插板底座注塑模具设计

插板底座注塑模具设计

球面隔离板注塑模具

插板底座注塑模具设计

【摘要】本论文的主要内容为注塑模的设计。首先获得产品部件的外型实体模型，进行数据交换后存为STEP文件，然后利用Pro/ENGINEER3.0重新测量建立.prt 文件，然后综合运用EMX4.1模块完成模具的设计，再进行CAE分析，通过不断分析改进和修整，使设计达到要求；通过所有检验后，用AutoCAD2009完成注

塑模具非标准零件的零件图和模架的装配图。

【关键词】注塑模、Pro/ENGINEER3.0、AutoCAD2009

ENGLISH

【Abstract!

This thesis mainly introduce the design Injection mold. The process of the

design is that firstly saving the STEP file of the part.Then use the

Pro/ENGINEER3.0 to finish the design of mold. The finished mold contains two cavities. If the mold passes all checks, then use the AutoCAD to finish the drawings of non-standard parts and the assembly drawing about the injection mold. At last write out the essay.

【Key words]

Injection mold, Pro/ENGINEER3.0, EMX4.1, AutoCAD2009

目录

第一章引言........................... 1.第二章注塑工艺分析及成型方法简介... - 4 -

第一节、塑件分析................ - 4 -

一、塑件.................... - 4

-

二、塑料名称................ - 5

-

三、生产纲领................ - 5

-

四、塑件的结构及成型工艺分析...

- 5 - 第二节、材料ABS 的注射成型过

程及工艺参数.................... 5.

一、注射成型过程 (5)

二、材料ABS的注塑成型参数-6 -

三、材料ABS性能 (6)

第三章模具设计.................... - 8 -

第一节、拟定模具结构设计........ - 8

-

一、分型面位置的确定........ - 8

-

二、确定型腔数量及排列方式.. - 9

-

第二节、浇注系统、关键零部件设计. -

12 -

一、浇注系统形式和浇口的设计. -

12 -

二、分型面设计............. - 15

-

三、成型零件设计

- 15 -

四、排气系统的设计

- 16 -

五、温度调节系统设计

- 16 -

六、脱模机构的设计

19 第三节、模架的确定.... - 21

-

第四章总结

- 21 - 第一节、模具设计过程体会-

21 -

第二节、设计存在问题及解决设想 (24)

参考文

25

26

第一章引言

模具是工业生产的主要工艺装备，在消费品、电器电子、汽车、飞机制造等工业部门有举足轻重的地位。在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已成为衡量一个国家产品制造水平的重要。

工业产品零件精加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%将由模具完成。我国模具行业近年来年均增长速度为21%。今后一段时期，对模具的需求主要集中在四个行业：汽车行业、家用电器行业、电子及通讯行业和建材行业。模具是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值要比模具自身的价值高几十倍。如汽车行业，目前我国汽车产量超过400 万辆，基本车型达到170 种，新车型和改装车型将达430 种，汽车换型时约有80%的模具需要更换，一个型号的汽车所需模具达数千副，价值上亿元；家用电器行业中彩电、电冰箱、洗衣机、空调器、微波炉、录像机、摄像机、VCD DVD等需用模具量大。同时，模具行业日益受到国家和人们的关注和重视，国务院颁布的《关于当前产业政策的决定》也把模具工业列为机械制造工业改造序列的第一位。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大器” ，用模具生

产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。

优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。

有利因素：（1）模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提高了水平。

（2）规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。

（3）能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有“品牌”和“专利” 。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利” 。有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到5%左右，个别企业甚至达到8% 至10%。

（4）模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。

（5）国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。

不利因素：（1）虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚需大量进口。

（2）对外资的依存逐年增大。

（3）人才紧缺日益突出。

（4）市场竞争加剧。

（5）虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口，致使模具外贸逆差一年比一年大。

CAD即计算机辅助设计的英文简称（Computer Aided Design。注塑模CAD 系统中数据可分为组合数据和基本数据，可将组合数据逐层分解至基本数据为止。根据这种分解模式，可以对总体、部件、详细数据这三类数据分别进行处理。

1.总体数据它是一种模型数据，可以表达为如下格式：文件名：总装图；

组成：各部件数据名+定位关系数据；组织：依次记录各部件名，定位数据。

2.部件数据

它可定义为一种图形/模型数据，以标准模架为例说明其表达格式：文件名：部件名；

组成：基准件名+各组成零件名+定位关系+尺寸关系+零件图形关联性；组织：依次记录个零件名、定位关系、主特征尺寸。

3.零件数据它可定义为一种图形文本数据，为注塑模系统的基本单元数据，该数据类型可表达为如下格式：

文件名：零件名；

组成：图形信息+尺寸信息+文本信息；

组织：依次按图形记录图形节点信息、尺寸标注及文本信息。

pro/ENGINEER3.0 是美国PTC 公司（Parametric TechnologyCorporation ——参数技术公司）开发的大型CAD/CAM/CAE 集成软件，是全方位的产品开发软件。该软件集产品设计、装配、加工、钣金设计等功能于一体，其模块众多、内容丰富、功能强大，已广泛应用于电子、航天、汽车、家电和玩具等行业。

在模具设计过程中，主要应用Pro/ENGINEER3.0 进行了模仁结构设计，包括分形面、浇注系统等的设计。

PTC 用于Pro/ENGINEER 的新模架——EMX（Expert Moldbase Extension）, 是一个基于知识库的模架装配和细化工具，它增强了现有Pro/ENGINEER 模具工具的功能。专门为模具设计人员开发的这套工具，提供了快速创建和修改完整模具零部件的功能，能简化模具设计过程，提高生产效率。

AutoCAD是最常用的工程制图软件。由Pro/ENGINEER产生的工程图纸不规范，所以后期需要导入AutoCAD软件进行完善

第二章注塑工艺分析及成型方法简介第一节、塑件分析

一、塑件

塑件结构如图3-1所示

该零件尺寸中等大小，最大长度为17 0mm，最大高度13mm，最大宽度50mm，厚度为2mm。

二、塑料名称

根据各材料的注塑性能及加工使用性能，综合市场价格，选择材料为ABS 三、生产纲领

大批量，自动化生产

四、塑件的结构及成型工艺分析

1■结构分析

该塑件端部带有连接运动部分，两个连接运动部分分别在不同的型腔内成型，故在模具设计和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工艺，以保证转动的顺畅和零件的使用寿命。

该塑件是放在外面的，对表面美观有一定要求，设计时要注意对外边面的处

2.成型工艺分析

精度等级：采用一般精度5 级。

脱模斜度：该注塑零件壁厚约为2mm，塑件外表面40' ~1° 20'。由于该塑件没有特殊狭窄细小部位，所用塑料为ABS,流动性较好，而且，主要部分

有较好的弧度，可顺势脱模，所以塑件外表面没有放脱模斜度。

第二节、材料ABS的注射成型过程及工艺参数

一、注射成型过程

1.成型前的准备

对ABS的色泽、细度和均匀度进行检验。由于ABS的吸水率大约为0.2%?0.8%，容易吸湿，成型前应进行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥条件：用烘箱以80?85C烘2?4小时或用干燥料斗以80C烘1?2小时。

2.注射过程

塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具型腔成型，其过程可以分为充模、压实、保压、倒流、和冷却4个阶段。

3.塑件的后处理采用调湿处理。

二、材料ABS的注塑成型参数

注射机：螺杆式；

螺杆转数（r/min）：48；

料筒温度「C）:前段200?220;

中段180?200；后段160?180；

喷嘴温度（C）: 170?180;

模具温度（C）: 50?80;

注射压力（MPa）：70?100;

成型时间（s）:注射20?60，保压0?3,冷却20?90，总周期50?160。

三、材料ABS性能

1.物理性能

ABS 树脂是一种共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene（简称ABS），这三者的比例为20：30: 50（熔点为175C ）。ABS为浅黄色粒状或珠状不透明树脂，无毒、无味、吸水率低，具有良好的综合物理机械性能，如优良的电性能、耐磨性，尺寸稳定性、耐化学性和表面光泽等，且易于加工成型。缺点是耐候性，耐热性差，且易燃。

2.成型性能

ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成。每种单体都具有不同特性：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性；苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度。

ABS 在比较宽广的温度范围内具有较高的冲击强度，热变形温度比PA、PVC 高，尺寸稳定性好，收缩率在0.4%~0.8% 范围内，若经玻纤增强后可以减少到0.2%?0.4%，而且绝少出现塑后收缩。

ABS具有良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色性，可电镀成多种色泽。

ABS尚具有良好的配混性，可与多种树脂配混成合金（共混物），如PC/ABS、ABS/PC、ABS/PVC、PA/ABS、PBT/ABS等，使之具有新的性能和新的应用领域，ABS若与MMA掺混可制成透明ABS，透光率可达80%。

ABS 是吸水的塑料，于室温下，24小时可吸收0.2%~0.35% 水分，虽然这种水分不至于对机械性能构成重大影响，但注塑时若湿度超过0.2%，塑料表面会受大的影响，所以对ABS进行成型加工时，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量应小于0.2%。

3.ABS的主要性能指标

密度p =1.2 g/ ;

收缩率0.4?0.7%，取值0.5%.

4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施

主要缺陷：溢料飞边、气泡、熔接痕、烧焦及黑纹、光泽不良；消除措施：增大注射压力、提高模具温度、加排气槽、充分预干燥。

第三章模具设计

第一节、拟定模具结构设计

一、分型面位置的确定

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，应首先确定分型面的位置，然后才选择模具的结构。分型面的设计是否合理，对塑件质量、工艺操作难易程度和模具的设计制造都由很大影响。因此，分型面的选择是注塑模具设计中的一个关键因素。

1.分型面的选择原则

（1）有利于保证塑件的外观质量；

（2）分型面应选择在塑件的最大截面处；

（3）尽可能使塑件留在动模一侧；

（4）有利于保证塑件的尺寸精度；

（5）尽可能满足塑件的使用要求；

（6）尽量减少塑件在合模方向上的投影面积；

（7）长型芯应置于开模方向；

（8）有利于排气；

（9）有利于简化模具结构。

该塑件在进行塑件设计时已充分考虑了上述原则，同时从所提供的塑件图样可以看出该塑件两端的弯臂，弯臂上有孔和柱形部分，所以需要侧向抽芯分型。

2.分型面的选择

基于以上因素的考虑，分型面选择下图所示。

图3-1 3D主体效果图

二、确定型腔数量及排列方式

当分型面确定之后，就需要考虑是采用单型腔模还是多型腔模。

一般来说，大中型塑件和精度要求高的小型塑件优先采用一模一腔的结构，但对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。故由此初步拟定采用一模两腔，如图3-1所示。

三、模具结构形式的确定

该模具外观质量要求较高，从该塑件的外部特征可以看出塑件外形是圆弧形状加两端带孔弯臂，在弯臂的孔和柱形部分，只能采用侧向成型。侧向成型方法有多种形式：斜导柱、斜导槽和弯销驱动侧线成型滑块成型及斜滑块侧向成型等方法。本设计采用斜导柱侧向成型，初步拟定采用两腔单分型面的模具结构形式。

四、注射机型号的确定

注射模是安装在注射机上使用的工艺装备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。

注射机规格的确定主要是根据塑件的大小及型腔的数目和排列方式，在确定

模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应该对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、

三门峡职业技术学院(论文)

推出行程、开模距离等进行计算。根据这些参数，选择一台和模具匹配的注射

机，倘若用户已经提供了注射机的型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或于用户取得商量调整。

1■所需注射量的计算

(1)塑件质量、体积计算：

对于该设计，建立塑件模型，并用Pro/ENGINEER3.0对此模型分析得：塑料制件体积V1 = 5.6 ;

塑料制件质量M1 = 6.72g。

(2)浇注系统凝料体积的初步估算

可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模两腔，所以，浇注系统凝料体积为

V2=2 V1 X 0.6= 2X 5.6X 0.6=6.72 cm3

(3)该模具一次注射所需要的ABS

体积V0=2 V1+ V2 =17.92 cm3;

质量M0= p ?V0=21.5g。

2.注射机型号的选定

近年来我国引进的注射机型号很多，国内注射机生产厂的新机型也日益增

多。掌握使用设备的技术参数是注射模设计和生产所必需的技术准备。

根据以上的计算，初步选定型号为SZ-10/16，该注塑机参数如下表所示。

注塑机的参数

3■注塑机的参数较核

(1)注射容量和质量校核

由于以容量计算时

V 总W 0.8 V 注(4-1) 式中V注一注射机最大注射容量cm3;

V总一成型塑件与浇注系统体积总和cm3;

0.8—最大注射容量的利用系数。

??? V 注》V 总/0.8=17.92/0.8=22.4 cm3

所以注塑机符合注射容量和质量要求。

(2)合模力及注塑面积和型腔数的校核

合模力的大小必须满足下式：

Fs> Fz=P (nAx +Aj) = PA (4-2) 式中A—塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和

Ax—塑件型腔在模具分型面上的投影面积

Aj —塑件浇注系统在模具分型面上的投影面积

Fz—胀模力

Fs-合模力

P—模腔压力取75MPa

通过使用Pro/ENGINEER 软件计算面功能自动得出A=2610mm2 X 2=5220mm2 由于Fs=1250KN >75X 5220mm2 =391.5KN

所以注塑机符合合模力及注塑面积和型腔数的要求。

(3)模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

三门峡职业技术学院（论文）

1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具的长X宽为300X400mm〈注塑机拉杆的间距415X415mm）故满足要求。

2）模具闭合高度校核

模具实际高度H模=270mm ;

注塑机最小闭合厚度H最小=150mm 即H模＞ H最小；故满足要求。

3）开模行程校核

此处所选用的注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机）。注塑机的开模行程应满足下式：

S 机-（H 模-H 最小）＞ H1 + H2+ （5?10）mm （4-3）

因为S 机-（H 模-H 最小）=360- （270-220）=310mm

H1 + H2+（5?10）= 100+100+10=210mm

即S 机-（H 模-H 最小）＞ H1 + H2+ （5?10）mm

故满足要求。

式中: H 1 ——推出距离，单位mm；

H2 ――包括浇注系统在内的塑件高度，单位mm；

S 机——注塑机最大开模行程。

第二节、浇注系统、关键零部件设计

一、浇注系统形式和浇口的设计

浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。

该模具采用普通流道浇注系统，包括主流到，分流到、冷料穴，浇口。

1.主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴射出的熔体导入分流道或型腔中。主要的形状为圆锥形，以便于熔体的流动和开模是主流道

三门峡职业技术学院(论文)

凝料的顺利拔出

(1)主流道尺寸

主流道小端直径D=注射机喷嘴直径+ (0.5?1) (4-4)

=3+ (0.5?1),取D=4

主流道球面半径SR0=注射机喷嘴球头半径+ (1?2) (4-5)

=15+(1 ?2),取SR0=17

球面配合高度h=3?5mm,取h=3mm

主流道长度L=40mm

主流道大端直径D ' =D+2Ltan a =4+2 x 40x tan2 ° =6.79，取D ' =7mm (4-6) 浇口套总长LO=L+h+2=45mm (4-7)

( 2)主流道衬套的形式

主流道小端入口处于注塑机喷嘴反复接触, 属于易损件,对材料要求较严格, 因而模具主流道部分设计成可拆卸更换的主流道衬套形式即浇口套,以便有效的选用幼稚钢材进行单独加工和热处理，常采用碳素工具钢，如T8A、T10A等,

热处理硬度为50HRC?55HRC。

由于该模具流道较长，定位圈和衬套设计成分体式较合适。

(3)主流道衬套的固定

主流道衬套采用四个螺钉均布固定。

2.冷料穴的设计

(1)主流道冷料穴的设计

开模时应将主流道中的凝料拉出，所以冷料穴的直径应稍大于主流道大端直径。由于该模具型腔分布对称，所以冷料穴可设在中心位置。

冷料穴直径=D ' +2=7+2=9 mm (4-8)

冷料穴深度=3/4 D' =7 mm (4-9)

(2)分流道冷料穴的设计

此模具分流道比较短，所以可以不加冷料穴。

3.分流道设计

(1)分流到布置形式

三门峡职业技术学院（论文）

分流道在分型面上的布置与型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，应该遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量段、锁模力力求平衡。改模具的流道布置形式采用平衡式。

（2）分流道的长度长度应尽量短，减少弯折。该模具的分流道长度在设计过程中由绘图的出，

L=5 mm 。

（3）分流道的形状及尺寸为了便于加工及凝料脱模，分流道设置在分型面上，采用圆形截面，ABS

经验值d= （4.8?9.5）mm,由d （1.1?1.2）=d上级，所以得出d=5.8，取为6 mm。

（4）分流道表面粗糙度

由于流道中于模具接触的外层塑料迅速冷却, 只有中心部位的塑料熔体的流动状态较理想, 因此分流道的内表面粗糙度Ra 并不要求很低, 一般取0.63?1.6 微米,这样表面稍不光滑,有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移,是中心层具有较高的剪切速率,此处

Ra=0.8。

4.浇口的设计浇口是连接流道于型腔之间的一段细短通道,它是浇注系统的关键部位。浇

口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。

浇口截面积通常为分流道的0.07?0.09倍,浇口截面积取为圆形。

（1）浇口类型及位置的确定该模具是中小型塑件的多型腔模具,同时,对外观要求较高,所以从侧浇口和潜伏式浇口中进行选择。其中,潜伏式浇口模具结构简单,只需两板模即可, 比较有优势。

那么采用侧浇口时,各方面都不是很理想；虽然双浇口在控制气泡上比较有优势,但是熔接痕方面有明显缺陷,而且如采用双浇口,分流道布置会过长, 所以也不合适；潜伏式浇口最合适,而且相应的模具结构也比较简单,所以选用潜伏式浇口。

（2）浇口尺寸设计

由经验公式,浇口的直径d=0.206 =0.607；（4-10）

三门峡职业技术学院（论文）

浇口直径一般取在0.8?1.2之间，本模具取d=1 mm

分型面设计

在Pro/ENGINEER 工作环境下，可以对简单零件自动产生分型面。但插座底座塑件，形状不规则，分型面大部分是平面，所以不需要手动创建曲面。

三、成型零件设计

直接与塑料接触构成塑件形状的零件称为成型零件，其中构成塑件外形的成

型零件成为凹模，构成塑件内部形状的成型零件成为凸模（型芯）。由于凹、凸

模件直接与高温、高压的塑料接触，并且脱模时反复与塑件摩擦，因此，要求凹、凸模件具有足够的强度、刚度、硬度、耐磨性、耐腐蚀性以及足够低的表面粗糙度，如果型腔侧壁和底板厚度过小，可能因强度不够而产生变形甚至破坏；也可能因刚度不足而产生翘曲变形，导致溢料飞边，降低塑件尺寸精度并影响脱模。

此塑件有侧向轴孔，因此成型部分零件包括凹、凸模。分型成功後凹模如图

3-2所示，凸模如图3-3所示

图3-2凹模