音響外殼產(chǎn)品的IMD模具設(shè)計(jì)

音響外殼產(chǎn)品的IMD模具設(shè)計(jì)的價值及其額外值，IMD技術(shù)在給企業(yè)帶來巨額利益的同時，環(huán)保方面也適應(yīng)了當(dāng)今節(jié)約環(huán)保型社會的發(fā)展，所以對其的推廣應(yīng)用，既節(jié)能又環(huán)保，意義深遠(yuǎn)。就目前IMD技術(shù)在中國的推廣和應(yīng)用情況看，雖然已經(jīng)取得顯著的進(jìn)展，但從總體技術(shù)上講是處于早期階段。IMD產(chǎn)品工藝過程比傳統(tǒng)工藝更為復(fù)雜，所以對于設(shè)備設(shè)計(jì)、生產(chǎn)技術(shù)水平以及各種工藝參數(shù)是否合理等問題并沒有標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量檢驗(yàn)規(guī)格。然而，為了適應(yīng)國內(nèi)日漸擴(kuò)大的市場需要，盡可能地改進(jìn)印刷圖案的清晰度和色彩的鮮艷度，對產(chǎn)品生產(chǎn)效率、品質(zhì)以及使用時間的提升，減少生產(chǎn)費(fèi)用，已成為行業(yè)人士共同關(guān)注的重大課題。因此，這項(xiàng)工藝在未來數(shù)年里會有非常寬廣的進(jìn)步空間。2制品的分析2.1音響外殼結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)塑件為音響外殼造型，產(chǎn)品外表面多為曲面，中間有一個圓孔。塑件整體長度為26mm，總高度為40mm，壁厚設(shè)計(jì)為1.2mm，圓角取0.5mm。其相關(guān)結(jié)構(gòu)尺寸如圖2-1所示。圖2-1音響外殼結(jié)構(gòu)（單位：mm）2.2塑件的原材料分析用于制造音響外殼的塑件原料種類繁多。對于音響外殼的選材，常用的注塑原料有PP、PE、ABS、PVC等，其特性與用途如表2-1和表2-2所示。本次塑件所選用ABS塑料。ABS為不透明的無定形聚合物。這種塑料常態(tài)下沒有毒性和特殊氣味，吸水率低。它可制成多種色彩和有著較高高光澤度的制品，但在紫外線的作用下容易變硬發(fā)脆變色。ABS是工藝特性良好且環(huán)保，對人體無害的塑料，有著較好的化學(xué)穩(wěn)定性、物理性能以及電性能。ABS與其他材料粘合性好，適用于產(chǎn)品表面裝飾印花、涂層和電鍍處理。ABS塑料熔點(diǎn)不明顯，具有較高的熔體粘度，耐候性和流動性不好。其熱變形溫度為95—112℃，高于PA、PVC。ABS塑料在-40℃到85℃的溫度范圍內(nèi)依然顯現(xiàn)出固定的韌性，可以長期使用。在相對廣泛的溫度界限內(nèi)有著良好的的沖擊強(qiáng)度和表面硬度，尺寸穩(wěn)定性好。表2-2常用塑料特性與用途表2-2常用塑料材料性能參數(shù)材料代號密度（kg.m-3）收縮率（%）模具溫度（℃）注射壓力P注（Mpa）最大不溢料間隙/mmPE940-9601.5-3.660-7060-1000.02PP900-9101.0-2.580-9070-1000.03ABS1030-10700.3-0.850-8060-1000.04PVC13800.6-1.530-6080-1300.032.3塑件的結(jié)構(gòu)、精度及表面質(zhì)量分析結(jié)構(gòu)分析從該產(chǎn)品三維造型分析可知，該零件外表面多為曲面，塑件的交接處應(yīng)用圓角過渡，過渡圓角的設(shè)計(jì)是為了防止產(chǎn)生較大的應(yīng)力集中現(xiàn)象而導(dǎo)致塑件在受力時發(fā)生破壞，也是為了產(chǎn)品成型后能完好的脫模。此產(chǎn)品轉(zhuǎn)角多為圓角過渡如圖2-2所示。圖2-2三維造型圖（2）精度分析有很多因素可以影響尺寸精度，如自身磨損，溫度變化，工藝參數(shù)的變化等等。零件的尺寸精度大多在于模具的制造精度。塑件的合格率由模具的制造精度和各項(xiàng)性能所決定。本次設(shè)計(jì)制品的公差數(shù)值由SJ1372-78塑件制造公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定。精度等級選擇一般精度，為4級精度，無公差的按8級精度取值，如表2-3所示。表2-3塑件尺寸公差（mm）基本尺寸精度等級基本尺寸精度等級4848~30.120.48>65~800.381.6>3~60.140.56>80~1000.441.8>6~100.160.61>100~1200.502.0>10~140.180.72>120~1400.562.2>14~180.200.80>140~1600.622.4>18~240.220.88>160~1800.682.7（3）表面質(zhì)量分析塑件要求外側(cè)表面光滑，表面粗糙度可以取到Ra=0.8um，沒有特殊要求時塑件內(nèi)部表面粗糙度可取Ra=3.2um。下端外沿不允許有澆口痕跡。由于制品選用ABS塑料，在注射時產(chǎn)生的熔體黏度比較高，要求很高的注塑成型應(yīng)力，因此制品對型芯有較大的包緊力，故ABS制品應(yīng)具有的脫模斜度應(yīng)保持5°以上。如圖2-3所示。圖2-3脫模斜度2.4塑件注射工藝參數(shù)的確定注塑成型過程分為準(zhǔn)備階段、注射階段以及塑件制品的后處理階段等三個部分。成型前的準(zhǔn)備包括對塑料樹脂的預(yù)處理、料筒和嵌件的預(yù)熱以及脫模劑的選擇使用等。該過程是用以確保注射的步驟能順利結(jié)束，保證塑料制品的質(zhì)地。注射過程是把塑料原料轉(zhuǎn)化為制品的主要部分。它包括原料送料及塑化、熔料注入型腔、冷卻定型和塑件頂出等。塑化是塑料原料在料筒內(nèi)受高溫后達(dá)到熔融流動狀態(tài)，以得到最好的可塑性。注塑充模是指將熔融流動狀態(tài)的塑料充入模具的型腔。冷卻定型是指通過冷卻水或者空氣對模具冷卻。脫模顧名思義就是使塑件在脫模機(jī)構(gòu)的作用下推出模具。塑件的后處理含有退火和調(diào)試處理。退火是為了消除塑料制品的內(nèi)應(yīng)力，避免產(chǎn)品在被用時產(chǎn)生形變或皴裂；調(diào)試處理是為了使產(chǎn)品的顏色、性質(zhì)和外形穩(wěn)定下來。參考工廠實(shí)際應(yīng)用的情況及相關(guān)資料，ABS塑料可選用螺桿式注射機(jī)。ABS塑料的相關(guān)成型工藝參數(shù)如表2-3。表2-3注射成型工藝參數(shù)工藝參數(shù)內(nèi)容工藝參數(shù)內(nèi)容預(yù)熱和干燥溫度80~90/℃成型時間/s注射時間/s3~5時間2~3h保壓時間/s15~30料桶溫度/℃前段200~210冷卻時間/s15~30中段210~230總周期/s40~70后段200~220螺桿轉(zhuǎn)速30~60r/min噴嘴溫度/℃180~190后處理方法在烘箱中處理2-4h，緩慢冷卻至室溫模具溫度/℃50~70注射壓力/MPa70~90溫度/℃70~803注射模模具設(shè)計(jì)3.1分型面設(shè)計(jì)3.1.1分型面的選擇原則模具上用來使塑料制品和澆注系統(tǒng)凝料脫模以及安裝嵌件，模仁被合理分為型腔和型芯時的兩個或幾個接觸面叫做分型面，也叫作分模面。分模面是確定模具結(jié)構(gòu)的一個主要因素。設(shè)計(jì)分型面時，必須按照下列幾項(xiàng)原則：通過塑件截面尺寸最大的位置；保證塑件利于脫模；保證產(chǎn)品行位公差和外觀；有利于模具的加工及安裝；（有利于模具型腔排氣以及避免溢料，產(chǎn)生飛邊；（6）考慮模具的側(cè)向抽拔距離。3.1.2分型面的確定對于本次設(shè)計(jì)的殼體塑件，沒有斜頂和側(cè)孔結(jié)構(gòu)，所以只需要一個設(shè)計(jì)在塑件內(nèi)部平面上的分型面。如圖3-1所示。圖3-1分型面位置為了使薄膜定位準(zhǔn)確，本模具在模仁四角設(shè)置了四個虎口機(jī)構(gòu)，虎口高度設(shè)計(jì)為為15×15×8mm，拔模斜度設(shè)定為5°，如圖3-2所示。圖3-2虎口設(shè)計(jì)在三維軟件Pro/e5.0中通過設(shè)計(jì)模具型腔及模仁，對產(chǎn)品進(jìn)行仿真分模，結(jié)果發(fā)現(xiàn)方案可行且開模無干涉。整個模仁部分3D分模結(jié)果分模圖如圖3-3所示。圖3-3開模圖3.2模具型腔布局及模仁尺寸的確定3.2.1模具型腔布局的確定該產(chǎn)品為小塑件，可以批量生產(chǎn)，考慮到時間和成本等多方面因素，模具型腔排位選用一模二腔。如圖3-4所示。圖3-4型腔布局（單位：mm）3.2.2模仁尺寸的確定制品的成型部分位于模仁內(nèi)部。模仁是模具中的核心部分。塑件的形狀千變?nèi)f化，與之相對應(yīng)的模仁結(jié)構(gòu)也就各不相同。模仁尺寸的確定主要決定于塑件的尺寸和布局。模仁在確保鋼料具有較大強(qiáng)度的條件下越緊密越好。確定模仁大小的方法有下列兩種：（1）計(jì)算法：此方法一般是經(jīng)過一連串相關(guān)公式來校核和計(jì)算型腔壁厚的具體數(shù)值得出模仁尺寸。因?yàn)樗芗男螤疃喾N多樣，然而公式所對應(yīng)的是標(biāo)準(zhǔn)型號，所以實(shí)行困難是這種方法的不足之處。（2）估算法：此方法是依據(jù)個人設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)或者公司的規(guī)定來估算出型腔壁厚的具體數(shù)值得出模仁尺寸。這種方法操作簡單方便又實(shí)用，故在大多數(shù)模具廠被廣泛應(yīng)用。表3-1模仁尺寸確定產(chǎn)品尺寸（mm）產(chǎn)品邊沿到模仁邊的距離（mm）產(chǎn)品頂端至定模仁頂端距離h1（mm）產(chǎn)品底端到動模仁底端距離h2（mm）小件產(chǎn)品（＜80）25~3025~30h2=h1+（5~10）且h2≥20大件產(chǎn)品（≥80）35~5035~50由表3-1可得出，產(chǎn)品最外端要求距離模仁大于等于15mm，此次設(shè)計(jì)取為30mm，模仁尺寸定為長124mm，寬100mm。產(chǎn)品最高位置要求距離定模仁頂面得大于10mm。此設(shè)計(jì)定模仁的高度設(shè)為30mm。產(chǎn)品最低位置要求距離動模仁底面大于15mm,本設(shè)計(jì)取30mm。要求所得到的模仁各個方向尺寸數(shù)據(jù)必須取整數(shù)（最好是10的倍數(shù)），而且關(guān)于模具的中心線對稱。定模仁用4個M10×25L的內(nèi)六角螺釘固定在定模板。動模仁用4個M10×35L的內(nèi)螺釘固定在動模板上。距模仁邊界的距離為15mm。圖3-5模仁尺寸（單位：mm）3.3模架的選取模具設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是模仁、動定模、吸氣機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)及頂出機(jī)構(gòu)。模具上幾乎所有的零部件都是選取一定尺寸的標(biāo)準(zhǔn)件，特別是模架。一般模架內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3-6所示。圖3-6模架結(jié)構(gòu)根據(jù)塑件的不同結(jié)構(gòu)，塑膠模具一般分為二板式模具和三板式模具，可簡稱為二板模和三板模。由于本次設(shè)計(jì)的塑件結(jié)構(gòu)簡單，要求產(chǎn)品表面及底部邊緣平滑無變形，無澆口的痕跡。從模具結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)效率的方面考慮，優(yōu)先選用二板模結(jié)構(gòu)。模架尺寸取決于模仁的尺寸以及模仁到A板、B板邊緣的距離L（50mm≦L≦70mm）。所以模架尺寸的設(shè)計(jì)步驟如下：（1）（2）公式中：La—模架寬Lb—模仁寬Lm—模架長Ln—模仁長此次設(shè)計(jì)L取值為50mm。模仁尺寸為105x80mm，所以按照上述計(jì)算可得到模板的長×寬為200x180mm。（3）公式中：HA—A板厚度H定—定模仁厚度H頂—模仁至A板頂面的厚度HB—B板厚度H動—動模仁厚度H底—模仁至B板底面的厚度由上述公式計(jì)算得，H頂一般取25mm≦H頂≦35mm，此次設(shè)計(jì)H頂=30mm，則HA=50mm。H底一般取H底﹥35mm，此次設(shè)計(jì)H底=35mm，即HB=65mm。（4）（5）公式中：S—頂出行程H—產(chǎn)品總高度Hc—C板厚度H頂—頂出板厚度H垃圾釘—垃圾釘高度最小安全余量一般大于等于13mm，頂出板厚度一般取40mm≦H頂≦45mm，垃圾釘高度H垃圾釘為5mm。由于該塑件厚度方向約為9mm，則。本次設(shè)計(jì)有上述可得出S=25mm，H頂=40mm，Hc=70mm。由上述可以得出，定模板厚為50mm，動模板厚為65mm，C板厚為70mm，模板的長×寬為200x180mm。根據(jù)所算數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)選用龍記LKM系列CI類型大水口模架，即CI-1820-A50-B65-C70型模架。根據(jù)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)在CAD的燕秀工具欄中導(dǎo)出標(biāo)準(zhǔn)模架。IMD制品表面被薄膜完全包覆，模具結(jié)構(gòu)需要設(shè)成倒裝，即前模后模要倒置。如圖3-7所示。圖3-7標(biāo)準(zhǔn)模架3.4澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)注塑模的澆注系統(tǒng)是指熔融狀態(tài)的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所通過的流道。澆注系統(tǒng)是整個模具中的核心部分，它設(shè)計(jì)的合理性直接關(guān)系到注射成型的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。3.4.1定位環(huán)及唧咀設(shè)計(jì)一般情況下定位環(huán)和澆口套配合使用，可以延長模具使用壽命和方便損壞后的維修與更換。常見的定位環(huán)和澆口套組合形式有兩種。本設(shè)計(jì)采用的形式及尺寸如圖3-9所示。主流道的設(shè)計(jì)是結(jié)合以上設(shè)計(jì)及CAD軟件中燕秀工具欄的標(biāo)準(zhǔn)選取的。選取參數(shù)如圖3-10所示。圖3-9定位環(huán)及唧咀設(shè)計(jì)圖3-10定位環(huán)唧咀參數(shù)（單位：mm）3.4.2澆口設(shè)計(jì)熔融狀態(tài)的塑料在澆口處有著較高的剪切速度和剪切應(yīng)力，在澆口以及附近的地方很容易造成沖墨、氣紋，影響塑件成型的質(zhì)量。并且模具采用倒裝結(jié)構(gòu)，所以采用頂針潛伏進(jìn)膠的方式，在塑件內(nèi)表面設(shè)計(jì)澆口位置。具體設(shè)計(jì)尺寸如圖3-11所示。潛伏進(jìn)膠時，為了便于頂出時切斷產(chǎn)品與澆注系統(tǒng)凝料，同時順利頂出澆注系統(tǒng)凝料，澆口設(shè)計(jì)為向上傾斜，傾斜的角度設(shè)計(jì)為17°，進(jìn)膠處的澆口大小為0.8mm。3-11澆口（單位：mm）4吸氣機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)模內(nèi)裝飾注射成型過程中，需要先對薄膜定位。本套模具采用現(xiàn)在比較流行的作法，即在模具內(nèi)設(shè)置吸氣機(jī)構(gòu)，對薄膜進(jìn)行吸附和定位。把完整的吸氣機(jī)構(gòu)全部設(shè)置在動模部分，氣路安設(shè)在動模仁上，吸氣口安設(shè)在動模板上。氣路由內(nèi)環(huán)氣路和外環(huán)氣路組成。外環(huán)氣路作用于吸附塑件外部的薄膜，直徑為5mm，內(nèi)環(huán)氣路作用于吸附塑件中間薄膜，直徑為2mm。內(nèi)環(huán)氣路和外環(huán)氣路都是通過分布在產(chǎn)品表面周圍不同位置的氣孔來吸附固定薄膜，氣孔直徑都為2mm，一模兩腔共18個氣孔，氣孔布局如圖9所示。5脫模機(jī)構(gòu)由于塑件為薄膜整體覆蓋的IMD制品，為了便于自動化生產(chǎn)，薄膜輸送機(jī)構(gòu)一般安裝在模具動模側(cè)，所以模具結(jié)構(gòu)采取倒裝形式，公模和母模倒置，并且制品要在定模頂出。定模部分采用油缸作為動力，通過頂出系統(tǒng)使產(chǎn)品被頂出。頂出機(jī)構(gòu)不但具有頂出作用，還可以對薄膜準(zhǔn)確的定位。如圖5-1所示。圖5-1模具倒裝結(jié)構(gòu)5.1選擇油缸通常在設(shè)計(jì)模具時，使用類比的方法來對油缸進(jìn)行，而對油缸驅(qū)動力不做計(jì)算。由相關(guān)資料和圖5-2可得，本次設(shè)計(jì)的IMD模具選用缸徑為Φ30的MOB-FA型號的油缸。圖5-2MOB-FA型號的油缸尺寸油缸行程取決于移動部件的行程，并且在油缸行程確定的同時還必須要注意油缸的活塞端隙?；钊讼犊梢允褂透自趩訒r有充足的油壓面積，讓油缸能夠順利啟動，防止因啟動油壓面積不足而啟動油缸失敗，另外還會降低活塞與缸的沖擊。通過查閱相關(guān)資料查詢得到油缸行程L：（1）公式中：其中，活塞端隙Δ1一般取5mm。由公式可知油缸行程為5.2頂針布局頂出機(jī)構(gòu)采用頂針頂出，根據(jù)產(chǎn)品尺寸和結(jié)構(gòu)，本次選用的頂針規(guī)格有Φ4，Φ3，Φ2mm三種，頂針布局如圖5-1所示。進(jìn)膠點(diǎn)選擇在Φ4mm頂針位置上，為了保證澆注系統(tǒng)凝料被順利帶出，在分流道和潛伏澆口連接處設(shè)置了一個Φ2mm的頂針，負(fù)責(zé)頂出凝料。由于頂出系統(tǒng)還要負(fù)責(zé)頂出主流道凝料，故頂出行程要求較大，設(shè)計(jì)為70mm，開模行程設(shè)置為100mm。圖5-1頂針布局6冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)由于該塑件較小，形狀較規(guī)則，故對冷卻系統(tǒng)要求較低。本次冷卻系統(tǒng)采用直通式水路直接冷卻，礙于模具結(jié)構(gòu)限制，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖6-1所示.動模側(cè)采用三根Φ8mm的水路對塑件進(jìn)行冷卻，定模則采用兩根Φ6mm水路對塑件進(jìn)行冷卻，定模水路距離產(chǎn)品高度為22mm，動模水路距離產(chǎn)品高度為15mm，如圖6-2所示。圖6-1定模和動模水路分布圖6-2水路定位7模具裝配圖7-1為該產(chǎn)品的模具裝配圖。模具的工作過程：模具沿著分型面打開，薄膜輸送裝置將薄膜輸送到動模模板的型腔內(nèi)，模具合模，利用虎口機(jī)構(gòu)、內(nèi)外環(huán)氣路等對薄膜進(jìn)行準(zhǔn)確定位，吸氣口開始吸氣，薄膜被吸附在模具型腔內(nèi)。注射過程中，塑料原料經(jīng)過高溫呈熔融狀，通過澆注系統(tǒng)將熔料充填整個模具型腔。經(jīng)冷卻系統(tǒng)冷卻后，吸氣孔停止吸氣，模具重新打開，等達(dá)到開模行程后，油缸開始工作，帶動上下頂針板及頂針向下將制品和澆注系統(tǒng)凝料頂出。潛伏式澆口有一定傾斜角度，凝料與制品在頂出時實(shí)現(xiàn)了分離，因而被分別頂出。取出產(chǎn)品和澆注系統(tǒng)凝料后，薄膜輸送裝置繼續(xù)輸送新的薄膜到模具型腔內(nèi)，模具重新合模，進(jìn)行循環(huán)生產(chǎn)。1-冷卻水孔2-塑件3-油缸4-下頂針板5-上頂針板6-定模板7-定位圈8-定模板9-定模仁10-動模仁11-動模板12-入氣口13-吸氣孔14-主流道15-分流道16-進(jìn)膠頂針圖7-1模具裝配圖當(dāng)完成注射加工過程后，模具型腔內(nèi)的熔料在冷卻系統(tǒng)的作用下固化成型，下列即為開模流程的圖解：（1）當(dāng)完成注塑時模具合模情況如圖7-2所示。圖7-2合模（2）模具型腔內(nèi)部的熔料經(jīng)冷卻后固化成型，動模在注射機(jī)移動板的作用下與定模分離，制品留在定模，如圖7-3所示。圖7-3分模（3）當(dāng)動模移動到一定距離后停止移動，通過安裝在定模上的油缸推動頂針板，頂針板上的頂針將產(chǎn)品頂出，如圖7-4所示。圖7-4頂出制品（3）操作人員把成型制品取出，如圖7-5所示。圖7-5取出制品8結(jié)束語這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，首先對模內(nèi)裝飾成型技術(shù)的概念及背景，塑件的造型及選材等進(jìn)行調(diào)查研究，選取適合的音響外殼模型對它進(jìn)行尺寸測量再建模。結(jié)合產(chǎn)品的材料性能及模具設(shè)計(jì)要求