隔板注塑模及其关键零件数控加工工艺与数控编程

第一章 前 言模具是现代化工业生产的重要工艺装备，被称为“工业之母”。其广泛应用于汽车、拖拉机、飞机、家用电器、工程机械、动力机械、冶金、机床、兵器、仪器仪表、轻工、日用五金等制造业中,起着极为重要的作用;模具是实现上述行业的钣金件、锻件、粉末冶金件、铸件、压铸件、注塑件、橡胶件、玻璃件、陶瓷件等生产的重要工艺装备。采用模具生产毛坯或成品零件，是材料成形的重要方式之一，与且学加工相比，具有材料利用率高、能耗低、产品性能好、生产率高和成本低等显著特点。塑料模具是整个模具工业中的一枝独秀，发展极为迅速，应用范围极其广泛。其中塑料注射成型所用的模具称为注射成型模具，简称注射模。塑料的注射成型过程，是借助于注射机内的螺杆或柱塞的推力，将已经塑化的塑料熔体以一定的压力和速率注射到闭合的模具型腔内，经冷却、固化、定型后开模而获得制品。当塑料原材料，注射机和注射成型工艺参数确定后，制品的质量和注射成型的生产率就基本上取决于注射模的结构类型和工作特性。本次毕业设计的题目为排骨架的注塑模具设计, 设计目的在于检验理论知识掌握情况，将理论与实践结合； 培养自己的动手能力、创新能力；系统实践 Pro/E,AutoCAD 的应用，提高这两种软件的操作和应用其解决实际问题的能力；进一步掌握进行模具设计的方法和过程，为将来走向工作岗位进行科技开发工作和撰写科研论文打下基础。主要内容包括: 制品材料的选择及材料性能的分析、注射机的选用、模具结构选择、浇注系统的设计、成型零件的设计、合模导向机构的设计、冷却系统的设计、抽芯机构的设计、推出机构的设计以及部分零件的制造工艺分析和数控加工等。通过此次设计,加深了模具的设计中从选材到设计到成型的了解,并系统掌握模具设计和制造的各个细节；锻炼了自己的独立思考能力和创造能力，为更好更快的适应工作做了必要的准备。由于是初次对整个模具进行设计，故在设计过程中，本人遇到了不少的困难，但通过老师的指导、同学的帮助和查阅相关资料，尤其是指导老师的耐心修改，基本上都克服那些困难了。相信本设计能符合设计要求，顺利完成毕业设计任务。由于水平有限，经验不足,不妥之处在所难免，恳请老师们不吝指正。第二章 隔板设计要求及成型工艺分析2.1 产品基本要求几何尺寸：90.7x15.1x17.52 如图 2.1 所示精度要求:一般（3 级） 。外观要求:外表乳白色且光泽性好，无成型缺陷。其他要求：具有一定的机械强度，散热性良好。图 2.1 塑件的三视图2.2 塑件材料选择材料 ABS，其综合性能优异，具有较高的力学性能，流动性能好，易于成型；成型收缩率，理论计算收缩率为 0.55%；溢料值为 0.04mm 左右；比热容较低，在模具中凝固较快，模具周期短。制件尺寸稳定，表面光亮，综合以上选择 ABS 为该塑件的材料2.3 成型方法及其工艺的选择根据塑件所选用的材料为 ABS，根据塑件的外形特征和使用要求，选择最佳的成型方法就是注射成型。2.3.1 成型工艺分析（1）外观要求 此塑件为薄壁骨架类塑件，外形为矩形，较规则。要求塑件表面平整光滑，无翘曲、褶皱、裂纹等缺陷，防止产生熔接焊。（2）精度等级 此塑件对精度要求不高，采用一般精度 3 级。（3）脱模斜度 该塑件平均壁厚约为 1.43mm，其脱模斜度根据参考文献1表21 选择脱模斜度 35130。ABS 的流动性为中等，为使注射充型流畅取其脱模斜度为 1。2.3.2 注射成型工艺过程及工艺参数混料干燥螺杆塑化充模保压冷却脱模塑件后处理（1）ABS 塑料的干燥 ABS 塑料的吸湿性和对水分的敏感性较大，在加工前应进行充分的干燥和预热，不但能消除水汽造成的制作表面烟花状带、银丝、而且还有助于塑料的塑化，减少制件表面色斑和云纹。ABS 原料需要控制水分在 0.3%以下。注射前的干燥条件是：干冬季节在 7580以下，干燥 2h3h，夏季雨季在 8090以下，干燥 4h8h，干燥达 8h16h 可避免因微量水汽的存在导致制品表面雾斑。表 2.1 ABS 综合性能性能名称 数 值 性能名称 数 值密度/(g/cm)收缩率/%比体积/cm/g 吸水率% （24h） 熔点C比热容/J(kgC) 1 1.021.08 0.20.40.860.98 0.20.4 130160 1470 拉伸弹性模量/MPa 拉伸强度 /MPa 抗弯强度/MPa抗压强度 /MPa弯曲弹性模量/MPa屈服强度 /MPa 1.4x1033880531.4x10350（2）注射成型时各段温度 ABS 塑料非牛顿性强，在融化过程中温度升高时，其黏度降低较大，但一旦达到成型温度（适宜加工的范围） ，如果继续盲目升温，就将导致耐热性不太高的 ABS 的热性解反而熔融黏度增加，注射困难，塑件的机械性能也下降。料筒前段温/ C：200 220料筒中段温/ C：180200料筒后段温/ C：160180（3）注射压力 ABS 熔融的黏度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射时要采用较高的注射压力。但并非所有的 ABS 制件都要施用高压考虑到本塑件不大，结构不算复杂，厚度适中，可以用较低的注射压力。注射过程中，浇口封闭瞬间型腔内的压力大小决定了塑件的表面质量及银丝状缺陷的程度。压力过小，塑件收缩率大，制件表面容易雾化。压力过大，塑料与瓣合模的摩擦作用强烈，容易造成黏膜。对于螺杆式注射剂一般取 150165MPa。（4）模具温度 ABS 比聚苯乙烯加工困难，易取高料温模温，料温过高易分解，一般取 5080/C。第三章 选择注射机及相关参数的校核3.1 概述 在对排骨架进行材料选定、零件工艺性分析、成型工艺过程的分析和工艺参数大致选定的基础上，根据塑件批量大小和精度要求就可以确定型腔数量和排列方式，分型面的选择。根据模具所需注射量就可以确定注射机的型号及安装尺寸的确定。3.2 型腔数量及排列方式选择此排骨架属于小型塑件，形状比较规则，精度要求一般，且为批量生产，但塑件需要抽芯。如采用一模一腔可简化模具的结构，提高制件的精度。但考虑到经济效益和生产效率，并结合模具的结构，防止模具结构过于复杂，初定为一模两腔，如图 3.1所示：图 3.1 型腔数量的排列布置3.2.1 注射机的选择（1）塑件质量、体积计算 通过 Pro/E 建模分析，如图所示 3.2 所示，塑件体积=5.62cm3，塑件质量 =5.9g（取 ABS 密度为 1.05g/cm3） ，流道凝料的质量 还塑V塑m 流m是一个未知数，但是可以根据经验按照塑件体积的 0.21 倍来计算。由于本设计采用的流 道简单并且较短。因此，按塑件质量的 0.2 倍来计算。从以上分析中确定为一模两腔，所以注射量为：=1.2 =1.2 2 5.9=14.16g总mn塑 = =13.486cm3总V总 = /0.8=16.858cm3公V总图 3.2 塑件质量属性(2)塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料在分型面上的投影面积 ，在模具设计前是个未知值，根据多型腔模的流A统计分析 是每个塑件在分型面上的投影面积 的 0.20.5 倍，因此可用流A塑0.35 ，进行估算：n塑此文档为不完全文件，请做参考表 3.1 注射机主要技术参数理论注射量 / 200螺杆（柱塞）直径/ 40注射压力/MPa 165注射速率/(g/s) 120塑化能力/(g/s) 55螺杆转速/(r/min) 0220锁模力/kN 1200拉杆内间距/ 355385移模行程/ 350最小模具厚度/ 230喷嘴口直径/ 3定位孔直径/ 125喷嘴球半径/ SR153.2.2 型腔数量的校核（1）由注设计料筒化速率校核模具的型腔数 n = =55.96n塑 流m360KMt.95.95x20-368.x55.962 故型腔数校核合格。式中 注射机最大注射量的利用系数，无定形塑料一般取 0.8；注射机的额定塑化量，该注射机为 3500g/h；成型周期，由参考文献2表 132 取 50s；t单个塑件的质量或体积， =5.9g；塑m塑m浇注系统所需塑料质量或体积；浇（2）按注射机的最大注射量校核型腔数量 = 6.63n塑 浇mkN.95x40-68215mm凹模单边厚度选为 15mm。由于壁厚不能满足 26.12mm 要求，所以所以凹模采用预应力的形式压入模板中，由模板和型腔共同来承受型腔压力。(2)底部的厚度：S=0.54 OL31BEPho=0.54x90.7 3135.5097.12. =47.85mm（3）动模垫板：T=0.54L31pELPA=0.54 90.7 0.285=13.96mm,可按标准取 30mm。（3）按强度校核： 2lLHphSb=10.12+211.01=221.13MP355mmx205mmx45mm粗 铣 配 料 至 352mmx202mmx41mm,留 加 工2 铣 削余 量 1mm2mm。 保 证 基 准 面 相 互 垂 直 （ 以相 邻 两 侧 面 及 底 面 作 为 基 准 面 ） 在 模 仁 中 心线 上 钻 6mm 线 切 割 穿 丝 孔 ， 用 10 立 铣刀 铣 削 沉 孔 的 周 边 槽 ， 尺 寸 为74.3mmx10mmx3mm（ 减 少 线 切 割 的 工 作量 ） ， 铣 刀 铣 削 斜 导 柱 沉 孔 的 周 边 槽 ， 此 处为 18， 倾 斜 度 15， 最 深 为 12.4。 铣 刀 铣削 与 瓣 合 模 配 合 的 部 分数 控 铣 床3 热 处 理 退 火 （ 消 除 切 削 应 力 ） 热 处 理 炉4 磨 削 磨 上 下 平 面 至 40.2mm 平 面 磨 床5 线 切 割用 慢 走 丝 线 切 割 加 工 型 芯 孔 ， 主 流 道 衬 套 孔 ，斜 导 柱 孔 ， 导 套 孔 表 面 粗 糙 度 达 到 0.8um 线 切 割6 打 火 花 用 电 极 对 台 阶 清 角 电 脉 冲 机 床7 钻 孔 按 图 中 尺 寸 钻 2x5 水 孔 ， 深 350mm， 扩 孔及 攻 2cRc1/4 丝 孔 ， 紧 固 螺 钉 孔 6Xm12钻 床 丝 锥8 钳 工 周 边 各 棱 角 倒 棱 去 毛 刺 钳 工 台9 热 处 理 渗 氮 处 理 ， 硬 度 达 到 5862HRC 渗 氮 炉10 磨 削 磨 削 上 下 两 平 面 ， 上 平 面 以 磨 平 为 准 ， 翻 面磨 至 尺 寸平 面 磨 床11 抛 光 钳 工 对 型 芯 孔 对 脱 模 方 向 进 行 抛 光 钳 工 台12型 芯 与 孔 检测在 总 装 之 前 应 对 型 芯 和 孔 进 行 检 验 ， 用 红 丹油 进 行 着 色 检 验 接 触 情 况 ， 应 接 触 均 匀 ， 否则 应 进 行 研 合 整 修工 作 台13 检 验 最 后 检 验 各 项 尺 寸 精 度 和 形 状 位 置 精 度 是 否达 到 图 纸 要 求工 作 台10.2 瓣合模的制造瓣合模的尺寸如图 10.2 所示，制造工艺过程见表 10.2。图 10.2 瓣合模的零件图 表 10.2 瓣合模制造加工过程序 号 工 序 名 称 加 工 工 艺 过 程 及 要 求 设 备1 备 料 P20 锻 钢 件 248mmx105mmx45mm2 铣 削粗 铣 配 料 至 246mmx102mmx41mm,留加 工 余 量 1mm2mm。 保 证 基 准 面 相互 垂 直 （ 以 相 邻 两 侧 面 及 底 面 作 为 基准 面 ） 在 模 仁 中 心 线 上 钻 6mm 线 切割 穿 丝 孔 ， 用 铣 刀 铣 削 导 滑 槽 ， 。 铣刀 铣 削 与 定 模 板 相 配 合 的 部 分数 控 铣 床3 热 处 理 退 火 （ 消 除 切 削 应 力 ） 热 处 理 炉4 磨 削 磨 上 下 平 面 至 40.2mm 平 面 磨 床5 线 切 割 用 慢 走 丝 线 切 割 加 工 主 流 道 孔 ， 表 面粗 糙 度 到 达 0.16um线 切 割6 钻 孔 按 图 中 尺 寸 钻 2x5 水 孔 ， 深224mm， 4x5 水 孔 ， 深 89mm,扩 孔 及 攻2cRc1/4 丝 孔电 脉 冲 机 床7 打 火 花 用 特 制 的 矩 形 紫 铜 电 极 半 精 加 工 瓣 合 模 ，用 电 极 对 台 阶 清 角钻 床 丝 锥8 钳 工 周 边 各 棱 角 倒 棱 去 毛 刺 ， 并 对 瓣 合 模 与 动定 模 相 配 合 部 分 进 行 抛 光 至 Rc0.8um钳 工 台9 热 处 理 渗 氮 处 理 ， 硬 度 达 到 5862HRC 渗 氮 炉10 磨 削 磨 削 上 下 两 平 面 ， 上 平 面 以 磨 平 为 准 ，翻 面 磨 至 尺 寸平 面 磨 床11 抛 光 钳 工 对 瓣 合 模 脱 模 方 向 进 行 抛 光 钳 工 台12型 芯 与 孔检 测在 总 装 之 前 应 对 瓣 合 模 与 动 定 模 检 验 ，用 红 丹 油 进 行 着 色 检 验 接 触 情 况 ， 应接 触 均 匀 ， 否 则 应 进 行 研 合 整 修工 作 台13 检 验 最 后 检 验 各 项 尺 寸 精 度 和 形 状 位 置 精度 是 否 达 到 图 纸 要 求工 作 台10.3 动模型芯孔的数控程序设计动模型芯孔形状比较规范，深度较深，半径较小，用数控铣加工不方便，而且型芯又是通孔的形式，所以用线切割来加工。选用慢走丝（WDEMLS）进行线切割加工。采用直径为 0.14mm 的钼丝，设单边放电间隙为 =0.01mm,切割圆孔：（1）设定坐标系 xoy（2）补偿量 m08.)1.07(21df（3）计算坐标系中各点的坐标。钼丝中心轨迹与孔尺寸相差 距离。只需计算轨迹f的个点坐标即可，由于图形关于 x、y 轴对称，因而只需要计算部分点的坐标，其余各点的坐标则可利用对称性得到。 此文档为不完全文件，请做参考= =104.5mm 7oym65.104.21f7ox根据关于 y 轴对称得到 =104.5mm =1.65mm 2o12oy根据关于 x 轴对称得到 =104.5mm =1.65mm axa=1.65mm 5.104oboby加工 的起点坐标m8.15O= =102.6mm8oym2.60.268ox根据关于 x 轴对称 =6.42mm =102.6mm9oy根据关此文档为不完全文件，请做参考（5）计数方向与长度：取 Gx，J=386001O ：取 Gx，J=39390 ：取 Gy，J=4 =31201R：取 Gx，J=195002O：取 Gx，J=780 ：取 Gy，J=4 =31202R：取 Gx，J=186103O ：取 Gx，J=780 ：取 Gy，J=4 =31203OR7此文档为不完全文件，请做参考：取 Gx，J=26210 126O：取 Gy，J=1650（圆弧）：取 Gy，J=330012b：取 Gy，J=3300O：取 Gy，J=290102 ：取 Gx，J=288：取 Gy，J=121210O：取 Gy，J=72 ：取 Gx，J=12121（6）编程程序单如表 10.3 所示表 10.3 线切割路线表序号 N B X B Y B J G Z 备注1 B B 038600 Gx L1 空走丝架2 D 拆卸电极丝3 重新穿丝4 B 000780 B B 003120 Gy NR15 D 拆卸电极丝6 B B B 019500 Gx L1 空走丝架7 重新穿丝8 B 00780 B B 003120 Gy NR1 空走丝架9 D 拆卸电极丝10 B B B 018610 Gx L1 空走丝架11 重新穿丝12 B 00780 B B 003120 Gy NR113 D 拆卸电极丝14 B B B 026210 Gx L1 空走丝架15 B B 000165 B 001650 Gy L2 空走丝架16 重新穿丝17 B B B 003300 Gy NR118 B B B 003300 Gy L219 D 拆卸电极丝20 B 190000 B 004050 B 000290 Gx L1 空走丝架21 B B B 000072 Gy L222 B B B 003300 Gx NR123 D 拆卸电极丝24 B B B 001212 Gy L4 空走丝架25 B B B 000072 Gy L4 空走丝架26 重新穿丝27 B B B 001212 Gx NR128 D 拆卸电极丝29 B B B 048860 Gx L3 空走丝架30 B B B 039390 Gx L3 空走丝架31 重新穿丝32 B 780 B B 003120 Gy NR133 D 拆卸电极丝34 B B B 019500 Gx L3 空走丝架35 重新穿丝36 B 780 B B 000780 Gy NR137 D 拆卸电极丝38 B B B 018610 Gx L3 空走丝架39 B B B 000780 Gx L3 空走丝架40 重新穿丝41 B 780 B B 003120 Gy NR142 D 拆卸电极丝43 B B B 026210 Gx L3 空走丝架44 B B 165 B 001650 Gy L2 空走丝架45 重新穿丝46 B B B 003300 Gy NR147 B B B 003300 Gy L2 空走丝架48 D 拆卸电极丝49 B B B 000290 Gy L4 空走丝架50 B B B 000072 Gy L4 空走丝架51 重新穿丝52 B 780 B B 000288 Gx NR153 D 拆卸电极丝54 B B B 001212 Gy L4 空走丝架55 B B B 000072 Gy L4 空走丝架56 重新穿丝57 B 780 B B 00121 Gx NR158 D 加工结束第十一章 模具材料的选择零件名称 材料牌号 热处理 硬度推板、推杆固定板、支撑板 45 淬火 2832HRC动模板、定模板、定模座板、动模座板45 调质 230270HB垫块 Q235A推杆 T8A 淬火 5458HRC复位杆 T8A 淬火 4348HRC推杆固定板 45主流道衬套 T8A 淬火 5055HRC定位圈 45斜导柱、瓣合模T8A 淬火 5458HRC推板导柱 T8A 淬火 5055HRC小型芯 P20 渗氮 5862HRC压板 45 调质 2832HRC滑块衬板 45 调质 230270HB第十二章 模具工作过程模具装配试模完毕之后(见总装图)，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下：（1）对塑料 ABS 进行烘干，并装入料斗；（2）此文档为不完全文件，请做参考时斜导柱能准确驱动瓣合模复位。最后将塑件取出：（7）塑件的后处理：对塑件用红外线灯、鼓风烘箱进行烘干。第十三章 结论在此本设计收笔之际，我要感谢那些帮助我的老师及同学。同时，特别感谢导师李鹏南老师，在期间，从设计选题及设计，审核图纸等环节，自始至终都倾注了老师们的心血;老师深邃的学科洞察力、渊博的学识、平易近人的作风、严谨求实的态度、创造性的学术意识、崇高的道德修养、兢兢业业的敬业作风、一丝不苟的科学精神和对学生启发式和全面型的培养方式，都给我留下了终生难忘的印象，在潜移默化中培养了我不断奋发向上、刻苦钻研的精神和真诚待人接物的优良品质，并将最终使我受益终生。我将时刻铭记老师的谆谆教诲来鞭策激励自己，在今后的学习和工作中开拓创新、努力进取，以优异的成绩来回报老师的培养教导之恩。再一次感谢学院的领导，老师以及与我一起讨论的各位同学对我的关心和帮助，我才能够完成我的毕业设计。非常感谢父母在生活上和精神上的关心和照顾，他们的殷切希望是我不断奋斗的强大动力。参考文献1叶久新、王群.塑料成型工艺及模具设计M. 北京：机械工业出版社， 2007.11.2伍先明、张蓉.塑料模具设计指导M. 北京：国防工业出版社， 2010.4