模具課程設(shè)計(jì)

1、構(gòu)成模具型腔的所有零件統(tǒng)稱為成型零部件.包括：凹模、凸模、型芯、成型桿、螺紋成型桿、各種成型環(huán)和成型鑲塊等。設(shè)計(jì)模具時(shí)：（1）應(yīng)根據(jù)材料的性能、塑件的使用要求確定型腔總體結(jié)構(gòu)、澆口位置、分型面、排氣部位、脫模方式；（2）根據(jù)塑件尺寸，計(jì)算成型零部件的工作尺寸，確定零件結(jié)構(gòu)、組合方式及機(jī)加工工藝要求等。（3）對(duì)關(guān)鍵成型零部件進(jìn)行強(qiáng)度與剛度校核。工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要包括：凹模(型腔)、凸模(型芯)的徑向尺寸(含長(zhǎng)、寬尺寸)與高度（深度）尺寸，以及中心距尺寸等。為了保證塑件質(zhì)量，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級(jí)確定相應(yīng)的成型零部件工作尺寸與精度。1.模腔工作

2、尺寸的計(jì)算凸模、凹模組成的模腔工作尺寸計(jì)算方法有平均收縮率法和公差帶法兩種。平均收縮率法以平均概念進(jìn)行計(jì)算，從收縮率的定義出發(fā)，按塑件收縮率、成型零件制造公差、磨損量都為平均值時(shí)計(jì)算，得到的公式見表4-8。凹模（型腔）徑向尺寸凹模（型腔）深度尺寸凸模（型芯）徑向尺寸凸模（型芯）高度尺寸成型中心距尺寸Scp為塑料平均收縮率/%；z為模具制造公差/mm；c為模具磨損公差/mm；為塑件公差/mm；下標(biāo)s、m分別代表塑件和模具，一般取z=/3，c=/6塑料模具型腔的側(cè)壁和底壁厚度的計(jì)算有兩類：基于強(qiáng)度計(jì)算和基于剛度計(jì)算。 工程中的模具既不允許因強(qiáng)度不足而產(chǎn)生明顯的變形甚至破壞，也不允許因剛度不足而產(chǎn)生

3、過大變形。大尺寸型腔剛度不足是主要問題，應(yīng)按剛度條件計(jì)算；對(duì)于小尺寸型腔，強(qiáng)度不足是主要問題，應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算。1.圓形型腔厚度計(jì)算 圓形型腔是指模具內(nèi)外壁呈圓形的幾何構(gòu)形，有整體式、組合式兩類。（1）組合式圓形型腔 圓形型腔組合方式是整體側(cè)壁鑲在型腔底部。1)組合式圓形型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算圖4-67 組合式圓形型腔受力圖 計(jì)算力學(xué)模型參見圖，可視為“兩端敞開，僅受均勻內(nèi)壓的厚壁圓筒”。根據(jù)廣義虎克定律，有：側(cè)壁剛度計(jì)算公式：側(cè)壁強(qiáng)度計(jì)算公式：s圓形型腔側(cè)壁厚度，mm；r型腔半徑，可取塑件半徑，mm；p型腔壓力，MPa；E模具材料的彈性模量，MPa；型腔徑向允許的變形，mm； 模具材料的泊松比，

4、(碳鋼=0.25)；模具材料的許用應(yīng)力，MPa。2)組合式圓形型腔底板厚度的計(jì)算 組合式圓形型腔底板厚度計(jì)算的力學(xué)模型為：“周邊簡(jiǎn)支，整個(gè)面板受均布載荷的圓形平板”，其最大撓度發(fā)生在板的中心。底板厚度剛度計(jì)算公式： 底板厚度強(qiáng)度計(jì)算公式3)組合式圓形型腔墊板厚度的計(jì)算 動(dòng)模墊板是“組合式圓形型腔底板的厚度”，乘以修正系數(shù)k，得到圓形型腔動(dòng)模墊板厚度H(mm)的計(jì)算公式：2)整體式圓形型腔底板厚度計(jì)算 整體式圓形型腔底板的力學(xué)模型是“周邊固支，整個(gè)平面受均布載荷”的圓形平板，其最大撓度發(fā)生在板的中心，則底板剛度計(jì)算公式：圖4-68 整體式圓形型腔受力圖底板強(qiáng)度計(jì)算公式成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算注射

5、模具的成型零件是指構(gòu)成模具型腔的零件，通常包括了凹模、型芯、成型桿等。凹模用以形成制品的外表面，型芯用以形成制品的內(nèi)表面，成型桿用以形成制品的局部細(xì)節(jié)。成形零件作為高壓容器，其內(nèi)部尺寸、強(qiáng)度、剛度，材料和熱處理以及加工工藝性，是影響模具質(zhì)量和壽命的重要因素。如果型腔和底板厚度過小，可能因強(qiáng)度不夠而產(chǎn)生塑性變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生撓曲變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)首先根據(jù)塑料的性能、制件的使用要求確定型腔的總體結(jié)構(gòu)、澆口、分型面、排氣部位、脫模方式等，然后根據(jù)制件尺寸，計(jì)算成型零件的工作尺寸，從機(jī)加工工藝角度決定型腔各零件的結(jié)構(gòu)和其他細(xì)節(jié)尺寸，以及機(jī)加工

6、工藝要求等。此外由于塑件熔體有很高的壓力，因此，應(yīng)通過強(qiáng)度和剛度計(jì)算來確定型腔壁厚，尤其對(duì)于重要的精度要求高的型腔，更不能單純憑經(jīng)驗(yàn)來確定型腔壁厚和底板厚度。成型零件鋼材的選用對(duì)于模具鋼的選用，必需要符合以下幾點(diǎn)要求：1）機(jī)械加工性能良好。要選用易于切削，且在加工以后能得到高精度零件的鋼種。2）拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件工作表面，多需要拋光達(dá)到鏡面，Ra0.05m。要求鋼材硬度在HRC3540為宜。過硬表面會(huì)使拋光困難。鋼材的顯微組織應(yīng)均勻致密，極少雜質(zhì)，無疵斑和針點(diǎn)。3）耐磨性和抗疲勞性能好。注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱溫度交變應(yīng)力作用。一般的高碳合金鋼可經(jīng)熱處理獲得高硬

7、度，但韌性差易形成表面裂紋，不以采用。所選鋼種應(yīng)使注塑模能減少拋光修模次數(shù)，能長(zhǎng)期保持型腔的尺寸精度，達(dá)到所計(jì)劃批量生產(chǎn)的使用壽命期限。4）具有耐腐蝕性。對(duì)有些塑料品種，如聚氯乙稀和阻燃性的塑料，必須考慮選用有耐腐蝕性能的鋼種。我國(guó)鋼鐵冶金行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YB/T0941997推薦的塑料模具鋼的用途見表2-5表2-5 塑料鋼主要性能鋼號(hào)特性和用途SM45價(jià)格低廉、機(jī)械加工性能好，用于日用雜品、玩具等塑料制品的模具SM50硬度比SM45高，用于性能要求一般的塑料模具SM55淬透性好、強(qiáng)度比SM50好，用于較大型的、性能要求一般的塑料模具SM1CrNi3塑性好，用于需冷擠壓反印法壓出型腔的塑料模具制作SM

8、45鋼屬碳素塑料模具鋼，其化學(xué)成分與高強(qiáng)中碳優(yōu)質(zhì)結(jié)構(gòu)鋼45鋼相近，但鋼的潔凈度更高，碳含量的波動(dòng)范圍更窄，力學(xué)性能更穩(wěn)定。SM45鋼經(jīng)正火或調(diào)質(zhì)處理后，具有一定的硬度、強(qiáng)度和耐磨性，而且價(jià)格便宜，切削加工性能好，適宜制造形狀簡(jiǎn)單的小型塑料模具或精度要求不高、使用壽命不需很長(zhǎng)的模具等。綜上所述，再根據(jù)本塑件手機(jī)外殼，為日常用品，其生產(chǎn)批量中等，本設(shè)計(jì)的成型零件的材料取SM45鋼。成型零件工作尺寸計(jì)算制品尺寸能否達(dá)到圖紙尺寸的要求，與型腔、型芯的工作尺寸的計(jì)算有很大關(guān)系。成型零件工件尺寸的計(jì)算內(nèi)容包括：型腔和型芯的徑向尺寸（含矩形的長(zhǎng)和寬）、高度尺寸及中心距尺寸等。成型零件工作尺寸的計(jì)算方法很多，

9、現(xiàn)以塑料的平均收縮率為基準(zhǔn)計(jì)算。（1）型腔內(nèi)徑尺寸計(jì)算（mm）式中，型腔內(nèi)徑尺寸（mm）D制品的最大尺寸（mm）Q塑料的平均收縮率（%），ABS的平均收縮率為0.5%制品公差系數(shù)，可隨制品精度變化，一般取0.50.8之間模具的制造公差，一般取=按矩形計(jì)算，手機(jī)后蓋長(zhǎng)度、寬度上的最大尺寸分別為=102mm=45mm根據(jù)塑件的要求取：=0.44mm=0.28mm，則=（8282×0.005-×0.44）=82.74mm=(42+42×0.005-×0.28) =42.42mm（2）型芯徑向尺寸計(jì)算模具型芯徑向尺寸是由制品的內(nèi)徑尺寸所決定的，與型腔徑向尺寸的計(jì)

10、算原理一樣，分長(zhǎng)、寬兩部分計(jì)算：(mm)式中，型芯外徑尺寸(mm)制品內(nèi)徑最小尺寸(mm) 其余符號(hào)含義同型腔計(jì)算公式。按矩形計(jì)算，手機(jī)后蓋長(zhǎng)度、寬度的最小尺寸分別為=81mm=40mm由上可知， =0.44mm=0.28mm，則=（8181×0.005-×0.44）=81.73mm=（40+40×0.005-×0.28）=40.39mm（3）型腔深度尺寸計(jì)算模具型腔深度尺寸是由制品的高度尺寸所決定，設(shè)制品名義高度尺寸為最大尺寸，公差負(fù)偏差。型腔深度名義尺寸為最小尺寸，其公差為正偏差+。由于型腔底部或型芯端面的磨損很小，可以略去磨損量，在計(jì)算中取，加上制

11、造偏差有：z)(d+D-+=32QhhH11M（mm）式中型腔的深度尺寸（mm）制品高度最大尺寸（mm）由零件圖上可知， =5mm，可得， =0.14mm，因此=（5+5×0.005-2/3×0.14）=4.93mm（4）型芯高度尺寸計(jì)算模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所決定，設(shè)制品高度名義尺寸為最大尺寸公差為正偏差+，型芯高度設(shè)計(jì)為最大尺寸，其公差為負(fù)偏差-。根據(jù)有關(guān)的經(jīng)驗(yàn)公式：=（+Q+）（mm）式中型芯高度尺寸（mm）制品深度最小尺寸（mm）由零件圖中可得，=4mm，查表1-15得，=0.12mm=（44×0.005+）=6.14mm（5）型腔壁厚與底板厚

12、度計(jì)算注射成型模型腔壁厚的確定應(yīng)滿足模具剛度好、強(qiáng)度大和結(jié)構(gòu)輕巧、操作簡(jiǎn)便等要求。在塑料注射充型過程中，塑料模具型腔受到熔體的高壓作用，故應(yīng)有足夠的強(qiáng)度、剛度。否則可能會(huì)因?yàn)閯偠炔蛔愣a(chǎn)生塑料制件變形損壞，也可能會(huì)彎曲變形而導(dǎo)致溢料和飛邊，降低塑料制件的尺寸精度，并影響塑料制口的脫模。從剛度計(jì)算上一般要考慮下面幾個(gè)因素：（1）使型腔不發(fā)生溢料，ABS不溢料的最大間隙為0.05mm。（2）保證制品的順利脫模，為此同時(shí)要求型腔允許的彈性變形量小于制品冷卻固化收縮量。（3）保證制品達(dá)到精度要求，制品有尺寸要求，某些部位的尺寸常要求較高精度，這就要求模具型腔有很好的剛度。按整體式的凹模計(jì)算側(cè)壁厚度：（mm）式中，b凹模側(cè)壁理論厚度（mm） h凹模型腔的深度（mm）p凹模型腔內(nèi)熔體壓力（Mpa）凹模長(zhǎng)邊側(cè)壁的允許彈性變形量（mm），一般塑件=0.005mmc=1.08=0.8 E=2.1×10Mpa b=2.89mm取壁厚大于10mm就能能滿足要求。底板厚度計(jì)算，根據(jù)公式（mm）由=2.3，=2.8×10，=0.005，則=5.89mm取實(shí)際底板厚度大于10mm就能滿足要求。 成型零件強(qiáng)度、剛度的校核本設(shè)計(jì)屬中小型、鑲拼式塑料模具，所以型腔壁厚按強(qiáng)度條件計(jì)算，按剛度條件校核。根據(jù)模具材料應(yīng)用手冊(cè)得本設(shè)計(jì)所使用的模具材料為SM50，其相關(guān)參數(shù)如表2-6表2-6 SM50主