音響外殼產品的IMD模具設計

音響外殼產品的IMD模具設計的價值及其額外值，IMD技術在給企業(yè)帶來巨額利益的同時，環(huán)保方面也適應了當今節(jié)約環(huán)保型社會的發(fā)展，所以對其的推廣應用，既節(jié)能又環(huán)保，意義深遠。就目前IMD技術在中國的推廣和應用情況看，雖然已經取得顯著的進展，但從總體技術上講是處于早期階段。IMD產品工藝過程比傳統(tǒng)工藝更為復雜，所以對于設備設計、生產技術水平以及各種工藝參數是否合理等問題并沒有標準的質量檢驗規(guī)格。然而，為了適應國內日漸擴大的市場需要，盡可能地改進印刷圖案的清晰度和色彩的鮮艷度，對產品生產效率、品質以及使用時間的提升，減少生產費用，已成為行業(yè)人士共同關注的重大課題。因此，這項工藝在未來數年里會有非常寬廣的進步空間。2制品的分析2.1音響外殼結構本次設計塑件為音響外殼造型，產品外表面多為曲面，中間有一個圓孔。塑件整體長度為26mm，總高度為40mm，壁厚設計為1.2mm，圓角取0.5mm。其相關結構尺寸如圖2-1所示。圖2-1音響外殼結構（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，適用于產品表面裝飾印花、涂層和電鍍處理。ABS塑料熔點不明顯，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有著良好的的沖擊強度和表面硬度，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塑件的結構、精度及表面質量分析結構分析從該產品三維造型分析可知，該零件外表面多為曲面，塑件的交接處應用圓角過渡，過渡圓角的設計是為了防止產生較大的應力集中現(xiàn)象而導致塑件在受力時發(fā)生破壞，也是為了產品成型后能完好的脫模。此產品轉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性能所決定。本次設計制品的公差數值由SJ1372-78塑件制造公差數值標準來確定。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）表面質量分析塑件要求外側表面光滑，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，在注射時產生的熔體黏度比較高，要求很高的注塑成型應力，因此制品對型芯有較大的包緊力，故ABS制品應具有的脫模斜度應保持5°以上。如圖2-3所示。圖2-3脫模斜度2.4塑件注射工藝參數的確定注塑成型過程分為準備階段、注射階段以及塑件制品的后處理階段等三個部分。成型前的準備包括對塑料樹脂的預處理、料筒和嵌件的預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束，保證塑料制品的質地。注射過程是把塑料原料轉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受高溫后達到熔融流動狀態(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構的作用下推出模具。塑件的后處理含有退火和調試處理。退火是為了消除塑料制品的內應力，避免產品在被用時產生形變或皴裂；調試處理是為了使產品的顏色、性質和外形穩(wěn)定下來。參考工廠實際應用的情況及相關資料，ABS塑料可選用螺桿式注射機。ABS塑料的相關成型工藝參數如表2-3。表2-3注射成型工藝參數工藝參數內容工藝參數內容預熱和干燥溫度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注射模模具設計3.1分型面設計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構的一個主要因素。設計分型面時，必須按照下列幾項原則：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，產生飛邊；（6）考慮模具的側向抽拔距離。3.1.2分型面的確定對于本次設計的殼體塑件，沒有斜頂和側孔結構，所以只需要一個設計在塑件內部平面上的分型面。如圖3-1所示。圖3-1分型面位置為了使薄膜定位準確，本模具在模仁四角設置了四個虎口機構，虎口高度設計為為15×15×8mm，拔模斜度設定為5°，如圖3-2所示。圖3-2虎口設計在三維軟件Pro/e5.0中通過設計模具型腔及模仁，對產品進行仿真分模，結果發(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品為小塑件，可以批量生產，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部。模仁是模具中的核心部分。塑件的形狀千變萬化，與之相對應的模仁結構也就各不相同。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）計算法：此方法一般是經過一連串相關公式來校核和計算型腔壁厚的具體數值得出模仁尺寸。因為塑件的形狀多種多樣，然而公式所對應的是標準型號，所以實行困難是這種方法的不足之處。（2）估算法：此方法是依據個人設計經驗或者公司的規(guī)定來估算出型腔壁厚的具體數值得出模仁尺寸。這種方法操作簡單方便又實用，故在大多數模具廠被廣泛應用。表3-1模仁尺寸確定產品尺寸（mm）產品邊沿到模仁邊的距離（mm）產品頂端至定模仁頂端距離h1（mm）產品底端到動模仁底端距離h2（mm）小件產品（＜80）25~3025~30h2=h1+（5~10）且h2≥20大件產品（≥80）35~5035~50由表3-1可得出，產品最外端要求距離模仁大于等于15mm，此次設計取為30mm，模仁尺寸定為長124mm，寬100mm。產品最高位置要求距離定模仁頂面得大于10mm。此設計定模仁的高度設為30mm。產品最低位置要求距離動模仁底面大于15mm,本設計取30mm。要求所得到的模仁各個方向尺寸數據必須取整數（最好是10的倍數），而且關于模具的中心線對稱。定模仁用4個M10×25L的內六角螺釘固定在定模板。動模仁用4個M10×35L的內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模架的選取模具設計的主要內容是模仁、動定模、吸氣機構、脫模機構及頂出機構。模具上幾乎所有的零部件都是選取一定尺寸的標準件，特別是模架。一般模架內部結構如圖3-6所示。圖3-6模架結構根據塑件的不同結構，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。由于本次設計的塑件結構簡單，要求產品表面及底部邊緣平滑無變形，無澆口的痕跡。從模具結構和經濟效率的方面考慮，優(yōu)先選用二板模結構。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）。所以模架尺寸的設計步驟如下：（1）（2）公式中：La—模架寬Lb—模仁寬Lm—模架長Ln—模仁長此次設計L取值為50mm。模仁尺寸為105x80mm，所以按照上述計算可得到模板的長×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算得，H頂一般取25mm≦H頂≦35mm，此次設計H頂=30mm，則HA=50mm。H底一般取H底﹥35mm，此次設計H底=35mm，即HB=65mm。（4）（5）公式中：S—頂出行程H—產品總高度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。本次設計有上述可得出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。根據所算數據，本設計選用龍記LKM系列CI類型大水口模架，即CI-1820-A50-B65-C70型模架。根據設計的數據在CAD的燕秀工具欄中導出標準模架。IMD制品表面被薄膜完全包覆，模具結構需要設成倒裝，即前模后模要倒置。如圖3-7所示。圖3-7標準模架3.4澆注系統(tǒng)設計注塑模的澆注系統(tǒng)是指熔融狀態(tài)的塑料從注射機噴嘴進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，它設計的合理性直接關系到注射成型的生產效率和產品質量。3.4.1定位環(huán)及唧咀設計一般情況下定位環(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。本設計采用的形式及尺寸如圖3-9所示。主流道的設計是結合以上設計及CAD軟件中燕秀工具欄的標準選取的。選取參數如圖3-10所示。圖3-9定位環(huán)及唧咀設計圖3-10定位環(huán)唧咀參數（單位：mm）3.4.2澆口設計熔融狀態(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，影響塑件成型的質量。并且模具采用倒裝結構，所以采用頂針潛伏進膠的方式，在塑件內表面設計澆口位置。具體設計尺寸如圖3-11所示。潛伏進膠時，為了便于頂出時切斷產品與澆注系統(tǒng)凝料，同時順利頂出澆注系統(tǒng)凝料，澆口設計為向上傾斜，傾斜的角度設計為17°，進膠處的澆口大小為0.8mm。3-11澆口（單位：mm）4吸氣機構設計模內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，即在模具內設置吸氣機構，對薄膜進行吸附和定位。把完整的吸氣機構全部設置在動模部分，氣路安設在動模仁上，吸氣口安設在動模板上。氣路由內環(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，內環(huán)氣路作用于吸附塑件中間薄膜，直徑為2mm。內環(huán)氣路和外環(huán)氣路都是通過分布在產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脫模機構由于塑件為薄膜整體覆蓋的IMD制品，為了便于自動化生產，薄膜輸送機構一般安裝在模具動模側，所以模具結構采取倒裝形式，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)使產品被頂出。頂出機構不但具有頂出作用，還可以對薄膜準確的定位。如圖5-1所示。圖5-1模具倒裝結構5.1選擇油缸通常在設計模具時，使用類比的方法來對油缸進行，而對油缸驅動力不做計算。由相關資料和圖5-2可得，本次設計的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頂針布局頂出機構采用頂針頂出，根據產品尺寸和結構，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。進膠點選擇在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置了一個Φ2mm的頂針，負責頂出凝料。由于頂出系統(tǒng)還要負責頂出主流道凝料，故頂出行程要求較大，設計為70mm，開模行程設置為100mm。圖5-1頂針布局6冷卻系統(tǒng)設計由于該塑件較小，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，礙于模具結構限制，冷卻系統(tǒng)設計如圖6-1所示.動模側采用三根Φ8mm的水路對塑件進行冷卻，定模則采用兩根Φ6mm水路對塑件進行冷卻，定模水路距離產品高度為22mm，動模水路距離產品高度為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，模具合模，利用虎口機構、內外環(huán)氣路等對薄膜進行準確定位，吸氣口開始吸氣，薄膜被吸附在模具型腔內。注射過程中，塑料原料經過高溫呈熔融狀，通過澆注系統(tǒng)將熔料充填整個模具型腔。經冷卻系統(tǒng)冷卻后，吸氣孔停止吸氣，模具重新打開，等達到開模行程后，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現(xiàn)了分離，因而被分別頂出。取出產品和澆注系統(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，模具重新合模，進行循環(huán)生產。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-進膠頂針圖7-1模具裝配圖當完成注射加工過程后，模具型腔內的熔料在冷卻系統(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）模具型腔內部的熔料經冷卻后固化成型，動模在注射機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結束語這次畢業(yè)設計中，首先對模內裝飾成型技術的概念及背景，塑件的造型及選材等進行調查研究，選取適合的音響外殼模型對它進行尺寸測量再建模。結合產品的材料性能及模具設計要求