开题报告 模具设计 CNC加工 机械 UG 模具 毕业设计.docx
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开题报告模具设计CNC加工机械UG模具毕业设计
目录
1绪论2
1.1选题背景2
1.2设计内容2
2零件工艺技术分析3
2.1零件尺寸和要求3
2.2塑件的材料分析及工艺特性4
2.3塑件的结构工艺性5
3模具结构设计6
3.1计算塑件的体积和质量、初选注塑机6
3.2塑料分型面位置的分析和确定6
3.3型腔数目的确定和布局7
3.4校核注塑机有关工艺参数9
3.5浇注系统的设计11
3.6动定模模仁的设计15
3.7动定模固定板的设计18
3.8冷却水道的设计19
3.9脱模机构的设计21
3.10模具的总装图22
4模具的装配及调试26
4.1模具的装配26
4.2模具的装配顺序26
4.3试模26
4.4开模过程分析27
结论28
致谢29
参考文献30
1绪论
1.1选题背景
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。
在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本人在校学习模具设计与制造专业，应学校课程安排，我们被推荐到苏州汇众模塑有限公司进行为期五个月实习，公司主要生产注塑模，如汽车保险杠，汽车门板等大型注塑模。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明。
模具影响着制品的质量。
首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。
其次，在加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。
在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。
1.2设计内容
本次设计课题—空调端盖，该课题目来源于生活,空调已是现代生活中不可缺少的一样家电。
通过在公司车间的学习和对模具专业的学习，掌握常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，注塑模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。
在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。
通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；本课题从能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。
2零件工艺技术分析
2.1零件尺寸和要求
塑件：
空调端盖
条件：
小批量生产
材料：
ABS
设备：
注塑机自选
产品图如下图2-1、图2-2所示。
图2-1空调端盖的尺寸图
图2-2空调端盖的三维造型
2.2塑件的材料分析及工艺特性
2.2.1ABS的基本特性
ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯3种单体合成的。
每种单体都具有不同性能：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，使ABS有良好的耐化学腐蚀性及表面硬度；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性，使ABS坚韧；苯乙烯具有易加工、高光洁度、高强度，使ABS有良好的加工和染色性能。
ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。
有极好的冲击强度，且在低温下也不迅速下降。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高，
性能：
综合性能较好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工，与此相反372有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件，且表面可镀铬。
用途：
适于制作一般机械零件、减摩耐摩零件、传动零件以及化工、电器、仪表等零件。
2.2.2成形特性
无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。
吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸脂,聚氯乙烯好）。
比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。
料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温度为250℃左右，比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高塑件，模温宜取50℃～60℃，要求光泽及耐热型料宜取60℃～80℃。
注射压力应比聚苯乙烯高，一般用柱塞式注射机时料温为180℃～230℃，注射压力为100～140MPa，螺杆式注射机则取160℃～230℃，70～100MPa为宜。
模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口位置、形式，推出力过大机械加工时塑料件表面呈现“白色”痕迹，在成型时的脱模斜度﹥2°，收缩率取﹥0.5°。
2.2.3ABS的成型条件
表2-1ABS的成型条件
注射成型机类型
螺杆式
密度（
）
1.03——1.07
计算收缩率
0.3——0.8
预热
温度（℃）
80——85
时间（s）
2——3
料筒温度
后段（℃）
150——170
中段（℃）
165——180
前段（℃）
180——200
喷嘴温度（℃）
170——180
模具温度（℃）
50——80
注射压力（MPa）
60——100
成型时间
注射时间（s）
20——90
高压时间（s）
0——5
冷却时间（s）
20——120
总周期（s）
50——220
螺杆转速（r/min）
30
适用注射机类型
螺杆式、柱塞式均可
后处理
方法
红外线灯、烘箱
温度（℃）
70
时间（h）
2～4
2.3塑件的结构工艺性
由零件实体模型及二维草图可知,所有结构对称布置.零件总体轮廓尺寸为80mm×58mm×15.5mm，总体看来，属结构较简单，故选一般精度等级：
IT5级。
从塑件的壁厚上来看，壁厚的最大处为2mm左右，最小处小于1.2mm，大多处在1.8mm-2mm的范围之内，并综合其材料性能，注意控制成型温度及冷却速度，零件的成型并不困难.为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。
该浇口的分流道位于模具的分型面上，塑料熔体通过型腔的侧面或推杆的端部注入型腔，因而塑件外表面不受损伤，不致因浇口痕迹而影响塑件的表面质量与美观效果。
3模具结构设计
3.1计算塑件的体积和质量、初选注塑机
该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.03-1.07g/cm3，收缩率为0.3﹪-0.8﹪，计算其平均密度为1.055g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。
对于该设计，建立塑件模型，并用UG对其进行分析得：
（1）塑件的体积:
V=11613.7mm3
（2）塑件的质量：
m=1.055x11613.7=12252.45mg=12.25g
根据塑件的计算量或者体积选定注射机设备型号确实形腔数，当未限定设备时，必须考虑以下因素：
注射机额定注射量每次不得超过最大注射量的80％，即：
式中：
n——形腔数
GJ——浇注系统重量（g）
GS——塑件重量（g）
GB——注射机额定注射量（g）
估算浇注系统的GJ，根据初步设计方案进行估算：
设n=4则得：
GJ=
1.05+
1.05+2=12.74g
GB=
=77.18g
从计算结果并根据塑件注射机技术规格初步选用海天注塑机110
1A。
3.2塑料分型面位置的分析和确定
模具上用以取出塑件或取出浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，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工艺有密切关系，并且直接影响着塑料熔体的流动充填性及制品的脱模，分型面的位置也影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。
因此，分型面的选择是注射模设计中的一个关键内容。
分型面的选择应注意以下几点：
（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处
当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件外形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从形腔中脱出。
（2）保证制件的精度和外观要求
与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。
因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。
（3）考虑满足塑件的使用要求
注塑件在成型过程中，有一些难免的工艺缺陷，如脱模斜度、推杆及浇口痕迹等，选择分型面时，应从使用角度避免这些工艺缺陷影响塑件功能。
（4）考虑注塑机的技术规格，使模板间距大小合适
（5）考虑锁模力，尽量减小塑件在分型面的投影面积
（6）确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模
从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。
这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。
（7）不妨碍制品脱模和抽芯
在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的侧凹或侧孔。
一般机械式分型面抽芯机构的侧向抽拔距都较小，因此选择的分型面应使抽拔距离尽量短。
（8）有利于浇注系统的合理处置。
尽可能与料流的末端重合，以利于排气。
（9）分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。
根据塑件结构形式，本设计分型面选在A—A面。
如图3-1所示。
图3-1分型面形式与位置
1-定模部分2-成型零件3-动模部分4-分型面
3.3型腔数目的确定和布局
3.3.1型腔数目的确定
型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。
注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔——型腔。
其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯。
其数目的决定与下列条件有关：
（1）塑件尺寸精度
型腔数越多时，精度也相对地降低。
（2）模具制造成本
多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。
从塑件成本中所占的模具费比例看，多腔模比单腔模具低。
（3）注塑成形的生产效益
多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。
但是多腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维持费较高，所以要从最经济的条件上考虑一模的腔数。
（4）制造难度
多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。
塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。
影响最显著的是塑件的壁厚和形状的复杂程度。
该塑件精度要求一般，又是大批量生产，可以采用一模多腔的形式。
考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，采用一模四腔的模具形式。
这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。
3.3.2型腔的布局
多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。
型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。
这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。
合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。
平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。
本塑件在注射时采用了一模四腔的形式，即模具需要四个型腔排列方式于下图3-2。
图3-2型腔布局
3.4校核注塑机有关工艺参数
3.4.1注射容量和质量校核
由前计算得塑件重量为12.25g,浇注系统为12.74g，则每次注射所需塑料为：
按一模4腔计算：
4×12.25g+12.74g=61.74g
注射机最大注射量119×0.8=95.2g﹥36.68g
所以注塑机符合要求。
3.4.2锁模力与注射压力校核
锁模力的大小必须满足下式：
F≥Pm（nAs+Aj）
式中
As—塑件型腔在模具分型面上的投影面积
Aj—塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积
F—锁模力
P—模腔压力取120MPa
F≥120[4×（80×60）×2]≥384000N=384KN
由于F=1100KN
故满足F≥Pm（nAS+Aj）
同时100
1A的额定注射压力为206MPa，所以注塑机符合ABS塑料成型的注射压力要求。
3.4.3模具闭合高度的校核
安装模具的高度应满足：
Hmin＜H＜Hmax
式中：
Hmin——注塑机允许最小厚度（160mm）
Hmax——注塑机允许最大厚度（410mm）
预选模架35
40，则模具闭合高度为H=361mm。
选110
1A型，最大装模高度Hmax=410mm，最小装模高度Hmin=160mm，H总=361mm介于二者之间，满足模具厚度安装要求。
3.4.4注射机开模行程的校核
注射机开模行程应大于模具开模时取出塑件（包括浇注系统）所需的开模距，即满足下式
式中
——注射机行程（
=40mm）
——脱模距离（顶出距离），
=mm
——塑件高度+浇注系统高度
=15.5+77.5=93mm
则
+10mm=40mm+93mm+10mm=143mm
注塑机注射行程为144mm，所以能满足要求。
3.4.5注射机有关参数
表3-1110
1A型注射机的主要参数
型号
单位
参数
螺杆直径
mm
34
理论注射容量
cm3
131
注射重量PS
g
119
注射压力
Mpa
206
注射行程
mm
144
螺杆转速
r/min
0~215
料筒加热功率
KW
5.7
锁模力
KN
1100
拉杆内间距（水平×垂直）
mm
400×400
允许最大模具厚度
mm
410
允许最小模具厚度
mm
160
移模行程
mm
340
移模开距（最大）
mm
750
液压顶出行程
mm
100
液压顶出力
KN
33
液压顶出杆数量
PC
5
油泵电动机功率
KW
13
油箱容积
l
210
机器尺寸（长×宽×高）
m
4.7×1.3×1.85
机器重量
t
3.4
最小模具尺寸（长×宽）
mm
280×280
3.5浇注系统的设计
3.5.1主流道设计
主流道是指从注射机喷嘴与模具接触处起到分流道为止的一段料流通道，负责将塑料熔体从喷嘴引入模具。
当模具闭合后，注射机喷嘴压紧模具主流道衬套，并封紧注射机与模具之间的间隙，熔体材料直接从料筒流入主流道。
此次设计的模具在卧式注射机上使用，主流道应垂直于分型面。
为了使冷凝料能从主流道中顺利拔出，将主流道设计成圆锥形。
（1）主流道尺寸
①主流道小端直径d=注射机喷嘴直径+（0.5～1）
=4+（0.5～1）,取d=4.6mm。
②主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2）
=20+（1～2），取SR0=21mm。
③球面配合高度h=3mm～5mm，取h=3mm。
④主流道长度尽量小于100mm，由标准模架结构该模具的结构，取L=80mm
⑤主流道大端直径D=d+2Ltan≈7.54（半锥角为1°～2°），取D=8.5mm
（2）主流道衬套的形式
主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属于易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆御更换的主流道衬套形式即浇口套，以便有效地选用优质钢材单独进行加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A,T10A等，热处理硬度为50HRC～55HRC，如下图3-3。
图3-3浇口套造型和尺寸
由于该模具主流道较长,定位圈和衬套设计成分体式较宜,其定位圈结构尺寸如下图3-4。
图3-4浇口套定位
定位圈位于面板面板上，起到定位注塑机喷嘴作用。
根据浇口套的尺寸，定位圈的尺寸为
100
15mm，材质为S50C钢。
定位圈尺寸图如图3-5。
图3-5定位圈的尺寸图
3.5.2冷料穴的设计
开模时应将主流道中的凝料拉出,所以冷料穴直径稍大于主流道大端直径.采用Z形头冷料穴,很容易将主流道凝料拉离定模,如图3-6所示。
图3-6冷料井的设计
1定模座板2冷料穴3动模板4推杆
3.5.3分流道设计
主流道和浇口之间的进料通道。
其作用是通过流道截面及方向变化使融料平稳地转换流向，并均衡分配给各个型腔（多型腔模具）。
（1）分流道布置形式
分流道布置有多种形式，但是需要循两方面原则：
一方面排列紧凑，缩小模具版面尺寸；另一方面流程尽量短，锁模力力求平衡。
应采用平衡式分流道。
如图3-7。
图3-7分流道布置
（2）分流道长度
根据型腔在分型面上的排布情况，分流道可分为一次分流道、二次分流道甚至三次分流道。
分流道的长度应尽可能短，且弯折少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和能耗。
根据模仁的长宽和实际设计参数取
第一级分流道L1=170mm
第二级分流道L2=30mm
（3）分流道的形式、截面尺寸
熔融塑料沿分流道流动时，要求它尽快的充满型腔，流动中温度降尽可能小，流动阻力尽可能低。
同时，应能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔。
应尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。
分流道常见的断面形状有圆形、正六边形、梯形、U形，半圆形、矩形等数种，圆形截面的优点是：
比表面积最小，热量不容易散失，阻力也小。
缺点是：
需同时开设在前、后模上，而且要互相吻合。
此次设计采用的是圆形断面分流道，由于热量损失和阻力损失均不大，故为常用形式。
第一级分流道直径R1=4mm
第二级分流道直径R2=3mm
（4）分流道的表面粗糙度
由于分流道中与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0.63µm--1.6µm，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力，避免熔体表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。
此处Ra=0.8µm。
3.5.4浇口的设计
浇口截面积通常为分流道截面积的0.07倍—0.09倍，浇口截面积形状多为矩形和圆形两种，浇口长度为0.5mm—2mm。
浇口具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模时逐渐修正。
（1）浇口类型及位置确定
该模具是中小型塑件的多型腔模具，设置侧浇口比较合适。
侧浇口开设在垂直分型面上，从型腔（塑件）外侧面进料，侧浇口是典型的矩形截面浇口，能很方便的调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，因而又被称为标准浇口。
这类浇口加工容易，修正方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置，因此它是广泛使用的一种浇口形式，普遍使用于中小型塑件的多型腔模具。
（2）浇口结构尺寸计算
侧浇口深度和宽度经验计算：
经验公式为h=nt=1mmw=4mm
式中h—-侧浇口深度（mm）；
W---浇口宽度（mm）；
A---塑件外表面积；
t---塑件厚度（约为2mm）
n---塑料系数，查表得n=0.6
图3-8分流道尺寸及浇口尺寸
3.5.5浇注系统的平衡
对于该模具，从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸对应相同，各个浇口也相同，浇注是平衡的，如图3-9。
图3-9浇注系统布局
3.6动定模模仁的设计
3.6.1定模模仁设计
采用UG软件对其进行设计
动定模仁设计采用的是一模四件的结构方式。
动模仁结构图如图3-10所示。
图3-10动模模仁尺寸及三维图
根据
计算得动模仁尺寸=L
W
H=270mm
220mm
48mm，该模具模仁的材料为S136钢，它具有高耐磨性、耐腐蚀性，抛光性、淬火时具有稳定性，模仁材料的选用，是根据制品材料的不同，而选用的。
该模具采用的是一模四腔，四件均匀分布，尺寸分布=130.2mm
99.1mm。
3.6.2定模模仁结构图
如图3-11所示。
图3-11定模模仁尺寸及三维图
根据
计算得动模仁尺寸=L
W
H=270mm
220mm
45mm，材质的选取和动模仁一样为S136钢，型腔模仁应留有开模缝隙为1mm。
3.7动定模固定板的设计
图3-12动模固定板
图3-13定模固定板
3.8冷却水道的设计
根据模具冷却系统设计原则：
冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。
这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。
根据书上的经验值取4根，冷却水口口径为12mm.
另外，具冷却系统的过程中，还应同时遵循：
（1）浇口处加强冷却；
（2）冷却水孔到型腔表面的距离相等；
（3）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径应尽可能的大；
（4）冷却水孔道不应穿过镶快或其接缝部位，以防漏水。
（5）进水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。
（6）冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处。
而且在冷却系统内，各相连接处应保持密封，防止冷却水外泄。
图3-14型腔水道的设计图
图3-15型芯水道设计
3.9脱模机构的设计
在对空调端盖塑件进行脱模是必须遵循以下原则：
（1）因为塑料收缩是抱紧凸模，所以顶出力的作用点应尽量靠近凸模。
因为塑件的壁厚的关系我们可以利用推板。
（2）顶出力应作用在塑件刚性和强度最大的部位，如加强筋，壁厚等处。
作用面积尽可能大一些，以防止塑件变形和损坏。
（3）为了保证良好的塑件外观，顶出位置应尽量设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位。
将顶杆设计在塑件的内部型腔。
（4）若顶出部位需设在塑件使用或装配的基准面上时，对不影响塑件尺寸和使用，一般顶杆与塑件接触处凹进塑件0.1mm；否则塑件会出现凸起，影响基面的平整。
为了缩短顶杆与型芯配合长度以减少磨擦，可以将顶管配合孔的后半段直径减少，一般减少3——5mm.这是最常用的一种脱模机构，这些顶杆一般只起顶出作用。
有时根据塑件的需要，顶杆还可以参
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