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畢業(yè)設(shè)計(jì)
開題論證報(bào)告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 朱慧玲
班 級(jí) B機(jī)制052
學(xué) 號(hào) 0510110214
指導(dǎo)教師 袁 鐵 軍
完成日期 2009年3月31日
課題名稱：基于pro/e的分線盒注塑模具的設(shè)計(jì)及凹模的加工仿真
一、課題來源、課題研究的主要內(nèi)容及國內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1、課題來源于鹽城市羽佳塑料制品廠。設(shè)計(jì)出能做出高質(zhì)量制件的模具。
2、測(cè)繪塑料制件得到數(shù)據(jù)后，用EMX和PROE 設(shè)計(jì)模具的澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)及側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)等，最終用PROE得到模具設(shè)計(jì)圖。同時(shí)還要編寫工藝規(guī)程，零件注塑工藝卡片，注塑工藝流程圖和注塑模具裝配工藝過程卡片。
3、據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨勢(shì)是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場(chǎng)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(duì)塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場(chǎng)上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材接頭模具成為模具市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場(chǎng)的增長點(diǎn)。
4、國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表
項(xiàng)目
國外
國內(nèi)
注塑模型腔精度
0.005～0.01mm
0.02～0.05mm
型腔表面粗糙度
Ra0.01～0.05μm
Ra0.20μm
非淬火鋼模具壽命
10～60萬次
10～30萬次
淬火鋼模具壽命
160～300萬次
50～100萬次
熱流道模具使用率
80%以上
總體不足10%
標(biāo)準(zhǔn)化程度
70～80%
小于30%
中型塑料模生產(chǎn)周期
?一個(gè)月左右
?2～4個(gè)月
在模具行業(yè)中的占有量
30～40%
25～30%
二、本課題擬解決的問題
1、收集整理有關(guān)制件設(shè)計(jì)、成型工藝、成型設(shè)備、機(jī)械加工及特殊加工資料，以備設(shè)計(jì)模具時(shí)使用。
2、消化塑料制件圖，了解制件的用途，分析塑料制件的工藝性，尺寸精度等技術(shù)要求。
3、選擇塑料制件尺寸精度最高的尺寸進(jìn)行分析，估計(jì)成型公差是否低于塑料制件的公差，能否成型出合乎要求的塑料制件來。
4、模具所有零件的工藝規(guī)程。
5、裝配工藝規(guī)程。
6、注塑工藝規(guī)程。
7、注塑工藝流程圖。
8、成型材料應(yīng)當(dāng)滿足塑料制件的強(qiáng)度要求，具有好的流動(dòng)性、均勻性和各向同性、熱穩(wěn)定性。
三、解決方案及預(yù)期效果
（一）解決方案：
（1） 為了降低成型費(fèi)用，采用一模兩腔的結(jié)構(gòu)；
（2） 分型面選擇殼體底端的階梯面處；
（3） 為了滿足制品表面光亮的要求與提高成型效率，采用潛伏式澆口；
（4） 采用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)與斜滑桿抽芯機(jī)構(gòu)的相互彌補(bǔ)與結(jié)合有效的降低了模具的復(fù)雜程度。
（二）預(yù)期效果：
（1）能夠以較短周期制造出整副模具；
（2）模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便快捷；
（3）模具運(yùn)行平穩(wěn)、可靠；
（4）分線盒的外觀及尺寸均符合要求，達(dá)到所需精度。
四、課題進(jìn)度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。
畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。
3月15日～3月31日．開題階段。
提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫開題報(bào)告。
4月1日～5月14日． 設(shè)計(jì)初稿階段。
完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書，中期檢查。
6月1日～6月2日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。
6月3日～6月9日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。
圖紙修改、設(shè)計(jì)說明書修改、定稿，材料復(fù)查。
6月10日～6月11日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。
6月12日～6月13日．畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見
簽名
年 月 日
3
鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2009
目錄
1前言 1
2總體方案論證 5
3具體設(shè)計(jì)說明 6
3.1塑件三維造型 6
3.1.1塑件的測(cè)繪 6
3.1.2塑件三維造型 6
3.2模具設(shè)計(jì)計(jì)算 7
3.2.1塑件材料性能分析 7
3.2.2型腔數(shù)的確定 8
3.2.3 分型面的確定 9
3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
3.3.1 澆口位置選擇 10
3.3.2主流道設(shè)計(jì) 11
3.3.3分流道設(shè)計(jì) 11
3.3.4澆注系統(tǒng)的平衡 12
3.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12
3.4.1冷卻水道設(shè)計(jì)的要點(diǎn) 12
3.4.2冷卻時(shí)間的計(jì)算 13
3.4.3冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 13
3.5側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.6模架的選擇 16
3.7總裝配圖及三維造型 17
3.7.1總裝配圖 17
3.7.2模具的三維造型 18
3.8注塑機(jī)的校核 18
3.8.1額定鎖模力校核 18
3.8.2 模具高度與注塑機(jī)閉合高度的校核 19
3.9 模具的型腔工藝分析及仿真加工 20
3.9.1 型腔的加工工藝分析 20
4 結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 27
附 錄 28
基于pro/e的分線盒注塑模具的設(shè)計(jì)及凹模的加工仿真
摘要：注塑模具目前在塑料模具中使用最廣泛，能夠成型高復(fù)雜度、高精度的塑料制品。本課題是對(duì)分線盒注塑模具進(jìn)行模具設(shè)計(jì)并分析加工工藝。
本模具考慮到年產(chǎn)量、工廠的設(shè)備及塑件的精度要求，選擇一模二腔結(jié)構(gòu)。以制品的中間水平面為分型面,使制品順利脫模。為了使動(dòng)、定模能夠準(zhǔn)確地動(dòng)作, 導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu)利用導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合。頂出機(jī)構(gòu)是推桿推出的一次脫出機(jī)構(gòu)?？紤]到零件的位置關(guān)系,冷卻水道采用循環(huán)式分布，以便冷卻均勻、快速。
采用Pro／Engineer、cimatron來實(shí)現(xiàn)分線盒模具的三維設(shè)計(jì)及模具成型零件設(shè)計(jì)，分析制件的成型質(zhì)量和完成分型面的設(shè)計(jì)，再采用EMX組件來實(shí)現(xiàn)模架的裝配，并在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具裝配過程中，輔助以必要的理論計(jì)算，將數(shù)字化設(shè)計(jì)與理論計(jì)算結(jié)合起來，可以大大縮短產(chǎn)品研發(fā)周期、模具設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、產(chǎn)品成型質(zhì)量，降低產(chǎn)品研發(fā)、模具設(shè)計(jì)成本。在設(shè)計(jì)過程中制定了合理的工藝方案，滿足了大批量生產(chǎn)要求。同時(shí)，還編制了詳細(xì)的工藝文件來保證模具的順利加工及制品的生產(chǎn)。
經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)，本模具滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的要求。
關(guān)鍵詞：注塑模具；加工工藝分析；Pro/E；cimatron；
The Design and Manufacturing of the Junction Box Receiver Mold Simulation of die processing base in pro/e
Abstract：At present ,injection molding is the plastics mould that has being used most extensively , it can mold the complex and high accurate plastic product. The Subject is about the design of the junction box receiver’s mold and process analysis.
Considering the annual output, the equipment of the factory and the requirement of precision of the plastic product, one cavities in a mould. The middle horizontal surface of the goods was choosed as the parting line to make goods by demold successfully. The runner is designed to be balanced and symmetrical distribution, ensure that melting plastic could reach each cavity’s gate almost.. Suspension and Positioning mechanism use matched guide pillar and guide sleeve to make movable mould, fixed mould to work accurately. The knockouts uses once ejecting mechanism that lifter pushes out. By the relation of the position of each part, cooling channels are designed to straight channels to cool effectively, quickly.
With Pro/Engineer, cimatron to implement three-dimensional design and mold volume design of the junction box, and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro/Engineer, then utilized EMX to accomplish the assemblage of the mold with the assistance of essential theory calculate mixed with figure design. It would not only shorten the cycle of product research and mold design, and improve the preciseness and the product shaping quality, but also lower the cost of the research. Having made the rational craft scheme in the design process ,so it has met the requirement of producing in enormous quantities. Moreover, it also prepared a detailed document to ensure that the process for the smooth processing of mold and apparel production.
By practice, It has meet the production and application of the requirements.
Key words: injection mould；process analysis；Pro/E；cimatron；
1前言
塑料模具是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來, 人們對(duì)各種設(shè)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(chǎng)。塑料制品要發(fā)展, 必然要求塑料模具隨之發(fā)展。汽車、家電、辦公用品、工業(yè)電器、建筑材料、電子通信等塑料制品主要用戶行業(yè)近年來都高位運(yùn)行, 發(fā)展迅速, 塑料模具也快速發(fā)展。2000 年, 中國( 未包括港澳臺(tái)統(tǒng)計(jì), 下同) 塑料模具產(chǎn)值約100 億元,2006 年已發(fā)展到300 多億元, 年平均增長率超過21%, 高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度。
中國塑料模具無論是在數(shù)量上,還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步, 但與國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求和世界先進(jìn)水平相比, 差距仍很大。一些大型、精密、復(fù)雜、長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進(jìn)口。在總量供不應(yīng)求的同時(shí), 一些低檔塑料模具卻供過于求, 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈, 還有一些技術(shù)含量不太高的中檔塑料模具也有供過于求的趨勢(shì)。加入WTO, 對(duì)塑料模具產(chǎn)業(yè)的影響總體上來說是帶來了更多的機(jī)會(huì)。這主要是由于我國塑料模具以低中檔產(chǎn)品為主, 產(chǎn)品價(jià)格優(yōu)勢(shì)明顯, 有些甚至只有國外產(chǎn)品價(jià)格的1/5～1/3,加入WTO 后, 國外同類產(chǎn)品對(duì)國內(nèi)沖擊不大, 而我國中低檔模具的出口量則加大; 在高精模具方面, 加入WTO 前本來就主要依靠進(jìn)口, 加入WTO 后, 不僅為高精尖產(chǎn)品的進(jìn)口帶來了更多的便利, 同時(shí)還促進(jìn)了外資來我國建廠, 帶來了國外先進(jìn)的模具技術(shù)和管理經(jīng)驗(yàn), 這對(duì)培養(yǎng)我國的專業(yè)模具人才起到了推動(dòng)作用。現(xiàn)將2006 年我國塑料模具市場(chǎng)情況簡(jiǎn)介如下:2006 年, 我國塑料模具總產(chǎn)值約300 多億元, 其中出口約7 億美元, 約合58 億元人民幣。根據(jù)海關(guān)統(tǒng)計(jì)資料, 2006 年我國共進(jìn)口塑料模具約10 億美元, 約合83 億元人民幣。由此可以得出, 除自產(chǎn)自用外,市場(chǎng)銷售方面, 2006 年我國塑料模具總需求約為313 億元人民幣, 國產(chǎn)模具總供給約為230 億元人民幣, 市場(chǎng)滿足率為73.5%。進(jìn)口的塑料模具中, 最多的是為汽車配套的各種裝飾件模具、為家電配套的各種塑殼模具、為通信及辦公設(shè)備配套的各種注塑模具、為建材配套的擠塑模具以及為電子工業(yè)配套的各種塑封模具等。出口的塑料模具以中低檔產(chǎn)品居多。由于我國塑料模具價(jià)格較低, 在國際市場(chǎng)中有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力,所以進(jìn)一步擴(kuò)大出口的前景很好,近幾年出口年均增長50%以上就是一個(gè)很好的證明。雖然近幾年模具出口增幅大于進(jìn)口增幅, 但所增加的絕對(duì)量仍是進(jìn)口大于出口, 致使模具外貿(mào)逆差一年比一年大。這一狀況, 2006 年已有較大改善, 逆差略有減少。模具外貿(mào)逆差增大主要有兩方面原因: 一是國民經(jīng)濟(jì)持續(xù)高速發(fā)展, 特別是汽車產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展帶來了對(duì)模具旺盛需求, 有些高檔模具國內(nèi)的確生產(chǎn)不了, 只好進(jìn)口; 但也確實(shí)有一些模具國內(nèi)可以生產(chǎn), 也在進(jìn)口。這與我國現(xiàn)行的關(guān)稅政策及項(xiàng)目審批制度有關(guān)。二是對(duì)模具出口鼓勵(lì)不夠。現(xiàn)在模具與其他機(jī)電產(chǎn)品一樣, 出口退稅率只有13%, 而未達(dá)17%。從市場(chǎng)情況來看, 塑料模具生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展那些技術(shù)含量高的大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具, 并大力開發(fā)國際市場(chǎng), 發(fā)展出口模具。隨著我國塑料工業(yè)的快速發(fā)展, 特別是工程塑料的高速發(fā)展, 可以預(yù)計(jì), 我國塑料模具的發(fā)展速度仍將繼續(xù)高于模具工業(yè)的整體發(fā)展速度, 近年內(nèi)年增長率仍將保持20%左右的水平。近年來, 港資、臺(tái)資、外資企業(yè)在我國發(fā)展迅速, 這些企業(yè)中大量的自產(chǎn)自用的塑料模具無確切的統(tǒng)計(jì)資料, 因此未能計(jì)入上述的數(shù)字之中。
近年來, 我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(chǎn)單套重量達(dá)到50t 以上的注塑模,精密塑料模具的精度已達(dá)到2!m, 制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn), 多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800 腔的塑封模; 高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達(dá)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、再生料共擠出和低發(fā)泡鋼塑共擠等各種模具。在生產(chǎn)手段上, 模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高, CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴(kuò)展,高速加工及RP/RT 等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來越多, 模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都已有較大幅度的提高, 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(jìn)一步促進(jìn)了塑料模具設(shè)計(jì)制造水平及企 業(yè)管理水平的提高, 有些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無圖制造。經(jīng)過近幾年的發(fā)展, 塑料模具的開發(fā)、創(chuàng)新和企業(yè)管理等方面已顯示出一些新的發(fā)展趨勢(shì), 現(xiàn)綜合如下:
a 在模具的質(zhì)量、交貨周期、價(jià)格、服務(wù)四要素中, 已有越來越多的用戶將交貨周期放在首位。要求模具公司盡快交貨, 這已成為一種趨勢(shì)。為滿足用戶的這一要求, 加工企業(yè)各方面的工作必須跟上。然而正因?yàn)橛袎毫? 企業(yè)才會(huì)千方百計(jì)來提高自己的適應(yīng)能力, 提高技術(shù)水平、提高裝備水平、提高管理水平及提高效率等都是縮短模具生產(chǎn)周期的有效手段。
b 大力提高開發(fā)能力, 將開發(fā)工作盡量往前推, 直至介入到模具用戶的產(chǎn)品開發(fā)中去, 甚至在尚無明確用戶對(duì)象之前進(jìn)行開發(fā)( 這需要在有較大把握和敢冒一定風(fēng)險(xiǎn)的情況下進(jìn)行) , 變被動(dòng)為主動(dòng)。目前, 電視機(jī)和顯示器外殼、空調(diào)器外殼、摩托車塑件等已采用這種方法, 手機(jī)和電話機(jī)模具開發(fā)也已開始嘗試。這種做法打破了長期以來模具廠只能等有了合同, 才能根據(jù)用戶要求進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的被動(dòng)局面。事實(shí)證明, 這種做法不但使模具廠變被動(dòng)為主動(dòng), 而且對(duì)開發(fā)業(yè)務(wù)和縮短模具生產(chǎn)周期也十分有利, 受到用戶的歡迎。青島海爾模具公司等企業(yè)的“你給我一個(gè)概念, 我還你一個(gè)產(chǎn)品”的一站式服務(wù)模式以及太倉求精模塑公司和浙江陶氏模具集團(tuán)有限公司等主動(dòng)開發(fā)的辦法已被越來越多的企業(yè)所接受, 這也是今后的一種發(fā)展趨向。
c 隨著模具企業(yè)設(shè)計(jì)和加工水平的提高, 模具的制造正在從過去主要依靠鉗工的技藝而轉(zhuǎn)變?yōu)橹饕揽考夹g(shù)。在某種意義上說: “模具是一種工藝品”的概念已逐漸被“模具是一種高新技術(shù)工業(yè)產(chǎn)品”所替代, 模具“上下模單配成套”的概念正在被“只裝不配”的概念所替代。模具正從長期以來主要依靠技藝而變?yōu)榻窈笾饕揽考夹g(shù)。這不僅是一種生產(chǎn)手段的轉(zhuǎn)變, 更重要的也是一種生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變和觀念的上升。這一趨勢(shì)使得模具的標(biāo)準(zhǔn)化程度不斷提高, 模具精度越來越高, 生產(chǎn)周期越來越短,鉗工比例越來越低, 最終促進(jìn)了模具工業(yè)整體水平不斷提高。我國模具行業(yè)目前已有10 多個(gè)國家級(jí)高新技術(shù)企業(yè), 約200 個(gè)省市級(jí)高新技術(shù)企業(yè)。與此趨勢(shì)相適應(yīng), 生產(chǎn)模具的主要骨干力量從技藝型人才逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榧夹g(shù)型人才是必要的。當(dāng)然, 目前及相當(dāng)長一段時(shí)間內(nèi), 技藝型人才仍是十分重要的, 因?yàn)槟＞弋吘闺y以完全擺脫對(duì)技藝的依靠。
d 模具企業(yè)及其模具生產(chǎn)正在向信息化迅速發(fā)展。21 世紀(jì),信息越來越多,信息技術(shù)越來越先進(jìn)發(fā)達(dá), 信息已與人們的生產(chǎn)和生活休戚相關(guān)。在信息社會(huì)中,作為一個(gè)高水平的現(xiàn)代模具企業(yè), 單單只是CAD/CAM 的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。目前許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP 等技術(shù)及其他許多先進(jìn)制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等都是信息化的表現(xiàn)。向信息化方向發(fā)展這一趨向已被行業(yè)所共識(shí)。
e 隨著人類社會(huì)的不斷進(jìn)步,模具必然會(huì)向著更廣泛的領(lǐng)域和更高水平發(fā)展?，F(xiàn)在, 能把握機(jī)遇、開拓市場(chǎng), 不斷發(fā)現(xiàn)新的增長點(diǎn)的模具企業(yè)和能生產(chǎn)高技術(shù)含量模具企業(yè)的日子普遍好過, 任務(wù)忙不過來, 利潤水平和職工收入都很好,日子紅紅火火。因此, 模具企業(yè)應(yīng)把握這個(gè)趨向, 使自己生產(chǎn)的模具向高水平發(fā)展, 不斷提高自己的綜合素質(zhì)和整體實(shí)力, 以及進(jìn)軍國際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。
f.發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具正加速向我國轉(zhuǎn)移, 其表現(xiàn)方式為: 一是遷廠, 二是投資, 三是采購。這一趨向并非近幾年才有, 但在近幾年更加明顯。我國的模具企業(yè)應(yīng)抓住機(jī)遇, 借用并學(xué)習(xí)國外先進(jìn)的技術(shù), 加快自己的發(fā)展步伐。
我國塑料模具行業(yè)和國外先進(jìn)水平相比, 主要存在7 個(gè)方面的問題:
a. 發(fā)展不平衡, 產(chǎn)品總體水平較低。雖然個(gè)別企業(yè)的產(chǎn)品已達(dá)到或接近國際先進(jìn)水平, 但總體來看, 模具的精度、型腔表面的粗糙度、生產(chǎn)周期、壽命等指標(biāo)與國外先進(jìn)水平相比尚有較大差距。包括生產(chǎn)方式和企業(yè)管理在內(nèi)的總體水平與國外工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比尚有10 年以上的差距。
b. 工藝裝備落后, 組織協(xié)調(diào)能力差。雖然部分企業(yè)經(jīng)過近幾年的技術(shù)改造工藝裝備水平已經(jīng)比較先進(jìn), 有些三資企業(yè)的裝備水平也并不落后于國外, 但大部分企業(yè)的工藝裝備仍比較落后。更主要的是我們的企業(yè)組織協(xié)調(diào)能力差, 難以整合或調(diào)動(dòng)社會(huì)資源為我所用, 從而就難以承接比較大的項(xiàng)目。
c. 大多數(shù)企業(yè)開發(fā)能力弱, 創(chuàng)新能力明顯不足。一方面是技術(shù)人員比例低、水平不夠高, 另一方面是科研開發(fā)投入少, 更重要的是觀念落后, 對(duì)創(chuàng)新和開發(fā)不夠重視。模具企業(yè)不但要重視模具的開發(fā), 同時(shí)也要重視產(chǎn)品的創(chuàng)新。
d. 供需矛盾一時(shí)還難以解決。近幾年, 國產(chǎn)塑料模具國內(nèi)市場(chǎng)滿足率一直不足74%, 其中大型、精密、長壽命模具滿足率還要低, 估計(jì)不足60%。同時(shí), 工業(yè)發(fā)達(dá)國家的模具正在加速向我國轉(zhuǎn)移, 國際采購越來越多, 國際市場(chǎng)前景看好。市場(chǎng)需求旺盛, 生產(chǎn)發(fā)展一時(shí)還難以跟上, 供不應(yīng)求的局面還將持續(xù)一段時(shí)間。
e. 體制和人才問題的解決尚待時(shí)日。在社會(huì)主義市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)中, 競(jìng)爭(zhēng)性行業(yè), 特別是像模具這樣依賴于特殊用戶, 需單件生產(chǎn)的行業(yè), 國有和集體所有制原來的體制和經(jīng)營機(jī)制已顯得越來越不適應(yīng)。人才的數(shù)量和素質(zhì)也跟不上行業(yè)的快速發(fā)展。雖然各地都在努力解決這兩個(gè)問題, 但要得到較好解決尚待時(shí)日。
f. 近幾年, 原材料、能源、人工等成本持續(xù)上升, 而模具價(jià)格卻持續(xù)下降, 因此模具企業(yè)的總體利潤率不斷下滑。為了發(fā)展, 模具企業(yè)必須在改善管理、提高生產(chǎn)效率, 特別是在創(chuàng)新上下功夫才行。從以前的經(jīng)驗(yàn)型和模仿型設(shè)計(jì)向自主創(chuàng)新設(shè)計(jì)方向發(fā)展, 以及積極采用高新技術(shù)已然成為一種趨勢(shì)。
2總體方案論證
本課題的設(shè)計(jì)目的是對(duì)分線盒的殼進(jìn)行三維造型、塑料注射模具設(shè)計(jì)、模具型腔仿真加工及數(shù)控編程。有以下幾點(diǎn)要求：a. 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； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于實(shí)物表面；d. 制品生產(chǎn)批量：5萬；e. 制品其他要求：符合設(shè)計(jì)規(guī)范。在進(jìn)行零件的三維造型之前，首先對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪，繪制塑件二維工程圖，然后根據(jù)工程圖進(jìn)行塑件的三維造型，再進(jìn)行型腔的設(shè)計(jì)主要是分型面的設(shè)計(jì)，接著就是把分型后的型腔裝配組件調(diào)入EMX4.1進(jìn)行整個(gè)模架的設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行仿真加工。
首先是對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪。由于該分線盒的表面是曲面，所以尺寸的測(cè)量是一個(gè)難點(diǎn)。采取取多個(gè)斷面來測(cè)量制品曲面的曲率的。測(cè)繪好后使用Pro/E Wildfire4.0進(jìn)行三維造型。主要采用拉伸、去除材料、抽殼、打孔等步驟進(jìn)行三維造型。根據(jù)工廠現(xiàn)有設(shè)備的注射量、鎖模力等方面進(jìn)行考慮，還有塑件的精度等級(jí)確定采用一模兩腔。要確保塑件及澆注系統(tǒng)所需的注射量不超過注射機(jī)最大容量的80％。接著對(duì)各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，首先是澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)分為主流道、分流道、澆口、冷料穴等。主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線在同一條直線上。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)澆口襯套。澆口襯套要進(jìn)行淬火處理，這樣可以延長模具的使用壽命。分流道的半徑與塑料種類和所需熔融塑料的體積有關(guān)。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。澆口主要有兩個(gè)作用，一是起控制作用，二是壓力撤銷后封鎖型腔，不產(chǎn)生倒流。模具設(shè)計(jì)完成后，進(jìn)行型腔的加工工藝分析，在確定加工工藝步驟后，在Master CAM 9.1 中進(jìn)行刀具路徑設(shè)定完成仿真加工，而后輸出數(shù)控程序。
3具體設(shè)計(jì)說明
3.1塑件三維造型
3.1.1塑件的測(cè)繪
塑件為塑料分線盒，使用塑料尺對(duì)塑件進(jìn)行測(cè)繪。最終設(shè)計(jì)制造的是這個(gè)分線盒的模具，而現(xiàn)在所取的塑件是模具生產(chǎn)出來的大量塑件中的一個(gè)，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的變形，因此對(duì)該零件的測(cè)量數(shù)值需要進(jìn)行分析處理。如對(duì)塑件較大尺寸誤差的進(jìn)行修正，對(duì)相同形狀處所測(cè)不同尺寸的取均值進(jìn)行圓整，對(duì)一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，然后繪出零件的測(cè)繪草圖。對(duì)于分線盒曲面尺寸的測(cè)量，由于條件限制所以采用多次取斷面進(jìn)行測(cè)量的辦法測(cè)量。
量具：塑料尺（0～110、0.1）。
測(cè)繪時(shí)應(yīng)該注意做到以下幾點(diǎn)：
a. 測(cè)繪過程中必須把被測(cè)物體放在工作平面上；
b. 采用多次測(cè)量求平均值；
c. 正確地讀取數(shù)據(jù)。
該塑件外形尺寸約為140×40×15 mm
圖3-1制品測(cè)繪圖
3.1.2塑件三維造型
圖3-2 制品圖
3.2模具設(shè)計(jì)計(jì)算
3.2.1塑件材料性能分析
塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，，ABS收縮率（0.3～0.8）%，取0.5% 。
ABS塑料化學(xué)名稱：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文全稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene。
ABS塑料物理屬性：ABS塑料比重：1.05克/立方厘米，成型收縮率：0.4-0.7%，取0.5%。ABS塑料塑件脫模斜度40′-1°20′,取1°成型溫度：200-240℃，干燥條件：80-90℃ 2小時(shí)
ABS塑料的特點(diǎn)：
a. 綜合性能較好，沖擊強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性，電性能良好；
b. 與372有機(jī)玻璃的熔接性良好，制成雙色塑件，且可表面鍍鉻，噴漆處理；
c. 有高抗沖、高耐熱、阻燃、增強(qiáng)、透明等級(jí)別；
d. 流動(dòng)性比HIPS差一點(diǎn)，比PMMA、PC等好，柔韌性好。
ABS塑料的用途：適于制作一般機(jī)械零件，減磨耐磨零件，傳動(dòng)零件和電訊零件。
ABS塑料的成型特性：
a. 無定形料，流動(dòng)性中等，吸濕大，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須長時(shí)間預(yù)熱干燥80-90度，3小時(shí)；
b. 宜取高料溫，高模溫，但料溫過高易分解(分解溫度為>270度)，對(duì)精度較高的塑件，模溫宜取50-60度，對(duì)高光澤，耐熱塑件，模溫宜取60-80度；
c. 如需解決夾水紋，需提高材料的流動(dòng)性，采取高料溫、高模溫，或者改變?nèi)胨坏确椒ǎ?
d. 如成形耐熱級(jí)或阻燃級(jí)材料，生產(chǎn)3-7天后模具表面會(huì)殘存塑料分解物，導(dǎo)致模具表面發(fā)亮，需對(duì)模具及時(shí)進(jìn)行清理，同時(shí)模具表面需增加排氣位置。
e. 用螺桿式注塑機(jī)成型時(shí)，料溫為160～220℃，注射壓力為（700～1000）×105Pa。
塑件的尺寸精度一般是根據(jù)使用要求確定的，但還必須充分考慮塑料的性能及成型工藝的特點(diǎn)。由于該塑件要求其外表面光滑，因此取一般精度等級(jí)為6級(jí)。
3.2.2型腔數(shù)的確定
型腔的數(shù)目是由廠方給定的注塑機(jī)（型號(hào)XS—ZY—125）來確定的，并且從塑件的尺寸精度考慮，由于該制品精度等級(jí)為6，從注塑經(jīng)濟(jì)效益出發(fā)，所以型腔數(shù)控制在四腔之內(nèi)。
熱塑性塑料注射機(jī)型號(hào)：XS—ZY—125，性能參數(shù)如下表：
表3-1注塑機(jī)參數(shù)
型號(hào)
XS—ZY—125
螺桿（柱塞）直徑／mm
42
注射容量/ cm3
125
注射壓力/( 105Pa)
120
鎖模力/(kN)
900
最大注射面積/cm2
320
模具厚度
最大/mm
300
最小/mm
200
模板行程/mm
300
噴嘴
孔直徑/mm
4
球半徑/mm
12
定位孔直徑/mm
100
注射時(shí)間s
1．6
動(dòng)、定模固定板尺寸mm
315×315
以注塑機(jī)的注塑能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過注射機(jī)最大注射量的80%，型腔數(shù)目的確定按下式進(jìn)行：
（3-1）
式中 N—型腔數(shù)；
S—注射機(jī)的注射量，g；
—澆注系統(tǒng)的質(zhì)量，g；
—塑件質(zhì)量，g；
a．根據(jù)塑件的形狀在PRO/E里可以得出制品的體積和質(zhì)量
塑件體積v=18．89cm ； 塑件質(zhì)量m=v=18.89×1．01≈19．0789 g
式中為塑料容重（ABS的容重 =1030-1070㎏/）。
b．根據(jù)塑件的計(jì)算重量或體積，選擇設(shè)備型號(hào)規(guī)格，確定型腔數(shù)
c．生產(chǎn)批量
試制或小批量生產(chǎn)宜取單腔，大批大量生產(chǎn)宜取多腔，該塑件為大批大量生產(chǎn)，故宜取多型腔。
當(dāng)限定在某一設(shè)備上成形時(shí)，則可根據(jù)塑件的體積或重量來確定型腔數(shù)。因此該塑件注塑成形時(shí)，首先明確在125g注射機(jī)上成形，則利用式（3-1），計(jì)算型腔數(shù)。得：
N=3.56
為了保證注塑的平衡，則取一模兩腔。
綜合考慮塑件的精度要求、經(jīng)濟(jì)性和生產(chǎn)量，型腔數(shù)確定為一模二腔。
3.2.3 分型面的確定
分型面是模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸表面稱為分型面。分型面的選擇在模具設(shè)計(jì)中占有相當(dāng)重要地位。分型面選擇得合理與否，直接影響到模具整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及塑件質(zhì)量。
分型面的確定要遵守以下原則：
a．分型面塑件應(yīng)盡可能留在動(dòng)?；蛳履?，以便從動(dòng)模或下模頂出，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。
b．分型面塑件留于動(dòng)模時(shí)，應(yīng)考慮最簡(jiǎn)頂出形式，簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。
c．塑件有側(cè)抽芯時(shí)，應(yīng)盡可能放在動(dòng)模或下模部分，避免定?；蛳履?cè)抽芯。
d．塑件有多組抽芯時(shí)，應(yīng)盡量避免長端側(cè)抽芯。
e．頭部有圓弧的塑件，采用圓弧部分分型會(huì)損傷塑件外觀。一般應(yīng)選擇在頭部下端分型。
f．一般塑件分型面的選擇，應(yīng)考慮到塑件的外觀，盡量避免塑件表面留有分型痕跡。
g．有同心度要求的塑件，應(yīng)盡可能將型腔設(shè)在同一分型面上。
h．一般分型面應(yīng)盡可能設(shè)在塑料流動(dòng)方向的末端，以利于排氣。
分型面的確定是非常重要的，在簡(jiǎn)單模具中有的分型面不時(shí)水平就時(shí)垂直的，這樣的分型面壁較好處理，由于制品結(jié)構(gòu)的限制，在許多模具中，其分型面不是處于同一平面。對(duì)于這樣的分型面不在同一平面的模具，為了避免合模時(shí)動(dòng)、定模兩部分發(fā)生碰撞，以及減小模具制造的難度可以將分型面設(shè)計(jì)在成型模的內(nèi)部，并采用一定的錐角定位，這樣就解決了分型和定位問題。在激光標(biāo)線儀前蓋模具設(shè)計(jì)中涉及到此問題，這樣對(duì)確定分型面帶來了很大麻煩。
根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)分析，由于要側(cè)抽芯首先考慮將分型面留在動(dòng)模，考慮到該制品的外觀要求較高，為了不留下分型痕跡，所以分型面選擇在塑件曲面的底面。
3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.3.1 澆口位置選擇
澆口是流道和型腔之間的連接部分，也是注射模進(jìn)料系統(tǒng)的最后部分。模具設(shè)計(jì)時(shí)，澆口的位置及尺寸要求比較嚴(yán)格，初步試模后還需進(jìn)一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對(duì)塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時(shí)澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)。澆口的截面要小，長度要短，因?yàn)橹挥羞@樣才能滿足增大流料速度、快速冷卻封閉、便于與塑件分離以及澆口殘痕最小等要求。
澆口設(shè)計(jì)要點(diǎn)可歸納如下：
a.澆口應(yīng)開設(shè)在塑件斷面較厚的部位，使熔融料從厚斷面流入薄斷面，保證充模完全。
b.澆口位置的選擇應(yīng)使塑料充模流程最短，以減少壓力損失。
c.澆口位置的選擇應(yīng)有利于排除型腔中的空氣。
d.澆口不宜使熔融料直沖入型腔，否則會(huì)產(chǎn)生旋流，在塑件上留下螺旋形痕跡，特別是窄澆口更容易出現(xiàn)這種缺陷。
e.澆口位置的選擇應(yīng)防止在塑件表面上產(chǎn)生拼縫線，特別是在圓形或圓筒形塑件中，應(yīng)在澆口對(duì)面的熔料結(jié)合處加開冷料井。
f. 帶有細(xì)長成型芯的注射模的澆口位置，應(yīng)當(dāng)離成型芯較遠(yuǎn)，不使成型芯受料流沖擊變形。
g.大型或扁平薄壁塑件成型時(shí)，為了防止翹曲、變形和缺料，可采用復(fù)式澆口。
h.澆口應(yīng)盡量開設(shè)在不影響塑件外觀的部位，如邊緣或底部。
i.澆口的尺寸取決于塑件的尺寸、形狀和塑料的性能。根據(jù)一般經(jīng)驗(yàn)，澆口厚度a為澆口連接處的塑件壁厚S的1/3～2/3；澆口寬度b為澆口厚度的5～10倍，大型塑件可超過10倍；澆口長度c通常為0.7～2毫米；澆口與塑件連接的部位應(yīng)成R0.5的圓角或0.5X45o的倒角；澆口和流道連接的部位一般斜度為
30o～45o，并以圓弧和流道底面相接。
j.設(shè)計(jì)多型腔注射模應(yīng)結(jié)合流道平衡考慮澆口平衡，盡量做到熔融料同時(shí)均勻充滿型腔。對(duì)于同品種塑件的多型腔注射模來說，可按澆口對(duì)注口的距離，逐漸加大澆口的截面，以減小較遠(yuǎn)澆口的阻力。通常采取保持各澆口大小相等、改變其長度，或保持澆口寬度與長度一定、改變其深度這兩種方法，來使?jié)部谄胶?。后一種方法更便利，可以在試?；蛏a(chǎn)中進(jìn)行。
由于塑件外觀要求較高，所以澆口流道設(shè)置在分型面上，將澆口設(shè)在塑件曲面的下表面不影響外觀的隱蔽部位。分析分線盒制品實(shí)物再結(jié)合以上的原則，潛伏式澆口比較符合要求。澆口和流道成一定角度，潛入分型面下面，斜向進(jìn)入型腔，形成能切斷澆口尾料的刀口。開模時(shí)，流道凝料有推出機(jī)構(gòu)推出，并與塑件自動(dòng)切斷，省掉了切除澆口的工序。
3.3.2主流道設(shè)計(jì)
主流道是注塑機(jī)噴嘴與模具接觸的部位開始到分流道為止的一段通道。主流道垂直于分型面，一般設(shè)計(jì)成圓錐形，以便于使凝料順利地從主流道拔出。根據(jù)文獻(xiàn)中的表5-13所示，主流道的結(jié)構(gòu)形式及尺寸見表3-2和圖3-3。
表3-2 主流道的設(shè)計(jì)尺寸
名稱
符號(hào)
尺寸計(jì)算方法
主流道小端直徑
D
主流道錐角
ａ
取
球面配合高度
H
一般，取
主流道球面半徑
R
主流道長度
L
L取70
主流道與分流道過渡圓角
R
主流道大端直徑
D
圖3-3澆口參數(shù)
3.3.3分流道設(shè)計(jì)
分流道是指主流道與澆口(進(jìn)料口)之間的一段通道。其作用是通過流道截面及方向變化，使熔料能平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換流向注入型腔。分流道的截面宜采用梯形及圓形截面，設(shè)計(jì)時(shí)，分流道應(yīng)平衡布置，特別是對(duì)于多型腔模具，應(yīng)盡量使其布置均衡，使熔料幾乎能同時(shí)到達(dá)每個(gè)型腔的進(jìn)料口。本模具設(shè)計(jì)中所有型腔體積相同，所以分流道設(shè)計(jì)采用等截面和等距離。同時(shí)，還要用改變流道長度的辦法來調(diào)節(jié)阻力大小，以保證各個(gè)型腔同時(shí)填充。
確定分流道的尺寸應(yīng)考慮以下因素：
a. 塑件的形狀和壁厚 要能充分填滿模腔，充分傳遞注射壓力，保證補(bǔ)縮；
b. 澆口和型腔的距離 為了克服流動(dòng)阻力，應(yīng)按分流道的長短決定分流道的粗細(xì)；
c. 對(duì)澆道硬化的考慮 澆道過粗則固化時(shí)間過長，影響成型周期；
d. 成型材料的種類 按流動(dòng)性大小決定澆道的斷面；
e. 加工澆道的工具 應(yīng)盡可能采用標(biāo)準(zhǔn)刀具的輪廓和尺寸。
本設(shè)計(jì)中，分流道的排列方式是Z形排列，以保證所有型腔同時(shí)充滿，其選擇圓形截面積，根據(jù)文獻(xiàn)中表4-15，其直徑d=5mm。其的結(jié)構(gòu)形式見圖3-3。
3.3.4澆注系統(tǒng)的平衡
對(duì)于中小型塑件的注射模具己廣泛使用一模多腔的形式，設(shè)計(jì)應(yīng)盡量保證所有的型腔同時(shí)得到均勻的充填和成型。一般在塑件形狀及模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，應(yīng)將從主流道到各個(gè)型腔的分流道設(shè)計(jì)成長度相等、形狀及截面尺寸相同（型腔布局為平衡式）的形式，否則就需要通過調(diào)節(jié)澆口尺寸使各澆口的流量及成型工藝條件達(dá)到一致，這就是澆注系統(tǒng)的平衡。顯然，我們?cè)O(shè)計(jì)的模具是平衡式的，即從主流道到各個(gè)型腔的分流道的長度相等，形狀及截面尺寸都相同。
3.4冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
注射成型工藝過程中，模具溫度直接影響塑料的充模和塑件的定型，也直接影響注射周期的塑件質(zhì)量，因此，必須進(jìn)行模具的有效冷卻，使其溫度保持在一定的范圍內(nèi)。
模具的有效冷卻，就是將熱熔融狀態(tài)的塑料傳給模具的熱量，盡可能迅速的全部導(dǎo)出，以便塑件冷卻定型。
3.4.1冷卻水道設(shè)計(jì)的要點(diǎn)
a．冷卻水孔的數(shù)量越多，對(duì)塑件冷卻也就越均勻。
b．冷卻水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即將孔的排列與型腔的形狀一致。
c．塑件局部壁厚處，應(yīng)加設(shè)冷卻裝置。當(dāng)設(shè)計(jì)冷卻孔直徑為D時(shí)，它的孔距最好為5D，孔與型腔的距離為3D。
d．當(dāng)大型塑件或薄壁零件成型時(shí)，料流較長，而料溫越流越低，可以適當(dāng)?shù)馗淖兝鋮s水道的排列密度。
e．冷卻水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低強(qiáng)度。
f．冷卻水道不應(yīng)穿過接縫部分，以防漏水。
g．冷卻水道內(nèi)不應(yīng)有存水或產(chǎn)生回流的部分。
h．澆口部分由于經(jīng)常接觸注塑機(jī)噴嘴，是模具上最熱的部分，應(yīng)加強(qiáng)冷卻，有時(shí)應(yīng)考慮進(jìn)料嘴單獨(dú)冷卻。
i．進(jìn)出水水嘴接頭，應(yīng)設(shè)在不影響操作的方向，盡可能設(shè)在模具的同一側(cè)，通常在注塑機(jī)操作的對(duì)面。
j．如果型芯太長，冷卻水道無法開設(shè)，則可以選用熱導(dǎo)系數(shù)較大的材料，在型芯下部采用噴水法進(jìn)行冷卻。
3.4.2冷卻時(shí)間的計(jì)算
冷卻計(jì)算：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)進(jìn)入模具應(yīng)除去的總熱量Q，可以用參考文獻(xiàn)中的公式計(jì)算：
Q=W1 × a （3-3）
式中 W1—單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入模具的塑料的重量g
a—克塑料的熱容量(J/g)
經(jīng)計(jì)算：Q=61．8265×1．1÷1．6×130≈5525．74J
則帶走上述熱量，所需的冷卻水量按下式計(jì)算：
（3-4）
式中 W—通過模具冷卻水的重量(g/h)
T3—出水溫度℃
T4—入水溫度℃
K—熱傳導(dǎo)系數(shù)；
經(jīng)計(jì)算 W≈378．997 g/h
由下式可以計(jì)算出冷卻水道的直徑：
（3-5）
式中 —冷卻液容重kg/cm3 =0．001 kg/cm3，
L —冷卻水道長度cm L=17．4cm
d—冷卻水道直徑cm
經(jīng)計(jì)算d≈9．128 cm，取10mm
3.4.3冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
冷卻水道的位置取決于制品的形狀和定、動(dòng)模板的厚度，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。不少小型模具的型腔時(shí)直接在模板上加工而成的（也可以采用拼鑲結(jié)構(gòu)，但是由于模具尺寸較小，所以型腔與型芯的鑲件尺寸更小），對(duì)于這類模具，可以直接在模板上設(shè)置冷卻水道。
在模板上直接設(shè)置冷卻水道，同樣應(yīng)遵循冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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。
如果模具中的冷卻水道太長，在成型過程中，會(huì)使得水溫變化增大。針對(duì)這個(gè)問題，為了保證其冷卻效果可采用兩個(gè)獨(dú)立回路。
3.5側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
側(cè)向抽芯用于有側(cè)孔的塑件，根據(jù)側(cè)孔的數(shù)量和方位設(shè)置一個(gè)至多個(gè)側(cè)抽芯，用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)抽出側(cè)型芯。
側(cè)向分型與抽芯方式一般分為：手動(dòng)、機(jī)動(dòng)、液壓或氣動(dòng)分型抽芯。本模具設(shè)計(jì)中選用機(jī)械側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)中的斜導(dǎo)柱分型抽芯機(jī)構(gòu)，借據(jù)機(jī)床的開模力，通過斜導(dǎo)柱和滑塊機(jī)構(gòu)來改變運(yùn)動(dòng)的方向完成側(cè)向分型抽芯動(dòng)作，合模時(shí)利用合模力使其復(fù)位。
為順利地脫出塑件、滑塊式側(cè)型芯從成型位置外移到不妨礙制件平行推出的位置，此移動(dòng)距離稱為抽拔距。在設(shè)計(jì)模具時(shí)還應(yīng)加上25mm的安全距離作為實(shí)際抽拔距。實(shí)際抽拔距S=S+（25）mm=4mm。
抽芯機(jī)構(gòu)有五大零部件組成：
A. 斜導(dǎo)柱 斜導(dǎo)柱與定模板間用過渡配合，由于斜導(dǎo)柱只起驅(qū)動(dòng)滑塊的作用，滑塊的運(yùn)動(dòng)精度由導(dǎo)滑槽與滑塊間配合精度保證，滑塊的最終位置精度由鍥緊塊保證。根據(jù)文獻(xiàn)[4]其材料一般取T8A，淬火處理HRC5055，驅(qū)動(dòng)部分直徑為15mm，長度為20mm，斜角為20。
a）斜導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：
材料：T8滲碳淬火
硬度>HRC55
表面粗糙度：Ra0．8μm
斜導(dǎo)柱斜角的確定：
通常：α=15°～20°，最大不超過25°
F=F/cosα F=F·tanα
L=S抽/sinα H=S/tanα
b）斜導(dǎo)柱直徑的確定：
圖3-6 斜導(dǎo)柱
斜導(dǎo)柱直徑d取決于它所受的最大彎曲力F
?。?-6）
＝mm
取公稱直徑d=15 查公差得m6，則偏差是，D=20 H=12。
c）斜導(dǎo)柱長度的確定：
圖3-7 計(jì)算斜導(dǎo)柱長度圖
(3-7)
＝=85．5mm
B．滑塊 本副模具中的滑塊為整體式，其上下面和側(cè)面為滑動(dòng)面，應(yīng)有足夠的硬度和較低的粗糙度，需淬火處理HRC5055。設(shè)計(jì)要點(diǎn)是活動(dòng)成型芯應(yīng)牢固裝配在滑塊上，防止其在抽芯時(shí)松脫，還必須注意成型芯與滑塊連接部位的強(qiáng)度。
C．導(dǎo)滑槽 對(duì)與導(dǎo)滑槽與滑塊的配合要求是運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，不宜過分松動(dòng)，亦不宜過緊。本模具中到滑槽設(shè)計(jì)在動(dòng)模板上。
D．滑塊定位裝置 分芯抽型結(jié)束后，當(dāng)滑塊與斜導(dǎo)柱相互離開時(shí)，滑塊必須停留在剛分離的位置上，以便合模時(shí)斜導(dǎo)柱能順利進(jìn)入滑塊斜孔，本模具中滑塊定位裝置為帶有壓縮彈簧，彈簧的彈力應(yīng)為滑塊重量的1．52倍。設(shè)計(jì)要點(diǎn)是滑塊限位裝置要靈活可靠，保證開模后滑塊停止在一定位置上而不任意滑動(dòng)。常見滑塊定位裝置.
E．鍥緊塊 當(dāng)塑料溶體注如型腔后，它以很高的壓力作用于滑塊的抽芯部分，迫使滑塊外移。鍥緊塊應(yīng)有足夠的表面硬度（HRC5055），以免劃傷和變形。其斜角應(yīng)大于斜導(dǎo)柱的斜角，這樣開模時(shí)鍥緊塊的斜面很快離開滑塊，不會(huì)發(fā)生干涉現(xiàn)象。設(shè)計(jì)要點(diǎn)是楔緊塊要承受注射時(shí)的側(cè)向壓力，應(yīng)選用可靠的連接方式和模板相連接；壓緊塊的楔角應(yīng)大干斜導(dǎo)柱傾斜角θ，通常大2°～3°，否則斜導(dǎo)柱無法帶動(dòng)滑塊。
3.6模架的選擇
模板是模具中最重要的組成部分，模板設(shè)計(jì)的優(yōu)劣直接影響到模具的設(shè)計(jì)成敗。其中模板的厚度設(shè)計(jì)是首要考慮的因素，它不僅與成型制品的質(zhì)量有關(guān)，還與設(shè)計(jì)的成本相關(guān)，更體現(xiàn)了設(shè)計(jì)者的設(shè)計(jì)水平，是模具設(shè)計(jì)中最重要的設(shè)計(jì)部分。本次模具設(shè)計(jì)充分考慮個(gè)模板的作用以及相互的位置關(guān)系，并結(jié)合相關(guān)手冊(cè)的規(guī)范，模架各部分結(jié)構(gòu)尺寸及材料如表3-3所示。
圖3-9 模板厚度
1定模座板 2定模板 3動(dòng)模板4動(dòng)模支撐板5支架 6推桿固定板 7推板 8動(dòng)模座板
表3-3模架結(jié)構(gòu)
件號(hào)
名稱
數(shù)量
尺寸(mm)
材料
1
定模座板
1
35535525
45
2
定模板
1
31531540
45
3
動(dòng)模板
1
31531540
45
4
動(dòng)模支撐板
1
31531532
Q235A
5
墊塊
2
31510056
Q235A
6
推桿固定板
1
31519920
45
7
推板
1
31519925
45
8
動(dòng)模座板
1
35535525
45
3.7總裝配圖及三維造型
3.7.1總裝配圖
裝配圖是模具裝配的主要依據(jù)，其要求為：
a．盡可能按1:1比例繪制，并應(yīng)符合機(jī)械制圖國家標(biāo)準(zhǔn)。
b．繪制時(shí)先由型腔開始繪制，主視圖與其它視圖同時(shí)畫出。為了更好地表達(dá)模具中成型塑件的形狀、澆口位置等，在模具總裝圖的俯視圖上，可將上模（或定模）拿掉，而只畫出下模（或動(dòng)模）部分的俯視圖。
c．模具總裝圖應(yīng)包括全部組成零件，要求投影正確，輪廓清晰。
d．按順序?qū)⑷苛慵男蛱?hào)編出，并填寫零件明細(xì)表，標(biāo)注技術(shù)要求和使用說明，標(biāo)注模具的必要尺寸。
3.7.2模具的三維造型
根據(jù)前述各系統(tǒng)設(shè)計(jì)，構(gòu)建模具總體裝配結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)采用315315的標(biāo)準(zhǔn)模架、潛伏式澆口、圍繞型腔的冷卻水道方式、滑塊的斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。
本副模具主要由三類零件組成，分別屬于板類、桿類和導(dǎo)向。模具的三維造型主要由零件裝配生成，其中主要應(yīng)用匹配、對(duì)齊、矩陣等定位關(guān)系來約束零件之間的關(guān)系。模具的三維造型如圖3-9所示：
3.8注塑機(jī)的校核
3.8.1額定鎖模力校核
選用注射機(jī)的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要分開而產(chǎn)生溢料。注射時(shí)產(chǎn)生的型腔壓力對(duì)柱塞式注射機(jī)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(yù)塑裝置的注射機(jī)及螺桿式注射機(jī)損失較小，所以型腔壓力較大。另外，對(duì)不同流動(dòng)性的塑料，不同的噴嘴和模具結(jié)構(gòu)形式，其壓力損失也不一樣。一般熔料經(jīng)噴嘴時(shí)其注射壓力達(dá)60～80MPa，經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時(shí)則型腔壓力一般為40～50MPa。
圖3-10模具裝配圖
圖3-11 模具爆炸圖
鎖模力和成型面積的關(guān)系根據(jù)參考文獻(xiàn)中的計(jì)算公式確定：
（3-8）
式中 —鎖模力，kN；
—型腔壓力，MPa ；
A —澆道、進(jìn)料口和塑件的投影面積，mm2；
計(jì)算：×A/1000=50×6182．625÷1000=309．13KN
=900KN
所以：×A/1000 公式成立。
3.8.2 模具高度與注塑機(jī)閉合高度的校核
Hmin≤H≤Hmax （3-9）
H為模具高度，模具最大厚度Hmax300 mm，模具最小厚度Hmin 200 mm
H=25+63+40+32+100+25=285 mm
所以模具高度符合注塑機(jī)閉合高度。
3.8.3注塑機(jī)開模行程的校核
注射機(jī)的開模行程應(yīng)大于模具開模時(shí)取出塑件的（包括澆注系統(tǒng)）所需的開模距。即滿足下式：
SK≥H1+H2+(5~10) （3-10）
式中 SK——注塑機(jī)行程；
H1——脫模距離 ；
H2——塑件高度+澆注系統(tǒng)高度。
則 H1+H2+(5~10)=25+120+10=155mm＜300mm，能滿足要求。
3.9 模具的型腔工藝分析及仿真加工
3.9.1 型腔的加工工藝分析
A．定模板的工藝性審查
a．定模型腔的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
定模型腔（零件圖見附圖），該零件是注塑模的型腔部分，以制品配合面與定模固定板配合，凹進(jìn)部分與動(dòng)模型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料ABS經(jīng)冷卻后形成所需激光標(biāo)線儀前蓋。
零件的主要工作平面有配合面、分模面、不規(guī)則平面型腔等。由于型腔在注塑時(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。
b．主要技術(shù)要求
零件圖上的主要技術(shù)要求有：熱處理：50-55HRC；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=0．8μm，側(cè)面的表面粗糙度Ra=3．2μm, 內(nèi)輪廓表面的粗糙度為Ra=0．4μm。
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(jī)械性能和力學(xué)性能。
B．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320×320×68（mm）。
C．基準(zhǔn)選擇
加工中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)。
D．機(jī)床的選擇
根據(jù)本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)綱領(lǐng)，本模具的加工機(jī)床選擇通用機(jī)床。本模具中加工平面選用通用銑床，加工孔時(shí)選用通用鉆床。由于定模具型腔比較復(fù)雜，用普通機(jī)床難以加工，所以本設(shè)計(jì)中還選用數(shù)控銑床。
E．刀具的選擇
本設(shè)計(jì)中，加工平面時(shí)選用端銑刀和砂輪；加工直孔時(shí)選用麻花鉆，擴(kuò)孔刀和鉸刀；加工與斜導(dǎo)柱配合的斜孔時(shí)，因此孔中有沉孔，為了保證其同軸度，所以選用組合刀具（鉆刀與锪刀的組合）；加工分流倒槽時(shí)，由于其截面為半圓狀，所以選用球形銑刀；加工型腔時(shí)選用立式銑刀。
F．夾具的選擇
考慮其經(jīng)濟(jì)性，本設(shè)計(jì)中除加工斜孔時(shí)選用專用夾具外，其他的都選通用夾具。
G．切削用量的選擇
本設(shè)計(jì)中的所有切削用量都參考文獻(xiàn)。
步驟一般為：加工定位基準(zhǔn)面，再加工其它表面；先加工主要表面，后加工次要表面?；先安排粗加工工序，后安排精加工工序?；先加工平面，后加工孔?；熱處理工序及表面處理工序的安排?；為改善工件材料切削性能安排的熱處理工序，例如，退火、正火、調(diào)質(zhì)等，應(yīng)在切削加工之前進(jìn)行。為消除工件內(nèi)應(yīng)力安排的熱處理工序，例如：人工時(shí)效、退火等，最好安排在粗加工階段之后進(jìn)行。為了減少運(yùn)輸工作量，對(duì)于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前進(jìn)行。
3.10 型腔仿真加工
Cimatron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Cimatron7.1的CAM部分選擇加工方式、加工刀具、設(shè)定加工參數(shù)、計(jì)算NC刀具路徑、實(shí)體切削模擬結(jié)果等步驟，在檢驗(yàn)一切無誤后，選擇對(duì)應(yīng)的后處理器將刀具路徑轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進(jìn)行加工。
材料設(shè)置：在生成刀具路徑時(shí)，只有選用當(dāng)前材料列表中的材料來生成刀具路徑。在主菜單中依次選擇[NC utils]→[Def．matls]選項(xiàng)，彈出Material List對(duì)話框，在對(duì)話框中列出了當(dāng)前材料列表中的材料名稱。在Material List 對(duì)話框中單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，單擊[Create new]該選項(xiàng)是用來創(chuàng)建新的材料，彈出Material Definition對(duì)話，在Material輸入框：輸入新的材料名字（45鋼）；在Base cutting speed 輸入框：設(shè)置材料的基本切削線速度（100m/min）；在Base feed per tooth/revolution 輸入框：設(shè)置材料的基本進(jìn)刀量（500mm）。
工件設(shè)置：工件的設(shè)置包括設(shè)置工件的大小、原點(diǎn)、材料等，在主菜單中選擇[Toolpaths]→[Job setup]選項(xiàng)后，彈出Job setup 對(duì)話框。
工序步驟：
a． 使用直徑5mm的球鼻銑刀銑削出外輪廓，轉(zhuǎn)速1600，粗銑削進(jìn)
量0．5mm，加工余量0．3mm；
b．使用直徑4mm的指狀銑刀進(jìn)行精加工，轉(zhuǎn)速1600，精銑削進(jìn)給量0．05mm，加工余量0．3mm；
型腔仿真加工如下圖
型腔仿真加工的部分程序如下：
%O0000
(PROGRAM NAME - XINGXIN)
(DATE=DD-MM-YY - 12-06-08 TIME=HH:MM - 21:49)
N100G21
N102G0G17G40G49G80G90
( 5. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 5.)
N104T1M6
N106G0G90G54X-30.849Y-80.49A0.S2000M3
N108G43H1Z50.
N110Z48.8
N112G1Z43.8F1.8
N114X-30.98Y-80.F122.2
N116Y-79.
N118X-30.849Y-78.51
N120X-30.49Y-78.151
N122X-29.982Y-78.018
N124Y-61.982
N126X-30.49Y-61.849
N128X-30.849Y-61.49
N130X-30.98Y-61.
N132Y-60.
N134X-30.849Y-59.51
N136X-30.49Y-59.151
N138X-30.Y-59.02
N140X40.
N142X41.23Y-59.091
N144X41.351Y-59.106
N146X41.833Y-59.195
N148X42.046Y-59.215
N150X42.237Y-59.253
N152X42.376Y-59.295
N154X42.64Y-59.344
N156X42.771Y-59.378
N158X44.112Y-59.824
N160X44.276Y-59.894
N162X45.732Y-60.638
N164X45.872Y-60.727
N166X46.159Y-60.942