塑料插座底座注塑模具设计含3张CAD图纸.doc

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1、摘要本论文的主要内容为注塑模的设计。首先获得产品部件的外型实体模型，进行数据交换后存为STEP文件,然后利用Pro/ENGINEER4.0重新测量建立.prt文件，然后综合运用EMX4.1模块完成模具的设计，再进行CAE分析，通过不断分析改进和修整，使设计达到要求；通过所有检验后，用AutoCAD2004成注塑模具非标准零件的零件图和模架的装配图。关键词 注塑模；Pro/ENGINEER4.0；AutoCAD2004目录第一章 引言1第二章 注塑工艺分析及成型方法简介42.1塑件分析42.1.1塑件42.1.2塑料名称52.1.3生产纲领52.1.4塑件的结构及成型工艺分析52.2材料ABS的

2、注射成型过程及工艺参数52.2.1注射成型过程52.2.2材料ABS的注塑成型参数62.2.3材料ABS性能6第三章 模具设计83.1 拟定模具结构设计83.1.1分型面位置的确定83.1.2确定型腔数量及排列方式93.2浇注系统、关键零部件设计123.2.1浇注系统形式和浇口的设计123.2.2分型面设计153.2.3成型零件设计153.2.4排气系统的设计163.2.5温度调节系统设计173.2.6脱模机构的设计193.3模架的确定22第四章总结234.1 模具设计过程体会234.2 设计存在问题及解决设想24参考文献 25致谢 26第一章 引言模具是工业生产的主要工艺装备，在消费品、电器

3、电子、汽车、飞机制造等工业部门有举足轻重的地位。在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要。工业产品零件精加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%将由模具完成。我国模具行业近年来年均增长速度为21%。今后一段时期，对模具的需求主要集中在四个行业：汽车行业、家用电器行业、电子及通讯行业和建材行业。模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值要比模具自身的价值高几十倍。如汽车行业，目前我国汽车产量超过400万辆，基本车型达到170种，新车型和改装车型将达430种，汽车换型时约有80%的模具需要更换，一个型号的汽车所需模具达数千副，价值上亿元；家用电器行业中

4、彩电、电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、录像机、摄像机、VCD、DVD等需用模具量大。同时，模具行业日益受到国家和人们的关注和重视，国务院颁布的关于当前产业政策的决定也把模具工业列为机械制造工业改造序列的第一位。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器”，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流

5、活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。 A.有利因素：（1）模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。（2）规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。 （3）能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有 “品牌”和“专利”。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利”。有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5%左右，个别企业甚至达到8%至10%。 （4）模具技术含量

6、不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。 （5）国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。 B.不利因素：（1）虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚需大量进口。 （2）对外资的依存逐年增大。 （3）人才紧缺日益突出。 （4）市场竞争加剧。（5）虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。CAD即计算机辅助设计的英文简称(Compute

7、r Aided Design)。注塑模CAD系统中数据可分为组合数据和基本数据，可将组合数据逐层分解至基本数据为止。根据这种分解模式，可以对总体、部件、详细数据这三类数据分别进行处理。1.总体数据 它是一种模型数据，可以表达为如下格式：文件名：总装图；组成：各部件数据名+定位关系数据；组织：依次记录各部件名，定位数据。2.部件数据 它可定义为一种图形/模型数据，以标准模架为例说明其表达格式： 文件名：部件名；组成：基准件名+各组成零件名+定位关系+尺寸关系+零件图形关联性； 组织：依次记录个零件名、定位关系、主特征尺寸。3.零件数据 它可定义为一种图形文本数据，为注塑模系统的基本单元数据，该数

8、据类型可表达为如下格式：文件名：零件名； 组 成：图形信息+尺寸信息+文本信息；组 织：依次按图形记录图形节点信息、尺寸标注及文本信息。PRO/ENGINEER4.0是美国PTC公司（Parametric Technology Corporation参数技术公司）开发的大型CAD/CAM/CAE集成软件，是全方位的产品开发软件。该软件集产品设计、装配、加工、钣金设计等功能于一体，其模块众多、内容丰富、功能强大，已广泛应用于电子、航天、汽车、家电和玩具等行业。在模具设计过程中，主要应用Pro/ENGINEER4.0进行了模仁结构设计，包括分形面、浇注系统等的设计。PTC用于Pro/ENGINEE

9、R的新模架EMX(Expert Moldbase Extension)，是一个基于知识库的模架装配和细化工具，它增强了现有Pro/ENGINEER模具工具的功能。专门为模具设计人员开发的这套工具，提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能，能简化模具设计过程，提高生产效率。AutoCAD是最常用的工程制图软件。由Pro/ENGINEER产生的工程图纸不规范，所以后期需要导入AutoCAD软件进行完善流程如图2-1所示。- 23 -第二章 注塑工艺分析及成型方法简介2.1塑件分析：2.1.1塑件该零件尺寸中等大小，最大长度为212mm，最大高度15mm，最大宽度80mm，厚度为3mm。2.1.2塑

10、料名称根据各材料的注塑性能及加工使用性能，综合市场价格，选择材料为ABS。2.1.3生产纲领大批量，自动化生产2.1.4塑件的结构及成型工艺分析1.结构分析该塑件端部带有连接运动部分，两个连接运动部分分别在不同的型腔内成型，故在模具设计和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工艺，以保证转动的顺畅和零件的使用寿命。该塑件是放在外面的，对表面美观有一定要求，设计时要注意对外边面的处理。2.成型工艺分析精度等级：采用一般精度5级。脱模斜度：该注塑零件壁厚约为3mm，塑件外表面40120。由于该塑件没有特殊狭窄细小部位，所用塑料为ABS，流动性较好，而且，主要部分有较好的弧度，可顺势脱模，所以塑件外表

11、面没有放脱模斜度。2.2材料ABS的注射成型过程及工艺参数2.2.1注射成型过程1.成型前的准备对ABS的色泽、细度和均匀度进行检验。由于ABS的吸水率大约为0.2%0.8%，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量 H最小； 故满足要求。3) 开模行程校核此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机）。注塑机的开模行程应满足下式：S机-（H模- H最小） H1H2+（510）mm(4-3)因为S机- (H模- H最小)360-（270-220）=310mmH1H2（510）100+100+10=210mm即 S机-（H模-H最小） H1H2+（510）mm故满

12、足要求。式中: H1推出距离，单位mm；H2包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；S机注塑机最大开模行程。3.2浇注系统、关键零部件设计3.2.1浇注系统形式和浇口的设计浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。1.主流道的设计主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模是主流道凝料的顺利拔出（1）主流道尺寸主流道小端直径 D=注射机喷嘴直径+（0.5

13、1） (4-4) =3+（0.51），取D=4主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（12）(4-5) =15+(12)，取SR0=16球面配合高度h=35mm，取h=3mm主流道长度L=40mm主流道大端直径D=D+2Ltan=4+240tan2=6.79，取D=7mm(4-6)浇口套总长LO=L+h+2=45mm(4-7)（2）主流道衬套的形式主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严格，因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等，热处理硬度为50HRC55HRC。

14、由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。（3）主流道衬套的固定主流道衬套采用四个螺钉均布固定。2.冷料穴的设计（1）主流道冷料穴的设计开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。冷料穴直径= D+2=7+2=9 mm(4-8)冷料穴深度=3/4 D=7 mm(4-9)（2）分流道冷料穴的设计此模具分流道比较短，所以可以不加冷料穴。3.分流道设计（1）分流到布置形式分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力

15、求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。（2）分流道的长度长度应尽量短，减少弯折。该模具的分流道长度在设计过程中由绘图的出，L=5 mm。（3）分流道的形状为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用圆形截面.（4）分流道表面粗糙度由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取0.631.6微米，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，是中心层具有较高的剪切速率，此处Ra=0.8。4.浇口的设计浇口是连接流道于型腔之间的一段细短通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺

16、寸对塑件的质量影响很大。浇口截面积通常为分流道的0.070.09倍，浇口截面积取为圆形。（1）浇口类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具，同时，对外观要求较高，所以从侧浇口和潜伏式浇口中进行选择。其中，潜伏式浇口模具结构简单，只需两板模即可，比较有优势。那么采用侧浇口时，各方面都不是很理想；虽然双浇口在控制气泡上比较有优势，但是熔接痕方面有明显缺陷，而且如采用双浇口，分流道布置会过长，所以也不合适；潜伏式浇口最合适，而且相应的模具结构也比较简单，所以选用潜伏式浇口。（2）浇口尺寸设计由经验公式，浇口的直径d=0.206 =0.607；(4-10)浇口直径一般取在0.81.2之间，本模具

17、取d=1 mm。3.2.2分型面设计在Pro/ENGINEER工作环境下，可以对简单零件自动产生分型面。但插座底座塑件，形状不规则，分型面大部分是平面，所以不需要手动创建曲面。3.2.3成型零件设计直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸

18、精度并影响脱模。3.2.4排气系统的设计该套模具是属于小型模具，排气量很小，可利用分型面、滑块和顶杆等间隙进行排气，不需要单独开设排气槽。3.2.5 温度调节系统设计1.加热系统由塑料模具的温度直接影响到塑件的成型质量和生产率。ABS材料的注塑成型温度为5080 ，所选塑件材料模具温度为：100C，所以可以不设置加热装置。2.冷却系统一般注射到模具内的塑料温度为200左右，而塑件固化后从模具性强中取出时其温度在60以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽量快的传给模具，一是塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。(1)设计原则：冷却水孔数量尽可能的多，孔径尽可能大；冷却

19、水孔至型腔表面的距离应尽可能相等；浇口处要加强冷却；冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水；冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处；进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。（2）设计过程：已知：材料ABS，塑件厚度2mm，一次注塑质量21.5g，ABS单位热流量系数Q1=350kg/kg,解：冷却时间(4-11)s 根据ABS性能，取=10s 注射时间=2s，保压2s 注射周期为t=10+2+2+（58）=20s (4-12) 每小时注射次数N=3600/20=180 总热量 Q=W=NG (4-13) =800.0215350 =1354.5kJ/h 模具四侧面

20、积 (4-14) 分型面面积 开模率 (4-15)散热表面积=0.04m2 (4-16)模温70，室温20对流所散发的热量： (4-17)辐射所散发的热量： (4-18) =0.86 注塑机所散发的热量： (4-19) 应由冷却系统从模具中带走的热量为 为负(4-20)所以模具靠自身可以散热。但为更加安全和提高效率，仍添加冷却系统。3.2.6 脱模机构的设计注射成型的每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置成为脱模机构，也称为推出机构。1.脱模推出机构的设计原则 塑件推出是注射成型过程中的最后一个环节，推出质量的好坏将最后决定塑件的质量，因此，塑件的推出是不

21、可忽视的。在设计推出脱模机构时，应遵循下列原则。（1）推出机构应尽量设置在动模一侧；（2）保证塑件不因推出而变形损坏；（3）机构简单、动作可；（4）良好的塑件外观；（5）合模时的准确复位。2.塑件推出的基本方式选择零件脱模无特殊要求，采用最常见的推杆推出即能满足脱模要求。推杆形式选择圆形推杆。3.顶杆布局两侧为对称布局.4.顶杆尺寸计算（1）脱模力(4-21) (4-22) (4-23) (4-24) 取1，查参考文献【1】中表8-2得=3.556由ABS特性和模具材料得f=0.21 取1，查参考文献【1】中表8-3得=1.0052=1.75mm，E=1800Mpa，S=0.5%，=0，L=1

22、4cm=625N（2）推板厚度 (4-25) =300mm，E=210000Mpa，B=150mm, =1/5*0.28mm（3）推杆直径 (4-26) K=1.5，L=140，n=7，E=2100000，取d=4mm3.3模架的确定选用标准模架，可以大大缩短模具的制造周期，提高企业的经济效益。由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为C1-4040-A70-B70-C120，模具整体效果如图所示。第四章 总结4.1 模具设计过程体会在做毕业设计的过程中，我学到了很多的东西，对PRO/E和AutoCAD软件进行了全方位的复习，以前学到的，现在都记起来了，

23、比以前知道的更多，以前没有或者没有注意到的一些细节。在此期间我查阅了很多资料，对模具行业也有了新的认识。在技能方面，通过对此塑件模具的设计，更加熟练了对Pro/ENGINEER4.0和AutoCAD的运用，同时，学习了新的软件，如EMX插件。过程中的确遇到了很多的困难，比如在一开始由于对毕业设计这个概念不太熟悉，造成了不知道应该从何下手，应该先干什么然后干什么，后来在指导的老师刘海明老师的带领下慢慢的熟悉了毕业设计是怎么一回事儿，就开始抓紧时间开始做毕业设计了。在做的过程中由于用到了很多以前没有学到过的东西，所以又得去图书馆查资料了，查不出来的就要问指导老师了，所以时间上消耗了不少。不过在做完

24、毕业设计之后我对CAD、PRO/E行业了解了不少，更加深有体会的知道了从事模具行业要干的、应该干的事情。4.2 设计存在问题及解决设想我由于对毕业设计不是太熟悉，所以浪费了许多时间，造成时间紧张，致使最后有很多不完善的地方需要改进。比如说在PRO/E设计模架的时候由于时间的紧迫没有做模架顶出杆，还有在AutoCAD中一些尺寸标注没有标注好，没有标注完全，对CAD图的准确度把握的不够好，还有在填充剖面线的时候，由于要填充的太多了，对剖面线的选择上做得不是太好，致使图看起来有点儿不太好看。那么关于在毕业设计做完毕业设计之后所残存下来的问题，而且没有更正的，我感到很遗憾，那么在以后从事模架设计行业后

25、我一定对这些问题备加关注，也一定要很细心、很好的完成模具的每一个设计参考文献（1）刘哲 刘宏丽等主编 中文版AutoCAD2004实例教程，大连理工大学出版社，2006.6（2）邹宜侯 窦墨林 潘海东 等主编 机械制图，清华大学出版社，2007.3（3）黄忠耀 李冬梅 潘尚峰 编著 Pro/ENGINEER(野火版)基础与实用教程，清华大学出版社，2007.3（4）黄立宇 著 模具材料选择与制造技术，冶金工业出版社，2009.4（5）许洪斌编著 模具制造技术/材料成形技术手册，化学工业出版社，2007.5致谢在此感谢指导老师刘海明老师、身边的同学悉心的教导和帮助。感谢刘老师给我很多方向性的建议，在设计过程中给予的帮助和支持、在模架选择和浇口设计上给予的指导，使我加深了对模具方面的认识，培养了我独立思考题、解决问题的能力。0