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本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2007
目 錄
1 前 言 1
2 模具總體設(shè)計(jì) 3
2.1 制品的分析 3
2.2模具總體方案設(shè)計(jì) 4
2.3注射機(jī)的選擇 4
2.4型腔數(shù)的確定 5
2.5型腔的布局 5
2.6分型面的確定 6
2.7澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 6
2.7.1澆口的形式 7
2.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設(shè)計(jì) 7
2.7.3冷料井的設(shè)計(jì) 8
2.8冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9
2.9模架的選擇 11
2.10導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇 12
2.10.1導(dǎo)柱的選擇 12
2.10.2導(dǎo)套的選擇 13
2.11頂桿設(shè)計(jì) 13
2.12復(fù)位桿 14
2.13鎖模力校核 14
2.14開模行程的校核 15
3工藝分析及仿真加工 16
3.1模具的注塑工藝分析 16
3.2模具成型件制造工藝與加工工序 17
3.3數(shù)控仿真 18
4結(jié)論 22
參考文獻(xiàn) 23
致謝 24
附錄 25
1 前 言
隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強(qiáng)度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷地?cái)U(kuò)大。在工業(yè)產(chǎn)品中，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個(gè)傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復(fù)雜的形狀，并且還能設(shè)計(jì)成卡裝結(jié)構(gòu)，所帶來的效果是明顯的，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢(shì)不斷上升。注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法，其中最主要之一的注塑模具已經(jīng)很廣泛的采用。它在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時(shí)也決定著企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭中的反應(yīng)能力和速度。注塑模具與其它機(jī)械行業(yè)想比，有以下三個(gè)特點(diǎn)：第一，模具不能像其它機(jī)械那樣可作為基本定型的商品隨時(shí)都可以在機(jī)電市場(chǎng)上買到。模具制造不可能形成批量生產(chǎn)，即模具是單件生產(chǎn)的，其壽命越長，重復(fù)加工的可能性越小。因此，模具的制造成本較高。第二，因?yàn)樽⑺苣＞呤菫楫a(chǎn)品中的塑料制品而訂制的，作為產(chǎn)品，除質(zhì)量、價(jià)格等因素之外，很重要的一點(diǎn)就是需要盡快地投放市場(chǎng)，所以對(duì)于為塑料制品而特殊定訂制的模具來說，其制造周期一定要短。第三，模具制造是一項(xiàng)技術(shù)性很強(qiáng)的工作，其加工過程集中了機(jī)械制造中先進(jìn)技術(shù)的部分精華與鉗工技術(shù)的手工技巧，因此要求模具工人具有較高的文化技術(shù)水平，特別是對(duì)企業(yè)來說要求培養(yǎng)“全能工人”，使其適應(yīng)多工種的要求，這種技術(shù)工人對(duì)模具單件生產(chǎn)方式組織均衡生產(chǎn)是非常重要的。綜上所述，模具制造 存在成本高，要求制造周期短，技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，目前，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，這些問題得到了很大的改善。
注塑模具的特點(diǎn)：a)塑料的加熱、塑化是在高溫料筒內(nèi)進(jìn)行，而不是在模具內(nèi)進(jìn)行，因而模具不設(shè)加料腔，而設(shè)澆注系統(tǒng)，熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔。澆注系統(tǒng)對(duì)注塑模來說至關(guān)重要。b)塑料熔體進(jìn)入型腔之前，模具已經(jīng)閉合。在注塑過程中需根據(jù)塑料特性，在模具中設(shè)加熱或冷卻系統(tǒng)。c)注塑模生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng)，既可注塑小型制品，也可注塑大型制品；既可注塑簡單制品，也可注塑復(fù)雜制品，生產(chǎn)率高，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。d)注塑模一般是機(jī)動(dòng)的，結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜，因而制造周期較長，成本較高。注塑模具的應(yīng)用在當(dāng)今的時(shí)代會(huì)越來越廣的，它的特點(diǎn)使得它的用處越來越寬，涉及的范圍也大了[8]。
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對(duì)模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響，我國目前仍以手工研磨拋光為主(約占整個(gè)模具周期的l/3)，不僅效率低，且工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，質(zhì)量不穩(wěn)定，制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此，研究拋光自動(dòng)化、智能化是重要的發(fā)展趨勢(shì)。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī)，可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動(dòng)化研磨拋光。國外在模具生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)已得到十分成功的應(yīng)用。三維造型和型腔的數(shù)控加工都是由計(jì)算機(jī)輔助軟件完成的，它大幅度的縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家在模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域仍處于國際領(lǐng)先水平，他們的一些先進(jìn)的模具方面的技術(shù)被許多發(fā)展中國家，甚至是其它發(fā)達(dá)國家學(xué)習(xí)采用。亞洲以日本和韓國模具技術(shù)水平最高，其它國家與之還有較大的差距，不過他們也正在以驚人的速度發(fā)展著，國家之間的交流會(huì)使之發(fā)展更快。
本課題是關(guān)于探測(cè)器后蓋的注塑模具設(shè)計(jì)。要求運(yùn)用所學(xué)知識(shí),能很好的對(duì)注塑模具進(jìn)行設(shè)計(jì).達(dá)到熟練的掌握注塑模具的設(shè)計(jì)知識(shí),并能對(duì)注塑模具設(shè)計(jì)有更高層次的認(rèn)識(shí)的目的。
該課題的設(shè)計(jì)要求通過基于現(xiàn)代CAD技術(shù)的注塑模設(shè)計(jì),在設(shè)計(jì)過程中掌握模具設(shè)計(jì)的一般規(guī)律,對(duì)于運(yùn)用現(xiàn)代CAD技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)進(jìn)行研究和應(yīng)用,完成探測(cè)器后蓋注塑模具設(shè)計(jì). 所設(shè)計(jì)探測(cè)器后蓋注塑模具要能滿足模具工作狀態(tài)的質(zhì)量要求,使用時(shí)安全可靠,便于維修,在注塑成型時(shí)要有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性.選擇注塑模型腔進(jìn)行加工分析,用數(shù)控加工進(jìn)行編程加工。
本課題要解決的主要問題是殼體注塑模具工藝方案的擬定和殼體注塑模具的設(shè)計(jì)。
注塑模具設(shè)計(jì)總體思路如圖1-1所示
設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備
確定成形工藝選擇成形設(shè)備
擬定總體結(jié)構(gòu)草圖
設(shè)計(jì)計(jì)算、繪制總圖及零件圖
1.準(zhǔn)備設(shè)計(jì)所需的技術(shù)資料
2.了解塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.了解塑料的成形性能，計(jì)算塑件的重量和體積
2.選擇成形設(shè)備、了解設(shè)備的性能、規(guī)格、特點(diǎn)
1.確定模具結(jié)構(gòu)形式
2.確定模具的主要結(jié)構(gòu)
3.繪制模具結(jié)構(gòu)草圖
1.成形零件的設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算
2.結(jié)構(gòu)件的設(shè)計(jì)及尺寸確定
3.結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度、模具安裝尺寸的校核
4.繪制總圖及零件圖
圖1-1模具設(shè)計(jì)思路圖
本課題要達(dá)到的預(yù)期效果：
a.外觀及尺寸均符合要求，未出現(xiàn)溢邊、縮坑等缺陷；
b.結(jié)構(gòu)合理；
c.鑲拼簡單，加工簡便；
d.頂出動(dòng)作平穩(wěn)、可靠。
2 模具總體設(shè)計(jì)
2.1 制品的分析
探測(cè)器后蓋制品的形狀由曲線和一些復(fù)雜的凹槽構(gòu)成，由于測(cè)量工具的有限對(duì)曲面和較小的凹槽測(cè)量有較大誤差。在測(cè)繪曲面時(shí)采用多斷面測(cè)量，對(duì)較小的凹槽測(cè)繪采用工具和估測(cè)相結(jié)合的方法，并且對(duì)探測(cè)器后蓋結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化處理。探測(cè)器后蓋測(cè)制品圖及三維造型如2-1、2-2所示。
圖2-1 制品圖
圖2-2 制品的三維造型
該制品是ABS（苯烯腈-丁二烯-苯乙烯）塑料，重量約30g 。據(jù)參考文獻(xiàn)[3]P20可知，ABS的密度1030～1070 ，收縮率0.3～0.8%， 模具溫度50～80℃注射壓力60～100Mpa，最大不溢料間隙0.04mm，塑件的尺寸精度為5～6級(jí)，則模具型腔的尺寸精度應(yīng)為IT10～I(xiàn)T11級(jí)。
2.2模具總體方案設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)模具時(shí)，首先確定合適的注塑機(jī)，并了解它的技術(shù)規(guī)范要求：注塑機(jī)的最大注塑量、最大注塑壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程、模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸、注塑機(jī)噴嘴孔直徑和噴嘴球頭半徑值。再根據(jù)現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件的質(zhì)量、塑件成本及交貨期等，確定型腔數(shù)目。
澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。由于主流道與高溫高壓的熔融塑料接觸所以外面要加個(gè)澆口套。分澆道的形狀尺寸主要取決于塑件的體積、壁厚、形狀以及所加工塑料的種類、注射速率、分澆道長度等。主流道與分流道采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉(zhuǎn)向過渡時(shí)的阻力。分流道的布置要均勻處理，確保熔融塑料由主流道到各分流道的距離相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷卻皮層固定，有利于保溫。分流道與澆口采用圓弧過渡，有利于熔料的流動(dòng)及填充。澆口是連接分流道和型腔的橋梁，它具有兩個(gè)功能：第一，對(duì)塑料熔體流人型腔其控制作用；第二，當(dāng)注塑壓力撤銷后，澆口固化，封鎖型腔，使型腔中尚未冷卻固化的塑件不會(huì)倒流。根據(jù)制品的特點(diǎn)初采用潛伏式澆口。
型腔分型面和形狀的確定：注塑模有一個(gè)分型面和多個(gè)分型面的模具，分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種，分型面的形狀有平面和曲面等。根據(jù)制品的形狀采用平面分型。
拉料桿主要是保證澆注系統(tǒng)的凝料從定模澆口套中拉出，留在動(dòng)模一側(cè)，便于取出。
排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)：本模具采用間隙排氣，利用分型面的配合間隙自然排氣。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)：推動(dòng)的動(dòng)力來源有手動(dòng)推出、機(jī)動(dòng)推出和液壓與氣動(dòng)推出機(jī)構(gòu)。本設(shè)計(jì)可采用機(jī)動(dòng)推出，在部分的頂桿設(shè)計(jì)時(shí)可要特殊加工。合模時(shí)復(fù)位桿首先與定模邊的分型面接觸，而將推板和所有的推桿一道推回原位。本模具設(shè)計(jì)采用塑件留在動(dòng)模，要保證塑件不應(yīng)推出變形或損壞，還要保證塑件的良好外觀和結(jié)構(gòu)可靠。
2.3注射機(jī)的選擇
注塑模具是與注塑機(jī)配套使用，因此設(shè)計(jì)時(shí)注塑機(jī)的選擇尤為重要。從模具設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，應(yīng)了解的注射機(jī)的技術(shù)要求有：注射機(jī)的類型、最大注射量、最大注射壓力、鎖模力、最大注射面積、模具的最大和最小閉合厚度、最大開模行程以及模具在注射機(jī)上安裝時(shí)所需的定位孔的大小、螺釘孔的位置等等。根據(jù)制品的大小及企業(yè)生產(chǎn)狀況，選擇SZ-100/60注射機(jī)，其主要參數(shù)如表2-1所示。
表2-1 注射機(jī)參數(shù)
型號(hào)
SZ-100/60
螺桿直徑（mm）
Φ35
注射容量（cm3或g）
100`
注射壓力（N/cm3）
150
鎖模力 （KN）
600
最大注射面積（cm2）
模具厚度（mm）
170～300
模板行程（mm）
300
噴嘴球半徑（mm）
10
噴嘴孔直徑（mm）
4
噴嘴伸出量（mm）
20
頂出行程（mm）
80
外形尺寸（m * m * m）
3.9 X 1.3 X 1.8
2.4型腔數(shù)的確定
據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可知，以機(jī)床的注射能力為基礎(chǔ)，每次的注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%，按參考文獻(xiàn)[3]公式計(jì)算模具的型腔數(shù)：
n=(0.8G-)/ (2-1)
式中： —注射機(jī)的最大注射量（g）；
—單個(gè)塑件的重量（g）；
—澆注系統(tǒng)的重量（g）。
n=(0.8x105-6)/30
n=2.5
模具型腔個(gè)數(shù)選一模二腔。
2.5型腔的布局
由于型腔的布置與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān),因而型腔的排布在多型腔模具設(shè)計(jì)中應(yīng)加以綜合考慮。型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔澆口處有足夠壓力,以保證塑料熔體同時(shí)均勻地充滿型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定,這就要求型腔與主澆道之間的距離盡可能最短,同時(shí)采用平衡的澆道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。合理的排布可以避免塑件尺寸的差異、應(yīng)力形成和脫模困難等問題。本設(shè)計(jì)是一模兩腔，為合理的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)和容易脫模，型腔的布局如下：
圖2-3 型腔的布局
2.6分型面的確定
分開模具能取出塑件的面，稱作為分型面，其它的面稱作分離面或分模面，注射模只有一個(gè)分型面。選擇分型面時(shí)，應(yīng)根據(jù)幾何形狀的外觀質(zhì)量、澆注系統(tǒng)的合理布置、便于取件、利于排氣等因素綜合考慮，為了便于脫模，分型面的位置宜取在塑件外形輪廓最大處。分型面的方向盡量采用與注塑機(jī)開模是垂直方向，形狀有平面，斜面，曲面。由于本制品是下大上小的特點(diǎn)，根據(jù)上述選擇分型面的原則，本制品的分型面選擇在圖2-4的最大輪廓處。
圖2-4 分型面位置圖
2.7澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)的作用就是將熔融狀態(tài)的塑料均勻、迅速地輸入型腔，使型腔內(nèi)體及時(shí)排出；并且將注射壓力傳遞到型腔的各個(gè)部位，從而得到組織緊密的制品。
澆注系統(tǒng)通常由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。
2.7.1澆口的形式
澆口是澆道與型腔之間最短的一段距離，能夠增加和控制塑料進(jìn)入型腔的流速并封閉裝填在型腔內(nèi)的塑料。澆口位置的選擇對(duì)制品的質(zhì)量顯得尤為重要，根據(jù)文獻(xiàn)[3]澆口選擇的一般要求是：
a.塑件能量的損失最小;
b.澆口的位置應(yīng)使進(jìn)入行腔的塑料能順利的排出模腔內(nèi)的空氣，進(jìn)入型腔的塑料不要立即封閉排氣系;
c.澆口的位置要避免造成收縮變形和塑件的熔接痕;
d.拼鑲結(jié)構(gòu)的模具，澆口的位置不能使流動(dòng)的塑料沖擊鑲件，但也不能離澆口太遠(yuǎn)，否則塑料流到鑲件附近時(shí)變冷熔接不好;
e.澆口的位置及大小要考慮對(duì)型芯的影響。避免塑料直接正面沖擊型芯;
f.外觀要求高的塑件則澆口不允許設(shè)置在分型面上，同時(shí)要考慮清理簡便，不損壞塑件。
根據(jù)本設(shè)計(jì)的具體情況，選用潛伏式澆口，澆口隱藏在制品內(nèi)側(cè)保證了制品的表面光滑。如果澆注系統(tǒng)采用其它形式，必將影響表面的光滑和外觀的形式，也不利于開模，因此可以將澆道與澆口部分做成具有一定角度的形狀，根據(jù)文獻(xiàn) [3]其角度選擇20度。其具體結(jié)構(gòu)及參數(shù)如圖2-5所示：
圖2-5 進(jìn)料口形式
2.7.2流道、主流道襯套及定位環(huán)的設(shè)計(jì)
主流道是注射機(jī)噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定的錐度。
a. d=注射機(jī)噴嘴孔直徑+（0.5～1）mm=4.5mm ； d=3.5mm
b. α=2°～4° ； α=2°
c. D≈澆道的寬度 ； D=8mm
d. H一般取3～4mm ； H=3mm
e. R=注射機(jī)噴嘴球面半徑+（1～2）mm ； R=10+2=12mm
f. r按具體情況選擇，一般取1～3mm ； r=2mm
g. L應(yīng)盡量縮短，L值按具體情況確定，不宜過長或過短，要>8mm。本設(shè)計(jì)L長初定80mm。
主流道襯套的材料常用T8A制造，熱處理后硬度為50~55HRC。主流道襯套與定模板采用H7/m6的過渡配合，主流道襯套與定位圈采用的H9/f9間隙配合。由于受型腔或分流道的反壓力作用，主流道襯套會(huì)產(chǎn)生軸向移動(dòng)，所以主流道襯套的軸向定位要可靠。本制品是選擇中小型模架則澆口套選擇整體式，根據(jù)上述經(jīng)驗(yàn)和計(jì)算本設(shè)計(jì)的澆口套形式為：
圖2-6 澆口套形式
分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。據(jù)參考文獻(xiàn)[3]經(jīng)驗(yàn)公式：
D=0.2654 (2-2)
式中：W—流經(jīng)分流到的塑料量（g）
L—分流道長度（mm）
D—分流道直徑（mm）
根據(jù)型腔的布置初估L=140mm，根據(jù)制品的重量和澆注系統(tǒng)內(nèi)的塑料量初估W=65g。則分流道直徑為6.9mm.
據(jù)文獻(xiàn)[3]ABS材料分流道直徑推薦值為4.8—9.5。故選擇D=7mm。
2.7.3冷料井的設(shè)計(jì)
噴嘴與低溫的模具相接觸，使噴嘴前端有一小段冷料；當(dāng)分流道較長時(shí)，前鋒塑料長時(shí)間的在低溫的模具中流動(dòng)，溫度較低。這些冷料如果進(jìn)入型腔，在制作上形成冷接縫（熔接痕），嚴(yán)重的造成充填困難。也可能在進(jìn)入澆口時(shí)就將澆口堵塞。所以必須設(shè)置冷料穴。冷料穴的作用是儲(chǔ)存冷料；保證開模后主流道和分流道能留在動(dòng)模板上，以便從模具中推出。其位置在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上、分流道的末端、兩股熔料相會(huì)合的部位。冷料穴直徑要大于主流道直徑，以保證冷料能進(jìn)入冷料穴；深度約為直徑的1～1.5倍。本設(shè)計(jì)中采用鉤頭冷料穴如圖2-7所示：
圖2-7 冷料井的形式
2.8冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)在模具設(shè)計(jì)中是很重要的一部分，冷卻水道的布置對(duì)成品的質(zhì)量尤為重要，下表是模具溫度對(duì)成品的影響。
表2-2不正常模溫對(duì)塑件質(zhì)量的影響
模具溫度
塑件質(zhì)量情況
現(xiàn)象
過高
縮孔
在壁厚部分，易冷卻地方先硬化，未冷卻的地方先收縮，而產(chǎn)生縮坑。模具溫度過高易產(chǎn)生縮孔
溢料
因?yàn)槟＞呔哂虚g隙，當(dāng)溫度過高，型腔內(nèi)塑料粘度低，流動(dòng)大，易從縫隙溢料
不均勻
變形
各部位冷卻不均，造成收縮不一致，產(chǎn)生變形
過低
填充不良
溫度過低，型腔內(nèi)塑料粘度高難流動(dòng)，填充不均
熔接焊
兩股料流匯合時(shí)，由于模溫低，產(chǎn)生不能完全熔合而出現(xiàn)類似毛發(fā)狀的細(xì)紋線
表面不光澤
出現(xiàn)表面不十分有光澤的情況
溫度調(diào)整不的當(dāng)
機(jī)械性能不良
當(dāng)模溫過高或過低時(shí)，對(duì)部分塑料，結(jié)晶不良造成機(jī)械性能不良
由上表可以知道冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應(yīng)設(shè)置在塑料向模具熱傳導(dǎo)困難的地方,根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則,冷卻水道應(yīng)圍繞模具所成型的制品,且盡量排列均勻一致。設(shè)計(jì)冷卻水道需考慮如下因素[3]：
a.模具的結(jié)構(gòu)形式，對(duì)冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)直接有關(guān)；
b.模具的大小和冷卻面積；
c. 塑件熔接痕位置；
d. 水孔邊離型腔的距離一般保持在10～25mm，距離太近則冷卻不易均勻，太遠(yuǎn)則效率降低。水孔直徑一般在8mm以上，根據(jù)模具大小決定；
e.水孔管路應(yīng)暢通無阻；
f.水管接頭的位置應(yīng)放在盡可能不影響操作的一側(cè)；
g.冷卻水孔管路最好不開在型腔塑料溶接的地方，以免影響塑件強(qiáng)度。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所需冷卻水量：
（2-3）
式中；W——通過模具的冷卻流量（g）；
W1——單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入模具的塑料重量（g）；
a——每克塑料的熱容量（J/g）；
T3——出水溫度（）；
T4——入水溫度（）；
K——熱傳導(dǎo)系數(shù)；
由式（2-3）計(jì)算得：W=380g
再由下式可求出冷卻水道的直徑d：
（2-4）
式中：ρ——冷卻液密度（g/m2）；
L——冷卻水道的長度（cm）；
由式（2-4）計(jì)算得：水道直徑d為7.8mm，根據(jù)文獻(xiàn)[3]取水道直徑d為8mm
由于需要冷卻的部位大部分集中在制品的上側(cè)，為此動(dòng)模板水道布局稀疏和定模板的水道布局密些，具體布局如圖2-8及2-9所示：
圖2-8 動(dòng)模板的水道流向圖
圖2-9 定模板的水道流向圖
2.9模架的選擇
根據(jù)制品的投影面積，模架選擇BxL=250x250。由于制品的高度是25.5mm，據(jù)參考文獻(xiàn)[3]可知開模的長度要大于制品高度的5-10mm，根據(jù)型腔和型芯的高度以及冷卻系統(tǒng)的布置，根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]選取模架各參數(shù)和結(jié)構(gòu)如表2－3及圖2－10所示：
表2-3 模架的參數(shù)
件號(hào)
模板
材料
尺寸(mm)
1
定模座板
Q235
255x315x25
2
定模板
45
255x255x50
3
動(dòng)模板
45
255x255x40
4
墊塊
Q235
255x50x80
5
頂桿固定桿
45
255x148x20
6
推板
45
255x148x16
7
動(dòng)模座板
Q235
255x315x25
圖2-10模架
2.10導(dǎo)柱、導(dǎo)套的選擇
導(dǎo)向零件用來確定動(dòng)、定模(或上、下模)的相對(duì)位置,并保證模具運(yùn)動(dòng)的方向精度.導(dǎo)向零件包括導(dǎo)柱、導(dǎo)套、導(dǎo)板等。導(dǎo)柱與導(dǎo)套的功能是為動(dòng)模與定模（包括頂出板與動(dòng)模板）在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)導(dǎo)向。導(dǎo)向零件應(yīng)盡量布置在靠近模具模板的邊緣出,以便于較寬松和較方便的安置模具成型零件和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)根據(jù)具體模具結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱的固定位置可以根據(jù)不同的需要設(shè)置在不同的模板上。一般的模具設(shè)計(jì)時(shí)盡量的將導(dǎo)柱的固定設(shè)置在定模板上。
2.10.1導(dǎo)柱的選擇
導(dǎo)柱的形狀可分為普通型與階梯型兩種。普通型制造簡單，在小型模具中被廣泛使用。而階梯型的導(dǎo)柱在制造上較普通型導(dǎo)柱難度大，因?yàn)閷?duì)導(dǎo)柱中兩段不同直徑部分的同軸度要求較高。導(dǎo)柱的長度也是一個(gè)不可忽視的重要參數(shù)，對(duì)于不同的模具，其導(dǎo)模長度也是不一樣的，但設(shè)計(jì)導(dǎo)柱長度的原則是一致的，即導(dǎo)柱的長度要比模具最長的凸起部分長些，以免在組裝時(shí)因?qū)ξ徊粶?zhǔn)而碰傷模具。
導(dǎo)柱與安裝在另一半模上的導(dǎo)套相配合，以確定動(dòng)、定模的相對(duì)位置,保證模具運(yùn)動(dòng)副的導(dǎo)向精度。在閉模開模時(shí)沿著導(dǎo)柱移動(dòng)，為保證動(dòng)模板移動(dòng)的正確,導(dǎo)柱應(yīng)有足夠的強(qiáng)度和剛度,所以必須正確的選用導(dǎo)柱直徑,并保證它在模板中的剛性配合。根據(jù)制品的特點(diǎn)和模架的大小選用四個(gè)導(dǎo)柱,其結(jié)構(gòu)根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]選擇d=20mm,d1=20mm,L1=25,D=25mm,L=80mm的帶頭導(dǎo)柱.材料為T8A鋼,HRC50～55，如下圖：
圖2-11 導(dǎo)柱
2.10.2導(dǎo)套的選擇
根據(jù)導(dǎo)柱的直徑和長度選擇及文獻(xiàn)[3]選擇d=20mm，d1=28mm，D=32mm，S=6，L=50的帶頭導(dǎo)套。其材料為T8A鋼, HRC50～55。
圖2-12 導(dǎo)套
2.11頂桿設(shè)計(jì)
頂桿設(shè)計(jì)有如下的要求[3]：
????a.頂桿的導(dǎo)向 頂桿一般用來進(jìn)行頂出塑件，同時(shí)也可以作為脫模機(jī)構(gòu)，一般用于脫模力小的腔類塑件，而當(dāng)配合部分較短；
b.筋部由于局部脫模力大，需加筋位；
因本制品內(nèi)部結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，為使制品能安全的推出采用了8個(gè)頂桿。根據(jù)制品的特點(diǎn)和澆口形式本設(shè)計(jì)頂桿分為四類。本設(shè)計(jì)采用潛伏式澆口，其澆口與頂桿相結(jié)合，為此頂桿設(shè)計(jì)如下圖3-4所視。又頂桿要與制品的曲面相配合其端部設(shè)計(jì)成和制品一樣的曲面如圖3-5。其頂桿的長度由制品的高度和開模行程決定，本設(shè)計(jì)推桿長度選用114mm和96mm，
圖2-13 頂桿1
圖2-14 頂桿2
圖2-15頂桿布置圖
具體的形式和尺寸可以參考[3]表6-121
表2-4圓形頂桿及尺寸
公稱尺寸d
H-0.1
D
與頂桿配合的孔
尺寸
公差（h6）
尺寸
D孔公差（K7）
配合長度L1
5
-0.010
-0.018
3
10
+0.003
-0.003
35
4
-0.010
-0.018
3
8
+0.003
-0.003
35
2.12復(fù)位桿
復(fù)位桿用于閉模時(shí)使頂桿及頂出桿復(fù)位，材料常用T8A，HRC45～50，復(fù)位桿的組合形式和尺寸可以查參考[3]表6-12
表2-5復(fù)位桿尺寸
公稱尺寸d
D
H
配合長度L1
尺寸
公差（h6）
尺寸
公差
12.5
-0.016
-0.027
18
7
-0.05
20
型芯和型腔的設(shè)計(jì)
2.13鎖模力校核
鎖模力又稱合模力，是指注射機(jī)的合模裝置對(duì)模具所施加的最大夾緊力。當(dāng)熔體充滿型腔時(shí)，注射壓力在型腔內(nèi)所產(chǎn)生的作用力總是力圖使模具沿分型面脹開，為此，注射機(jī)的鎖模力必須大于型腔內(nèi)熔體壓力與塑料制品及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積。根據(jù)參考文獻(xiàn)[3]經(jīng)驗(yàn)公式即
F0≥PA (2-5)
或 F0≥K1PA (2-6)
式中
(2-7) P=37.37X1.15X1.2
P=51.57
F0≥F=1.5PAX0.1 (2-8)
F=1.5X51.57X67X0.1
F=518.37
—注射機(jī)的公稱鎖模力（KN）；
—壓力損耗系數(shù)，一般取1/3～2/3；
—模模內(nèi)壓力（型腔內(nèi)熔體的壓力）；
—柱塞或螺桿施加于塑料上的注射壓力；
—制品、流道、澆口在分型面上的投影面積之和
—基本壓力（MPa）
—材料種類數(shù)
—注件幾何形狀的等級(jí)
所選的注塑機(jī)鎖模力為600KN 〉518.37KN，所選規(guī)格合適。
2.14開模行程的校核
各種注射機(jī)的開模行程是有限的，取出制品所需的開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模距離。SZ-100/60型注射機(jī)的單分型面注射模的開模距離的校核如下：
S≥H= H1+ H2+ (5 ～ 10)mm (2-9)
式中：S—注射機(jī)的最大開模行程（移動(dòng)模板行程）；
H1—塑料制品推出距離；
H2—制品高度；
H—開模行程
根據(jù)設(shè)計(jì)情況：塑料制品推出距離H1=40mm，制品高度H2=25.5mm，
所以 S≥H=40 + 25.5 + 6.5 = 72 mm
所選注射機(jī)的最大開模行程為300mm,H〈 300mm，所選注射機(jī)合適。
3工藝分析及仿真加工
在模具的制造和生產(chǎn)中，對(duì)制品的工藝分析、加工方法的選擇以及加工設(shè)備的選用決定了模具制造能否符合設(shè)計(jì)的要求，對(duì)注塑工藝的選擇決定可制品的可生產(chǎn)性，并最終轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力起著決定性的作用。
3.1模具的注塑工藝分析
本制品采用ABS材料，根據(jù)注塑工藝分析的需要，首先對(duì)ABS塑料進(jìn)行注塑工藝分析。
(1) ABS 塑料的干燥 ABS 塑料的吸濕性和對(duì)水分的敏感性較大, 在加工前進(jìn)行充分的干燥和預(yù)熱, 不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲, 而且還有助于塑料的塑化, 減少制件表面色斑和云紋。ABS 原料要控制水分在0.13 %以下。注塑前的干燥條件是: 干冬季節(jié)在75～80 ℃以下, 干燥2～3h , 夏季雨水天在80～90 ℃下, 干燥4～8h , 如制件要達(dá)到特別優(yōu)良的光澤或制件本身復(fù)雜, 干燥時(shí)間更長, 達(dá)8～16h。因微量水汽的存在導(dǎo)致制件表面霧斑是往往被忽略的一個(gè)問題。最好將機(jī)臺(tái)的料斗改裝成熱風(fēng)料斗干燥器, 以免干燥好的ABS 在料斗中再度吸潮, 但這類料斗要加強(qiáng)濕度監(jiān)控, 在生產(chǎn)偶然中斷時(shí), 防止料的過熱。
(2) 注射溫度 ABS 塑料的溫度與熔融粘度的關(guān)系有別于其他無定型塑料。在熔化過程溫度升高時(shí), 其熔融實(shí)際上降低很小, 但一旦達(dá)到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍, 如220～250 ℃) , 如果繼續(xù)盲目升溫, 必將導(dǎo)致耐熱性不太高的ABS 的熱降解反而使熔融粘度增大, 注塑更困難, 制件的機(jī)械性能也下降了。所以,ABS 的注射溫度雖然比聚苯乙烯等塑料的更要高, 但不能像后者那樣有較寬松的升溫范圍。某些溫控不良的注塑機(jī), 當(dāng)生產(chǎn)ABS 制件到一定數(shù)量時(shí), 往往或多或少地在制件上發(fā)現(xiàn)嵌有黃色或褐色的焦化粒, 而且很難利用加新料對(duì)空注射等辦法將其清除排出。究其原因, 是ABS 塑料含有丁二烯成分, 當(dāng)某塑料顆粒在較高的溫度下牢牢地粘附在螺槽中一些不易沖刷的表面上, 受到長時(shí)間的高溫作用時(shí), 造成降解和碳化。既然偏高溫操作對(duì)ABS 可能帶來問題, 故有必要對(duì)料筒各段爐溫進(jìn)行限制。當(dāng)然, 不同類型和構(gòu)成的ABS 的適用爐溫也不同。如柱塞式機(jī), 爐溫維持在180～230 ℃; 螺桿機(jī), 爐溫維持在160～220 ℃。特別值得提出的是, 由于ABS的加工溫度較高, 對(duì)各種工藝因素的變化是敏感的。所以料筒前端和噴嘴部分的溫度控制十分重要。實(shí)踐證明, 這兩部分的任何微小變化都將在制件上反映出來。溫度變化越大, 將會(huì)帶來熔接縫、光澤不佳、飛邊、粘模、變色等缺陷。
(3) 注射壓力 ABS 熔融件的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高, 所以在注射時(shí)采用較高的注射壓力。當(dāng)然并非所有ABS 制件都要施用高壓, 對(duì)小型、構(gòu)造簡單、厚度大的制件可以用較低的注射壓力。注制過程中, 澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小往往決定了制件的表面質(zhì)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小, 塑料收縮大, 與型腔表面脫離接觸的機(jī)會(huì)大, 制件表面霧化。壓力過大,塑料與型腔表面摩擦作用強(qiáng)烈, 容易造成粘模。
(4) 注射速度 ABS 料采用中等注射速度效果較好。當(dāng)注射速度過快時(shí), 塑料易燒焦或分解析出氣化物, 從而在制件上出現(xiàn)熔接縫、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。但在生產(chǎn)薄壁及復(fù)雜制件時(shí), 還是要保證有足夠高的注射速度, 否則難以充滿。
(5) 模具溫度 ABS 的成型溫度相對(duì)較高, 模具溫度也相對(duì)較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85 ℃, 當(dāng)生產(chǎn)具有較大投影面積制件時(shí), 定模溫度要求70～80 ℃, 動(dòng)模溫度要求50～60 ℃。在注射較大的、構(gòu)形復(fù)雜的、薄壁的制件時(shí), 應(yīng)考慮專門對(duì)模具加熱。為了縮短生產(chǎn)周期,維持模具溫度的相對(duì)穩(wěn)定, 在制件取出后, 可采用冷水浴、熱水浴或其他機(jī)械定型法來補(bǔ)償原來在型腔內(nèi)冷固定型的時(shí)間。
(6) 料量控制 一般注塑機(jī)注ABS 塑料時(shí), 其每次注射量僅達(dá)標(biāo)準(zhǔn)注射量的75 %。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定, 表面光澤、色調(diào)的均勻, 要求注射量為標(biāo)定注射量的50 %為宜。
根據(jù)上述對(duì)ABS的工藝分析和制品的特點(diǎn)制定了注塑工藝過程如表3-1所示。
表3-1注塑工藝分析
預(yù)熱
料筒溫度/
模具溫度
注塑壓力MPa
成形時(shí)間/s
后期處理
溫度
時(shí)間
后段
中段
前段
注射時(shí)間
高壓時(shí)間
冷卻時(shí)間
總周期
方法
溫度
時(shí)間/h
80
3
150
170
180
50
70
30
4
50
84
紅外線燈
70
3
3.2模具成型件制造工藝與加工工序
1.模具成型件制造工藝
本設(shè)計(jì)采用數(shù)控成形銑削和電火花加工，前者為塑料注射模具成型件加工的
主要工藝方法，特別是高速銑削工藝、4~5軸聯(lián)動(dòng)加工工藝的應(yīng)用。已成為成型件現(xiàn)代加工工藝的主要方法和工藝類型。電火花成形加工是用于成型件經(jīng)過成形銑削后的精密加工，以降低型面粗糙度參數(shù)，減少研磨、拋光工作量。工藝過程如下：
1)成型件制造工藝過程和順序；
2)成型件成形加工，包括孔系加工，溝槽和平面加工等；
3)成型件熱處理工藝，包括淬火、氮化工藝以及表面強(qiáng)化工藝等 ；
4)成型件型面的精飾加工，包括塑料模型腔皮紋加工、拋光與研磨加工等。
2.模具成型件的加工工藝。
1) 粗加工工序 粗加工為精加工的預(yù)加工工序，也可作為精度、表面粗糙度和質(zhì)量要求不高，作為非配合面的最終加工。
2) 精加工工序 一般可作為最終加工工序，注射模具的凹凸模的成形銑削可達(dá)IT8~10、表面粗糙度可達(dá)Ra1.6~0.8um；電火花加工電極損耗可以達(dá)0.02%~0.1%、表面粗糙度可達(dá)Ra0.3~1.25um。
3) 精飾加工工序 一般在熱處理后進(jìn)行，其工藝內(nèi)容包括研磨、拋光皮紋加工等。即從模具凹凸模型面上去除極小余量，使工件最終達(dá)到形狀、尺寸及其精度和表面粗糙度要求。
表3-2模具成型件常用加工工藝組合
模具類別
加工工序
加工工藝配置1
加工工藝配置2
成型模
凸、凹模加工
工藝組合
粗加工
普通立銑成形銑
CNC加工中心成形加工
精加工
普通立銑成形銑
CNC加工中心成形加工
研磨 拋光
手工機(jī)械研、拋
手工機(jī)械研、拋
現(xiàn)選擇模具中典型的零件分析其加工工藝：
1. 板類零件的加工工藝分析——定模底座
銑六個(gè)面→精銑六個(gè)面→鉆孔→擴(kuò)孔→攻絲→磨精度要求高的部位
2. 型腔的加工工藝分析——定模板
銑六個(gè)面→精銑六個(gè)面→數(shù)控銑削凹模→鉆孔→擴(kuò)孔→電脈沖加工凹?！ド舷卤砻婧蛯?dǎo)柱孔→精磨凹模
3. 軸類零件的加工工藝分析——導(dǎo)柱
銑兩端面→車表面達(dá)到圖樣要求→磨表面
3.3數(shù)控仿真
MasterCAM是一套基于Windows的PC級(jí)CAD/CAM軟件。它具有優(yōu)秀的數(shù)控編程功能,有效地解決了幾何造型、零件幾何形狀的顯示,交互設(shè)計(jì)、修改及刀具軌跡生成,走刀過程的仿真顯示、驗(yàn)證等問題 。本設(shè)計(jì)采用MasterCAM對(duì)由Pro/ e以igs形式另保存的型芯進(jìn)行NC加工。
首先打開UG型腔造型圖，以igs形式另保存。在MasterCAM下進(jìn)行仿真加工。
根據(jù)特征分析,考慮到圓角干涉,因此本設(shè)計(jì)加工采用橫向行切法。
a.選擇加工參數(shù)
Main Menu→File→Get選擇以igs形式另保存的文件，然后Main Menu→
Toolpathe→Job setup 出現(xiàn)如圖4-1所示:
圖4-1 加工參數(shù)
單擊Bounding box 出現(xiàn)對(duì)話框,進(jìn)行設(shè)置。
b.刀具選擇
根據(jù)尺寸精度要求及所選擇的刀具要求，計(jì)算出刀具加工軌跡。刀具軌跡包括了粗、精、殘料加工的軌跡。本設(shè)計(jì)采用12mm平底刀進(jìn)行粗加工,然后采用8mm平底刀進(jìn)行精加工。Main Menu→Toolpathe→Contour→Chain選取外輪廓，選擇End here→Done出現(xiàn)Tool parametersr選取刀具。
圖4-2 刀具選擇
c.確定后出現(xiàn)刀具路徑
d.一系列參數(shù)的設(shè)置見表5-1所示。
表4-1 參數(shù)設(shè)置
Tool dia (刀具直徑)
3
Depth （切削深度）
0．2
Spindle (主軸轉(zhuǎn)速)
1500
Stepover（切削間距）
75%刀具直徑
Feed Rate (X、Y向進(jìn)給)
150
Cutting method（切削方法）
Zigzag
Plunge（Z向進(jìn)給）
35
Max. Rough Step(粗加工切削量)
2.0
Retract(返回)
500
Finish Cuts (精加工切削次數(shù))
4
Finish Step(精加工切削量)
0.5
e.進(jìn)行加工
f.數(shù)控加工后置處理程序的生成
利用MasterCAM，根據(jù)加工機(jī)床數(shù)控代碼的約定處理，生成數(shù)控程序。
圖4-3 刀具選擇
圖4-4 刀具選擇
4結(jié)論
通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我對(duì)注塑模模具進(jìn)行了深入的研究，而我設(shè)計(jì)的探測(cè)器后蓋塑模模具，有以下特點(diǎn)：
a.模具采用的是單分型面注塑模具。
b.模具采用潛伏式進(jìn)料口澆注的方式，這樣可以保證產(chǎn)品外表面有較高的工藝性。
c.本設(shè)計(jì)采用是一模兩腔式模具，生產(chǎn)效率完全可以達(dá)到生產(chǎn)要求。
d.模板零件大部分均采用標(biāo)準(zhǔn)件，這樣就大大縮短了模具的開發(fā)周期，模具的型腔結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工時(shí)應(yīng)該考慮使用電火花。
e.根據(jù)制品的特點(diǎn)對(duì)部分頂桿進(jìn)行特殊加工。
由于本人水平有限，設(shè)計(jì)時(shí)有缺陷，尚待改進(jìn)。
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[10] 耿鐵．模具型腔數(shù)控加工計(jì)算機(jī)輔助刀具選擇研究[N]．華中科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2004．2(05)．
致謝
通過劉道標(biāo)老師的指導(dǎo)加上自己參考大量的資料完成了此次的畢業(yè)設(shè)計(jì)。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了許多新知識(shí)，而且對(duì)以前所學(xué)的機(jī)械知識(shí)鞏固加深了。同時(shí)也深深的感覺到以前學(xué)習(xí)中的不足之處，尤其是在模具的零件圖繪制當(dāng)中，發(fā)現(xiàn)自己的機(jī)械繪圖功底還是比較薄弱，我會(huì)在以后的工作學(xué)習(xí)當(dāng)中進(jìn)一步的加強(qiáng)此項(xiàng)基本功。在設(shè)計(jì)當(dāng)中，劉老師不辭辛勞，毫不吝嗇的指導(dǎo)我，給予我巨大的幫助。在此，我對(duì)幫助教育過我的指導(dǎo)老師致以深深的感謝。在審核中我也被他嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度所感染。我內(nèi)心深深的對(duì)他表示尊敬。在此我同時(shí)也向在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中幫助、指導(dǎo)過我的老師和同學(xué)表示謝意。
附錄
名稱 圖號(hào) 圖幅
裝配圖(手工圖) CX-07-00 A0
裝配圖 CX-07-00 A0
動(dòng)模底座 CX-07-01 A1
墊塊 CX-07-02 A3
動(dòng)模板 CX-07-03 A1
定模板 CX-07-04 A1
導(dǎo)套 CX-07-05 A4
定模具底座 CX-07-06 A2
導(dǎo)柱 C X-07-07 A4
復(fù)位桿 CX-07-08 A4
澆口套 CX-07-09 A4
頂桿1 CX-07-10 A4
頂桿2 CX-07-11 A4
拉料桿 CX-07-12 A4
頂桿3 CX-07-13 A4
頂桿4 CX-07-14 A4
頂桿固定板 CX-07-15 A2
三維圖集 一本
工序卡片 一本
工藝卡片 一本
注塑工藝卡片 一張
仿真加工截圖和部分程序 一本
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