毕业设计（论文）-滑盖手机底壳的注塑模设计（全套图纸）.doc

第一章 绪论 1 1 第一章第一章 绪绪 论论 1.1 引言 塑料工业近20年来发展十分迅速，早在十多年前塑料的年产量按体积计算已经超 过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支 柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛地应用。相应地, 塑料模具在整 个模具行业占有很重要的地位。根据国内外模具市场的发展状况，有关专家预测，未 来我国的模具业经行业调整后，塑料模具的比例将不断增大。近年来, 塑料模具的设计 与制造技术得到很快发展，特别是计算机技术的飞速发展及其在塑料模设计与制造中 的应用，彻底改变了传统的模具设计与制造方式，使塑料模技术得到了飞跃性的发展。 全套图纸加 153893706 塑料模具是用于成型具有一定形状尺寸的塑料制品的成型工具。模具是塑件生产 的重要工艺装备之一，不同的塑料成型方法使用着不同的成型工艺和原理及模具结构。 对塑件质量的优劣及生产效率的高低，除其他因素外，模具因素也是一个重要的因素。 在现代塑件生产中，合理的模塑工艺、高效的模塑设备、先进的塑料模具和制造技术 是必不可少的，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，塑件的使用要求和造型设 计等，具有重要作用。作为产品生命周期的重要一环，模具质量的好坏直接影响产品 2 质量。塑料模具设计与制造是一项综合性的工作，塑件成型生产，涉及成型物料，成 型设备，成型工艺，成型模具及模具制造等各个方面，而这些便构成了塑件成型生产 的系统。 注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分 热固性塑料，生产的塑料制品数量之大是其他成型方法望尘莫及的。由于注塑成型加 工实现了生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。注塑模具作为注塑成型的 主要工具之一，其质量、精度、制造周期，将直接影响产品的质量、产量、成本及产 品的更新时间，同时，也代表企业在市场竞争中的反应能力和速度。 1.2 滑盖手机底壳注塑模具设计的意义 此滑盖手机底壳结构较复杂，表面要求光滑，注塑成型时，需要优化零件结构， 使其既满足用户使用要求，同时也降低生产成本。在 Pro/E 环境下，对滑盖手机底壳进 行三维曲面建模，并对零件结构进行优化，达到模具设计分模的要求，并使其加工制 造工艺简单化。这不仅有利于提高学生的 3D 建模能力，而且增强学生理论设计与实际 生产需求相结合的意识。要求学生绘制模具相关的标准装配图及零件图，加强学生的 CAD 综合绘图能力,掌握生产中标准作图方法和相关要求。 1.3 采用注射模成形手机产品的优点 （1） 注射成形工艺可由机床自动按照一定的程序完成，便于实现自动化，生产效 率较高，适于大批量生产。 （2） 注射一般可一次成形，减少了制品再加工程序。 （3） 可以制作形状较复杂的塑料制品。 （4） 模具通用简单，制品成本较低。 （5） 注射成形后的废品及废料可以重新加热注射，故节约材料。 （6） 操作易于掌握，不需要等级较高的技术操作。 第一章 绪论 3 3 4 第二章第二章 塑件成型工艺性分析塑件成型工艺性分析 2.1 塑件的分析 2.1.1 外形尺寸 该塑件为滑盖手机底壳，结构较复杂，外观质量要求较高，表面要求光滑，但外 观尺寸不大，壁厚为 1mm，适合注射成型，其外形结构如图 2-1 和 2-2 所示。 2.1.2 精度等级 影响塑件制品尺寸精度的因素是比较复杂的，如模具各部分的制造精度，塑料收 缩率，成型工艺及模具加工表面质量等等。手机机壳属于高精度的塑件，故本设计选 用 3 级的塑料精度，也就是公差等级为 IT8。 2.1.3 脱模斜度 在塑件建模过程中，根据其外形特征，不同部位确定不同脱模斜度，以满足成型 加工要求。 图 2-1 滑盖手机底壳三视图 第二章 塑件成型工艺性分析 5 5 图 2-2 滑盖手机底壳 3D 模型 2.2 塑件的选材 滑盖手机底壳材料选择 PC/ABS，PCABS 合金在汽车、机械、家电、计算机、 通讯器材、办公设备等方面获得了广泛应用，如移动电话的机壳、手提式电脑的外壳、 以及汽车仪表盘板)等。资料显示：PC/ABS 已广泛应用于制造手机外壳。 PC/ABS 聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物。PC/ABS 合金具有 ABS 的加工性和 PC 的抗冲击性、耐热性，有优异的流动性，热变形温度可达 80137，通常用于耐高温的电器中，如移动电话机的外壳。PC/ABS 具有 PC 和 ABS 两者的综合特性。例如 ABS 的易加工特性和 PC 的优良机械特性和热稳定性。二 者的比率将影响 PC/ABS 材料的热稳定性。PC/ABS 这种混合材料还显示了优异的流动 特性。收缩率在 0.5%左右。 6 2.3 ABS ABS ，英文全称为：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer，中文：丙烯腈丁 二烯苯乙烯共聚物。ABS 是在聚苯乙烯树脂改性的基础上发展起来的一种新型工程 塑料。它是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种单体的三元共聚物，具有综合的优良性能 （坚固、坚韧、坚硬） ，价格便宜，原料易得，因此发展很快，是目前产量最大、应用 最广的一种工程塑料。ABS 是微黄色或白色不透明粒料，无毒、无味。 ABS 由于是三种组分组成的，故它有三种组分的综合性能，而每一组分又在其中 起着固有的作用。丙烯腈可使 ABS 具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性； 丁二烯可使 ABS 具有弹性和较高的冲击强度；苯乙烯则可使 ABS 具有优良的介电性 能。因此，在机械性能方面，ABS 具有质硬、坚韧、刚性等特性。 ABS 树脂的缺点是耐热性不高，耐低温性不好，而且不耐燃、不透明，耐候性不 好，特别是耐紫外线性能不好。由于以上的综合性能，因此广泛用来制造电视机、收 音机的外壳、旋钮、电话机壳、话筒、把手、铰链、塑料铭牌等。 ABS 的成型特性是: （1）ABS 粒料表面极易吸湿，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。为此成型 前必须进行干燥处理。 （2）ABS 的比热容比聚烯烃低，在注射机料筒中能很快加热，因此塑化效率高， 在模具中凝固也比聚烯烃快，故模塑周期短。 （3）ABS 树脂的表现黏度强烈地依赖于剪切速率，因此模具设计中大都采用点浇 口形式。 （4）ABS 树脂为非结晶形高聚物，所以成型收缩率小。 （5）ABS 树脂的熔融温度较低，熔融温度范围宽，流动性好，有利于成型。 2.4 PC PC 是聚碳酸酯的简称，聚碳酸酯的英文是 Polycarbonate，简称 PC 工程塑料， PC 是一种综合性能优良的非晶型热塑性树脂，具有优异的电绝缘性、延伸性、尺寸稳 定性及耐化学腐蚀性，较高的强度、耐热性和耐寒性；还具有自熄、阻燃、无毒、可 着色等优点，大规模工业生产及容易加工的特性也使其价格极其低廉。它的强度可以 满足从手机到防弹玻璃的各种需要，缺点是和金属相比硬度不足，这导致它的外观较 容易刮花,但其强度和韧性很好。 第二章 塑件成型工艺性分析 7 7 第三章第三章 模具结构形式的拟定模具结构形式的拟定 3.1 分型面位置的确定 通过对塑件结构分析，确保分型线不影响塑件外观，也便于脱模，分型面形式为 曲面分型面，设在塑件脱模方向最大的投影边缘部位。如图 3-1 双点画线所示。 图 3-1 分型面形式与位置 3.2 模具结构形式的确定 3.2.1 型腔数量的确定 滑盖手机外观质量要求较高，生产量较大，考虑采取一模多腔的结构形式，同时， 考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初 步定为一模两腔结构形式。 3.2.2 型腔排列形式的确定 多型腔模具型心可采用平衡式排列布置，且力求紧凑，并与浇口开设的部位对称。 由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线对称排列，如图 3-2 所示。 3.2.3 模具结构形式的确定 从上面分析可知，本模具设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状， 推出机构拟采用推杆推出的推出形式。设计浇注系统时，流道采用对称平衡式，浇口 采用点浇口，开设一个分型面。为便于分型和模具加工和结构的考虑，在滑盖手机底 壳两侧设置斜导柱抽芯机构。 8 图 3-2 型腔布置图 第三章 模具结构的拟定 9 9 第四章第四章 注射机型号的确定注射机型号的确定 4.1 注射机选用原则 模具只有与合适的注射机相配，生产才能正常进行。因此在模具设计时，除了应 当了解注射成型的工艺过程外，还应对所选用注射机的有关技术规范和性能参数有全 面的了解。从模具设计的角度考虑，需了解的注射机技术规范的主要项目有：注射机 的类型、最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、模具安装尺寸及开模行程等。 注射机的选用包括两方面的内容：一是确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射 模及注塑工艺等所要求的注射机的规格参数在所选的规格参数可调的范围内；二是调 整注塑机的技术参数至所需的参数。 4.2 注射机的初选 4.2.1 计算塑件的体积 根据制件的三维造型，利用三维软件直接求得塑件的体积为：=5.8，塑件质 1 V 3 cm 量： gcmgxVm496. 6/12 . 1 8 . 5 3 11 （材料采用 PC/ABS，查找 GE 公司网页得知其密度为 1.12g/） 3 cm 4.2.2 浇注系统凝料体积的初步估算 浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确数值，根据经验按照塑件体积的 0.21 倍估算。本次取 0.3，所以一次注入模具型腔塑料熔体的总体积为 3 121 08.1523 . 18 . 52)3 . 01 (cmxxxVVnVV 4.2.3 选择注射机 根据第二步计算，一次注入模具型腔的塑料总质量=15.08，结合，V 3 cm 3 /0.8VV 则有： 3 3 85.188 . 0/08.158 . 0/cmVV 式中，V：一副模具所需塑料的体积（） ； 3 cm ：初步选定的型腔数量；n ：单个塑件的体积（） ； 1 V 3 cm ：浇注系统的体积（） ； 2 V 3 cm ：注射机公称注射量（） 3 V 3 cm 根据以上计算，初步选定公称注射量为 60 ，注射机号为 XS-Z-60 注射机，其 3 cm 主要技术参数见表 4-1。 10 表 4-1 注射机主要技术参数4 理论注射容量/ 3 cm60移模行程/mm180 螺杆直径/mm38最大模具厚度/mm200 注射压力/MPa122最小模具厚度/mm70 锁模力/kN500喷嘴口孔径/mm4 拉杆内间距/mm300X440喷嘴球半径/mm12 4.3 型腔数量及注射机的相关参数的校核 4.3.1 型腔数量校核 式（4-39. 2 550035 55002 . 03510500 3 1 2 x xxx pA pAF n 4） 所以 n=2 符合要求。 4.3.2 注射量的校核 式（4-5 33 121 488 . 008.1523 . 18 . 52)3 . 01 (cmVcmxxxVVnV ） 所以，注射量合格。 4.3.3 注射压力的校核 查表可知，PC 所需注射压力为 70130MPa，ABS 所需注射压力为 1 13 0 p 0 p 7090MPa，取=80MPa 该注射机的公称注射压力=122MPa,注射压力安全系数 0 p 1 p =1.251.4，这里取=1.3，则： 1 k 1 k 式（4-104803 . 1 01 xxpk 1 p 6） 所以注射压力合格。 式中，：PP 成型所需压力（MPa） ；：注射机的公称注射压力（MPa） 。 0 p 1 p 4.3.4 锁模力的校核 塑件在分型面上的投影面积，由三维软件测量得 5500。 1 A 2 mm 浇注系统在分型面上的投影面积，可以按照多型腔模的统计分析来确定。是 2 A 2 A 每个塑件在分型面上的投影面积的 0.20.5 倍。这里取。 1 A 21 0.2AA 塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积： 式（4-7） 2 21 1320055002 . 12)(mmxxAAnA 第四章 注塑机型号的确定 11 式中，：塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积（） ；A 2 mm ：每个塑件在分型面上的投影面积（） ； 1 A 2 mm ：浇注系统在分型面上的投影面积（） ； 2 A 2 mm ：模具型腔内的胀型力（MPa） ； 1 F 13200 35N=462kN 式（4-8） 1 FA p 式中，型腔的平均计算压力值（MPa） ，查表 4-2 取35 Mpa，查表 4-1 可得该pp 注射机的公称锁模力=500kN。 2 F 式（4-9） 1 F 2 F 所以，注射机锁模力合格。 对于其他安装尺寸的校核要等到模架选定，结构尺寸确定后方可进行。 表 4-2 常用塑料注射时型腔的平均压力1 塑件特点举 例 型腔平均压力 （MPa） 容易成型塑件 PE、PP、PS 等薄厚均匀的日用品、容 器类 25 一般塑件在模温较高下，成型壁薄容器类30 中等粘度塑料及有精度要求的 塑件 ABS、POM 等有精度要求的零件，如壳 体等 35 高粘度塑料及高精度、难充型 塑料 高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等40 12 第五章 成型零件的结构设计机尺寸计算 13 第五章第五章 成型零件的结构设计及尺寸计算成型零件的结构设计及尺寸计算 模具中决定塑件的几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、 成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑件接触，承受塑料熔体的高压、料流 的冲刷，脱模时与塑件间还要发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较 高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、 刚度及较好的耐磨性能 5.1 成型零件的结构设计 5.1.1 凹模的结构设计 凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模结构的不同可将其分为整体式、整 体嵌入式、组合式和镶拼式四种。根据对塑件的结构分析，为便于加工，采用整体式 凹模。 5.1.2 凸模的结构设计（型芯） 凸模是成型塑件内表面的成型零件，通常可分为整体式和组合式两种类型。通过 对塑件结构分析可知，该塑件型芯有三个，一个是成型零件内表面的大凸模，另外两 个是成型滑盖手机底壳两侧的侧抽型芯，设计时将其放在动模部分。 5.2 成型零件钢材的选用 根据对成型塑件的综合分析，该塑件的成型零件要有足够的刚度、强度、耐磨 性及良好的抗疲劳性能，同时考虑它的机械加工性能和抛光性能。又因为该塑件为大 批量生产，所以凹模选用钢，而对于成型内部的型芯而言，需散发的热量比VMC or12 较多，磨损也比较严重，因此也采用钢。VMC or12 5.3 成型零件尺寸计算 所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有 型腔和型芯的径向尺寸、型腔的深度尺寸或型芯的高度尺寸等等。成型零件工作尺寸 的计算方法一般按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。成型零件的 公差等级越低，其制造公差也越大，因而成型的塑件公差等级也就是越低。实验表明， 成型零件的制造公差，一般可取塑件总公差的 1/3，即是/3。 z z 14 查表得 PC/ABS 的平均收缩率为=0.5% cp S 采用平均收缩法，计算公式如下1： 凹模（型腔）径向尺寸 式（5-1 z Mcps LSLx 1） 凹模（型腔）深度尺寸 式 1 z Mcps HSHx （5-2） 凸模（型芯）径向尺寸 式 1 z Mcps lSlx （5-3） 凸模（型芯）深度尺寸 式（5- 1 Mcps z hSHx 4） 式中， ：系数，查表可知一般在 0.50.8 之间，取 0.6； ：相应尺寸制造公xx z 差（mm） ； ：制件公差（mm） ；下标 s、m：分别代表塑件和模具。 收缩率（Scp）取 0.5%。根据制件精度等级为 IT8，可取塑件公差 的 1/31/6， z 为使公差规范化，通过查标准公差数值6，确定各尺寸，并计算模具尺寸公差如表 z 5-1 所示： 表 5-1 成型零件各尺寸计算结果 单位（mm） 尺寸部位 塑件 尺寸 计算公式模具尺寸规范公差 s L标准 z M L 凹模径 向尺寸 48 95.2 0.039 0.054 0.013 0.018 1 z Mcps LSLx 48.216+0.013 95.643+0.018 s H M H 凹模深度 尺寸 6.5 7.5 0.022 0.022 0.007 0.007 1 z Mcps HSHx 6.519+0.007 7.524+0.007 s l M l 型芯径向 尺寸 46 93.2 0.039 0.054 0.013 0.018 1 z Mcps lSlx 46.253-0.013 93.698-0.018 s H M h 型芯深度 尺寸 5.5 6.5 0.018 0.022 0.006 0.007 1 Mcps z hSHx 5.538-0.006 6.545-0.007 第五章 成型零件的结构设计机尺寸计算 15 5.4 成型零件尺寸及动模垫板厚度的计算 在塑料注射模注塑过程中，型腔所承受的力是十分复杂的。型腔所受的力有塑料 溶体的压力，合模时的压力，开模时的拉力等，其中最重要的是塑料溶体的压力。在 塑料溶体的压力作用下，型腔将产生内应力及变形。如果型腔厚度和底板厚度不够， 当型腔中产生的内应力超过型腔材料的许用应力时，型腔即发生强度破坏。与此同时， 刚度不足则会发生过大的弹性变形，从而产生溢料和影响塑件尺寸及成型精度，也可 能导致脱模困难等。所以，模具对强度和刚度都有要求。 对于大尺寸型腔，刚度不足是主要矛盾，应按刚度条件计算；对于小尺寸型腔， 强度不足是主要矛盾，应按强度条件计算。所以，本设计是按照强度条件来计算。 图 5-1 矩形凹模整体式 图 5-2 矩形多型腔侧壁结构 在实际中，我们不是通过计算来确定型腔壁厚及支承板厚度（图 5-1 图 5-2） ，而 16 是凭经验确定。查参考资料的经验数据表可以得知： 型腔侧壁厚度 S 的经验值为： S0.2L+17 式 （5- 5） L型腔长边的边长 底板厚度 T 的经验数据： T0.13b 式（5- 6） 取 bL 多腔模具的型腔于与型腔之间的壁厚2/ / SS 侧壁厚度 S 的值为：S0.2L+17=0.295.2+1736.04mm 型腔于与型腔之间的壁厚: / S30 / S 底板厚度 T 的数据：T0.13b0.1395.212.376mm 通过以上的估算，最终取： S=36mm =30mm / S T=15mm 第五章 成型零件的结构设计机尺寸计算 17 18 第六章第六章模架的选取模架的选取 根据型腔的布局可以看出，型腔分布尺寸为 220.448，又根据型腔侧壁最小厚度 为 36mm，所以，凹模最小的尺寸为 292.412022.5； 模具的大小主要取决于塑件的大小和结构。对于模具而言，在保证足够强度和刚 度的条件下，结构越紧凑越好，可以以塑件布置在推杆推出的范围之内及复位杆与型 腔保持一定距离为原则来确定模架大小，可以大致按下列经验公式来计算： 式（6-1） 2 10WWmm 式（6-2） 30 t Lld 式中， ：塑件在分型面上的投影宽度（mm） ； W ：塑件在分型面上的投影长度（mm） ； L ：推板宽度（mm） ； 2 W ：复位杆在长度方向的间距（mm） ； t l ：复位杆直径（mm） 。d 根据以上两式求得=58mm， =260.4mm。 2 W t l 再考虑到凹模的尺寸、导柱、导套及连接螺钉布置应占的位置和推出机构等各方 面问题，确定选用模架结构为 P2（200315）的形式。 6.1 各模板尺寸的确定 A 板尺寸。A 板是定模型腔板，塑件高度为 7.5mm，再考虑凹模底部深度 T=15mm， 考虑到其他情况 A 板厚度取为 mm32。 B 板尺寸。B 板与 A 板相似，取为 25mm。 C 板（垫板）尺寸。垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度 +510mm=15+16+12.5+（510）=48.553.5mm，选 C 板高为 63mm。 经过上述计算，模架尺寸已经确定为模架结构形式为 P2 型，其外形尺寸：宽长 高=200315175mm。如图 6-1 所示。 第六章 模架的选取 19 图 6-1 模架 所以选择标准模架，其尺寸参数如下： 表 6-1 型标准模架尺寸 定模 A20031532导柱16 动模 B20031525 闭合 高度 175 动定模座板24031520推板9431516 C 板3031563 推杆固定 板 9431512.5 6.2 模架各尺寸的校核 模具平面尺寸 200315300440（拉杆间距） ，校核合格。 模具高度尺寸 175mm，1001751.3，推杆尺寸校核合格。 压 8.3 推出机构的复位 脱模机构完成塑件推出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置。目前常用的 复位形式复位杆复位和弹簧复位。考虑到模具带侧向抽芯机构，采用弹簧复位，不仅 设计简单，还起到推杆先复位的作用。 28 第九章第九章 侧向分型机构与抽芯机构的设计侧向分型机构与抽芯机构的设计 于本塑件的侧边上有凹槽，因此需要设计侧抽芯机构。侧向分型与抽芯机构根据 动力来源的不同，有机动、液压或气动以及手动等三大类。本塑件采用机动侧向分型 与抽芯机构,它是利用注射机开模力作为动力，通过有关传动零件使力作用于侧向成型 零件而将模具侧向分型或把侧向型芯从塑料制件中抽出，合模时又靠它使侧向成型零 件复位。这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯不需手工操作，生产率高，而且 结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。根据传动零件的不同，这类机构可分为斜 导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等许多不同类型的侧向分型与抽芯机构，本 次设计选用斜导柱侧向分型与抽芯机构。 9.1 抽芯机构抽芯距和抽芯力的计算 一般情况下，侧向抽芯距通常比塑件上的侧孔、侧凹的深度或侧向凸台的高度大 23mm，即 S= h+(23)=3.5+2.5=6mm 式 (9- 1） 斜导柱的倾斜角, 取 0 20 9.2 斜导柱抽芯机构抽芯力的计算 抽芯力是指塑件处于脱模状态，需要从与开模方向有一交角的方位抽出型芯，所 克服的阻力。当原材料确定时，抽芯力的大小与模具结构和塑件形状密切相关，因此 计算抽芯力的方法与脱模力的计算相同，活动型芯横截面形状为矩形，选用(8-1)公式, 计算如下： 式（9-NxxxfLhpQ10815 . 0 10236)sincos(1 / 2） 式（9-NxxxxfphLLhQ13215 . 0 10) 116236()sincos()( / 2 / 3） 式中，是脱模力（N） 。 Q 第八章 推出机构的设计 29 9.3 斜导柱的设计 9.3.1 斜导柱长度及开模行程计算 斜导柱的长度主要根据抽芯距、斜导柱直径及倾斜角的大小而确定，其长度 L 的 计算公式如下： 其长度 L 的计算公式为： 30 式（9-4） 12345 tan(8 15) 2cossin DdhS LLLLLLmm 式中，L:斜导柱总长度（） ；mm D:斜导柱固定部分大端直径（） ；mm h:是斜导柱固定板厚度（） ；mm d:斜导柱直径（） ；是斜导柱的倾角（） ；mmmm a:斜导柱的有效长度（） ；mm L4:斜导柱的伸出长度（） ；mm L3+L4:斜导柱头部长度，常取 815（） 。mm 当抽出方向与开模方向垂直时，斜导柱的有效长度（）为mm 式（9-5）mm S L5 .17 20sin 6 sin 0 4 完成抽芯距所需最小开模行程 H（）为mm 式（9-6）mmxSH 5 . 1620cot6cot 0 9.3.2 斜导柱弯曲力计算 抽出力方向与开模方向垂直时，弯曲力计算公式为： 式（9-7）N xQ N147 )53 . 8 20cos( 53 . 8 cos132 )cos( cos 00 22/ 式中，N：斜导柱所受弯曲力（N） ； ：抽拔阻力（N） ； Q ：是摩擦角，； tanf ：钢材之间的摩擦因数，一般取=0.15。 ff 9.3.3 斜导柱横截面尺寸的确定 选用圆形截面的斜导柱，两个椅腿共用一个斜导柱，其直径 d（mm）为 式（9-8） mm x xNL d7 . 5 2 . 1371 . 0 5 .17147 1 . 0 3 3 4 参考1附录 F，选取标准斜导柱直径 d=10mm,D=14mm。 经过以上计算，利用公式（9-4） ，代入数据计算，L=47mm。斜导柱结构如图 9- 1： 第九章 侧向分型机构与抽芯机构的设计 31 图 9-1 斜导柱结构尺寸 斜导柱固定在定模板上，固定板之间用三级精度过渡配合为宜。为了防止在每一 次分型时侧向抽芯时斜导柱往上移动，在其固定端设置一块垫板加以固定。 9.4 滑块、定位装置的设计 9.4.1 滑块的导滑形式 选用整体式滑块，为保证滑块在导滑槽中的活动顺利平稳，不发生卡滞、跳动等 现象，选用如图 9-2 导滑形式： 图 9-2 滑块的导滑形式 9.4.2 块的定位装置 为了保证在合模时斜导柱的伸出端可靠地进入滑块的斜孔，滑块在抽芯后的终止 位置必须定位（即必须停在固定位置）如图 9-3： 32 9.5 楔紧块的设计 因为锁紧面积较大，所以滑块采用整体式楔紧块锁紧，斜导柱倾斜角为 20o，锁紧 块的角度。斜导柱与固定板之间用三级精度过渡配合为宜。经过2 322 综合尺寸设计，楔紧块结构如图 9-4： 图 9-3 楔紧块定位装置 图 9-4 滑块的结构图 第九章 侧向分型机构与抽芯机构的设计 33 第十章第十章 合模导向机构的设计合模导向机构的设计 导柱导向是指导柱与导套采用间隙配合，使导套在导柱上滑动，配合间隙一般采 用 H7/h6 级配合，主要零件有导柱和导套。采用标准模架，不需设计，根据模具和塑 件结构，选用如图 10-1 导柱和导套： 图 10-1 导柱和导套 34 第十一章第十一章 排气系统的设计排气系统的设计 该套模具是属小型模具，排气量很小，而且设置多个斜顶和推杆推出，还有侧抽 机构，因此不需单独开设排气槽。 第十一章 排气系统的设计 35 第十二章第十二章 冷却系统的设计冷却系统的设计 12.1 加热系统 由于该套模具的模温要求在 100以下，又是小型模具，所以无需设置加热装置。C 12.2 冷却系统 一般注射到模具内的塑料温度为 200左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时C 其温度在 60以下。热塑性材料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融C 塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 PC/ABS 黏度低，流动性好， ，成型温度和模具温度分别为模具温度 230300C 、50100，所以常用常温水对模具进行冷却，暂取成型温度 250，模具温CCC C 度 60。冷却时间为 5s。 C 12.2.1 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W 塑料制品的体积： 3 658.158 . 52185 . 3 873. 0cmxnVVVV 塑分主 塑料制品的质量： gcmgxVm54.17/12 . 1 658.15 3 塑件壁厚为，冷却时间为 5s，注射时间为 0.5s，脱模时间为 9.5s，则注射周1mm 期：。由此得每小时注射次数：s155 . 955 . 0t 脱冷注 ttt 次24015/3600N 单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量： 式（12-1）hkggxNmW/2 . 46 .420954.17240 12.2.2 确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量 s Q PC/ABS 的单位热流量的值为 600kJ/kg。 s Q 12.2.3 计算冷却水的体积流量 V q 设冷却水道入水口的水温为，出水口的水温，取水的密度 2 20 C 1 25 C ，水的比热容，则根据可得： 3 1000/kg m4.187/ckJkgC 式（12-2）min/102 5187. 4100060 6002 . 4 )(60 33 21 mx xxx x c WQ q s v 12.2.4 确定冷却水路的直径 d 当=时，查表 4-301，可知，为了使冷却水处于湍流状态，取 V q 33 6.22 10/ minm 模具冷却水孔的直径=0.008m。所以当，可取=0.006m。dmin/102 33m xqv d 2 12.2.5 冷却水在管内的流速v 第十二章 冷却系统的设计 37 式（12-3）sm xx xx dx q v v /17. 1 006 . 0 14 . 3 60 1024 60 4 2 3 2 12.2.6 求冷却管壁与水交界处的膜传热系数h 因为平均水温为，查表 4-311，可得=6.6，则有：22.5 C f 式（12-4）)./(102 . 2 006 . 0 )17 . 1 1000(6 . 6187 . 4 )(187. 4 024 2 . 0 8 . 0 2 . 0 8 . 0 ChmkJx xxx d vf h 12.2.7 计算冷却水通道的导热面积 A 式（12-5） 23 4 1016 . 4 ) 2 2520 50(102 . 2 6002 . 4 mx xx x h WQ A S 12.2.8 计算模具所需冷却水管的总长度 L 式（12-6）mmm x x d A L22022 . 0 006 . 0 14 . 3 1016. 4 3 12.2.9 冷却水路的根数 设每条水路的长度为则冷却水路的根数为：mml315 式（12-7 . 0 315 220 l L x 7） 由上述计算可以看出，一条冷却水道对于模具来说显然是不合适的，因此根据具 体情况加以修改。为了提高生产效率，凹模和型芯都应得到充分的冷却。 12.2.10 冷却水道的布置如图 12-1： 图 12-1 水道布置图 38 第十三章第十三章 模具图模具图 13.1 绘制模具装配图 绘制总装图采用 1：1 的比例，先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。 模具总装图应包括以下内容： 1）模具成型部分结构 2）浇注系统结构形式。 3）分型面及脱模机构。 4）外形结构及所有连接件，定位、导向件的结构及位置。 5）标注模具总体尺寸。 6）按顺序将全部零件序号编出，并且填写明细表。 7）标注技术要求和使用说明。 13.2 零件图的绘制 由模具总装图拆画零件图的顺序应为：先内后外，先复杂后简单，先成型零件， 后结构零件。 1）图形要求：视图选择合理，投影正确，布置得当。 2）标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。 3）标注技术要求，填写标题栏。 致谢 39 致致 谢谢 参考文献参考文献 1叶久新，王群. 塑料成型工艺及模具设计M. 第 1 版. 北京：机械工业出版社，2009. 2黄晓燕. 塑料模典型结构 100 例M. 第 1 版. 上海科学技术出版社，2008. 3洪慎章. 典型塑料模具设计图集M. 第 1 版. 北京：机械工业出版社，2009. 40 4伍先明，五群. 塑料模具设计指导M. 第 1 版. 北京：国防工业出版社，2006. 5邹继强. 塑料模具设计参考资料汇编M. 第 1 版. 北京：清华大学出版社，2005. 6黄镇昌. 互换性与测量技术. 第 1 版M. 广州：华南理工大学出版社，2009. 7洪慎章. 实用注塑成型及模具设计M. 第 1 版. 北京：机械工业出版社，2006. 8屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M. 第 2 版. 北京：高等教育出版社，2007. 9杨予勇. 塑料成型工艺与模具设计M. 第 1 版. 北京：国防工业出版社，2009. 10李志刚，夏巨谌.中国模具设计大典. 电子版. 中国机械工程协会，2003. 11塑料模具设计师指南M. PDF 版. 12贾润礼，程志远. 实用塑料模设计手册M.扫描版,PDF. 13黄镇昌.互换性与测量技术M.第 1 版.广州：华南理工大学出版社，2009. 附件 41 附件附件 译文： 1. 模具热处理及其导向平行设计 李雄，张鸿冰，阮雪榆，罗中华，张艳 摘要： 在一系列方式中，传统模具设计方法存在许多缺点。众所周知,热处理对模具起着非常 重要的作用。为了克服模具热处理工艺存在的缺点，一种新的模具热处理工艺并行设 计方法已经被开发出来了。热处理 CAD/CAE 技术是集成了并行环境和有关模型而建 立的。这些调查研究可以显著提高效率，降低成本，并保证产品质量达到 R 和 D 级。 关键词：模具设计；热处理；模具 传统模具设计主要是依照自身实践经验或依照部分实践经验，而不是制造工艺。 在设计完成之前，模具方案通常要被一次又一次的改进，于是有些缺点便出现，例如 开发时期长，成本高和实际效果不明显。由于对精确性、使用寿命、开发期和费用的 严格要求，先进的模具要求设计和制造得十分完善。因此越来越先进的技术和创新方 法被应用其中，例如并行工程、敏捷制造业、虚拟制造业同合作设计等。模具的热处 理与模具设计，制造和装配同样重要。因为它对模具的制造装配和使用寿命又及其重 要的影响。模具设计与制造发展十分迅速，但是热处理发展却严重滞后它们。随着模 具工业的发展，热处理必须保证模具有良好的制造装配和磨损耐热性能。不切实际的 热处理将导致模具材料过硬或过软，同时影响模具装配性能。传统的热处理工艺是按 照设计师提出的方法和特性制作出来的。这样会使模具设计师和热处理工艺师意见产 生分歧，而模具设计师却不能充分地了解热处理工艺和材料的性能，相反热处理工艺 师却很少了解模具的使用环境和设计思路。这些分歧将在很大程度上影响模具的发展。 因此，如果把热处理工艺设计放在设计阶段之前，则缩短开发周期，减少花费和保证 质量等目标将会被考虑，而且从串行到并行的发展模式也将会实现。并行工程是以计 算机集成系统作为载体，在开始以后，每个阶段和因素都被看作如制造、热处理、性 能等等，以避免出现错误。并行模式已经摒除了串行模式的缺陷，由此带来了一场对 串行模式的革命。在当前的工作中，热处理被集成到了模具开发的并行环境中，同时 也正在进行这种系统性和深入性究。 1.热处理下的并行环境 42 并行模式与串行模式存在根本的不同（见图 1） 。对于串行模式，设计者大多考虑 的是模具的结构与功能，但很难考虑相关的工艺，以致前者的错误很容易蔓延到后面。 与此同时，设计本门很少与装配，预算会计和销售部门沟通。这些问题当然会影响模 具的开发进度和市场前景。然而在并行模式中，不但以上部门关系联系密切，所有参 加模具开发的部门都与买家有密切的交流。这有助于协调各部门消除矛盾，提高工作 效率，同时降低成本。 (a) (b) (a)串行模式 （b）并行模式 图 1.基于摸具开发的串行工程与并行工程系统框架示意图 并行环境下的热处理工艺不是在方案和工件确定以后，而是在模具设计的时候制 定出来的。这样的话，将有利于优化热处理工艺，充分利用材料。 2.模具热处理 CAD/CAE 一体化 从图 2 中可以看出，热处理工艺的设计与模拟是一体化模式的核心。在信息输入 产品模块中后，经热处理工艺过程产生的热处理 CAD 和热处理 CAE 模块将对于零件 附件 43 图，热处理以后模拟温度场的微观结构分析和可能出现的缺陷（例如过热，烧伤）自 动划分网络，如果优化是根据立体视觉技术的结果重新出现，则这项热处理工艺已经 被审核。 而且工具与夹具的 CAD 和 CAE 也集成于这种系统中 。 图 2.并行工程热处理 CAD/CAE 一体化系统框架示意图 以并行工程为基础的集成模式可以与其它类似模式共享信息。这样使热处理工艺 得到优化，并确保改工艺准确。 2.1 采用三维模型和立体视觉技术的热处理 在形成模具的基础上，材料，结构和尺寸的问题能通过热处理三维模型尽快发现 出来。在热处理过程中，模具加热条件和相变条件是切合实际的，因为通过计算相变 热力、相变动力、相应力、热应力、传热速度、流体动力等已经取得重要突破。例如， 能进行局部复杂表面和不对称模具的三维热传导模型计算，和能进行微观结构转变的 MARC 软件模型。计算机能够在任何时间提交温度，微观结构和应力的信息，并通过 连接温度场微观结构领域和力场来显示三维形式的全部改变过程。如果再加上这种特 性，则各部分性能都能通过计算机预见。 2.2 热处理工艺设计 由于对强度和硬度，表面粗糙度和模具热处理变形的特殊要求，淬火介质的种类、 淬火温度、回火温度和时间等参数特性必须经过适当的选择，以及是否使用表面淬火 44 或化学热处理，这种特性必须准确的制定下来。自从计算机技术在最近几十年迅速的 发展，难以进行大型计算已经成为过去。通过模拟和仔细考虑热处理特性，热处理后 的成本和所须时间，这些都并不难优化热处理工艺。 2.3 热处理数据库 热处理数据库在图 3 中描述。数据库是制定热处理工艺的基础。一般来说，热处 理数据库分为材料数据库和工艺数据库。通过材料和工艺来预测特性已成为一种必然 的趋势。尽管很难建立一个特性数据库，但通过一系列的测试来建立数据库是必要的。 材料数据库包括材料牌号、化学成分、性能和国内外同级别目录表。工艺数据库包括 热处理标准、种类、保温时间和冷却温度。基于数据库，热处理工艺可以通过推理规 则创造出来 。 图 3.热处理数据库 2.4 热处理工具和设备 在热处理工艺确定以后，工具及设备 CAD/CAE 系统传送设计和制造的数值信息 来控制装置。通过快速模具成型，可靠的工具和夹具都能被确定。整个程序通过网络 传送，不存在任何人为干扰。 3.关键技术 3.1 温度，微观结构，应力和特性的联系 热处理程序是一个温度，微观结构和应力互相作用的程序。三方面都能影响材料 特性（见图 4） 。在加热和冷却期间，当微观结构转变时热应力和相变迟早会出现。微 观结构温度相变和温度微观结构应力特性相互影响。对相互作用的四个因素的调 查已经取得很大的发展，但普通的数学模型还没有建立。许多模型能很好的满足测试 结果，但不能投入到实践当中。大部分模型的难点是用分析的方法处理的，同时数值 方法也运用了，导致存在不准确的计算 附件 45 。 图 4.热处理工艺图解 即使如此，把经验方法与定性分析相比较，通过计算机来进行热处理模拟取得了 很大的进展。 3.2 模型的建立和融合 在模具的开发过程中，涉及到设计、制造、热处理、装配、维修等。它们应该有 自己的数据库和模型。它们通过事物的内在联系建立模型，互相串联起来，尽管建立 和运用动态推理机制，但其目的在于完成优化设计。产品模型和其它模型的联系已被 建立。如果细小组织模型发生改变，则产品模型也将改变。事实上，它属于数据库与 模具之间的联系。当热处理模型集成到系统以后，它已不再是一个孤立的单位，而是 一个部分，同时在系统中接近其它模型。在搜查后，热处理数据库的计算和推理能力， 热处理程序都被几何模型，模具制造模型和预算所限制，这是通行的。如果这种限制 不服从，系统会发出解释性的警告。 所用设计的细小组织都是通过互连网连接的。 3.3 各部分之间的管理和协调 复杂的模具需要其中各项目组之间密切合作。因为考虑到模具的开发，各部分都 存在缺点，它必须得到管理和协调。首先，各项目组应该确定其本身的控制条件和资 源要求，同时了解不同环境下的工作程序，以避免发生冲突。其次，要提出开发计划 和建立监控机制。如果开发受到限制则可逐步排除。 敏捷管理和协调有助于交流信息，提高效率和减少材料。同时这有利于激发人的 创造力，消除阻碍和制定出最好的方法。 4.总结 热处理 CAD/CAE 技术已被集成到模具并行设计中去，同时热处理已被制成图 表，这有利于提高效率，较易发现问题并解决问题。 模型的开发已在同一个平台运行。在这个平台中，当热处理工艺制定出来后， 46 设计人员可获得相关信息和转让部分信息到其它设计部门。 制定出正确的开发计划并按时调整可以极大缩短开发周期和降低成本。 原文：原文： 李雄、张鸿冰、阮雪榆、罗中华、张艳李雄、张鸿冰、阮雪榆、罗中华、张艳，模具热处理及其导向平行设计，模具热处理及其导向平行设计 JJ， 钢铁研究学报英文版钢铁研究学报英文版，20062006，1313（1 1）:40-43:40-43，7474 译文： 2. 基于注塑模具钢研磨和抛光工序的自动化表面处理 摘要 本文研究了注塑模具钢自动研磨与球面抛光加工工序的可能性，这种注塑模具钢 PDS5 的塑性曲面是在数控加工中心完成的。这项研究已经完成