数码相机面壳注塑模具设计(编辑修改稿)

数码相机面壳注塑模具设计(编辑修改稿)内容摘要：

腈 丁二 烯 苯乙烯共聚物（ ABS）。 注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法 ,它具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。 注射成型的生产率高，易实现自动化生产。 因此，注射成型广泛应用于各种塑料制件的生产。 根据塑件材料为 ABS 和塑件的外形特征和使用要求，选择最佳的成型方法就是注射成型。 为使注塑成型过程顺利进行和保证塑件质量，成型前应该对所用塑料原料和设备作好一些准备工作。 了解塑料原料的颗粒大小、均匀性等；测 定塑料的工艺性能；如果来料是粉 数码相机面壳模具设计 5 料，则有时还需要对其进行染色和造粒；设定干燥条件时，对易吸湿的塑料进行充分的干燥和预热。 对料筒进行清洗或拆换。 塑件带有金属嵌件时，应对嵌件进行预热，防止嵌件周围产生过大内应力。 脱模困难的塑件，要选择合适的脱模剂。 脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而覆在模具表面的一种助剂。 常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。 设定料筒温度时，考虑塑料的玻璃化温度、熔点、分解温度。 设定模具温度时，考虑塑料的成型收缩率及成型时模具温度范围。 塑料制品后加 工时，考虑塑料的吸湿性、结晶性、耐化学性、热变形温度等。 注塑是将颗粒状态或粉状塑料，从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融，塑化成为黏流态熔体，在注塑机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速经过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后，开模分型获得塑料制品。 注塑过程可简写为：加料 —塑化 —注射 —保压 —冷却 —脱模。 具体如下。 加热、预塑化：塑料芯块（或粉末）被装入进料斗，穿过一条在注射料筒中通过旋转螺杆的作用下塑料芯块（或粉末）被向前推进的通道。 螺杆的旋转迫 使这些芯块在高压下对抗使它们受热融化的料筒加热壁。 加热温度在 265 至 500 华氏度之间。 塑化、注射：随着压力增强，旋转螺杆被推向后压直到积累了足够的塑料能够发射。 注射活塞迫使熔融塑料从料筒，通过喷嘴、浇口和流道系统，最后进入 模具型腔。 在注塑过程中，模具型腔被完全充满。 当塑料接触冰冷的模具表面，便迅速固化形成表层。 由于型芯还处于熔融状态，塑料流经型芯来完成模具的填充。 典型地，在注塑过程中模具型腔被填充至 95%~98%。 数码相机面壳模具设计 6 保压、冷却： 然后模具成型过程将进行至压紧阶段。 当模具型腔充满的时候，熔融的塑料便开 始冷却。 由于塑料冷却过程中会收缩，这增加了收缩痕、气空、尺寸不稳定性等瑕疵。 为了弥补收缩，额外的塑料就要被压入型腔。 型腔一旦被填充，作用于使物料熔化的压力就会阻止模具型腔中的熔融塑料由模具型腔浇口处回流。 压力一直作用到模具型腔浇口固化。 这个过程可以分为两步（压紧和定型），或者一步完成（定型或者第二阶段）。 在压紧过程中，熔化物通过补偿收缩的保压压力来进入型腔。 固化成型过程中，压力仅仅是为了阻止聚合物熔化物逆流。 固化成型阶段完成之后，冷却阶段便开始了。 在这个阶段中，部件在模具中停留某一规定时间。 冷却阶段的时间长 短主要取决于材料特性和部件的厚度。 典型地，部件的温度必须冷却到物料的喷出温度以下。 脱模：模具型腔内的塑料制品冷却定型后，锁模机构开模，推出塑件。 塑料熔体在成型过程中有时会存在不均匀结晶、取向和收缩应力，导致塑料制品在脱模后变形，力学性能、化学性能及表观质量变坏，严重时甚至会引起塑料制品开裂。 为了解决这些问题，常常对塑件进行后处理，后处理的方法主要有退火处理和调湿处理。 退火处理 （ 1）退火目的 ① 消除或降低塑料制品成型后的残余应力 ② 降低塑料制品的硬度，提高塑料制品 的韧度。 （ 2）退火工具 烘箱或液体介质（如热水、热油等）。 （ 3）退火温度 塑件使用温度加 10～ 20℃ ，或塑件变形温度减 10～ 20℃。 （ 4）退火时间 退火时间与塑件壁厚有关，通常可按每毫米厚度约需半小时估算。 调湿处理 （ 1）调湿目的 调湿处理主要针对吸湿性很强，且易氧化的尼龙类制品，用于消除内应力，达到吸湿平衡，以稳定尺寸。 （ 2）调湿介质 一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为 121℃ ）。 （ 3）调湿温度 100～ 120℃。 （ 4）调湿时间 保湿时间与壁 厚有关，通常为 2～ 9h。 数码相机面壳模具设计 7 要想获得合格的塑件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。 只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。 塑件结构工艺性设计的主要内容包括：尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形状、壁厚、斜 度、加强筋、支承面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、文字、符号及标记等。 壁厚 塑件壁厚不能过小，否则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力加 大；塑件壁厚不能过大， 否则会造成用料过多而增加成本，也易产生气泡、缩孔等缺陷而影响产品质量。 查相关手册可知 ABS 的最小壁厚为 ，小型塑件的推荐壁厚为 ，本课题数码相机面壳的壁厚为 ，属于薄壁壳体类塑件。 塑件尺寸精度 对塑料制品的精度要求不能过高，应在保证使用性能的情况下，尽可能选用低精度等级。 本课题 采用一般精度 MT3。 塑件表面粗糙度 塑件的表面粗糙度主要取决于成型模具型腔表面的粗糙度。 一般模具型腔表面的粗糙度要比成型制品的表面粗糙度低 12 级。 本课题采用Ra（ ~） 181。 m。 圆角 塑 料制品的转角处应尽可能用圆弧过渡。 其优点有：避免应力集中，可提高制品强度；改善流动状况；利于成型，利于脱模。 在注射成型时应控制的温度有料温和模具温度，料温是指料筒温度和喷嘴温度，料筒温度又包括前段温度、中段温度和后段温度。 料温影响塑件的塑化和填充，模具温度则影响熔体的填充和冷却固化。 温度要求具体如下： 料筒温度 料筒温度应控制在塑料的粘流温度 Tf（对结晶型塑料为熔点 Tm）和热分解温度 Td 之间。 料筒温度直接影响到塑料熔体充模过程和塑件的质量。 料筒温度高 ，有利于注射压力向模具型腔内传递，另外，使熔体粘度降低，提高流动性，从而改善成型性能，提高生产率，降低制品表面粗糙度。 但料筒温度过高，时间过长时，塑料的热降解量增大，塑件的质量会受到很大影响。 选择料筒温度时，应考 数码相机面壳模具设计 8 虑以下几方面的影响因素： （ 1）塑料的特性 热塑性塑料中流动性差的塑料要适当提高料筒温度。 （ 2）注塑机类型 螺杆式注塑机由于螺杆转动时的剪切作用能获得较大的摩擦热，促进塑料的塑化，因而料筒温度选择比柱塞式注塑机低 10～ 20℃。 （ 3）塑件及模具结构特点 薄壁塑件的型腔比较狭窄，塑料 熔体注入时的阻力大，冷却快。 料筒温度应选择高一些，反之则低一些。 料筒温度并不是一个恒温，而是从料斗一侧开始到喷嘴为止是逐步升高的，这样可使塑料温度平稳上升达到均匀塑化的目的。 喷嘴温度 选择喷嘴温度时，考虑到塑料熔体与喷孔之间的摩擦热能使熔体经过喷嘴后出现很高的温升，为防止熔体在直通式喷嘴可能发生的 ―流涎现象 ‖，通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度。 但对于热固性塑料一般都将喷嘴温度的取值高于料筒温度，这样一方面使其自身具有良好的流动性，另一方面又能接近硬化温度的临界值，即保证了注射成型，又有利于硬化定型。 模具温度 模具温度的高低决定于塑料的结晶性、塑件的尺寸与结构、性能要求以及其他工艺条件（熔料温度、注射压力及注射速度、成型周期等）。 模具温度根据不同塑料的成型条件，通过模具的冷却（或加热）系统控制。 对于要求模具温度较低的塑料，如 ABS 塑料等应在模具上设冷却装置；对模具温度要求较高的塑料，如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等应在模具上设加热系统。 注射成型过程中的压力包括注射压力、塑化压力（即背压）和保压压力。 注射压力 注射压力是指柱塞或螺杆轴向转动时，其头部对塑料熔体所施加的 压力。 它的作用：一是克服塑料熔体从料筒流向型腔时的阻力，保证一定的充模速率；二是对塑料熔体进行压实。 注射压力的大小，取决于塑料品种、注射机类型、模具浇注系统的结构、尺寸与表面粗糙度、模具温度、塑件的壁厚及流程大小等多种因素。 注射压力过低，则熔体难以充满型腔，造成熔接痕、填充不满等缺陷；注射压力过高，可能造成飞边、粘模、顶白等缺陷。 当注射压力过大而浇口较小时，熔体在型腔内将会产生喷射现象，造成气泡和银丝等缺陷。 近年来，采用注塑流动模拟的计算机分析软件，可对注射压力进行优化设计。 确定注射压力的原则是： 数码相机面壳模具设计 9 （ 1）对于热塑性塑料，注射压力一般在 40～ 130 MPa 之间。 （ 2）对于热固性塑料，由于熔料中填料较多，粘度较大，且在注射过程中对熔体有温升要求，注射压力一般要选择大一些，常用范围约为 100～ 170 MPa。 （ 3）在其他条件相同的情况下，柱塞式注塑机作用的注塑压力应比螺杆式的大，因为塑料在柱塞式注塑机料筒内的压力损失比螺杆式的大。 塑化压力 塑化压力又称背压，是注塑机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力。 增加塑化压力能提高熔体温度，并使温度分布均匀，但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周 期，甚至可能导致塑料的降解。 一般操作中，塑化压力应在保证塑件质量的前提下越低越好，具体数值随所选用的塑料品种而变化，通常很少超过 6 MPa。 如聚酰胺塑化压力必须较低，否则塑化速率将很快降低。 注射热固性塑料时一般塑化压力都比热塑性塑料取的小，约为 ～ MPa，并在螺杆启动时可以接近于零。 但要注意的是，背压力如果过小，物料易充入空气，使计量不准确，塑化不均匀。 保压压力 保压压力和保压时间有关，它是在熔体充满型腔后，熔体在冷却收缩阶段，注塑机持续作用在于熔体的力。 它主要影响模腔的压力及塑料制品最终的 成型质量。 塑料制品越大或壁厚越厚，要求保压压力越大和保压时间越长。 保压压力和保压时间不够时，易造成制品表面产生收缩凹陷、内部组织不良、力学性能变差等缺陷。 成型周期决定模具的劳动生产率，因此越短越好。 成型周期是指完成一次注塑工艺全过程所用的时间，包括合模时间、注射时间、保压时间、冷却时间、开模时间、顶出时间及其他时间（如放嵌件、喷脱模剂等）。 其中保压时间和冷却时间占的比例最大，有时可达 80%。 而保压时间和冷却时间在很大的程度上取决于塑件的壁厚，因此可以根据塑件的壁厚来大致估算模具的成型周期（见表 23）。 表 23 成型周期的经验估算法 塑件壁厚 /mm 成型周期 /s 10 15 22 28 35 数码相机面壳模具设计 10 第三章 数码相机面壳模具设计 注射成型机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统等组成，如图 31 所示。 注射装置使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔。 合模装置也称锁模装置，保证注射模具可靠地闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件。 液压和电器 控制系统保证注射机按预定工艺过程 的 要求 （如 压力 、温 度、 速度 和时 间） 和 动作 程序 准确 有效 工作。 注塑机的分类方法有三种：按外形分，按塑化方式分、按用途分和按传动方式分。 按外形分 可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注塑机。 （ 1） 卧式注塑机 合模系统与注射系统的轴线重合，并与机器底面平行，具有机器重心低、稳定，操作维修方便，自动化程度高，生产效率高等优点；缺点是占地面积大。 它是最普遍、最主要的注塑机形式。 （ 2）立式注塑机 合模系统与注射系统的轴线重合，并与机器底面垂直，具有占地面积小、模具拆装方便安装嵌件和活动型芯简便可靠等优点；缺点是重心高、不稳定，加料较困难，不易自动化生产等。 （ 3）直角式注塑机 合模系统和注射系统的轴线互相垂直，具有结构简单等优点；缺点是机械传动无法准确可靠的注射和保持压力及锁模力，模具受冲击和振动较大。 适合生产形状不对称及使用侧浇口的模具。 图 31 注塑机的基本组成 1合模 装置 2注射装置 3液压传动系统 4电器控制系统 数码相机面壳模具设计 11 按塑化方式分 可分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。 立式注射机与直角式注射机结构为柱塞式，不宜加工流动性差、热敏性强的塑料制品；卧 式注塑机结构多为螺杆式，螺杆可作旋转运动，亦可作往复运动。 按用途分 可分为通用型和专用型。 按传动方式分 可分为机械式、液压式和机械液压联合式。 注塑机的规格是指决定注射机加工能力和适用范围的一些主要技术参数，这些参数包括注射、合模和综合性能，如额定注射量、额定注射压力、额定锁模力、模具安装尺寸及开模行程等。 注塑机型号规格目前世界上尚无统一的标准，它是用来表示注塑机加工能力的，而反映注塑机加工能力的主要参数是公称注射量和锁模力。 因此常用额定注射容积数量和锁模力大小 来表示注塑机型号规格。 额定注射量是指注塑机在注射螺杆（或。