1、毕业设计说明书题目 TL-SF1008 型网络交换机上壳注塑模具设计 姓名 学号 班级 专业 材料成型及其控制 学院 机械工程学院 指导教师（职称） 毕 业 设 计 说 明 书I摘要本文主要介绍的是 TL-SF1008 型网络交换机上壳注塑模具的设计方法。首先分析了塑件的工艺特点与材料性能。接着介绍了塑件分型面的选择，成型零部件的结构，并运用仿真技术对浇注系统和冷却系统进行了设计优化。接着校核了注射机的相关工艺参数。 本文论述的注塑模具采用三板式结构，采用一模二腔的型腔布置，利用推杆将制件顶出。 关键词：网络交换机上壳 注塑模具 仿真 三板模毕 业 设 计 说 明 书IIABSTRACTThi
2、s article describes a design method on developing injection mold of TL-SF1008 network switch shell plastic products. First, the article analyzed the process characteristics and material properties of the plastic parts. Then it describes the plastic parts parting surface selection, structure of moldi
3、ng parts, and using numerical simulation technology to optimization for the gating system and cooling system design. Finally check the relevant process parameters of injection molding machine. This article discusses the use of three-plate injection mold structure, and using a mold cavity arranged tw
4、o cavities, using putter to part ejection.Key words network switch shell, injection mold, numerical simulation, three-plate injection mold毕 业 设 计 说 明 书III目录摘要 IABSTRACT.II1 绪论 .11.1 选题背景与意义 11.2 选题意义 .12 任务要求与工艺分析 .12.1 任务要求 12.2 塑件总体工艺要求 .22.3 塑件外形结构工艺分析 .22.4 材料 33 注塑模具设计 .43.1 测绘建模 .43.2 分型面的确定与侧
5、抽芯方案制定 53.3 确定型腔数量及排列方式 73.3.1 型腔数量的确定 73.3.2 型腔的布局 .83.4 成型零部件设计 83.4 模架 93.5 滑块设计 103.5.1 定模抽芯 .103.5.2 动模抽芯 .103.6 浇注系统设计 113.7 排气系统设计 153.8 脱模机构设计 163.8.1 斜顶与顶杆 .16毕 业 设 计 说 明 书IV3.8.2 顶出力校核 .173.9 温度调节系统设计 174 确定注塑工艺参数 .205 注塑机校核 .226 设计总结 25参考文献 27毕 业 设 计 说 明 书11 绪论1.1 选题背景与意义从 100 多年前出现第一种完全人
6、工合成的塑料酚醛塑料开始，塑料早已成为应用最广泛的材料之一。而注塑成型工艺是塑料制品加工中非常重要的技术类型，大多数行业的塑料件加工均需要注塑成型工艺来完成。近年来，随着计算机技术的飞速发展及其在塑料模设计与制造中的应用，彻底改变了传统的模具设计与制造方式，使塑料模技术得到了飞跃性的发展。1.2 选题意义本课题通过一个现实的例子来研究现代化模具设计的整个过程。在现代塑料模具设计与制造中，CAD 是利用计算机对模具进行几何设计、实体建模、绘图等; CAE是利用计算机进行数值模拟分析计算进而评估和分析模型, 从而对模具模型进行优化。这样可以取代传统的反复试模、修模等过程，从而大大降低了产品制造成本
7、，缩短了产品开发周期。2 任务要求与工艺分析2.1 任务要求任务要求：设计注塑成型模具产品：TL-SF1008 型网络交换机上壳材料：ABS生产批量：大批量形状外观如图 1 所示毕 业 设 计 说 明 书22.2 塑件总体工艺要求本课题为现有产品的逆工程，经初步分析发现目标塑件为经典壳型零件，没有复杂曲面，尺寸适中，可以使用卡尺等简单量具进行测绘。进一步分析发现该塑件为单色，长宽高尺寸比例适中，质量适中，对注塑机和模架的选择没有特殊要求。仅需要较为复杂的抽芯机构一点需要注意。图 1 塑件外观2.3 塑件外形结构工艺分析1. 塑件左右两侧需要两个大滑块外抽芯，内侧有数个卡口，均需内采用斜顶机构。
8、2. 塑件有较多加强筋，该部分应该采用镶件设计，降低加工制造难度。3. 为了方便塑件从型腔中取出，在设计过程中内外壁应该具有足够的脱模斜度，脱模斜度的选择时应充分考虑塑件材料的性能，收缩率和塑件的几何形状。2.4 材料ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS 是 Acrylonitrile Butadiene Styrene 的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材毕 业 设 计 说 明 书3料。其综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性,电性能良好。在本设计中拟采用奇美公司一般级 ABS，具有高刚性、高光泽性、中冲击强度牌号 Polylac PA-757材料粘度属性
9、如图 2 所示。材料加工建议条件A.干燥：80 85，2 4 小时。B.射出机套筒(Barrel)设定温度如表 1C.模具温度 3070。依以下变数而变 a)塑件厚度 b)尺 c) 浇口(Gate)及流道(Runner)系统图 2 Polylac PA-757 的粘度曲线机筒温度 前 中 后最高() 230 230 220最低() 190 190 180表 1 PA-757 的推荐机筒温度设置毕 业 设 计 说 明 书43 注塑模具设计3.1 测绘建模图 3 塑件的总体尺寸图 4 UG 建模效果图 A毕 业 设 计 说 明 书5图 5 UG 建模效果图 B3.2 分型面的确定与侧抽芯方案制定分
10、开模具取出塑件的面称为分型面;注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置一般垂直于开模方向。选择分型面时，应考虑的基本原则：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模3）保证制件的精度和外观要求4）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难5）不妨碍制品脱模和抽芯6）尽可能与料流的末端重合，以利于排气毕 业 设 计 说 明 书6图 6 原塑件分型线分布经过观察发现原塑件分型线如图 6 所示，认为其布置较为合理。图 7 初步分型方案观察模仿原设计对圆角部进行调整，以将背面滑块放在动模，方便设置侧抽机构。同时该处为路由器背面，对表面质量要求相对较低，
11、如图 8 所示。图 8 塑件背面分型抽芯方案毕 业 设 计 说 明 书7图 9 塑件正面分型抽芯方案将正面滑块安置在定模以确保塑件正面没有分型线，而保证路由器正面取得更好的塑件质量，如图 9 所示。3.3 确定型腔数量及排列方式3.3.1 型腔数量的确定其数目的决定与下列条件有关：1）塑件尺寸精度，型腔数越多时，精度也相对地降低。2）模具制造成本，多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。3）注塑成形的生产效益，多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模
12、的腔数。4）制造难度，多腔模的制造难度比单腔模大。本设计根据塑件结构的特点，与生产批量，拟采用一模两腔的模具结构，这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。毕 业 设 计 说 明 书83.3.2 型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。在本设计中采用中心对称的布局方法，这种布局使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。3.4 成型零部件设计型芯型腔设计采用整体嵌入式结构，并使用螺钉固定，这种
13、结构强度高、刚性好，并可节约贵重模具材料和便于热处理。型腔总体尺寸 14038040型芯总体尺寸 14038043主要尺寸计算公差采用 MT5137（A）： +0.40.4137(0.6%).76=137毕 业 设 计 说 明 书988（A）： +0.350.358(10.6%).81725（A）： .21.20025. 49116（C）： +.18.8116(0.)6722（A）： 0.20.22.39塑件肋板处采用镶件结构简化模具加工难度，如图 10 所示。图 10 型芯镶块布置3.4 模架根据型芯型腔的尺寸确定模架：拟采用龙记（LKM）简化细水口（三板式）标准模架模架类型规格 A 板厚度
14、B 板厚度GCI 3050 70 50C 板厚度AB 板间距垃圾钉高度KO 孔直径毕 业 设 计 说 明 书1090 1 5 35表 2 模架规格图 11 模架结构图 3.5 滑块设计3.5.1 定模抽芯开模行程抽芯深度倾斜角h2mm 20cot(21.5)cot09.61mHS滑块压紧力抽芯侧向受压面积注塑压力S P21490m9MPa1340NFSP抽芯力 12122(cosin)(cosin)542NQlhpflhpf3.5.2 动模抽芯开模行程毕 业 设 计 说 明 书11抽芯深度倾斜角h2mm 18cot(2)cot182.3HS抽芯力 2(cosin)612NQlhpf3=4.7m
15、0.1Pd弯滑块压紧力抽芯侧向受压面积注塑压力S P290m7MPa630NFSP图 12 定模抽芯 图 13 动模抽芯毕 业 设 计 说 明 书123.6 浇注系统设计为了降低最小开模高度与减小塑料浪费，在本设计中浇口套采用下沉式结构安置在 A 板上，主流道末端直径 6mm，长度 53mm。考虑到 ABS 冷却速度快，模具浇注系统应以粗，短为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大，设计分流道为 U 型流道，截面圆弧半径 3mm，厚度 5mm，加工方便且流动效率较高，勾料冷料穴直径 5mm，浇口采用镶拼潜入式浇口（如图 14），浇口宽度为 6mm，厚度 1mm。该浇口设计可以避免在塑件外观留下痕迹，同时
16、自动切断，生产效率高，劳动强度低。料头体积，单个塑件体积 ，料头仅占总注塑量的 4%。340m34269m图 14 浇口结构为了取得更好的塑件质量，设计了两种浇口细节调整方案，相互对比，如图15。在 B 方案中加厚了塑件浇口处的厚度，并在模具上设置两个阻流凸起，限制塑料向两侧流动。图 15 浇口方案对比 A 方案（左）B 方案（右）可以明显地观察到方案 B 中的浇口设计加强了塑件中部的塑料流动，减弱两侧的塑料流动（如图 16，图 17）。毕 业 设 计 说 明 书13图 16 A 方案下的浇口处塑料流动速度分布图图 17 B 方案下的浇口处塑料流动速度分布图这使塑件中部和两侧的填充速度更为一致
17、，这样能取得更好的塑件心部取向如图 18。心部取向结果能够很好地表明分子在零件内部的取向方式，分子的取向方式不仅对塑件机械性能有很大影响，而且会影响收缩，导致翘曲和内应力。毕 业 设 计 说 明 书14图 18 不同浇口方案对注塑质量的影响（心部取向）A 方案（左）B 方案（右）而在之后对塑件翘曲的分析中也的确明显地发现，B 方案对塑件翘曲有明显的优化，如图 19，图 20。在 A 方案中塑件角部的 Z 方向翘曲大于 1mm，而 MT5 级精度的公差允许范围仅 0.32mm，这可能导致上下盖的配合出现困难。而在 B 方案中，不仅该处翘曲不到 A 处的一半，而且从原来的局部集中翘曲，变成了更易于
18、控制的整体翘曲。图 19 A 方案下的塑件的 Z 方向翘曲情况毕 业 设 计 说 明 书15图 20 B 方案下的塑件的 Z 方向翘曲情况3.7 排气系统设计经模流分析发现气穴分布在塑件外缘、肋板顶端、螺丝柱顶端和支撑住顶端，如图 21 所示。而塑件外缘处有分型面，肋板处为镶件结构，螺丝柱处有推管顶出机构，这些地方的间隙足够成型时的排气需要，于是不额外设置排气结构。支撑柱在塑件内侧，对表面质量要求不高，而且由于该处狭小，流动阻力大，不会出现空气急剧压缩导致塑件烧焦这种严重的气穴问题，从经济角度考虑，也不额外设置排气结构。毕 业 设 计 说 明 书16图 21 气穴分布3.8 脱模机构设计3.8
19、.1 斜顶与顶杆图 22 塑件平勾处斜顶结构图塑件中除了两侧有孔需要设置外侧抽芯以外，在塑件内部还有数个卡口，需要设置内抽芯机构，本设计采用最常用的斜顶内抽芯机构，斜顶内抽芯具有结构简单，占用空间小的特点。图 22 是最复杂的平勾处斜顶的结构图。毕 业 设 计 说 明 书17图 23 推杆分布图塑件形状扁平，所以适用最常见的推杆顶出。考虑浇口为潜入式浇口，会在顶出时自动切断，以及在肋板附近顶出力较大，需要在这些地方特别设置推杆，所以推杆分布如图 23 所示。本设计统一采用直径 6 的推杆，这样可以避免频繁更换加工刀具，提高加工效率。3.8.2 顶出力校核 228cos(tan)0.173N1)
20、ESlfFAk总脱模力 77312=15462N3.9 温度调节系统设计在本设计中为提高冷却质量，制定了两套方案，A 方案为初始方案，B 方案为改进方案。毕 业 设 计 说 明 书18图 24 冷却方案对比 A 方案（左）B 方案（右）B 方案的主要修改措施是（1）将型芯的水道相中心偏移，向上偏移。（2）型腔的水道在浇口附近新加一条回路，并用螺钉截断水道（如图 25），以保证水道串联，水流速度恒定，冷却效率高，并方便加工，如图 24。图 25 用螺钉截断水道毕 业 设 计 说 明 书19图 26 图 27 所表现的内容是塑件温度场在厚度方向的分布情况，红色的部分表示在该处正面的温度明显高于反面
21、，而在正常情况下塑件表面散热最快，心部最慢，所以这表明该处存在较为严重的冷却不均。对比如上两图不难发现，A 方案冷却水道布置不合理，塑件内侧肋板附近温度明显高于外侧，而改进后的 B 方案，对该情况有显著的改善。图 26 A 方案中塑件温度场在厚度方向的分布图 27 B 方案中塑件温度场在厚度方向的分布毕 业 设 计 说 明 书20图 28 A 方案中模具的温度分布图 29 B 方案中模具的温度分布图 28 图 29 表现的内容是模具表面的温度场分布情况，不难发现在 B 方案中因为添加了一条回路以冷却流道附近的模具中部，这样使模具的温度分布更为均匀，减少了热点的出现。4 确定注塑工艺参数在本设计
22、中使用了 Moldflow 软件对注塑工艺参数进行分析和优化，图 29 为以模具温度，注塑时间，熔体温度这三个重要参数为变量，对塑件所能取得的最佳注毕 业 设 计 说 明 书21塑质量进行的定性分析。图 30 为根据塑件的形状特点，与浇注位置等计算出的推荐螺杆速度随射出体积变化曲线。根据多次软件模拟，得出注塑工艺参数如表 3，表4。名义流动速率熔体温度冷却水温平均模具温度保压时间保压压力65cm3/s220 C40 C50 C10s47MPa表 3 注塑参数射出体积%0 7 203040506090100流动速率%3022719710082757212表 4 相对螺杆速度曲线毕 业 设 计 说
23、 明 书22图 29 在一定注塑条件下对塑件所能取得的最佳注塑质量的估计图 30 推荐的螺杆速度随射出体积变化曲线5 注塑机校核拟采用震雄集团生产的 EM80-SVP/2（螺杆直径 36），详细参数如表 5。注射量校核 90g150g注射速度校核 65cm 3/s81cm3/s注塑压力校核 47MPa156.1MPa=1561kgf/cm 2锁模力校核 74t80t毕 业 设 计 说 明 书23容模量校核 130mm286mm320mm开模行程校核 100mm320mm导柱内距校核 355300，模具 350500，未见干涉顶针行程校核 32mm80mm顶针推力校核 1.5t2.3t射胶容积
24、163cm3 锁模力 80t射胶量（硬胶）150g 开模行程 320mm螺杆直径 36mm 导柱内距 355300mm射胶压力（最大）1561 kgf/cm2模板最大距离640mm螺杆长度直径比19.6 容模量 130-320mm熔胶能力 41.6kg/h顶针行程 80mm射胶速率 81cm3/s 顶针推力（最大）2.3t螺杆行程 160mm螺杆最大转速rpm 170表 5 EM80-SVP/2（螺杆直径 36）详细参数毕 业 设 计 说 明 书24图 26 锁模力随时间的变化曲线图 27 注射位置处压力随时间变化曲线毕 业 设 计 说 明 书25图 28 模具爆炸图6 设计总结注塑成型制造是当今塑料产业中得以广泛运用的生产方式，其原理是从一个小口将熔体注入一个空腔中以成型具有一定尺寸和形状的塑件。而且不仅其形状、外观、尺寸必须满足塑件生产要求，为了缩短生产周期，提高经济效益，还要求模具能被高效率地循环使用，且操作简便，有足够的使用寿命，便于维修，能达到自动
