外罩零件注塑模具设计.doc

外罩零件注塑模具设计
绪 论

一. 本课题及相关领域的国内现状

改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15％左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大的变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速的发展。浙江宁波和黄岩地区的模具之乡；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/E、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并且成功应用于冲压模的设计中。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已经取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构 和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计周期等方面作出了贡献。
虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比还有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型，精密、复杂和长寿命的模具依赖进口。

二.我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

模具行业在今后的发展中，首先要更加关注其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧的跟着市场的需求发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90％以上的零部件，都要依赖模具成型，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40％左右。而模具技术水平的高低，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。
其次，要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。如陕西、四川、河北等模具生产有了很大的发展，河北兴林车身制造集团有限公司作为河北泊头地区的骨干企业带动了一片模具企业的开拓；四川宜宾普什模具有限公司凭借强有力的资金投入，将在未来写下新的篇章。
塑料的用途已广为人知，塑料在工业中的应用已经非常广泛，其发展趋势主要体现在以下几点：  
       1、在塑料模具设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。　
      2、推广应用热流道技术、气辅助注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且其常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具也非常重要。    
     3、开发新的塑料成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。      
     4、提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产、提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种。       
      5、应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。      
     6、研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。001

第一章 任务书来源及设计目的意义

1.1 设计任务

设计题目：外罩
材 料：尼龙1010
生产批量：大批量生产
技术要求：①未注圆角R1-R2
②尺寸公差按GB/T14486-1993的6级精度002

图1-1 产品零件图

1.2 设计目的及意义

本设计题目为普通零件外罩注塑模具设计，该课题的主要设计意义在于掌握注塑模设计的大体思路，懂得如何着手分析和考虑问题，能自己独立的设计出一套完整的模具体，且能将它应用于实际生产。
本设计对做毕业设计的毕业生有一定的设计意义，它概括了外罩塑料零件的设计要求、内容及方向。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者注塑模设计的基础，为设计更复杂的注塑模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。
第二章 零件的工艺性分析

2.1 塑料的材料分析

材料是尼龙1010，它是一种热塑性塑料，其主要特点是：有优异的机械性能，特别是弹性模量高，回弹性很好，冲击强度十分突出。其耐磨性和自润滑性能优异，PA1010收缩率为最大吸水率约，它表面的硬度大，具有高度的延展性冲击时不断裂而呈弯曲状PA1010拉伸强度5060Mpa，弯曲强度7882Mpa制品在沸水蒸煮或在油中处理12h可提高尺寸稳定性。其屈服强度62MPa，拉伸强度54MPa，断裂伸长率168%拉伸弹性模量1.8GPa，弯曲强度131.0 MPa，弯曲弹性模量1.3 GPa，简支梁冲击强度不断，布氏硬度107HBS，洛氏硬度55.8Mpa,密度1.05g/cm3，熔点204度，线膨胀系数10，比热容1050J/（KG。K）导热率0.125W/（M.K），分解温度。

2.1.1 工艺参数

尼龙1010的成型工艺参数可作如下选择：
注塑温度：包括料桶温度和喷嘴温度
料桶温度：260280度；
喷嘴温度：选用200210度；
注塑压力：选用40110 MPa；
注塑时间：30秒；
保压时间：选用10秒；
冷却时间：选用20秒。

2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析

003
2.2.1 结构分析
从零件图上来看，该塑件底盘直径为60mm，底盘高度是2mm，均布六个的小孔；总体高度为40mm；侧孔高20mm，宽10mm；孔距为50mm，直壁宽20mm，距中心18mm，塑件壁厚为2mm。因此，模具设计时必须有侧向分型抽心机构，该零件属于中等复杂程度。

2.2.2 尺寸精度分析
2.2.3
尺寸精度分析。该零件重要尺寸20±0.76mm，10±0.58mm，50±0.1mm等的尺寸精度为MT6级（GB/T14486-1993）。由以上分析可见，该零件的尺寸精度中等，对应的模具相关尺寸加工可以保证。从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为2mm，壁厚差很小，且为圆角过渡，有利于零件的成型。

2.2.4 表面质量分析

该零件除了表面要求没有缺陷、毛刺外，没有其他特别的表面质量要求，故容易实现。
综上分析可知，注塑时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。

2.3计算塑件的体积和质量

计算塑件的质量是为了选用注塑机及确定模具的型腔数。由于塑件形状比较复杂，故粗略计算。
计算塑件的体积：V=26129
计算塑件的质量：查《塑料成型加工手册》钱知勉主编 上海科学科技文献出版社。PA1010的密度为1.05g/
故塑件的质量为：W=Vρ
=26129×0.001×1.05
=27.5g

2.4 根据塑件质量和体积初选注塑机

采用一模两件的模具结构，考虑其外形尺寸，由制件质量和估算的浇注系统的质量及注塑时所需压力，初步选用LY80-B立式注塑机《金属与塑料成型机械》翟德梅主编 河南机电高等专科学校。其理论注塑量为150g，螺杆直径为40mm,注射压力为176MPa,锁模力800KN，拉杆间距350mm×350mm，开模行程280mm，最大模具厚度350mm，最小模具厚度167mm。

第三章 工艺方案的确定

3.1 分型面的选择

在设计中，分型面的选择很关键，它决定了模具的结构，应根据分型面原则和素件的成型要求来选择分型面。
该制件为外罩，表面质量无特殊要求，此外，该制件高40mm选择零件底面作为分型面，模具的结构较为简单，可以减低模具的复杂程度，降低模具加工难
度又便于成型后出件。侧孔采用侧抽芯机构。如图所示：

图3-1 分型面

3.2 确定型腔的排列方式

确定型腔的排列方式。本塑件采用一模两样，既模具需要两个型腔。综合考虑浇注系统，下面的排列方式分流道较长，但塑料流经整个塑件型腔行程较短，有利于塑件的成型模具结构的复杂程度等因素采取如下图的型腔排列方式：009

图3-2 型腔排列方式

3.3 模架的选取
3.3.1结构形式的选择

本模具的结构形式采用派生型的P1型模架，派生型的模架去掉了定模板上的固定螺钉，增加了一个分型面，用于点浇口场合。导套和导柱的安装形式采用反装式。

3.3.2模架的尺寸组合

中小型模架系列依模板的宽和长（B×L）划分。本模架的尺寸组合为；宽B=100mm，L=160mm，导柱直径Ф25mm，垫块高度C=40mm。

3.3.3本模具模架的标记

P1-100160-16-F1
即为派生型P1型，模板B×L为100×160，规格编号为16，即模板A为40mm导柱为反装F1。

3.4 浇注系统的设计

（1）主流道设计。根据设计手册查得LY80-B型注塑机喷嘴的有关尺寸：
喷嘴前端孔径： d0=Ф4mm；
喷嘴前端球面半径： R0=13mm；
根据模具主流道与喷嘴的关系：
R= R0+（1—2）mm
D= d0+（0.5—1）mm
取主流道球面半径R=14mm;
取主流道的小端直径d=Ф4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1—3度，经换算得主流道大端直径D=Ф8.5mm。为了使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径r=5mm的圆弧过渡。
（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，注塑速率，分流道的长度等因素来确定。本塑件的形状不算太复杂，熔料填充型腔比较容易。根据型腔的排列方式可知分流道的长度较短，为了便于加工起见，选用截面形状为矩形的分流道，查表6—2得分流道的断面尺寸为高5.5mm，宽为8mm。
（3）浇口设计。根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为理想。
设计时考虑选择从底盘处进料，无损塑件的外观。选用截面为矩形的侧浇口，查表4—3[3]初步选定尺寸为(b×l×h)1mm×0.8mm×0.6mm,试模时修正。

3.4 抽芯机构的设计

塑件的侧壁有一个垂直于脱模方向的长方形凹孔，阻碍成型后的塑件从模具脱出。因此凹孔必须做成活动的型心，即需侧抽芯机构。本模具采用斜导柱抽芯机构。
确定抽芯距。抽芯距应大于凹模型腔的厚度：
H=2mm
另加3—5mm的抽芯安全系数，可取抽芯距：
S抽=6 mm
确定斜导柱倾角。斜导柱的倾斜角α是斜抽心机构的主要技术数据之一，它与抽拔距及抽芯距有直接关系。一般取α=15—25度，在这里取20度。
确定斜导柱的尺寸。斜导柱的直径取决于抽拔力及其倾斜角度，可按设计资料的有关公式进行计算。本模具经验估值，取斜导柱的直径d=Ф15mm。
斜导柱的长度根据抽芯距，固定端模板的厚度，斜导柱直径及斜角大小确定，其计算如下所示
根据公式： L=L1+L2+L4+L5+ L3
由于上模座和上凸模固定板尚不确定，故暂选择h=30mm。如果设计中h有变化，则就修正L的长度，取D=20mm，取L=169mm。
4）滑快和导滑槽设计
（1）滑块与侧型芯的连接方式设计。侧向抽芯主要是用于成型零件的侧向孔，由于侧向孔的尺寸较小，考虑到型芯强度和装配问题，采用组合式结构。型芯和滑块采用镶嵌方式，其结构如装配图所示。
（2）滑块的导滑方式。为使模具结构紧凑，降低模具装配复杂程度，拟采用整体滑块和整体式导向槽的形式，其结构如图装配图所示。
（3）滑块的导滑长度和定位装置的设计。由于侧抽芯距较短，故导滑长度只要符合滑块在开模时的定位要求即可。滑块的定位装置采用弹簧与台阶的组合形式，如图所示。

3.5成型零件结构设计
3.51、凹模结构设计

模具采用一模两腔的形式，型腔采用整体式，结构如零件图图所示

3.52、凸模结构设计

凸模主要是与凹模结合构成模具型腔，该模具采用组合式型芯，具体结
构见装备图和零件图。

第四章 工艺计算

查表得PA1010的收缩率S=1%～2%，所以平均收缩Scp=(2+1)%/2=1.5%,取模具制造公差δZ=△/3。

4.1 型腔和型芯工作尺寸计算004

型腔、型芯工作尺寸计算见表1-1
表1-1 型腔、型芯工作尺寸计算
序号
零件名称
塑件尺寸
计算公式
型腔型心
工作尺寸

1

侧型芯

20±0.76

2

10±0.58

型芯

36±1.24

18±0.74

20±0.76

38±1.00

R18

3

小型芯
Ф4±0.38

4

型腔

R40

5

型腔

60±1.58

R20

R29.95

4.1.1型腔侧壁厚度及底板厚度选择

（1）凹模型腔侧壁厚度计算
凹模为整体式圆形型腔，镶入模具凹模型腔板中的结构形式，根据整体圆形凹模型腔侧壁厚计算公式
经计算得t为8.3mm,为方便设计，设计时取12mm.
(2)底板厚度计算
该模具的凹模板的底部部分为一整块模板，其强度足以承受注射时的压力。但为了设计时整体结构的协调，取该块模板厚度为15mm。

4.2 模具加热与冷却系统的计算

塑料注射模具冷却系统的设计，不仅影响成型塑件的质量，还影响生产效率。设定模具的平均温度为40度，用20度的常温水作为模具的冷却介质，其出口温度为30度，产量为(每2分钟一套)1.65kg/h

求塑件在硬化时每小时释放的热量，尼龙1010的单位流量为600000J/KG

每小时放出的热量为 Q3=WQ2=1.65×600000=990000J/kg
冷却水的体积流量 V= =0.000039 /min
由体积流量查表 可知所需的冷却水管直径非常小。
由上述计算可知道，因为模具每分钟所需的冷却水体积流量很小，故可不设冷却系统，依靠空冷的方式冷却模具就好。

第五章 相关模具参数

5.1 模具闭合高度的确定

在支承和固定零件的设计中根据经验确定：定模座板=25mm 凹模型腔板=20mm，滑块=50mm，型芯固定板=20mm ，垫板=20mm,支承块=50mm，动模座板=25mm 因而模具的闭合高度为：
H=++++++=25+20+50+20+20+50+25=210mm

5.2注塑机参数的校核

模具的外形尺寸为250mm×315mm×210mm。选用LY80-B立式注塑机的拉杆间距350mm×350mm，最大模具厚度为350mm。即该副模具满足安装条件。经查LY80-B型注塑机的最大开模行程S=280mm。满足顶出塑件时的顶出要求S≥++（5～10）mm=40+20+10=70mm经验证。LY80-B型注塑机型注塑机能满足使用要求，故可采用。

005

第六章 编写主要工作零件加工工艺规程

6.1 型芯的加工工艺
型芯的加工工艺过程见表6-1

006

产品名称
外罩塑料模具

零(部)件名称

型心
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第(1 )页

车间
工序号
工序名称
材料牌号
数控加工车间
8
车铣
T10A
毛坯种类
毛坯外形尺寸
每个毛坯可制件数
每台件数
锻造
80×70×70
1
1
设备名称
设备型号
设备编号
同时加工件数
车铣加工中心

5
1
夹具编号
夹具名称
切削液
6
三抓卡盘
机械油
工位器具编号
工位器具名称
工序工时
准终
单件
7
07
1h
1h
工步号
工步内容
工艺装备
主轴转速
r·minˉ1
切削速度
m·minˉ1
进给量
mm·rˉ1
切削深度
mm
进给次数
工步工时
机动
辅助
01
铣端面
车铣加工中心
1000
5
1
3
3
10分
20
02
铣外表面
车铣加工中心
1000
6
1
7
6
5
5
03
钻孔
车铣加工中心
1

5

设 计(日期)
审 核(日期)
标准化(日期)
会 签(日期)

标记
处数
更改文件号
签字
日期
标记
处数
更改文件号
签字
日期
2006.04.01

设计总结

本设计设计内容为外罩塑料模设计，通过对外罩的设计，基本掌握了对塑料模设计的方法及步骤，对塑料也有了更进一步的了解和认识，对模具的制造方法和制造途径积累了的经验。
本设计中模板等尺寸也不代表一种最佳的选择，例如模板的厚度，可以根据能取得的原料的厚度按最小的加工量选择（要满足最小厚度要求，同时也不能太厚太重）。同一塑件由不同的人设计有多种多样的方案，最终都有可能很好的使用，通过这次设计，我认识到了除了正确掌握和应用书本知识外，吸取他人的设计经验也是非常重要的。

致谢

此次的毕业设计结束了，回想设计的整个过程不由的使我不对三年来支持和关心我以及对我赋予期望的老师的感谢。想那刚刚踏入大学校园时的懵懂小生，在短短的三年里，在这个知识和希望并存的殿堂中已成长为一个赋有远大理想和抱负的现代化人才，所有我取得的一切都是源于老师的教导和同学的支持。特别是在此次的设计中得到了原红玲，杨占尧，翟德梅，于智宏，苏光，杜伟，程芳等指导老师和路云峰，苏献超等同学的大力支持，在此表示由衷的感谢。，

参考文献

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[9]《冲压模具图册》〉 杨占尧编 高等教育出版社
[10]《冲压模具设计与制造》 刘建超、张宝忠编 高等教育出版社