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课程设计

                             ------------汽车零件注塑模具设计

 在制造业日趋国际化的状况下，缩短产品开发周期和减少开发新产品投资风险，成为企业赖以生存的关键。

可制造注塑模、压铸模、冲压模等各类精密复杂模具，目前已广范应用于汽车、航空航天、船舶、家电、工业设计、医疗、建筑、工艺品制作以及儿童玩具等领域，并且随着这一技术本身的不断发展和完善，其应用范围将不断拓广。

在汽车、家电制造业中，模具成形零件占到了制造工时的50％～70％。

注塑模具又称注射模具，这种模具的基本构成和成型工艺特点在上面已经讲过。

注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，近年来也越来越多地用于热固性塑料制品的成型，注塑成型在塑料制品成型中占有很大比重，世界上塑料成型模具产量半数以上是注塑模具。

塑料分类：

塑料的品种繁多，按其加工性能不同可分为热塑性塑料和热固性塑料。

热塑性塑料是指在特定温度范围内能反复加热和冷却硬化的塑料。

热固性塑料的加热到一定温度后，不再可熔和可塑。

典型的注塑模设计过程在Pro/ENGINEER环境下，注塑模设计过程包含以下步骤：

（1）创建塑料件模型（也称为三维造型）； 

（2）创建毛坯，用来定义所有模具元件的体积； 

（3）根据不同的收缩率、脱模斜度和塑件模型构建型腔、型芯的特征和尺寸； 

（4）加入模具装配特征形成浇注系统，定义分模面及模块； 

（5）定义模具开启的步骤及检查干涉； 

（6）依需要装配模座，完成冷却系统设计； 

（7）完成所有零件的零件图； 

（8）根据加工需要，生成零件的NC代码。

下面以汽车上的一个零件为例介绍一下本次课程设计的设计过程

（1）创建塑料件模型（也称为三维造型）

其中在建立三维零件图时应该注意以下事项

1）制件的壁厚确定应合理

1.在满足使用要求的前提下，尽量减小壁厚；2.制件的各部位壁厚尽量均匀，以减小内应力和变形；3.承受紧固力部位必须保证压缩强度；4.避免过厚部位产生缩孔和凹陷；5.成型顶出时能承受冲击力的冲击。

2）必须设置必要的脱模斜度

1．对于收缩率大的塑料制件应选用较大的脱模斜度；

2．对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件应采用较小的脱模斜度；

3．制件壁厚较厚时，成型收缩增大，因此脱模斜度应取大；

4．对于增强塑料脱模斜度宜取大；

5．含自润滑剂等易脱模塑料可取小；

6．一般情况下脱模斜度不包括在制件公差范围内。

3）转角尽可能设计成圆角

圆角可避免应力集中，提高制件强度

圆角可有利于充模和脱模

圆角有利于模具制造，提高模具强度

左图为

                                        为汽车零件的PRO/E三维造型

（2）创建毛坯，用来定义所有模具元件的体积

 查手册得到毛坯的经验值,L=400mm,W=360mm,H=280mm

 创

的毛坯

（2）根据不同的收缩率、脱模斜度和塑件模型构建型腔、型芯的特征和尺寸； 

   为确保制件成型时能顺利脱模，设计时必须在脱模方向设置脱模斜度，其大小与塑料性能、制　件的收缩率和几何形状有关，对于工程塑料的结构件来说，一般应在保证顺利脱模的前提下，尽量　减小脱模斜度。

　　　下表为根据不同材料而推荐的脱模斜度：

材料脱模斜度

PA、POM、ABS40'-10°30'

PC、PSV50'-2°

PE、PP30'-1°

热固性塑料20'-1°

具体确定脱模斜度时应考虑以下几点：

　　　　1．对于收缩率大的塑料制件应选用较大的脱模斜度；

　　　　2．对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件应采用较小的脱模斜度；

　　　　3．制件壁厚较厚时，成型收缩增大，因此脱模斜度应取大；

　　　　4．对于增强塑料脱模斜度宜取大；

　　　　5．含自润滑剂等易脱模塑料可取小；

　　　　6．一般情况下脱模斜度不包括在制件公差范围内

该产品材料为聚丙烯，查手册得知收缩率为0.005，脱模斜度为0.5度

模具凹模                            模具凸模

凹、凸模的工作尺寸计算

（1）凹模的工作尺寸计算

凹模的径向尺寸计算公式：

L=[L塑（1+k）－（3/4）Δ]+δ

     =[245X（1+0.005）－（3/4）X0.04]+0.008=246.2+0.008mm       

凹模的深度尺寸计算公式：

H=[H塑（1+k）—（2/3）Δ]+δ

     =[173.1X（1+0.005）－（2/3）X 0.04]+0.008=173.9+0.008mm 

（2）凸模的工作尺寸计算

凸模的径向尺寸计算公式：

l=[l塑（1+k）+（3/4）Δ]-δ

=[245X（1+0.005）+（3/4）X0.04]+0.008=246.3+0.008mm

  凸模的高度尺寸计算公式：

  h=[h塑（1+k）+（2/3）Δ]

        =[173.1X（1+0.005）+（2/3）X 0.04]+0.008=174.0+0.008mm

（4）加入模具装配特征，定义分模面及模块；

定模和动模相接触的面我们称为分型面，用于取出塑件。

分型面的形状有平面、斜面、阶梯面、曲面等。

通常遵循以下原则：

1．分型面的选择应有利于脱模

（1）分型面应取在塑件尺寸最大处。

（2）分型面应使塑件留在动模部分。

即凸模安装在动模。

如果塑件的壁厚较大，内孔较小或者有嵌件时，为使塑件留在动模，一般应将凹模（型腔）也设在动模一侧。

（3）拔模斜度小或塑件较高时，为了便于脱模，可将分型面选在塑件的中间部位，但此时塑件外形有分型的痕迹。

2．分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求

塑件有同轴度要求时，为防止两部分错型，一般将型腔放在模具的同一侧，

3．分型面选择应有利于成型零件的加工制造

4．分型面应有利于侧向抽芯

侧向滑块型芯宜放在动模一侧，这样模具结构较简单。

主分型面

滑块分型面

镶块分型面

 上图为零件的分型面

本零件分型面主要采用复制加沿拓到面的方法取得

下面是各镶块和滑块的体积块

   滑块

   镶块

 5）模具检测、定义模具开启的步骤及检查干涉；

    模具检测与开模是模具设计过程中的一个重要环节。

使用PRO/E提供的检测功能可以在模具加工之前确定模具设计是否符合实际要求，从而消除设计过程中存在的错误，避免由于设计错误带来的经济损失。

模具检测主要分为拔模检测、厚度检测、投影面检测、分模面检测。

为了在脱模时不至于划伤塑件表面，从而影响塑件外观，一般塑件都应该有一定的拔模角度。

模具检测系统将以一个范围内的颜色显示零件的表面拔模斜度与指定值之间的差异。

开模                                 模具检测、分析

（6）依需要装配模座形成浇注系统，并完成冷却系统设计； 

浇口位置的选择

（1）浇口的位置应使填充型腔的流程最短。

对大型塑件，要进行流动比的校核。

流动比K由流动信道的长度L与厚度t之比来确定。

  K=

式中 Li——各段流道的流程长度（mm）；

ti ——各段流道的厚度或直径（mm）。

若计算的流动比超过允许值时会出现充型不足。

这时应调整浇口位置或增加浇口数量。

（2）浇口设置应有利于排气和补缩，

（3）浇口位置的选择要避免塑件变形，

（4）浇口位置的设置应减少或避免产生熔接痕。

（5）浇口的位置应避免侧面冲击细长型芯或镶件

冷却水孔的设计原则

（1）冷却水孔数量应尽可能的多，孔径尽可能的大。

冷却水孔中心线与型腔壁的距离应为冷却水道直径的1～2倍（通常12～15mm），冷却水道之间的中心距约为水孔直径的3～5倍。

水道直径一般在8mm以上。

（2）冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等

（3）浇口处要加强冷却

（4）冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水。

 （5）冷却水孔应避免设在塑件的熔接痕处

（6）进出口水管接头的位置应尽可能设在模具的同一侧，通常应设在注塑机的背面。

浇口

冷却水道

 （7）完成所有零件的零件图； 

（8）根据加工需要，生成零件的NC代码。

在Pro/ENGINEER的NC模块下，根据加工需要，可生成数控车削、数控铣削及电火花线切割的NC代码，具体过程如下图所示

 毛 坯

零件模型

制造模型

定义

制造

工艺

参数

加工类型

加工坐标

夹具设置

机床坐标

刀具设置

刀具轨迹

起、止点

切削用量

设置

加工部位

产生加工工艺模型

生成刀具轨迹文件

驱动数控机床

后处理

凹模加工模拟及NC程序               

凸模加工模拟及NC程序

 N1T1M6                                      N1T5M6

N2S2000M3                                  N2S200M3

N3G0X-360.Y-400.                            N3G0X0.Y-400.

N4G43Z5.H1M7                              N4G43Z5.H5

N5Z-100.237                                   N5Z-15.789

N6G1Z-102.237F100.                          N6G1Z-17.789F100.

N7X-264.925                                   N7X-134.248

N8X-245.859Z-145.453                         N8Z-118.289

N9X-180.534                                   N9X-144.348

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N6736X-360.                                    N5152X-94.688Z-13.302

N6737Y-1.951                                   N5153X-94.585Z-11.979

N6738X0.                                       N5154X-94.55Z-10.623

N6739Y0.                                       N5155Z-2.01

N6740X-360.                                    N5156X-92.095

N6741Z5.                                       N5157Z5.

N6742M5                                       N5158M5

N6743M30                                      N5159M30

%                                              %