模具课程设计

1、构成模具型腔的所有零件统称为成型零部件.包括：凹模、凸模、型芯、成型杆、螺纹成型杆、各种成型环和成型镶块等。设计模具时：（1）应根据材料的性能、塑件的使用要求确定型腔总体结构、浇口位置、分型面、排气部位、脱模方式；（2）根据塑件尺寸，计算成型零部件的工作尺寸，确定零件结构、组合方式及机加工工艺要求等。（3）对关键成型零部件进行强度与刚度校核。工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要包括：凹模(型腔)、凸模(型芯)的径向尺寸(含长、宽尺寸)与高度（深度）尺寸，以及中心距尺寸等。为了保证塑件质量，模具设计时必须根据塑件的尺寸与精度等级确定相应的成型零部件工作尺寸与精度。1.模腔工作

2、尺寸的计算凸模、凹模组成的模腔工作尺寸计算方法有平均收缩率法和公差带法两种。平均收缩率法以平均概念进行计算，从收缩率的定义出发，按塑件收缩率、成型零件制造公差、磨损量都为平均值时计算，得到的公式见表4-8。凹模（型腔）径向尺寸凹模（型腔）深度尺寸凸模（型芯）径向尺寸凸模（型芯）高度尺寸成型中心距尺寸Scp为塑料平均收缩率/%；z为模具制造公差/mm；c为模具磨损公差/mm；为塑件公差/mm；下标s、m分别代表塑件和模具，一般取z=/3，c=/6塑料模具型腔的侧壁和底壁厚度的计算有两类：基于强度计算和基于刚度计算。 工程中的模具既不允许因强度不足而产生明显的变形甚至破坏，也不允许因刚度不足而产生

3、过大变形。大尺寸型腔刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算；对于小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件计算。1.圆形型腔厚度计算 圆形型腔是指模具内外壁呈圆形的几何构形，有整体式、组合式两类。（1）组合式圆形型腔 圆形型腔组合方式是整体侧壁镶在型腔底部。1)组合式圆形型腔侧壁厚度的计算图4-67 组合式圆形型腔受力图 计算力学模型参见图，可视为“两端敞开，仅受均匀内压的厚壁圆筒”。根据广义虎克定律，有：侧壁刚度计算公式：侧壁强度计算公式：s圆形型腔侧壁厚度，mm；r型腔半径，可取塑件半径，mm；p型腔压力，MPa；E模具材料的弹性模量，MPa；型腔径向允许的变形，mm； 模具材料的泊松比，

4、(碳钢=0.25)；模具材料的许用应力，MPa。2)组合式圆形型腔底板厚度的计算 组合式圆形型腔底板厚度计算的力学模型为：“周边简支，整个面板受均布载荷的圆形平板”，其最大挠度发生在板的中心。底板厚度刚度计算公式： 底板厚度强度计算公式3)组合式圆形型腔垫板厚度的计算 动模垫板是“组合式圆形型腔底板的厚度”，乘以修正系数k，得到圆形型腔动模垫板厚度H(mm)的计算公式：2)整体式圆形型腔底板厚度计算 整体式圆形型腔底板的力学模型是“周边固支，整个平面受均布载荷”的圆形平板，其最大挠度发生在板的中心，则底板刚度计算公式：图4-68 整体式圆形型腔受力图底板强度计算公式成型零件的结构设计和计算注射

5、模具的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型杆等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成型杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料和热处理以及加工工艺性，是影响模具质量和寿命的重要因素。如果型腔和底板厚度过小，可能因强度不够而产生塑性变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生挠曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响顺利脱模。设计时应首先根据塑料的性能、制件的使用要求确定型腔的总体结构、浇口、分型面、排气部位、脱模方式等，然后根据制件尺寸，计算成型零件的工作尺寸，从机加工工艺角度决定型腔各零件的结构和其他细节尺寸，以及机加工

6、工艺要求等。此外由于塑件熔体有很高的压力，因此，应通过强度和刚度计算来确定型腔壁厚，尤其对于重要的精度要求高的型腔，更不能单纯凭经验来确定型腔壁厚和底板厚度。成型零件钢材的选用对于模具钢的选用，必需要符合以下几点要求：1）机械加工性能良好。要选用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的钢种。2）抛光性能优良。注射模成型零件工作表面，多需要抛光达到镜面，Ra0.05m。要求钢材硬度在HRC3540为宜。过硬表面会使抛光困难。钢材的显微组织应均匀致密，极少杂质，无疵斑和针点。3）耐磨性和抗疲劳性能好。注射模型腔不仅受高压塑料熔体冲刷，而且还受冷热温度交变应力作用。一般的高碳合金钢可经热处理获得高硬

7、度，但韧性差易形成表面裂纹，不以采用。所选钢种应使注塑模能减少抛光修模次数，能长期保持型腔的尺寸精度，达到所计划批量生产的使用寿命期限。4）具有耐腐蚀性。对有些塑料品种，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必须考虑选用有耐腐蚀性能的钢种。我国钢铁冶金行业标准YB/T0941997推荐的塑料模具钢的用途见表2-5表2-5 塑料钢主要性能钢号特性和用途SM45价格低廉、机械加工性能好，用于日用杂品、玩具等塑料制品的模具SM50硬度比SM45高，用于性能要求一般的塑料模具SM55淬透性好、强度比SM50好，用于较大型的、性能要求一般的塑料模具SM1CrNi3塑性好，用于需冷挤压反印法压出型腔的塑料模具制作SM

8、45钢属碳素塑料模具钢，其化学成分与高强中碳优质结构钢45钢相近，但钢的洁净度更高，碳含量的波动范围更窄，力学性能更稳定。SM45钢经正火或调质处理后，具有一定的硬度、强度和耐磨性，而且价格便宜，切削加工性能好，适宜制造形状简单的小型塑料模具或精度要求不高、使用寿命不需很长的模具等。综上所述，再根据本塑件手机外壳，为日常用品，其生产批量中等，本设计的成型零件的材料取SM45钢。成型零件工作尺寸计算制品尺寸能否达到图纸尺寸的要求，与型腔、型芯的工作尺寸的计算有很大关系。成型零件工件尺寸的计算内容包括：型腔和型芯的径向尺寸（含矩形的长和宽）、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的计算方法很多，

9、现以塑料的平均收缩率为基准计算。（1）型腔内径尺寸计算（mm）式中，型腔内径尺寸（mm）D制品的最大尺寸（mm）Q塑料的平均收缩率（%），ABS的平均收缩率为0.5%制品公差系数，可随制品精度变化，一般取0.50.8之间模具的制造公差，一般取=按矩形计算，手机后盖长度、宽度上的最大尺寸分别为=102mm=45mm根据塑件的要求取：=0.44mm=0.28mm，则=（8282×0.005-×0.44）=82.74mm=(42+42×0.005-×0.28) =42.42mm（2）型芯径向尺寸计算模具型芯径向尺寸是由制品的内径尺寸所决定的，与型腔径向尺寸的计

10、算原理一样，分长、宽两部分计算：(mm)式中，型芯外径尺寸(mm)制品内径最小尺寸(mm) 其余符号含义同型腔计算公式。按矩形计算，手机后盖长度、宽度的最小尺寸分别为=81mm=40mm由上可知， =0.44mm=0.28mm，则=（8181×0.005-×0.44）=81.73mm=（40+40×0.005-×0.28）=40.39mm（3）型腔深度尺寸计算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所决定，设制品名义高度尺寸为最大尺寸，公差负偏差。型腔深度名义尺寸为最小尺寸，其公差为正偏差+。由于型腔底部或型芯端面的磨损很小，可以略去磨损量，在计算中取，加上制

11、造偏差有：z)(d+D-+=32QhhH11M（mm）式中型腔的深度尺寸（mm）制品高度最大尺寸（mm）由零件图上可知， =5mm，可得， =0.14mm，因此=（5+5×0.005-2/3×0.14）=4.93mm（4）型芯高度尺寸计算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所决定，设制品高度名义尺寸为最大尺寸公差为正偏差+，型芯高度设计为最大尺寸，其公差为负偏差-。根据有关的经验公式：=（+Q+）（mm）式中型芯高度尺寸（mm）制品深度最小尺寸（mm）由零件图中可得，=4mm，查表1-15得，=0.12mm=（44×0.005+）=6.14mm（5）型腔壁厚与底板厚

12、度计算注射成型模型腔壁厚的确定应满足模具刚度好、强度大和结构轻巧、操作简便等要求。在塑料注射充型过程中，塑料模具型腔受到熔体的高压作用，故应有足够的强度、刚度。否则可能会因为刚度不足而产生塑料制件变形损坏，也可能会弯曲变形而导致溢料和飞边，降低塑料制件的尺寸精度，并影响塑料制口的脱模。从刚度计算上一般要考虑下面几个因素：（1）使型腔不发生溢料，ABS不溢料的最大间隙为0.05mm。（2）保证制品的顺利脱模，为此同时要求型腔允许的弹性变形量小于制品冷却固化收缩量。（3）保证制品达到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求较高精度，这就要求模具型腔有很好的刚度。按整体式的凹模计算侧壁厚度：（mm）式中，b凹模侧壁理论厚度（mm） h凹模型腔的深度（mm）p凹模型腔内熔体压力（Mpa）凹模长边侧壁的允许弹性变形量（mm），一般塑件=0.005mmc=1.08=0.8 E=2.1×10Mpa b=2.89mm取壁厚大于10mm就能能满足要求。底板厚度计算，根据公式（mm）由=2.3，=2.8×10，=0.005，则=5.89mm取实际底板厚度大于10mm就能满足要求。 成型零件强度、刚度的校核本设计属中小型、镶拼式塑料模具，所以型腔壁厚按强度条件计算，按刚度条件校核。根据模具材料应用手册得本设计所使用的模具材料为SM50，其相关参数如表2-6表2-6 SM50主