杯座模具设计范本.docx
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杯座模具设计范本
摘要3
绪论4
第1章设计题目：
杯座模具设计8
第2章工艺性分析12
2.1塑料的原材料（ABS）分析12
2.2塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析12
2.3计算塑料制件的体积和质量13
2.4塑件注塑工艺参数的确定14
第3章注塑模具的结构设计15
3.1模腔数量的确定15
3.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量N115
3.1.2注射机注塑量确定型腔数目N216
3.2分型面的选择以及型腔的排列方式的确定16
3.2.1分型面的选择17
3.2.2确定型腔的排列方式17
3.3浇注系统形式和浇口的设计18
3.4排气结构的设计20
3.5成型零件设计20
第4章模具设计的有关计算22
4.1型腔、型芯工作尺寸计算22
4.2型腔侧壁厚度和底板厚度计算23
4.3模具加热与冷却系统的计算23
4.4结构与辅助零部件的设计24
4.5模具闭合高度的确定25
4.6注塑机有关参数的校核25
第5章塑料模的装配、试模与维修27
5.1模具装配27
5.2试模27
5.3试模可能产生的问题及改善措施28
5.3.1粘着模腔28
5.3.2粘着模芯28
5.3.3粘着主流道29
5.3.4成型缺陷29
5.3.5调整措施30
第6章绘制模具总装图31
第7章机械加工工艺过程卡32
第8章用Pro/E画图的过程36
8.1用Pro-E画杯座零件的过程36
8.2用Pro-E画杯座模具的过程36
8.2.1：
加载参照模型36
8.2.2：
成型零件设计36
8.2.3：
浇注系统设计及开模36
8.2.4：
模架及其他模具零件设计37
8.2.5：
模具元件后期处理37
归纳总结38
致谢39
参考文献40
第1章设计题目：
杯座模具设计
零件图：
设计要求：
1．材料
2．生产批量
3．未注公差取MT5级精度
杯座模具工艺技术方案分析
可选技术方案
技术方案分析
结论
分型面
取A-A面作为分型面，它位于零件截面最大的部位，此分型面是一个曲面，且分型线并不是零件的轮廓曲线
合理
型腔布局与浇注系统
采用一模一件，可以降低模具成本，但不能适应大批量生产的需求，点浇口上端进料，容易保证零件质量。
不合理
一模四件对称分布，虽然模具尺寸增大，制造成本有所提高，但生产效率较高，适应大批量生产的需要，点浇口上端进料容易保证零件质量。
合理
推出结构
虽然塑件包紧动模型芯的力不是很大，但因塑件壁很薄，采用顶杆推出容易将塑件顶变形，甚至破坏塑件
不合理
将顶杆作成锥面，增大顶出部分的接触面积，可以有效地避免顶出时塑件的变形。
合理
第2章工艺性分析
2.1塑料的原材料（ABS）分析
（1）吸湿性强。
成型前须充分干燥要求其含水量小于1％，对于表面光泽要求较高的制品，需长时间干燥。
（2）流动性较好（溢边值为0.04mm左右）易于充模，粘度对剪切速率较敏感，同时还与注射温度和注射压力有关，其中注射压力影响较为显著，因此提高流动性要从提高注射压力入手。
（3）成型难度大，须采用较高的料温和模温。
对于耐热抗冲击性和中抗冲击性制件，应在允许的范围内料温取较大值。
（4）精度对之制件影响较大，有破坏ABS橡胶相的倾向，通常ABS在250℃左右变色，270℃开始分解。
（5）若制件精度要求较高模温宜采取50～60℃，若制件表面要求具有光泽，模温宜取60～80℃，我们的线圈骨架采用60℃。
（5）注射压力应比聚苯乙烯较大，采用螺杆式注塑机料温可取160～220℃，注射压力可取70～90MPa。
（6）模具设计过程中注意事项，浇注系统流动阻力应尽可能小，浇口位置及形式应合理并能防止熔接痕的产生，同时要考虑模具制造的经济性和加工的合理性。
2.2塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析
从该制品的零件图可知；形状，结构对制件脱模要求较高，但对尺寸大小，产品精度和表面质量要求都不高。
此零件壁薄且深，斜度比较大，虽然总体尺寸不大但相对较高，无特殊尺寸要求，零件表面要求较光滑。
（1）成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件，塑料ABS的流动性能较好，适于成型较大的制件。
在这里杯座注塑模具的尺寸较小，注塑时的压力要求不太大，一般的注塑压力就能满足。
（2）制品的精度等级；塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，此处塑料件未注公差，由于该制件的原材料为ABS，而ABS的制件公差等级较低为MT5级，该塑件的精度等级较低。
受模具活动部分的影响，取公差值和附加值之和，MT2级取0.05，MT3-5级取0.1。
（3）制品的表面质量；塑料制件的精度等级较低，我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷，毛刺，无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。
（4）制品的形状结构；制品的壁厚均匀为3mm。
符合ABS的最小壁厚原则，在制件的交叉处的壁厚较小（0.5mm），在模具的设计和加工过程中要特别注意，防止出现缺陷，由于制件的尺寸较小，ABS的强度较大不需增设加强筋。
2.3计算塑料制件的体积和质量
计注塑模具的结构设计
注塑模的结构设计主要包括：
分型面的选择、模具型腔数目的确定、型腔的排列方式、冷却水道布局、模具工作零件的结构设计、侧向分型与抽芯机构的设计、推出机构的设计等内容。
3.1模腔数量的确定
塑件的生产属大批量生产，宜采用多型腔注塑模具，其型腔个数与注塑机的塑化能力，最大注射量以及合模力等参数有关，此外还受制件精度和生产的经济性等因素影响，有上述参数和因素可按下列方法确定模腔数量；
3.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量N1
N1=
×
－
其中：
F注塑机的锁模力N
PC型腔内的平均压力mpa
A每个制件在分型面上的面积（m㎡）
B流道和浇道在分型面上的投影面积（m㎡）
B在模具设计前为未知量，根据多型腔模具的流动分析B为（0.2～0.5），常取B=0.35，熔体内的平均压力取决于注射压力，一般为25～40mpa实际所需锁模力应小于选定注塑机的名义锁模力，为保险起见常用0.8F则
N1=
=
=4.7（个）
分析技术方案：
（一）：
采用一模一件，可以降低模具成本，但不能适应大批量生产的需求，点浇口上端进料，容易保证零件质量。
（二）：
一模四件对称分布，虽然模具尺寸增大，制造成本有所提高，但生产效率较高，适应大批量生产的需要，点浇口上端进料容易保证零件质量。
故型腔设计应选择一模四件。
3.1.2注射机注塑量确定型腔数目N2
N2=（G－C）/V
其中：
G注射机的公称注塑量（cm3）
V单个制件体积（cm3）
C流道和浇口的总体积（cm3）
生产中每次实际注塑量应为公称注塑量的0.75～0.45倍，取0.7倍计算，同时流道和浇道的体积为未知量，据统计每个制品所需浇注系统是体积的0.2～1倍，现取C=0.4则
N2=
=
=
=4.7（个）
从以上讨论可以看到模具的型腔个数必须取N1，N2中的较小值，在这里可以选取的个数是1,2,3,4个，考虑的制件的取出和模具的开模等情况，以及模具的主流道长度最好小于60mm，以防止因为注塑压力的降低而带来的制件充型不足等缺陷。
我们所设计的杯座模具采用一模四腔的技术方案，即
N=4
3.2分型面的选择以及型腔的排列方式的确定
3.2.1分型面的选择
该塑件为杯座，表面无特殊的要求，取A-A面作为分型面，它位于零件截面最大的部位，此分型面是一个曲面，且分型线并不是零件的轮廓曲线。
故分型面选择如下图所示的A-A分型面：
3.2.2确定型腔的排列方式
本塑件在设计时采用一模四腔的设计技术方案，即综合考虑模具的开模行程较短，注塑机有足够的开模空间，浇注系统符合原则（主流道的长度小于60mm），模具结构简单以及制件精度符合图纸要求（这里模具的精度等级图纸无要求，ABS的未注公差等级为MT5）以制件生产的经济性，可采用下图所示的型腔排列方式和分型面选择。
3.3浇注系统形式和浇口的设计
（1）主流道设计。
根据设计手册查得XS-ZY-125注塑机喷嘴有关尺寸：
喷嘴前端孔径：
d
=
4㎜。
喷嘴前端球面半径：
R
=12㎜。
根据模具主流道与喷嘴关系：
R=R
+（1～2）㎜
d=d
+（0.5～1）㎜
取主流道球面半径R=13㎜；
取主流道小端直径d=
4.5㎜；
主流道截面形状设计为椭圆形，可将主流道出料端设计为半径R=5㎜的圆弧过渡。
主流道的末端可开设冷料穴，深度约取4～5㎜，主流道表壁的表面粗糙度应小于0.32～0.63
m.
（2）分流道设计。
分流道的形状及尺寸，应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度，注塑速度、分流道长度等因素来确定。
根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为便于加工起见，选用截面形状为半圆形的分流道，查表得R=4㎜。
（3）浇口设计。
根据塑件的成型要求及型腔排列方式，选用点浇口较为理想，为四点浇口，查表6-6得，点浇口直径d0.8-1.3mm,点浇口长度l.0mm,试模时修正。
浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。
浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。
我们将采用限制性浇口。
限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速面均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。
从图中可看出，我们采用的是点浇口。
点浇口又称针状浇口。
点浇口一般开设在分型面上，塑料熔体于型腔的底面充模，其截面形状多为矩形狭缝，调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。
浇口的长度很短，不超过其直径，所以脱模后塑件上的浇口残痕不明显，不需要再修正浇口痕迹。
这种浇口被广泛采用，但是采用这种浇口时，常常要在模具上增加一分型面，以便浇口凝料脱模。
具体到这套模具，其浇口形式及尺寸如图所示。
浇口各部分尺寸都是取的经验值。
实际加工中，是先用圆形铣刀铣出直径为Φ4的分流道，再将材料进行热处理，然后做一个铜公（电极）去放电，用电火花打出这个浇口来的。
根据塑件的成型要求及型腔排列方式，选用点浇口较为理想，为四点浇口，查表6-6得，点浇口直径d为0.8-1.3mm,点浇口长度为l.0mm,试模时修正。
（4）冷料穴的设计。
在完成一次注射循环的间隔，考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度，从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域，这时才达到正常的塑料熔体温度。
位于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳，如果这里温度相对较低的冷料进入型腔，便会产生次品。
为克服这一现象的影响，用一个井穴将主流道延长以接收冷料，防止冷料进入浇注系统的流道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积，冷料穴有六种形式，常用的是端部为Z字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。
本模具中的冷料穴的具体位置和形状如图中所示。
实际上只要将分流道顺向延长一段距离就行了。
3.4排气结构的设计
在注塑模具的设计过程中，必须考虑排气结构的设计，否则，熔融的塑料流体进入模具型腔内，气体如不能及时排出会使制件的内部有气泡，甚至会产生很高的温度使塑料烧焦，从而出现废品。
排气方式有两种：
开排气槽排气，利用合模间隙排气。
由于杯座注塑模具是小型模具，可直接利用分型间隙进行排气，而不需在模具上开设排气槽。
（ABS塑料的最小不溢料间隙为0.04mm，间隙较小，再加上ABS的流动性较好，也不宜开排气槽。
）
3.5成型零件设计
（1）凹模的结构设计。
本模具采用一模四件的结构设计，考虑加工难易程度和材料的价值利用等因素，凹模拟采用整体式凹模，其具体结构见下图
（2）凸模的结构设计。
凸模主要是与凹模相结合构成模具的型腔，其凹模和侧型
芯的结构如下图所示
第4章模具设计的有关计算
本例中成型零件工作尺寸计算时均采用平均尺寸、平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量来进行计算。
查H=
式中P＝60MPa；
b＝12mm；
L＝90mm（初选值）；
B＝180mm（根据模具初选外形尺寸确定）；
[
]=160MPa（底板材料选用45钢）；
代入公式计算得
H＝
＝12.32mm
考虑模具的整体结构协调，取H＝24mm。
4.3模具加热与冷却系统的计算
本塑件在注射过程中不要求有太高的模温，因而模具上可不开设加热系统，是否需要冷却系统可作如下计算。
设定模具平均工作温度为65°用20°常温水作为模具冷却介质，其出口温度为25°，产量为（初算2分钟一套），0.27㎏/h。
1求塑件在每小时释放的热量Q
，查有关文献ABS单位若流量为3.98J/g.
Q
=WQ
=0.27×3.98J/g=1.0746×10
J/㎏
2求冷却水的体积流量V
V＝
=
＝0.85×10
m
/min
由体积流量V查表可知所需的冷却水管直径非常小。
由上述计算可知，因为模具每分钟所需的冷却体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具即可。
4.4结构与辅助零部件的设计
（1）
（1）.导压入定模固定板中，保证两导柱的对称度。
（2）装配型芯，将型芯固定在定模座板上，保证垂直度。
将座板固定在固定板上。
（3）将凹模压入动模固定板中，保证垂直度。
（4）以凹模为基准，斜导柱起导向定位作用，将侧滑块装配在斜导柱上，使分型面密合。
（5）以凹模为基准将动模基准板固定在动模故定板上。
（6）装配其他辅助零件。
（7）装配完成，试模。
使配时以分型面密合作为模具的装配基准
5.2试模
（1）试模前，先对设备的油路，水路以及电路进行检查；
（2）选取的原料必须合格，根据选用的工艺参数将料筒和喷嘴加热；
（3）开始试模时，应该先选择选定的压力，温度和注塑时间的条件下成型，制品不符合要求然后按压力，注塑时间，温度，这样的先后顺序变动，注意一次只改变一个参数；
（4）在试模过程中作出详细的记录，并将结果填入试模记录卡，注明模具是否合格，如果需要返修，提出返修意见；
（5）通过不断的试模和返修，生产出合格的制件后，将模具清理干净，涂上防锈油，入库。
5.3试模可能产生的问题及改善措施
试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。
以检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。
首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。
常因塑件被粘附于模腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。
这是试模首先应当解决的问题。
5.3.1粘着模腔
制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。
其主要原因是：
（1）注射压力过高，或者注射保压压力过高。
（2）注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。
（3）冷却时间过短，物料未能固化。
（4）模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。
（5）型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。
5.3.2粘着模芯
（1）注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模。
（2）冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。
（3）模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。
（4）机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。
（5）可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。
5.3.3粘着主流道
（1）闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。
（2）料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物
料的固化。
（3）主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。
（4）主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.5～1㎜。
（5）主流道拉料杆不能正常工作。
一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤。
仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。
5.3.4成型缺陷
当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。
下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。
（1）注射填充不足
所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。
这种现象极为常见。
其主要原因有：
a.熔料流动阻力过大
这主要有下列原因：
主流道或分流道尺寸不合理。
流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。
尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。
熔料前锋冷凝所致。
塑料流动性能不佳。
制品壁厚过薄。
b.型腔排气不良
这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。
模具加工精度超高，排气显得越为重要。
尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。
c.锁模力不足
因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。
应调大锁模力，保证正常制件料量。
（2）溢边（毛刺、飞边、批锋）
与第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺更大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其主要原因有：
a.注射过量
b.锁模力不足
c.流动性过好
d.模具局部配合不佳
e.模板翘曲变形
（3）制件尺寸不准确
初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。
这时不要轻易修改型腔，应行从注射工艺上找原因:
a.尺寸变大
注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩率趋向小值，使制件的实际尺寸偏大；模温较低，事实上使熔料在较低温度的情况下成型，收缩率趋于小值。
这时要继续注射，提高模具温度降低注射压力，缩短保压时间，制件尺寸可得到改善。
b.尺寸变小
注射压力偏低、保压时间不足，制在冷却后收缩率偏大，使制件尺寸变小；模温过高，制件从模腔取出时，体积收缩量大，尺寸偏小。
此时调整工艺条件即可。
通过调整工艺条件，通常只能在极小范围内使尺寸京华，可以改变制件相互配合的松紧程度，但难以改变公称尺寸。
5.3.5调整措施
调整时应注意调节进料速度，增加排气孔，正确设计浇注系统。
注意控制成型周期。
第6章绘制模具总装图
本模具的总装图见装配图所示。
本模具的工作原理：
模具安装在注塑机上，定模部分固定在注塑机的定模板上，动模固定在注塑机的动模板上。
合模后，注塑机通过喷嘴将熔料经流道注入型腔，经保压后，模具在分型面打开，动模后退，侧滑块在斜导柱的作用下与塑件分离，挡块对侧滑块起定位作用。
动模继续后退，带动方杆轴，通过齿轮转动，使螺纹型芯转动，塑件表面的直纹起止转作用的同时，使塑件向右方移动，达到自动脱件目的。
在此过程中定距螺钉起到了定距作用。
合模时，随着分型面的闭合侧向滑块在斜导拄的导向作用下复位至型腔。
第7章机械加工工艺过程卡
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零（部）件图号
01
产品名称
型芯
零（部）件名称
型芯
共
（2）第
（1）页
材料牌号
45钢
毛坯
种类
圆棒料
毛坯外型尺寸
Φ30㎜
每个毛坯可制件数
4
每台
件数
4
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
05
下料
锯割下料方形条料92㎜×82㎜
下料车间
锯床
0.5
10
热处理
退火
热处理车间
2
15
刨削
刨端面至90.08㎜×80.35㎜
机加工车间
车床
2
20
磨削
磨削至90㎜×80.3㎜
模具车间
磨床
3
25
钳工
以一端面为基准，钳工画线至12mm，45mm处
模具车间
3
30
车削
以一端面为基准车端面，车削角度为6度，车Φ52的圆，车到钳工画线处为止
机加工车间
车床
2
35
热处理
淬火回火至58HBC～62HBC
模具车间
2
40
钳
钳工精修尺寸至要求工作表面抛光Ra0.1
模具车间
5
.
设计日期
审核日期
规范化日期
会签
日期
标记
记数
更改文
件号
签字
日期
标记
处数
更该文件号
机械加工工艺过程卡片
产品型号
零（部）件图号
02
产品名称
型腔
零（部）件名称
共（3）页第（3）页
材料牌号
45钢
毛坯
种类
钢板
毛坯外型尺寸
Φ10㎜
每个毛坯可制件数
1
每台
件数
1
备注
工序号
工序名称
工序内容
车间
工段
设备
工艺装备
工时
准终
单件
05
下料
锯割下料方形条料91㎜×80㎜
下料车间
锯床
0.25
10
热处理
退火至180HBS～200HBS
模具车间
2
15
刨削
刨端面至90.08㎜×78.08㎜
刨床
8
20
磨削
磨削至90㎜×78㎜
模具车间
磨床
2
25
钳工
以一端面为基准，钳工画线至33mm，以另一端面为基准画中心线
模具车间
2
30
车削
以中心线为基准，车削角度为6度，车Φ52的内圆至33㎜处
模具车间
车床
8
35
热处理
淬火回火至58HBC～62HBC
模具车间
8
钳工
精修成型部分Ra0.2
模具车间
6
设计日期
审核日期
规范化日期
会签
日期
标记
记数
更改文
件号
签字
日期
标记
处数
更该文件号
第8章用Pro/E画图的过程
8.1用Pro-E画杯座零件的过程
一：
用“旋转
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