电话机外壳模具CADCAM.docx
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电话机外壳模具CADCAM
电话机外壳模具CADCAM
摘要：
随着近代工业的发展，塑料的应用日趋广泛，从而使之相适应的塑料制造业蓬勃兴起。
模具已是工业生产的主要工艺装备，模具工业已逐渐成为国民经济的基础工业。
根据日常生活的需要，本次设计的课题是电话机外壳模具CADCAM
。
首先介绍了我国塑料模具的现状、发展趋势及我国塑料模具发展的新技术，其次围绕电话机机座下壳模具进行了设计，其主要内容包括：
针对制品的结构特点，确定模具的型腔数目、分型面以及脱模机构。
选择合理的浇注系统和冷却系统。
分析并设计注塑工艺，制定合理的注塑工艺流程，正确选用注塑设备。
然后查阅模具设计手册，选择模架，确定模架的结构尺寸，完成模具的总体设计。
同时充分利用计算机绘图软件对零件进行设计,形成了整套注塑模具CAD图。
利用Pro/E对零件进行三维造型,并实现零件的三维装配。
最后讲述了塑料模具的制造:
模具的生产过程、模具的主要加工方法及模具的机械加工，并且对典型零件加工工艺进行了分析并制作了注射成型工艺。
通过本次设计，对模具整个设计过程有了较好的了解。
关键词：
塑料模具成型工艺模具制造加工工艺
Abstract:
Withthedevelopmentofmodernindustry,theapplicationofplasticiswidespreaddaybyday.whichcausestheplasticmanufacturingindustryadaptstoemergedvigorouslyaccordingly.Moldhasbeenakindofmaintechnologicalequipments.Dieindustryhasbecomefoundationindustryofnationaleconomy.Basedontherequirementsofdailylife,thetopicofthisdesignisthedesignandmanufactureoftheSetwelltelephoneundertheseatshellmold.
First,thearticleintroducedthepresentsituationofplasticmold,thetrendandnewtechnologyofthedevelopmentinourcountry.Second,itcarryonthedesignTelephoneundertheseatshellmold.Itsprimarycoverageincludes:
Accordingtotheconstructfeaturesoftheproduct,numbersofmoldcavitiesandthepartingsurfaceandthedemouldingmachinearedetermined.Reasonablepouringchannelandcoolingsystemsareselected.Andtheninjectiontechnologyisanalyzedandtechnologyprocessismadereasonablyandtheinjectionequipmentisselectedcorrectly.Amoldcarrierisselectedbylookingupmoldhandbookandthediecarrierconstructsizeisdetermined.Atlast,theglobaldesignofthemold.Anddrawingsoftwareisusedtodesignparts,andaseriesofCADdrawingsarecompleted.Then3DdrawingofpartsaredesignedbyPro/Eand3Dassemblyofpartsarecarriedout.Finallythearticlenarratedthemanufactureofplasticmold:
theproductionprocess,themainprocessingmethodandhascarriedontheanalysistothetypicalcomponentsprocessingcraftandthemoldMachiningandtheproductionofinjectionmoldingprocess.Throughtheprojectofthemold,theoverallprocessofthedesignhasbeenclearlyanddirectlyknown.
Keyword:
plasticmold;designofcompressionmold;moldmanufacting;process.
目录
1前言1
2总体方案设计3
2.1Setwell电话机机座下壳的测绘与造型4
2.1.1Setwell电话机机座下壳的测绘4
2.1.2Setwell电话机机座下壳的造型5
2.2塑料成型的特性和工艺参数的确定6
2.2.1塑件的材料分析6
2.2.2塑件的尺寸精度和粗糙度的确定6
2.2.3拔模斜度7
2.3注塑成型设备的选择7
2.3.1型腔数目的确定7
2.3.2注射机的选择7
3具体设计说明9
3.1浇注系统的设计及布置9
3.1.1分型面的确定9
3.1.2浇注系统的设计9
3.2模具材料和各模板的厚度的确定11
3.2.1模具材料的选择11
3.2.2各模板的厚度确定12
3.3脱模机构的设计12
3.3.1脱模力的计算12
3.3.2顶出行程的确定13
3.3.3复位杆和推杆的设计14
3.4合模导向机构的设计14
3.5抽芯机构的设计15
3.6冷却系统的设计17
3.7注射机的校验19
4三维造型及模具制造21
4.1绘制三维图21
4.2型腔零件的加工工艺分析22
4.3型腔的仿真加工24
5其他工艺规程27
6结论28
参考文献29
致谢30
附录31
1前言
近年来，我国塑料模具水平已有较大提高。
大型塑料模具已能生产单套重量达50t以上的注塑模，精密塑料模的精度已可达到3μm，制件精度为0.5μm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，多腔塑料模已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产4m/min以上挤出速度的高速塑料异型材挤出模及主型材双腔共挤、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大，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。
三资企业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。
国外注塑成型技术在向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。
并且先进工业国家在链条与模具生产中均采用了可靠性设计以及CAD/CAM技术，开发新品速度快、精度高，质量较有保证。
国际著名商品化三维CAD/CAM系统，如美国的Pro/E、UG-II、 CADD5、Solidworks、MDT等均陆续在模具界得到应用。
美国PTC公司基于Pro/E系统开发了钣金零件造型模块Pro/Sheet Metal。
UG Solution公司在UG-II的基础上开发了同类型的模块UG/Sheet Metal。
以上两个系统都缺乏面向级进成形工艺及模具结构设计的专用模块，但这方面的工作进展很快，有的已经初见成效。
且目前发达国家模具标准化程度达到30%以上，并有完善的标准系列，包括零件标准和模架标准，国际标准化组织已制订了国际模具系列标准，标准件品种多，规格全，质量高，而且全部均已商品化。
塑料成型模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、精密、长寿命模具在模具总产量中所占比例越来越大，模具的发展趋势正在朝塑料模的高效率自动化、大型塑料模具、高精度塑料模具和模具计算机辅助设计（CAD）辅助工程（CAE）方向发展[22]。
还有的是德、美、日、法、意等工业发达国家在模具设计制造领域仍处于国际领先水平，他们的一些先进的模具方面的技术被许多发展中国家，甚至是其它发达国家学习采用。
亚洲以日本和韩国模具技术水平最高，其它国家与之还有较大的差距，不过他们也正在以惊人的速度发展着，国家之间的交流会使之发展更快。
随着工业生产的飞速发展，新产品的不断涌现，对模具的设计与制造速度、加工质量，提出了更高的要求，即要求以最短的周期、最低的成本来完成这一工装准备工作，以加速新产品投产及产品更新换代，提高经济效益及竞争力。
在现代工业生产中，模具的应用日益广泛，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工业水平的重要标志之一。
作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。
由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业。
模具设计要考虑的要点如下[11]:
A．塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点。
B．塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。
塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。
C．塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模结构。
使模具零件符合制造工艺的要求。
对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。
本课题是对Setwell电话机机座下壳模具的设计与制造，课题来源盐城市羽佳塑料制品厂。
具体是Setwell电话机机座下壳制品进行测绘、模具设计、加工工艺分析。
基于生产实践之上的对Setwell电话机机座下壳模具设计及加工工艺分析，其中：
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。
在设计过程中主要是对Setwell电话机机座下壳制品测绘、模具设计、在模具设计时对分型面的选择、浇口形式与位置的确定、型腔位置的安排、定模冷却水道的设置、工艺分析等。
Setwell电话机机座下壳的几何尺寸进行测量后要进行合理的后处理。
由于模具分型面不在同一平面，所以需要一定的角度。
根据使用寿命和经济方面考虑，模具采用一模一腔，动定模尺寸根据手册选B×L=450×450的模板，采用推杆和推块作为顶出机构的元件，本模具设计采用直浇口，由于在制品的底部，所以不会对塑件外观质量造成影响。
由于所成型的制品形状复杂且几何尺寸较大，因此可采用冷却水道直流道的冷却方式。
模具方案确定后进行工艺分析。
根据此方案能达到设计的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量和效率。
对指导生产有参考价值。
2总体方案设计
本课题的Setwell电话机机座下壳模具的设计与制造，其设计过程主要分为模具结构设计、塑件结构工艺分析、零件的Pro/E三维造型及装配和凹模型腔加工工艺分析四个阶段。
在进行模具结构设计时，首先是对塑件进行测绘。
由于该塑件的内部型腔结构较为复杂，测绘是要用游标卡尺对其测绘和定位。
再根据测绘的数据对Setwell电话机机座下壳进行三维造型；接着对塑件进行结构工艺性分析。
该塑件形状不规则，有侧孔及内部有凸台，所以加工有一定的难度。
且采用的是ABS材料，它具有成型性好，收缩率大，力学性能好等特点。
由于Setwell电话机机座下壳为日常生活用品，内部的圆柱凸台是用来定位的，所以要求型腔的加工位置精度要高。
根据塑件的结构工艺特点，进行模具结构设计。
在选择注塑机时，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑；并确定注塑工艺流程，编写注塑工艺流程图。
ABS材料在注塑机中加热分料筒后段、中段和前段三个阶段加热，加热温度分别为165℃、180℃和200℃。
最后塑料以温度260℃、速度70mg/s从喷嘴注射。
接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。
浇注系统直流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上；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。
排气系统的设计，本模具是利用分型面的配合间隙来排气。
在脱模时，本模具设计采用塑件留在动模，这样既保证塑件不因推出而变形或损坏，还保证了塑件的良好外观和结构可靠[13]。
通过对模具的结构设计，绘制模具的装配图和一系列零件图，根据已绘制的模具零件图，利用Pro/E对零件进行三维造型。
由于模具零件多为板件、柱件和套件，所以在造型过程中主要应用了拉伸、旋转和去料等命令。
在造型过程中，最为复杂的零件是定模板和动模板，因为动定模板上的结构较为复杂。
在造型时，利用Pro/E中制造模块，将塑件导入，选取分型面进行分型，最后即可得到动定模板型腔。
在具体加工时，动定模板上的型腔采用数控铣床来加工，加工的数据主要以三维造型数据为主。
完成零件的三维造型之后，再对零件进行三维装配，形成完整的模具三维装配图。
最后，对零件进行加工工艺分析，编写一整套零件加工工艺卡片和零件加工工序卡片。
在编制过程中根据模具零件的特点，从加工经济性角度出发，采用了合理的加工工艺路线；然后再对模具的装配工艺进行分析，编写一张模具装配工艺过程卡片；最后进行模具凹型腔仿真加工。
并从加工制造的角度来研究模具零件的各个方面，目的是尽量消除不利于加工制造的因素，确保制造过程顺利实施。
2.1Setwell电话机机座下壳的测绘与造型
2.1.1Setwell电话机机座下壳的测绘
塑件为Setwell电话机机座下壳，材料为ABS，用直角尺、游标卡尺、圆规等对零件进行测绘。
首先，选择Setwell电话机机座下壳的底面作为测量的基准面，可以用直角尺垂直与基准面，就可以从高度边读取Setwell电话机机座下壳的高度。
由于Setwell电话机机座下壳的内部型腔的结构很复杂，所以内部的结构不容易测量，可以用游标卡尺进行一系列的测绘，最终获得内部的尺寸数据。
所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，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，然后绘出零件的草图。
由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。
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。
测量的主要尺寸如图2-1所示：
图2-1测绘图
该塑件外形尺寸为210mm×190mm×37mm，制品投影面积约为450cm2，体积约为1.55x
mm3
2.1.2Setwell电话机机座下壳的造型
零件测绘草图出来以后，应该根据零件的测绘图，对零件的进行三维造型。
三维造型可以选用PRO/E软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。
绘制得到制品的三维模型图，如图2-2所示：
2-2制品三维模型
2.2塑料成型的特性和工艺参数的确定
2.2.1塑件的材料分析
Setwell电话机机座下壳的材料为：
ABS。
ABS：
acrylonitrile-butadiene-styrenecopolymer丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物，属于热塑性材料
使用性能：
综合性能较好，冲击韧性、机械强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成形和机械加工。
成型性能：
．无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为0．04毫米左右。
．吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须经长时间的预热干燥。
．成型时宜取高料温、高模温，但料温过高易分解（分解温度为≥250℃）。
对于精度较高的塑件，模温宜取50℃～60℃，对光泽、耐热塑件，模温宜取60℃～80℃。
注塑压力高于聚苯乙烯。
用柱塞式注射机成型时，料温为180℃～230℃，注射压力为（1000～1400）×105帕。
用螺杆式注射机成型时，料温为160℃～220℃，注射压力为（700～1000）×105帕[15]。
2.2.2塑件的尺寸精度和粗糙度的确定
本塑件的配合精度不高，塑件尺寸公差数值根据文献[14]中表2-17确定。
精度等级根据表2-18选择，由于所用材料为ABS所以确定其采用一般精度，为4级精度，无公差值者，按7级精度取值。
塑件的表面粗糙度是决定其表面质量的主要因素。
一般模具的表面粗糙度要比塑件的要求低1~2级，塑件的表面粗糙度在Ra0.8~0.2µm之间，此塑件的外观要求一般，选取0.8µm。
2.2.3拔模斜度
塑件沿脱模方向要有一定的脱模斜度，这样比较有利于脱模。
根据文献[14]ABS的脱模斜度一般取
∽1.5°。
由于电话机机座机壳的高度较大，而且对于制品的使用要求也不是太高，综合考虑以上因素，本次设计中选用1°的拔模斜度。
2.3注塑成型设备的选择
2.3.1型腔数目的确定
根据参考案例，确定型腔数目为单型腔，单型腔与多型腔相比有如下优点：
a．塑料制件的形状和尺寸始终如一；
b．工艺参数易于控制；
c．模具的结构简单紧凑，设计自由度大；
d．单型腔模具还具有制造成本低，制造周期短等；
e．内部型腔复杂、有抽芯机构的做单型腔较好。
2.3.2注射机的选择
a．根据塑件的形状估算其体积和重量
利用Pro/E软件对该塑件的三维造型图的体积进行估算，得知V=120cm³。
塑件的重量G=V×ρ=120×1.05g≈126g
式中ρ为塑料容重（ABS的容重ρ=1.03~1.07g/cm³）。
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[15]。
当未限定设备时，须考虑以下因素：
注塑机的额定注射量GB，每次注射量不超过最大注射量的80%，即：
n=
（2-1）
式中：
n——型腔数；
Gj——浇注系统重量（g）；
Gs——塑件重量（g）；
GB——注塑机的额定注射量（g）。
估算浇注系统的体积Vj，根据浇注系统初步设计方案进行估算Vj=17cm³，则浇注系统塑料重量Gj=Vj×ρ=17×1.05g=17.85g。
从塑件尺寸精度考虑，由于该塑件精度等级为4级所以型腔数目应控制在4腔以内。
结合本设计所选的注塑机及聚丙烯塑件结构的特点，综合考虑最终本模具采用一模一腔。
即n=1，则得：
GB=
g=179.8g（2-2）
从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，选用XS-ZY-250型注射机。
反之，在该设备上成形时，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250g注射机上成形，则利用式（2-1），计算型腔数。
得：
N=
（2-3）
注射机额定注射量mg，每次注射量不超过最大注射量的80%，只能一模一腔。
XS-ZY-250型注射机的性能参数
型号
XS-ZY-125
注射容量（cm3或g）
250
注射压力（MPa）
130
锁模力（k4N）
1800
最大注射面积（cm2）
500、550
模具最小厚度（mm）
200
模具最大厚度（mm）
350
最大开合模行程（mm）
300
喷嘴口径（mm）
4
喷嘴球面半径（mm）
SR18
动，定模固定板尺寸（mm）
560X450
3具体设计说明
3.1浇注系统的设计及布置
3.1.1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[15]:
．分型面的选择应有利于嵌件的脱模与取出；
．分型面的选择应有利于嵌件的安装；
．分型面的选择应有利于模具零件的加工；
．分型面的选择应有利于模具结构的简化及便于操作；
．分型面的选择应有利于满足塑件的质量及精度要求；
．分型面的选择应有利于保证塑件的表面质量；
．分型面的选择应有利于预防飞边及溢料的产生；
．分型面的选择应有利于排气以确保质量及成型；
．分型面的选择应有利于制品的成型及模具的制造；
．有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。
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Setwell电话机机座下壳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，
本模具设计分型面选择塑件的下平面，如图3-1所示：
图3-1分型面
3.1.2浇注系统的设计
A.浇注系统的设计原则
a．流程要短。
减少压力和热量损失及塑料消耗量，同时缩短了充模时间。
b．排气良好。
使料流平稳顺利充满型腔。
c．防止型芯变形和嵌件位移。
d．防止塑件翘曲变形和表面形成冷斑、冷等缺陷。
e．合理选择冷料穴。
B.浇注系统的设计
浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道。
其作用是将塑料熔化充满型腔，并将注射压力传递到模腔的各个部位，以获得组织致密、外形清晰、表面光洁和尺寸精确的塑件。
本设计的浇注系统是由直流道、进料口、冷料穴等组成。
在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：
a．塑料成形特性设计浇注系统应适应所用塑料的成形特性的要求，以保证塑件质量。
b．塑件大小及形状根据塑件大小，形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成形。
还应注意防止流料直接冲击镶件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及应充分估计可能产生的质量弊端和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。
c．型腔数设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。
d．塑件外观设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。
e．注射机安装板的大小在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止偏离模具中心开设主流道，造成注射时受力不匀。
f．成形效率在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。
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