车窗扣座模具CAD设计

车窗扣座模具 CAD 设计摘 要在设计车窗扣座的注塑模具中，通过分析塑件结构，对本塑件注射模的成型工艺过程进行了简单的介绍，模具的分型面为塑件的底面，模具的机构脱模采用推板结构，简单实用的结构，使得加工调试变得容易，注射成型后塑件的脱模问题得到解决。通过公式及查表计算，确定注塑机型号、模架尺寸、浇注冷却系统尺寸等。运用模具CAD/proe辅助设计制造出三维图，把ProE三维如到如绘图模块，绘制二维图。关键词： 车窗扣座；CAD 设计；ABS；PROE；目录摘 要 .2第一章 车窗扣座塑件工艺性分析 .21.1 塑件工艺分析 .21.1.1 外形尺寸分析 .21.1.2. 塑件精度等级分析 .31.1.3 脱模斜度 .31.2 ABS 的性能分析 .1性能 .11.2.2 注射工艺参数 .2第二章 模具结构设计 .32.1 确定分型面的位置 .32.2 确定型腔的排列方式 .32.3 确定注射机型号 .32.3.1 塑件体积和重量的计算 .42.3.2 注射机型号的确定 .42.3.3 校核注射机的相关参数 .4第三章 浇注、冷却系统的确定 .63.1 浇注系统的设计 .63.1.1 主流道的设计 .63.1.2 分流道设计 .73.1.3 浇口的设计 .73.1.4 校核主流道的剪切速率 .73.1.5 冷料穴的设计 .83.2 冷却系统的设计 .83.2.1 冷却介质 .83.2.2 冷却系统的简单计算 .83.2.3 动定模冷却水道的设置 .10第四章 成型零件的结构设计及计算 .104.1 成型零件的结构设计 .104.2 成型零件钢材的选用 .104.3 成型零件工作尺寸的计算 .114.3.1 凹模尺寸计算 .114.3.2 型芯尺寸计算 .124.3.3 嵌件距离计算 .13第五章 模具相关机构的设计 .145.1 模架的确定 .145.1.1 各模板尺寸的确定 .145.1.2 模架各尺寸的校核 .165.2 排气槽的设计 .175.3 设计脱模推出机构 .175.3.1 确定推出方式 .175.3.2 脱模力的计算 .175.3.3 脱模方案的分析与确定 .185.4 导向与定位机构的设计 .18参考文献 .21致 谢 .22第一章 车窗扣座塑件工艺性分析1.1 塑件工艺分析1.1.1 外形尺寸分析图 1 车窗扣座塑件图从图 1-1 分析可得，塑件的壁厚比较均匀，棱边出有圆角，塑件有比较小的外形尺寸，孔边间隙合理，有课本表 2-23 得嵌件周围料后满足要求，所以比较适合用注塑成型。1.1.2. 塑件精度等级分析塑件尺寸精度、塑件形位公差等级可按附录 A“常用塑料模塑件公差等级和选用（摘自 GB/T 144862008） ”以及附录 B “模塑件尺寸公差表（摘自GB/T 144862008） ”8。通过查表可以把塑件的精度等级取为 MT3，这属中等精度的塑件，未注公差尺寸均按 MT5 等级来取。1.1.3 脱模斜度ABS 材料结构属于非结晶型线型结构，有很小的成型收缩率，查表 2-10 选取凹模均为 1的统一脱模斜度。几种常见的热塑性塑件脱模斜度 2：ABS：塑件外表面 40120，塑件内表面 301；聚乙烯：塑件外表面 2045，塑件内表面；2545；聚碳酸酯：塑件外表面 351，塑件内表面 3050；氯化聚醚：塑件外表面 2545，塑件内表面 3045；聚苯乙烯：塑件外表面 35130，塑件内表面 301。尼龙（通用）：塑件外表面 2040，塑件内表面 2540；1.2 ABS 的性能分析ABS 材料的学名为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物，这种热塑性工程塑料是机械强度高，有一定的耐磨性但耐热性较差，吸水性较大。成型前原料要干燥，成形性能好。ABS 的其他性能指标：密度: 1.021.16g/cm； 收缩率：0.40.7%；吸水率: 0.20.4%；比容: 0.860.98cm/g ；成型抗弯强度：80 Mpa；抗拉屈服强度：50 Mpa；拉伸弹性模量：1800 Mpa；性能（1）PC 的抗蠕变性好，尺寸的稳定性好,但是内应力不容易消除。（2）PC 在高温下遇到水容易降解，所以成型要求的水分含量低于 0.02%。（3）融化温度在 210-280，建议温度 245。（4）ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定不太好，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为 70107，制品经退火处理后还可提高 10左右。对温度，剪切速率都比 较敏感； ABS在40时仍能表现出一定的韧性，可在 -40到 80的温度范围内长期使用。1.2.2 注射工艺参数1.注射机：螺杆式，螺杆转数为 30r/min。2.料筒温度（）：后段 150170；中段 165180；前段 180200。3.喷嘴温度（）：170180。4.模具温度（）：5080。5.注射压力（Mpa）：60100。6.保压压力（Mpa4）：60-70。7.注射时间（s）： 2090。8.高压时间（s）： 05。9.冷却时间（s）： 2012010.总周期（s）： 50220第二章 模具结构设计2.1 确定分型面的位置分型面选择原则：a)分型面应选在合模方向上投影面最小的面上；b）应尽量避免侧抽芯；c ）应选在合模方向投影最大面的边缘；d）塑件留在动模一侧，利用推杆推出痕迹不显露与外观面。综上所述，模具分型面选在如图红色区域所在面上。图2-分型面位置2.2 确定型腔的排 列方式一模多腔模具的排列布置应该尽量采用要求紧凑且与开设的浇口位置对称的平衡式，因为该设计选择的型腔数量为一模两腔，故可以采用平衡式直对称排列的流道。2.3 确定注射机型号 喷嘴球半径：12 mm；喷嘴孔直径：4 mm；拉杆内间距：260360 mm；理论注射容量：104 ；定位孔直径：100mm。2.3.1 塑件体积和重量的计算用 ProE 三维软件可测得塑件体积：V 塑=25734.68=11469.36mmABS的密度为 1.021.16 g/cm，取 1.05g/cm3所以塑件的重量 ：1mV由上式可得：m125.73468 1.05g12.042g2.3.2 注射机型号的确定浇注系统凝料体积的计算：Vn总 塑 （ 1+0.2）因为是采用一模两腔，所以 n =2，由上式可得：V 总V 塑（1+0.2）25.73468 1.2213.764 V 总/0.817.205由上述计算可选择有 104的公称注射量、 900KN的最大锁模力、 150Mpa的注射压力，注射机型号为 XS-ZY-125的卧式注射机。2.3.3 校核注射机的相关参数1）、注射压力校核ABS所需的注射压力为 60100Mpa,在这里取 ，01pMa的注射机公称压力， 为 注射压力安全系数， 这里取Mpa150公P.254k，则：.3k,故，注射压力校核合格。10.310kpP公2)、锁模力校核（1）塑件在分型面上的投影面积 ：A塑=823.422mmA塑（2）浇注系统在分型面上的投影面积 ：浇流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积就是 。由多型腔模的统计分A浇析来确定， 是每个塑件在分型面上投影面 积的 0.20.5 倍 9。本次 设计中的A浇流道较为简单，有相对较短的分流道，因此可以适当取小一点的流道凝料投影面积，这里取 。0.2塑浇（3）塑件和浇注系统在分型面上总的投影面积 ：A总n（ ）1976.2mmA总 塑 浇（4）模具型腔内的胀形力 ：F胀F 胀 P 模 3026638N=2 9.64KN A总 总上式中型腔的平均压力值 ，通常取注射压力的 20%40%。塑料制品的粘模度较小，应取较小的 ，低粘度塑料 ABS塑料，可取 为 30Mpa。模 P模F 锁=900KN 为注射机的公称锁模力， ，这里锁模力的安全系数21.k取 1.2，则 k2F 胀1.229.6435.568KNF 锁。注射机锁模力的校核合格。综上可选择型号为 XS-ZY-1252的注射机，下面是它的主要技术参数：锁模力：900 kN； 合模方式：液压-机械；注射压力：150 Mpa；注射行程：160 mm；最小模厚：150mm；最大模厚：200 mm；注射时间/s：1.8；注射方式：螺杆式；螺杆直径：42 mm；螺杆转速：10140 r/min；第三章 浇注、冷却系统的确定3.1 浇注系统的设计3.1.1 主流道的设计1.主流道长度取 。40Lm主选择 XS-ZY-125型注射机，其喷嘴前端孔径 ，喷嘴前端球面半径md40。R1202.主流道小端直径： d514)5.0(3.主流道大端直径：,式中 =2 mLd8tan2主 4.主流道球面半径： RS14)1(05.球面的配合高度： 3hm6.主流道的凝料体积： ）（ 主主主主主主 r32RLV= 32m.54.5014. ）（ =1687.75.5 =1.69 33c7.主流道当量半径：3.25m.4主R8.主流道浇口套的形式主流道直接由浇口套形成，为标准件的主流道衬套。由于主流道的小端入口和注射机的喷嘴接触反复，属于易磨损零件。所以对于材料的要求比较严格，所以模具的主流道衬套部分经常会设计为可更换拆卸的形式。一般采用 45 钢，进行局部热处理，球面硬度达到 38-45HRC。3.1.2 分流道设计1、分流道的布置形式参照分流道的设计原则，本设计中分流道的布置形式在分型面上开设平衡式单排分流道，这样的设计，可以尽可能的使流道内的压力损失减小并尽量避免了熔体温度的降低，同时还尽可能的减小了分流道的压力平衡与容积。2、分流道长度 该塑件的型腔结构设计为一模两腔，采用圆形横截面分流道查表 4-7 取截面直径为 8mm。长度为 15mm3.1.3 浇口的设计采用薄片侧浇口，开设在定模一侧，进料从塑件的底部进入。根据塑件的壁厚选用薄片形侧浇口,查手册表2-57的浇口尺寸为：B a b l6mm 1mm 5 1mm3.1.4 校核主流道的剪切速率主流道体积、分流道体积、塑件的体积以及主流道的当量半径前面已经求出，故而可以根据相关公式校核主流道熔体的剪切速率。1、主流道的体积流量的计算 scmV/19.41.873659tnq 2塑主主2、主流道的剪切速率的计算1-33 0s.25149.q. 主 主R 为主流道与分流道的最佳剪切速率，即校核主流道的剪21053s切速率的结果合格。3.1.5 冷料穴的设计主要作用是收集熔体前锋的冷料，防止熔体型腔被冷料进入，保证制品的表面质量不受其影响的是冷料穴，它位于主流道正对面的动模板上。本次设计只有主流道冷料穴。为便于注射成形工艺过程中熔体前锋冷料的收集，且开模后，能将主流道拉出留在动模上，然后再由顶料杆顶出脱模，本设计中的主流道末端采用Z形的冷料穴。查手册表2-62可得起详细尺寸。3.2 冷却系统的设计3.2.1 冷却介质低粘度材料 ABS，成型温度与模具温度分别是 200-260和 40-90.因而模具温度可以初步选定位 70，模具的冷却可用常温水进行。3.2.2 冷却系统的简单计算1单位时间内注入模具中的塑料熔体的总质量 W（1）塑料制品的体积1.69+2*5.73468=13.16塑主 Vn（2）塑件制品的质量g=0.01382kgm13.605g13.8（3）塑件壁厚为 2mm，通过查表得 。1.8s 注射时间, 8s 脱模时间，s49t冷故注射周期 =1.8+49+8=58.8s。脱冷注 tt（4）每小时注射的次数N=3600/t=3600/58.8=61 次（5）单位时间内注射入模具中的塑料熔体总质量：kg/h476.0/079.16mNW2确定单位质量的塑件在凝固时所放出的热量ABS 的单位热量 Qs的值查表直接可知为 400kJ/kg3计算冷却水的体积流量设冷却水道 为出水口的水温， 为入水口的水温为，取C251C20为水的密度， 为水的比热容。3/10mkg )/(187.4kgJc由公式计算得： min/02.)c(60q321vWQS4确定冷却水路的直径由冷却水的体积流量，查表可知模具冷却水孔的直径 d=8mm。5.冷却水在管内的流速 v smsdqvv /07./08.14362042 6.冷却壁与水交界面得膜传热系数因为平均水温为 22.5，查表 4-31 可得 则有：6.8,f)./(2.38)(187.422.0. ChmKJdvfh7冷却水道导热总面积的计算2013.2590.238476hWQAs 8.模具所需冷却水管总长度的计算 mdL05.8.14309.冷却水路的根数假设 150mm 为每条水路的长度，则冷却水的根数为 1 根。在型芯和型腔中各设置一个冷却水道。从上面的计算可以看出，对于模具来说，一条冷却水道很明显是不合适的，所以应该根据具体的情况进行修改。型芯和凹模得到充分的冷却，可以使得生产效率得到提高。3.2.3 动定模冷却水道的设置可直接在动模板上开设动模的循环冷却水道，定模部分的循环冷却水道则由定模座板引入定模型腔镶件开设。为防止漏水，应加“O”型密封圈密封定模座板与定模型腔。第四章 成型零件的结构设计及计算4.1 成型零件的结构设计该设计主要由动、定模型腔镶件和型芯、嵌件组成模具的型腔部分。动模板固定动模型芯和嵌件，定模板固定定模型腔镶件。4.2 成型零件钢材的选用对成型零件进行综合的分析，这个塑件的成型零件应的强度、刚度及耐磨性，应该得到保证，且其抗疲劳性能应较为良好。材料均采用型号为 45#的模具用合金钢，这种材料经过热处理以后可以使得型腔表面达到 6065HRC 的硬度。抛光后可达到 Ra0.4m 的表面粗糙度，成型后塑件外表面光洁度要求可以得到满足。4.3 成型零件工作尺寸的计算成型零件的尺寸可参照表 4-15 中的平均尺寸法计算，并按照精度 MT3 查表得出的公差来计算塑件的尺寸公差。4.3.1 凹模尺寸计算按平均计算法计算，根据凹模径向尺寸计算公式： zmcps01l-xLS（ ）凹模深度计算公式: z1cps0H（ ）式中， 是塑件的平均收缩率，由表 1-2 知 ABS 收缩率为 0.40.7，其平均cpS收缩率 ； 是系数，由表 4-15 得知 一般范围为0.4.705221,xx0.50.8，此处取 ； 分别是塑件上相应尺寸的按相应精度差取6.1x的公差（下同） ； 是塑件上相应的尺寸制造公差，小中型塑件取z（下同） 。61z尺寸计算如下：1）横向尺寸：= mmz1 0.76mcps10l-x.567.-4LS （ ） 0.7659= mmz2 0.72cps20l.3.28（ ） 0.473R = mmr1 0.1cp10lr-x.5-.61S （ ） 0.29R = mmr2 .72cp2 00l.7.（ ） 0.2745深度方向尺寸： z1 0.630.63m1cps10H-x.51.2-81mS （ ）凹模镶件加工最终尺寸如下图：型腔镶件4.3.2 型芯尺寸计算根据型芯平均尺寸计算公式：径向 z0mcps1l-xlS（ ）高度 z0cpsh（ ）尺寸计算如下：1 ）径向尺寸：= mm10 0mcps1 -.3-lx.5.62zlS（ ） 0_,315.= mm20 02cps2 -.53-l.zl （ ） 0_,53.2）高度尺寸： z10 00m1cps1 -.4-.4-Hx.52.6298mS（ ）型芯加工最终尺寸如下图: 型芯4.3.3 嵌件距离计算 /2+0.18M1cps1-l.54zLS（ ）型芯三维效果图第五章 模具相关机构的设计5.1 模架的确定5.1.1 各模板尺寸的确定1）.A 板尺寸A 板为定模板，用来固定凹模尺寸。查手册选取 B L=150mm 250mm。加工后最终尺寸如图：.2）.B 板尺寸。B 板是型芯固定板,查手册选取 BXL=150X250 尺寸如图：3）.C 板（垫块）尺寸根据垫块=推出行程+推板厚度+推杆固定板厚度+（510）mm=60mm。厚 28mm。形状如图：经过尺寸的计算，模架板面尺寸为 250mm200mm。其外形尺寸：宽长高=250mm250mm170mm。模架结构形式为 A1 型的标准模架，如图 6-1 所示。图 6-1 模架结构4）.标准模架上其他相应尺寸动定模座板 20mm；导柱间距 214 114mm；动定模座板螺钉 8*M10，间距156*120mm；推板螺钉 4*M8，间距 232*72mm；复位杆直径 12mm，间距 150mm；推杆直径 10mm，2 根，详细尺寸查表得出。5.1.2 模架各尺寸的校核根据所选注射机的参数来校核模具设计的尺寸。1.模具平面尺寸 250mm150mm598mm520mm,校核合格。2.模具高度尺寸 170mm，150mm170mm200mm，校核合格。3.模具的开模行程。因此，可知校核合格。12(50)1.25036.50SHm5.2 排气槽的设计模具内的气体可以从型芯与滑块的配合间隙排出。5.3 设计脱模推出机构5.3.1 确定推出方式分析塑件的结构特点，用穿过两型芯的推杆推出。5.3.2 脱模力的计算10mm，所以，此处视为厚壁塑件，根据式 4-53.623.149 tba27，脱模力为 23)1cossin31.0)(cos53.621cos( ta.(56.4)9.()tan(21 AKfESLbaF=298.2N无量纲系数，随 r 和 而异。1K，此处 ，t 为壁厚；cosin2fba塑料的弹性模量（由 2附录 2 查得 1440 ） ；EMpa塑料平均成型收缩率，取 0.65%；S制件对型芯的包容长度， =98 ；LLm制件与型芯之间的摩擦因数（查1附录 2 取 0.31） ；f模具型芯的脱模斜度（取 1，tan 0.0175） ；塑料的泊松比（塑料泊松比无法查找时允许取 0.35） ；塑件在垂直于脱模方向上的投影面积（ ） 。A25.3.3 脱模方案的分析与确定常见的脱模类型有气动脱模、推管脱模、推杆脱模、推板脱模和利用活动镶件或型腔脱模以及多元件联合脱模等机构。最常用的一种脱模机构是由推出部件、推出导向部件和复位部件等组成推杆脱模机构。它的设计要点主要有：为避免推杆在推出时出现弯曲或折断，应选择具有足够的强度和刚度的推杆来承受推出力。为避免凸模或凹模的强度受影响，应在脱模阻力大的地方设置推杆。当塑件各处的脱模力相同时，为使塑件在脱模时受力均匀，防止变形，推杆应均衡布置。推出耳形式用于塑件上不允许有推出痕迹的时候，脱模后将推出耳剪掉即可。为避免飞边的产生，推杆与推杆孔的配合一般为 H8/f8 或 H9/f9，且配合间隙不大于所用塑料的溢料间隙。应与型腔在同一平面，或者型腔平面比其要低 0.050.10 的推杆的端面，不应该有轴向蹿动。m模具带有侧向抽芯的推杆，为避免和侧抽芯发生干涉，其位置应尽量的去避免侧向型芯，不然要设置推杆先复位装置。模具开有冷却水道，为保证加工的顺利，设计时应先设计冷却系统，与冷却水道保持一定距离再设计推出机构。为避免出现漏水的现象，推杆穿过冷却水道的情况要防止。5.4 导向与定位机构的设计模具中用来导向、定位以及承受一定的侧压力的导向机构，可以保证注塑模准确的开模和合模以及脱模机构运动导向。按作用导向机构可分为模内定位和模外导向。通过导柱导套进行合模定位的是模内定位，而模外定位则是通过定位圈使模具浇口套能与注射机喷嘴精确定位。注射模一般采用四个导柱和导套。导柱可安装在动、定模任意一侧，但是为保护型芯，主型芯的四周通常会设导柱。本次模具设计所成型的塑件较为简单，要求的模具定位精度不高，所以可以用所选模架所带有的导向定位机构。第六章 总装图 装配图下面是模具的工作过程：模具合模后安装到卧式注塑机上。在成型之前，要调节好成型工艺所要求的工艺参数。塑料熔体在一定的注射压力作用下注射到模具的型腔中，是通过喷嘴沿浇注系统注射。开设在分型面上的排气槽以及型芯与滑块的配合间隙将型腔中的气排出，注射成型工艺过程完成。开模时，动模部分向后移动，定模部分不动，固定在注塑机的定模连接板上。在这个过程中，要求其后的顶出脱模不受塑件上侧孔的影响。然后塑件从动模型腔镶件中被模具上的顶针顶出机构顶出脱模。模具重新合模时，复位则由复杆顶出机构完成。以上一次成型周期完成。参考文献1 王 兴 天 . 注 塑 工 艺 与 设 备 J. 化 学 工 业 出 版 社 ， 2009,11.2 叶 久 新 ， 王 群 . 塑 料 成 型 工 艺 及 模 具 设 计 J.北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 2010,1.3 单 岩 .Mlodflow 模 具 分 析 技 术 基 础 J.清 华 大 学 出 版 社 ， 2009,7.4 高 军 ， 李 熹 平 ， 高 田 玉 . 注 塑 成 型 工 艺 分 析 及 模 具 设 计 指 导 J.化 学 工 业 出 版 社 , 2008.5 阎 亚 林 .塑 料 模 具 图 册 M.北 京 ： 高 等 教 育 出 版 社 ， 2004.6 杨 占 尧 ， 塑 料 模 具 标 准 件 及 设 计 手 册 M.化 学 工 业 出 版 社 ， 2008,6. 7 王 鹏 驹 ， 张 杰 .塑 料 模 具 设 计 师 手 册 M.北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 2008,8.8 石 世 銚 .注 塑 模 具 设 计 与 制 造 300 问 M. 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 2010,7.9 单 岩 ， 王 蓓 等 .Moldflow 模 具 分 析 技 术 基 础 M. 清 华 大 学 出 版 社 ， 2004.10 贾 润 礼 ， 程 志 远 . 实 用 注 塑 模 设 计 手 册 M. 北 京 ： 中 国 轻 工 业 出 版 社 ， 2000.11 刘 琼 . 塑 料 注 射 Moldflow 实 用 教 程 M. 北 京 ： 机 械 工 业 出 版 社 ， 2008,10.12 王 刚 ， 单 岩 .Moldflow 模 具 分 析 应 用 实 例 M. 清 华 大 学 出 版 社 ， 2004.13 中 国 模 具 设 计 大 典 编 写 组 .中 国 模 具 设 计 大 典 M.江 西 科 技 出 版 社 ， 2003.14 冯 炳 尧 , 蒋 文 森 .模 具 设 计 与 制 造 简 明 手