玩具叶轮注塑模具设计及型腔仿真加工工艺【含CAD图纸和说明书】

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In the injection mold, Elaborated molds die space arrangement, to divide the profile choice, the gating system, the formation spare part, to go against with the resetting device and cooling systems design feature, the success has realized molds formation. Divides the profile the design the immediate influence molds complex degree and the production cost, and has the influence to the product quality. According to molds workability and the plastic formations technological request, has carried on systems elaboration to the injection molding plastic parts structural designs technological structural design main point. According to the injection mold components structural designs result, to its processing process study, draws up its processing craft plan, determines various components the processing technological process. Considered the components the size and the accuracy requirement, embark from the selection mold material, the possible arrangement each components processings order successively, guaranteed that can produce the qualified components. Through this design, lets understood molds principle of work and the mold major parts reciprocity, and had a more profound understanding to the injection mold designs entire process.Keywords: design of mould; toy leafs round ; process analysis 2 毕业论文开题论证报告专 业 机械设计制造及其自动化 学生姓名 班 级 学 号 指导教师 完成日期 课题名称： 玩具叶轮模具设计及型腔仿真加工一、课题来源、课题研究的主要内容及国内外现状综述1 课题来源:盐城市塑料厂。2 课题研究的主要内容：本课题主要是玩具叶轮注塑模的工艺设计方案分析及确定工艺计算。分析制品结构，制定该制品注塑成型工艺。制品测绘、工程图绘制、结构优化及制品三维造型。制定注塑模具总体方案，设计模具，其中二维工程图：模具装配图、零件图，三维造型：所有零件三维造型、模具装配及爆炸图。进行凹模、凸模工艺分析，制定其加工工艺规程并进行数控仿真。制定凹模加工工艺卡片。3 国内外现状综述:模具作为“工业之母”，目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展。注塑成型是现代塑料模具工业中的一种重要的加工方法 。现时国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、I-DEAS、UG、SolidWorks等；结构分析软件有MSC、Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。此次选题能全面反映培养目标，与本专业密切相关，能结合社会生产实际或科研实践，工程性强，现实意义明显，具有相当的先进性、深度和难度。提高了学生的学习兴趣和创新能力，使毕业设计真正成为了学生实际工作前的一次全过程模拟。通过本次设计，应使我们在下述基本能力上得到培养和锻炼：塑料制品的设计及成型工艺的选择；一般塑料制品成型模具的设计能力；塑料制品的质量分析及工艺改进、塑料模具结构改进设计的能力；了解模具设计的常用商业软件以及同实际设计的结合。 二、本课题拟解决的问题此次毕业设计拟解决的问题主要有以下几个方面：1拟解决的关键问题：成型材料、分型面的选择、塑件的公差等级问题。2玩具叶轮相关结构设计及计算，完成该塑件的注射模具。3玩具叶轮注射模总装配图。4研究玩具叶轮的注射模CAM/CAE的实现方法。三、解决方案及预期效果解决方案:1根据中国模具设计大典等相关书籍确定成型材料为ABS、PC、PP等塑料、分型面的选择为制品最大截面处、塑件的公差等级为MT4。2通过Pro/Engineer软件设计出玩具叶轮的注射模，再利用Pro/Engineer EMX软件模架构建软件，结合设计、计算的注射模的主要尺寸，调用标准模架，完成玩具叶轮整套模具的设计。3研究注射模CAM实现方法，主要借助Pro/e软件对关键零件进行仿真加工。通过这种方法在电脑上模仿机床的加工过程，能直观反映加工的结果, 能直接评估加工后零件的质量, 能检查出加工的错误。在检查加工后零件的质量时, 可在电脑上对加工后的实体模型进行任意的剖切, 直接测量其尺寸和精度。因此, 它能把错误消除在加工工艺编程设计阶段，减少加工后的修补和返工，大大提高模具的制造效率和质量。预期的效果：1玩具叶轮模具造型完成，熟练使用相关软件以及仿真加工。2整套模具在工作过程中运行平稳，工作可靠，次品率低，装卸方便，便于钳工师傅修模，成型产品的外观表面不允许有任何飞边、毛刺、缩水、和银丝现象。 四、课题进度安排3月1日3月14日毕业实习阶段。毕业实习，查阅资料，市场调查，到多个公司实践，撰写实习报告。3月15日3月31日论文开题阶段。论文总体构思方案，填写开题报告。4月1日5月14日论文初稿阶段。撰写毕业论文初稿。5月15日5月31日 中期工作阶段。充实完善毕业论文，中期检查。6月1日6月2日毕业论文预答辩。6月3日6月9日论文定稿阶段。论文修改、定稿，材料复查。6月10日6月11日论文评阅。6月12日6月13日毕业答辩。6月14日6月15日材料整理装袋。五、指导教师意见 签名 年 月日六、专业系意见 签名 年 月日七、学院意见 签名 年 月日3目录1 前言12 模具结构设计32.1总体方案论证 32.2塑件的测绘与造型 42.2.1 塑件的测绘42.2.2 塑件的造型42.3 塑件的工艺分析52.3.1 塑件的材料分析52.3.2塑件的结构工艺性52.3.3 塑件尺寸精度52.3.4 拔模斜度52.4 注射机选择62.5 分型面的确定62.6 型腔数目的确定72.7 浇注系统的选择72.7.1浇注系统设计原则72.7.2主流道82.7.3浇口92.8冷却系统的确定102.9脱模方式的确定122.10 复位杆132.11 导向与定位装置132.12 设计各模板尺寸132.13 注射机的校验142.14 模具的三维造型及装配153 模具工艺分析及仿真加工173.1 模具的工艺分析173.1.1模具制造工艺的任务173.1.2零件加工工序的确定173.1.3加工设备及工艺装备的选择183.1.4零件材料加工性审查183.1.5型芯（凸模）的加工方法与工艺 183.1.6型腔（凹模）的加工方法与工艺 193.1.7其他零件加工的工艺分析203.2模具的仿真加工20结论 23参考文献24致谢25附录26玩具叶轮模具设计及型腔仿真加工摘要: 本课题是玩具叶轮注塑模的设计。在注塑模具中,论述了模具的型腔布置、分型面选择、浇注系统、成型零部件、顶出与复位机构及冷却系统的设计特点，成功实现了模具的成型。分型面的设计将直接影响模具的复杂程度和制造成本,并对产品的质量产生影响。通过对叶轮的结构和工艺性分析,比较详细地论述了叶轮模具分型面的设计考虑因素。根据模具的加工性和塑料成型的工艺性要求,对注射成型塑料零件结构设计中的工艺性结构设计要点进行了系统的阐述。根据注塑模具零件结构设计的结果，对其加工工艺分析，拟定其加工工艺方案，确定各零件的加工工艺过程。考虑到零件的尺寸及精度要求，从选取模具材料出发，合理安排每个零件加工的先后顺序，保证能生产出合格的零件。通过本次设计，了解了模具的工作原理及模具主要零件的相互关系，并且对注塑模具设计的全过程有了更加深刻的认识。 关键词：模具设计；玩具叶轮；工艺分析The design of toy leafs round molding tool and simulation processing whit the cavityAbstract: Design is the subject of toy leafs round molding tool cavity of the mold design and process simulation. In the injection mold, Elaborated molds die space arrangement, to divide the profile choice, the gating system, the formation spare part, to go against with the resetting device and cooling systems design feature, the success has realized molds formation. Divides the profile the design the immediate influence molds complex degree and the production cost, and has the influence to the product quality. According to molds workability and the plastic formations technological request, has carried on systems elaboration to the injection molding plastic parts structural designs technological structural design main point. According to the injection mold components structural designs result, to its processing process study, draws up its processing craft plan, determines various components the processing technological process. Considered the components the size and the accuracy requirement, embark from the selection mold material, the possible arrangement each components processings order successively, guaranteed that can produce the qualified components. Through this design, lets understood molds principle of work and the mold major parts reciprocity, and had a more profound understanding to the injection mold designs entire process.Keywords: design of mould; toy leafs round ; process analysis 1 前言本课题的来源于盐城市塑料厂。生产的模具制品是玩具叶轮，其叶轮的工艺要求是在注射过程中不得产生飞边、毛刺等。模具作为“工业之母”，目前，电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电、通讯和军工等产品中，6080的零部件，都要依靠模具成型。用模具成型的制件所表现出来的高精度、高复杂性、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所无法比拟。我国模具行业将向大型、精密、复杂、高效、长寿命和多功能方向发展。模具在很大程度上决定着产品的质量、效益和开发能力。目前中国模具的总产值已跃居世界第三，仅次于日本和美国。由于近年市场需求的强大拉动，中国模具工业高速发展。注塑模具CADCAM技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CADCAM 软件，如ProEngineer、Unigraphics II、Cimatron、MoldFlow等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。ProE等软件在注塑模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。本课题是关于塑料叶轮的注塑模具设计。要求运用所学知识,能很好的对注塑模具进行设计.达到熟练的掌握注塑模具的设计知识,并能对注塑模具设计有更高层次的认识的目的。该课题的设计要求通过基于现代CAD技术的注塑模设计,在设计过程中掌握模具设计的一般规律,对于运用现代CAD技术进行模具设计进行研究和应用,完成塑料叶轮注塑模具设计. 所设计塑料叶轮模具要能满足模具工作状态的质量要求,使用时安全可靠,便于维修,在注塑成型时要有较短的成型周期,成型后有较长的使用寿命,具有合理的模具制造工艺性.选择注塑模型腔进行加工分析,用数控加工进行编程加工。2 模具结构设计2.1 总体方案论证本课题的设计目的是对玩具叶轮的三维造型及优化、塑料注射模具设计、模具型加工仿真及数控编程。该模具设计首先根据制品大小及企业的生产设备状况，选择注塑机，考虑到注射量，保证塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80，并对锁模力进行校核。根据到塑件形状的复杂程度以及精度等级，结合生产批量和经济效益确定该模具采用一模一腔。接着根据制品的尺寸大小选择合理的模架和模板。然后确定浇口的形式，浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。浇口的主要类型可以分为直接浇口、侧浇口、潜伏式浇口、点浇口、扇形浇口、圆盘形浇口及环形浇口等。点浇口的优点在于：制品分型面处不留疤痕，浇口自动切断，不会在制品表面留下由于喷射带来的喷痕和气纹等问题。所以优先选用点浇口作为本模具的浇口形式。在模板上直接设置冷却水道，这同样要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。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线在同一条直线上。由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要增加个浇口套。为了延长模具的使用寿命，在浇口套工艺部分对其进行了淬火处理。冷料穴主要是避免冷料进入型腔影响塑件的质量和堵塞浇口。所设计的模具采用分型面的配合间隙自然排气。下面是推出机构的设计。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模。接着是推出机构的设计。本模具设计采用塑件留在动模，要保证塑件不应推出变形或损坏，还要保证塑件的良好外观和结构可靠。2.2 塑件的测绘与造型2.2.1 塑件的测绘塑件为玩具叶轮，材料为ABS。ABS（丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物）有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，有良好的加工性和染色性能。最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。量具：游标卡尺。注意做到以下几点：a. 测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；b. 采用多次测量求平均值；c. 正确地读取数据。最后的测绘结果是：圆柱部分内直径为50mm、外直径为60mm、高为50mm。叶片部分为近似的圆弧半径为45mm、厚度为5mm、外圈直径为100mm。图2-1 塑件测绘图2.2.2 塑件的造型零件测绘草图出来以后，应该根据零件的测绘图，对零件的进行三维造型。三维造型可以选用Pro/e4.0软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。主要采用拉伸步骤造型。图2-2 塑件图2.3 塑件的工艺分析231塑件的材料分析ABS塑料，重量约30g 。据参考文献 3P20可知，ABS的密度10301070 ，收缩率0.30.8%， 模具温度5080注射压力60100Mpa，最大不溢料间隙0.04mm，塑件的尺寸精度为56级，则模具型腔的尺寸精度应为IT10IT11级。其中高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件。因此，该塑件选择ABS材料。232 塑件的结构工艺性很直观的可以看出玩具叶轮塑件是由空心的圆柱体和圆弧型的叶面组成。在塑件三维造型中先是空心圆柱体的造型再是圆弧曲面造型。由于塑件结构比较复杂，所以对于之后它们会有比较复杂的加工工艺。至于加工工艺会在后面部分详述。233 塑件尺寸精度塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能及成型工艺的特点。由于该塑件是作为常用设备，要求其外表面光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形的美观。因此，取一般精度等级为4级。234 拔模斜度脱模斜度主要是为了便于脱模。塑件沿脱模方向常用的斜度值对热塑性塑件为0.53，热固性酚醛压制件取0.51。脱模斜度的大小与塑件的形状，脱模方向的长度，塑件表面质量有密切关系。热塑性塑料在脱模时有较大的弹性，即使是较小的脱模斜度，也可以顺利脱模。但为了减小脱模阻力，一般在产品没有特殊要求的条件下，选用尽可能大的脱模斜度。塑料的性质不同（指硬度、表面摩擦系数、弹性等），所必须的脱模斜度也不同，一般规律为：（1）硬质塑料需比软质的脱模斜度大；（2）塑件的壁厚大时，成形收缩大，脱模斜度要大；（3）形状复杂的部分要比形状简单的部分有较大的脱模斜度；（4）型腔的深沟槽部分如加强筋、突脐等，需要较大脱模斜度。一般选取35。由于塑件冷却后产生收缩，会使塑件紧紧地包住模具型芯、型腔中突出的部分，为了使塑件易于从模具内脱出，在设计时必须保证塑件的内外壁具有足够的脱模斜度。由于目前还没有比较精确的脱模斜度计算公式，在选择脱模斜度时，主要还是参照经验数据，根据ABS材料的性质在设计中选用2.5的拔模斜度。2.4 注射机选择容量以容积（cm3）表示时，塑件的体积（包括浇注系统在内）应小于注射机的注射容量，其关系式按下式校核 V件 0.8V注 （2-1）式中 V件塑件与浇注系统的体积总和（cm3）； V注注射机的注射容量（cm3）； 0.8最大注射容量利用系数。V 注 5/4 V件 1.25480400cm3由于塑件形状复杂,且带有高斯曲面,通过估计该塑件的质量为25克塑件总重Wg=25克注射机额定注射两mg,每次注射量不超过最大注射量的80%,即 n= （2-2）式中 n-型腔数; mj-浇注系统重量(g); mz-塑件重量(g); mg-注射机额定注射量(g)。该塑件外形复杂，所以选用一模一腔 取n=1， 即得： mg=87.5克该塑件尺寸、体积属于中小型塑件，适合大多中小型模具厂商。从计算结果，并根据塑料注射机技术规格，选用XS-Z-60型注射机。2.5 分型面的确定分型面的确定时非常重要的，在简单模具中有的分型面不是水平就是垂直的，这样的分型面壁较好处理，由于制品结构的限制，在许多模具中，其分型面不是处于同一平面。对于这样的分型面不在同一平面的模具，为了避免合模时动、定模两部分发生碰撞，以及减小模具制造的难度可以利用一些角度很小的角作为分型面发生变化的部位。因此，在确定分型面上时需遵守以下原则：a.分型面塑件应尽可能留在动模或下模，以便从动模或下模顶出，简化模具结构。b.分型面塑件留于动模时，应考虑最简顶出形式，简化模具结构。c.塑件有侧抽芯时，应尽可能放在动模或下模部分，避免定模或下模侧抽芯。d.塑件有多组抽芯时，应尽量避免长端侧抽芯。e.头部有圆弧的塑件，采用圆弧部分分型会损伤塑件外观。一般应选择在头部下端分型。f.一般塑件分型面的选择，应考虑到塑件的外观，尽量避免塑件表面留有分型痕迹。g.有同心度要求的塑件，应尽可能将型腔设在同一分型面上。h.一般分型面应尽可能设在塑料流动方向的末端。以利于排气。根据以上原则选取叶轮的叶面曲面部分和空心圆柱体的下表面为分型面。如下图2-3所示.图2-3分型面2.6 型腔数目的确定为了使叶轮在水中旋转时平稳和灵敏，要求叶轮的同轴度要高、径向跳动要小，还要减少塑件的变形，结合此产品的生产批量，模具选用一模一腔，圆周均布的4处点进料。2.7 浇注系统的选择2.7.1 浇注系统设计原则浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。根据文献 6中的P559，在设计浇注系统时应考虑以下设计原则：（1）浇口要设在不影响塑件外观质量的地方及部位；（2）浇注系统应适应塑料的成型特性，以保证成型周期及塑件质量；（3）浇注系统根据型腔数的多少和布局确定；（4）浇注系统根据成型塑件的形状及尺寸确定；（5）浇注系统尽量采用短流程，以减少热量和压力的损耗及节约原材料；（6）浇注系统应有利于良好的排气，并防止型芯的变形及嵌件的位移；（7）浇注系统的确定应考虑注射机的安装尺寸，防止单边安装。在设计浇注系统时还应考虑下列有关因素：A. 塑料成形特性 设计浇注系统应适应所用塑料的成形特性的要求，以保证塑件质量。B. 塑件大小及形状 根据塑件大小，形状壁厚、技术要求等因素，结合选择分型面考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成形。还应注意防止流料直接冲击塑件及细弱型芯或型芯受力不匀，以及应充分估计可能产生的质量弊端和部位等问题，从而采取相应的措施或留有修整的余地。C. 型腔数 设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔还是一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。D. 塑件外观 设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。E. 注射机安装板的大小 在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止偏离模具中心开设主流道，造成注射时受力不匀。F. 成形效率 在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成形质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成形周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。G. 冷料 在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须除去，防止注入型腔影响塑件质量，在设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。由于该模具设计为一模一腔，同时要保证内径的精度要求不能起毛边、飞刺因此，选取的浇注系统如下图2-4图2-4浇注图2.7.2 主流道主流道是指注射机喷嘴与型腔或与分流道连接的这一段进料通道是塑料熔体进入模具最先经过的部位，它与注射机喷嘴在同一轴心线上。在卧式或立式注射机用模具中，主流道垂直于分型面，通常作在淬硬浇口套内。为了使塑件凝料能从主流道中顺利拔出，需将主流道设计成圆锥形，具有的锥角，内壁为0.8m以下的表面粗糙度，小端直径应大于喷嘴直径约mm，凹坑半径R也应比喷嘴头半径大mm，以便凝料顺利拔出。浇口套大端高出定模端面mm，起定位作用，与注射机定模板的定位孔呈间隙配合。由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计在可拆卸的主流道衬套内，衬套一般选用碳素工具钢如T8A、T10A等为使塑料熔体完全进入主流道而不溢出，主流道与注射机喷嘴的对接处应设计成半球形凹坑，其半径mm，其小端直径mm。为了便于模具安装时与注射机的对中，模具上应设有定位圈。小型模具可讲主流衬套与定位圈固定在模板上。本模具设计采用浇口套的形式镶入模板中。为防止浇口套被注射机喷嘴撞伤，应采取淬火处理使其具有一定的硬度。主流道的基本尺寸通常取决于两个方面：第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小。关于主流道的基本尺寸的选定参考下表2-1：表 2-1主流道直径参考表制品质量/gD/mmR/mm2030.5204041401505115030062300500825001500102由于本次设计的制品质量为25g。因此，选取主流道的直径是4mm。为防止注射机喷嘴与浇口套两部分相接触处由于有间隙而产生的溢料，浇口套的球半径应比喷嘴的球半径大2mm5mm，主流道的小端尺寸应比喷嘴孔尺寸稍大，这样可以使喷嘴与浇口套对位容易。另外，为使浇口套中的塑料容易脱离主流道，应设有脱模斜度，这个斜度一般最小不小于1，最大不超过4。主流道的脱模斜度不能过大，否则在注塑时会产生涡流和流速过慢等现象。主流道应保持光滑的表面，避免留有影响塑料流动和脱模的尖角毛刺等。2.7.3 浇口浇口是浇道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。浇口位置的选择对制品的质量显得尤为重要，根据文献 3浇口选择的一般要求是：a.塑件能量的损失最小;b.浇口的位置应使进入行腔的塑料能顺利的排出模腔内的空气，进入型腔的塑料不要立即封闭排气系;c.浇口的位置要避免造成收缩变形和塑件的熔接痕;d.拼镶结构的模具，浇口的位置不能使流动的塑料冲击镶件，但也不能离浇口太远，否则塑料流到镶件附近时变冷熔接不好;e.浇口的位置及大小要考虑对型芯的影响。避免塑料直接正面冲击型芯;f.外观要求高的塑件则浇口不允许设置在分型面上，同时要考虑清理简便，不损坏塑件。根据本设计的具体情况，采用多点进料点浇口浇注系统。本模具流道布置采用平衡式分流道，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。采用这种形式，是为了减小进料口附近的收缩对叶轮精度的影响。进料口均匀在塑件端面，不会在齿形上留痕迹。2.8 冷却系统的确定A冷却系统的设计原则a. 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道尽可能设置在靠近型腔（型芯）表面。b. 在保证模具材料有足够的机械强度的前提下，冷却水道应安排的尽量紧密。c. 冷却水道的直径应优先采用大于6mm，并且各个水道的直径也应尽量相同，避免由于因水道直径不同而造成的冷却液流速不均。d. 对于中、大型模具，由于冷却水道很长，会造成较大的温度梯度变化，导致在冷却水道末端（出口处）温度上升很高，从而影响冷却效果。从均匀冷却的方案考虑，对冷却液在出、入口处的温差，一般控制在5以下，而精密成型模具，多型腔模具的出、入口温差则要控制在23以下，冷却水道的长度在1.21.5以下。因此，对于中、大型模具，可将冷却水道分成几个独立的回路来增大冷却液的流量，减少压力损失，提高传热效率。e. 制品较厚的部分应特别加强冷却。B 冷却水路的形式冷却水路应根据塑件的形状、型腔内温度的分布及浇口位置等情况设计成不同的形式。由于该塑件的外形是圆形，本设计选择直流式的水路形式。C冷却计算单位时间内从模具应除去的总热量Q，可用下式计算： Q=Wc(T-T)+L (2-3)式中：Q除去总热量（J）； W单位时间内进入模具的塑料重量（g）； c塑料比热（J/g）； T塑料的注塑温度（）； T模具的表面温度（）； L塑料的熔化潜热（J/g）。根据塑件的材料，知c1.926J/ g,L=1800 J/g；W=60 g, T=260 ,T=80；将这些数据代入（2-3）得： Q=601.926（260-80）+180J=31600J则带走上述热量，所需冷却水量按下式计算： W= (2-4)式中：通过模具的冷却水流量(g/h)；T出水温度（）；T入水温度（）；热传导系数；将K=0.64 ，T=50，T=20，代入（2-4）得： W= g/h = 987.525g/h=0.27g/s再由下式可求出冷却水道的直径： W=V V=dL 则 d= (2-5) 式中：冷却液密度（kg/cm）； V冷却水道体积(cm)； L冷却水道长度(cm)； d冷却水道直径(cm)。 将水的密度=0.001 kg/cm，L=51cm,=3.14代入（2-5）得： d0.6cm=6mm为了使制品能够充分的冷却，因此，设计的冷却水道为环形水道围绕制品的叶面。如下图2-5.图2-5 冷却水道2.9 脱模方式的确定注塑模必须设有准确可靠的脱模机构，以便在每一循环中将塑件从型芯上自动地脱出模外，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。在设置推出机构时，首先需要确定当模具开启后制品的留模形式，是留在动模部分还是留在定模部分，由于顶出系统必须时建立在制品所滞留的模具部分中。通常，由于注塑机的顶出机构时设置在动模板的一侧，因此大多数模具的顶出系统是安装在动模中的。为了提高生产效率，缩短成型周期和实现自动化，不仅制品需要顺利的脱模，而且浇道中的塑料也必须有其特定的脱模方式。由于塑料制品的尺寸、形状各不相同，差距甚大，因而每副模具的顶出系统的结构也是各不相同的，但是对所有注塑模具顶出系统的要求均是相同的。顶出机构总的设计原则是：a尽量设法使塑件留于动模。模具结构设计应尽量设法使塑件在开模的过程中留在动模上，以便利用注射机动模上的顶杆或其它推出机构顶出制品。b确保塑件不变形不损坏完整脱出。要保证塑件在顶出过程中不变形，必须正确分析塑件型腔附着力大小和所在部位，以便选择合适的顶出方式和顶出装置，使推力均匀合理分布，塑件平稳脱出而不变形。由于塑件收缩时包紧型芯，因此顶出力作用点应尽可能靠近型芯。c尽量不损坏塑件的外观。塑件顶出方式的选择应不影响塑件的外观，若采用顶杆等有顶出痕迹上时，顶杆应设在塑件加工面或内侧面，必要时还可以在顶杆顶部压出装饰文字或图案。d结构可靠。顶机构必须动作可靠、运动灵活、制造方便、维修与更换容易。从塑件结构形状分析，塑件内外表面沿脱模方向的脱模斜度为3，以便于脱模和塑件留于动模。采用推杆脱模机构，用四根推杆推在塑件的圆柱体下表面均匀分布。推杆固定在模具的推杆固定板与推板之间，由注塑机顶出油缸推动，使推杆运动实现脱模动作，并用复位杆复位。一般的顶出行程规定使被顶出的制品脱离模具510mm，由于叶轮为脱模斜度较大的圆盘形制品,另外窄小的深道只有40mm,所以顶出行程为402/3=27mm。图2-6顶出机构2.10 复位杆顶杆在将制品顶出后，其顶端位置会高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合紧之前）时，必须使其退回到顶出前的初始位置，以免碰坏型腔（或型芯），因此在顶出机构中必须设有复位杆帮助顶杆回位，如图2-7所示。图2-7 复位杆的配合示意图2.11 导向与定位装置导向零件的设计原则：导向零件应合理地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时发生变形。根据模具的形状和大小，一副模具一般需要23个导柱。为了便于塑料制品脱模，导柱通常安装与定模或动模。由于叶轮体积比较小，而且主体为圆柱体，为了便于脱模，使用的4个推杆均匀分布。2.12 设计各模板尺寸由于采用一模一腔，投影面积选择150mm150mm的型腔。模板各部分结构尺寸如表2-2所示。表2-2 模板各部分主要结构尺寸件号名称数量板厚符号尺寸（毫米）1定模底板1H1252定模板1 H603动模板1H604垫块2H0705动模底板1H2256螺钉8M107导柱4308复位杆4169顶杆4210导套44211推板1h12512推板支撑板1h2202.13 注射机的校验 根据模具总体设计方案的结构，校验所需注射机的能力。注塑机的规格及尺寸校核注射机有关工艺参数：a. 注射量的校核：由测量所得塑件的质量为10g，浇注系统的质量为20g，则每次注射所需的塑料量为（按一模一腔计算）：25+20=45g注射机的最大注射量900.8=7245g 能满足要求。b. 锁模力与注射压力的校核 锁模力可按下式校核。 F （2-6）式中-注射压力查手册取；-塑件在分型面上的投影面积（cm2）；-浇注系统在粉性面上的投影面积（cm2）；-注射机额定锁模力，XS-X-60注射机额定锁模力为500KN。投影面积计算： 因为底座与分形面相似于圆，所以： cm2 cm2 KN （2-7） 由于F=500KN，故满足F 同时XS-X-60的额定注射压力为122MPa，故也能满意聚丙烯（PP）塑料成型的注射压力的要求。 c.模具厚度H与注射机闭合高度按下式校核 HminHHmax （2-8） 式中 Hmin注射机允许最小模厚（Hmin =300mm）; Hmax注射机允许最大模厚（Hmax=700mm）; 根据所选的模架，模具闭合时的厚度H为235mm，25023570所以，满足要求。d. 注塑机开模行程 注射机的开模行程应大于模具开模时取出塑件的（包括浇注系统）所需的开模矩。即满足下式： SKH1+H2+(510) （2-9） 式中 SK注塑机行程（SK=180mm）；H1脱模距离 （H1=40mm）；H2塑件高度+浇注系统高度（H2=80+45=125mm）。则 H1+H2+(510)=40+125+10=175mm180mm能满足要求。2.14 模具的三维造型及装配本次模具的三维造型主要由零件装配生成，其中主要应用匹配、对齐、矩阵等定位关系来约束零件之间的关系。模具的三维装配如图2-8所示图2-8 模具的三维装配图3 模具工艺分析及仿真加工3.1 模具的工艺分析3.1.1 模具制造工艺的任务模具制造的工艺路线是在制品零件图样或实物进行估算的基础上进行模具设计、零件加工、装配调整、式模，直到生产出符合要求的制品。而所谓的制造工艺，就是把设计转化为产品的过程。模具制造工艺，是把模具设计转化为模具产品的过程。模具制造工艺的任务就是研究探讨制造的可能性和如何制造的问题，进而研究这样以低成本。模具零件的结构工艺性是指所设计的模具零件对加工工艺的适应性和经济性。即所设计的零件，应根据操作者的技能和设备条件，在加工后不但要保证零件的使用要求，而且还应能满足其加工方法如机械加工、电控加工过程中的要求。模具零件结构工艺性的基本要求如下：a 应便于达到零件图要求的加工精度及质量b 应便于采用先进、高效的加工方法c 应有利于减少零件的加工量，缩短加工过程中的辅助时间d 应具有良好的加工性能e 应有利于加工时的安全 本次模具设计中，模具零件大致可分为三类，即板类零件，圆柱类零件，套类零件。其中板类零件应用的最多，如上、下模板、动、定模固定板、垫板、推板、支承板等。其平面加工的方法主要采用车削、刨削、铣削、磨削、研磨等。在加工中，除能保证平面本身的形状精度（直线度、平面度）及表面粗糙度外，还应保证平面与零件上其他表面的尺寸精度和相互位置精度（平行度、垂直度、倾斜度和对称度）。在这板类零件中最难加工的型芯和型腔，下面就动模板和定模板的加工工艺过程作详细的说明。3.1.2 零件加工工序的确定 模具零件的加工工艺主要有铸造、切削加工和特种加工三种方法。A 零件加工工艺阶段分类模具零件加工工艺阶段一般可分为毛坯制备，成形加工、热处理、钳工整修等四个阶段。B 加工工序的确定 在安排零件的加工工序时，须力求经一次安装后，能加工多个被加工面和进多个工步的加工，即工序的内容应力求集中。模具零件加工顺序的确定原则如下：a机械加工的确定原则先粗后精先加工基准面后加工其他加工表面先主后次先平面后内孔； b热处理的确定原则a)退火、回火和调质与时效处理，须在粗加工后进行；b)淬火、渗碳淬火应在半精加工后进行；c)氮化处理应在安排在半精加工后进行。c 检验的确定原则a) 在粗或半精加工后，需进行检验测量；b) 重要工序加工前、后和零件热处理前应检查测量；c) 完成零件所有加工后应进行检测。3.1.3 加工设备及工艺装备的选择 模具零件加工设备及工艺装备的选择原则如下： a机床的加工区域尺寸必须与所加工零件的外形轮廓尺寸相适应； b机床的功率和加工量应与零件工序的加工要求相适应； c机床的精度应与工序要求的加工精度相适应；d机床的选用应与现有设备条件相适应。3.1.4 零件材料加工性审查审查零件的材料及热处理标注是否完整合理。特别是：1.需先淬硬，再用电火花或线切割加工的型腔或凹模类零件，不易用淬透性差的碳素工具，而应采用淬透性好的材料；2.形状复杂的小零件，因热处理后难于进行磨削加工，必须采用微变形钢。3.1.5 型芯（凸模）的加工方法与工艺本课题设计的是玩具叶轮注射模具，经过考虑动模（凸模）采用整体式。整体式凸模常用加工方法主要是采用切削加工和电火花线切割。因为玩具叶轮曲面较复杂，高度尺寸较大，属于轴对称体类凸模，所以其工艺路线为车削后淬火，再进行磨削和抛光。a.备料凸模151mm151mm56mm b.铣加工毛坯动模板 150.5mm150.5mm55.5mm刀具号T01，M2.0平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度15mm。技术要求：六面间的垂直度误差0.1mmc.平磨 平磨六面见光 六面间的垂直度误差0.02mm d.钳工划线 将动模板组合，划出各孔的中心线和型腔和型芯的轮廓线 e铣 a) 对凸模（除了叶面的曲面）的平面进行铣削 b) 对凸模的曲面部分用数控铣削方法进行 c) 粗铣定模板上的型腔，对型腔的铣削留有余量，留给电火花加工(其中凸模上的槽也用电火花加工)刀具号T02，M1.8平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度12.5mm。 f钻 a) 将动、定模板组合在一起装夹，钻铰30mm的导柱孔和10mm拉料杆孔，这样保证同轴度的要求，便于装配。 b) 将动、定模板分开，钻定模板上的导套孔、螺纹孔和复钻浇口套孔，对动模板上的推杆孔、复位杆孔和螺纹孔进行钻削，并锪导柱的沉头孔。 c) 分别对定模板和动模板的螺纹孔进行攻螺纹。刀具号T03，M2平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度15mm。 g. 热处理 淬火、回火，保证硬度50-55HRC h平磨 平磨六面符合图样尺寸要求，六面间的垂直度误差0.02mm i电火花 用粗、精电极分别粗、精加工型腔表面和型芯的轮廓 j钳工a) 修合型腔和型芯各面交接处的过渡圆弧。b) 抛光型腔和型芯各面。 k清洁型腔和型芯，油封，并用物件遮盖保护型腔和型芯，入库。3.1.6 型腔（凹模）的加工方法与工艺和动模板一样，定模板即凹模同样也采用整体式。本产品的结构复杂程度、生产精度要求等属于中等偏下的要求，因此定模板先进行切削加工，然后在凹模复杂的地方使用仿形铣，然后进行抛光。a.备料凹模151mm151mm54mmb.铣加工毛坯定模板 150.5mm150.5mm53.5mm技术要求：六面间的垂直度误差0.1mm刀具号T01，M2.0平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度15mm。c.平磨 平磨六面见光 六面间的垂直度误差0.02mm d.钳工划线 将动定模板组合，划出各孔的中心线和型腔和型芯的轮廓线e铣 a) 对凸模（除了叶面的曲面）的平面进行铣削 b) 对凸模的曲面部分用数控铣削方法进行 c) 粗铣定模板上的型腔，对型腔的铣削留有余量，留给电火花加工(其中凸模上的槽也用电火花加工)刀具号T02，M1.8平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度12.5mm。f钻 a) 将动、定模板组合在一起装夹，钻铰30mm的导柱孔和10mm的拉料杆孔，这样保证同轴度的要求，便于装配。 b) 将动、定模板分开，钻定模板上的导套孔、螺纹孔和复钻浇口套孔，对动模板上的推杆孔、复位杆孔和螺纹孔进行钻削，并锪导柱的沉头孔。 c) 分别对定模板和动模板的螺纹孔进行攻螺纹。刀具号T03，M2平刀，主轴转速1400r*min，进给速度1000mm*min,切削深度15mm。 g. 热处理 淬火、回火，保证硬度50-55HRC h平磨 平磨六面符合图样尺寸要求，六面间的垂直度误差0.02mm i电火花 用粗、精电极分别粗、精加工型腔表面和型芯的轮廓 j钳工a) 修合型腔和型芯各面交接处的过渡圆弧。b) 抛光型腔和型芯各面。 k清洁型腔和型芯，油封，并用物件遮盖保护型腔和型芯，入库。3.1.7 其他零件加工的工艺分析考虑到模具其他零件加工的通用性，查找关于模具制造加工工艺的资料书，可以总结以下一些心得。由于使用要求不同，模具零件具有各种不同的形状和尺寸。零件的加工技术主要方面为：A.主要加工表面的尺寸精度；B.主要加工表面的形状精度；C.主要加工表面之间的相互位置精度；D.各加工表面的粗糙度，以及表面质量方面的其他要求；E.热处理要求及其他要求。根据零件结构的特点，在认真分析了零件主要表面的技术要求之后，初步确定为达到要求。3.2 模具的仿真加工MasterCAM是一套基于Windows的PC级CAD/CAM软件。它具有优秀的数控编程功能,有效地解决了几何造型、零件几何形状的显示,交互设计、修改及刀具轨迹生成,走刀过程的仿真显示、验证等问题 。本设计采用MasterCAM对由Pro/ e以stp形式另保存的型芯进行NC加工。首先打开proe型腔造型图，以STP形式另保存。在MasterCAM下进行仿真加工。根据特征分析,考虑到圆角干涉,因此本设计加工采用横向行切法。a. 刀具选择根据尺寸精度要求及所选择的刀具要求，计算出刀具加工轨迹。刀具轨迹包括了粗、精、残料加工的轨迹。本设计采用6mm平底刀进行粗加工,然后采用2mm平底刀进行精加工。Main MenuToolpatheContourChain选取外轮廓，选择End hereDone出现Tool parametersr选取刀具。图3-1 刀具选择图b. 确定后出现刀具路径c. 一系列参数的设置见表3-1所示表3-1参数设置Tool dia (刀具直径)2Depth （切削深度）02Spindle (主轴转速)1500Stepover（切削间距）75%刀具直径Feed Rate (X、Y向进给)150Cutting method（切削方法）ZigzagPlunge（Z向进给）35Max. Rough Step(粗加工切削量)2.0Retract(返回)500Finish Cuts (精加工切削次数)4Finish Step(精加工切削量)0.5d. 进行加工e. 数控加工后置处理程序的生成图3-2 粗加工刀路图图3-3 精加工刀路图图3-4 仿真加工示意图 结论本设计首先说明了塑料工业的重要地位和当今注塑模具的现状，随着经济的发展，塑料工业将继续呈现蓬勃发展之势。其次介绍了注塑件的一般设计原则。在做好注塑成型的准备工作之后，接着介绍了模具设计的内容：浇注系统、温度调节系统、顶出系统和机构系统（其实也可以归为顶出系统，该系统如斜导柱、滑块和开闭器等）。本设计是为玩具叶轮注射成型而专门设计的。为了能达到质量好、效率高，本设计采用点浇口及推板推杆脱模的方式进行设计。并且大多数零件都采用通用零件。在设计的过程中发现经验公式有不一致的地方，不同公式的计算结果有的相差很大，特别是在温度调节与脱模力的计算这两块。在完成图纸之后发现塑件的设计有的地方是不合理的；还有就是推管处的设计不合理，按该塑件加工，则标准推管需要再加工；从这里可以知道，注塑件的设计与模具设计关系密切，好的塑件结构可以简化模具结构，降低生产成本。单分型面注射模是最为简单和常见的一种结构形式，约占全部注射模具的70%左右，但目前传统冷流道模具设计还是以经验为主，很难对注射各参量进行严密的数学建模，因为各参量相互影响，关系复杂。随着科技的进步及注射理论的突破，热流道模具发展的越来越迅速，随着技术的成熟，热流道模的生产控制将会变得比以前更为轻松，产品质量将会得到更好提高，所以，以后注射模具的研究会以热流道模具为主。 参考文献1 李德群等注塑模CAE的三维等值线生成算法N华中理工大学学报，19966(24)2 杨占尧UG NX3.0注塑与冲压级进模具设计案例精解M化学工业出版社， 200610.3 许发樾模具实用技术设计手册M机械工业出版社，20058 4 赵中华,曹阳根. 逆向工程在快速模具制造中的应用研究J现代模具，20071.5 ICAD逆向工程技术在模具制造中的应用JICADBBS，200605 6 彭建生模具设计与加工速查手册北京：机械工业出版社，200567 付宏生,刘京华注塑制品与注塑模具设计M化学工业出版社，20037(02).8 杨占尧塑料注塑模结构与设计M清华大学出版社，200499 程嫣,李建华基于ANSYS的杆形件正挤压组合凹模优化设计J模具工业， 2006810 耿铁模具型腔数控加工计算机辅助刀具选择研究N华中科技大学学报，20042(05) 致 谢在这次