拉線盤注塑模具設(shè)計與制造

畢業(yè)設(shè)計說明書拉線盤注塑模具設(shè)計與制造院（系）名稱工學院機械系專業(yè)名稱材料成型及控制工程2012年5月15日拉線盤注塑模具設(shè)計與制造摘要塑料制品具有原料來源豐富,價格低廉,性能優(yōu)良等特點。它在電腦、手機、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用。注射成形是塑件成形的主要方法，因此應(yīng)用范圍很廣。本課題主要是針對拉線盤的注塑模具設(shè)計,注射材料為ABS。ABS塑件具有重量輕、易清潔、耐腐蝕老化、強度高、使用壽命長，制作方便、價格低廉等特點。通過對塑件進行工藝的分析和比較,最終設(shè)計出一副合格的注塑模具。該設(shè)計從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性，具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、頂出系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、注塑機的選擇及有關(guān)參數(shù)的校核、都有詳細的設(shè)計。由于該塑件側(cè)面帶有溝槽，不易取出塑件，本模具采用了斜滑塊側(cè)向分型結(jié)構(gòu)，順利解決了這一問題。在設(shè)計過程中使用了很多標準件，減少了設(shè)計的工作量。另外，在本設(shè)計過程中全程使用了pro/E和autoCAD制圖軟件，使設(shè)計更加智能化，簡單化，在降低了傳統(tǒng)設(shè)計的工作強度同時，還使模具的結(jié)構(gòu)更加直觀，合理。關(guān)鍵詞:注射模具，ABS，拉線盤，pro/ECablediskinjectionmolddesignandmanufactureAbstractPlasticproductshaverichmaterialsource,lowprice,excellentperformancecharacteristics.Itplaysanirreplaceableroleincomputers,mobilephones,cars,motors,electrical,instrumentation,homeappliancesandcommunicationproductsmanufacturing.Injectionmoldingisthemainmethodofthermoplasticmolding,soawiderangeofapplications.Thistopicmainlyaimedatthepulldiskinjectionmolddesign,theinjectionmaterialisABS.ABSplasticpartswithlightweight,easycleaning,andcorrosionresistancetoaging,highstrength,longservicelife,convenientmanufacture,lowpriceandothercharacteristics.Throughtheprocessofplasticpartsforanalysisandcomparison,thefinaldesignofaninjectionmold.Processfromtheproductstructureoftheproject,specificmoldstructurestartingonthecastingmoldsystem,moldformingpartofthestructure,thetopoutofthesystem,coolingsystem,thechoiceofinjectionmoldingmachinesandrelatedparametersofthecheck,allaredetaileddesign.Becausetheplasticsideisprovidedwithagroove,itisnoteasytotakeoutplasticparts,themoldusingtheslantingslidingblocksidepartingstructure,successfullysolvedtheproblem.Iusedalotofstandardpartsinthedesignprocess,effectivelyreducedtheworkloadofdesigning.Inaddition,inthedesignprocessoffulluseofPro/EandautoCADdrawingsoftwaremakesthedesignmoreintelligent,simple,notonlyreducesthetraditionaldesignworkintensityatthesametime,butalsomakesthemoldstructureismoreintuitive,rational.

Keywords：injectionmold,ABS,cabledisk,pro/E目錄1緒論 12塑件成型工藝分析 32.1塑件的原材料分析 32.2塑件的注射工藝分析 32.3塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析 32.4初選注射機 52.5脫模斜度 53型腔數(shù)量、分型面的選擇及澆注系統(tǒng)的確定 63.1最佳分型面論證 63.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計 63.2.1澆注系統(tǒng)總體設(shè)計 63.2.2主流道設(shè)計 73.2.3主流道尺寸 74塑料模具設(shè)計方案的論證 104.1確定型腔布局 104.2成型零件的結(jié)構(gòu) 104.3推出機構(gòu)的確定 104.4抽芯機構(gòu)的確定 114.5冷卻系統(tǒng)的設(shè)計論證 114.6排氣系統(tǒng)設(shè)計 114.7繪制模具結(jié)構(gòu)草圖 115主要零部件的設(shè)計計算 135.1成型零件的成型尺寸計算 135.2模具型腔壁厚的確定 135.3成型零件材料選擇及熱處理 135.4斜滑塊設(shè)計 135.5楔緊塊的設(shè)計 135.6模具加工工藝 156確定模架尺寸 187抽芯機構(gòu)的設(shè)計計算 217.1抽芯距計算 217.2推出機構(gòu)的設(shè)計計算 217.2.1推出力的計算 217.2.2推桿長度的計算 227.2.3推桿直徑的計算 228導向機構(gòu)的設(shè)計 248.1導向機構(gòu)總體設(shè)計 248.2導柱設(shè)計 248.3導套設(shè)計 259成型設(shè)備的校核計算 269.1注射量的校核 269.2模具閉合高度的校核 269.3模具安裝部分的校核 269.4模具開模行程的校核 269.5鎖模力的校核 279.6注射壓力的校核 2710模具的裝配 2811參數(shù)化實體設(shè)計 2911.1拉線盤的建模 2911.2虛擬裝配 3411.2.1模具的裝配 3411.2.2分解視圖 36總結(jié) 38致謝 39參考文獻 401緒論隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉(zhuǎn)，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞[1]。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”?？梢娔＞吖I(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務(wù)。

近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。Pro/E是美國參數(shù)技術(shù)公司（PTC）的三維CAD、CAM軟件系統(tǒng)，它集成了近幾年CAD方面的一些先進理論和技術(shù)，采用了先進的基于特征的參數(shù)化設(shè)計，使設(shè)計工作更加靈活和簡便。在產(chǎn)品信息模型方面，Pro/E把所有的功能模塊建立在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)上，提供了所有工程項目之間的全關(guān)聯(lián)，真正實現(xiàn)了CAD/CAE/CAM的有機集成，用戶可以同時對同一產(chǎn)品進行并行的設(shè)計工作，從而可以提高設(shè)計質(zhì)量，縮短開發(fā)周期。Pro/E的常用功能有：二維截面的草繪（草圖的繪制、草圖的編輯、草圖的標注、修改尺寸標注、草圖中的幾何約束、修改截面和鎖定尺寸）、零件設(shè)計（模型的顯示設(shè)置、模型樹、層、特征的編輯和編輯定義、旋轉(zhuǎn)特征、倒角特征、圓角特征、孔特征、修飾特征、抽殼特征、筋特征、基準特征、特征的復制和陣列、特征的成組、掃描特征、混合特征、螺旋掃描特征）、曲面設(shè)計（曲面創(chuàng)建、曲面修剪、薄曲面的修剪、曲面合并與延伸、將曲面面組轉(zhuǎn)化為實體或?qū)嶓w表面）、裝配設(shè)計（裝配約束、允許假設(shè)、元件的復制、元件的陣列、裝配體中的層操作、模型的外觀處理）、模型的測量與分析（模型的測量、模型的基本分析、曲線與曲面的曲率分析）、模型的視圖管理（定向視圖、樣式視圖、剖截面、簡化表示、模型的分解、組合視圖）、工程圖的制作（工程圖的視圖、尺寸標注、創(chuàng)建注釋文本、工程圖基準、形位公差的標注、表面粗糙度的標注、工程圖的打?。┑?。本次設(shè)計將用到上述功能中的許多功能。本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是拉線盤注塑模具的設(shè)計，也就是設(shè)計一副注塑模具來生產(chǎn)拉線盤塑件產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對拉線盤的具體結(jié)構(gòu)，通過此次設(shè)計，使我對中心澆口注射模具的設(shè)計有了較深的認識。同時，在設(shè)計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準、期刊等，結(jié)合教材上的知識也對注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、推出機構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設(shè)計積累了一定的經(jīng)驗。2塑件成型工藝分析2.1塑件的原材料分析ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學單體合成，收縮率為0.3%~0.8%，密度為1.02~1.16g/cm3。ABS無毒、無味、呈微黃色，成型的塑件有較好的光澤。從使用性能上看，該塑料具有極好的抗沖擊強度，有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。但是也存在耐熱性不高，耐氣候性較差，在紫外線的作用下易變硬、發(fā)脆等缺點[2]。2.2塑件的注射工藝分析無定形料，易吸濕，含水量超過0.125%即可發(fā)生銀絲，云母斑，氣泡，甚至開裂，應(yīng)充分干燥，并在使用時房子再吸濕。易用螺桿式注射機加工，噴嘴易用直通式并加熱，加工前必須徹底清除對溫度敏感的樹脂，所以最好宜用聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯料進行清洗。成型性能與聚碳酸酯相似，熱穩(wěn)定性比聚碳酸脂差，分解溫度360℃左右，可能發(fā)生熔融破裂。流動性差，對溫度變化敏感，冷卻速度快。要求成型加工溫度高，宜用高壓成型，壓力低易產(chǎn)生波紋，氣泡，凹痕，過高則脫模困難。模具溫度以壁厚而定，一般取90~100℃，對加工復雜或長而薄，厚壁塑件則取140~150℃。模具應(yīng)有足夠剛度和強度，澆注系統(tǒng)應(yīng)短而粗，散熱慢，阻力小，易取直接式，圓片式，扁平或扇形，側(cè)向進料口，截面厚度易取塑件壁厚的1/2~2/3,用針狀進料口時直徑應(yīng)取大，進料口易設(shè)在壁厚處，對薄長塑件宜用多點澆口，模具宜設(shè)冷料穴。ABS注射工藝參數(shù)[3]如表2.1所示：2.3塑件結(jié)構(gòu)工藝性分析（1）塑件為拉線盤，對精度要求不高，未注公差按MT5級公差要求。（2）從圖紙（如圖2.1所示）形為回轉(zhuǎn)體，整體分布均勻，且符合最小壁厚要求。圖2.1拉線盤（3）該塑件為工業(yè)用拉線盤,對其表面質(zhì)量沒有什么高的要求，塑件表面粗糙度可以取Ra=3.2μm。但考慮到它的強度，應(yīng)盡量減少或消除溶解痕。表2.1ABS注射工藝參數(shù)工藝參數(shù)內(nèi)容工藝參數(shù)內(nèi)容注射機類型螺桿式噴嘴形式直通式溫度/℃180～190預熱和干燥溫度80～90℃成型時間/s注射時間3～5時間2h保壓時間15～30料筒溫度/℃前段200～210冷卻時間15～30中段210～230總周期40～70后段180～200螺桿轉(zhuǎn)速/（r/min）30～60注射壓力/MPa70～90后處理方法紅外線燈烘箱保壓壓力/MPa50～70溫度/℃70模具溫度/℃50～70時間/h2～42.4初選注射機本人已用pro/E完成了對塑件件的三維圖形繪制如圖2.2，可查的塑件的體積為9.7cm3，澆注系統(tǒng)體積為0.9cm3，所以總體積=9.7+0.9=10.6cm3，質(zhì)量m=11.7g。據(jù)ABS塑料的注射成型參數(shù)，塑件的體積，結(jié)構(gòu)特點等，注射機初選為：XS-ZY-125，參數(shù)[4,5]如表2.2所示。2.5脫模斜度為便于塑件從模腔中取出，塑件的內(nèi)外壁需要足夠的脫模斜度。外形尺寸以大端為基準，斜度往小處??；內(nèi)形尺寸以小端為基準，斜度往大處取。根據(jù)ABS的性能和文獻[6]表2-2-5：型芯脫模斜度為0.7°，型腔脫模斜度為0.5°。圖2.2塑件三維圖表2.2XS-ZY-125注射機參數(shù)額定注射量125cm3注射方式螺桿式螺桿直徑φ42mm鎖模力900KN注射壓力120Mpa最大成型面積320mm2注射行程115mm最大開模行程300mm最大模具厚度300mm最小模具厚度200mm噴嘴圓弧直徑12mm噴嘴孔直徑4mm

3型腔數(shù)量、分型面的選擇及澆注系統(tǒng)的確定3.1最佳分型面論證由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，從圖3.1中幾種方案中優(yōu)選出較[7]。圖3.1塑件分型面方案一：若選用分型面A，由于塑件中間孔，中間小，兩端大，需要在定模設(shè)置鑲塊，模具生產(chǎn)過程中取件勞動強度大，生產(chǎn)效率低。方案二：若選用分型面B，采用型芯在定模的斜滑塊外側(cè)分型機構(gòu)，能有效有效優(yōu)化模具的結(jié)構(gòu)，使模具結(jié)構(gòu)緊湊合理，避免了鑲塊，有效提高模具生產(chǎn)效率。綜合考慮選用方案二較為合理。3.2澆注系統(tǒng)的設(shè)計3.2.1澆注系統(tǒng)總體設(shè)計澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機的噴嘴起到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道。它的作用是將熔體順利地充滿型腔的各個部位，并在填充及保壓過程中，將注射壓力傳遞到型腔的各個部位以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑件。它向型腔中的傳質(zhì)、傳熱、傳壓情況決定著塑件內(nèi)在和外在質(zhì)量，它的布置和安排影響著塑件成型的難易程度和模具的復雜程度。設(shè)計時應(yīng)注意排氣，熔接痕，尺寸精度等問題。特別是澆口尺寸、位置和數(shù)量的選擇十分關(guān)鍵，應(yīng)有利于熔體流動、避免產(chǎn)生湍流、渦流、噴射和蛇形流動，有利于排氣和補縮，且應(yīng)設(shè)在塑件較厚的部位，以使熔料從后斷面移入薄斷面，以利于補料[8]。3.2.2主流道設(shè)計主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。3.2.3主流道尺寸（1）主流道小端直徑d主流道小端直徑d=注射機噴嘴直徑+（0.5～1）=4+（0.5～1）取d=4.5（mm）這樣便于噴嘴和主流道能同軸對準，也能使的主流道凝料能順利脫出。（2）主流道球面半徑主流道入口的凹坑球面半徑R，應(yīng)該大于注射機噴嘴球頭半徑的2～3mm。否則，兩者不能很好的貼合,會讓塑件熔體反噴,出現(xiàn)溢邊致使脫模困難。故：SR=注射機噴嘴球頭半徑+（2～3）由表2.2知注射機的噴嘴球面半徑為12mm，所以：SR=12+（2～3）取d=14（mm）。（3）主流道長度L一般按模板厚度確定，但為了減小充模時壓力降和減少物料損耗，以短為好。在出現(xiàn)過長流道時，可以將主流道襯套挖出深凹坑，讓噴嘴伸入模具。本設(shè)計中結(jié)合該模具的結(jié)構(gòu)，取L=34（mm）（4）主流道大端直徑D=d+2Ltanα式中α為半錐角。將α=2°帶入公式得：D=4.5+2×34×tan2°≈7mm（5）主流道襯套形式及其固定主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸，屬易損件，對材料要求較嚴，因而模具主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式，即澆口套。本模具是三板模，因此需要盡量減少主流道長度。方案一：用澆口套標準件，這樣只需購買，但是主流道長度過大，在凝料脫模時會產(chǎn)生困難。。固定形式：用定位圈配合固定在模具的面板上。定位圈也是標準件。方案二：在定模座板上開設(shè)階梯孔，將澆口套放入減小主流道長度。澆口套自行設(shè)計。在定模座板上在安裝定位圈定位?？紤]到模具的配件的互換性，我們選用標注澆口套10×30GB/T4169.19—2006如圖3.1所示和標準定位圈90GB/T4169.18—2006如圖3.2所示。圖3.2澆口套圖3.3定位圈（6）澆口的設(shè)計模具設(shè)計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)。方案一：采用潛伏澆口方案二：采用中心澆口由于ABS塑料有較強的韌性和強度，不適宜采用潛伏式澆口，又因為該塑件結(jié)構(gòu)對稱，且中心有通孔，因此可考慮使用中心澆口。中心澆口可分為限制性和非限制性澆口兩種。我們將采用限制性澆口。限制性澆口一方面通過截面積的突然變化，使分流道輸送來的塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度，提高剪切速率，使其成為理想的流動狀態(tài)，迅速面均衡地充滿型腔，另一方面改善塑料熔體進入型腔時的流動特性，調(diào)節(jié)澆口尺寸，可使型腔充滿均勻，可控制填充時間、冷卻時間及塑件表面質(zhì)量，同時還起著封閉型腔防止塑料熔體倒流，并便于澆口凝料與塑件分離的作用。4塑料模具設(shè)計方案的論證4.1確定型腔布局由于該產(chǎn)品的產(chǎn)量為每年10000件，數(shù)量不是很大，考慮到模具的經(jīng)濟性，及保證塑件的精度和模具結(jié)構(gòu)上采用了中心澆口等綜合因素，采用一模一腔。此外，采用一模一腔有利于縮短開模距離，更方便的設(shè)置冷卻系統(tǒng)，使模具結(jié)構(gòu)簡單化。4.2成型零件的結(jié)構(gòu)由于拉線盤帶有側(cè)凹所以采用斜滑塊側(cè)向分型結(jié)構(gòu)；由于塑件中間有孔，所以要采用型芯拼塊，且型芯拼塊應(yīng)固定于動模，這樣有利于順利脫模。抽芯利用模具的動作開合來完成抽芯。如圖4.1所示：圖4.1模具分型結(jié)構(gòu)4.3推出機構(gòu)的確定塑件推出（頂出）是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出是不可忽視的。本模具采用頂桿頂出，頂出桿頂出出是一種基本的、也是一種常用的塑件頂出方式。常用的頂桿形式有圓形、矩形、階梯形。我們采用圓形頂桿。由于采用了斜滑塊外向分型機構(gòu)，型腔和型芯都在動模?？紤]到滑塊在脫模過程中是運動著的，所以采用推桿推動滑塊底部而實現(xiàn)推出。4.4抽芯機構(gòu)的確定由于采用斜滑塊外側(cè)分型與抽芯機構(gòu)，若成型塑件的主型芯設(shè)置在定模一側(cè)，可能會出現(xiàn)開模后型芯立即從塑件中抽出，塑件粘附于某一斜滑塊上，難以取出或定模主型芯的包緊力較大而是斜滑塊錯位的情況。所以主型芯應(yīng)設(shè)置在動模一側(cè)，分模時斜滑塊隨動模后移，在脫模抽芯的過程中，塑件雖與主型芯松動，但在側(cè)向分型抽芯時對塑件仍有限制側(cè)向移動的作用，所以塑件不可能粘附在某一斜滑塊上，容易取出。4.5冷卻系統(tǒng)的設(shè)計論證由于制品平均壁厚為2mm，制品尺寸又較小，確定水孔直徑為8mm。由于冷卻水道的位置、結(jié)構(gòu)形式、孔徑、表面狀態(tài)、水的流速、模具材料等很多因素都會影響模具的熱量向冷卻水傳遞，精確計算比較困難。實際生產(chǎn)中，通常都是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路，通過調(diào)節(jié)水溫、水速來滿足要求。由于采用采用了滑塊外側(cè)分型和抽芯機構(gòu)，在動模上開水道不易實現(xiàn)，故采用在定模板上開水道的形式。4.6排氣系統(tǒng)設(shè)計在注射成型過程中，模具內(nèi)除了型腔和澆注系統(tǒng)原有的空氣外，還有塑料受熱或凝固時產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體這些氣體若不能順利排出，則可能因填充氣體被壓縮而引起塑件局部碳化燒焦，或使塑件形成氣泡，產(chǎn)生熔接不勞，表面輪廓不清及填充不滿等缺陷。另外氣體的存在還會產(chǎn)生反壓力而降低充模速度，因此設(shè)計時必須考慮型腔的排氣問題。由于該模具的總體尺寸較小，屬于小型模具嗎，可以利用活動型芯以及型芯端部與模板的配合間隙，分型面進行排氣。其配合間隙為0.03～0.05mm。4.7繪制模具結(jié)構(gòu)草圖根據(jù)以上的方案論證結(jié)論，可得到模具的結(jié)構(gòu)草圖如圖4.2所示：圖4.2模具結(jié)構(gòu)草圖5主要零部件的設(shè)計計算5.1成型零件的成型尺寸計算所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算[9]。查有關(guān)手冊得ABS的收縮率為0.3%～0.8%，故平均收縮率Scp=（0.4+0.7）%/2=0.55%，尺寸偏差取MT5級，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δz=1/3Δ，成型零件尺寸計算見表5.1。5.2模具型腔壁厚的確定如果是利用計算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產(chǎn)中的精確性，我們可以根據(jù)書中的經(jīng)驗值來取的。由于該模具采用的是鑲拼式型腔，取型腔壁厚為12～13mm，模套壁厚35～40mm。5.3成型零件材料選擇及熱處理為實現(xiàn)模具批量生產(chǎn)的目的,選用模具材料應(yīng)具有較高耐磨性、韌性，良好的熱處理尺寸穩(wěn)定性和良好的導熱性等，此外為降低成本，增加產(chǎn)品的競爭力，必須要考慮模具用鋼材料的經(jīng)濟型。本畢業(yè)設(shè)計的產(chǎn)品為工業(yè)用拉線盤，必須具有一定的強度和尺寸精度，并且產(chǎn)品所用的材料為ABS沒有腐蝕性，綜合考慮以上因素可以采用9Mn2V。其熱處理為780~800℃油淬，160~180℃低溫回火，熱處理后硬度大于60HRC[10]。5.4斜滑塊設(shè)計塑料模具型腔在成型過程中受到熔體的高壓作用，應(yīng)有足夠的強度和剛度，本模具的凹模采用的是斜滑塊外側(cè)分型機構(gòu)，為了合模時斜滑塊不被卡死，一般情況下，臥式模具的推出行程不大于模具斜滑塊高度的1/3。經(jīng)計算知該模具的推出行程為11mm,故斜滑塊高度可取40mm。5.5楔緊塊的設(shè)計在制品成型過程中,側(cè)型芯和分型斜滑塊會受到高壓塑料的推力作用,有時這種推力相當大,若由斜滑塊承受,則因斜滑塊為組合型腔,受力后容易錯位,因此,必須設(shè)置楔緊塊來可靠地鎖緊滑塊。表5.1成型尺寸計算表類別名稱塑件尺寸塑件的尺寸工公差計算公式工作尺寸型腔計算徑向尺寸76Lm=[（1+Scp）Ls-0.75Δ]0+z809深度尺寸6Hm=[（1+Scp）Hs-0.75Δ]0+z41.2型芯計算徑向尺寸27lm=[（1+Scp）ls+0.75Δ]0-δz16726582025高度尺寸2hm=[（1+Scp）hs+0.75Δ]0-δz4型芯拼塊計算徑向尺寸3lm=[（1+Scp）ls+0.75Δ]0-δz469尺寸高度2.5Hm=[（1+Scp）hs+0.75Δ]0-δz根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)及塑件的形狀,可知側(cè)向力較大,所以采用與動模板一體的整體式楔緊塊，楔緊塊設(shè)計及其工作原理如圖5.1所示。圖5.1楔緊塊工作原理5.6模具加工工藝模具零部件的加工方法根據(jù)加工條件和工藝方法可分為三種：通用機床加工型腔（車、銑、刨、磨、鉆）；專用機床加工（仿形銑床、CNC機床、加工中心等）；特種工藝（電火花加工、電解加工、精密鍛造等）。對于平面加工，主要加工模具中的各個零件的端面和側(cè)面等，加工過程分為粗加工、半精加工、精加工。由于此模具屬于小型的模具，所以，粗加工可采用刨或銑削加工，然后可利用精銑或精磨進行精加工，以機床加工為主。而型腔的加工則不同，由于此零件的型腔比較復雜，對其塑料件表面質(zhì)量要求較高，通用機床加工和專用機床加工都不易生產(chǎn)出合格的產(chǎn)品?？紤]以上情況，此模具型腔主要以特種加工為主。模具的凸模尺寸如圖5.2所示，下面以凸模為例來說明模具的零件的加工工藝。圖5.2凸模尺寸（1）備料，切割鋼板至尺寸155mm×155mm×35mm；（2）熱處理，退火至180~200HBS；（3）刨，刨六面至尺寸151mm×151mm×33mm；（4）平模，磨六面尺寸至150mm×150mm×32mm，并保證并保證四平面及上下平面垂直度0.02mm；（5）數(shù)控銑，①以底面為基準，洗出型芯圓臺，使相關(guān)尺寸φ73.14到φ73.5mm，高度31.23至31.6mm；②銑出上面的四個扇形臺，加工扇形外圓尺寸φ65.91φ66.4mm，內(nèi)圓尺寸φ25.51至φ25mm，高度29.35至29.7mm，距離8.25至7.8mm；③銑出流道到要求；（6）鉗，①鉆鉸兩條φ8水道到要求；②鉆出4×M8螺紋底孔，并攻螺紋到要求；③研光型芯和澆口流道，Ra=0.4~0.8μm；（7）熱處理，780~800℃油淬，160~180℃低溫回火，硬度>60HRC；（8）平磨，磨31.23到要求；（9）成型磨，磨φ73.14，φ65.91，φ25.51，29.35，8.25至要求；（10）電火花加工，加工窄槽2.31,27.52，環(huán)形槽φ20.44,φ16.37至要求；（11）鉗，研磨型芯到Ra=0.2μm，研磨澆口到Ra=0.8μm;（12）檢驗。6確定模架尺寸綜合考慮本塑件采用直澆口，斜滑塊側(cè)向分型結(jié)構(gòu)、型腔的壁厚要求、塑件尺寸大小、冷卻水道的布置等多項因素，估算型腔模板的概略尺寸，查表文獻[11]選取標準模板的尺選取標準模架A2020—40×50×60GB/T12555—2006模具上所有的螺釘采用內(nèi)六角螺釘，模具外表面盡量不要有突出部分，模具外表面應(yīng)光潔，加涂防銹油。兩模板之間應(yīng)有分模間隙，即在裝配、調(diào)試、維修過程中，可以方便地分開兩塊模板。為了加工的方便所有模板都采用標準模板：（1）定模座板A300×250×25GB/T4169.8—2006定模座板是模具與注射機連接固定的板，定模座板上固定導柱和定位圈，材料為45鋼。定位圈通過嵌入式與其連接。定模座板上的導柱與導柱孔采用H7/k6配合，定模座板與拉料桿采用H7/k6配合。（2）定模板A250×250×40GB/T4169.8—2006定模板用于固定定模模仁和導套，應(yīng)該有一定的厚度，并有足夠的強度，一般用45鋼。其上的導套孔與導套一端采用H7/k6配合，定模與定模模仁采用H7/m6配合。（3）動模板A250×250×50GB/T4169.8—2006用于固定動模型芯鑲塊和導套，一般用45鋼。動模板應(yīng)具有較高的平行度和硬度。動模模仁（型芯鑲塊）通過4個沉頭螺釘M12固定在動模板上面，其上的導套孔與導套一端采用H7/k6配合，動模與動模型芯鑲塊采用H7/m6配合。（4）墊塊A48×250×60GB/T4169.6—2006墊塊用于在動模座板與支承板之間形成推出機構(gòu)的動作空間，或是調(diào)節(jié)模具的總厚度，以適應(yīng)注射機的模具安裝厚度要求，一般材料為45鋼。墊塊可以是平行墊塊或拐角墊塊，該模具采用平行墊塊。墊塊的高度h校核公式為h=h1+h2+s+δ<H式中h1——推板厚度；h2——推桿固定板厚度；s——推出行程；δ——推出行程富余量；h——墊塊厚度。代入數(shù)據(jù)h1=20mm，h2=15mm，smm=11，δ=8mm得h=15+20+11+8=54mm<60mm故H=60mm符合要求。（5）動模座板A250×200×25GB/T4169.8—2006動模座板上的注射機頂桿孔為Φ100mm，動模座板上還有四個擋釘孔，動模座板的推板導套孔與推板導柱采用H7/n6配合，擋釘與擋釘孔采用H7/n6配合，材料為45鋼。（6）推板A150×250×20GB/T4169.8—2006推板上的推板導套孔與推板導套采用H7/k6配合，用4個M8的內(nèi)六角圓柱螺釘與推半固定板固定，材料為45鋼。（7）推桿固定板A150×250×15GB/T4169.8—2006推桿固定板用于固定推板上的復位桿和推桿，材料為45鋼。運用pro/E與EMX6.0結(jié)合由以上模架數(shù)據(jù)可作出模具的總體三維結(jié)構(gòu)，如圖6.1所示。圖6.1模具三維結(jié)構(gòu)圖7抽芯機構(gòu)的設(shè)計計算7.1抽芯距計算本模具采用了斜滑塊外側(cè)分型和抽芯設(shè)計，抽芯距一般應(yīng)大于成型孔（或凸臺）的深度，本塑件凸臺高度為2mm相等，因此，另加3~5mm的抽芯安全系數(shù)，可取得抽芯距S軸=6mm。完成抽芯距所需的最小開模行程H由下式計算：H=Scotα式中α——斜滑塊傾角。傾角α=30°在前面已經(jīng)確定，代入公式得H=6cot30°=11（mm）7.2推出機構(gòu)的設(shè)計計算7.2.1推出力的計算對于一般塑件和通孔殼形塑件，按下式計算文獻[12]，并確定其脫模力Q，其計算公式為Q=1.25KfcαE(Tf-Tj)A式中Q——塑件脫模力，N；A——塑件包絡(luò)型芯的面積，mm2；P——塑件對型芯單位面積上的包緊力，N；fc——塑件對鋼的脫模系數(shù)；β——脫模斜度，°；K——脫模斜度系數(shù)，其中K=（fccosβ－sinβ）/[fc（1﹢fcsinβcosβ）]；Tf——軟化溫度，℃；Tj——脫模時塑件的溫度，℃；E——脫模溫度下塑料的抗拉彈性模量，MPa；α——塑料的線膨脹系數(shù)，℃-1。查閱相關(guān)手冊得：fc=0.45，α=7.8×10-5℃-1，E=1.2×103MPa，Tf=110℃，Tj=50℃，β=0.5°，通過pro/E可查的塑件曲面的總面積為1.265×104mm2。因此可估算型芯包絡(luò)面積約為0.5×104mm2。把以上數(shù)據(jù)代入公式得Q=7020（N）7.2.2推桿長度的計算推桿長度的計算公式為L=H+h1+h2－h(huán)3式中L——推桿長度；H——墊板高度；h1——動模固定板厚度；h2——動模楔緊塊底部厚度；h3——推板厚度。由模具的結(jié)構(gòu)知H=60mm，h1=35mm，h2=10mm，h3=20mm代入公式得L=60+35+10–20=85（mm）7.2.3推桿直徑的計算（1）推桿的強度計算推桿強度計算公式為式中d——圓形推桿直徑，mm；φ——推桿長度系數(shù)；l——推桿長度，cm；n——推桿數(shù)量；E——推桿材料的彈性模量，N/cm2(鋼的彈性模量E=2.1×107N/cm2)；Q——總脫模力。取φ=0.7，l=8.5cm，n=2，E=2.1×107N/cm2，Q=7020N帶入數(shù)據(jù)得d=0.432cm=4.32（mm）推桿直接作用于側(cè)面分型斜滑塊，考慮到模具的可靠性，取d=6mm。（2）推桿壓力校核推桿壓力校核公式為取σs=320N/mm2，帶入公式得σ=279N/mm2<σs推桿應(yīng)力合格。8導向機構(gòu)的設(shè)計8.1導向機構(gòu)總體設(shè)計（1）導向零件應(yīng)合理地均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱和導套后變形。（2）該模具采用4根導柱，其布置為等直徑導柱對稱布置。（3）該模具導柱安裝在動模座板上，導套安裝在定模板上。（4）為了保證分型面很好接觸，導柱和導套在分型面處應(yīng)制有承屑槽，即可削去一個面或在導套的孔口倒角，該模具采用后者。（5）在合模時，應(yīng)保證導向零件首先接觸，避免凸模先進入型腔，導致模具損壞。（6）動定模板采用合并加工時，要確保同軸度要求。8.2導柱設(shè)計（1）該模具采用帶頭導柱GB/T4169.4—2006，如圖8.1所示。圖8.1導柱（2）導柱的長度必須比凸模斷面高度高出6mm～8mm,該模具中取87mm。（3）為使導柱能順利地進入導向孔，導柱的端部常做成圓錐形或球形的先到部分。（4）導柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具尺寸來確定，應(yīng)保證具有足夠的抗彎強度（該導柱直徑由標準模架可知為Φ25mm）。（5）導柱的形式，導柱固定部分與模板按H7/f7配合，導柱滑動部分按H7/f7配合。（6）導柱工作不分的表面粗糙度為Ra=0.4μm。（7）導柱應(yīng)具有堅硬而耐磨的表面、堅韌而不易折斷的內(nèi)芯。多采用低碳鋼經(jīng)滲碳淬火處理或碳素工具鋼20Cr經(jīng)熱處理，硬度為50HRC以上或45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)、表面淬火、低溫回火，硬度為50HRC以上。本模具采用T8A。8.3導套設(shè)計導套與安裝在另一半模上的導柱相配合，用以確定動、定模的相對位置，保證模具運動導向精度的圓套形零件。導套常用的結(jié)構(gòu)形式有兩種：直導套（GB/T4169.2—2006）、帶頭導套（GB/T4169.3—2006）。結(jié)構(gòu)形式采用帶頭導套，如圖8.2所示。圖8.2導套（2）導套的端面應(yīng)倒圓角，導柱孔最好做成通孔，利于排除孔內(nèi)剩余空氣。（3）導套的滑動部分按H7/f7配合，表面粗糙度為0.4μm。帶頭導套外徑與動定模板一端采用H7/k6配合鑲?cè)肽０?，高度?9mm。（4）導套材料可用淬火鋼或銅（青銅合金）等耐磨材料制造，該模具中采用T8A。9成型設(shè)備的校核計算9.1注射量的校核注射量校核公式為（0.8~0.85）式中——注射機的公稱注射量，cm3；——每模的塑料體積量，cm3。如前所述，塑件及澆注系統(tǒng)的總體積為10.7cm3，遠小于注射劑的理論注射量100cm3，故滿足要求。9.2模具閉合高度的校核模具閉合高度的校核公式為由裝配圖可知模具的閉合高度=240mm，而注射機的最大模具厚度=300mm，最小模具厚度=200mm，滿足安裝要求。9.3模具安裝部分的校核(1)模具定位圈的直徑Φ60mm與注射機定位孔的直徑Φ60相等，滿足安裝要求。(2)澆口套的球面半徑SR1=SR+（1~2）mm=14mm，滿足要求。(3)澆口套小端直徑R1=R+（1~2）mm=5mm，滿足要求。9.4模具開模行程的校核模具開模行程的校核公式為式中——模具的開模行程，mm；——注射機的移模行程，mm；——制件的推出距離，mm；——包括流道凝料在內(nèi)的制品的高度，mm；——取出凝料所需分開的距離，mm。代入=11mm，=11mm，=30mm得H模=11+40+30=81<H注=300mm滿足要求。9.5鎖模力的校核鎖模力的校核公式為式中F——注射機的額定鎖模力，KNA——制件和流道在分型面上的投影面積之和，cm2——型腔的平均壓力，MPaK——安全系數(shù)，通常取1.1～1.2代入數(shù)據(jù)得KA=1.2×30×8.04=289.4KN<F=900KN滿足要求。9.6注射壓力的校核注射壓力的校核公式為式中——注射機的額定注射壓力，MPa；——注射成型時的所需用的注射壓力，MPa；——安全系數(shù)，取1.3。代入數(shù)據(jù)得K′=1.3×80=104MPa<120（MPa）滿足要求。10模具的裝配裝配模具是模具制造過程中的最后階段，裝配精度直接影響到模具的質(zhì)量、壽命和各部分的功能。模具裝配過程是按照模具技術(shù)要求和相互間的關(guān)系，將合格的零件連接固定為組件、部件直至裝配為合格的模具。在模具裝配過程中，對模具的裝配精度應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi)，模具的裝配精度包括相關(guān)零件的位置精度，相關(guān)的運動精度，配合精度及接觸只有當各精度要求得到保證，才能使模具的整體要求得到保證。模具的裝配圖如圖10.1所示。圖10.1裝配圖11參數(shù)化實體設(shè)計11.1拉線盤的建模本次畢業(yè)設(shè)計的三維圖形全部由pro/E繪制完成，各個零件的建模過程大致相同，我將以拉線盤的實體建模過程為例來說明三維實體建模過程。（1）新建一個實體零件，并命名為LXP，如圖11.1所示。圖11.1新建文件（2）選擇工具欄旋轉(zhuǎn)命令，進入草繪界面，繪制成如圖11.2所示的草繪平面。圖11.2草繪界面（3）草繪完成后點擊對勾，就生成了如圖11.3所示的拉線盤主體結(jié)構(gòu)。圖11.3構(gòu)建拉線盤主體（4）選擇工具欄的拉伸命令，去除材料，草繪并完成后就剪去如圖11.4所示的扇形鏤空。圖11.4拉伸去除材料（5）選擇工具欄陣列命令，選中上一步生成的扇形拉伸特征進行如圖11.5所示的陣列，就得到了四個相同的扇形鏤空。圖11.5陣列（6）選擇工具欄的拉伸命令，建立如圖11.6所示的加強肋。圖11.6拉伸建立加強肋（7）再次選擇工具欄拉伸命令，建立另一個加強肋，如圖11.7所示。圖11.7建立另外一個加強肋（8）再次選擇拉伸命令建立如圖11.8所示的凸臺。圖11.8拉伸建立凸臺（9）再次選擇拉伸命名，建立另一小凸臺，如圖11.9所示。圖11.9拉伸建立另一個凸臺（10）選擇工具欄拉伸命令，去除材料，建立如圖11.10所示的凹槽。圖11.10拉伸去除材料通過以上幾個步驟就完成了拉線盤的三維實體建模，由于pro/E軟件是參數(shù)化的設(shè)計軟件，其它零件的建模步驟大致與之相同，就不再具體贅述。11.2虛擬裝配虛擬裝配是虛擬制造的重要組成部分，利用虛擬裝配可以驗證裝配設(shè)計和操作的正確與否，以便及早的發(fā)現(xiàn)裝配中的問題，對模型進行修改，并通過可視化顯示裝配過程。使用該技術(shù)不僅使模具的設(shè)計制造更加直觀方便，而且還可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)品在市場中的競爭力?，F(xiàn)代產(chǎn)品的制造自動化，數(shù)字化的方向發(fā)展，虛擬裝配式產(chǎn)品數(shù)字化定義中的一個重要環(huán)節(jié)。11.2.1模具的裝配（1）模具所有零件的三維建模都完成后，在pro/E中新建一個組件，如圖11.11所示。圖11.11新建組件（2）首先裝配定模座板，按照匹配，對齊，重合等約束方式，使定模座板完全約束在合適的位置，如圖11.12所示。圖11.12插入零件（3）其他零件的裝配約束方法都與動模座板的