手機(jī)后蓋注塑模具的設(shè)計(jì)【一模四腔】【說(shuō)明書(shū)+CAD+PROE】
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鹽城工學(xué)院機(jī)械工程系畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（論文） 前 言 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對(duì)零件的材料提出愈來(lái)愈苛刻的要求，一種材料不但要求某一種技術(shù)性能好，而且要求它同時(shí)具備多種優(yōu)良的技術(shù)性能，以滿足多種技術(shù)需要。塑料作為現(xiàn)代工業(yè)中較為常見(jiàn)的材料之一，在性能上具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色等特點(diǎn)，其制品可加工成任意形狀，且具有生產(chǎn)效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用日益廣泛，在汽車、儀表、化工等工業(yè)中，塑料已經(jīng)成為金屬零件的良好代用材料。與相同重量的金屬零件比，塑料件能耗小，且成型加工方法簡(jiǎn)單，易組織規(guī)模生產(chǎn)，只需一臺(tái)自動(dòng)化注射機(jī)，配上合適模具，就能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。塑料模具是利用其形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具，它對(duì)塑料零件的制造質(zhì)量和成本起著決定性影響。在生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)塑料模具的要求是能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用的角度要求高效率、自動(dòng)化、操作簡(jiǎn)單；而從模具制造角度要求結(jié)構(gòu)合理，制造容易，成本低廉?，F(xiàn)代塑料制品的生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少的三個(gè)重要因素，尤其是塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求、塑料制品使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的自動(dòng)化設(shè)備只有配上相適應(yīng)的模具才能發(fā)揮作用，隨著塑料制品的品種和產(chǎn)品需求量的增大，對(duì)塑料模具也提出越來(lái)越高的要求，促使塑料模具不斷向前發(fā)展。目前，模具的設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向理論設(shè)計(jì)的方向發(fā)展，采用高效率、自動(dòng)化的模具結(jié)構(gòu)以適應(yīng)大量生產(chǎn)的需要，采用高精度模具的加工技術(shù)以減少鉗工等手工操作工作量。為減少加工后的修整，以“一次試模成功”為標(biāo)準(zhǔn)，模具測(cè)量向高精度、自動(dòng)化方向發(fā)展。同時(shí)，在模具行業(yè)開(kāi)展CAD/CAM的研究和應(yīng)用，采用CAD/CAM技術(shù)能夠減少試模、調(diào)整及修整工時(shí)、提高可靠性、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)與制圖、縮短設(shè)計(jì)制造時(shí)間，從而使估價(jià)及成本合理化。顯然，今后的模具制造將以計(jì)算機(jī)信息處理和數(shù)控機(jī)床加工為中心。注塑成型是塑料工業(yè)中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，注塑成型加工產(chǎn)量高，適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)到生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高速化，因此具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。注塑模具作為注塑成型加工的主要工具之一，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過(guò)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(zhēng)中的根本利益。模具制造業(yè)存在成本高、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助加工技術(shù)的發(fā)展，從根本上改變了模具生產(chǎn)的面貌，可靠地保證了模具所需要的精度和質(zhì)量。另外，模具標(biāo)準(zhǔn)件和以標(biāo)準(zhǔn)件為基體的特殊定制零件的普及，明顯的縮短了模具制造周期，使塑料模具的設(shè)計(jì)水平進(jìn)入了新階段。盡管模具工業(yè)本身的特殊性是模具制造顯得很復(fù)雜，但與其他行業(yè)一樣，它也有一定的規(guī)律。注塑模具設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)對(duì)塑料制品進(jìn)行工藝分析，研究塑料制件的工藝性是否符合注塑加工原理，然后應(yīng)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，確定模具材料和選定標(biāo)準(zhǔn)件，最后進(jìn)行零件加工、模具組裝和試模。表面縮坑是注塑過(guò)程中經(jīng)常遇到的問(wèn)題，如果制品的壁厚過(guò)大或明顯的薄厚不均，再成型時(shí)會(huì)因固化速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這是由于制品壁較厚的部位在表層的塑料已經(jīng)冷凝時(shí)，其芯部的塑料仍然處于熔融狀態(tài)，當(dāng)芯部的塑料也固化后，會(huì)因其收縮而對(duì)表面的塑料施以拉力，導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)縮坑。然而，在實(shí)際中要使制品的壁厚設(shè)計(jì)成完全一致是不大可能的。例如，許多制品由于要與其他零件裝配或?yàn)榧訌?qiáng)本身的強(qiáng)度，往往沒(méi)有筋、槽或柱等，這時(shí)制品的壁厚則出現(xiàn)明顯不均。因此，為滿足制品的要求，而又能使外觀缺陷得到改善，除了在成型過(guò)程中采用增加保壓壓力和延長(zhǎng)冷卻時(shí)間等措施控制之外，在設(shè)計(jì)制品結(jié)構(gòu)時(shí)，必須對(duì)這些筋、槽及柱有明確的限制。對(duì)于壁厚明顯不均的制品，單單靠調(diào)整成型工藝來(lái)解決表面縮坑問(wèn)題幾乎是不可能的，因此在設(shè)計(jì)制品結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)充分重視這一問(wèn)題。在本次設(shè)計(jì)中，由于手機(jī)后蓋上有許多孔、槽結(jié)構(gòu)，在模具中必須采用芯子，這一結(jié)構(gòu)改變會(huì)給模具和成型在其他方面帶來(lái)麻煩。 按照一般的設(shè)計(jì)步驟，應(yīng)先對(duì)選取的塑件實(shí)體進(jìn)行測(cè)繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并對(duì)其進(jìn)行工藝分析，確定模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，然后設(shè)計(jì)注塑模具，繪制出其裝配圖及零件圖，對(duì)各零件進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配，同時(shí)對(duì)模具中的主要零件進(jìn)行工藝分析，編寫(xiě)工藝卡，完成型腔的仿真加工。通過(guò)以上工作的完成，我對(duì)一套模具從設(shè)計(jì)到加工的全過(guò)程有了清醒而直觀的認(rèn)識(shí)，了解了注塑模的工作原理，對(duì)模具中型腔、型芯等主要零件的設(shè)計(jì)及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，能夠?qū)δ＞咴O(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問(wèn)題提出合理的解決方法，能夠正確地選取注射機(jī)、確定模架的結(jié)構(gòu)及尺寸、確定型腔數(shù)。在模具設(shè)計(jì)中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對(duì)產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。1. 注射?？傮w設(shè)計(jì)1.1 注射?；究傮w結(jié)構(gòu)方案的比較與選取注射模的基本結(jié)構(gòu)是由注射機(jī)的形式和塑件復(fù)雜程度等因素決定的。注射模的分類方法很多，按注射模的總體結(jié)構(gòu)可分為單分型面注射模、雙分型面注射模、帶活動(dòng)鑲件的注射模和自動(dòng)卸螺紋的注射模等，對(duì)于不同的塑件可選用不同的注塑結(jié)構(gòu)。單分型面注射模是最簡(jiǎn)單的一種。在該結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成型腔的一部分在定模上，型芯部分在動(dòng)模上，主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上，開(kāi)模后塑件與流道凝料一起留在動(dòng)模一側(cè)。雙分型面注射模與單分型面注射模相比多了一個(gè)可移動(dòng)的澆口板，它用于針點(diǎn)澆口進(jìn)料的單（雙）型腔模具。開(kāi)模時(shí)，澆口板與定模座板作定距離分型，以便取出凝料。帶活動(dòng)鑲件的注射模上帶有活動(dòng)螺紋型芯、側(cè)向型芯和活動(dòng)鑲件等，開(kāi)模時(shí)，活動(dòng)鑲件連同塑件一起脫出模后，再通過(guò)人工使鑲件與塑件分開(kāi)。當(dāng)塑件有螺紋部分并要求自動(dòng)脫模時(shí)，可采用自動(dòng)卸螺紋的注射模。該結(jié)構(gòu)利用注射機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)螺紋型芯或螺紋型環(huán)轉(zhuǎn)動(dòng)，使塑件按規(guī)定的螺距推出。在具體選用模具結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)綜合考慮塑件結(jié)構(gòu)，盡量做到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。設(shè)計(jì)中由于塑件實(shí)體是手機(jī)后蓋，其結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，沒(méi)有螺紋及需要側(cè)向分型的結(jié)構(gòu)，且不需要針點(diǎn)澆口，所以可選單分型面模具結(jié)構(gòu)。1.2 制品的測(cè)繪1.2.1 制品材料的工藝分析本注塑模設(shè)計(jì)中選用的制品材料為ABS，它是一種現(xiàn)代工業(yè)中經(jīng)常用到的材料，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，通常情況下其密度為1.0-1.0克/立方厘米，壓縮比為1.8-2.0，比熱容為0.35-0.4，其模具冷卻溫度范圍在32-65之間。了解了ABS的以上性能，對(duì)我們進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材將大有幫助。1.2.2 實(shí)體測(cè)繪根據(jù)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案，按照模具設(shè)計(jì)的基本步驟，首先應(yīng)對(duì)制品實(shí)樣進(jìn)行測(cè)繪分析，選擇合理的精度要求，確定分型面，選取正確的定位基準(zhǔn)，為型腔及模具的設(shè)計(jì)建立最基本的條件。由于制品實(shí)體為玩具手機(jī)外殼，所以其精度要求不算太高，表面粗糙度設(shè)定在Ra=1.6即可，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)的要求，確定其長(zhǎng)度方向尺寸精度小于0.50mm,厚度方向小于0.10mm,選用的測(cè)量器具為千分尺、螺旋測(cè)微器、平臺(tái)、高度尺、天平稱等，并根據(jù)測(cè)量的基本原理進(jìn)行多次測(cè)量求平均值，這樣可測(cè)得制品長(zhǎng)度方向最大尺寸為L(zhǎng)=63.24mm,寬度方向最大尺寸為D=39.98mm,高度方向最大尺寸為H=5.00mm,制品重量m=3mg,測(cè)得的結(jié)果參見(jiàn)圖1-1所示手機(jī)后蓋零件圖。 圖1-1 手機(jī)后蓋零件測(cè)繪圖1.3 注射機(jī)的選擇在注塑模設(shè)計(jì)過(guò)程中，注射機(jī)的選擇是必不可少的，也是至關(guān)重要的。根據(jù)注塑模具的基本結(jié)構(gòu)及注射機(jī)的尺寸與型號(hào)規(guī)格，本設(shè)計(jì)采用臥式注塑機(jī)，其注塑方向與給模方向一致，且占地面積小，安裝、拆卸方便，嵌件便于安裝。此外，注塑機(jī)型號(hào)的選擇還應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面：1.3.1 注射量通常情況下，注射機(jī)的注射量應(yīng)超過(guò)被成型制品重量的20%30%以上，現(xiàn)設(shè)定注射量是制品重量的25%，又因經(jīng)測(cè)量知制品重量為3毫克，所以注射機(jī)相對(duì)一個(gè)制品的注射量為： S=(1+25%)m=(1+25%)3g=3.75g1.3.2 鎖模力被成型制品在成型時(shí)所需要的鎖模壓力必須小于注塑機(jī)的額定鎖模力。制品在成型時(shí)所需要的鎖模壓力，即在注射和保壓時(shí)保證動(dòng)、定模不分離所應(yīng)給予的力，一般可采用公式： F=PA計(jì)算，其中F-制品成型時(shí)所需要的鎖模力。A- 制品的投影面積。P-型腔內(nèi)部壓力。通過(guò)測(cè)繪得到的數(shù)據(jù)，由分割法計(jì)算可求得制品的投影面積為： A=57.1639.98+223+12.082.04-257.161.49 =2151.56(mm)又因?yàn)橹破凡牧蠟锳BS,所以可選取P=350/9.810Pa,所以 F=PA=350/9.810Pa2151.56mm =75.3N 另外，根據(jù)注射機(jī)與模具安裝尺寸（即拉桿間距、模板間最大與最小閉合高度、頂出行程、噴嘴球半徑、定位孔直徑等），查國(guó)產(chǎn)注射機(jī)技術(shù)規(guī)格，可選用XS-ZS-22型注射機(jī)。 1.3.3 注塑能力的校核 注塑能力是指在一個(gè)成型周期中，注射機(jī)對(duì)給定塑料的最大注射容量或重量。本設(shè)計(jì)選用的注塑機(jī)屬于柱塞式注塑機(jī)，其注塑能力是以一次性注射聚苯乙烯的最大重量為準(zhǔn)的。在注射聚苯乙烯時(shí)，塑料的總重量與澆注系統(tǒng)的塑料重量之和一般不超過(guò)注塑機(jī)注塑能力的80%，當(dāng)注塑其它塑料時(shí)，注塑機(jī)的最大注射重量應(yīng)按下式換算： m=m 式中 m-注射機(jī)注射其它塑料的最大重量（g）; m-注塑機(jī)規(guī)定的最大注塑重量（g）; -注射塑料在常溫下的密度（g/cm）; -聚苯乙烯在常溫下的密度（g/cm）. 已知ABS在常溫下的密度為1.0g/cm,注射機(jī)的最大注射量為15mg,所以ABS的最大注射重量為 m=1514.2g 1.4 分型面的選定 為將塑件從密閉的模腔中取出，以及為了安裝嵌件或取出澆注系統(tǒng)等，必須將模具分成兩個(gè)或幾個(gè)部分，通常情況下我們稱分開(kāi)模具能取出塑件的面為分型面。同時(shí)，以分型面為界，模具分成兩大部分，即動(dòng)模和定模部分。 分型面的方向采用與注射成型機(jī)開(kāi)模方向垂直的方向，其選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)樗艿剿芗男螤?、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置及其形狀、嵌件在模具?nèi)的成型位置、頂出方法、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、模具排氣、模具制造等各種因素的影響。1.4.1 留模方式為便于塑件脫模，應(yīng)使塑件在脫模時(shí)留在下模或動(dòng)模部分，因?yàn)樗芗捻敵鰴C(jī)構(gòu)設(shè)置在下?；騽?dòng)模部分。如圖2-2所示，開(kāi)模后塑件留在動(dòng)模一邊，易于脫模，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化。 圖1-2 型芯部分頂桿設(shè)置手機(jī)外殼外形簡(jiǎn)單，但內(nèi)部有較多的孔、槽結(jié)構(gòu)，塑件成型收縮后必然留在型芯上，此時(shí)，將型腔設(shè)定在定模上，開(kāi)模后即可用推桿頂出塑件。1.4.2 塑件的脫模斜度 選擇分型面時(shí)應(yīng)考慮減小由于脫模斜度所造成的塑件大小端的尺寸差異。若將分型面設(shè)在塑件中部，并選用較小的脫模斜度，將有利于脫模，但這種方式僅適用于塑件對(duì)外觀無(wú)嚴(yán)格要求的情況下。對(duì)于手機(jī)外殼這種對(duì)表面有一定精度要求的塑件，一般將型腔設(shè)在模具的一側(cè)，這樣可保證塑件外觀精美，使飛邊盡量留在殼內(nèi)。綜上所述，可選擇機(jī)殼與機(jī)體的配合面為分型面。1.5 制品收縮率制品的收縮率一般是根據(jù)所用塑料收縮率的平均值來(lái)計(jì)算的，而實(shí)際上制品在成型過(guò)程中其塑件分子并不是在制品中任何方向上都是一樣收縮的，并且大多數(shù)塑件的收縮是在制品成型完成后再經(jīng)過(guò)數(shù)小時(shí)才能安全穩(wěn)定下來(lái)，因此，制品的實(shí)際收縮與按其材料平均值計(jì)算的收縮是有一定差距的。目前尚無(wú)準(zhǔn)確計(jì)算制品成型過(guò)程中實(shí)際收縮率的方法，在模具設(shè)計(jì)時(shí)可采用比平均收縮率低1%的計(jì)算方法。對(duì)于ABS塑件，其收縮率為0.4%0.6%，設(shè)計(jì)中確定其收縮率為0.5%。另外，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位，以及2mm和小于2mm帶有大于0.1mm公差的部位不需要進(jìn)行收縮率計(jì)算。1.6 卡鉤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)手機(jī)后蓋上卡鉤的功能是與殼體相連接。在設(shè)計(jì)這種卡鉤時(shí)應(yīng)避免模具中出現(xiàn)側(cè)向分型結(jié)構(gòu)，通常是在鉤子的下放設(shè)計(jì)成通孔形式并采取動(dòng)、定模對(duì)插結(jié)構(gòu)。但該制品中的卡鉤其下放不允許有通孔出現(xiàn)，制品的這類形狀要采用成型頂桿的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。手機(jī)后蓋卡鉤部分有一圓弧過(guò)渡段，其尺寸相對(duì)較小，而又必須設(shè)置頂出機(jī)構(gòu)，因此，在制品設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮頂桿強(qiáng)度及頂桿孔加工難易的問(wèn)題，應(yīng)盡量在制品細(xì)小部位的周圍留出用于頂出的余量。1.7 脫模斜度的設(shè)置為使制品在成型過(guò)程中能夠順利地從型腔中脫出，以及能夠順利地從型心中被頂出，制品必須設(shè)有脫模斜度。脫模斜度的大小由制品表面粗糙度、制品形狀及尺寸而定，通常情況下不低于0.5度。由于手機(jī)后蓋表面有一定的光亮度要求，在脫模過(guò)程中制品外表面不能被劃傷，其脫模斜度最小不應(yīng)低于2度。又由于在制品中有凹臺(tái)、凸臺(tái)、槽等結(jié)構(gòu)，塑料對(duì)制品透孔的芯子有較大的抱緊力，因此可設(shè)定脫模斜度為2度。1.8 型腔數(shù)的確定注塑模的型腔數(shù)與注射機(jī)的注射量和塑件重量有關(guān)。注射量是注射機(jī)每次注射的塑件的最大體積或重量，它與塑件重量有直接關(guān)系，兩者若不相適應(yīng)，就會(huì)影響塑件的質(zhì)量，如注射量小于塑件質(zhì)量，就會(huì)造成塑件缺料、內(nèi)部組織疏松、機(jī)械強(qiáng)度下降等缺陷；反之，就會(huì)造成原料和電能浪費(fèi)，注射機(jī)利用率降低。因此，為保證正常的注射成型，塑件的重量應(yīng)低于注射機(jī)的注射量。由前面所述可知，注射機(jī)的注射量應(yīng)超過(guò)被成型制品重量的20%-30%以上，由此可求的注塑機(jī)的最大注射量為S=15mg,所以模具的型腔數(shù)為： N=(0.05S-R)/W =(0.0515-0.75)/3=4所以，在注塑模設(shè)計(jì)中可采用一模四腔結(jié)構(gòu)。2 注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 模具材料的選用模具的耐用性除取決于模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其使用、維護(hù)外，最根本的原因是模具材料的基本性能是否與模具的加工性能與使用條件相適應(yīng)。因此，根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)和使用情況，合理選用制模材料是模具設(shè)計(jì)的首要任務(wù)。根據(jù)制品的光潔度及尺寸精度的要求，結(jié)合各種材料的物理、化學(xué)性能，本設(shè)計(jì)中的注塑模選用鋼材作為材料。因?yàn)槟＞吡慵^復(fù)雜，淬火后加工較困難，而鋼材在熱處理后變形很小，且拋光性能好，能夠滿足模具各零部件特別是型腔的性能要求。同時(shí)，鋼材耐磨性和耐腐蝕性能好，能是模具具有很高的耐磨性和耐腐蝕性，從而提高了模具的使用壽命。鋼材中常見(jiàn)品種有碳素結(jié)構(gòu)鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼等，若從性能和價(jià)格方面綜合考慮，選用碳素鋼比合金鋼更為經(jīng)濟(jì)。碳素結(jié)構(gòu)鋼中的45鋼具有良好的切削性能，可作為各種模板的材料；碳素工具鋼中的T8A可作為導(dǎo)柱、拉料桿、頂桿、導(dǎo)套等零件的材料。2.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)是指模具中從噴嘴開(kāi)始到型腔為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它的作用是將塑料熔體順利地充滿到型腔的各個(gè)部位，以獲得所要的塑件。注射模澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成，其結(jié)構(gòu)如下圖所示： 圖2-1 澆注系統(tǒng)示意圖 2.2.1 主流道的設(shè)計(jì) 主流道是指噴嘴口起至分流道入口處的一段通道，它與注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，熔料在主流道中并不改變方向。 本設(shè)計(jì)中為便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，錐角=3，內(nèi)壁粗糙度為Ra=0.63，大端處呈圓角，其半徑為r=2.5mm,以減小料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。實(shí)際設(shè)計(jì)中，應(yīng)使主流道的長(zhǎng)度L盡量短，以免使主流道凝料增多、塑料耗量大，因此取L=55mm.另外，為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使主流道和注射機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接，為此，選取其半徑為R=12mm,小端直徑d=3mm.由于主流道要與高溫塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的澆口套，如圖3-2所示，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理。 圖2-2 澆口套結(jié)構(gòu)示意圖2.2.2 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是主流道與澆口之間的部分，是指塑料熔體從主流道進(jìn)入四腔模的四個(gè)型腔的通道，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。在分流道的設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)注意使塑件熔體在流動(dòng)中熱量和壓力損失最小，同時(shí)使流道中的塑料量最小。 由于在等面積的條件下，圓形的周邊最短，所以將分流道的形狀做成圓形，令其直徑D=6mm，而且圓形分流道易于散熱。分流道的分布取決于型腔的分布，對(duì)于一模四腔的注塑模，分流道一般采用平衡式分布，其主要特點(diǎn)是各個(gè)型腔同時(shí)均衡進(jìn)料，因此要求從主流道到各個(gè)型腔的分流道，其長(zhǎng)度、形狀、端面尺寸都必須對(duì)應(yīng)相等，否則就達(dá)不到均衡進(jìn)料的目的。 另外，分流道的尺寸不必要求很光，表面粗糙度一般在12.5即可，這樣有利于保溫。2.2.3 澆口的設(shè)計(jì)澆口是指流道末端與型腔之間的一段細(xì)短通道，它是澆注系統(tǒng)中端面尺寸最小且最短的部分，其作用是使塑料熔體加快流速進(jìn)入型腔內(nèi)。根據(jù)制品實(shí)體的特殊結(jié)構(gòu)，本設(shè)計(jì)采用潛伏式澆口，以避免塑件外表面受到損傷。2.3 冷料穴和拉料桿的設(shè)計(jì) 冷料穴是用來(lái)儲(chǔ)藏注射間隔期內(nèi)由于噴嘴端部溫度低造成的冷料，因?yàn)槔?料進(jìn)入型腔會(huì)影響塑件質(zhì)量。拉料桿采用Z形拉料桿，其頭部做成Z形的，可將主流道凝料鉤住，開(kāi)模時(shí)即可將該凝料從主流道中拉出。拉料桿固定在頂桿固定板上，在塑件頂出時(shí)凝料一起被頂出。如圖2-3所示。 圖2-3 拉料桿結(jié)構(gòu)圖2.4 型腔的設(shè)計(jì)構(gòu)成型腔的零件，由于它直接與高溫、高壓的熔融塑料相接觸，因此要有足夠的強(qiáng)度、剛度、硬度和耐磨性，型腔還要有較高的尺寸精度和表面粗糙度。在本設(shè)計(jì)中，成型機(jī)構(gòu)選用整體式凹模，因?yàn)樗哂欣喂?、不易變形等?yōu)點(diǎn)，主要用于形狀簡(jiǎn)單的塑件。2.5 成型零件工作尺寸的確定成型零件工作尺寸是指直接成型零件的尺寸，設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)考慮塑件公差、模具制造公差、模具磨損量等，具體可通過(guò)以下公式計(jì)算：2.5.1 型腔內(nèi)徑尺寸計(jì)算 由測(cè)繪可知，制品塑件長(zhǎng)度方向標(biāo)稱尺寸為D。=63.24mm,寬度方向最大標(biāo)稱尺寸為D=39.98mm,最小標(biāo)稱尺寸為D=37.5mm,塑件平均收縮率可由收縮率公式計(jì)算，即S=(Smax-Smin)/2=0.5%,塑件公差=0.025mm,型腔制造公差為z=0.025mm,所以型腔長(zhǎng)度方向尺寸為： D=D。(1+S)-3/4 =63.24(1+0.5%)-3/4X0.025 =63.54 (mm) 型腔最大寬度方向尺寸為： D=D(1+S)-=39.98 =40.16(mm) 型腔最小寬度方向尺寸為： D=D(1+S)-=37.5(1+0.5%)- =37.67(mm)2.5.2 型芯外徑尺寸計(jì)算 由測(cè)量可知，制品塑件長(zhǎng)度方向標(biāo)稱尺寸d=63.24mm,寬度方向最大標(biāo)稱尺寸為dmm,寬度方向最小尺寸為d=37.5mm,型芯制造公差為=0.025mm,所以，型芯長(zhǎng)度方向尺寸為： d=d(1+S)+ =63.24 =63.57(mm)型芯最大寬度方向尺寸為： d=d (1+S)+ =39.98+ =40.20(mm)型芯最小寬度方向尺寸為： d=d(1+S)+=37.5 =37.7(mm)2.5.3 型腔深度尺寸計(jì)算 由測(cè)量知，塑件高度方向基本標(biāo)稱尺寸為H5.00mm,型腔深度尺寸為： H=H=5.00 =5.01(mm)2.5.4 型芯高度尺寸計(jì)算根據(jù)以上計(jì)算出的數(shù)據(jù)，可由下式計(jì)算型芯尺寸： h=H+=5.00 =5.04(mm)2.5.5 成型零件型腔壁厚的計(jì)算本次注塑模設(shè)計(jì)采用整體式矩形型腔，其受力情況如下圖2-4所示： 圖2-4 整體式型腔側(cè)壁和底板受力圖從圖中我們可以看到，任一側(cè)壁均可簡(jiǎn)化為三邊固定一邊自由的矩形板，其最大變形發(fā)生在自由邊的中點(diǎn)，且變形量為： =其中，L-側(cè)壁的內(nèi)邊長(zhǎng)度（mm）;a- 側(cè)壁的內(nèi)邊高度(mm); C為常數(shù)，且C=1.5又 Lmax=40.16mm300mm, 可按變形量計(jì)算壁厚， H=3.23(mm) 由此可知，為滿足強(qiáng)度要求，應(yīng)使壁厚H3.23mm,根據(jù)注塑模具體結(jié)構(gòu)及加工要求，選取H=4.00mm.2.5.6 底板厚度的計(jì)算整體懸空的整體式型腔的底板，可看成是周邊固定受均布載荷的矩形板，其內(nèi)邊的長(zhǎng)邊為L(zhǎng)，短邊為b，當(dāng)受到熔融塑料的壓力P作用時(shí)，底板的中點(diǎn)將產(chǎn)生最大變形，且其變形量為： ，其中C=0.027,底板的厚度為 h=11.6(mm) 由此可知，當(dāng)b=40.16mm300mm使，按計(jì)算底板厚度必須滿足h11.6mm,另外，考慮到在型腔中要安裝冷卻系統(tǒng)，所以其厚度應(yīng)稍微增大，結(jié)合注塑模具結(jié)構(gòu)國(guó)標(biāo)中的尺寸要求，選取h=40mm. 由以上計(jì)算可得圖2-5、圖2-6所示的型腔、型芯結(jié)構(gòu)圖。 圖2-5 型腔結(jié)構(gòu)圖 圖2-6 型芯結(jié)構(gòu)圖2.6 模架的設(shè)計(jì)玩具手機(jī)殼注塑模架為中小型模架， 其組合尺寸為模板、推桿固定板、推板、墊塊四個(gè)零件的配合尺寸；導(dǎo)柱、導(dǎo)套的孔徑、孔位尺寸；復(fù)位桿和固定螺釘?shù)目讖?、孔位尺寸以及模板、推板、墊塊選用的厚度尺寸。根據(jù)以上結(jié)構(gòu)要求，結(jié)合選定的注射機(jī)型號(hào)及型腔和型芯的尺寸，查模具設(shè)計(jì)與制造手冊(cè)中中小型模架結(jié)構(gòu)尺寸表,選擇200X315規(guī)格的模架即可滿足要求。2.7 定模冷卻水道的設(shè)計(jì) 在注射成型過(guò)程中,模具溫度直接影響塑料的充模和塑件的定型,從而影響塑件的質(zhì)量,因此,必須進(jìn)行模具的冷卻，使其溫度保持在一定范圍內(nèi)。 要達(dá)到有效的模具冷卻效果，就要設(shè)計(jì)合理的冷卻系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)使冷卻孔道的中線與塑件表面的距離為冷卻孔道直徑的1-2倍，冷卻孔道中心距應(yīng)為冷卻直徑的3-5倍，如果冷卻孔道間距較大，模具表面溫度就不均勻，從而影響冷卻效果。 制造過(guò)程中應(yīng)使冷卻孔道距型腔壁不宜太遠(yuǎn)，也不宜太近，通常在12-20毫米范圍內(nèi)，以免影響冷卻效果和模具的機(jī)械強(qiáng)度。由經(jīng)驗(yàn)知識(shí)可知，冷卻孔道直徑應(yīng)不小于9毫米，且凹模、凸模應(yīng)分別冷卻，并保證其冷卻平衡。進(jìn)、出水水嘴接頭設(shè)在定模板兩端處，這樣布置將避免影響其他操作，同時(shí)還應(yīng)保證水嘴和水管連接處密封，不能漏水。 由于制品材料為ABS,其注塑溫度在45左右，溫度不是太高，所以一般采用水冷卻。2.8 頂出方式的設(shè)計(jì) 注射模頂出系統(tǒng)用于制品的脫模，如前所述，當(dāng)凹、凸模在分型面處分型后，制品將留在型芯上，這時(shí)為保證不使制品產(chǎn)生變形及卡滯現(xiàn)象，需用頂出系統(tǒng)將其頂出。 頂出系統(tǒng)必須設(shè)置在制品所滯留的模具部分，即動(dòng)模板的一側(cè)，并使被頂出的制品脫離模具5-10mm。由于圓柱形頂桿及其頂桿孔的加工比其它形狀的頂桿和頂桿孔的加工更容易些，所以本頂出系統(tǒng)選用圓柱形頂桿。同時(shí)，考慮到頂桿強(qiáng)度及制品表面精度要求，將頂桿直徑設(shè)定為4mm,長(zhǎng)度設(shè)定為103mm。 由于制品內(nèi)表面無(wú)裝配要求，所以其精度要求相對(duì)較低，在裝配中可使頂桿端面低于型腔平面0.05-1mm。另外，頂桿應(yīng)設(shè)置在頂出阻力大的地方，為避免頂出過(guò)程中導(dǎo)致塑件變形，頂出位置應(yīng)設(shè)定在手機(jī)殼體的周邊部分，并對(duì)稱分布，如圖2-7所示： 圖2-7 頂出機(jī)構(gòu)位置分布示意圖 為保證運(yùn)行平穩(wěn)可靠，在頂桿頂出后，應(yīng)立即返回原位，以保證制品順利地落下而被取走。對(duì)于這種中小型模具，可以采用在動(dòng)模墊塊與頂出板之間安裝彈簧的方法，在頂出機(jī)構(gòu)完成了頂出工作后，頂桿受到彈簧的壓力，迫使其回到初始位置。3. 繪制注塑模裝配圖及零件圖 注塑模裝配圖及零件圖的繪制是本次設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)部分，它能夠具體地反映出模具各零件的結(jié)構(gòu)及各零件間的裝配方式。一般情況下，注塑模零件圖的繪制可通過(guò)AutoCAD、Pro/E兩種方法進(jìn)行，其中，AutoCAD主要用于二維圖的繪制，它是當(dāng)前主要的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與繪圖軟件，在模具制造行業(yè)已得到廣泛應(yīng)用。AutoCAD為同一個(gè)零件的繪制提供了多種方法，并提供了多種自定義程序的方法，可使用戶隨意的繪制各種圖形，以滿足用戶的多種需求。通過(guò)AutoCAD軟件我們可清楚地表達(dá)出手機(jī)后蓋注塑模結(jié)構(gòu)圖，如圖4-1所示。 圖3-1 注塑模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖目前我們使用的AutoCAD2002比以前的版本增加了許多新的功能，而且運(yùn)行速度也大為提高，但一般情況下它用于繪制二維平面圖，尚不能較好到實(shí)現(xiàn)三維立體圖的繪制。Pro/E是一套由設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的機(jī)械自動(dòng)化軟件，是新一代的產(chǎn)品造型系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)參數(shù)化功能定義、實(shí)體零件及組裝造型、實(shí)體著色、轉(zhuǎn)化為二維圖及仿真加工等多項(xiàng)功能。4. 型腔零件的工藝分析4.1 零件的工藝性審查1） 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)XQ-01型腔（零件圖見(jiàn)附圖），該零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面與動(dòng)模固定板配合，突出部分與定模鑲件型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料ABS經(jīng)冷卻后形成所需玩具手機(jī)的后蓋。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、曲面型腔、鑲塊孔等；零件的形狀較為復(fù)雜。由于型芯在注塑時(shí)需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性和韌性。2） 主要技術(shù)要求 零件圖上的主要技術(shù)要求有：1、熱處理：38-42HRC；2、銳角去毛刺倒鈍；3、未注圓角R=0.25mm；4、孔與基準(zhǔn)C的垂直度公差等級(jí)為7級(jí)。3） 加工表面及其要求 矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6m、與基準(zhǔn)A的垂直度公差為0.03mm； 分模面的平面度公差為0.01mm，與基準(zhǔn)A的平行度公差為0.04mm； 內(nèi)輪廓表面的粗糙度為Ra=1.6m；4） 零件材料零件的材料為45鋼，可以通過(guò)熱處理來(lái)獲得所需的機(jī)械和力學(xué)性能。42 毛坯選擇1）考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯。 2）確定毛坯的形狀、尺寸：選用45鋼鍛件806040（mm）。43 基準(zhǔn)選擇加工中心的一次裝夾希望能夠進(jìn)行在該基準(zhǔn)下的全部加工，這樣可以降低由于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對(duì)工件的加工的初步分析在毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。44 擬訂機(jī)械加工工藝路線1）各加工表面的加工方法及加工路徑 該零件的加工表面為71h7 48h7的配合表面、型腔內(nèi)表面輪廓。 根據(jù)上述工藝分析，擬訂工藝路徑如下：工序：銑平面；工序：銑71h7 48h7的配合表面；工序：銑削型腔內(nèi)表面；工序：清角處理工序：清洗；工序：檢驗(yàn)；該方案按工序集中原則組織工序，在加工中心上一次裝夾后完成上述工序的前三步的全部加工，最大程度上降低了工件的裝夾次數(shù)，易于保證加工面相互間的位置精度，減少工件在工序間的運(yùn)輸次數(shù)，減少輔助時(shí)間和準(zhǔn)備終結(jié)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。4.5 仿真加工 對(duì)型腔的工藝分析完成后，便可以編寫(xiě)工藝卡片，并利用Mastercam軟件進(jìn)行仿真加工，從而可使我們更清楚到看到型腔的機(jī)械加工過(guò)程。 小 結(jié) 為期三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在這三個(gè)月的時(shí)間里，我結(jié)合自己的設(shè)計(jì)課題和任務(wù)書(shū)要求，首先進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)，做好了實(shí)習(xí)記錄，并撰寫(xiě)了實(shí)習(xí)報(bào)告，對(duì)所設(shè)計(jì)內(nèi)容有了感性認(rèn)識(shí)，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，我還針對(duì)注塑模的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，了解了模具設(shè)計(jì)的基本步驟與發(fā)展現(xiàn)狀，完成文獻(xiàn)綜述一份，并制定了設(shè)計(jì)方案和具體的進(jìn)度計(jì)劃。 按照設(shè)計(jì)進(jìn)度安排，我先對(duì)選取的塑件實(shí)體進(jìn)行了測(cè)繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并對(duì)其進(jìn)行了工藝分析，確定了模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，設(shè)計(jì)出注塑模具一套，繪制出了模具裝配圖及各零件圖，對(duì)各零件進(jìn)行了三維造型，完成了各零件間的裝配，并對(duì)模具中的主要零件進(jìn)行工藝分析，編寫(xiě)了工序卡，實(shí)現(xiàn)了型腔的仿真加工。通過(guò)以上工作的完成，我對(duì)一套模具從設(shè)計(jì)到加工的全過(guò)程有了清醒而直觀的認(rèn)識(shí)，了解了注塑模的工作原理，對(duì)模具中型腔、型芯等主要零件的設(shè)計(jì)及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，能夠?qū)δ＞咴O(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問(wèn)題提出合理的解決方法，能夠正確地選取注射機(jī)、確定模架的結(jié)構(gòu)及尺寸、確定型腔數(shù)。在模具設(shè)計(jì)中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對(duì)產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。由于知識(shí)及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，零件加工精度的確定尚存在許多不足之處，在以后的工作、學(xué)習(xí)中還有待改進(jìn)。 由于采用了Pro/E進(jìn)行實(shí)體造型，并進(jìn)行了仿真加工，使得生產(chǎn)出的制品質(zhì)量好，減少了次品率，有效到提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)自2003年3月31日至2003年6月27日，歷時(shí)三個(gè)月，課題名稱為“塑料模具的設(shè)計(jì)及加工實(shí)例分析”，選用的塑件為玩具手機(jī)的后蓋，要求設(shè)計(jì)出注塑模具一套，生產(chǎn)的塑料制品應(yīng)達(dá)到一定的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)出的模具應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、出模方便、安全可靠、便于維修。另外，還要對(duì)模具的型腔進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)出在加工中心上加工的數(shù)控程序等。 從測(cè)繪到精度的確定、工藝分析、模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，每一步都需要理論和經(jīng)驗(yàn)的相互結(jié)合，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)的不足是我最大的缺點(diǎn)。為避免因經(jīng)驗(yàn)不足帶來(lái)的問(wèn)題，在設(shè)計(jì)中除經(jīng)常去企業(yè)參觀實(shí)習(xí)外，我還把遇到的問(wèn)題總結(jié)、歸類，并及時(shí)向老師詢問(wèn)，以求將可能出現(xiàn)的問(wèn)題減至最小。 在設(shè)計(jì)過(guò)程中得到了葛友華博士和王正剛、劉道標(biāo)老師的熱心指導(dǎo)，并得到同組同學(xué)的大力支持和幫助，在此表示衷心感謝。在利用AutoCAD、Pro/E兩種方式造型時(shí)得到了加工中心各位老師的指導(dǎo)，在此一并表示感謝。 由于作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論水平有限，時(shí)間較短促，書(shū)中缺點(diǎn)和不足之處敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。參 考 文 獻(xiàn)1 李德群. 塑料成形工藝及模具設(shè)計(jì)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994年2 王桂萍，邱以云，塑料模具的設(shè)計(jì)與制造。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19963 于華，注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)例。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19984 魏萬(wàn)璧，塑料模具制造技術(shù)。廣州：廣東科技出版社，1990.45 李德群，塑料成型模具設(shè)計(jì)。武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990年6 卓迪仕，數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用。北京：國(guó)防工業(yè)出版社，19977 秦寶榮，機(jī)械制造工藝學(xué)與機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，1998.38 劉瑞新，Mastercam應(yīng)用教程。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20029 猛少農(nóng)，機(jī)械加工工藝手冊(cè)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199110 陸劍中，孫家宇，金屬切削原理與刀具。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199011 薛彥成，數(shù)控原理與編程。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，199812 黃圣杰，張益三 ，洪立群，Pro/E2001高級(jí)開(kāi)發(fā)實(shí)例。北京：電子工業(yè)出版社，2002.213 李德群,精密多腔注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。武漢: 華中理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1991年10期 14 Lu yiqiang,Li Dequn,Simulation of cooling process of injection molding, Progress in Natural Science,Vol.6 No.2,1996.4.附件清單1 模具總裝圖 SJZSM-00 A 1張2 動(dòng)模固定板 SJZSM-03 A 1張3 定模板 SJZSM-06 A 1張 4 動(dòng)模板 SJZSM-02 A 1張 5 定模固定板 SJZSM-07 A 1張 6 推板 SJZSM-08 A 1張 7 支撐板 SJZSM-15 A 1張8 推板固定板 SJZSM-10 A 1張 9 澆口套 SJZSM-04 A 1張 10 拉料桿 SJZSM-05 A 1張11 有肩導(dǎo)套 SJZSM-14 A 1張 12 有肩導(dǎo)柱 SJZSM-13 A 1張13 推桿 SJZSM-09 A 1張 14 型芯 SJZSM-12 A 1張15 型腔 SJZSM-11 A 1張 16 定位環(huán) SJZSM-01 A 1張17 型腔加工工藝規(guī)程卡片 1張 18 三維圖圖冊(cè) 25
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