激光标线仪前盖模具设计及其型腔仿真加工设计

目 录1 前言12 模具结构设计32.1模具方案论证32.2 激光标线仪前盖的测绘与造型32.2.1激光标线仪前盖的测绘32.2.2 激光标线仪前盖的造型42.3 激光标线仪工艺分析52.4型腔数目的确定62.5分型面的确定82.6浇注系统的设计92.6.1浇口位置选择92.6.2主流道设计92.6.3分流道设计102.7冷却系统的设计112.7.1冷却水道设计的要点112.7.2冷却系统的计算112.7.3冷却水道在定模和动模中的位置122.8侧向抽芯机构设计132.9模架的选择152.10总装配图及三维造型162.10.1总装配图162.10.2模具的三维造型172.11 注塑机的校核172.11.1额定锁模力校核术对2.1172.11.2模具高度与注塑机闭合高度的校核182.11.3注塑机开模行程的校核183 模具的型腔工艺分析及型腔仿真加工193.1型腔的加工工艺分析193.2型腔仿真加工204 结论26参考文献27致 谢28附 录291 前言模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度。由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业。模具设计要考虑的要点如下:a塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点。b塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE)技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制造周期采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用，对模具制造能力的提高也起到了很大作用。我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。一方面，国内模具市场将继续高速发展；另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。 随着计算机技术的发展应用，模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展。特别是模具成型零件方面的软件等，这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备，实现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。90年代，国际著名商品化三维CAD/CAM系统，如美国的Pro/E、UG-II、CADD5、Solid works、MDT等均陆续在模具界得到应用。美国PTC公司基于Pro/E系统开发了钣金零件造型模块Pro/SheetMetal。UGSolution公司在UG-II的基础上开发了同类型的模块UG/SheetMetal。以上两个系统都缺乏面向级进成形工艺及模具结构设计的专用模块，但这方面的工作进展很快，有的已经初见成效。 如美国ComputerDesign公司开发的级进模软件StrikerSystems是销售量较大的商业化CAD/CAM系统，包括钣金零件造型（SS-DESIGN）、毛坯展开（SS-UNFOLD）、毛坯排样（SS-STRIPDESIGN）、模具设计（SS- DIEDESIGN）和数控加工（SS-WIRE、SS-PROFILE）等模块。该系统支持钣金零件的特征造型，虽已具有某些自动化设计的功能，但其设计过程仍以交互操作为主，目前只适用于弯曲冲裁级进模的设计。 本世纪之初，美国UGS公司与我国华中科技大学合作在UG-II （现为NX）软件平台上开发出基于三维几何模型的级进模CAD/CAM软件NX-PDW。该软件包括工程初始化、工艺预定义、毛坯展开、毛坯排样、废料设计、条料排样、压力计算和模具结构设计等模块。具有特征识别与重构、全三维结构关联等显著特色，已在2003年作为商品化产品投入巿场。本课题是对激光标线仪前盖制品进行测绘、模具设计、加工工艺分析和型腔仿真加工。课题来源于企业。基于生产实践之上的对激光标线仪前盖模具设计及型腔仿真加工，其中：a制品的尺寸精度要求：长度方向小于050，厚度方向小于010； b制品材料：ABS；c制品表面粗糙度：不低于实物表面；d制品生产批量：5万；e制品其他要求：符合设计规范。在设计过程中主要是对激光标线仪前盖制品测绘、模具设计、在模具设计时对分型面的选择、浇口形式与位置的确定、型腔位置的安排、定、动模冷却水道的设置、工艺分析等。激光标线仪前盖的几何尺寸进行测量后要进行合理的处理。根据使用寿命和经济方面考虑，模具采用一模二腔，动定模尺寸根据手册选BL=315315的模板，采用推杆和推杆固定板作为顶出机构的元件，本模具设计采用潜伏式浇口，由于在制品的内部，所以不会对塑件外观质量造成影响。由于所成型的制品形状复杂且几何尺寸较大，因此可采用冷却水道直流道为围绕型腔的冷却方式。模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量。2 模具结构设计21 模具方案论证本课题的设计目的是对典型曲面类零件测绘、三维造型、模具设计并绘制整套模具的二维图和三维图、加工工艺分析以及数控仿真加工。进行零件的三维造其设计流程为：先对制品进行工艺分析和精确测绘，画出制品二维工程图，然后根据二维工程图进行制品的三维造型，再通过PRO/E为模具型腔、型芯（即动、定模板）的三维造型，接着就是模具整体设计，然后是加工工艺分析，最后利用Mastercam进行数控仿真加工。首先是注塑机的选择，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑。要确保制件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。然后是模具型腔的确定，考虑到生产纲领和经济效益，本模具采用一模二腔。接着的分型面的选择，本模具选择制品的下表面为分型面。再接下来是对各个系统进行设计，首先是浇注系统，由于制件形状不大，所以采用潜伏式浇口。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行调质处理，这样可以延长模具的使用寿命。 其次是排气系统的设计，本模具采用动、定模板间的间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。第三是冷却系统的设计，为了保证水道中的水温保持平衡，缩短了水道的长度，本模具采用四个独立的循环水道。第四是推出机构的设计，推动的动力来源有机动推出机构。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模。然后是复位机构和导向机构的设计，由于本模具比较简单，复位机构采用二个复位杆构成；导向机构采用四个导套和导柱构成。接着是侧抽型机构的设计，本模具采用斜导柱、滑块、定位块、锲紧块构成。本模具设计采用制件保留在动模一侧，要保证制件不应推出变形或损坏，还要保证塑件的良好外观和结构可靠。模具设计好后进行图样分析，确定加工工艺过程，编制定模板的加工工艺卡和定模板型腔的数控仿真加工。22 激光标线仪前盖的测绘与造型221激光标线仪前盖的测绘塑件为激光标线仪前盖，材料为ABS，用直角尺、游标卡尺、圆规等对零件进行测绘。首先，选择激光标线仪前盖的底面作为测量的基准面，可以用直角尺垂直与基准面，就可以从高度边读取激光标线仪前盖的高度。由于激光标线仪前盖是以曲面为主要特征，所以内部宽度方向不容易测量，可以用圆规测量相同两点之间的距离。通过测量不同截面和不同高度的点，就可以将点的测量值在三维坐标中表示出来。我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。激光标线仪前盖制品主要结构及尺寸如图2-1所示： 图2-1 激光标线仪前盖的制品图该塑件外形尺寸为93mm72mm35 mm，制品投影面积约为6182cm2，体积约为1976 mm3。222激光标线仪前盖的造型零件测绘草图出来以后，应该根据零件的测绘图，对零件进行三维造型。三维造型可以选用PRO/E软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。首先根据二维图的尺寸在PRO/E里面画出制品的外轮廓线，进行旋转，制品的上部是一个近视球形状，画出之后，去掉上面多余的部分，之后进行去壳，制品左右两边是向上拉伸的两个圆，去掉多余，制品的外轮廓形状已可以全部看清，制品的内部结构基本上用拉伸材料来进行，还有一些用孔来完成，造型之后的最终效果图如下图2-2所示：图2-2制品模型图23激光标线仪的工艺分析激光标线仪的材料是ABS，ABS 塑料由于具有较大的机械强度和良好的综合性能，在电子工业、机械工业、交通运输、建筑材料、玩具制造等工业中占有重要的位置，特别是稍微大型的箱体结构以及受力元件，需要电镀的装饰件更是离不开这种塑料。笔者根据多年的实践经验，对ABS 塑料注塑工艺作如下分析：aABS塑料的干燥ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前进行充分的干燥和预热，不单能消除水汽造成的制件表面烟花状泡带、银丝，而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS原料要控制水分在013 %以下。注塑前的干燥条件是: 干冬季节在7580 以下，干燥23h，夏季雨水天在8090 下，干燥48h，如制件要达到特别优良的光泽或制件本身复杂，干燥时间更长，达816h。因微量水汽的存在导致制件表面雾斑是往往被忽略的一个问题。最好将机台的料斗改装成热风料斗干燥器， 以免干燥好的ABS 在料斗中再度吸潮，但这类料斗要加强湿度监控，在生产偶然中断时，防止料的过热。b注射温度ABS 塑料的温度与熔融粘度的关系有别于其他无定型塑料。在熔化过程温度升高时，其熔融实际上降低很小，但一旦达到塑化温度(适宜加工的温度范围，如果继续盲目升温，必将导致耐热性不太高的ABS的热降解反而使熔融粘度增大，注塑更困难，制件的机械性能也下降了。所以ABS的注射温度虽然比聚苯乙烯等塑料的更要高，但不能像后者那样有较宽松的升温范围。某些温控不良的注塑机，当生产ABS制件到一定数量时，往往或多或少地在制件上发现嵌有黄色或褐色的焦化粒，而且很难利用加新料对空注射等办法将其清除排出。究其原因，是ABS 塑料含有丁二烯成分，当某塑料颗粒在较高的温度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易冲刷的表面上，受到长时间的高温作用时，造成降解和碳化。既然偏高温操作对ABS可能带来问题，故有必要对料筒各段炉温进行限制。当然，不同类型和构成的ABS 的适用炉温也不同。如柱塞式机，炉温维持在180230； 螺杆机，炉温维持在160220。特别值得提出的是，由于ABS的加工温度较高，对各种工艺因素的变化是敏感的。所以料筒前端和喷嘴部分的温度控制十分重要。实践证明，这两部分的任何微小变化都将在制件上反映出来。温度变化越大，将会带来熔接缝、光泽不佳、飞边、粘模、变色等缺陷。c注射压力ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，所以在注射时采用较高的注射压力。当然并非所有ABS制件都要施用高压，对小型、构造简单、厚度大的制件可以用较低的注射压力。注制过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小往往决定了制件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑料收缩大，与型腔表面脱离接触的机会大，制件表面雾化。压力过大，塑料与型腔表面摩擦作用强烈，容易造成粘模。d注射速度ABS 料采用中等注射速度效果较好。当注射速度过快时，塑料易烧焦或分解析出气化物，从而在制件上出现熔接缝、光泽差及浇口附近塑料发红等缺陷。但在生产薄壁及复杂制件时，还是要保证有足够高的注射速度，否则难以充满。e模具温度ABS 的成型温度相对较高， 模具温度也相对较高。一般调节模温为7585 ，当生产具有较大投影面积制件时，定模温度要求7080 ， 动模温度要求5060 。在注射较大的、构形复杂的、薄壁的制件时， 应考虑专门对模具加热。为了缩短生产周期，维持模具温度的相对稳定，在制件取出后，可采用冷水浴、热水浴或其他机械定型法来补偿原来在型腔内冷固定型的时间。f料量控制一般注塑机注ABS 塑料时，其每次注射量仅达标准注射量的75 %。为了提高制件质量及尺寸稳定，表面光泽、色调的均匀，要求注射量为标定注射量的50 %为宜。24型腔数目的确定 型腔的数目是由厂方给定的注塑机（型号XSZY125）来确定的，并且从塑件的尺寸精度考虑，由于该制品精度等级为6，从注塑经济效益出发，所以型腔数控制在四腔之内。热塑性塑料注射机型号：XSZY125，性能参数如下表： 表2-1 注塑机参数型号XSZY125螺杆（柱塞）直径mm42注射容量/ cm3125注射压力/( 105Pa)120锁模力/(kN)900最大注射面积/cm2320模具厚度最大/mm300最小/mm200模板行程/mm300喷嘴孔直径/mm4球半径/mm12定位孔直径/mm100注射时间s16动、定模固定板尺寸mm315315以注塑机的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，型腔数目的确定按下式进行： （2-1）式中 N型腔数； S注射机的注射量，g； 浇注系统的质量，g； 塑件质量，g；A根据塑件的形状在PRO/E里可以得出制品的体积和质量塑件体积v=1976cm ； 塑件质量m=v=19761011996 g 式中为塑料容重（ABS的容重 =1030-1070/）。B根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格，确定型腔数C生产批量 试制或小批量生产宜取单腔，大批大量生产宜取多腔，该塑件为大批大量生产，故宜取多型腔。 当限定在某一设备上成形时，则可根据塑件的体积或重量来确定型腔数。因此该塑件注塑成形时，首先明确在125g注射机上成形，则利用式（2-1），计算型腔数。得： N=为了保证注塑的平衡，则取一模两腔。综合考虑塑件的精度要求、经济性和生产量，型腔数确定为一模二腔。25分型面的确定分型面是模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的选择在模具设计中占有相当重要地位。分型面选择得合理与否，直接影响到模具整体结构的复杂程度及塑件质量。分型面的确定要遵守以下原则：a分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。b分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。c塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。d塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。e头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。f一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。g有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。h一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端，以利于排气。分型面的确定是非常重要的，在简单模具中有的分型面不时水平就时垂直的，这样的分型面壁较好处理，由于制品结构的限制，在许多模具中，其分型面不是处于同一平面。对于这样的分型面不在同一平面的模具，为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞，以及减小模具制造的难度可以将分型面设计在成型模的内部，并采用一定的锥角定位，这样就解决了分型和定位问题。在激光标线仪前盖模具设计中涉及到此问题，这样对确定分型面带来了很大麻烦。根据制品的结构分析，该制品的外观要求高，所以分型面选择在塑件的底面，如图2-3所示：图2-3 分型面布置图26浇注系统的设计261浇口位置选择注塑模的浇注系统是指注塑模中从主流道的始端到型腔之间的熔融塑料的通道。其作用是将熔融状态的塑料填充到模具型腔内，并在填充及凝固过程中将浇注压力传递到型腔塑件的各部分，而得到要求的塑件。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：a浇口要设在不影响塑件外观质量的地方及部位；b浇注系统应适应塑料的成型特性，以保证成型周期及塑件质量；c浇注系统根据型腔数的多少和布局确定；d浇注系统根据成型塑件的形状及尺寸确定；e浇注系统尽量采用短流程，以减少热量和压力的损耗及节约原材料；f浇注系统应有利于良好的排气，并防止型芯的变形及嵌件的位移；g浇注系统的确定应考虑注射机的安装尺寸，防止单边安装。浇注系统对注射成型效率和塑件的质量有直接的影响，是注塑设计的的关键。其形状和尺寸的确定，应根据塑料的成型特点，塑件的大小和形状，模具成型腔数，塑件的收缩率，外观质量要求，注塑机模板的大小，冷却等因素进行综合考虑。一般情况下，按设计尺寸加工成型后，很难达到预想要求，应根据试模边修整边实验，直到试出合格的零件，最后修正定形。浇口可以理解成熔融塑料通过浇注系统进入型腔的最后一道门。它具有两个功能：第一、对塑料熔体流入型腔起着控制作用；第二、当注塑压力撤销后，封锁型腔，使型腔中尚未冷却固化的塑料不会倒流。在制品中，浇口位置与尺寸的设计是非常困难的（在精密成型中尤为明显）。浇口类型的选择取决于制品外观的要求、尺寸和形状的制约以及所使用的塑料种类等因素。根据本塑件的结构特征，综合考虑以上几项因素，确定每个型腔使用一个进浇点，浇口点在塑件内部，对塑件外观影响很小，人工切除浇注系统残料。262主流道设计主流道是注塑机喷嘴与模具接触的部位开始到分流道为止的一段通道。主流道垂直于分型面，一般设计成圆锥形，以便于使凝料顺利地从主流道拔出。根据文献中的表5-13所示，主流道的结构形式及尺寸见表2-2和图2-4。表2-2 主流道的设计尺寸 名称 符号 尺寸计算方法主流道小端直径 d 主流道锥角 取球面配合高度 H一般，取主流道球面半径 R主流道长度 L 主流道与分流道过渡圆角 r 主流道大端直径 D图2-4 浇口参数263 分流道设计分流道是指主流道与浇口(进料口)之间的一段通道。其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。分流道的截面宜采用梯形及圆形截面，设计时，分流道应平衡布置，特别是对于多型腔模具，应尽量使其布置均衡，使熔料几乎能同时到达每个型腔的进料口。本模具设计中所有型腔体积相同，所以分流道设计采用等截面和等距离。同时，还要用改变流道长度的办法来调节阻力大小，以保证各个型腔同时填充。本设计中，分流道的排列方式是Z形排列，以保证所有型腔同时充满，其选择圆形截面积，根据文献中表4-15，其直径d=5mm。，其的结构形式见图2-5。图2-5分流道布置图27冷却系统的设计 271冷却水道设计的要点 a冷却水孔的数量越多，对塑件冷却也就越均匀。b冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔的形状一致。c塑件局部壁厚处，应加设冷却装置。当设计冷却孔直径为D时，它的孔距最好为5D，孔与型腔的距离为3D。d当大型塑件或薄壁零件成型时，料流较长，而料温越流越低，可以适当地改变冷却水道的排列密度。e冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低强度。f冷却水道不应穿过接缝部分，以防漏水。g冷却水道内不应有存水或产生回流的部分。h浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴，是模具上最热的部分，应加强冷却，有时应考虑进料嘴单独冷却。i进出水水嘴接头，应设在不影响操作的方向，尽可能设在模具的同一侧，通常在注塑机操作的对面。j如果型芯太长，冷却水道无法开设，则可以选用热导系数较大的材料，在型芯下部采用喷水法进行冷却。272冷却系统的计算冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量Q，可以用参考文献中的公式计算： Q=W1 a （2-2）式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量g a克塑料的热容量(J/g) 经计算：Q=6182651116130552574J则带走上述热量，所需的冷却水量按下式计算： （2-3）式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度 T4入水温度 K热传导系数；经计算 W378997 g/h由下式可以计算出冷却水道的直径： （2-4）式中 冷却液容重kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷却水道长度cm L=174cm d冷却水道直径cm 经计算d9128 cm，取10mm273冷却水道在定模和动模中的位置冷却水道的位置取决于制品的形状和定、动模板的厚度，原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致。不少小型模具的型腔时直接在模板上加工而成的（也可以采用拼镶结构，但是由于模具尺寸较小，所以型腔与型芯的镶件尺寸更小），对于这类模具，可以直接在模板上设置冷却水道。在模板上直接设置冷却水道，同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀。如果模具中的冷却水道太长，在成型过程中，会使得水温变化增大。针对这个问题，为了保证其冷却效果可采用两个独立回路。 图2-6 冷却水道的分布28侧向抽芯机构设计侧向抽芯用于有侧孔的塑件，根据侧孔的数量和方位设置一个至多个侧抽芯，用侧向抽芯机构抽出侧型芯。侧向分型与抽芯方式一般分为：手动、机动、液压或气动分型抽芯。本模具设计中选用机械侧向分型抽芯机构中的斜导柱分型抽芯机构，借据机床的开模力，通过斜导柱和滑块机构来改变运动的方向完成侧向分型抽芯动作，合模时利用合模力使其复位。为顺利地脱出塑件、滑块式侧型芯从成型位置外移到不妨碍制件平行推出的位置，此移动距离称为抽拔距。在设计模具时还应加上25mm的安全距离作为实际抽拔距。实际抽拔距S=S+（25）mm=4mm。抽芯机构有五大零部件组成：A 斜导柱 斜导柱与定模板间用过渡配合，由于斜导柱只起驱动滑块的作用，滑块的运动精度由导滑槽与滑块间配合精度保证，滑块的最终位置精度由锲紧块保证。根据文献4其材料一般取T8A，淬火处理HRC5055，驱动部分直径为15mm，长度为20mm，斜角为20。a）斜导柱的结构设计：材料：T8、T10或20渗碳淬火硬度HRC55表面粗糙度：Ra08m斜导柱斜角的确定： 图2-7 斜导柱通常：=1520，最大不超过25F=F/cos F=Ftan L=S抽/sin H=S/tanb）斜导柱直径的确定：斜导柱直径d取决于它所受的最大弯曲力F （2-5） mm取公称直径d=15 查公差得m6，则偏差是，D=20 H=12。c）斜导柱长度的确定：图2-8 计算斜导柱长度图 (2-6) =855mmB滑块 本副模具中的滑块为整体式，其上下面和侧面为滑动面，应有足够的硬度和较低的粗糙度，需淬火处理HRC5055。设计要点是活动成型芯应牢固装配在滑块上，防止其在抽芯时松脱，还必须注意成型芯与滑块连接部位的强度。C导滑槽 对与导滑槽与滑块的配合要求是运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧。本模具中到滑槽设计在动模板上。D滑块定位装置 分芯抽型结束后，当滑块与斜导柱相互离开时，滑块必须停留在刚分离的位置上，以便合模时斜导柱能顺利进入滑块斜孔，本模具中滑块定位装置为带有压缩弹簧，弹簧的弹力应为滑块重量的152倍。设计要点是滑块限位装置要灵活可靠，保证开模后滑块停止在一定位置上而不任意滑动。常见滑块定位装置如图2-9所示。本副模具选用的是图b这种形式。图2-9 常见滑块定位装置E锲紧块 当塑料溶体注如型腔后，它以很高的压力作用于滑块的抽芯部分，迫使滑块外移。锲紧块应有足够的表面硬度（HRC5055），以免划伤和变形。其斜角应大于斜导柱的斜角，这样开模时锲紧块的斜面很快离开滑块，不会发生干涉现象。设计要点是楔紧块要承受注射时的侧向压力，应选用可靠的连接方式和模板相连接；压紧块的楔角应大干斜导柱倾斜角，通常大23，否则斜导柱无法带动滑块。29 模架的选择模板是模具中最重要的组成部分，模板设计的优劣直接影响到模具的设计成败。其中模板的厚度设计是首要考虑的因素，它不仅与成型制品的质量有关，还与设计的成本相关，更体现了设计者的设计水平，是模具设计中最重要的设计部分。本次模具设计充分考虑个模板的作用以及相互的位置关系，并结合相关手册的规范，模架各部分结构尺寸及材料如表2-10所示。图2-10 模板厚度1定模座板 2定模板 3动模板4动模支撑板5垫块 6推杆固定板 7推板 8动模座板 表2-3模架结构件号名称数量尺寸(mm)材料1定模座板135535525452定模板131531563453动模板131531540454动模支撑板131531532Q235A5垫块231510056Q235A6推杆固定板131519920457推板131519925458动模座板13553552545210总装配图及三维造型2101 总装配图装配图是模具装配的主要依据，其要求为：a尽可能按1:1比例绘制，并应符合机械制图国家标准。b绘制时先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。为了更好地表达模具中成型塑件的形状、浇口位置等，在模具总装图的俯视图上，可将上模（或定模）拿掉，而只画出下模（或动模）部分的俯视图。c模具总装图应包括全部组成零件，要求投影正确，轮廓清晰。d按顺序将全部零件的序号编出，并填写零件明细表，标注技术要求和使用说明，标注模具的必要尺寸。根据前述各系统设计，构建模具总体装配结构。该结构采用315315的标准模架、潜伏式浇口、围绕型腔的冷却水道方式、滑块的斜导柱抽芯机构。2102 模具的三维造型 本副模具主要由三类零件组成，分别属于板类、杆类和导向。模具的三维造型主要由零件装配生成，其中主要应用匹配、对齐、矩阵等定位关系来约束零件之间的关系。模具的三维造型如图2-11所示：图2-11模具装配图211注塑机的校核2111额定锁模力校核 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%70%；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为4050MPa。锁模力和成型面积的关系根据参考文献中的计算公式确定： （2-7）式中 锁模力，kN； 型腔压力，MPa ；A 浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；计算：A/1000=5061826251000=30913KN =900KN所以：A/1000 公式成立。2112模具高度与注塑机闭合高度的校核 HminHHmax （2-8）H为模具高度，模具最大厚度Hmax300 mm，模具最小厚度Hmin 200 mmH=25+63+40+32+100+25=285 mm所以模具高度符合注塑机闭合高度。2113注塑机开模行程的校核注射机的开模行程应大于模具开模时取出塑件的（包括浇注系统）所需的开模距。即满足下式：SKH1+H2+(510) （2-9）式中 SK注塑机行程；H1脱模距离 ；H2塑件高度+浇注系统高度。则 H1+H2+(510)=25+120+10=155mm300mm，能满足要求。3 模具的型腔工艺分析及仿真加工31型腔的加工工艺分析A定模板的工艺性审查a定模型腔的结构特点定模型腔（零件图见附图），该零件是注塑模的型腔部分，以制品配合面与定模固定板配合，凹进部分与动模型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料ABS经冷却后形成所需激光标线仪前盖。零件的主要工作平面有配合面、分模面、不规则平面型腔等。由于型腔在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。b主要技术要求 零件图上的主要技术要求有：热处理：50-55HRC；锐角去毛刺倒钝。 加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=08m，侧面的表面粗糙度Ra=32m, 内轮廓表面的粗糙度为Ra=04m。c零件材料零件的材料为45钢，可以通过热处理来获得所需的机械性能和力学性能。B毛坯选择a考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯；b确定毛坯的形状、尺寸：选用45钢锻件32032068（mm）。C基准选择加工中的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析，在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。D机床的选择根据本设计的生产纲领，本模具的加工机床选择通用机床。本模具中加工平面选用通用铣床，加工孔时选用通用钻床。由于定模具型腔比较复杂，用普通机床难以加工，所以本设计中还选用数控铣床。E刀具的选择本设计中，加工平面时选用端铣刀和砂轮；加工直孔时选用麻花钻，扩孔刀和铰刀；加工与斜导柱配合的斜孔时，因此孔中有沉孔，为了保证其同轴度，所以选用组合刀具（钻刀与锪刀的组合）；加工分流倒槽时，由于其截面为半圆状，所以选用球形铣刀；加工型腔时选用立式铣刀。F夹具的选择考虑其经济性，本设计中除加工斜孔时选用专用夹具外，其他的都选通用夹具。G切削用量的选择本设计中的所有切削用量都参考文献。步骤一般为：加工定位基准面，再加工其它表面；先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔；热处理工序及表面处理工序的安排；为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如，退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如：人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。32 型腔仿真加工Master cam 90是一套被模具行业广泛采用的CAD/CAM软件系统，CAM部分提供了完整的二轴、三轴、四轴和五轴铣削加工方式。利用Master cam 90的CAM部分选择加工方式、加工刀具、设定加工参数、计算NC刀具路径、实体切削模拟结果等步骤，在检验一切无误后，选择对应的后处理器将刀具路径转换成数控机床所能接受的NC代码，再利用DNC方式传输给CNC控制器进行加工。材料设置：在生成刀具路径时，只有选用当前材料列表中的材料来生成刀具路径。在主菜单中依次选择NC utilsDefmatls选项，弹出Material List对话框，在对话框中列出了当前材料列表中的材料名称。在Material List 对话框中单击鼠标右键，弹出快捷菜单，单击Create new该选项是用来创建新的材料，弹出Material Definition对话，在Material输入框：输入新的材料名字（45钢）；在Base cutting speed 输入框：设置材料的基本切削线速度（100m/min）；在Base feed per tooth/revolution 输入框：设置材料的基本进刀量（500mm）。工件设置：工件的设置包括设置工件的大小、原点、材料等，在主菜单中选择ToolpathsJob setup选项后，弹出Job setup 对话框。工序步骤： a 使用直径8mm的指状铣刀铣削出外轮廓，转速2000，粗铣削进量05mm，加工余量03mm；b使用直径4mm的指状铣刀进行精加工，转速2200，精铣削进给量005mm，加工余量03mm；具体步骤详见电子文档。刀具路径控制管理如图3-1：图3-1 刀具控制器图3-2 走刀路径的选择图图3-3型腔仿真加工粗加工效果图图3-4 型腔仿真加工精加工效果图图3-5 型腔仿真加工效果图型腔仿真加工的部分程序如下：00000(PROGRAM NAME - 65)(DATE=DD-MM-YY - 13-06-07 TIME=HH:MM - 15:50)N100G21N102G0G17G40G49G80G90( 8 BULL ENDMILL 1 RAD TOOL - 1 DIA OFF - 1 LEN - 1 DIA - 8)N104T1M6N106G0G90X-62118Y-15916A0S2000M3N108G43H1Z30N110Z88N112G1Z38F1000N114X-61985Y-16085Z3789N116X-61837Y-16242Z3777N118X-61675Y-16384Z3766N120X-61502Y-16512Z3755N122X-61317Y-16623Z3744N124X-61124Y-16718Z3732N126X-60923Y-16794Z3721N128X-60715Y-16853Z371N130X-60504Y-16892Z3698N132X-60289Y-16913Z3687N134X-60074Y-16914Z3676N136X-59859Y-16896Z3665N138X-59647Y-16859Z3653N140X-59439Y-16802Z3642N142X-59237Y-16728Z3631N144X-59043Y-16635Z3619N146X-58857Y-16526Z3608N148X-58683Y-164Z3597N150X-5852Y-16259Z3585N152X-5837Y-16105Z3574N154X-58235Y-15937Z3563N156X-58115Y-15758Z3552N158X-58012Y-15569Z354N160X-57926Y-15371Z3529N162X-57859Y-15167Z3518N164X-5781Y-14957Z3506N166X-5778Y-14744Z3495N168X-57769Y-14529Z3484N170X-57778Y-14313Z3473N172X-57805Y-141Z3461N174X-57852Y-1389Z345N176X-57918Y-13685Z3439N178X-58001Y-13486Z3427N180X-58102Y-13296Z3416N182X-5822Y-13116Z3405N184X-58349Y-12951Z3394N186X-58493Y-12798Z3383N188X-58649Y-12659Z3372N190X-58816Y-12533Z3361N192X-58994Y-12423Z335N194X-59181Y-12329Z3339N196X-59376Y-12251Z3328N198X-59576Y-1219Z3317N200X-59781Y-12147Z3306N202X-59989Y-12123Z3295N204X-60198Y-12116Z3284N206X-60407Y-12128Z3273N208X-60614Y-12158Z3262N210X-60818Y-12205Z3251N212X-61017Y-12271Z324N214X-6121Y-12353Z3229N216X-61394Y-12452Z3218N218X-61569Y-12567Z3207N2070X29671Y51716N2072X2864Y51534N2074X15249Y38142N2076X15273Y39014N2078X2761Y51352N2080X2658Y51169N2082X15297Y39886N2084X15321Y40758N2086X25549Y50987N2088X24519Y50805N2090X15345Y4163N2092X15369Y42502N2094X23489Y50622N2096X22459Y5044N2098X15393Y43374N2100X15417Y4