多功能插座的塑料模具设计提交版

汕头大学工学院机电系三级项目1模具设计三级项目项目设计说明书设计题目：多功能插座（上盖）的塑料模具设计指导教师：陈少克姓名：莫智斌，袁仲强，陈威虒，梁健成，沈吉浩罗绍颖，肖昱辰汕头大学机电工程系年月日汕头大学工学院机电系三级项目2多功能插座（面板）的塑料模具设计一、设计目标（1）项目要求与目标通过设计一个塑料模具，加深对所学知识的理解，了解塑料模具设计的方法和步骤，掌握设计塑料模具所必须具备的基本知识、基本能力、基本素质。本课程设计的教学内容包括：分析零件的结构工艺性、选择毛坯的制造方式和尺寸、制订零件的机械加工工艺路线及工艺规程、绘制零件图，编制装配图、完成设计说明书。目标与要求具体如下：1、树立正确的设计思想，充分发挥主观能动性和创造性，培养独立完成设计的工件能力、以及严肃认真和一丝不苟的工作作风。在设计过程中要善于独立思考，敢于提出个人见解，遇到问题应及时复习有关教材，查阅有关资料。2、认真总结和灵活适用所学的本课程的基本理论及基本知识，设计构思应尽量结合生产实际，考虑经济性、实用性、可靠性、安全性及先进性等方面的要求，解决模具零件的工艺问题，绘制模具零件图纸，制定相应的制造工艺规程，编制装配图和设计说明书。3、掌握机械加工工艺规程及模具零件制造方法，根据所选用加工方法，进行必要的设计计算，培养独立工作能力。4、熟悉有关设计资料（标准、手册、图册、规范等），并能正确运用，以完成模具设计人员所必须具备的基本训练，提高分析问题和解决问题的能力，初步培养综合运用模具设计与制造相关知识的能力。（2）项目设计规划书1.制品设计和工艺分析（第1-3周）（1）设计一塑料制品，分析制品结构特点，画零件图（标尺寸、公差、粗糙度等）；（2）选制品材料，分析材料的性能、成型条件。2.初步设计（第4-5周）（1）确定型腔数、排列方式和分型面；（2）选择注射机和注射机参数。3.结构设计（第6-12周）（1）设计浇注系统和排气系统；（2）计算模具型腔和型芯主要尺寸；（3）确定成型零件的主要结构形式和导向方式；（4）确定模架尺寸；（查手册或圆整）（5）设计推出系统；（6）确定塑件侧凹部分的处理方式；（7）确定模具的温度调节系统。4.编写设计说明书（第13-15周）（1）画模具总装配图，型腔、型芯图各一张；（2）编写设计说明书。汕头大学工学院机电系三级项目3（3）设计任务1.分组分配作业，5人一组，自己选出组长；2.自由选择一塑料制品（有侧向抽芯）进行设计；3．各项工作由组内成员共同完成，任务分解办法由组员协商、组长协调。二、设计内容1.制品设计和工艺分析（第1-3周）（1）设计一塑料制品，分析制品结构特点，画零件图（标尺寸、公差、粗糙度等）；多功能插座（面板）的三维图像：图1.塑料插座面板模型1图1.塑料插座面板3D模型2多功能插座（面板）设计图纸：汕头大学工学院机电系三级项目4图2.塑料插座面板正面图纸图3.塑料插座面板反面图纸汕头大学工学院机电系三级项目5图4.塑料插座面板截面图纸（2）选制品材料，分析材料的性能、成型条件。1）选制品材料：电插座的技术要求：根据国标GB16915.1-2003/GB2099.1-1996，面板必须采用阻燃，防电的材料。另外的一些辅助要求是：1.所有开关表面均不需要金属边框。2.所有开关，插座类产品采用通体以PC米（聚碳酸脂）为原料注塑，不得混入ABS及尼龙料。3.面板：表面应具有良好的光泽；阻燃性能应通过650℃灼热丝温度试验要求；汕头大学工学院机电系三级项目64.底壳：阻燃性能应通过850℃灼热丝温度试验要求根据多功能插座的用途以及技术要求，可以选用绝缘性，隔热性较好的材料，所以从几种可选项中选出了聚碳酸酯（PC），聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程材料，抗冲击性在热塑性材料中较好，重要的是利用它成型的零件可以达到很好的尺寸精度，并在较宽的温度范围内保持稳定性。抗蠕变，耐磨，耐热，耐寒，脆化温度在-100摄氏度以下，长期工作温度可达120摄氏度，最重要的是聚碳酸酯的吸水率低并且在很宽的温度范围内保持较好的电性能。1、高冲击强度、使用温度范围广。2、高度透明性及自由染色性。3、H.D.T.高。4、电气特性优良。5、无味无臭对人体无害符合卫生安全。6、成形收缩率低、尺寸安定性良好。电子电器：CD片、开关、家电外壳、信号筒、电话机。工业零件：照相机本体、机具外壳、安全帽、潜水镜、安全镜片。PC是几乎无色的玻璃态的无定形聚合物，有很好的光学性。PC高分子量树脂有很高的韧性，悬臂梁缺口冲击强度为600~900J/m，未填充牌号的热变形温度大约为130°C，玻璃纤维增强后可使这个数值增加10°C。PC的弯曲模量可达2400MPa以上，树脂可加工制成大的刚性制品。低于100°C时，在负载下的蠕变率很低。PC耐水解性差，不能用于重复经受高压蒸汽的制品。它耐热，抗冲击，阻燃，在普通使用温度内都有良好的机械性能。同性能接近聚甲基丙烯酸甲酯相比，聚碳酸酯的耐冲击性能好，折射率高，加工性能好，不需要添加剂就具有UL94V-0级阻燃性能。但是聚甲基丙烯酸甲酯相对聚碳酸酯价格较低，并可通过本体聚合的方法生产大型的器件。随着聚碳酸酯生产规模的日益扩大，聚碳酸酯同聚甲基丙烯酸甲酯之间的价格差异在日益缩小。聚碳酸酯的耐磨性差，一些用于易磨损用途的聚碳酸酯器件需要对表面进行特殊处理。2）分析材料的性能：物理性能：汕头大学工学院机电系三级项目7表1.聚碳酸酯的物理性能①力学性能：聚碳酸酯的缺点是耐疲劳强度较低，耐磨性较差，摩擦因数大。聚碳酸酯制品容易产生应力开裂，内应力产生的原因主要是由于强迫取向的大分子间相互作用造成的。如果将聚碳酸酯的弯曲试样进行挠曲并放置一定时间，当超过其极限应力时便会发生微观撕裂。在一定应变下发生微观撕裂时间与应力之间的关系依赖于聚碳酸酯的平均相对分子质量。如果聚碳酸酯制品在成型加工过程中因温度过高等原因发生分解老化，或者制品本身存在缺口或熔接缝，以及制品在化学气体中使用，那么，发生微观撕裂的时间将会大大缩短，其极限应力值也将大幅度下降。由于插座面板不需要做变形形变，制造方案可行。②热性能：热学性能PC的耐高低温性好，可在-130~130摄氏度范围内使用；热变形温度可达130~140摄氏度，并受载荷的作用小；热导率和线膨胀系数都比较小，阻燃性好，属于自燃性能材料。③化学稳定性：聚碳酸酯对酸性及油类介质稳定，但不耐碱，溶于氯代烃。PC有较好的耐水解性，但长期浸入沸水中易引起水解和开裂，不能应用于重复经受高压蒸汽的制品。PC易受某些有机溶剂的侵蚀，虽然它可以耐弱酸、脂肪烃、醇的水溶液，但可以溶解在含氯的有机溶剂中。遇到丙酮等酮类溶剂时会发生应力开裂现象。④电性能：电学性能PC因属于弱极性聚合物，其绝缘性能一般。但可贵之处在于其电性能在很宽的温度及湿度范围内变化较小，这决定了它适用于电器的面板制造。聚碳酸酯由于极性小，玻璃化转变温度高，吸水率低，因此具有优良的电性能。下表列出了通用级聚碳酸酯的电性能。表2.聚碳酸酯的物理性能汕头大学工学院机电系三级项目8⑤耐候性：聚丙烯对紫外线很敏感，加入氧化锌硫代丙酸二月桂脂，炭黑式类似的乳白填料等可以改善其耐老化性能。3）成型条件：注塑为主要成型方法，挤出成型常用于制作板、管棒类型材，如导光板，吹塑成型用于生产PC包装容器，如PC水壶。选择容量为成品重量的1.5-3倍注塑机。注塑机选用：对注塑机的选用没有特殊要求。初步采用注射压力较高及可多段控制的电脑注塑机。锁模力一般按3800t/㎡来确定，注射量20%-85%即可，选择容量为成品重量1.5-3倍的注塑机。干燥处理：如果储存适当则不需要干燥处理，为保证安全，可以在120℃处理5-8小时。熔化温度：PC聚碳酸酯没有明显的熔点，在220-230℃呈熔融状态，分解温度为340℃，但在注射加工时温度设定不能超过275℃,注塑温度为270-320℃。模具温度：模具温度80-120℃，对于尺寸要求较高的用高模温，型芯温度比型腔温度低5℃以上。注射压力：采用中等注射压力（98.1-147.1Mpa）和保压压力（约为注射压力的80%）。大概在全行程的95%时转保压，用较长的保压时间,背压为10MPa。汕头大学工学院机电系三级项目9注射速度：为减少内应力及变形，应选择中、高速注射，但有些等级的PC和模具不适用（出现气泡、气纹）。如刻有花纹的表面出现由浇口扩散的明暗相间条纹，则要用低速注射和较高模温。流道和浇口：流道直径4-7mm，针形浇口长度1-1.5mm，直径可小至0.7mm。边形浇口长度越短越好，约为0.7mm，深度为壁厚的一半，宽度为壁厚的两倍，并随模腔内的熔流长度逐肯增加。模具必须有良好的排气性，排气孔深0.025mm-0.038mm，厚1.5mm，要避免收缩痕，就要用大而圆的注口及圆形流道，加强筋的厚度要小（例如是壁厚的50-60%）。熔胶背压：可用5bar熔胶背压，色粉料的背压可适当调高。制品的后处理：为防止后结晶产生的收缩变形，制品一般需经热水浸泡处理。2.初步设计（第4-5周）(1)确定型腔数、排列方式和分型面a)型腔数的确定：本制品为中批量，为了降低成本和高效率，且由于产品的结构较小，为了能使产品注塑时，能够顺利地走胶，改善制品的品质，我们小组初步选择一模两腔。b)分型面的选择原则：1、分型面的形状应尽可能简单，以便于制品脱模和模具的制造；2、分型面必须开设在制品断面轮廓最大的部位；3、分型面最好不要选在光滑的外表面或带圆弧的转角处；4、分型面应尽量选在能使制品留在动模内的地方；5、最好把要求同轴的部分放在分型面的同一侧；6、选择分型面时应将抽芯成型距离长的一边放在动、定模开模的方向上，而将短的一边作为侧向分型的抽芯；7、应将分型面设计在料流的末端以利于排气。综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧。c)排列方式及分型面(A-A)如图所示:汕头大学工学院机电系三级项目10图5.分型面截面图1图6.分型面正视图图7.分型面轴测图(2)选择注射机和注射机参数。a）成型参数的确定:PC（聚碳酸脂）有关注塑成型条件：预热温度：110℃～120℃，预热时间8～10h料筒温度：后段210℃~240℃中段230℃~280℃前段240℃~285℃汕头大学工学院机电系三级项目11喷嘴温度：240℃～250℃模具温度：90℃～110℃注射压力：80~130MPa保压压力：70~80MPa注射时间：20～90s，保压时间：0～5s，冷却时间：20～90s.总成型周期：40~190sb）PC参数确定：密度：密度为1.18g/cm^3~1.20g/cm^3拉伸弹性模量：1540Mpa压缩比：1.75成型收缩率：0.5%~0.7%（取0.6%）与钢的摩擦系数：0.35泊松比：0.38c）注塑机的选择：根据插座模具的模型，由Solid-Works计算出体积=32.5563cm，则质量为39.0g根据塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考附录表三：部分国产SZ系列注塑机的主要技术规格。初步选择采用注射机型号：SZ-200型卧式注射机其有关的参数为：表3.注塑机参数额定注射量200cm³拉杆内间距355x385mm螺杆直径40mm移模行程350mm注射压力165MPa最大模具厚度400m注射速率120g/s最小模具厚度230mm塑化能力55g/s锁模形式双曲轴汕头大学工学院机电系三级项目12螺杆转速0-220r/min模具定位孔直径125mm锁模力1200KN喷嘴球直径15mm(4）校核：a)最大注射量的校核：为了保证正常的注射成型，塑料制品连同流道内的凝料及毛边在内的重量一般不应超过注射机额定注射量的80%。‴㐳利式中‴㐳—注射某种塑料时的最大注射容量，g；利—利用系数，一般取0.75-0.85；G—塑料制品连同流道内的凝料及毛边在内的重量，g；所以取浇注系统的体积3132.5560.c15m5V，且塑件体积为332.556Vcm取利th则1(