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畢業(yè)設(shè)計(jì)
開題論證報(bào)告
專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)生姓名 劉 勇
班 級(jí) B 機(jī) 制 062
學(xué) 號(hào) 0610110225
指導(dǎo)教師 惠 學(xué) 芹
完成日期 2010年3月31日
課題名稱：手機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)及型腔仿真加工
一、課題來(lái)源、課題研究的主要內(nèi)容及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀綜述
1.課題來(lái)源：生產(chǎn)實(shí)際。
2.課題研究的主要內(nèi)容：
在設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)對(duì)手機(jī)材料有所了解，然后要對(duì)手機(jī)進(jìn)行測(cè)繪，熟悉手機(jī)的外形結(jié)構(gòu)，明白抽芯的具體位置，為模架的選擇做好準(zhǔn)備。在整個(gè)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，運(yùn)用了CAD繪制制品和模架的二維圖，利用PRO/E，EMX等軟件，對(duì)制品和模架的三維造型，極大的提高了工作效率。
3．國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀：
移動(dòng)電話的普及速度大大超越了專家的預(yù)測(cè)與想象。它已從最初的模擬系統(tǒng)發(fā)展到目前的數(shù)字系統(tǒng)。在次期間，移動(dòng)電話的功能越來(lái)越豐富，體積越來(lái)越美觀，充分的體現(xiàn)了現(xiàn)代技術(shù)與藝術(shù)的完美結(jié)合。除了最基本的實(shí)用功能外，移動(dòng)電話還要考慮美觀和舒適，在設(shè)計(jì)上必須充分考慮使用對(duì)象、使用場(chǎng)合、人機(jī)工效學(xué)等因素。
經(jīng)過(guò)多年的努力，手機(jī)的功能設(shè)計(jì)基本可以滿足消費(fèi)者的需要。隨著手機(jī)的不斷普及，消費(fèi)者的差異化越來(lái)越明顯，多層次的需求越來(lái)越強(qiáng)烈，對(duì)手機(jī)外觀設(shè)計(jì)的要求也越來(lái)越高。他們往往對(duì)外觀設(shè)計(jì)平庸或雷同的手機(jī)不屑一顧，而對(duì)外觀設(shè)計(jì)特點(diǎn)明顯并符合自己的身份的手機(jī)情有獨(dú)鐘。因此，靠創(chuàng)新外觀設(shè)計(jì)征服消費(fèi)者的發(fā)展空間還是相當(dāng)大的。面對(duì)市場(chǎng)的巨大挑戰(zhàn)，手機(jī)的外觀設(shè)計(jì)就要迎難而上。
隨著手機(jī)普及程度的提高，手機(jī)成為消費(fèi)者隨身攜帶、生活中不可或缺的伴侶，其消費(fèi)電子產(chǎn)品特征遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其通信特征，設(shè)計(jì)師們將外形設(shè)計(jì)重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到消費(fèi)電子產(chǎn)品特征上。設(shè)計(jì)師要深入研究和了解目前的社會(huì)環(huán)境和消費(fèi)者的生活態(tài)度、審美情趣及時(shí)尚追求，將社會(huì)上的流行趨勢(shì)和時(shí)尚特征等轉(zhuǎn)化成設(shè)計(jì)元素，體現(xiàn)到手機(jī)的外觀設(shè)計(jì)上?，F(xiàn)如今，娛樂(lè)、多媒體、游戲和商務(wù)等特征是消費(fèi)者能普遍接受的功能，為了體現(xiàn)這些消費(fèi)特征，今后幾年手機(jī)外觀可以千姿百態(tài)、風(fēng)格多樣，而要實(shí)現(xiàn)手機(jī)外觀多樣化和個(gè)性化，這離不開模具技術(shù)水平的發(fā)展。模具技術(shù)水平的高低，是衡量制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。在日本，模具被稱為“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”；在德國(guó)，模具則被稱為“金屬加工業(yè)中的帝王”。 模具所形成的最終商品的產(chǎn)值是模具自身產(chǎn)值的上百倍。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來(lái)的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。因而，模具在手機(jī)外觀的發(fā)展中起到舉足輕重的位置。
模具制造業(yè)在中國(guó)是新興行業(yè)，作為一個(gè)行業(yè)來(lái)發(fā)展，僅僅有20多年的歷史，正處于青春期。由于歷史短，還沒(méi)有培養(yǎng)出堅(jiān)實(shí)可靠的模具技術(shù)人才隊(duì)伍。從業(yè)人員中不知所以然者有之，知識(shí)和技術(shù)落后但必須一個(gè)蘿卜頂一個(gè)坑者有之，水平不高但被挖來(lái)挖去者更是不計(jì)其數(shù)。水平高的人才非常搶手，不僅僅是技術(shù)人才，管理和技術(shù)銷售人才也同樣嚴(yán)重缺乏。人才短缺是人人都在喊的口頭禪。所以國(guó)內(nèi)的模具人才發(fā)展是影響手機(jī)外觀的一個(gè)重要因素。
二、本課題擬解決的問(wèn)題
1.對(duì)選取的塑件制品進(jìn)行了測(cè)繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求并對(duì)其進(jìn)行了工藝分析。
2.確定了模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，設(shè)計(jì)出注塑模具一套。
3.繪制出了模具裝配圖及各零件圖，對(duì)各零件進(jìn)行了三維造型。
4.完成了各零件間的裝配，并且對(duì)模具零件進(jìn)行加工工藝分析。
5.在設(shè)計(jì)中通過(guò)對(duì)制品的重量和體積的分析，進(jìn)行注塑機(jī)的選擇。
三、解決方案及預(yù)期效果
1.解決方案
首先，要對(duì)模具加工的工作原理進(jìn)行全面的了解，熟悉塑件的材料性能。然后對(duì)手機(jī)外殼進(jìn)行測(cè)繪，得到其塑件制品的三維數(shù)據(jù)。通過(guò)測(cè)繪的數(shù)據(jù)，繪制手機(jī)外殼的二維圖和三維模型圖。在此基礎(chǔ)上，對(duì)塑件進(jìn)行工藝分析，確定模具總體結(jié)構(gòu)形式，其包括：確定制品的中間水平面為分型面；采用推桿推出的脫模方式；制品的精度決定了采用潛伏式澆口系統(tǒng)形式；同時(shí)慮到零件的位置關(guān)系,冷卻水道采用循環(huán)式分布；排氣方式以及確定成型零部件結(jié)構(gòu)形式等。根據(jù)以上的分析校核注塑機(jī)以及模具與設(shè)備的安裝尺寸關(guān)系，繪制模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖。
最后，繪制模具結(jié)構(gòu)總裝圖和零件工作圖，對(duì)模具零件進(jìn)行工藝性分析，從真實(shí)的生產(chǎn)加工出發(fā)，編寫了一整套的零件加工工藝過(guò)程卡片和凹模加工工序卡片，注塑工藝流程圖，注塑工藝卡片。本次的模具設(shè)計(jì)，與生產(chǎn)實(shí)際相適應(yīng)，安全可靠，但在精密度的設(shè)計(jì)上仍不完善。
2.預(yù)期效果
可以將制品成功的加工出來(lái),達(dá)到產(chǎn)品的預(yù)期精度，可以使產(chǎn)品真正達(dá)到實(shí)用的效果。同時(shí)，所設(shè)計(jì)的模具能滿足其工作狀態(tài)的質(zhì)量要求,外觀及尺寸均符合要求，未出現(xiàn)溢邊、縮坑等缺陷，結(jié)構(gòu)合理，鑲拼簡(jiǎn)單，加工簡(jiǎn)便，頂出動(dòng)作平穩(wěn)，安全可靠,易于維修。在注塑成型時(shí)有較短的成型周期,成型后有較長(zhǎng)的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性。但是本設(shè)計(jì)在精度要求方面仍有不足，需要進(jìn)一步的完善。
四、課題進(jìn)度安排
3月1日～3月14日．畢業(yè)實(shí)習(xí)階段。
畢業(yè)實(shí)習(xí)，查閱資料，到多個(gè)公司實(shí)踐，撰寫實(shí)習(xí)報(bào)告。
3月15日～3月31日．開題階段。
提出總體設(shè)計(jì)方案及草圖，填寫開題報(bào)告。
4月1日～5月14日． 設(shè)計(jì)初稿階段。
完成總體設(shè)計(jì)圖、部件圖、零件圖。
5月15日～5月31日． 中期工作階段。
完善設(shè)計(jì)圖紙，編寫畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書，中期檢查。
6月1日～6月2日．畢業(yè)設(shè)計(jì)預(yù)答辯。
6月3日～6月9日．畢業(yè)設(shè)計(jì)整改。
圖紙修改、設(shè)計(jì)說(shuō)明書修改、定稿，材料復(fù)查。
6月10日～6月11日．畢業(yè)設(shè)計(jì)材料評(píng)閱。
6月12日～6月13日．畢業(yè)答辯。
6月14日～6月15日．材料整理裝袋。
五、指導(dǎo)教師意見(jiàn)
簽名
年 月 日
六、專業(yè)系意見(jiàn)
簽名
年 月 日
七、學(xué)院意見(jiàn)
簽名
年 月 日
4
鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2010
目錄
1 前言 1
1.1 課題意義 1
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀 1
1.3 設(shè)計(jì)前提及主要問(wèn)題 2
1.4 解決的主要問(wèn)題和總體設(shè)計(jì)思路 3
1.5 預(yù)期成果和實(shí)際價(jià)值 3
2 總體方案論證 4
3 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明 5
3.1 塑件測(cè)繪 5
3.2 塑件三維實(shí)體造型 5
3.3 材料的選擇 6
3.3.1制品材料 6
3.3.2模具材料的選擇 6
3.4 注塑機(jī)的校核 7
3.4.1注塑設(shè)備的確定 7
3.4.2注塑機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核 7
3.5 分型面的設(shè)計(jì) 9
3.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 10
3.6.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 10
3.6.2主流道的設(shè)計(jì) 10
3.6.3分流道及其平衡布置 11
3.6.4澆口的設(shè)計(jì) 11
3.6.5冷料穴的設(shè)計(jì) 12
3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12
3.7.1 在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)從多方面考慮： 13
3.7.2冷卻計(jì)算 13
3.7.3冷卻水道在定模中的位置 13
3.8 頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
3.8.1推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
3.8.2頂出行程 15
3.8.3復(fù)位桿 15
3.8.4頂桿的形狀與尺寸選擇 15
3.8.5導(dǎo)向裝置位置的布置 15
3.8.6澆注系統(tǒng)零件設(shè)計(jì) 16
3.9側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 16
3.9.1側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下要點(diǎn)： 16
3.9.2抽芯距、抽拔力與斜導(dǎo)柱的計(jì)算 17
3.9.3斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 17
3.9.4滑塊的設(shè)計(jì) 17
3.10 模架設(shè)計(jì) 18
3.11 凸凹模的造型 19
3.12 型腔加工工藝分析及加工仿真 22
3.12.1零件的工藝性審查 22
3.12.2毛坯選擇 22
3.12.3基準(zhǔn)選擇 22
3.12.4擬定加工方案 22
3.12.5型腔數(shù)控仿真加工 22
4 結(jié)論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 27
附錄 28
手機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)及型腔仿真加工
摘? 要?：本課題是關(guān)于手機(jī)外殼模具的設(shè)計(jì)，主要是手機(jī)外殼注射成型模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和模具加工制造。手機(jī)的形狀較為復(fù)雜，所以模具設(shè)計(jì)中要考慮的因素有很多，除考慮它的出模、分型面，還需考慮它成型的質(zhì)量，表面光潔度等。所以我們?cè)O(shè)計(jì)應(yīng)認(rèn)真分析塑料制品的結(jié)構(gòu)，尋求最佳的設(shè)計(jì)方案并選擇成型設(shè)備的規(guī)格和型號(hào)。分型面的選擇很重要，制件不是平直表面，分型面的選擇既要考慮不影響制件表面的美觀，又要達(dá)到結(jié)構(gòu)要求。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)也很重要，在此次設(shè)計(jì)中我選點(diǎn)澆口，并設(shè)有冷料穴。拉料桿采用Z形，這就解決了制品出模的問(wèn)題。編制塑件的模型成型工藝，并進(jìn)一步對(duì)該注射模結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編制該注射模主要零件的加工工藝，最后進(jìn)行型腔仿真加工。
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括分型面、型腔布置、澆注系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、加熱冷卻系統(tǒng)、側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)、頂出機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)以及主要零部件的設(shè)計(jì)。模具加工制造運(yùn)用PRO/E進(jìn)行三維造型設(shè)計(jì)并對(duì)注塑模模具進(jìn)行裝配，對(duì)手機(jī)外殼注塑模具定模板型腔的加工工藝進(jìn)行了分析，并利用Mastercam軟件進(jìn)行了仿真加工，其切削過(guò)程直觀，切削參數(shù)得以體現(xiàn)，不合理的參數(shù)可以改進(jìn)，能最大限度地降低能源和材料消耗，提高加工效率。此注射模設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是點(diǎn)澆口形式的雙分型面的注射模，是側(cè)向抽芯。經(jīng)生產(chǎn)驗(yàn)證，該模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙、操作方面、使用壽命長(zhǎng)、塑件達(dá)到技術(shù)要求。
關(guān)鍵詞：模具設(shè)計(jì)：注塑模具；仿真加工；分型面
The design of the mobile shell mould And
the simulation processing of the mold cavity
Abstract: This topic is to design the mobile shell mold, which includes the structure design mould assist designing for manufacturing, and the working process of the injection mould of the front cover of the mobile shell set were introduced. Mobile shape so complicated that the mold design has a lot of factors to be considered , in addition to its ejector pin, parting surface, it needs to consider forming the quality of surface finish, and so on. Therefore, we should carefully design the structure of plastic products, find the best design options and choose the molding equipment specifications and models. It is very important, not the straight parts surface, parting surface of choice it is necessary to consider not affect parts of the surface appearance, but also to structural requirements. Pouring system design is also important in the design of the election, pin gate cold-slag well and Z-shape pin were chosen which are solved the problem of products to die. Plastic Parts of the Process model, and further injection structure of the design, preparation of the main components of the injection-processing technology, a cavity simulation final processing.
The structure design involve parting plane, cavity layout, old systems, heating cooling systems, the side core pulling mechanism structure, prop up the organization, drawing patterns and the design process of the main work pieces. The later use PRO/E to construct carries on the three dimensional modeling and to assemble the injection mould. The processing craft of the cavity of fixed plate of the base of the mobile shell are analyzed, and the simulation process are carry out with the software of Mastercam，which can observe the geometric figure of the process of cutting very visually, the machine parameters users setting have been fully reflected to improve the unreasonable parameters, to minimize consumption of energy and materials and to improve processing efficiency. The structure characteristic of this injection mould was a two-parting surface , and was a side core pulling mechanism. The mould was proved to be a clever design by production practice , the mould could be operated easily , the service life of the mould was long and the plastics parts produced by the mould could meet the technical requirement.
Key words: mold design; injection mould; processing simulation; parting plane；
1 前言
1.1 課題意義
模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝設(shè)備，它被用來(lái)成型具有一定形狀和尺寸的各種制品。在各種材料加工工業(yè)中廣泛地使用各種模具，每種材料成型模具按成型方法不同又分為若干種類型。其中塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。近年來(lái)，人們對(duì)各種設(shè)備和用品輕量化要求越來(lái)越高，這就為塑料制品提供了更為廣闊的市場(chǎng)。塑料制品要發(fā)展，必然要求塑料模具隨之發(fā)展。模具作為發(fā)展新產(chǎn)品的重要裝備，不僅市場(chǎng)需要量大，而且技術(shù)含量高。對(duì)于模具的精度、壽命、交貨期等要求也非常務(wù)實(shí)，模具行業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)也非常激烈。本專業(yè)是機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化，對(duì)制品的模具設(shè)計(jì)使得我們把以前所學(xué)的相關(guān)知識(shí)都運(yùn)用到其中了，對(duì)模具設(shè)計(jì)手冊(cè)、機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)、模具制造工藝、中國(guó)模具工程大典的查找使得我對(duì)設(shè)計(jì)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)和了解，能熟練運(yùn)用PRP/E軟件進(jìn)行制品的造型和模具的裝配，還有Mastercam型腔的仿真加工都得到了掌握。
1.2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀
近年來(lái)，中國(guó)塑料模具制造水平已有較大提高。大型塑料模具已能生產(chǎn)單套重量達(dá)到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已達(dá)到2μm，制件精度很高的小模數(shù)齒輪模具及達(dá)到高光學(xué)要求的車燈模具等也已能生產(chǎn)，多腔塑料模具已能生產(chǎn)一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生產(chǎn)擠出速度達(dá)6m/min以上的高速塑料異型材擠出模具及主型材雙腔共擠、雙色共擠、軟硬共擠、后共擠、再生料共擠出。
在生產(chǎn)手段上，模具企業(yè)設(shè)備數(shù)控化率已有較大提高，CAD/CAE/CAM技術(shù)的應(yīng)用面已大為擴(kuò)展，高速加工及RP/RT等先進(jìn)技術(shù)的采用已越來(lái)越多，模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率及模具商品化率都有較大幅度的提高，熱流道模具的比例也有較大提高。另外，三資企業(yè)的蓬勃發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了塑料模具設(shè)計(jì)制造水平及企業(yè)管理水平的提高，有些企業(yè)已實(shí)現(xiàn)信息化管理和全數(shù)字化無(wú)圖制造。
在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，實(shí)現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對(duì)成型過(guò)程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來(lái)，我國(guó)自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國(guó)內(nèi)模具的具體情況、能在微機(jī)上應(yīng)用且價(jià)格低等特點(diǎn)，為進(jìn)一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。
模具市場(chǎng)的總體趨勢(shì)是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。熱點(diǎn)模具網(wǎng)
國(guó)外近年來(lái)發(fā)展的速度也比較快，在高速銑削加工方面，機(jī)床主軸轉(zhuǎn)速可達(dá)40000r/min -100000r/min，快速進(jìn)給速度可達(dá)到30m/min-40m/min，加速度可達(dá)19，換刀時(shí)間可提高到1s～2s。這樣就大幅度提高了加工效率，并可獲得Ra≤0.08μm的加工表面粗糙度。另外，還可加工硬度達(dá)60HRC 的模塊，形成了對(duì)電火花成形加工的挑戰(zhàn)。高速切削加工與傳統(tǒng)切削加工相比還具有溫升低(加工工件只升高3℃)、熱變形小等優(yōu)點(diǎn)。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展。高速銑削必須與相應(yīng)的軟件、加工工藝、刀具及其夾緊頭相配合。
國(guó)外在模具生產(chǎn)中，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造(CAD/CAM)技術(shù)已得到十分成功的應(yīng)用。三維造型和型腔的數(shù)控加工都是由計(jì)算機(jī)輔助軟件完成的，它大幅度的縮短了模具的生產(chǎn)周期，提高工作效率。
德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家在模具設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域仍處于國(guó)際領(lǐng)先水平，他們的一些先進(jìn)的模具方面的技術(shù)被許多發(fā)展中國(guó)家，甚至是其它發(fā)達(dá)國(guó)家學(xué)習(xí)采用。亞洲以日本和韓國(guó)模具技術(shù)水平最高，其它國(guó)家與之還有較大的差距，不過(guò)他們也正在以驚人的速度發(fā)展著，國(guó)家之間的交流會(huì)使之發(fā)展更快。
1.3 設(shè)計(jì)前提及主要問(wèn)題
本課題為手機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)及型腔仿真加工，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際，進(jìn)行手機(jī)前蓋制品測(cè)繪、模具設(shè)計(jì)、工藝分析及數(shù)控編程及加工仿真。設(shè)計(jì)原始數(shù)據(jù): 1）制品的尺寸精度要求：長(zhǎng)度方向小于0.50，厚度方向小于0.10；2）制品材料：ABS；3）制品表面粗糙度：不低于實(shí)物表面；4）制品生產(chǎn)批量：5萬(wàn)；5）制品其他要求：符合設(shè)計(jì)規(guī)范。
運(yùn)用三維繪圖軟件Pro/E進(jìn)行制品的模型構(gòu)造。PRO/E是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。本設(shè)計(jì)中主要是用PRO/E生成平面。其方法有：拉伸、旋轉(zhuǎn)、鏡像等。它既能作為高性能系統(tǒng)獨(dú)立使用，又能與其它實(shí)體建模模塊結(jié)合起來(lái)使用，它支持GB、ANSI、ISO和JIS等標(biāo)準(zhǔn)。它的功能很強(qiáng)大，可以應(yīng)用與工業(yè)設(shè)計(jì)、機(jī)械設(shè)計(jì)、功能仿真、制造和數(shù)據(jù)管理等領(lǐng)域，涉及從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的全過(guò)程。
對(duì)于型腔的加工則采用Mastercam 軟件仿真加工。Mastercam系統(tǒng)中，型腔銑削、輪廓銑削和點(diǎn)位加工的刀具路徑與被加工零件的模型是相關(guān)一致的。當(dāng)零件幾何模型或加工參數(shù)修改后，Mastercam能迅速準(zhǔn)確的自動(dòng)更新相應(yīng)的刀具路徑，無(wú)須重新設(shè)計(jì)和計(jì)算刀具路徑。Mastercam能加工簡(jiǎn)單和復(fù)雜的2D、2.5D零件，它提供了數(shù)控加工所需要的所有工具，可迅速編制出優(yōu)質(zhì)可靠的數(shù)控程序，極大的提高了工作效率和機(jī)床利用率。Mastercam提供多種先進(jìn)的粗加工技術(shù)，零件加工的效率和質(zhì)量高。Mastercam曲面精加工功能豐富，零件經(jīng)粗加工后，表面仍殘留有未除去的材料，若用手工修整，需要花很多的時(shí)間和精力。而且能自動(dòng)清除零件表面的剩余材料，使被加工零件的表面更加光滑。
1.4 解決的主要問(wèn)題和總體設(shè)計(jì)思路
本設(shè)計(jì)主要完成手機(jī)前蓋制品測(cè)繪、模具設(shè)計(jì)、工藝分析及數(shù)控編程及加工仿真。本設(shè)計(jì)主要考慮模具型腔數(shù)目的確定，澆注形式的選擇，模具的頂出機(jī)構(gòu)，動(dòng)定模板及各模板的尺寸和厚度的確定，鎖緊裝置的選擇與布置等問(wèn)題。由于條件的限制, 手機(jī)前蓋的測(cè)繪主要是手工測(cè)量和繪制，采用PRO/E繪制制品的三維實(shí)體模型。根據(jù)使用壽命和經(jīng)濟(jì)方面考慮，本模具采用一模兩腔，選用點(diǎn)澆口，動(dòng)定模尺寸根據(jù)手冊(cè)選B×L=140×170的模板，采用頂桿作為頂出機(jī)構(gòu)的元件
總體設(shè)計(jì)思路：原始數(shù)據(jù)收集→繪制品工程圖→三維實(shí)物模型→模具設(shè)計(jì)→型腔數(shù)控仿真加工
1.5 預(yù)期成果和實(shí)際價(jià)值
所設(shè)計(jì)的模具能滿足其工作狀態(tài)的質(zhì)量要求,使用時(shí)安全可靠,易于維修，在注塑成型時(shí)有較短的成型周期,成型后有較長(zhǎng)的使用壽命,具有合理的模具制造工藝性。在預(yù)定時(shí)間內(nèi)可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，把所設(shè)計(jì)的手機(jī)前蓋模具可以在模擬中生產(chǎn)出來(lái)。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中不斷增強(qiáng)有關(guān)模具方面的知識(shí)以及軟件的應(yīng)用，并在實(shí)踐中得到了更進(jìn)一步的提高。
2 總體方案論證
本設(shè)計(jì)是模具的設(shè)計(jì)及仿真加工,來(lái)源于生產(chǎn)實(shí)際。主要設(shè)計(jì)內(nèi)容為:手機(jī)前蓋制品測(cè)繪、注塑模具設(shè)計(jì)、模具型腔工藝分析、數(shù)控編程及加工仿真。
首先進(jìn)行制品的測(cè)繪,由于條件的限制,采用了游標(biāo)卡尺測(cè)繪,測(cè)繪時(shí)采用多次測(cè)量取平均值。廠家提供的注塑機(jī)型號(hào)是XS-Z-60,由于模具成本和型腔數(shù)目的關(guān)系,考慮到生產(chǎn)批量和經(jīng)濟(jì)效益，還有塑件的精度等級(jí)等等, 本設(shè)計(jì)采用了一模兩腔的結(jié)構(gòu)。之后對(duì)注射量、鎖模力、模具高度與注射機(jī)閉合高度關(guān)系、開模行程等方面進(jìn)行校核。本制品內(nèi)腔存在很多孔和凸臺(tái)，結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，所有通孔從中間分型。由于制品有側(cè)孔，因此還設(shè)計(jì)了斜導(dǎo)柱側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)。針對(duì)側(cè)向抽芯距離比較短的情況設(shè)計(jì)了二次分型滑動(dòng)抽芯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。然后設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng):澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料穴等組成。主流道的中心線與注射機(jī)噴嘴的中心線在同一條直線上。分流道的半徑與塑料種類和所需熔融塑料的體積有關(guān)。主流道與分流道采用圓角過(guò)渡，這樣可以減小料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的阻力。分流道采用平衡式排列，確保熔融塑料幾乎能同時(shí)到達(dá)每個(gè)型腔的進(jìn)料口。澆口采用點(diǎn)澆口, 點(diǎn)澆口的優(yōu)點(diǎn)在于：適用于成型殼盒形零件，是一種常見(jiàn)的澆口形式，能自動(dòng)切斷澆口溢料。冷料穴的作用是儲(chǔ)存因兩次注射間隔而產(chǎn)生的冷料頭及熔體流動(dòng)的前鋒冷料，以防止冷料進(jìn)入型腔而影響制件質(zhì)量。冷料穴常設(shè)計(jì)在主流道的末端，即主流道正對(duì)面的動(dòng)模上（臥式或立式注射模），直徑稍大于主流道大端直徑，以利于冷料的流入。再進(jìn)行冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì),在模板上直接設(shè)置冷卻水道同樣應(yīng)遵循冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過(guò)程中冷卻均勻、快速。本設(shè)計(jì)采用了循環(huán)式水道。然后對(duì)模架進(jìn)行設(shè)計(jì)，模具設(shè)計(jì)好后進(jìn)行型腔仿真加工。
3 具體設(shè)計(jì)說(shuō)明
3.1 塑件測(cè)繪
手機(jī)前蓋材料為ABS，用游標(biāo)卡尺對(duì)零件進(jìn)行測(cè)繪。該制品是模具生產(chǎn)出來(lái)的成千上萬(wàn)個(gè)塑件中的一個(gè)，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的會(huì)產(chǎn)生一定的變形，因此對(duì)該零件的測(cè)量數(shù)值需要進(jìn)行分析處理。如對(duì)制品尺寸誤差進(jìn)行修正，然后繪出零件的草圖。該制品有很多圓孔，形狀并不規(guī)則，所以需要多次測(cè)量求平均值。
該制品外形尺寸為80mm×39×8mm ,手機(jī)前蓋主要幾何尺寸如圖3-1所示：
圖3-1 手機(jī)前蓋基本尺寸
3.2 塑件三維實(shí)體造型
運(yùn)用三維繪圖軟件Pro/E進(jìn)行制品的模型構(gòu)造。機(jī)械設(shè)計(jì)模塊是一個(gè)高效的三維機(jī)械設(shè)計(jì)工具，它可繪制任意復(fù)雜形狀的零件。
根據(jù)零件的測(cè)繪圖，對(duì)零件進(jìn)行三維造型。三維造型選用Pro/E軟件，三維造型的所有參數(shù)與測(cè)繪的數(shù)據(jù)一致。打開三維軟件Pro/E，新建名為SJWK.prt的文件,先后用到的方法有拉伸、陣列、抽殼等等工具,最后保存文件。
制品的三維造型如圖3-2所示：
圖3-2 手機(jī)前蓋外輪廓
3.3 材料的選擇
3.3.1制品材料
本設(shè)計(jì)模具為手機(jī)前蓋，材料采用ABS（丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物），屬于熱塑性材料。
ABS使用性能：
綜合性能較好，沖擊韌性、機(jī)械強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電性能良好，易于成形和機(jī)械加工。
ABS成型性能：
A. 無(wú)定性料，流動(dòng)性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為0.04毫米左右。
B. 吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱干燥。
C. 成型時(shí)易取高料溫、高模溫，但料溫過(guò)高易分解（分解溫度為≥250℃）。對(duì)于精度較高的塑件，模溫宜取50℃～60℃，對(duì)光澤、耐熱塑件，模溫宜取60℃～80℃。注塑壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機(jī)成型時(shí)，料溫為180℃～230℃，注射壓力為1000～1400kgf/cm3。用螺桿式注射機(jī)成型時(shí)，料溫為160℃～220℃，注射壓力為700～1000 kgf/cm 3。
3.3.2模具材料的選擇
塑料模具由于成型方法，結(jié)構(gòu)形式，使用要求模具大小及制品產(chǎn)量多少，制品外觀光澤要求等有許多不同，因此模具選材應(yīng)依據(jù)模具實(shí)際情況合理的選擇。要求快速出模，快速出樣品，這就不允許按常規(guī)要求，型腔選用號(hào)鋼材，經(jīng)調(diào)質(zhì)氮化或淬火，按模具壽命可以使用50萬(wàn)次要求精工細(xì)做。而應(yīng)符合市場(chǎng)規(guī)律，只有當(dāng)產(chǎn)品定型，并占有市場(chǎng)一定數(shù)額時(shí)，在有把握的情況下，才能投入高質(zhì)量、高壽命的模具制造。
A. 定模板、動(dòng)模板、定模固定板、動(dòng)模固定板、定位圈、推板、推板固定板、動(dòng)模墊板等零件均要經(jīng)過(guò)調(diào)質(zhì)處理才能應(yīng)用,所以采用45號(hào)鋼，且45號(hào)鋼用途最廣、最經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。
B. 導(dǎo)柱、導(dǎo)套、復(fù)位桿、澆口套等零件采用材料T8A。
C.拉料桿采用T10A材料,其優(yōu)點(diǎn)是拋光性能好，可以拋成鏡面光澤。
3.4 注塑機(jī)的校核
3.4.1注塑設(shè)備的確定
塑料注塑機(jī)按用途可以分為熱塑性塑料通用注塑機(jī)和專用注塑機(jī)；按外形可以分為臥式注塑機(jī)、立式注塑機(jī)和直角式注塑機(jī)；按塑料在料筒內(nèi)的塑化方式可以分為柱塞式注塑機(jī)和螺桿式注塑機(jī)。由于廠家提供XS-Z-60型號(hào)的注塑機(jī)。
熱塑性塑料注射機(jī)型號(hào)：XS—Z—60
具體參數(shù)如下表：
表3-1 注塑機(jī)參數(shù)
型號(hào)
XS—Z—60
螺桿（柱塞）直徑／mm
42
最大注射容量/ cm3
60
注射壓力/( 105Pa)
120
鎖模力/(kN)
900
最大注射面積/ cm2
250
模具厚度
最大/mm
300
最小/mm
200
模板行程/mm
300
噴嘴
孔直徑/mm
4
球半徑/mm
12
定位孔直徑/mm
100
注射時(shí)間s
1.6
頂出形式
機(jī)械頂出、兩側(cè)頂桿
3.4.2注塑機(jī)有關(guān)工藝參數(shù)的校核
注射量是指注射機(jī)進(jìn)行一次注射成型所能注射出的最大容積，它決定了一臺(tái)注射機(jī)的所能成型塑件的最大體積。一臺(tái)注射機(jī)的最大注射量受注射成型工藝條件的影響而有些波動(dòng)，因而在實(shí)際生產(chǎn)中常用公稱注射量或是理論注射量來(lái)間接的表示注射機(jī)的加工能力。
公稱注射量是指在對(duì)空注射條件下，注射機(jī)螺桿或柱塞作一次最大注射行程時(shí)注射機(jī)所能達(dá)到的最大注射量，它近似于注射機(jī)的實(shí)際能夠達(dá)到的最大注射量。
所以塑件及澆注系統(tǒng)的總體積小于注射機(jī)最大注射量，該注射適合注射成型條件。
A. 型腔數(shù)量的選擇
首先必須考慮采用單型腔還是多型腔模，并決定型腔數(shù)量的多少?？紤]的主要因數(shù)有：現(xiàn)有注塑機(jī)的規(guī)格、所要求的塑件的質(zhì)量、塑件成本及交貨期。起決定作用的因數(shù)很多，它既有技術(shù)方面的因數(shù)，也有生產(chǎn)管理方面的因數(shù)。當(dāng)尺寸精度要求很高時(shí)，應(yīng)盡量減少型腔的數(shù)量。模具成本與型腔數(shù)目的關(guān)系。通常認(rèn)為，模具中每增加一個(gè)型腔，所成型的制品的精度就會(huì)下降4％，對(duì)精度要求高的制品，隨著型腔數(shù)目的增加，模具的制品精度也勢(shì)必隨之增加，因而導(dǎo)致其制造成本的加大。
以機(jī)床的注塑能力為基礎(chǔ)，每次注射量不超過(guò)注射機(jī)最大注射量的80%。
（3-1）
式中 N—型腔數(shù)；
S—注射機(jī)的注射量，g；
—澆注系統(tǒng)的質(zhì)量，g；
—塑件質(zhì)量，g；
塑件體積=9.383 cm3 ； 塑件質(zhì)量=10.32 g ；澆注系統(tǒng)體積=15.79 cm3 ；
=15.79×1.1≈17.89 g ；
經(jīng)計(jì)算：N≤2 ，因此型腔數(shù)確定為一模兩腔。
B．額定鎖模力的校核
選用注射機(jī)的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要分開而產(chǎn)生溢料。注射時(shí)產(chǎn)生的型腔壓力對(duì)柱塞式注射機(jī)因注射壓力損失較大，所以型腔壓力為注射壓力的40%～70%；而有預(yù)塑裝置的注射機(jī)及螺桿式注射機(jī)損失較小，所以型腔壓力較大。另外，對(duì)不同流動(dòng)性的塑料，不同的噴嘴和模具結(jié)構(gòu)形式，其壓力損失也不一樣。一般熔料經(jīng)噴嘴時(shí)其注射壓力達(dá)60～80MPa，經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時(shí)則型腔壓力一般為25～50MPa。
鎖模力和成型面積的關(guān)系由下式確定：
（3-2）
式中：—鎖模力，kN；
—型腔壓力，一般取40～50 MPa ；
A —澆道、進(jìn)料口和塑件的投影面積，mm2；
計(jì)算：A=122×75=9150 mm2
×A/1000=50×9150÷1000=457.5 KN
=900KN
所以：≧×A/1000 公式成立
C. 注射壓力的校核
ABS成型所需注射壓力 MPa
D. 模具高度與注射機(jī)閉合高度關(guān)系的校核
(3-3)
E. 開模行程校核
3.5 分型面的設(shè)計(jì)
分型面的設(shè)計(jì)要便于模具加工制造，應(yīng)盡量選擇平直的分型面，這樣的分型面壁較好處理，對(duì)于分型面不在同一平面的模具，為了避免合模時(shí)動(dòng)、定模兩部分發(fā)生碰撞，以及減小模具制造的難度可以利用一些角度很小的角作為分型面發(fā)生變化的部位。選擇分型面時(shí)一般應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)原則：
A. 分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
B. 便于塑件順利脫模，盡量使塑件開模時(shí)留在動(dòng)模一邊；
C. 保證塑件的精度要求；
D. 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求；
E. 便于模具加工制造；
F. 對(duì)成型面積的影響；
G. 對(duì)排氣效果的影響；
H. 對(duì)側(cè)向抽芯的影響。
由于制品有側(cè)孔，采用了側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，所以特地設(shè)置了兩個(gè)分型面，一次分型完成側(cè)向抽芯動(dòng)作，二次分型是為了拉斷點(diǎn)澆口，塑件包緊在凸模型芯上；然后注射機(jī)推動(dòng)推桿固定板，推桿發(fā)生作用，推出塑件脫落，同時(shí)拉料桿將凝料推出自動(dòng)脫落。如圖3-3所示：
圖3-3 分型面
3.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)是指模具中由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道。其作用是將塑料熔化充滿型腔,并將注射壓力傳遞到模腔的各個(gè)部位,以獲得組織致密、外形清晰、表面光潔和尺寸精確的塑件。澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料井幾部分組成。
3.6.1澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則
A. 流程要短。減少壓力和熱量損失及塑料消耗量,同時(shí)縮短了充模時(shí)間。
B. 排氣良好。使料流平穩(wěn)順利充滿型腔。
C. 防止型芯變形和嵌件位移。
D. 防止塑件翹曲變形和表面形成冷斑、冷等缺陷。
E. 合理選擇冷料穴。
3.6.2主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指連接注射機(jī)噴嘴與分流道或型腔的進(jìn)料通道。負(fù)責(zé)將塑料熔體從噴嘴引入模具,其形狀、大小直接影響塑料的流速及填充時(shí)間。為了使塑料凝料能從主流道中順利拔出,需將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形,具有α=2°～6°的錐角,內(nèi)壁為Ra0.8μM以下的表面粗糙度,小端直徑應(yīng)大于噴嘴直徑約0.5～1mm,凹坑半徑R也應(yīng)比噴嘴頭半徑大1～2mm,以便凝料順利拔出。根據(jù)以上所述和注塑機(jī)的配合要求,本設(shè)計(jì)的澆口套尺寸如圖3-4所示：
圖3-4 澆口套形式
3.6.3分流道及其平衡布置
A. 分流道 主流道和澆口之間的進(jìn)料通道。其作用是通過(guò)流道截面及方向變化使熔料平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換流向,并均衡分配給各個(gè)型腔。常見(jiàn)分流道的截面形狀有圓形、梯形、U形、半圓形及矩形等幾種形式,從壓力損失考慮,圓形截面分流道最好。分流道截面尺寸應(yīng)按塑料制品的體積、形狀、壁厚、塑料品種、注射速率、分流道長(zhǎng)度等因素確定。圓形截面分流道直徑一般取d = 2～12mm 。分流道表面不要求太光潔,表面粗糙度通常取Ra1.25～2.5μM。本設(shè)計(jì)采用圓形分流道的直徑為5mm。
B. 分流道的布置 本設(shè)計(jì)采用平衡式布置,這樣一模兩腔可以均衡布置,使熔融塑料幾乎同時(shí)到達(dá)每個(gè)型腔的進(jìn)料口,這樣,塑料到每個(gè)型腔的壓力和溫度是相同的,塑件的品質(zhì)理應(yīng)相同。如圖所示：
圖3-5 分流道布置形式
3.6.4澆口的設(shè)計(jì)
澆口又稱進(jìn)料口,是分流道與型腔之間的狹窄部分,也是澆注系統(tǒng)中最小的部分,它是塑料熔體的流速產(chǎn)生加速度,以利于迅速充滿型腔,同時(shí)還起封閉型腔防止熔體倒流的作用,并在成型后使?jié)部谀吓c塑件易于分離。澆口的理想尺寸很難計(jì)算,一般可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)估算,澆口斷面積約為分流道斷面積的3%～9%,斷面形狀常為矩形或圓形,澆口的長(zhǎng)度約為1～1.5mm。在設(shè)計(jì)澆口時(shí)往往先取較大的尺
寸值,以便在試模后逐步加以修正。澆口的形式有多樣:側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏澆口和直接澆口等等。本設(shè)計(jì)中采用點(diǎn)澆口點(diǎn)澆口垂直設(shè)于制品的平面上，其優(yōu)點(diǎn)是：開模時(shí)澆口可自動(dòng)切斷實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)成型，澆口周圍殘留應(yīng)力小。如圖3-6所示：
圖3-6 點(diǎn)澆口
3.6.5冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴的作用是儲(chǔ)存因兩次注射間隔而產(chǎn)生的冷料頭及熔體流動(dòng)的前鋒冷料，以防止冷料進(jìn)入型腔而影響制件質(zhì)量。
這種帶Z形頭拉料桿的冷料桿的冷料穴設(shè)計(jì)在主流道的末端的動(dòng)模一側(cè)。既起冷料儲(chǔ)存作用又兼有分型時(shí)將主流道襯套中拉出凝料作用。開模后，凝料及塑件一起被帶Z形的拉桿脫出。適用于各種塑料的注塑成型，是常用的結(jié)構(gòu)形式。如圖3-7所示：
圖3-7 冷料穴形式
3.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.7.1 在設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)從多方面考慮：
A. 在保證模具材料有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，冷卻水道盡可能設(shè)置在靠近型腔（型芯）表面。
B. 在保證模具材料有足夠的機(jī)械強(qiáng)度的前提下，冷卻水道應(yīng)安排的盡量緊密。
C. 合理確定冷卻水道孔的直徑、中心距以及與型腔壁的距離，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，水道孔的直徑一般取8～12mm；水道管壁間距離不得超過(guò)5d，水管壁離型腔表面不得太近，亦不能太遠(yuǎn)。一般不超過(guò)管徑的3倍，以12～15mm為宜；
D. 對(duì)于中、大型模具，由于冷卻水道很長(zhǎng)，會(huì)造成較大的溫度梯度變化，導(dǎo)致在冷卻水道末端（出口處）溫度上升很高，從而影響冷卻效果。從均勻冷卻的方案考慮，對(duì)冷卻液在出、入口處的溫差，一般控制在5℃以下，冷卻水道的長(zhǎng)度在1.2～1.5以下。因此，對(duì)于中、大型模具，可將冷卻水道分成幾個(gè)獨(dú)立的回路來(lái)增大冷卻液的流量，減少壓力損失，提高傳熱效率。
E. 制品較厚的部分應(yīng)特別加強(qiáng)冷卻。
3.7.2冷卻計(jì)算
所需冷卻水量按下式計(jì)算：
（3-4） 式中 —通過(guò)模具的冷卻流量（g）；
—單位時(shí)間內(nèi)進(jìn)入模具的塑料重量（g）；
—每克塑料的熱容量（J/g）；
—出水溫度（）；
—入水溫度（）；
—熱傳導(dǎo)系數(shù)；
經(jīng)計(jì)算得：W=220g
再由下式可求出冷卻水道的直徑d：
（3-5） 式中 ρ——冷卻液密度（g/m2）；
L——冷卻水道的長(zhǎng)度（cm）；
經(jīng)計(jì)算水道直徑d約為6mm，經(jīng)查手冊(cè)本設(shè)計(jì)水道直徑d取8mm。
3.7.3冷卻水道在定模中的位置
冷卻水道的位置取決于制品的形狀和不同的壁厚。原則上冷卻水道應(yīng)設(shè)置在塑料向模具熱傳導(dǎo)困難的地方，根據(jù)冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，冷卻水道應(yīng)圍繞模具所成型的制品，且盡量排列均勻一致。
在模板上直接設(shè)置冷卻水道同樣應(yīng)遵循冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則，使冷卻水道盡量靠近型腔表面和盡量圍繞型腔，使制品在成型過(guò)程中冷卻均勻。
如果模具中成型制品的部分，是以鑲件方式鑲?cè)肽０?，其冷卻水道的分布，最好采用圍繞鑲件的方式。相交水道通常采用以過(guò)盈配合方式插入鑲件，使冷卻液改變流向。
綜上所述，對(duì)本制品而言，由于形狀較復(fù)雜，塑料難以充填等，需要進(jìn)行均勻的冷卻，才能保證產(chǎn)品的質(zhì)量；采用循環(huán)水道冷卻，使入水口和出水口的溫差控制在5度以內(nèi)。本模具的冷卻水道直徑為8mm，并且圍繞型腔布置。具體分布如圖3-8所示：
圖3-8定模板冷卻水道布置圖
3.8 頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.8.1推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
推出機(jī)構(gòu)的作用是將塑件成型后，順利地把塑件及澆道凝料推出模外。推出機(jī)構(gòu)一般由推桿、拉料桿、推板、推桿固定板等零件組成。在設(shè)置推出機(jī)構(gòu)時(shí)，首先需要確定當(dāng)模具開啟后，制品的留模形式（留動(dòng)模部分或留定模部分），推出機(jī)構(gòu)必須是建立在制品所滯留的模具部分中。通常，由于注塑機(jī)的推出機(jī)構(gòu)設(shè)置在動(dòng)模板一側(cè)，因此大多數(shù)模具的推出機(jī)構(gòu)是安裝在動(dòng)模中的。為了對(duì)推出機(jī)構(gòu)進(jìn)行位置調(diào)整和防止推出機(jī)構(gòu)復(fù)位時(shí)受到異物阻礙，在動(dòng)模座板上還設(shè)計(jì)了限位釘。
推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
A. 模具的推出機(jī)構(gòu)必須有足夠的強(qiáng)度及剛度，使塑件出模后不致于變形；
B. 推力要均勻。推力面盡可能要大，其推力應(yīng)設(shè)計(jì)在塑件承受力較大的地方如筋部、凸緣及殼體壁部等部位；
C. 推件不應(yīng)設(shè)計(jì)在零件外表面，以免影響塑件外觀質(zhì)量；
D. 推出系統(tǒng)要?jiǎng)幼黛`敏可靠、動(dòng)作平穩(wěn)并便于更換于維修。
3.8.2頂出行程
頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離模具5～10mm， 在成型一些形狀簡(jiǎn)單且脫模斜度較大的桶形制品，也可使頂出行程為制品深度的2/3。本設(shè)計(jì)的頂出行程為20mm。
3.8.3復(fù)位桿
頂桿在將制品頂出后，其頂端位置會(huì)高于型芯（型腔）表面很多，在下一次合模（模具合緊之前）時(shí)，必須使其退回到頂出前的初始位置，以免碰壞型腔（或型芯），因此在頂出機(jī)構(gòu)中必須設(shè)有復(fù)位桿幫助頂桿回位。復(fù)位桿與推桿一起固定在推桿固定板上，設(shè)置了4根，位置均布于推板固定板的四周，位于模具型腔和澆注系統(tǒng)之外。在合模過(guò)程中，復(fù)位桿的前端面與定模板相接觸才開始復(fù)位，合模和復(fù)位同時(shí)完成。
3.8.4頂桿的形狀與尺寸選擇
推桿多為圓形結(jié)構(gòu)，細(xì)長(zhǎng)桿可將后部加粗成臺(tái)階形，配合間隙要求小的推桿，其推桿端部應(yīng)設(shè)計(jì)成錐形。推桿應(yīng)盡量短，推出時(shí)，一般將塑件推到高于型腔（或型芯）10mm左右即可。推桿的端面應(yīng)高出所在型腔的底面或型芯頂面0.05-0.1mm。推桿與其配合孔采用H7/f7配合，保持一定同軸度。推桿數(shù)量在保證推出前提下，越少越好。在推桿推出機(jī)構(gòu)中一定要設(shè)計(jì)復(fù)位機(jī)構(gòu)。
頂桿需要進(jìn)行淬火處理，使其具有足夠的強(qiáng)度和耐磨性。本模具采用了八根直徑為φ4的圓形頂桿并經(jīng)過(guò)熱處理。
3.8.5導(dǎo)向裝置位置的布置
導(dǎo)向裝置包括兩個(gè)部件，即導(dǎo)柱和導(dǎo)套，具有保證模具精確閉合，保護(hù)型芯，并防止注射時(shí)模板因受力而偏移等作用。導(dǎo)柱一般安裝在動(dòng)模上，導(dǎo)套安裝在定模上。根據(jù)模具的形狀和大小,在模具型腔的周邊要設(shè)導(dǎo)柱和導(dǎo)套,本設(shè)計(jì)導(dǎo)柱的數(shù)量采用四根。導(dǎo)柱的布置最好能保證模具的動(dòng)定模只能按一個(gè)方向合模,防止在裝配或合模時(shí)因方位搞錯(cuò)而使型腔損壞,本設(shè)計(jì)采用四根直徑相同的導(dǎo)柱對(duì)稱布置,并且開設(shè)了環(huán)槽，這樣避免了安裝錯(cuò)誤和出現(xiàn)以上問(wèn)題。如圖3-9所示:
圖3-9導(dǎo)柱
3.8.6澆注系統(tǒng)零件設(shè)計(jì)
澆注系統(tǒng)零件主要是定位圈及澆口套兩個(gè)零件。定位圈的作用是使模具安裝在注射機(jī)上后有一個(gè)準(zhǔn)確位置。定位圈凸出定模座板部分的徑向名義尺寸應(yīng)與注射機(jī)固定板定位孔的徑向名義尺寸相同，兩者設(shè)計(jì)成H7/k6配合形式。如圖3-10所示：
圖3-10澆注系統(tǒng)
3.9側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是利用注射機(jī)的開模力作為動(dòng)力和開模行程，通過(guò)斜導(dǎo)柱等零件，在塑件脫模之前，將模具的可 側(cè)向移動(dòng)的 成型零件從塑件中抽出。該機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作可靠，加工制造方便，廣泛應(yīng)用于抽拔距和抽拔力不太大的場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)要素組成是斜導(dǎo)柱、側(cè)滑塊、楔緊塊導(dǎo)滑槽的定位裝置。
3.9.1側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)注意如下要點(diǎn)：
1)成型部位截面形狀的復(fù)雜與簡(jiǎn)單、面積大小、多芯與單芯等都直接影響抽拔力的大小，在一般情況下，形狀復(fù)雜、面積大、多芯時(shí)所需要的抽拔力大。
2)制品壁的厚薄也影響到抽拔力的大小。壁厚者收縮量大，所需要的抽拔力亦相應(yīng)增大。
3)塑料的收縮率及其制品與成型零件的摩擦系數(shù)也影響抽拔力。塑料的成型收縮率大，抽拔力亦大；表面自潤(rùn)滑性能較好的塑料，其抽拔力較小。
4)型芯成型部位的表面粗糙度，對(duì)于抽拔力有較大的影響。表面粗糙度高，抽拔力大。因此，成型零件要有比較低的粗糙度，一般應(yīng)達(dá)到0.2以下，同時(shí)應(yīng)注意加工時(shí)的紋路方向，應(yīng)該與抽芯方向一致。
5)模具型芯應(yīng)有足夠的啊的脫模斜度。斜度大，抽拔力小，反之增大。一般的抽芯脫模斜度應(yīng)>1：100。
6)注射成型的工藝條件，必須與制品造型、模具結(jié)構(gòu)相適應(yīng)。注射壓力、模具溫度對(duì)制品在型芯上的包緊力有一定的影響。注射壓力小，模具溫度高時(shí)，抽拔力??；反之抽拔力大。
3.9.2抽芯距、抽拔力與斜導(dǎo)柱的計(jì)算
1.抽芯距S =4 （-側(cè)孔深度）
2.側(cè)向抽拔力F的估算
（3-6）
=
=18283.65N
式中：L-側(cè)型芯成型部分的截面平均周長(zhǎng)（mm）；
h-側(cè)型芯成型部分的高度（mm）；
p-塑件對(duì)側(cè)型芯的包緊力，一般取p=8-12MPa；
-塑料在熱狀態(tài)時(shí)對(duì)鋼的摩擦系數(shù)；
-側(cè)型芯的脫模斜度。
3.斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度計(jì)算
（3-7）
=
=90
式中：-斜導(dǎo)柱軸線與主開模方向的夾角；
-錐臺(tái)長(zhǎng)度，可取mm；
-斜導(dǎo)柱有效導(dǎo)滑長(zhǎng)度。
3.9.3斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì)
斜導(dǎo)柱的斜角一般為，最大不得超過(guò)，本設(shè)計(jì)選用的斜角為。材料采用T8A，淬火硬度HRC50-55。由于斜導(dǎo)柱只起驅(qū)動(dòng)滑塊的作用，滑塊的運(yùn)動(dòng)精度由導(dǎo)滑槽與滑塊間配合精度保證，滑塊的最終位置由楔塊保證，因此為了運(yùn)動(dòng)靈活，斜導(dǎo)柱與模板固定孔間的配合采用H7/m6，與滑塊導(dǎo)滑孔間的采用H11/b11的間隙配合。結(jié)構(gòu)形式如圖3-11所示：
圖3-11 斜導(dǎo)柱
3.9.4滑塊的設(shè)計(jì)
滑塊可以是瓣合?；瑝K，也可以是型芯滑塊?；瑝K可以做成整體式，也可以做成組合式。整體式是將成型部分與滑動(dòng)部分做在一整體材料上，使用于形狀簡(jiǎn)單的側(cè)向成型零件及瓣合模；組合式是將成型部分與滑動(dòng)部分靠一定的連接方式裝配在一起，這樣可以優(yōu)質(zhì)模具鋼材，且加工方便，應(yīng)用廣泛。本設(shè)計(jì)采用組合式的滑塊，滑塊上斜導(dǎo)孔的直徑與傾角應(yīng)保證能與斜導(dǎo)柱實(shí)現(xiàn)H11/b11的配合?；瑝K的定位裝置是利用壓縮態(tài)彈簧的彈力，通過(guò)拉桿螺釘將滑塊拉緊在固定塊上?；瑝K的底面和兩側(cè)面為滑動(dòng)面，應(yīng)有足夠的硬度和較低的粗糙度，以增強(qiáng)其耐磨性。如圖3-12所示：
圖3-12 滑塊 圖3-13楔塊
3.9.5楔塊的設(shè)計(jì)
楔塊的作用就是使側(cè)滑塊在模具閉合后能精確復(fù)位，并鎖緊滑塊，以承受注射成型是熔體對(duì)型芯的壓力。楔塊的結(jié)構(gòu)形式根據(jù)滑塊的形狀和受力的大小決定，楔塊應(yīng)有足夠的表面硬度（HRC52-56），以免擦傷和變形。本設(shè)計(jì)是用螺釘把楔塊連接在定模板上的，加工方便，是很常用的一種結(jié)構(gòu)形式，用于滑塊受力較小的場(chǎng)合。其結(jié)構(gòu)如圖3-13所示：
3.10 模架設(shè)計(jì)
塑料注射模模架現(xiàn)已標(biāo)準(zhǔn)化和系列化了,因此,在設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸直接選用即可。塑料模的模架起裝配、定位和安裝作用。
A. 動(dòng)模固定板和定模固定板 它們是動(dòng)模和定模的基座,也是固定式塑料模與成型設(shè)備連接的模板。因此,座板的輪廓尺寸和固定孔必須與成型設(shè)備上模具的安裝板相適應(yīng)。座板還必須具有足夠的強(qiáng)度和剛度。因?yàn)檫x擇XS-ZY-30型注塑機(jī), 根據(jù)中國(guó)模具手冊(cè)查得其尺寸為250mm×280mm 。
B. 墊塊、推板和推板固定板 墊塊的作用是使動(dòng)模支承板與動(dòng)模固定板之間形成推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的空間,或調(diào)節(jié)模具總高度以適應(yīng)成型設(shè)備上模具安裝空間對(duì)模具總高的要求。墊塊的尺寸為43mm×250mm , 推板和推板固定板的尺寸均為140mm×250mm 。
D. 各板的厚度如下:
a.動(dòng)模固定板和定模固定板根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)選用厚度分別為25mm和30mm;
b.型腔座板選用厚度為60mm；
c.型芯座板選用厚度為70mm；
d.墊塊根據(jù)已選用的模架，選擇其厚度為80mm；
e.推板的厚度取20mm；
f.推桿固定板厚度取15mm。
3.11 凸凹模的造型
根據(jù)手機(jī)前蓋裝配圖即可用Pro/E Widefire中的模具設(shè)計(jì)模塊設(shè)計(jì)進(jìn)行三維造型,這樣所設(shè)計(jì)的模具便很直觀、明了,也便于后續(xù)加工等等。具體過(guò)程如下：
A. 新建文件marong.mfg
B. 選擇 模具模型→定位參限零件→創(chuàng)建,出現(xiàn)如圖3-14的對(duì)話框,單擊“確定”，
圖 3-14創(chuàng)建圖
然后再設(shè)置如圖3-15的對(duì)話框，單擊對(duì)話框的確定，即完成了參限零件的創(chuàng)建
C. 選擇 模具模型→創(chuàng)建→工件→手動(dòng)，彈出“元件創(chuàng)建”對(duì)話框，輸入名稱，單擊“確定”命令，在彈出的“創(chuàng)建選項(xiàng)”對(duì)話框中選擇“創(chuàng)建特征”，單擊確定，在彈出的菜單中選擇 加材料→拉伸，實(shí)體→完成，即可通過(guò)對(duì)稱拉伸生成工件
D. 選擇 收縮，任意選擇一個(gè)參限零件，在菜單中選擇 按尺寸，彈出如下的對(duì)話框，設(shè)置后單擊，在菜單中單擊“完成/返回”，完成收縮率的設(shè)置
E. 選擇分型面→創(chuàng)建，輸入分型面的名稱，選擇增加→復(fù)制→完成，彈出如圖3-17的對(duì)話框，選擇要復(fù)制的曲面和要填充的曲面，單擊“確定”，完成分型面的創(chuàng)建。在菜單中選擇 分型面→創(chuàng)建→增加→拉伸(平整)選擇要拉伸(平整)的平面，完成補(bǔ)充，依此進(jìn)行其他三個(gè)分型面的創(chuàng)建。再創(chuàng)建一個(gè)分型面，將這這四個(gè)分型面分別與第五個(gè)分型面合并，形成一個(gè)完整的分型面。
F. 選擇 模具體積塊→分割→兩個(gè)體積塊→所有工件→完成，選擇上面的分型面，單擊確定，生成兩個(gè)體積塊，分別為型腔和型芯，至此完成型腔和型芯的設(shè)計(jì)，如圖3-18所示，選擇文件→保存。
圖 3-15布局圖 圖 3-16尺寸收縮圖
圖 3-17曲面復(fù)制圖
G. 選擇 特征→實(shí)體→切減材料→旋轉(zhuǎn)→實(shí)體→完成，通過(guò)旋轉(zhuǎn)命令可依次生成主流道、分流道和澆口。
H. 選擇 特征→型腔組件→水線，彈出“水線”對(duì)話框，根據(jù)提示設(shè)置好所有的參數(shù)，即可生成水線。
I. 根據(jù)繪制的二維圖，在.prt中分別完成各個(gè)零件的三維造型，包括如下的零件：定模固定板、定模板、動(dòng)模板、動(dòng)模支承板、推桿固定板、推板、墊塊、動(dòng)模固定板、鑲塊、定位圈、澆口套、拉料桿、推桿、導(dǎo)套、導(dǎo)柱、復(fù)位桿、限位釘、滑塊、楔塊、斜導(dǎo)柱、彈簧。
圖3-18 凹模和凸模
3.12 型腔加工工藝分析及加工仿真
3.12.1零件的工藝性審查
A. 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
型腔（見(jiàn)附圖），該零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面與定模固定板配合，凹進(jìn)部分與動(dòng)模型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料ABS經(jīng)冷卻后形成所需手機(jī)前蓋。
零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、型腔等。由于型腔在注塑時(shí)需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性和韌性。
B. 主要技術(shù)要求
零件圖上的主要技術(shù)要求有：1、熱處理：HRC 50-55；2、銳角去毛刺倒鈍；加工表面及其要求:矩形配合面的表面粗糙度Ra=0.8μm，側(cè)面的表面粗糙度Ra=3.2μm, 內(nèi)輪廓表面的粗糙度為Ra=0.8μm。
C. 零件材料
零件的材料為45鋼，可以通過(guò)熱處理來(lái)獲得所需的機(jī)械和力學(xué)性能。
3.12.2毛坯選擇
A. 考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯。
B. 確定毛坯的形狀、尺寸：選用45鋼鍛件145×175×35（mm）。
3.12.3基準(zhǔn)選擇
加工中心的一次裝夾希望能夠進(jìn)行在該基準(zhǔn)下的全部加工，這樣可以降低由于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對(duì)工件的加工的初步分析在毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。
3.12.4擬定加工方案
表3-2 工序表
工序
加工內(nèi)容
刀具
刀具號(hào)
轉(zhuǎn)速(rpm)
進(jìn)給量(mm/min)
1
銑四周
φ15面銑刀
T1
500
1200
2
銑上表面
φ15端銑刀
T2
500
1500
3
粗銑型腔
φ8端銑刀
T3
1500
1200
4
精銑型腔
φ1端銑刀
T4
1500
900
3.12.5型腔數(shù)控仿真加工
Master cam 9.0是一套被模具行業(yè)廣泛采用的CAD/CAM軟件系統(tǒng)，CAM部分提供了完整的二軸，三軸，四軸和五軸銑削加工方式。利用Master cam 9.0的CAM部分選擇加工方式、加工刀具、設(shè)定加工參數(shù)、計(jì)算NC刀具路徑、實(shí)體切削模擬結(jié)果等步驟，在檢驗(yàn)一切無(wú)誤后，選擇對(duì)應(yīng)的后處理器將刀具路徑轉(zhuǎn)換成數(shù)控機(jī)床所能接受的NC代碼，再利用DNC方式傳輸給CNC控制器進(jìn)行加工。曲面刀具路徑用來(lái)加工曲面、實(shí)體或?qū)嶓w表面。本模具選擇型腔來(lái)進(jìn)行仿真加工。Mastercam 使用CAD的設(shè)計(jì)功能設(shè)計(jì)出工程圖紙，而用CAM的功能編制出刀具路徑（NCI），最后通過(guò)NC程式輸入數(shù)控機(jī)床，加工成型。
仿真加工具體步驟如下：
A. 打開 SJWK.prt,將它另存為SJWK.igs,關(guān)閉文件
B. 打開Mastercam9.0, Main menu→File→Converts→IGES→Read file選擇SJWK.igs文件,將它導(dǎo)入進(jìn)來(lái)
C. Main menu→Screen→Configure→Mill9.CFG(Metric) 單擊“System configuration”對(duì)話框中的命令,完成設(shè)置
D. 單擊, Main menu→Xform→Rotate→All→Entities→Done→Origin,出現(xiàn)“Rotate”對(duì)話框，輸入旋轉(zhuǎn)角度“180”，單擊完成
E. Main menu→Toolpaths→Job setup，出現(xiàn)Job setup對(duì)話框，設(shè)置 X=335,Y=270,Z=60,單擊完成工件設(shè)置
F. Main menu→Toolpaths→Contour→Chain,選擇型腔上表面的四條邊,選擇End here
G. Main menu→Toolpaths→Face→Area,選擇型腔上表面，選擇Done
H.選擇Main menu→Toolpaths→Surface→Rough→Pocket→All→Done
I.選擇Main menu→Toolpaths→Dill→Do→Contour→Done
J.選擇Main menu→Toolpaths→Surface→Finish→Paraller→Done
刀具路徑控制管理器如圖3-21所示：
圖3-21 刀具控制器
仿真加工效果如圖3-22所示：
圖3-22仿真加工圖
4 結(jié)論
本課題設(shè)計(jì)是手機(jī)前蓋模具設(shè)計(jì)及其型腔仿真加工。在這次為期三個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中，我對(duì)模具結(jié)構(gòu)有了理性的認(rèn)識(shí)，對(duì)模具設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)和制造進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，了解模具的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，并制定了設(shè)計(jì)方案和計(jì)劃。
首先對(duì)制品數(shù)據(jù)收集后進(jìn)行三維實(shí)體造型,再進(jìn)行一系列模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),再應(yīng)用Mastercam軟件進(jìn)行型腔數(shù)控加工,過(guò)程中發(fā)現(xiàn)很多不懂的問(wèn)題，及時(shí)查找書籍和請(qǐng)教老師指點(diǎn)，不斷解決了這些難題。在設(shè)計(jì)中注意了配合尺寸和粗糙度的要求并進(jìn)行工藝分析,盡量滿足生產(chǎn)要求,降低了零件的加工成本,大大提高了加工效率。通過(guò)以上工作的完成，我對(duì)一套模具從設(shè)計(jì)