相机前壳模具设计.docx
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相机前壳模具设计
一、零件的分模过程简图……………………………………3
二、塑件及材料分析…………………………………………7
三、拟定的成型工艺………………………………………………10
四、型腔布局…………………………………………………………11
五、排气系统设计……………………………………………………14
六、浇注系统设计……………………………………………………16
七、导向与定位机构设计…………………………………………19
八、脱模机构设计……………………………………………………19
九、模温调节与冷却系统设计…………………………………21
十、选择注塑机型号及其参数的校核……………………………24
十一、模架的确定和标准件选择……………………………………27
十二、温度调节系统的设计…………………………………………29
十三、模型芯的加工工艺……………………………………………31
参考资料…………………………………………………………………49
一、零件的分模过程简图
加载零件设置参数工件参数设计
型腔布局模具采用一模四腔
修补圆孔
修补后的效果
创建分型面
部件检验
创建分型线
分型线的形状
放置过渡点
创建分型面
型芯
型腔
二、塑件及材料分析
1）基本特性
聚苯醚是呈琥珀色透明的热塑性工程塑料，硬而韧。
聚苯醚硬度较尼龙、聚甲醛、聚碳酸酯高，且其蠕变性小，有较好的耐磨性能。
聚苯醚使用温度范围宽，长期使用温度为-127～1210C，脆化温度低达-1700C，无载荷条件下的间断使用温度达2050C。
聚苯醚电绝缘性能优良。
介电常数和介电损耗角正切是工程塑料中最小的。
聚甲醛耐稀酸、稀碱和盐，耐水及蒸汽性能特别优良。
聚苯醚吸水性小，在沸水中煮沸仍具有尺寸稳定性，且耐污染、无毒。
聚苯醚的缺点是塑件的耐光性差，内应力大，易开裂，熔融粘度大，流动性差，疲劳强度较低。
2）主要用途
聚苯醚可用于制造在较高温度下工作的齿轮、轴承、运输机械零件、泵叶轮、鼓风机叶片、水泵零件、化工用管道及各种紧固件、连接件等。
聚苯醚还可用于线圈架、高频印刷电路板、电机转子、机壳及外科手术用具以及食具等需要进行反复蒸煮消毒的器件。
3）成型特点
流动性差，模具上应加粗浇道直径，尽量缩短浇道长度，充分抛光浇口及浇道；为避免塑件出现银丝及气泡，成型加工前应对塑料进行充分的干燥；宜用高料温、高模温、高压、高速注射成型，保压及冷却时间不宜太长；为消除塑件的内应力，防止开裂，应对塑件进行退火处理。
1、无定形料，吸湿性小但宜干燥后加工，易分解（熔点3000C，分解温度3500C）；
2、流动性差（介于聚碳酸酯和ABS之间），对温度变化敏感，凝固速度快，成形收缩小；
3、宜用螺杆式注射机，直通喷嘴，孔径宜取3～6mm，并应加热，但应比前段料筒温度低10～200C，防止漏料；
4、料温在300～3300C时，有足够流动性可供加工复杂及薄壁塑件，注射压力宜取高压，高速注射，保压及冷却时间不要太长；
5、模温取100～1500C为宜可防止过早冷却，提高充模速度，降低料温及注射压力，改善表面光泽、防止出现分层，熔接痕，皱纹及分解。
模温低于1000C者，尤其对薄壁塑件易造成充模不足、分层，高于150C易出现气泡、银丝、翘曲；
6、模具主流道锥度宜大及用拉料钩，浇注系统对料流阻力小，冷却慢，进料口宜厚，浇道短粗，宜用直接浇口或扇形、扁平等浇口，用针状浇口时截面应大，对长浇道也可采用热浇道结构。
零件图如图所示：
该产品在内腔有两圈工艺圈保证塑件开模时能留在动模。
塑件可用脱模机构强行推出。
塑件正投影面积，体积及质量计算。
根据塑件，可算出体积及质量
塑件的正投影面积：
S=10685
塑件的体积：
17737.697
塑件的密度：
0.96
塑件的质量：
g
三、拟定的成型工艺
1、塑件的结构和尺寸精度、表面质量分析
●结构分析：
从零件图上分析，此零件总体为圆形侧面有6个4mm×22MM和长方孔，模具设计时必须设置侧向分型抽芯机构，零件口部上有一个小台。
●尺寸精度：
该塑件的精度为4级，精度要求较低。
●表面质量分析：
该零件的要求表面没有缺陷、毛刺，由于冷水壶盖经常与人的手接触较多，因此表面要求光滑，最好自然形成圆角。
2、制品的成型方法
热塑性塑料指定采用注射成型，本设计选用热塑性塑料PPO，可用注射成型。
3、制品的成型参数
根据制品结构特点及选定的原料PPO，可拟定如下工艺参数）。
塑料名称：
PPO
密度（g/cm³）：
0.96—1.06
计算收缩率（%）：
0.5
模具温度（℃）：
50--60
注射压力（MPa）：
100--140
成型时间（s）：
注射时间0~5
高压时间30~70
冷却时间20~50
总周期60~140
适应注射机类型：
螺杆式
注射速度：
长流道的的制品需加快注射速度，在高速注射的情况下，应保证模具在注射过程中有足够好的排气系统。
浇口系统：
对于小制件可采用点浇口或潜伏式浇口，对于大的制件采用直浇浇口或圆形浇口。
四、型腔布局
1.型腔的数量和布置
该塑件的精度要求较低，属小型塑件，且形状简单，又为大批量生产，初定为一模四腔的模具形式，型腔的排列方式采用平衡性较好的H型排列，其布置方式如下图所示：
2、成型零件设计
由于成型零件直接与高温高压的塑料熔体接触，它必须有以下一些性能:
1）、必须具有足够的强度、刚度，以承受塑料熔体的高压。
2）、有足够的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨损。
通常进行热处理，使其硬度达到HRC40以上。
3、对于成型会产生腐浊性气体的塑料还应选择耐腐浊的合金钢处理。
4）、材料的抛光性能好，表面应该光滑美观。
表面粗造度应在Ra0.4以下。
5）、切削加工性能好，热处理变形小，可淬性良好。
6）、熔焊性能要好,以便修理。
7）、成型部位应须有足够的尺寸精度。
孔类零件为H8~H10，轴类零件为h7~h10。
1、型腔设计.
由于本模具的型腔比较复杂,为使塑件不产生拼接线痕迹.本模具采用整体嵌入试结构
结构如图所示:
2.型芯的设计
在定模侧的型芯结构简单采用如上图所示的整体结构形式.
五、排气系统设计
当排气不良时将在塑件上形成气泡，银文，云雾，接缝，使表面轮廓不清，甚至冲模不满；严重时在塑件表面产生焦痕；降低冲模速度，影响成型周期；形成断续注射，减低生产效率。
因此我们一般用以下的几种排气方法：
1）、排气槽排气对于成型大中型塑件的模具，需排住的气体量多，通常都应开设排气槽。
2）、分型面排气对于小型模具，可利用分型面间隙排气，但分型面须位于容体流动末端。
3）、拼镶件缝隙排气对于组合的凹模或型芯，可利用其拼合的缝隙排气。
4）、推杆间隙排气利用推杆与模板或型芯的配合间隙排气。
5）、粉末烧结合金块排气。
6）、排气井排气在塑料熔体汇合处的外侧，设置一个空穴，使气体排入其中，也可以获得良好的排气效果。
7）、强制性排气在封闭气体的部位，设置排气杆。
由于本模具有较多的型芯是采用镶拼形式,内部排气效果较好.故只在分型面上开设排气槽。
分型面上开设排气槽是注射模排气的主要形式。
分型面上开设排气槽的形式与尺寸如上图。
a）图为分离型腔约为5—8mm后设计成开放的燕尾式，以便排气顺利、通畅；图b）的形式是为了防止排气槽在面对操作工人注射时，熔料从排气槽喷出而引发人身事故，因此将排气槽设计成离型腔5—8mm后拐弯的形式，这样能降低熔料溢出的动能，同时在拐弯后在适应增加排气槽的深度。
分型面上排气草的深度h取0.03mm。
六、浇注系统设计
（1）主流道的设计
●主流道尺寸
主流道的小端直径：
；
主流道的球面半径为：
；
主流道锥角：
取
；主流道长度：
取L=109mm；
主流道的大端直径：
●主流道衬套的形式
●
由于主流道入口处与注射机喷嘴反复接触，极易损坏，对材料的要求比较高，因而主流道设计为浇口套，采用T10A，热处理为50HRC－55HRC，如上图所示：
与之相配合的定位圈的结构如下图所示：
（2）分流道的设计
●分流道的布置：
为了让分流道要能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使凝料熔体尽快地分配到各型腔，因此，采用如下图所示衡式分流道结构：
●分流道的形状和截面尺寸：
由于聚苯醚的流动性较差，因此选用圆形流道，查表得d=4㎜
●分流道的表面粗糙度：
流道的表面粗糙度的Ra并不要求很低，一般为0.8—1.6,在此取1.6，
浇口的设计
由于塑件的外观表面质量要求比较高，应没有明显的烧口痕迹，因此采用点浇口查表得其尺寸如右图所示：
七、导向与定位机构设计
1、为了使导柱能顺利地进入导套，导柱端部应做成锥形或半球形，导套的前端也应倒角。
2、导柱设在动模一侧可以保护型芯不受损伤，而设在定模一侧则便于顺利脱模取出塑件，因此可根据需要而决定装配方式。
3、一般导柱滑动部分的配合形式按H8/f8，导柱和导套固定部分配合按H7/k6，导套外径的配合按H7/k6。
4、除了动模、定模之间设导柱、导套外，一般还在动模座板与推板之间设置导柱和导套，以保证推出机构的正常运动。
5、导柱的直径应根据模具大小而定，可参考标准模架数据选取。
一次分型导向机构设计：
导柱固定在固定模板上，与固定模板为H7/m6的过渡配合。
导柱直径参考标准，取D=12mm，导柱头部做成半圆形。
导柱长度与主流导长度点浇口长度以及塑件长度等有关。
Lg=L型芯固板+20=36+20=56mm
八、脱模机构设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误的从模具的凹模中或型芯上脱出，完成模具脱模。
脱模机构设计应遵循下述原则：
1.塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作，致使模具结构简单。
2.防止塑件结构变形或损坏，正确分析塑件对模腔的粘附力的大小及所部位，有针对性的选择合适的脱模装置，使推出重心与脱模阻力中心相重合。
由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位，作用面积也尽可能大一些，以防塑件变形或损坏。
3.由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点应尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大部位，作用面积也尽可能大一些，以防塑件变形或损坏。
4.力求良好的塑件外观，在选择顶相互位置时，应尽量设在塑件内部或对塑件影响不大的部位。
在采用推杆脱模时，尤其要注意这个问题。
5.结构合理可靠，脱模结构应工作可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，且有足够的强度和刚度。
根据制件的形状，本模具可才用顶杆顶出。
顶出位置如图所示
九、模温调节与冷却系统设计
模温对塑件质量的影响：
热塑性塑料熔体注入型腔后，释放大量热量而凝固。
不同的塑料品种，需要模腔维持在某一适当的温度，模温对塑件质量的影响主要表现在下面的六个方面：
1、改善成形性每一种塑料都有其湿度的成形模温，在生产过程中若能始终维持相适应的模温则其成形性可得到改善，若模温过低，会降低塑件熔体流动性，使塑件轮廓不清，甚至充模不满；模温过高，会使塑件脱模时和脱模后发生变形，使其形状和尺寸精度降低。
2、成形收缩率利用模温调节系统保持模温恒定，能有效减少塑料成型收缩的波动，提高塑件的合格率。
采用允许的的模温，有利于减少塑料的成形收缩率，从而提高塑件的尺寸精度。
并可缩短成形周期，提高生产率。
3、塑件变形模具型芯与型腔温差过大，会使塑件收缩不均匀，导致塑件翘曲变形。
尤以壁厚不均和形状复杂的塑件为甚。
需采用合适的冷却回路，确保模温均匀，消除塑件翘曲变形。
4、尺寸稳定性对于结晶性塑料，使用高模温有利于结晶过程的进行，避免在存放和使用过程中，尺寸发生变形；对于柔性塑料（如聚烯烃等）采用低模温有利用塑件尺寸稳定。
5、力学性能适当的模温，可使塑件力学性能大为改善。
例如，过低模温，会使塑件内应力增大，或产生明显的熔接痕。
对于粘性大的刚性塑料，使用高模温，可使其应力开裂大大的降低。
6、外观质量适当提高模具温度能有效地改善塑件的外观质量。
过低模温会使塑件轮廓不清，产生明显的银丝、云纹等缺陷，表面无光泽或粗糙度增加等。
模温对生产效率的影响：
就注射成形过程讲，可把模具看成为热交换器。
塑料熔体凝固时释放出的热量中约有5％以辐射、对流的方式散发到大气中，其余95％由模具的冷却介质（一般是水）带走。
因此模具的生产效率主要取决于冷却介质的热交换效果。
据统计，模具的冷却时间约占整个注射成形周期的2/3至4/5，因此缩短注射成形周期内的冷却时间是提高生产效率的关键。
故在设计过程中冷却时间应适当控制。
一般注射模具内的塑料熔体温度为200度左右，而塑件从模具型腔中取出时其温度在60度以下，所以热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，以便使塑件可靠冷却定型并迅速脱模，提高塑件定型质量和生产效率
冷却系统的设计原则：
1、尽量保证塑件收缩均匀，维持模具的热平衡。
2、冷却水孔的数量约多，孔径约大，则对塑件的冷却效果约均匀。
根据经验，一般冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水孔直径的1～2倍（常位12～15mm），冷却水孔中心距约为水孔直径的3～5倍，水孔直径约为8～12mm。
3、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水孔与型腔表面的距离应处处相等。
当塑件壁厚不均匀时，壁厚处应强化冷却、水孔应靠近型腔、距离要小，但也不应小于10mm。
4、浇口处加强冷却。
一般在注射成型时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度越低，因此要加强浇口处的冷却。
即冷却水从浇口附近流入。
5、应降低进水与出水的温差。
如果进水与出水温差过大，将使模具的温度分布不均匀，尤其对流程很长的大型塑件，料温越流越低，对于矩形模具，通常沿模具宽度方向开设水孔，使进水与出水温差不大于5℃。
6、合理选择冷却水道的形式。
对于收缩大的塑件（入聚乙烯）应沿收缩方向开设冷却水孔。
7、合理确定冷却水管的接头的位置。
为不影响操作，进出口水管接头通常设在注射机背面的模具的同一侧。
8、冷却系统的水道应尽量避免与模具上其它机构（如推杆孔、小型芯孔等）发生干涉现象，设计时要通盘考虑。
9、冷却水管进出接头应埋入模板内，以免模具在搬运过程中造成损坏。
最好在进口和出口处分别打出标志，如“IN”（进口）和“OUT”（出口）等。
十、选择注塑机型号及其参数的校核
（1）注射量的计算：
通过UG建模分析，塑件的体积
为17737.697
，塑件的质量:
此时流道凝料的体积未知，可按塑件质量的0.6倍进行估算，所以注射量为:
（2）锁模力的计算：
流道凝料（包括浇口）在分型面上的的投影面积
，在此时还是个未知数，根据经验公式：
（
为每个塑件在分型面上的投影面积），用
进行估算：
式中
●查塑件所需的注射压力100-140Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则
（3）选择注塑机：
根据上面计算的注射量和锁模力，可选用国产XZ-2500/500注射成型机，其有关参数如下：
标称注射量/
2500
模板的最大厚度/mm
750
螺杆直径/mm
90
模板的最小厚度/mm
400
合模力/N
模板尺寸
690×790
注射压力/MPa
150
拉杆空间/mm
900×830
注射行程/mm
850
合模方式
液压机械
螺杆转速/（r/mm）
0~120
电机功率/KW
22
模板最大行程/mm
700
定位圈尺寸/mm
250
喷嘴球半径/mm
18
喷嘴孔直径/mm
7
注射方式
螺杆式
最大成型面积/
1800
定位圈尺寸/mm
150
注射时间/s
4
（4）射机有关参数的校核
●型腔数量的校核
由注射机的额定注射量校核模具的型腔数量：
型腔数目校核合格
式中为Vj注系统凝料和飞边所需的体积
Vz为每个塑件的体积
Vg为注射机的额定注射量
●注射压力的校核
注射压力校核合格
式中 K为注射压力安全系数一般为1.25－1.4
●锁模力的校核
锁模力校核合格
K为锁模力安全系数，一般取1.1—1.2
其它尺寸的校核只有待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。
十一、模架的确定和标准件选择
由前面的型腔大布置以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合模架标准架，选用结构形式为P4型，模架尺寸为396×496的标准模架，可符合要求。
与型腔零件有关参数的校核
●型边缘距离的校核
校核合格
为模腔材料的许用应用，查Cr12MoV的许用应力为245MPa
P为型腔的平均压力
●腔底板厚度的校核
，校核合格
●模具闭合高度的校核
计算模具的闭合高度为：
查XZ-2500/500得
，即模具满足
的安装要求。
●模具的外形的校核：
本模具的外形的尺寸为：
查XZ-2500/500注射机的模板的最大安装尺寸为
，故能满足模的安装要求
●开模行程的校核：
模具的行程为
查XZ-2500/500的最大开模行程为700mm>158mm,即能满足注射机的开模要求。
十二、温度调节系统的设计
查表得聚苯醚成型时所需的模具温度为50--60℃，此设模具的温度为40℃。
●冷却水的体积流量
●冷却水管直径
为了使水处于湍流状态，查表得在
.
●冷却水在管道内的流速
由式
大于最低流速1.10m/s，达到湍流状态，所以管道直径选用合理。
●冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数
查表得f=7.22（水温为30℃时），因此
●冷却管道的总传热面积：
●模具上应开设的冷却水孔数：
2.推出机构（脱模）
●推出机构的形式确定：
此塑件采用顶杆推出，推杆设计在塑件的台阶处，每个塑件由4根推杆推出，在台阶处圆形均布，共16根。
其结构如装配图所示。
●脱模力的计算：
脱模力系数
塑料的线性膨胀系数
在脱模温度下，塑料的抗拉弹性模量
塑料的软化温度
脱模时塑件的温度
塑件的厚度
型芯脱模方向高度
●脱模力的校核
查XZ-2500/5000的顶出力为
即能满足注射机的要求。
十三、模型芯的加工工艺
1、型芯的加工技术要求
型芯类零件是直接成型产品的外表面，丢产品的质量哟直接的影响，所以在模具型芯的表面加工质量要求很高，型腔技术要求如下。
（1）、材料及其热处理
一般采用专门的模具钢制造，常用材料见表4-1。
型芯的热处理也是很重要的，一般的要求热处理硬度达45~50HRC以上。
（2）、表面粗糙度要求
型芯类零件成型零件的外表面，起表面的粗糙度对零件的外表面有直接的影响。
注塑模凸模的表面的要求一般应达到Ra0.1~0.2，当所了表面粗糙度要求较高或塑料流动性不好时应达Ra0.025~0.1，镶拼结构配合面表面粗糙度一般要求在Ra0.8以下。
（3）、精度要求一般塑料件精度要求不是很高，所以模具型芯的表面加工尺寸精度要求也不是很高。
但分型面、型芯与其他零件的配合面尺寸精度、形状位置精度往往要求比较高，如导柱套孔、前模与后模的扣合表面等。
如果采用镶拼结构，镶拼连接处加工精度要求也很高，所以在确定型芯加工工艺的时候要注意这些因素。
2、零件分析
如图模具型芯的零件图，如下是对其加工要求的分析
1）加工分析知识注塑模活动的型芯块，要求硬度高、耐磨性能好，材料为S3016，认出里要求48~52HRC。
在数控机床上进行加工，一般先粗加工后淬火处理在精加工才达到使用要求。
如果用高速加工或电加工，，则可以采用预硬钢来加工。
如果使用预硬钢，机械加工完毕抛光型面即可使用。
2）表面加工要求几乎所有的表面加工要求比较高，导向台肩有配合要求，型面部分要求抛光。
3）型面部分的加工模具型芯的四个型面，型面是比较复杂的形状面，有一处较浅的细槽。
以为精度要求较高，所以先用数控铣床加工出形状后，再用点火花加工或高速铣加工。
4）其余部分的加工包括镶块孔的加工、顶杆孔的加工等。
3、工阶段的划分
通过以上的零件分析，我们可以初步确定零件的加工过程为五个阶段，即备料、淬火前加工、热处理淬火、淬火后精加工、光整加工（抛光）。
（1）备料，40Cr的材料比较贵重，所以一般采用外购坯料，外购回来的坯料都比较规整，坯料的加工余量不需太大，一般预留单边余量0.5mm就可以了。
本例坯料规格应为：
340×280×60
（2）淬火前加工包括上下底面的粗加工、冷却水道的加工、侧面的粗铣加工型面的粗加工。
（3）热处理淬火产品的最终热处理为淬火＋加火，一般工厂由专门的部门加工或外协加工，这里不赘述
（4）热处理后精加工各外型表面和型面的精加工，因为热处理后较更，所以一般采用磨削加工或电加工。
（5）光整加工即型面的抛光。
4、加工方案的确定
注塑模具型芯外形要求比较高，所以外形表面的最终加工方法采用热处理后再磨削加工。
而如果型芯型面的精度要求不是很高，型面的加工工艺则可以采用铣削→热处理→抛光。
因此，我们可以确定方案一的加工工艺路线为：
备料→铣削外形→精细铣削上下底面、侧面→划线钻孔镶块和顶杆配合孔→用数控铣粗铣型芯外形→电火花加工→热处理→磨外形→磨削斜面→抛光，工艺过程下表
型芯的加工工艺过程
工序号
工序名称
工序内容
加工设备
1
备料
外购坯料：
340×280×60
2
铣削
1、铣削前后两个单面留0.1的加工余量2、铣削上表面留0.1的加工余量
XK802D
3
加工顶杆孔Φ2
由于模具顶杆孔要和模具型芯配合良好，并且不允许有太的配合间隙，所以在加工的过程中要先用1.5的钻头钻完后在铰孔，来保证顶杆的配合精度。
XK802D
4
加工顶杆Φ2的阶梯孔Φ3
由于模具顶杆和这部分阶梯孔的配合精度不是很高，所以可以用Φ3的钻头进行加工
XK802D
5
加工镶块孔Φ4
模具镶块和模具型芯的配合机关年度要求较高，所以在加工该孔的时候也要，先用Φ3.5的钻头钻孔后，再用Φ4的铰钻铰孔，以达到配合精度要求。
XK802D
6
加工镶块孔Φ4的阶梯孔Φ11
由于模具镶块和这部分阶梯孔的配合精度有一定的要求，所以先用Φ10的钻头进行加，然后再用Φ11的铰钻铰孔
XK802D
7
铣削
用电脑自动编程来加工零件的形状，并且留有一定的余量进行精加工，和抛光等工作。
XK802D
8
热处理
淬火＋回火，HRC48—50
9
电加工
用制做好的电极加工数控机床的部分
D7150
10
磨削
磨削上表面到预定尺寸
磨削前后表面到预定尺寸
11
抛光
研磨抛型面达要求
5、各工序的数控编程的程序
（1）、模具型心的粗加工数控程
N0010G94G90G20
N0020G50X0.0Z0.0
:
0030T00H00M06
N0040G94G00X3.7705Z1.2205
N0050G97S1500M03
N0060G01X3.6019Z1.0643F9.8
N0070G02X3.4905I2.3725K0.0
N0080X3.4913I-4.133
N0090I-4.1338
N0100
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