塑模课程设说明书.doc

广西工业职业技术学院实验、实训、实习及设计等用纸一、摘要注塑模具在注射制品成型中起着极其重要的作用，除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具左右，所以如何高质量、简明、快捷、规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺的优越性，扩大注塑制品的首要问题。传统的注塑模具设计，主要是依赖设计人员的经验，设计的速度、质量及可靠性的程度，因设计人员的经验而异。又因模具是单品或极少批量的产品，采用传统设计方法，每一张图纸都需要手工绘制，设计人员的工作强度大，设计工作难以达到规范化、标准化。目前世界上工业发达的国家和地区都已相继采用计算机技术进行注塑模具设计，其主要是采用计算机辅助设计即CAD及计算机辅助工程CAE，通过对模具设计，我们熟悉了对CAD、UG等工具的掌握。本文通过对遥控器面板的设计流程进行了分析，设计了一副二型腔的塑料模具。介绍了分型面的注塑机选用过程，详细介绍了模具的有关计算、模具的结构设计等的设计过程，重要零件的工艺参数的选择与设计计算以及其它结构的设计过程。关键词：CAD 遥控器面板 注射机 分型面 流道 顶出机构二、塑件的工艺分析塑件产品的三视图如下所示：一般来说分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，只要分析塑胶件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效应。图2-1 产品三视图由图可知：1、该零件相对来说外形比较复杂，而且产品较大，内部有凸台，所以用到侧抽结构，这给模具设计带来了很大的难度。其材料应选ABS，因材料冲击强度高，尺寸稳定型号，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，耐高温，韧性好，耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工但是滋润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其他树脂相容性差。 2、生产批量：根据现在社会的需要，一般都是追求利润为目的，所以就要求生产为大批量生产，为了达到这个目的，所以模具设计得讲究了，一般就是每次出模时能多生产多几个产品，也就是模具的型腔排布要尽可能多，而且要下一次生产出的时间短，但是这都是在保证质量的前提下去进行的。所以本零件为大批量生产。三、 塑件材料的成型特征和工艺参数注射模是安装在注射机上的，因此在设计注射模具时应该对注射机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。从模具设计角度考虑，需要了解注射机的主要技术规范。在设计模具时，最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范，。因为即使同一规格的注射机，生产厂家不同，其技术规格也略有差异。ABS材料冲击强度高，尺寸稳定型号，无色透明，着色性好，电绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性好，耐高温，韧性好，耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、着色，还可以进行表面喷镀金属、电镀、焊接、热压和粘接等二次加工但是滋润滑性差，有应力开裂倾向，高温易水解，与其他树脂相容性差。成型特征：1、 可用注射、挤压、压延、吹塑、真空成型等成型方法。2、 ABS熔体的流动行为表现为假塑性，故加工时的流动性主要靠剪切速率的调节来控制，辅以加工温度的调节。3、 ABS具有一定的吸湿性，一般为0.3%0.8%，此吸湿率对制品有影响，成型前须对树脂进行干燥。干燥后的水分含量应小于0.2%。4、 ABS为无定型聚合物，熔限(从开始熔化到完全熔化的温度范围)较宽，一般为160-190，具有良好的加工性。收缩率为0.4%0.8%。5、 ABS熔体的流动行为表现为假塑性，故加工时的流动性主要靠剪切速率的调节来控制，辅以加工温度的调节。6、 ABS的电绝缘性很少受温度、湿度的影响，且能在很大频率范围内保持恒定，为良好的绝缘材料。7、 ABS粘度高，所以用较大的圆形或梯形浇口和流道，适应冷流道模具的流道，直径应为68mm。8、 注射压力一般控制在1500bar，而在保压阶段可在750bar左右，注射速度在中高速度。9、 壁厚、熔料温度低、熔料温度对收缩率影响小，塑件尺寸精度高。10、 顶出力过大或机械加工时塑件表明留下白色痕迹，脱模斜度应取2度以上。11、 易产生熔接痕，磨具设计时注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。估算塑件的体积和质量:该产品材料为ABS，查资料得其密度为1.05/ cm3,收缩率为1.005，使用UG软件画出三位图形，软件能自动计算出所画图形的体积，一个塑件体积为,质量由于该零件外形不是特殊结构，所以计算起来会存在很大的误差影响精度要求。估算浇注系统的体积 ，则浇注系统塑料质量为：，总注射量总注射重量四、选择注塑机根据塑料制品的体积，并根据塑料注射机技术规格，可选注塑机为卧式注射机，其优点为：重心低、工作平稳、模具安装、操作及维修方便，模具开模行程大，但是占地也大。所以选择注塑机型号为：XZZY250注塑机最大注塑量:250 cm3螺杆直径：注塑压力：147 MPa锁模力：1800KN注射行程：160 mm最大开模行程：:500mm模具最大厚度：350mm模具最小厚度：200mm板模尺寸：315500定位圈尺寸：注射速率：喷嘴球半径：喷嘴孔直径：五、注塑机的校核1、 最大注塑量的校核注塑机的最大注塑量应大于制品的体积，通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。本塑件采用一模二腔的结构，由上面的计算结果可知： =8.007cm3 =3.1cm3故每次注射需要的塑料为：G=3.1+28.007=19.114 cm3由于注射机XZ-ZY-250的最大注射量为，所以满足要求。2、 最大锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模机构对模具所施加的最大夹紧力，当高压的塑料熔体充填模腔时，会沿锁模方向产生一个很大的胀型力。为此，注射机的额定锁模力必须大于该胀型力。表5-1 常用塑料注射成型时型腔平均压力 单位：MPa塑件特点举例容易成型的塑件一般塑件中等粘度及有精度要求的塑件高粘度及高精度、难充模塑料25303550PE、PP、PS等壁厚均匀的日用品、容器类在模温较高的情况下，成型薄壁容器类ABS、POM等有精度要求的零件、如壳类高精度的机械零件，如齿轮、凸轮等锁模力与注射机压力的校核可按式校核：一个塑件在分型面上的投影面积浇注系统在分型面上的投影面积根据表3-1取35 锁模力而注塑机的为,所选符合要求。3 闭合高度的校核得材料校核的公式： 注射机允许的最小厚度（XZ-ZY-250注射机的200mm）；注射机允许的最大厚度(XZ-ZY-250注射机的350mm)本模具的总闭合高度H=331mm,，所以满足要求。 图5-1 模具闭合高度4 开模行程与推出机构的校核开模行程是指从模具中取出塑料所需要的最小开合距离，由于该零件选用的是二板模（大水口模）所以其开模行程如下:注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件(包括浇注系统)所需要的开模距，即满足下式： 式中 Sk注射机的行程(XZ-Z-250注射机的Sk160mm)；H1脱模距离(顶出距离),H15.53mm；H2塑件高度+浇注系统高度，H2(5.53+110.5)mm=116.03mm则 H1+ H2+10mm131.56mm160mm所以能够满足要求。六、模具的结构设计1、分型面的选择分型面是分割型腔和型芯的面，常见常用的分型面水平分型面垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面等而该零件的分型面就是在零件最大轮廓处。(1)分型面的形式：分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关，我们常见的形式有如下五种：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面、曲线分型面。(2)分型面的选择原则：a）、便于塑件脱模：、 在开模时尽量使塑件留在动模内 应合理安排塑件在型腔中的方位；b）、考虑和保证塑件的外观不遭损坏c）、尽力保证塑件尺寸的精度要求（如同心度等）d）、有利于排气 e）、尽量使模具加工方便根据零件的结构，最大轮廓与数控加工型腔型芯的方便等关系，所以分型面设计如下图：（经查阅有关资料而得到）图6-1 分型面的选择2、型腔数目的决定与排布一般来说，型腔数目都是平衡布局的，而型腔数量的确定有两种方法，一个是根据所用注塑机的注射量确定型腔数量。另一个就是根据锁模力确定，由于本产品的结构特征，而且有侧抽心机构，所以决定本模具型腔数量为“一模二腔” ，平衡布局。力求达到模具的结构要求下，流道废料少，平衡对称排布。如下图：图6-2 零件排布尺寸图3、模具型芯、型腔尺寸的设计 根据零件图的排布尺寸在参考资料书，一般产品到型芯的边缘不得少与20mm，但也有特殊的情况，所以我初步确定型芯与型腔的尺寸如下图： 图6-3型芯与型腔的尺寸图4、模架的选定根据型芯、型腔的尺寸及型芯边与模架边距离经验值所得。型芯边与模架边的距离经验值在5070mm，型芯长宽分别为210mm、240mm。本例题模架取A板厚度为80mm，B板厚度为100mm,因此模架所选龙记大水口模架为CI3335A80B100C90,如下图：图6-4 塑件模架零件图5浇注系统的设计(1)浇注系统的组成所谓注射模的浇注系统是指从主流道的始端到型腔之间的熔体流动通道。普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成，设计浇注系统时应对称分布，并且尽可能短以使热量及压力损失尽可能小，根据所选注射机XS-ZY-250，得定位圈为。浇注系统如图所示： 图6-5 浇注系统的组成图(2)主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度，其主要设计点为： 主流道圆锥角=2o6o，对流动性差的塑件可取3 o6o，内壁粗糙度为Ra0.63m。主流道大端呈圆角，半径r=3mm，以减小料流转向过渡时的阻力。对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式。但在大多数情况下是将主流道衬套与定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座板采用H7/m6过渡配合，与定位圈的配合采用间隙配合。一般来说主流道进口处的位置应尽量与模具中心重合，其设计原则为：热塑性塑料的主流道，一般由浇口构成，其设计应满足：，图6-6 喷嘴与浇口套装配关系、（3）冷料井的设计 冷料井也叫冷料穴，其一般设置在主流道的末端，或在分流道的交叉之处，分流道较长时，分流道的末端也应该设置冷料井。其作用是使用喷嘴与低温模具接触而在料流前锋产生的一小部分冷料在自身的重力作用下沉入冷料井中，从而避免其进入产品型腔，同时也比卖弄了很多产品的缺陷。其设计原则：本设计为低部带顶针的的冷料井，经查阅有关资料得到如下所示图形：为采用加工方便，故常采用Z型拉料杆，但不宜同时多个使用，这样会导致产品不易脱落。该零件的冷料井设计为： 图6-7 冷料井设计（4）分流道的设计分流道就是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U型等，圆形和正方形截面流道的比面积最小，塑件熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工相对困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U型。为了减少流道内的压力损失和传热损失，提高效率，所以在这里我们选用半圆形分流道。因为半圆形截面分流道的效率相对来说是较高的，而且考虑到加工的难以程度。设计要点： 分流道截面积尺寸：在保证要求的前提下，分流道的截面积与长度尽可能小，并且转折过渡处尽量以圆弧过度；分流道较长时，要在末端设冷料井，但在本设计中不用开设冷料井； 分流道的布局：其布局取决于型腔的布局，两者是相互影响的，一般选用平衡式，在本设计中也是采用平衡式， 分流道与浇口的链接：分流道与浇口的链接处应加工成斜面，并用圆弧过度，这样有利于塑件熔体的流动与冲填。本设计的浇口从上面的 图6-7也可以看出其形状。 图6-8分流道图（4）浇口的设计：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，除直接浇口外，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的尺寸太大太小都不是很好，太小时，注塑的产品可能会出现填充不足，产品容易出现下陷，烧焦、产品强度会降低，太大时，比较容易在浇口的周边产生残余应力，导致产品变形，同时，需固化的时间较长，成型效率比较低。浇口截面积的确定：浇口的尺寸通常根据经验确定，经查阅有关资料得知，浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状常为矩形或圆形，浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4m。而现在设置的浇口截面积经计算知：，在3%9%范围内，合格。浇口的形式：按照浇口的形状可以分为点浇口、侧浇口、扇形浇口、盘形浇口、环形浇口、及薄片式浇口。而我们这里选用的是侧浇口。浇口的设置原则：1、保证塑件的流动前沿，能同时到达型腔末端，并使其流程最短，2、浇口的位置应在塑件容易清除的位置，维修方便。3、浇口应设在制品壁厚较厚的部位，以利于补缩。4、浇口的位置选择应有利于型腔中气体的排除。5、不要在制品承受弯曲载荷或冲击的部位设置浇口。根据结构和尺寸的要求，及经济型，所以选择侧浇口，如下图图6-9 侧浇口图6模具成型零件的设计（1）型芯的结构模式及尺寸：凸模（即型芯）是成型塑件内表面的成型零件，通常可非为整体式和组合式两种类型。处于经济利益的考虑，一般来说都会选择是组合式，也就是说要弄镶件，将凸模单独加工完成后与B板组合装在一起，这样一来，有很多形状复杂的型芯都可以很容易加工出来了，而本设计也就是考虑到这点。所以也采用组合式。型芯尺寸的确定：以本题为做镶件，而镶件的形状就是工件内部的形状，尺寸也是一样，型芯的尺寸是参考产品的尺寸来确定的。所以本题的型芯的外形与尺寸就是工件的内部形状和尺寸具体看零件图: 图6-10 零件排位尺寸图（2）型腔的结构模式及尺寸在这里，型腔结构模式主要就是凹模的外形与尺寸，因为凹模形状就是工件的外形形状，参与形成工件外形的零件，其结构形式可分为整体式、组合式、等，由于设计要求，选用组合式凹模整体嵌入式凹模。整体嵌入式凹模：多用于一模多腔式模具，一般是将型腔单独加工后压入定模中。这种结构的凹模形状、尺寸一致性好，更换方便。凹模的外形通常是用带台阶形，由台阶定位，以过渡配合嵌入定模板，然后加入紧固螺钉将其与定模连接，就可以了。至于凹模的尺寸也是根据零件的外形尺寸确定，具体外形与尺寸看零件图 图6-11 零件排位尺寸图（3）镶件块根据零件的结构分析，腔体的紧凑性以及加工精度，由于考虑到加工和生产效益，我们通过CNC系统控制数控铣床加工方法可以得，下图为镶件块的尺寸图： 图6-12 镶件图其工艺路线：下料，铣平面，电火花走内部轮廓，达到尺寸要求。7、脱模（顶出）机构的设计脱模机构也叫推出机构或顶出机构。塑件脱模是注塑成型过程中最后一个环节，脱模质量好坏最终决定塑件的质量，当模具打开时，塑件需留在具有脱模机构的半模（常在东模上）利用脱模机构脱出产品。脱模机构的设计原则：为使塑件不致因脱模而产生变形，推力布置应尽量靠近塑件收缩抱紧的型芯，或者难于脱模的部位。塑件细长柱位多采用司筒脱模，本体设计也是采用了司筒脱模。1、推力点应作用在塑件刚性和强度最大的部位，作用面也应大一些。2、避免脱模痕迹影响塑件的外观，脱模位置应设在塑件的隐蔽面，对透明塑件要尤其注意。3、避免因真空吸附而使塑件产生顶白、变形。4、脱模机构应运作可靠、灵活、具有足够的强度和耐磨性。（1）顶针的设计：本设计采用顶针顶出产品，根据产品的造型间隙尺寸，顶针采用直径为mm的顶针，共66跟顶针，以求顶出产品时平衡。同时要考虑到顶针的排气功能，本设的顶针如下图所示： 图6-13 顶针示结构意图（2）拉料杆的设计：拉料杆就是在主流道的下面，其作用顾名思义，就是为了拉留在主流道内的废料,已进行下一次的注塑,其设计的基本原则也和顶针一样,根据本零件的设计要求,应采用勾形拉料杆（主要用于二板模）尺寸采用直径为mm，长度为150mm的拉料杆,如下图所示：图6-14拉料杆示意图8模具温度控制系统的设计（1）冷却系统设计：塑料在成型过程中，模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。所以，要在模具上需要设置温度调节系统降低模具温度，以到达理想的温度要求。本设计材料ABS，该材料属于要求较低模温（一般）的塑料，仅需要设置冷却系统。即在模具内通入冷却水讲热量带走，并通过调节水的流量来调节模温，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率。当然这不是绝对的，如有的产品不需要水冷，自然冷却就可以了，要具体问题具体分析。冷却系统设计原则：1、 冷却水道的孔壁至型腔表面的距离应尽可能相等，一般取1525mm。2、 冷却水道进可能多，比且要便于加工。一般选直径为6、8、10。3、 所有成型零件均要求通冷却水道，除非无位置。4、 降低入水口与出水口的温差，两平行水道间距为4060mm5、 尽量减少冷却水道中 “死水”（不参与流动的介质）的存在。6、 冷却水道应避免设在可预见的塑件熔接痕迹处。7、 保证冷却水道的最小边距，链接O型密封圈时，密封应可靠无流水。8、 当冷却水道设置有困难的部位应采取其他方式，合理确定冷却水接头位置，避免影响模具安装、固定。在符合上述条件的同时，本设计采用的冷却水道直径为，快速接头B2等如下图所示： 图6-15 冷却水道示意图9、排气系统的设计 在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有成型过程中固化反应产生的气体。这些气体要顺利地排出模具之外，否则，被压缩的气体所产生的高温将引起塑件局部烧焦化或产生气泡，还能产生熔接痕等。常用排气方法有两种，即在模具上单独开设排气槽和利用模具零件的配合间隙自然排气。本设计采用顶针的装配间隙排气方法排气。图6-16 排气系统示意图七、谢辞感谢我的指导老师（黄开旺老师），在您百忙之际还能得到您的指导是我们的福分。更得益于您从选题的确定、设计资料的收集、设计框架的确定；使我顺利的完成这次设计任务。从设计内容的讲解,本课题的设计分析及设计要求，无不凝聚了导师的心血，导师严谨的治学态度、渊博的知识、丰富的实践经验、创新的思维，特别是孜孜不倦的育人态度和对教学工作的热情，使我受益匪浅，带给了我们很多从课本上无法学到的知识，也教会了我们无论做什么事都要有耐心和恒心。借此毕业设计之际，特向黄老师致以深深的谢意和最真挚的敬意！还要感谢学校为我们免费提供电子阅览室，最大限度的为我们的设计提供了方便。 八、设计总结在本次的课程设计中，为解决一个问题可能就得用到许多的资料，这就要求我们通过不同的途径去获取，查阅其他课外书籍，或者上网搜索等，竭尽所能去完成我们的设计，并保证设计的完整与准确性。做每一步都要看下资料，看资料是怎么说的，怎么做的，以及应该注意的问题，之后结合资料、结合我们的产品，综合分析做出合理的设计，有什么问题不能解决的地方，可以和同学一起讨论，做出正确的选择。这样，一方面可以加强交流，促进同学关系的发展，促进知识的交流，可以互相学习，另一方面可以更好地解决问题。 通过设计也暴露了自身的许多不足，我们所学的仅局限在课本，课外的涉及不多。还有实践方面也比较