基于ProE的小音箱侧盖注塑模毕业设计及型腔数控加工.docx

基于ProE的小音箱侧盖注塑模毕业设计及型腔数控加工.docx

《基于ProE的小音箱侧盖注塑模毕业设计及型腔数控加工.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于ProE的小音箱侧盖注塑模毕业设计及型腔数控加工.docx（54页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

基于ProE的小音箱侧盖注塑模毕业设计及型腔数控加工

摘要

本课题是基于Pro/E的注塑模具设计，通过对制件的工艺分析，确定了模具的设计方案，并绘制了装配图和零件图。

设计中采用一模四腔、侧浇口的形式，以及斜导柱分型抽芯机构。

设计中主要运用Pro/E软件对模具的型芯型腔进行三维设计，进而利用EMX进行模架的设计，然后利用AutoCAD绘制模具的装配图和零件图。

另外，设计中还利用Pro/E进行型腔的数控加工。

在本次注塑模设计中，在对制件的结构进行分析的基础上，确定了模具的结构方案。

设计中主要介绍了模具型芯型腔及主要结构零件的设计过程，利用Pro/E进行模具的三维设计，使模具的结构更加形象。

关键词：

Pro/E，注塑模，侧浇口，斜导柱，数控加工

DesignoftheMini-stereoSideCoverInjectionMoldandNCProcessingoftheCavityBasedonPro/E

ABSTRACT

ThetaskisdesignofinjectionmoldbasedonPro/E.Throughtheanalysisofthetechnologyoftheproduct,wecangetthemoulddesign,assemblydrawingandpartdrawings.Appliedtothedesignofthefourcavities,sidegates,andobliqueguidecolumnpartingcore-pullingmechanism.Pro/Eismainlyusedinthedesignofthecoresmoldcavityonthe3d,thenusetheEMXfortheworndesign,alsouseAutoCADrenderingofthemouldassemblydrawingsandpartdrawings.Inaddition,designalsousePro/EforcavityNCmachining.

Inthisdesigningofinjectionmold,thestructureoftheproductinthebasisoftheanalysisofthestructureofthemold,andthesolutions.Designmainlyintroducedthemoldcavityandmainstructuretypecorecomponentsofthedesignprocess,usingPro/Efor3Ddesign,somakethemouldstructuremoreimaginable.

KEYWORDS:

Pro/E,injectionmold,sidegate,obliqueguidecolumnpartingcore-pullingmechanism,NCprocessing

序言

模具是工业生产的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。

采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料，成本底等一系列优点。

因此，模具工业在现代化生产中，是生产各中工业产品的重要工艺装备。

随着社会经济的发展，各国都普遍意识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展有特别重要的意义。

模具技术已成为衡量一个国家产品制造业水平的重要标志之一。

模具工业极大地促进了工业产品生产的发展和质量的提高，获得了巨大的经济效益。

模具是国民经济发展的基础工业，模具工业的发展水平标志着一个国家的工业发展水平，它与现代工业和科学技术有着不可分离的联系，在汽车、航空、无线电、家电、仪表以及机械制造和电视机、录音机、计算机等电子产品中占80%以上。

在自行车、手表、洗衣机、电冰箱等轻工业产品中占85%，可见，研究和发展模具技术，对于改进国民经济的发展具有特别重要的意义。

进入大学以来，在材料成型及控制工程专业接受四年的基础和专业的教育培训，即将走上社会的舞台。

平时大多受到理论知识的熏陶，实践的机会相对较少。

而这次毕业设计，正是给了我们一个检验自己的机会，是否能够灵活运用所学的知识去解决生产实践中所遇到的问题。

通过毕业设计，进一步加深对塑料材料、模具结构、成型工艺理论等相关课程的理解，处理实际问题的能力得到提高。

特别是使用PRO/E和CAD等软件来完成本课题模具的设计任务，初步了解CAD/CAE技术的基础应用。

毕业设计强化了我们为一个模具从业者的基本功，为今后走上工作岗位打下了坚实的基础。

本次课题中，产品为小音箱侧盖，对其进行了制件的分析、模具的设计以及型腔的数控加工。

利用Pro/E软件完成了模具的造型设计，能比较容易地解决2D图中难以解决的难题，并能从加工工艺上比较全面的考虑，可以更全面地改善其加工可行性。

1产品成型方案的初步确定

1.1塑件结构特征及工艺性分析

1.1.1塑件结构分析

小音箱侧盖结构如图1-1所示，塑件表面没有太复杂的曲面，平均壁厚1.5mm。

塑件要求表面光洁度很高，而且不得有裂痕、缺口、擦伤等明显缺陷，这就要求模具在各个面上不能留有明显的浇口痕迹。

图1-1三维模型

1.1.2塑件注射成型工艺分析

塑件材料为ABS。

ABS性能分析

（1）典型应用范围

主要用于机械、电气、纺织、汽车和造船等工业。

在ABS消费结构中主要是家用电器、机械配件、办公用品和用具等。

同时ABS在通讯器材、商品器材、文教娱乐用品及建材的需求前景也十分看好。

壳体材料：

广泛用于制造电话机。

移动电话、电视机、收录机、复印机、传真机、洗衣机、电动工具、打字机键盘、厨房用品及儿童玩具的壳体。

机械配件：

可用于制造齿轮、叶轮、轴承、把手、管材、管件、蓄电池槽等。

汽车配件：

具体品种有方向盘、仪表盘、风扇叶片、挡泥板、仪表板，工具门，车轮盖，反光镜盒、手柄及扶手等。

其他制品：

各类化工耐腐蚀管道、镀金制品、文具、仿木制品、头发烘干机、搅拌器，食品加工机，割草机，高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等。

（2）注塑模工艺条件

干燥处理：

ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。

建议干燥条件为80～90℃下最少干燥2小时。

材料温度应保证小于0.1%。

熔化温度：

210～280℃，建议温度245℃。

模具温度：

25～70℃，建议使用50℃。

结晶程度主要由模具温度决定。

模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低

注射压力：

可大到500～1000bar。

注射速度：

中高速度

流道和浇口：

对于冷流道，典型的流道直径范围是4～7mm。

建议使用通体为圆形的注入口和流道。

所有类型的浇口都可以使用。

典型的浇口直径范围是1～1.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。

对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。

ABS材料完全可以使用热流道系统。

化学和物理特性:

（1）一般性能   

     ABS的外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有90%的高光泽度。

ABS的相对密度为1.05，ABS同其它材料的结合性好，易于表面印刷、涂层和镀层处理。

ABS的氧指数为18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色，有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。

ABS是一种综合性能十分良好的树脂，在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%～0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%～0.4%，而且绝少出现塑后收缩。

其临界表面张力为34～38mN/cm。

ABS熔体的流动性比PVC和PC好，但比PE、PA及PS差，与POM和HIPS类似。

ABS的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速率都有关系，但对剪切速率更为敏感。

（2）力学性能 

ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用。

即使ABS制品被破坏，也只能是拉伸破坏而不会是冲击破坏。

ABS的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。

ABS的蠕变性比PSF及PC大，但比PA和POM小。

ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。

ABS的力学性能受温度的影响较大。

（3）热学性能 

ABS属于无定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差；热稳定不太好，耐候性较差，紫外线可使变色；热变形温度为70～107℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。

对温度，剪切速率都比较敏感；ABS在～40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40℃～80℃的温度范围内长期使用。

（4）电学性能

ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。

（5）环境性能  

ABS不受水、无机盐、碱醇类和烃类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。

ABS的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年后，冲击强度下降一半。

（6）ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施

主要缺陷：

缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70℃左右热变形温度约为93℃）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。

消除措施：

加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。

ABS的注射成型工艺

1、注射成型工艺过程

（1）预烘干→装入料斗→预塑化→注射装置准备注射→注射→保压→冷却→脱模→塑件送下工序

（2）清理模具→脱模剂→合模→注射

2、ABS的注射成型工艺参数

（1）注射机：

螺杆式

（2）螺杆转速（r/min）：

30～60（选30）

（3）预热和干燥：

温度（℃）：

80～90

时间（h）：

2～3

（4）密度（g/cm³）：

1.05

（5）材料收缩率（℅）：

0.4～0.7

（6）料筒温度（℃）：

160～180

中段180～200

前段200～220

（7）喷嘴温度（℃）：

70～180

（8）模具温度（℃）：

0～80

（9）注射压力（MPa）：

70～100

（10）成形时间（S）：

注射时间20～60

高压时间0～3

冷却时间20～90

总周期50～160

（11）适应注射机类型：

螺杆、柱塞均可。

1.1.3塑件的工艺分析

（1）尺寸和精度

这里的尺寸是指塑料制件的总体尺寸大小，从所设计塑件的总体尺寸分析得知，其尺寸较为合理，不会太大，这样就可以避免塑料容体充不满模具型腔或使塑件不能正常成型，塑件材料为ABS,等级精度为MT3。

（2）形状

本塑件的几何形状除能满足功能使用外观要求外，还做到尽可能使其所对应的模具结构简单化，便于加工成型。

（3）壁厚

本塑件的厚度为1.5mm，ABS的最小壁厚为0.76mm,所以满足要求。

（4）脱模斜度

根据已选定的材料ABS，其脱模斜度宜为（40ˊ～1.5°）。

为使注塑开模后，塑件留在动模一侧的型芯上，取其脱模斜度为50′。

（5）圆角

塑件面与面之间一般采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中，提高塑件强度，而且可以改善熔体在型腔中的流动状况。

有利于充满型腔，便于脱模。

此音响侧盖的整体结构为曲面，结合面处多有圆角，应该很容易充满型腔。

（6）成型方法

主要依靠注塑成型机（柱塞式和螺杆式）和注塑模具来完成。

ABS塑料的成型加工性能良好，选用螺杆式注塑机进行注塑成型。

1.2模具结构方案初步设计

塑件的结构特点是底部有内凹（如图1-2所示），需要侧抽机构，另外其表面精度要求和其他的一些特点，根据制品尺寸及密度选择相应的注塑机，确定腔数为一模四腔。

根据制件的外形可以初步确定其方案有二。

图1-2特殊部位

方案一

浇口形式为点浇口，浇口位置在塑品表面的几何中心上，采用三板式模架，再将塑件模型导入Pro/ENGINEER的PlasticAdvisor（塑料顾问）模块中，分析其冷却、填充、保压和翘曲等基本流程，同时进行有关的计算结果分析，并找出制品产生缺陷的原因并提出改进意见。

方案二

浇口形式为侧浇口，浇口位置在塑件侧面，采用二板式模架，再将塑件模型导入Pro/ENGINEER的PlasticAdvisor（塑料顾问）模块中，分析其冷却、填充、保压和翘曲等基本流程，同时进行有关的计算结果分析，并找出制品产生缺陷的原因并提出改进意见。

方案选择

通过比较上面的两种方案，结合产品的特征和要求，选择方案二。

原因如下：

方案一采用点浇口，成型后在塑件的表面会留下痕迹影响制品的表面质量，在考虑到模具结构及模具加工的难易程度，故采用了第二个方案。

对于一模多腔的模具，浇注系统的平衡与否与型腔和流道的布局形式直接相关。

综上所述，通过分析初步选定方案二。

1.3分型面位置的设计

分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。

1.3.1分型面的设计原则

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及推出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响，因此在选择分型面时应综合分析。

选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

（2）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模；

（3）保证塑件的精度；

（4）满足塑件的外观质量要求；

（5）便于模具制造加工；

（6）注意对在型面积的影响；

（7）对排气效果的影响；

（8）对侧抽芯的影响；

1.3.1分型面的确定

在实际设计中，不可能全部满足上述原则，一般应抓住主要矛盾，在此前提下确定合理的分型面。

该塑件的模具有上表面的主分型面和侧抽芯机构的次分型面两个。

1.4侧抽芯机构的设计

抽芯机构应具备以下基本功能

（1）能够保证不引起塑件变形的情况下准确抽芯和分型；

（2）运动灵活、动作可靠、无过分麿损现象；

（3）具有必要的强度和刚度；

（4）配合间隙和拼缝线不溢料。

（1）

（2）（3）相结合，可以保证塑件必要的尺寸精度。

（2）（3）相结合，可以保证模具具有较长工作寿命。

本模具设计中采用斜导柱侧向分型与抽芯机构。

该机构的特点是结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便。

主要由与开模方向成一定角度的斜导柱、滑块、导滑槽、楔紧块和侧滑块定距限位装置组成。

1.4.1滑块导滑方法

开模时滑块在斜导柱驱动下横向抽芯，闭模时又朝相反方向滑动。

为保证横向运动的顺畅平稳，滑块与导滑槽应具有适当的形式，本设计采用T型槽导滑。

1.4.2滑块定位

滑块在斜导柱驱动下完成抽芯后，必须停留在准确位置，因此必须设置定位装置防止滑块位改变，避免闭模时斜导柱与滑块上斜孔对不准发生碰撞现象。

采用弹簧加限位圆头销的限位方法，结构紧凑，同时使用寿命较长。

1.4.3斜导柱的安装位置

斜导柱和滑块安装位置不同，抽芯机构的结构形式和工作特点也不同。

一般分为三种形式：

斜导柱和滑块在动模一侧；斜导柱在动模、滑块在定模；斜导柱在定模、滑块在动模。

本设计采用第三种形式。

1.5型腔数目的确定

考虑的主要因素有：

现有注塑机的规格、所要求的塑件质量、塑件成本及交货期，从经济角度出发，订货量大时可选用大型机，多型腔模具，对小型制件型腔数量可由经验决定。

根据塑件的形状特点和成型结构及设计要求定为一模四腔。

1.6合模导向机构

模具在闭合时要求有一定的方向和位置，导向机构对于塑料模具是必不可少的部件，它主要有三个方面的作用。

（1）定位作用：

为避免模具装配时方位搞错而损坏模具，并用在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。

（2）导向作用：

动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合避免凸模或型芯先进型腔，以保证不损坏成型零件。

（3）承受一定侧压力：

塑料注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机精度的限制，使导柱在工作中承受了一定的侧压力，当侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，需要增设锥面定位位置。

本模具选用的导柱用轴肩固定在动模板上，与型芯固定板的配合为H7/k6。

导柱与导套的配合为H7/f6，导柱的材料为T8A，表面淬火HRC55~HRC65，在装合动定模时，为方便及正确安装，四根导柱关于模板中心对称。

1.7排气系统的设计

排气系统对确保塑件成型质量起着重要作用，排气方式有一下几种。

（1）利用排气槽。

（2）利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙，以及利用分型面上的间隙。

（3）对于大、中型深型腔塑件为了防止塑件在顶出时造成真空而变形，需设置排气装置。

由于ABS的流动性一般而且塑件尺寸较小，因此利用上述方式中的

（2）进行排气。

1.8脱模机构的设计

1.8.1脱膜结构的要求

为保证塑件成型后从模腔或型芯上顺利脱出，模具结构中必须设置可靠有效的脱膜机构。

脱膜结构是注塑模主要功能结构之一。

对脱膜机构的基本要求是：

运动灵活顺畅，无卡刹和过分磨损现象；接触塑件的配合间隙无溢料现象；具有足够强度、刚度，工作稳定可靠；对塑件推力分布均匀合理，不会引起塑件变形或将塑件顶裂；对塑件外观无明显伤害；有利于将塑件和浇注系统凝料带向动模部分；容易制造和装配。

脱模机构运动的动力，可以是人的手，也要以是压缩空气，但两者较少采用，最普遍采用的是机动脱膜。

即通过动、定模分开时动模的运动，借助注塑机上装设的顶出元件（机械顶杆或顶出油缸），推动模具内设置的脱模机械使塑件从型腔内或型芯上脱出（或脱下）。

机动脱膜机构设计是注塑模设计中关键任务之一。

1.8.2脱模机构的选用原则

（1）使塑件脱膜时不发生变形；

（2）推力分布依脱膜阻力的大小要合理安排；

（3）推杆的受力不可太大，以免造成塑件被推局部产生隙裂；

（4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；

（5）推杆位置痕迹须不影响塑件外观；

（6）脱膜机构的动力应保证灵活，可靠，不发生误动作。

1.8.3脱膜机构的设计要求

顶杆就设置在靠近脱膜阻力较大的部位，如塑件侧壁顶部，端面带凸台或凹槽部位。

在满足顺利脱件的条件下，力求减少顶杆数量，容易保证推件时的协调并减少对塑件表面的影响。

本设计顶杆设在塑件两侧，每个制件采用4根直顶杆。

顶杆接触塑件的推顶段，与模板上相应孔采用过渡配合，就以不超过塑料的溢料间隙为限，一般情况下H7/f7可以满足这一要求，只有对于粘度很小和直径较大的顶杆才采用H7/g6来保证这一要求。

顶推段要求上述配合的配合段一般不小于顶杆直径的二倍，其余部分扩大以减小摩擦。

对于最常用的带安装凸肩的顶杆，安装固定时，与固定板上的安装孔应留有充分间隙，一般情况下可取双边间隙0.5左右，使顶杆推件时有一定浮动作用。

顶杆的全长往往穿过几块模板，长度的准确尺寸受这些模板所组成的尺寸链影响，因而设计长度尺寸时宜注出参考尺寸，其准确尺寸由最后装配时调整。

1.8.4脱模力的计算

塑件模具中冷却定型时，由于体积收缩，其尺寸逐渐缩小，而将型芯或凸模包紧在塑件脱模时必须克服这一包紧力，塑件脱膜力F可用下式计算：

（1-1）

式中：

A——塑料件包络型芯的面积；

P——塑料件对型芯单位面积上的包紧力；

——脱模斜度；

q——大气压力0.09MPa；

——制品与型芯之间的静摩擦系数，常取为0.2~0.25；

——根据PRO/E分析中的测量

所以，可得脱模力：

F=12.4kN

1.9成型零件的设计

构成模具型腔的零件统称为成型零件，它主要包括型芯、型腔、镶块、各种成型杆、各种成型环。

由于型腔直接与高温高压的塑料相接触，它的质量直接关系到制件质量，因此要求它有足够的强度、刚度、硬度、耐麿性以承受塑料的挤压力和料流的摩擦力，有足够的精度和适当的表面粗糙度，以保证塑料制品表面的光亮美观，容易脱模。

一般来说，成型零件都应进行热处理，或预硬化处理，使其具有HRC30以上的硬度。

成型零件设计时应注意：

（1）当型腔全被充满的瞬间，内压力达最大值。

（2）大尺寸型腔，刚度不足是主要问题，以刚度较核为主。

（3）小尺寸型腔以强度不足为主要矛盾，以强度较核为主。

（4）凹模强度较核公式。

1.10成型设备的选择

1.10.1计算制品的体积和重量

该产品为小音响侧盖，使用材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS），查《实用塑料成型工艺》得知其密度为1.05g/cm³，收缩率取为0.5%。

利用Pro/E分析单个塑件的体积，如图1-4所示。

图1-4质量属性

由此可知：

体积=10.1（cm³），密度=1.05（g/cm³），质量=10.6（g）。

浇注系统的质量约为1.5个制件的体积，所以，一次注入模具型腔塑料熔融体的总体积为

V=（4+1.5）x10.1=55.55cm³

1.10.2选择注射机

根据分析的结果，以及模具结构尺寸选择注射机XS-ZY-125。

名称：

XS-ZY-125

最大注射量：

125cm3

螺杆直径：

42mm

注射压力：

119MPa

塑化能力：

325kg/h

锁模力：

900KN

拉杆内间距：

1120×1200mm

开模行程：

300mm

最大模具厚度：

300mm

最小模具厚度：

200mm

模具定位孔直径：

ø100mm

喷嘴球半径：

SR12

喷嘴球口径：

ø4mm

1.10.3最大注塑量校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的重量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量为最大注塑量的80%，本设计中选用的注塑机最大注塑量为四个制件加上浇注系统凝料的重量，其中浇注系统凝料的重量约为1.5个制件的重量。

注射机的额定注射量为Q，即Q＞V／0.8=70cm³

根据计算结果，查表选择注塑机的型号为：

XS-ZY-125卧式注塑机

1.11浇注系统的设计

浇注系统是塑料熔体由注射机喷嘴流向模具型腔的流动通道。

因此它应能够顺利地引导熔体迅速有序地充满型腔，获得外观清晰、质量优良的塑件。

所以浇注系统必须具有以下要求。

（1）对型腔快速的填充；

（2）同时充满整个型腔；

（3）应尽可能地消耗较少的材料；

（4）对热量和压力损失小；

（5）能够使型腔顺利地排气；

（6）浇道凝料易与塑料分享或切除；

（7）浇口痕迹对塑件的外观的影响较小；

（7）冷料不会进入型腔。

1.11.1主流道的设计

主流道的形状和尺寸最先影响着塑料熔体的流动速度及填充时间，必须使熔体的温度降低和压力降最小，且不损害其把塑料熔体输送到最“远”位置的能力。

在卧式注射机上使用的模具中，主流道垂直于分型面，为使凝料能从其中顺利拔出，需设计成圆锥形，锥角为2°～6°。

1、主流道的尺寸

（1）主流道小端直径

主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）mm

=4+（0.5～1）取d=4.5（mm）

（2）主流道的球半径

主流道的球半径SR=12+（1～2）mm，取SR=13（mm）。

（3）球面配合高度

球面配合高度为3～5取5（mm）。

（4）主流道长度

主流道长度L，应尽量的短，根据所选标准模架及该模具结构，取L=61（mm）

（5）主流道锥度

主流道锥角一般应在2°～6°，取α=4°，所以流道锥度