万向轮支座注射模设计.docx
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万向轮支座注射模设计
毕业设计说明书（论文）中文摘要
近几年国家振兴机械行业，与机械相关的各个行业都越来越重视CAD/CAM技术，不仅是因为CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，同时还因为塑料制品及模具的3D设计与成型过程中3D分析正在塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。
在本次毕业设计中，通过运用三维实体造型高端软件Pro/Engineer（简称Pro/E）对“万向轮支座”外形进行3D造型，同时也设计了其塑料外壳注塑模的3D模型；还根据所设计的模具尺寸选择安装了相应的模架，最终生成了直观的结构设计图；此外还利用CAD绘制了模具装配图以及各种成型零件图。
这是第一次利用绘图软件对整套模具进行设计，对所学知识进行了全面巩固，意义重大！
关键词壳体注塑模实体造型模具模架
毕业设计说明书（论文）外文摘要
TitleDesignoftheInjectionMoldCasterBearings
Abstract
Overthepastfewyearsthecountryvitalizesmachineryindustry,eachindustrythatrelatedwithmechanicsisallpayingmoreandmoreattentiontotheCAD/CAMtechnology.ThatisnotonlybecauseCAD/CAMtechnologyhasalreadybeendevelopedintooneripegeneralitytechnology,butalsobecause3DdesignofPlasticspiecemakeandmouldand3Danalysisofmoldingprocessplaysamoreandmoreimportantroleinplasticsmouldindustry.Inthegraduationproject,throughusing3DentitysculptingsoftwarePro/Engineer（Pro/Eforshort）,Ibuild3Dmoldof“TheRotaryroundsupport”,alsobuildtheplasticsinjection3Dmoldoftheshellcrustatthesametime.Ichosetheappropriatemoldframeandmadeitfixedwiththemold,accordingtothemeasurementofthemold.FinallyIdotheintuitionistdrawingof3Dmoldaswell.Inaddition,alsohasdrawnupthemoldassemblydrawingaswellaseachkindofMoldingPartsdrawingusingCAD.Thisisthatthefirsttimemakesuseofthesoftwaredrawingtocarryoutdesignonpackagemould,havecarriedoutall-roundconsolidationonwhatbelearnedknowledge，Thesignificanceissignificant!
KeywordsShellPlasticsinjectionmoldSolidmoldMoldMoldfram
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
1绪论1
1.1我国塑料模具业发展现状及方向1
1.2pro/E简介及在模具设计中的应用4
2壳体设计及其成型工艺的分析5
2.1塑件分析5
2.2塑料的选材及性能分析5
2.3热塑性塑料的注射过程及工艺6
2.4塑料的主要缺陷及消除措施7
3壳体模具设计方案的比较与确定9
3.1分型面方案的优化与确定9
3.2型腔数量以及排列方式的优化确定10
3.3模具设计方案的创新与确定11
4模具设计与对比创新12
4.1注塑机选型12
4.2模具浇注系统设计和浇口的设计15
4.3成型零件的结构设计和计算18
4.4模架的确定和标准件的选用21
4.5合模导向机构和定位机构22
4.6脱模机构设计24
4.7侧向分型与抽芯机构设计25
4.8排气系统的设计26
4.9冷却系统的优化设计27
4.10模具材料例表28
5模具装配30
5.1塑料模具装配的技术要求30
5.2塑料模具装配过程30
6模具工作过程33
结束语34
致谢36
参考文献37
1绪论
1.1我国塑料模具业发展现状及方向
从整体上看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。
一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。
在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。
由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。
进口的塑料模具中，最多的是为汽车配套的各种装饰件模具、为家电配套的各种塑壳模具、为通信及办公设备配套的各种注塑模具、为建材配套的挤塑模具以及为电子工业配套的各种塑封模具等。
出口的塑料模具以中低档产品居多。
由于中国塑料模具价格较低，在国际市场中有较强的竞争力，所以进一步扩大出口的前景很好，近几年出口年均增长50%以上就是一个很好的证明。
虽然近几年模具出口增幅大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差逐年增大。
这一状况在2007年已得到改善，逆差已有减少。
模具外贸逆差增大主要有两方面原因：
一是国民经济持续高速发展，特别是汽车产业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内的确生产不了，只好进口；但也确实有一些模具国内可以生产，也在进口。
这与中国现行的关税政策及项目审批制度有关。
二是对模具出口鼓励不够。
现在模具与其它机电产品一样，出口退税率只有13%，而未达17%。
从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。
随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。
1.1.1塑料模具的发展水平与市场趋势
近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。
大型塑料模具已能生产单套重量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。
在生产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM技术的应用面已大为扩展，高速加工及RP/RT等先进技术的采用已越来越多，模具标准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的比例也有较大提高。
另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理和全数字化无图制造。
中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。
（1）发展不平衡，产品总体水平较低。
虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。
包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。
（2）工艺装备落后，组织协调能力差。
虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。
更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。
（3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。
模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。
（4）供需矛盾短期难以缓解。
近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。
同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。
市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。
（5）体制和人才问题的解决尚需时日。
在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。
人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。
1.1.2塑料模具新的发展方向
（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。
要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。
企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。
（2）大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。
目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。
这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。
（3）随着模具企业设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。
这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。
这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。
中国模具行业目前已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业。
与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。
（4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。
在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。
目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。
向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。
（5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。
现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。
因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。
（6）发达工业国家的模具正加速向中国转移，其表现方式为：
一是迁厂，二是投资，三是采购。
中国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进技术，加快自己的发展步伐。
1.2pro/E简介及在模具设计中的应用
Pro/E（Pro/Engineer操作软件）是美国参数技术公司（ParametricTechnologyCorporation，简称PTC）的重要产品。
在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。
Pro/E第一个提出了参数化设计的概念，并且采用了单一数据库来解决的相关性问题。
另外，它采用模块化方式，用户可以根据自身的需要进行选择，而不必安装所有模块。
Pro/E的基于特征方式，能够将设计至生产全过程集成到一起，实现并行工程设计。
它不但可以应用于工作站，而且也可以应用到单机上。
Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。
模具是面向定单式的生产方式，属于单性生产，制造过程复杂，要求交货时间短。
如果利用CAD、CAM单元技术制造模具，制造精度低、周期长，为了解决上述难题，我们将并行工程技术引入到模具制造过程中。
所谓并行工程是设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺、影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。
在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师同时进行模具结构设计、工程详图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短设计、数控编程的时间。
在实际生产过程中，应用Pro/ENGINEER软件，将原来模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯设计三维造型→数控加工指令编程→数控加工的串行工艺路线改为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40%以上。
要实施并行工程关键要实现零件三维图形数据共享，使每个工程师使用的图形数据是绝对相同，并使每个工程师所做的修改自动反映到其他有关的工程师那里，保证数据的唯一性和可靠性。
Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证[1]。
2壳设计及其成型工艺的分析
2.1塑件分析
2.1.1结构分析
下图2.1所示是万向轮支座零件。
图2.1万向轮支座
该塑件为容器类壳体，壳体具有一定的深度，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保成型零件具有一定的光洁度；
壳体顶部凹下的胶位是为了插入上盖时能配合紧密，所以必须具备一定的制造精度；左右部分需要用型芯成型[2]。
2.1.2成型工艺分析
采用一般精度等级5级，大量生产。
该塑件壁厚约为1mm左右，考虑到壳体左右部分比较浅，脱模斜度为1度；由于顶部采用侧抽芯行位，内孔的脱模斜度也设置为1度。
2.2塑料的选材及性能分析
该壳用于起支撑作用的支座，抗拉强度、硬度、耐磨性要突出，综合机械性能要好。
具备这些条件的塑料首选：
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（英文名称:
AcrylonitrileButadieneStyrene，简称：
ABS）。
2.2.1使用特点
（1）综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好。
（2）与372有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理。
（3）有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
（4）流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好[3]。
2.2.2成型特性
（1）无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80℃～90℃,3小时。
（2）宜取高料温,高模温,但料温过高易分解（分解温度为>270℃）.对精度较高的塑件,模温宜取50℃～60℃,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60℃～80℃。
（3）如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。
（4）如成形耐热级或阻燃级材料，生产3～7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。
2.2.3ABS的主要性能指标
ABS的技术指标见下表2.1
密度
1.02～1.16
比体积
0.86～0.98
吸水率（24）
×100
0.2～0.4
收缩率s
0.4～0.7
熔点
130～160
硬度HB
9.7
R121
抗拉屈服强度
50
拉伸弹性模量
体积电阻率
弯曲强度
80
热变形温度
0.46MP
90～108
冲击韧度
无缺口
261
0.185MP
83～103
缺口
11
2.3ABS塑料的注射过程及工艺
2.3.1注射成型过程
（1）成型前准备，对ABS进行干燥。
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%。
ABS的干燥方法:
常压热风干燥80℃～85℃，2小时～4小时；真空热风干燥80℃，1～2小时。
（2）注射过程.塑料在注射机内经过加热、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，起过程可分为充模、压实、保压、倒流、和冷却5个阶段。
2.3.2ABS的注射工艺参数
（1）螺杆类别：
标准螺杆（直通式喷嘴）
（2）回料转速（
rpm）：
30
（3）注射机料筒温度:
前段180℃～200℃
中段165℃～180℃
后段150℃～170℃
（4）喷嘴：
170℃～180℃。
（5）模具：
50℃～80℃，玻纤增强制品取75℃。
（6）注射压力:
60℃～100℃。
（7）注射速度、注射压力:
一般ABS制品采用高速及多级注射，但是对于阻燃品级，要慢速注射，可以避免注射料的分解，耐热ABS也要快速注射（可减少内部应力），注射压力在75MPa左右，保压时可低些。
（8）熔胶温度:
190℃
（9）成型时间（
）:
注射时间:
20～90
高压时间:
0～5
冷却时间:
20～120
总周期:
50～220
在265℃温度下，物料在机筒内停留时间最多不能超过5分钟～6分钟，若温度为280℃，则物料在机筒内停留时间就不能超过2分钟～3分钟。
（10）后处理:
把塑件放在红外线或者烘箱下,温度设为70℃烘干2～4小时[4]。
2.4ABS的主要缺陷及消除措施
2.4.1残余应力引起的龟裂
残余应力主要由于以下三种情况，即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。
作为在充填过剩的情况下产生的龟裂，其解决方法主要可在以下几方面入手。
（1）由于直浇口压力损失最小，所以，如果龟裂最主要产生在直浇口附近，则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。
（2）在保证树脂不分解、不劣化的前提下，适当提高树脂温度可以降低熔融粘度，提高流动性，同时也可以降低注射压力，以减小应力。
（3）一般情况下，模温较低时容易产生应力，应适当提高温度。
但当注射速度较高时，即使模温低一些，也可减低应力的产生。
（4）注射和保压时间过长也会产生应力，将其适当缩短或进行多次保压切换效果较好。
2.4.2熔接痕
熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。
一般情况下，主要影响外观，对涂装、电镀产生影响。
严重时，对制品强度产生影响（特别是在纤维增强树脂时，尤为严重）。
可参考以下几项予以改善：
（1）调整成型条件，提高流动性。
如，提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。
（2）增设排气槽，在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。
（3）尽量减少脱模剂的使用。
（4）设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处，成型后再予以切断去除。
（5）若仅影响外观，则可改变烧四位置，以改变熔接痕的位置。
或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等，予以修饰。
2.4.3银线
1=&B
银线主要是由于材料的吸湿性引起的。
因此，一般应在比树脂热变形温度低10℃～15℃的x;xuYn503sF%*\c,r条件下烘干。
特别是在使用自动烘干料斗时，需要根据成型周期（成型量）及干燥时间选用合理的容量，还应在注射开始前数小时先行开机烘料。
^w0h}>e1I[60-wH5另外，料简内材料滞流时间过长也会产生银线。
不同种类的材料混合时，例如聚苯乙烯{O[f7-]I@:
5*W6/xG7和ABS树脂、AS树脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不混合。
^IGShs9
2.4.4白化2$Ny}
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白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。
脱模效果不佳是其主要原因。
可采用降低注射压力，加大脱模斜度，增加推杆的数量或面积，减小模具表面粗糙度值等方法改善，当然，喷脱模剂也是一种方法，但应注意不要对后续工序，如烫印、涂装等产生不良影响。
OhB,6J
3壳体模具设计方案的比较与确定
3.1分型面方案的优化确定
分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离的接触面称为分型面,分型面的选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大的影响。
基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案，所以分型面的选择决定着模具总体的设计方案[5]。
3.1.1分型面的选择原则
（1）保证塑料制品能够脱模。
（2）使分型面容易加工。
（3）尽量避免侧向抽芯。
（4）使侧向抽芯尽量短。
（5）有利于排气。
（6）有利于保证塑件的外观质量。
（7）尽可能使塑件留在动模一侧。
（8）尽可能满足塑件的使用要求。
（9）尽量减少塑件在合模方向的投影面积。
（10）长型芯应置于开模方向。
（11）有利于简化模具结构。
3.1.2分型面的选择方案
（1）分型面选择方案一：
如图3.1所示，顶部圆形需要用型芯成型并侧抽芯，开模时由侧向抽芯完成。
向边抽芯时侧向移动33+2（安全余量）=35mm,左右两边的凹槽和中间的孔用上下模仁成型。
选择该分型面需要单边抽芯。
（2）分型面选择方案二：
如图3.2所示，顶部圆形（长为35mm）利用开模动作从塑件中抽出，塑件凹槽和中间的孔利用滑块成型，分型单边距约为19mm，整个塑件成型精度比较高，模具结构还算简单，需要双边抽芯。
综上所述，分型面采用方案一模具结构相对简单，只需要单边抽芯，加工成本较第二种要经济很多，塑件成型精度可靠。
图3.1分型面形式与位置
1-定模部分；2-分型面；3-动模部分
图3.2分型面形式与位置
1-定模部分；2-分型面；3-动模部分
3.2型腔数量以及排列方式的优化确定
3.2.1型腔排列方式比较确定
（1）排列方案一：
如图3.3所示。
滑块侧抽芯相对模架基准来说是向左抽芯。
图3.3型腔排列方式一
（2）排列方案二：
如图3.4所示。
滑块侧抽芯相对模架基准来说是左右抽芯。
图3.4型腔排列方式二
方案一侧单向侧抽芯,方案二双向抽芯。
需采用比方案一更大的模架和更多的制造工时,增加了成本,经过比较该套模具型腔的排列方式采用方案一[6]。
3.3模具设计方案的创新与确定
根据上面
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