CPU散熱器外殼的注塑模具設計-斜頂抽芯塑料注射模含NX三維及10張CAD圖

CPU散熱器外殼的注塑模具設計-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,模具設計,斜頂抽芯,塑料,注射,nx,三維,10,cad 摘 要 本文設計的注射成型產品是CPU散熱器外殼塑料件，文章主要是對CPU散熱器外殼的塑料模具進行設計與分析，使用3D設計出了CPU散熱器外殼的注塑模具。通過對塑料件的材料分析，模具結構的擬定，采用一模兩腔，側澆口進料，注射機采用海天160X2A型號，模架的確定、脫膜系統(tǒng)以及溫度調節(jié)系統(tǒng)等方面設計出這套塑料模具，選用斜頂抽芯機構，設計出澆注系統(tǒng)和脫模機構。并配備了相應的圖紙。完整地描述了塑料設計的程序步驟，并參閱了大量相關的資料。 關鍵詞：CPU散熱器外殼；注塑模具；一模兩腔；側澆口；注射機；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 塑件的結構設計 3 1.3 塑件尺寸及精度 4 1.4 塑件表面粗糙度 4 1.5 塑件的體積和質量 4 第2章 成型工藝方案及模具結構的確定 6 2.1 注射成型工藝過程分析 6 2.2 澆口種類的確定 7 2.3 型腔數目的確定 7 2.4 注射機的選擇和校核 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 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 10 第3章 注射模具結構設計 11 3．1 分型面的設計 11 3．2 型腔的布局 12 3．3 澆注系統(tǒng)的設計 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 主流道的設計 13 3．3．4 分流道的設計 15 3．3．5 澆口的設計 15 3．3．6 冷料穴的設計 16 3．4 注射模成型零部件的設計 17 3．5 成型零部件工作尺寸的計算 17 3．5．1 凹模的設計 17 3．5．2 凸模的設計 20 3．5 排氣結構設計 21 3．6 脫模機構的設計 22 3．6．1 脫模機構的選用原則 22 3．6．2 脫模機構類型的選擇 22 3．6．3 推桿機構具體設計 22 3．7 注射模溫度調節(jié)系統(tǒng) 23 3．8冷卻系統(tǒng)之設計規(guī)則 24 3. 9斜頂的設計 25 3．10 模架的選用 28 第4章 注塑模具工作原理 31 總結 32 致謝 33 參考文獻 34 前 言 工業(yè)發(fā)展離不開生產制造，而生產制造離不開模具產業(yè)的發(fā)展。模具設計水平與生產率幾乎成正比。優(yōu)秀的模具設計可以最大化利用現有資源，最大化利用時間，為工業(yè)的生產提供廣大的優(yōu)化空間。模具設計的優(yōu)劣影響著生產制造的效率和質量。 塑料于1927年被科學家發(fā)明，隨著現代科學技術的飛速發(fā)展，更多優(yōu)異的塑料被發(fā)明。并廣泛應用于國防軍工、工業(yè)生產，日常生活，大大促進了塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，導致塑料工業(yè)逐漸占據了在工業(yè)制造上的很大比重。一個性能優(yōu)異的塑料件甚至能代替多個有著傳統(tǒng)工藝的金屬件，導致塑料件的使用范圍逐步擴大。 塑料模具是工業(yè)上專門用來生產塑料制品的工具，這個工具內有成型模腔。在工作時，將塑料模具安裝在注塑機上，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，在腔內經過塑料模具冷卻系統(tǒng)冷卻后成型，然后上模與下模分開，模具的脫模系統(tǒng)中的頂出機構將成品從模腔頂出脫離模具，接著塑料模具再合閉進行下一次注塑成型，整個工作過程是循環(huán)進行的。塑料模具的具體結構有很多種，但基本結構是一致的，塑料種類和特性、塑料制品的外形尺寸特點以及所選注射機型號等原因決定了塑料模具的結構變化。模具主要由澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)、型芯型腔和標準件組成。因為澆注系統(tǒng)和型芯型腔是與塑料直接接觸部分，是塑料模具構成部分中比較復雜、變化較大，加工工藝要求最高的部分。 目前，我國的模具企業(yè)大多屬于中低檔企業(yè)，技術水平不高，很多的高精度、高質量模具仍然依賴進口，比如李克強總理就曾經指出“我們連圓珠筆的筆頭都造不出來，需要進口”這一技術低端現象。對于行業(yè)來說，不斷提高技術水平，走向尖端，是發(fā)展的必然選擇。在模具行業(yè)里，一般的設計人員并不少見，而高端技術人才十分缺乏。如果要改變我國的模具行業(yè)低端現象，作為設計人員就要有更高的技術水平與實踐經驗。 35 第1章 塑件的工藝分析 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具結構和模具精度。 CPU散熱器外殼如圖所示，具體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構中等復雜程度，生產量大，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，可制作任意形狀的塑件。ABS的強度比較高，可制作一些日用產品，其產品比較耐用，實用性比較高，產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（10-5℃-1） 成型收縮率（%） ABS 6.0～9.3 0.4～0.9 1.2 塑件的結構設計 （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。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據文獻[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 選擇壁厚時應力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數值為2～3。該產品壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2左右。 （3）、塑件的圓角 為防止塑件轉角處的應力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應位置模具和塑件的力學角度，需要在塑件的轉角處和內部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，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，內圓角半徑應是壁厚的0.5倍。 該塑料件表面圓角半徑和內部轉彎處圓角為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。但當孔太復雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產成本提高，困此在塑件上設計孔時，應盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產生熔接痕，導致孔的強度降低，故設計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。 1.3 塑件尺寸及精度 根據我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻[2]表3-2塑件的尺寸與公關（SJ1372-1978）的塑料制件公差數值標準來確定。根據任務書和圖紙要求，本次產品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。 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為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高許多，為Ra0.2，內部為0.4。 1.5 塑件的體積和質量 本次設計中，塑件的質量和體積采用測量，在3D軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的質量（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的質量約為47.5g。 第2章 成型工藝方案及模具結構的確定 2.1 注射成型工藝過程分析 根據塑件的結構、材料及質量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產品質量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。 （1）、成型前對原材料的預處理 根據注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當的預熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。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之前，或者在生產中需要改變產品、更換原料、調換顏色或發(fā)現塑料中有分解現象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。 柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內的存料量較大而不易對其轉動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。 （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計。在和產上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經脫?；驒C械加工后，常需要進行適當的后處理，目的是為了消除存在的內應力，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濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小時。 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噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設計的好壞對塑件性能、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計恰當與否直接關系到制品能否完好的成型。 由于本設計中CPU散熱器外殼塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。側澆口直接在中間的圓端面處進，CPU散熱器外殼組裝后，澆口被遮擋起來。 側澆口主流道需要設置鉤針，分流道與產品相連，頂出產品包含流道連接在一起。 2.3 型腔數目的確定 因為本設計中采用側澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產成本和提高生產效率，采用一模兩腔，進行加工生產。 2.4 注射機的選擇和校核 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，總注塑量達到101g，再根據工藝參數（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天160X2A。注射方式為螺桿式，其有關性能參數為： 海天HTF160X2A 型號 160×2A 160×2B 160×2C 參數 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 螺桿轉速 0~230 料筒加熱功率 9.3 鎖模力 1600 拉桿內間距(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 液壓頂出桿數量 5 油泵電動機功率 18.5 油箱容積 240 機器尺寸(長×寬×高) 5.4×1.45×2.05 機器重量 5 最小模具尺寸(長×寬) 320×320 2.4.1 注射量的校核 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內。校核公式為： 式中 --型腔數量 --單個塑件的質量（g） --澆注系統(tǒng)所需塑料的質量（g） 本設計中：n=2 47.5g =6g M=47.5X2+6= 101g（約等于）<230gx80% 注塑機額定注塑量為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。如果這一數值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現漲模溢料現象，必須滿足以下關系。 式中 n --型腔數目 --單個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 注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對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額定鎖模力。即： （）P < F 式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa） F—注射機額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據教科書表5-1，型腔內通常為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 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 （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 --注射機允許的最大模厚 --注射機允許的最小模厚 本設計中模具厚度為391mm 180

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