基于UG的鼠标上盖注塑模设计与数控加工

基于UG的鼠标上盖注塑模设计与数控加工摘 要根据塑料鼠标上盖制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，侧浇口进料，注射机采用海天160X2B型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，编制型芯和型腔的加工工艺，采用UG编程加工中心程序，后处理为加工中心代码，生成模拟仿真视频。选择模具合理的加工方法。附上说明书，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算等分析塑件，从而作出合理的注塑模具设计。关键词：鼠标上盖；一模二腔；侧浇口；注射机；冷却系统；型芯；型腔；注塑模具AbstractAccording to the requirements of plastic mouse top cover products, understand the use of plastic parts, analyze the technical requirements of plastic parts such as workmanship, dimensional accuracy, and consider the size of plastic parts. This mold adopts a mold two cavity, the side gate feed, the injection machine adopts Haitian 160X2B model, sets the cooling system, CAD and UG draw two-dimensional assembly drawings and parts drawing, compiling the core and cavity processing technology, using UG programming center processing program, post-processing for the processing center code, generate simulation video. Choose the reasonable processing method of the mould. Attached are instructions for the systematic use of brief text, concise sketches and calculations to analyze the plastic parts, so as to make a reasonable injection mold design.Key words: mouse upper cover; one mold two cavity; side gate; injection machine; cooling system; core; cavity; injection mold目 录摘 要IAbstractII1 前言11.1 课题背景11.2 课题分析32 塑件分析42.1 产品分析及其技术条件42.2 塑件材料的确定52.3 塑件材料的性能分析52.3.1基本特性52.3.3主要用途63 成型布局及注塑机选择83.1 进胶方式选择83.2 型腔的布局及成型尺寸83.3 估算塑件体积质量103.4 注塑机的选择和校核113.4.1注射胶量的计算113.4.2锁模力的计算123.4.3 注塑机选择确定13表 注塑机参数(部分)144 注塑模具设计154.1 模架的选用154.1.1模架基本类型154.1.2模架的选择154.1.3导向与定位机构设计164.2 浇注系统的设计184.2.1主流道设计184.2.2分流道的设计194.2.3浇口的设计194.2.4冷料穴的设计204.3 分型面的设计204.4 成型零部件的设计224.4.1成型零部件结构224.4.2成型零部件工作尺寸的计算234.4.3模具强度与刚度校核274.6 脱模及推出机构274.6.1脱模力274.6.2推出机构284.8 冷却系统的设计与计算304.8.1冷却水道设计的要点304.8.2冷却水道在定模和动模中的位置314.8.3冷却水道的计算324.9 排气结构设计334.10 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核345 数控编程加工工艺设计365.1 工序设计365.2 确定装夹方案和选择夹具365.3 选择刀具385.4 工序余量的安排395.5 加工中心加工切削用量的选择395.6 凹模数控加工工序卡416 程序编制427 零件加工437.1 加工准备437.2 程序验检437.3 加工零件438 结语44致谢45附图46参考文献47III1 前言1.1 课题背景模具是工业生产中使用极为广泛的基础工艺装备。在汽车、电机、仪表、电器、电子、通信、家电和轻工业等行业中，60%80%的零件都依靠模具成形，并且随着近年来这些行业的迅速发展，对模具的要求越来越高，结构也越来越复杂。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产效率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比拟的。随着塑料工业的飞速发展和通用塑料与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，越来越普遍地采用塑料成型。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。作为注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反映能力和速度。注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成。由于模具的使用特点，决定了模具设计也区别与其他行业。模具设计要考虑的要点如下:a塑件的物理力学性能，如强度、刚度、韧性、弹性、吸水性以及对应力的敏感性，不同塑料品种其性能各有所长，在设计塑件时应充分发挥其性能上的优点，避免或补偿其缺点。b塑料的成型工艺性，如流动性、成型收缩率的各向差异等。塑件形状应有利于成型时充模、排气、补缩，同时能使热塑性塑料制品达到高效、均匀冷却或使热固性塑料制品均匀地固化。c塑件结构能使模具总体结构尽可能简化，特别是避免侧向分型抽芯机构和简化脱模结构。使模具零件符合制造工艺的要求。对于特殊用途的制品，还要考虑其光学性能、热学性能、电性能、耐腐蚀性能等。目前，我国的模具制造技术已从过去只能制造简单模具发展到可以制造大型、精密、复杂、长寿命的模具。在塑料模具方面，能设计制造汽车保险杠及整体仪表盘大型注射模。一些塑料模主要生产企业利用计算机辅助分析(CAE)技术对塑料注塑过程进行流动分析、冷却分析、应力分析等，合理选择浇口位置、尺寸、注塑工艺参数及冷却系统的布置等，使模具设计方案进一步优化，也缩短了模具设计和制造周期采用模具先进加工技术及设备，使模具制造能力大为提高。采用CAE技术，可以完全代替试模，CAE技术提供了从制品设计到生产的完整解决方案，在模具制造加工之前，在计算机上对整个注射成型过程进行模拟分析，准确预测熔体的填充、保压、冷却情况，以及制品中的应力分布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义。某些国外电加工机床具有内容丰富、实用可靠的工艺数据和专家系统，使模具的深槽窄缝加工、微细加工、镜面加工等效率和质量大大提高。新的模糊控制系统具有加工反力的监测和控制，提高了大面积加工的深度控制精度。电火花混粉加工技术的应用有效地提高了模具表面质量。模具逆向工程技术、快速经济模具制造技术、三维扫描测量技术及数控模具雕刻机的发展与应用，对模具制造能力的提高也起到了很大作用。我国经济仍处于高速发展阶段，国际上经济全球化发展趋势日趋明显，这为我国模具工业高速发展提供了良好的条件和机遇。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。 随着计算机技术的发展应用，模具设计与制造技术正朝着数字化方向发展。特别是模具成型零件方面的软件等，这些技术采用计算机辅助设计，进而将数据交换到加工制造设备，实现计算机辅助制造，或将设计与制造连成一体实现设计制造一体化。1.2 课题分析本课题內容是对鼠标上盖进行测绘、模具设计和加工工艺分析。基于生产实践之上的对产品进行模具设计，模具设计主要内容有型腔布局、浇口形式与位置、模胚选择、分型面的确定、冷却系统设置、推出机构设置、注塑机台选择及注塑工艺分析等。根据塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工艺性、尺寸精度等技术要求，本模具采用一模二腔布局，侧浇口进料，注射机采用海天160X2B型号，设置冷却系统，CAD和UG绘制二维总装图和零件图，系统地运用简要的文字，简明的示意图和和计算分析，从而作出合理的模具设计。选择合理的加工方法。模具方案确定后进行工艺分析。根据此方案可以达到设计的预期效果，并且大大提高了注塑模的质量。2 塑件分析2.1 产品分析及其技术条件在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。课题目标产品是一个生活中常见的鼠标上盖，其零件外形如图所示。具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构简单，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，精度要求不高。产品造型3D视图塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公差等级确定精度等级。根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注采用MT3级精度。塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般为Ra 0.021.25之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra 0.010.63。模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。该塑件外部需要的表面粗糙度比内部要高，为Ra0.8，内部为Ra1.2。2.2 塑件材料的确定 塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能。此产品壁厚均匀，ABS性能优良，成本低廉，符合需求生产量大的要求，容易成型，对于本课题零件相当适用，所以在这选择其为产品的材料。2.3 塑件材料的性能分析2.3.1基本特性 ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。是一种良好的热塑性塑料。 ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.02-1.05。既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响， ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂， ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70左右，热变形温度约为93耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆。ABS的性能指标： 密度 1.021.05（），收缩率 ，熔点，弯曲强度80Mpa，拉伸强度3549Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度1839Mpa，缺口冲击强度1120，硬度6286HRR，体积电阻系数，收缩率 范围内。ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。2.3.3主要用途ABS树脂的最大应用领域是汽车、电子电器和建材。汽车领域的使用包括汽车仪表板、车身外板、内装饰板、方向盘、隔音板、门锁、保险杠、通风管等很多部件。在电器方面则广泛应用于电冰箱、电视机、洗衣机、空调器、计算机、复印机等电子电器中 。建材方面，ABS管材、ABS卫生洁具、ABS装饰板广泛应用于建材工业。此外ABS还广泛的应用于包装、家具体育和娱乐用品、机械和仪表工业中。汽车内饰追求的重要目标包括美观、低气味、机械性能、耐热、耐候等。亚太国际ABS汽车材料能够满足各种内饰部件的使用要求，材料具备以下条件：1. 良好的流动性2.优异的抗冲击性3.易加工成型4. 易着色、喷涂5. 低气味6.良好的耐腐蚀性7.亚光效果3 成型布局及注塑机选择3.1 进胶方式选择注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。常向的浇口形式有直接浇口，侧浇口转侧浇口，点式浇口，扇形浇口，圆盘式浇口，环形浇口等。浇口的位置选择原则：浇口的位置与塑件的质量有直接影响。在确定浇口位置时，应考虑以下几点：1. 熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。要做到这一点必须使1)流程(包括分支流程)为最短；2)每一股分流都能大致同时到达其最远端；3)应先从壁厚较厚的部位进料；4)考虑各股分流的转向越小越好。2. 有效地排出型腔内的气体由于本设计中塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。侧浇口在产品侧面面处，成形后切除浇口。3.2 型腔的布局及成型尺寸因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸小，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模二腔，进行加工生产。型腔的布局与浇注系统的布置密切相关,型腔的排布应使每个型腔都通过浇注系统从总压力中均等的分得所需的压力,以保证塑料熔体均匀地充满每个型腔,使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能短，同时采用平衡流道。成型型腔尺寸依据塑件布局计算确定，需考量成形封闭结合面大小，太大造成模具尺寸过大，成本浪费，太小易导致成型时溢料飞边，甚至型腔变形。因模具是一模二腔，考量排布可得型腔长为270mm，宽为220mm。塑件的高度为44mm，塑件的大部分部胶位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸入高度加20-60mm，因此得出成型型腔总体厚度为65mm。型腔布局如图。型腔布局3.3 估算塑件体积质量本次设计中，塑件的质量和体积采用3D测量，在UG软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的体积为56.23，ABS的密度为1.05，即可以得出该塑件制品的质量约为59.041g。塑件体积测量3.4 注塑机的选择和校核3.4.1注射胶量的计算模具设计时，必须使得在一个注射成型的塑料熔体的容量或质量在注射机额定注射量的80%以内。校核公式为：式中：-型腔数量 -单个塑件的重量（g） -浇注系统所需塑料的重量（g）本设计中：n=2 59.041 g =6.5 g m（2x59.041+6.5）/0.8 即m155.727g因而预选注塑机额定注塑量最少为155.727g以上3.4.2锁模力的计算选用注射机的锁模力必须大于型腔压力产生的开模力，不然模具分型面要分开而产生溢料。塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素。 成型投影面积=式中 n -型腔数目 -单个塑件在模具分型面上的投影面积 -浇注系统在模具分型面上的投影面积 n=1 =21373.803 =846.701 本设计中 =2x21373.803+846.701=43594.307锁模力和成型面积的关系根据依照以下计算公式确定：式中 锁模力，kN； 型腔压力，MPa ；A 成型投影面积，mm2；一般熔料经喷嘴时其注射压力达6080MPa，经浇注系统入型腔时型腔压力通常为20-40MPa，这里取30MPa。计算：A/1000=3043594.307/1000=1307.829kN (取整1308kN)得出预选注塑机额定注塑压力为1308kN以上。3.4.3 注塑机选择确定综合考虑以上因素，选定注射机为海天160X2B。其相关性能符合成型方案要求，以下相关参数： 型号单位1602A1602B1602C 参数螺杆直径mm404548理论注射容量cm3253320364注射重量PSg230291331注射压力Mpa202159140注射行程mm201螺杆转速r/min0230料筒加热功率KW9.3锁模力KN1600拉杆内间距(水平垂直)mm455455允许最大模具厚度mm500允许最小模具厚度mm180移模行程mm420移模开距(最大)mm920液压顶出行程mm140液压顶出力KN33液压顶出杆数量PC5油泵电动机功率KW18.5油箱容积l240机器尺寸(长宽高)m5.41.452.05机器重量t5最小模具尺寸(长宽)mm320320 表 注塑机参数(部分)4 注塑模具设计4.1 模架的选用4.1.1模架基本类型注射模具的分类方式很多，此处是介绍的按注射模具的整体结构分类所分的典型结构如下： 单分型面注射模、双分型面注射模、带有活动成型零件的模、侧向分型抽芯注射模、定模带有推出机构的注射模、自动卸螺纹的注射模、热流道注射模。4.1.2模架的选择根据对塑件的综合分析，确定该模具是单分型面的模具，由GB/T12556.1-12556.2-1990塑料注射模中小型模架可选择CI型的模架，其基本结构如图所示：模架结构图CI型模具定模采用两块模板，动模采用一块模板，又叫两板模，大水口模架，适合侧浇口的注射成形模具。由分型面的选择而选择模具的导柱导套的安装方式，经过考虑分析，导柱导套选择选正装。根据所选择的模架的基本型可以选出对应的模板的厚度以及模具的外轮廓尺寸，以此分析计算：模架的长L=型腔长度（270）+复位杆的直径+螺钉的直径+模板壁厚400mm模架的宽W=型腔宽度（220）+导向杆的直径+模板壁厚350mm根据成型型腔的尺寸，在计算完模架的长宽以后，还需要考虑其他螺丝导柱等零件对模架尺寸的影响，在设计中避免干涉。参考成型型腔厚度，考虑模板强度要求，定模板厚度取80mm，动模板厚度取80mm。考虑顶出行程要求，支撑板取90mm以满足。综上所述所选择的模架的型号为：CI-3540-A90-B70-C100。4.1.3导向与定位机构设计导向机构的作用：保证模具在进行开合模时，保证公母模之间一定的方向和位置。导向零件承受一定的侧向力，起了导向和定位的作用,导向机构零件包括导柱和导套等。 1. 导向结构的总体设计（1） 导向零件应合理的均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后发生变形。（2） 根据模具的形状和大小，一副模具一般需要2-4个导柱。如果，模具的凸模与凹模合模有方位要求时，则用两个直径不同的导柱，或用两个直径相同，但错开位置的导柱。（3） 由于塑件通常留于公模，所以为了便于脱模导柱通常安装在母模。（4） 导柱和导套在分型面处应有承屑槽（5） 导柱导套及导向孔的轴线应保证平行（6） 合模时，应保证导向零件首先接触，避免公模先进入模腔，损坏成型零件。2. 导柱的设计（1） 有单节与台阶式之分（2） 导柱的长度必须高出公模端面68mm（3） 导柱头部应有圆锥或球形的引导部分（4） 固定方式有铆接固定和螺钉固定（5） 其表面应热处理，以保证耐磨。 3. 导套和导向孔（1） 无导套的导向孔，直接开在模板上，模板较厚时，导向孔必须做成盲孔，侧壁增加排气孔。（2） 导套有套筒式台阶式凸台式（3） 为了导柱顺利进入导套孔，在导套前端应倒有圆角r。一般情况下,导柱与导套共同使用,用于保证动模与定模两大部分内零件的准确对合和塑料部品的形状,尺寸精度,并避免模内零件互相碰撞与干涉,起到合模导向的作用.4.2 浇注系统的设计浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类，本设计中采用普通侧浇口转侧浇口浇注系统。正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。浇注系统组成：普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。1主浇道 2第一分浇道 3第二分浇道 4第三分浇道5浇口 6型腔 7冷料穴4.2.1主流道设计所选用海天160X2B型注射剂喷嘴有关尺寸如下：喷嘴前段孔径d0=3mm喷嘴圆弧半径R0=10mm为了使凝料能够顺利拔出，主流道的小段直径d应稍大于喷嘴直径。d=d0+（0.51）=3.5mm主流道设计成圆锥形，其锥角通常为24，过大的锥角会才产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使冲模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用2，主流道球面半径比喷嘴球面半径大12mm。这里取主流道球面半径R11mm，经测量主流道长度L取95mm。4.2.2分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间的一段塑料熔体的流动通道。分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。其作用是改变熔体流向，使其以平稳的流态均衡地分配到各个型腔，分流道的长度应该尽可能短，折弯少，尽量减少流动过程中的热量损失与压力损失，节约塑料的原材料和降低能耗。由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有内部的熔体流动状态比较理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取Ra为1.6 m，本设计选择圆形截面的分流道，采用流道布局如图所示：流道布局4.2.3浇口的设计侧浇口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般开设在产品面上，一般塑料熔体从内侧充填模具型腔，其截面形状多为矩形。侧浇口的尺寸作如下取值： 浇口宽度W= 3mm，浇口深度H=1mm 4.2.4冷料穴的设计主流道的末端需要设置冷料穴以往上制品中出现固化的冷料。因为最先流入的塑料因接触温度低的模具而使料温下降，如果让这部分温度下降的塑料流入型腔会影响制品的质量，为防止这一问题必须在没塑料流动方向在主流道末端设置冷料穴以便将这部分冷料存留起来。冷料穴一般开设在主流道对面的模板上，其标称直径与主流道直径相同或略大一些，这里取为6mm，最终要保证冷料体积小于冷料穴体积。冷料穴的形式有多种，这里采用锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它与水口配用，开模时锥形的冷料穴通过推板拉出定模，最后在小拉杆的作用下将冷料和和主流道凝料随制品一起推出定模。如图：冷料穴4.3 分型面的设计将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。选择分型面时，应从以下几个方面考虑：1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；2）使塑件在开模后留在动模上；3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；6）使塑件易于脱模。综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，采用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图所示。分型面的选择4.4 成型零部件的设计模具闭合时用来填充塑料成型制品的空间称为型腔。构成模具型腔的零部件称成型零部件。一般包括型腔、型芯、型环和镶块等。成型零部件直接与塑料接触，成型塑件的某些部分，承受着塑料熔体压力，决定着塑件形状与精度，因此成型零部件的设计是注射模具的重要部分。成型零部件在注射成型过程中需要经常承受温度压力及塑料熔体对它们的冲击和摩擦作用，长期工作后晚发生磨损、变形和破裂，因此必须合理设计其结构形式，准确计算其尺寸和公差并保证它们具有足够的强度、刚度和良好的表面质量。4.4.1成型零部件结构成型零部件结构设计主要应在保证塑件质量要求的前提下，从便于加工、装配、使用、维修等角度加以考虑。型腔是用来成型制品外形轮廓的模具零件，其结构与制品的形状、尺寸、使用要求、生产批量及模具的加工方法等有关，常用的结构形式有整体式、嵌入式、镶拼组合式和瓣合式四种类型。本设计中采用嵌入式型腔及型芯，如图所示。其特点是结构简单，牢固可靠，不容易变形，成型出来的制品表面不会有镶拼接缝的溢料痕迹，还有助于模具加工提高加工效率。型腔3D图型芯3D图4.4.2成型零部件工作尺寸的计算成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接决定塑件形状的有关尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸，以及中心距尺寸等。在模具设计时要根据塑件的尺寸及精度等级确定成型零部件的工作尺寸及精度等级。影响塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收缩率，模具成型零部件的制造误差，模具成型零部件的磨损及模具安装配合方面的误差。这些影响因素也是作为确定成型零部件工作尺寸的依据。由于按平均收缩率、平均制造公差和平均磨损量计算型芯型腔的尺寸有一定的误差（因为模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨损量大多凭经验决定），这里就只考虑塑料的收缩率计算模具盛开零部件的工作尺寸。塑件经成型后所获得的制品从热模具中取出后，因冷却及其它原因会引起尺寸减小或体积缩小，收缩性是每种塑料都具有的固有特性之一，选定ABS材料的平均收缩率为0.5%，刚计算模具成型零部件工作尺寸的公式为：A=B+0.005B式中 A 模具成型零部件在常温下的尺寸 B 塑件在常温下实际尺寸1.型腔和型芯尺寸的计算型腔长度尺寸计算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差Lm-模具型腔长度基本尺寸Ls-塑件外表面的长度基本尺寸：S-塑料平均收缩率X-修正系数（0.50.75）-塑件外表面长度基本尺寸的公差 所以Lm = 160（1+0.005）-0.75x0.3=160.575(+0.3)型腔宽度尺寸计算：Lm=(1+s)Ls-X+制造公差Lm-模具型腔宽度基本尺寸Ls-塑件外表面的宽度基本尺寸S-塑料平均收缩率X-修正系数（0.50.75）-塑件外表面宽度基本尺寸的公差： 所以Lm = 92（1+0.005）-0.75x0.15=92.347(+0.3)型芯长度尺寸计算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯长度基本尺寸 ls-塑件内表面的长度基本尺寸 所以 lm = 158（1+0.005）+0.75x0.3 =159.015(-0.15)型芯宽度尺寸计算：lm =（1+s）ls+X-模具制造公差 lm-模具型芯宽度基本尺寸 ls-塑件内表面的宽度基本尺寸 所以 lm= 90（1+0.005）+0.75x0.15 =90.562(-0.15) 2.型腔深度和型芯高度尺寸的计算 型腔深度：Hm=（1+s）Hs-X+制造公差 Hm-模具型腔深度基本尺寸Hs-塑件凸起部分高度基本尺寸X-修正系数（0.50.75）所以 Hm=43（1+0.005）-0.75x0.05 =43.177（+0.05） 型芯高度：hm=（1+s）Hs-X+制造公差 hm-模具型芯高度基本尺寸 hs-塑件孔或凹槽深度尺寸 所以 hm=41（1+0.005）+0.75*0.05 =41.242（-0.05）4.4.3模具强度与刚度校核普通意义上的模具强度包括模具的强度、刚度。模具的各种成型零部件和结构零部件均有强度、刚度的要求，足够的强度才可以保证模具能正常工作。由于模具形式较多，计算也不尽相同且较复杂，实际生产中，采用经验设计和强度校核相结合的方法，通过强度校核来调整设计，保证模具能正常工作。模具强度计算较为复杂，一般采用简化的计算方法,计算时采取保守的做法，原则是：选取最不利的受力结构形式，选用较大的安全系数，然后再优化模具结构，充分提高模具强度。为保证模具能正常工作，不仅要校核模具的整体性强度，也要校核模具局部结构的强度。整体性强度主要针对型腔侧壁厚度，型腔底板厚度，合模面所能承受的压力等几个方面，实际选用尺寸应大于计算尺寸并取整。校核时应从强度与弯曲两个方面分别计算，选取较大的尺寸。4.6 脱模及推出机构4.6.1脱模力脱模力的产生范围：（脱模）塑件在模具中冷却定型时，由于体积收缩，产生包紧力。 不带通孔壳体类塑件，脱模时要克服大气压力 。 机构本身运动的磨擦阻力。塑件与模具之间的粘附力。 初始脱模力，开始脱模进的瞬间防要克服的阻力。相继脱模力，后面防需的脱模力，比初始脱模力小，防止计算脱模力时，一般计算初始脱模力。脱模力的影响因素：a 脱模力与塑件壁厚，型芯长度，垂直于脱模方向塑件的投影面积有关，各项值越大，则脱模力越大。 b 塑件收缩率，弹性模量E越大，脱模力越大。 c 塑件与芯子磨擦力俞大，则脱模阻力俞大。 d 排除大气压力和塑件对型芯的粘附等因素，则型芯斜角大到，塑件则自动脱落。4.6.2推出机构塑件从模具上取下以前有一个从模具的成型零部件上脱出的过程，使塑件从成型零部件上脱出的机构称为脱模机构。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出机构的导向和复位部件等组成。脱模机构按其推出动作的动力来源分为手动推出机构，机动推出机构，液压和气动推出机构。根据推出零件的类别还可分为推杆推出机构、推管推出机构、推板推出机构、推块推出机构、利用成型零部件推出和斜滑杆侧抽芯机构等。脱模机构的选用原则：（1）使塑件脱模时不发生变形（略有弹性变形在一般情况下是允许的，但不能形成永久变形）；（2）推力分布依脱模阻力的的大小要合理安排；（3）推杆的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部产生隙裂；（4）推杆的强度及刚性应足够，在推出动作时不产生弹性变形；（5）推杆位置痕迹须不影响塑件外观；考虑到塑件的特征等要求不高，决定选用简单推出机构中最简单、使用最广泛的推管推出机构。推管将塑件从动模的型芯推出脱模，由于设置推管的自由度较小，而且设计推杆截面为圆形，这样制造、修配较方便，容易达到推杆与模板或型芯上推杆孔的配合精度，推杆推出时运动阻力小，推出动作灵活可靠，推杆损坏后也方便维修，因此选择推杆机构推出是最合理的。该塑件采用了圆形推杆，其分布情况如图所示，推杆的作用，使制品受推出力从而脱模。采用台肩形式的圆形推杆，设计时推杆的形状根据不同的设置部位选用不同的直径。推杆端平面不应有轴向窜动。推杆型芯孔配合一般为，其配合间隙不大于所用溢料间隙，以免产生飞边，ABS塑料的溢料间隙为。 推杆布局 4.8 冷却系统的设计与计算注射模的温度对于塑料熔体的充模流动、固化成型、生产效率以及制品的形状和尺寸精度都有影响，对于任一个塑料制品，模具温度波动过大都是不利的。过高的模温会使塑件在脱模后发生变形，若延长冷却时间又会使生产率下降。过低的模温会降低塑料的流动性，使其难于充模，增加制品的内应力和明显的熔接痕等缺陷。由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，对模具温度的要求也不相同。一般注射到模具内的塑料粉体的温度为左右，熔体固化成为塑件后，从左右的模具中脱模、温度的降低是依靠在模具内通入冷却水，将热量带走。对于要求较低模温（一般小于）的塑料，仅需要设置冷系统即可，因为可以通过调节水的流量就可以调节模具的温度。4.8.1冷却水道设计的要点 a冷却水孔的数量越多，对塑件冷却也就越均匀。b冷却水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，即将孔的排列与型腔的形状一致。c塑件局部壁厚处，应加设冷却装置。当设计冷却孔直径为D时，它的孔距最好为5D，孔与型腔的距离为3D。d当大型塑件或薄壁零件成型时，料流较长，而料温越流越低，可以适当地改变冷却水道的排列密度。e冷却水道要避免接近塑料的熔接痕部分，以免熔接不牢，降低强度。f冷却水道不应穿过接缝部分，以防漏水。g冷却水道内不应有存水或产生回流的部分。h浇口部分由于经常接触注塑机喷嘴，是模具上最热的部分，应加强冷却，有时应考虑进料嘴单独冷却。i进出水水嘴接头，应设在不影响操作的方向，尽可能设在模具的同一侧，通常在注塑机操作的对面。j如果型芯太长，冷却水道无法开设，则可以选用热导系数较大的材料，在型芯下部采用喷水法进行冷却。4.8.2冷却水道在定模和动模中的位置冷却水道的位置取决于制品的形状和定、动模板的厚度，原则上冷却水道应设置在塑料向模具热传导困难的地方，根据冷却系统的设计原则，冷却水道应围绕模具所成型的制品，且尽量排列均匀一致。不少小型模具的型腔时直接在模板上加工而成的（也可以采用拼镶结构，但是由于模具尺寸较小，所以型腔与型芯的镶件尺寸更小），对于这类模具，可以直接在模板上设置冷却水道。在模板上直接设置冷却水道，同样应遵循冷却系统的设计原则，使冷却水道尽量靠近型腔表面和尽量围绕型腔，使制品在成型过程中冷却均匀。本设计中型芯型腔各一组冷却水回路, 此方式冷却快速, 塑件冷却均匀, 确保尺寸变形一致。冷却水路排布如图所示：模具冷却水路图4.8.3冷却水道的计算冷却计算：单位时间内进入模具应除去的总热量Q，可以用参考文献中的公式计算： Q=W1 a 式中 W1单位时间内进入模具的塑料的重量g a克塑料的热容量(J/g) 经计算：Q=47.98311161304288.56J则带走上述热量，所需的冷却水量按下式计算： 式中 W通过模具冷却水的重量(g/h) T3出水温度 T4入水温度 K热传导系数；经计算 W378997 g/h由下式可以计算出冷却水道的直径： 式中 冷却液容重kg/cm3 =0001 kg/cm， L 冷却水道长度cm L=200cm d冷却水道直径cm 经计算d5858 cm，取6mm4.9 排气结构设计排气是注射模设计中不可忽视的一个问题。在注射成型中，若模具排气不良，型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模，同时气体压缩所产生的热使塑料烧焦，在充模速度大、温度高、物料黏度低、注射压力大和塑件过厚的情况下，气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。特别是快速注射成型工艺的发展，对注射模的排气系统要求就更为严格。在塑料熔体充模过程中，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成的水蒸气、塑料局部过热分解产生的低分子挥发性气体，塑料中某些添加剂挥发或化学反应所生成的气体。常用的排气方式有利用配合间隙排气，在分型面上开设排气槽排气，利用推杆运动间隙排气等。由于本次设计中模具尺寸不大，本设计中采用间隙排气的方式，而不另设排气槽，利用间隙排气，以不产生溢料为宜。4.10 模具与注射机安装模具部分相关尺寸校核1.模具长宽尺寸模具长宽尺度必须小于注塑机拉杆间距,本设计选用机台拉杆间距为455X455模具大小为400x350用合适。2.模具厚度（闭合高度）模具闭合高度必须满足以下公式式中 -注射机允许的最大模厚 -注射机允许的最小模厚本设计中模具厚度为321 180H500符合要求。3.开模行程（S）模具开模后为了便于取出制件，要求有足够的开模距离，所谓开模行程是指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注塑机的开模行程是有限的，设计模具必须校核所选注射机的开模行程，以便与模具的开模距离相适应。对于卧式注射机，其开模行程与模具厚度有关，对于单分型面注射模应有：SmaxS= H1 + H2 + H3 + C式中 H1-模具厚度 H2-顶出行程H3 -包括浇注系统凝料在内的塑件高度C 安全距离本设计中=920 =321 =45 H3 =99 C取100mm总的开模距离需要S=565mm以上. 经计算，符合要求。5 数控编程加工工艺设计5.1 工序设计按照先粗后精.先面后孔的原则,先粗、精铣内外轮廓。步骤如下：凹模的工序工序一：下料 下225.00X275.00X70.00mm方料工序二：铣 铣工件的六方至220.50X270.50X65.50mm工序三：精磨削六面 磨削工件的六方至220.00X270.00X65.00mm工序四：钻 工步一：钻6mm冷却水路孔 工步二：钻M8螺丝孔底孔工序五：钳 攻4-M8螺纹工序六：CNC 工步一：开粗 工步二：半精加工 工步三：精加工工步四：精加工 工步五：曲面精加工工序七：钳工 去毛刺工序八：线切割 （线切割顶针孔） 工序九：检验5.2 确定装夹方案和选择夹具夹具是用一装夹工件（和引导刀具）的装置。用夹具装夹能使工件迅速获的正确位置，定位精度高而稳定。用精基准定位时，工件的定位精度一般可达0.01mm。夹具装夹工件广泛用于成批大量生产。夹具种类很多，广泛的应用于机械制造过程的切削加工、热处理、配件、焊接和检测等工艺过程中。它直接影响着工件加工的精度、劳动生率和产品的制造成本等。按专门化程度可分为以下几种：专用夹具：该夹具是指专为某一工件的某一加工工序而设计制造的夹具，其 结构紧凑，操作方便，主要用于固定产品的大批量生产。组合夹具：组合夹具是机床夹具中一种标准化、系列化、通用化程度很高的新型工艺装备，它是由一套预先制造好的标准元件组合而成的，具有各种不同的形状、尺寸和规格，有较好的互换性、耐磨性和较高的精度，适用于产品经常变换的生产（如单件小批生产、新产品试制和临时突击性的生产任务）一般不受工件形状复杂程度的限制，适用于外形尺寸在20600mm的工件。可调夹具：可调夹具包括通用夹具和组合夹具，见有通用和专用夹具的优点，其适用范围较宽，加工对象并不十分明确。 通用夹具：通用家具是指已经标准化、无需调整或稍加调整就可以用来装夹不同工件的夹具，如三爪卡盘、四爪卡盘、平口虎钳和万能分度头等。这类夹具适应性强，可用于一定形状和尺寸范围内的各种工件，价格便宜。其缺点是夹具精度不高，生产率也比较低，较难装夹。一般实用于单件小批量生产中。数控加工的特点对夹具提出几点要求：（1）当零件加工批量不大时，应尽量采用组合夹具、可调试夹具及其他通用夹具，以缩短生产准备时间、节约生产费用。（2）在成批生产时才考虑采用专用夹具，并力求结构简单。（3）零件的装卸要快速、方便、可靠，以缩短机床的停顿时间。（4）夹具上各零件应不防机床对零件各表面的加工，即夹具要开敞，其定位、夹紧机构元件不能影响加工中的走刀。该零件不仅精度要求较高，可以看到轮廓的周边曲线圆弧和粗糙度值要求也较高，零件采用通用夹具中的平口虎钳装夹。平口虎钳如图所示。图 平口虎钳5.3 选择刀具刀具材料主要指刀具切削部分的材料。刀具切削性能的优劣（如表7-1），直接影响着生产效率、加工质量和生产成本。而刀具的切削性能，首先取决于切削部分的材料；其次是几何形状及刀具结构的选择和设计是否合理。在切削过程中，刀具切削部分不仅要承受很大的切削力，而且要承受切削变形和摩擦产生的高温。要保持刀具的切削能力，刀具应具备如下的切削性能：（1）高硬度和耐磨性。刀具材料的硬度必须高与工件材料的硬度，常温下一般应在HRC60以上。一般来说，刀具材料的硬度越高，耐磨度也越好。（2）足够的强度和韧性。刀具切削部分要承受很大的切削力和冲击力因此刀具材料必须要有足够的强度和韧性。（3）良好的耐热性和导热性。刀具材料的耐热性是指在高温下仍能保持其硬度和强度的性能，这是刀具材料必备的关键性能。耐热性越好，刀具材料在高温时抗塑性变形的能力、抗磨损的能力越强。高温硬度是耐热性的重要指标，常用的耐热温度表示，如高速钢约为600，硬质合金可达8001000。（4）良好的工艺性。为便于制造，要求刀具材料具有良好的可加工性，包括热加工性能（热塑性、可焊性、淬透性）和机械加工性能。 表7-1常用刀具材料性能比较刀具材料切削速度耐磨性硬度硬度随温度变化高速钢最低最差最低最大硬质合金低差低大陶瓷刀片中中中中金刚石高高高小根据该表所显示的内容可以看出硬质合金钢刀具材料的切削速度和硬度都较低且耐磨性较差，而该零件的材料为铝合金，切削速度和硬度较低，该零件所选用的刀具应该为硬质合金钢。根据加工内容,所需的刀具有钻头 ,平头铣刀，铰刀等,其规格根据加工尺寸选择.因XH715型加工中心的允许装刀直径:无相邻刀具为直径为400mm,但工件宽度为120mm,一次能铣削整个宽度,但是为了保证加工精度，至少需两次走刀.一般来说,铣刀半径一般小于加工零件轮廓的最小曲率半径，一般取R=（0.80.9），其详细参数见下表。表2.1 凹模刀具参数表产品名称零件名称零件图号01程序编号O01-O04工步号刀具号刀具名称刀具补偿值/mm备注直径/mm长度/mm1T01平头铣刀30752T02平头铣刀16753T03平头铣刀10754T04平头铣刀6755T08球头铣刀Q3755.4 工序余量的安排加工余量的大小，对零件的加工质量和生产效率及经济行均有较大的影响。正确规定加工余量的数值，是制定工艺规程的重要任务之一，特别是加工中心，选好余量尤为重要，在刚度允许的情况下，应以最少的进给次数切除加工余量，最好一次切净余量，以便提高生产率。在数控机床上，在工件表面粗糙度值要求为Ra3.212.5m时，粗铣后的余量一般取（0.51.0）8 ，而本次设计中工件的表面粗糙度为Ra3.2m，所以粗铣时的余量取0.15mm。粗加工工序余量设置5.5 加工中心加工切削用量的选择1）切削用量的确定 切削用量包括主轴转速（切削速度）、背吃刀量（切削深度）、进给量（进给速度）。对于不同的加工方法，需要选择不同的切削用量，并编入程序单内。a）切削深度ap（）ap是指平行于铣刀轴线方向测量的切削层尺寸， 主要根据机床、夹具、刀具和工件的刚度来决定。由于零件精度要求不高，从“切削用量简明手册”可查得，可以一次净加工余量，即ap等于加工余量，即粗铣时ap=0.5mm。b）切削速度c（m/min），c是指铣刀旋转时的切削速度n=1000c/d0由此公式可算得粗铣外轮廓时 n=3000r/min,精铣内外轮廓时n=1600r/min。进给与速度设置c）进给量（进给速度）f（mm/min或mm/r） 是数控机床切削用量中的重要参数，主要根据零件的加工精度和表面粗糙度要求以及刀具、工件的材料性质选取。当加工精度，表面粗糙度要求高时，进给量数值应选小些，一般在2003000mmpm5范围内选取。最大进给量则受机床刚度和进给系统的性能限制，并与脉冲当量有关。合理选择切削用量的原则是，粗加工时，一般以提高生产率为主，但也应考虑经济性和加工成本；半精加工和精加工时，应在保证加工质量的前提下，兼顾切削效率、经济性和加工