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1、目录1 前言11.1 课题意义11.2 国内外发展现状11.3 设计前提及主要问题21.4 解决的主要问题和总体设计思路31.5 预期成果和实际价值32 总体方案论证43 具体设计说明53.1 塑件测绘53.2 塑件三维实体造型53.3 材料的选择63.3.1制品材料63.3.2模具材料的选择63.4 注塑机的校核73.4.1注塑设备的确定73.4.2注塑机有关工艺参数的校核73.5 分型面的设计93.6 浇注系统设计103.6.1浇注系统的设计原则103.6.2主流道的设计103.6.3分流道及其平衡布置113.6.4浇口的设计113.6.5冷料穴的设计123.7 冷却系统的设计123.7.
2、1 在设计冷却系统时，应从多方面考虑：133.7.2冷却计算133.7.3冷却水道在定模中的位置133.8 顶出系统的设计143.8.1推出机构设计143.8.2顶出行程153.8.3复位杆153.8.4顶杆的形状与尺寸选择153.8.5导向装置位置的布置153.8.6浇注系统零件设计163.9侧向分型与抽芯机构的设计163.9.1侧向抽芯机构设计应注意如下要点：163.9.2抽芯距、抽拔力与斜导柱的计算173.9.3斜导柱的设计173.9.4滑块的设计173.10 模架设计183.11 凸凹模的造型193.12 型腔加工工艺分析及加工仿真223.12.1零件的工艺性审查223.12.2毛坯选
3、择223.12.3基准选择223.12.4拟定加工方案223.12.5型腔数控仿真加工224 结论25参考文献26致 谢27附录28手机外壳注塑模具设计及型腔仿真加工摘 要：本课题是关于手机外壳模具的设计，主要是手机外壳注射成型模的结构设计和模具加工制造。手机的形状较为复杂，所以模具设计中要考虑的因素有很多，除考虑它的出模、分型面，还需考虑它成型的质量，表面光洁度等。所以我们设计应认真分析塑料制品的结构，寻求最佳的设计方案并选择成型设备的规格和型号。分型面的选择很重要，制件不是平直表面，分型面的选择既要考虑不影响制件表面的美观，又要达到结构要求。浇注系统的设计也很重要，在此次设计中我选点浇口，
4、并设有冷料穴。拉料杆采用Z形，这就解决了制品出模的问题。编制塑件的模型成型工艺，并进一步对该注射模结构进行设计，编制该注射模主要零件的加工工艺，最后进行型腔仿真加工。结构设计包括分型面、型腔布置、浇注系统、排气系统、加热冷却系统、侧向抽芯机构、顶出机构、脱模机构以及主要零部件的设计。模具加工制造运用PRO/E进行三维造型设计并对注塑模模具进行装配，对手机外壳注塑模具定模板型腔的加工工艺进行了分析，并利用Mastercam软件进行了仿真加工，其切削过程直观，切削参数得以体现，不合理的参数可以改进，能最大限度地降低能源和材料消耗，提高加工效率。此注射模设计的结构特点是点浇口形式的双分型面的注射模，
5、是侧向抽芯。经生产验证，该模具结构设计巧妙、操作方面、使用寿命长、塑件达到技术要求。关键词：模具设计：注塑模具；仿真加工；分型面 The design of the mobile shell mould And the simulation processing of the mold cavityAbstract: This topic is to design the mobile shell mold, which includes the structure design mould assist designing for manufacturing, and the working
6、 process of the injection mould of the front cover of the mobile shell set were introduced. Mobile shape so complicated that the mold design has a lot of factors to be considered , in addition to its ejector pin, parting surface, it needs to consider forming the quality of surface finish, and so on.
7、 Therefore, we should carefully design the structure of plastic products, find the best design options and choose the molding equipment specifications and models. It is very important, not the straight parts surface, parting surface of choice it is necessary to consider not affect parts of the surfa
8、ce appearance, but also to structural requirements. Pouring system design is also important in the design of the election, pin gate cold-slag well and Z-shape pin were chosen which are solved the problem of products to die. Plastic Parts of the Process model, and further injection structure of the d
9、esign, preparation of the main components of the injection-processing technology, a cavity simulation final processing. The structure design involve parting plane, cavity layout, old systems, heating cooling systems, the side core pulling mechanism structure, prop up the organization, drawing patter
10、ns and the design process of the main work pieces. The later use PRO/E to construct carries on the three dimensional modeling and to assemble the injection mould. The processing craft of the cavity of fixed plate of the base of the mobile shell are analyzed, and the simulation process are carry out
11、with the software of Mastercam，which can observe the geometric figure of the process of cutting very visually, the machine parameters users setting have been fully reflected to improve the unreasonable parameters, to minimize consumption of energy and materials and to improve processing efficiency.
12、The structure characteristic of this injection mould was a two-parting surface , and was a side core pulling mechanism. The mould was proved to be a clever design by production practice , the mould could be operated easily , the service life of the mould was long and the plastics parts produced by t
13、he mould could meet the technical requirement.Key words: mold design; injection mould; processing simulation; parting plane； 1 前言1.1 课题意义模具是工业生产的重要工艺设备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在各种材料加工工业中广泛地使用各种模具，每种材料成型模具按成型方法不同又分为若干种类型。其中塑料模具的发展是随着塑料工业的发展而发展的。近年来，人们对各种设备和用品轻量化要求越来越高，这就为塑料制品提供了更为广阔的市场。塑料制品要发展，必然要求塑料模具随
14、之发展。模具作为发展新产品的重要装备，不仅市场需要量大，而且技术含量高。对于模具的精度、寿命、交货期等要求也非常务实，模具行业的竞争也非常激烈。本专业是机械设计制造及其自动化，对制品的模具设计使得我们把以前所学的相关知识都运用到其中了，对模具设计手册、机械设计手册、模具制造工艺、中国模具工程大典的查找使得我对设计有了更进一步的认识和了解，能熟练运用PRP/E软件进行制品的造型和模具的装配，还有Mastercam型腔的仿真加工都得到了掌握。1.2 国内外发展现状近年来，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2m，制件精度很高
15、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。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。 在制造技术方面，CA
16、D/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高
17、。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。热点模具网 国外近年来发展的速度也比较快，在高速铣削加工方面，机床主轴转速可达40000r/min -100000r/min，快速进给速度可达到30m/min-40m/min，加速度可达19，换刀时间可提高到1s2s。这样就大幅度提高了加工效率，并可获得Ra0.08m的加工表面粗糙度。另外，还可加工硬度达60HRC的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。高速切削加工与传统切削加工相比还具有温升低(加工工件只升高3)、热变形小等优点。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化
18、方向发展。高速铣削必须与相应的软件、加工工艺、刀具及其夹紧头相配合。国外在模具生产中，计算机辅助设计与辅助制造(CAD/CAM)技术已得到十分成功的应用。三维造型和型腔的数控加工都是由计算机辅助软件完成的，它大幅度的缩短了模具的生产周期，提高工作效率。德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。1.3 设计前提及主要问题本课题为手机外壳注塑模具设计及型腔仿真加工，结合生
19、产实际，进行手机前盖制品测绘、模具设计、工艺分析及数控编程及加工仿真。设计原始数据: 1）制品的尺寸精度要求：长度方向小于0.50，厚度方向小于0.10；2）制品材料：ABS；3）制品表面粗糙度：不低于实物表面；4）制品生产批量：5万；5）制品其他要求：符合设计规范。运用三维绘图软件Pro/E进行制品的模型构造。PRO/E是一个高效的三维机械设计工具，可绘制任意复杂形状的零件。本设计中主要是用PRO/E生成平面。其方法有：拉伸、旋转、镜像等。它既能作为高性能系统独立使用，又能与其它实体建模模块结合起来使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等标准。它的功能很强大，可以应用与工业设计、机械设计
20、、功能仿真、制造和数据管理等领域，涉及从设计到生产的全过程。对于型腔的加工则采用Mastercam 软件仿真加工。Mastercam系统中，型腔铣削、轮廓铣削和点位加工的刀具路径与被加工零件的模型是相关一致的。当零件几何模型或加工参数修改后，Mastercam能迅速准确的自动更新相应的刀具路径，无须重新设计和计算刀具路径。Mastercam能加工简单和复杂的2D、2.5D零件，它提供了数控加工所需要的所有工具，可迅速编制出优质可靠的数控程序，极大的提高了工作效率和机床利用率。Mastercam提供多种先进的粗加工技术，零件加工的效率和质量高。Mastercam曲面精加工功能丰富，零件经粗加工后
21、，表面仍残留有未除去的材料，若用手工修整，需要花很多的时间和精力。而且能自动清除零件表面的剩余材料，使被加工零件的表面更加光滑。1.4 解决的主要问题和总体设计思路本设计主要完成手机前盖制品测绘、模具设计、工艺分析及数控编程及加工仿真。本设计主要考虑模具型腔数目的确定，浇注形式的选择，模具的顶出机构，动定模板及各模板的尺寸和厚度的确定，锁紧装置的选择与布置等问题。由于条件的限制, 手机前盖的测绘主要是手工测量和绘制，采用PRO/E绘制制品的三维实体模型。根据使用寿命和经济方面考虑，本模具采用一模两腔，选用点浇口，动定模尺寸根据手册选BL=140170的模板，采用顶杆作为顶出机构的元件总体设计思
22、路：原始数据收集绘制品工程图三维实物模型模具设计型腔数控仿真加工1.5 预期成果和实际价值所设计的模具能满足其工作状态的质量要求,使用时安全可靠,易于维修，在注塑成型时有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性。在预定时间内可以完成设计任务，把所设计的手机前盖模具可以在模拟中生产出来。在整个设计过程中不断增强有关模具方面的知识以及软件的应用，并在实践中得到了更进一步的提高。2 总体方案论证本设计是模具的设计及仿真加工,来源于生产实际。主要设计内容为:手机前盖制品测绘、注塑模具设计、模具型腔工艺分析、数控编程及加工仿真。首先进行制品的测绘,由于条件的限制,采用了游标卡尺测
23、绘,测绘时采用多次测量取平均值。厂家提供的注塑机型号是XS-Z-60,由于模具成本和型腔数目的关系,考虑到生产批量和经济效益，还有塑件的精度等级等等, 本设计采用了一模两腔的结构。之后对注射量、锁模力、模具高度与注射机闭合高度关系、开模行程等方面进行校核。本制品内腔存在很多孔和凸台，结构相当复杂，所有通孔从中间分型。由于制品有侧孔，因此还设计了斜导柱侧向分型抽芯机构。针对侧向抽芯距离比较短的情况设计了二次分型滑动抽芯的独特结构。然后设计浇注系统:浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴等组成。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关。主流道
24、与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道采用平衡式排列，确保熔融塑料几乎能同时到达每个型腔的进料口。浇口采用点浇口, 点浇口的优点在于：适用于成型壳盒形零件，是一种常见的浇口形式，能自动切断浇口溢料。冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。冷料穴常设计在主流道的末端，即主流道正对面的动模上（卧式或立式注射模），直径稍大于主流道大端直径，以利于冷料的流入。再进行冷却系统的设计,在模板上直接设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀、快速。本设计采
25、用了循环式水道。然后对模架进行设计，模具设计好后进行型腔仿真加工。3 具体设计说明3.1 塑件测绘手机前盖材料为ABS，用游标卡尺对零件进行测绘。该制品是模具生产出来的成千上万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对制品尺寸误差进行修正，然后绘出零件的草图。该制品有很多圆孔，形状并不规则，所以需要多次测量求平均值。该制品外形尺寸为80mm398mm ,手机前盖主要几何尺寸如图3-1所示： 图3-1 手机前盖基本尺寸3.2 塑件三维实体造型运用三维绘图软件Pro/E进行制品的模型构造。机械设计模块是一个高效的三维机械设计
26、工具，它可绘制任意复杂形状的零件。根据零件的测绘图，对零件进行三维造型。三维造型选用Pro/E软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。打开三维软件Pro/E，新建名为SJWK.prt的文件,先后用到的方法有拉伸、阵列、抽壳等等工具,最后保存文件。制品的三维造型如图3-2所示： 图3-2 手机前盖外轮廓3.3 材料的选择3.3.1制品材料本设计模具为手机前盖，材料采用ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物），属于热塑性材料。ABS使用性能：综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成形和机械加工。ABS成型性能：A. 无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳
27、酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为0.04毫米左右。B. 吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥。C. 成型时易取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为250）。对于精度较高的塑件，模温宜取5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取6080。注塑压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为10001400kgf/cm3。用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为7001000 kgf/cm 3。3.3.2模具材料的选择塑料模具由于成型方法，结构形式，使用要求模具大小及制品产量多少，制品外观光泽要求等有许多不同，因此模具选材应依据模具实际情况合
28、理的选择。要求快速出模，快速出样品，这就不允许按常规要求，型腔选用号钢材，经调质氮化或淬火，按模具寿命可以使用50万次要求精工细做。而应符合市场规律，只有当产品定型，并占有市场一定数额时，在有把握的情况下，才能投入高质量、高寿命的模具制造。A. 定模板、动模板、定模固定板、动模固定板、定位圈、推板、推板固定板、动模垫板等零件均要经过调质处理才能应用,所以采用45号钢，且45号钢用途最广、最经济实惠。B. 导柱、导套、复位杆、浇口套等零件采用材料T8A。C.拉料杆采用T10A材料,其优点是抛光性能好，可以抛成镜面光泽。3.4 注塑机的校核3.4.1注塑设备的确定塑料注塑机按用途可以分为热塑性塑料
29、通用注塑机和专用注塑机；按外形可以分为卧式注塑机、立式注塑机和直角式注塑机；按塑料在料筒内的塑化方式可以分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。由于厂家提供XS-Z-60型号的注塑机。热塑性塑料注射机型号：XSZ60具体参数如下表：表3-1 注塑机参数 型号XSZ60螺杆（柱塞）直径mm42最大注射容量/ cm360注射压力/( 105Pa)120锁模力/(kN)900最大注射面积/ cm2250模具厚度最大/mm300最小/mm200模板行程/mm300喷嘴孔直径/mm4球半径/mm12定位孔直径/mm100注射时间s1.6顶出形式机械顶出、两侧顶杆3.4.2注塑机有关工艺参数的校核注射量是指注射机
30、进行一次注射成型所能注射出的最大容积，它决定了一台注射机的所能成型塑件的最大体积。一台注射机的最大注射量受注射成型工艺条件的影响而有些波动，因而在实际生产中常用公称注射量或是理论注射量来间接的表示注射机的加工能力。公称注射量是指在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞作一次最大注射行程时注射机所能达到的最大注射量，它近似于注射机的实际能够达到的最大注射量。所以塑件及浇注系统的总体积小于注射机最大注射量，该注射适合注射成型条件。A. 型腔数量的选择 首先必须考虑采用单型腔还是多型腔模，并决定型腔数量的多少。考虑的主要因数有：现有注塑机的规格、所要求的塑件的质量、塑件成本及交货期。起决定作用的因数很多，
31、它既有技术方面的因数，也有生产管理方面的因数。当尺寸精度要求很高时，应尽量减少型腔的数量。模具成本与型腔数目的关系。通常认为，模具中每增加一个型腔，所成型的制品的精度就会下降4，对精度要求高的制品，随着型腔数目的增加，模具的制品精度也势必随之增加，因而导致其制造成本的加大。以机床的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%。 （3-1）式中 N型腔数； S注射机的注射量，g； 浇注系统的质量，g； 塑件质量，g；塑件体积=9.383 cm3 ； 塑件质量=10.32 g ；浇注系统体积=15.79 cm3 ；=15.791.117.89 g ；经计算：N2 ，因此型腔数确定为一模
32、两腔。B额定锁模力的校核 选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。注射时产生的型腔压力对柱塞式注射机因注射压力损失较大，所以型腔压力为注射压力的40%70%；而有预塑装置的注射机及螺杆式注射机损失较小，所以型腔压力较大。另外，对不同流动性的塑料，不同的喷嘴和模具结构形式，其压力损失也不一样。一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080MPa，经浇注系统入型腔时则型腔压力一般为2550MPa。锁模力和成型面积的关系由下式确定： （3-2）式中：锁模力，kN； 型腔压力，一般取4050 MPa ； A 浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；计算：A=12275=91
33、50 mm2A/1000=5091501000=457.5 KN =900KN所以：A/1000 公式成立C. 注射压力的校核 ABS成型所需注射压力 MPaD. 模具高度与注射机闭合高度关系的校核 (3-3) E. 开模行程校核3.5 分型面的设计分型面的设计要便于模具加工制造，应尽量选择平直的分型面，这样的分型面壁较好处理，对于分型面不在同一平面的模具，为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞，以及减小模具制造的难度可以利用一些角度很小的角作为分型面发生变化的部位。选择分型面时一般应遵循以下几项原则： A. 分型面应选在塑件外形最大轮廓处；B. 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边；
34、C. 保证塑件的精度要求；D. 满足塑件的外观质量要求；E. 便于模具加工制造；F. 对成型面积的影响；G. 对排气效果的影响；H. 对侧向抽芯的影响。由于制品有侧孔，采用了侧向抽芯机构，所以特地设置了两个分型面，一次分型完成侧向抽芯动作，二次分型是为了拉断点浇口，塑件包紧在凸模型芯上；然后注射机推动推杆固定板，推杆发生作用，推出塑件脱落，同时拉料杆将凝料推出自动脱落。如图3-3所示：图3-3 分型面3.6 浇注系统设计浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔化充满型腔,并将注射压力传递到模腔的各个部位,以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。浇注系统由
35、主流道、分流道、浇口、冷料井几部分组成。3.6.1浇注系统的设计原则A. 流程要短。减少压力和热量损失及塑料消耗量,同时缩短了充模时间。B. 排气良好。使料流平稳顺利充满型腔。C. 防止型芯变形和嵌件位移。D. 防止塑件翘曲变形和表面形成冷斑、冷等缺陷。E. 合理选择冷料穴。3.6.2主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴与分流道或型腔的进料通道。负责将塑料熔体从喷嘴引入模具,其形状、大小直接影响塑料的流速及填充时间。为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出,需将主流道设计成圆锥形,具有=26的锥角,内壁为Ra0.8M以下的表面粗糙度,小端直径应大于喷嘴直径约0.51mm,凹坑半径R也应比喷嘴头半径大
36、12mm,以便凝料顺利拔出。根据以上所述和注塑机的配合要求,本设计的浇口套尺寸如图3-4所示： 图3-4 浇口套形式 3.6.3分流道及其平衡布置A. 分流道 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熔料平稳地转换流向,并均衡分配给各个型腔。常见分流道的截面形状有圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等几种形式,从压力损失考虑,圆形截面分流道最好。分流道截面尺寸应按塑料制品的体积、形状、壁厚、塑料品种、注射速率、分流道长度等因素确定。圆形截面分流道直径一般取d = 212mm 。分流道表面不要求太光洁,表面粗糙度通常取Ra1.252.5M。本设计采用圆形分流道的直径为5mm。B.
37、分流道的布置 本设计采用平衡式布置,这样一模两腔可以均衡布置,使熔融塑料几乎同时到达每个型腔的进料口,这样,塑料到每个型腔的压力和温度是相同的,塑件的品质理应相同。如图所示：图3-5 分流道布置形式3.6.4浇口的设计浇口又称进料口,是分流道与型腔之间的狭窄部分,也是浇注系统中最小的部分,它是塑料熔体的流速产生加速度,以利于迅速充满型腔,同时还起封闭型腔防止熔体倒流的作用,并在成型后使浇口凝料与塑件易于分离。浇口的理想尺寸很难计算,一般可根据经验估算,浇口断面积约为分流道断面积的3%9%,断面形状常为矩形或圆形,浇口的长度约为11.5mm。在设计浇口时往往先取较大的尺寸值,以便在试模后逐步加以
38、修正。浇口的形式有多样:侧浇口、点浇口、潜伏浇口和直接浇口等等。本设计中采用点浇口点浇口垂直设于制品的平面上，其优点是：开模时浇口可自动切断实现全自动成型，浇口周围残留应力小。如图3-6所示：图3-6 点浇口3.6.5冷料穴的设计冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头及熔体流动的前锋冷料，以防止冷料进入型腔而影响制件质量。这种带Z形头拉料杆的冷料杆的冷料穴设计在主流道的末端的动模一侧。既起冷料储存作用又兼有分型时将主流道衬套中拉出凝料作用。开模后，凝料及塑件一起被带Z形的拉杆脱出。适用于各种塑料的注塑成型，是常用的结构形式。如图3-7所示： 图3-7 冷料穴形式3.7 冷却系统的设计3
39、.7.1 在设计冷却系统时，应从多方面考虑：A. 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道尽可能设置在靠近型腔（型芯）表面。B. 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道应安排的尽量紧密。C. 合理确定冷却水道孔的直径、中心距以及与型腔壁的距离，根据经验，水道孔的直径一般取812mm；水道管壁间距离不得超过5d，水管壁离型腔表面不得太近，亦不能太远。一般不超过管径的3倍，以1215mm为宜；D. 对于中、大型模具，由于冷却水道很长，会造成较大的温度梯度变化，导致在冷却水道末端（出口处）温度上升很高，从而影响冷却效果。从均匀冷却的方案考虑，对冷却液在出、入口处的温差，一般控制在5
40、以下，冷却水道的长度在1.21.5以下。因此，对于中、大型模具，可将冷却水道分成几个独立的回路来增大冷却液的流量，减少压力损失，提高传热效率。E. 制品较厚的部分应特别加强冷却。3.7.2冷却计算所需冷却水量按下式计算： （3-4） 式中 通过模具的冷却流量（g）； 单位时间内进入模具的塑料重量（g）； 每克塑料的热容量（J/g）； 出水温度（）； 入水温度（）； 热传导系数；经计算得：W=220g再由下式可求出冷却水道的直径d： （3-5） 式中 冷却液密度（g/m2）； L冷却水道的长度（cm）；经计算水道直径d约为6mm，经查手册本设计水道直径d取8mm。3.7.3冷却水道在定模中的位置
41、冷却水道的位置取决于制品的形状和不同的壁厚。原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致。在模板上直接设置冷却水道同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀。如果模具中成型制品的部分，是以镶件方式镶入模板，其冷却水道的分布，最好采用围绕镶件的方式。相交水道通常采用以过盈配合方式插入镶件，使冷却液改变流向。综上所述，对本制品而言，由于形状较复杂，塑料难以充填等，需要进行均匀的冷却，才能保证产品的质量；采用循环水道冷却，使入水口和出水口的温差控制在5度以内。本模具
42、的冷却水道直径为8mm，并且围绕型腔布置。具体分布如图3-8所示： 图3-8定模板冷却水道布置图3.8 顶出系统的设计3.8.1推出机构设计推出机构的作用是将塑件成型后，顺利地把塑件及浇道凝料推出模外。推出机构一般由推杆、拉料杆、推板、推杆固定板等零件组成。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后，制品的留模形式（留动模部分或留定模部分），推出机构必须是建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于注塑机的推出机构设置在动模板一侧，因此大多数模具的推出机构是安装在动模中的。为了对推出机构进行位置调整和防止推出机构复位时受到异物阻碍，在动模座板上还设计了限位钉。推出机构的设计原则：A. 模具的推出机
43、构必须有足够的强度及刚度，使塑件出模后不致于变形；B. 推力要均匀。推力面尽可能要大，其推力应设计在塑件承受力较大的地方如筋部、凸缘及壳体壁部等部位；C. 推件不应设计在零件外表面，以免影响塑件外观质量；D. 推出系统要动作灵敏可靠、动作平稳并便于更换于维修。3.8.2顶出行程顶出行程一般规定使被顶出的制品脱离模具510mm， 在成型一些形状简单且脱模斜度较大的桶形制品，也可使顶出行程为制品深度的2/3。本设计的顶出行程为20mm。3.8.3复位杆顶杆在将制品顶出后，其顶端位置会高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合紧之前）时，必须使其退回到顶出前的初始位置，以免碰坏型腔（或型芯），因
44、此在顶出机构中必须设有复位杆帮助顶杆回位。复位杆与推杆一起固定在推杆固定板上，设置了4根，位置均布于推板固定板的四周，位于模具型腔和浇注系统之外。在合模过程中，复位杆的前端面与定模板相接触才开始复位，合模和复位同时完成。3.8.4顶杆的形状与尺寸选择推杆多为圆形结构，细长杆可将后部加粗成台阶形，配合间隙要求小的推杆，其推杆端部应设计成锥形。推杆应尽量短，推出时，一般将塑件推到高于型腔（或型芯）10mm左右即可。推杆的端面应高出所在型腔的底面或型芯顶面0.05-0.1mm。推杆与其配合孔采用H7/f7配合，保持一定同轴度。推杆数量在保证推出前提下，越少越好。在推杆推出机构中一定要设计复位机构。顶
45、杆需要进行淬火处理，使其具有足够的强度和耐磨性。本模具采用了八根直径为4的圆形顶杆并经过热处理。3.8.5导向装置位置的布置导向装置包括两个部件，即导柱和导套，具有保证模具精确闭合，保护型芯，并防止注射时模板因受力而偏移等作用。导柱一般安装在动模上，导套安装在定模上。根据模具的形状和大小,在模具型腔的周边要设导柱和导套,本设计导柱的数量采用四根。导柱的布置最好能保证模具的动定模只能按一个方向合模,防止在装配或合模时因方位搞错而使型腔损坏,本设计采用四根直径相同的导柱对称布置,并且开设了环槽，这样避免了安装错误和出现以上问题。如图3-9所示: 图3-9导柱3.8.6浇注系统零件设计浇注系统零件主
46、要是定位圈及浇口套两个零件。定位圈的作用是使模具安装在注射机上后有一个准确位置。定位圈凸出定模座板部分的径向名义尺寸应与注射机固定板定位孔的径向名义尺寸相同，两者设计成H7/k6配合形式。如图3-10所示： 图3-10浇注系统3.9侧向分型与抽芯机构的设计侧向分型与抽芯机构是利用注射机的开模力作为动力和开模行程，通过斜导柱等零件，在塑件脱模之前，将模具的可 侧向移动的 成型零件从塑件中抽出。该机构结构紧凑，动作可靠，加工制造方便，广泛应用于抽拔距和抽拔力不太大的场合。其结构要素组成是斜导柱、侧滑块、楔紧块导滑槽的定位装置。3.9.1侧向抽芯机构设计应注意如下要点：1)成型部位截面形状的复杂与简
47、单、面积大小、多芯与单芯等都直接影响抽拔力的大小，在一般情况下，形状复杂、面积大、多芯时所需要的抽拔力大。2)制品壁的厚薄也影响到抽拔力的大小。壁厚者收缩量大，所需要的抽拔力亦相应增大。3)塑料的收缩率及其制品与成型零件的摩擦系数也影响抽拔力。塑料的成型收缩率大，抽拔力亦大；表面自润滑性能较好的塑料，其抽拔力较小。4)型芯成型部位的表面粗糙度，对于抽拔力有较大的影响。表面粗糙度高，抽拔力大。因此，成型零件要有比较低的粗糙度，一般应达到0.2以下，同时应注意加工时的纹路方向，应该与抽芯方向一致。5)模具型芯应有足够的啊的脱模斜度。斜度大，抽拔力小，反之增大。一般的抽芯脱模斜度应1：100。6)注
48、射成型的工艺条件，必须与制品造型、模具结构相适应。注射压力、模具温度对制品在型芯上的包紧力有一定的影响。注射压力小，模具温度高时，抽拔力小；反之抽拔力大。3.9.2抽芯距、抽拔力与斜导柱的计算1.抽芯距S =4 （-侧孔深度）2.侧向抽拔力F的估算 （3-6）=18283.65N式中：L-侧型芯成型部分的截面平均周长（mm）；h-侧型芯成型部分的高度（mm）；p-塑件对侧型芯的包紧力，一般取p=8-12MPa；-塑料在热状态时对钢的摩擦系数；-侧型芯的脱模斜度。3.斜导柱的长度计算 （3-7） = =90式中：-斜导柱轴线与主开模方向的夹角；-锥台长度，可取mm；-斜导柱有效导滑长度。3.9.
49、3斜导柱的设计斜导柱的斜角一般为，最大不得超过，本设计选用的斜角为。材料采用T8A，淬火硬度HRC50-55。由于斜导柱只起驱动滑块的作用，滑块的运动精度由导滑槽与滑块间配合精度保证，滑块的最终位置由楔块保证，因此为了运动灵活，斜导柱与模板固定孔间的配合采用H7/m6，与滑块导滑孔间的采用H11/b11的间隙配合。结构形式如图3-11所示：图3-11 斜导柱3.9.4滑块的设计滑块可以是瓣合模滑块，也可以是型芯滑块。滑块可以做成整体式，也可以做成组合式。整体式是将成型部分与滑动部分做在一整体材料上，使用于形状简单的侧向成型零件及瓣合模；组合式是将成型部分与滑动部分靠一定的连接方式装配在一起，这
50、样可以优质模具钢材，且加工方便，应用广泛。本设计采用组合式的滑块，滑块上斜导孔的直径与倾角应保证能与斜导柱实现H11/b11的配合。滑块的定位装置是利用压缩态弹簧的弹力，通过拉杆螺钉将滑块拉紧在固定块上。滑块的底面和两侧面为滑动面，应有足够的硬度和较低的粗糙度，以增强其耐磨性。如图3-12所示： 图3-12 滑块 图3-13楔块3.9.5楔块的设计楔块的作用就是使侧滑块在模具闭合后能精确复位，并锁紧滑块，以承受注射成型是熔体对型芯的压力。楔块的结构形式根据滑块的形状和受力的大小决定，楔块应有足够的表面硬度（HRC52-56），以免擦伤和变形。本设计是用螺钉把楔块连接在定模板上的，加工方便，是很
51、常用的一种结构形式，用于滑块受力较小的场合。其结构如图3-13所示：3.10 模架设计塑料注射模模架现已标准化和系列化了,因此,在设计时只需根据塑件的结构和尺寸直接选用即可。塑料模的模架起装配、定位和安装作用。A. 动模固定板和定模固定板 它们是动模和定模的基座,也是固定式塑料模与成型设备连接的模板。因此,座板的轮廓尺寸和固定孔必须与成型设备上模具的安装板相适应。座板还必须具有足够的强度和刚度。因为选择XS-ZY-30型注塑机, 根据中国模具手册查得其尺寸为250mm280mm 。 B. 垫块、推板和推板固定板 垫块的作用是使动模支承板与动模固定板之间形成推出机构运动的空间,或调节模具总高度以
52、适应成型设备上模具安装空间对模具总高的要求。垫块的尺寸为43mm250mm , 推板和推板固定板的尺寸均为140mm250mm 。D. 各板的厚度如下:a.动模固定板和定模固定板根据标准选用厚度分别为25mm和30mm;b.型腔座板选用厚度为60mm；c.型芯座板选用厚度为70mm；d.垫块根据已选用的模架，选择其厚度为80mm；e.推板的厚度取20mm；f.推杆固定板厚度取15mm。3.11 凸凹模的造型根据手机前盖装配图即可用Pro/E Widefire中的模具设计模块设计进行三维造型,这样所设计的模具便很直观、明了,也便于后续加工等等。具体过程如下：A. 新建文件marong.mfgB.
53、 选择 模具模型定位参限零件创建,出现如图3-14的对话框,单击“确定”， 图 3-14创建图然后再设置如图3-15的对话框，单击对话框的确定，即完成了参限零件的创建C. 选择 模具模型创建工件手动，弹出“元件创建”对话框，输入名称，单击“确定”命令，在弹出的“创建选项”对话框中选择“创建特征”，单击确定，在弹出的菜单中选择 加材料拉伸，实体完成，即可通过对称拉伸生成工件D. 选择 收缩，任意选择一个参限零件，在菜单中选择 按尺寸，弹出如下的对话框，设置后单击，在菜单中单击“完成/返回”，完成收缩率的设置E. 选择分型面创建，输入分型面的名称，选择增加复制完成，弹出如图3-17的对话框，选择要
54、复制的曲面和要填充的曲面，单击“确定”，完成分型面的创建。在菜单中选择 分型面创建增加拉伸(平整)选择要拉伸(平整)的平面，完成补充，依此进行其他三个分型面的创建。再创建一个分型面，将这这四个分型面分别与第五个分型面合并，形成一个完整的分型面。 F. 选择 模具体积块分割两个体积块所有工件完成，选择上面的分型面，单击确定，生成两个体积块，分别为型腔和型芯，至此完成型腔和型芯的设计，如图3-18所示，选择文件保存。 图 3-15布局图 图 3-16尺寸收缩图图 3-17曲面复制图G. 选择 特征实体切减材料旋转实体完成，通过旋转命令可依次生成主流道、分流道和浇口。H. 选择 特征型腔组件水线，弹
55、出“水线”对话框，根据提示设置好所有的参数，即可生成水线。I. 根据绘制的二维图，在.prt中分别完成各个零件的三维造型，包括如下的零件：定模固定板、定模板、动模板、动模支承板、推杆固定板、推板、垫块、动模固定板、镶块、定位圈、浇口套、拉料杆、推杆、导套、导柱、复位杆、限位钉、滑块、楔块、斜导柱、弹簧。图3-18 凹模和凸模3.12 型腔加工工艺分析及加工仿真3.12.1零件的工艺性审查A. 零件的结构特点型腔（见附图），该零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面与定模固定板配合，凹进部分与动模型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料ABS经冷却后形成所需手机前盖。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面
56、、型腔等。由于型腔在注塑时需要承受一定的压力和温度，故该零件需要有足够的强度、刚度、耐磨性和韧性。B. 主要技术要求 零件图上的主要技术要求有：1、热处理：HRC 50-55；2、锐角去毛刺倒钝；加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=0.8m，侧面的表面粗糙度Ra=3.2m, 内轮廓表面的粗糙度为Ra=0.8m。C. 零件材料零件的材料为45钢，可以通过热处理来获得所需的机械和力学性能。3.12.2毛坯选择A. 考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯。B. 确定毛坯的形状、尺寸：选用45钢锻件14517535（mm）。3.12.3基准选择加工中心的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工
57、，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。3.12.4拟定加工方案表3-2 工序表工序加工内容刀具刀具号转速(rpm)进给量(mm/min)1铣四周15面铣刀T150012002铣上表面15端铣刀T250015003粗铣型腔8端铣刀T3150012004精铣型腔1端铣刀T415009003.12.5型腔数控仿真加工Master cam 9.0是一套被模具行业广泛采用的CAD/CAM软件系统，CAM部分提供了完整的二轴，三轴，四轴和五轴铣削加工方式。利用Master cam 9.0的CAM部分
58、选择加工方式、加工刀具、设定加工参数、计算NC刀具路径、实体切削模拟结果等步骤，在检验一切无误后，选择对应的后处理器将刀具路径转换成数控机床所能接受的NC代码，再利用DNC方式传输给CNC控制器进行加工。曲面刀具路径用来加工曲面、实体或实体表面。本模具选择型腔来进行仿真加工。Mastercam 使用CAD的设计功能设计出工程图纸，而用CAM的功能编制出刀具路径（NCI），最后通过NC程式输入数控机床，加工成型。仿真加工具体步骤如下：A. 打开 SJWK.prt,将它另存为SJWK.igs,关闭文件B. 打开Mastercam9.0, Main menuFileConvertsIGESRead
59、file选择SJWK.igs文件,将它导入进来C. Main menuScreenConfigureMill9.CFG(Metric) 单击“System configuration”对话框中的命令,完成设置D. 单击, Main menuXformRotateAllEntitiesDoneOrigin,出现“Rotate”对话框，输入旋转角度“180”，单击完成E. Main menuToolpathsJob setup，出现Job setup对话框，设置 X=335,Y=270,Z=60,单击完成工件设置F. Main menuToolpathsContourChain,选择型腔上表面的四
60、条边,选择End hereG. Main menuToolpathsFaceArea,选择型腔上表面，选择DoneH.选择Main menuToolpathsSurfaceRoughPocketAllDoneI.选择Main menuToolpathsDillDoContourDoneJ.选择Main menuToolpathsSurfaceFinishParallerDone刀具路径控制管理器如图3-21所示：图3-21 刀具控制器仿真加工效果如图3-22所示：图3-22仿真加工图4 结论本课题设计是手机前盖模具设计及其型腔仿真加工。在这次为期三个多月的毕业设计设计中，我对模具结构有了理性的认识，对模具设计奠定了基础，同时对塑料模具设计和制造进行文献检索，了解模具的现状和发展趋势，并制定了设计方案和计划。首先对制品数据收集后进行三维实体造型,再进行一系列模具结构设计,再应用Mastercam软件进行型腔数控加工,过程中发现很多不懂的问题，及时查找书籍和请教老师指点，不断解决了这些难题。在设计中注意了配合尺寸和粗糙度的要求并进行工艺分析,尽量满足生产要求,降低了零件的加工成本,大大提高了加工效率。通过以上工作的完成，我对一套模具从设计到加工的全过程有了清醒而直观的认识，同时从中
