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音箱
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模具设计
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音箱旋钮注射模具设计,音箱,旋钮,注射,模具设计
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湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 指导教师隆文革学生姓名陈雪姣课题名称音箱旋钮注射模内容及任务根据所给定的注射零件产品（如下图所示），设计出注射模具。主要内容如下：1、绘制产品零件图。 2、绘制模具装配图。3、绘制整套模具零件图，标准件除外。4、编制设计说明书（论文）。拟达到的要求或技术指标1.查阅10篇以上与题目相关的文献；2.至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文；3.模具结构设计合理、工艺性好，具有一定的创新性；4.操作安全、方便，易于维修，便于管理；5.在保证模具强度前提下，要求外形美观，各部分比例协调。进度安排起止日期工作内容备注2011年2月 5月1周（2、212、28）4周（2、283、25）2周（3、284、10）2周（4、114、24）1周（4、255、1）5周（5、26、3）1周（6、66、10）完成毕业设计的选题和开题报告；进行毕业实习及调研；进行工艺及结构设计；绘制装配图和零件图；对整个设计进行合理性检查； 撰写设计说明书及毕业答辩的准备；毕业设计答辩。主要参考资料1 中国标准出版社. 中国机械工业标准汇编冲压模具卷M.北京:中国标准出版社,1998,12.2 王立人,张辉.冲压模设计指导M. 北京:北京理工大学出版社, 2009,8.3 牟林、魏峥.冷冲压工艺及模具设计(第2版)M.北京:清华大学出版社,2009,7.4 肖景容,姜奎华.冲压工艺学M.北京:机械工业出版社,2006,3.5 王芳.冷冲压模具设计指导M.北京:机械工业出版社,2009,1。6 模具实用技术丛书编委会.冲模设计应用实例M.北京:机械工业出版社,2005,1。7 冯炳尧,韩泰荣,蒋文森.模具设计与制造简明手册M.上海:上海出版社。2008,68 郑家贤.冲压工艺模具设计实用技术M.北京:机械工业出版社,2005,1.9 梁炳文.实用板金冲压工艺图集M.北京:机械工业出版社，2003,8.10 冲模设计手册编写组.冲模设计手册M.北京:机械工业版社,2007,3.教研室意见年 月 日系主管领导意见年 月 日附表五湖南工学院毕业设计(论文)开题报告 题目音箱旋钮注射模学生姓名陈雪姣班级学号212070405专业材料成型及控制工程1 课题的目的和意义今年来，由于我国国民经济的高速、稳定的增长，促进了我国模具工业迅速发展壮大。因此，模具设计与制造专业或相关度的材料成型与控制专业已成为国内具有优势的热门专业之一。本次毕业设计，指导老师给我安排的设计课题是基于PRO/E设计音箱旋钮注射模具设计。零件材料为聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），属热塑性塑料。通过对材料的工艺性分析，可用注射成型实现零件的加工制造。通过结合大学所学的专业知识，参考文献资料，以及指导老师的指导，我初步理清了本次设计的基本思路，掌握了毕业设计的相关步骤和方法。二文献综述改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。三设计任务及内容此次毕业设计主要由两部分组成：第一，制订一个合理的加工工艺规程。使各种原材料、半成品成为产品的方法或过程，称为工艺。而生产过程中改变生产对象的形状、尺寸，相对位置和性质等，使其成为成品或半成品的过程，则称为工艺过程。工艺问题一般可以从质量、生产率和经济性三个方面考虑，通俗说就是“优质、高产、低功耗、多品种”，产品的质量、生产率和经济性三者之间是相互联系和制约的，在分析、研究和解决具体的工艺问题时，需要全面考虑妥善处理好它们之间的辩证关系。制品如图所示：材料为尼龙1010 制订注射模设计工艺规程的步骤：1. 拟定制品成型工艺 （1）塑料制品分析 消化制品图： 制品原材料的选择： 计算制品的体积、质量及制品的正面投影面积。 （2）确定制品的成型方法； （3）拟定制品成型工艺参数。2 .拟定模具结构方案 （1）选择制品的分型面。 （2）型腔布置。 （3）确定浇注系统。 （4）溢流、排气系统的设计。 （5）选择脱模方式。 （6）侧抽芯机构的设计。 （7）模具主要零件的结构设计。 （8）模具调温系统的设置。3 .选择成型设备的类型、型号及主要技术参数4 .方案论证5 .绘制模具装配草图 型腔与型芯的结构； 浇注系统及排、溢系统的结构形式； 分型面及脱模机构； 合模导向及复位机构； 冷却系统的结构形式与部位； 支承、连接、定位等零件的结构与安装位置； 确定装配图的图纸幅面、比例、视图数量布置等。 6 .绘制模具装配图 模具总装图的技术要求内容： （1）对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。 对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm （2）模具上、下面的平行度要求，并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。 （3）模具使用、装拆方法。 （4）防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。 （5）有关试模及检验方面的要求。 7.绘制零件图 （1）凡需自制的零件都绘出单独的零件图； （2）图形尽可能按11的比例，但允许局部放大或缩小，要求视图选择合理，投影正确，布置得当； （3）统一考虑尺寸、公差、形位公差、表面粗糙度的标准方法和位置，将用得最多的一种粗糙度以“其余”的形式标于图纸的右上角； （4）零件图的编号应与装配图上的序号一致，以便于查对； （5）标注技术要求，填写标题栏； （6）自行或相互校对，以防差错。8.编写设计说明书 设计说明书有以下内容： （1）目录； （2）设计题目或设计任务书； （3）塑件分析（含制品图）； （4）所选塑料材料的成型特性与工艺参数； （5）浇注系统的设计、分型面选择、型腔布置，浇注系统及排气系统的形式、部位与尺寸及流动比的校核等； （6）成型零部件的设计与计算：型腔、型芯等的结构设计、尺寸计算、强度校核等。 （7）脱模机构的设计：脱模力的计算，拉料机构、推出机构、复位机构等的结构形式、安装定位、尺寸配合等； （8）侧抽芯机构的设计：抽拔距离和抽拔力的计算，抽芯机构的形式、结构、尺寸以及必要的验算； （9）合模导向机构的设计：组成元件、结构尺寸、安装方式等； （10）温度调节系统的设计与计算； （11）其他技术说明； （12）设计小结：有何体会与建议等； （13）参考资料：资料编号、名称、作者、出版年月； 9.所有设计文档、资料的整理、收尾、答辩。 在编写过程中要注意：文字简明通顺、书写整齐清晰，计算正确完整，并画出有关的结构简图。计算部分只要求列出公式，代入数据，得出结果，其运算过程从略。最后打印装订成册。 第二，本设计中还有另外一个重要的部分，工艺。作为模具设计的路线和加工要求，工艺是必不可少的，它包括了所加工的零件的热处理，加工路线，加工方法，以及加工余量等，这在指导工人生产方面是非常重要的，而且必不可少，每一个零件都需要一个零件加工工艺卡或者加工工艺路线。工艺卡的编制必须符合低成本，高效率，高精度，劳动强度低，少污染或者无污染等原则，它的编制还要根据生产量的大小以及工厂的设备来确定。同时在编制时注意切削余量的大小，应使粗加工的加工余量尽量大，同时尽量减少精加工余量，以获得较高的精度与表面粗糙度。工艺卡的编制还要考虑到热处理的问提，重要的机械零件在加工前必须进行适当的热处理，比如退火，正火，有的零件有表面硬度的要求，就要到淬火，渗碳等热处理工艺，有的安排在机加工两工序之间，有的安排在机加工之后，要综合各方面的问题来考虑。例如行刀具切削加工要安排在淬火以后，因为淬火后材料的硬度会增加，使刀具的磨损加快，寿命降低。四设计过程进度计划（1）第五六周：完成以下航设计内容中的“1-2”（2）第七周：完成以上设计内容的“3-4”（3）第八九周：完成以上设计内容的“5-6”（4）第十、十一周：完成以上设计内容的“7”（5）第十二、十三周：完成以上设计内容中的“8”（6）第十四、十五周：完成以上设计内容中的“9”指导教师批阅意见 指导教师(签名)： 年 月 日注：可另附A4纸湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：机械工程系 专业： 材料成型及控制工程 指导教师隆文革学生姓名陈雪姣课题名称基于PRO/E设计音箱旋钮注射模内容及任务1、根据给定的设计零件绘制产品三维模型并生成零件图；2、根据产品的工艺分析，确定模具总体结构设计；3、制作虚拟模具并生成零件图及装配图；4、编制设计说明书（论文）。拟达到的要求或技术指标1.查阅10篇以上与题目相关的文献；2.至少翻译一篇本专业外文文献（10000个以上印刷符号），并附译文；3.模具结构设计合理、工艺性好，具有一定的创新性；4.操作安全、方便，易于维修，便于管理；5.在保证模具强度前提下，要求外形美观，各部分比例协调。湖南工学院毕业设计(论文)工作中期检查表题目音箱旋钮注射模学生姓名陈雪姣班级学号212070405专业材料成型及控制工程指导教师填写学生开题情况学生调研及查阅文献情况毕业设计（论文）原计划有无调整学生是否按计划执行工作进度学生是否能独立完成工作任务学生的英文翻译情况学生每周接受指导的次数及时间毕业设计（论文）过程检查记录情况学生的工作态度在相应选项划“”认真一般较差尚存在的问题及采取的措施：指导教师签字： 年 月 日系部意见： 负责人签字：年 月 日湖南工学院2011 届毕业设计（论文）指导教师评阅表 系：机械工程系 专业：材料成型及控制工程 学生姓名陈雪姣学 号212070454班 级材料成型0704专 业材料成型及控制工程指导教师姓名隆文革课题名称音箱旋钮注射模评语： 是否同意参加答辩：是 否指导教师评定成绩分值：指导教师签字： 年 月 日湖南工学院2011届毕业设计（论文）答辩及最终成绩评定表 系：机械工程系 专业：材料成型及控制工程学生姓名陈雪姣学号212070405班级成型0704答辩日期2011.6.8课题名称音箱旋钮注射模指导教师隆文革成 绩 评 定分值评 定小计课题介绍思路清晰，语言表达准确，概念清楚，论点正确，实验方法科学，分析归纳合理，结论严谨，设计（论文）有应用价值。30答辩表现思维敏捷,回答问题有理论根据，基本概念清楚，主要问题回答准确大、深入,知识面宽。必答题40自由提问30合 计100答 辩 评 分分值：答辩小组长签名：答辩成绩a： 40指导教师评分分值：指导教师评定成绩b： 40评阅教师评分分值：评阅教师评定成绩c： 20最终评定成绩： 分数： 等级：答辩委员会主任签名： 年 月 日说明：最终评定成绩a+b+c，三个成绩的百分比由各系自己确定，但应控制在给定标准的10左右。湖南工学院毕业设计（论文）答辩资格审查表题 目音箱旋钮注射模学生姓名陈雪姣学 号212070405专 业材料成型及控制工程指导教师隆文革内容综述（对毕业设计或论文的研究步骤和方法、主要内容及创新之处进行综述，提出答辩申请）：本次毕业设计，是我进大学以来花费我时间最多的设计，也是我收获最多的设计。从拟定课题到定稿，中间还进行了调研工作，调研完成后又按照设计步骤分析零件的工艺性，进行必要的工艺计算，确定模具的总体结构及各部件结构，绘制总装图和各部件图，编写设计说明书等。工作历经数月,虽然辛苦，但最终还是完成了这篇毕业设计，心中还算挺有成就感的我所选的课题为音箱旋钮注射模设计，因为工件图结构相对较为复杂，工序数目较多，所以在制定合理工艺方案这项内容上花了较大功夫。在模具设计过程中，我碰到了诸多设计难题，但通过查阅相关资料，以及与指导老师进行沟通，我都及时解决了。此外，完成本次毕业设计后，我总结出我的设计达到了如下要求：1、 本设计联系生产实际，合理安排模具结构，具有良好的工艺性。2、 设计说明书图文并茂，设计步骤规范、资料数据充分，内容条理清楚，字数符合要求。3、 模具绘图布局合理、视图完整、清晰，各项内容符合国家标准要求。4、 能够独立查阅文献资料，积极配合指导老师工作，按时按量完成毕业设计。综上4点，个人认为我已经达到了毕业设计答辩要求，在此我请求答辩小组的老师们给予我答辩机会。 申请人签名：陈雪娇 日期：2011.6资 格 审 查 项 目是否01工作量是否达到所规定要求02文档资料是否齐全（任务书、开题报告、外文资料翻译、定稿论文及其相关附件资料等）03是否完成任务书规定的任务04完成的成果是否达到验收要求05是否剽窃他人成果或者直接照抄他人设计（论文）指导教师签名： 毕业设计（论文）答辩资格审查小组意见：符合答辩资格，同意答辩 不符合答辩资格，不同意答辩审查小组成员签名： 年 月 日注：此表中内容综述由学生填写，资格审查项目由指导教师填写。湖南工学院毕业设计（论文）评阅评语表题目音箱旋钮注射模学生姓名陈雪姣班级学号212070405专业材料成型及控制工程评阅教师姓名职称工作单位评分内容具 体 要 求总分评分开题情况调研论证能独立查阅文献资料及从事其他形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案，有分析整理各类信息并从中获取新知识的能力。10外文翻译摘要及外文资料翻译准确，文字流畅，符合规定内容及字数要求。10设计质量论证、分析、设计、计算、结构、建模、实验正确合理。35创新工作中有创新意识，有重大改进或独特见解，有一定实用价值。10撰写质量结构严谨，文字通顺，用语符合技术规范，图表清楚，书写格式规范，符合规定字数要求。15综合能力能综合运用所学知识和技能发现与解决实际问题。20总评分评阅教师评阅意见评阅成绩总评分20%评阅教师签名日期2011届毕业设计说明书音箱旋钮注塑模设计系、 部 ： 机 械 系 学生姓名： 陈雪姣 指导教师： 隆文革 职称： 副教授 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 材料成型0704 完成时间： 2011-5-31 摘 要注射模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。本设计通过对音箱旋钮的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。在模具设计中，采用一模两腔式的布局。并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用合适的标准模架及标准件，完成对音箱旋钮的一套完整的模具设计方案。关键词：音箱旋钮；注射；模具设计ABSTRACT Injection mold is an important tooling for industry products,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it is production technology.This design through analysed the process and material of chemical instrument cover,choosed the proper injection machine,and roughcast reasonable injection mold design scheme.In the design process,it used the configuration of two cavityin one plate.And through designing the parting line,running gate system,modeling parts,ejection stripping mechanism,cooling system,choosing adaptive standard mould base and standard parts,it finised the whole mold design scheme for the chemical instrument cover.Keywords: Speaker knob;injection;mold design目 录前言51、塑件的工艺性分析81.1、塑件的原材料分析81.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析111.3、塑件的体积重量121.4、塑件的注射工艺参数的确定151.5、注塑成型的准备162、型腔数的确定及浇注系统的设计182.1、塑料配方说明182.2、分型面的选择182.3、型腔数的确定192.4、确定型腔的排列方式202.5、浇注系统的设计202.6、剪切速率的校核242.7、模具材料的选择243、排气、冷却系统的设计与计算253.1、排气系统的设计253.2、冷却系统的设计与计算264、模具工作零件的设计与计算284.1、凸凹模的设计284.2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算294.3、模架的选用294.4、导向与定位机构315、脱模机构的设计与计算335.1、顶出系统设计335.2、推件板的厚度345.3、顶杆直径的计算356、注射机与模具各参数的校核376.1、工艺参数的校核376.2、安装参数的校核38参考文献39致谢43前 言自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50（中国台湾：40），塑料模具约占33（中国台湾：48），压铸模具约占6（中国台湾：5），其他各类模具约占11（中国台湾：7）。中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（19611981），成长期（19811991），成熟期（19912001）三个阶段。萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1、塑件的工艺性分析1.1、塑件的原材料分析通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是强度好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种材料的性能对比，如表所示。表1 不同材料的性能对比塑料名称PS PC PMMA拉伸强度/MPa51.9 6672弯曲强度/MPa11095113断裂伸长率/%280100落球冲击强度J/m16422洛氏硬度（M）11582101氧指数（OI）18.124.917.3热变形温度/ 85134100维卡软化点/105153120马丁耐热温度/112体积电阻率/cm10102.1101010吸水率% 0.050.131.19透光度/%88929393雾度% 30.90.9折射率 1.5921.5861.492价格（元/吨）1150123033000410001950020700 和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表所示。表2 材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途聚苯乙烯（非结晶型）透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件3080 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等聚甲基丙烯酸甲酯（非结晶型）透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解收缩率取0.3580透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等聚碳酸酯（非结晶型）透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度2 130脆化温度为100在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等 图1 塑料件 图2 pore建模塑件的材料采用聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA），属热塑性塑料，该塑料具有 如下的成型特性：l 无定形料、吸湿性大、不易分解。l 质脆、表面硬度低。l 流动性中等，溢边值0.03mm左右，易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕等缺陷。l 宜取高压注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性，降低内应力、方向性，改善透明度及强度。l 模具浇注系统应对料流阻力小，脱模斜度应大，顶出均匀，表面粗糙度应好，注意排气。l 质透明，要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混入杂质。1.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析1.2.1、塑件的结构分析塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性.在塑料生产过程中,一方面成型会对塑件的结构,形状,尺寸精度等诸方面提出要求,以便降低模具结构的复杂程度和制造难度,保证生产出价廉物美的产品;另一方面,模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析,弄清塑件生产的难点,为模具设计和制造提供依据.该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。1.2.2、塑件尺寸精度的分析该零件的重要尺寸，如，30.90.09mm的尺寸精度为3级，次重要尺寸3.750.07mm的尺寸精度为4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用8级精度。塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析。尺寸公差由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。各种塑件,不论是结构件还是板壁,根据使用要求具有一定的厚度,以保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短,提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷,缩孔,夹心等质量上的缺陷。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为4.5mm，最小处为2.25mm，壁厚差为2.25mm，较为均匀。1.2.3、表面质量的分析表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。由于该零件直接与人接触所以不能太过光滑，所以该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。1.2.4、塑件的脱模斜度 制品上的脱模斜度大小，与制品啊的性质，收缩率大小，摩擦系数，制品避厚和几何形状有关。硬质塑料比软制塑料斜度大。形状愈复杂或成型孔较多时取较大的脱模斜度。制品高度愈高，孔愈深取较小的脱模斜度。内孔包住型心，取较大斜度。 在制品图上标明，内孔以小端为基准，斜度由扩大方向取得。外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得。 根据塑料制品成型及模具设计的表2-4，再根据塑件的高度确定脱模斜度为 型腔1型芯为0. 6。1.3、塑件的体积重量 根据PORE的成型，分析可以很直观的的出其各种参数； 利用PORE建模很容易计算出其体积，质量，厚度等。计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算得塑件的体积：V9132mm3计算塑件的质量：WV (1)根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为1.18kg/dm3，故塑件的重量为： WV 91321.1810-3 10.776g 图3 pore分析流道凝料V=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量为:V=91321.5=13698 mm；实际注射质量为M=1.5M=10.771.5=16.115g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8 V公V实 V公= V实/0.8 =13698/0.8=17122.5mm；为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%80%。 2V =27396 mm； V60000mm； 2V/ V100% =45.66%满足要求。注塑机的选择1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.(1)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,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.(2)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.(3)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3 注射量与注射时间的关系注射量/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(4)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.(5)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.(6)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.(7)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.(8)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.根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：XSZ60/40型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：表4 注塑机的参数理论注射量/cm360移模行程/mm180螺杆直径/mm30最大模具厚度/mm280注射压力/Mp150最小模具厚度/mm160锁模力/KN400喷嘴球半径/mm15拉杆内间距/mm295185喷嘴口孔径/mm3.5原料要干燥处理，可在7080C热风循环中干燥处理，烘干时间24h。原料中应加入紫外线吸收剂和搞氧剂，以提高耐老化能力。不同品级的原料塑化温度略有差异,机筒温度可控制在160220C范围内,喷嘴温度在170180C范围内。注射压力在60120MPa。壁厚、浇口截面较大时，注射压力可略低些。而壁薄、流道较长时，注射压力可提高至130150MPa。注射熔体流速以缓慢些好。这对保证制品表观质量、改善制口强度有利。模具温度为6070C。较高的冷却温度，制品外表光泽、内应力小，但收缩大。由于流道截面较大，制品固化延长。为了缩短成型周期，一般制品的模具没度一些。制品的收缩率不大，但内应力较高。必要时应进行热处理，在70C左右的热风循环中处理23h,缓慢冷却至室温，以消制品的内应力。应选用螺杆式注塑机。螺杆的结构形式应该是渐变型的螺杆，对原料塑化比较有利，注塑机设备上的通用型螺杆可应用。根据塑件的体积、质量和生产效率（年生产量）等各个方面考虑，并查资料可选择注塑机型号为：SZ-60/40。在注射成型时，塑料要经过三个阶段的转换：一是塑料未进入料筒前的颗粒状；二是塑料在料筒中的塑化流动而达到熔融状态；三是塑料通过注射模浇注系统的充模流动及冷却定型。1.4、塑件的注射工艺参数的确定根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度t1选用180中段温度t2选用200前段温度t3选用220喷嘴温度：选用220注射压力：选用100MP注射时间：选用20s保压时间：选用2s保压： 80MP冷却时间：选用28s总周期： 50s1.5、注塑成型的准备注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。图4 时间与压力的关系1.5.1、物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。1.5.2、注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。1.5.3、制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。2、型腔数的确定及浇注系统的设计2.1、塑料配方说明塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂,增塑剂,稳定剂,润滑剂,着色剂等.根据PMMA的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂.填充剂玻璃微珠；PMMA成型后易产生内应力,添加玻璃微珠使塑料的流动性好,残余内应力分布均匀,使光的漫反射率为80%88%。增韧剂SBS,ABS,EPR；PMMA的冲击性能很差,是一种十分脆的材料,增韧改性是必须的。光稳定剂氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下， 由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。润滑剂硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用,防止塑料在成型加工时黏模,同时提高塑料制品表面光洁度。着色剂粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占80%左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望，提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。抗菌剂磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩,因此需要做此设计.很多塑料制品的表面会 滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在塑料中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。2.2、分型面的选择根据分型面的选择原则： (1)便于塑件脱模； (2)在开模时尽量使塑件留在动模； (3)外观不遭到损坏；(4)有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上.如图所示。图5 分型面 图6 pore建立分型面根据PORE所示 其内表面和外表面的拔模角度为1.0。根据PORE分析：蓝色部分放入下模。绿色部分放入上模。该塑件为旋纽，表面质量无特殊要求，端部因与人手指接触因此形成自然圆角，此零件可采用上图所示的分型面比较合适。2.3、型腔数的确定方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下： n2=(G-C)/V (2) 式中：G注射机的公称注射量/cm3 V单个制品的体积/cm3C浇道和浇口的总体积/cm3生产中每次实际注射量应为公称注射量G的（0.750.45）倍，现取0.6G进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（0.21）倍，现取C0.6V进行计算。n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.37560)/90132=2.46由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构。2.4、确定型腔的排列方式本塑件在注射时采用一模两件，即模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。图7 型腔排列2.5、浇注系统的设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的 传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。2.5.1、主流道的设计主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。根据设计手册查得SZ60/40型注射机喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前端孔径：d0=3.5mm 喷嘴前端球面半径：R015mm为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径D应稍大于注射喷嘴直径d。Dd+(0.51)mm=3.5+14.5mm 主流道的半锥角通常为12过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2。经换算得主流道大端直径D8.5mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径5mm的圆弧过渡。主流道的长度L一般控制在60mm之内，可取L55mm。图8 浇注系统2.5.2、冷料穴与拉料杆的设计对于依靠推件板脱模的模具常用球头拉料杆，当前锋冷料进入冷料穴后紧包在拉料杆的球头上，开模时，便可将凝料从主流道中拉出。球头拉料杆固定在动模一侧的型芯固定板上，并不随脱模机构移动，所以当推件板从型芯上脱出制品时，也将主流道凝料从球头拉料杆上硬刮下来。其结构如上图所示：2.5.3、分流道的设计分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表所示。分流道的断面形状有圆形，半圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。分流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性，在该模具上取半圆形的流道。一般分流道直径在310mm范围内，分流道的截面尺寸可根据制品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第2卷中图9.212所示的经验曲线来选定，经查取D=5.6mm较为合适，分流道长度取L20mm从图9.214中查得修正系数fL=1.02，则分流道直径经修正后为DDfL=5.61.02=5.712，取D6mm表 5 塑料品种与分流道断面直径塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513 2.5.4、浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性:形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中小型制品的一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度W的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度L在结构强度允许的条件下以短为好，一般选L0.50.75mm。确定浇口深度和宽度的经验公式如下：h=nt (3)W=nA1/2/30 (4)式中：h侧浇口深度（mm）中小型制品常用h=0.52mm，约为制品最大壁厚的1/32/3,取1.5mmt制品的壁厚（mm） 3.38mmn塑料材料的系数查表得0.8W浇口的宽度（mm） A型腔的表面积（mm2） 计算得2940mm2 将以上各数据代入公式得：h=1.5mm，W=1.5mm, L取0.5mm。计算后所得的侧浇口截面尺寸可用r=6q/(Wh2)104s-1作为初步校验。制品的体积V9.132cm3，设定充模时间为1s，于是：q=9.132/1=9132mm3/s r=6q/Wh2=(69132)/(1.51.52)=1.6104104s-1所以符合要求。2.6、剪切速率的校核生产实践表明，当注射模主流道和分流道的剪切速率R=510510S、浇口的剪切速率R=1010S时，所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料，将以上推荐的剪切速率值作为计算依据，可用以下经验公式表示：R= (5) 式中 q体积流量（CM/S）；R浇注系统断面当量半径（CM）。（1）主流道剪切速率校核Q=0.8Q/T =17.12/1=17.12 （CM/S） T注射时间，T=1（S）； R=(d1+d2)/4=0.33（CM） R主流道的平均当量截面半径；d 主流道小端直径 ， d=0.45 （CM）； d主流道大端直径，d=0.85（CM） R=3.3qv/Rx3=（3.317.12）/（3.140.333）=2.0110 S 从以上的计算结果看，流道剪切速率的值都落在合理的范围内，证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。2.7、模具材料的选择现有的模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从PMMA特性看,这两项指标是必须要满足的,此外还有抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是45号刚,该刚为中碳钢，经过调治过后，具有良好的综合力学性能，而且用途也及其广泛。而导柱和导套则用T8A钢该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火)后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于冲头，木工工具，金属用剪刀等。3、排气、冷却系统的设计与计算3.1、排气系统的设计排气设计原则：通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故；2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出；3）最好设在凹模上，以便于模具加工和清模方便；4）开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的终端；5）开设在靠近嵌件和制件壁最薄处，因为这样的部位最容易形成熔接痕；6）若型腔最后充满部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或活动的型心时， 可在型腔相应部位镶嵌烧结的多孔金属块，以供排气；7）高速注射薄壁型制件时，排气槽设在浇口附近，可使气体连续排出；若制件具有高深的型腔，那么在脱模时需要对模具设置引气系统，那是因为制件表面与型心表面之间在脱模过程中形成真空，难于脱模，制件容易变形或损坏。 排气槽的截面积可用如下公式进行计算：F25m1(273+T1)1/2/tP0(6) 式中：F排气槽的截面面积（m2） m1模具内气体的质量(kg) P0模具内气体的初始压力（Mp）取0.1Mp T1模具内被压缩气体的最终温度() t充模时间(s) 模内气体质量按常压常温20的氮气密度01.16kg/m3计算，有 m1=oVo (7)式中：V0模具型腔的体积（m3）应用气体状态方程可求得上式中被压缩气体的最终温度（） T1=（273+T0）(P1/P)0.1304-273 (8)式中：T0模具内气体的初始温度（）由V9132mm3 充模时间t=1s 被压缩气体最终排气压力为P120MPa由(8)式得：T1(273+20)(20/0.1)0.1304-273=311.7 模具内的气体质量由(7)式得： m1=V00=9.13210-61.16kg=1.06 10-5kg 将数据代入(6)式得：所需排气槽的截面面积为：F=251.0610-5(273+311.7)1/2/(10.1106)=0.064mm2查取排气槽高度h=0.03mm，因此排气槽的总宽度为：W=F/h=0.064/0.03=2.13mm为了便于加工和有利于排气，运用镶拼式的型芯结构，与整体式型芯相比，镶拼型芯使加工和热处理工艺大为简化。3.2、冷却系统的设计与计算设计原则1）尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡；2）冷却水孔的数量越多，孔径越大，则对塑件的冷却效果越好；3）尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，与制件的壁厚距离相等，经验表明，冷却水管中心距B大约为2.53.5D，冷却水管壁距模具边界和制件壁的距离为0.81.5B。最小不要小于10。4）浇口处加强冷却，冷却水从浇口处进入最佳；5）应降低进水和出水的温差，进出水温差一般不超过56）冷却水的开设方向以不影响操作为好，对于矩形模具，通常沿宽度方向开设水孔。7）合理确定冷却水道的形式，确定冷却水管接头位置，避免与模具的其他机构发生干涉。冷却系统设计的有关公式：qV=WQ1/c1(1-2) (9) 式中：qV冷却水的体积流量(m3/min)W单位时间内注入模具中的塑料重量(kg/min)Q1单位重量的塑料制品在凝固时所放出的热量(kJ/kg)冷却水的密度(kg/m3) 0.98103c1冷却水的比热容kJ/(kg.)4.1871冷却水的出口温度() 252冷却水的入口温度() 20 Q1可表示为：Q1=c2(3-4)+u 式中：c2塑料的比热容kJ/(kg.) 1.465 Q3塑料熔体的初始温度() 200 4塑料制品在推出时的温度() 60 u结晶型塑料的熔化质量焓(kJ/kg) Q1=c2(3-4)+u=1.465(200-60)=205.1kJ/kg 将以上各数代入（9）式得： qV=(0.013205.1)/0.981034.187(25-20)m3/min =0.1310-3m3/min上述计算的设定条件是：模具的平均工作温度为40，用常温20的水作为模具的冷却介质，其出口温度为25，产量为0.013kg/min。 由体积流量查表可知所需的冷却水管的直径非常小，体积流量也很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式即可。但为满足模具在不同温度条件下的使用，可在适当的位置布置直径d为8mm的管道来调节温度。4、模具工作零件的设计与计算4.1、凸凹模的设计凹模的结构采用整体嵌入式，这样有利于节省贵重金属材料，对于小件一模多腔式模具，一般是将每个型腔单独加工后压入定模板中；这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。型芯采用镶拼式结构，对于形状复杂的凸模，为了加工方便，可采用镶件拼合式结构，且有利于加工和排气。（如图所示） 图9 模具型芯本设计中零件工作尺寸的计算均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算，已给出这PMMA的成型收缩率为0.005，模具的制造公差取z=/3。表6 型腔型芯工作尺寸的计算 类别塑件尺寸计算公式模具尺寸型腔计算型腔板35.250-1.0Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z34.6800.33R7.50.64R7.0600.2119.200.44Hm=(Hs+Hs.Scp%-2/3)0+z18.7100.15推件板30.90.09Lm=(Ls+Ls.Scp%-3/4)0+z30.8800.06型芯计算主型芯26.2500.96Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z27.100-0.32R2.250.24R2.620-0.1617.250.48Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z17.980-0.32小型芯3.750.07Lm=(Ls+Ls.Scp%+3/4)0-z3.870-0.057.50.32Hm=(Hs+Hs.Scp%+2/3)0-z8.050-0.11 4.2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算4.2.1、型腔侧壁厚度的计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。根据圆形整体式型腔的侧壁厚度计算公式：S0.90Pr4/E()1/3(10) 式中：S侧壁厚度(mm)P型腔压力(Mpa) 40r型腔半径(mm) 17.625E模具材料的弹性模量(MPa) 2.1105 刚度条件，即允许变形量(mm) 0.05将以上各数代入式得： S1.15(4019.84)/(2.11050.05)1/3 =9.62mm4.2.2底板厚度的计算公式如下：hs0.56(Ph4/E)1/3 (11) 将各参数代入式中得：hs4.68mm型腔的厚度h腔hc+h=4.68+19.8=24.48mmS可取10mms腔取32mm根据计算，型腔侧壁厚度应大于9.62mm，而型腔的直径为3525mm。根据浇注系统的条件及制件的大小，初选标准模架，依据塑料注射模中小型模架及技术条件(GB/T12556-90)，根据模板的参数确定导柱、导套、垫块等的有关尺寸。4.3、模架的选用注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL为（630mm630mm）（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。4.3.1、模仁尺寸的确定因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为160250mm。4.3.2、模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定，厚度满足30可满足要求。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为也为32 mm。推板推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为21.75 mm左右，黏结在型芯上的尺寸17.25mm和7.8mm左右，所以当推出距离为20mm时就能使塑件和型芯分离。如果C板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，如图所示：需要满足关系：Hh1h2h3h0 HC板高度；h1挡销高度；h2推板厚度； h3推杆固定板厚度； h推出距离； 完成了以上的工作，确定模具尺寸为 图10 推出机构 160250 mm，型腔板厚度32mm，推板厚度12 mm，型芯固定板厚度25，为了保证凸、凹模不碰伤，A板和B板之间取1 mm间隙。4.4、导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有：1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。此模具的导拄和导套的材料采用T8A刚 图11 导套和导拄T8A钢的特性有： 硬度HRC大于62。淬火，回火后，常用于制造要求有较高硬度和耐磨性的工具。此工具钢一般以退火状态供应，使用时再进行适当的热处理。导拄和导套的配合公差为H8/f8。导拄与型腔固定板的配合公差为H7/n65、脱模机构的设计与计算5.1、顶出系统设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的脱模板的脱模机构，因为该塑件的分型面简单，有两个圆面与芯型包容且结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。脱模板主要运用于薄壁容器、壳体以及不允许存在推出痕迹的塑件。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。脱模力的计算此模具采用推件板脱模，因该制件的，属厚壁制品，厚壁制品脱模力受到材料向壁厚中性层冷却收缩的影响，可用弹性力学的有关厚壁圆筒的理论进行分析计算，公式如下：Qc=1.25kfcaE(Tf-Tj)Ac/(dk+2t)2+dk2/(dk+2t)2-dk2 (12) 式中，对于圆筒制品中：k脱模斜度系数k=(fcCos-Sin)/fc(1+fcSinCos)=0.92fc脱模系数，即在脱模温度下制品与型芯表面之间的静摩擦系数，它受高分子熔体经高压在钢表面固化中粘附的影响。 0.50塑料的线膨胀系数（1/） 查表得：610-5塑料的泊松比0.40E在脱模温度下塑料的抗拉弹性模量（MPa） 3.16103Tf软化温度() 100T脱模顶出时制品的温度（） 60Ac制品包紧在型芯上的有效面积（mm2） 1422.55t制品的厚度（mm） 3.38将以上各数据代入公式得： Qc=1372.45N5.2、推件板的厚度 筒形或圆形制品采用推件板脱模，推件板的受力状态可简化为圆环形平板周界受集中载荷的力学模型，最大挠度产生在板的中心。按刚度条件和强度条件的计算公式如下，取大者为依据 图12 推件板按刚度条件：h=(C2QeR2/Ep)1/3 (13)强度条件：h=(K2Qe/p)1/2 (14)式中：h推件板的厚度(mm)C2随R/r值变化的系数 0.3500R推杆作用在推件板上的几何半径(mm) 61r推件板圆形内孔或型芯半径(mm) 13.125Qe脱模力(N) 1372.45E推杆材料的弹性模量(MPa) 2.1105K2随R/r值变化的系数 1.745p推件板材料的许用应力(MPa) 610p推件板中心允许变形量(mm)，通常取制品尺寸公差的1/51/10，即p=(1/51/10)i 0.088其中i制品在被推出方向上的尺寸公差(mm) 0.88将上述各数据代入(13)式得：h=1.69mm将上述各数据代入(14)式得：h=1.98mm所以推件板的厚度可取：16mm推件板与推杆用螺纹配合，主要是合模时能吧推件板拉回原处，以免推件板不能与型腔固定板紧密配合，造成塑件不能完全成型，所以用推杆与推件板固定从而带动推板的回位，能使得塑件的外观和合模时造成的磨损少一些。5.3、顶杆直径的计算推杆的截面形状：推杆又分为普通推杆与成型推杆两种。前者只是推出塑件之用，其截面形状有圆形、方形及其他各种类型；而后者出了推出塑件之外，还参与塑件局部成型，即可作成塑件某一部分的形状，或作为芯型。 推杆推顶推件板时应有足够的稳定性，其受力状态可简化为一端固定、一端铰支的压杆稳定性模型，根据压杆稳定公式推导推杆直径计算式为： d=K(l2Qe/nE)1/4(15)推杆直径确定后，还应用下式进行强度校核： c=4Qe/nd2s (16)式中：d推杆直径(mm)K安全系数，通常取K=1.52.2l推杆的长度(mm) 102Qe脱模力(N)1372.45E推杆材料的弹性模量(MPa) 2.1105n推杆根数 4c推杆所受的压应力(MPa)s推杆材料的屈服点(MPa) 360将以上各数据代入(15)式得： d=4.06mm 圆整取5mm将以上各数据代入(16)式进行校核： c=4Qe/nd2=17.47 MPas=360 MPa所以此推杆符合要求。 推杆的固定形式：推杆在固定板中的形式可以分为常用形式适用于各种形式的推板。垫块和垫圈代替固定板上的沉孔加固简便。利用螺母顶紧推杆适用于推杆直径较大及固定板较厚的情况。螺钉紧固适用于粗大的推杆。 推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断或发生运动卡住现象，常在推出机构中设导向零件，一般包括导拄和导套。导拄一般不少于两个，大型模具要四个。导拄除定位作用外，还能起到支撑拄的作用，以减少注射成型时动模支撑板的弯曲。 此模具采用四根推杆，两根个推板导拄。推杆与推板固定，推板导拄直接与下模座板固定。 图13 推出机构6、注射机与模具各参数的校核6.1、工艺参数的校核6.1.1、注射量的校核（按体积）Vmax=V (17)式中：Vmax模具型腔流道的最大容积(cm3)V指定型号与规格注射机的注射量容积(cm3)塑料的固态密度(g/cm3)注射系数取0.750.85，无定形料可取0.85，结晶形可取0.75。将以上各数代入（17）式得：Vmax=V 0.856051cm3倘若实际注射量过小，注射机的塑化能力得不到发挥，塑料在料筒中停留的时间会过长。所以最小注射量容积Vmin0.25V。Vmin0.25V=0.2560=15cm3实际注射量V=2V0+20.6V0=29.132+20.69.132=29cm3即Vmin VVmax所以符合要求。6.1.2、锁模力的校核公式：FKAPm （18）式中F注射机的额定锁模力(kN) 400A制品和流道在分型面上的投影和(cm3)Pm型腔的平均计算压力(MPa) 由表9.9-4取30K安全系数，通常取K1.11.2则：KAPm1.22(35.25/2)2+20630 =78.905kN400kN=F所以符合要求。6.1.3、最大注射压和的校核PmaxKP（19） 式中：Pmax注射机的额定注射压力(MPa)150 P0成型时所需的注射压力(MPa)100 K 安全系数，常取K=1.251.4 取1.3则KP0=1.3100=130 MPaPmax150 MPa所以符合要求。6.2、安装参数的校核模具各模板的厚度分别为：H1上模座 30mm H2型腔板 32mmH3脱件板 16mm H4型芯板 25mmH5型芯固定板 32mm H6垫块 63mmH7下模座 30mm模具的闭合高度H=H1+H2+H3+H4+H5+H6+H7=228mm所允许的最小模具厚度Hmin=160mm所允许的最大模具厚度Hmax=280mm即模具满足Hmin228mmHmax的安装条件。经查资料SZ-60/40型注射机的最大开模行程S=180mm SH1+ H2+(510)mm =17.5+20+10 =47.5mm满足要求所以注射机的开模行程足够，由以上的验证可知，型注射机能满足使用要求，故可采用。参考文献1叶久新，王群.塑料制品成型及模具设计 M.湖南科技出版社，2005.1-154 Ye jiuxing,Wang qun.Plastic molding and mold design M.Hunan Science and Tecnology Press,2005.1-1542伍先明，张蓉，杨军，周志冰.塑料模具设计指导 M.国防工业出版社. Wu xianming,Zhang rong,Yang jun,Zhou zhibing.Plastic mold design guidance M.National Defence Industry Press.3.塑料模具技术手册编委会.塑料模具技术手册 M.北京：机械工业出版社，2001.1-274Plastic mold technical manual Editorial Board.Plastic mold Technical Manual M.Beijing:Mechanical Industry Press,2001.1-2744中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典 M.南昌：江西科学技术出版社，2001.1-400 Editorial Board of China ceremony. China mold design and mold Technical ceremony M.Editorial Board of Jiangxi Science and Technology Press,2001.1-4005马颖.模具CAD/CAM技术的发展概况J.模具工业，1999 Ma ying .Mold CAD/CAM technology overview Technique of modern mold tooling industry J.mechanical engineer and construction,19996陆宁.使用注塑模具设计 M.北京：中国轻工业出版社，1997.1-144 Lu ning.tooling industry practical injection mold design M.beijing:China Light Industry Press.1997.1-1447陈万林.实用塑料注射模设计与制造 M.北京：机械工业出版社，2000,6-40 Chen wanlin.Practical Design and manufacture of plastic injection mold M.Beijing:Standards Press of China Machinery Industry Press,2000,6-408中国标准出版社第三编辑室编，塑料模具汇编M.北京：中国标准出版社，1997,1-200 Standards Press of China third editing room series,standard plastic mold assembly M.Beijing:China Standard Press,2000,20-409楚生.机械制造技术基础M.重庆：重庆大学出版社，2000,20-70 Chu sheng.Machine Manufacturing Technology M.Chongqing:Chongqing University Press,2000,20-7010杜志俊.现代模具技术综述J.机械工程师，1999 Du zhijun.Construction Management of the Business Die J.mechanical engineer,1999致 谢本次毕业设计是在我的导师隆文革老师的亲切关怀和悉心指导下完成的。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到羡慕的完成，隆文革老师始终给予我悉心的指导和吸血的支持。四年多来，隆文革老师不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想上、生活上给我以无微不至的关怀。在此谨向隆文革老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。在此，我还要感谢培养我四年的各位任课老师，是他们辛勤的园丁，用无私的心和智慧的汗水滋养我们求知若渴的心田，是我们不断在知识的海洋里吸取宝贵的资源，让我们从幼稚走向成熟。同时，我还要感谢在一起愉快的度过大学生活的同学们，正是你们的帮助和支持，我才能克服一个又一个的困难和疑惑，直至本文的顺利完成。在设计即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课堂到设计的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！ 英文翻译The Science of Die MakingThe traditional method of making large automotive sheet metal dies by model building and tracing has been replaced by CAD/CAM terminals that convert mathematical descriptions of body panel shapes into cutter paths.Teledyne Specialty Equipments Efficient Die and Mold facility is one of the companies on the leading edge of this transformation. by Associate EditorOnly a few years ago,the huge steel dies requited for stamping sheet metal auto body panels were built by starting with a detailed blueprint and an accurate full-scale master model of the part. The model was the source from which the tooling was designed and produced.The dies,machined from castings,were prepared from patterns made by the die manutacturers or somethimes supplied bythe car maker.Secondary scale models called” tracing aids” were made from the master model for use on duplicating machines with tracers.These machines traced the contour of the scale model with a stylus,and the information derived guided a milling cutter that carved away unwanted metal to duplicate the shape of the model in the steel casting.All that is changing.Now,companies such as Teledyne Specialty Equipments Effi cient Die and Mold operation in Independence,OH,work from CAD data supplied by customers to generate cutter paths for milling machines,which then automatically cut the sheetmetal dies and SMC compression molds.Although the process is uesd to make both surfaces of the tool, the draw die still requires a tryout and “benching” process.Also, the CAD data typically encompasses just the orimary surface of the tool,and some machined surfaces, such as the hosts and wear pads, are typically part of the math surface.William Nordby,vice president and business manager of dies and molds at Teledyne,says that “although no one has taken CAD/CAM to the point of building the entire tool,it will eventually go in that direction because the “big thrdd”want to compress cycle times and are trying to cut the amount of time that it takes to build the tooling.Tryout, because of the lack of development on the design end,is still a very time-consuming art,and vety much a trial-and-error process.”No More Models and Tracing AidsThe results to this new technology are impressive. For example, tolerances are tighter and hand finishing of the primary die surface with grinders has all but been eliminated. The big difference, says Gary Kral, Teledynes director of engineering, is that the dimensional control has radically improved. Conventional methods of making plaster molds just couldnt hold tolerances because of day-to-day temperature and humidity variations.”For SMC molds the process is so accurate , and because there is no spring back like there is when stamping sheet metal, tryouts are not always required.SMC molds are approved by customers on a regulate basis without ever running a part .Such approvals are possible because of Teledynes ability to check the tool surface based on mathematical analysis and guarantee that it is made exactly to the original design data.Because manual trials and processes have been eliminated, Teledyne has been able to consider foreign markets.” The ability to get a tool approved based on the mathe gives us the opportunity to compete in places we wouldnt have otherwise,” says Nordby.According to Jim Church, systems manager at Teledyne, the company used to have lots of pattern makers ,and still has one model maker.” But 99.9 percent of the companys work now is from CAD data. Instead of model makers, engineers work in front of computer monitors.”He says that improvenents in tool quality and reduction in manufacturing time are significant. Capabilities of the process were demonstrated by producing two identical tools. One was cut using conventional patterns and tracing mills, and the other tool was machined using computer generated cutting paths. Although machining time was 14 percent greater with the CAM-generated path, polishing hours were cut by 33 percent. In all ,manufacturing time decreased 16.5 percent and tool quality increased 12 percent.Teledynes CAD/CAM system uses state-of-the-art software that allows engineers to design dies and molds, develop CNC milling cutter paths and incorporate design changes easily. The system supports full-color, shaded three-dimensional modeling on its monitors to enhance its design and analysis capabilities. The CAD/CAM system also provides finite element analysis that can be used to improve the quality of castings , and to analyze the thermal properties of molds. Inputs virtually from any customer database can be used either directly or through translation.CMM Is CriticalTeledynes coordinate measuring machine(CMM),says Church,”is what has made a difference in terms of being able to move from the traditional manual processes of mold and die making to the automated system that Teledyne uses today.”The CMM precisely locates any point in a volume of space measuring 128 in, by 80 in, by 54 in, to an accuracy of 0.0007 in. It can measure parts, dies and molds weighing up to 40 tons. For maximum accuracy,the machine is housed in an environmentally isolated room where temperature is maintained within 2 deg.F of optimum. To isolate the CMM from vibration, it is mounted on a 100-ton concrete block supported on art cushions.According to Nordby, the CMM is used not only as a quality tool, but also as a process checking tool. “ As a tool goes through the shop, it is checked several times to validate the previous operation that was performed.” For example, after the initial surface of a mold is machined and before any finish work is done, it is run through the CMM for a complete data check to determine how close the surface is to the required geometry.The mold is checked with a very dense pattern based on flow lines of the part. Each mold is checked twice, once before benching and again after benching. Measurements taken from both halves of the mold are used to calculate theoretical stock thickness at full closure of the mold to verify its accuracy with the CAD design data.Sheet Metal Dies Are Different“Sheet metal is a different ballgame,” says Nordby, “because you have the issue of material springback and the way the metal forms in the die. What happens in the sheet metal is that you do the same kinds of things for the male punch as you would with SMC molds and you ensure that it is 100 percent to math data. But due to machined surface tolerance variations, the female half becomes the working side of the tool. And there is still a lot of development required after the tool goes into the press. The math generated surfaces apply primarily to the part surface of the tool.”EMS Tracks the Manufacturing Proc
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