多功能灯前盖注塑模具设计.docx

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多功能灯前盖注塑模具设计

题目基于CAD/CAE的多用灯前盖注射模具设计

学生姓名学号

所在学院

专业班级

指导教师

完成地点

2016年5月30日

基于CAD/CAE的多用灯前盖注射模具设计

（材料科学与工程学院材控，*********）

指导教师：

***

[摘要]本次设计主要是通过对塑件的形状、尺寸及其精度的要求来进行注射成型工艺的可行性分析。

塑件的成型工艺性主要包括塑件的壁厚，斜度和圆角以及是否有抽芯机构。

通过以上的分析来确定模具分型面、型腔数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结构，例如是采用整体式还是镶拼式，以及它们的定位和固紧方式。

此外还分析了模具受力，脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。

最后绘制完整的模具装配总图和主要的模具零件图。

[关键词]分型面、浇口、型腔、型芯、镶块、脱摸力

DesignoftheinjectionmouldforthefrontcoverofthemultiuselampbasedonCAD/CAE

（Grade4,Class1201,Majorcontrolmaterials,MaterialInstitute,ShaanxiUniversityofTechnology,HanZhong723003,Shaanxi）

Tutor:

LiLeiquan

Abstract：

Thisdesignismainlythroughtotheplasticpartsofshape,sizeandprecisionoftherequirementstothenjectionmoldingprocessoffeasibilityanalysis.Plasticpartsformingtechnologyofplasticpartsmainlyincludesthewallthickness,Angleandroundedandwhetheranycore-pullingmechanism.Throughtheaboveanalysistodeterminethepartingsurfacemoldcavity,thegatenumber,form,positionsize;Oneofthemostimportantissurecoresandmoldstructure,suchastheisadoptandorsetspellingtype,aswellastheirorientationandsolidtightway.Inaddition,italsoanalyzesthestressdie,thedesignofthedemouldingmechanism,molmergedsteeringmechanismdesign,thedesignofthecoolingsystem.Finallydrawcompletethemoldassemblylayoutandthemainmoulddrawing.

Keywords:

partingline,thegate,slideblock,heelblock,core-pulling,core-pullingdistance,gate.

绪论

目前，CAD/CAE的发展，为广大模具设计人员提供了方便。

模具CAD/CAE技术具体就是模具设计人员和组织模具产品制造的工艺设计人员在CAD/CAE系统的辅助下，根据模具的设计和制造程序进行设计和制造的一项新技术[1]。

目前，模具CAD/CAE技术发展很快，广泛的应用于模具生产企业。

采用模具CAD/CAE技术是模具生产革命化的措施。

CAD/CAE技术在模具生产中应用越来越广，有效提高了模具设计和制造的水平，并大大缩短了模具设计周期[2]。

模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。

用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其它任何制造方法所不及的。

换句话说，没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品，模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。

 随着IT、家电等产业的迅速发展，注塑产品的应用越来越广泛，产品形状结构越来越复杂。

模具作为塑性成型的重要工艺装备，在保证产品质量、提高生产效率方面发挥着关键作用，塑料制件的应用范围不断扩大，对塑料制件的质量，数量，精度等方面均提出了越来越高的要求，并促使塑料成型技术不断向前发展[7]。

目前塑料成型技术正朝着精密化，微型化，轻大型化和自动成型化方向发展，一副好的注射模具可以成型上万次，这与模具设计，模具材料及模具的制造技术有很大关系。

注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求[3]。

电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。

模具在我国的发展历程

过去在我国工业中，模具长期未受到重视。

改革开放以来塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产，模具工业有了一定的发展[12]。

在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。

我国模具工业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但是我们也要清醒地看到，我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后很多，这与我国制造业发展的要求相比差距还很大；我们的企业技术装备还比较落后，劳动生产率也较低；模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高；模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档模具多数要依靠进口，产品结构调整的任务很重，管理滞后的状况依然突出等等。

可见，我国模具工业的发展任重而道远。

研究意义

模具工业是国民经济的基础工业，模具是一种高附加值和技术密集型产品，其生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家制造业水平的重要指标。

随着工业发展，特别是CAD/CAE技术的飞速发展，它包括二维绘图设计、三维几何造型设计、数控加工，仿真模拟等内容。

其特点是将人的创造能力和计算机的高速运算能力、巨大储存能力有机结合起来。

CAD/CAE技术成为设计人员的得力助手[20]。

基于CAD/CAE的重要性，有必要对其发展趋势加以展望。

本课题应用性强，设计的知识面与知识点较多，如注塑成型、模具设计、三维造型、二维软件的应用。

通过课题的设计，将会在下述基础能力上得到培养和锻炼：

1）塑料件制品涉及及成型工艺分析

2）一般塑料件制品成型模具的设计能力

3）塑件制品质量分析及工艺改进

4）塑件模具结构改进设计能力

5）掌握模具设计常用软件

6）掌握写论文的一般步骤及格式方法

前景展望

整体来看我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、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[8]。

过近几年国内的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：

1）大力提高注塑模开发能力。

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，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。

2）注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。

随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。

这不仅是生产手段的转变，也是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。

 目前我国已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业[13]。

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然要求。

3）模具生产正在向信息化迅速发展。

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等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现[4]。

向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。

 4）注塑模向更广的范围发展。

随着人类社会的不断进步，模具必然会向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业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。

因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。

随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。

为了满足市场需要，未来的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展。

超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。

更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随之将产生一些特殊的、更为先进的加工方法[5]。

各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光等新工艺也会不断得到发展。

1塑料制件的分析

1.1成型塑料件的工艺性分析

塑料制件主要根据使用要求进行设计，除考虑充分发挥所用塑料的性能特点外，还应考虑塑件的结构工艺性。

塑件结构工艺性的主要内容包括：

塑件尺寸和精度，表面粗糙度，形状，壁厚，斜度，加强筋，支撑面，圆角，孔，螺纹，嵌件，铰链，标记，符号和文字。

据所给零件的结构，本设计从以下几方面对其分析：

图1-1塑件图

1）从零件图分析

该零件总体结构为壳状，从塑件厚来看，总的来讲塑件壁厚变化比较均匀，有利于零件成型。

2）塑件壁厚分析

塑件壁厚的设计与塑件原料的性能、塑件结构、成型条件、塑件的质量及其使用要求都有密切的联系。

壁厚过小，会造成充填阻力增大，特别对于大型件、复杂制件将难于成型。

塑件的厚度的最小尺寸应满足以下要求：

满足塑件结构和使用性能要求下取小壁厚能承受推出机构等的冲击和振动制品连接紧固处、嵌件埋入处等具有足够的厚度保证贮存、搬运过程中强度所需的壁厚满足成型时熔体充模所需的壁厚。

塑料制件规定有最小壁厚值，下表为热塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推荐值。

表1-1热塑性塑件最小壁厚及常用壁厚推荐值

塑料类型

制件流程50mm的壁厚/mm

一般制件的壁厚/mm

大型制件的壁厚/mm

聚丙烯（pp）

0.85

2.45-2.75

>2.4-3.2

3）脱模斜度分析

当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。

为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。

一般来说，塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。

但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。

斜度作用：

便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度α，在模具上称为脱模斜度。

脱模斜度选取：

取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30′～1°30′。

塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则：

a：

塑料的收缩率大，壁厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。

b：

塑件结构比较复杂，脱模阻力就比较大，应选用较大的脱模斜度。

当塑件高度不大（一般小于2mm）时，可以不设斜度；对型芯长或深型腔的塑件，斜度取偏小值。

但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可将斜度值取大些。

一般情况下，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些，有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度。

热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。

一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。

综合以上的原则，由于塑件高度不是很大，收缩率一般，本设计中采用30′的脱模斜度[11]。

4）表面粗糙度分析

塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等痴点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。

一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2级，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度值不断加大，应随时给以抛光复原，非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。

此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关，一般型腔表面粗糙度要求达到0.2~0.4mm。

1.2成型塑件的材料分析

1）塑料的定义

塑料是一种以合成或天然的高分子化合物为主要成分，在一定的温度和压力条件下，可塑制成一定形状，当外力解除后，在常温下仍能保持其形状不变的材料。

塑料的主要成分是树脂，约占塑料总量的40%～100%。

2）性能特点

苯乙烯-丁二烯-丙烯腈共聚物（ABS）可认为是改性聚苯乙烯。

ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，它也是五大树脂合成之一，是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。

因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，易于成型和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好，可作双色成型塑件，且表面可镀络等所以常被用于制造仪器的塑料外壳。

ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘性。

它不透明，一般呈浅象牙色，能通过着色而制成具有高度光泽的其它任何色泽制品，电镀级的外表可进行电镀、真空镀膜等装饰。

通用级ABS不透水、燃烧缓慢，燃烧时软化，火焰呈黄色、有黑烟，最后烧焦、有特殊气味，但无熔融滴落，可用注射、挤塑和真空等成型方法进行加工[8]。

3）级别与用途

ABS按用途不同可分为通用级（包括各种抗冲级）、阻燃级、耐热级、电镀级、透明级、结构发泡级和改性ABS等。

通用级用于制造齿轮、轴承、把手、机器外壳和部件、各种仪表、计算机、收录机、电视机、电话等外壳和玩具等；阻燃级用于制造电子部件，如计算机终端、机器外壳和各种家用电器产品；结构发泡级用于制造电子装置的罩壳等；耐热级用于制造动力装置中自动化仪表和电动机外壳等；电镀级用于制造汽车部件、各种旋钮、铭牌、装饰品和日用品；透明级用于制造度盘、冰箱内食品盘等。

由于以上原因，本次设计材料选用ABS。

表1-2-1ABS塑料主要的性能指标

性能指标

单位

数值

密度

（Kg.dm-3）

1.02～1.16

收缩率

%

0.3～0.8

熔点

℃

130～160

热变形温度

℃

65～98

弯曲强度

Mpa

80

拉伸强度

MPa

50

拉伸弹性模量

GPa

1.8×10³

弯曲弹性模量

Gpa

1.4

压缩强度

Mpa

18~39

缺口冲击强度

kJ/m2

11~20

硬度

HR

62~86

体积电阻系数

Ωcm

1013

击穿电压

Kv.mm-1

15

注塑机类型：

螺杆式

喷嘴形式：

通用式

表1-2-2注塑机内规定温度范围

料筒一区

料筒二区

料筒三区

喷嘴温度

模具温度

150~170℃

180~190℃

200~210℃

180~190℃

50~70℃

2.塑件成型的基本过程

注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体，熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约20~85mpa），溶入模具的型腔中经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。

1）塑化过程

现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的[9]。

2）充模过程

熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。

充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题------浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。

3）冷却凝固过程

热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即：

塑化（加热）→注射充模（理论上绝热）→固化成型（散热）

热交换效果的好坏决定了塑件的质量，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。

4）脱模过程

塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。

不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。

因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。

由1至4形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件。

3模具结构形式

3.1分型面的选择

1）分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处

2）分型面的选择应有利于塑件的顺利脱模

3）分型面的选择要保证塑件的精度要求

4）分型面的选择应满足塑件的外观质量要求

5）分型面的选择要便于模具的加工制造

6）分型面的选择应有利于排气

考虑分型面的选择原则，应将分型面设在制品的外表面处较为合理，便于脱模且利于模具加工。

此塑件分型面选择在如图截面处：

图3-1-1分型面选择

3.2型腔数目的确定

型腔数的选择原则：

1）根据经济性确定型腔数目，据总成型加工费用最小的原则，并忽略准备时间和试生产原材料费用，仅考虑模具费和成型加工费。

2）根据注塑机的额定锁模力确定型腔数目

3）根据塑件精度确定型腔数目

根据塑件的结构及尺寸精度要求，采用组合式型腔初步确定该模具为一模两腔。

4注塑设备的选择

4.1估算塑件体积质量

建模，三维零件设计

利用proe软件。

进行三维实体建模，并可直接通过软件进行测量

图4-1-1体积说明

V=12828.4mm³由于ABS密度（Kg.dm-3）1.02～1.16取最大值1.16.

所以M=12.83×1.16≈15g

4.2注塑机的选择

注射机的类型和规格很多，分类方法各异，按结构型式可分为立式、卧式、直角式三类，国产卧式注射机已经标准化和系列化。

这三类不同结构形式的注射成型机各特点如下：

1）立式注射机的注射柱塞（或螺杆）垂直装设，锁模装置推动模板也沿垂直方向移动，这种注射成型机主要优点是占地面积小，安装或拆卸小型模具很方便，容易在动模上（下模）安放嵌件，嵌件不易倾斜或坠落。

其缺点是制品自模具中顶出以后不能靠重力下落，需人工取出，有碍于全自动操作，但附加机械手取产品后，也可以实现全自动操作，此类注射机注射量一般均在60克以下。

2）卧式注射机是目前使用最广、产量最大的注射成型机，其注射柱塞或螺杆与合模运动均沿水平方向装设，并且多数在一条直线上（或相互平行）。

优点是机体较低，容易操纵和加料，制件顶出模具后可自动坠落，故能实现全自动操作，机床重心较低安装稳妥，一般大中型注射机均采用这种形式。

缺点是模具安装比较麻烦嵌件放入模具有倾斜或落下的可能，机床占地面积较大。

3）直角式注射机的柱塞或螺杆与合模运动方向相互垂直，主要优点是结构简单，便于自制适于单件生产者，中心部位不允许留有浇口痕迹的平面制件，同时常利用开模时丝杠的转动来拖动螺纹型芯或型环旋转，以便脱下塑件。

缺点是机械传动无准确可靠的注射和保压压力及锁模力，模具受冲击振动较大。

根据实际情况，注塑机的实际注塑量是理论注塑量的80％左右。

即有：

Vs≦aV1

式中：

V1~理论注塑容量cm3；

VS~实际注塑容量g；

A~注塑系数，一般取值为0.8；

经计算可得实际注塑量V=2×12828mm³＋V流≈50cm³

根据以上计算以及产品的高度和一模两腔的设计理念和《模具设计与制造简明手册》表2-40选择注射机XS-ZY-250螺杆式注射机，合模方式：

液压—机械，其参数如下：

表4-2-1注塑机参数

额定注射量

螺杆

直径

注射

压力

锁模

力

模板

行程

模具最大厚度

模具最小厚度

模板

尺寸

拉杆

空间

定位孔直径

cm3

mm

Mpa

KN

mm

mm

mm

mm

mm

mm

250

Φ50

130

1800

500

350

200

598×520

448×370

Φ100

5.浇注系统的设计

浇注系统它是获得优良性能和理想外观的塑件以及最佳的成型效率有直接影响。

此塑件采用普通流道系统，它是主由流道、分流道、浇口、冷料穴组成的。

浇注系统是一副模具的重要的内容之一。

从总体来说，它的作用可以作如下归纳：

它是将来自注塑机喷嘴的塑料熔体均匀而平稳地输教送到型腔，同时使型腔的气体能及时顺利排出，在塑件熔体填充凝固的过程中，将注塑压力有效地传递到型的各个部位，以获得形完整、内外在质量优良的塑件制件[7]。

浇注系统的设计的一般原则：

了解塑件的成型性能和塑件熔料的流动特性。

采用尽量短的流程，以降低热量与压力损失。

浇注系统的设计应该有利于良好的排气，浇注系统应能顺利填充型腔。

便于修整浇口以保证塑件外观质量。

确保均匀进料。

5.1浇口套的选用

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。

主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。

主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。

另外，由于其与高温熔体及注射机喷嘴反复接触，因此设计中常设计成可拆卸更换的浇口套。

主流道衬套为标准件可选购。

主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，易磨损，对材料要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口与定位圈设计成一个整体，但考虑上述因素通常仍然将其分开来设计，以便于拆卸更换[11]。

同时，也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。

设计中常采用碳素工具钢（T8A或T10A），热处理淬火表面硬度为50～55HRC，浇口套属于标准件，在选够浇口套时应注意：

浇口套进料口直径和球面坑半径。

因此，所选浇口套如图所示：

图5-1-1浇口套

5.2冷料井的设计

根据实际，采用底部带有拉料杆的冷料井，推杆装于推杆固定板上，具体结构见总装图。

5.3分流道的设计

1）分流道截面形状

分