插板底座注塑模具设计Word下载.docx
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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。
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（ComputerAidedDesign）。
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：
部件名；
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；
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，该数据类型可表达为如下格式：
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（ParametricTechnologyCorporation——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/ENGINEER的新模架——EMX（ExpertMoldbaseExtension），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。
第二章注塑工艺分析及成型方法简介
第一节、塑件分析
一、塑件
塑件结构如图3-1所示。
该零件尺寸中等大小，最大长度为170mm，最大高度13mm，最大宽度50mm，厚度为2mm。
二、塑料名称
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。
三、生产纲领
大批量，自动化生产
四、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2mm，塑件外表面40′~1°
20′。
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，所以塑件外表面没有放脱模斜度。
第二节、材料ABS的注射成型过程及工艺参数
一、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<
0.3%。
干燥条件：
用烘箱以80～85℃烘2～4小时或用干燥料斗以80℃烘1～2小时。
2.注射过程
塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流、和冷却4个阶段。
3.塑件的后处理采用调湿处理。
二、材料ABS的注塑成型参数
注射机：
螺杆式；
螺杆转数（r/min）：
48；
料筒温度（℃）：
前段200～220；
中段180～200；
后段160～180；
喷嘴温度（℃）：
170～180；
模具温度（℃）：
50～80；
注射压力（MPa）：
70～100；
成型时间（s）：
注射20～60，保压0～3，冷却20～90，总周期50～160。
三、材料ABS性能
1.物理性能
ABS树脂是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS），这三者的比例为20：
30：
50（熔点为175℃）。
ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。
缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
2.成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；
丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；
苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
ABS在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，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。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。
ABS尚具有良好的配混性，可与多种树脂配混成合金（共混物），如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的应用领域，ABS若与MMA掺混可制成透明ABS，透光率可达80%。
ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%~0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。
3.ABS的主要性能指标
密度ρ=1.2g/；
收缩率0.4～0.7%，取值0.5%.
4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：
溢料飞边、气泡、熔接痕、烧焦及黑纹、光泽不良；
消除措施：
增大注射压力、提高模具温度、加排气槽、充分预干燥。
第三章模具设计
第一节、拟定模具结构设计
一、分型面位置的确定
在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。
在模具设计阶段，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。
分型面的设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都由很大影响。
因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键因素。
1.分型面的选择原则
（1）有利于保证塑件的外观质量；
（2）分型面应选择在塑件的最大截面处；
（3）尽可能使塑件留在动模一侧；
（4）有利于保证塑件的尺寸精度；
（5）尽可能满足塑件的使用要求；
（6）尽量减少塑件在合模方向上的投影面积；
（7）长型芯应置于开模方向；
（8）有利于排气；
（9）有利于简化模具结构。
该塑件在进行塑件设计时已充分考虑了上述原则，同时从所提供的塑件图样可以看出该塑件两端的弯臂，弯臂上有孔和柱形部分，所以需要侧向抽芯分型。
2.分型面的选择
基于以上因素的考虑，分型面选择下图所示。
图3-13D主体效果图
二、确定型腔数量及排列方式
当分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。
一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。
故由此初步拟定采用一模两腔，如图3-1所示。
三、模具结构形式的确定
该模具外观质量要求较高，从该塑件的外部特征可以看出塑件外形是圆弧形状加两端带孔弯臂，在弯臂的孔和柱形部分，只能采用侧向成型。
侧向成型方法有多种形式：
斜导柱、斜导槽和弯销驱动侧线成型滑块成型及斜滑块侧向成型等方法。
本设计采用斜导柱侧向成型，初步拟定采用两腔单分型面的模具结构形式。
四、注射机型号的确定
注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。
注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应该对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离等进行计算。
根据这些参数，选择一台和模具匹配的注射机，倘若用户已经提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或于用户取得商量调整。
1.所需注射量的计算
（1）塑件质量、体积计算:
对于该设计，建立塑件模型,并用Pro/ENGINEER4.0对此模型分析得：
塑料制件体积V1＝5.6；
塑料制件质量M1＝6.72g。
（2）浇注系统凝料体积的初步估算
可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模两腔，所以，浇注系统凝料体积为
V2=2V1×
0.6＝2×
5.6×
0.6=6.72cm3
（3）该模具一次注射所需要的ABS
体积V0=2V1+V2=17.92cm3；
质量M0=ρ•V0=21.5g。
2.注射机型号的选定
近年来我国引进的注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增多。
掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。
根据以上的计算，初步选定型号为SZ-10/16，该注塑机参数如下表所示。
注塑机的参数
注塑机最大注塑量：
270cm3
喷嘴球面半径：
SR15mm注塑
注塑压力：
160MPa
最小模厚：
150mm
最大开距：
360mm
注塑机定位孔直径：
Φ160mm
注塑机拉杆的间距：
415×
415mm
锁模力：
1250KN
3.注塑机的参数较核
（1）注射容量和质量校核
由于以容量计算时
V总≤0.8V注（4-1）
式中V注—注射机最大注射容量cm3；
V总—成型塑件与浇注系统体积总和cm3；
0.8—最大注射容量的利用系数。
∴V注≥V总/0.8=17.92/0.8=22.4cm3
所以注塑机符合注射容量和质量要求。
（2）合模力及注塑面积和型腔数的校核
合模力的大小必须满足下式：
Fs≥Fz=P（nAx+Aj）=PA（4-2）
式中A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和
Ax—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
Fz—胀模力
Fs—合模力
P—模腔压力取75MPa
通过使用Pro/ENGINEER软件计算面功能自动得出A=2610mm2×
2=5220mm2
由于Fs=1250KN≥75×
5220mm2=391.5KN
所以注塑机符合合模力及注塑面积和型腔数的要求。
（3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核
1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适
模具的长×
宽为300×
400mm〈注塑机拉杆的间距415×
415mm）
故满足要求。
2）模具闭合高度校核
模具实际高度H模=270mm；
注塑机最小闭合厚度H最小=150mm即H模>
H最小；
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）>
H1＋H2+（5～10）mm（4-3）
因为S机-（H模-H最小）＝360-（270-220）=310mm
H1＋H2＋（5～10）＝100+100+10=210mm
即S机-（H模-H最小）>
H1＋H2+（5～10）mm
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。
第二节、浇注系统、关键零部件设计
一、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+（0.5～1）（4-4）
=3+（0.5～1），取D=4
主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+（1～2）（4-5）
=15+（1～2），取SR0=17
球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm
主流道长度L=40mm
主流道大端直径D′=D+2Ltanα=4+2×
40×
tan2°
=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50HRC～55HRC。
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=9mm（4-8）
冷料穴深度=3/4D′=7mm（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=5mm。
（3）分流道的形状及尺寸
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，ABS经验值d=（4.8～9.5）mm，由d（1.1～1.2）=d上级，所以得出d=5.8，取为6mm。
（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0.63～1.6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、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。
浇口截面积通常为分流道的0.07～0.09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0.8～1.2之间，本模具取d=1mm。
二、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。
三、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，降低塑件尺寸精度并影响脱模。
此塑件有侧向轴孔，因此成型部分零件包括凹、凸模。
分型成功後凹模如图3-2所示，凸模如图3-3所示
图3-2凹模
图3-3凸模
四、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。
五、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50～80，所选塑件材料模具温度为：
100°
C，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+（5～8）=20s（4-12）
每小时注射次数N=3600/20=180
∴总热量Q=W
=NG
（4-13）
=80×
0.0215×
350
=1354.5kJ/h
模具四侧面积
（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（4-2
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