1、附：模具3D图 32摘要：在现代生产中，模具是大批量生产各种产品包括电子产品、日用生活品等的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。以暴风顶盖塑胶模具的设计为例，介绍了注塑模具的设计方法和流程。首先根据塑件材料及工艺特性对零件进行塑件分析，然后初步制定设计方案，接着确定设计和成形方案：总体结构设计、分型面设计、浇注系统设计、脱模机构设计、冷却系统设计等。 关键词：暴风顶盖；注塑模；设计第一章 绪论模具是现代工业生产的基础工艺装备，在国民经济中占重要地位。在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通讯等产品中，60%80%的零件都要依靠模具成型。用模具生产制件所表现出来的高精度、高复
2、杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，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。模具工业是国民经济的基础产业，模具工业的发展标志着一个国家上工业水平及产品的开发能力，汽车工业中新车型的开发与批量生产，家电工业及日用品工业的产品开发等都与模具行业的发展息息相关，模具技术的应用为我国模具工业的发展起到了重要的推动作用。模具技术已成为技术发展中最具活力、创造效益最高的应用领域。同时，模具工业也普及、应用最成
3、熟的行业之一。模具不是批量生产的产品。它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备等。新兴的模具CAD技术很大程度上实现了企业的愿望。近年来，CAD技术的应用越来越普遍和深入, 大大缩短了模具设计周期, 提高了制模质量和复杂模具的制造能力。塑料注射成型工艺的最大特点是复制，能够复制出所需要的直接或者间接使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，模具生产的最终产品的价值往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。特别是在塑料产品
4、的生产过程中，塑料模具的应用及其广泛，在各类模具中的地位也越来越突出，成为各类模具设计、制造与研究中最具有代表意义的模具之一。而注塑模具已经成为制造塑料制造品的主要手段之一，且发展成为最有前景的模具之一。注射成型是当今市场上最常用、最具前景的塑料成型方法之一，因此注塑模具作为塑料模的一种，就具有很大的发展前景。注塑成型作为一种重要的加工方法，在加电行业，汽车工业机械工业等都有广泛应用，而且生产的制件具有精度高、复杂度高、生产率高和消耗低的特点。在注塑成型工艺中，涉及设备和原材料状况、制品设计、工艺条件等多种因素，模具是与这些因素紧密相连的关键环节，模具结构的合理性和质量的好坏直接影响到制品的质
5、量以及整个工艺过程的效率和效益。第二章 零件分析与总体设计2.1 零件分析零件三维图如图2.1.1图2.1.1下面是对上图零件分析的结果：（1） 该零件尺寸不大为80*55*20，结构较为简单，注塑时只需将较易损坏的部位做成型芯，降低维修的成本。（2） 设计该零件模具的关键是侧边的凹槽，而且是槽内扣，除此之外，零件底部还有两个倒扣，需用到斜顶机构，如图2.1.2。图2.1.2（3） 该零件未注精度，故默认取一般精度，即IT41。（4） 选用材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（即ABS），符合经济要求和也提高了成型效率。 （5） 该塑件为某家电或者电子产品，生产批量为大批量，为降低成型费用，采用
6、一模两腔，注塑完后不对工件进行加工，只要把浇注口拔掉就行。2.2 总体初步设计2.2.1 制品的材料特性本零件选用ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）。ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）的性能：（1） 应用范围汽车（仪表板、工具舱闷、车轮盖、反光镜盒等），电冰箱，高强度工具（发烘干机、搅拌器、食品加工机、割草机等），电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆，如高尔夫球手推车和喷气式雪橇车等。（2） ABS特性优点ABS材料具有优越的综合性能，制品强度高，刚性好，硬度、耐冲击性、制品表面光泽性好，耐磨性好。ABS耐热可达90摄氏度（甚至可以在100150摄氏度使用），耐低温，可在-40摄氏度下使
7、用。同时耐酸、碱、盐、耐油、耐水。具有一定的化学稳定性和良好的介电性能。不易燃。ABS特性缺点不耐有机溶剂，耐气候性差，在紫外线下易老化。2.2.2 材料数据的初步确定ABS选用成型条件见表2-1表2-1 ABS成型条件塑料名称注射成型机类型堆密度 计算收缩率（%）预热料筒温度喷嘴温度/。C模具温度/。注射压力/MPa温度/。时间/h后段中段前段ABS螺杆式1.031.070.30.88085231501701651801802001701805060100成形压力/MPa成型时间 /s螺杆转速/rmin1适应注射机类型后处理注射时间高压时间冷却时间总周期方法402090512022030螺杆
8、、柱塞均可红外线灯烘箱7042.2.3 结构具体方案确定型腔布局塑件的几何结构特点简单，尺寸精度要求不高，批量较大，模具制造容易，同时，考虑到模具的尺寸，确定型腔数为2个。确定浇注系统注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道、分流道、浇口、冷料井四部分组成。其作用是使来自注射机喷嘴的塑料熔体，稳定而顺利地流入并充满全部型腔，同时，再充模过程中将注射压力传递到型腔的各个部位，以保证塑件的完整成型。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内
9、容之一。考虑到塑件的质量和成型特性，还有保证产品表面的光洁度，浇口的位置应该在塑件的侧面如图2.2.3-1。图2.2.3-1确定分型面分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面， 分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。分型面的设计原则为：1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2） 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3） 保证塑件的精度要求。4） 满足塑件的外观质量要求。5） 便于模具加工制造。6） 对成型面积的影响。7） 对排气效果的影响。8） 对侧向抽芯的影响。对于此塑料件，采用动模框与定模框对接形成与塑件轮廓曲线相一致的分型面形式
10、, 其中动模框和定模框分别镶嵌于型腔板和型芯板中,分型面呈空间曲面形式。其形状如图2.2.3-2：图2.2.3-2分型面排气槽的设计在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置，排气深度（或间隙）0.025mm。1）排溢设计：排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上
11、构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。3）排气系统有以下几种方式：利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。4）该套模具的排气方式有a.利用模具的分型面排气；b.对于组合式型芯可利用其拼和的缝隙、零件配合的间隙。对制品零件的分析和初步的总体设计是必要的。有的初步的总体设计，才能在Pro/ENGINEER里把三维模型实现。初步的总体设计不但把各部分工作相联系，而且在发现有错误或者问题的时候可以快速修改。第3章 模具设计3.1 模具材料的选择 现有的模具模
12、架已经标准化,所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合理的型腔和型芯材料.如何合理的选择模具钢,是关系到模具质量的前提条件,如果选材不当 ，则所有的精密加工所投入的工时,设备费用将浪费。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从ABS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能
13、如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济性考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是4Cr13，属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理（淬火及回火）后,具有优良的耐腐蚀性能、抛光性能、较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷、高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具、透明塑料制品模具等。有关参数如下:物理性能。临界温度（）AC1：820； AC3：1100；线膨胀系数：10.5（在20100）；热导率：27.6W.（M.K）-1 （在20左右）；弹性模量（Mpa）210000223500 （20左右）。3.2成型件尺寸的计
14、算模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。成型零件工作时，直接与塑料接触，塑料熔体的高压、料流的冲刷，脱模时与塑件间还发生摩擦。因此，成型零件要求有正确的几何形状，较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度，此外，成型零件还要求结构合理，有较高的强度、刚度及较好的耐磨性能。设计成型零件时，应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求，确定型腔的总体结构，选择分型面和浇口位置，确定脱模方式、排气部位等，然后根据成型零件的加工、热处理、装配等要求进行成型零件结构设计，计算成型零件的工作尺寸，对关键的成型零件进行强度和刚度校核。各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择
15、，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：（1）凸模底板厚度和凹模底板厚度：在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定。（2）推杆推出距离：在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为20mm左右，黏结在型芯上的尺寸约20mm左右，所以当推出距离为20 mm时就能使塑件和型芯分离。如果模脚的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯。需要满足关系：Hh1h2h3h0 HC板高度；h1挡销高度；h2推板厚度；h3推杆固定板厚度
16、； h推出距离；内模的大小主要取决于塑料制品的大小和结构，对于内模而言，在保证足够强度的前提下，内模越紧凑越好。根据产品塑料制品的外形尺寸，以及产品塑料制品本身高度，可以确定内模的大致外形尺寸，可参考下面的数据“长”-表示塑料制品最大长度方向尺寸；“宽”-表示塑料制品最大宽度方向尺寸（宽长）；“高”-表示塑料制品最大高度方向尺寸；“A”-表示塑料制品最大外形边到模芯边的距离；“B”-表示塑料制品最高点到前模芯底面的距离；“C”-表示塑料制品最低点处的PL面到后模芯底面的距离；根据成型零件的尺寸，长为80mm,宽25mm,高20mm，又由于采用的是1出2，即一模出两个产品，两产品之间要留有203
17、0mm的距离，除此之外，还有要特别留意的是产品还有一个侧边行位，也就是说要留有足够的空间放置行位，大概留100mm左右，所以由上面表格得出工件的尺寸为长宽高=245mm100mm75mm，其中凹模厚度A=40mm，凸模厚度B=35mm。3.3 固定方式 型芯通过套板用台阶方式固定，型腔为整体式。3.4内模镶件排位由于是一模两腔，一般来说，内模镶件排位应遵循以下基本原则。（1） 对称排位的原则（2） 对角排位的原则（3） 浇品统一原则（4） 分流道最短原则一模多腔的模具，各型腔之间的钢厚取12-25mm3，此处取各型腔之间的钢厚为25mm。内模镶件排位见图3.4，其排位方式是对角排位。图3.43
18、.5 浇注系统设计3.6 主流道设计主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关。主要参数：锥角=3； 内表面粗糙度Ra=0.63m； 材料T8A小端直径D=d+（0.51）mm；半径R=R+（12）mm； 由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。3.7 主流道衬套的形式主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触，属易损件，对材料要求较严，因而模具主流道部分常设计成可拆
19、卸更换的主流道衬套形式（俗称浇口套，这边称唧咀），以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理。唧咀都是标准件，只需去买就行了。常用唧咀分为有托唧咀和无托唧咀两种下图为前者，有托唧咀用于配装定位圈。唧咀的规格有12，16，20，25等几种。该套模具所选的唧咀的半径为12. 如图3.6 图3.73.8 浇口设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸
20、而定。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：（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。考虑该零件的使用场合及外观要求，采用侧浇口，浇口宽度b=2mm,
21、长度h=1mm。如图3.8图3.83.9 浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。3.10 确定导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动
22、导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。设计导柱和导套需要注意的事项有：（1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。（2）导柱工作部分长度
23、应比型芯端面高出68mm，以确保其导向与引导作用。（3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。（4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。3.11 确定顶出机构类型 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：（1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模
24、动作。（2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。（3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计采用推板脱模机构，因为该塑件分型面简单，结构简单，壁厚基本均匀，采用推板脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的种类；可分为圆形推杆，矩形推杆，阶梯型推杆，盘型推杆，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；所以，推杆的使用是非常灵活的。顶出机构采用圆柱顶杆（如下图），由于采用的是简化型细水口的模架，所以必须
25、要设计拉料销，在注射完成后，动模和定模先与流道推板分离，拉料销把浇注系统的水口料拉住，然后产品和水口料自动断开，动模和定模在螺栓拉杆的作用下分离，然后定出机构（圆形顶针）出产品。拉料销如图3.10：图3.11（2）反推杆的固定形式： 反推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。本设计采用的固定如图3.10.1：图3.11.13.12 侧向抽芯机构3.12.1侧向抽芯机构的分类侧向抽芯机构也就是和A、B板开模方向不一致的开模机构。侧向抽芯机构分类1）斜导柱（或弯销） +滑块（行位）；2）斜滑块（胶杯）；3）斜顶（斜方）；4）液压（油缸）或气动（气缸）；5）手
26、动3.12.2斜导柱侧抽芯机构设计（1）斜导柱侧向分型机构的组成斜导柱侧向分型机构一般由以下五个部分组成：1）动力零件:斜导柱、弯梢、油缸等；2）锁紧零件:铲鸡（锁紧块）、弯梢、“T”形扣等；3）定位零件:波仔+弹簧，挡块+弹簧等；4）导滑零件：导滑耐磨板、压块等；5）成型零件: 侧抽芯、滑块等。（2）主要设计技术参数：1）斜导柱倾角a ：15a25。滑块斜面倾角b= a+232）抽芯距S S=胶件侧向凹凸深度 +25MM3）斜导柱的长度L4）斜导柱直径 一般在8到20MM之间。本套模具斜导柱侧抽芯的机构设计如图3.12.2斜导柱倾角为23，直径为14mm，行程s=16.5mm图3.12.23
27、.12.3 斜顶机构设计使用场合：常用于内侧凹凸结构的抽芯。能用斜定不用内行。工作原理：将顶出运动分解为侧向抽芯运动。设计时注意事项：1）要保证复位可靠；2）斜顶上端面应比后模镶件底0.050.1MM；3）斜顶的斜角一般为315,常用510 ；4）侧向移动时不能与胶件内的结构发生干涉；5）当斜顶上端面的一部分为碰穿位时,推出时不应碰到另一侧胶位；6）斜顶的固定方式见图3.12.3。图3.12.3本套模具斜顶的斜角为5，如图3.12.33.13 排气机构 熔体填充注射模腔过程中，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形成的水蒸汽，塑料局部分解产生的低分子挥发气体，塑料助剂挥发（或化学反应）所产生的气体以及热固性塑料交联硬化释放的气体等；这些气体如果不能被熔融塑料顺利地排出模腔，将在制件上形成气孔，接缝，表面轮廓不清，不能完全充满型腔，同时，还会因为气体被压缩而产生的高温灼伤制件，使之产生焦痕，色泽不佳等缺陷。模具的排气可以利用排气槽排气，分型面排气，利用型芯，推板，镶件等的间隙排气。排气设计原则：通常，选择排气槽的开设位置时，应遵循以下原则：（1）排气口不能正对操作者，以防熔料喷出而发生工伤事故；（2）最好开设在分型面上，如果产生飞边易随塑件脱出；（3）最好设在凹模上，以
