电池盖注塑模具设计

1电池盖塑件注塑模具设计【摘要】通过某生产企业的实际塑胶产品，利用实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计和加工方案的制定，其中重点介绍了分型面的设计与抽芯机构的设计与计算，本文主要运用Pro/ENGINEER 2001及其EMX4.1 模块来完成整个设计工作，此外还利用了Moldflow Adviser 7.1软件对塑件进行模流分析。从中学习到了许多的模具设计的知识和对在校所学知识的深化，设计的整个过程实现了无纸化，有利于提高模具的生产效率和节约了生产成本，并大大缩短了生产的周期。【关键词】模具的设计；电池盖；Pro/ENGINEER 2001；EMX4.1；Moldflow Adviser 7.1；塑件； 2Design of Injection Mould【Abstract】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. Pro-Engineer2001 and EMX4.1 module is applied to the whole design. In addition, the designer uses Moldflow Adviser7.1 to make mold flow analysis of the product. 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.【Key Words】mould design；Pro/ENGINEER 2001；EMX4.1；Moldflow Adviser 7.1；plastics product；31前言11 国内模具相关技术发展和现状111 国内模具市场现状1高档次产品缺乏目前国内的模具制造企业相当一部分为民营企业或个体户，受资金、场地、技术、信息交流等诸多因素的局限，相当一部分是依靠传统设备和手工加工制造完成，以至难以形成规模，只能生产一些中、低档模具，很难引进先进的制模技术及先进的制模设备。这就造成了中低档模具市场竞争加剧。有些模具企业为了揽活，不惜互相降低价格，而低价格必然影响产品质量，结果是坑了客户，误了同行，也害了自己。模具企业应该通过协作、整合等方式，化单打独拼、恶性竞争为竞合共赢，打破同行是冤家的狭隘思想，通过行业自律来维持模具市场的公平、良性竞争 1。2没有行业流程标准技术上的落后往往容易看到，管理落后有时却难以意识到。国外较先进的模具企业一般按生产流程进行管理，但国内一些模具企业仍然沿用那种一个师傅带几个徒弟，实行从头到尾的包工制。还有的模具企业属家庭作坊，企业管理比较粗糙，而且目前国内的模具生产还没有一个工艺流程的行业标准 2。现代模具工业早已走出以前手工制模的时代，进入了数字化时代，实现了无图化生产，靠电脑设计，通过电脑输入数据加工制作模具。而国内大多数模具生产企业沿用的生产模式，依靠传统设备加工制造，依靠实物测绘代替模具设计，依靠老师傅的技术经验培养人才，依靠作坊式经营打天下，依靠低价竞争求生存、求市场。3利润相对偏低国内模具工业的落后，也与政府相关部门对模具在现代制造业中的重要性认识不够有关。国家自 1997 年起，对达到一定规模的专业模具生产企业给予了一定的扶持政策，但能够享受的企业毕竟有限，而且今年是政策执行的最后一年，模具行业目前迫切需要一个长久的扶持政策。国家对工业产品实行的是增值税制，模具的原材料价格低，而成品模具的售价却很高，增值率惊人，因而缴纳的增值税也高得很。据国家税务局的统计，模具行业的实际税负比其他行业要高出 5.07 个百分点。但模具在人力、技术、设备等方面却需要高投入，加上是单件生产，形不成批量，因此，模具的净值虽高，所获的真正利润却不高。因此，政府对模具行业的扶持十分重要。政府部门可通过协调划出部分土地，由行业内部自筹资金，在各地建立一些模具加工区。这种加工区可引入三类企业。一是潜力大、发展速度快的企业；二是基础差、在加大投入中促变化、求发展的企业；三是具有专业设备加工能力的原材料设备供应商。通过提供相关服务达到整合资源，互相配套的目的。这样才有可能使模具业走出目前的不利境地。112 国内模具的发展前景4中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命。 因此，模具制造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造.所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用 INTERNET、ERP 等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以 IT 形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率 3。目前，CAD/CAM 技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP 技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM 系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP 系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高生产和管理效率。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为 CAD/CAM 技术深化应用的主题, 是模具发展的第二次变革。网络企业的建立，总的来讲是基于 INTERNET 技术和计算机管理技术，并融合了EPR、CRM、SCM 、PM 等技术，以及一些行业标准化的规范。通过 INTERNET 技术，模具企业可以跟国内外客户建立联系，开拓更广阔的市场；进行企业与国内外客户业务、技术的沟通；建立企业和客户之间的接口。ERP 技术帮助企业规范和管理内部业务流程，提升模具企业的管理水平；并且极大地优化和缩短企业内部的流程，提高竞争力。把 INTERNET 技术和 ERP 技术结合起来，还可以实现远程异地办公，提高企业的快速反应能力，更加有效地管理企业。CRM 技术可以帮助模具企业加强管理客户关系，对客户的需求做出快速反应和处理。SCM 技术帮助模具企业加强供应商的管理，进一步降低采购成本和开拓更多的供应渠道，等等 3。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括 2： 1.提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平； 2.在模具设计制造中广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术；3.大力发展快速制造成形和快速制造模具技术； 4.在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；5.提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； 6.发展优质模具材料和先进的表面处理技术； 7.逐步推广高速铣削在模具加工的应用； 8.进一步研究开发模具的抛光技术和设备； 9.研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； 10.开发新的成形工艺和模具。 12 家电产品模具在本地区的现状广东模具制造业的优势主要在塑胶、五金模具方面，在模具总产量中，塑胶、五金模具占 70%以上，远远高于全国的平均数。广东模具、机械制造业以中小型企业为主，分布5范围广，模具制造业比较集中的区域，广州：番禺区、花都区；深圳：龙岗区、宝安区；东莞、中山、顺德、汕头、惠州等。近年来，整体工业水平快速提高，模具、机械制造业的数控设备大量增加，对高档刀具的需求量也逐年加大。 在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入，例如科龙、美的、康佳和威力等集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。目前，国内已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160 个，寿命 12 亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5K大容量洗衣机的塑料模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等 3。而近年来家电在国内发展以及家电进入人们生活的巨大转变，也是人们有目共睹的，而随着人们生活水平的不断提高，对家电产品的要求也在不断上升，家电产品的更新换代在不断加快，特别在广东地区，有不少的家电生产企业，家电的模具也要随这家电产品的发展而不断更新。13 毕业设计选题的意义随着科技的不断发展，人们对塑料件的要求也越来越高，如何缩短成型周期、降低生产成本、提高制件精度，也直接关系到科学技术的发展，近 20 年来注射成型工艺及模具新技术发展很快，新的工艺和结构也层出不穷，同时也因为计算机技术的发展，计算机辅助设计（CAD） 、计算机辅助制造（CAM） 、计算机辅助工程（CAE）也促进模具行业的发展。目前深圳周边及珠江三角洲地区已经成为我国模具工业最为发达、科技含量最高的区域。据业内人士估计，今后几年，随着全球制造业重心加快向我国转移，这一地区可能在 10 年内发展成为世界模具生产中心。就以上的分析而言，电池盖这类超薄件注塑模具在国内及国外都有很广阔的前景，而且技术也是相对要求较高的，而且在深圳，此类零件的模具不但在地区内需求量大，而且出口量也是可观的，在深圳的各个产业链的支持下，相信超薄件的注塑模具的生产周期可以缩短、成本可以降低、技术也可以得到更好的发展。14 毕业设计任务参考所给电池盖立体图（如图 1-1 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 CAE、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。6图 1-1：电池盖立体图15 电池盖模具的设计流程1.塑件设计，利用软件 Pro-E 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.工艺性分析，利用软件 Moldflow 进行工艺性分析。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，结合注塑设备的资料确定注塑设备的型号。4.确定收缩率和分型面，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。根据电池盖的工艺及结构特点，确定具体的分形面，大致应为电池盖外侧。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.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。8.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，根据电池盖侧孔位置及工艺特点，选择并设计适合的侧抽芯机构。9.顶出机构的设计，根据电池盖的结构特点，设计顶出机构。710.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。11.零部件加工工艺制定，结合现代加工手段，利用数控 CNC，电火花，线切割等方法，制定最符合经济效益的加工工艺。12.完成整套模具的三维立体图和二维工程图的绘制。82塑件成品、注塑模具设计与构型21 概述注塑件的设计是注塑制品加工工序中必不可少的一个步骤。但不同的模具公司，不同的设计人员，采用不同的CAD软件进行模具辅助设计，都有自己的一套设计过程。本毕业设计主要是应用Pro/ENGINEER 2001及其插件EMX4.1进行模具的设计的。22 模具设计环境和应用软件221 Pro/ENGINEERPro/ENGINEER 2001 是一个优秀的 CAD/CAE/CAM 软件，在模具的设计与制造领域，Pro/ENGINEER 较早地在广东深圳、东莞、广州以及华东一带得到广泛应用，由于它的应用，可以大大缩短模具设计与制造周期，提高模具质量，降低生产成本，而 Pro/ENGINEER 2001 的新特点主要表现在 1：1.高效的操作方法；2.更利于产品创新的新技术；3.互操作性的革新。222 Moldflow Adviser 7.11.Moldflow Part Advise在设计过程早期，Moldflow Part Adviser 模块是成本变化最小时快速检查塑料零件设计的生产能力的理想工具。用户可以获得有关如何修改墙的厚度、浇口位置、材料或几何体的快速反馈，几何体会影响零件模穴中填充图案、压力和温度的分布。分析结果和详细的设计建议可以用于确定最合适的零件厚度和浇口位置，同时可以用于识别和消除装饰问题，如熔接线、气穴和缩水。2.Moldflow Mold AdviserMoldflow Mold Adviser 模块扩展了 Moldflow Part Adviser 的功能，使您可以创建并模拟塑料通过单个模穴、多个模穴和系列模具的流动。用户可以优化浇口类型、大小和位置，以及流道的布局、大小和横截面的形状。分析结果包括循环时间、锁模力吨位和注塑容量，所有这些可以帮助从设计到制造的团队确定注塑机的大小，最小化循环时间并且减少制造废品。可选的 Moldflow Mold Adviser 附加模块使用户可以模拟注塑成型过程的更多阶段，并评估成型零件的性能和冷却水路设计 8。223 其它软件 AutoCAD2004和 EMX4.1AutoCAD 是著名的工程图画图软件，用以绘制二维工程图。EMX4.1 为 Pro/ENGINEER 下的一个插件，用以调用模架。23 零件的三维图和二维工程图建模9231 零件的立体图建模利用 Pro/ENGINEER 2001 分析所给零件的外形和尺寸，利用 Pro/ENGINEER 2001 的建模方法，根据电池盖的形状和使用特点进行建模（如图 2-1 所示） 。图 2-1：电池盖立体图在 Pro/ENGINEER 2001 中建模232 零件的二维工程图绘制工程图是在设计的最后用作指导生产的三视图图样。工程图图样的制作可以说是正式将零件或装配模型的设计归档的过程，其正确与否，直接影响到生产部门的生产制作。而本设计利用 Pro/ENGINEER 2001 进行立体模型建模后，再利用 Pro/ENGINEER 2001导出零件的二维工程图，然后在 AutoCAD2004 中进行修改和标注（如图 2-2 所示） 。10图 2-2：电池盖工程图在 AutoCAD2004 中修改和标注24 零件的基本数据241 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。242 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；ABS 塑料如图 2-3 所示。11图 2-3：ABS 塑料2421 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。2422 ABS 的注塑工艺条件121.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 8090C 下最少干燥 2 小时。材料温度应保证小于 0.1%。 2.熔化温度：210280C；建议温度：245C。 3.模具温度：2570C（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：5001000bar。 5.注射速度：中高速度 2。243 零件结构分析2431 开模方向由零件的三维图分析，作为外壳类产品，外表面的表面质量是比较重要的，再根据模具的结构分析得到，产品的外表面应该在定模上，在产品的内表面设置顶出机构，所以开模方向应沿零件的 Z 轴。2432 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 0.5%。2433 零件壁厚本产品的壁厚设置为 2.0mm，是根据零件的工作要求、摆放位置和 ABS 的化学和流动特性确定的。2434 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 3。2435 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。2436 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。2436 倒扣结合了零件的使用要求，该产品是一个电池盖，为便于固定在使用的电器上，该零件设计了倒扣（如图 2-4 所示） 。13图 2-4：产品所设计的倒扣244 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： =1.9885262cm3V塑零件质量为： =2.0879525gM塑图 2-5：Pro/ENGINEER 2001 计算1425 零件图及其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(SL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。 本套模具的装配图和非标准件零件图如附录所示。塑件大致的尺寸（长宽高）为 56.28205（mm） 。大多数尺寸的公差为 1.0或更大。对于小于 1.0的尺寸的地方就要注意，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达到合乎要求的尺寸精度。零件的三维图如图 2-6 和图 2-7 所示，零件二维图如图 2-8 所示。图 2-6：零件三维图（外表面）15图 2-7：零件三维图（内表面）图 2-8：零件二维图163工艺参数分析与计算31 模流分析311 浇口的选择利用软件 Moldflow Adviser 7.1（以下简称 Moldflow）分析浇口位置如图 3-1 和图 3-2，最佳位置应为图 3-1 和图 3-2 所示的蓝色显示部分，但是根据零件的具体使用要求，浇口不可以设置在零件的上下表面，还根据零件的结构特点，应使用侧浇口，再加上对市场上同类产品的调查，考虑上述因素后，浇口位置如图 3-3 中黄色圆锥体表示的位置。图 3-1：最佳浇口位置分析结果 图 3-2：最佳浇口位置分析结果图 3-3：浇口位置312 单腔模流分析确定了浇口位置后，进行单腔模流分析，分析结果如图 3-4图 3-9 所示。17图 3-4：压力降 图 3-5：平均温度图 3-6：填充质量 图 3-7：冷却质量图 3-8：填充时间 图 3-9：注射压力从上图可知，浇口位置选择对填充性能、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。313 一模两腔模流分析18对单型腔进行模流分析后，根据零件的体积、表面积等数据，同时考虑生产成本和生产效率，对零件进行一模两腔分析，以确定成型方案，一模两腔分析结果如表表 3-1 和图3-12图 3-17 所示。表 3-1：单型腔模流分析结果表03191-0325 Part Name: 03191-0325Material Supplier: Bayer USAMaterial Grade: Lustran LGA-SFMax Injection Pressure: 180.00 MPaMold Temperature: 55.00 deg.CMelt Temperature: 256.00 deg.CModel Suitability: Part model was highly suitable for analysis.Filling Analysis 03191-0325Moldability:Your part may be difficult to fill, but quality will probably be acceptable with the current injection locations.View the Confidence of Fill plot and use the Dynamic Adviser to get help on how to improve the filling of the part.Confidence: MediumInjection Time: 0.71 secInjection Pressure: 20.62 MPaWeld Lines: YesAir Traps: YesShot Volume (cavity, runner): 4.57 cu.cm ( 3.96, 0.61 )Filling Clamp Force: 2.17 tonnePacking Clamp Force Estimate 20%: ( 4.12 )MPa 0.86 tonnePacking Clamp Force ( 16.50 )MPa 3.44 tonne19Estimate 80%:Packing Clamp Force Estimate 120%: ( 24.75 )MPa 5.16 tonneClamp Force Area: 20.46 sq.cmCycle Time: 13.95 sec图 3-12：压力降 图 3-13：平均温度图 3-14：填充质量 图 3-15：冷却时间图 3-16：填充时间 图 3-17：表面温度从上面的分析结果可以得出，所设定的浇注系统结合一模两腔后得到的模流分析结果20与设计的基本一致，在各个方面上都有不错的表现，气泡和熔接痕都比较少，但在模具设计时也应考虑排气系统的设置。32 成型方案经过模流分析后，结合生产成本和生产效率问题，可以确定成型的方案，该产品的成型方案采用一模两腔，两腔之间的间隔为 20mm，浇注形式采用冷流道，浇口为矩形侧浇口，分流道为圆形，主流道为圆锥形。分型面为产品的上表面且穿过分流道。33 模架型式及规格331 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。332 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。333 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，有前面的模流分析后可以知道，模芯的布置如图 3-18 所示，模芯的大小是 7080mm，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 330350mm，型号为 3350 的龙记模架。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 3-19 所示。21图 3-18：模芯布局示意图图 3-19：龙记 AI 型工字模根据经验数据和模架库数据，选择 A 板为 35mm，B 板为 35mm，其它部件按龙记 AI 型工字模默认大小，如图 3-20。22图 3-20：模架定义34 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：=1.9885262cm3，质量 =2.0879525g。V塑 M塑则 =2 4 cm 3， =2 4.2 g总 塑 总 塑341 注塑机的选择查塑料成型加工与模具教材附录 6，初选取型号为 XS-ZY-125 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：125cm 3 注塑机最大注塑质量：125g注塑压力：1190MPa 最小模厚：200mm最大开距：300mm 注塑机定位孔直径：40mm喷涂前端孔径：4mm 锁模力：900KN23342 最大注塑量校核 由于以容量计算时 0.8 V总 注（1）式中：注射机最大注射容量 cm 3；注成型塑件与浇注系统体积总和 cm 3；V总0.8最大注射容量的利用系数。 /0.8=4/0.8=5cm3注 总以质量计算时 0.8 M总 注（2）式中:注射机最大注射质量 g；注成型塑件与浇注系统质量总和 g；总0.8最大注射容量的利用系数。 /0.8=4.2/0.8=5.25gM注 总注塑机符合要求。343 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 FsFz=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 Pro/E 软件计算面功能自动得出 A=5540mm 224由于 Fs355540 mm 2 =193.9KN注塑机符合要求。344 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 330mm350mm2.模具闭合高度校核模具实际高度 H 模=265mm ； 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） H1H 2（510）mm （4）即 S 机- (H 模-H 最小) H 1H 2（510）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。254工作部分的设计41 分型面的设计411 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。412 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 4-1 所示。图 4-1：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 4-2 中红色线框所示。26图 4-2：抽芯分型面42 模芯尺寸选定在章节 3.3.3 中，已经对模架进行了选择，其中模芯的长和宽都已经确定为70mm80mm，型腔布局为两产品对置（如图 4-3 所示） ，且 A 板为 35mm，B 板为 35mm，所以，模芯的高度为 A 板与 B 板高度之和，应为 70mm。图 4-3：型腔布局所以，在 Pro/E 中，建立模芯的总体尺寸为 X=70mm，Y=80mm，+Z=35mm，-Z=35mm。43 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 Pro/E 中的分模功能，选择已27经创建的分型面，自动分模，分模后，如图 4-4 所示。其中图 4-5 为凹模，图 4-6 为凸模。图 4-4：模芯开模图图 4-5：凹模立体图图 4-6：凸模立体图285模具结构设计51 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。511 主流道和分流道的设计主流道和分流道的尺寸，已经在 3.1.3 章节的模流分析中确定，其中主流道长 40mm，为圆锥形状，开始半径为 R=2mm，结束半径为 R=3mm。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，所以选较圆形分流道截面形状，半径是 R=2mm。分流道的布置选用左右平衡的一模两腔。其中主流道和分流道都开在模芯中，这样就可以简化设计过程，降低设计成本。主流道衬套使用 hasco 公司的Z511r 型主流道衬套，长度为 13mm（如图 5-1 所示） 。图 5-1：主流道衬套512 冷料穴设计29冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料” ，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径宜大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。513 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0.030.09，长度约为 0.5mm2mm。浇口形式有直浇口、侧浇口、点浇口和潜伏性浇口等，经过 Moldflow 的模流分析后，确定浇口类型为矩形浇口（如图 5-2 所示，其中设计的浇口宽 B=2mm，高 H=1mm，长 L=2mm） 。图 5-2：浇口类型图得到浇注零件和流道如图 5-3 所示，浇注系统如图 5-4 所示：图 5-3：浇注零件和流道30图 5-4：浇注系统52 顶出系统薄壳制品的顶出颇具技术性。因为壁和筋都很薄，非常容易损坏，而且壁薄沿厚度方向收缩就很小，使得加强筋和其他小结构很容易粘合，同时高保压压力使收缩更小。为避免顶穿和粘模，应使用比常规成型数量更多、尺寸更大的顶出销。所以在设计时，选用了直径为 3 的顶杆（如图 5-5 所示） 。图 5-5：顶杆31顶杆分布如图 5-6 所示，图中黄色打点的地方为顶杆的位置。图 5-6：顶杆分布图53 抽芯机构与计算531 确定抽芯距将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，型芯或滑块所移动的距离称为抽芯距。一般来说，抽芯距等于侧孔深度加 2mm3mm 的安全距离。测得侧孔深度最大为 3mm。可取抽芯距为 =6mm。S轴532 确定斜导柱倾角倾斜角的大小关系到斜导柱所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜导柱的长度、抽芯距和开模行程。倾角增大，开模行程及斜导柱有效工作长度均可减小，有利减小模具的尺寸，但斜导柱所受的弯曲力和开模阻力均增大，斜导柱受力情况变差。综合考虑，一般倾角 = 不宜超过 。选取 。152:515533 确定斜导柱直径塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，而将型芯或凸模抱紧，塑件在脱模时，必须克服这一抱紧力及抽芯机构所产生的摩擦力才能抽出活动型芯。抽拔力F可用下式计算：32)cosin1()tacos(1ffpAF（1）式中：为塑件的收缩应力， ，模内冷却塑件 ；pMPa19.6pMPa为塑件包围模芯的侧面积， ，测得 ；A2m720A为摩擦系数，查得ABS与钢的磨檫系数 ；f .3f为脱模斜度， 。3计算得 1FKN:斜导柱受的弯曲力为： /cos15.03FKN弯（2）斜导柱直径可用材料力学推导出来的计算公式计算：31)cos.0(弯弯 LFd（3）式中：斜导柱的有效工作长度 /cos/s156.2LSm轴弯曲许用应力 对于碳钢可取140MPa。弯把数据代入公式计算得： ，选取hasco公司的斜导柱 。7.9dm1d534 创建抽芯机构利用 EMX 选用 hasco 公司的抽芯机构，后经修改抽芯滑块后，得到抽芯机构如图 5-7所示。抽芯与模芯结构如图 5-8 所示。33图 5-7：抽芯机构立体图图 5-8：抽芯与模芯装配图3454 冷却及排气系统设计541 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。542 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 5-9 白色和红色轮廓线所示。图 5-9：冷却水道示意图55 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。本套模具采用弹簧回程。弹簧套在回程杆上，直径需大于模架的回程杆的直径。弹簧设计长一点嵌入垫板底面有 15mm 左右，确保弹簧的稳定和定位。本模具选用的是 futaba 公司生产的35FSA 型弹簧，直径为 32mm。如图 5-10 所示。图 5-10：复位机构56 模芯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开槽固定，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，如图5-11 中红色箭头所指位置所示。图 5-11：模芯与模架的固定57 模具立体图与爆炸图模具立体图如图 5-12 所示，模具爆炸图如图 5-13 所示。36图 5-12：模具立体图图 5-13：模具爆炸图376加工工艺方案制订61 凹模工艺方案图 6-1：凹模立体图工艺方案：1.铣削周边六面；2.铣削侧面的两个凸台；3.Drilling 钻床加工 7 个 6 冷却水孔；4.CNC 数控加工中心粗加工型芯成型部分；5.Grinding 磨床加工厚度平面；6.CNC 数控加工中心精加工型芯成型部分；7.EDM 电火花加工各精细难于加工的成型部位；8.Polishing 抛光成型面。3862 凸模工艺方案图 6-2：凸模立体图工艺方案：1.铣削周边六面；2.铣削侧面的两个凸台；3.Drilling 钻床加工 7 个 6 冷却水孔和 4 个 2.5 的顶杆孔；4.CNC 数控加工中心粗加工型芯成型部分；5.Grinding 磨床加工厚度平面；6.CNC 数控加工中心精加工型芯成型部分；7.CNC 数控加工中心精加顶杆孔（扩孔、铰孔）8.EDM 电火花加工各精细难于加工的成型部位；9.Polishing 抛光成型面。3963 抽芯滑块工艺方案图 6-4：抽芯滑块立体图因为抽芯滑块是调用 hasco 公司的配件，滑块只需加工成型部分。工艺方案：1.CNC 数控加工中心粗加工型芯成型部分；2.Grinding 磨床加工厚度平面；3.CNC 数控加工中心精加工型芯成型部分；4.Polishing 抛光成型面。最后，加工完各成型零件后进行 Assembly 钳工装配。64 模具安装和试模1.清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。2.因模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平稳、灵活，无卡住现象，然后固定动模。3.调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。404.慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。5.模具装好后，待料筒及喷嘴温度上升到距离预定温度 2030 C，即可校正喷嘴浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，必须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位。6.开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。试模时，塑件上常可能出现各种弊病，为此必须进行原因分析、排除故障。造成次、废品的原因很多，有时是单一的，但经