CPU散熱器外殼的注塑模具設(shè)計(jì)-斜頂抽芯塑料注射模含NX三維及10張CAD圖,cpu,散熱器,外殼,注塑,模具設(shè)計(jì),斜頂抽芯,塑料,注射,nx,三維,10,cad
摘 要
本文設(shè)計(jì)的注射成型產(chǎn)品是CPU散熱器外殼塑料件，文章主要是對(duì)CPU散熱器外殼的塑料模具進(jìn)行設(shè)計(jì)與分析，使用3D設(shè)計(jì)出了CPU散熱器外殼的注塑模具。通過(guò)對(duì)塑料件的材料分析，模具結(jié)構(gòu)的擬定，采用一模兩腔，側(cè)澆口進(jìn)料，注射機(jī)采用海天160X2A型號(hào)，模架的確定、脫膜系統(tǒng)以及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等方面設(shè)計(jì)出這套塑料模具，選用斜頂抽芯機(jī)構(gòu)，設(shè)計(jì)出澆注系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)。并配備了相應(yīng)的圖紙。完整地描述了塑料設(shè)計(jì)的程序步驟，并參閱了大量相關(guān)的資料。
關(guān)鍵詞：CPU散熱器外殼；注塑模具；一模兩腔；側(cè)澆口；注射機(jī)；模架；澆注系統(tǒng)
Abstract
The injection moulding product designed in this paper is the plastic part of CPU radiator shell. This article mainly designs and analyses the plastic mould of CPU radiator shell, and designs the injection moulds of CPU radiator shell using 3D. Through analyzing the material of plastic parts, drawing up the mold structure, using one mold two cavity, side gate feeding, injection molding machine using Haitian 160X2A model, mould frame determination, film removal system and temperature regulation system, the plastic mold is designed, and the inclined top pulling mechanism is adopted to design gating system and demoulding mechanism. And equipped with the corresponding drawings. The procedures of plastic design are described in detail, and a lot of relevant information is consulted.
Key words: CPU radiator shell; injection mold; one mold two cavity; side gate; injection machine; mould frame; Gating System
IV
目 錄
摘 要 I
Abstract II
前 言 1
第1章 塑件的工藝分析 2
1.1塑料材料分析 3
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3
1.3 塑件尺寸及精度 4
1.4 塑件表面粗糙度 4
1.5 塑件的體積和質(zhì)量 4
第2章 成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的確定 6
2.1 注射成型工藝過(guò)程分析 6
2.2 澆口種類的確定 7
2.3 型腔數(shù)目的確定 7
2.4 注射機(jī)的選擇和校核 7
2.4.1 注射量的校核 8
2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 9
2.4.3 模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 10
第3章 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3．1 分型面的設(shè)計(jì) 11
3．2 型腔的布局 12
3．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12
3．3．1 澆注系統(tǒng)組成 12
3．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 13
3．3．3 主流道的設(shè)計(jì) 13
3．3．4 分流道的設(shè)計(jì) 15
3．3．5 澆口的設(shè)計(jì) 15
3．3．6 冷料穴的設(shè)計(jì) 16
3．4 注射模成型零部件的設(shè)計(jì) 17
3．5 成型零部件工作尺寸的計(jì)算 17
3．5．1 凹模的設(shè)計(jì) 17
3．5．2 凸模的設(shè)計(jì) 20
3．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
3．6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22
3．6．1 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則 22
3．6．2 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇 22
3．6．3 推桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 22
3．7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 23
3．8冷卻系統(tǒng)之設(shè)計(jì)規(guī)則 24
3. 9斜頂?shù)脑O(shè)計(jì) 25
3．10 模架的選用 28
第4章 注塑模具工作原理 31
總結(jié) 32
致謝 33
參考文獻(xiàn) 34
前 言
工業(yè)發(fā)展離不開生產(chǎn)制造，而生產(chǎn)制造離不開模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。模具設(shè)計(jì)水平與生產(chǎn)率幾乎成正比。優(yōu)秀的模具設(shè)計(jì)可以最大化利用現(xiàn)有資源，最大化利用時(shí)間，為工業(yè)的生產(chǎn)提供廣大的優(yōu)化空間。模具設(shè)計(jì)的優(yōu)劣影響著生產(chǎn)制造的效率和質(zhì)量。
塑料于1927年被科學(xué)家發(fā)明，隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，更多優(yōu)異的塑料被發(fā)明。并廣泛應(yīng)用于國(guó)防軍工、工業(yè)生產(chǎn)，日常生活，大大促進(jìn)了塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，導(dǎo)致塑料工業(yè)逐漸占據(jù)了在工業(yè)制造上的很大比重。一個(gè)性能優(yōu)異的塑料件甚至能代替多個(gè)有著傳統(tǒng)工藝的金屬件，導(dǎo)致塑料件的使用范圍逐步擴(kuò)大。
塑料模具是工業(yè)上專門用來(lái)生產(chǎn)塑料制品的工具，這個(gè)工具內(nèi)有成型模腔。在工作時(shí)，將塑料模具安裝在注塑機(jī)上，高溫狀態(tài)下的塑料顆粒呈熔融狀態(tài)被注入成型模腔內(nèi)，在腔內(nèi)經(jīng)過(guò)塑料模具冷卻系統(tǒng)冷卻后成型，然后上模與下模分開，模具的脫模系統(tǒng)中的頂出機(jī)構(gòu)將成品從模腔頂出脫離模具，接著塑料模具再合閉進(jìn)行下一次注塑成型，整個(gè)工作過(guò)程是循環(huán)進(jìn)行的。塑料模具的具體結(jié)構(gòu)有很多種，但基本結(jié)構(gòu)是一致的，塑料種類和特性、塑料制品的外形尺寸特點(diǎn)以及所選注射機(jī)型號(hào)等原因決定了塑料模具的結(jié)構(gòu)變化。模具主要由澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、型芯型腔和標(biāo)準(zhǔn)件組成。因?yàn)闈沧⑾到y(tǒng)和型芯型腔是與塑料直接接觸部分，是塑料模具構(gòu)成部分中比較復(fù)雜、變化較大，加工工藝要求最高的部分。
目前，我國(guó)的模具企業(yè)大多屬于中低檔企業(yè)，技術(shù)水平不高，很多的高精度、高質(zhì)量模具仍然依賴進(jìn)口，比如李克強(qiáng)總理就曾經(jīng)指出“我們連圓珠筆的筆頭都造不出來(lái)，需要進(jìn)口”這一技術(shù)低端現(xiàn)象。對(duì)于行業(yè)來(lái)說(shuō)，不斷提高技術(shù)水平，走向尖端，是發(fā)展的必然選擇。在模具行業(yè)里，一般的設(shè)計(jì)人員并不少見，而高端技術(shù)人才十分缺乏。如果要改變我國(guó)的模具行業(yè)低端現(xiàn)象，作為設(shè)計(jì)人員就要有更高的技術(shù)水平與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。
35
第1章 塑件的工藝分析
在模具設(shè)計(jì)之前需要對(duì)塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。
CPU散熱器外殼如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
CPU散熱器外殼塑件三維
CPU散熱器外殼塑件二維
1.1塑料材料分析
大多數(shù)塑料都有一定的毒性，而ABS塑料是環(huán)保型塑料，基本沒有什么毒性，還有較高的韌性，可塑性比較強(qiáng)，可制作任意形狀的塑件。ABS的強(qiáng)度比較高，可制作一些日用產(chǎn)品，其產(chǎn)品比較耐用，實(shí)用性比較高，產(chǎn)品表面的光澤度比較好。
所以該塑件宜采用ABS塑料，密度為1.05，其成型收縮率見表1-1.
表1-1 ABS熱脹冷縮性
成型材料
線膨脹系數(shù)（10-5℃-1）
成型收縮率（%）
ABS
6.0～9.3
0.4～0.9
1.2 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）、脫模斜度
脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過(guò)小，不僅會(huì)使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過(guò)大時(shí)，雖然脫模方便，但會(huì)影響制品尺寸精度，并浪費(fèi)原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1
（2）、塑件的壁厚
選擇壁厚時(shí)應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該產(chǎn)品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2左右。
（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過(guò)程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過(guò)度。在無(wú)特殊要求時(shí)，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。
該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為0.5。
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時(shí)，會(huì)使熔體流動(dòng)困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計(jì)孔時(shí)，應(yīng)盡量采用簡(jiǎn)單孔型。由于型芯對(duì)熔體有分流作用，所以在孔成型時(shí)周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強(qiáng)度降低，故設(shè)計(jì)孔時(shí)孔時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。
1.3 塑件尺寸及精度
根據(jù)我國(guó)目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn)[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級(jí)精度，未注采用MT5級(jí)精度。
1.4 塑件表面粗糙度
塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過(guò)程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.2，內(nèi)部為0.4。
1.5 塑件的體積和質(zhì)量
本次設(shè)計(jì)中，塑件的質(zhì)量和體積采用測(cè)量，在3D軟件中，使用塑模部件驗(yàn)證功能，可以測(cè)得塑件的質(zhì)量（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的質(zhì)量約為47.5g。
第2章 成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的確定
2.1 注射成型工藝過(guò)程分析
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過(guò)程為：
第一步：為使注射過(guò)程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。
（1）、成型前對(duì)原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對(duì)物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，都需要對(duì)注射機(jī)（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。
柱塞式注射機(jī)料筒的清洗常比螺桿式注射機(jī)困難，因?yàn)橹搅贤矁?nèi)的存料量較大而不易對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)，清洗時(shí)必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對(duì)螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對(duì)空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對(duì)ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤?，一般塑料都可使用?
第二步: 注射成型過(guò)程
完整的注射過(guò)程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過(guò)程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫模或機(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時(shí)。
2.2 澆口種類的確定
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個(gè)部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。
由于本設(shè)計(jì)中CPU散熱器外殼塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。側(cè)澆口直接在中間的圓端面處進(jìn)，CPU散熱器外殼組裝后，澆口被遮擋起來(lái)。
側(cè)澆口主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。
2.3 型腔數(shù)目的確定
因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用側(cè)澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟(jì)型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩腔，進(jìn)行加工生產(chǎn)。
2.4 注射機(jī)的選擇和校核
由于采用一模兩腔，需要至少注射量為47.5x2g，流道水口廢料6g，總注塑量達(dá)到101g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機(jī)為海天160X2A。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為：
海天HTF160X2A
型號(hào)
160×2A
160×2B
160×2C
參數(shù)
螺桿直徑
40
45
48
理論注射容量
253
320
364
注射重量PS
230
291
331
注射壓力
202
159
140
注射行程
201
螺桿轉(zhuǎn)速
0~230
料筒加熱功率
9.3
鎖模力
1600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
455×455
允許最大模具厚度
500
允許最小模具厚度
180
移模行程
420
移模開距(最大)
920
液壓頂出行程
140
液壓頂出力
33
液壓頂出桿數(shù)量
5
油泵電動(dòng)機(jī)功率
18.5
油箱容積
240
機(jī)器尺寸(長(zhǎng)×寬×高)
5.4×1.45×2.05
機(jī)器重量
5
最小模具尺寸(長(zhǎng)×寬)
320×320
2.4.1 注射量的校核
模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得在一個(gè)注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個(gè)塑件的質(zhì)量（g）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的質(zhì)量（g）
本設(shè)計(jì)中：n=2 47.5g =6g
M=47.5X2+6= 101g（約等于）<230gx80%
注塑機(jī)額定注塑量為230g
注射量符合要求
2.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時(shí)塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過(guò)了注射機(jī)所允許的最大成型面積，則成型過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。
式中 n --型腔數(shù)目
--單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 = 7487.5 =750
=7487.5 x2+750=15725
注射成型時(shí)為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機(jī)額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=15725x30x1.1x0.001= 518.925KN<1600KN
鎖模力符合要求
2.4.3 模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核
（1）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機(jī)允許的最大模厚
--注射機(jī)允許的最小模厚
本設(shè)計(jì)中模具厚度為391mm 180
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