读卡器盖模具设计[抽芯]-模具毕业论文

1 目录 一前言 -2 二设计任务 -5 三 .模具的设计流程 -6 四塑件分析 -7 五设备选择 -12 六工作部分的设计 -17 七 .成型零件的工作尺寸计算 -28 八 .冷却及排气系统设计 -31 九 .模具与模架之间的安装 -33 十 .模具立体图与分解图 -34 十一总结 -36 2 摘要 在现代工业中，模具工业已经成为制造业的基础，这一观点随着全球制造业向我国转移的过程中被越来越多的有识之士所意识到。而在模具行业中塑料模又是其重中之重，此种模具占模具行业值的 50%以上，我国的塑料成型模具设计，制作技术比较晚，整体水平还比较低。目前单型腔 、 简单型腔的模具达 70%以上，占主导地位。 本论文介绍了读卡器盖注射模具的设计过程。从读卡器盖的测绘，分型面的确定，型腔数目和布局的确定，注射机选择，浇注系统设计，冷却系统设计，模板及其标准件的选用，脱模机构的设计，成型部件的设计等一一进行了详细的介绍。 通过本设计，可以对注射模具有一个初步的认识，模架的结构及其动作原理都有了一定的了解。注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模时应该对注射机的有关技术规范进行必要的了解，以便设计出符合要求的模具，同时选定合适的注射机型号。 关键词 注射模；模具设计；读卡器 盖；模架 3 Abstract In modern industry, die industry has become the basis of manufacturing,this view as the process of the global manufacturing transfer to China being awared by more and more insightful people. The plastic mould is top priority in the die industry, such mould of the die industry production value over 50 percent. Chinas plastic mold design, production technology relatively late, the overall level is still relatively low.At present, single-cavity and simple cavity of the mold more than 70 percent, its dominated. This paper introduces the reader cap injection mold design process. From the card reader cover mapping, sub-surface determination, the determination of cavity number and layout of the injection machine selection, gating system design, cooling system design, selection of templates and standard parts, ejection mechanism design, molding parts the design of one by one in detail. Through this design,I can have a preliminary understanding of the injection mold ,the die carriers frame and action principle.Understanding the selected of die carrier and injection machine need through to calculation the various size and check the Strength. Keywords Plastic injection mould Mould design Reader cover Die carrier 读卡器盖塑件注塑模具设计 一 前言 1. 我国塑料模具现状分析 整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。 4 加入 WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的 1/5 1/3，加入 WTO 后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入 WTO 前本来就主要依靠进口，加入 WTO 后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 2006 年，中国塑料模具总产值约 300 多亿元人民币，其中出口额约 58 亿元人民币。根据海关统计资料， 2006 年中国共进口塑料模具约 10 亿美元，约合 83 亿元人民币。由此可以得出，除自产自用外，市场销售方面， 2006 年中国塑料模具总需求约为 313 亿元人民币，国产模具总供给约为 230 亿元人民币，市场满足率为 73.5%。进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。出口的塑料模具以中低档产品居多。由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长 50%以上就是一个很好的证明。 虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是 进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。这一状况在 2006 年已得到改善，逆差略有减少。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有 13%，而未达 17%。 从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开 发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持 20%左右的水平。 近年来，港资、台资、外资企业在中国大陆发展迅速，这些企业中大量自产自用塑料模具无确切的统计资料，因此未能计入上述数字之中。 塑料模具的发展水平与市场趋势 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套重量达到 50t 以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到 2m ，制件精度很高的小模数齿轮模具及 达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模 7800 腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达 6m/min 以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高， CAD/CAE/CAM 技术的应用面已大为扩展，高速加工及 RP/RT 等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计 制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。 经过近几年的发展，塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势： 5 （ 1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。 （ 2）大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去 ，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。 （ 3）随着模具企业设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业 整体水平不断提高。中国模具行业目前已有 10 多个国家级高新技术企业，约 200 个省市级高新技术企业。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。当然，目前及相当长一段时间内，技艺型人才仍十分重要，因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。 （ 4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是 CAD/CAM 的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了 CAE、CAT、 PDM、 CAPP、 KBE、 KBS、 RE、 CIMS、 ERP 等技术 及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。 （ 5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。 （ 6）发达工业国家的模具正加速向中国转移，其表现方式为：一是迁厂，二是投资，三是采购。中国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进技术， 加快自己的发展步伐。 存在的主要问题 中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。 发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有 10 年以上的差距。 （ 2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外， 但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 6 7 8 （ 3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。 （ 4）供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足 74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足 60%。同时，工业发达国 家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 （ 5）体制和人才问题的解决尚需时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。 “ 十一五 ” 期间发展展望 在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情 况下，尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展，有两方面应予以重视： 一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。就中国实际情况看，应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用可加快行业的发展和进步。 二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来的塑料模具无 论是品种、结构、性 9 能还是加工都必将有较快发展，而且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计会在行业中得到较快应用和推广。 （ 1）超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 （ 2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。 （ 3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的 RP/RT 技术将得到快速发展。 （ 4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发展 CAD/CAE/CAM/CAPP及 PDM/PLM/ERP 等将向智 慧化、集成化和网络化方向发展。 （ 5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进一步得到发展和推广应用。 （ 6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 （ 7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。 （ 8）逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得到发展。 （ 9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模具也将会有所发展。 （ 10） 模具标准化程度将不断提高。 （ 11）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天， “ 绿色模具 ” 的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 “ 十一五 ” 期间，在科学发展观指导下，国内模具企业将进一步深化改革，下功夫搞好科技进步与创新，坚持走新型工业化道路，将速度效益型的增长模式逐步转变到质量和水平效益型的轨道上来，模具工业必将得到又好又快的发展。 二 .毕业设计任务 参考所给电池盖立体图（如图 1 所示 ） ，首先设计该注塑件结构。为满足大批量自动化生产的需要，为该塑件设计注塑模具。基本内容：塑件设计、工艺性分析、确定收缩率和分型面、浇道系统设计、冷却系统、抽芯机构设计、模具结构件设计、零部件加工工艺制订、注射设备选择、绘制模具设计图纸。 10 图 1 读卡器盖立体图 三 .读卡器盖模具的设计流程 1.塑件设计 ，利用软件 UG 进行塑件的立体建模，再在软件 AutoCAD 中完成塑件尺寸及公差 等技术要求 的标注， 并输出工程图。 2. 塑件工艺性分析， 确定收缩率 3.注塑设备选择 ，确定塑件的型腔数，并计算塑件的投影面积，通过注射量的校核、注射力的校核、锁模力的校核、安装部分的尺寸校核、开模行程的校核、顶出装置的校核， 11 结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。 4.分型面 ，首先由 塑件性能的要求等，确定塑件的塑料，通过查资料确定塑件的收缩率。根据制件的工艺及结构特点，确定具体的分形面，大致应为制件侧面的平分面。 5.模架 ，通过塑件的大小及型腔数、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气槽、侧抽芯机构等的初步估算，确定使用模架的型号。 6.浇注系统设计 ，本塑件使用的是冷流 道浇注系统，在浇注系统设计中，包括流道的设计、喷嘴的选择、主流道衬套的选择等，还必须研究一模两腔浇注系统的平衡性设计。 7. 抽芯机构的设计 ，根据电池盖的结构特点，必须设置抽芯机构便于成型，根据读卡器盖工艺特点，选择并设计适合的侧抽芯机构 8. 顶出和复位机构的设计 ，根据电池盖的结构特点，设计顶出和复位机构。 9. 成型件（模腔、模芯） ，确定型腔数和分型面。对模腔和模芯进行结构设计。计算成型部件的工作尺寸。 10.冷却系统 ，温度调节对塑件质量、生产效率有很大的影响，还针对型腔与型芯冷却回路的形式进行设计。 11.完成整套模具的三维立体图和二维工程图的绘制 。 四塑件分析 1.零件工艺性分析 根据产品三维模型，分析塑件的工艺性对模具设计的要求。开始设计之前，应根据塑件的技术图样和使用要求对其进行仔细地分析研究，并结合注射成型的工艺程序综合考虑成型的难易程度，以便能在保证塑件质量和使用要求的前提下尽量选用比较简单的模具结构，以便减小模具制造难度和降低加工成本。如果塑件的工艺性确实有问题，或者塑件成型需要极为复杂的模具结构，并因此导致模具制造非常困难或经济上极不利时，则应和塑件设计部门及时协商解决有关问题。 12 2.零件材质 俗称 ： ABS 塑 料 ； 中文学名：丙烯腈 -丁二烯 -苯乙烯 ； 英文学名： Acrylonitrile Butadiene Styrene 2 ； 英文简称： ABS； （ 1） ABS 的特性 1.工作压力高 常温状态下工作压力可达 1.0Mpa。 2.抗冲击性好 ABS 塑料具有良好的机械强度和较高的冲击韧性。无缺口冲击强度 30Mpa：缺口冲击强度 3MPa。 3.流体阻力小 内壁光滑，转弯处呈圆弧形，流动摩擦力小，减小液流阻力。 4.化学性能稳定 ABS 具有耐酸、碱性能。由于化学性能稳定无毒无味，可 广泛应用于食品、饮料、啤 酒等行业。 5.耐温范围广 使用温度为 -30 +70 。 6.质轻 ABS 程塑料比重为钢材的 1/7，因此减轻结构重量，降低原料消耗。同时，减轻安装工人劳动强度。 7.安装简便，密封性好 安装多采用承插式连接，使用溶剂型粘合剂粘接密封。施工简便、效果好、固化速 度快。 8.使用寿命长 本产品在室内使用一般可达三十年以上。 9.价格低 仅为不锈钢的五分之一左右。 （ 2） ABS 的注塑工艺条件 1.干燥处理： ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为 80 90 C 下最少干燥 2 小时。材料温度应保证小于 0.1%。 13 2.熔化温度： 210 280 C；建议温度： 245 C。 3.模具温度： 25 70 C（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 4.注射压力： 500 1000bar。 5.注射速度：中高速度 2。 3.零件结构分析 （ 1） 开模方向 由零件的三维图分析，作为外壳类产品，产品的正面表面质量是比较重要的，该制件的正面有 0.5 毫米的凹陷用于贴产品标签，若开模方向选在盖子的开口处则该凹陷处将用于侧抽芯 ,在产品的正面凹陷处将产生飞边 ,影响产品外观 ,故开模方向选择沿零件的 Z 轴。 （如图 3 所示） 图 3 开模方向沿零件的 Z 轴 （ 2） 收缩率 ABS 的收缩率为 0.3% 0.8%，在设计本产品时，结合产品的结构工艺特点和材料的特性，在本设计中，零件的收缩率为 0.6%。 （ 3 ）零件壁厚 14 本产品的最大壁厚为 1.5mm,最小壁厚为 1.0mm，其中两侧面为 1.5mm,其他处为 1mm. （ 4） 脱模斜度 根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点，为提高产品的生产效率和表面质量，脱模斜度设置为 1。 （ 5） 分型面 结合零件的使用 要求，应保证其外表面的注塑质量，零件的内表面应留在动模侧，开模的时候，零件的外表面应与定模分离，所以零件的分型面应设置在沿零件的外表面上，并根据流道等条件进行设置，具体设定在后文中表述。 （ 6） 圆角 塑件在面与面之间都设计了圆角过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。 4.零件体积与质量 由材料的性能特点，可以知道 ABS 的密度为 1.05 g/cm3，由 Pro/ENGINEER 2001 可以算出零件的体积和质量，如图 2-5。 则可计算零件的 体积为： V塑=1.9885262cm3 零件质量为： M塑=2.0879525g 5.尺寸公差 标注尺寸在绘制图纸中是非常重要的一步。传统的模具设计需要计算成型零件的加工尺寸，模具型芯和型腔的加工尺寸可以通过公式 )1( SLL 塑件模具 计算基本尺寸， S 指塑件的平均收缩率。而在使用 Pro/E 进行模具设计的过程中，塑件已经定义了其收缩率，则不需要通过繁琐的计算而直接可以标注出成型零部件的基本尺 寸。 但尺寸标注还有一个公差的问题，这是无法从软件自动导出的，需要设计者设定。由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定性较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就会出现大量尺寸超差的废品，为此，各国对塑料件的尺寸公差制订了国家标准和行业标准。中国也曾制订了部级专业标准，但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的 DIN16901 标准及相应的模具型腔尺寸公差的 DIN16749 标准。此标准在世界上具有较大的影 响，因而可供塑料模具行业参考。由于本人没能收集到这个标准，则就按照惯例考虑到工厂模具制造的现有条件，模具制造公差取 3z ，指塑件的尺寸公差 5。 塑件大致的尺寸（长宽高）为 22 20 11（ mm）。大多数尺寸的公差为 1.0 。由于精度比较高，建模时就应该沿减料方向适当加大基本尺寸或者增加脱模斜度以便试模后可以修改 15 达到合乎要求的尺寸精度。 五设备选择 1.型腔数目分析 根据零件的质量，体积、表面积，工艺性等数据，同时考虑 生产成本和生产效率，零件 的成型方案 应选择一模两腔， 两腔之间的间隔为 20mm，如图 5 所示 图 5 型腔布局示意图 2.浇口的选择 浇口位置的选择应使的填充性能、填充时间和填充质量都是在允许的范围内，可以达到设计要求，所以浇口位置如 6 图所示。 16 图 6 浇口位置 浇注形式采用冷流道，浇口为矩形侧浇口，分流道为 U 型，主流道为圆锥形。 3.注塑机 注塑机的选择是根据塑料制品的体积或质量等参数来确定的。因此，在选择注塑机之前要对型腔内塑料的体积和质 量进行估算。由前面塑件分析已知单个塑件体积： V塑=1.31cm3，质量 M塑=1.35g。则 V总=2 V塑 2.62 cm3， M总=2 M塑 2.7 g （ 1）注塑机的选择 查塑料模具设计指导教材表 13.1，初 选取型号为 SZ-60/450 的注塑机，参数如表3-2 所示。 表 3-2： 注塑机 XS-ZY-125 的参数 注塑机最大注塑量： 78cm3 喷嘴球半径 :20mm 注塑压力 125MPa 最小模厚： 200mm 最大开距： 220mm 注塑机定位孔直径： 55mm 喷涂前端孔径： 4mm 锁模力： 450KN （ 2）最大注塑量校核 由于以容量计算时 V总 0.8 V注 （ 1） 17 式中： V注 注射机最大注射容量 cm3； V总 成型塑件与浇注系统体积总和 cm3； 0.8 最大注射容量的利用系数。 V注 V总/0.8=4/0.8=5cm3 以质量计算时 M总 0.8 M注 （ 2）式中 : M注 注射机最大注射质量 g； M总 成型塑件与浇注系统质量总和 g； 0.8 最大注射容量的利用系数。 M注 M总/0.8=4.2/0.8=5.25g 注塑机符合要求。 （ 3）合模力及注塑面积和型腔数的校核 合模力的大小必须满足下式 Fs Fz=P（ nAx +Aj） = PA （ 3） 式中： A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和； Ax 塑件型腔在模具分型面上的投影面积； Aj 塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积； Fz 胀模力； Fs 合模力； P 模腔压力 取 35MPa。 通过使用 UG 软件计算面功能自动得出 A=1920mm2 由于 Fs 35 1920 mm2 =67.2KN 注塑机符合要求。 18 4.模架型式及规格 （ 1）模架概述 模具设计主要是形成产品外形的凹、凸模零件以及开模和脱模方式的设计，模具上的大部分零部件可以直接选购由专门厂家生产的标准件，尤其是模架的直接选购，大大节约了模具制造时间和费用。现在，厂家设计制造出一套中等复杂程度的注塑模具， 10 天左右的时间即可完成。 模具标准件在不同的国家和地区有小小的差别，主要是在品种和名称上有区别，但所具有的结构基本上是一样的。这次设计的模具标准是流行于广东珠江 三角洲地区的港台标准，与国家的标准结构基本上是一样的，在型号命名及品种分类上有些不同。 （ 2）模架的分类 按进料口（浇口）的形式模架分为大水口模架和小水口模架两大类，香港地区将浇口称为水口，大水口模架指采用除点浇口外的其他浇口形式的模具（二板式模具）所选用的模架， 小水口模架指进料口采用点浇口模具（三板式）所选用的模架。大水口模架共有 A、 B、C、 D 四种型式；小水口共有 DA、 DB、 DC、 DD、 EA、 EB、 EC、 ED 八种型式，其中以 D 字母开头的四种型号适用于自动断浇口模具的模架 3。 （ 3）模架的选择 模具的 设计采用侧浇口，冷流道，所以选择龙记公司的模架库。而模架的大小是由模芯的大小来确定的，模芯的布置如图 3-18 所示，模芯的大小是 50 40mm，根据经验数据和模架库的选择，再加上抽芯机构的摆放位置，选取模架大小为 180 250mm，型号为 3350 的模架。为了配合注塑机使用大多数采用工字模，所以模架的型式采用 AI 型如图 5 所示。 19 图 5 AI 型工字模 根据经验数据和模架库数据，选择 A 板为 30mm， B 板为 30mm，其它部件按龙记 AI 型工字模默认大小 （ 4）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核 1.模具闭合高度 长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适 模具的长宽为 250mm 180mm 2.模具闭合高度校核 模具实际高度 H 模 =190mm ； 3.开模行程校核 注塑机的开模行程应满足下式： S 机 -（ H 模 -H 最小 ） H1 H2 （ 5 10） mm （ 4） 即 S 机 - (H 模 -H 最小 ) H1 H2 （ 5 10） 42+10=52mm 式中： H1 推出距离，单位 mm； H2 包括浇注系统在内的塑件高度，单位 mm； S 机 注塑机最大开模行程。 注 塑机符合要求。 六工作部分的设计 1.分型面的设计 （ 1）分型面的设计原则 分型面设计应遵循以下原则： 1.分型面的方向尽量采用与注塑机开模方向垂直的方向； 2.分型面一般开设在产品的最大截面处； 3.尽量使塑件留在动模一侧； 4.有利于保证塑件的尺寸精度和外观质量等； 5.有利于成型零件的加工与制造。 （ 2）分型面的设计 分析零件特点后，发现零件的外表面有比较高的精度要求，且经过模流分析，模具浇注是使用侧浇口，所以决定分型面沿零件的外表面，但是，在分析零件特征时发现，零件还有两处有倒扣，所以必须设置分型 机构，所以要设置多个分型面。主分型面如图 7 所示。 20 图 7 主分型面 因为本模具还必须设有抽芯机构，所以还必须有抽芯机构的分型面，如图 8 图 8 抽芯分型面 21 2.模具尺寸选定 已经对模架进行了选择，其中模芯的长和宽都已经确定为 50mm 40mm，型腔布局为两产品对置，且 A 板为 30mm， B 板为 30mm，所以，模具的高度为 A 板与 B 板高度之和，应为60mm。确定模具尺寸结构如下图 : 3.分模 直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中 构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度。利用软件 UG 中的分模功能，选择已经创建的分型面，自动分模，分模后，如图 9 所示。其中图 10 为型腔，图 11 为型芯。 22 图 9 开模图 23 图 10 型腔立体图 图 11 型芯立体图 4.浇注系统 浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观、物理性能、 尺寸精度等）都有直接影响， 故设计时要使型腔布置和浇口开始部位力求对称，防止模具承受偏载而产生溢料现象，而浇口的位置也要适当，尽量避免冲击嵌件和细小的型芯，防止型芯变形，浇口的残痕不影响塑件的外观。概括说来，需要注意以下问题 1： 1.适应塑料的工艺性； 2.流程要短； 3.排气良好； 4.避免料流直冲型芯或嵌件； 5.浇注系统在分型面上的投影面积应尽量小； 6.浇注系统的位置尽量与模具的轴线对称； 7.修整方便，保证制品外观质量； 8.防止塑件变形。 （ 1）主流道和分流道的设计 主流道和分流道的尺寸，其 中主流道长 55mm，为圆锥形状，开始直径为 R=4.5mm，角度为 3 度。分流道截面形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和 U 形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积与体积之比值称为比表面积），塑料的温度下降小，阻力亦小，流道的效率最高，在此选用最常用的 U 型截面分流道。分流道的布置选用左右平衡的一模 24 两腔。其中分流道和浇口都开在定模中，这样就可以简化设计过程，降低设计成本。浇口套，长度为 55mm（如图 12 所示）。分流道如图 (12-1)所示 图 12 浇口套 图 12-1 分流道 （ 2）浇口设计 浇口又称进料口，是连接分流道与型腔之间的一段细短流道，其截面积约为分流道的0.03 0.09，长度约为 0.5mm 2mm。浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，由于侧浇口易于去处且去除后痕迹较小 ,故该塑件的浇口类型采用矩形侧浇口，开设在塑件的顶部 ,其中设计的浇口宽 B=1mm，高 H=1mm，长 L=2mm， 如图 13 所示。 25 图 13 浇口 5顶出机构 这 套模具采用两顶杆顶在制件正面的凹陷处，由于该凹陷处在塑件成型后要贴上产品标签 ,故顶出痕不影响其外观 ,其结构如图 14 所示。 图 14 顶杆分布图 26 6.复位机构设置 顶针顶出塑件后，必须回到顶出前的初始位置，才能进行下一循环的工作。本套模具采用装在复位杆上的弹簧完成复位 ,如图 16 所示。 图 16 复位机构 7.抽芯机构 1.该模具采用斜销抽芯 , 斜销是 作用于侧抽芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成外侧抽芯动作。 斜销有抗弯截面系数比较大，还有可以延时抽芯 ,因其截面是近似矩形 ,故 能承受比斜导柱更大的力 ,并可以把倾斜角做的更大 ,常用于抽芯距离大且需抽拔力大的情况。 抽芯与模具结构如图 18 所示。 27 图 17 抽芯机构立体图 图 18 抽芯与模具装配图 七 .成型零件的工作尺寸计算 1.影响尺寸精度的因素 成型零件工作尺寸是成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯之间的位置尺寸等。在模具设计中，应根据塑件的尺寸及精度等级确定模具成型零件的工作尺寸及精度等级。影响塑件精度的因素相当复杂，这些影响因素应作为确定成型零件工作尺寸的依据。 影响尺寸精度的主要因素如下： 28 （ 1）塑件收缩率的影响 塑件成型后的收缩率与塑料的品种，塑件的形状、尺寸、壁厚和模具结构，成型的工艺条件等因素有关。收缩率的偏差和波动，都会引起塑件尺寸误差，其尺寸变化值为： ss LSS )( m inm ax (4-1) 式中：s 塑料收缩率波动所引起的塑件尺寸误差； maxS 塑料的最大收缩率； minS 塑料的最小收缩率； sL 塑件的基本尺寸。 按照一般的要求，塑料收缩率波动所引起的误差应小于塑件公差的 31 。 （ 2）模具成型零件的制造误差 模具成型零件的制造误差也是影响塑件尺寸精度的重要因素之一。成型零件加工精度愈低，成型塑件的尺寸精度也愈低。实践表明，成型零件的制造公差约占塑件总公差的 1/31/4，因此在确定成型零件工作尺寸公差值是可取塑件公差的 1/3 1/4，或取 IT6 IT7 级作为模具制造公差。 （ 3）模具成型零件的磨损 模具在使用过程中，由于塑料熔体流动的冲刷、脱模时与塑件的摩擦、成型过程中可能产生的腐蚀性气体的锈蚀、以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度提高而重新打磨抛光等，均造成了成型零件尺寸的变化，为简化计算起见，凡有脱模方向垂直的成型零件表面，可以不考虑磨损；与脱模方向平行的成型零件表面，应考虑磨损。 （ 4）模具安装配合的误差 模具成型零件装配误差已经在成型过程中成型零件配合间隙的变化，都会引起塑件尺寸的变化。 综上所述，塑件在成型过 程产生的最大尺寸误差应该是上述各种误差的总和。即： ajscz (4-2) 式中 塑件的成型误差； z 模具成型零件制造误差； c 模具成型零件在使用中的最大磨损量； s 塑料收缩率波动引起的塑件尺寸误差； j 模具成型零件因配合间隙变化而引起塑件尺寸的误差； a 因安装固定成型零件而引起的塑件尺寸误差。 由此可见，影响因素多，累积误差较大，所以我们在设计时应使累积误差不超过塑件规定的公差值，即： 29 (4-3) 式中， 为塑件公差。 因此，生产塑件时， 模具的制造公差和成型零件的磨损，是影响塑件尺寸精度的主要因素，所以 ，应提高模具精度等级和减少磨损。 计算模具成型零件最基本的公式为： a=b+bs (4-4) 式中 a 模具成型零件在常温下的实际尺寸； b 塑件在常温下的实际尺寸； s 塑料的计算收缩率； 2.型腔工作尺寸的计算 由于生产中要考虑诸多因素，所以模具成型零件工作尺寸的计算公式就有不同的形式，设计中采用常用的按平均收缩率、平均 磨损量和模具的平均制造公差为基准的计算方法，塑料的平均收缩率为： m a x m i n 100%2SSS (4-5) 式中 S 塑料的平均收缩率； maxS 塑料的最大收缩率； minS 塑料的最小收缩率； 经查表可得 ABS 的maxS=0.8%，minS=0.2%，于是可得： m a x m i n 0 . 8 % 0 . 2 % 0 . 0 0 522SSS 在以下的计算中，塑料的收缩率平均收缩率。塑件精度为 4 级，塑件外型最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之对应的模具型腔最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，塑件内形最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，与之相对应的模具型芯最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值。在以下计算中均采用平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算方法。模具制造公 差取 z= /4，平均磨损量取 /6。 （ 1） 型腔径向尺寸的计算 塑件上与型芯径向有关的尺寸有： 4mm， 11.5mm ；（仅举例说明） 对于中小型塑件适用于式子 4-6，本塑件属中小型产品，因此可以通过该式子计算出型腔的径向尺寸，式 4-6 如下所示： Zsm LSL 043)1( （ 4-6） 式中 mL 型腔径向尺寸 (mm）； SL 塑件外型径向尺寸基本尺寸的 最大尺寸（ mm）； 30 S 平均收缩率； 塑件公差 (mm)； z 模具制造公差，可取 IT7或 IT8 级 ,或按制件公差的 1/41/3 计算 .这里按 IT8级计算 0 0 . 0 1 6( 1 0 . 0 0 5 ) * 5 6 . 2 8 0 . 2 5 * 0 . 2 5 6 . 6mL ( 1 0 . 0 0 5 ) * 4 2 . 7 0 . 2 5 * 0 . 2 4 2 . 9 0 . 0 1 0mL （ 2）型腔深度尺寸的计算 塑件上与型腔深度有关的尺寸有： 2.5、 4.5；（仅举例说明） 对于中小型塑件适用于式子 4-7，本塑件属中小型产品，因此可以通过该式子计算出 型腔的径向尺寸，式 4-7 如下所示： 01 (1 ) 2 ZmsH S H （ 4-7） 式中 mH 型腔深度尺寸 (mm）； sH 塑件外型高度尺寸基本尺寸的最大尺寸（ mm）； S 平均收缩率； 塑件公差 (mm)； z 模具制造公差，可取（ 1/3 1/4）。在此 取 z =1/4 计算完成后再按 IT7 来进行修正 0 . 0 0 6 0 . 0 0 6001 (1 0 . 0 0 5 ) 2 . 5 0 . 0 0 8 2 . 4 92mH 0 . 0 0 8 0 . 0 0 8001 (1 0 . 0 0 5 ) 4 . 5 0 . 0 1 0 4 . 4 72mH （ 3） 模具型腔侧壁和底板厚度的计算 在塑料注射的注射过程中，型腔从合模到注射保压过程中将受到高压的冲击力，因此模具型腔应该有足够的强度和刚度。总的来说，型腔所承受的力大体有如下几种： 合模时的压应力； 注射过程中塑料流动的注射压力； 浇口封口前一瞬间的保压压力； 开模时的拉应力。 但型腔所受的力主 要是注射压力和保压压力，并在注射过程中总在变化。在这些压力的作用下，当型腔的刚度不足时，往往会产生弹性变形，导致型腔向外膨胀，它将直接影响塑件的质量和尺寸精度，并产生溢料飞边。当塑料冷却收缩时，随着压力的下降，型腔将会弹性回复，当型腔的弹性变形恢复量大于塑件壁厚的收缩量时，将压紧塑件，引起塑件顶出困难，甚至使塑件留在型腔中。如果型腔强度不足时，会产生塑性变形，即引起型腔的永久变形，特别严重的会使型腔破裂，酿成事故。所以在模具设计时要首先考虑使型腔的壁厚和底板厚度都要有足够的强度和刚度，以保证型腔在注射过程中 不产生超过规定限度的弹性变形。因此型腔壁厚和底板厚度的计算和选择是十分重要的。 31 在本设计中，塑件的尺寸较小，型腔板的厚度完全足够，所以型腔板的厚度不用校核。 八 .冷却及排气系统设计 1.排气系统的设计 利用型芯、顶杆、镶拼件等的间隙排气，不需要另外设计排气系统。 2.冷却装置设计 为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用水对模具进行冷却，即在注塑完后通循 环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。设计原则： 1.冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大； 2.冷却水孔至型腔表面的距离应尽 可能相等； 3.浇口处要加强冷却； 4.冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水； 5.冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处； 6.进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。 根据以上原则设计出模具的水流道，如图 19 红色轮廓线所示。 图 19 冷却水道示意图 32 九 .模仁与模架之间的安装 在本设计中，模芯与模架之间的固定方式为阶梯式固定，采用这种固定方式，可以简化 A 板、 B 板的加工工艺，而且便于安装，同时也简化了冷却水道的设计时间和难度 图 20 模具与 模架的固定 十 .模具立体图与分解图 模具立体图如图 21 所示，模具爆炸图如图 22 所示。 33 图 21 模具立体图 十一 设计总结 通过本次毕业设计收益匪浅，主要体现在以下几个方面： 1培养我综合运用所学的基础理论、基本知识和基本技能、提高分析解决实际问题的能力。 2接受模具设计工程师必须的综合训练，提高实际工作能力。如调查研究、查阅文献和收集资料并进行分析的能力；制订设计或试验方案的能力；设计、计算和绘图能力；总结提高撰写论文的能力。 3检验我综合素质与实践能力，是毕业的重要依据。 心得体会：我 已踏入工作岗位。回想三年的大学生涯，可谓艰辛，但收获是丰盛的。在这三年中，我掌握了许多模具设计与制造方面的知识，通过这次毕业设计充分的发挥出来。我也从中认识到自己的不足，弥补了缺乏的知识面，使专业知识得到升华。这次毕业设计的零件虽然不算复杂，但我觉得是比较有特色的。 通过本设计，对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，掌握了模具结构及工作原理。 使自己的所学的知识得以综合运用。 通过对 UG和 AutoCAD 的学习，从而有效的提高工作效率。 模具设计中考虑很多因素，除考虑它的出模、分型面，还需考虑它成型 的质量，表面光洁度等。更重要的是考虑它的制造难度和加工成本。所以设计认真分析塑料制品的结构，寻求最佳的设计方案。 应用模具设计的 UG、工程图设计的 AutoCAD、文字处理排版 Word 等软件更加得心应手。遗憾没有能用UG 把整个模具的三维结构画出来，主要还二维为主从而二维缺乏直观难免有不当和错误之处！ 在日后的工作学习中我定会不畏艰辛地深造和不断地积累经验，争取早日在模具行业中出人头地。 参考文献 1 史铁梁 .模具设计指导 .北京：机械工业出版社， 2003. 2 陈万林 .塑料模具设计与制作教程 .北京： 北京希望电子出版社， 2000. 3 赵昌盛 .实用模具材料应用手册 .北京：机械工业出版社， 2002. 4 屈华昌 .塑料成型工艺与模具设计 .北京：机械工业出版社， 1996. 5 李建国 .注射模成型零件工作尺寸计算方法分析 .模具工业 .2003年 第 11期 P38 P42 34 6 党根茂等 .模具设计与制造 M.西安：西安电子科技大学出版社， 1994. 7 许发樾等 .模具标准应用手册 M.北京：机械工业出版社， 1994. 8 成都科技大学等 .塑料成型模具 M.北京：中国轻工业出版 社， 1998. 9 塑料模设计手册编写组 .塑料模设计手册 M.北京：机械工业出版社， 1994. 10 贺辛亥 .浅析注射模具设计制造中应注意的若干问题 .机械研究与应用 .2003 年 9 月 第 16 卷 第 3 期 11 周永泰 .我国塑料模具现状与发展趋势 .塑料 .2000 年 第 6 期 P23 P27 12 杨俊秋 .浅谈塑料模具毕业设计 .模具工业， 2005 年第 7 期， P38 P40 致谢 在此感谢我的指导老师 黎传老师能在百忙中给我非常大的指导 ,感谢各位老师培养 ,使我对模具产生了强烈的兴趣， 是他们 加深了我对模具的认识，培养了我独立思考题、解决问题的能力。非常感谢！ 35 Design of Injection Mould Basing on the actual plastic products in the manufacturing company, the designer makes use of the actual model to measure the product, creates a model for the actual product and designs the plastic mould, including the design of plastic finished product, analysis and account of craft parameter, the design of work piece, mould structure and the processing project. The designer focuses on the design and account work of parting-surface and slide. UnigraphicsNX4.0 is applied to the whole design. This work makes the designer know more about the skills of mould design and deepen the knowledge he studied in the University. In the whole process, the designer realizes a non-paper work which is beneficial to the efficiency of mould and decreases the cost. It shortens the procreative period dramatically. Die industrial products is an important process for production equipment, it is its own special shape to a certain way so that raw materials forming (forming). Modern production, processing die because of their high efficiency and interchangeability, and save raw materials, so be widely used. By forming the target and means to points, mold can generally be divided into three categories: sheet metal forming mold, such as cold-stamping, metal forming die size, such as forging die, powder metallurgy Die, die-casting mould, and so on； non-metallic materials Die , Such as plastic mould and die glass, ceramics, and so die. Which is the largest use of stamping and plastic mould feel about mold about 80 percent of the total. Die technology has be