摘 要
本设计是电水壶底座塑料零件的注塑模具设计，在结合了传统的机械设计后把CAD/CAM技术应用在注塑模具的设计上，在CAD系统实行了模型和注塑模具的设计。本文介绍了我国当前模具技术的发展状况以及CAD/CAM在模具上的应用，其中包括AUTOCAD。而主要的机械部分设计，其内容包括塑料注塑模具的工作原理及应用，设计准则。塑料注塑模的设计计算，包括模具结构设计，注塑机的选用，浇注系统的设计，动、定模，浇注系统，脱模机构，顶出机构，冷却系统等设计等方面。如此设计出的结构可确保模具工作运行可靠。
关键词： CAD；CAM；注塑模；工艺
Abstract
It is to design the holder injection mould, references to the traditional mechanical design, focus on the CAD/CAM application in the plastic mould design, that is to say to apply the CAD system in model and plastic injection mould design. This artic introduces the mould technology and the CAD/CAM application of mould in china nowadays. Including AUTOCAD，MASTERCAM. While main mechanical designs content the principle and application of the plastic mould, design standards. The calculation of the plastic mould design concerns about the mould construction design, choosing Injection Molding Machine, injection system ,the move mould, immobility mould, the irrigating system, the doffing mould organ, the goring organ, the cooling system’s design and so on.
The structure designed in such way can ensure the reliable running of the mould.
Key Words: CAD;CAM;PLASTIC INJECTION;MOULD
目 录
摘 要 III
Abstract IV
目 录 V
第1章 绪 论 1
1.1 模具的作用与地位 1
1.2 本次设计研究目的及意义 1
1.3 CAD发展概况 2
1.4 注塑模CAD内容 3
第2章 塑件的工艺分析 4
2.1塑件的工艺性分析 5
2.1.1塑件的原材料分析 5
2.1.2 ABS的注塑工艺参数 6
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 7
2.2.1结构分析 7
2.2.2尺寸精度分析 7
2.2.3表面质量分析 7
2.3计算塑件的体积和质量 7
第3章 注射机的选择及校核 8
3.1 注射机的选择 8
3.2 型腔数目的确定及校核 10
3.3 锁模力的校核 10
3.4 开模行程的校核 11
第4章 浇注系统的设计 12
4.1 分型面的选择 12
4.2 主流道的设计 13
4.3 浇口设计 14
4.3.1 剪切速率的校核 14
4.3.2 主流道剪切速率校核 15
4.3.3 浇口剪切速率的校核 15
第5章 成型零部件设计 16
5.1 型腔和型芯工作尺寸计算 16
5.2 型腔侧壁厚度计算 17
第6章 合模导向机构设计 19
第7章 温度调节系统设计 21
7.1 对温度调节系统的要求 21
7.2 冷却系统设： 21
7.2.1 设计原则 21
7.2.2 冷却时间的确定 22
7.2.3 塑料熔体释放的热量 22
7.2.4 高温喷嘴向模具的接触传热 22
7.2.5 注射模通过自然冷却传导走的热量 23
7.2.6 冷却系统的计算 24
7.2.7 凹模冷却系统的计算 24
第8章 抽芯系统的设计 27
8.1 斜导柱设计 27
8.2 滑槽的设计 30
8.3 楔紧设计 30
8.4 滑块定位设计 31
8.5 弹簧设计计算 31
第9章 模具工作原理说明 32
总 结 33
参考文献 34
致 谢 35
第1章 绪 论
1.1 模具的作用与地位
模具是指工业生产上通过注塑、压铸或锻压等方式生产产品所用的各种模型和工具，是工业生产中极其重要而又不可或缺的特殊基础工艺装备，被称为“工业之母”。其生产过程集精密制造、计算机技术和智能控制为一体，既是高新技术载体，又是高新技术产品。由于使用模具批量生产制件具有的高生产效率、高一致性、低耗能耗材，以及有较高的精度和复杂程度，因此已越来越被国民经济各工业生产部门所重视，被广泛应用于机械、电子、汽车、信息、航空、航天、轻工、军工、交通、建材、医疗器械、五金工具、生物、能源、日用品等制造领域，据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、空调、洗衣机、微波炉、吸尘器、电风扇、自行车等轻工业产品中占90%以上；在枪支等兵器军工产品中占95%以上。为我国经济发展、国防现代化和高端技术服务做了重要贡献。模具工业是重要的基础工业。工业要发展，模具须先行。没有高水平的模具就没有高水平的工业产品。现在，模具工业水平已经成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。
1.2 本次设计研究目的及意义
(1).调查研究中外文献检索和阅读能力；
(2).综合运用专业理论和知识分析、解决实际问题的能力；
(3).设计、计算与绘图的能力，包括使用计算机的能力；
(4).掌握模具设计方法和步骤，了解模具的加工工艺过程；
(5).逻辑思维与形象思维相结合的文字及口头表达能力；
(6).撰写设计说明书（论文）的能力；
(7).养成严肃、认真、细致地从事技术工作的优良作风。
1.3 CAD发展概况
计算机辅助设计(CAD-ComputerAidedDesign)指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作。CAD的应用，使得设计人员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任务，并通过设计人员进行创造性的设计以实现最优方案。
CAD(ComputerAidedDesign）诞生于20世纪60年代，是美国麻省理工大学提出了交互式图形学的研究计划，由于当时硬件设施的昂贵，只有美国通用汽车公司和美国波音航空公司使用自行开发的交互式绘图系统。70年代，小型计算机费用下降，美国工业界才开始广泛使用交互式绘图系统。80年代，由于PP机的应用，CAD得以迅速发展，出现了专门从事CAD系统开发的公司。CAD最早的应用是在汽车制造、航空航天以及电子工业的大公司中。随着计算机变得更便宜，应用范围也逐渐变广。通用的CAD件是AutoCAD，但AutoCAD是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运的是，AutoCAD是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用ADS，ARX语言等。由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。
CAD技术的发展与应用对于彻底改变塑料模具设计与制造的传统方法与落后面貌，提高模具的设计质量与设计效率，缩短模具的设计制造周期，具有重要作用。世界上第一套塑料模具CAD软件是澳大利亚MOLDFLOW公司于1976年推出并以公司名字命名的MOLDFLOW。目前MOLDFLOW已经发展得比较完善，能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导，通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。实现了对注塑过程的模拟、设计原理的应用和精确计算，并逐步优化模拟过程，使设计工程师在产品设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品。据美国Protetype&PlasticMold公司统计，该公司使用CAD系统后一年内生产效率提高了一倍，节省了35%的准备时间，制造周期平均缩短了30%，材料节省了10%，模具成本降低了10%～30%。模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。塑料模具CAD的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。
1.4 注塑模CAD内容
在模具设计中，模架及某些零件，如导柱、导套、推杆、支撑块、浇口套、定位圈等分别已形成厂标、行标或国标。对于这些标准的或本单位采用的模架及零件可在通用的二维工程图CAD系统中建立模架、零件库，以被设计时调用。对于浇注系统、温控系统、模架结构强度计算等内容，已有一些较成熟的计算方法或经验计算方法，可设置这些计算公式的模块，以便设计人员进行快速计算。注塑模CAD的内容有以下几点：
1.注塑制品的几何造型
2.模腔面形状的生成
3.模具结构方面的设计
4.标准模架选择
5.部装图及总装图的生成
6.模具零件图的生成
7.常规计算和校核。
第2章 塑件的工艺分析
该塑件是电水壶底座产品，其零件图如图所示。本塑件的材料采用ABS，生产类型为大批量生产。
图1 电水壶底座正面图
图2 电水壶底座背面图
2.1塑件的工艺性分析
2.1.1塑件的原材料分析
壳体是人们用手接触相当频繁的部件，对其有着较高的外观要求，要求表面色泽均匀，成型收缩率小，制件成型后不能有明显色差、缩痕、熔接痕、污点、银丝等缺陷，还需要有一定的手感。综合考虑选择ABS。
选择材料：ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物
塑料分析：(１)、基本特性:ＡＢＳ是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ＡＢＳ具有良好的综合力学性能。丙烯腈使ＡＢＳ有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度，丁二烯使ＡＢＳ坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.02~1.05/cm。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为93度左右。耐气侯性差，在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中三种组分之间的比例不同，其性能也略有差异，从而适应各种不同的应用。根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
（2）、主要用途 ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机外壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳、蓄电池、冷藏库和冰霜衬里等。汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等，还有用ABS夹层板制小轿车车身。ABS还可用来制作水表壳、纺织器材、电器零部件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、食品包装容器、农药喷雾器及家具等。
（3）成型特点:ABS在升温时粘度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60度，要求塑件光泽和耐热时，应控制在60~80度。
2.1.2 ABS的注塑工艺参数
1、注塑机类型： 螺杆式 7、保压力 50~70MP
2、喷嘴形式 直通式 8、注射时间 3~5s
3、螺杆转速（r/min） 30~60 9、保压时间 15~30s
4、喷嘴温度 180~190C 10、模具温度 50~70
5、成型温度 C 料筒：
前200~210
中210~230
后180~200 11、冷却时间 15~30s
6、注射压力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s
2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析
2.2.1结构分析
从零件图上分析，该零件总体形状为圆形。在凸台上,一个带有3×φ3.5mm的孔对称分布,因此,模具设计,该零件属于中等复杂程度.
2.2.2尺寸精度分析
从塑件的壁厚上来看,壁厚最大处为3mm,壁厚均匀,，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷，由于制件的尺尺寸中等。
2.2.3表面质量分析
该零件的表面除要求没有缺陷﹑毛刺，内部不得有杂质外，没有什么特别的表面质量要求，故比较容易实现。
综上分析可以看出,注塑时在工艺控制得较好的情况下,零件的成型要求可以得到保证.
2.3计算塑件的体积和质量
计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数。
计算塑件的体积：V=17.78cm（单个）
计算塑件的质量：根据设计手册可查得ABS的密度为ρ=1.06kg/dm
塑件质量：M=Vρ＝19g(通过3D软件测量得到)
采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，注塑时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注塑机XS—ZY—125型。
第3章 注射机的选择及校核
3.1 注射机的选择
设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。
公称注塑量；指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注塑成型过程所需要的时间称为装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。常用的注射速率如表所示。
表1注射速率
注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000
注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000
注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5
塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.
锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.
合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.
开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.
空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.
选择螺杆式注塑机的型号为：XS-ZY-500，其主要技术参数如下：
川公网安备: 51019002004831号