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1、 塑料開關盒外殼模具設計南京理工大學機械工程學院機械工程及自動化，江蘇省南京市，210094摘要： 本文主要圍繞開關盒外殼模具的設計來展開分析與計算及過程。文中就塑料模具分析、方案的確定和運用IMOLD對塑料開關盒外殼模具的詳細設計過程展開詳盡的說明。關鍵詞：任務要求、塑件分析、方案的確定、型芯型腔、澆注系統(tǒng)、模架設計、頂出機構、冷卻系統(tǒng)、標準件。1. 緒論塑料注塑成型具有適應性廣、塑件的內在和外觀質量均較好、生產效率高、易于實現(xiàn)自動化生產的優(yōu)點，被廣泛用于各種塑料制作的生產，因此，注塑模在塑料成型模具中占有相當重要的地位。1.1 注塑模具的現(xiàn)狀與應用塑料工業(yè)近20年來發(fā)展十分迅速，早在7年前

2、塑料的年產量按體積計算已經超過鋼鐵和有色金屬年產量的總和，塑料制品在汽車、機電、儀表、航天航空等國家支柱產業(yè)及與人民日常生活相關的各個領域中得到了廣泛的應用。塑料制品成形的方法雖然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料成形模具產量中約半數(shù)以上是注塑模具。注塑模具是生，產品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的塑膠模具設計方法已無法適應產品更新?lián)Q代和提產各種工業(yè)產品的重要工藝裝備，隨著塑膠模具設計工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑膠制品在航空、航太、電子、機械、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用高質量的要求。電腦輔助工程（CAE）技術已成為塑膠產品開發(fā)、模具設計及產品加工中這些薄弱環(huán)節(jié)的最有效的途經。1.2注塑模具的設計

3、步驟（1）確定型腔的數(shù)目。條件：最大注射量、鎖模力、產品的精度要求、經濟性。（2）選擇分型面。應以模具結構簡單、分型容易且不影響塑件的外觀和使用為原則。（3）確定型腔的布置方案。盡可能采用平衡式排列。 （4）確定澆注系統(tǒng)。包括主流道、分流道、澆口、冷料穴等。 （5確定脫模方式。根據(jù)塑件所留在模具的不同部位而設計不同的脫模方式。 （6確定調溫系統(tǒng)結構。調溫系統(tǒng)主要由塑料種類所決定。 全球模具網 （7）確定凹?；蛐托静捎描倝K結構時，命題地劃分鑲塊并同時鑲塊的，可加工性及安裝固定方式。 （8）確定排氣形式。一般排氣可以利用模具分型面和推出機構與模具的間隙，而對于大型和高速成型的注射模，必須設計相應的

4、排氣形式。 （9）決定注射模的主要尺寸。根據(jù)相應的公式計算成型零件的工作尺寸及決定模具型腔的側壁厚度、型腔底板、型芯墊板、動模板的厚度、拼塊式型腔的型腔板厚度及注射模的閉合高度。 （10）選用標準模架。根據(jù)設計、計算的注射模的主要尺寸，來選用注射模的標準模架，并盡量選擇標準模具零件。 （11）繪模具的結構草圖。繪制注射模的完整的結構草圖，繪制模具結構圖是模具設計的十分重要的工作。 1.3課題任務要求本課題是塑料開關盒外殼，主要利用solidwork三維設計軟件及模具設計插件IMOLD實現(xiàn)模具的設計與制造，結合Pro/E計算體積等。完成該注射模具裝配圖設計，全部零件圖紙設計，模具成型零件三維造型

5、設計?；贗MOLD設計塑料模具，則模具的整個制造過程可以采用并行的工藝路線，如圖1.3-1所示： 塑件三維實體設計 用參照零件和工作建立模具裝配模型 設置收縮率 對參照零件進行開模檢測和厚度檢測 修改參照零件 Y 零件是否需要改動 N 設計分型面設計澆注系統(tǒng) 設計冷卻系統(tǒng)拆模，生成模具成型零件三維模型充模仿真，生成模塑件三維模型開模仿真及干涉檢測用塑料顧問進行流動及填充分析頂出系統(tǒng)及總裝配設計生成二維工程圖 圖1.3-1基于IMOLD塑料模具設計的基本流程2. 塑件分析及設計方案確定圖2-1所示為開關盒外殼塑料零件的三視圖和立體圖： 圖2-1三視圖和立體圖2.1.1 結構分析如下從零件圖上分

6、析，該零件外形為橢圓，塑件成型壁厚較薄(1.15mm)，成型時易發(fā)生翹曲、變形；其產品內部結構成型較困難,因此，模具設計時必須注意設置動模頂出機構，該零件屬于中等復雜程度。2.1.2表面質量分析該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺，內部不得有導電雜質外，沒有特別的表面質量要求，故比較容易實現(xiàn)。綜上分析可以看出，注射時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。2.2塑料的選材及性能分析本塑料件對外觀質量要求較高，尺寸精度較高，不得有裂痕，缺口、擦傷及明顯變形，如圖所示。用ABS塑料注塑成型。圖2.2-1開關盒外殼塑料零件圖2.2.1 塑件材料的使用性能ABS外觀為不透明呈象牙色粒料，

7、具有高光澤度，相對密度為1.05左右，吸水率低，同其他材料的結合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理，氧指數(shù)為1820，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，并發(fā)出特殊的肉桂味。優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度極好，可以在極低的溫度下使用，耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，力學性能受溫度的影響較大，電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟取穸群皖l率的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用學性能。主要用于外殼和各種家用電器產品。2.2.2 塑件材料的加工特性（1）結晶性塑料，吸濕性小，可能發(fā)生熔體破裂，長期余熱金屬接觸已發(fā)生分解；（2）流動性極好，溢邊值0.03mm左右；（3）冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的散熱應適度；

8、（4）成型收縮范圍大，收縮率大，已發(fā)生縮孔、凹痕、變形，取向性強；（5）注意控制成型溫度，料溫低時取向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50以下塑件無光澤，已產生熔接痕、流痕；90以上時易發(fā)生翹曲、變形；（6） 塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以防止應力集中。2.2.3 ABS塑料的物理常數(shù)及成型溫表 表1 ABS塑料的物理常數(shù)及成型溫表密度 g/cm31.01.1壓縮比1.82.0成型溫度范圍180240熱導率 （ J/cms )20.942.3設計方案的確定（1）確定分型面分型面是分開模具，取出制品的面。注射模具有一個分型面和多個分型面的模具。結合相關零件的特點，選擇零件的最大端即

9、零件的低面為分型面，這樣，在開模時容易取出零件。具體的形式如圖2.3-1所示：圖2.3-1分型面（2）確定行腔數(shù)及其排列 考慮成型因素，采用1模腔。（3）確定澆注系統(tǒng)該模具采用側澆口形式，澆口開設在分型面上，塑料從工件的側面進入，這種交口幾乎可以應用于各種塑料、各種塑件的成型。（4）確定脫模方式進行開模，采用推桿就能把留在動模上的塑件推脫，推桿固定在模具的推桿固定板上，由注塑機頂出裝置推動，實現(xiàn)零件的脫落。（5）確定型腔、型芯結構和固定方式模具的動模（型腔）、定模（型芯）采用的是定位螺釘固定和壓板固定的結構，這樣便于磨損后可以更換。（6）確定冷卻及排氣方式由于ABS塑料成型時的模具溫度為501

10、00度，故模具不需要專門設置加熱裝置，只要設置冷卻冷卻系統(tǒng)即可，但注塑前要對模具進行預熱，使模具溫度達到80度左右再注塑。該產品成型在動模部分較少，所以模具動模部分將不考慮設冷卻系統(tǒng)；定模冷卻系統(tǒng)設計為串聯(lián)冷卻方式，利用銅管鑲入模具冷卻孔內串聯(lián)冷卻。排氣主要是通過分型面間隙排出，而不必再開設專門的排氣槽。（7）注射量的計算注射量是指注射劑在對空注射的條件下，一次注射所能達到的最大注射體積（或質量），用V（G）示，單位為（g）。通過Pro/E計算得到如下數(shù)據(jù)：體積 = 8.1058970e-06 米3，質量 = 8.1058970e-06 公斤則V=8.1058970=8.1058970，一模兩

11、件，所以2V=16.21計算塑件的重量：根據(jù)設計手冊可查得ABS塑料的密度為1.0厘米3，故塑件的質量：G=pv=1.016.21=16.21g3. 開關盒外殼注射模的詳細設計3.1注射量的計算3.1.1數(shù)據(jù)準備在IMOLD中運用工具欄的數(shù)據(jù)準備、項目管理兩個功能進行數(shù)據(jù)準備、拔模分析、創(chuàng)建方案。數(shù)據(jù)準備包掛數(shù)據(jù)準備、編輯衍生零件和拔模分析三部分。數(shù)據(jù)準備就是對原始產品模型進行編輯，為模具設計及提供合適的產品模型。調整產品模型方向，保證開模方向正確，順利分模。調整前后分別如圖3.1.1-1和圖3.1.1-1所示圖3.1.1-1調整前制件模型 圖3.1.1-2調整后之間模型坐標 編輯衍生零件就是

12、對經過“數(shù)據(jù)準備”處理過的產品模型重新指定新的方向。拔模方向是用來對拔模角度進行分析的工具。對零件拔模角度和跨立面進行分析操作，利用此功能，用戶可以設置拔模角度，并可以確定型芯面、型腔面、零面和跨立面。 圖3.1.1-3拔模分析創(chuàng)建方案，選擇材料為ABS，設置收縮率。圖3.1.1-4為創(chuàng)建方案3.2型芯和型腔型芯和型腔是模具設計中最重要的部分之一，分模的質量直接影響模具的加工制造。由于型芯和型腔直接與高溫高壓的塑料相觸粉末中型芯與型腔的質量直接關系到制造質量。在IMOLD中，型芯/型腔設計模塊提供了創(chuàng)建型芯、型腔和側型芯的工具，即分模功。分模功能可以通過指定的形狀和尺寸來創(chuàng)建用于型芯和型腔兩件

13、的原始模坯零件，并對設置收縮率的產品模型收索分型面和分型線，并搜尋型芯和型腔表面、對破孔進行修補，從而分離出所需的型芯和型腔零件。1)定于分型線運用IMOLD工具欄中的型芯/型腔工具， 通過插入基準面、分割線來修改后然后重新自動搜索分型。圖3.2-1 分型線2)定于分型面運用工具欄中的分型面工具，自動搜索分型面。圖3.2-2分型面參數(shù)和爆炸圖3）修補通孔運用工具欄中的補孔工具，通過自動補孔完成 通孔的修補。4）創(chuàng)建延展曲面運用工具欄的延展面工具完成延展面的創(chuàng)建。圖3.2-3延展曲面5)復制曲面運用工具欄的拷貝曲面工具，縫合復制型芯面。6)創(chuàng)建模坯運用工具欄中的型芯/型腔設計工具創(chuàng)建模坯。圖3.

14、2-4創(chuàng)建模坯結果 圖3.2-5型芯零件圖3.2-6型腔零件3.3布局和澆注系統(tǒng)設計IMOLD中提供了模腔布局和澆注系統(tǒng)模塊，分別對模具布局和澆注系統(tǒng)進行設計。1）添加模具布局運用工具欄中的模腔布局工具，創(chuàng)建型腔數(shù)為2的對稱布局。圖3.3-1模腔布局圖3.3-2模腔布局參數(shù)2創(chuàng)建澆口運用工具欄中的澆注系統(tǒng)工具，在型腔側創(chuàng)建側澆口，完成澆口設計。圖3.3-3澆口位置圖3.3-4澆口示意圖和參數(shù)設置3）創(chuàng)建分流道運用工具欄中的澆注系統(tǒng)工具，完成分流道的設計。圖3.3-5分流道3.4模架設置1）添加模架運用IMOLD工具欄中的模架設計工具，創(chuàng)建模架，供應商選用DME公司生產的類型Type R型號N2

15、025模架。修改厚度，最后完成模架的設置。圖3.4-1模架厚度參數(shù)2）增加透明度運用模具設計工具，通過工具透明命令，增強透明色。圖3.4-2增加模架的透明度3）清除多余元件運用模具設局工具清除零厚度的模板及模架中沒有的組件。4）連接型芯和型腔鑲塊通過型芯型腔工具，選擇兩個型腔鑲塊作為被連接的組件，同樣連接的方法連接型芯。 5）加入型腔模塊上的螺釘運用智能螺釘?shù)墓ぞ?，增加螺釘圖3.4-3螺釘參數(shù)6）加入型芯模塊上的螺釘運用智能螺釘?shù)墓ぞ?，增加螺釘圖3.4-4增加螺釘?shù)男Ч?.5頂出機構注塑模具必須有準確可靠的頂出機構，以便在每一個循環(huán)中將塑件從型腔內或型芯上自動脫出模外。而推桿脫模機構是最常見的

16、一種形式。1）添加頂桿運用頂桿設計的工具，增加頂桿。圖3.5-1頂桿尺寸圖3.5-2定義頂桿參數(shù)圖3.5-3頂桿參數(shù)示意圖2）添加扁平頂桿由于制作有較深的成分部分，而且必須用扁頭頂桿頂出，所以要添加扁平頂桿。運用工具欄中的頂桿設計工具，增加扁平頂桿。圖3.5-4扁平頂桿參數(shù)圖3.5-5扁平頂桿參數(shù)示意圖3）修剪頂桿通過頂桿設置工具運用裁剪頂桿命令曲面裁減掉頂桿。圖3.5-6修剪頂桿后的效果3.6冷卻系統(tǒng)設計模具的溫度直接影響到塑件的成型質量和生產效率，用流動的水對模具進行冷卻，在注塑完成完成后將循環(huán)冷卻水注到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔內，實現(xiàn)零件的冷卻。為了提高冷卻效率，獲得質量優(yōu)良的住

17、宿制品，模具的冷卻系統(tǒng)可按照下列原則進行設計：a）動定模和型腔的四周應均勻的布置冷卻水道，盡量使冷卻平衡。b）冷卻水孔孔間距越小，直徑越大，則對塑件冷卻越均勻。c）水孔與相鄰型腔表面距離相等。d）采用并流流向，加強澆口處的冷卻。e）降低入水和出水溫差。f）冷卻水道不應該過鑲塊或其它接縫部件，以防漏水。1)創(chuàng)建智能點運用智能點子工具，創(chuàng)建智能點。2)創(chuàng)建冷卻水道運用冷卻通路設計工具，通過創(chuàng)建的智能點子作為進出口創(chuàng)建第一條水道，同理，創(chuàng)建第二條水道。圖3.6-1冷卻水道3)創(chuàng)建冷卻水道接頭通過冷卻通路設計工具，設置水管接頭。圖3.6-2冷卻水道接頭圖3.6-3冷卻水道接頭示意圖圖3.6-4冷卻水道

18、接頭參數(shù)3.7標準件標準件事模具中重要的組成部分，在降低塑料模具塑料成本方面有重要影響。1添加定位圈通過標準件庫工具增加標準件。圖3.7-1定位圈示意圖圖3.7-2定位圈參數(shù)圖3.7-3定位圈2添加澆口套運用標準件庫中的增加標準件增加澆口套。圖3.7-4澆口套示意圖圖3.7-5澆口套3添加拉料桿通過標準件庫工具，增加標準件。圖3.7-6拉料桿示意圖圖3.7-7拉料桿參數(shù)圖3.7-8拉料桿4. 模具的裝配通過IMOLD的最后出圖，得到模具的裝配圖。包括前視圖、剖視圖和左視圖。圖4-1模具的前視圖圖4-2剖視圖A-A圖4-3模具左視圖結束語經過一個多月的斷斷續(xù)續(xù)的設計與畫圖，基本上完成了塑料開關盒

19、外殼的模具，主要利用solidworks三維設計軟件來給開關盒外殼造型，然后運用模具設計插件IMOLD實現(xiàn)模具的設計與制造，最后結合pro/E計算體積等。完成該注射模具裝配圖設計，全部零件圖紙設計，模具成型零件三維造型設計。由于這個學期剛好有一門課程CAD/CAM用的是solidworks2008，掌握了基本操作，所以選用了solidworks來設計。在準備階段，找到了solidworks的專門設計模具插件IMOLD，但由于下載的是破解版，前幾次安裝完成后運行不了，經過不斷卸載再安裝，最終運行成功，但會彈出“一個不可打開備份文件”的窗口，不解，但這是個可以忽略的小問題，不影響大局。第一次接觸I

20、MOLD，從圖書館借了本書，到網上看了些視頻，初步學會模具的設計，從數(shù)據(jù)準備、型芯型腔、添加模架、添加螺釘、冷卻管、澆注口等到最后完成總體的模具，深刻了解并認識了模具設計的大概思路和過程，通過這次實踐對課程的內容有了透切的理解。在第三部分模具的具體設計里，我主要通過圖文的形式按照IMOLD設計模具的過程顯現(xiàn)出來，包括具體參數(shù)的選定和每一步的效果，這樣會顯得形象生動，讓流程簡單明了，思路清晰，但不足之處是沒有把所有的具體的計算公式羅列出來，這也是我遺憾的地方。本來還想把動態(tài)視圖做出來，但是學藝不精，我初步掌握的簡單爆炸圖無法表現(xiàn)出來完美的效果，這也是一個遺憾的地方?？偟膩碚f，細節(jié)過程中小問題碰到

21、很多，然后通過認真學習一一解決了，最終完成了模具的設計，雖然達不到理想的效果，總體上還是比較滿意的。我參考了論文編寫的格式要求，字體的大小、段落的行距、圖片表格的規(guī)范等嚴格按照標準論文的格式要求，為畢業(yè)設計的論文做了一個良好的準備，同時通過這次的排版，認識到標準化不僅能美觀，而且正規(guī)，收益匪淺。此外感謝黃老師上課的悉心教導，以及通過這次模具的設計學到論文的規(guī)范要求、設計模具的思路、解決問題的方法等等。參考文獻：1葛正浩.SolidWorks 2008塑料模具設計J. 北京:化學工業(yè)出版社,2009.2王栓虎.塑料模具設計與制造J. 南京:東南大學出版社,2008.3齊衛(wèi)東.塑料模具設計與制造J. 北京:高等教育出版社,2008.4齊衛(wèi)東.簡明塑料模具設計手冊J. 北京:北京理工大學出版社,2008.5肖愛民.塑料模具設計與制造完全自學手冊 J. 北京:兵器工業(yè)出版社,2006.24