台灯罩模具设计及其型腔仿真加工设计

盐城工学院本科生毕业设计说明书 20081前言塑料模具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之发展。汽车、家电、办公用品、工业电器、建筑材料、电子通信等塑料制品主要用户行业近年来都高位运行, 发展迅速, 塑料模具也快速发展。2000 年, 中国( 未包括港澳台统计, 下同) 塑料模具产值约100 亿元,2006 年已发展到300 多亿元, 年平均增长率超过21%, 高于模具行业总体发展速度。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和世界先进水平相比, 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, 对塑料模具产业的影响总体上来说是带来了更多的机会。这主要是由于我国塑料模具以低中档产品为主, 产品价格优势明显, 有些甚至只有国外产品价格的1/51/3,加入WTO 后, 国外同类产品对国内冲击不大, 而我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, 同时还促进了外资来我国建厂, 带来了国外先进的模具技术和管理经验, 这对培养我国的专业模具人才起到了推动作用。现将2006 年我国塑料模具市场情况简介如下:2006 年, 我国塑料模具总产值约300 多亿元, 其中出口约7 亿美元, 约合58 亿元人民币。根据海关统计资料, 2006 年我国共进口塑料模具约10 亿美元, 约合83 亿元人民币。由此可以得出, 除自产自用外,市场销售方面, 2006 年我国塑料模具总需求约为313 亿元人民币, 国产模具总供给约为230 亿元人民币, 市场满足率为73.5%。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。由于我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, 致使模具外贸逆差一年比一年大。这一状况, 2006 年已有较大改善, 逆差略有减少。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。这与我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。现在模具与其他机电产品一样, 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。随着我国塑料工业的快速发展, 特别是工程塑料的高速发展, 可以预计, 我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, 近年内年增长率仍将保持20%左右的水平。近年来, 港资、台资、外资企业在我国发展迅速, 这些企业中大量的自产自用的塑料模具无确切的统计资料, 因此未能计入上述的数字之中。近年来, 我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2!m, 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已有较大幅度的提高, 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。经过近几年的发展, 塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势, 现综合如下:a 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。为满足用户的这一要求, 加工企业各方面的工作必须跟上。然而正因为有压力, 企业才会千方百计来提高自己的适应能力, 提高技术水平、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。b 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( 这需要在有较大把握和敢冒一定风险的情况下进行) , 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。事实证明, 这种做法不但使模具厂变被动为主动, 而且对开发业务和缩短模具生产周期也十分有利, 受到用户的欢迎。青岛海尔模具公司等企业的“你给我一个概念, 我还你一个产品”的一站式服务模式以及太仓求精模塑公司和浙江陶氏模具集团有限公司等主动开发的办法已被越来越多的企业所接受, 这也是今后的一种发展趋向。c 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而转变为主要依靠技术。在某种意义上说: “模具是一种工艺品”的概念已逐渐被“模具是一种高新技术工业产品”所替代, 模具“上下模单配成套”的概念正在被“只装不配”的概念所替代。模具正从长期以来主要依靠技艺而变为今后主要依靠技术。这不仅是一种生产手段的转变, 更重要的也是一种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。我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要的。当然, 目前及相当长一段时间内, 技艺型人才仍是十分重要的, 因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。d 模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。21 世纪,信息越来越多,信息技术越来越先进发达, 信息已与人们的生产和生活休戚相关。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 等技术及其他许多先进制造技术和虚拟网络技术等都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已被行业所共识。e 随着人类社会的不断进步,模具必然会向着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日子普遍好过, 任务忙不过来, 利润水平和职工收入都很好,日子红红火火。因此, 模具企业应把握这个趋向, 使自己生产的模具向高水平发展, 不断提高自己的综合素质和整体实力, 以及进军国际市场的竞争力。f.发达工业国家的模具正加速向我国转移, 其表现方式为: 一是迁厂, 二是投资, 三是采购。这一趋向并非近几年才有, 但在近几年更加明显。我国的模具企业应抓住机遇, 借用并学习国外先进的技术, 加快自己的发展步伐。我国塑料模具行业和国外先进水平相比, 主要存在7 个方面的问题:a. 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。b. 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。更主要的是我们的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。c. 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。d. 供需矛盾一时还难以解决。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、长寿命模具满足率还要低, 估计不足60%。同时, 工业发达国家的模具正在加速向我国转移, 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。e. 体制和人才问题的解决尚待时日。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。虽然各地都在努力解决这两个问题, 但要得到较好解决尚待时日。f. 近几年, 原材料、能源、人工等成本持续上升, 而模具价格却持续下降, 因此模具企业的总体利润率不断下滑。为了发展, 模具企业必须在改善管理、提高生产效率, 特别是在创新上下功夫才行。从以前的经验型和模仿型设计向自主创新设计方向发展, 以及积极采用高新技术已然成为一种趋势。2总体方案论证本课题的设计目的是对台灯罩的壳进行三维造型、塑料注射模具设计、模具型腔仿真加工及数控编程。有以下几点要求：a. 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； b. 制品材料：ABS；c. 制品表面粗糙度：不低于实物表面；d. 制品生产批量：5万；e. 制品其他要求：符合设计规范。在进行零件的三维造型之前，首先对塑件进行测绘，绘制塑件二维工程图，然后根据工程图进行塑件的三维造型，再进行型腔的设计主要是分型面的设计，接着就是把分型后的型腔装配组件调入EMX4.1进行整个模架的设计，最后进行仿真加工。首先是对塑件进行测绘。由于该台灯罩的表面是曲面，所以尺寸的测量是一个难点。采取取多个断面来测量制品曲面的曲率的。测绘好后使用Pro/E Wildfire4.0进行三维造型。主要采用拉伸、去除材料、抽壳、打孔等步骤进行三维造型。根据工厂现有设备的注射量、锁模力等方面进行考虑，还有塑件的精度等级确定采用一模两腔。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口衬套。浇口衬套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。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。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。模具设计完成后，进行型腔的加工工艺分析，在确定加工工艺步骤后，在Master CAM 9.1 中进行刀具路径设定完成仿真加工，而后输出数控程序。3具体设计说明3.1塑件三维造型3.1.1塑件的测绘塑件为塑料台灯罩，使用塑料尺对塑件进行测绘。最终设计制造的是这个台灯罩的模具，而现在所取的塑件是模具生产出来的大量塑件中的一个，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。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，对一些结构进行优化，然后绘出零件的测绘草图。对于台灯罩曲面尺寸的测量，由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法测量。量具：塑料尺（0110、0.1）。测绘时应该注意做到以下几点：a. 测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；b. 采用多次测量求平均值；c. 正确地读取数据。该塑件外形尺寸约为1404015 mm图3-1制品测绘图3.1.2塑件三维造型图3-2 制品图3.2模具设计计算3.2.1塑件材料性能分析塑件材料ABS，密度取1.01g/ cm3，ABS收缩率（0.30.8）%，取0.5% 。ABS塑料化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文全称:Acrylonitrile Butadiene Styrene。ABS塑料物理属性：ABS塑料比重：1.05克/立方厘米，成型收缩率：0.4-0.7%，取0.5%。ABS塑料塑件脱模斜度40-120,取1成型温度：200-240，干燥条件：80-90 2小时ABS塑料的特点： a. 综合性能较好，冲击强度较高，化学稳定性，电性能良好；b. 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； c. 有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别； d. 流动性比HIPS差一点，比PMMA、PC等好，柔韧性好。 ABS塑料的用途：适于制作一般机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电讯零件。ABS塑料的成型特性：a. 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度，3小时；b. 宜取高料温，高模温，但料温过高易分解(分解温度为270度)，对精度较高的塑件，模温宜取50-60度，对高光泽，耐热塑件，模温宜取60-80度；c. 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；d. 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。e. 用螺杆式注塑机成型时，料温为160220，注射压力为（7001000）105Pa。塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。由于该塑件要求其外表面光滑，因此取一般精度等级为6级。3.2.2型腔数的确定型腔的数目是由厂方给定的注塑机（型号XSZY125）来确定的，并且从塑件的尺寸精度考虑，由于该制品精度等级为6，从注塑经济效益出发，所以型腔数控制在四腔之内。热塑性塑料注射机型号：XSZY125，性能参数如下表： 表3-1注塑机参数型号XSZY125螺杆（柱塞）直径mm42注射容量/ cm3125注射压力/( 105Pa)120锁模力/(kN)900最大注射面积/cm2320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s16动、定模固定板尺寸mm315315以注塑机的注塑能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，型腔数目的确定按下式进行： （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；a根据塑件的形状在PRO/E里可以得出制品的体积和质量塑件体积v=1889cm ； 塑件质量m=v=18.89101190789 g 式中为塑料容重（ABS的容重 =1030-1070/）。b根据塑件的计算重量或体积，选择设备型号规格，确定型腔数c生产批量 试制或小批量生产宜取单腔，大批大量生产宜取多腔，该塑件为大批大量生产，故宜取多型腔。 当限定在某一设备上成形时，则可根据塑件的体积或重量来确定型腔数。因此该塑件注塑成形时，首先明确在125g注射机上成形，则利用式（3-1），计算型腔数。得： N=3.56为了保证注塑的平衡，则取一模两腔。综合考虑塑件的精度要求、经济性和生产量，型腔数确定为一模二腔。3.2.3 分型面的确定分型面是模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的选择在模具设计中占有相当重要地位。分型面选择得合理与否，直接影响到模具整体结构的复杂程度及塑件质量。分型面的确定要遵守以下原则：a分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。b分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。c塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。d塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。e头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。f一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。g有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。h一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端，以利于排气。分型面的确定是非常重要的，在简单模具中有的分型面不时水平就时垂直的，这样的分型面壁较好处理，由于制品结构的限制，在许多模具中，其分型面不是处于同一平面。对于这样的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将分型面设计在成型模的内部，并采用一定的锥角定位，这样就解决了分型和定位问题。在激光标线仪前盖模具设计中涉及到此问题，这样对确定分型面带来了很大麻烦。根据制品的结构分析，由于要侧抽芯首先考虑将分型面留在动模，考虑到该制品的外观要求较高，为了不留下分型痕迹，所以分型面选择在塑件曲面的底面。3.3 浇注系统设计3.3.1 浇口位置选择浇口是流道和型腔之间的连接部分，也是注射模进料系统的最后部分。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。浇口的截面要小，长度要短，因为只有这样才能满足增大流料速度、快速冷却封闭、便于与塑件分离以及浇口残痕最小等要求。浇口设计要点可归纳如下：a.浇口应开设在塑件断面较厚的部位，使熔融料从厚断面流入薄断面，保证充模完全。b.浇口位置的选择应使塑料充模流程最短，以减少压力损失。c.浇口位置的选择应有利于排除型腔中的空气。d.浇口不宜使熔融料直冲入型腔，否则会产生旋流，在塑件上留下螺旋形痕迹，特别是窄浇口更容易出现这种缺陷。e.浇口位置的选择应防止在塑件表面上产生拼缝线，特别是在圆形或圆筒形塑件中，应在浇口对面的熔料结合处加开冷料井。f. 带有细长成型芯的注射模的浇口位置，应当离成型芯较远，不使成型芯受料流冲击变形。g.大型或扁平薄壁塑件成型时，为了防止翘曲、变形和缺料，可采用复式浇口。h.浇口应尽量开设在不影响塑件外观的部位，如边缘或底部。i.浇口的尺寸取决于塑件的尺寸、形状和塑料的性能。根据一般经验，浇口厚度a为浇口连接处的塑件壁厚S的1/32/3；浇口宽度b为浇口厚度的510倍，大型塑件可超过10倍；浇口长度c通常为0.72毫米；浇口与塑件连接的部位应成R0.5的圆角或0.5X45的倒角；浇口和流道连接的部位一般斜度为3045，并以圆弧和流道底面相接。 j.设计多型腔注射模应结合流道平衡考虑浇口平衡，尽量做到熔融料同时均匀充满型腔。对于同品种塑件的多型腔注射模来说，可按浇口对注口的距离，逐渐加大浇口的截面，以减小较远浇口的阻力。通常采取保持各浇口大小相等、改变其长度，或保持浇口宽度与长度一定、改变其深度这两种方法，来使浇口平衡。后一种方法更便利，可以在试模或生产中进行。 由于塑件外观要求较高，所以浇口流道设置在分型面上，将浇口设在塑件曲面的下表面不影响外观的隐蔽部位。分析台灯罩制品实物再结合以上的原则，潜伏式浇口比较符合要求。浇口和流道成一定角度，潜入分型面下面，斜向进入型腔，形成能切断浇口尾料的刀口。开模时，流道凝料有推出机构推出，并与塑件自动切断，省掉了切除浇口的工序。3.3.2主流道设计主流道是注塑机喷嘴与模具接触的部位开始到分流道为止的一段通道。主流道垂直于分型面，一般设计成圆锥形，以便于使凝料顺利地从主流道拔出。根据文献中的表5-13所示，主流道的结构形式及尺寸见表3-2和图3-3。表3-2 主流道的设计尺寸 名称 符号 尺寸计算方法主流道小端直径 D 主流道锥角 取球面配合高度 H一般，取主流道球面半径 R主流道长度 L L取70主流道与分流道过渡圆角 R 主流道大端直径 D图3-3浇口参数3.3.3分流道设计分流道是指主流道与浇口(进料口)之间的一段通道。其作用是通过流道截面及方向变化，使熔料能平稳地转换流向注入型腔。分流道的截面宜采用梯形及圆形截面，设计时，分流道应平衡布置，特别是对于多型腔模具，应尽量使其布置均衡，使熔料几乎能同时到达每个型腔的进料口。本模具设计中所有型腔体积相同，所以分流道设计采用等截面和等距离。同时，还要用改变流道长度的办法来调节阻力大小，以保证各个型腔同时填充。确定分流道的尺寸应考虑以下因素： a. 塑件的形状和壁厚 要能充分填满模腔，充分传递注射压力，保证补缩； b. 浇口和型腔的距离 为了克服流动阻力，应按分流道的长短决定分流道的粗细； c. 对浇道硬化的考虑 浇道过粗则固化时间过长，影响成型周期； d. 成型材料的种类 按流动性大小决定浇道的断面； e. 加工浇道的工具 应尽可能采用标准刀具的轮廓和尺寸。本设计中，分流道的排列方式是Z形排列，以保证所有型腔同时充满，其选择圆形截面积，根据文献中表4-15，其直径d=5mm。其的结构形式见图3-3。3.3.4浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均匀的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。图3-4 分流道布置图3.4冷却系统的设计注射成型工艺过程中，模具温度直接影响塑料的充模和塑件的定型，也直接影响注射周期的塑件质量，因此，必须进行模具的有效冷却，使其温度保持在一定的范围内。模具的有效冷却，就是将热熔融状态的塑料传给模具的热量，尽可能迅速的全部导出，以便塑件冷却定型。3.4.1冷却水道设计的要点a冷却水孔的数量越多，对塑件冷却也就越均匀。b冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔的形状一致。c塑件局部壁厚处，应加设冷却装置。当设计冷却孔直径为D时，它的孔距最好为5D，孔与型腔的距离为3D。d当大型塑件或薄壁零件成型时，料流较长，而料温越流越低，可以适当地改变冷却水道的排列密度。e冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低强度。f冷却水道不应穿过接缝部分，以防漏水。g冷却水道内不应有存水或产生回流的部分。h浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴，是模具上最热的部分，应加强冷却，有时应考虑进料嘴单独冷却。i进出水水嘴接头，应设在不影响操作的方向，尽可能设在模具的同一侧，通常在注塑机操作的对面。j如果型芯太长，冷却水道无法开设，则可以选用热导系数较大的材料，在型芯下部采用喷水法进行冷却。3.4.2冷却时间的计算冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量Q，可以用参考文献中的公式计算： Q=W1 a （3-3）式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量g a克塑料的热容量(J/g) 经计算：Q=6182651116130552574J则带走上述热量，所需的冷却水量按下式计算： （3-4）式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度 T4入水温度 K热传导系数；经计算 W378997 g/h由下式可以计算出冷却水道的直径： （3-5）式中 冷却液容重kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷却水道长度cm L=174cm d冷却水道直径cm 经计算d9128 cm，取10mm3.4.3冷却系统的计算冷却水道的位置取决于制品的形状和定、动模板的厚度，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。不少小型模具的型腔时直接在模板上加工而成的（也可以采用拼镶结构，但是由于模具尺寸较小，所以型腔与型芯的镶件尺寸更小），对于这类模具，可以直接在模板上设置冷却水道。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。如果模具中的冷却水道太长，在成型过程中，会使得水温变化增大。针对这个问题，为了保证其冷却效果可采用两个独立回路。 图3-5冷却水道的分布3.5侧向抽芯机构设计侧向抽芯用于有侧孔的塑件，根据侧孔的数量和方位设置一个至多个侧抽芯，用侧向抽芯机构抽出侧型芯。侧向分型与抽芯方式一般分为：手动、机动、液压或气动分型抽芯。本模具设计中选用机械侧向分型抽芯机构中的斜导柱分型抽芯机构，借据机床的开模力，通过斜导柱和滑块机构来改变运动的方向完成侧向分型抽芯动作，合模时利用合模力使其复位。为顺利地脱出塑件、滑块式侧型芯从成型位置外移到不妨碍制件平行推出的位置，此移动距离称为抽拔距。在设计模具时还应加上25mm的安全距离作为实际抽拔距。实际抽拔距S=S+（25）mm=4mm。抽芯机构有五大零部件组成：A. 斜导柱 斜导柱与定模板间用过渡配合，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，滑块的最终位置精度由锲紧块保证。根据文献4其材料一般取T8A，淬火处理HRC5055，驱动部分直径为15mm，长度为20mm，斜角为20。a）斜导柱的结构设计：材料：T8渗碳淬火硬度HRC55表面粗糙度：Ra08m斜导柱斜角的确定：通常：=1520，最大不超过25F=F/cos F=Ftan L=S抽/sin H=S/tanb）斜导柱直径的确定： 图3-6 斜导柱斜导柱直径d取决于它所受的最大弯曲力F （3-6） mm取公称直径d=15 查公差得m6，则偏差是，D=20 H=12。c）斜导柱长度的确定：图3-7 计算斜导柱长度图 (3-7) =855mmB滑块 本副模具中的滑块为整体式，其上下面和侧面为滑动面，应有足够的硬度和较低的粗糙度，需淬火处理HRC5055。设计要点是活动成型芯应牢固装配在滑块上，防止其在抽芯时松脱，还必须注意成型芯与滑块连接部位的强度。C导滑槽 对与导滑槽与滑块的配合要求是运动平稳，不宜过分松动，亦不宜过紧。本模具中到滑槽设计在动模板上。D滑块定位装置 分芯抽型结束后，当滑块与斜导柱相互离开时，滑块必须停留在刚分离的位置上，以便合模时斜导柱能顺利进入滑块斜孔，本模具中滑块定位装置为带有压缩弹簧，弹簧的弹力应为滑块重量的152倍。设计要点是滑块限位装置要灵活可靠，保证开模后滑块停止在一定位置上而不任意滑动。常见滑块定位装置如图2-9所示。本副模具选用的是图b这种形式。E锲紧块 当塑料溶体注如型腔后，它以很高的压力作用于滑块的抽芯部分，迫使滑块外移。锲紧块应有足够的表面硬度（HRC5055），以免划伤和变形。其斜角应大于斜导柱的斜角，这样开模时锲紧块的斜面很快离开滑块，不会发生干涉现象。设计要点是楔紧块要承受注射时的侧向压力，应选用可靠的连接方式和模板相连接；压紧块的楔角应大干斜导柱倾斜角，通常大23，否则斜导柱无法带动滑块。图3-8 常见滑块定位装置3.6模架的选择模板是模具中最重要的组成部分，模板设计的优劣直接影响到模具的设计成败。其中模板的厚度设计是首要考虑的因素，它不仅与成型制品的质量有关，还与设计的成本相关，更体现了设计者的设计水平，是模具设计中最重要的设计部分。本次模具设计充分考虑个模板的作用以及相互的位置关系，并结合相关手册的规范，模架各部分结构尺寸及材料如表3-3所示。图3-9 模板厚度1定模座板 2定模板 3动模板4动模支撑板5支架 6推杆固定板 7推板 8动模座板 表3-3模架结构件号名称数量尺寸(mm)材料1定模座板135535525452定模板131531540453动模板131531540454动模支撑板131531532Q235A5垫块231510056Q235A6推杆固定板131519920457推板131519925458动模座板135535525453.7总装配图及三维造型3.7.1总装配图装配图是模具装配的主要依据，其要求为：a尽可能按1:1比例绘制，并应符合机械制图国家标准。b绘制时先由型腔开始绘制，主视图与其它视图同时画出。为了更好地表达模具中成型塑件的形状、浇口位置等，在模具总装图的俯视图上，可将上模（或定模）拿掉，而只画出下模（或动模）部分的俯视图。c模具总装图应包括全部组成零件，要求投影正确，轮廓清晰。d按顺序将全部零件的序号编出，并填写零件明细表，标注技术要求和使用说明，标注模具的必要尺寸。3.7.2模具的三维造型根据前述各系统设计，构建模具总体装配结构。该结构采用315315的标准模架、潜伏式浇口、围绕型腔的冷却水道方式、滑块的斜导柱抽芯机构。本副模具主要由三类零件组成，分别属于板类、杆类和导向。模具的三维造型主要由零件装配生成，其中主要应用匹配、对齐、矩阵等定位关系来约束零件之间的关系。模具的三维造型如图3-9所示：3.8注塑机的校核3.8.1额定锁模力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4050MPa。 图3-10模具装配图图3-11 模具爆炸图锁模力和成型面积的关系根据参考文献中的计算公式确定： （3-8）式中 锁模力，kN； 型腔压力，MPa ；A 浇道、进料口和塑件的投影面积，mm2；计算：A/1000=5061826251000=30913KN =900KN所以：A/1000 公式成立。3.8.2 模具高度与注塑机闭合高度的校核 HminHHmax （3-9）H为模具高度，模具最大厚度Hmax300 mm，模具最小厚度Hmin 200 mmH=25+63+40+32+100+25=285 mm所以模具高度符合注塑机闭合高度。3.8.3注塑机开模行程的校核注射机的开模行程应大于模具开模时取出塑件的（包括浇注系统）所需的开模距。即满足下式：SKH1+H2+(510) （3-10）式中 SK注塑机行程；H1脱模距离 ；H2塑件高度+浇注系统高度。则 H1+H2+(510)=25+120+10=155mm300mm，能满足要求。3.9 模具的型腔工艺分析及仿真加工3.9.1 型腔的加工工艺分析A定模板的工艺性审查a定模型腔的结构特点定模型腔（零件图见附图），该零件是注塑模的型腔部分，以制品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经冷却后形成所需激光标线仪前盖。零件的主要工作平面有配合面、分模面、不规则平面型腔等。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：热处理：50-55HRC；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=08m，侧面的表面粗糙度Ra=32m, 内轮廓表面的粗糙度为Ra=04m。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性能和力学性能。B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32032068（mm）。C基准选择加工中的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，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。D机床的选择根据本设计的生产纲领，本模具的加工机床选择通用机床。本模具中加工平面选用通用铣床，加工孔时选用通用钻床。由于定模具型腔比较复杂，用普通机床难以加工，所以本设计中还选用数控铣床。E刀具的选择本设计中，加工平面时选用端铣刀和砂轮；加工直孔时选用麻花钻，扩孔刀和铰刀；加工与斜导柱配合的斜孔时，因此孔中有沉孔，为了保证其同轴度，所以选用组合刀具（钻刀与锪刀的组合）；加工分流倒槽时，由于其截面为半圆状，所以选用球形铣刀；加工型腔时选用立式铣刀。F夹具的选择考虑其经济性，本设计中除加工斜孔时选用专用夹具外，其他的都选通用夹具。G切削用量的选择本设计中的所有切削用量都参考文献。步骤一般为：加工定位基准面，再加工其它表面；先加工主要表面，后加工次要表面；先安排粗加工工序，后安排精加工工序；先加工平面，后加工孔；热处理工序及表面处理工序的安排；为改善工件材料切削性能安排的热处理工序，例如，退火、正火、调质等，应在切削加工之前进行。为消除工件内应力安排的热处理工序，例如：人工时效、退火等，最好安排在粗加工阶段之后进行。为了减少运输工作量，对于加工精度要求不高的工件也可安排在粗加工之前进行。3.10 型腔仿真加工Master cam 91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 91的CAM部分选择加工方式、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。材料设置：在生成刀具路径时，只有选用当前材料列表中的材料来生成刀具路径。在主菜单中依次选择NC utilsDefmatls选项，弹出Material List对话框，在对话框中列出了当前材料列表中的材料名称。在Material List 对话框中单击鼠标右键，弹出快捷菜单，单击Create new该选项是用来创建新的材料，弹出Material Definition对话，在Material输入框：输入新的材料名字（45钢）；在Base cutting speed 输入框：设置材料的基本切削线速度（100m/min）；在Base feed per tooth/revolution 输入框：设置材料的基本进刀量（500mm）。工件设置：工件的设置包括设置工件的大小、原点、材料等，在主菜单中选择ToolpathsJob setup选项后，弹出Job setup 对话框。工序步骤： a 使用直径5mm的球鼻铣刀铣削出外轮廓，转速1600，粗铣削进量05mm，加工余量03mm；b使用直径4mm的指状铣刀进行精加工，转速1600，精铣削进给量005mm，加工余量03mm；型腔仿真加工如下图型腔仿真加工的部分程序如下：%O0000(PROGRAM NAME - XINGXIN)(DATE=DD-MM-YY - 12-06-08 TIME=HH:MM - 21:49)N100G21N102G0G17G40G49G80G90( 5. BALL ENDMILL TOOL - 1 DIA. OFF. - 1 LEN. - 1 DIA. - 5.)N104T1M6N106G0G90G54X-30.849Y-80.49A0.S2000M3N108G43H1Z50.N110Z48.8N112G1Z43.8F1.8N114X-30.98Y-80.F122.2N116Y-79.N118X-30.849Y-78.51N120X-30.49Y-78.151N122X-29.982Y-78.018N124Y-61.982N126X-30.49Y-61.849N128X-30.849Y-61.49N130X-30.98Y-61.N132Y-60.N134X-30.849Y-59.51N136X-30.49Y-59.151N138X-30.Y-59.02N140X40.N142X41.23Y-59.091N144X41.351Y-59.106N146X41.833Y-59.195N148X42.046Y-59.215N150X42.237Y-59.253N152X42.376Y-59.295N154X42.64Y-59.344N156X42.771Y-59.378N158X44.112Y-59.824N160X44.276Y-59.894N162X45.732Y-60.638N164X45.872Y-60.727N166X46.159Y-60.942N168X46.355Y-61.052N170X46.549Y-61.194N172X46.771Y-61.403N174X47.29Y-61.795N176X47.425Y-61.917N178X48.107Y-62.664N180X48.406Y-62.946N182X48.549Y-63.115N184X48.631Y-63