奥迪汽车标志注塑模具设计与制造-模具毕业论文

毕业设计（论文）报告 题 目 奥迪汽车标志注塑模设计与制造 系 别 中德机电学院 专 业 模具设计与制造 班 级 模具 0703 班 姓 名 赵凯 学 号 100071506 指导教师 袁小江 2010 年 4 月 1 目录 摘要 2 前 言 3 第一章 材料工艺分析 1.1 材料特性 4 1.2 模具设计方面需注意 4 1.3 注塑工艺条件 4 1.4 成型性能 4 第二章 制品结构及尺寸分析 2.1 制品结构分析 5 2.2 制品尺寸精度分析 5 第三章 模具结构设计 3.1 分型面的选择 6 3.2 型腔布局 7 3.3 浇注系统的确定 8 3.4 注射机的选择 12 3.5 模架的选择 14 3.6 成型零部件设计 15 3.7 推出机构设计 17 3.8 排气系统设计 18 3.9 冷却系统设计 19 附 毕业设计小结 20 谢辞 21 参考文献 22 2 摘 要 本课题是江苏省普通高等院校模具设计与制造专业，专题综合实践项目之一。是对模具专业学生的一次综合考察。 设计者需通过课题的 CAD 二维工程图纸，进行模具设计。其中包括：产品材料、工艺、结构、尺寸精度分析，成型零件尺寸计算，合理选择注塑机及标准模架。并用 CAD2006 完成模具总装图及成型零件图的绘制，完成成型零件的加工工艺卡编写等。 本设计主用软件 CAD2006，通过 CAD2006 完成相关元件的二维工程图纸。并结合 Pro/ENGINEER4.0 进行辅助设计。经过反复修改，最终完成课题设计。 关键词：模具 标准模架 CAD2006 Abstract This topic is ordinary colleges and universities in Jiangsu Province mold design and manufacturing expertise, special comprehensive practice items.Is to mold a comprehensive survey of students. Designers have passed the two-dimensional capacitance Block CAD engineering drawings, for mold design.These include: product materials, processes, structure, size precision analysis, forming part size calculation, a reasonable choice and standard mold injection molding machine.And use CAD2006 complete the mold assembly diagram and forming part drawing of the drawing, forming part of the processing technology to complete the preparation of such cards. The design of the main software CAD2006, with the completion of related components over CAD2006 two-dimensional engineering drawings.Carried out in conjunction with Pro/ENGINEER4.0-aided design.After repeated changes to the final completion of the design issues. Keywords： Mold Standard Mold CAD2006 3 4 前言 模具制造是我国经济建设中的一项重要产业，起着振兴和发展我国模具工业的重要作用，正日益受到人们的重视和关注。 “模具是工业生产的基础工艺装备 ”也已经成为广大业内人士的共识。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中， 60% 80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生产制件 ,具备高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是 “效益放大器 ”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍 ,尤其是在冲压技术相对落后的中国，制造出优质的模具以及生产出高质量的产品势在必行。 经过本次的课题研究主要掌握模具设计的方法及工序，巩固和加深对机械二维、三维的制图能力。设计过程中锻炼查阅文献和资料 、 自我设计的能力，培养和提升 自己 的创新能力，增强独立思考问题和解决问题的能力。在对模具设备的结构设计和理论计算上，掌握模具设备的主要结构与性能、工艺适应性与技术参数。从而能根据成型的生产要求 、 模具结构等因素，经济、有效的使用设备，合 5 理的选择工艺，正确的设计模具，保证成型生产能够经济、合理的进行，提高自身在成型工艺和模具方面的综合着机水平，提高自身解决实际问题的能力。 在这次毕业设计过程中，我得到了袁小江老师的指导，他给了我很多意见和建议，使我的设计更加完善，在此特别的感谢他。同时也感谢那些曾经授课的 老师，他们使我学习、获得了专业知识，对设计起了重要作用。也要感谢那些帮过我的同学，他们给我提了很多好的建议。 第一章 材料工艺分析 1.1 材料特性 ABS 无色、无味、呈微黄色。密度为 1.021.05g/cm（注射 注射级密度为1.05g/cm ） 。具有优越的综合性能：强度高、刚性好，硬度、耐冲击性、制品表面光泽性好，耐磨性好。具有有良的成型加工性，尺寸稳定性好，着色性能、电镀性好。 1.2 在模具设计方面需注意： 需要采用较高的料温与模温，浇注系统的流动阻力要小。 注意选择浇口 位置，避免浇口与熔接痕位于影响制品外观的部位。 合理设计顶出脱模结构，推出力过大时，制品表面易“发白”、“变混”（顶白）。 1.3 注塑工艺条件 干燥处理： ABS 材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干 6 燥条件为 8090下最少干燥 2 小时。 料筒温度： 210280，建议温度： 245。 模具温度： 4080（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 注射压力： 70120MPa 注射速度：中高速度 1.4 成型性能 ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件上的脱模 斜度宜稍大； ABS 易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在 50 60，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在60 80。 第二章 制品结构及尺寸分析 2.1 制品结构分析 该制品由四个相交的圆环组成，如图所示，形状规则；成型时外形表面质量高，要求表面光洁，无毛刺、缺陷；制品最终要进行表面电镀处理。 7 图 1 2.2 制品尺寸精度分析 该制品尺寸要求较高，尺寸公差按 GB/T14486-93MT4分布，总体尺寸较小。 第三章 模具结构设计 3.1 分型面的选择 选择分型面应考虑以下原则： 1)分型面应选择在塑件外形最大轮廓处。塑件在动、定模的方向确定后，其分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的原则。 2)分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模。由于注射机的顶出装置在动模一侧，所以分型面的选择应尽可能地使塑件在开模后留在动模一侧，这样有利于在动模部分设置推出机构。 3)分型面的选择应保证塑件的精度要求。对于与分型面垂直的尺寸 ，若该尺寸与分型面有关，由于分型面在注射成型时有涨开的趋势，故该尺寸的精度会受到影响。分型面尽可能不设在尺寸精度要求很高的地方。 8 4)分型面的选择应满足塑件的外观质量要求。在分型面处会不可避免地在塑件上留下溢流飞边的痕迹，因此分型面最好不要开设在塑件光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处，以免对塑件的外观质量产生不利的影响。 5)分型面的选择要便于模具的加工制造。通常情况下，会选择平直的分型面较多。但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。 6)分型面的选择应有利于排气。在设计分 型面时应尽量使充填型腔的塑料熔体料末端在分型面上，这样有利于排气。 分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上投影面积的大小，以避免接近或超过所选注射机的最大注射面积而可能产生溢流现象。 考虑以上原则，该制品的分型面应如图 2 所示，否则达不到制件的质量要求。 图 2 3.2 型腔布局 一般制品在布局时要求模具的中心与注塑机的锁模中心重合，对于一模多件的模具结构，在浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、保证模具正常工作的前提下，应尽可能使得模具对称、均衡、取件方便。本制品采用一模两件，对称分布。 按塑件外 形尺寸近似计算： 9 单个塑件体积 Vs 4.18cm ABS 的密度为 1.02 1.05g/cm3 (注射级密度为 1.05g/cm) 单件塑件重量 Ms=4.18 1.05 4.4g 3.3 浇注系统的确定 浇注系统设计应遵循以下原则： 1)了解塑料的成型性能。注射成型时注射机料筒中的塑料已成熔融状态 (粘流态），因此了解被成型的塑料熔体的流动特性以及温度、剪切速率对粘度的影响等显得十分重要。浇注系统要适应于 ABS 的成型性能，以保证成型塑件的质量。 2)尽量避免或减少产生熔接痕。在选择 浇口位置时，应注意避免熔接痕的产生。熔体流动时应尽量减少分流的次数。 3)有利于型腔中气体的排除。浇注系统应能顺利地引导塑料熔体充满型腔的各个部分，使浇注系统及型腔中原有的气体能有序地排出，避免充填过程中产生紊流或涡流，也避免因气体积存而引起凹陷、气泡、烧焦等塑件的成型缺陷。 4)防止型芯的变形和嵌件的位移。浇注系统设计时应尽量避免塑料熔体直接冲击细小型芯和嵌件，防止熔体的冲击力使细小变形或嵌件位移。 5)尽量采用较短的流程充填型腔。选择合理的浇口位置，减少流道的折弯，提高流道的表面粗糙度，这样就可以减少充 填时间，避免因流程长、压力和热量损失大而引起的型腔充填不满等成型缺陷。 6)流动距离比和流动面积比的校核。在模具设计过程中除了考虑采用较短的 10 流程外，还应对其注射成型时的流动距离比或流动面积比进行校核，这样可以避免型腔充填不足现象的发生。 3.3.1 浇口的形式及位置 3.3.1.1 浇口的位置选择 浇口的选择应注意： 1)尽量缩短流动距离 2)避免熔体破裂现象引起塑件的缺陷 3)浇口应开设在塑件壁厚处 4)考虑分子定向的影响 5)减少熔接痕提高熔炼强度 3.3.1.2 浇口的形式 由于该制品外表面质量要求较高， 且最后要进行电镀处理，因此采用潜伏浇口，如图 3 所示，熔料通过推杆的端部注入型腔，在环的相交处进料，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。 浇口直径可以根据经验公式计算 d=(0.140.2) 4 22514.325.39 1.8mm 式中 d 浇口直径（ mm） 塑件在浇口处的壁厚（ mm） A 型腔表面积（ mm） 潜伏浇口的锥角取 10 20，取 12 倾角取 30 60 ，取 40 推杆上进料口宽度为 0.82mm, 取 1mm 11 图 3 3.3.2 初步设计主流道 主流道的形状和尺寸对塑料的熔体的流动速度和充模时间有较大的影响。因此必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道垂直于分型面而且设计在模具的浇口套中。为了让主流道凝料能顺利从浇口套中拔出，因此主流道设计成圆锥形，其锥角为 2 6，小端直径 d 比注射机喷嘴直径大 0.5 1mm。 由于小端的前面是球面，其深度为 35mm，注射机喷嘴的球面在该位置与模具接触并且贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大 12mm。主流道表面 粗糙度 Ra0.8um。 主流道锥角取 4，小端的球面深度取 4mm，小端直径 d和主流道球面半径可根据后面注射机的选择来确定。 浇口套采用如图 4所示的形式，以销钉和定位圈固定，浇口套与模板间的配合采用 H7/m6 的过渡配合，浇口套与定位圈采用 H9/f9 的配合。定位圈在模具安装调试时应插入注射机定模板的定位孔内，用于模具与注射机的安装定位。定位 12 圈外径比注射机定模板上的定位孔径小 0.2mm 以下。 图 4 3.3.3初步设计分流道 3.3.3.1 分流道的形状与尺寸 在设计多型腔或多浇口的单型腔的浇注系统时 ，应设置分流道，使熔体平稳的均衡的分配到各型腔。设计时应注意尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失。 图 5 常用分流道截面形式有圆形、梯形、 U 形、半圆形及矩形，如图 5 所示。圆 13 形截面的比表面积最小，但需开设在分型面的两侧，在制造时一定要注意模板上两部分形状对中吻合；矩形截面分流道其比表面积较大且流动阻力也大，故不采用；相比较而言，半圆形截面分流道加工容易，且热量损失与压力损失均不大，且可参照圆形截面分流道。根据塑料的流动性等因素来确定分流道直径。该制品采用 ABS 塑料，流动性中等，根据经验，分流道直径可取 56mm，在这里取 6mm 3.3.3.2 分流道的长度 根据型腔在分型面的分布情况，分流道可分为一次分流道、二次分流道甚至三次分流道。分流道的长度要尽可能的短，且折弯少，以便减少压力损失和热量损失，节约塑料的原材料和降低能耗。 这里只需一次分流，长度 L=610mm,取 10mm 3.3.3.3 冷料穴和拉料杆的设计 冷料穴是浇注系统的组成结构之一。它的作用是容纳浇注系统流道中料流的前锋冷料，一面这些冷料注入型腔。这些冷料既影响熔体充填的速度，又影响成型塑件的质量。主流道末端的冷料穴除了上述作用外，还有便于 在该处设置主流道拉料杆的功能。 注射结束模具分型时，在拉料杆的作用下，主流道凝料从定模浇口套中被拉出，最后推出机构开始工作，将塑件和浇注系统凝料一起推出模外。这里采用推杆式 Z 字形拉料杆，工作时依靠 Z 字形钩将主流道凝料拉出浇口套，推出后由于钩子的方向性而不能自动脱模，需要人工取出。 3.4 注射机的选择 初选注射机 （ 1）注射量 该塑料制件单件重 Ms 4.4g 浇注系统重量可根据浇注系统尺寸先计算浇注系统的体积 Vj 0.85 14 粗略计算浇注系统重量 Mj=0.85 1.05 0.89g 总体积 V 塑件 =2 4.18+0.85=9.21 cm 总重量 M=9.21 1.05 9.67g 满足注射量 V 机 V 塑件 /0.80 式中： V 机 额定注射量 (cm3) V 塑件 塑件与浇注系统凝料体积和 (cm3) V 塑件 /0.80=9.21/0.8=11.51cm （ 2）注射压力： P 注 P 成型 查相关资料 ， ABS 塑料成型时的注射压力 P 成型 =70-90MPa （ 3）锁模力： P 锁 PF 式中： P 塑料成型时型腔压力， ABS 塑料的型腔压力为 P=30MPa F 浇注系统和塑件在分型面上的投影面积之和 (mm3) pF=30 (963+55)N=30.5kN 根据以上分析，计算查表，初选出选注射机，型号为 XS-Z-30。 该型号注射机有关技术参数如下 : 额定注射量 30cm3 注射压力 119MPa 锁模力 250KN 最大成型面积 90cm2 最大开合模行程 160mm 模具最大厚度 180mm 模具最小厚度 60mm 喷嘴圆弧半径 12mm 15 喷嘴孔直径 2mm 动定模固定板尺寸 250 280mm 拉杆空间 235mm 3.5 模架的选择 3.5.1 选择标准模架 为适应大规模成批量生产塑料成型模具，提高模具精度和降低模具成本，这里选用标准模架。 根据以上分析，计算以及型腔尺寸及位置可确定模架的结构形式和规格。查表可选用： A2-200200-27-Z2 GB/T12556.1-1990 定模板厚度： A=25mm 动模板厚度： B=20mm 垫块厚度： C=50mm 模具厚度 H=82+25+20+50=177mm 模具外形尺寸 :200mm 250mm 177mm 16 3.5.2 校核注射机 （ 1）注射量、锁模力、注射压力、模具厚度的校核 ： 由于在初选注射机和选用标准模架时是根据以上四个技术参数及计算壁厚等因素选用的，所以注射量、锁模力、注 射压力、模具厚度不必进行校核，已符合所选注射机要求。 （ 2）开模行程的校核 注射机最大开模行程 S S H1+H2+(5 10)mm 式中 H1-推出距离（脱模距离）， mm H2-包括浇注系统在内的塑件高度， mm S 5+46+10=61mm 该型号注射机最大开模行程为 160mm，故满足要求。 （ 3）模具在注射机上的安装 从标准模架外形尺寸看，小于注射机拉杆空间，并采用压板固定，因此所选注射机规格满 足要求 3.6 成型零部件的结构设计 成型零件的结构设计应考虑成型零件对制品的质量影响、成型零件的加工工艺性、装配工艺性和制品脱模的需要。成型零件工作时，直接与塑料熔体接触，承受熔体料流的高压冲刷，脱模摩擦等，因此，成型零件不仅要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，而且还要求有合理的结构，较高的强度、刚度及较好的耐磨性。 3.6.1 型腔的结构设计 型腔是成型塑件外表面的主要零件。按结构不同可分为整体式和组合式两种结构形式。整体式结构是在整块金属模板上加工而成的。其特点是牢固，不易变形，不 会是塑件产生拼接线痕迹。该模具尺寸不大，形状简单，故选择整体式型腔结构。 17 3.6.2 型芯的结构设计 型芯是成型内表面的零件。按结构主型芯可分为整体式和组合式两种。整体式结构牢固，但不便加工，消耗的模具钢多，主要用于工艺试验或小型模具上形状简单的型芯。由于该制品需要成型的型芯较多，且相聚较近，为便于加工，故采用组合式结构，将型芯单独加工后再镶入模板中。这里采用通孔台肩式，凸模用台肩和模板连接，再用垫板，螺钉紧固，连接牢固。 3.6.3 成型零件的工作尺寸计算 成型零部件工作尺寸是指直接用来构成塑件型面的尺寸 。如型腔和型芯的径向尺寸、深度和高度尺寸、孔间距离尺寸。 查表得 ABS 塑料的收缩率是 0.3 0.8%，平均收缩率： S =（ 0.3+0.8） /2=0.55% 型芯尺寸： 2400.32 lm0- z=(1+S )lS- 0- z= 1.0055 24+0.75 0.32 0 0.32/3 =24.3720 0.107 型腔尺寸 50 0.38 (Hm) 0z =(1 S )LS- + z0 = 1.0055 5-0.75 0.38 00.38/3 =4.7400.127 R30 0.16 (LM)0z =(1 S )LS- + z0 = 1.0055 3-0.75 0.16 00.16/3 =2.89700.053 30 0 0.36 (LM) 0z =(1 S )LS- + z0 = 1.0055 30-0.75 0.36 00.36/3 =29.89500.120 中心距尺寸 20 0.16 (CM) Z/2=(1+S ) CS Z/2=1.0055 20 0.32/8=20.11 0.04 18 3.7 推出机构的确定 3.7.1 推出机构的设计 要求 (1)设计推出机构时应尽量使塑件留于动模一侧。由于推出机构的动作是通过注射机的动模一侧的顶杆或液压缸来驱动的，所以，在一般情况下，模具的推出机构设在动模一侧。 (2)塑件在推出过程中不发生变形和损坏。为了使塑件在推出过程中不发生变形和损坏，设计模具时应仔细进行塑件对模具包紧力和粘附力大小的分析与计算，合理的选择推出的方式、推出的位置、推出零件的数量和推出面积等。 (3)不损坏塑件的外观。 (4)合模时应使推出机构正确复位。设计推出机构时，应考虑合模时推出机构的复位，在有侧型芯的机构中，还要考虑推出机构 的先复位。 (5)推出机构应动作可靠。推出机构在推出与复位的过程中，结构应尽量简 19 单，动作可靠、灵活，制造容易。 3.7.2 推出力的计算 塑件注射成型后，在模内冷却定型，由于体积收缩，对型芯产生包紧力。当其从模具中推出时，就必须克服因包紧力而产生的摩擦力。 推件力的计算 推出力 Ft=Ap( cos -sin ) 式中 A 塑件包络型芯的面积（ mm2） ； p 塑件对型芯单位面积上的包紧力， p取 0.8 107 1.2 107Pa； 脱模斜度； 塑件对钢的摩擦系数， 约为 0.1 0.3； 单个塑件 A 2 3.14 12 5=376.8mm Ft=376.8 1.2 107 0.3/106 =1356.48N 由于该塑件型腔不深，故不考虑脱模斜度。 3.7.3 推出机构的选择 由于该制品采用潜伏浇口，且为不影响制品表面，故从推杆上端进料，因此采用推杆推出机构。设置推杆的自由度大，而且推杆截面大部分为圆形，制造、修配方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也便于更换。 通过分析计算，推杆采用圆形截面，直径取 2mm，单个制件使用 8 根推杆。推杆工作部分与模板或型芯上的推杆孔的配合常采用 H8/f7 H8/f8 的间隙配合。 推杆的位置应选择在脱模阻力最大的地方；当塑件各处的脱模阻力相同时需均匀布置，以保证塑件推出时受力均匀，塑件推出平稳和不变形。 推杆的工件端面在合模注射时是型腔底面的一部分，推杆端部如果低于或高于该改型腔底面，在塑件上就会产生凸台或凹痕，影响塑件的使用或美观，因此，通常推杆装入模具后，其端面应与型腔底面平齐或高出型腔 0.05 0.1mm。推杆工作端配合部分的粗糙度 Ra 一般取 0.8um。 20 3.8 排气 系统的设计 当塑料熔体充填模具型腔时，必须将浇注系统和型腔内的空气及塑件在成型过程中产生的低分子挥发气体顺利地排出模外。如果型腔内因各种原因产生的气体不能被排除干净，塑件上就会形成气泡、产生熔接不牢、表面轮廓不清及充填不满等成型缺陷。另外气体的存在还会产生反压力而降低充模速度。因此，必须考虑到模具型腔的排气问题。 通常有三种排气方式：利用配合间隙排气、在分型面上开设排气槽和利用排气塞排气。由于此模具推杆较多且有型芯镶块，故可利用推杆和型芯端部与模板的配合间隙进行排气。 3.9 冷却系统的设计 模具温 度是否合适、均一与稳定，对塑件熔体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状、外观和尺寸精度都有重要影响，所以要设置温度调节系统来控制模具温度，使注射成型塑件有良好的产品质量和较高的生产效率。 3.9.1 模具温度与塑料成型温度 注射入模具的热塑性熔融的 ABS，必须在模具内冷却固化才能成为塑件。所以模具温度必须低于注射入模具型腔内的熔融 ABS 的温度。 ABS 的成型温度为 200-270 C，模具温度为 40-80 C。 3.9.2 冷却回路的设计 21 考虑到冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成型塑件所传导的热量，使模具成型表面的温度稳定地保持在所需的温度范围内，且要使冷却介质在回路系统内流动畅通，无滞留部位。 由于制件平均壁厚约为 3mm，而且是一模两腔，所以根据经验数值确定水孔直径为 10mm。 由于冷却水道的位置、结构形式、孔径、表面状态、水的流速、模具 材料等很多因素都会影响模具的热量向冷却水传递，精确计算比较困难。实际生活中，通常都是根据模具的结构确定冷却水路，通过调节水温、水速来满足要求。 由于动模采用镶拼式，受结构限制，冷却水路布置定模板上面，设置四条冷却水道，采用对称分布。 毕业设计小结 毕业设计历时数月，现已定稿。在整个设计过程中，不仅自己的专业知识得到了巩固和提高，在查阅相关专业手册、与同学交流意见等方面也有很多心得。 整个设计时间是漫长的，过程是困难的，我觉得如果自己真正的认真对待了这次毕业设计，就能从中学到很多东西，自己的综合素质也在无形中得到了提高。 起初是最困难的，因为我要从中理出一个正确的设计思路。为了做好充分准备，我查阅了很多关于模具设计方面的资料和实例。同时我又向袁老师说了我的有关想法。在他的悉心指导下，我的思路慢慢的清晰起来，并且有了自己独立的想法，很 快我就明确了自己的设计方向。 接下来，我对产品的材料、工艺性、结构、尺寸精度等方面进行分析，并计 22 算出成型零件的相关尺寸，选择了合理的注塑机及标准模架，再对模具结构进行系统设计。在整个设计中，最重要的是有关型腔及型芯分布的设计。因为零件尺寸较小，精度难以保证，经过与袁老师的交流，最终解决了遇到的难题。在模具中，我用到了潜伏浇口，保证了塑件的表面质量。 然后，我用 CAD2006 绘制了模具总装图及成型零件图，并对成型零件进行了工艺卡片的编制，在这个过程中我对 CAD 软件应用有了很大的提高。最后经过整理草稿、