直线导轨滑块模具的设计与制造

台州科技职业学院毕业设计（论文） I 目 录 文本成果 摘要 1 关键词 1 引言 1 1 设计任务分析 1 2 方案的初步选定 1 3 方案的详细设计 3 3.1 滑块材料的选择 3 3.2 注射机 的选型 4 3.3 导轨滑块注射模具设计 4 3.3.1 分型面的确定 4 3.3.2 型腔数的确定 4 3.3.3 温度调节系统设计 4 3.3.4 浇注系统及排溢系统设计 5 3.3.5 推出、抽芯及复位机构设计 5 3.3.6 合模导向机构设计 6 3.3.7 模架设计 6 3.4 直线导轨模具的制造 7 3.4.1 模具线切割编程 7 3.4.2 模具制造工艺设计 8 3.5 模具的装配及配作 11 3.6 滑块各个零件的组装 11 4 总结评价 12 台州科技职业学院毕业设计（论文） II 致谢 13 参考文献 13 实际成果 直线导轨滑块产品实物（照片） 14 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 1 - 直线导轨滑块模具的设计与制造 李 琳 摘 要： 本文以直线导轨滑块模具为研究对象，通过对直线导轨滑块产品的分析，选择了合适的产品及模具材料，并对模具的成型工艺进行了合理的设计，编制了工艺设计路线，给出了详细的加工制造方案，最终证明，所设计的模具结构合理，工艺路线正确， 所加工的直线导轨滑块产品精度符合要求。 关键词： 设计、 UG/CAXA、线切割、浇注系统 引言 模具是用来成型物品的工具，它主要通过所成型材料物理状态的改变来实现物品外形的加工 ，模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济发展的重要基础之一。模具 是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一种类型。 模具主要分六大类： 注射成型模具、挤出成型模具、压塑成型模具、吹塑成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具 。 模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发 和老产品的更新换代，影响着产品质量和经济效益的提高。美国工业界认为“模具是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力”。事实证明，在仪器仪表、家用电器、交通、通信和轻工业等各行业的产品零件中，有70%以上是采用模具加工而成。 1 设计任务分析 本文的设计目标是完成直线导轨滑块模具的结构设计，首先对于直线导轨滑块模具进行三维造型，分析零件的特性，进而选择合理的加工工艺，编制工艺设计路线，对每道工艺进行计算、校核验证，最后完成直线导轨滑块模具的结构设计和产品的生产。 2 方案的初步选定 本课题 的目标是完成直线导轨滑块模具的设计与制造，最终完成直线导轨滑块产品的成型。零件如下图所示： 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 2 - 图 1 直线滑块 要完成直线导轨滑块的加工任务，可将此任务分解成以下三个阶段：（ 1）选择合理的注塑工艺，完成直线导轨滑块模具的各零部件的设计；（ 2）采用线切割、磨削、铣削等制造工艺完成直线导轨滑块模具的加工；（ 3）完成模具成品的组装，加工出尺寸精度、表面质量都符合图纸要求的成品。 图 2 直线滑块模具 注意事项： A：模具备料时要 采用锻件 45 号中碳钢 ，在设计模具时应加注意。 B：塑件成型时用 ABS 与 PC 合成塑料 ,料筒成型温度在 245-250 之间 。 C：从产品质量考虑， ABS 与 PC 合成塑料在料筒时间过长易分解发黄，故每模全程时间应控制在 18 秒以内 。 D：由于是大批生产，应重视模具材料和结构的选择，保证一定的模具寿命。 根据制件工艺性分析 注塑模具滑块设计 。 加工要求高，其制作技术长期以来一直是模具成功与否的关键。滑块 锻件部分 制作以往成熟的工艺是：铣加工 、线切割、磨床等进行制造。塑料部分 要想获得合格的塑料制品，除合理选用塑件的原材料外，还得必须台州科技职业学院毕业设计（论文） - 3 - 考虑塑件的结构工艺性。塑件 的结构工艺性与模具设计有直接关系，只有塑件设计满足成型工艺要求，才能设计出可靠的模具结构。模具装配图如下图所示。 3 方案的详细设计 3.1 滑块材料的选择 本产品是导轨滑块，首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的耐热性、化学稳定性和电气性能。能满足以上性能的塑料有多种，但从材料的来源以及材料的成本考虑。 表 3.1 塑件的原材料分析 塑料品种 结构特点 使用温度 化学稳定性 性能特点 成型特点 聚碳酸酯PC 线性结构非结晶型 -130130 较好，比较稳定 刚而韧，抗冲击性好，耐高低温，耐应力，开 裂性差，有一定的吸水性。 成型性能良好，成型前原料干燥 结论 该塑料有良好的工艺性能，适宜注射成型，成型前原料要干燥处理 表 3.2 塑件的原材料分析 密度 比溶 吸水率 熔点 收缩率 热变形温度 1.021.05 0.80.98 0.2%0.4% 130160 0.3%0.8% 83103 抗拉强度 拉伸弹性模量 弯曲强度 冲击强度 硬度 体积电阻率 50MPa 1.8 107MPa 80Mpa 11KJ/m2 9.7HB 6.9 1016 综上所述，此次滑块塑料部分材料采用 ABS+PC，这两种材料有不同的缺点。 PC 流动性，但机械性能好。 ABS 流动性、电镀、喷涂效果好，但机械性能不如 PC。如果有电镀要求，则材料中 PC 的含量不能大于 30%，因为加 PC 后对电镀的附着力有影响。 该产品 ，要求具有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能，同时还必须满足绝缘性。 ABS 合成塑料以其具有很好的韧性 ( 抗震性 ) 、密封性，很高的机械强度，耐化学腐蚀。 根据以上特点以及经济因素，采用 ABS 与 PC 合成塑料，其收缩率为 0.6%。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 4 - 3.2 注射机的选型 根据对塑件的分析，可选用 HTF-180T 型角式热塑性塑料 注射机。 该型号的注射机中心顶杆直径为 40，所以，应在模具的动模座板上加工出一个等于或大于该直径（40）的孔，以便顶出用。 3.3 导轨滑块注射模具设计 3.3.1 分型面的确定 在注塑模具的设计中，分型面的设计很关键，其设计的结果将直接影响到模具结构可靠性、模具加工难度和模具设计制造费用、以及塑件的外观质量；由于分型面的设计对于同一产品具有不同的结果 ,所以分型面的设计确定有一定的难度。 分型面的设计原则 : （ 1）保证产品的外观质量和精度。 （ 2）保证模具零件成型时的刚性。 （ 3）分型面应该 有利于侧向抽芯。 （ 4）分型面应该有利于塑件脱模。 （ 5） 分型面的选择和设计应该有利于加工制造。 3.3.2 型腔数的确定 该面板对尺寸、精度、性能及表面粗糙度等都有严格的要求，如果设计成多腔模，在制造过程中所产生的误差和成型工艺的误差，势必会造型塑件尺寸精度降低约 48，由于前面已经确定注塑机型号，由该注塑机的技术规范及塑件的技术经济要求。 因此该模具设计为一模一腔，使塑件的精度提高，增加塑件生产的稳定性。 3.3.3 温度调节系统设计 注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化类型、生产效率及塑件的形状和 尺寸精度都有重要影响，注射模中设置温度调节系统的目的，就是通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较好的生产效率。 该模具已经确认采用热流道浇注系统，热流道中装有电热棒，可以满足模具在注射成型时所需要的塑料温度，该温度由温控箱控制。 水路设计的目的一是使成品均匀冷却，并在较短时间内顶出成型；另一作用是使模具温台州科技职业学院毕业设计（论文） - 5 - 度保持恒定来提高塑件的质量。水路排布的好坏直接影响到产品的成型质量和生产周期(成本 ) 3.3.4 浇注系统及排溢系统设计 浇口亦称进料口，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最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。 该模具采用热流道浇注系统中的大水口系列，侧浇口进胶。 浇口设计：浇口应尽量缩减其长度、深度、宽度。若浇口过小 ,则易造成充填不足 ,收缩下陷融合线等外观缺陷 ,且成型收缩会增大 ；若浇口过大 ,则浇口周遍产生残留应力 ,导致成品变形或碎裂 ,且浇口去除困难 .因浇口的尺寸可由横截面积和浇口长度定出 . 当塑料熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内因各种原因而产生的气体不能被 排除干净，一方面会在塑件上行成气泡、接缝、表面轮廓不清及充填缺料等成型缺陷；另一方面气体受压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部碳化或烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，因此必须考虑排气问题。 因为该模具有侧向抽芯机构，所以滑块可以有排气效果，同时，在分型面上开设排气槽排气，排气封胶距离为 5-8mm。宽度 4mm，深度 0.02mm，如图 3 所示。 图 3 分型面上排气槽尺寸选择 冷料穴是用来容纳注射间隔所产生的冷料，这些温度相对较低的冷 料进入型腔后，会产生次品塑件。该模具设计为倒锥形的冷料，靠推杆强制顶出。 3.3.5 推出、抽芯及复位机构设计 塑件在从模具上取下之前，还有一个从模具的成型零件是脱出的过程，是塑件从成台州科技职业学院毕业设计（论文） - 6 - 型零件上脱出的机构称为推出机构。推出机构的动作是通过装在注塑机合模机构上的顶杆或液压缸来完成。 3.3.6 合模导向机构设计 导向机构是保证动、定模合模时，正确定位和导向的零件，合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，通常采用导柱导向定位。导柱导向机构的主要零件是导柱和导套，如图 4 所示。 图 4 导柱导套及其配合 3.3.7 模架设计 模具的结构零件主要是固定成形零件，使其组成一体的零件。主要包括定模座板、动模座板、定模板和动模板等。组装图为 图 5 模架 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 7 - 3.4 直线导轨模具的制造 3.4.1 模具线切割编程 B 指令概述 程序格式： BxByBjGZ B 分隔符，用来区分、隔离 x、 y 和 j 等数码， B 后的数字如为零，则零可以省略； x、 y 直线的终点或圆弧起点的坐标值，编程时均取绝对值，单位取 um； j 计数长度，单位 um； G 计数方向，分 Gx 和 Gy,即按 x 方向或 y 方向计数； Z 加工指令，分直线加工和圆弧加工两大类，直 线加工按所在象限分为 L1（含 +X）、L2（含 +Y）、 L3（含 -X）、 L4（含 -Y）四种 ；圆弧加工按顺时针、逆时针分为 SR1、 SR2、SR3、 SR4和 NR1、 NR2、 NR3、 NR4八种，如下图所示 图 6 线切割加工轨迹 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 8 - BBB5000GyL1 /加工 AB 直线 B1B7B3000GYSR3 /加工圆弧 BC B2B7B1000GXL2 /加工直线 CD B3B18B10GYL1 /加工直线 DE B4B18B1000GXL1 /加工直线 EF B5B21B3000GYSR2 /加工圆弧 FG B6B23B2000GYL1 /加工直线 GH B7B23B1000GYSR2 /加工圆弧 HI B8B23B25000GXL1 /加工直线 IJ 3.4.2 模具制造工艺设计 工序 1：备料。采用锻件 45号中碳钢。精磨平面后，模板倒角 .清理模板表面油污。 工序 2：如 下 图 ,加工销钉。 此板为正面板。 镶件固定板，由于导轨是双面两侧的， 故采用 8个 10MM 销钉。 且全部对称 ，具体孔位如图。 . 图 7 模具正面板 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 9 - 工序 3：如 上 图，加工固定螺钉。两边各 1个， 壁 厚 14，要求螺钉旋入 15MM,故螺钉规格为 M6x8。 工序 4：拧紧螺钉，并用千分卡尺检测 的厚度 。 要求厚度与理论数据公差在 0.02MM内。 工序 5: 精磨导轨基准 。 如 上 图，磨 削 面，高度 70MM，要求加工 后 与 左右侧 板 和上下板 （开模面）垂直，垂直度 0.02以内。磨削前必须调整好砂轮平衡度，精整砂轮，修正磁板平面。为防止磨削过程中模板的热变型，冷却水必须充分覆盖工件。 工序 6：线切割加工 左右侧面板 (如 下 图 )。 加工前须以工序 5完工的磨削面为基准校直。 图 8 模具左右侧面板 工序 7：线切割加工模具滑快 上下盖板。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 10 - 图 9 模具滑块上下盖板 加工说明： 1：机床为南昌江南产 2535型， 1998年产，较旧。但床身铸件结实，稳定性好，线架为本人自行改装加高。 2：考虑到加工工件高度较高，故乳化水 以 1： 25泡制，较稀。 3：将 B1,B2， B3板用夹具夹紧测量间隙。测量前用汽油清洗加工表面，务必倒钝。 对比上表数据，以及对加工面的比较，结论如下： 方案 1：加工速度略优势，但表面光洁度较差； 方案 2，加工速度较方案 1稍慢，但表面光洁度较理想，并且加工稳定性较好，切割顺畅； 方案 3，加工过程不稳定 .放电断断续续，且断丝，加工面较差。 综合考虑，采用方案 2。 特别要强调的是，虽然加工工件是经过锻打加工的，但仍不能完全消除其内部应力，加工过程中仍有应力释放，导致工件变形。故在加工过程中，当工作丝切入工件 12mm 时，必须用 35件强磁块骑缝地吸在起割线上，同时也能防止加工结束时，工件下坠砸伤机床及损伤工件本身。 工序 8：加工润滑油道 。 此工序简单，或铣 .或磨都能加工，要保证各分流道之间油路的贯通，深度 0.5-0.8之间。 台州科技职业学院毕业设计（论文） - 11 - 工序 9：滑块表面氮化处理 锻件 45号钢表面硬度仅 HRC25左右，尽管有油道润滑，模具开闭模滑动频繁，其硬度还是不够的，滑块与导轨易发生 “ 咬啃 现象。早期的工艺是液体氮化，其表面硬度能达到 HRC40左右，其缺点是变形量大。随着工艺的进步，真空表面氮化工艺的推广，克服了变形量大的缺陷。实 际工作中发现，真空表面氮化工艺后的 45号钢导轨变形量还是有的，我公司的经验值是千分之 0.3-0.5。有效的克服办法是：氮化前，将 B1板 .B3板与板 C 拧紧螺钉，然后一起进炉。并且板 C 为滑块接触面，其氮化后有效地增加了耐磨性，提高了模具的使用寿命。 3.5 模具的装配及配作 根据 2D 草图对该模具进行 3D 造型，通过最终评审确定后，往电极组及编程中心下发加工数据。 这时开始订购动、定模镶块及滑块等模料，并且采购斜导柱、顶针、滑块弹簧、复位弹簧等标准件。绘制加工图纸，下发线切割加工数据。 该模具属于汽车内饰件，要 求比较高，加工过程中严格按图加工，保证单件尺寸合格。但是由于加工误差，在加工完成后，要完成镶块及滑块的配作，主要采用涂红丹，通过红丹颜色的变化来确定配合间隙。 3.6 滑块各个零件的组装 根据下表对模具滑块进行组装 台州科技职业学院毕业设