游戏手柄外壳模具设计.doc
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1、 目 录第1章 绪 论11注射成形基本过程12注射模的基本结构第2章 游戏手柄外壳的造型设计2.1游戏手柄外壳的选料及其性能2.2游戏手柄外壳注射成型工艺过程2.3游戏手柄外壳的结构分析2.4 游戏手柄外壳造型设计过程第3章 成型零件与浇注系统的设计3.1浇注系记录3.1.1 主浇道的设计3.1.2分浇道的设计3.1.3 浇口及冷料穴设计3.1.4铸模和开模3. 2 冷却系统设计3.3.1 凹、凸模冷却系统设计第4章 模具零件设计4.1 推出系统设计4.2 拟定模架4.3 模架各装配零件设计4.3.1 导向零件设计4.3.2 浇注系统零件设计4.3.3 推出机构零件4.3.4定位圈4.3.5
2、其他零件第5章 模具的装配和调试5.1 模具的装配5.2 模具的调试第1章 绪 论1.1注射成形基本过程注射成形是现在成形热塑性塑件的重要方法,因此应用范围很广。所使用的成形机称为注射机。注射成形是把塑料原料(一般为通过造粒、染色、加入添加剂等解决后的颗粒料)放入料筒中,通过加热融化,使之成为高粘度的流体称为“溶体”,容柱塞或螺杆作为加压工具,使溶体通过喷嘴以较高的压力(约为2580Mpa)注入模具的型腔中,通过冷却、凝固阶段,而后从模具中脱出,成为塑料制品。注射成形的全过程可以分为:(1) 塑化过程 现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备。塑料原料(称为“物料”)自送料斗以定容方式送入料筒
3、。通过料筒外的电加热和料筒内的螺杆旋转的摩擦热使物料熔化,达成一定的温度后即开始注射。注射动作是由螺杆的推动完毕的。(2) 充模过程 熔体自注射机的喷嘴喷出后,进入模具的形腔,把形腔内的空气排除,并充满形腔,然后升压到一定的压力,使熔体的密度增长,充实形腔的各部位。(3) 冷却凝固过程 热塑性塑料的注射成形过程是热互换的过程。即: 塑化 注射充模 固化成形加热 (理论上绝热) 散热l 热互换效果的优劣,觉得塑件的质量外表面质量和内在的质量。因此,模具设计对热互换也要做充足的考虑。现代的设计方法中也采用了计算机。(4) 脱模过程 塑件在型腔内固化后,必须用机械的方式把它从形腔中取出。这个动作要由
4、“脱模机构”来完毕。不合理的脱模机构对塑件的质量有很大的影响;但塑件的几何形状是千变万化的,所以必然采用最有效的和最适当的脱模方式。由(1)到(4)形成了一个循环。每一次循环,就完毕一次成形一个乃至数十个塑件。1.2注射模的基本结构注射模的基本结构依使用的目的而不同,大体上可以作如下的分类: 单腔二板式结构 二板式结构 多腔二板式结构 普通模具 单腔三板式结构 三板式结构 多腔三板式结构 滑动型心式结构 瓣合式结构特殊模具 脱螺纹结构 多层结构 第2章 游戏手柄外壳造型设计2.1游戏手柄外壳的选料及其性能选用热塑性塑料ABS作为游戏手柄外壳的材料。热塑性塑料是在特定的温度的范围内能反复加热软化
5、和冷却硬化的塑料。ABS是acrylonitritle-butadiene-styrene copolymer 的缩写,中文名是丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物。ABS可以根据规定通过改变单体的含量进行调整。当丙烯腈增长时,塑料的耐热、耐蚀性和表面硬度可改善;丁二烯可提高弹性和韧性;苯乙烯可改善电性能和成形能力。近年来ABS塑料在汽车上的应用发展不久,如作档泥板、扶手、热空气调节导管,以及小轿车车身等。阻燃级的ABS树脂则用于电子计算机的壳体,控制台、电信、光盘音响设备、彩电的机壳等。成型性能:l 无定性料,流动性中档,吸湿大,必须充足干燥,表面规定光泽的塑件须长时间预热干燥。l 宜取高料温、高模温,
6、但料温过高易分解(分解温度为250)。对精度较高的塑件,模温宜取5060,对光泽、耐热塑件,模温宜取6080。综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性、电性能良好。与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬。ABS的重要技术指标见表2-1。表 2-1密度1.021.16比容0.860.98吸水率%0.20.4收缩率%0.40.7熔点130160弯曲强度MPa90抗拉屈服强度Mpa50拉伸弹性模量MPa体积电阻率硬度HB9.7热变形温度0.45MPa130160冲击强度无缺口2611.82MPa90108缺口112.2游戏手柄外壳注射成型工艺过程游戏手柄外壳注射成形工艺过程如下:注射
7、装置准备装料预烘干 装入料斗 预塑化 注射装置准备注射清理嵌件、预热 清理模具、涂脱模剂 放入嵌件 合模 注射 保压 脱模 冷却塑件送下工序注射成形工艺参数见表2-2。表 2-2注射机类型预热和干燥料筒温度()喷嘴温度()温度()时间(h)后段中段前段螺杆式809545150170165180180200170180模具温度()注射压力(Mpa)成形时间(s)508060100高压时间保压时间冷却时间成形时间05153015304070螺杆转速(r/min)后 处 理方 法温度()时间(h)3060红外线灯、烘箱70242.3游戏手柄外壳的结构分析下面拟定游戏手柄外壳的各项技术参数:1)尺寸大
8、小和精度 游戏手柄外壳的尺寸大小根据水瓶的大小即可。游戏手柄外壳壁厚的厚度不宜过大或过小。假如壁厚太小,则游戏手柄外壳的强度、刚度不够,同时给制造带来困难。假如壁厚太大,不仅导致材料浪费,并且容易产气愤泡、缩孔等缺陷,同时因冷却时间过长而减少生产率,所以游戏手柄外壳壁厚取1.5mm。塑件的尺寸精度重要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差,由于我们要设计的零件的工作环境对精度规定不高,加之选用的塑料ABS推荐精度等级为3、4、5级,所以只规定游戏手柄外壳能与剃须刀的其它零件能正常装配即可,因此手机外壳选用4级精度。2)壁厚和圆角 塑件壁厚力求各处均匀,以免产生不均匀收缩等成形缺陷。塑件转角处一般
9、采用圆角过渡,其半径为塑件壁厚的1/3以上,最小不宜小于0.5mm。,转角处的半径见附录零件工作图,即03号图纸。3)加强肋 为了保证游戏手柄外壳的强度和刚度而不使游戏手柄外壳的壁厚过大,在游戏手柄外壳的适当位置设立了加强肋。l 4)孔 严格意义上讲塑件上的通孔和盲孔通常用单独型芯或分段型芯来成形,对于易弯曲变形的型芯,须附设支承住。但是本次设计中,考虑到生产成本的尽量缩小,该空孔的高度不高,以及我们需要的孔在工艺上规定不高,我们采用分型面直接成形法。2.4 游戏手柄外壳造型设计过程 在设计游戏手柄外壳之前,一方面看看所需要设计的游戏手柄外壳的具体形状,以便在接下来的设计中能快速、准确的设计出
10、游戏手柄外壳。需要设计的游戏手柄外壳的具体形状如图2-2所示: 第3章 成型零件与浇注系统设计注射模的普通浇注系统由主浇道、分浇道、浇口、冷料穴四部分组成。主浇道:从注射机的喷嘴与模具接触的 部分到分浇道为止的一段流道。分浇道:从主浇道的末端到浇口为止的一段流道。浇口:从分流道的末端到模具型腔为止的一段狭窄的浇道。冷料穴:一般设在主浇道的对面,有时也设在分浇道的末端。 4.1.1 主浇道的设计主浇道是一端与注射机喷嘴相接触,另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道小端尺寸为直径为5mm。主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触,属易损件,对材料规定较严,因而模具主流道部分常设计成可拆卸更
11、换的主流道衬套形式,俗称浇口套,以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热解决。本设计中浇口套由于与定位圈有配合需求,并且注射机喷嘴球半径12,遵循注射机球半径小于等于浇口套球半径的国标规定,浇口套的规格有S15,S20 等几种。由于注射机的喷嘴半径为S12,所认为浇口套取S15。主流道的形式见附录模具装配图,即04号图纸。主流道浇口套固定配合见图4-6所示。图4-64.1.2分浇道的设计在多型腔或单型腔多浇口(塑件尺寸大)时应设立分流道,分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段。因此分
12、流道设计应满足良好的压力传递和保持抱负的充填状态,并在流动过程中压力损失尽也许小,能将塑料熔体均衡地分派到各个型腔。分流道的设计应尽量使比面积小,热量损失少,摩擦阻力小。常用分流道的截面形状及尺寸参见模具设计与制造简明手册表2-49。在考虑分流道设计时,由于其水平高度已经被主流道位置拟定,因此,我们只要设计分流道的布置形式和截面形状即可。考虑到圆形截面的分流道在注射过程中对塑料流动的阻力最小,流动效率最高,因此我们选用圆形截面的分流道,直径为3mm。由于我们所设计的模具是一腔四穴的形式,因此在主浇道分流后,设计了四根分浇道。这样设计的优点是塑料在填充过程中较均匀和平稳,避免出现冷隔现象,有助于
13、保证成形零件的成形质量。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却,只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为抱负,因面分流道的内表面粗糙度Ra 并不规定很低,一般取1.6m 左右既可,这样表面稍不光滑,有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定,从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差,以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。主浇道和分流道布置位置如图4-7所示,其中主流道至各浇口流动距离相等,保证了塑料在填充过程中同时到达。4.1.3 浇口及冷料穴设计1、浇口是分流道与型腔的连接通道,它是浇注系统中截面最小的部分。当熔融的塑料流通过浇口时,流速加快,同时,由于摩擦作用,塑料流的温度升高、粘度减少,流动性
14、提高,有助于充满型腔。所以,浇口的表面粗糙度Ra值不大于0.4um。浇口的大小对塑件是否成型和成型后的质量有很大的关系。浇口位置的选择有以下几个原则:1)浇口设立在正对着型腔壁或粗大型心的地方,使高速料流直接冲击在型腔壁或型心壁上,从而改变流向,减少流速,平稳的充满型腔,可避免溶体破裂现象,消除塑件明显的溶接痕。2)浇口的位置应开设在塑件截面最厚处,以利于熔体填充材料。3)浇口的位置应使熔体流程最短,流向变化最小,能量损失最小。4)浇口的位置应有助于型腔内气体的排出。5)避免塑件产生熔接痕。6)防止料流将型心或嵌件挤压变形。7)浇口位置应尽量避免由于高分子定向作用产生的不利影响,运用高分子定向
15、作用产生的有利影响。根据以上一些原则,本设计采用侧浇口(如图4-8所示),侧浇口又称边沿浇口,国外称之为标准浇口。侧浇口一般开设在分型面上,塑料熔体于型腔的侧面充模,其截面形状多为矩形狭缝,调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。这种浇口加工容易,修整方便,并且可以根据塑件的形状特性灵活地选择进料位置,因此它是广泛使用的一种浇口形式,普遍使用于中小型塑件的多型腔模具,且对各种塑料的成型适应性均较强;但有浇口痕迹存在,会形成熔接痕、缩孔、气孔等塑件缺陷,且注射压力损失大,对深型腔塑件排气不便。浇口的各类形式和尺寸参见模具设计与制造简明手册中表2-502-60。2、冷料穴
16、 在完毕一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主浇道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所规定的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约1025mm 的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达成正常的塑料熔体温度。位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳,假如这里温度相对较低的冷料进入型腔,便会产生次品。为克服这一现象的影响,用一个井穴将主流道延长以接受冷料,防止冷料进入浇注系统的流道和型腔,把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。冷料穴的形状见模具设计与制造简明手册中表2-62。冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上(也即塑料流动的转向处),其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些
17、,深度约为直径的11.5 倍,最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积,冷料穴有六种形式,常用的是端部为Z 字形和拉料杆的形式,具体要根据塑料性能合理选用。考虑到后面采用Z形拉料秆,冷料穴选取相应形式,这种冷料穴常用于热塑性塑料注射模。冷料穴的形状和尺寸参见附录凸模工作图,即02号图纸。4.1.4铸模和开模当型心、型腔和浇注系统都生成后,模具内部就形成了一个完整的流料通道,UG可以沿着这个通道将浇注系统和型腔充满,形成一个独立的模具元件,这个过程我们称只为铸模。铸模完毕后生成的铸模零件如图4-9所示:图4-9 为了可以看清模具内部结构,并检查开模时的干涉情况,UG提供了开模功能。图4-10为模具开
18、模后的情况:4.2.1 凹、凸模冷却系统设计设立冷却装置的目的,重要是防止塑件在脱模时发生变形,缩短成形周期及提高塑件质量。凹模的冷却系统采用开设冷却水孔的方式,冷却水孔的开设原则如下:l 冷却水孔的数量应尽也许多,直径尽量大。l 各冷却水孔至型腔表面的距离应相等,一般保持在1520mm范围内,距离太近则冷却不易均匀,太远则效率低。水孔直径一般取812mm。孔距最佳为水孔直径的5倍。l 水孔通过镶块时,防止镶套管等漏水。l 冷却管路一般不宜设在型腔内塑料熔接的地方,以免影响塑件强度。l 水管接头(冷却水嘴)应设在不影响操作的一侧。凹模上的冷却水孔采用直流式,其中深孔为工艺孔,空口处用螺纹密封,
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