基于CAD CAM 的DVD外壳面板注塑模具设计.docx
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基于CADCAM的DVD外壳面板注塑模具设计
摘要
在人们的日常生活中，塑料产品的应用随处可见，大到我们家用的冰箱，洗衣机，小到家庭用筷子和碗。
都有塑料模具的影子。
本论文以DVD外壳面板为原型进行塑料模具的设计，包括其材料成型工艺的分析，分型面的选择，浇筑系统的设计，以及最后的注塑机的校核计算和注射量的计算等等，本文采用自上而下的模具设计方法，通过理论联系实际的工作方法，设计出合理的DVD外壳面板注塑模具。
本文设计的内容就是DVD外壳面板注塑模具，材料为ABS，根据其结构形状特点以及通过对DVD外壳面板成型工艺的正确分析，同时本文对注塑模具进行简要介绍，对注塑模具中的主要零件进行设计计算，在设计过程中着重考虑其生产实际中的经济性和合理性。
关键词：
塑料模具，注射成型，分型面
Abstract
Plasticmoldingproductsareplasticasthemainstructuralmaterial.Theprocessingofproducts.Referredtoastheplasticparts.plasticmoldingproductsarewidelyused.Especiallyintheelectronicinstrumentelectricalequipment,communicationtools,etctoobtainalargenumberofapplications.suchasallkindsofstressareshellstentsstructuredecoration.Basedprocessequipmentasthemainproductionofplasticproductsofplasticmold.occupiesanimportantpositioninnationaleconomymouldtechnologyhasalsobecometoplasticmoldingisanimportantmethod.itismainlysuitableforthermoplasticmolding.andcanbeacomplicatedshapeofprecisionplasticformingpartsistheadslsurfaceshellasadesignmodel.Thispaperwillbeinjectionmoldrelatedknowledgeasthebasis.theoveralldesignprocessofplasticinjectionmouldareexpounded.
Designthecontentofthisarticleisshellofplasticinjectionmould,materialsforABS.Accordingtotheshapeofthestructurecharacteristicsandthroughtheanalysisoftherightacrosstheshellmoldingprocess,determinetheoveralldistributionofcavitychoosethepartingsurfacedeterminethedemouldingway.Thedesignofgatingsystem,etc.
Keywords：
Plasticmold；injectionmolding；thepartingsurface
目录
摘要I
AbstractII
1绪论1
1.1我国模具行业的发展方向和前景1
1.2注塑模具设计与制造技术2
2塑件3D建模及注射成型工艺分析9
2.1塑件的3D模型11
2.2塑件的注射成型工艺性分析13
2.3注塑机15
3模具结构设计16
3.1型腔数目的确定16
3.2分型面的确定17
3.3浇口的确定17
3.4模具材料的确定17
3.5浇注系统的设计18
3.6成型零件结构设计20
3.7抽芯结构设计20
3.8模架的选用21
3.9导向机构的设计21
3.10顶出机构的设计22
3.11排气设计22
3.12温度调节系统设计23
4注射机的校核23
4.1最大注塑量的校核23
4.2锁模力的校核23
4.3模具外形尺寸校核24
4.4模具厚度校核25
总结26
致谢27
参考文献28
1绪论
1.1我国模具行业的发展方向和前景
经过1990年代的高速发展，中国的模具产业已经达到一定的水平，生产能力也有了相当大的提高，模具市场的规模也正在逐步扩大。
过去十年，中国模具工业（主要集中在汽车、电子信息以及电器）以每年15%左右的增长速度快速发展。
与2004年相比，2005年中国的模具生产值增加了125%，以610亿人民币居世界第三位。
其中，出口比前一年增加了150%。
1.2注塑模具设计与制造技术
1.2.1注塑模具的可视化设计
模具三维设计能对模具的可制造性加以评价，大大减少了设计失误。
通过可视化模具设计，可以很清楚地知道塑料在模具内部的流动情况，通过模流分析，有可以很清楚地知道模具的型腔型芯能不能用，设计的结构合理与否。
2塑件3D建模及注射成型工艺分析
2.1塑件的3D模型
运用UG绘图软件绘制塑件的3D图，如图3.1所示下：
图3.1DVD外壳面板
2.2塑件的注射成型工艺性分析
2.2.1初步分析
⑴通过UG对3D模型质量属性分析
分析结果：
单件体积=19875㎜3单件投影面积=28553㎜2
密度=1.05g/cm3单件质量=15.6g
2.2.2塑件注射成型工艺性CAE分析
利用Moldflow对塑件进行最佳浇口分析，塑料流动性分析，冷却质量分析，缩痕分析等。
初始条件：
ABS在Moldflow中搜索到此材料，可以查看材料的一些具体信息。
以这些信息作为分析的初始条件。
其中模具温度为
，熔化温度为
，材料融化温度范围：
，模具温度范围：
，塑料固体密度为1.05㎜3，融化密度为1.03㎜3，最大剪切应力为0.26MPa。
第一步：
导入模型；
第二步：
划分网格，如图3.4所示；
图3.4划分网格
第三步：
网格统计，如图3.5所示；
图3.5网格统计
第四步：
网格修复；
第五步：
最佳浇口分析，如图3.6所示；
分析结果：
图3.6中，蓝色为浇口的最佳区域，红色为最差区域。
从图中可以看出，浇口最佳位置点在塑件的中部区域的第二个圆柱面上。
图中出现红色区域，说明该处浇口最差点。
显然在塑件中部设置浇口会使模具结构边得很复杂。
图3.6最佳浇口分析
第七步：
充填时间分析，如图3.8所示；
图3.8充填时间分析
第八步：
温度分析，如图3.9所示；
图3.9温度分析
第九步：
熔接痕分析，如图3.10所示；
图3.10熔接痕分析
第十步：
气穴分析，如图3.11所示；
图3.11气穴分析
第十一步：
锁模力分析，如图3.12所示；
图3.12锁模力分析
2.3注塑机
2.3.1注塑成型工艺参数
查模具设计手册可知ABS料注射成型的主要工艺参数如下表3-1
表3-1ABS料注射成型的主要工艺参数
工艺参数
规格
工艺参数
规格
预热和干燥
温度t/℃:
80～95
成型时间/s
注射时间
0～5
时间
/h:
4～5
保压时间
15～30
料筒温度t/℃
后段
150～170
冷却时间
15～30
中段
165～180
总周期
40～70
前段
180～200
螺杆转速n/（
）
30～60
喷嘴温度t/℃
170～180
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度t/℃
50～80
温度t/℃
70
注射压力p/Mpa
60～100
时间
/h
2～4
2.3.2注塑机的选择
由公称注射量选定注射机
由3.2.1分析已得出单个塑件体积V=15144㎜3，流道凝料V’=4545㎜3实际注射量为:
V
=15144×2+4545=34.833cm
；
根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则,即：
0.8V
≧V
V
=V
/0.8
=34.833÷0.8
=43.541cm
；
由上计算初步确定注塑机为SZ-60/60，查模具设计手册注塑机主要技术参数如下表3-2。
表3-2国产注射机SZ-60/60技术参数表
特性
内容
特性
内容
结构类型
卧
拉杆内间距（mm）
320×520
理论注射容积（cm
）
60
移模行程（mm）
300
螺杆直径（mm）
40
最大模具厚度（mm）
350
注射压（MP
）
145
最小模具厚度（mm）
170
注射速率（g/s）
锁模形式（mm）
液压
塑化能力（g/s）
11.7
模具定位孔直径（mm）
125
螺杆转速（r/min）
20~200
喷嘴球半径（mm）
35
锁模力（KN）
600
喷嘴口直径（mm）
4
3模具结构设计
3.1型腔数目的确定
注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：
（1）塑件的尺寸精度；
（2）模具制造成本；
（3）注塑成型的生产效益；
（4）模具制造难度。
考虑到该塑件是一般日用品，根据生产批量和经济因素，初步确定该模具为一模两腔。
3.2分型面的确定
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排气等多种因素的影响。
除了以上这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小。
为了保证侧向型芯的位置的放置及抽芯机构的动作顺利，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，而将较深的凹孔或较高的凸台放置在开合模方向。
3.3浇口的确定
ABS料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,确定使用潜伏浇口。
浇口位置已经在3.2.2分析中确定。
3.4模具材料的确定
现有模具模架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。
3.5浇注系统的设计
注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。
它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内、外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的重点内容之一。
3.5.1主流道设计
主流道是一端与注塑机喷嘴相接触，另一端与分流道相连的一段带有有锥度的流动通道。
根据注塑机型号设计主流道尺寸，具体尺寸详见图纸。
由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。
浇口套结构设计如图4.1所示采用两颗M5×20L螺钉固定。
由注塑机确定定位圈的尺寸，定位圈采用两颗M6×20L螺钉固定，如图4.2所示。
图4.1浇口套图4-2定位圈
3.5.2分流道设计
分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。
分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。
浇道的截面积越大，压力的损失就越大；浇道的表面积越小，热量的损失就越少。
用浇道的截面积和表面积的比值来表示浇道的效率，效率越高，浇道的设计越合理。
考虑热量损失和浇道加工性能等因素，查[6]P151表4-3，选择圆形截面的分浇道。
具体详见图4.3所示。
3.5.3冷料井
冷料井一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料井的尺寸，宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径。
该模具的冷料井设计锥形的冷料井。
冷料井如图4.3所示：
3.5.4浇口
浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。
浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定。
该模具采用潜伏式浇口，已在4.3中得到确定。
其有以下特性:
形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；
试模时如发现不当，容易及时修改；
能相对独立地控制填充速度及封闭时间；
对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。
浇口的截面形状和分流道的一样都采用圆形截面，与分流道的连接方式见图4.3所示。
图4.3主流道、分流道、浇口的连接情况
3.6成型零件结构设计
所谓成型零件是模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件，它包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。
成型零件工作时，直接与塑料接触，承受塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生磨擦。
因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。
设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。
以下是成型零件的结构设计。
根据产品特征，为了便于加工制造，型腔采用整体镶嵌式，型腔靠用8颗M8×40L螺钉固定于型腔板，如图4.4所示；型芯也采用整体镶嵌式，型芯用8颗M8×30L螺钉固定，如图4.5所示；
图4.4型腔
图4.5型芯
3.7抽芯结构设计
内侧分型与抽芯机构用来成型具有内侧凹槽和孔的塑件；成型壳体制品的局部凸起、凹槽和肓孔。
因为抽芯机构的注射模，其可动零件多，动作复杂。
因此，侧抽机构的设计应尽量可靠、灵活和高效。
本产品图需要抽芯位置如图4.6所示平面所示：
图4.6
本设计采用斜顶结构来成型内侧抽芯
a.斜顶及其组件的性能要求
斜顶有相对于其他零件的运动而且行位还是产品成型结构部分，因此行位及与其想配合的零件不仅满足一定的耐磨性要求还必须具有一定成型零件的性能。
斜顶及其组件的具体性能必须满足以下几点：
（1）高表面硬度：
表面淬火或者渗碳或渗氮处理到HRC50。
（2）各相配合的零件不可为相同材料以防粘着磨损。
（3）配合要求：
与固定在B板上的耐磨片采用H7/f7间隙配合；与B板避空即可；与下模镶件采用H7/f7配合。
详细的配合情况见模具总装的配合要求。
b.斜顶的尺寸计算
（1）斜顶的抽芯距离
斜顶的抽芯距离为0.72，所以S≥1.5mm
（2）斜顶的顶出行程
由H≥S/tan
解得：
H≥15mm；
式中：
----为斜顶的倾斜角度；为5°。
斜顶的具体结构如图4.7所示，其性能要求以及详细尺寸见斜顶零件图。
图4.7抽芯结构图
3.8模架的选用
注射模标准模架共有两个国家标准：
一是使用于模板尺寸B×L≤560mm×900mm的中小型模架（GB/T12556.1—1990）；二是使用于模板尺寸B×L为630mm×630mm~1250mm×2000mm的大型模架（GB/T12555.1—1990）。
塑料模具型腔在成型过程中承受着塑料熔体的高压，如果侧壁或底板的强度不足，则可能产生开裂，如果强度不足，则可能产生过大的变形，造成溢料，使脱模困难，型腔侧壁和底板厚度的计算方法有强度计算和刚度计算两种，一般情况下，大尺寸型腔刚度不足是主要问题，应按刚度条件计算，小尺寸型腔强度不足是主要问题，应按强度条件计算。
根据制件的尺寸分析，本制件的成型型腔属于较大尺寸，所以应按刚度来计算，而型腔采用的是整体嵌入式，根据型腔的材料和经验，型腔的壁厚为17～19mm，模套壁厚45～50mm。
由此按经验参考标准模架，选取标准模架为I-150200GB/T12556.1-1990
表4-1模架参数表
名称
材料
尺寸（mm）
定模座板
45钢
250×450×25
定模板
45钢
200×450×90
动模板
45钢
250×450×50
垫块
45钢
38×450×70
动模座板
45钢
250×450×50
推板
45钢
120×450×15
推板固定板
45钢
120×450×20
3.9导向机构的设计
注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。
导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。
锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。
合模导向机构的设计
导柱：
由模架已经确定基本尺寸为φ20mm，总长L=135mm，详细资料看零件图纸；
导套：
由导柱基本尺寸确定，长度L=90mm，详细资料看零件图纸。
3.10顶出机构的设计
注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。
本设计使用简单的推杆脱模机构和利用斜顶设计推出机构的类型为一次推出机构。
因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。
顶出机构如图4.8所示。
图4.8推出结构
3.11排气设计
在塑料熔体填充注射模腔过程中，模腔内除了原有的空气外，还有塑料含有的水分在注射温度下蒸发而形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。
模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推杆，镶件等的间隙排气。
3.12温度调节系统设计
在注塑成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。
由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具的温度要求也不同。
流动性差的塑料如PC，POM等，要求模具温度高，温度过低会影响塑料的流动，增大流动剪切力，使塑件内应力增大，出现冷流痕，银丝，注不满等缺陷。
普通的模具通入常温的水进行冷却，通过调节水的流量就可以调节模具的温度，为了缩短成型周期，还可以把常温的水降低温度后再通入模内，可以提高成型效率。
对于高熔点，流动性差的塑料，流动距离长的制件，为了防止填充不足，有时也在水管中通入温水把模具加热。
由前面分析可知道ABS的成型温度为248℃，模具温度为47.5℃。
3.12.1温度调节对塑件质量的影响
⑴采用较低的模温可以减小塑料制件的成型收缩率；
⑵模温均匀，冷却时间短，注射速度快可以减少塑件的变形
⑶对塑件表面粗糙度影响最大的除型腔表面加工质量外就是模具温度，提高模温能大大改善塑件的表面状态；
温度对塑件质量的影响有相互矛盾的地方，设计时要根据材料特性和使用要求偏重于主要要求。
该塑件属于中等深度的塑件，又由于前面分析可以知道，在塑件外面和直流道处需要重点冷却。
因此在型芯型腔都设置了两层冷却水线。
根据冷却水线设计原则，冷却水道的直径均为6㎜。
4注射机的校核
4.1最大注塑量的校核
根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%。
所以，一个周期内所需的塑料溶体的总量必须在注射机的额定注射量的80%以内。
V
=34.833cm
V
=60mm
（见注塑机参数表）
V
×80%=60×0.8=48cm
>V
，校验合格。
4.2锁模力的校核
在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：
F＞F
=KA
·P
A
=5954㎜2；P
=30MPa；
K安全系数，通常取1.1~1.2，取K=1.2。
F
=KA
·P
=1.2×5954×30=214.344KN
可知F=600KN，所以F>F
锁模力满足要求。
4.3模具外形尺寸校核
注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。
模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。
由表3-2可得注塑机的拉杆间距为320×520mm，而模板Z座的尺寸为250×450mm，故满足要求。
4.4模具厚度校核
模具厚度必须满足下式：
H
H
H
150
270
350满足要求。
式中H
——所设计的模具厚度270mm；
H
——注塑机所允许的最小模具厚度150mm；
H
——注塑机所允许的最大模具厚度350mm；
模具三维装配图
定模侧示意图
动模侧
总结
在最近的一段时间的毕业设计，使我们充分把握的设计方法和步骤，不仅复习所学的知识，而且还获得新的经验与启示，在各种软件的使用找到的资料或图纸设计，会遇到不清楚的作业，老师和学生都能给予及时的指导，确保设计进度。
本文所设计的是基于CADCAM的DVD外壳面板注塑模具的设计，通过初期的定稿，查资料和开始正式做毕设，让我系统地了解到了所学知识的重要性，从而让我更加深刻地体会到做一门学问不易，需要不断钻研，不断进取才可要做的好，总之，本设计完成了老师和同学的帮助下，在大学研究的最后，感谢帮助过我的老师和同学，是大家的帮助才使我的论文得以通过。
在相关的实际问题的讨论中，我的导师总是孜孜不倦的引导着我，帮助着我。
每周一次的进度检查和问题讨论，促使我在正确的道路上大步前进，不仅工作的按时保质保量的完成得到了保证，我本人的研究能力，工作的态度也得到了充分的锻炼和提高。
这些宝贵的品质影响着我，毫无疑问，它们对我以后的工作，学习，生活都会起到深远而长久的良好影响。
也能为人生打下一个夯实地基础！
在具体的研究设计过程中，同学们也在平日的学习与生活中提供了无私与周到的帮助，充分用他们的工作热情感染着我，鼓励着我，让我少走了很多弯路，再次一并致谢！
另外也感谢我的父母，朋友和同学们的帮助。
在做设计感觉受挫，枯燥与迷茫时，是他们在悉心的为我释放压力，鼓励我不要气馁，勇敢面对。
每周一次和父母的通话，与朋友和同学的长谈后都使我精神放松，斗志倍增，以饱满的热情重新投入到工作中去，感谢他们，正是他们的不懈支持和充分理解才能使我顺利完成毕业设计。
致谢
现在，我的心里感到特别高兴和激动，在这里，我打心里向我的导师和同
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