。
在校验合格后,进行成型零件加工工艺过程的制定,既要保证塑件的质量,又要兼顾经济性。
最后则是模具的装配环节,包括制定装配步骤、明确注意事项等。
通过本设计,可以对注塑模具有一个初步的认识,注意到设计中的某些细节问题,了解模具结构及工作原理;通过对AutoCAD的学习,可以建立较简单零件的零件库,从而有效的提高工作效率。
关键词:
生产工艺;注射模成型;零件装配;塑料模具;分型面ThedesignofTVshellstructureandmoldAbstractPlasticindustryisgrowsnowoneofquickestindustryclassesintheworld,butcaststhemoldisdevelopmentquicktype,therefore,theresearchcaststhemoldtounderstandtheplasticproducttheproductionprocessandimprovestheproductqualitytohavetheverybigsignificance.Thisdesignintroducedtheinjectiontakesshapethebasicprinciple,speciallysingleisdividedtheprofiletoinjectthemoldthestructureandtheprincipleofwork,tocasttheproducttoproposethebasicprincipleofdesign;Introducedindetailthecoldflowchannelinjectionevilspiritmoldpoursthesystem,thetemperaturecontrolsystemandgoesagainstthesystemthedesignprocess,andhasgiventheexplanationtothemoldintensityrequest.Designshapedparts,reasonabledrawingmechanismandsoonThedesignshouldbecertificationPrimarilyrelatedtotheinjectionmachineofimportantparametersforthecertificationincludingdieclosethicknesssizes,thenamedistance,injectionmachineofthediedrawforceandsoonAfterQualifiedincheck,themoldingpartsmachiningprocessdesignmustensurethatthequalityofSupervisiontakingintoaccounttheeconomyFinalassemblyispartofthemold,whichincludingthedesignofassemblysteps,clearproceedingrequiredattentionThroughthisdesign,maytocastthemoldtohaveapreliminaryunderstanding,notesinthedesigncertaindetailquestion,understandsthemoldstructureandtheprincipleofwork;ThroughtothePROGRAMstudy,mayestablishthesimplecomponentsthecomponentsstorehouse,thuseffectiveenhancementworkingefficiency.Keyword:
Manufactureprocess;Injectionmold;Shapedparts;TheplasticmoldDividestheprofile1绪论1.1我国塑料模具工业的发展现状及特点我国塑料模工业从起步到现在,历经半个多世纪,有了很大发展,模具水平有了较大提高。
在大型模具方面已能生产48英寸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,精密塑料模具方面,已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。
如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星.K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具,所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平,而且还采用最新的齿轮设计软件,纠正了由于成型收缩造成齿形误差,达到了标准渐开线齿形要求。
还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。
注塑模型腔制造精度可达0.02mm0.05mm,表面粗糙度Ra0.2m,模具质量、寿命明显提高了,非淬火钢模寿命可达1030万次,淬火钢模达501000万次,交货期较以前缩短,但和国外相比仍有较大差距1。
成型工艺方面,多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。
气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟,如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在2934英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术,一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件,取得较好的效果。
如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。
热流道模具开始推广,有的厂采用率达20%以上,一般采用内热式或外热式热流道装置,少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。
但总体上热流道的采用率达不到10%,与国外的50%80%相比,差距较大2。
在制造技术方面,CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶,以生产家用电器的企业为代表,陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统,如美国EDS的UG、美国ParametricTechnology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。
这些系统和软件的引进,虽花费了大量资金,但在我国模具行业中,实现了CAD/CAM的集成,并能支持CAE技术对成型过程,如充模和冷却等进行计算机模拟,取得了一定的技术经济效益,促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展3。
近年来,我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展,主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等,这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点,为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件4。
近年来,国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢,如:
P20,3Gr2Mo、PMS、SM、SM等,对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响,但总体使用量仍较少。
塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用,并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。
但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30%以下,和国外先进工业国家已达到70%80%相比,仍有差距。
据有关方面预测,模具市场的总体趋势是平稳向上的,在未来的模具市场中,塑料模具发展速度将高于其它模具,在模具行业中的比例将逐步提高。
随着塑料工业的不断发展,对塑料模具提出越来越高的要求是正常的,因此,精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。
同时,由于近年来进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。
建筑业的快速发展,使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点,高速公路的迅速发展,对汽车轮胎也提出了更高要求,因此子午线橡胶轮胎模具,特别是活络模的发展也将高于总平均水平;以塑代木,以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;家用电器行业在“十五”期间将有较大发展,特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大;而电子及通讯产品方面,除了彩电等音像产品外,笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展,这些都是塑料模具市场的增长点5。
1.2我国塑料模具工业和今后的主要发展方向
(1)提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。
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腔所致。
(2)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,为其进一步普及创造良好的条件;基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪,其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题;CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高;塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
(3)推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。
采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量,并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源,所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。
制订热流道元器件的国家标准,积极生产价廉高质量的元器件,是发展热流道模具的关键。
气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下,大幅度降低成本。
目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。
气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制,而且常用于较复杂的大型制品,模具设计和控制的难度较大,因此,开发气体辅助成型流动分析软件,显得十分重要。
另一方面为了确保塑料件精度,继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。
(4)开发新的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6。
(5)提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。
我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低,与国外差距甚大,在一定程度上制约着我国模具工业的发展,为提高模具质量和降低模具制造成本,模具标准件的应用要大力推广。
为此,首先要制订统一的国家标准,并严格按标准生产;其次要逐步形成规模生产,提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本;再次是要进一步增加标准件的规格品种。
(6)应用优质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。
(7)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7。
1.3论文的主要研究目标及内容
(1)设计目标完成电视机外壳的结构设计。
完成电视机外壳的模具设计。
完成电视机外壳零件图和模具装配图的绘制。
(2)设计的主要内容本论文,主要是对电视机外壳结构和模具设计做了研究和探讨,所做的工作主要有以下几个方面:
了解电视机外壳在当前社会上发展的结构形式状况,以这些情况为主要思路,设计出电视机外壳的结构形式。
根据电视机外壳的结构形式,选出模具的基本模架,然后根据外壳的工艺要求设计出外壳的成型零件和模具所有构件。
对模具进行结构调整。
以得到符合实际生产要求的模具。
(3)设计的关键技术问题在设计模具的过程中,要解决的最主要问题是,各个构件之间相互配合的问题。
各个构件之间选用合适的配合的方式,使各个构件之间不发生碰撞,灵活自如,整个模具平稳运作。
2电视机外壳材料的成型工艺参数及工艺分析目前,塑件材料主要分为热固性塑料和热塑性材料两大类。
成型的方式有:
注射、压缩、压注等多种。
本次毕业设计采用热塑性材料即ABS工程塑料,注射成型。
2.1成型工艺参数塑件的成型工艺参数主要是温度、压力和时间三大要素。
温度注射成型过程中需要控制的温度有料筒温度、喷嘴温度和模具温度等。
(1)料筒温度料筒温度的选择应保证塑料塑化良好,能顺利实现注射,而不会引起塑料分解。
(2)喷嘴温度料筒和喷嘴温度的选择应与其它工艺条件相配合。
料筒和喷嘴温度对成型条件及塑件的物理力学性能影响十分显著。
(3)模具温度模具温度对塑件的内在性能和表现质量有很大影响。
模具温度根据塑件是否结晶、塑件的尺寸和结构要求等。
压力注射成型过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种,它们都直接影响塑料的塑化和塑件的质量。
(1)塑化压力注射过程中塑化压力的大小是随塑杆的设计、塑件质量的要求以及塑件的种类等的不同而异。
(2)注射压力注射压力的大小取决于注射成型机的类型、模具结构、塑件壁厚、塑件种类和注射成型工艺等。
时间一次注射成型周期包括注射时间(充模时间和保压时间)、闭模冷却时间和其它时间(开模、脱模、涂脱模剂、安放嵌件、闭模等时间)。
(1)生产中充模时间为35s。
注射时间中的保压时间所占比例较大,一般约为20120s。
在浇口处熔料凝结之前,保压时间的长短对塑件尺寸精度有直接影响,而浇口处凝结之后则无影响。
保压时间以塑件的收缩波动范围最小的时间为准。
(2)冷却时间取决于塑件厚度,塑件的热性能和结晶性能,以及模具温度。
冷却时间约为30120s范围内。
冷却时间过长会对复杂塑件造成脱模困难。
注塑成型工艺控制因素:
温度、压力和时间,都需要根据塑料品种、塑件壁厚和形状以及模具结构来恰当的选定。
2.2工艺分析2.2.1结构分析电视机外壳结构如图2-1所示,材料为创维公司生产的(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)共聚物(ABS)。
收缩率为0.40.7,本设计中选用收缩率为0.5。
制品的平均厚度为2.4mm,轮廓尺寸为394.5mm272.8mm11.8mm。
它正面有电源按钮,背面有很多自攻螺丝的立柱及筋条,且外形尺寸较大,表面质量要求高。
其设计难点在与如何设计浇注系统,使整个制品流动性平衡、注塑压力和锁模力尽量低,以及如何防止螺柱筋条及局部壁厚不均产生的缩痕。
图2-1电视机外壳2.2.2材料成型工艺分析
(1)化学和物理性能:
ABS是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3元单体共聚物,每种单体都有不同性能:
丙烯腈具有高强度、热稳定性及化学稳定性;丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性;在本设计中选用的收缩率为0.5。
苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度的特性,因而ABS是具有“坚韧”、“质硬”、“刚性”的材料。
从形态上看,ABS是非结晶型材料。
三种单体的聚合产生了具有两相的三元共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。
ABS的特性主要取决于三种单体的组成比例及两相中的分子结构,因此市场上产生了不同品质的ABS材料。
如ABS与#372有机玻璃熔接性良好,可作双色成型塑件。
不同品质的材料提供不同的特性,如从中等到高等的抗冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲性能等。
(2)成型特点:
流动性中等,有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性和优异的尺寸稳定性及很高的冲击强度。
(3)注塑工艺及模具条件:
干燥处理:
ABS具有吸湿性,注塑成型之前要进行干燥。
建议干燥条件:
80-90下最少干燥2小时,且材料温度波动应保证小于0.1%。
熔化温度:
210-280;建议温度:
245。
模具温度:
25-70。
(模具温度将影响塑件光洁度,模具温度较低则会导致成型制品的光洁度较低)注射压力:
50-100MPa。
注射速度:
中等高速。
(4)典型应用范围:
电器外壳、汽车仪表盘、蓄电池槽、热空气调节管、凸轮及手柄等。
2.2.3脱模斜度的确定由于制品冷却后产生收缩时会紧紧包在凸模上,或由于黏附作用而紧贴在型腔内。
为了便于脱模,防止制品表面在脱模时划伤、擦毛等,在制品设计时应考虑其表面在合理的脱模斜度。
脱模斜度的大小,尚没有精确的计算公式,主要凭经验或查表,所以本设计中ABS的脱模斜度取2通过软件PRO/E分析依次点击模具分析拔模检测零件拖拉方向角度选项显示计算如图2-2所示图2-2拔模分析从图中可以看出,零件的内表面显示为紫红色,表明在该拔模方向上和设定的拔模角度值内无拔模干涉现象。
2.2.4.加强筋与增强结构为了确保外壳的强度和刚度在外壳的内表面设置加强筋结构,同时可以改善成型是塑料熔体的流动状况。
设计主要的考虑有五个方面:
(1)尽量减少塑料的局部集中,以免产生缩孔和气泡。
(2)加强筋的尺寸不宜过大,尽量矮一些、多一些。
(3)加强筋之间中心距大于两倍壁厚,这样既可以避免缩孔产生,又可以提高塑件的强度和刚度。
(4)加强筋布置的方向与熔体流动的方向一致,有利于熔体充满型腔,避免熔体流动受到搅乱。
(5)加强筋的端面与塑件支承面平行,有一定距离。
如图2-2,2-3,2-4所示,电视机中有很多加强筋。
圆柱孔加强筋图2-3加强筋图2-4加强筋的长宽图2-5加强筋的厚度2.2.5.圆角与孔
(1)圆角本外壳上的转角处采用圆弧过渡,这样不仅避免了应力集中,提高了强度,而且还使塑件变得美观,有利于塑料冲模时的流动。
内壁圆角半径是壁厚的一半,外壁圆角半径为壁厚的1.5倍,圆角半径不应小于0.5mm。
本外壳转角的设计尺寸为:
R=1.5H=3.6mm,r=0.5H=1.2mm。
外壳的转角处设计如图2-5。
图2-6转角
(2)孔本外壳上的孔有电源按纽孔,直径分别3.2mm,6.2mm。
如图电源孔图2-7电源孔3.注射机型号的确定3.1注射量的计算根据PRO/E建模,密度由表可查得=1.041.07g/cm(在本设计中取1.05g/)依次点击分析模型质量属性得到塑件的质量为m=105.13g,所以塑件的体积为:
V=m/p=105.13/1.05100.12而流道凝料的质量1m未知,在此按m的0.6倍来计算。
由于是一模一腔,则总的注射量是:
M=n*m+m=n*m+0.6n*m=1.6*100.12=160.192g3.2塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需要的锁模力计算根据PRO/E建模,对塑件投影面积分析得A为36591.1m。
流道凝料(包括浇口)在分型面上的投影面积a,在模具设计前是个未知数,根据型腔模的统计分析,大致是塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍,结合本设计的实际情况取0.4,则总的投影面积计算为:
A=nA+a=A+sA所以:
A=236591.1+0.436591.1=87818.64m从而得到Ff=AP式中,F注射机的额定锁模力(N);f模具型腔内塑料熔体平均压力(MPa),一般为注射压力的0.30.65倍,通常为2040MPa,在此设计中取35MPa;Ff=87818.6435=3073052.4N,则F650KN。
3.3注射机型号的确定注射机规格主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式来确定,在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下进行注射机相关参数的计算。
在本设计中,根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算值,初步选用常熟市塑料机械总厂SZ-250/1250卧式注射机,主要技术参数:
理论注射量/=270螺杆(柱塞)直径/=45注射压力/MPa=160注射速率/(g/s)=110塑化能力/(g/s)=18.9螺杆转速/(r/min)=10200锁模力/kN=1250拉杆内间距/=415415移模行程/=360最大模具厚度/=550最小模具厚度/=150锁模型式为双曲肘喷嘴口直径/=3定位孔直径/=160喷嘴球半径/=SR204模架(模体的确定)4.1标准模架组合形式新标准中模架以直浇口与点浇口为基本形式,其分类如图5-1所示。
点浇口DD型图4-1新标准模架的分类根据本次设计的外壳结构选用直浇口C型模架。
在AutoCAD中运用外挂软件“燕秀工具箱”,选择如图4-2所示:
图4-2模架的调用标准模架2D图如4-3所示图4-3标准模架2D图5模具型腔设计5.1型腔数的确定型腔数的确定,主要跟注射机的最大注射量、额定锁模力、塑化速度、制品的精度要求、生产的经济性等因素有关。
考虑到本次设计的设计要求,本次设计采用一模一腔结构,配套生产。
5.2分型面的确定分型面的选择受到塑件的形状、壁厚、尺寸精度、及其形状、塑件在模具内的成型位置、脱模方法、浇口的形式及位置、模具类型、模具排气、模具制造及其成型设备结构因素的影响。
本次设计,分型面的选择考虑七个方面:
(1)便于塑件的脱模。
(2)考虑塑件的外观。
(3)保证塑件的尺寸精度。
(4)有利于防止溢料,考虑飞边在塑件上的位置。
(5)有利于排气。
(6)考虑脱模斜度对塑件尺寸的影响。
(7)使成型零件便于加工。
首先分析图形以零件低端最大轮廓处我外侧分型面。
如图所示5-1图5-1分型面最大边沿处内侧有个斜坡所以让斜坡以上的部分从上模脱出。
如图所示5-2电源孔部分留在下模如图5-2所示电源孔图5-2电源孔和电视机内侧的分型面外壳的形状、尺寸精度要求,分型面的选择可在最大面积处见2D图:
图5-3上下箭头分开处为分型面。
图5-3分型面5.3成型零件的结构设计成型零件是构成模具型腔的零件,通常包括凹模、凸模、型芯、螺纹型芯、螺纹型环等。
由于型腔直接与高温高压的塑料相接触,它的质量直接关系到塑件的质量,因此要求它有足够的强度、刚度、硬度和耐磨性,以承受塑料的积压力和料流的摩擦力,达到足够的精度和表面粗糙度。
根据PRO/E建模模具制造创建型腔分型面分割体积块铸模制作出凹凸模仁。
5.3.1成型零件工作尺寸的计算
(1)成型零件的尺寸成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接构成塑件的尺寸,它通常包括凹模和凸模的径向尺寸(包括矩形的长和宽)、凹模和凸模的高度尺寸以及位置尺寸等。
一般情况下,影响成型零件及塑料公差的塑件的一个深度尺寸Hs=20,查表得=0.22,按照平均收缩率计算凹模深度尺寸公式式中,Hm凹模的深度尺寸,S塑料的平均收缩率,%Hs塑件高度公称尺寸,塑件
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