CAM模具设计.docx
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CAM模具设计
塑料成型工艺与模具设计
课程设计说明书
设计课题：
“仪表外壳”成型模具设计
设计者:
专业:
班级:
设计时间:
指导老师:
学号：
设计题目1：
“仪表外壳”成型模具设计
仪表外壳塑件图
塑件技术要求：
1.材料：
ABS
2.生产批量：
中等批量
3.未注公差：
取MT5级精度
设计要求：
（1）编制模塑成型工艺规程（即填写“塑件成型工艺卡”）
（2）绘制塑件注射模总装图（A3图纸1张）
（3）绘制该模具凸模、凹模的零件图各一套（A3图纸多张）
（4）编写完善模具设计说明书（按A4打印纸装订）
一塑件成型工艺卡
塑件成型工艺卡
塑件名称
仪表外壳
塑件草图
材料牌号
ABS
单件重量
10.2g
成型设备型号
XS-Z-60
每模件数
1
成型工艺参数
材料干燥
干燥设备名称
烘箱
温度/℃
80~85
时间/h
2~3
成型过程
料筒温度
后段/℃
150~170
中段/℃
165~180
前段/℃
180~200
喷嘴/℃
170~180
模具温度/℃
50~80
时间
注射/s
20~90
高压/s
0~5
冷却/s
20~120
螺杆转速
30
注射压力/pa
6000~10000
注射机内型
螺杆式
后处理
温度/℃
70
时间/h
2~4
编制
日期
审核
日期
二塑料的工艺性设计
2.1，该制件的材料分析
该制件为仪表外壳，宜采用热塑性塑料用注射模进行生产。
常用于仪表外壳生产的热塑性材料有聚苯乙烯（PS）、聚酰胺（POM）、ABS塑料、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）等。
ABS塑料，它的结构特点是线型结构非结晶型，使用温度小于70°C它的化学稳定性能好，它的性能特点是机械强度较大，有一定的耐磨性，但耐热性较差，吸水性能大。
它的成型特点是成形性能好，成形前原料要干燥，ABS塑料应用广泛，使用与制造电器外壳、汽车仪表盘、日用品等。
ABS塑料性能最为优选：
它的化学稳定性最好，成性的性能也是最佳的，所以在成形该制件时，选用ABS塑料。
表2-1~2-3列出；ABS塑料的主要技术指标和注射成形参数。
表2-1ABS塑料主要技术指标
密度/g.cm
比体积/cm.g
吸水性
收缩率
熔点
热变形温度
抗拉屈服点强度
抗拉弹性模量
弯曲强度
硬度
1.02~1.16
0.86~0.98
0.2~0.4
0.4~0.7
130~160
90~108
830~1030
5000
180
9.7
2.2.制件的尺寸精度分析
此塑件上有三个尺寸精度要求，分别是66+0.340mm，46+0.260mm，180-0.18mm，它们均为MT2级塑料件精度，属于中等偏高级的精度等级，在模具设计和制造中要严格的保证这三个尺寸精度的要求。
其余尺寸均无特殊要求，为自由尺寸，可按MT5级塑料件精度的要求查取公差值
2.3塑件结构工艺分析
此塑件外形为壳类零件，腔体为12mm深，壁厚均为2mm。
总体尺寸不大不小，塑件成形性能良好。
塑件上有一六边形凸台，要求成形后轮廓清晰，成形它的模具工作零件要用线切割成形，保证六边的尖角。
塑件的两边各有一个对称的类三角形花纹凸台标记，高0.2mm，同样要求轮廓清晰，成形它的模具工作零件可用电火花成形加工，相应的要设计出电极。
三编制塑件成型工艺参数
注射机内型
预热和干燥
料筒温度/℃
喷嘴温度℃
模具温度℃
注射压力/pa
温度/℃
时间/h
后段
中段
前段
螺杆式
80~85
2~3
150~170
165~180
180~200
170~180
50~80
6000~
10000
注射机内性
成形时间
螺杆转速
后处理
注射时间/s
高压时间/s
冷却时间/s
总周期/s
方法
温度/℃
时间/h
螺杆式
20~90
0~5
20~120
50~220
30
烘箱
70
2~4
四初步选择注射成型设备
4.1、根据最大注射量初选设备
1、根据proe分析单个塑件体积。
V=9563mm3
2、单个塑件重量。
m=Vρ=10.2g（ABS塑件密度ρ=1.07/cm2）
塑件材料为ABS塑料，该件属于中等复杂程度制件，所以采用“一模一腔”成形方式。
加上浇注凝料的质量（初步估计算约2g）
塑料成型每次需要注射量。
m+2g=12.2g根据注射量，查表6.2选择XS-Z-60型螺杆式注射机，满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%。
设备参数如下图所示。
注射机主要技术参数
项目
设备参数
项目
设备参数
额定注射量/g
60
最大开模行程
180
螺杆直径
60
最大模具厚度
200
注射压力/MPa
122
最小模具厚度
70
注射行程
喷嘴圆弧半径
12
锁模力/KN
500
喷嘴孔直径
φ4
拉杆空间
190x300
4.2依据最大锁模力初选设备
1）单个塑件在分型面上的投影面积A1=70mmx50mm=3500mm2
2）成形时塑料熔体塑料在分型面上投影面积A。
初步计算凝料在分型面上投影面积约为1800mm2
A=A1+A凝=3500mm2+1000mm2=5300mm2
3）成型时熔体塑料对动模的作用力F
F=Ap=181.26KN式中p-塑件熔体对型腔的平均成型压力，查表6.3可知成型ABS塑件型腔所需要的平均成型压力p=34.2MPa。
锁模力的校核F=（nA+Aj）p≤F0成立。
五分型面的确定与浇注系统的设计
5.1、确定型腔数目及布置
1、按注射机的最大注射量确定型腔数n1
根据最大注射量的校核公式得n1≤
=
=2.98
式中mj浇注系统及飞边体积或质量，约2g
mi单个塑件的体积或者质量，约15.4g
k最大注射量的利用系数，一般取0.8
mmax注塑机的最大注射量。
60g。
2、按注射机的锁模力大小确定型腔的数目n2
n2
=
=2.41
该塑件是中等偏高精度，批量生产，这里其余型腔数目从略。
所以成型塑件制品-外壳仪器用一模一腔。
5.2、选择分型面
在选分型面时，根据分型面的选择原则：
a型面应选择在塑件外形最大的轮廓处。
b分型面的选择应有利于塑件顺利脱模。
c考虑塑件的尺寸精度和表面质量。
d选择要有利于模具的加工。
e选择要有利于排气。
f减小成型面积。
应使抽芯行程较短。
考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，有两种分型面的选择方案
方法一，按下图6-1确定分型面。
该方法的优点：
型腔基本上为一个整体，强度较高，减少了模具的零件数量，同时也减少了零件加工装配的累积误差。
该方法的缺点：
型腔虽然在设计时考虑到了采用整体材料，提高了刚性和强度，但在加工时，相应制件上的凸起对称花纹部分的型芯内表面较加工难，若采用点击加工，可以进行加工，但费工费时。
方法二：
按下图6-2确实分型面。
该方法的优点：
型腔主体为通孔，加工方便、尺寸精度容易控制。
相对应制件外形花纹凸起的型腔部分在分型面外露于表面便于加工。
六角体部分的成形采用通孔加镶件配的方式，较容易加工和控制尺寸精度。
该方法的缺点：
分型面设计于制件上端面，对外轮廓有要求的制件形状精度会有影响，如果锁模力不够，或模具工作一段时间后磨损，影响会更明显。
以上结论分析可以得出结论，图2所示为制件的分型面选择。
5.3、浇注系统的设计
1、主流道设计
根据手册可查的XS-Z-60型注射机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴球半径R=12mm喷嘴孔直径d=4mm，根据模具主流道跟喷嘴的关系：
R=R0+（1~2）mm，d=d0+0.5mm,取主流道球面半径R=13mm，取主流道的小段直径d0=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，如图6-3，其锥度为4°，（推荐
=2°~6°）表面粗糙度Ra
0.8
m，抛光是按轴向进行，以便于浇注系统凝料从中顺利拔出。
同时为了使溶料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r/=2mm的圆弧过渡。
2、分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。
该塑件的属于中等偏高级精度的，六角边要求清晰、无熔接痕。
可以采用侧浇口进浇。
分流道截面积有圆形、半圆形、正方形、矩形、及梯形等形状。
为了使流道中热量和压力损失到并且最小，并且便于加工，采用截面形状为半圆形的分流道。
查有关手册得半径R=2mm。
3、浇口的设计
A浇口形式的选择
该塑件只是要求保证它的六角边凸台清晰和三角形花纹凸台外轮廓清晰。
对于塑件外观质量要求一般，无熔接痕。
但浇口的位置和大小尽量应以不影响塑件的外观质量为前提。
同时，也尽量使模具结构更简单。
根据对该塑件结构分析和以确定分型面的位置，可采用侧浇口，进料位置如图所示。
B、浇口尺寸的确定
查表，侧浇口尺寸要求：
宽度b=1.5~5mm，高度h=0.5~2mm。
长度l=0.5~2mm。
依次初步的计算浇口尺寸b=3mm，高度h=0.5mm。
长度l=2mm。
如图所示。
C、冷料穴的计算
冷料穴有“z”形，球头形、菌头形、和倒锥头形等，其中，“z”形拉料杆的冷料穴，应用较普遍，其拉料杆或推杆固定在推杆固定板上，但当塑件被推出后作侧向移动时，不能采用；而带球形头、菌头形拉料杆的冷料穴，其拉料杆固定在型芯固定板上，凝料在推件板推出塑件的同时从拉料杆上强制脱出，一般用于推件板脱模的注射模中。
该塑件属于薄壳零件，抱紧力不大，无需用推件板。
而分流锥形拉料杆靠塑件收缩的抱紧力而将主流道拉住，不适于用于该塑件结构。
因而该塑件采用“z”形拉料杆的冷料穴。
六注射模具结构类型及模架的选用
6.1、确定模架组合形式
根据前面的分析，外壳仪器为中等偏高级精度塑件，要求无熔接痕，所以采用点浇口，此塑件是采用双分型面，并且也采用镶件型芯，所以要有支撑板，采用派生型的P6可以满足要求
6.2、确定模仁大小
根据下图7-1。
确定模板的侧壁厚度经验数据如下图所示。
A
H3
W
H1
H2
1~150
150~250
100~350
0~30
20~25
25~35
25~35
20~25
20~30
0~200
200~250
250~350
30~80
25~30
25~35
30~40
35~40
35~45
0~500
500~550
550~600
60~80
45~50
55~60
60~65
45~60
50~70
注：
A为制件的长，B为制件的宽，H3为制件的高。
该制件尺寸为70mmx50mmx12mm，所以确定模仁的尺寸为110mmx
90mmx42mm。
6.3、模架的确定和标准模架的选用。
模架与模仁的关系如下:
甲：
模仁宽度近似等于顶针板的宽度，但并非绝对相等。
乙：
模仁长度比回针最小间距小20mm~30mm。
丙：
顶针板的高度一般近似等于模架宽度的三分之二左右，标准模架中顶板大小已经确定好。
丁：
后模框底等于模架长度的十分之一，尽量不小于这一数值（比如，模架长600mm，则后模框底厚度为60-70mm注意:
最小值不应小于25-30mm）。
根据以上可以确定刮板（动模型腔）尺寸为145mmx135mmx10mm。
A（定模板）尺寸：
145mmx135mmx20mm，B板（动模板）尺寸：
145mmx135mmx25mm，支撑板（型芯固定板）尺寸为：
145mmx135mmx30mm。
6.4、确定C板（垫块）的厚度
h垫块=h推出距离+h推板+h推杆固定板+Δ
=12mm+13mm+15mm+8mm
=46mm其中△为顶出行程的余量，一般取5~10mm。
在生产设计中尽量选用标准模架，所以根据以上确定的数据各模板长宽可做一定的调整为150mmx150mm。
6.5、选择模架内型。
根据已经确定下来的周边尺寸，配合模板所需厚度查GB/T12556-1990标准模板规格；A-15150-46
模架具体尺寸如图7-3所示，模具外形尺寸为长L=150mm、宽为B=150mm.高H=187mm。
6.6、检验所选模架。
根据第六章的分析，该制品初选的注射机为xs-z-60型。
设备主要参数如图7-4所示，检查所选模具与注塑机之间的关系，如表7-4所示。
结论，选用标准模架规格为可以满足要求
表7-4模具在注塑机之间的关系的校核
设备参数
模架规格
校核结论
最大开合模行程
180
取件所需空间/mm
52
适合
最大模厚
200
模具闭合高度
187
适合
最小模厚
70
第七章成型零件的设计
7.1成型零件结构设计。
根据第六章分型面的选择，该制件的型腔是由几个组件组合而成的动模型腔成型制件周边外形，定模板成形制件上表面，型腔镶块成形制件上端六角形体的上端面。
查有关手册ABS的收缩率S=0.4%~0.7%，故平均收缩率
=
x100%=0.6%，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取
=△/3。
7.2成型零件的工作尺寸计算。
1、型腔主要尺寸的计算。
a．制件外形长度尺寸为70mm对应型腔的计算
制件尺寸
+2x2=70+0.340
型腔尺寸计算公式Dm=（
+D
s-3/4△）
（8-1）
=（70.34+70.34x0.6%-0.75x0.34）+0.110
=70.507+0.110
式中：
Dm—型腔基本尺寸；
—制件外形最大极限尺寸；
S—制件材料收缩率
△—制件公差
—型腔制造上偏差，
=△/3。
型腔实际尺寸的确定
型腔磨损后变大，取型腔尺寸的下偏差，制造公差按H7选用，该型腔尺寸确定为
。
b、制件外形宽度尺寸为50对应型腔尺寸的计算
制件尺寸46+0.260+2x2=50+0.260
型腔尺寸计算（用上面公式）
Dm=（50.26+50.26x0.6%—
x0.26）+0.26/30
=50.367+0.090。
C、制件外形六角边长为180-0.018对应型腔尺寸的计算
Dm=（18+18x0.6%—
x0.018）+0.018/30=18.095+0.0060。
型腔实际尺寸确定为18.09+0.0180。
D、制件高度尺寸为10对应型腔深度尺寸的计算
制件尺寸：
10
2、型芯主要尺寸的计算
a、制件内形尺寸为66对应型芯尺寸的计算
制件尺寸：
66+0.340
型芯尺寸计算公式
dm=（dmin+dmins+
）
（8-3）
式中：
dm—型腔基本尺寸；
dmin—制件内形最小极限尺寸；
s—制件材料收缩率，s=0.6%；
△—制件公差
—型芯制造下偏差，
=
。
型芯计算尺寸
dm=（dmin+dmins+
）
=（66+66x0.6%+
x0.34）
=66.6510-0.11
型芯实际尺寸的确定
型芯磨损后变小，取其尺寸上偏差，制造公差可按h6级选用，该型芯尺寸确定为66.650-0.019。
B、制件内形宽度为46对应型芯尺寸的计算。
制件尺寸：
46+0.260
型芯计算公式用公式（8-3）
dm=（dmin+dmins+
）
=（46+46x0.6%+
x0.26）
=46.4710-0.08
型芯实际尺寸的确定
型芯磨损后变小，取其尺寸上偏差，制造公差可按h6级选用，该型芯尺寸确定为46.470-0.016
C、制件内形六角边尺寸为15.69，型芯实际尺寸为15.8。
第八章设计注射模具调温系统
通常为了防止塑料的高温分解，注射成形时不要求有太高的模温，模具温度低时只要注射几次就可以将模具温度提高，首先注射的制品因为温度低出现质量问题时可采用从新送入注射机融融的方法解决（由热塑料的性质决定），因此在中小型注射成形模具上一般可不设加热系统，此塑件为ABS塑料，查表可知，保证塑料质量要求最佳模具温度为40~80℃，所以成型模具的温度调节系统不考虑设计加热系统。
8.1、冷却水体积流量
查表10-1成形ABS工程塑料的模具平均温度为60℃，用常温20℃水作为模具冷却介质，其出口温度为30℃，每次注射质量m=17.4kg，注射周期为30s。
查表10-2取ABS注射成型固化时单位质量放出热量△h=3.5x105J/kg。
冷却水体积计算如下：
Qv=
ρ
式中：
Qv-所需冷却水的体积，m3/min
m—包括浇注系统在内的每次注入模具的塑料质量，m=17.4kg；
n-每小时注射的次数，n=30；
ρ—冷却水在使用状态下的密度，1000kg/m3
Cp—冷却水的比定压热容，4187J/（kg.℃）；
t1—冷却水出口温度，30℃；
t2—冷却水入口温度，20℃；
△h—从溶状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模温度为止，塑料所放出的热溶量，J/kg，△h=3.5x105J/kg。
各变量取值带入上式得：
Qv=
=7x10-2m3/min
8.2、冷却管道直径的确定.
根据冷却水体积流量Qv查表10-5课初步确定冷却水管道直径。
从表10-5可以看出，生产该塑件所需的冷却水体积流量很小，在设计时可以不考虑冷却系统设计。
所以冷却回路所需的总表面积、冷却回路的总长等无需计算，为了降低冷却时间缩短周期，提高生产效率，可以在模板上设计几根冷却水管。
以便生产中灵活调整和控制。
因此查表10-5经验表格，初步确定冷却管道直径￠8mm。
8.3、冷却系统结构
由于型腔的深度不高，又是由镶块构成的，所以不在型腔上面开设冷却管道。
所以在型芯上面开设几根管道。
型芯的冷却如下图所示：
第九章推出机构的设计
9.1、推出机构设计原则
1、开模时尽量使塑件留在动模一边，以便利用注射机推出装置推出塑件。
这样，模具
的推出机构较为简单。
2、保证塑件脱模时不变形，应正确考虑塑件对注射模附着力的大小和作用位置，以便
选择合适的推出方式和位置，尽可能使脱模力分布均匀合理，并使脱模力的作用面积尽量增
大而靠近型芯。
3、保证脱模时塑件不损坏。
推出机构的脱模力必须作用在塑件能承受较大力的部位，
如筋部、凸缘、壳体壁等处。
4、保证塑件外观良好。
推出塑件的位置应尽量选在塑件内侧或对塑件外观影响不大的
部位，尤其在使用推杆推出时更要注意，以免损伤塑件外观。
5、结构尽可能简单、可靠，确保脱模动作灵活，具有足够的强度和刚度，制造方便，
零部件更换容易，成本低。
6、保证合模时的正确复位。
设计时必须考虑推出机构的正确复位，并保证不与其他模具零件发生干涉。
9.2、计算推出力
Fc=pA（μcos
-sin
）
式中：
Fc—抽芯力，N;
μ—塑料与刚的摩擦系数聚碳酯酸、聚甲醛取0.1~0.2，其余取0.2~0.3；
p—塑料对型芯的单位面积上的抱紧力，一般取8~12MPa；
A—塑件包容侧型心的面积，mm2；
—脱模斜度，（°）。
将各变量值代入公式得：
F=1x107x10-3x3365x10-3x0.25=8412KN
9.3、推出机构的导向与复位
A、推出机构的导向装置
由于此塑件形状比较小，脱模力比较小，所以才有的推杆数量上较小。
可以不采用中托或者中托司。
B、推出机构的复位机构
此塑件采用复位杆复位。
最常用的方法是在推杆固定板上安装复位杆，也称回杆。
复位杆端面设计在动定模的分型面上。
塑料托模时，复位杆一同推出，合模时，复位杆先与定模分型面接触，在动模向定模逐渐合拢的过程，推出机构被复位杆顶住，从而与动模产生相对移动直至分型面合拢。
推出机构就恢复到原来的位置。
复位杆采用圆形截面，设置4根复位杆，其位置应对应设计在推杆固定板的四周，以便推出机构在合模时能平稳复位。
复位杆的直径根据标准模架来确定。
9.4、推出机构的主要零部件的设计及制造。
A、推出机构方式
选用推杆推出机构结构简单，使用方便。
能够满足此塑件的要求。
B、推杆的形状及尺寸
因制品的几何形状及行腔、型芯结构不同，所以设置在型腔、型芯的推杆的截面形状也不一样，常见的推杆形状如图有：
在整体式型腔或者由镶件底部设置推件的宜采用圆形，在型腔或镶件的拼合出设置推杆时，可采用方形或者矩形；其他形状截面的推杆都是根据模具设置推杆工作断面的几何形状来选择。
根据经验公式，可以采用￠6的推杆。
工作端面形状为圆形，尾部采用台阶固定。
其形状和尺寸如下图所示：
C、推杆的配合形式。
推杆的配合形式如下图所示，早推杆固定的孔应为￠7mm，推杆台阶部分的直径常为￠11mm，推杆固定板上的台阶孔为￠12mm。
推杆工作部分与模板上推杆孔的配合常采用H8/f8的间隙配合，推杆与推杆孔的配合长度取L=（2~3）d，即13mm。
推杆工作端面配合部分的粗糙度Ra≤0.8um。
9.5、推杆的位置与布局
推杆的布置应保证塑件质量和脱模顺利，应该遵守推杆的设计原则。
对于箱体和盖类塑件侧面脱模力最大，此时推杆布置最好能符合下图。
而仪表外壳侧面脱模力并不是很大，所以采用推杆靠近此塑件的侧壁。
进行推出。
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