1、模具设计与制造课程作业-电话机面板模具设计课程：模具设计与制造姓名：黄永学号：0701500402模具设计大作业1电话机面板模具设计设计任务：课题是电话机面板注射模设计与应用。主要利用 PROE 三维设计软件实现模具的设计与制造。完成该注射模具装配图设计，全部零件图纸设计，模具成型零件 PROE 三维造型设计，以及完成该注射模具的制造工艺设计。1 塑件工艺性分析图 1 所示为电话机面板零件图 1 电话机面板零件图1.1 塑件的设计要求该零件尺寸属中等大小，精度等级高，无需抽芯，形状比较简单且没有侧壁孔及凹凸台，对表面质量有一定要求（如下图 2 所示） 。采用 ABS 树脂，其具有较好的力学性能
2、及综合性能，也是电话机普遍采用的材料之一。产品工作环境较好，无过热现象及较大的机械负载。模具设计大作业2图 2 电话机面板三维图1.2 塑件的生产批量该产品属大批量生产，要求模具寿命在 30 万次以上，选用 P20 作为型腔及型芯材料。1.3 塑件的工艺特性 1、ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯合成的三元共聚物，无明显熔点。ABS 密度为 1.05g/cm3 ，熔融温度为 217237C，分解温度270C，注射用的 ABS 熔体指数范围为 0.515。2、ABS 熔体粘度高，流动性中等，一般加工温度在 190235C 为宜，溢边值为 0.04mm。3、ABS 为极性大分子，吸湿性强，因此在成
3、型时树脂含有水分，其制品上就会出现气泡等缺陷。加工前，务必进行干燥。4、ABS 成型收缩率较低，一般介于 0.4%0.7%。5、塑件壁厚应均匀，ABS 制品壁厚常在 1.54.5mm 之间选取，同时 ABS的壁厚对流动性影响极小。6、ABS 制品的脱模斜度可在 1左右选取，对形状较复杂的制件脱模斜度还可适当增加。7、ABS 的模具温度一般设定为 2085C，定模温度设置为 7080C，动模温度设置为 5060C。模具设计大作业38、对于小型、构造简单、厚度大的制件，注射压力可选 70100Mpa，复杂、壁薄、长流程、小浇口可选 100140MPa.保压压力控制在6070MPa。2 注射机的确定
4、2.1 注射量的计算注塑机的最大注射量是指柱塞或螺杆在作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注出量。为了保证正常的注射成型，选择注射机时，注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边） ，通常注塑机的实际注塑量最好在最大注塑量的 80。计算体积时，对于一些复杂或不规则的实体图形可通过 proe 软件来实现体积计算。利用 proe 软件分析功能，自动计算出所绘图形的体积和质量：体积 V= 119.68cm3由于本模具为一模两腔，故总体积为 2V=89.68*2=179.36cm3据设计手册可查得聚丙烯（PP）的密度为 =1.04g/cm ，故塑件的质量： G 塑=V
5、塑 =89.68*1.04=93.27gM 塑=2G 塑=186.53g预置浇注系统的体积为 V 浇，取为 10cm3M 浇=V 浇 =10*1.04=10.4gM 总 =M 塑+M 浇 =196.93gV 总 = 189.36cm 3根据： 0.8V V V 机 塑 件 浇式中： V 注塑机的最大注塑量，cm ；机 3V 塑件的体积，cm ，该零件 V 179.36塑 件 3塑 件 3cmM 浇注系统体积， ，该零件 M 10 。浇 浇 3故 V 189.36/0.8=236.7cm机 8.0件件32.2 注射机型号的选定根据以上对塑件体积和质量的计算，以及塑件结构及外形尺寸、注射时所需压力
6、和工厂现有设备等情况，选用注射机为 XS-ZY-250 型，其参数模具设计大作业4如下表 1 所示。表 1 XS-ZY-250 基本参数项目 XS-ZY-250 拉杆内间距/mm 295373结构形式 卧式 移模行程/mm 350理论注射容量/cm 3250 最大模具厚度/mm 350螺杆直径/mm 50 最小模具厚度/mm 200注射压力/ aMP130 锁模形式 液压螺杆转速/（r/min）2589 模板面积 mm 598520锁模力/KN 1800 注射行程/mm 160模具定位孔直径/mm 125 注射时间/s 2喷嘴球半径/mm 18 喷嘴口直径/mm 42.3 注射机有关工艺参数的
7、校核（1）注射量的校核根据： 0.8V V V 机 塑 件 浇式中： V 注塑机的最大注塑量，cm ；机 3V 塑件的体积，cm ，该零件 V 179.36塑 件 3塑 件 3cmM 浇注系统体积， ，该零件 M 10 。浇 浇 3故 V 189.36/0.8=236.7cm机 8.0件件3此处选定的注塑机注塑量为 250 ,满足要求。3cm（2）锁模力的校核锁模力是指注射机的锁模装置对模具所施加的最大夹紧力。当高压的塑料溶体充满模具型腔时，沿锁模方向会产生一个很大的作用力，此力总是力图使模具沿分型面胀开。为此，注射机的额定锁模力必须大于型腔内塑料熔体压力与塑件及浇注系统在分型面上的投影面积之
8、和（即注射面积）的乘积。一般，闭模时要从模外加大于型腔内压力一倍以上的锁模力。模具设计大作业5F P A 锁 机 模式中： P 熔融型料在型腔内的压力，一般取 2030Mpa，取 20Mpa；模A塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算为 74250；2mF 注塑机的额定锁模力，KN。锁 机故 F P A2074250/10001650KN锁 机 模此处选定的注塑机为 1800KN，满足要求。（3）模具与注塑机安装部分相关尺寸校核模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸的拉杆间距相适应：模具长宽拉杆面积 即 324570295373故满足要求。模具闭合高度校核本模具的闭合高度为 H=280m
9、m，XS-ZY-250 型注射机所允许模具的最小闭合厚度为 Hmin=250mm，最大厚度为 Hmax=350mm， 即模具满足的安装条件。maxmin（4）开模行程校核注射机的开模行程应满足分开模具取出塑件的需要。所选注塑机为 XS-ZY-250 型，其最大行程与模具厚度无关，故注塑机的开模行程应满足下式（510） 21HSm式中 注塑机最大开模行程， 。H 推出距离， ；1H 包括浇注系统在内的塑件高度， ；2因为 S350 mH H （510）7545120mm35012 m故开模行程满足要求。模具设计大作业63 模具总体设计与计算3.1 分型面的选择根据分型面选择的原则：1、分型面应有
10、利于脱模；2、分型面应有利于保证塑件的外观质量和精度要求；3、分型面应有利于成型零件的加工制造；4、分型面应有利于侧向抽芯。根据以上的设计原则，结合相关零件的特点，选择零件最大表面积处作为分型面，在开模时容易取出零件。下图 3 为分型面示意图，红色线框为分型面。图 3 分型面示意图3.2 浇注系统的设计根据产品对表面质量的要求很高，为了不影响其美观，采用侧浇口，这样虽然容易在进料时形成封闭气囊，容易留下熔接痕，但是对排气系统的设计增加熔接痕处的局部温度，以及提高注塑机的注塑压力等方法来解决。3.2.1 浇口的设计 1、浇口套进口直径 应稍大于注射机喷嘴直径 ,通常为d0d= + （ 式中 为
11、4mm） 015.主流道入口的凹坑球面半径 S 也应大于注射机喷嘴球头半径 S ，通R1R常为= + （式中 为 18mm)S121模具设计大作业7由上式，得 d=4+1=5mm，SR=18+2=20mm；2、浇口套与定位圈的配合两者的配合可采用 H7/m6；浇口套与定位圈的配合 H9/f8。3、分流道的设计1）分流道截面的选择与确定根据分流道截面流道的表面积比（指流道的表面积与体积比称之为表面积比） ，能使塑料熔体的温度下降小、阻力小、流道效率高，以及加工容易和顺利脱模为原则，故选择分流道截面为半圆形。2）分流道的大小与计算分流道是主流道与浇口之间的进料通道。在多型腔模具中分流到必不可少。在
12、分流道设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。该制品的分流道直径根据制品重量和壁厚由参考文献中的查得 =5 。Dm4、侧浇口的设计本模具采用一模两腔，采用侧浇口。侧浇口又称边缘浇口，其截面为矩形，应用范围广泛。1）其一般开在分型面上，取厚 h=0.52mm，宽 B=0.82.4mm(也可取塑件厚的 1/32/3),。2）侧浇口的尺寸推荐值深度 h=0.52mm，取 1mm；宽度 B=0.82.4mm，取 1.5mm；浇口长度长L=0.72mm，取 1mm。3）侧浇口位置的选择根据浇口的位置对塑件有直接的影响，位置选择应尽量避免注塑缺陷的出现
13、以及缩短成型周期为前提和原则，故侧浇口设在电话机面板较底端处的中间。3.3 成型零件的总体设计3.3.1 型腔的结构设计采用整体式结构，整体式型腔由整块材料加工而成的型腔，其优点是：强度和刚度都相对较高，且不易变形，塑件上不会产生拼模缝痕迹。不过模具设计大作业8其切削量大，使模具成本较高，同时给热处理和表面处理带来困难，只适用于形状较为简单的中、小型模具。3.3.2 型芯的结构设计采用整体式结构，直接在模架板上加工型芯，其优点是加工成本低，但加工材料浪费大、材料成本高，仅适用于小型模具。3.3.2 成型零件的工作尺寸的计算成型零件的工作尺寸是指型腔和型芯直接构成塑件尺寸，型腔和型芯的工作尺寸精
14、度将直接影响塑件的精度。（1）塑件收缩的影响：由于塑件热胀冷缩的原因，成型冷却后，塑件尺寸小于模具型腔的尺寸，一般不同塑件有不同收缩率，与塑件的形状、尺寸壁厚、成型工艺条件、模具结构等因素有关，故某种塑件的收缩率是波动的，ABS 的收缩率在 0.4%0.7%之间波动。（2）制造公差的影响：制造公差将直接影响塑件的尺寸工差，通常型腔和型芯的制造公差为塑件公差的 1/31/6，其表面粗糙度为0.8m0.4m。（3）成型零件的磨损：模具在使用过程中，由于塑料熔体的流动冲刷，在成型过程中可能产生腐蚀性气体的腐蚀，脱模时塑件与模具的摩擦，以及由于上述原因造成的成型零件表面粗糙度的增加，需要进行重新打光等
15、原因，都会造成成型零件尺寸的变化，对于本产品来说，其尺寸较小，故制造公差对塑件的尺寸影响较大。（4）模具的安装配合误差：模具成型零件装配误差以及在成型过程中，成型零件配合间隙的变化，也会对塑件尺寸造成影响。该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。在计算成型零件型腔和型芯的尺寸时，塑件和成型零件的尺寸均按单向极限制，如果塑件的公差时双向分布的，则应按这个要求加以换算。而孔中心矩尺寸则按公差带对称分布的原则进行计算。模具设计大作业9查手册可知 ABS 的成型收缩率为 s=0.4%0.7%，故平均收缩率S （ 0.4+0.7)/20.55，查表得模具制
16、造公差cp 3/m1）型芯的径向尺寸计算型芯的高度尺寸计算公式：0cpmm4/3DSd式中 型芯径向名义尺寸（最大尺寸） ；制品的名义尺寸（最小尺寸） ， m模具制造公差，取塑件相应尺寸的 1/31/6尺寸 18 0+0.29：0cpm4/3DS1d=(1+0.55%)*18+0.75*0.29-0.090=18-0.090尺寸 590+0.32:0cpmm4/3DS1d=(1+0.55%)59+0.75*0.320-0.17 =600-0.17尺寸 240+0.22：0cpmm4/3DS1d=(1+0.55%)24+0.75*0.220-0.07=24.30-0.07尺寸 16 0+0.20
17、：0cpmm4/3DS1d=(1+0.55%)16+0.75*0.200-0.07=16.20-0.07尺寸 500+0.28：0cpmm4/3DS1d=(1+0.55%)50+0.75*0.280-0.09模具设计大作业10=50.50-0.092）型芯的高度尺寸计算型芯的高度尺寸计算公式：01mxHShcpm式中： 型芯高度名义尺寸（最大尺寸） ；制品孔深名义尺寸（最小尺寸） ，其它同上。H尺寸 240+0.26：00.64/30.215%8.59mmcpShx=(1+0.55%)24+0.75*0.220-0.07=24.30-0.07尺寸 90+0.16：00.64/30.215%8.
18、59mmcpHShx=(1+0.55%)9+0.75*0.160-0.05=9.20-0.053.4 排气系统的设计要保证注射成型过程的顺利进行，不发生被压缩气体产生的高温，引起塑件的局部炭化烧焦，或使塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满等缺陷必须重视模具的排气系统设计。通常排气方式包括：模具自然排气、排气塞排气、排气槽排气。该零件结构比较简单，且尺寸不大，属于中小型零件范畴，可充分利用分型面间的间隙、推杆和推杆孔的配合间隙自然排气，这样加工容易，且成本不高。3.5 导向与定位机构设计注射模的导向机构用于动定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。定位机构分模外定位和模内定
19、位。模外定位是通过定位圈使模具易于在注射机上安装以及模具的浇口套能与注射机喷嘴精确定位。而模内定位则通过锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。3.5.1 导向机构的设计模具设计大作业11导柱导向机构是利用导柱和导套之间的配合来保证模具的对合精度。用于动定模间的精密对中定位，导向机构设计主要有三点：1）定位作用：避免模具接触时错位而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确的形状，不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均匀。2）导向作用：上模和下模合模时，首先是导向零件相接触，引导上下模准确合模，避免凸模和型芯进入型腔，以保证不损坏成型零件。3）承载作用：塑料注入型腔过程中会产生单向侧面压力，
20、或由于成型设备精度的限制，使导柱在工作中承受一定的侧压力。3.5.2 定位机构的设计通常导向机构能够保证动定模之间的正确定位，但由于导套和导柱之间是间隙配合的，存在间隙意味着定位精度不够，所以在型腔、型芯之间增设锥面定位机构，以满足精密定位的要求。导柱与导套的选择和配合如下图 4 所示。图 4 导柱与导套同时，为了便于模具在注射机上安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔精确定位，应在模具上安装定位圈（如下图 5） ，用于与注射机定位孔匹配。定位圈除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出，选用定位圈形状如下图所示。模具设计大作业12图 5 定位圈定位圈外径应比注射机上的定位孔径小
21、 0.2mm0.3mm，以便顺利安装。定位圈常用的材料为 45、55 中碳钢或 T8 碳素钢，经正火处理，硬度为183235HBS。3.6 脱模推出机构的设计脱模机构主要由推出零件、推出零件固定板和推板、脱模机构的导向和复位部件等组成。其设计原则包括：保证制件不因顶出而变形损坏及影响外观；脱模机构应尽量设置在动模一侧；机构简单动作可靠；合模时能正确复位。脱模机构通常包括四种：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、推块推出机构、联合推出机构及其他特殊推出机构。本制品为薄壁的容器塑件，故采用推杆推出机构。其中推杆推出机构具有脱模力大而均匀，运动平稳，无明显的推出痕迹等特点，且本制品为薄壁容器
22、器件，故采用推杆推出机构，其推出效果如下图 6 所示。图 6 脱模机构推出后效果模具设计大作业13同时，顶杆、顶板材料选 T10A，头部淬火处理，硬度要求在 50HRC 以上，表面粗糙度小于 0.8m，顶杆与孔之间配合为 H8/f8。为了顶杆顶出塑件后必须回到顶出机构的初始位置才能进入下个循环工作，因此设置复位杆机构，其端面与分型面及模具平齐。3.7 冷却系统的设计塑料注射模具冷却系统设计不但对制品精度、变形、耐应力开裂性、表面质量等影响较大，同时冷却时间占成型周期的 80%左右，所以塑料注射模具冷却系统设计的优劣对塑料制品的生产效率起着至关重要的作用。3.7.1 确定冷却水路的分布模具上大部
23、分热量是通过型腔及型芯的冷却移走的，但仍有一部分热量会传递到支撑型腔和型芯的模板上，这些热量如果不能及时散失，也会影响制品的成型周期。（1）流道系统的冷却设计 由于冷流道随制品一起顶出（一般摸具流道的凝固层厚度达 50%60%即可顶出） ，而一般冷流道较厚，其附近的热量较为集中，若不能及时冷却将影响整个生产周期，所以冷流道周围必须单独设计一组水路进行冷却。（2）模板的冷却设计 由于模板用来支撑和固定型腔和型芯，容纳流道系统和顶出系统等机构，如果模板之间存在温差，可能会影响导向机构、顶出机构、锁紧机构的定位，加快这些部件的磨损。3.7.2 水路的尺寸及位置根据制品壁厚及形状，对于中等以上制品水路
24、直径设计一般选用：1016 mm。若需设计点冷，通常点冷水路直径为与其相连的直通水路直径的 1.45 倍左右。水路距制品壁不能太远，但也不能太近，一般不能小于水路直径的 2倍。 根据公式计算结果及实践经验，一般水路距制品壁的距离为水路直径的 23 倍，水路间距为水路直径的 35 倍较好。3.7.3 塑料模具冷却水路的分布原则（1）设置水路时应考虑制品的形状，对热量分布较多的位置应重点设计。一般对于小的镶芯可以采用喷泉式冷却、铍铜镶芯下面通水、导热针等。模具设计大作业14（2）水路中冷却水的流动方向与熔体流动方向应一致，以便最大效率地带走热量，同时有利于熔体的充填（流动末端模温过低不利于熔体充填
25、） 。（3）对于大中型复杂模具，应以每个浇口为中心分区域冷却。（4）为了保证型腔、型芯温度分布均匀，制品冷却均匀，型腔、型芯水路的走向应一致；型腔、型芯的温度差应控制在 10以内。（5）为减小冷却水的压力损失，模具外围连接冷却水管的尺寸一定要大于或等于模具内水路的尺寸。（6）冷却水路尽可能设计在与塑料熔体接触的模具零件中。图 7 冷却系统水道分布图根据以上分析，建立冷却系统水线如上图 7 分布，水道直径 6mm,盲孔处沉孔直径 8mm，深度 6mm。且由于动模上空间不足，故将水道开在定模板上。4 模具装配4.1 模具的装配模具装配时要求相邻装配单元之间的配合与联接均需要按装配工艺确定的装配基准
26、进行定位与固定，以保证其间的配合精度和位置精度，从而保证型芯与型腔间能精密均匀的配合和定位，开合运动与推出脱模机构都能够实现运动的精确性。模具设计大作业15具体的工艺要求：（1）通过装配与调整，使装配尺寸链的精度能够完全满足密封性的要求；（2）装配完成的模具其塑料注射完全满足规定的要求；（3）寿命期限可以达到预先规定的数值和水平等。具体装配后，其装配图的三维图如下图 8 所示。图 8 装配好后的模具三维图4.2 模具的安装及加工要点（1）定模型芯较多，加工时需对镶芯留有装配研磨余量。（2）动模芯顶杆通过滑孔，在加工时两块板需固定在一起，确保同轴度。（3）装配后，确保推板复位后正好停靠在限位钉上
27、，使动模芯顶杆完全复位，不影响成型时产品的内部结构。（4）清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物、毛刺。（5）因本模具外形尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好木板，模具从侧面进入机架间，定模如定位孔。并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平衡、灵活、无卡住现象，然后固定动模。（6）调节锁模机构，保证有足够开模距及锁模力，使模具闭合适当。模具设计大作业16（7）慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡、灵活、协调。（8）模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距预定温度 2030，即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，紧固定位。（9）开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。装配好后的工程图如下图 9 所示。模具设计大作业17图 9 电话机面板模具装配图
