直線導(dǎo)軌滑塊模具的設(shè)計與制造

臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） I 目 錄 文本成果 摘要 1 關(guān)鍵詞 1 引言 1 1 設(shè)計任務(wù)分析 1 2 方案的初步選定 1 3 方案的詳細(xì)設(shè)計 3 3.1 滑塊材料的選擇 3 3.2 注射機(jī) 的選型 4 3.3 導(dǎo)軌滑塊注射模具設(shè)計 4 3.3.1 分型面的確定 4 3.3.2 型腔數(shù)的確定 4 3.3.3 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 4 3.3.4 澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)設(shè)計 5 3.3.5 推出、抽芯及復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 3.3.6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 6 3.3.7 模架設(shè)計 6 3.4 直線導(dǎo)軌模具的制造 7 3.4.1 模具線切割編程 7 3.4.2 模具制造工藝設(shè)計 8 3.5 模具的裝配及配作 11 3.6 滑塊各個零件的組裝 11 4 總結(jié)評價 12 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） II 致謝 13 參考文獻(xiàn) 13 實(shí)際成果 直線導(dǎo)軌滑塊產(chǎn)品實(shí)物（照片） 14 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 1 - 直線導(dǎo)軌滑塊模具的設(shè)計與制造 李 琳 摘 要： 本文以直線導(dǎo)軌滑塊模具為研究對象，通過對直線導(dǎo)軌滑塊產(chǎn)品的分析，選擇了合適的產(chǎn)品及模具材料，并對模具的成型工藝進(jìn)行了合理的設(shè)計，編制了工藝設(shè)計路線，給出了詳細(xì)的加工制造方案，最終證明，所設(shè)計的模具結(jié)構(gòu)合理，工藝路線正確， 所加工的直線導(dǎo)軌滑塊產(chǎn)品精度符合要求。 關(guān)鍵詞： 設(shè)計、 UG/CAXA、線切割、澆注系統(tǒng) 引言 模具是用來成型物品的工具，它主要通過所成型材料物理狀態(tài)的改變來實(shí)現(xiàn)物品外形的加工 ，模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。模具 是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。 模具主要分六大類： 注射成型模具、擠出成型模具、壓塑成型模具、吹塑成型模具、吸塑成型模具、高發(fā)泡聚苯乙烯成型模具 。 模具設(shè)計水平的高低、加工設(shè)備的好壞、制造力量的強(qiáng)弱、模具質(zhì)量的優(yōu)劣，直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā) 和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。美國工業(yè)界認(rèn)為“模具是美國工業(yè)的基石”，日本則稱“模具是促進(jìn)社會繁榮富裕的動力”。事實(shí)證明，在儀器儀表、家用電器、交通、通信和輕工業(yè)等各行業(yè)的產(chǎn)品零件中，有70%以上是采用模具加工而成。 1 設(shè)計任務(wù)分析 本文的設(shè)計目標(biāo)是完成直線導(dǎo)軌滑塊模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，首先對于直線導(dǎo)軌滑塊模具進(jìn)行三維造型，分析零件的特性，進(jìn)而選擇合理的加工工藝，編制工藝設(shè)計路線，對每道工藝進(jìn)行計算、校核驗(yàn)證，最后完成直線導(dǎo)軌滑塊模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計和產(chǎn)品的生產(chǎn)。 2 方案的初步選定 本課題 的目標(biāo)是完成直線導(dǎo)軌滑塊模具的設(shè)計與制造，最終完成直線導(dǎo)軌滑塊產(chǎn)品的成型。零件如下圖所示： 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 2 - 圖 1 直線滑塊 要完成直線導(dǎo)軌滑塊的加工任務(wù)，可將此任務(wù)分解成以下三個階段：（ 1）選擇合理的注塑工藝，完成直線導(dǎo)軌滑塊模具的各零部件的設(shè)計；（ 2）采用線切割、磨削、銑削等制造工藝完成直線導(dǎo)軌滑塊模具的加工；（ 3）完成模具成品的組裝，加工出尺寸精度、表面質(zhì)量都符合圖紙要求的成品。 圖 2 直線滑塊模具 注意事項(xiàng)： A：模具備料時要 采用鍛件 45 號中碳鋼 ，在設(shè)計模具時應(yīng)加注意。 B：塑件成型時用 ABS 與 PC 合成塑料 ,料筒成型溫度在 245-250 之間 。 C：從產(chǎn)品質(zhì)量考慮， ABS 與 PC 合成塑料在料筒時間過長易分解發(fā)黃，故每模全程時間應(yīng)控制在 18 秒以內(nèi) 。 D：由于是大批生產(chǎn)，應(yīng)重視模具材料和結(jié)構(gòu)的選擇，保證一定的模具壽命。 根據(jù)制件工藝性分析 注塑模具滑塊設(shè)計 。 加工要求高，其制作技術(shù)長期以來一直是模具成功與否的關(guān)鍵?；瑝K 鍛件部分 制作以往成熟的工藝是：銑加工 、線切割、磨床等進(jìn)行制造。塑料部分 要想獲得合格的塑料制品，除合理選用塑件的原材料外，還得必須臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 3 - 考慮塑件的結(jié)構(gòu)工藝性。塑件 的結(jié)構(gòu)工藝性與模具設(shè)計有直接關(guān)系，只有塑件設(shè)計滿足成型工藝要求，才能設(shè)計出可靠的模具結(jié)構(gòu)。模具裝配圖如下圖所示。 3 方案的詳細(xì)設(shè)計 3.1 滑塊材料的選擇 本產(chǎn)品是導(dǎo)軌滑塊，首先從它的使用性能上分析必須具備有一定的耐熱性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。能滿足以上性能的塑料有多種，但從材料的來源以及材料的成本考慮。 表 3.1 塑件的原材料分析 塑料品種 結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 使用溫度 化學(xué)穩(wěn)定性 性能特點(diǎn) 成型特點(diǎn) 聚碳酸酯PC 線性結(jié)構(gòu)非結(jié)晶型 -130130 較好，比較穩(wěn)定 剛而韌，抗沖擊性好，耐高低溫，耐應(yīng)力，開 裂性差，有一定的吸水性。 成型性能良好，成型前原料干燥 結(jié)論 該塑料有良好的工藝性能，適宜注射成型，成型前原料要干燥處理 表 3.2 塑件的原材料分析 密度 比溶 吸水率 熔點(diǎn) 收縮率 熱變形溫度 1.021.05 0.80.98 0.2%0.4% 130160 0.3%0.8% 83103 抗拉強(qiáng)度 拉伸彈性模量 彎曲強(qiáng)度 沖擊強(qiáng)度 硬度 體積電阻率 50MPa 1.8 107MPa 80Mpa 11KJ/m2 9.7HB 6.9 1016 綜上所述，此次滑塊塑料部分材料采用 ABS+PC，這兩種材料有不同的缺點(diǎn)。 PC 流動性，但機(jī)械性能好。 ABS 流動性、電鍍、噴涂效果好，但機(jī)械性能不如 PC。如果有電鍍要求，則材料中 PC 的含量不能大于 30%，因?yàn)榧?PC 后對電鍍的附著力有影響。 該產(chǎn)品 ，要求具有一定的強(qiáng)度、剛度、耐熱和耐磨損等性能，同時還必須滿足絕緣性。 ABS 合成塑料以其具有很好的韌性 ( 抗震性 ) 、密封性，很高的機(jī)械強(qiáng)度，耐化學(xué)腐蝕。 根據(jù)以上特點(diǎn)以及經(jīng)濟(jì)因素，采用 ABS 與 PC 合成塑料，其收縮率為 0.6%。 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 4 - 3.2 注射機(jī)的選型 根據(jù)對塑件的分析，可選用 HTF-180T 型角式熱塑性塑料 注射機(jī)。 該型號的注射機(jī)中心頂桿直徑為 40，所以，應(yīng)在模具的動模座板上加工出一個等于或大于該直徑（40）的孔，以便頂出用。 3.3 導(dǎo)軌滑塊注射模具設(shè)計 3.3.1 分型面的確定 在注塑模具的設(shè)計中，分型面的設(shè)計很關(guān)鍵，其設(shè)計的結(jié)果將直接影響到模具結(jié)構(gòu)可靠性、模具加工難度和模具設(shè)計制造費(fèi)用、以及塑件的外觀質(zhì)量；由于分型面的設(shè)計對于同一產(chǎn)品具有不同的結(jié)果 ,所以分型面的設(shè)計確定有一定的難度。 分型面的設(shè)計原則 : （ 1）保證產(chǎn)品的外觀質(zhì)量和精度。 （ 2）保證模具零件成型時的剛性。 （ 3）分型面應(yīng)該 有利于側(cè)向抽芯。 （ 4）分型面應(yīng)該有利于塑件脫模。 （ 5） 分型面的選擇和設(shè)計應(yīng)該有利于加工制造。 3.3.2 型腔數(shù)的確定 該面板對尺寸、精度、性能及表面粗糙度等都有嚴(yán)格的要求，如果設(shè)計成多腔模，在制造過程中所產(chǎn)生的誤差和成型工藝的誤差，勢必會造型塑件尺寸精度降低約 48，由于前面已經(jīng)確定注塑機(jī)型號，由該注塑機(jī)的技術(shù)規(guī)范及塑件的技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求。 因此該模具設(shè)計為一模一腔，使塑件的精度提高，增加塑件生產(chǎn)的穩(wěn)定性。 3.3.3 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計 注射模的溫度對塑料熔體的充模流動、固化類型、生產(chǎn)效率及塑件的形狀和 尺寸精度都有重要影響，注射模中設(shè)置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的目的，就是通過控制模具溫度，使注射成型具有良好的產(chǎn)品質(zhì)量和較好的生產(chǎn)效率。 該模具已經(jīng)確認(rèn)采用熱流道澆注系統(tǒng)，熱流道中裝有電熱棒，可以滿足模具在注射成型時所需要的塑料溫度，該溫度由溫控箱控制。 水路設(shè)計的目的一是使成品均勻冷卻，并在較短時間內(nèi)頂出成型；另一作用是使模具溫臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 5 - 度保持恒定來提高塑件的質(zhì)量。水路排布的好壞直接影響到產(chǎn)品的成型質(zhì)量和生產(chǎn)周期(成本 ) 3.3.4 澆注系統(tǒng)及排溢系統(tǒng)設(shè)計 澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道，除直接澆口外，它是澆注系統(tǒng)中截面最小的部分，但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的位置、形狀及尺寸對塑件性能和質(zhì)量的影響很大。 該模具采用熱流道澆注系統(tǒng)中的大水口系列，側(cè)澆口進(jìn)膠。 澆口設(shè)計：澆口應(yīng)盡量縮減其長度、深度、寬度。若澆口過小 ,則易造成充填不足 ,收縮下陷融合線等外觀缺陷 ,且成型收縮會增大 ；若澆口過大 ,則澆口周遍產(chǎn)生殘留應(yīng)力 ,導(dǎo)致成品變形或碎裂 ,且澆口去除困難 .因澆口的尺寸可由橫截面積和澆口長度定出 . 當(dāng)塑料熔體填充型腔時，必須順序排出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不能被 排除干凈，一方面會在塑件上行成氣泡、接縫、表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷；另一方面氣體受壓，體積縮小而產(chǎn)生高溫會導(dǎo)致塑件局部碳化或燒焦，同時積存的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度，因此必須考慮排氣問題。 因?yàn)樵撃＞哂袀?cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，所以滑塊可以有排氣效果，同時，在分型面上開設(shè)排氣槽排氣，排氣封膠距離為 5-8mm。寬度 4mm，深度 0.02mm，如圖 3 所示。 圖 3 分型面上排氣槽尺寸選擇 冷料穴是用來容納注射間隔所產(chǎn)生的冷料，這些溫度相對較低的冷 料進(jìn)入型腔后，會產(chǎn)生次品塑件。該模具設(shè)計為倒錐形的冷料，靠推桿強(qiáng)制頂出。 3.3.5 推出、抽芯及復(fù)位機(jī)構(gòu)設(shè)計 塑件在從模具上取下之前，還有一個從模具的成型零件是脫出的過程，是塑件從成臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 6 - 型零件上脫出的機(jī)構(gòu)稱為推出機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動作是通過裝在注塑機(jī)合模機(jī)構(gòu)上的頂桿或液壓缸來完成。 3.3.6 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動、定模合模時，正確定位和導(dǎo)向的零件，合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式，通常采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套，如圖 4 所示。 圖 4 導(dǎo)柱導(dǎo)套及其配合 3.3.7 模架設(shè)計 模具的結(jié)構(gòu)零件主要是固定成形零件，使其組成一體的零件。主要包括定模座板、動模座板、定模板和動模板等。組裝圖為 圖 5 模架 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 7 - 3.4 直線導(dǎo)軌模具的制造 3.4.1 模具線切割編程 B 指令概述 程序格式： BxByBjGZ B 分隔符，用來區(qū)分、隔離 x、 y 和 j 等數(shù)碼， B 后的數(shù)字如為零，則零可以省略； x、 y 直線的終點(diǎn)或圓弧起點(diǎn)的坐標(biāo)值，編程時均取絕對值，單位取 um； j 計數(shù)長度，單位 um； G 計數(shù)方向，分 Gx 和 Gy,即按 x 方向或 y 方向計數(shù)； Z 加工指令，分直線加工和圓弧加工兩大類，直 線加工按所在象限分為 L1（含 +X）、L2（含 +Y）、 L3（含 -X）、 L4（含 -Y）四種 ；圓弧加工按順時針、逆時針分為 SR1、 SR2、SR3、 SR4和 NR1、 NR2、 NR3、 NR4八種，如下圖所示 圖 6 線切割加工軌跡 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 8 - BBB5000GyL1 /加工 AB 直線 B1B7B3000GYSR3 /加工圓弧 BC B2B7B1000GXL2 /加工直線 CD B3B18B10GYL1 /加工直線 DE B4B18B1000GXL1 /加工直線 EF B5B21B3000GYSR2 /加工圓弧 FG B6B23B2000GYL1 /加工直線 GH B7B23B1000GYSR2 /加工圓弧 HI B8B23B25000GXL1 /加工直線 IJ 3.4.2 模具制造工藝設(shè)計 工序 1：備料。采用鍛件 45號中碳鋼。精磨平面后，模板倒角 .清理模板表面油污。 工序 2：如 下 圖 ,加工銷釘。 此板為正面板。 鑲件固定板，由于導(dǎo)軌是雙面兩側(cè)的， 故采用 8個 10MM 銷釘。 且全部對稱 ，具體孔位如圖。 . 圖 7 模具正面板 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 9 - 工序 3：如 上 圖，加工固定螺釘。兩邊各 1個， 壁 厚 14，要求螺釘旋入 15MM,故螺釘規(guī)格為 M6x8。 工序 4：擰緊螺釘，并用千分卡尺檢測 的厚度 。 要求厚度與理論數(shù)據(jù)公差在 0.02MM內(nèi)。 工序 5: 精磨導(dǎo)軌基準(zhǔn) 。 如 上 圖，磨 削 面，高度 70MM，要求加工 后 與 左右側(cè) 板 和上下板 （開模面）垂直，垂直度 0.02以內(nèi)。磨削前必須調(diào)整好砂輪平衡度，精整砂輪，修正磁板平面。為防止磨削過程中模板的熱變型，冷卻水必須充分覆蓋工件。 工序 6：線切割加工 左右側(cè)面板 (如 下 圖 )。 加工前須以工序 5完工的磨削面為基準(zhǔn)校直。 圖 8 模具左右側(cè)面板 工序 7：線切割加工模具滑快 上下蓋板。 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 10 - 圖 9 模具滑塊上下蓋板 加工說明： 1：機(jī)床為南昌江南產(chǎn) 2535型， 1998年產(chǎn)，較舊。但床身鑄件結(jié)實(shí)，穩(wěn)定性好，線架為本人自行改裝加高。 2：考慮到加工工件高度較高，故乳化水 以 1： 25泡制，較稀。 3：將 B1,B2， B3板用夾具夾緊測量間隙。測量前用汽油清洗加工表面，務(wù)必倒鈍。 對比上表數(shù)據(jù)，以及對加工面的比較，結(jié)論如下： 方案 1：加工速度略優(yōu)勢，但表面光潔度較差； 方案 2，加工速度較方案 1稍慢，但表面光潔度較理想，并且加工穩(wěn)定性較好，切割順暢； 方案 3，加工過程不穩(wěn)定 .放電斷斷續(xù)續(xù)，且斷絲，加工面較差。 綜合考慮，采用方案 2。 特別要強(qiáng)調(diào)的是，雖然加工工件是經(jīng)過鍛打加工的，但仍不能完全消除其內(nèi)部應(yīng)力，加工過程中仍有應(yīng)力釋放，導(dǎo)致工件變形。故在加工過程中，當(dāng)工作絲切入工件 12mm 時，必須用 35件強(qiáng)磁塊騎縫地吸在起割線上，同時也能防止加工結(jié)束時，工件下墜砸傷機(jī)床及損傷工件本身。 工序 8：加工潤滑油道 。 此工序簡單，或銑 .或磨都能加工，要保證各分流道之間油路的貫通，深度 0.5-0.8之間。 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） - 11 - 工序 9：滑塊表面氮化處理 鍛件 45號鋼表面硬度僅 HRC25左右，盡管有油道潤滑，模具開閉?；瑒宇l繁，其硬度還是不夠的，滑塊與導(dǎo)軌易發(fā)生 “ 咬啃 現(xiàn)象。早期的工藝是液體氮化，其表面硬度能達(dá)到 HRC40左右，其缺點(diǎn)是變形量大。隨著工藝的進(jìn)步，真空表面氮化工藝的推廣，克服了變形量大的缺陷。實(shí) 際工作中發(fā)現(xiàn)，真空表面氮化工藝后的 45號鋼導(dǎo)軌變形量還是有的，我公司的經(jīng)驗(yàn)值是千分之 0.3-0.5。有效的克服辦法是：氮化前，將 B1板 .B3板與板 C 擰緊螺釘，然后一起進(jìn)爐。并且板 C 為滑塊接觸面，其氮化后有效地增加了耐磨性，提高了模具的使用壽命。 3.5 模具的裝配及配作 根據(jù) 2D 草圖對該模具進(jìn)行 3D 造型，通過最終評審確定后，往電極組及編程中心下發(fā)加工數(shù)據(jù)。 這時開始訂購動、定模鑲塊及滑塊等模料，并且采購斜導(dǎo)柱、頂針、滑塊彈簧、復(fù)位彈簧等標(biāo)準(zhǔn)件。繪制加工圖紙，下發(fā)線切割加工數(shù)據(jù)。 該模具屬于汽車內(nèi)飾件，要 求比較高，加工過程中嚴(yán)格按圖加工，保證單件尺寸合格。但是由于加工誤差，在加工完成后，要完成鑲塊及滑塊的配作，主要采用涂紅丹，通過紅丹顏色的變化來確定配合間隙。 3.6 滑塊各個零件的組裝 根據(jù)下表對模具滑塊進(jìn)行組裝 臺州科技職業(yè)學(xué)院畢業(yè)設(shè)