SD2106鼻毛修剪器上下盖三维造型及模具设计
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本科毕业设计（论文）题 目 SD2106鼻毛修剪器上下盖三维造型及模具设计 学 院 机械与自动控制学院 专业班级 09机械设计制造及其自动化（4）班 姓 名 程 赛 学 号 B09300401 指导教师 沈 毅 系 主 任 胡 明 学院院长 胡旭东 二O 一三 年 五 月 二十 日浙 江 理 工 大 学机械与自动控制学院毕业设计诚信声明我谨在此保证：本人所做的毕业设计，凡引用他人的研究成果均已在参考文献或注释中列出。设计说明书与图纸均由本人独立完成，没有抄袭、剽窃他人已经发表或未发表的研究成果行为。如出现以上违反知识产权的情况，本人愿意承担相应的责任。 声明人（签名）： 2013年 5月 摘 要由于塑料材料具有：质轻、耐腐蚀、易成形加工和易回收等特点，使其在小家电产品中的应用日益广泛。使得相关塑料模具结构的复杂程度、制品的质量水平、新技术研发应用水平也都有了很大的进步。鼻毛修剪器做为新兴小家电的一种，在现代化社会中已经慢慢开始普及。本文针对一款新开发的的鼻毛修剪器的上下盖进行三维造型和模具设计。综合了塑料成型加工及注塑模具设计的理论知识，对注塑模具各部分零件及总体结构进行设计，并用相关软件进行分析，解决了模具设计时出现的一系列问题。全设计说明书共六章。主要内容有课题所选塑件产品的介绍，我国塑料及注塑模具行业的现状，塑胶件的结构造型及检测，注射机的选择，塑件的模流分析，注塑模具设计方法、步骤（模腔分布及分型面的确定、成型零件设计、浇注系统设计、抽芯机构设计、脱模机构设计、排气系统设计、冷却系统设计、模架加载、注塑模材料的选用），模具型腔的加工及对本次设计的总结与展望。在模具设计过程中，通过应用Pro/ENGINEER软件完成塑件的三维造型、Moldflow软件对塑件进行模流分析、EMX完成模架的加载，Mastercam软件生成模腔数控加工代码，和最后AutoCAD软件完成二维图的设计。采用这些软件进行CAD/CAE/CAM设计分析，优化了设计参数，缩短了设计时间，提高了总体设计的效率。关键词：鼻毛修剪器；塑件；注塑模具；模具设计AbstractApplication of plastic products are widely for plastic mold provides a broad market. In recent years, the complexity of the mould structure, the quality of the products and application of new technology research and development level has made great progress. Because the plastic material has: light weight, corrosion resistance, easy forming processing and recycling, etc, make its application in the small home appliance product is becoming more and more widely.Nose hair trimmer as a kind of emerging small home appliance, has slowly started to popularity in modern society. In this paper a new development of nose hair trimmer and cover for 3 d modeling and mould design. Integrated the theory of plastic processing and injection mold design knowledge, the general structure of injection mould parts and each part is designed, and related software via the line analysis, solve the mold design as a series of problems.All design specifications, a total of eight chapters. Main contents are topics selected plastic product introduction, the present situation of plastic and injection mold industry in China, plastic pieces of the structure of the modelling and testing, the choice of injection molding machine, mold flow analysis of plastic parts, injection mould design method, steps (cavity distribution, and the determination of parting surface design, gating system, molding parts design, core-pulling mechanism design, demoulding mechanism design, design of exhaust system, cooling system design, mold rack loading, material selection of injection mold), mold processing and the design of the summary and outlook.In the mold design process, through the use of Pro/ENGINEER software to finish parts 3 d modelling, moldflow analysis of plastic parts, Moldflow software EMX complete die set load, Mastercam software to nc machining the cavity and the AutoCAD software rendering 2 d figure. Use these software to carry on the design analysis, optimize the design parameters, shorten the design time and improve the efficiency of the overall design.Keywords: nose hair trimmer; Plastic parts; Injection mould; The mold designV目 录摘 要Abstract第1章绪论11.1选题的背景与意义11.2塑料模具工业现状21.3CAD/CAE/CAM技术在塑料模具设计中的应用31.4SD2106鼻毛修剪上下盖三维造型和模具设计的流程41.5本章小结5第2章SD2106鼻毛修剪器上下盖的造型、检测及分析62.1鼻毛修剪器上下盖设计及成型62.2塑件的材料选择72.3塑件成型方式选择82.4塑件的检测92.4.1拔模检测92.4.2厚度检测102.5模流分析112.5.1 模流分析软件112.5.2 模流分析结果112.6本章小结14第3章注塑模具设计153.1 注塑设备的初选153.1.1 型腔数目的确定及排布153.1.2 注射机及注塑工艺的初选163.2注塑模具总体方案设计173.3 注塑模具成型机构设计183.3.1凹凸模结构设计183.3.2分型面位置的确定193.4 浇注系统设计203.4.1主流道的设计203.4.2分流道设计213.4.3 冷料穴设计233.4.4浇口的设计243.5侧向分型与抽芯机构设计253.5.1 侧向分型与抽芯机构的分类253.5.2斜导柱侧抽芯机构工作原理263.5.3斜导柱侧向分型与抽芯机构主要参数确定273.5.4斜滑杆导滑的斜滑块侧向分型与抽芯机构323.6脱模机构的设计323.6.1脱模机构的设计原则323.6.2顶杆和复位杆的分布333.6.3脱模力的计算及推出零件尺寸确定343.7排气系统的设计353.8冷却系统的设计363.8.1温度调节对塑件质量的影响363.8.2冷却系统设计373.8.3冷却回路的形式393.9标准模架的选择393.10塑料模具钢的选择及热处理403.10.1塑料模具用钢的选用要求403.10.2模具设计考虑的因素403.10.3模具钢的选定413.11本章小结42第4章注射机的校核434.1 最大注塑量的校核434.2 锁模力的校核434.3 模具厚度校核444.4 喷嘴尺寸校核444.5 开模行程校核454.6 本章小结45第5章模具型腔加工465.1加工方法及工艺465.2CAM软件的选用465.3加工参数设置475.4型腔曲面的加工仿真495.5本章小结51第6章工作总结与展望526.1工作总结526.2展望53参考文献54致 谢.55附录一.56附录二.57附录三.59附录四.61浙江理工大学本科毕业设计(论文)第1章 绪论1.1 选题的背景与意义 鼻毛修剪器是近年来新兴的一个产品，市场上使用还不是很普及，目前大多用在医学鼻科手术上。相对而言，国外对此产品的创新和发展较国内早而快，市场开拓也比较广阔。对于这个新兴的产品的发展，我国各方面研究都还需要不断改善，才能够使之更加方便、普及的运用到我们日常生活当中。本课题研究的对象为鼻毛修剪器上下盖的模具设计，按照公司的要求，设计新型系列的产品，迎合产品的更新与市场的需求。在设计新型产品时，需要进行大量资料查询和调查研究，首先要明确产品市场定位，产品定位为中端消费阶层，销往欧美国家；然后根据不同人体工艺学及结构设计要求确定鼻毛修剪器上下盖大致外围尺寸；最后根据经济成本要求、美学观及之前条件要求确定最终形状和结构。目前我所在实习公司已有两三款主打鼻毛修剪器产品，本课题为此次新开发的产品SD2106鼻毛修剪器的上下盖造型及模具设计。相对之前的几款产品在四方面有较大区别：1)产品外观；2）开关方式；3）产品市场定位；4）头部修剪结构。如图1-1所示。图1-1 新开发产品与已有产品对比图SD2106型号的这个开放式微型刀头设计拥有理想的修剪角度如图2-1所示，使修剪更为轻松。当修剪毛发时，毛发会夹到移动刀片和固定刀片之间，锋利的移动刀片瞬间将毛发剪短，保证不会出现拉扯现象。使用完毕后，如要清洗可直接用水冲洗干净、晾干。图1-2开放式微型刀头1.2 塑料模具工业现状我国塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的，在我国，起步较晚，但发展很快，特别是最近几年，无论在质量、技术和制造能力上都有很大发展，取得了很大成绩。然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，因此总体来看，与国际先进水平相比和与国内外市场需求相比，差距还很大。目前，欧美模具企业在生产中广泛应用数控高速铣、三轴联动的比较多，也有五轴联动的。采用高速铣削技术，可大大缩短制模时间，提高模具精度。更新和增加数控高速铣床，是模具企业设备投资的重点之一。标准件的应用将日益广泛。模具标准化及标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。大力开展并行工程，快 图1-3 塑料模具图速响应市场需要，缩短模具设计制造周期。模具检测、加工设备向精密高效和多功能方向发展。模具向着精密、复杂、大型的方向发展，对检测设备的要求越来越高。如高精度三坐标测量机具有数字化扫描功能。加工设备也向着数字化、自动化、集成化、智能化和网络化方向发展1。1.3 CAD/CAE/CAM技术在塑料模具设计中的应用三维CAD造型软件如Pro/E、UG、CATIA等为设计师提供了方便的设计平台,它们强大的曲面造型和编辑修改功能以及逼真的显示效果使设计者可以自如地表现自己的设计意图,真正做到所想即所得,而且制品的质量、体积等各种物理参数一并计算保存,为后续的模具设计和分析打下良好的基础。同时,这些软件还有专门的设计模块,提供模具分型面工具,使得复杂的成型零件都能自动生成,而且标准模架库、典型结构及标准零件库品种齐全,调用简单,添加方便,这些功能大大缩短了模具设计时间。下面以三维软件Pro/ E为例,简要介绍三维CAD 造型软件在塑料模设计中的应用。Pro/ Engineer 是美国参数技术公司( PTC)推出的新一代CAD/ CAE/ CAM软件,其强大的功能深受业内人士欢迎。在模具设计模块中,Pro E提供了方便又实用的工具,这些功能可以让使用者在最 图1-4 pro/e中模具设计流程图 短的时间内进行模具组装 ( Mold Assembly )、模型检验(Model Check)、分模面 ( Parting Surface)建立等过程,顺利完成拆模的工作。如图1-4所示。Modflow、Polyflow 等CAE软件可以在模具制造前对模具设计的效果进行分析和预测。在注射模设计过程中利用模拟流动分析软件。Moldflow 提前对模具的设计效果进行分析和预测,其内容包括确定最佳浇口位置、填充、保压、冷却、翘曲、结构应力、最佳成型工艺等 。通过分析, 在设计阶段就预测产品可能出现的缺陷,指导模具设计师对已设计的模型进行修改和优化,从而提高一次试调模的成功率,降低生产成本,缩短产品的开发周期。在挤出模设计过程中可利用Polyflow 指导模具的优化设计。如果将结构分析软件引入模具CAE中,如Ansys等。会使注射模设计的CAE具有更高的可行性、有效性、真实性,也才会使注射模设计CAE 具有更大的价值。 模具结构通过CAD/CAE 阶段的优化设计和分析, 将模具设计的错误消除在设计阶段,然后再利用CAM 技术,自动生成加工模具型腔的NC 代码,实现数字化制造。例如,在利用Pro/ E进行注射模设计时,将设计的注射模模型经过CAE评估分析及优化后,最终在CAM 中进行刀具轨迹生成与仿真,产生数控加工代码,从而控制数控机床进行加工。这种方法使产品造型设计、模具设计、加工编程及工艺设计都以3D 数据为基础,实现数据共享,不仅能快速提高设计效率,而且能保证质量,降低成本。 另外,也可以采用专业的CAM软件MasterCAM来实现注射模的CAM。利用Pro/ E 设计的注射模模型经过CAE评估分析及优化后,便可在Pro/E中提取相关加工信息,通过IGES或DXF传入MasterCAM软件中进行模拟加工。MasterCAM是数控加工自动编程常用的软件,它提供刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等功能,设置有关参数,编辑好后处理文件,就可以自动生成加工程序并传输至数控机床,最终完成零件的加工2。1.4 SD2106鼻毛修剪上下盖三维造型和模具设计的流程1、 仔细分析现有参照塑件，了解其特性，对要求设计的新产品塑件进行分析，尺寸、公差、粗糙度、技术要求等参数的初步确定；2、鼻毛修剪器上下盖三维造型；3、选择分型面；4、成型零件设计；5、模具结构类型（型腔布置、浇注系统、顶出机构、排气系统、冷却系统等）；6、确定设备型号（计算出注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径）；7、应用Moldflow软件对注塑件进行模流分析；8、选择合理的模架，将模仁及模架两大部分组合在一起；9、出模具二维零件图和装配图； 10、对模具进行虚拟开模；11、进行模具型腔的数控编程，生成数控代码；12、复核图纸。1.5 本章小结本章主要介绍了鼻毛修剪器的现状和本次课题的新型产品SD2106型鼻毛修剪器相对公司之前研发的产品有什么不同及优势；分析了国内外塑料模具工业现状及CAD/CAE/CAM技术在塑料模具设计中的应用；最后总的概述了本次模具设计的总体设计思路、流程。第2章 SD2106鼻毛修剪器上下盖的造型、检测及分析2.1 鼻毛修剪器上下盖设计及成型由于此塑件结构较为复杂，且多为曲线、曲面构造而成，没有具体的细节参数，只能根据通过调查研究得到的最符合人体工艺学的总体尺寸，以及目前市场上已有产品作为参照进行造型。首先将参考照片导入CAD软件，构建云点，生成初步轮廓，然后导入Pro/E中进行草绘。运用pro/e的曲线工具，对导入的曲线进行整合、编排，经过多次调试，确定最终造型3。设计的产品效果图如下所示(图2-1，2-2，2-3，2-4)： 图2-1上盖正面效果图 图2-2下盖正面效果图 图2-3上盖反面效果图 图2-4下盖效反面果图2.2 塑件的材料选择1、鼻毛修剪器上下盖材料选择鼻毛修剪器上下盖材料要求尺寸稳定，抗冲击，易加工，密度小、外观特性好，成本低等要求，按照各种塑料特性初步选定ABS、PP、PC三种材料。(1)ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）综合机械性能好、坚韧质硬，抗拉强度不如PA-POM等，耐热不算高，长期使用于80度以下、耐热性低、耐低温性低、只能在0度以上工作。超强的易加工性，外观特性，低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。透明性差，可燃，但加入其他料可改良透明性。用途：各种家电的外壳，如电冰箱、吸尘器等。（2）PP（聚丙烯）流动性极好，（溢边值为0.03），但成型收缩率变化范围大，且收缩值也大，容易产生缩孔，沟痕，变形，方向性强等缺陷。冷却速度快，注系统及冷却系统要缓慢散热。模温低度于50度以下时产品无光泽，易产生熔接不良，流痕；90度以上时易发生翘曲变形 。光泽性能较好，密度小，耐热性比较好，硬度、刚性，耐磨性较好，高温冲击强度及折叠性能好。不吸水，化学性能稳定，尺寸稳定好，易老化，染色性印刷性粘合性较差。用途：用于各种电器外壳、家庭用品，玩具、外观件。（3）PC(聚碳酸脂)PC有很好的机械特性，但流动特性较差，因此这种材料的注塑过程困难。高冲击强度，尺寸稳定，产品尺寸精度高。各种强度高、抗疲劳强度低。具有可燃性，但有自熄性、易开裂4。基于以上三种材料的特性，因为PP染色性印刷性、粘合性较差，而鼻毛修剪器上盖上需要移印可清洗标志，所以不选用PP；又因为PC动特性较差，在注塑过程较困难，且抗疲劳强度低，相比较而言选用ABS更加符合本课题塑件的材料选用要求，所以选用ABS作为塑件基本材料。2、ABS主要技术指标如表2-1所示：表2-1 ABS的主要技术指标项 目数值比容0.860.98cm3/g熔点130160oC吸水性0.20.4% (24h)热变形温度4.6105Pa- 90108oC 18.0105Pa- 83103oC屈服强度50MPa拉伸弹性模量1.8GPa抗弯强度80MPa3、ABS主要工艺参数如表2-2所示：表2-2 ABS的注塑成型主要工艺参数项 目数值单位注射机类型螺杆式螺杆速度3060r/min喷嘴形式直通式喷嘴温度180190料筒温度前段200210中段210230后段180200模具温度5070注射压力7090MPa保压力5070MPa注射时间35s保压时间1530s冷却时间1530s成型周期4070s2.3 塑件成型方式选择（1）注塑成型：受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。（2）挤出成型：在塑料加工中又称为挤塑，在非橡胶挤出机加工中利用液压机压力于模具本身的挤出称压出。是指物料通过挤出机料筒和螺杆间的作用，边受热塑化，边被螺杆向前推送，连续通过机头而制成各种截面制品或半制品的一种加工方法。（3）发泡成型：将发泡性树脂直接填入模具内，使其受热熔融，形成气液饱和溶液，通过成核作用，形成大量微小泡核，泡核增长，制成泡沫塑件。常用的发泡方法有三种：物理发泡法，化学发泡法和机械发泡法。发泡成型方式常用于各种保护套垫子的制作。如沙发坐垫。（4）吹塑成型：通过充气使组合模具内的塑胶预成型物膨胀并紧贴模具型面的中空制品成型方法。主要用于吹膜 5 。由于本课题所选塑胶件结构复杂，精度要求高，且作为鼻毛修剪器配件需要大批量生产，从成型工艺和经济角度考虑选用注塑成型较为合理。2.4 塑件的检测2.4.1拔模检测ABS一般应用边0.5至 1就足够。有时因为抛光纹路与出模方向相同，出模角可接近至零。有纹路的侧面需每深0.025mm增加1出模角。整个塑件的拔模角度在这里定为2。鼻毛修剪器上下盖正反向拔模检测如图2-5,2-6，2-7,2-8所示：图2-5上盖正向拔模检测图 图2-6下盖正向拔模检测图图2-7上盖反向拔模检测图 图2-8下盖反向拔模检测图从上四图可知，两塑件的拔模角度比较均匀，拔模时不会出现明显的干涉现象。由于塑件曲面较多，脱模斜度较大，比较容易脱模。上下盖正向拔模基本满足要求，在上端蓝色处为侧抽分型，所以在主分型面无需拔模。上下盖反向拔模内部结构也基本符合脱模要求，在下端蓝色处也为侧抽分型，所以在主分型面无需拔模斜度。2.4.2厚度检测 壁厚是产品设计最先被考虑，一般ABS用於注塑成型的会在1.5 mm (0.06 in)至4.5mm (0.18 in)。典型的壁厚约在2.5mm (0.1 in)左右。壁厚比这范围小的用於塑料流程短和细小部件。本课题所选产品为细小部件，且塑料流程短，所以壁厚一般在0.3mm至3.5mm之间。一般来说，部件愈大壁厚愈厚，这可增强部件强度和塑料充填。本次设计的鼻毛修剪器上下盖厚度检测如图2-9,2-10,2-11,2-12所示：图2-9上盖横向厚度检测 图2-10上盖纵向厚度检测 图2-11下盖横向厚度检测 图2-12下盖纵向厚度检测如上四图所示，图中有出现红色标明处为塑件过厚现象，但从图中可知，过厚处为筋板和口位处，这是设计强度要求，不会对塑件造成不量影响。所以鼻毛修剪器上下盖壁厚设计基本遵循壁厚均匀原则，没有出现过厚过薄现象。2.5 模流分析2.5.1 模流分析软件Moldflow仿真软件具有注塑成型仿真工具，能够验证和优化塑料零件、注塑模具和注塑成型流程。该软件能够为设计人员、模具制作人员、工程师提供指导，通过仿真设置和结果阐明来展示壁厚、浇口位置、材料、几何形状变化如何影响可制造性。从薄壁零件到厚壁、坚固的零件， Moldflow的几何图形支持可以帮助用户在最终设计决策前试验假定方案6。2.5.2 模流分析结果图2-13 填充时间如图2-13所示，从动画附件中可看出两侧塑件同时填充完毕，符合注塑条件。图2-14 熔接痕分布图如图2-14所示，熔接痕相对较少，所在位置基本不影响产品的外观。也可以通过适当增加模温，增加保压，增加注射速度来控制。图2-15 剪切应力分布图如图2-15所示，壁上没有剪切应力。图2-16 气穴分布图如图2-16所示，图中洋红色区域为气穴区，该塑件气穴较多，但是在分型面位置所出现的气穴可以忽略，因为分型面处排气效果较好，如图上所示气穴基本都分布在分型面处，因为较多气穴，所以还要加强排气系统来改善。具体排气设置见论文第五章排气系统小节。2.6 本章小结 本章主要讲述了鼻毛修剪器上下盖的造型设计流程，通过塑件的材料要求特性来选择合适的注塑材料，然后罗列了所选材料ABS的主要技术指标和工艺参数。根据已有的塑件三维设计图和ABS的材料特性在pro/e中进行厚度检测和拔模检测。最后通过Moldflow软件对鼻毛修剪器上下盖进行填充分析，了解塑件在不同工艺条件下的影响，进一步完善塑件结构，如检测填充时间是否符合材料的工艺特性，是否产生熔接痕、气穴，如果有不良影响出现，可以提前设计解决方案。第3章 注塑模具设计3.1 注塑设备的初选3.1.1 型腔数目的确定及排布型腔数目主要由以下四种方法确定：（1) 根据注射机的额定注射量确定；（2）根据注射机的最大锁模力确定；（3）根据根据塑件精度确定；（4）根据经济型确定。在这里因为所选塑件为小家电零件，要求配合度较高，既塑件的精度要求较高，所以这里选用第三种方法来确定塑件模具的型腔数。按塑件的精度要求确定型腔数：生产经验得出增加一个型腔，塑件的尺寸精度将降低4%。为了满足塑件尺寸精度，需使： N(25/LS)-24 （3-1）L塑件基本尺寸，mm；塑件的尺寸公差，mm，“”为双向对称偏差标注；S单腔模注塑时塑件可能产生的尺寸误差的百分比，ABS为0.05%。代入数值，在成型高精度制品时，型腔数不超过4腔，因为多型腔难于使各型腔成型条件均匀一致5。所以，基于本可以塑件上下盖为相互配合件，精度要求较高，所以放在同一模具中成型，以便成型条件一致，从而提高配合精度和减少外观段差和间隙。型腔数目定为一模两腔（1+1模式），两腔分别为上盖和下盖两个不同塑件。考虑到分模面和出模方向的方便，两腔排布为并列分布。排布方式如图3-1所示：图3-1 型腔位置的分布图3.1.2 注射机及注塑工艺的初选塑件的质量和体积可利用Pro/e软件直接求得，如图3-2所示：图3-2 在Pro/e中计算塑件质量体积图得出 cm， cm ，=1.05g/cm3，g，g。模具所需塑料熔体的质量： m=nm上+nm下+m j （3-2） m (v)一副模具所需塑料熔体的质量或容积，cm3 或 g ； n初步选定的型腔数量； m上（） 单个上盖的质量或容积，cm3 或 g；m下（） 单个下盖的质量或容积，cm3 或 g；首先浇注系统凝料m j是个未知数，查有关资料m j一般按制件质量的0.6倍来估算。（塑料件越小则比例可以取得越大）数值带入求得：m=g （3-2）根据公称注射量选定XS-Z-30型注射机。 XS-Z-30型注射机主要工艺参数见表3-15：表3-1 XS-Z-30型注射机主要工艺参数 特性 内容 特性 内容 结构类型 卧式 模板行程(mm) 180注射容量（cm） 30最大模具厚度(mm) 180螺杆(柱塞)直径(mm) 28最小模具厚度(mm) 60注射压力(105Pa) 1190模具定位孔直径(mm) 63.5最大注射面积(cm2) 90喷嘴球半径(mm) 12锁模力(10KN) 25喷嘴口直径（mm） 43.2 注塑模具总体方案设计模具结构设计如图3-3所示：（1）型腔分布：为防止缩水率等一些工艺参数影响上下盖配合问题，所以选择1+1形式，既上下盖在同一个模具中成型；（2）分模面选择：考虑外表面的美观和分模的难易程度，将主分模面放在最大投影面积处； （3）浇口选择和选择模架：考虑外表面的美观和塑件大小尺寸，浇口选择潜伏式点浇口；（4）流道选择：U字型分流道和圆形截面设计；图3-3模具总装图（5）选择顶出方式：顶杆顶出；（6）抽芯方式：斜导柱抽芯机构和斜滑块侧抽芯机构，因为此塑件结构较复杂，内部卡扣比较多，因此有较多抽芯机构；（7）模架选择：两板模；（8）还有冷却系统、排气系统等的结构设计；图3-4 注塑模具总体方案设计（9）最后要进行模具零件设计、装配设计、加工设计等。其中使用了Moldflow对浇口进行分析，在Pro/e中进行开模仿真，Mastercam进行模具型腔的数控编程，生成数控代码。注塑模具总体方案设计大致如图3-4所示。3.3 注塑模具成型机构设计3.3.1凹凸模结构设计1凹模的设计凹模是成型塑件外表面的零部件，按其结构类型可分为整体式和组合式两大类7。为了保证塑件外观无拼接缝，不产生变形，所以采用整体式。结构形式如图3-5所示：图3-5凹凸模设计图2凸模的设计凸模是用于成型塑件内表面的零部件，与凹模相似，凸模也可分为整体式和组合式。因为塑件本身内部结构较为复杂，凹模设计也较为复杂，凹模采用的是整体式设计，但是在内部采用组合式局部拼接方式。据图结构如图5-3所示。3.3.2分型面位置的确定打开模具取出塑件或浇注系统凝料的面叫做分型面。注塑模有一个分型面和多个分型面。分型面的位置有垂直于开模方向、平行于开模方向以及倾斜于开模方向几种。分型面的形状有平面和曲面等。有时为了取出浇注系统凝料，如采用针点浇口时，需增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面；有时为了实现侧向抽芯，也需要另曾辅助分型面5。根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱模；（2）不影响塑件外观；（3）保证塑件精度；（4）有利于排气（5）便于模具的加工。参考以上要求，此模具的主分型面选在塑件最大轮廓的表面处，辅助分型面在侧抽和斜顶处8 9，如图3-6，3-7所示。 图3-6主分型面位置图 图3-7辅助分型面位置图3.4 浇注系统设计3.4.1主流道的设计在卧式或立式注射机的模具中，主流道的轴线垂直与分型面，主流道的设计好坏与否直接影响熔融塑料进入模具的速度和填充时间。其设计要点主要为一下几点：1)为防止喷嘴与浇口套接触有间隙而产生溢料，并且使主流道内的凝料顺利脱出，主流道的设计应满足：，内壁粗糙度一般为=0.63m。（：主流道脱模斜度，对流动性较差的塑料可以取）；SR1=SR2+(12)mm (SR1:衬套球半径，SR2：喷嘴球半径)；D=d+(0.51)mm (D:主流道小端直径；d：喷嘴孔径)2）在保证塑料件良好的情况下，主流道长度尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型，通常60mm。3）由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接触和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的主流道衬套（浇口套），便于用优质钢材加工和热处理10 11。以下是本次设计的浇口套如3-8图所示：图3-8 浇口套设计图3.4.2分流道设计分流道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:多型腔的模具一定设置分流道，单腔模成型大型塑件，若使用多浇口进料也需设置分流道。1、分流道的长度和断面尺寸分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从输送熔体时的减少压力损失和热量损失及减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。分流道的断面尺寸应根据塑件的成型体积、塑件壁厚、塑件形状、所用塑料的工艺性能、注射速率和分流道的长度等因素来确定。对于壁厚小于于3mm,质量在200g以下的塑件，可用下述经验公式确定分流道的直径。 D=0.2654 （3-1） 式中 W流经分流道的塑料量(g) L分流道长度(mm) D分流道直径(mm)对于粘度较大的塑料，按上式算出的D值乘以1 .20 1.25的系数。表3-2列出常用塑料注塑件分流道断面尺寸推荐范围5。表3-2常用塑料注塑件分流道断面尺寸塑料名称分流道断面直径(mm)塑料名称分流道断面直径(mm) ABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.5132、分流道的断面形状常用的分流道断面形状有圆形、矩形、梯形、U字形和六角形等10。图3-9分流道的断面形状和效率如图3-9所见，其中圆形截面的效率最高(即比表面最小)。由于正方形流道凝料脱模困难，实际使用侧面具有斜长为的梯形流道。六角形截面流道，由于其效率低(比表面大)，通常不采用。常采用梯形或U字形截面的分流道。如图3-10所示，本课题选用的是效率最高的圆形截面。采用平衡式布置，从主流道至各个型腔的分流道，其长度、形状、断面尺寸等都对应相等，达到各个型腔的热平衡和塑料流动平衡。 图3-10 分流道断面形状和流道轨迹图3.4.3 冷料穴设计冷料穴位于主流道和分流道末端用来贮存先锋冷料，防止冷料流入型腔而影响制品品质，保证注塑质量，它一般设置在主流道的末端，分流道较长时，分流道的末端也应设冷料穴。一般情况下，主流道冷料穴的圆柱体直径为612mm，其深度为610mm。对于分流道冷料穴长度为11.5倍的流道直径。冷料穴有四种：(1)与推杆匹配的冷料穴；(2)与拉料杆匹配的冷料穴；(3)底部无杆的冷料穴；(4)分流道冷料穴。在此模具设计中采用了与推杆匹配的冷料穴和分流道冷料穴，因为浇口形式为潜伏式点浇口，在分模的时候流道凝料受动模力较大，所以不选用拉料杆匹配的冷料穴。具体如图3-11，3-12所示。图3-11与推杆匹配的冷料穴图3-12分流道冷料穴3.4.4 浇口的设计浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分。浇口主要作用有两个:一是塑料熔体流经的通道;二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口类型取决于制品外观要求、尺寸和形状、所用塑料种类等因素。常用浇口有以下几种：1）直接浇口；2）点浇口；3）侧浇口；4）潜伏式浇口；5）弧形浇口；6）扇形浇口；7）圆盘形浇口。本设计采用的是弧形浇口，弧形浇口具有浇口和塑件自动分离；不会在塑件的外观面产生浇口痕迹的优点。如3-13所示：图3-13弧形浇口参数设计：浇口入水端直径d为0.81.2mm， 1.01.2mm。具体模具浇口数据设计如图3-14所示。图3-14弧形浇口尺寸3.5 侧向分型与抽芯机构设计3.5.1 侧向分型与抽芯机构的分类当注射成形侧壁带有孔、凹穴、凸台等塑件时，模具上成形该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，称为活动型芯，在塑件脱模前先将活动型芯抽出，否则就无法脱模。带动活动型芯作侧向移动(抽拔与复位)的整个机构称为侧分型与抽芯机构，简称侧抽芯机构。根据动力来源的不同，侧抽芯机构一般可分为机动、液压(液动)或气动以及手动等三大类型。1.机动侧抽芯机构 机动侧抽芯机构是利用注射机开模力作为动力，通过有关传动零件(如斜导柱)使力作用于侧向成形零件而将模具侧分型或把活动型芯从塑件中抽出，合模时又靠它使侧向成形零件复位。这类机构虽然结构比较复杂，但分型与抽芯不用手工操作，生产率高，在生产中应用最为广泛。根据传动零件的不同，这类机构可分为斜导柱、弯销、斜导槽、斜滑块和齿轮齿条等不同类型的侧抽芯机构，其中斜导柱侧抽芯机构最为常用。2.液压或气动侧抽芯机构液压或气动侧抽芯机构是以液压力或压缩空气作为动力进行侧分型与抽芯，同样亦靠液压力或压缩空气使活动型芯复位。液压或气动侧抽芯机构多用于抽拔力大、抽芯距比较长的场合,缺点是液压或气动装置成本较高。3.手动侧分型与抽芯机构手动侧抽芯机构是利用人力将模具侧分型或把侧向型芯从成形塑件中抽出。这一类机构操作不方便、工人劳动强度大、生产率低，但模具的结构简单、加工制造成本低，因此常用于产品的试制、小批量生产或无法采用其他侧抽芯机构的场合4。 总结以上三种侧向分型与抽芯机构的优缺点，结合鼻毛器上下盖塑件本身结构要求，选用成本相对较低，效率又高的机动侧向分型与抽芯机构。由于本课题塑件较复杂，需设置侧抽位置较多，也需应用到不同种侧抽机构，在此选用的是机动侧抽机构中最常见的斜导柱侧抽芯机构和斜滑块侧抽芯机构。3.5.2 斜导柱侧抽芯机构工作原理斜导柱侧抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成形块，使之产生侧向运动完成抽芯与分型动作。这类侧抽芯机构的特点是结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便，是设计和制造注射模抽芯时最常用的机构，但它的抽芯力和抽芯距受到模具结构的限制，一般适用于抽芯力不大及抽芯距小于60-80 mm的场合。 图3-15 斜导柱侧抽芯机构斜导柱侧抽芯机构注射模的工作过程如图3-15所示。图3-15中的塑件有一侧通孔，开模时，动模部分向后移动，开模力通过斜导柱10驱动侧型芯滑块11，迫使其在动模板4的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件完全脱开，完成侧向抽芯动作。这时塑件包在型芯12上随动模继续后移，直到注射机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推杆将塑件从型芯上推出。合模时，复位杆使推出机构复位，斜导柱使侧型芯滑块向内移动复位，最后由楔紧块锁紧4。3.5.3 斜导柱侧向分型与抽芯机构主要参数确定1.抽芯距的计算型芯从成形位置抽到不妨碍塑件的脱模推出位置所移动的距离称为抽芯距，用S表示。一般抽芯距等于侧孔或侧凹深度S0加上23mm的余量12，即 S= S0+(23)mm （3-2）式中 S抽芯距; S0为取出塑件，型芯滑块移动的最小距离; S1=1.5+2.5=4mm （3-3）S2=2+2.5=4.5mm （3-4）2.斜导柱的倾斜角斜导柱轴向与开模方向的夹角称为斜导柱的倾斜角，它是决定斜导柱抽芯机构工作效率的重要参数。的大小对斜导柱的有效工作长度、抽芯距、受力大小起着重要的影响。由图5-16可知L=s/sin （3-5）H=scot （3-6）式中 L斜导柱的工作长度;s抽芯距;斜导柱的倾斜角;H与抽芯距、对应的开模距。图3-16斜导柱参数关系图图3-17所示是斜导柱抽芯时的受力图，可得出开模力 Fw= （3-7）Fk=Ft tan （3-8）式中Fw侧抽芯时斜导柱所受的弯曲力； 侧抽芯时的脱模力；Fk侧抽芯时所需的开模力。图3-17斜导柱受力分析图由以上四式可知，倾角增大，开模行程及斜导柱有效工作长度减小，有利减小模具尺寸。但同时斜导柱所受弯曲里和开模阻力增大，斜导柱受力情况变差。因此，综合考虑，生产中一般取，不宜超过，本设计选取中间值。3.抽芯力的计算对于侧型芯的抽芯力，往往采用如下公式进行估算： (3-9)式中 抽芯力，N;c侧型芯成形部分的截面平均周长，m； h侧型芯成形部分的高度，m； P塑件对侧型芯的收缩应力(包紧力)，值与塑件的几何形状及塑料的品种、成形工艺有关，一般情况下模内冷却的塑件，p=C（0.81.2) x 107 Pa，模外冷却的塑件，p=（2.43.9）x107 Pa；塑料在热状态时对钢的摩擦系数，一般=0.150.2；侧型芯的脱模斜度或倾斜角，(。)。=2.484 KN =0.9936KN4.斜导柱的直径根据力学分析可以推导出斜导柱直径计算公式： (3-10)斜导柱弯曲力臂斜导柱所用材料的许用弯曲应力侧型芯滑块受的脱模力作用线与斜导柱中心线的交点到斜导柱固定板的距离。由于计算比较复杂，有时为了方便，也可以用查表方法确定斜导柱的直径。先按抽芯力和斜导柱倾斜角在表3-3中查出最大弯曲力，然后根据和以及在表3-4中查出斜导柱直径d。表3-3最大弯曲力与抽芯力和斜导柱倾斜角13根据上表，结合=2.484 KN、=0.9936KN、已知数据可查出、。表3-4斜导柱倾角、高度、最大弯曲力、斜导柱直径之间的关系8根据表3-3,3-4，结合、已知数据可查出、。5.斜导柱的长度 斜导柱总长计算公式为 （3-11）斜导柱总长度；斜导柱固定部分大端直径；h斜导柱固定板厚度；d斜导柱工作部分直径；s抽芯距。将已知数据代入求得 图3-18 斜导柱工作长度取=9.14mm, 即=65.86+9.14=75mm。取=6.6mm, 即=68.4+6.6=75mm。3.5.4 斜滑杆导滑的斜滑块侧向分型与抽芯机构如图3-19所示，为已用斜滑杆导滑的斜滑块内侧分型和外侧分型与抽芯机构，斜滑杆头部即成块，动模4和斜顶导向块2、7上都开有斜孔，在推板1的作用下，斜顶2、6沿斜孔分别向内和向外运动，使塑件一边抽芯，一边脱模。斜滑杆导滑的斜滑块侧向分型与抽芯机构由于受斜滑杆刚度的限制，因此适用于抽芯力较小的场合。图3-19 斜滑杆导滑的内侧分型和外侧分型与抽芯机构1推板；2斜顶导向块一；3斜顶一；4动模；5塑胶件；6斜顶二；7斜顶导向块二3.6 脱模机构的设计3.6.1 脱模机构的设计原则 对脱模机构的要求随制品形状、结构的不同而变化。 1）塑件留在动模 在模具的结构上应尽量保证塑件留在动模一侧，因为大多数注射机的推出机构都设在动模一侧。 2)塑件在脱模过程中不变形、不损坏保证塑件在脱模过程中不变形、不损坏是脱模机构应该达到的基本要求，所以设计模具时要正确分析塑件对模具包紧力的大小和分布情况。3)不损坏塑件的外观质量对于外观质量要求较高的塑件，脱模的位置应尽量设计在塑件内部，以免损伤塑件的外观。由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽可能靠近型芯，同时推出力应施于塑件上强度、刚度最大的地方，如筋部、凸台等处，推杆头部的面积也尽可能大些，保证制品不损坏。4)合模时应使脱模机构正确复位脱模机构设计时应考虑合模时脱模机构的复位，在斜导杆和斜导柱侧向抽芯及其他特殊情况下，有时还应考虑脱模机构的先复位问题。5)脱模机构动作可靠脱模机构在推出与复位过程中，要求其工作准确可靠，动作灵活，制造容易，配换方便。6)另外，要求脱模机构本身要有足够的强度和刚度4。3.6.2 顶杆和复位杆的分布顶杆脱模机构是整个推出机构中最简单、最常见的一种形式。由于设置顶杆的自由度较大，而且顶杆截面大部分为圆形，容易达到顶杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，顶杆顶出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，损坏后也便于更换，因此在生产中广泛应用。顶杆的材料常用TBA, T10A等碳素工具钢或65 Mn弹簧钢等，前者的热处理要求硬度为5054 HRC，后者的热处理要求硬度为4650 HRC。自制的顶杆常采用前者，而市场上的顶杆标准件多为后者的形式。顶杆工作端配合部分的粗糙度值Ra一般取0.8m4。顶杆顶出塑件后，必须回到顶出前的初始位置，才能进行下一循环工作。因此还必须设计复位杆来实现这一动作,复位杆又称回程杆。顶杆和复位分布如图3-20所示。图3-20 脱模和复位机构分布图1动模；2复位杆；3斜顶：4顶杆3.6.3 脱模力的计算及推出零件尺寸确定1)脱模力计算： （3-12） 式中 K无量纲系数，查塑料成型加工与模具表83得1.0035；矩形制件的平均壁厚1.5mm；EABS的弹性模量18002900MPa，取2400MPa；SABS平均成型收缩率0.4%0.7%,取0.5%；L制件对型芯的包容深度15mm；模具型芯的脱模斜度1；制件与型芯的摩擦因数0.21；塑料的泊松比0.394 。=674.76 N2)推杆直径计算： （3-13）式中 d推杆的最小直径，mm；K安全系数，可取K=1.5；L推杆的长度，mmF脱模力，N；n推杆数目；E推杆材料的弹性模量，GPa 。碳钢的弹性模量E=196206GPa，取E=200 GPa。=3.2mm 故取推杆直径d=4mm 。3.7 排气系统的设计在塑料熔体填充过程中，模腔中原有空气，加上塑料在高温状态下产生各种气体，如果不能一瞬间从模腔排净，将会影响制品成型及脱模后质量，导致出现充模不满、不匀、产生气泡等不良现象，气体在高温高压状态下还可能燃烧，使塑件出现局部烧焦和炭化现象，塑件表面可能出现孔洞、黄点、黑点。所以，模具及模腔要有足够的排气措施。常用排气方法：1） 开排气槽，如图3-21所示图3-21排气槽分布图2） 利用分型面排气对于具有一定粗糙度的分型面，可从分型面将气体排出。3） 利用推杆排气利用推杆和型芯之间的配合间隙，或有意增加推杆之间的间隙来排气。4） 利用镶件间隙排气对于组合式的型腔、型芯，可利用他们的镶拼间隙来排气。以上四种方法在本次模具设计中都有使用到。3.8 冷却系统的设计3.8.1 温度调节对塑件质量的影响温度调节(模具的温度调节指的是对模具进行冷却或加热)既关系到塑件的质量(塑件的尺寸精度、塑件的力学性能和塑件的表面质量)，又关系到生产效率。因此，必须根据要求使模具温度控制在一个合理的范围内，以得到高品质的塑件和高的生产率。 一般的塑料都需在200左右的温度由注射机的喷嘴注射到注射模具内，熔体在60左右的模具内固化、脱模，其热量除少数辐射、对流到大气环境以外，大部分是由模具内通入的冷却水带走；而有些塑料的成形工艺要求模具的温度较高80120时，模具不能仅靠塑料熔体加热，需对注射模设计加热系统。由此可见，大多数模具需要设置冷却系统，适用于成形茹度低、流动性好的塑料，如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、ABS等，一般要求模具温度较低(一般小于80)。部分树脂的成形温度与模具温度如表3-5所示4。表3-5部分树脂的成形温度与模具温度 3.8.2 冷却系统设计1 塑件在固化时每小时释放的热量Q查塑料成型加工与模具表10-4得ABS的单位热流量kJ/kg,取 kJ/kg；成型周期t=4070s,取t=60s Q=NGQ1 （3-14） = kJ/kg式中 N每小时注射次数；G每次塑料的注塑量，kg；Q单位质量的塑料制件从熔体进入行腔开始到冷却结束时所放出的热量，kJ/kg。2 冷却水的体积流量 （3-15）式中 冷却介质的体积流量，m3/h；Q单位时间内注入模具中的塑料质量，kg/h；冷却介质的密度，kg/m3；冷却介质的比热容，kJ/（kg）；冷却介质出口温度，；冷却介质进口温度，。 3 冷却水管直径d查塑料成型加工与模具表10-1，为了使冷却水处于湍流状态，取d=8mm4 冷却水在管道中的流速v （3-16）式中 v冷却介质的流速，m/s；冷却介质的体积流量，m3/s；d冷却管道的直径，m。m/s5 冷却水的表面传热系数可用式(3 - 55)计算 （3-17）式中冷却水的表面传热系数，W/（m2K)；冷却水在该温度下的密度，kg/m3；冷却水的流速，m/s；冷却水孔直径，m；与冷却水温度有关的物理系数，查塑料成型加工与模具表10-5。 W/（m2K)6 冷却回路总表面积计算 （3-18）7 冷却回路的总长度计算 （3-19）3.8.3 冷却回路的形式冷却通道之间采用内部钻孔法沟通，用堵头或隔板使之形成规定的冷却回路14。结构如图3-22所示。图3-22 冷却管道分布图3.9 标准模架的选择本课题的塑件体积较小，所以采用中小型模架。根据基本结构要求，采用两板模，顶杆顶出，所以选择了基本型中的A1型模架。A1型模架定模采用两块模板。动模采用一块模板，无支撑板，采用顶杆顶出塑件的机构组成模架。适用于立式与卧式注射机，单分型而一般设在合模上，可设计成多个型腔成形多个塑件的注射模5 15。A1型标准模架如图3-23所示：图3-23 标准模架图3.10 塑料模具钢的选择及热处理3.10.1 塑料模具用钢的选用要求成型零件材料的一般选用要求:1、 机械加工性能良好：易于切割，加工后得到高精度零件。因此，以中碳钢和中碳合金钢最常见；2、 抛光性能优良：注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，要求钢材硬度在3540HRC为宜；3、 耐磨性和抗疲劳性能好：选用钢材应是注射模能减少抛光修模的次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到批量生产的使用寿命期限；4、 具有耐腐蚀性能：对有些塑料品种，如聚氯乙烯和阻燃型塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。3.10.2 模具设计考虑的因素1塑件的生产批量模具是高效率的生产工具，每副模具的使用寿命，直接关系到制件的成本。而每种产品的预期产量，又因市场需求而定。在考虑设计模具时，除了每模的型腔数之外，就要考虑其使用寿命。最理想的情况是当模具寿命终了时，该产品正好退出市场。但这实际很难推断，因为市场需求是变化的。批量小，则对制材的要求可以低些；而批量大时，必须选择优质钢材，以延长使用寿命而避免重复制作模具。2塑件的尺寸精度塑件的尺寸精度，有50%取决于模具。而模具的制造精度及耐磨损性能又决定制件的合格率。对于要求高精度（SJ1372-78的3、4级精度）以及超高精度(SJ1372-78的l、2级精度)的塑件，即使产量极低，也应选用优质模具钢。3制件的复杂程度制件越复杂，型腔的加工就越难，因而必须选用切削性能好的钢材。制件复杂程度高，表现在制件图样上的尺寸数目多，加工部位多。因而加工的应力变形必须考虑。4制件的体积大小制件越大，型腔的切削量越大。用大吃的刀量切削时，切削应力越大。因此对于大制件的模具最好选用易切钢。制件小时，型腔体积小，所用的刀具（主要是铣刀）强度低，切削量很小。选择钢材时应选用质地均匀，合金炭化物分布细而匀称的钢材。小模具多先作预硬化处理然后加工，要考虑加工的可能性。5制件的外观要求塑件如为外观装饰件，则表面的质量好坏能很大程度上影响产品的销售，凡对塑件外观有严格要求的塑件，最好选用真空熔炼或电渣熔炼钢，以达到最好的型腔抛。3.10.3 模具钢的选定模具钢的选择及参数见表3-6。表3-6模具钢的选择及其热处理16 序号零件名称选用材料热处理1动模座板50调质123235HB2定模座板50调质125235HB3动模板50调质183235HB4定模板50调质183235HB5垫块50调质25235HB6斜滑块50调质183235HB7斜导柱T10调质55HRC8推杆固定板45调质125235HB9导柱T10调质55HRC10导套T10调质55HRC11浇口套50调质183235HB12顶杆T10调质55HRC13复位杆T10调质55HRC14凸模P20调质5862HCR15凹模P20调质5862HCR3.11 本章小结本章内容较多，属于此次设计的重点章节，讲述了这个塑件模具结构设计的过程。从最开始初步选定注射机到确定型腔分布、分模面选择、浇口选择、流道选择、顶出方式选择、抽芯方式选择、模架选择、还有冷却系统、排气系统等的结构设计的计算和确定；到最后进行模具零件设计、装配设计、加工设计等。其中使用了Moldflow对浇口进行分析，在Pro/e中进行开模仿真，Mastercam进行模具型腔的数控编程，生成数控代码。通过这个章节，让我系统的了解了整个模具设计的流程。63第4章 注射机的校核4.1 最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在注射机额定注塑量80%以内。 已知m=5.3g。据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： m 0.8m公 （4-1）5.3g24gm公一副模具所需塑料熔体的质量或容积，cm3 或 g ；最大注塑量校核满足要求。4.2 锁模力的校核当高压的塑料熔体充满型腔时，会沿注射机轴向产生很大推力，因此为不发生因锁模不紧而产生溢边现象必须校核锁模力。在确定了型腔压力和分型面面积之后17，可以按下式校核注射机的额定锁模力： 图4-1 pro/e中塑件投影面积计算 FT=KAP （4-2）F0.316001190=571.2KN250 KN 式中 F注射机额定的锁模力，N；T型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力，N；P注射压力，MPa；K压力损耗系数，通常取0.20.3，取K=0.3 。A塑料与浇注系统在分型面上的投影面积,mm2。如图4-1所示：A=A上+A下+A浇=667.476+667.503+2661600mm （4-3）按照上面计算得出注射机的额定锁模力F型腔内塑料熔体沿注射机轴向的推力T，因此前面所选的注射机不符合此次设计的模具，按照锁模力要求再次选择注射机XS-ZY-125。XS-ZY-125型注射机主要工艺参数见表4-1：表4-1 XS-ZY-125型注射机主要工艺参数18 特性 内容 特性 内容 结构类型 卧式 模板行程(mm) 300注射容量（cm） 125最大模具厚度(mm) 300螺杆(柱塞)直径(mm) 42最小模具厚度(mm) 200注射压力(105Pa) 1190模具定位孔直径(mm) 100最大注射面积(cm2) 320喷嘴球半径(mm) 12锁模力(10KN) 90喷嘴口直径（mm） 4F0.316001190=571.2KN900 KN所以初选的XS-Z-30型注射机不满足锁模力校核，再次选择的XS-ZY-125型注射机满足锁模力校核，因为XS-ZY-125型注射机额定注塑量XS-Z-30型注射机的额定注射量，所以XS-ZY-125型注射机也满足最大注塑量校核。4.3 模具厚度校核模具厚度必须满足下式：Hmin Hm Hmax （4-4）式中 Hmin注射机所允许的最小模具厚度，mm；Hm 所设计的模具厚度,mm；Hmax注射机所允许的最大模具厚度,mm。模具Hm=271 mm 200mm271 mm 300mm 满足要求。4.4 喷嘴尺寸校核模具的主流道衬套始端的球面半径让R2取比注射机喷嘴球面半径R1大12 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.51 mm，凹坑深取h=35mm。如图4-2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。R11R2图4-2 喷嘴与浇口套尺寸已知尺寸：R1=12mm，d=4mm，R2=13mm，D=4.67mm，h=3mm满足以上校核要求。4.5 开模行程校核模具开模后为了便于取出塑件，要求有足够的开模距离，而不同的注射机开模行程是有限的，因此模具设计时必须进行注射机的开模行程校核。 （4-5）式中 注射机最大开模行程，mm； 模具所需的开模距离，mm。鼻毛修剪器上下盖模具所需开模距=50mm, 300mm 满足要求。4.6 本章小结本章主要内容为所选注射机的校核，初选的XS-Z-30型注射机因不满足锁模力校核，所以再次选择XS-ZY-125型注射机。经过注塑量校核、注塑压力校核、模具厚度校核、喷嘴尺寸校核、开模行程校核，再次选择的注射机均满足要求，所以最终确定注射机选用XS-ZY-125型注射机。第5章 模具型腔加工5.1 加工方法及工艺目前，高速铣削(HSM)与电火花加工(EDM)是型腔模具加工的主要手段，高速铣削可以完成加工零件大部分加工表面，通过电火花加工型腔及清角，最后抛光处理保证零件的表面粗糙度。在型腔模具加工中，高速铣削加工可以直接加工比较平坦的浅型腔，质量高、效率高。对于模具的复杂型面、深窄小型腔、尖角、窄缝、沟槽、深坑等处的加工，必须由电火花加工完成。高速铣削可以为电火花加工去除更多的加工余量，使放电加工时电极与工件的加工面均匀放电，电极损耗均匀，从而提高加工效率。因此，应该综合运用HSM与EDM进行型腔模具的加工。工艺方案制定主要取决于模具的材料及性能、型腔的尺寸精度及表面粗糙度、模具的形状、加工效率以及现有的机床设备等。在加工模具型腔时合理确定加工工艺策略，将工序划分为粗铣、半精铣、精铣三个工步，并合理确定每个工步的铣削方式、走刀方式以及进退刀方式。利用Mastercam X6软件，采用顺铣、螺旋斜向进退刀方式加工，针对不同的加工区域采用不同的走刀方式，粗加工采用粗加工刀具路径加工，半精加工、精加工时，沟槽侧面、圆弧面采用等高线刀具路径，水平面采用水平区域刀具路径加工，采用球弧铣刀铣削圆弧槽12。5.2 CAM软件的选用CAM(computer Aided Manufacturing，计算机辅助制造)是利用计算机来进行生产设备管理控制和操作的过程。它输入信息是零件的工艺路线和工序内容，输出信息是刀具加工时的运动轨迹(刀位文件)和数控程序。常用CAM软件有UG NX、Pro/NC、CATIA、MasterCAM等，本课题选用MasterCAM对模具模仁进行加工制造仿真。MasterCAM是数控加工自动编程常用的软件,它提供刀具选择、加工路径规划、切削用量设定等功能,设置有关参数,编辑好后处理文件,就可以自动生成加工程序并传输至数控机床,最终完成零件的加工。5.3 加工参数设置由于鼻毛修剪器上下盖凹凸模加工程序复杂，加工步工序较多，如图5-1、5-2所示。在这里就对一个指定位置进行加工的参数设置，具体加工位置为图5-3中绿色面19 120。 图5-1凹模刀具路径 图5-2凸模刀具路径图5-3 鼻毛修剪器上下盖凹模鼻毛修剪器上下盖凹模指定位置粗加工刀具参数设置如图5-4、5-5所示。 图5-4 刀具参数设置 图5-5 加工工艺设定鼻毛修剪器上下盖凹模指定位置凹模半精加工参数设置如图7-6、7-7所示。 图5-6 刀具参数设置 图5-7 加工工艺设定鼻毛修剪器上下盖凹模指定位置凹模精加工参数设置如图5-8、5-9所示。 图5-8 刀具参数设置 图5-9 加工工艺设定5.4 型腔曲面的加工仿真型腔曲面加工仿真结果图如下图（5-10,5-11,5-12,5-13）。图5-10 凹模粗加工仿真图图5-11 凹模精加工仿真图图5-12 凸模粗加工仿真图图5-13 凸模精加工仿真图5.5 本章小结本章主要介绍了鼻毛修剪器上下盖模具型腔的加工方法和加工工艺。进一步了解了CAM技术的用途，选用了Mastercam软件来完成型腔的数控加工，设定刀具参数和工艺参数，然后生产数控加工仿真和NC加工代码。第6章 工作总结与展望6.1 工作总结此次毕业设计完成了整个模具的设计过程，主要完成内容分以下六个步骤：1、 对公司新产品SD2106鼻毛修剪器的调查分析，确定上下盖基本尺寸形状和结构，然后根据以后相似产品和自己公司要求对上下盖三维造型；2、 对注射机进行选择，初选注射机为XS-Z-30型注射机，后经过注塑量校核、注塑压力校核、模具厚度校核、喷嘴尺寸校核、开模行程校核。因初选注射机不满足锁模力校核、模具厚度校核，所以经过校核最终选用XS-ZY-125型注射机。3、 通过Moldflow软件对鼻毛修剪器上下盖进行填充分析，经查看是否产生熔接痕、气穴，发现塑件出现气穴较多，所以要加强排气系统。4、 塑件模具结构设计的过程。确定型腔分布、分模面选择、浇口选择、流道选择、顶出方式选择、抽芯方式选择、模架选择、还有冷却系统、排气系统等的结构设计的计算和确定。其中很多计算步骤得出结果不太符合设计要求，经过多次计算，查阅资料和复核检查，最终的到符合设计要求数据。5、 选用了Mastercam软件来完成型腔的数控加工，设定刀具参数和工艺参数，然后生成NC加工代码、形成数控加工仿真。6、 完成整个设计过程后，出模具三维图，做开模仿真，画模具二维装配图，和部分需加工零件图，最后完成整个毕业设计。 总体来说这次的模具设计过程虽然工作量比较大，也遇到很多困难，有些结构还有改进空间，但它还是一次可行的设计，目前可以实际运用到生产当中。 6.2 展望由于毕业设计时间较仓促，工作量较大，涉及的知识面较广，加之设计经验有限，所以也有较多地方可以改善，比如这次的模具设计，侧抽机构较多，过于复杂，造成制造加工的工作量和成本。在这次设计中，还让我明白好的设计需要大量知识与经验的积累。一开始我并没有花费很多时间去查找资料和看一些教学视频，一味自己一个人就对着几本教科书和少量公司的资料开始自己的设计，结果不是毫无头绪，就是设计出来的总是被否定掉，计算出来的数据总是有很大出入。后来去图书馆借了八本相关书籍和在电子资源库上下载了一些相关资料自己查阅翻看。再动手去做就快了很多，做出来的成果也得到了指导老师的认可。所以好的设计需要大量知识与经验的积累，在今后的设计工作中我会不断的完善模具的设计理念，积累设计经验，从而提高自己的总体设计水平。参考文献1 周勇泰.我国塑料模具现状与发展趋势J.中国模具工业协会，2000，6（29）：1.2 H an X, Chen W . Research on mould CAD/ CAE/ CAM incorporate system based on Web
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