手機外殼注塑模具設計及型腔仿真加工【三維Proe】[26張CAD圖紙+PDF圖]

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Mobile shape so complicated that the mold design has a lot of factors to be considered , in addition to its ejector pin, parting surface, it needs to consider forming the quality of surface finish, and so on. Therefore, we should carefully design the structure of plastic products, find the best design options and choose the molding equipment specifications and models. It is very important, not the straight parts surface, parting surface of choice it is necessary to consider not affect parts of the surface appearance, but also to structural requirements. Pouring system design is also important in the design of the election, pin gate cold-slag well and Z-shape pin were chosen which are solved the problem of products to die. Plastic Parts of the Process model, and further injection structure of the design, preparation of the main components of the injection-processing technology, a cavity simulation final processing. The structure design involve parting plane, cavity layout, old systems, heating cooling systems, the side core pulling mechanism structure, prop up the organization, drawing patterns and the design process of the main work pieces. The later use PRO/E to construct carries on the three dimensional modeling and to assemble the injection mould. The processing craft of the cavity of fixed plate of the base of the mobile shell are analyzed, and the simulation process are carry out with the software of Mastercam，which can observe the geometric figure of the process of cutting very visually, the machine parameters users setting have been fully reflected to improve the unreasonable parameters, to minimize consumption of energy and materials and to improve processing efficiency. The structure characteristic of this injection mould was a two-parting surface , and was a side core pulling mechanism. The mould was proved to be a clever design by production practice , the mould could be operated easily , the service life of the mould was long and the plastics parts produced by the mould could meet the technical requirement.Key words: mold design; injection mould; processing simulation; parting plane； 1 前言1.1 課題意義模具是工業(yè)生產的重要工藝設備，它被用來成型具有一定形狀和尺寸的各種制品。在各種材料加工工業(yè)中廣泛地使用各種模具，每種材料成型模具按成型方法不同又分為若干種類型。其中塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來，人們對各種設備和用品輕量化要求越來越高，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場。塑料制品要發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。模具作為發(fā)展新產品的重要裝備，不僅市場需要量大，而且技術含量高。對于模具的精度、壽命、交貨期等要求也非常務實，模具行業(yè)的競爭也非常激烈。本專業(yè)是機械設計制造及其自動化，對制品的模具設計使得我們把以前所學的相關知識都運用到其中了，對模具設計手冊、機械設計手冊、模具制造工藝、中國模具工程大典的查找使得我對設計有了更進一步的認識和了解，能熟練運用PRP/E軟件進行制品的造型和模具的裝配，還有Mastercam型腔的仿真加工都得到了掌握。1.2 國內外發(fā)展現狀近年來，中國塑料模具制造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產單套重量達到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達到2m，制件精度很高的小模數齒輪模具及達到高光學要求的車燈模具等也已能生產，多腔塑料模具已能生產一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產擠出速度達6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出。在生產手段上，模具企業(yè)設備數控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術的應用面已大為擴展，高速加工及RP/RT等先進技術的采用已越來越多，模具標準件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進一步促進了塑料模具設計制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實現信息化管理和全數字化無圖制造。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，實現了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。模具市場的總體趨勢是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。熱點模具網 國外近年來發(fā)展的速度也比較快，在高速銑削加工方面，機床主軸轉速可達40000r/min -100000r/min，快速進給速度可達到30m/min-40m/min，加速度可達19，換刀時間可提高到1s2s。這樣就大幅度提高了加工效率，并可獲得Ra0.08m的加工表面粗糙度。另外，還可加工硬度達60HRC的模塊，形成了對電火花成形加工的挑戰(zhàn)。高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比還具有溫升低(加工工件只升高3)、熱變形小等優(yōu)點。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削必須與相應的軟件、加工工藝、刀具及其夾緊頭相配合。國外在模具生產中，計算機輔助設計與輔助制造(CAD/CAM)技術已得到十分成功的應用。三維造型和型腔的數控加工都是由計算機輔助軟件完成的，它大幅度的縮短了模具的生產周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達國家在模具設計制造領域仍處于國際領先水平，他們的一些先進的模具方面的技術被許多發(fā)展中國家，甚至是其它發(fā)達國家學習采用。亞洲以日本和韓國模具技術水平最高，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，國家之間的交流會使之發(fā)展更快。1.3 設計前提及主要問題本課題為手機外殼注塑模具設計及型腔仿真加工，結合生產實際，進行手機前蓋制品測繪、模具設計、工藝分析及數控編程及加工仿真。設計原始數據: 1）制品的尺寸精度要求：長度方向小于0.50，厚度方向小于0.10；2）制品材料：ABS；3）制品表面粗糙度：不低于實物表面；4）制品生產批量：5萬；5）制品其他要求：符合設計規(guī)范。運用三維繪圖軟件Pro/E進行制品的模型構造。PRO/E是一個高效的三維機械設計工具，可繪制任意復雜形狀的零件。本設計中主要是用PRO/E生成平面。其方法有：拉伸、旋轉、鏡像等。它既能作為高性能系統(tǒng)獨立使用，又能與其它實體建模模塊結合起來使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標準。它的功能很強大，可以應用與工業(yè)設計、機械設計、功能仿真、制造和數據管理等領域，涉及從設計到生產的全過程。對于型腔的加工則采用Mastercam 軟件仿真加工。Mastercam系統(tǒng)中，型腔銑削、輪廓銑削和點位加工的刀具路徑與被加工零件的模型是相關一致的。當零件幾何模型或加工參數修改后，Mastercam能迅速準確的自動更新相應的刀具路徑，無須重新設計和計算刀具路徑。Mastercam能加工簡單和復雜的2D、2.5D零件，它提供了數控加工所需要的所有工具，可迅速編制出優(yōu)質可靠的數控程序，極大的提高了工作效率和機床利用率。Mastercam提供多種先進的粗加工技術，零件加工的效率和質量高。Mastercam曲面精加工功能豐富，零件經粗加工后，表面仍殘留有未除去的材料，若用手工修整，需要花很多的時間和精力。而且能自動清除零件表面的剩余材料，使被加工零件的表面更加光滑。1.4 解決的主要問題和總體設計思路本設計主要完成手機前蓋制品測繪、模具設計、工藝分析及數控編程及加工仿真。本設計主要考慮模具型腔數目的確定，澆注形式的選擇，模具的頂出機構，動定模板及各模板的尺寸和厚度的確定，鎖緊裝置的選擇與布置等問題。由于條件的限制, 手機前蓋的測繪主要是手工測量和繪制，采用PRO/E繪制制品的三維實體模型。根據使用壽命和經濟方面考慮，本模具采用一模兩腔，選用點澆口，動定模尺寸根據手冊選BL=140170的模板，采用頂桿作為頂出機構的元件總體設計思路：原始數據收集繪制品工程圖三維實物模型模具設計型腔數控仿真加工1.5 預期成果和實際價值所設計的模具能滿足其工作狀態(tài)的質量要求,使用時安全可靠,易于維修，在注塑成型時有較短的成型周期,成型后有較長的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性。在預定時間內可以完成設計任務，把所設計的手機前蓋模具可以在模擬中生產出來。在整個設計過程中不斷增強有關模具方面的知識以及軟件的應用，并在實踐中得到了更進一步的提高。2 總體方案論證本設計是模具的設計及仿真加工,來源于生產實際。主要設計內容為:手機前蓋制品測繪、注塑模具設計、模具型腔工藝分析、數控編程及加工仿真。首先進行制品的測繪,由于條件的限制,采用了游標卡尺測繪,測繪時采用多次測量取平均值。廠家提供的注塑機型號是XS-Z-60,由于模具成本和型腔數目的關系,考慮到生產批量和經濟效益，還有塑件的精度等級等等, 本設計采用了一模兩腔的結構。之后對注射量、鎖模力、模具高度與注射機閉合高度關系、開模行程等方面進行校核。本制品內腔存在很多孔和凸臺，結構相當復雜，所有通孔從中間分型。由于制品有側孔，因此還設計了斜導柱側向分型抽芯機構。針對側向抽芯距離比較短的情況設計了二次分型滑動抽芯的獨特結構。然后設計澆注系統(tǒng):澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料穴等組成。主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線在同一條直線上。分流道的半徑與塑料種類和所需熔融塑料的體積有關。主流道與分流道采用圓角過渡，這樣可以減小料流轉向過渡時的阻力。分流道采用平衡式排列，確保熔融塑料幾乎能同時到達每個型腔的進料口。澆口采用點澆口, 點澆口的優(yōu)點在于：適用于成型殼盒形零件，是一種常見的澆口形式，能自動切斷澆口溢料。冷料穴的作用是儲存因兩次注射間隔而產生的冷料頭及熔體流動的前鋒冷料，以防止冷料進入型腔而影響制件質量。冷料穴常設計在主流道的末端，即主流道正對面的動模上（臥式或立式注射模），直徑稍大于主流道大端直徑，以利于冷料的流入。再進行冷卻系統(tǒng)的設計,在模板上直接設置冷卻水道同樣應遵循冷卻系統(tǒng)的設計原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過程中冷卻均勻、快速。本設計采用了循環(huán)式水道。然后對模架進行設計，模具設計好后進行型腔仿真加工。3 具體設計說明3.1 塑件測繪手機前蓋材料為ABS，用游標卡尺對零件進行測繪。該制品是模具生產出來的成千上萬個塑件中的一個，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會產生一定的變形，因此對該零件的測量數值需要進行分析處理。如對制品尺寸誤差進行修正，然后繪出零件的草圖。該制品有很多圓孔，形狀并不規(guī)則，所以需要多次測量求平均值。該制品外形尺寸為80mm398mm ,手機前蓋主要幾何尺寸如圖3-1所示： 圖3-1 手機前蓋基本尺寸3.2 塑件三維實體造型運用三維繪圖軟件Pro/E進行制品的模型構造。機械設計模塊是一個高效的三維機械設計工具，它可繪制任意復雜形狀的零件。根據零件的測繪圖，對零件進行三維造型。三維造型選用Pro/E軟件，三維造型的所有參數與測繪的數據一致。打開三維軟件Pro/E，新建名為SJWK.prt的文件,先后用到的方法有拉伸、陣列、抽殼等等工具,最后保存文件。制品的三維造型如圖3-2所示： 圖3-2 手機前蓋外輪廓3.3 材料的選擇3.3.1制品材料本設計模具為手機前蓋，材料采用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物），屬于熱塑性材料。ABS使用性能：綜合性能較好，沖擊韌性、機械強度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學性、電性能良好，易于成形和機械加工。ABS成型性能：A. 無定性料，流動性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為0.04毫米左右。B. 吸濕性強，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經長時間的預熱干燥。C. 成型時易取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為250）。對于精度較高的塑件，模溫宜取5060，對光澤、耐熱塑件，模溫宜取6080。注塑壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機成型時，料溫為180230，注射壓力為10001400kgf/cm3。用螺桿式注射機成型時，料溫為160220，注射壓力為7001000 kgf/cm 3。3.3.2模具材料的選擇塑料模具由于成型方法，結構形式，使用要求模具大小及制品產量多少，制品外觀光澤要求等有許多不同，因此模具選材應依據模具實際情況合理的選擇。要求快速出模，快速出樣品，這就不允許按常規(guī)要求，型腔選用號鋼材，經調質氮化或淬火，按模具壽命可以使用50萬次要求精工細做。而應符合市場規(guī)律，只有當產品定型，并占有市場一定數額時，在有把握的情況下，才能投入高質量、高壽命的模具制造。A. 定模板、動模板、定模固定板、動模固定板、定位圈、推板、推板固定板、動模墊板等零件均要經過調質處理才能應用,所以采用45號鋼，且45號鋼用途最廣、最經濟實惠。B. 導柱、導套、復位桿、澆口套等零件采用材料T8A。C.拉料桿采用T10A材料,其優(yōu)點是拋光性能好，可以拋成鏡面光澤。3.4 注塑機的校核3.4.1注塑設備的確定塑料注塑機按用途可以分為熱塑性塑料通用注塑機和專用注塑機；按外形可以分為臥式注塑機、立式注塑機和直角式注塑機；按塑料在料筒內的塑化方式可以分為柱塞式注塑機和螺桿式注塑機。由于廠家提供XS-Z-60型號的注塑機。熱塑性塑料注射機型號：XSZ60具體參數如下表：表3-1 注塑機參數 型號XSZ60螺桿（柱塞）直徑mm42最大注射容量/ cm360注射壓力/( 105Pa)120鎖模力/(kN)900最大注射面積/ cm2250模具厚度最大/mm300最小/mm200模板行程/mm300噴嘴孔直徑/mm4球半徑/mm12定位孔直徑/mm100注射時間s1.6頂出形式機械頂出、兩側頂桿3.4.2注塑機有關工藝參數的校核注射量是指注射機進行一次注射成型所能注射出的最大容積，它決定了一臺注射機的所能成型塑件的最大體積。一臺注射機的最大注射量受注射成型工藝條件的影響而有些波動，因而在實際生產中常用公稱注射量或是理論注射量來間接的表示注射機的加工能力。公稱注射量是指在對空注射條件下，注射機螺桿或柱塞作一次最大注射行程時注射機所能達到的最大注射量，它近似于注射機的實際能夠達到的最大注射量。所以塑件及澆注系統(tǒng)的總體積小于注射機最大注射量，該注射適合注射成型條件。A. 型腔數量的選擇 首先必須考慮采用單型腔還是多型腔模，并決定型腔數量的多少?？紤]的主要因數有：現有注塑機的規(guī)格、所要求的塑件的質量、塑件成本及交貨期。起決定作用的因數很多，它既有技術方面的因數，也有生產管理方面的因數。當尺寸精度要求很高時，應盡量減少型腔的數量。模具成本與型腔數目的關系。通常認為，模具中每增加一個型腔，所成型的制品的精度就會下降4，對精度要求高的制品，隨著型腔數目的增加，模具的制品精度也勢必隨之增加，因而導致其制造成本的加大。以機床的注塑能力為基礎，每次注射量不超過注射機最大注射量的80%。 （3-1）式中 N型腔數； S注射機的注射量，g； 澆注系統(tǒng)的質量，g； 塑件質量，g；塑件體積=9.383 cm3 ； 塑件質量=10.32 g ；澆注系統(tǒng)體積=15.79 cm3 ；=15.791.117.89 g ；經計算：N2 ，因此型腔數確定為一模兩腔。B額定鎖模力的校核 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力，不然模具分型面要分開而產生溢料。注射時產生的型腔壓力對柱塞式注射機因注射壓力損失較大，所以型腔壓力為注射壓力的40%70%；而有預塑裝置的注射機及螺桿式注射機損失較小，所以型腔壓力較大。另外，對不同流動性的塑料，不同的噴嘴和模具結構形式，其壓力損失也不一樣。一般熔料經噴嘴時其注射壓力達6080MPa，經澆注系統(tǒng)入型腔時則型腔壓力一般為2550MPa。鎖模力和成型面積的關系由下式確定： （3-2）式中：鎖模力，kN； 型腔壓力，一般取4050 MPa ； A 澆道、進料口和塑件的投影面積，mm2；計算：A=12275=9150 mm2A/1000=5091501000=457.5 KN =900KN所以：A/1000 公式成立C. 注射壓力的校核 ABS成型所需注射壓力 MPaD. 模具高度與注射機閉合高度關系的校核 (3-3) E. 開模行程校核3.5 分型面的設計分型面的設計要便于模具加工制造，應盡量選擇平直的分型面，這樣的分型面壁較好處理，對于分型面不在同一平面的模具，為了避免合模時動、定模兩部分發(fā)生碰撞，以及減小模具制造的難度可以利用一些角度很小的角作為分型面發(fā)生變化的部位。選擇分型面時一般應遵循以下幾項原則： A. 分型面應選在塑件外形最大輪廓處；B. 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時留在動模一邊；C. 保證塑件的精度要求；D. 滿足塑件的外觀質量要求；E. 便于模具加工制造；F. 對成型面積的影響；G. 對排氣效果的影響；H. 對側向抽芯的影響。由于制品有側孔，采用了側向抽芯機構，所以特地設置了兩個分型面，一次分型完成側向抽芯動作，二次分型是為了拉斷點澆口，塑件包緊在凸模型芯上；然后注射機推動推桿固定板，推桿發(fā)生作用，推出塑件脫落，同時拉料桿將凝料推出自動脫落。如圖3-3所示：圖3-3 分型面3.6 澆注系統(tǒng)設計澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道。其作用是將塑料熔化充滿型腔,并將注射壓力傳遞到模腔的各個部位,以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑件。澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井幾部分組成。3.6.1澆注系統(tǒng)的設計原則A. 流程要短。減少壓力和熱量損失及塑料消耗量,同時縮短了充模時間。B. 排氣良好。使料流平穩(wěn)順利充滿型腔。C. 防止型芯變形和嵌件位移。D. 防止塑件翹曲變形和表面形成冷斑、冷等缺陷。E. 合理選擇冷料穴。3.6.2主流道的設計主流道是指連接注射機噴嘴與分流道或型腔的進料通道。負責將塑料熔體從噴嘴引入模具,其形狀、大小直接影響塑料的流速及填充時間。為了使塑料凝料能從主流道中順利拔出,需將主流道設計成圓錐形,具有=26的錐角,內壁為Ra0.8M以下的表面粗糙度,小端直徑應大于噴嘴直徑約0.51mm,凹坑半徑R也應比噴嘴頭半徑大12mm,以便凝料順利拔出。根據以上所述和注塑機的配合要求,本設計的澆口套尺寸如圖3-4所示： 圖3-4 澆口套形式 3.6.3分流道及其平衡布置A. 分流道 主流道和澆口之間的進料通道。其作用是通過流道截面及方向變化使熔料平穩(wěn)地轉換流向,并均衡分配給各個型腔。常見分流道的截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等幾種形式,從壓力損失考慮,圓形截面分流道最好。分流道截面尺寸應按塑料制品的體積、形狀、壁厚、塑料品種、注射速率、分流道長度等因素確定。圓形截面分流道直徑一般取d = 212mm 。分流道表面不要求太光潔,表面粗糙度通常取Ra1.252.5M。本設計采用圓形分流道的直徑為5mm。B. 分流道的布置 本設計采用平衡式布置,這樣一模兩腔可以均衡布置,使熔融塑料幾乎同時到達每個型腔的進料口,這樣,塑料到每個型腔的壓力和溫度是相同的,塑件的品質理應相同。如圖所示：圖3-5 分流道布置形式3.6.4澆口的設計澆口又稱進料口,是分流道與型腔之間的狹窄部分,也是澆注系統(tǒng)中最小的部分,它是塑料熔體的流速產生加速度,以利于迅速充滿型腔,同時還起封閉型腔防止熔體倒流的作用,并在成型后使?jié)部谀吓c塑件易于分離。澆口的理想尺寸很難計算,一般可根據經驗估算,澆口斷面積約為分流道斷面積的3%9%,斷面形狀常為矩形或圓形,澆口的長度約為11.5mm。在設計澆口時往往先取較大的尺寸值,以便在試模后逐步加以修正。澆口的形式有多樣:側澆口、點澆口、潛伏澆口和直接澆口等等。本設計中采用點澆口點澆口垂直設于制品的平面上，其優(yōu)點是：開模時澆口可自動切斷實現全自動成型，澆口周圍殘留應力小。如圖3-6所示：圖3-6 點澆口3.6.5冷料穴的設計冷料穴的作用是儲存因兩次注射間隔而產生的冷料頭及熔體流動的前鋒冷料，以防止冷料進入型腔而影響制件質量。這種帶Z形頭拉料桿的冷料桿的冷料穴設計在主流道的末端的動模一側。既起冷料儲存作用又兼有分型時將主流道襯套中拉出凝料作用。開模后，凝料及塑件一起被帶Z形的拉桿脫出。適用于各種塑料的注塑成型，是常用的結構形式。如圖3-7所示： 圖3-7 冷料穴形式3.7 冷卻系統(tǒng)的設計3.7.1 在設計冷卻系統(tǒng)時，應從多方面考慮：A. 在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道盡可能設置在靠近型腔（型芯）表面。B. 在保證模具材料有足夠的機械強度的前提下，冷卻水道應安排的盡量緊密。C. 合理確定冷卻水道孔的直徑、中心距以及與型腔壁的距離，根據經驗，水道孔的直徑一般取812mm；水道管壁間距離不得超過5d，水管壁離型腔表面不得太近，亦不能太遠。一般不超過管徑的3倍，以1215mm為宜；D. 對于中、大型模具，由于冷卻水道很長，會造成較大的溫度梯度變化，導致在冷卻水道末端（出口處）溫度上升很高，從而影響冷卻效果。從均勻冷卻的方案考慮，對冷卻液在出、入口處的溫差，一般控制在5以下，冷卻水道的長度在1.21.5以下。因此，對于中、大型模具，可將冷卻水道分成幾個獨立的回路來增大冷卻液的流量，減少壓力損失，提高傳熱效率。E. 制品較厚的部分應特別加強冷卻。3.7.2冷卻計算所需冷卻水量按下式計算： （3-4） 式中 通過模具的冷卻流量（g）； 單位時間內進入模具的塑料重量（g）； 每克塑料的熱容量（J/g）； 出水溫度（）； 入水溫度（）； 熱傳導系數；經計算得：W=220g再由下式可求出冷卻水道的直徑d： （3-5） 式中 冷卻液密度（g/m2）； L冷卻水道的長度（cm）；經計算水道直徑d約為6mm，經查手冊本設計水道直徑d取8mm。3.7.3冷卻水道在定模中的位置冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應設置在塑料向模具熱傳導困難的地方，根據冷卻系統(tǒng)的設計原則，冷卻水道應圍繞模具所成型的制品，且盡量排列均勻一致。在模板上直接設置冷卻水道同樣應遵循冷卻系統(tǒng)的設計原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過程中冷卻均勻。如果模具中成型制品的部分，是以鑲件方式鑲入模板，其冷卻水道的分布，最好采用圍繞鑲件的方式。相交水道通常采用以過盈配合方式插入鑲件，使冷卻液改變流向。綜上所述，對本制品而言，由于形狀較復雜，塑料難以充填等，需要進行均勻的冷卻，才能保證產品的質量；采用循環(huán)水道冷卻，使入水口和出水口的溫差控制在5度以內。本模具的冷卻水道直徑為8mm，并且圍繞型腔布置。具體分布如圖3-8所示： 圖3-8定模板冷卻水道布置圖3.8 頂出系統(tǒng)的設計3.8.1推出機構設計推出機構的作用是將塑件成型后，順利地把塑件及澆道凝料推出模外。推出機構一般由推桿、拉料桿、推板、推桿固定板等零件組成。在設置推出機構時，首先需要確定當模具開啟后，制品的留模形式（留動模部分或留定模部分），推出機構必須是建立在制品所滯留的模具部分中。通常，由于注塑機的推出機構設置在動模板一側，因此大多數模具的推出機構是安裝在動模中的。為了對推出機構進行位置調整和防止推出機構復位時受到異物阻礙，在動模座板上還設計了限位釘。推出機構的設計原則：A. 模具的推出機構必須有足夠的強度及剛度，使塑件出模后不致于變形；B. 推力要均勻。推力面盡可能要大，其推力應設計在塑件承受力較大的地方如筋部、凸緣及殼體壁部等部位；C. 推件不應設計在零件外表面，以免影響塑件外觀質量；D. 推出系統(tǒng)要動作靈敏可靠、動作平穩(wěn)并便于更換于維修。3.8.2頂出行程頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離模具510mm， 在成型一些形狀簡單且脫模斜度較大的桶形制品，也可使頂出行程為制品深度的2/3。本設計的頂出行程為20mm。3.8.3復位桿頂桿在將制品頂出后，其頂端位置會高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合緊之前）時，必須使其退回到頂出前的初始位置，以免碰壞型腔（或型芯），因此在頂出機構中必須設有復位桿幫助頂桿回位。復位桿與推桿一起固定在推桿固定板上，設置了4根，位置均布于推板固定板的四周，位于模具型腔和澆注系統(tǒng)之外。在合模過程中，復位桿的前端面與定模板相接觸才開始復位，合模和復位同時完成。3.8.4頂桿的形狀與尺寸選擇推桿多為圓形結構，細長桿可將后部加粗成臺階形，配合間隙要求小的推桿，其推桿端部應設計成錐形。推桿應盡量短，推出時，一般將塑件推到高于型腔（或型芯）10mm左右即可。推桿的端面應高出所在型腔的底面或型芯頂面0.05-0.1mm。推桿與其配合孔采用H7/f7配合，保持一定同軸度。推桿數量在保證推出前提下，越少越好。在推桿推出機構中一定要設計復位機構。頂桿需要進行淬火處理，使其具有足夠的強度和耐磨性。本模具采用了八根直徑為4的圓形頂桿并經過熱處理。3.8.5導向裝置位置的布置導向裝置包括兩個部件，即導柱和導套，具有保證模具精確閉合，保護型芯，并防止注射時模板因受力而偏移等作用。導柱一般安裝在動模上，導套安裝在定模上。根據模具的形狀和大小,在模具型腔的周邊要設導柱和導套,本設計導柱的數量采用四根。導柱的布置最好能保證模具的動定模只能按一個方向合模,防止在裝配或合模時因方位搞錯而使型腔損壞,本設計采用四根直徑相同的導柱對稱布置,并且開設了環(huán)槽，這樣避免了安裝錯誤和出現以上問題。如圖3-9所示: 圖3-9導柱3.8.6澆注系統(tǒng)零件設計澆注系統(tǒng)零件主要是定位圈及澆口套兩個零件。定位圈的作用是使模具安裝在注射機上后有一個準確位置。定位圈凸出定模座板部分的徑向名義尺寸應與注射機固定板定位孔的徑向名義尺寸相同，兩者設計成H7/k6配合形式。如圖3-10所示： 圖3-10澆注系統(tǒng)3.9側向分型與抽芯機構的設計側向分型與抽芯機構是利用注射機的開模力作為動力和開模行程，通過斜導柱等零件，在塑件脫模之前，將模具的可 側向移動的 成型零件從塑件中抽出。該機構結構緊湊，動作可靠，加工制造方便，廣泛應用于抽拔距和抽拔力不太大的場合。其結構要素組成是斜導柱、側滑塊、楔緊塊導滑槽的定位裝置。3.9.1側向抽芯機構設計應注意如下要點：1)成型部位截面形狀的復雜與簡單、面積大小、多芯與單芯等都直接影響抽拔力的大小，在一般情況下，形狀復雜、面積大、多芯時所需要的抽拔力大。2)制品壁的厚薄也影響到抽拔力的大小。壁厚者收縮量大，所需要的抽拔力亦相應增大。3)塑料的收縮率及其制品與成型零件的摩擦系數也影響抽拔力。塑料的成型收縮率大，抽拔力亦大；表面自潤滑性能較好的塑料，其抽拔力較小。4)型芯成型部位的表面粗糙度，對于抽拔力有較大的影響。表面粗糙度高，抽拔力大。因此，成型零件要有比較低的粗糙度，一般應達到0.2以下，同時應注意加工時的紋路方向，應該與抽芯方向一致。5)模具型芯應有足夠的啊的脫模斜度。斜度大，抽拔力小，反之增大。一般的抽芯脫模斜度應1：100。6)注射成型的工藝條件，必須與制品造型、模具結構相適應。注射壓力、模具溫度對制品在型芯上的包緊力有一定的影響。注射壓力小，模具溫度高時，抽拔力??；反之抽拔力大。3.9.2抽芯距、抽拔力與斜導柱的計算1.抽芯距S =4 （-側孔深度）2.側向抽拔力F的估算 （3-6）=18283.65N式中：L-側型芯成型部分的截面平均周長（mm）；h-側型芯成型部分的高度（mm）；p-塑件對側型芯的包緊力，一般取p=8-12MPa；-塑料在熱狀態(tài)時對鋼的摩擦系數；-側型芯的脫模斜度。3.斜導柱的長度計算 （3-7） = =90式中：-斜導柱軸線與主開模方向的夾角；-錐臺長度，可取mm；-斜導柱有效導滑長度。3.9.3斜導柱的設計斜導柱的斜角一般為，最大不得超過，本設計選用的斜角為。材料采用T8A，淬火硬度HRC50-55。由于斜導柱只起驅動滑塊的作用，滑塊的運動精度由導滑槽與滑塊間配合精度保證，滑塊的最終位置由楔塊保證，因此為了運動靈活，斜導柱與模板固定孔間的配合采用H7/m6，與滑塊導滑孔間的采用H11/b11的間隙配合。結構形式如圖3-11所示：圖3-11 斜導柱3.9.4滑塊的設計滑塊可以是瓣合模滑塊，也可以是型芯滑塊?；瑝K可以做成整體式，也可以做成組合式。整體式是將成型部分與滑動部分做在一整體材料上，使用于形狀簡單的側向成型零件及瓣合模；組合式是將成型部分與滑動部分靠一定的連接方式裝配在一起，這樣可以優(yōu)質模具鋼材，且加工方便，應用廣泛。本設計采用組合式的滑塊，滑塊上斜導孔的直徑與傾角應保證能與斜導柱實現H11/b11的配合。滑塊的定位裝置是利用壓縮態(tài)彈簧的彈力，通過拉桿螺釘將滑塊拉緊在固定塊上?；瑝K的底面和兩側面為滑動面，應有足夠的硬度和較低的粗糙度，以增強其耐磨性。如圖3-12所示： 圖3-12 滑塊 圖3-13楔塊3.9.5楔塊的設計楔塊的作用就是使側滑塊在模具閉合后能精確復位，并鎖緊滑塊，以承受注射成型是熔體對型芯的壓力。楔塊的結構形式根據滑塊的形狀和受力的大小決定，楔塊應有足夠的表面硬度（HRC52-56），以免擦傷和變形。本設計是用螺釘把楔塊連接在定模板上的，加工方便，是很常用的一種結構形式，用于滑塊受力較小的場合。其結構如圖3-13所示：3.10 模架設計塑料注射模模架現已標準化和系列化了,因此,在設計時只需根據塑件的結構和尺寸直接選用即可。塑料模的模架起裝配、定位和安裝作用。A. 動模固定板和定模固定板 它們是動模和定模的基座,也是固定式塑料模與成型設備連接的模板。因此,座板的輪廓尺寸和固定孔必須與成型設備上模具的安裝板相適應。座板還必須具有足夠的強度和剛度。因為選擇XS-ZY-30型注塑機, 根據中國模具手冊查得其尺寸為250mm280mm 。 B. 墊塊、推板和推板固定板 墊塊的作用是使動模支承板與動模固定板之間形成推出機構運動的空間,或調節(jié)模具總高度以適應成型設備上模具安裝空間對模具總高的要求。墊塊的尺寸為43mm250mm , 推板和推板固定板的尺寸均為140mm250mm 。D. 各板的厚度如下:a.動模固定板和定模固定板根據標準選用厚度分別為25mm和30mm;b.型腔座板選用厚度為60mm；c.型芯座板選用厚度為70mm；d.墊塊根據已選用的模架，選擇其厚度為80mm；e.推板的厚度取20mm；f.推桿固定板厚度取15mm。3.11 凸凹模的造型根據手機前蓋裝配圖即可用Pro/E Widefire中的模具設計模塊設計進行三維造型,這樣所設計的模具便很直觀、明了,也便于后續(xù)加工等等。具體過程如下：A. 新建文件marong.mfgB. 選擇 模具模型定位參限零件創(chuàng)建,出現如圖3-14的對話框,單擊“確定”， 圖 3-14創(chuàng)建圖然后再設置如圖3-15的對話框，單擊對話框的確定，即完成了參限零件的創(chuàng)建C. 選擇 模具模型創(chuàng)建工件手動，彈出“元件創(chuàng)建”對話框，輸入名稱，單擊“確定”命令，在彈出的“創(chuàng)建選項”對話框中選擇“創(chuàng)建特征”，單擊確定，在彈出的菜單中選擇 加材料拉伸，實體完成，即可通過對稱拉伸生成工件D. 選擇 收縮，任意選擇一個參限零件，在菜單中選擇 按尺寸，彈出如下的對話框，設置后單擊，在菜單中單擊“完成/返回”，完成收縮率的設置E. 選擇分型面創(chuàng)建，輸入分型面的名稱，選擇增加復制完成，彈出如圖3-17的對話框，選擇要復制的曲面和要填充的曲面，單擊“確定”，完成分型面的創(chuàng)建。在菜單中選擇 分型面創(chuàng)建增加拉伸(平整)選擇要拉伸(平整)的平面，完成補充，依此進行其他三個分型面的創(chuàng)建。再創(chuàng)建一個分型面，將這這四個分型面分別與第五個分型面合并，形成一個完整的分型面。 F. 選擇 模具體積塊分割兩個體積塊所有工件完成，選擇上面的分型面，單擊確定，生成兩個體積塊，分別為型腔和型芯，至此完成型腔和型芯的設計，如圖3-18所示，選擇文件保存。 圖 3-15布局圖 圖 3-16尺寸收縮圖圖 3-17曲面復制圖G. 選擇 特征實體切減材料旋轉實體完成，通過旋轉命令可依次生成主流道、分流道和澆口。H. 選擇 特征型腔組件水線，彈出“水線”對話框，根據提示設置好所有的參數，即可生成水線。I. 根據繪制的二維圖，在.prt中分別完成各個零件的三維造型，包括如下的零件：定模固定板、定模板、動模板、動模支承板、推桿固定板、推板、墊塊、動模固定板、鑲塊、定位圈、澆口套、拉料桿、推桿、導套、導柱、復位桿、限位釘、滑塊、楔塊、斜導柱、彈簧。圖3-18 凹模和凸模3.12 型腔加工工藝分析及加工仿真3.12.1零件的工藝性審查A. 零件的結構特點型腔（見附圖），該零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面與定模固定板配合，凹進部分與動模型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料ABS經冷卻后形成所需手機前蓋。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、型腔等。由于型腔在注塑時需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強度、剛度、耐磨性和韌性。B. 主要技術要求 零件圖上的主要技術要求有：1、熱處理：HRC 50-55；2、銳角去毛刺倒鈍；加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=0.8m，側面的表面粗糙度Ra=3.2m, 內輪廓表面的粗糙度為Ra=0.8m。C. 零件材料零件的材料為45鋼，可以通過熱處理來獲得所需的機械和力學性能。3.12.2毛坯選擇A. 考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯。B. 確定毛坯的形狀、尺寸：選用45鋼鍛件14517535（mm）。3.12.3基準選擇加工中心的一次裝夾希望能夠進行在該基準下的全部加工，這樣可以降低由于基準不重合而導致的基準不重合度誤差。根據對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。3.12.4擬定加工方案表3-2 工序表工序加工內容刀具刀具號轉速(rpm)進給量(mm/min)1銑四周15面銑刀T150012002銑上表面15端銑刀T250015003粗銑型腔8端銑刀T3150012004精銑型腔1端銑刀T415009003.12.5型腔數控仿真加工Master cam 9.0是一套被模具行業(yè)廣泛采用的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，CAM部分提供了完整的二軸，三軸，四軸和五軸銑削加工方式。利用Master cam 9.0的CAM部分選擇加工方式、加工刀具、設定加工參數、計算NC刀具路徑、實體切削模擬結果等步驟，在檢驗一切無誤后，選擇對應的后處理器將刀具路徑轉換成數控機床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進行加工。曲面刀具路徑用來加工曲面、實體或實體表面。本模具選擇型腔來進行仿真加工。Mastercam 使用CAD的設計功能設計出工程圖紙，而用CAM的功能編制出刀具路徑（NCI），最后通過NC程式輸入數控機床，加工成型。仿真加工具體步驟如下：A. 打開 SJWK.prt,將它另存為SJWK.igs,關閉文件B. 打開Mastercam9.0, Main menuFileConvertsIGESRead file選擇SJWK.igs文件,將它導入進來C. Main menuScreenConfigureMill9.CFG(Metric) 單擊“System configuration”對話框中的命令,完成設置D. 單擊, Main menuXformRotateAllEntitiesDoneOrigin,出現“Rotate”對話框，輸入旋轉角度“180”，單擊完成E. Main menuToolpathsJob setup，出現Job setup對話框，設置 X=335,Y=270,Z=60,單擊完成工件設置F. Main menuToolpathsContourChain,選擇型腔上表面的四條邊,選擇End hereG. Main menuToolpathsFaceArea,選擇型腔上表面，選擇DoneH.選擇Main menuToolpathsSurfaceRoughPocketAllDoneI.選擇Main menuToolpathsDillDoContourDoneJ.選擇Main menuToolpathsSurfaceFinishParallerDone刀具路徑控制管理器如圖3-21所示：圖3-21 刀具控制器仿真加工效果如圖3-22所示：圖3-22仿真加工圖4 結論本課題設計是手機前蓋模具設計及其型腔仿真加工。在這次為期三個多月的畢業(yè)設計設計中，我對模具結構有了理性的認識，對模具設計奠定了基礎，同時對塑料模具設計和制造進行文獻檢索，了解模具的現狀和發(fā)展趨勢，并制定了設計方案和計劃。首先對制品數據收集后進行三維實體造型,再進行一系列模具結構設計,再應用Mastercam軟件進行型腔數控加工,過程中發(fā)現很多不懂的問題，及時查找書籍和請教老師指點，不斷解決了這些難題。在設計中注意了配合尺寸和粗糙度的要求并進行工藝分析,盡量滿足生產要求,降低了零件的加工成本,大大提高了加工效率。通過以上工作的完成，我對一套模具從設計