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数码相机面壳模具设计专 业：机械设计制造及其自动化学 生： 指 导 教 师： 完 成 日 期： 2014-05-20扬州大学广陵学院46摘 要本文主要讲述对数码相机面壳进行模具设计的过程，通过对塑件的工艺分析，设计出塑料模具，并通过对模具设计与分类信息及产品材料的性能分析，初步选择注塑机。这次设计是对数码相机面壳的注射模进行了设计研究。该塑件成品的表面要求一般沙面，但要求耐老化耐磨损，使用寿命较长。故在设计中选ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物），潜浇口以保证其外观要求。由于塑件有较复杂外形轮廓及内部结构，产品倒钩距离较长需做油缸斜抽芯,对模具结构型腔排布的限制和生产数量等生产成本综合考虑,确定在该设计中，型芯型腔为便于加工尽量使用镶嵌件，以减少生产成本，保证塑件制品的加工成型精度。同时，本设计在模具结构细节和其他动作原理方面作了较为详细的解释说明。最后结合模具的结构和标准零件的选用完成了整套模具的装配，对有关技术规范进行了全面校核，确保所设计的模具结构合理并能安全可靠的用于批量生产。本设计阐述了结合使用 Pro/E，AutoCAD 完成装配图，零件图。全套图纸，加153893706关键词：数码相机面壳，Pro/E,塑料模具，设计AbstractThis paper focuses on the process of mold design of digital camera shell, through process analysis of plastic parts, design of plastic mold, and the performance of the die design and classification of information and material analysis, the preliminary selection of injection molding machine.The injection mold is designed for digital camera shell was designed. The surface of the plastic product general requirements of sand, but aging resistance abrasion resistance, long service life. B. ABS in the design, to ensure the appearance of latent gate. Because the plastic parts with complex shape and internal structure, product barb longer need cylinder angle core pulling, limit the production quantity and production cost of mould structure cavity layout consideration, determined in the design, core and cavity to facilitate processing as far as possible the use of mosaic pieces, reduces the production cost, to ensure the machining precision of plastic products. At the same time, the design of the die structure details and other operation principle in detail explanation. Finally, the structure and mold standard parts to complete the assembly die package, on the relevant technical specifications and conducted a comprehensive check, to ensure that the design is reasonable and can be safely used for mass production. Described the design of the combined use of Pro/E, AutoCAD to complete the assembly diagram, parts diagram.Keywords: digital camera shell, Pro/E, plastic mould, design目 录摘要Abstract 第一章 绪论II1.1模具及模具工业的发展与现状11.2塑料成型模具的种类21.3注射模具的发展方向2第二章 塑料成型工艺42.1 塑件材料的选择42.2确定成型方法42.3注塑成型工艺过程42.3.1 成型前的准备52.3.2 注塑成型过程52.3.3、塑件的后处理62.4塑件的结构工艺性72.5 塑件成型工艺参数72.5.1 温度82.5.2 压力82.5.3 成型周期9第三章 数码相机面壳模具设计103.1注塑模具分类及典型结构103.1.1注塑机机构组成103.1.2 注塑机分类113.1.3 注塑机的型号规格113.2注塑模具分类及典型结构123.2.1注射模分类123.2.2注射模典型结构133.3数码相机面壳模具的结构设计153.3.1确定分型面位置153.3.2确定型腔数量153.3.3 浇注系统设计163.3.4 成型零件设计173.3.5 合模导向机构设计193.3.6 推出机构设计203.3.7 模具温度调节系统设计233.3.8 标准模架的选用233.3.9 模架的尺寸计算243.4 注射模具与注射机的关系263.4.1 选择注塑机263.4.2最大注射量的校核273.4.3 注射压力的校核283.4.4 锁模力的校核293.4.5 安装部分尺寸校核293.4.6 开模行程的校核293.4.8 推出装置的校核29第四章 数码相机面壳模具三维设计304.1数码相机面壳三维造型及模具设计304.2 模架设计314.2.1 定义模具模架324.2.2 添加设备334.2.3 设计顶出机构344.2.4 设计冷却系统344.2.5 动画模拟开模36第五章 数码相机面壳模具注射仿真分析375.1 Pro/e塑料顾问的简介375.2 塑料顾问模块的进入375.3 分析功能应用385.4 分析结果395.5分析结果的输出415.6 注射仿真分析的优缺点42第六章 小结与展望436.1小结436.2展望43致 谢44参考文献45附 录46 数码相机面壳模具设计第一章 绪论1.模具及模具工业的发展与现状1.1国内研究现状及发展趋势我国在注塑模CAD技术开发研究与应用方面起步较晚。从20世纪80年代中期开始，国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模CAD系统。同时，某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作，我国注塑模CAD/CAE/CAM研究始于07年代末，发展较为迅速多年来,我国对注塑模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视，在“八五”期间,由北京航空航天大学、华中理工大学、四川联合大学等单位联合进行了国家重点科技攻关课题“注塑模CAD/CAE/CAM集成系统”，并于1996年通过鉴定，部分成果己投入实际应用，使我国的注塑模CAD/CAE/CAM研究和应用水平有了较大提高.目前拥有自主版权的软件有，华中理工大学开发的塑料注塑模CAD/CAE/CAM系统HscZ0，郑州工业大学研制的2一MOLD分析软件等.这些软件正在一些模具企业中推广和使用，有待在试用中逐步完善。这些项目的成果对促进我国注塑模CAD技术的迅速发展起了重要作用，使我国注塑模CAD技术及应用水平很快提高。目前，我国经济仍处于高速发展阶段。一方面，国内模具市场将继续高速发展，另一方面，模具制造也逐渐向我国转移以及跨国集团到我国进行模具采购趋向也十分明显。因此，放眼未来，模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、产批品牌化、管理信息化、经营国际化的方向发展。1.2国外的研究状况及发展趋势国内外模具的发展现状，在电子，汽车，点击，电器，仪器，仪表，家电和通讯等产品中，60%70%的零部件都要依靠模具成型，目前全世界模具年产值为600亿美元，日本，美国等发达国家的模具工业产值已超过机床工业。近年来，我国模具工业一直以每年15%左右的增长速度发展，2003年，我国模具总产值超过400亿人民币，所以说，没有模具就没有高质量的产品。用模具加工的零件，就有生产率高，质量好，节约材料，成本底等一系列优点，因此已成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向，因此，模具技术特别市制造精密，复杂，大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一，虽然我国的模具制造历史不长，但我国仅仅用了30年的时间走完未来外国90年历程。相对来说我国的潜力更大，模具制造的发展空间更大，从模具制造地的分布来看，我国的沿海地方如广东的深圳，东莞，浙江的黄岩一带模具制造业发展的很快，成为了中国大陆模具制造业的领头羊。相对于过去落后的模具手工业制造，现在的模具制造趋向机械化，批量化，标准化，这样对模具加工设备性能的要求更高，设备的操作人员专业化，模具设计师的能力要求更高2.塑料成型模具的种类模具的类型通常是按照加工对象和工艺的不同进行分类，从行业角度的区分来看主要有塑料模具、橡胶模具、金属冷冲模具、金属冷挤压模具和热挤压模具、金属拉拔模具、粉末冶金模具、金属压铸模具、金属精密铸造模具、玻璃模具等等。其中塑料模具又包括：注射模、压缩模、传递模、挤出模、中空吹塑模、真空成型模、压缩空气成型模、旋转成型模、发泡成型模和空气辅助成型模和水辅助成型模等多种模具。3.注塑模具的发展方向(1)采用数控（NC）和计算机控制（CNC）等高效自动化设备，在加工模具的车，铣，镗，磨等各类机床上都附件了一套读数显示装置，包括一个传感器和一个数字显示器，别有公英制转换开关。一般模具厂主要设备中NC，CNC设备已经占到20%30%，生产效率可以提高30%50%。(2)气体辅助注射成型，气体辅助注射成型正在欧美，日本甚至韩国等地广泛推广，这项技术进入我国只有几年时间，但从理论研究和部分实际应用证明，气体辅助成型技术与传统注射技术相比，具有很大的优越性。(3)发展电加工技术，用于加工复杂形状和硬质材料木，国外一般采用多电极加工，常用45电极加工一个型腔，以保证尺寸精度和表面粗糙度，线切割加工应用慢走丝，钢丝切割，不重复使用等新技术，使加工精度达到微米级别。(4)推广热流道技术，由于采用热流道技术的模具可以提高锻件的生产率和质量，并能大幅度节省制件的原材料和节约能源，所以这项技术已经在塑料模具行业获得广泛应用，国外热流道技术发展很快，许多塑料模具生产厂生产的模具已有一半以上使用热流道技术，有的甚至超过了80%，效果十分明显，果味近几年累已开始推广应用，但总体还打不到10%，个别企业已达到30%左右，经济效益十分明显。(5)计算机集成制造及管理系统（CIMC），机床的加工指令可由计算机的后置处理软件自动编程后，由计算机中心通过接口直接输入机床进行加工（DNC技术）。进一步发展柔性加工系统（FMS），从而形成，制品设计模具设计模具制造检测制品生产检测包装 的完整过程的CIMS系统。(6)在模具设计制造过程中将全面推广CAD/CAM/CAE技术(7)设计人员普遍使用三维软件设计，如Pro/E，UG等设计产品和模具，利用计算机来模拟开合模，更好地节约时间和成本。第二章 塑料成型工艺 塑料成型是将塑料原材料转变为所需形状和性能的塑件的一门工程技术。在设计模具时不仅要了解塑料制作的技术要求和注射成型的工艺过程，还必须了解注射机的技术规范，以保证设计的模具与使用的注射机相适应。2.1塑件材料的选择1、使用性能综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学稳定性，电气性能良好；易于成型和机械加工，适合制作一般机械零件、减磨零件、传动零件等。2、成型性能（1）无定型塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特征也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。（2）吸湿性强。水的质量分数小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。（3）流动性中等。溢边料0.004mm左右。（4）模具设计时注意浇注系统，选择好进料口的位置、进料形式。结合相机面壳壁薄的特点，本课题选流动性较好的材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。2.2确定成型方法注射成型是热塑性塑料成型的一种重要方法,它具有成型周期短、能一次成型形状复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的塑料制件。注射成型的生产率高，易实现自动化生产。因此，注射成型广泛应用于各种塑料制件的生产。根据塑件材料为ABS和塑件的外形特征和使用要求，选择最佳的成型方法就是注射成型。2.3注塑成型工艺过程2.3.1成型前的准备为使注塑成型过程顺利进行和保证塑件质量，成型前应该对所用塑料原料和设备作好一些准备工作。1、了解塑料原料的颗粒大小、均匀性等；测定塑料的工艺性能；如果来料是粉料，则有时还需要对其进行染色和造粒；设定干燥条件时，对易吸湿的塑料进行充分的干燥和预热。 2、对料筒进行清洗或拆换。3、塑件带有金属嵌件时，应对嵌件进行预热，防止嵌件周围产生过大内应力。4、脱模困难的塑件，要选择合适的脱模剂。脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而覆在模具表面的一种助剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡、硅油等。5、设定料筒温度时，考虑塑料的玻璃化温度、熔点、分解温度。6、设定模具温度时，考虑塑料的成型收缩率及成型时模具温度范围。7、塑料制品后加工时，考虑塑料的吸湿性、结晶性、耐化学性、热变形温度等。 2.3.2注塑成型过程 注塑是将颗粒状态或粉状塑料，从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔融，塑化成为黏流态熔体，在注塑机柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速经过喷嘴，注入模具型腔，经一定时间的保压冷却定型后，开模分型获得塑料制品。注塑过程可简写为：加料塑化注射保压冷却脱模。具体如下。1、加热、预塑化：塑料芯块（或粉末）被装入进料斗，穿过一条在注射料筒中通过旋转螺杆的作用下塑料芯块（或粉末）被向前推进的通道。螺杆的旋转迫使这些芯块在高压下对抗使它们受热融化的料筒加热壁。加热温度在265至500华氏度之间。2、塑化、注射：随着压力增强，旋转螺杆被推向后压直到积累了足够的塑料能够发射。注射活塞迫使熔融塑料从料筒，通过喷嘴、浇口和流道系统，最后进入模具型腔。在注塑过程中，模具型腔被完全充满。当塑料接触冰冷的模具表面，便迅速固化形成表层。由于型芯还处于熔融状态，塑料流经型芯来完成模具的填充。典型地，在注塑过程中模具型腔被填充至95%98%。3、保压、冷却：然后模具成型过程将进行至压紧阶段。当模具型腔充满的时候，熔融的塑料便开始冷却。由于塑料冷却过程中会收缩，这增加了收缩痕、气空、尺寸不稳定性等瑕疵。为了弥补收缩，额外的塑料就要被压入型腔。型腔一旦被填充，作用于使物料熔化的压力就会阻止模具型腔中的熔融塑料由模具型腔浇口处回流。压力一直作用到模具型腔浇口固化。这个过程可以分为两步（压紧和定型），或者一步完成（定型或者第二阶段）。在压紧过程中，熔化物通过补偿收缩的保压压力来进入型腔。固化成型过程中，压力仅仅是为了阻止聚合物熔化物逆流。固化成型阶段完成之后，冷却阶段便开始了。在这个阶段中，部件在模具中停留某一规定时间。冷却阶段的时间长短主要取决于材料特性和部件的厚度。典型地，部件的温度必须冷却到物料的喷出温度以下。4、脱模：模具型腔内的塑料制品冷却定型后，锁模机构开模，推出塑件。2.3.3塑件的后处理塑料熔体在成型过程中有时会存在不均匀结晶、取向和收缩应力，导致塑料制品在脱模后变形，力学性能、化学性能及表观质量变坏，严重时甚至会引起塑料制品开裂。为了解决这些问题，常常对塑件进行后处理，后处理的方法主要有退火处理和调湿处理。1、退火处理 （1）退火目的 消除或降低塑料制品成型后的残余应力 降低塑料制品的硬度，提高塑料制品的韧度。 （2）退火工具 烘箱或液体介质（如热水、热油等）。 （3）退火温度 塑件使用温度加1020，或塑件变形温度减1020。 （4）退火时间 退火时间与塑件壁厚有关，通常可按每毫米厚度约需半小时估算。 2、调湿处理 （1）调湿目的 调湿处理主要针对吸湿性很强，且易氧化的尼龙类制品，用于消除内应力，达到吸湿平衡，以稳定尺寸。 （2）调湿介质 一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121）。 （3）调湿温度 100120。 （4）调湿时间 保湿时间与壁厚有关，通常为29h。2.4塑件的结构工艺性 要想获得合格的塑件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，以防止成型时产生气泡、缩孔、凹陷及开裂等缺陷，达到提高生产率和降低成本的目的。塑件结构工艺性设计的主要内容包括：尺寸和精度、表面粗糙度、塑件形状、壁厚、斜度、加强筋、支承面、圆角、孔、螺纹、齿轮、嵌件、文字、符号及标记等。 1、壁厚 塑件壁厚不能过小，否则熔融塑料在模具型腔中的流动阻力加大；塑件壁厚不能过大，否则会造成用料过多而增加成本，也易产生气泡、缩孔等缺陷而影响产品质量。查相关手册可知ABS的最小壁厚为0.75，小型塑件的推荐壁厚为1.5，本课题数码相机面壳的壁厚为1.05，属于薄壁壳体类塑件。2、塑件尺寸精度 对塑料制品的精度要求不能过高，应在保证使用性能的情况下，尽可能选用低精度等级。本课题采用一般精度MT3。3、塑件表面粗糙度 塑件的表面粗糙度主要取决于成型模具型腔表面的粗糙度。一般模具型腔表面的粗糙度要比成型制品的表面粗糙度低1-2级。本课题采用Ra（1.60.2）m。4、圆角 塑料制品的转角处应尽可能用圆弧过渡。其优点有：避免应力集中，可提高制品强度；改善流动状况；利于成型，利于脱模。 2.5塑件成型工艺参数2.5.1温度 在注射成型时应控制的温度有料温和模具温度，料温是指料筒温度和喷嘴温度，料筒温度又包括前段温度、中段温度和后段温度。料温影响塑件的塑化和填充，模具温度则影响熔体的填充和冷却固化。温度要求具体如下：1、料筒温度 料筒温度应控制在塑料的粘流温度Tf（对结晶型塑料为熔点Tm）和热分解温度Td之间。料筒温度直接影响到塑料熔体充模过程和塑件的质量。料筒温度高，有利于注射压力向模具型腔内传递，另外，使熔体粘度降低，提高流动性，从而改善成型性能，提高生产率，降低制品表面粗糙度。但料筒温度过高，时间过长时，塑料的热降解量增大，塑件的质量会受到很大影响。选择料筒温度时，应考虑以下几方面的影响因素：（1）塑料的特性 热塑性塑料中流动性差的塑料要适当提高料筒温度。 （2）注塑机类型 螺杆式注塑机由于螺杆转动时的剪切作用能获得较大的摩擦热，促进塑料的塑化，因而料筒温度选择比柱塞式注塑机低1020。 （3）塑件及模具结构特点 薄壁塑件的型腔比较狭窄，塑料熔体注入时的阻力大，冷却快。料筒温度应选择高一些，反之则低一些。料筒温度并不是一个恒温，而是从料斗一侧开始到喷嘴为止是逐步升高的，这样可使塑料温度平稳上升达到均匀塑化的目的。2、喷嘴温度 选择喷嘴温度时，考虑到塑料熔体与喷孔之间的摩擦热能使熔体经过喷嘴后出现很高的温升，为防止熔体在直通式喷嘴可能发生的“流涎现象”，通常喷嘴温度略低于料筒的最高温度。但对于热固性塑料一般都将喷嘴温度的取值高于料筒温度，这样一方面使其自身具有良好的流动性，另一方面又能接近硬化温度的临界值，即保证了注射成型，又有利于硬化定型。3、模具温度 模具温度的高低决定于塑料的结晶性、塑件的尺寸与结构、性能要求以及其他工艺条件（熔料温度、注射压力及注射速度、成型周期等）。模具温度根据不同塑料的成型条件，通过模具的冷却（或加热）系统控制。对于要求模具温度较低的塑料，如ABS塑料等应在模具上设冷却装置；对模具温度要求较高的塑料，如聚碳酸脂、聚砜、聚甲醛、聚苯醚等应在模具上设加热系统。2.5.2压力注射成型过程中的压力包括注射压力、塑化压力（即背压）和保压压力。1、注射压力 注射压力是指柱塞或螺杆轴向转动时，其头部对塑料熔体所施加的压力。它的作用：一是克服塑料熔体从料筒流向型腔时的阻力，保证一定的充模速率；二是对塑料熔体进行压实。注射压力的大小，取决于塑料品种、注射机类型、模具浇注系统的结构、尺寸与表面粗糙度、模具温度、塑件的壁厚及流程大小等多种因素。注射压力过低，则熔体难以充满型腔，造成熔接痕、填充不满等缺陷；注射压力过高，可能造成飞边、粘模、顶白等缺陷。当注射压力过大而浇口较小时，熔体在型腔内将会产生喷射现象，造成气泡和银丝等缺陷。 近年来，采用注塑流动模拟的计算机分析软件，可对注射压力进行优化设计。确定注射压力的原则是： （1）对于热塑性塑料，注射压力一般在40130 MPa之间。 （2）对于热固性塑料，由于熔料中填料较多，粘度较大，且在注射过程中对熔体有温升要求，注射压力一般要选择大一些，常用范围约为100170 MPa。 （3）在其他条件相同的情况下，柱塞式注塑机作用的注塑压力应比螺杆式的大，因为塑料在柱塞式注塑机料筒内的压力损失比螺杆式的大。2、 塑化压力 塑化压力又称背压，是注塑机螺杆顶部熔体在螺杆转动后退时受到的压力。增加塑化压力能提高熔体温度，并使温度分布均匀，但增加塑化压力会降低塑化速率、延长成型周期，甚至可能导致塑料的降解。一般操作中，塑化压力应在保证塑件质量的前提下越低越好，具体数值随所选用的塑料品种而变化，通常很少超过6 MPa。如聚酰胺塑化压力必须较低，否则塑化速率将很快降低。注射热固性塑料时一般塑化压力都比热塑性塑料取的小，约为3.45.2 MPa，并在螺杆启动时可以接近于零。但要注意的是，背压力如果过小，物料易充入空气，使计量不准确，塑化不均匀。3、 保压压力 保压压力和保压时间有关，它是在熔体充满型腔后，熔体在冷却收缩阶段，注塑机持续作用在于熔体的力。它主要影响模腔的压力及塑料制品最终的成型质量。塑料制品越大或壁厚越厚，要求保压压力越大和保压时间越长。保压压力和保压时间不够时，易造成制品表面产生收缩凹陷、内部组织不良、力学性能变差等缺陷。2.5.3成型周期成型周期决定模具的劳动生产率，因此越短越好。成型周期是指完成一次注塑工艺全过程所用的时间，包括合模时间、注射时间、保压时间、冷却时间、开模时间、顶出时间及其他时间（如放嵌件、喷脱模剂等）。其中保压时间和冷却时间占的比例最大，有时可达80%。而保压时间和冷却时间在很大的程度上取决于塑件的壁厚，因此可以根据塑件的壁厚来大致估算模具的成型周期（见表2-3）。表2-3 成型周期的经验估算法塑件壁厚/mm0.51.01.52.02.5成型周期/s1015222835第三章 数码相机面壳模具设计3.1注射模具分类及典型结构 3.1.1注塑机结构组成注射成型机通常由注射装置、合模装置、液压传动系统、电器控制系统等组成，如图3-1所示。注射装置使塑料均匀地塑化成熔融状态，并以足够的速度和压力将一定量的熔料注射进模具型腔。合模装置也称锁模装置，保证注射模具可靠地闭合，实现模具开、合动作以及顶出制件。液压和电器控制系统保证注射机按预定工艺过程的要求（如压力、温度、速度和时间）和动作程序准确有效工作。图3-1 注塑机的基本组成1-合模装置 2-注射装置 3-液压传动系统 4-电器控制系统3.1.2注塑机的分类注塑机的分类方法有三种：按外形分，按塑化方式分、按用途分和按传动方式分。1、 按外形分 可分为立式、卧式和角式三种，应用较多的是卧式注塑机。 （1） 卧式注塑机 合模系统与注射系统的轴线重合，并与机器底面平行，具有机器重心低、稳定，操作维修方便，自动化程度高，生产效率高等优点；缺点是占地面积大。它是最普遍、最主要的注塑机形式。 （2）立式注塑机 合模系统与注射系统的轴线重合，并与机器底面垂直，具有占地面积小、模具拆装方便安装嵌件和活动型芯简便可靠等优点；缺点是重心高、不稳定，加料较困难，不易自动化生产等。 （3）直角式注塑机 合模系统和注射系统的轴线互相垂直，具有结构简单等优点；缺点是机械传动无法准确可靠的注射和保持压力及锁模力，模具受冲击和振动较大。适合生产形状不对称及使用侧浇口的模具。2、 按塑化方式分 可分为柱塞式注塑机和螺杆式注塑机。立式注射机与直角式注射机结构为柱塞式，不宜加工流动性差、热敏性强的塑料制品；卧式注塑机结构多为螺杆式，螺杆可作旋转运动，亦可作往复运动。3、按用途分 可分为通用型和专用型。4、按传动方式分 可分为机械式、液压式和机械液压联合式。3.1.3注塑机的型号规格注塑机的规格是指决定注射机加工能力和适用范围的一些主要技术参数，这些参数包括注射、合模和综合性能，如额定注射量、额定注射压力、额定锁模力、模具安装尺寸及开模行程等。注塑机型号规格目前世界上尚无统一的标准，它是用来表示注塑机加工能力的，而反映注塑机加工能力的主要参数是公称注射量和锁模力。因此常用额定注射容积数量和锁模力大小来表示注塑机型号规格。额定注射量是指注塑机在注射螺杆（或柱塞）作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的对空注射量。锁模力是由合模机构所能产生的最大模具闭紧力决定的，它反映了注塑机成型制品面积的大小。一般用注塑机的额定注射量和锁模力同时来表示注塑机的加工能力，并以此作为注塑机的系列规格。国产注塑机的型号表示为：XS-ZY-125/90，型号中：X表示成型，S表示塑料，Z表示注射，Y表示螺杆式注射机，125表示额定注射量为125 cm3，90表示最大锁模力为9010 kN。3.2注塑模具分类及典型结构3.2.1注塑模分类注射模具的分类方法很多。按其所用注射机的类型可分为卧室注射机用的模具、立式注射机用的模具、角式注射机用的模具；按所成型的塑料制品材料品种分，可分为热塑性塑料注射模和热固性塑料注射模。按注射模的整体结构分，可分为单分型面注射模、双分型面注射模、垂直分型面注射模、有侧面分型和抽芯结构的注射模、定模有定距推板结构的注射模、直角注射成型机上用的专用注射模、有活动向镶件的注射模等。按浇注系统的结构分，可分为浇注系统为热流道结构的注射模、浇注系统为绝热流道结构的注射模、浇注系统为温流道结构的注射模。3.2.2注塑模典型结构按照注塑模具总体特征所分类型的典型结构如下。1、单分型面注射模图3-2 单分型面注射模1动模板 2定模板 3冷却水道 4定模座板 5定位圈 6浇口套 7型芯 8导柱 9导套 10动模座板 11支承板 12支承钉 13顶板 14顶板固定板 15主流道拉料杆 16顶板导柱 17顶板导套 18顶杆 19复位杆 20垫板单分型面注射模也称二板式注射模，如图3-2所示。它是注射模中最简单的一种结构形式。这种模具只有一个分型面。单分型面注射模具可以根据需要，既可以设计成单型腔注射模，也可以设计成多型腔注射模，应用十分广泛。图3-3 双分型面注射模1支架 2支承板 3型芯固定板 4推件板导柱 5导柱 6限位销 7弹簧 8定距拉板 9推板 10推杆固定板11推杆 12导柱 13中间板 14定模座板 15导套 16浇口套 17型芯其工作原理为：合模时，在导柱的导向定位下，动模和定模闭合。型腔由定模板上是凹模与固定在动模板上的凸模组成，并由注射机合模系统提供的锁模力锁紧。然后注射机开始注射，塑料熔体经定模板上的浇注系统进入型腔，待熔体充满型腔并经过保压、补缩和冷却定型后开模。开模时，注射机合模系统带动动模后退，模具从分型面分开，塑料件包在凸模上随动模一起后退，同时拉料杆将浇注系统的主流道凝料从浇口套中拉出。当动模移动一定距离后，注射机的顶杆接触推板，推出机构开始动作，使推杆和拉料杆分别将塑件及浇注系统凝料从凸模推出，塑件与浇注系统凝料一起从模具中落下，至此完成一次注射过程。推出机构靠复位杆复位并准备下一次注射。2、双分型面注射模双分型面注射模具有两个分型面，如图3-3所示。第一个分型面A-A是定模板与中间板的分型后浇注系统凝料由此脱出，第二个分型面B-B是中间板与推件板之间的分型，分型后塑件由此脱出。与单分型面注射模具比较，双分型面注射模具在定模部分增加了一块可以局部移动的中间板，所以也叫三板模（动模板、中间板、定模板）注射模具。双分型面注射模开模时，中间板在定模的导柱上与定模板作定距离分离，以便在这两模板之间取出浇注系统凝料。 其工作原理为：开模时，注射机开合模系统带动动模部分后移。由于弹簧的作用，模具首先在A分型面分型，中间板随动模一起后移，主流道凝料随之拉出。当动模部分移动一定距离后，固定在中间板上的限位销与定距拉板左端接触，使中间板停止移动。动模继续后移，B分型面分型。因塑件包紧在型芯上，这时浇注系统凝料在浇口处自行拉断，然后在A分型面之间自行脱落或由人工取出。动模部分继续后移，当注射机的推杆接触推板时，推出机构开始工作，推件板在推杆的推动下将塑件从型芯上推出，塑件在B分型面之间自行落下。3、斜导柱侧向分型与抽芯注射模图3-4 斜导柱侧向分型与抽芯注射模1动模座板 2垫块 3支承板 4动模板 5挡块 6螺母 7弹簧 8滑块拉杆 9楔紧块 10斜导柱 11侧型芯滑块12型芯 13浇口套 14定模座板 15导柱 16定模板 17推杆 18拉料杆 19推杆固定板 20推板 当塑件侧壁有通孔、凹穴或凸台时，其成型零件必须制成可侧向移动的，否则塑件无法脱模。带动型芯滑块侧向移动的整个机构称侧向分型与抽芯机构。如图3-4所示为斜导柱侧向抽芯的注射模，其中的侧向抽芯机构是由斜导柱和侧型芯滑块所组成的，此外还有楔紧块、挡块、滑块拉杆、弹簧等一些辅助零件。其工作原理为：开模时，动模部分向后移动，开模力通过斜导柱作用于侧型芯滑块，迫使其在动模板的导滑槽内向外滑动，直至滑块与塑件脱开，完成侧向抽芯动作。这时塑件包在型芯上随动模继续后移，直到注射机顶杆与模具推板接触，推出机构开始工作，推杆将塑件从型芯上推出。合模时，复位杆使推出机构复位，斜导柱使侧型芯滑块向内移动复位，最后由楔紧块锁紧。斜导柱侧向抽芯结束后，侧型心滑块应有准确的位置，以便在合模时斜导柱能顺利插入滑块的斜导孔中使滑块复位。图3-4的定位装置是由挡块、滑块拉杆、螺母和弹簧组成的。楔紧块是防止注射时熔体压力使侧型芯滑块产生位移而设置的，其上面的斜面应与侧型芯滑块上斜面的斜度一致，在设计时应留有一定的修正余量，以便装配时修正。4、带有活动镶件的注射模 有些塑件上虽然有侧向的通孔及凹凸形状，但还有更特殊的要求，如模具上需要设置螺纹型芯或螺纹型环等。为了简化模具结构，将不采用斜导柱、斜滑块等机构，而是在型腔的局部设置镶件。开模时，这些活动镶件不能简单的沿开模方向与塑件分离，而是必须在塑件脱模时连同塑件一起移出模外，然后通过手工或专门的工具将它与塑件分离，在下一次合模注射之前，再重新将其放入模内。图3-5带有活动镶件的注射模1定模板 2导柱 3活动镶块 4型芯座 5动模板 6支承块 8弹簧 9推杆 10推杆固定板 11推板采用活动镶件结构形式的模具，其优点不仅省去了斜导柱、滑块等负责结构的设计与制造，大大降低了模具的制造成本，更主要的是在某些无法安排斜滑块等结构的场合，必须使用活动镶件形式。这种方法的缺点是操作时安全性差，生产效率较低。如图3-5所示的是带有活动镶件的注射模。开模时，塑件包在型芯和活动镶件上，随动模部分向左移动而脱离动模板，分型到一定距离，推出机构开始工作，设置在活动镶件上的推杆将活动镶件连同塑件一起推出型芯脱模，由人工将活动镶件从塑件上取下。合模时，推杆在弹簧的作用下复位，推杆复位后动模板停止移动，然后人工将活动镶件重新插入定位孔中，再合模后进行下一次的注射动作。3.3数码相机面壳模具的结构设计结合相机面壳塑件三维图（图3-5），三维图尺寸为长110mm，宽64mm，高20mm。进行相机模具结构方案设计，需要考虑以下几个方面，包括分型面位置的确定、型腔数量的确定、浇注系统设计、成型零件设计、合模导向机构设计、推出机构设计、模具温度调节系统、标准模架的选用及模架的尺寸计算。图3-5 相机面壳三维图3.3.1确定分型面位置分型面是模具上用于取出塑件和（或）浇注系统冷凝料的可分离的接触表面。分型面的设计原则：分型面应选择在塑件断面轮廓最大的位置，以便顺利脱模。图 3-6 分型面在塑件设计阶段，就应考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。在模具设计阶段，应首先确定分型面和浇口的位置，然后选择模具的结构。该塑件由于没有侧抽芯机构、塑件制件上的几个孔的深度一致且较浅，结合塑件组成结构分析，设计一个分型面（图3-6）比较合适且便于顺利脱模。3.3.2确定型腔数量型腔的布置形式有很多，在布置型腔时，要求塑料通过流道那能够顺利到达型腔。通过对塑件结构分析，进行一模一腔（图3-7）和一模两腔（图3-8）对比设计，考虑浇口位置的设计，由于塑件中等尺寸，产量不大，采用一模一件即可满足生产需要，采用直浇口（图3-9），塑件质量容易保证，从零件上端中心进料，料流比较顺畅，不易产生熔接痕与气泡缺陷。而一模两件或一模多件的对称布置，生产效率较高，采用侧浇口（图3-10），从分型面进料，模具结构简单，但浇口位置不是进料的最佳位置，塑件容易产生熔接痕。图3-7 一模一腔 图3-8 一模两腔图3-9 直浇口 图3-10 侧浇口3.3.3 浇注系统设计浇注系统是指模具中塑料熔体由注射机喷嘴至型腔之间的进料通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并将注射压力传递到型腔的各个部位，以获得组织致密、轮廓清晰、表面光洁、尺寸精确地塑件。1、对浇注系统的简要分析浇口位置的选择原则：（1）尽量缩短流动距离；（2）浇口应开设在塑件壁厚最大处；（3）必须尽量减少熔接痕；（4）应有利于型腔中气体排出；（5）考虑分子定向影响；（6）避免产生喷射和蠕动；（7）浇口处避免弯曲和受冲击载荷；（8）注意对外观质量的影响。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则及3.2.2分析，型腔设计成中心浇口，流道开在型腔板上。2、浇注系统组成浇注系统由主流道、进料浇口和冷料穴组成。3、主流道设计图3-11 主流道 （1）主流道是连接注射机喷嘴与分流道的塑料熔融体通道。主流道如图3-11所示。d：主流道小端直径=（注射机喷嘴孔径+0.51）mm，在此主流道小端直径选用4.5mm L：主流道长度，根据模具结构确定 ：主流道锥度，一般为2 4，本课题选用4。（2）浇口套设计图3-12浇口套浇口套为标准件可选购，其结构如图3-12所示。浇口套常用钢材是T8A、T10热处理要求：（50-55）HRC。主流道球面半径比喷嘴球面半径大12mm，在此选用SR=19。 3.3.4 成型零件设计注射模的成型零件是指构成模具型腔的零件，通常包括凹模、型芯，以及各种型杆和成型镶块。本设计主要涉及对凹模和型芯的设计。1、成型零件结构设计成型零件在工作时与塑料直接接触，成型塑件。进行成型零件的结构设计时，既要考虑保证获得合格的塑件，又要便于加工制造，还要注意尽量节约贵重模具材料，以降低模具成本。（1）凹模的结构设计凹模是成型制品外表面的成型零件，是制品外表面形状、结构的复制。对于本课题，选用整体镶入结构的凹模结构。整体镶入结构的凹模，结构简单易于制造，也便于维修和更换，一致性较好。凹模的结构如图3-13所示。（2）凸模的结构设计凸模即成型塑料制品内表面的型芯。对于本课题，选用整体镶入结构的凸模。整体镶入结构的凸模，结构简单易于制造，也便于更换。凸模的结构如图3-14所示。2、成型零件工作尺寸的计算对于标注公差的凹模、凸模尺寸按相应公式进行尺寸计算。（1）平均收缩率查表 2-3，可知ABS的收缩率=0.3%，=0.8%，则其平均收缩率=（+）/2 =（0.3%+0.8%）/2 =0.55%（2）凹模尺寸计算 凹模径向尺寸计算 = 式中、 塑件上相应尺寸的公差（下同）； 、塑件上相应尺寸制造公差，对于中小型塑件取 （下同）；由前面算得 ， 。凹模深度尺寸计算 = （3）凸模尺寸计算 凸模径向尺寸计算 = 凸模高度尺寸计算 （4）型腔壁厚及底板厚度计算此模具采用如图3-15，矩形整体式型腔。根据刚度公式可得凹模型厚（mm）为 图3-15 矩形整体式型腔= =根据刚度公式可得底板厚度（mm）为 =上、两式中，L是型腔长度L=110mm；a是型腔深度a=20mm；b是型腔宽度b=64mm；c是L/a决定的常数；是L/b决定的常数；E是弹性模量，钢材取；是允许变形量；P是型腔内熔体压力，一般取2545MPa。最终选用型腔厚度为15mm，底板厚度为20mm 模具组件（凹凸模）尺寸，凹模尺寸为，长150mm，宽110mm，高45mm，型腔深20.2mm；凸模长150mm，宽110mm，高30mm，型芯高19.2mm。3.3.5 合模导向机构设计合模导向机构是保证动、定模或在上、下模合模时，正确的定位和导向的零件。合模导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种形式，通常采用导柱导向定位，导向机构的作用有以下三点。1、定位作用模具闭合后，保证动、定模或上下模位置正确，保证型腔的形状和尺寸精度。导向机构在模具装配过程中也起到定位作用，即便与模具的装配与调整。2、导向作用 合模时，首先是导向零件接触，引导动、定模或上、下模准确闭合，避免型芯先进入型腔造成零件的损坏。3、承受一定的侧向压力 塑料熔体在充型过程中可能产生单向侧向压力或受成型设备精度低的影响，导柱将承受一定的侧向压力，以保证模具的正常工作。若侧向压力很大或精度要求高时，则不能单靠导柱来承担，需增设锥面定位机构来承担侧向压力。4、导柱的机构形式导柱的结构形式和尺寸一标准化，常见的结构形式有带头导柱和有肩导柱。有时为减小导柱与导柱孔间的摩擦，在导柱的工作部位设置粗油槽来存储润滑剂。导柱的直径可由模板外形尺寸确定。导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心至模具外缘应有足够的距离，以保证模具的强度。为了保证动模和定模只能按一个方向合模，导柱的布置方式采用等直径导柱的不对称布置或者不等直径的对称布置。本设计采用等直径的不对称布置，导柱形式为带头导柱，公称直径d=25mm。3.3.6 推出机构设计推出机构总的设计要求为：1、推出机构应尽可能设置在动模上，以便利用注射机驱动推出机构，当塑件因形状等关系不能保证留在动模端时，则须采用强留措施，或在定模上设置推出机构2、推出机构须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易；3、根据塑件的尺寸、形状及塑件材料等选用推杆、推杆的位置及数量，以保证塑件不发生变形、破裂、擦伤以及外观、精度等质量要求。因此，推杆应设置在塑件承力较大的位置；4、对塑件推出阻力较大的部位，须有足够的推出力，以保证塑件各部位均匀推出；5、推杆孔须与推板运动方向平行，与推杆的配合不能过紧或过松，避免推杆折损或产生毛边，造成不易推出，标准规定采用 H7f6 配合。 图3-16推件板由于相机壳体塑料件壁薄，不宜采用推杆，所以相机面壳的顶出机构采用如图3-16所示的成型零件作为顶板推出机构。 1、脱模力的计算脱模力是指将塑件从抱紧的型芯上脱出时所需克服的阻力。式中 是推件板中心所允许的最大变形量，；E是推件板材料的弹性模量（MP），；是塑件对型芯的包容长度，；S是塑料的平均成型收缩率，S=0.55%；是模具型芯的脱模斜度，；是塑件与型芯之间的静摩擦系数，取；是塑料的泊松比，；是无因次系数；A是盲孔塑件型芯的脱模方向上的投影面积，通孔塑件A=0；2、推件板厚度的确定因为塑件横截面为矩环形，根据强度计算来确定推件板厚度较为复杂，若根据刚度计算来确定，则推件板厚度公式为式中 L0 是推件板长度方向上两推杆间的最大距离（mm），L0=120mm；B是推件板宽度（mm），B=110mm；是推件板中心所允许的最大变形量，；E是推件板材料的弹性模量（MP），；F是最大脱模力（N），F=18416.16N。这里取推件板厚度为10mm。3、推杆的设计推杆又称顶杆，在注射模中应用很广泛。（1）推杆的形式 推杆形式很多，有圆推杆，矩形推杆，阶梯推杆，盘形推杆，这里采用圆形推杆，该种推杆结构简单，应用最为广泛，对中小型模具，其直径d一般为。（2）推杆的布置本设计采用推杆结合推件板推出塑件，为保证塑件成型质量和顺利脱模，推杆数量n-=4，推杆位置均匀布置在推件板四周。（3）推杆的尺寸推杆长度由模板厚度、推出距离确定。推杆直径d的确定可根据压杆稳定公式求得式中 是安全系数，取； 是推杆的长度，L=125mm；n是推杆根数n=4，E是推杆材料的弹性模量（MPa）。因为推杆前端采用螺纹与推件板固定，这里推杆直径取d=12mm，螺纹部位直径取d=10mm。（4）复位机构设计为了进行下一循环的成型，脱模推出机构在完成塑件的顶出动作后必须回到初始位置。常用的复位机构有弹簧复位和复位杆复位两种，本设计采用复位杆复位设计。复位杆一般为4根，对称布置在推出板得四周，直径根据模具的大小确定。本设计复位杆直径为20mm。3.3.7 模具温度调节系统设计 注射成型时向模具注射200左右的塑料熔体，使熔体在模具内冷却定型，所以模具在成型过程中还起着热交换的作用。模具温度调节系统直接影响着塑件质量和生产效率。成型的塑料品种不同，塑件的质量要求不同，对模具的温度要求也不同。对于多数塑件来说，要求的模温不高，则模具仅设置冷却系统即可。 一般塑件受成型条件影响的质量因素有：尺寸精度、形状精度、表面质量和力学性能。1、冷却系统的设计原则（1）冷却系统的布置应先于脱模机构；（2）合理地确定冷却管道的直径中心距以及与型腔壁的距离；（3）降低进出水的温度差；（4）浇口处应加强冷却；（5）应避免将冷却水道开在塑件熔接痕处，并注意干涩及密封等问题：（6）冷却水道应便于加工和清理。在本课题中采用通过冷却水道来调节模具的温度。 2、冷却回路的布置模具冷却回路的形式应根据塑件的形状、型腔内温度分布及浇口位置等情况设计成不同的形状。通常有型腔冷却和型芯冷却两种回路的结构形式。（1）型腔冷却回路本设计采用在型腔上方定模板上钻孔，钻出两条平行对称水道，外部设置进出水接头。（2）型芯冷却回路本设计采用单层冷却回路，在型芯上定模板四周钻孔，冷却水在定模板水道内循环流动。3.3.8 标准模架的选用模架是指由模板、导柱、导套和复位杆等零件组成。标准模架则是由结构、形式和尺寸都已经标准化并具有一定互换性的零件成套组合而成的一类模架。GB/ T12555 2006塑料注射模模架于2007年4月1日起实施，用于取代原来GB T12556.1 1990塑料注射模中小型模架模架国家标准。国标中模架的形式由其品种、系列、规格以及导柱导套的安装形式等项内容决定。模架的品种是指模架的基本构成形式,每一模架型号代表一个品种。模架型号以模具所采用的浇口形式、制件脱模方法和动定模板组成数目,分为基本型4 种和派生型9种两类共13 种。基本型模架如图3-17所示，派生型模架如图3-18所示。图3-17基本型模架结构(A1A4)图3-18 派生型模架结构(P1P9)在本课题中选用基本型A2，定模和动模均为两块模板,采用推板推出机构。它适合于单分型面注射膜。3.3.9 模架的尺寸计算中小型标准模架的选择方法有两种经验法，在这里选择一种计算即可。当型腔带镶件时，根据制品的外形尺寸（平面投影面积与高度）以及制品本身结构，可以确定镶件的外形尺寸，然后再按经验确定模架的大小，具体办法见图3-19。图3-19 (a)C型（无支承板）（b）A型（有支承板）1、通过计算可得，该产品的投影面积S=11064=7040mm2 选择A型结构，可手册查得：A=55mm，D=32mm 则模具宽度W=（55+32）+64=238m
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