模具毕业设计--零件的模具设计及数控加工.doc

毕 业 设 计 Up_CoverUp_Cover 零件模具设计及数控加工零件模具设计及数控加工 TheThe designdesign andand numericalnumerical controlcontrol precessingprecessing ofof Up_coverUp_cover mouldmould 系系 别：别： 机电工程系机电工程系 专专 业业 名名称称： 机械设计制造及其自动化机械设计制造及其自动化 学学 生生 姓姓名：名： 学学 号：号： 指导教师姓名、职称指导教师姓名、职称： 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 1 - 完成日期 2013 年 4 月 25 日 吉林大学珠海学院毕业设计任务书 姓名姓名周学号学号班级班级 系别系别机电工程系专业专业机械设计制造及其自动化 毕业设计题目毕业设计题目Up_cover 零件的模具设计及数控加工 指导教师指导教师所在单位所在单位吉林大学珠海学院机电工程系 毕业论文（设计）题目简介（包括任务、时间安排、参考资料等） 任务：任务：此次模具设计过程中，应用 UG 软件，拟定模具设计加工路线：分内外型腔 分型面生成对应的前模后模布局生成模架模具各种系统的设计 拟定前模后模的加工方法及走路线 时间安排：时间安排： 2012 年 10 月-12 月选题并完成开题报告、外文翻译。 2013 年 1 月-2 月进行数据处理、三维建模、模架设计、总装配图纸 2013 年 2 月-4 月进行零件装配图、毕业设计说明书 参考资料：参考资料： 1.数控加工工艺 徐宏海主编 化学工业出版社 2.塑料成型模具 申开智主编 中国轻工业出版社 3.模具材料 高为国主编 机械工业出版社,1996 4.实用模具技术 马长福 上海科学技术文献出版社.1998 5.机械制造工艺基础 傅水根,马二恩,张学政 清华大学出版社 1998 6.Elements of Mechanical Engineering Rajput R K. Katson Publ.House,1985 系专家组审核意见：系专家组审核意见： 吉林大学珠海学院机电工程系吉林大学珠海学院机电工程系 年年 月月 日日 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 1 - 摘要摘要 当今世界，科技的不断发展为制造业提供了强有力的支持，而模具在制造业中的地 位也越来越重要。在日常生活中，模具产品占的比重越来越大，可以确切的说，我们的 生活已经离开不了模具，特别是电子产品。模具的优点很多，正因为如此，它才经久不 衰。为了能跟上时代的脚步，本次课程设计将使用软件、各种文献资料、设计书籍来设 计模具，这对个人的设计能力，运用能力等有着长远的影响。 本次毕业设计用 up_cover 模具零件来设计其模架及加工刀路，着重讲解模具设计流 程，数控加工刀路的编程。首先用 NX4.0 对 up_cover 的基本属性进行分析，然后用布局 并创建分型面，接着选择注塑机并且校核注塑机参数。等这些工作做好后，接下来将设 计该模具的浇注系统、总体结构、脱模机构、冷却系统等，还有标准件的调用，再用 NX4.0 软件对成型零件的数控加工，确定刀具路径和加工方法并模拟它的加工过程。 当模架、加工刀路完成的时候，模架的装配图，主要零部件的制图将在后面呈现。 关键词关键词 模具模具 、数控、编程、设计流程、数控、编程、设计流程 、NX4.0NX4.0、 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 2 - Abstract Nowadays, the development of science and technology, which have a powerful support to the manufacture, and the mould is more and more important. In the daily life, mould product taking up a bigger and bigger part, that is to say, we can not live without mould, in the electronic products especially. there are many superiority in the mould, which make the mould to development and use during the decades. In order to catch up with the times, this design will use software, many literatures and some of the reference books to complete, and it will be a long-term influence in the future in personal design ability, the ability to use the knowledge and so on. This mission will use the mould of up_cover to design. The explain, which is the most important, is the mould design flow and the programming of numerical control way. First, i will use NX4.0 to analyse the bases property of up_cover, arrange the work piece and then create the separable face. Secondly, the machine which use to inject will be ensure and check. After a several works, i will design the system of pouring, the construction of the mould, the demould facility, the cooling system.and the norm spare part. At last, the software(NX4.0) will be use to imitate the numerical control process, ensure the route of tool, the method to process and stimulate its procedures. When the procedures are complete, the assembly drawing, the main component drawing will be show at the back. 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 3 - 目录目录 1 1、 绪论绪论 .- 4 - 1.1 设计题目：- 5 - 1.2 任务分析- 6 - 2 2、塑件塑料品种的确定和结构工艺性、塑件塑料品种的确定和结构工艺性 .- 6 - 2.1 塑料品种的确定- 6 - 2.2 ABS 塑料的性能 - 7 - 2.3 塑料精度- 8 - 2.4 塑件的表面粗糙度- 8 - 3 3、分型面及型腔的设计、分型面及型腔的设计 .- 8 - 3.1 分型面选择- 8 - 3.1.1 选择模具分型面的九个基本原则：.- 9 - 3.1.2 Up_Cover 塑件分型面的确定.- 9 - 3.1.3 生成分型面.- 10 - 3.2 型腔的确定- 10 - 4 4、凹模、凸模厚度尺寸设计、凹模、凸模厚度尺寸设计 .- 10 - 5 5、注塑机的选择、注塑机的选择 .- 13 - 6 6、 注射机有关参数的校核注射机有关参数的校核 .- 15 - 61 校核所选注塑机的最大注射量- 15 - 62 校核所选注塑机的锁模力- 15 - 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 4 - 63 校核所选注塑机的注塑压力- 16 - 64 确定所设计模具的闭合高度- 16 - 65 校核模具安装部分- 16 - 66 校核开模行程 .- 17 - 7 7、浇注系统的设计、浇注系统的设计 .- 17 - 7.1 主流道的设计 .- 18 - 7.2 分流道的设计- 19 - 73 冷料穴和拉料杆的设计- 19 - 74 浇口的设计 .- 20 - 7.4.1 浇口的形式：- 20 - 7.4.2 浇口的尺寸：- 21 - 7.5 排气系统的设计- 21 - 8 8、 成型零件设计成型零件设计 .- 22 - 9 9、 结构零部件的设计结构零部件的设计 .- 22 - 9.1 注射模标准模架的选择 .- 22 - 9.2 支承零部件设计 .- 24 - 9.2.1 垫块选择- 25 - 9.2.2 动定模坐板- 25 - 9.3 合模导向装置 .- 25 - 9.3.1 导柱导向机构.- 25 - 9.3.2 导套- 26 - 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 5 - 9.4 推杆、推板固定板- 27 - 9.5 冷却管道的设计- 28 - 9.6 模架.- 29 - 1010、电极、电极 .- 29 - 10.1 电极的设计.- 30 - 1111、模具的数控加工、模具的数控加工 .- 30 - 11.1 凹模的加工 .- 30 - 11.1.1 凹模的加工事项.- 30 - 11.1.2 编凹模的加工刀路.- 31 - 11.1.3 刀路的仿真.- 31 - 11.2 后模的加工- 32 - 11.2.1 后模的加工事项.- 32 - 11.2.2 编后模的加工刀路.- 33 - 11.2.3 刀路的仿真.- 33 - 1212、装配图、装配图 .- 34 - 致谢致谢 .- 35 - 附电子文档附电子文档 .- 37 - 参考资料参考资料 .- 40 - 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 6 - 1、 绪论 模具在现代生产中的地位不可动摇，从塑料的诞生到现在，模具这个行业一直经久 不衰。他的成型方式简单，但是结构却可以很复杂，因此深受制造业的喜爱。模具的优 点很多，其适应性也强，所以在很多行业如汽车行业，电子行业，船舶和航天行业等都 具有广泛的应用。模具时一种塑料成型的重要工艺设备，虽然模具自身价值比较贵，但 是其生产的产品所得到的价值往往远远超过自身价值，因此国民经济的基础工业非模具 莫属了，当今世界上衡量一个国家产品制造业水平高低的重要标志之一就是国内模具的 生产水平。我国的模具制造业和外国先进的模具制造技术还相差很大，所以发展势头还 是比较明显的，而模具的制造生产流程，也日益往更加小，更加精确，更加轻巧的方面 发展，另外，为了配合企业的运作，模具制造的效率也不断地提高，制造成本也不断下 降，日益成熟化。 本课题是Up_cover 零件的模具设计及数控加工 。分析 up_cover 塑件的基本属性， 再选用适用并且合理的注塑机，最后设计 up_cover 塑件合理的适用模具。 1.1 设计题目： 如图 1 所示的塑件实物（黄色）为一个零件，是一个产品的上壳，需要达到一定的刚性 和强度，塑件看上去比较简单，上表面平整光滑，并且零件不透明，其形状主要由曲面 与平面构成，左右对称，由此可见该零件具有良好的受力性能。 体积： 4.458103mm3 长:124.815mm 宽:24.433mm 高:9.4693mm 投影面积： 2394mm2 面积：9.229x103 mm2 密度： 7.8310-6 g/ mm3 质量 ： 35.61g 回转半径 : 33.73 mm 重量:0.349265252 N 我的设计要求是： （1）确定 Up_cover 塑件所用塑料是什么； （2）确定注塑机型号以及验证其参数. 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 7 - （3）设计成型 Up_cover 塑件的注塑模具类型及大小； （4）塑件的公模和母模的数控加工编程。 1.2 任务分析 我通过对设计题目、设计要求的分析，首先在设计前应确定塑件所用塑料的品种是什 图 1-1 塑件三维图 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 8 - 么，接下来再确定塑件的精度等级是多少，从而获取塑料的基本工艺参数。通过对塑件结 构进行观察可知：塑件的上表面是比较光滑的平面，其厚度比较均匀，在下表面，有加强 肋的存在，导致厚度不一样，其目的是为了保证塑件的力学性能。在设计时要注意浇口位 置及其尺寸的设计，以避免缩痕与翘曲变形，因为浇口的设计往往影响到产品的成型。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 9 - 2、塑件塑料品种的确定和结构工艺性 2.1 塑料品种的确定 这个 Up_cover 是黄色不透明塑料，根据注塑模具的要求，我选用 ABS 塑料。在工程 塑料中有很多品种满足塑件的使用要求，为什么我选 ABS 呢，理由如下： 从成型工艺性和成本方面来考虑，聚甲醛的热稳定性非常不好，而且加工工艺要求比较 高，预算会比较高；聚碳酸酯的分子链成型时的粘度较大，而且比较刚硬，需要用比较 高的注塑压力来注塑，成型后制品中容易产生内应力。 2.2 ABS 塑料的性能 作为五大合成树脂之一，ABS 的抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能 确实非常优秀，它还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着 色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工，广泛应用于机械、 汽车、电子电器、仪表、和建筑等工业领域，是一种用途极广的热塑性工程塑料。 ABS 塑料的性质与材料功能：ABS 塑料是淡黄色、不透明、非结晶塑料，密度为 1.03- 1.07g/cm3。 成型性能 ： 1. 无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥。 2. 宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270 度).对精度较高的塑件, 模温宜取 50-60 度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取 60-80 度. 3. 如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位 等方法。 4. 如成形耐热级或阻燃级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解物，导致模 具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 5. 冷却速度快，模具浇注系统应以粗，短为原则，宜设冷料穴，浇口宜取大，如： 直接浇口，圆盘浇口或扇形浇口等，但应防止内应力增大，必要时可采用调整式 浇口。模具宜加热，应选用耐磨钢。 6. 料温对塑件质量影响较大，料温过低会造成缺料，表面无光泽，银丝紊乱料温过 高易溢边，出现银丝暗条，塑件变色起泡。 7. 模温对塑件质量影响很大，模温低时收缩率，伸长率，抗冲击强度大，抗弯，抗 压，抗张强度低。模温超过 120 度时，塑件冷却慢，易变形粘模，脱模困难，成 型周期长。 8. 成型收缩率小，易发生熔融开裂，产生应力集中，故成型时应严格控制成型条件， 成型后塑件宜退火处理。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 10 - 9. 熔融温度高，粘度高，对剪切作用不敏感，对大于 200 克的塑件，应采用螺杆式 注射机，喷嘴应加热，宜用开畅式延伸式喷嘴，注塑速度中高速。 物料性能： 1. 综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好. 2. 与 372 有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。 3. 有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 4. 流动性比 HIPS 差一点，比 PMMA、PC 等好，柔韧性好。 5. 适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件 以上资料引自百度百科。 2.3 塑料精度 影响模塑件尺寸的因素十分复杂，主要有模具制造的精度，模制时由于工件条件的变 化引起成型收缩率的波动，同时由于磨损等因素会造成模具尺寸不断变化，活动配合间隙 的变化以及模制件脱模斜度都会影响塑料制件的精度。模具设计应尽可能选用低精度等级。 塑件公差等级的选用与塑料的品种有关：模具塑件尺寸公差的代号为 MT，公差等级分 为 7 级,每一级又可分为 A、B 两部分，其中 A 为不受模具活动部分影响尺寸的公差，B 为 受模具活动部分影响尺寸的公差。塑件尺寸精度的确定应合理选择，当材料为 ABS 时，选 取一般精度等级为 MT3，未注公差尺寸的公差等级为 MT5。 以上部分资料引自文献. 2.4 塑件的表面粗糙度 塑件的表面粗糙度除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点外，模具型腔 的粗糙度起着决定性作用。有的制品表面要求很高，型腔表面粗糙度要求达到 Ra0.02- 0.4m。一般模具的表面粗糙度要比塑件的低 12 级，塑料制件的表面粗糙度 Ra 值一般 为 0.80.2m，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度不断加大，应随时给以抛光 复原。透明制件要求型腔和型芯的表面粗糙度相同；而不透明制件则根据使用情况而定， 非配合表面和隐藏面可取较大的表面粗糙度值,除塑件外表面有特殊要求外，一般型腔的 表面粗糙度要低于型芯的表面粗糙度。ABS 塑料表面粗糙度的取值范围为 0.025m1.6m。 以上文献引自文献. 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 11 - 在本设计中表面粗糙度采用 1m。 3、分型面及型腔的设计 3.1 分型面选择 一般分型面是与注塑机开模方向相垂直的平面。 分型面是模具结构中的基准面，他影响着零件的成型，而且对后续设计有非常大的影 响，因此确定模的分型面是本次模具设计以及其他模具设计中的重要环节之一。本人用 UG 里面的注塑模具来生成分型面，方便了设计的整个过程。 3.1.1 选择模具分型面的九个基本原则： 1、符合胶件脱模的基本要求，换句话说，产品出模时，能使胶件从模具内取出，分 模面位置应设在胶件向最大的投脱模方影边缘部位。 2、确保胶件留在后模一侧，并利于顶出且顶针痕迹不显露于外观面。 3、分模线不影响胶件外观。分模面应尽量不破坏胶件光滑的外表面。 4、确保胶件质量。 5、分模面选择应尽量避免形成侧孔、侧凹，若需要行位成形，力求行位结构简单， 尽量避免前模行位。 6、合理安排浇注系统。 7、满足模具的锁紧要求，将胶件投影面积大的方向，放在前、后模的合模方向上， 而将投影面积小的方向作为侧向分模面；另外，分模面是曲面时，应加斜面锁紧。 8、便于模具的加工。 9、设计时候要保证成型后外观整洁。 以上引用自文献 4 3.1.2 Up_Cover 塑件分型面的确定 实际的模具结构有三种，分别是型腔完全在前模一侧，型腔完全在后模一侧和型腔各有 一部分在前、后模。 根据塑件的结构特点，产品有一小部分在后模，明显需要采用第三种模具结构方案。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 12 - 基于上述的选择分型面的原则，产品的分型面如图 31 所示。 3.1.3 生成分型面 首先进入注塑模具板块，然后把 up_cover 项目初始化，设置材料及收缩率，调整坐标， 再把模具坐标调到体中心。接下来设计腔体数目，本设计根据工件的实际情况，选择腔 体数目为 2 来布局，并自动对准中心。然后进入分型设计，先设区域颜色，再抽取分型 线，然后放置点，最后生成分型面并合并。 3.2 型腔的确定 型腔数由塑件的质量及其几何形状、成本，交货期等因素有关。特别针对本次设计， 从经济角度和经验出发，而且精度要求不高的情况下，本次设计采用一模两腔。 图 3-1 产品的分型面 图 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 13 - 4、凹模、凸模厚度尺寸设计 凹模用于产品外表面的成型，精度要求高、材料耐热、耐冲击、耐磨、硬度高、耐 腐蚀、抛光性能好；前模不容许烧焊。因此选用外国钢材 718S 为加工材料。718S 抛光性 好, 抗拉强度高和耐磨性好,很适合用来做本次设计的凹凸模。它的出厂硬度(经硬化及 回火):718S 为 HB290-330;718H 为 HB330-370,主要化学成份(%):C 为 0.38%;Si 为 0.3%,Cr 为 2.0%,Ni 为 1.0%,Mn 为 1.4%,Mo 为 0.2%,价格为 2628 元/磅（1 磅16 盎司 0.4536 千克） 。 凸模用于产品内表面的成型，后模材料较硬，表面质量一般情况下比前模要求低一 些，因此选用和前模一样的材料。 由于此零件需一模两出，因此需要对零件进行排位，由于此零件厚 1.2mm，根据型腔 至内膜镶件边经验数值（表 1）可得型腔至内膜镶件边数值为 15mm。 表表 1 1 型腔至内膜镶件边经验数值型腔至内膜镶件边经验数值 型腔深度型腔至内膜镶件边数值/mm型腔深度型腔至内膜镶件边数值/mm 20mm152030403035 2030mm2530403550 注：1 凸模和凹模的长度和宽度尺寸通常是一样的。 2 内模镶件的长、宽尺寸应取整数，宽度应尽量和标准模架的推杆板宽度相 等。 内模镶件包括凹模和凸模，厚度与制品高度及制品在分型面上的投影面积有关，一 般制品可参考下述经验数值选定。 凹模厚度 A 一般在型腔深度基础上加 Wa=10 20mm ，当制品在分型面上的投 影面积大于 200cm2 时，W 。宜取 25 30mm 。见图 4-1 。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 14 - 凸模厚度 B 见图 3 ，分以下两种情况。 一是凸模无型腔(天地模)：见图 8(a)，此时应保证凸模有足够的强度和刚度，凸模 厚度取决于凸模的长宽尺寸。 二是凸模有型腔：图 8(b)，凸模的厚度 B = 型腔深度 a + 封料尺寸 b(最小 8mm) + 钢厚 14mm 左右。 如果型芯镶通，则不用加 14mm；如果按上式计算得到的厚度小于表 2 中凸模厚度 B，则以表 2 中的厚度为准。 表表 2 2 凸模厚度经验确定法凸模厚度经验确定法 内模镶件的长宽凸模厚度B内模镶件的长宽凸模厚度B 5050 15201501502002003040 50501001002025 200200 4050 1001001501502530 注意事项： 凹模厚度尽量取小一些，以减小主流道的长度。 凸模厚度是指分型面以下的厚度，不包括凸模型芯的高度。 凸模型腔越深，封料尺寸的值就越要取小些；反之，则可取大些。 以上引自参考文献。 由于零件长宽为 12524。因此，根据凸模厚度经验确定法（表 2）可以确定凸模 厚度B为 25mm，凹模厚度 A 为 17mm。 当确定了型腔至内膜镶件边数值和凹凸模厚度，就可以定义一个毛坯，再通过分型 图 4-1 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 15 - 面的裁剪就可以得到凹模（图4-2） 、凸模（图4-3） 。 由于本次设计用的是 UG 来完成，所以凹凸模可以直接由分型面自动生成，再根据设 计 1 尺寸来调整工件大小，非常方便快捷。 图 4-2 产品的凹模图 图 4-3 产品的凸模图 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 16 - 5、注塑机的选择 每副模具都只能安装在于其相适应的注塑机上进行生产，注塑机和模具的制造关系 非常密切。注塑机选用的合理性，直接影响到模具产品的质量。所以我们在设计模具时， 必须对注塑机全部的参数进行了解学习，才能设计出合乎要求的模具。 注塑机，以确定的规格的塑料部件的大小和在腔体的数量和布置确定模具的结构和 尺寸的前提下的初步估计，设计者应模具夹紧力，注射压力，杆间距，所需的注射体积 最大和最小模具厚度，引进的发射位置的形式，引入中风，模具计算的距离。根据这些 参数，选择一个模具注塑机匹配，如果用户提供了注塑机的型号和规格，设计人员必须 进行检查，如果它不能满足要求，则必须调整或讨论调整用户获得。 总结其过程如下： 1.注塑机所需注射量的计算 （1）塑件质量、体积计算: 对于该设计，用 NX4.0 对此模型分析得： 塑料制件体积 V14.55 3 cm ； 塑料制件质量 M135.61g。 （2）浇注系统凝料体积的初步估算 这里我们以塑件体积 V 的 0.6 倍计算，由于本设计的磨具采用一模两腔，所以， 浇注系统凝料体积为 V2=2 V10.624.550.6=5.46 cm3 （3）一次注射所需要的 ABS 的体积和质量 体积 V0=2 V1+ V2 =14.56cm3； 质量 M0=V0=16.45g。 塑件采用一模两腔形式，注塑量为 14.56 cm3 。要求注射成型时的总注射量应是注 射机最大注射量的 80%以下。 G80%Gmax 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 17 - 代入数据得：Gmax= G/0.8=14.56cm3/0.8=18.2cm3 初选注射机为 XS-Z-125，其主要技术参数： 理论容量 125cm3 注射行程 115mm 锁模力 900KN 最大开合模行程 300mm 注射压力 1120MPa 喷嘴孔径 2mm 喷嘴圆弧半径 12mm 最小（大）闭合高度： 200（300）mm 当注塑机选好后，将进行注塑机参数的校核。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 18 - 6、 注射机有关参数的校核 61 校核所选注塑机的最大注射量 最大注射量应满足以下关系： NM+MjKMn （4-1） 其中 N-型腔数量； M-单个塑件的体积或质量,cm3 或 g Mj-浇注系统的凝量，cm3 或 g； Mn-注射机最大注射量，cm3 或 g； K-注射机最大注射量利用系数，一般取 0.8； M=4.55cm3 ，Mj=5.46cm3 ，N=2,KMn=0.830=24 cm3 将已知数据带入可得： NM+Mj=14.56cm3 KMn=24cm3 所以校核最大注射量满足要求。 公式引自参考书目3 62 校核所选注塑机的锁模力 注塑时，塑料进入型腔内仍然存在较大的压力，也就是说，它会使磨具从分型面张 开。锁模力就是为了平衡塑料熔体的压力，保证塑件质量。 通常，锁模力是注塑机的最大值，cavity(型腔)的材料压，是作用在打开模具的方 向上，也就是说，型腔在锁模力之下。 锁模力的大小可以计算模具的型腔数，反之当型腔数决定后也可以校核锁模力是否足够。 锁模力 F 为： 0.1Ap=F （4-2） 式中：A-塑件与浇注系统在分型面上的投影面积 P-型腔的平均压力，通常取 2040MPa，对该模具取 30MPa。 式中 A，经计算约为 60cm2 经计算所需锁模力为 180KN，小于注塑机的锁模力，符合要求。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 19 - 63 校核所选注塑机的注塑压力 塑料成型所需的注射压力是由塑料品种，注塑机类型，喷嘴的形式，塑件形状以及 浇注系统的压力损失等因素决定。ABS 所需的型腔压力为 30MPa. 根据模具设计书得出，注射压力 P 应满足： k P0 P 上式中：k-安全系数，一般取 k=1.251.4； P0-塑件与成型时所需注塑压力，对 ABS 塑料，常取 60100MPa。 由于本次设计的塑件尺寸较小，它的平均壁厚大于 0.8mm，最大达到 1.2mm。塑件与成 型时所需注塑压力取 70MPa，在安全系数为 1.4 时，经计算型腔成型压力为 98MPa。 而我所选取的注射机的注射压力为 120Mpa，即注射压力大于型腔成型压力。 所以注射压力满足要求。 公式于参考文献中获得，请自行参阅 64 确定所设计模具的闭合高度 本设计模具初步拟采用 A1 模架。根据参考书目表 10-2 和 P419 表 10-8、P431 表 10- 13 查得： 定模座板 h1 =25mm；定模板 A=60mm；动模板 B=50mm；动模底版 h1=35mm；垫块 C=80mm； 推杆固定板 =15mm；推板 =20mm 模具闭合高度：H=275mm。 65 校核模具安装部分 模具外型尺寸校核：该模具外形尺寸为 250mm300mm，一模两腔外形尺寸为 58mm118mm，而 XS-Z-125 型注射机模板最大安装尺寸为 330mm340mm，所以能满足模 具安装要求。 模具厚度校核：XS-Z-60 型注射机所允许模具的最小厚度为 =70mm，最大厚度为 =300mm，模具闭合高度满足 HminH Hmax 安装条件。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 20 - 66 校核开模行程 开模行程受合模机构限制，也就是说，注塑机的最大开模距离必须大于脱模距离 ，如果距离小了，那么塑件将无法取出，具体如下图所示（图 6.6-1） 图 6.6-1 但分型面注塑模开模行程（1，动模。2 定模板座） S H1+ H2 +（510）mm S注塑机最大开模行程， （mm） H1塑件脱模距离（mm） H2包括流道凝料在内的塑件高度， （mm） 以上公式引自参考文献。 工件高度大约为 8mm，h1 为 10mm，带入公式，符合设计。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 21 - 7、浇注系统的设计 浇注系统的分类我们可以分为 2 类，普通浇注系统和热流道浇注系统，浇注系统控 制着塑件在注塑成型过程中充模和补料两个重要阶段，对塑件的质量关系的影响确实很 大大，所以在设计时应该严格构造。浇注系统包括 4 个部分，分别是主流道，分流道， 浇口和冷料井。 7.1 主流道的设计 为了有效传递压力并使压力不变，浇注系统最后固话的必须是主流道及其附近的塑 料熔体。卧式和立式注塑机用模具中，直流到垂直分型面，而在角式注塑机用模具中， 主流道开设在分型面上。我选用的是前者。 主流道指紧接注塑机喷嘴到分流道为止的那一段流道，熔料进模时首先需要经过主 流道。它与注塑机喷嘴在同一轴心线上，物料在主流道中不改变流动方向，形状为锥形 或圆柱形。主流道要与高温塑料及喷嘴不断的接触，所以他容易损坏。常常把主流道设 计成可拆卸的主流道衬套结构，这样一来就更换旧比较方便。主流道顶部凹球面应设计 成半球形以便于和注塑机配合，一般半径设计比喷嘴半径球面大一些。主流道的个部分 尺寸如图 7-1： 图 7-1 主流道道的形式 由书本中得出模具主流道的尺寸： 查注塑机的参数得到，注塑机喷嘴孔径为 2mm,喷嘴圆弧半径为 12mm。 d1(主流道小端直径)=注射机喷嘴孔径+（0.51） =2+（0.51） ，取 d1=3mm SR0 (主流道球面半径)=注射机喷嘴球头半径+（12） 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 22 - =12+(12)，取 SR0=13mm 球面配合高度 h=35mm，取 h=3mm 主流道长度 L=80mm =3 主流道大端直径 d2=d1+2Ltan=3+245tan3=7.7，取 d2=8mm 浇口套总长 LO=L+h+2=85mm 本次设计主流道衬套和定位环分开设计。 主流道衬套长度 L1=15mm,L2=70mm 7.2 分流道的设计 将从主流道来的塑料沿分型面引入各个型腔的那一段流道，因此它开设在分型面上。 分流道的设计原则： 1.要尽量保证各型腔同时充满，而且均匀的补料，以保证同模各个塑件的性能，同 时，尺寸尽可能一致。 2.各个型腔之间的距离适中恰当，必须考虑冷却水道的布置，并要有足够截面积承 受注塑压力。 3.需要尽量缩短流道长度并且降低系统中凝料的重量。 4.型腔和浇注系统的投影面积的重心应尽量接近注塑机锁模力中心，一般在模板的 中心上。 5.要便于加工，且刀具的选择不会苛刻 6.每一节流道要比其上一届的流道小 15%左右。 分流道是指主流道与浇口的通道，其作用是使熔融塑料过度和转向。梯形，圆形， 半圆形，矩形流道都有。 为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，我采用的分流道的截面是圆 形截面，其缺点是制造不方便。分流道为了避免凝料在中心有冲压，所以设计成 S 型。 半径为 2。 分流道的长度 L=46mm 主流道截面面积要大于分流道面积的总和，分流道的表面 Ra 必须高于主流道表面的 Ra，从增大外层料流的阻力，避免熔料滑移，取 Ra=0.8。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 23 - 73 冷料穴和拉料杆的设计 如果要设计冷料井（冷料穴） ，那么其设计如下： 常在主流道或一级分流道的转弯的末端设置冷料穴，它是用来出去料流中的前端冷 料。本次设计将冷料井设计在中间，简单见效。 冷料井的直径应稍稍大于主流道大端直径 d2，冷料井与拉料杆头部结构紧密相连。 本设计采用反锥形拉料杆冷料井，这种结构形式有足够大的冷料井，在成型韧性好的塑 料制品时，应用比较广泛。在取出主流道凝料时无需作侧向移动，易于实现自动化操作。 如图 7-3 图 6-5 冷料井的结构形式 取 =5，深度是 8，前面主流道直径 d2=8mm，根据模具设计书，冷料井的直径 D=10mm。 而本次设计的拉料杆设计的比较简单，设计在主流道的中心上，是钩形的拉杆。 74 浇口的设计 7.4.1 浇口的形式： 浇口也称进料口，指紧接流道末端将塑料映入型腔的狭窄部分，是连接分流道与型 腔的通道。除直接浇口外，它是浇注系统中截面积最小的部分。浇口的设计与位置的选 择恰当与否，直接关系到塑件能否被高质量地注射成型。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 24 - 常用的浇口形式有直接浇口、侧浇口、环行浇口、潜伏浇口等等，每种浇口有各自 的特点。浇口应尽量缩短流动距离，避免熔体破裂现象，它应该开在壁厚处并且在设计 时应该考虑分子定向影响。侧浇口一般开设在分型面上，塑料熔体从内侧或外侧充填模 具型腔，其截面形状多为矩形， 。这类浇口可以根据塑件的形状特征选择其位置，加工和 修整方便，因此它是应用较广泛的一种浇口形式，普遍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。由于浇口截面小，减少了浇注系统塑料的消耗量， 且不留明显痕迹。根据塑料的成型要求及型腔的排列方式，选用分流道和浇口与塑件在 分型面同一侧的形式。 7.4.2 浇口的尺寸： 根据经验公式，浇口直径一般取在0.81.2之间。我选择圆形边缘浇口，浇口的长度 L=0.72mm，取 L=2mm，直径为 1mm。如图 7-4 图 7-4 边缘浇口 7.5 排气系统的设计 当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内留有气体，导致成型时蒸汽不能顺利排除，会 有许多弊端，如在制造上会造成气孔，银丝，灰雾，接缝，表面轮廓不清，型腔不能完 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 25 - 全充满的弊端。 型腔内气体的来源除了型强内原有的空气外还因塑件受热或凝固而产生的低分子挥 发气体。在模具设计时候，我们需要充分考虑排气问题，如果不考虑，会严重影响塑件 的质量。排气方法有开排气槽和利用模具零件配合间隙排气。在分型面上开设排气槽是 注射模排气的主要形式。排气槽的作用是把型腔和型心周围空间内的气体以及熔料产生 的气体排到模具之外。排气槽应设在型腔最后充满的地方，即熔料流动的末端。 本次设计由于塑件比较小，不采用特殊高速注塑。所以利用分型面或配合间隙排 气，为了增加分型面排气效果，可以增加分型面的 Ra，即粗糙度，并使加工的刀痕或磨 削痕迹顺着排气方向。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 26 - 8、成型零件设计 构成模具型腔的零件统称成型零件，包括凸模，凹模，镶块等，其决定零件的尺寸和 几何形状。其中构成塑件外形的成型零件称为凹模，构成塑件内部形状的成型零件称为 凸模（型芯） 。凹、凸件必须具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性，以及足 够低的表面粗糙度。凹、凸模按结构不同主要可分为整体式和组合式两种结构形式。 本设计凹、凸模采用整体嵌入式结构，这种方法加工效率高，容易拆卸。而整体式 结构由一整块金属切削加工而成，很牢固，不易变形，适合很多产品的制造，不过这种 方法浪费材料，加工复杂。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 27 - 9、结构零部件的设计 9.1 注射模标准模架的选择 模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机地联系成为一个整体。 标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支承板、垫块、动模座板、推杆固定 板、推板、导柱、导套及复位杆等组成。 模具的标准化为制造周期的缩小，成本的降低等都有非常好的作用。当有特定需求 的时候，模架可以根据实际情况来修改。 本设计零件尺寸属于中小型而且采用的是单分型面，所以采用中小型模架标准制造 生产，选取基本型 A2 型作为基本模架结构，公制单位（mm） ，塑件模架尺寸为 250mm300mm，其中定模版取标准值高度为 60mm，动模板取标准值 50mm，标记为 A1- 150200-01 GB/T125561990。如图 9-1 图 9-1A2 模架 产品投影面积：2394mm2，根据下表，可以得出应该选择第四个，也就是在 2500-6400mm2 里面选定参数。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 28 - 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 29 - 由于 UG 里面有模架库，所以直接可以调用 dwm-sg A 型模架，再对模架的参数进行设定 后，模架的基本框架就出来了。 9.2 支承零部件设计 模具的支承零部件主要指用来安装固定或支承成型零件及其他结构零件的零部件。 支承零部件主要包括： 1 垫块（构成推出机构所需空间） 但是对于本次设计，垫块是由对应模架生成，可见 UG 软件的模架工具非常方便可用。 2 支承柱 图 9-2 垫块的连接及支撑柱的安装形式 3 动定模座（与注塑机的动定固定模板相连接） 。 9.2.1 垫块选择 垫块的作用主要是在动模支承板与动模座板之间形成推出机构所需的动作空间。另 外，也起到调节模具总厚度，以适应注射机模具安装厚度要求的作用。因为该模具为中 小型模具，所以适合用角架式垫块。在安装时，垫块与动模支承板之间一般用螺栓连接， 要求高时可用销钉定位。模架的建立已经自动生成垫块，垫块高度为 80mm，长 300mm， 宽 48mm，用 45 钢制造。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 30 - 9.2.2 动定模坐板 动定模板坐标在设计时必须与模架相匹配，不能过大，也不能过小， 它在注射成型过程中起着传递合模力并承受成型力，为保证定模座板具有足够的刚度和 强度，动定模座板也应具有一定的厚度。动、定模座板的两侧均需比动、定模板的外形 尺寸加宽 3040mm，尺寸为 300m250mm，厚度为 25mm（定模板）和 35mm(动模板)。 9.3 合模导向装置 9.3.1 导柱导向机构 导柱导向机构的作用有定位，导向和承受一定的侧向压力。 图 9-3 导柱导向机构 1）导柱的设计 2 ）导柱的安装与配合 导柱安装时模板上与之配合的孔径公差按 H7/m6 确定，安装沉孔直径视导柱直径可取 D+（12mm） 3 ）导柱结构的技术要求 a.长度 导柱导向部分的长度应比凸模端面的高度高出 812mm。 b.形状 导柱前端面应做成锥台形或半球形，以使导柱能顺利地进入导向孔。由于半球形 加工困难，所以导柱前端形式以锥台形为多。 c.材料 导柱材料采用 T8。导柱固定部分的表面粗糙度为 Ra=0.8m。导滑部分表面常用 Ra=0.408m。 d.数量及布置 一副模具至少用两根导柱，本设计中采用 4 根直径相同的导柱对称布置。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 31 - 以上引自参考文献。 本设计导柱和导向系统由 UG 直接生成。 9.3.2 导套 导柱设计后，接下来导套的设计只要和导柱相配合就行了，采用有肩导套。对于多数情 况，需要自行设计，其设计如下： 1）导套的设计 图 9-3-1 导套的架构形式之一 2）导套的安装与配合 导套安装时模板上与之配合的孔径公差按 H7/m6 确定，有肩导套安装沉孔直径视导柱直 径可取 D+（12mm） 。导套长度由模板厚度决定。 3）导柱结构的技术要求 a）形状 为使导柱顺利进入导套，导套前端应倒圆角。 b）材料 导柱材料采用 T8。导套固定部分的粗糙度为 Ra=0.8m。导套导向部分粗糙度 为 Ra=0.408m。 以上引自参考文献 本设计导套直接由 UG 自动生成匹配。 9.4 推杆、推板固定板 塑件成型后，需要有顶出机构来使产品脱离模具，顶出机构的类型很多，根据实际 需要，本设计选择的是顶杆顶出。 本设计顶出机构设计了 24 根顶杆，从受力和使用性以及加工的简单性来考虑，我选 择了又肩的顶杆，这种顶杆优点很多，给安装和使用带来方便，而 3 型结构采用与轴间 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 32 - 有相同厚度的垫圈至于固定板和推板之间，这样的推杆固定板不再加工凹坑，制作方便， 两板之间的平行读更可以保证。如图 7-7 所示。 图 9-4 顶杆 在推杆固定板上制有台阶孔，另一面用推板压紧固定。推杆固定板 150mm300mm， 厚度为 15mm；推板尺寸尺寸 150mm300mm，厚度为 20mm。 9.5 冷却管道的设计 注塑模具型腔壁的温度高低及其均匀性对其成型效率和制品的质量影响极大，注 塑料的熔体温度为 200-300，而塑件固化后从模具取出的文图为 60-80 度以下。为了调 节模具型腔里面的温度，我们需要在模具内开设冷却水道，这就是以冷却水来调节的系 统，对于要求比较高的，可以用油路来调节温度。 冷却水道到模架壁的距离需相等。设计的水道要尽量多，才可以尽最大冷却，还要 便于加工，通常选择直接分别为 6/8/10 的水道。通常前模后模都有需要有冷却水道，除 非有特殊原因。入水口和出水口之间的温度差，不能过大，不然会影响模具冷却的均匀 性，影响产品成型。水道中还应避免水不流通，堆积在一起。连接处应该用密封圈密封， 以防止漏水。 由于本设计凸模的顶针过多，所以不宜在凹模设计冷却管道，所以只能在凹模设 计冷却管道。本设计的冷却管道采用弓形的设计，直径是 10mm，中间放 2 个活塞，四周 用塑胶封口。在凹模和定模板接触的地方需要放置防水圈，防水圈的直接是 12mm。如图 7-6 所示。 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 33 - 图 9-5 冷却系统管道设计 9.6 模架模架 经过之前的设计，模架的设计基本完成，如图 9-6 图 9-6 模架图 吉林大学珠海学院本科毕业论文 - 34 - 10、电极 10.1 电极的设计 在模具设计中，往往有许多复杂的结构，导致不能用刀具直接加工出来，即我们所说 的加工盲区，此时我们往往需要用到电极来加工模具的型腔和型芯。电极的优点有很多， 虽然加工一个电极比较繁琐复杂，但是一个电极往往可以使用很多次，它所创造的价值 远远超过制造他的费用。在设计电极时，应当特别注意电极的尺寸。 在 UG 的注塑模块中，我们可以使用模具工具来制作型腔型芯上一些难以加工的区域， 通过各种修建，把电极的基本形状做出来，再在加工模块中加工电极。 由于本次设计的主要目的不是设计电极，