插板底座注塑模具设计与制造毕业设计说明书.docx
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插板底座注塑模具设计与制造毕业设计说明书
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论文作者签名：
日期：
指导教师签名：
日期：
永城职业学院毕业设计
题目：
插板底座注塑模具的设计与制作
Socketplateinjectionmolddesignandmanufacture
专业：
模具设计与制造
院（系）：
机电工程系
2012年10月14日
摘要
本论文的主要内容为插板底座的注塑模设计，首先根据需要选择材料，然后根据产品的外形用Pro/E4.0进行建模获得产品部件模型，之后对产品进行模架选择然后用EMX4.1对模架进行装载。
接下来就是对型芯的数控程序的生成，利用Mastercam对型芯进行加工，然后导出数控程序。
最后，用CAD绘制注塑模具非标准零件的零件图以及模架的装配图出图。
【关键词】注塑模、Pro/ENGINEER4.0、AutoCAD2008Mastercam
Abstract
Themaincontentofthispaperforboardbaseofinjectionmolddesign，Firstchooseaccordingtoneedmaterials，ThenaccordingtotheappearanceofproductwithPro/E4.0modelingforproductcomponentmodel，AfterproductdiecarrierchoicethenuseEMX4.1todiecarrierforloading。
Nextisthecoreofthegenerationofncprogram，UseMasterCAMtocoreprocess,andthenderivedCNCprogram.Finally,withCADdrawinginjectionmoldnonstandardpartsofthepartdrawingandthemouldframeassemblydrawingthediagram.
【Keywords】
Injectionmold,Pro/ENGINEER4.0,EMX4.1,AutoCAD2008
1．前言
随着塑料工业的迅速发展，对塑料模具设计和制造技术的要求也越来越高，传统的塑料模具设计及制造技术已经无法适应当今的要求。
在注塑产品的开发过程中，模具的设计和制造决定了塑料件的最终质量和成本。
而Pro/E在注塑模具设计中的应用，为高质量模具的设计和制造提供了一条途径，使当前模具设计及制造技术呈现出新的特征，大大提高模具的制造效率和质量。
这对提高新产品开发速度作用十分的突出。
在现在工业生产中，模具是重要的工艺装配之一，它在铸造、锻造、塑料、冲压、粉末冶金，陶瓷制品等生活生产行业中得到广泛应用。
由于采用模具能提高生产效率、节约材料、降低成本，，并且可以保证一定的加工质量要求，所以，汽车、飞机、拖拉机电器、仪表、玩具和日常用品等产品的零部件很多都采用模具加工。
随着工业科学技术的工业产品的品种和数量不断增加，产品的改性换代加快，对产品质量、外观不断提出新的要求，对模具质量的要求也越来高，因此，模具设计与制造技术在国民经济中的地位是显而易见的。
2．塑件的结构及工艺分析
2.1塑件结构分析
制件的总体形状为长方体结构零件，如图1示：
图1
1.制件总体结构为长方体薄壳类产品，基本尺寸为180mm×51mm×15mm，厚度为2mm，一段有一个基本尺寸为30mm×10mm，厚度为30mm的长方体螺钉固定凸台，螺钉孔直径为5mm.4mm，其中ø5圆台向下凹1mm，另一端有一直径为8mm，12mm，和15mm厚度为2mm，长为4mm半圆形线孔，其侧有一长方体25mm×9mm的凹台，向下凹3mm，厚度为2mm，盒盖四周各有一个直径为8mm，高为8mm和长直径为6mm，高为2mm，相接的圆柱凸台其厚为2mm，盒盖内部两侧各有4个长为5mm，高为12mm，厚为2mm的三角形加强筋，内部有两个高12mm×5mm×2mm厚的圆柱孔。
。
制件具体分析如下：
①塑件的尺寸精度
该塑件的要求具有中等精度，外表无瑕疵，美观，性能可靠，重要的尺寸有180mm，51mm，15mm，查表3-1[1]可知精度为MT3级，次重要尺寸乳30mm，10mm等，精度为MT5级标注。
②塑件的表面粗糙度
查表3-3可知，ABS注射成型时，表面粗糙的范围为Ra0.2-32um，而该表面粗糙应较为高，取为Ra0.4um。
③脱模斜度
查表3-4可知，材料为ABS的塑件，其型腔脱模斜度一般为40′-1°20′，型芯脱模斜度为40′-1°20′。
而该塑件为长方体结构，故型腔脱模斜度为1°，型芯脱模斜度为1°。
④壁厚
塑件整体厚度为2mm。
⑤加强筋
因该塑件长度较大，且为薄壁塑件，强度不足，需设计加强筋。
⑥圆角
该塑件内、外表面及四周各有圆角，有利于塑件的成型。
⑦侧孔和凸台
该塑件一端螺钉定位凸台有两个定位孔，另一端有线孔，其端有一长方形凹块。
金属嵌件
该塑件无金属嵌件。
螺纹、自攻螺纹孔
该塑件的凸凹孔和侧孔皆无螺纹。
铰链
该塑件无铰链结构。
文字、符号及标记
通过上述分析，该塑件结构属于中等复杂结构，结构工艺性合理，不需对塑件的结构进行修改，塑件尺寸中等，对应的模具尺寸加工容易保证，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，塑件的成型要求可以得到保证。
2.2塑件制品的工艺分析
2.2.1分析制件材料物理性能
ABS树脂是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS），这三者的比例为20：
30：
50（熔点为175℃）。
ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。
缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。
2.2.2分析塑料成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。
每种单体都具有不同特性：
丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。
ABS在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比PA、PVC高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%~0.8%范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%～0.4%，而且绝少出现塑后收缩。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。
ABS尚具有良好的配混性，可与多种树脂配混成合金（共混物），如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的应用领域，ABS若与MMA掺混可制成透明ABS，透光率可达80%。
ABS是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%~0.35%水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。
2.2.3ABS的成型工艺特点
熔融温度高，需要高料温、高压注射成型；模具流道的阻力应小，模具要加热；塑件易产生内应力，原料要干燥，顶出力要均匀，塑件需要后处理。
2.2.4结论
本制品为插板底座，要求耐高温，强度和韧性较好，耐磨、耐腐蚀，中等精度，美观、性能可靠。
使用ABS材料，产品的使用性能基本满足要求，但在成型时，要注意选择合理的成型工艺及成型前的干燥处理。
3．确定成型方式及成型工艺流程
3.1塑件成型方式
所生产制品选择ABS工程塑料,属于热塑性塑料，制品需要大批量生产。
虽然注射成型模具结构较为复杂，成本较高，但生产周期短、效率高，容易实现自动化生产，大批量生产模具成本对于单件制品成本影响不大。
而压缩成型、压注成型主要用于生产热固性塑件和小批量生产热塑性塑料；挤出成型主要用以成型具有恒定截面形状的连续型材；气动成型用于生产中空的塑料瓶、罐、盒、箱类塑件。
所以该制件应选择注射成型。
3.2注射成型工艺过程的确定
一个完整的注射成型工艺过程包括成型前准备、注射过程及塑件后处理3个过程。
①．成型前的准备。
a、对ABS原料进行外观检验：
检查原料的色泽、粒度均匀等，要求色泽均匀、细度均匀度。
b、生产开始如需要改变塑料品种、调换颜色，或发现成型过程中出现了热分解或降解反应，则应对注射机料筒进行清洗。
c、为了使塑料制件容易从模具内脱出，模具型腔或模具型芯还需要涂上脱模剂，根据生产现场实际条件选用硬脂酸锌、液体石蜡或硅油等。
②．注射过程一般包括：
加料、塑化、充模、保压补缩、冷却定型和脱模等步骤。
③．塑件后处理。
ABS易产生应力集中，严格控制成型条件，采用以下退火处理工艺。
a、烘箱
把产品放入红外线烘箱里，用烘箱以80～85℃烘2～4小时。
4．确定成型工艺参数并编制成型工艺卡片
采用螺杆式塑料注射机，螺杆转速为30～60r/min。
材料预干燥0.5h以上。
2.温度
料筒前端：
150℃～170℃，料筒中部：
180℃～190℃，料筒后端：
200℃～210℃，喷嘴：
180℃～190℃，模具：
50℃～70℃。
3.压力
注射压力：
60～100MPa，保压压力：
40～60MPa。
4.时间（成型周期）
注射时间：
2～5s，保压时间：
5～10s，冷却时间：
5～15s，成型周期：
15～30s。
5.后处理
方法：
红外线烘箱，温度;70℃～90℃，时间：
0.3～1h。
[1]
该制件的注射成型工艺卡片见下表表1
表1开关注射成型工艺卡片
塑料注射成型
工艺卡片
资料编号
车间
共1页
第1页
零件名称
插座底板
材料定额
设备型号
SYS-30
装配图号
材料牌号
ABS
每模制件数
1件
零件图号
单件质量
9.45g
工装号
材料干燥
设备
红外线烘箱
温度（℃）
70～90
时间（h）
0.3～1
料筒温度（℃）
料筒一区
150～170
料筒二区
180～190
料筒三区
200～210
喷嘴（℃）
180～190
模具温度（℃）
50～70
时间（s）
注射（s）
2～5
保压（s）
5～10
冷却（s）
5～15
压力（MPa）
注射压力
60～100
保压压力
40～60
塑化压力
2～4
后处理
温度（℃）
红外线烘箱70～90
时间额定（min）
辅助（min）
0.5
时间（min）
0.3～1
单件（min）
1～2
检验
编制
校对
审核
组长
车间主任
检验组长
编制
5．模具设计
5.1确定成型工艺设备规格
初选注射机规格通常依据注射机允许的最大注射量、锁模力及塑件外观尺寸等因素确定。
习惯上依据其中一个设计依据，其余都作为校核依据。
5.1.1依据最大注射量初选设备
通常保证制品所需要注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%，否则就会造成制品的形状不完整、内部组织疏松或制品强度下降等缺陷；而过小，注射机利用率偏低，浪费电能，而且塑料长时间处于高温状态可导致塑料分解和变质，因此，应注意注射机能处理的最小注射量，最小注射量通常应大于额定注射量的20%。
①单个塑件体积。
V=9（cm³）
②单个塑件质量。
M=Vp=9.45（g）
由于塑件尺寸太小，生产中通常选用一模两腔，加上凝料的质量（初步估算约为8g）。
③塑件成型每次需要注射量。
M+8=18（g）
④根据注射量，查表选择SYS-30型号的立式注射机，满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%。
⑤设备参数见下表2。
[1]
注射机主要技术参数（表2）
项目
设备参数
额定注射量（cm³）
30
螺杆直径（mm）
28
注射压力（Mpa）
157
锁模力（kN）
500
最大开合模行程（mm）
80
最大模厚（mm）
200
最小模厚（mm）
70
喷嘴圆弧半径（mm）
12
喷嘴孔直径（mm）
3
5.2型腔数目的确定
型腔数目是根据有锁模力、最大注射量、制件的精度要求、经济性等来确定的。
本设计中考虑到该塑件的形状，为了经济性，采用一模一腔。
模具的型腔数，根据注射机最大注射量确定型腔数目n.
n≤
=1
式中：
k-----注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8；
mp------注射机最大注射量，g;
m1------浇注系统凝料量，g;
m-------单个塑件的质量，g.
考虑到工件简单体积中等，原材料为ABS塑料，为使模具制造费用、设备运转费用低一些，经济效益高一些，采用一模一腔的模具形式。
如图2所示。
图2
5.3分型面设计
分型面的选择很重要，它对塑件的质量、操作难易、模具结构及制造影响很大。
在选择分型面时一般应考虑以下因素。
（1）分型面应取在塑件尺寸的最大处，有利于脱模。
（2）使塑件留在动模部分，这是由于推出机构通常设在动模一边，将型芯设在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模边。
（3）有利于保证塑件的外观精度和精度要求。
（4）模具结构简单，使用方便，制造容易。
（5）成型效率及成型操作。
（6）分型面应该有利于排气。
分型面选择如图3所示。
图3
5.4浇注系统设计
5.4.1主流道设计
根据之前计算结果，可得SYS-30型号的立式注射机的有关尺寸。
喷嘴球半径：
R=12mm，喷嘴孔直径：
d=3mm。
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R=13mm，d=3.5mm。
取主流道球面半径：
R=13mm。
取主流道的小端直径：
d=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，如右图所示，其锥角α=2°～6°，表面粗糙度Ra≤0.4um，抛光时沿轴向进行，以便于浇注系统凝料其中顺利拔出。
同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计r=2mm的圆弧过渡。
5.4.2浇口设计
①浇口形式的选择。
由于该塑件外观质量要求较高，浇口的位置和大小应以不影响塑件的外观质量为前提。
同时，也应尽量使模具结构更简单。
根据对塑件结构的分析及已确定的分型面的位置，综合对塑件成型性能、浇口和模具结构的分析比较，确定成型该塑件的模具采用侧浇口形式。
②进料位置的确定。
由于塑件的外观质量要求较高，浇口位置和大小以不影响塑件外观质量为前提，尽量使模具结构简单，根据对塑料成型性能，浇口和模具结构的分析比较，确定成型该塑件的模具采用点浇口。
③浇口尺寸的确定。
查表6-3可知点浇口尺寸要求，依次设计浇口尺寸点浇口尺寸。
5.4.3冷料穴设计
冷料穴有“Z”形、球头形、菌头形和倒锥形等，其中“Z”字形拉料杆冷料穴，应用较普遍，其，但当塑件被推出以后做侧向移动时不能采用，而带球头形、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。
该塑件包紧力不大，无须用推件板；而分流锥形拉料杆靠塑件收缩的包紧力将主流“Z”字形拉料杆的冷料穴。
5.4.4排气和引气系统设计
由于塑件整体较薄，排气量较小，同时，采用点浇口模具结构，属于中型模具，最后充满的地方位于分型面，因此可利用分型面进行排气，当然推杆与模板的配合间隙也能起到排气的作用。
其配合间隙不能超过0.04mm,一般为0.03～0.04mm。
该塑件开模及脱模过程中不会形成真空负压现象，因此不需要设计引气系统。
5.5成型零件的设计
直接与塑料接触确定塑件形状的零件称为成型零件，包括凹模和凸模（或型芯）。
在本次设计中主要包括由型腔，型芯组成的成型零件。
型芯如图4所示.
图4
5.5.1采用的形式
（1）型腔用于成型塑件的外表面，该塑件分型面设在接近下表面处，结构比较简单，所以型腔设计成整体式的。
（2）型芯用于成型制件的内部结构，型芯结构较复杂，因此需要设计成整体式型芯，可节省体积、降低加工难度。
5.5.2成型零件工作尺寸的计算
①型腔和型芯径向尺寸的计算
型腔径向尺寸的计算：
由于δz、δc与△的关系随塑件的精度等级和尺寸大小的不同而变化，因此式中△前的系数X在塑料件尺寸较大，精度级别较低时δz和δc可忽略不计，则X=0.5；当塑件尺寸较小、精度级别较高时，δc可取△×
、δz可取△×
，此时，X=0.75，塑件的基本尺寸Ls是最大尺寸，其公差△为负偏差。
180±0.6△=1.2δz=
△=0.4
（Lm1）
=［（1+-S）Ls-（0.5～0.75）△]
=［（1+0.0065）×180－（0.75×1.3）]
=180.20
60±0.42△=0.84δz=
△=0.28
（Lm2）
=［（1+-S）Ls-（0.5～0.75）△]
=［（1+0.0065）×60－（0.75×0.84）]
=59.76
15±0.38△=0.76δz=
△=0.25
（lm3）
=［（1+0.0065）×15+（0.75×0.76）]
=15.67
Φ20△=0.21δz=
△=0.07
（lm4）
=［（1+-S）ls+（0.5～0.75）△]
=［（1+0.0065）×20+（0.75×1.5）]
=20.24
②型腔深度和型芯高度尺寸的计算
15±0.29△=0.58δz=
△=0.19
型腔深度（Hm）
=［（1+-S）Hs-X△]
=［（1+0.0065）×15-0.75×0.58]
=14.46
20±0.22△=0.44δz=
△=0.15
型芯高度（lm）
=［（1+-S）hs+x△]
=［（1+0.009）×22+（0.75×0.44）]
=22.53
③中心距尺寸的计算
因为：
Cm=（1+-S）Cs
所以:
标注制造公差后的：
：
Cm±
δz=（1+-S）Cs±
δz
90±0.53△=1.06δz=
△=0.35
Cm=（1+-S）Cs±
δz
=（1+0.0065）×90±
×0.35
=90.56±0.175
5.6冷却系统设计
5.6.1冷却水体积流量
查表9-1成型PC塑料的模具平均工作温度为235℃，用常温20℃的水作为模具冷却介质，其出口温度为60℃，每次注射质量m=0.20g，注射周期30s。
查表9-2，取ABS注射成型固化时单位质量放出去热量△h=3.5×10
冷却水的体积流量计算如下：
V=nm△h/60pCp（t1－t2）[1]
式中：
V——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；
n——每小时注射次数；
p——冷却水在使用状态下的密度，1000kg/m³；
Cp——冷却水的比热容，4187J/（kg·℃）
t1——冷却水出口温度，
t2——冷却水入口温度，
△h——从熔融状态的塑料进入型腔时的温度到塑料冷却脱模温度为止，塑料所放出的热焓量。
代入上式得：
V=5.0×1O
m³/min
5.6.2冷却管道直径的确定
根据冷却水体积流量V查表9—3[1]可初步确定冷却管道的直径。
从表中可以看出，生产该塑件所需的冷却水体积流量V很小，在设计时可以不考虑冷却系统设计。
所以冷却贿赂所需的总表面积、冷却回路的总长度等无需计算。
但该塑件生产批量大，为了降低冷却时间，缩短成型周期，根据生产率，可以在模板上设计几根冷却水管，以便于在生产中灵活调整和控制。
因此查表9-3经验表格，初步确定冷却管道直径为8mm.。
因此，开关成型模具冷却系统的冷却水道直径取8mm。
5.6.3冷却系统结构
型腔冷却水道结构。
型腔的冷却是由定模板上的两条8mm的冷却水道完成的，如图5所示。
图5
5.7导向机构的设计
导向机构是保证动模与定模或上模与下模合模时正确定位和导向的重要零件。
其主要零件是导柱和导套。
5.7.1导向机构的主要作用
（1）定位作用，为避免模具在装配时，因方向搞错而损坏成型零件，并在模具闭合后，使型腔在工作过程中能保持正确的形状和位置，确保塑件壁厚的均匀性。
（2）导向作用，在动模向定模闭合行进中，导向机构应首先接触、引导动模、定模沿准确的方向和位置闭合，避免凸模偏离型腔而发生事故。
（3）承受一定的侧压力，高压塑件熔体注入型腔时，会产生单向侧压力。
或者由于型腔侧面不对称、模具重心与分型面成型的几何中心不一致会产生较大的侧
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