TBQ-51滚轮注塑模具设计含NX三维及15张CAD图
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TBQ
51
滚轮
注塑
模具设计
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TBQ-51滚轮注塑模具设计含NX三维及15张CAD图,TBQ,51,滚轮,注塑,模具设计,NX,三维,15,CAD
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中文摘要TBQ-51滚轮注塑模具设计本文主要介绍TBQ-51滚轮塑料模具设计。设计中采用UG进行分模和型芯、型腔设计。查阅相关资料，根据我国最新工程（模具）标准以及欧美国家设计标准进行模架的选择和设计。根据塑件结构重新设计相关板的结构和增设相关零件。工件的材料为POM+30%GF。设计完毕，使用UG进行三维模具实体装配。选用XS-ZY-125注塑机并校核相关设计数据。使用AUTOCAD软件完成模具的2D总装图和若干零件图的绘制。编制塑料成型加工工艺参数。设计过程中研究分析模具的经济性和合理性。模具设计主要内容包括：一模四腔，型芯采用小型芯结构设计，推出方式采用推杆推出，进料方式采用点浇口进料等。关键词：注塑模具；POM+30%GF；TBQ-51滚轮；I外文摘要Title TBQ-51roller and Mold designThis paper mainly introduces the design of plastic mould for the TBQ-51 roller. UG was used to divide the die and design the core and cavity. According to the latest engineering (mould) standards in China and the design standards of European and American countries, the selection and design of the mould base are carried out by consulting relevant information. It was redesigned the structure of the related plate and added related parts according to the structure of the plastic parts. The material of workpiece is POM + 30% GF.After it designing , the solid assembly of three-dimensional die was carried out by UG. XS-ZY-125 injection moulding machine is selected and relevant design data were checked. It used AUTOCAD software to complete the drawing of 2D assembly drawings and parts drawings of the die. Processing parameters of plastic moulding are worked out. In the design process, the economy and rationality of the die were studied and analyzed. The main contents of die design include: one mold and four cavities, the pushing method adopting push rod, and the feeding mode adopting point gate feed.Keywords: TBQ-51 roller; POM + 30% GF; injection mold;II目录第一章 绪论11.1、本课题国内外研究动态11.2、本课题的选题依据和意义2第二章 塑件成型工艺性分析42.1 TBQ-51滚轮的三维图42.2 塑件的工艺性分析42.2.1 结构分析42.2.2 工艺分析42.2.3 成型分析42.3 POM+30%GF的材料特性及成型工艺52.3.1POM+30%GF的材料特性52.3.2 POM+30%GF的成型性能62.3.3 POM+30%GF的性能及成型参数7第三章 利用UG初始模具设计93.1 UG的注塑模向导功能介绍93.2 模具设计过程9第四章 注塑机的确定114.1 注射机型号的选择114.2 型腔数量的确定114.3最大注射量的校核124.4 锁模力的校核134.5 注射压力的校核134.6 模具与注射机安装部份的校核134.7开模行程校核14第五章 模具结构的设计155.1排位及分型面的设计155.1.1 塑件在模具中的位置155.1.2 分型面的设计155.2 成型零部件的设计及尺寸的计算165.2.1 凹模和凸模的结构设计165.2.2 成型零部件的尺寸计算175.3 标准模架的选择215.4 浇注系统的设计225.4.1 主流道的设计225.4.2 分流道的设计225.4.3 浇口的设计235.4.4 冷料穴的设计235.5 推出和复位机构的设计245.5.1 推出机构245.6 冷却系统的设计245.7 排气系统的设计25第六章 模具经济性分析26第七章 结论28参考文献29致 谢30第一章 绪论1.1、本课题国内外研究动态目前，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1。因此，放眼未来，国际、国内的模具市场总体发展趋势前景看好，预计中国模具将在良好的市场环境下得到高速发展，我国不但会成为模具大国，而且一定逐步向模具制造强国的行列迈进。“十一五”期间，中国模具工业水平不仅在量和质的方面有很大提高，而且行业结构、产品水平、开发创新能力、企业的体制与机制以及技术进步的方面也会取得较大发展2。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展3。我国模具行业今后仍需提高的共性技术有4：(1) 建立在CAD/CAE平台上的先进模具设计技术，提高模具设计的现代化、信息化、智能化、标准化水平。(2) 建立在CAM/CAPP基础上的先进模具加工技术与先进制造技术相结合，提高模具加工的自动化水平与生产效率。(3) 模具生产企业的信息化管理技术。例如PDM（产品数据管理）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及INTERMET平台等信息网络技术的应用、推广及发展。(4) 高速、高精、复合模具加工技术的研究与应用。例如超精冲压模具制造技术、精密塑料和压铸模具制造技术等。(5) 提高模具生产效率、降低成本和缩短模具生产周期的各种快速经济模具制造技术(6) 先进制造技术的应用。例如热流道技术、气辅技术、虚拟技术、纳米技术、高速扫描技术、逆向工程、并行工程等技术在模具研究、开发、加工过程中的应用。(7) 原材料在模具中成形的仿真技术。(8) 先进的模具加工和专有设备的研究与开发。(9) 模具及模具标准件、重要辅件的标准化技术。(10) 模具及其制品的检测技术。(11) 优质、新型模具材料的研究与开发及其正确应用。(12) 模具生产企业的现代化管理技术。模具行业在“十一五”期间需要解决的重点关键技术应是模具信息化、数字化技术和精密、超精、高速、高效制造技术方面的突破5。随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响6。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品7。1.2、本课题的选题依据和意义塑料工业是发展历史短但发展速度惊人的新兴工业之一。现今，塑料已成为四大工业基础材料（钢铁、木村、水泥和塑料）之一，21世纪跨入塑料工业迅猛发展的时代。由于塑料具有质量轻、强度高、耐腐蚀、绝缘性好、易着色、制件可加工成任意形状，而且具有生产率高、价格低廉等特点，所以应用日趋广泛，年增长居四大工业材料之首，已经深入到国民经济的各个部门6。模具工业在我国国民经济的重要性表现在国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石油化工和建筑，都要求模具工业的发展与之相适应，以满足五大支柱产业发展的需要，以汽车、摩托车行业模具市场为例，在工业发达国家，汽车、摩托车行业是模具的最大市场其占整个模具市场的一半左右，汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到明确目的。通过对模具行业的现状，发展趋势的的研究，从以下几个方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离8。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用9。选题意义（1）通过本次毕业设计，使我能够真正的巩固所学的专业知识。（2）在这次毕业设计中，使我运用到许多绘图和分析软件，培养我在此基础上掌握运用专业软件解决实际问题的能力。（3）通过本课题的研究，培养我综合运用所学基础理论知识、基本技能和专业知识，联系生产实际以及自我分析和解决问题的能力。29第二章 塑件成型工艺性分析2.1 TBQ-51滚轮的三维图该零件为TBQ-51滚轮，原材料为POM+30%GF，批量较大。该制件在使用过程中起支撑作用，要求有较高的致密度，如图2.1。图2.1 TBQ-51滚轮2.2 塑件的工艺性分析2.2.1 结构分析塑件上下端面平行对称。上部下部开有十个通孔。上端面壁厚不均且伴有小凹槽以及通孔。整体呈柱状且质量分布均匀。作为支撑部件，要求一定的强度。2.2.2 工艺分析型芯上的孔洞不宜直接加工，宜采取镶块安装，以便于经济和后期处理。内部的凹槽壁薄同样不宜直接加工，应以镶块直接安装于型芯，形成凹槽。塑件上端面上的凹槽深度过小，不宜布置于型芯，应直接由其他零件形成。因为塑件批量大，若一模一腔，需要的注塑机数量过多，资源浪费，若一模多腔，则模具过大，装运及安装费时费力和注塑机选择性少。综合考虑，宜采用一模四腔。2.2.3 成型分析考虑到塑件上下端部壁厚，中间壁薄，若采用测浇口，熔料由下至上流动则可能造成塑件整体致密度不够，达不到塑件本身结构上的支撑作用；采用点浇口，熔料由上而下流动则可因重力作用，对致密度的影响较小。同时考虑工作效率和经济效益，多个点浇口会造成资源浪费。综合多个因素，宜采取一个点浇口布置在顶端进浇，这样进浇平衡，熔料成型平稳，塑件各处强度较好。因为塑件起到支撑作用，因而对其表面粗糙度、尺寸精度有着一定的要求。在成型过程及推出环节，都应注意对表面质量的保护、控制。另外，模具中镶块较多、塑件壁厚不均且有细小部件，宜在成型过程中控制温度、时间、压力等因素，选取最佳参数进行生产，以减小对模具的破坏，减少修模的周期和次数。2.3 POM+30%GF的材料特性及成型工艺2.3.1POM+30%GF的材料特性POM+30%GF聚甲醛热塑性结晶聚合物。被誉为“超钢”或者“赛钢”，又称聚氧亚甲基。英文缩写为POM。通常甲醛聚合所得之聚合物，聚合度不高，且易受热解聚。可用作有机化工、合成树脂的原料，也用作药物熏蒸剂。因此POM+30%GF几乎具有三者所有的性质，且三者相互作用、相互制约,使POM+30%GF具有许多材料无法比拟的综合性能。其中，丙烯腈极性强，内聚力大，使聚合物强度高、耐腐蚀性好。丁二烯能显著改善材料的耐磨性、耐水性、耐油性等。苯乙烯可以使POM+30%GF呈现出热塑性塑料的加工特性，同时它也可以使POM+30%GF拥有良好的染色性能。一般三者在POM+30%GF中比例依次为25%35%、25%30%、40%50%。比列的不同使用，会造成不同的结果。比如丁二烯比列过高，就会造成POM+30%GF材料变得硬度小、外观光泽度变差、熔融流动性不佳。因此，一般选择适合比例的POM+30%GF材料进行注塑。 POM+30%GF性质上为无毒、无味，外观有的是颗粒，有的为粉状，颜色多呈象牙色、半透明或透明。其密度略大于水，密度为1.42 g/cm，投入水中，缓慢下沉，并不溶于水，但其吸湿性和湿敏性都较大，容易潮湿，因此储存时，应保持环境干燥。POM+30%GF耐热性偏差，不能对其用过高温度长时间干燥，当温度超过175，则会造成其热分解，造成材料浪费和破坏。POM+30%GF在三种单体结合的综合作用下，拥有良好的力学性质，一方面它的抗冲击性比较优良，其虽不能承受高温，但其可以承受低温，最低一般可达到零下40，这也是其被广泛使用的原因之一。其抗冲击性虽好，但其熔体对剪切速率比较敏感，速率过高可造成其粘度过低，因而其多用中等载荷和低转速下的轴承下的送料方式。POM+30%GF可以广泛使用也离不开其良好的绝缘性，作为常用的绝缘材料，其几乎不会受外界的影响，包括温度、压力、湿度等因素，始终保持自身性质。但其也有一些无法避免的缺陷，如其一般不溶于水、酸，却溶于酮、氯代烃，从而产生开裂等现象。另外，POM+30%GF不能承受曝晒，这主要是其在紫外线的作用下易分解，所以用在户外的POM+30%GF产品往往半年就得更换。总的来说，POM+30%GF综合使用性能优良。因此POM+30%GF塑料在机器、家电、汽车、纺织、船舶等制造及生产等领域中获得了大量的应用。此外，POM+30%GF也常用来制作文教用具、体育用品、玩具、电子琴及食品包装容器、农药喷雾器及家具等日常生活用品、物品。2.3.2 POM+30%GF的成型性能POM+30%GF吸湿性大，比较容易受潮湿环境影响，所以一般使用前必须充分进行充分干燥。通常情况下，成型前，对原材料用8090的温度进行长达2小时的干燥处理，使其含水量降到0.1%左右的最佳成型条件，再进行倒料、熔料，否则最终的成型产品容易出现气泡、银丝等致命瑕疵。如果对塑件的尺寸精度、表面粗糙度有较高的要求，应先对模具进行预热，待模具温度达到一定的温度（5080），再进行注射成型工艺。一般情况下，熔融的POM+30%GF粒料冷却成型的时间较短，若是采用冷浇道的注塑模具，其浇注系统流道应该首先考虑短且较粗的尺寸，最好可以设置冷料穴，浇口也应该考虑尺寸较大的，一般常采用扇形浇口或者直接浇口等。另外，根据经验，POM+30%GF进行成型工艺前，应对模具加热且控制好温度。前面提到过，POM+30%GF的耐热性不够强，所以模温对成型塑件的质量有比较大的影响。若预热的模具温度过高，一方面可能造成产品开模后冷却时间长，成型周期长，影响效益。另一方面，造成成型过程中，产品熔融开裂，必要时需要采取退火处理的手段。相反的，若模温过低，成型后的产品的致密度不够大，其抗压、抗弯、抗张强度低。前文提到过POM+30%GF对剪切速率比较敏感，冷却速度较快，所以其注塑成型时，喷嘴多采用直通式，注射机采用螺杆式且注塑速度一般多用中低速。2.3.3 POM+30%GF的性能及成型参数POM+30%GF的主要性能参数如表2.1。表2.1 POM+30%GF的主要性能参数POM+30%GF的主要性能性能参数拉伸弹性模量/GPa2拉伸强度/MPa38摩擦率0.45屈服强度/MPa50热变形温度/90108弯曲弹性模量/GPa1.4热导率/（Wm-1K-1）0.263体积电阻率/（m-3）71014断裂伸长率（%）35密度/（gcm-3）1.42熔点/130160弯曲强度/GPa80比热容/（Jkg-1K-1）1470计算收缩率（%）0.40.7POM+30%GF的主要成型工艺参数如表2.2。表2.2 POM+30%GF的主要成型工艺参数项目塑料POM+30%GF高抗冲POM+30%GF耐热POM+30%GF电镀级POM+30%GF阻燃POM+30%GF透明POM+30%GF注射机类型螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆式螺杆转速/（rmin-1)306030603060206020503060喷嘴形式直通式直通式直通式直通式直通式直通式温度/180190190200190200150210180190190200料筒温度/前段200210200210200220210230190200200220中段210230210230220240230250200220220240后段180200180200190200200210170190190200模具温度/507050806085408050705070注射压力/MPa70907012085120701206010070100保压压力/MPa507050705080507030605060注射时间/s353535043504保压时间/s153015301530205015301540冷却时间/s153015301530153010301030成型周期/s407040704070409030703080第3章 利用UG初始模具设计3.1 UG的注塑模向导功能介绍UG是一款功能齐备、性能强大的三维设计软件，其中的注塑模向导应用模块是进行塑件的塑料模设计的优良的、快捷的实用工具。大量的模具设计与研发基于该模块功能进行优化、调整。它也是很多公司模具工程师首选的模具设计工具。UG注塑模向导模块支持经典的塑料模具设计的全部工作，包括从读取塑件模型的参数的初始化项目开始，到确定和调整塑件的开模方向、根据材料设定塑件的收缩率、设置模坯工件、塑件的分型面、定义塑件型芯与型腔，到模架选择、加载标准件（如定位圈、浇口套、复位杆、顶杆等），再到设计顶块、滑块，最后到冷却水路、流道设计等。随着研发人员不断的完善模块功能，注塑模向导的应用在塑料模具设计中愈发便捷、日益重要。3.2 模具设计过程（1）UG读取塑件模型参数，进行初始化项目。（2）定义模具坐标系，调整塑件开模方向。（3）设置合适尺寸和形状的模坯工件，以便于后期处理生成的模具型芯与型腔。（4）根据塑件尺寸，合理设置模腔布局。（5）进行模型表面的修补与分型，观察型芯与型腔。（6）加载并选择合适模架(本文根据实际需要选择三板模）。（7）调出并根据相关尺寸选择合适的标准件。（8）模具浇注、冷却系统、推出机构的初步设计（9）模具的腔体设计：包括求差出板中标准件、流道、水路或其他实体的腔体。（10）导出模具设计中的每个模具板、零件。（11）重新进行装配并进行模具结构的认识、研究。第四章 注塑机的确定4.1 注射机型号的选择前文提到POM+30%GF材料进行注射成型时，多用螺杆式注塑机，依据实际情况，综合考虑，初选XS-ZY-125型号注射机。其主要的性能、技术参数如表4.1。表4.1 XS-ZY-125注射机主要技术参数项目性能参数喷嘴圆弧半径/mm4塑化能力/kgh-135最大成型面积/cm2320最大开合模行程/mm300注射行程/mm115注射方式螺杆式模具最小厚度/mm200螺杆直径/mm42注射压力/MPa120模具最大厚度/mm300锁模力/kN900额定注射量/cm312喷嘴孔直径/mm125拉杆空间/mm260*2904.2 型腔数量的确定型腔数量的确定是模具进行模架选择和整体结构设计首先需要考虑的问题，而型腔数量的确定方式多种多样。有先根据现有注塑机的情况下，选择型腔数量；也有根据工程量，先确定型腔数量，再进行注塑机的选择。这里，我们主要根据注塑机的规格来设计型腔数量。利用注塑机的参数来确定型腔数量也有多种方式，下面根据注射机的额定塑化速率初步确定模具型腔的数量n。即按如下公式确定数量： （4.1）式中， n型腔数量； m1单个塑件的体积，单位g； m2浇注系统凝料的塑料体积，单位g； K注射机的最大注射量的有效系数，通常取0.8左右，依据设备老旧程度选值。 M注射机的额定塑化量，单位g/h； T成型周期，单位s。通过UG分析，塑件质量约为8.7g，如图4.1所示。依据生产经验，初步估计浇注系统凝料为7g左右。又根据表2.2、表4.1，初选成型周期为40s，额定塑化量为35000g/h。代入式4.1，发现注塑机型号偏大，但考虑到上一章节中所选模架的尺寸，注塑机型号不变。因为该塑件需要较大批量的生产，根据现实情况，一模一腔是不符合经济技术要求的，考虑采取多模腔设计。但依据经验，随着模腔数的增加，会影响成型塑件的表面质量和尺寸的精度。前文提到过，该塑件起到支撑结构作用，需要一定的尺寸精度和表面质量要求。同时查阅资料，由SJ1372-1978标准和塑料模具手册知，塑料制品的尺寸精度等级总共分为8级，其中POM+30%GF塑件常选35级精度，3级为高精度，4、5级别为中低精度等级且本塑件选用5级精度即可达到使用要求。在有一定精度要求下，不考虑四腔及以上的型腔数量，否则成型精度达不到要求。若是三腔设计，模具体积过大，结构复杂程度较大。综合考虑，本次设计采用一模两腔的设计方式。4.3最大注射量的校核型腔数确定后，需要对注塑机的其它一些关键技术参数进行校核，其中就包括注塑机的最大注射量。最大注射量就是用来满足一次成型过程中所需要的所有熔料体积或质量，其中一般包括塑件用料和浇注系统的用料、注塑机本身设备相关用料等。即注塑机的最大注射量应满足： （4.2）式中 mn注射机最大注射量（cm3）； m单个塑件的体积（cm3）；mj浇注系统凝料的体积（cm3）；n型腔数量（取2）。k注射机最大注射量的利用系数，取0.8。经UG分析，单个塑件体积约为8.3cm3，浇注系统凝料约为2.5cm3，通过计算，校核通过。4.4 锁模力的校核锁模力也是注塑机的关键参数之一，它主要用来保证注塑机可以给模具提供足够的压力，确保模具不会在成型过程中胀开。因此，可以说锁模力一定程度上也保证了塑件的表面质量。通常锁模力可采用下列公式进行校核： （4.3）式中 ，Fn注射机额定锁模力（KN）； n型腔数量，取2；P熔体对模腔平均压力（MPa）,一般取注射压力的80%；Az塑件在分型面的投影面积（cm2）；Aj浇注系统在分型面的投影面积（cm2）。经UG分析，塑件在分型面上的投影面积为15.6cm2，浇注系统在分型面上的投影面积为9cm2，通过计算，校核通过。4.5 注射压力的校核注射压力的校核是注塑机规格的常用校核方式之一。注射压力的校核方式比较简单，主要依据所选用的材料、所成型塑件的形状及结等方面进行考虑。查阅资料知，POM+30%GF注射成型时所需的型腔压力约为30MPa，而所选注塑机的额定压力为120MPa，远远大于所需的30MPa，所以校核通过。4.6 模具与注射机安装部份的校核因为模具需要安装到注塑机上，所以注塑机有关模具的安装参数的校核是必须进行的。模具的闭合高度是注塑机安装部分的主要校核参数之一，它主要按以下公式进行： （4.4） 式中 Hmin注射机标注最小模厚（mm）；Hmax注射机标注最大模厚（mm）；H模具闭合高度（mm）。经设计后，模具闭合高度为276mm。从表4.1知，注塑机的可以安装模具的最大模厚为300mm，最小模厚为165mm。满足，所以校核通过。4.7开模行程校核注塑机的开模行程关乎塑件和浇注余料是否可以被顶出和取出，所以其参数的是必须进行校核的。考虑到注射机采用联合作用合模机构，因此校核开模行程时可以忽略模具厚度的影响。这样，注塑机的行程校核通常按以下公式进行： （4.5）式中 S最大开模行程（mm）；H1顶出距离（脱模距离）（mm）；H2包括浇注系统在内塑件高度（mm）。经设计后，模具顶出距离为15mm，凝料高度为71mm，显然，校核通过。第五章 模具结构的设计5.1排位及分型面的设计5.1.1 塑件在模具中的位置由于该塑件起支撑结构作用，要求具有一定的致密度和强度，物理与力学性能尽可能均衡稳定，所以模具型腔在分型面上的排布形式采取平衡式布置形式，如图5.1。图5.1 塑件在模具中的位置1动模；2型芯；3定模平衡式排布形式，其主要优势是从主流道到各个型腔的浇口的分流道长度、截面形状和大小均对应相同，这样就可以促使熔料均匀地进入各个型腔并且同时充填完毕，从而使所成型的产品质量分布均匀，内在各处物理与力学性能一致。5.1.2 分型面的设计分型面形式的选择是影响模具结构的一个关键性因素之一，它与模具的整体结构选择、流道的设计、塑件的推出方式、模具的加工工艺等有关。因此，分型面的选择和设计是塑料模具设计中的一个重要内容。由于分型面受流道设计、塑件在模具中的位置、塑件技术与工艺性要求、塑件的推出方式、排气系统设计等多方因素的影响，因此经过综合考虑，且结合分型面一般设计原则，即设置在塑件外形最大截面处、模具加工工艺性良好、保证塑件相关技术要求、脱膜方式可靠易行等，设计如图5.2。图5.2 分型面选择5.2 成型零部件的设计及尺寸的计算5.2.1 凹模和凸模的结构设计在凸模设计中，采用小型芯的结构。这是因为一方面考虑到塑件的底部有一薄壁管状结构，在模具加工制造过程中难以直接加工成型。另一方面，塑件四周的柱状通孔较深且有台阶，在浇注过程中，这样的型芯部分容易受到熔料的冲击破坏。在实际生产过程中，模具的频繁更换和修模，会给企业带来极大大不便。综合因素考虑，将台阶通孔和管状薄壁处做成小型芯嵌在凸模中，如图5.4和图5.5。图5.3型芯图5.4 小型芯嵌入凸模中5.2.2 成型零部件的尺寸计算塑件尺寸的精度受较多因素的影响，主要有塑件的成型材料（材料的收缩率）、塑件的结构和成型工艺、模具加工工艺和装配误差、模具的结构设计、模具生产过程中的磨损等因素。通常计算过程，塑件成型后的尺寸误差为上面各影响因素所造成的误差之和，即： （5.1）式中，塑件的成型总误差； Z模具成型零件加工制造误差； S成型材料收缩率波动造成的误差； C模具成型零件的使用磨损带来的误差； j模具成型零件的配合间隙精度误差； a模具装配误差。由此可以看出，塑件误差为累计误差。为简化计算，计算过程中多采用使塑件尺寸的公差值大于或等于塑件的累积总误差，即 （5.2）这里，塑件制造精度等级为MT5。同时，采用按平均收缩率、平均磨损量和平均制造公差为基准的计算方法。a. 型腔的尺寸计算（1）型腔的径向尺寸计算 （5.3）式中，Lm型腔径向尺寸（mm）；S塑件的平均收缩率；LS塑件径向公称尺寸（mm）；z塑件公差值（mm）；凹模制造公差（mm）。依据经验，z可取/3。查资料知，POM+30%GF的平均收缩率为0.55%。经计算后，将型腔径向的主要计算尺寸，列表5.1。表5-1 型腔径向尺寸计算塑件径向基本尺寸/mm塑件精度等级塑件公差值/mm型腔制造等级型腔径向计算尺寸/mm27.5MT50.46IT827.5MT50.46IT823.2MT50.32IT88.2MT50.18IT83MT50.16IT82.5MT50.16IT8（2）型腔的深度尺寸计算 （5.4）式中，Hm型腔的深度尺寸； Hs塑件的凸起部分高度尺寸； x修正系数，x=1/22/3，当塑件尺寸较大、精度要求低时取较小值；反之，取较大值。本次设计，取较大值2/3。经计算后，将型腔深度的主要计算尺寸，列表5.2。表5-2 型腔深度尺寸计算塑件凸起高度基本尺寸/mm塑件精度等级塑件公差值/mm型腔制造等级型腔径向计算尺寸/mm23.2MT50.32IT821.2MT50.32IT83MT50.16IT82MT50.16IT8b. 型芯的尺寸计算（1） 型芯的径向尺寸计算 (5.5)式中，lm型芯的径向尺寸； ls塑件的内表面径向尺寸； z模具的制造公差，z取/3； 塑件的内表面径向尺寸公差值。经计算后，将型芯径向的主要计算尺寸，列表5.3。表5-3 型芯的径向尺寸计算塑件内表面径向尺寸/mm塑件精度等级塑件公差值/mm型腔制造等级型腔径向计算尺寸/mm32MT50.46IT832MT50.46IT86MT50.18IT85MT50.18IT83MT50.16IT8（2） 型芯的高度尺寸计算 （5.6）式中，hm型芯的高度尺寸； hs塑件上孔或槽的深度尺寸； x修正系数，x=1/22/3，当塑件尺寸较大、精度要求低时取较小值；反之，取较大值。本次设计，取较大值2/3。 经计算后，将型芯高度的主要计算尺寸，列表5.4。表5.4 型芯的高度尺寸计算塑件孔或槽基本尺寸/mm塑件精度等级塑件公差值/mm型腔制造等级型腔径向计算尺寸/mm30MT50.46IT829.75MT50.46IT810MT50.18IT85MT50.18IT8（3） 中心距尺寸的计算标注制造公差后，则有： （5.7）式中，Cm模具中心距尺寸； Cs塑件中心距尺寸；z模具成型零件制造误差，可取/8。经计算后，将模具中心距的主要的计算尺寸，列表5.5。表5.5 中心距尺寸的计算塑件中心线的基本尺寸/mm塑件精度等级塑件公差值/mm模具制造等级型腔径向计算尺寸/mm50MT50.40IT1025MT50.32IT105.3 标准模架的选择模具结构采用三板模，模架结构如图5.9。图5.9 模架结构图5.4 浇注系统的设计5.4.1 主流道的设计主流道的位置、截面形状和长度布置对熔料流动过程的时间、速度等方面都有着影响，进而关系到产品的成型效果。本次设计采用将主流道到布置于浇口套中，并采取浇口套和定位圈为整体式的结构设计。主流道的始端直径为3mm，末端直径为6mm，锥角约为3，长度约为52mm。其结构形式如图5.10。图5.10 浇口套和主流道结构形式5.4.2 分流道的设计分流道用来改变主流道中熔料的流动方向，使熔料保持动态平稳地进入各个型腔，达到充填效果良好的目的。本次设计采用圆形截面的分流道，其截面的比表面积较小，可以减少熔料流动过程中的热量损失，更好的充型。其截面直径设计为6mm，结构形式如图5.11。图5.11 分流道设计和截面形状5.4.3 浇口的设计浇口的设计和位置的选择恰当与否，直接影响着塑件的成型质量。考虑塑件最佳浇口的位置（详见后文7.1节），模具的浇口形式采用点浇口，且一个塑件上采用多个点浇口环型布置的形式。其结构形式简图，如图5.12。图5.12 点浇口的结构形式5.4.4 冷料穴的设计冷料穴的布置可以有效的改善塑件的局部质量，也在一定程度上起到降低熔料的流动不稳定的作用，且冷料穴布置方便、结构简单。冷料穴的布置有多种形式，结合模具结构，本次设计将冷料穴布置于主流道末端，如图5.13所示，图中右末端的半球体即为冷料穴。图5.13 冷料穴5.5 推出和复位机构的设计5.5.1 推出机构本次设计采取推杆推出机构，因为推杆的布置灵活方便，其截面多设计为圆形，不论在其修补、制造过程中，还是在其安装配合精度要求上，都容易满足工程需要。另一方面，推杆运动过程中受到的阻力较小，动作简单可靠。推杆数量设计为一个塑件2个，每个推杆高度h为5mm，总长度为122mm，尾部台肩直径为6mm，工作部分直径为4mm，其形状设计如图5.14所示。图5.14 推杆形状5.6 冷却系统的设计模具的温度直接影响模具的注射周期。在注射成型过程中，应尽量避免模具温度的较大的波动。模具温度过高，则会造成产品的变形，降低了生产速率。而模具温度过低则会影响熔体的流动，不利于塑件成型。所以需要设计冷却系统以调节模具的温度，减少成型过程中模具温度的大幅度波动。本次设计采用直流式冷却水道，每个塑件型芯中心处、距离塑件内表面12mm处布置两条水路，水路直径为10mm。因为水的比热容较大，而且容易获取，且获取成本低，使用方便。所以本次设计所采用的冷却介质为水，并采用直流式冷却水道。冷却水道形式如图5.16所示。图5.16 直流式冷却水道5.7 排气系统的设计为了使塑件达到良好的成型效果，及时的排出模具内部的气体将会起到很大的积极作用。模具中的气体产生的方式往往有多种多样的，有的是模具本身在闭合和注塑过程中气体被熔料带入型腔中，有的是熔融塑料遇到较冷的流道产生的水蒸气，有的是保压压力不够造成内部气压过大，从而在塑件内部产生压力泡。这些气体的存在对塑件的质量有着致命性的影响，可能会产生气泡、凹穴、表面质量极差等现象。另外气体不能及时的排出模具，也会影响到塑件的成型周期，内部压力偏大造成熔料的流速、充型能力达不到要求，所以应当设计合理的排气系统将模具中的气体及时排出。在本次模具设计中，将模具中的气体排出的方式主要为利用模具中各个零件之间存在装配间隙，将气体从这些间隙中排出。第六章 模具经济性分析本次设计从设计之初，就考虑到成本和经济性、环境性问题，前文中多有提及，这里简单总结。从生产角度，因为产品要求大批量，一模一腔固然使模具结构简单，设计成本低，但显然生产周期过长，占用的资源过多，影响其他产品计划部署，所以一开始就否定了此方案。后又结合注塑机选择和模具结构设计的复杂性，最终采用一模两腔的形式。此方案也是兼顾了提高塑件的成型效率和设计周期，有效地降低生产成本。同时设计较为合理的模具结构和选择合理的工艺参数有效地提升生产过程中的经济效益。从模具寿命角度，设计通过分析知，最佳浇口位置位于塑件中心地带，于是采用点浇口，且每个塑件上采取多浇口环型布置，这样既符合最佳浇口设计，也加快了成型周期。在设计成型零部件时，考率材料收缩率波动性等对塑件质量的影响，而不是仅仅提高模具制造精度来提高，否则制造困难且成本较高。在浇口形式的选择上，也是对比分析点浇口与测浇口对塑件的影响，最终采用点浇口。考虑到冷却装置对模具寿命的影响，通过分析，也是采用了结构形式简单的直流式冷却水路，加工容易。另外从材料利用率看，点浇口形式的流道、分流道结构简单、较短，造成的凝料较少，社会资源浪费少。另一方面，前文也提到过，选择点浇口容易实现余料的自动脱模，减少了人力和物力，对于生产来说，就更容易实现自动化生产，加快工程进度，提高生产效益。 本次模具设计全部成本费预计费用按以下计算法：模具价格=材料费+设计费+其他。其中各项比例大致为：材料费占比20%30%，设计费占比12%20%，其他占比50%68%（包括加工制造、运输、试模、人工等）。本次设计主要使用的钢材为45钢、T10A、Q235、P20等。其中使用45钢的零件有：动模座板、推板、推板固定板、支撑板、动模板、定模板等；使用Q235的零件有：垫片、定距拉杆、各规格螺钉等；使用T10A的零件主要是浇口套、复位杆、推杆、斜导柱等；使用P20的零件有：楔紧块、定位圈等。其中型芯和侧滑块采用Cr12MoV材料。45钢的价格为5200元/吨；T10A的价格为5500元/吨；P20的价格为13000元/吨；Q235的价格为3600元/吨。钢材的密度统一取7.85g/cm3。经测算，材料费约为4000元，取总费用的25%；设计费取总费用的12%，约为1920元；其他费用取总费用的63%，约为10080元。所以本次模具设计总成本约为16000元。 总之，模具的设计不能忽略经济性和环境性问题，一味地只强调结构的可行性和设计方便。本次设计更多地从长远出发，用发展地眼光，充分地进行模具的经济性分析并将之付诸于实际。第七章 结论本次设计的模具为散热风扇外壳塑料模具设计。散热风扇外壳外形较为复杂，结构上起支撑作用。总体思路是先进行分析塑件的最佳浇口位置，再对比分析选择浇口的类型，确定为点浇口后，优先考虑三板模设计。确定模具类型后，
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