毕业设计基于ProE的折合盖塑料模具设计

基于Pro/E的折合盖塑料模具设计

作 者 姓 名 专 业指导教师姓名专业技术职务

山东轻工业学院2010届本科生毕业设计（论文）

目 录 摘 要 ............................................ 1 第一章 绪论 ................................... 2

1.1塑料工业的发展 .................................................................................. 2 1.2 国外的发展情况 ................................................................................. 2 1.3 国内的发展情况 ................................................................................. 3 1.4 Pro/E模具设计的应用 ........................................................................ 4

第二章 零件工艺性分析 .......................... 5

2.1塑件成型工艺分析 .............................................................................. 5 2.2 总体设计 .............................................................................................. 6 2.2.1 制品的材料特性 ..................................... 6 2.2.2 材料数据的初步确定 ................................. 6 2.2.3 结构具体方案 ....................................... 7

第三章 模具设计 ................................ 9

3.1 应用软件概述...................................................................................... 9 3.2注射机型号的选择 ............................................................................ 10 3.3注射机参数校核 ................................................................................ 11

第四章 成型零部件工作尺寸计算 .................. 12 第五章 浇注系统的形式和浇口的设计 .............. 16

5.1 主流道和分流道的设计 ................................................................... 17 5.1.1主流道的设计....................................... 17 5.1.2分流道的设计....................................... 17

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5.2浇口的设计 ......................................................................................... 17

第六章 温度调节系统的设计 ...................... 19

6.1模具温度对塑件成型的影响 ............................................................ 19 6.2加热系统的设计 ................................................................................ 19 6.2.1电阻加热形式....................................... 19 6.2.2电阻加热的计算 ..................................... 19 6.3冷却系统的设计 ................................................................................ 20

第七章 模具总装配设计 ......................... 20

7.1 应用软件概述.................................................................................... 20 7.2 模架的选用及尺寸确定 ................................................................... 21 7.3 总装配设计........................................................................................ 21

总结 .............................................. 26 参考文献 .......................................... 27 致谢 .............................................. 28

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摘 要

模具是工业生产中使用极为广泛的主要设备，是机械、电子、轻工、国防等工业生产的重要基础之一。采用模具生产零部件，具有高效、节材、成本低、保证质量等一系列优点，是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。许多现代工业的发展和科技水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此模具工业已成为国民经济的基础工业之一。

本课题是以折合盖制品为塑件模型，应用Pro/E软件进行注塑模具设计。在探讨Pro/Engineer在注塑模具设计中应用的基础上,分析了折盒盖设计的工艺特点，并介绍了相应塑胶模具结构设计方法及模具的工作过程，详细阐述了在Pro/Engineer软件平台上进行注射模具设计的具体方法和步骤。 关键词： 注射模具设计 折盒盖 Pro/E软件

Abstract

The abstract mold is in the industrial production uses the extremely widespread main equipment, is the machinery, the electron, the light industry, the national defense and so on one of industrial production important foundations. Using the mold production spare part, has the nodal wood, the cost highly effective low, the guarantee quality and so on a series of merits, is the present age industrial production important method and the craft development direction. Many modern industry development and the technical level enhancement, is decided to a great extent by the mold industry level of development. Therefore the mold industry has become one of national economy foundation industries.

Based on discussing the application of Pro/Engineer in the mold design, this article has analyzed the technologic folding lid design and introduced the method of the corresponding plastic mold structural design and the process of the mold work. Key words: inject ion mould; folding lid; Pro/E

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第一章 绪论

1.1塑料工业的发展

在塑料加工行业中约有95%的产品靠模具生产,产品的更新及新产品的开发都是以模具的更新 和工艺的改进为前提.注塑制件约占所有塑料制件总产量的 30 % ,注射模具的产量占世界塑料成型模 具总产量的一半以上.这主要是因为相对于其它塑料成型工艺方法注射成型工艺能完成复杂精密塑料制作的成型,而且成型效率高

随着塑料产品的外观越来越复杂,功能性越来越多样化,传统的二维设计方法很难设计和表达出合理的模具结构,因此需要大力开发和应用模具设计、分析和制造方面的软件.目前在国内应用的主要软件有

1: 美国PTC公司CAD/CAM/CAE集成化系统Pro/engineer 2: 美国EDS公司的CAD/CAM软件UG 3：美国SOLIDWORKS公司的Solidworks软件

4: 以色列CIMATRON公司的三维CAD/CAM软件Cimatron

5: 北京航空航天大学软件工程研究所的 CAD/CAM软件CAXA等.

上述各种软件各具特色 ,但在国内使用相对比较普及的还数 Pro/ engineer 软件。

PRO/E可谓是一个全方位的3Ｄ产品开发软件,集成了零件设计、产品装配、模具开发、数控加工、钣金件设计、铸造件设计、造型设计、逆向工程、自动测量、机构仿真、应力分析,产品数据库管理等功能于一体。其首创的参数式设计给传统的模具设计带来了许多新观念,强调实体模型架构优于传统的面模型架构和线模型架构。PRO/E还具有良好的数据接口,它可以将图纸输出为多种格式,可以方便地和AUTOCAD,SOLIDWORK等进行数据交换[1] 。

1.2 国外的发展情况

国外的模具发展状况具体表现为以下七个特征[2] （1） 集成化技术

现代模具设计制造系统不仅应强调信息的集成，更应该强调技术人和管理的集成。

在开发模式制造系统时强调“多集成”的概念，即信 息集成.智能集成.串并行工作机

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制集成及人员集成，这更适合未来制造系统的需要。 （2） 智能化技术

应用人工智能技术实现产品生命周期各个环节的智能化，以及模具设备的智能化，也要实现人与系统的融合及人在其中智能的充分发挥. （3） 网络技术的应用

网络技术包括硬件与软件的集成实现。各种通讯协议及制造自动化协议，信息通讯接口，系统操作控制策略等，是实现各种制造系统自动化的基础。目前早通过了Internet 实现跨国界模具设计的成功例子。 （4） 多学科多功能综合产品设计技术

产品的开发设计不仅用到机械科学的理论与知识，还用到了电磁学.光学.控制理论等，甚至要考虑到经济.心理.环境.卫生及社会等各方面的因素。产品的开发要进行多目标全性能的优化设计，以追求模具产品动静态特性.效率.精度.使用寿命.可靠性.制造成本与制造周期的最佳组合。 （5） 虚拟现实与多媒体技术的应用虚拟现实

在21世纪整个制造中都将有广泛的应用，可以用于培训.制造系统仿真。实现基于制造仿真的设计与制造.集成设计与制造.实现集成人的设计等。美国已于1999 年借助于VR 技术成功地修复了哈博太空望远镜。多媒体技术采用多种介质来存储.表达处理多种信息，融文字、语音、图象于一体，给人一种真实感。 （6） 反求技术的应用

在许多情况下，一些产品并非来自设计概念，而是起源于另外一些产品或实物，要在只有产品原型或实物模型，而没有产品图样的条件下进行模具设计和制造以便制造出产品。此时需要通过实物的测量，然后利用测量数据进行实物的CAD 几何模型的重新构造。这种过程就是反求工程RE。建立了CAD 几何模型后，就可以依据这种数字化的几何模型用于后续的许多操作[4]。

（7） 快速成形制造技术快速成形制造技术RPM 基于层制造原理，迅速制造出产品原型，而与零件的几何复杂程度无关，尤其在具有复杂曲面形状的产品制造中更能显示其优越性。它不仅能够迅速制造出原型供设计评估.装配校检.功能实验。而且还可以通过形状复制，快速经济地制造出产品模具，从而避免了传统模具制造的费时和耗成本的NC 加工，因而RPM技术在模具制造中发挥着重要的作用。[5]

1.3 国内的发展情况

目前国内模具行业的基本情况是[6]，随着轻工业及汽车制造业的迅速发展，模具设计制造日渐受到人们广泛关注，已形成一个行业。但是我国模具行业缺乏

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技术人员，存在品种少.精度低.制造周期长.寿命短.供不应求的状况。一些大型.精密.复杂的模具还不能自行制造，需要每年花几百万.上千万美元从国外进口，制约了工业的发展，所以在我国大力发展模具行业势在必行。

为了提高模具企业的设计水平和加工能力。中国模具协会向全国模具行业推荐适合于模具企业用的CAD/CAM 系统。但国内优秀的CAD/CAM 系统很少，只有少数适合模具行业应用。而国外购买的虽有强大的三维曲面造型能力.强大的结构有限元分所能力.强大的计算机辅助制造能力.产品数据管理能力等，但价格昂贵，一般企业难以支持。[3]

1.4 Pro/E模具设计的应用

如今在模具制造行业，普遍采用Pro/E设计制造及分模。Pro/E凭借其强大的特征造型功能赢得了用户的青睐，Pro/Moldesign是Pro/E的可选模块，主要用于塑料模具和压铸模具的设计。

工业产品在完成造型设计后，依据产品三维模型设计,加工出模具是产品批量生产的关键。Pro/Moldesign为塑胶模具的型腔设计提供了简单可靠的功能模块。

Pro/E模具设计应用的新技术，它与传统设计方法一样，都是基于注塑工艺及注塑模型，注塑工艺包括开模方向，拔模斜度，分模线，分模面，收缩率，以及浇注系统，生产工艺流程等，利用Pro/E软件进行计算机辅助注塑工艺设计和模仿生产操作，软件分析功能进行流道分析，温度分析和脱模干涉检查，减少了工艺设计工程的失误。利用Pro/E软件平台进行注塑模具设计步骤如下： 1.建立模具模型：包括参考模型的导入，毛胚模型的创建，成型收缩率的设定。

2.浇注系统设计。

3.利用Parting Surf定义分模面 。

4.运用Mold Volume 命令拆模，产生体积块。 5.抽取模具元件。 6.试模，开模，检测。

7.将各模具元件导入CAM软件编制加工程序。

运用Pro/E 中的模具设计模块，可以很简捷地将已经造好的模型的制件的模具元件提取。利用定义好的主分型面，可先将凹凸模拆分出来，再依据产品结构设计抽芯，滑块，斜导柱，顶针孔等组件。型腔与各元件设计完成，生产具体三维视图后，转入模具CAM阶段。居于Pro/E的模具设计模式，能缩短模具研发的时间，加快模具加工进程，提高模具加工进程，提高模具精度要求。对企业快速响应客户要求，增强市场竞争力都有非常重要的意义。[4]

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第二章 零件工艺性分析

2.1塑件成型工艺分析

该零件需要进行拉伸、旋转、合并等操作，运作起来比较简单。成型零件需

要拉伸缺省，也并不复杂。根据零件的结构组成特点，模具的设计如图2-1、2-2、2-3所示。

图2-1定模顶盖 图2-2定模部分

图2-3动模部分

下面是对上图零件分析的结果：

(1) 该零件尺寸不大，结构较为简单，注塑时只需将较易损坏的部位做成型芯，降低维修的成本。

(2) 该零件未注精度，故默认取一般精度，即IT4[1]。

(3) 选用材料为丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物（即ABS），符合经济要求和也提高了成型效率。

(4) 该零件内表面上缘安装配合处有光洁度要求，故应考虑好浇口浇注系统结构需要。[5]

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2.2 总体设计 2.2.1 制品的材料特性

本零件选用ABS（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物）。 ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)的性能： (1) 应用范围

汽车(仪表板、工具舱闷、车轮盖、反光镜盒等)，电冰箱，高强度工具(发烘干机、搅拌器、食品加工机、割草机等)，电话机壳体，打字机键盘，娱乐用车辆，如高尔夫球手推车和喷气式雪橇车等。

(2) ABS特性优点

ABS材料具有优越的综合性能，制品强度高，刚性好，硬度、耐冲击性、制品表面光泽性好，耐磨性好。ABS耐热可达90摄氏度（甚至可以在100—150摄氏度使用），耐低温，可在-40摄氏度下使用。同时耐酸、碱、盐、耐油、耐水。具有一定的化学稳定性和良好的介电性能。不易燃。

(3) ABS特性缺点

不耐有机溶剂，耐气候性差，在紫外线下易老化。

2.2.2 材料数据的初步确定

ABS选用成型条件见表2-1[1]

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表2-1 ABS成型条件

塑料名称 注射成型机类型 ABS 螺 杆 式 成形压力/MPa 注射时间 20 ～ 90 1.03～1.07 堆密度/ g/cm3 计算收缩率/（%） 0.3 ～ 0.8 温度 /℃ 80 ～ 85 总周期 50 ～220 时间 /h 2 ～ 3 螺杆转速/r﹒min1 ～预热 料筒温度 喷嘴温度 模具温度 /℃ 注射压力/MPa 后段 /℃ 150～170 适应注射机类型 螺杆、柱塞均可 中段 /℃ 165～180 方法 前段 /℃ 180 ～ 200 后处理 温度 /℃ /℃ 170～180 时间 /h 2 ～ 4 50 ～ 80 60 ～100 成型时间 /s 高压时间 0 ～ 5 冷却时间 20 ～120 40 ～ 60 30 红外线灯烘箱 70 2.2.3 结构具体方案

(1) 确定型腔布局

塑件的几何结构特点简单，尺寸精度要求不高，批量较大，模具制造容易，确定型腔数为4个。

(2) 确定浇注系统

考虑到塑件的质量和成型特性，还有保证内表面上缘安装配合处的光洁度，浇口的位置应该在塑件上表面边缘。

(3) 确定分型面

分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面， 分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。分型面的设计原则为：

1) 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。

2) 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。 3) 保证塑件的精度要求。 4) 满足塑件的外观质量要求。 5) 便于模具加工制造。 6) 对成型面积的影响。

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7) 对排气效果的影响。 8) 对侧向抽芯的影响。

对于此塑料件，采用动模框与定模框对接形成与塑件轮廓曲线相一致的分型面形式, 其中动模框和定模框分别镶嵌于型腔板和型芯板中,分型面呈空间曲面形式。其形状如图2-4：

图2-4分型面

(4) 顶出机构与拉料杆的设计

顶出机构采用圆柱顶杆，拉料杆采用Z型。在注射完成后，动模与定模分离，拉料杆把浇注系统的条料拉出，然后随顶杆一起向上运动，把零件顶出下型芯。

(5) 冷却系统

为了保证塑件的质量，模具的模芯温度应保持在50～80℃，所以模具应该设定冷却系统。模温过高会产生缩孔，过低影响到某些部位没有填充完毕，塑料已凝固。模具的最高温度的地点是型腔和型芯的附近部位，因此在这些部位的周围设计循环水冷却回路，通过回路中的阀门控制冷却水流量或流速从而达到调节模温的目的。

水孔直径一般在6—8mm,孔边距型腔最近距离应大于15—20mm，否则将影响型腔的强度。

(6) 排气槽的设计

在注塑成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中有的气体外，还有塑件受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能顺利排出，则可能因充填时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部炭化烧焦，使塑件产生气泡，或使塑料熔接面不良而引起缺陷，因而须进行排气设置，排气深度（或间隙）0.025mm。

1）排溢设计：排溢是指排出充模熔料中的前锋冷料和模具内的气体等。 2）引气设计：对于一些大型腔壳形塑件，注射成型后，整个型腔由塑料填满，型腔内气体被排出，此时塑件的包容面与型芯的被包容面基本上构成真空，当塑件脱模时，由于受到大气压的作用，造成脱模困难，如采用强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏，因此必须加引气装置。

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3）排气系统有以下几种方式：利用排气槽；利用型芯、镶件、推杆等配合间隙；有时为了防止制品在顶出时造成真空而变形，必须设置进气装置。

4）该套模具的排气方式有 a.利用模具的分型面排气；

b.对于组合式型芯可利用其拼和的缝隙、零件配合的间隙。

对制品零件的分析和初步的总体设计是必要的。有的初步的总体设计，才能在Pro/ENGINEER里把三维模型实现。初步的总体设计不但把各部分工作相联系，而且在发现有错误或者问题的时候可以快速修改。[9]

第三章 模具设计

3.1 应用软件概述

模具的设计包括产品的实体造型和模具的型腔设计，应用的CAD软件是Pro/ENGINEER，它能完成产品的实体造型，然后根据实体造型后的数据进行模具的型腔设计。下面就Pro/ENGINEER这个计算机辅助设计软件的特点进行简单的概述。

(1) 全相关性

Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以及制造数据。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。

(2) 单一数据库

Pro/Engineer是建立在统一基层上的数据库上，不像一些传统的CAD/CAM系统建立在多个数据库上。所谓单一数据库，就是工程中的资料全部来自一个库，使得每一个独立用户在为一件产品造型而工作，不管他是哪一个部门的。

(3) 具有参数化设计和特征功能

Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间内

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开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。

(4) 拥有数据管理的功能

加速投放市场，需要在较短的时间内开发更多的产品。为了实现这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一个产品进行的各项工作，由于使用了Pro/Engineer独特的全相关性功能，因而使之成为可能。

(5) 便捷的装配管理

Pro/Engineer的基本结构能够使你利用一些直观的命令，例如“连接”、“匹配”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。

Pro/ENGINEER摆脱了传统线创建、面创建，改用3－D实体结构，除了可以将模型真实的呈现出来外，更可以轻易地计算出实体的表面积、体积、重量、惯性矩和重心等物理量。

在零件的实体造型环境下，根据零件图，输入必要的参数，应用了Pro/ENGINEER中Part/Design模块进行三维造型, 这一模块主要造型方法有Extrude (拉深)、Revolve (旋转)、Sweep (扫描)、Blend(混成)、Use Quilt (用曲面)、Varsec Sweep (变截面扫描)、Sweep Blend (扫描混成)、Helical Sweep (螺旋扫描)、Boundaries (用边界)、From file (从数据文件)和其它一些辅助功能(如倒圆、倒角、变化圆角、拔模斜度等)。应用Pro/ENGINEER这些功能,能很好地完成复杂实体造型。 3.2工件尺寸的计算 a）有关塑件的计算：

体积 = 1.3650378×104 mm3 曲面面积 =2.2860697×104 mm2 密度 = 1.0500000×10-6 kg / mm3 质量 = 1.4332897×10-2kg

3.2注射机型号的选择

根据塑件的体积初步选定为J54-S200/400螺杆式注射机 合模方式： 液压—机械 标称注射量cm3: 200-400 螺杆直径mm: 55 注射压力105Pa: 1090

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注射行程mm: 160 螺杆转速r/min: 16,28,48 注射方式: 螺杆式 合模力KN： 2540 最大成型面积cm：645 模板最大行程mm: 260 模具最大厚度mm: 406 模具最小厚度mm: 165

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3.3注射机参数校核

1、注射量的校核

注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。

在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量或质量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即

V = nVz + Vj 或 M = nmz + mj

式中 V（m）——一个成形周期内所需射入的塑料容积或质量(cm3或g）； n ——型腔数目

Vz（mz）——单个塑件的容量或质量(cm3或g）。

Vj（mj）——浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量或质量(cm3或g）。 故应使 nVz + Vj ≤ 0.8Vg 或 nmz + mj ≤ 0.8mg

式中 Vg（mg）——注射机额定注射量(cm3或g）。 根据容积计算 nVz + Vj =1.3×13.6=17.68≤0.8Vg 可见注射机的注射量符合要求

2.塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核

注射成型时，塑件在模具分型面上的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现溢漏现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：

nA1 + A2 ﹤ Am

式中 Am——注射机允许使用的最大成型面积(mm2） 其他符号意义同前. 注射成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢漏现象，应使塑料熔体对型腔的成型压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的乘积小于注射机额定锁模力。

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模具所需锁模力的计算 F=KAPm式中F-锁模力，NA-制品和流道在分型面上的投影面积之和，m2Pm-型腔的平均计算压力，PaK-安全系数，通常取K=1.1-1.2制Pm取35Mpa.故F= 1.2×151.26x10-4×35×106=635kN＜2540 KN符合要求。

4.最大注射压力校核

注射机的额定注射压力即为它的最高压力pmax,应该大于注射机成型时所调

用的注射压力，pmax = 109Mpa,注射机成型时所调用的注射压力为64.22MPa , 符合要求。

5.模具与注射机安装部份的校核

喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。

模具厚度 模具厚度H（又称闭合高度）必须满足：

Hmin﹤H﹤Hmax

式中 Hmin——注射机允许的最小厚度，即动、定模板之间的最小开距； Hmax——注射机允许的最大模厚。

注射机允许厚度 165﹤H﹤406 符合要求。

6.开模行程校核[25]

开模行程s（合模行程）指模具开合过程中动模固定板的移动距离。注射机的最大开模行程与模具厚度无关，对于单分型面注射模：

Smax ≥ s = H1 + H2 + 5—10mm

式中 H1——推出距离（脱模距离）（mm）； H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）。 开模距离取 H1 = 30

包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 =120

余量取 8 则有： Smax ≥ s =30+120+8 符合要求。[10]

品和流道在分型面的投影之和为A= nA1 + A2=150×100+126=15126mm2=151.26 cm2,

第四章 成型零部件工作尺寸计算

凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸属包容尺寸，在使用过程中凹模的磨损会使包容尺寸逐渐增大。所以，为了使得模具的磨损留有修模的余地以

及装配的需要，在设计模具时，包容尺寸尽量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。

查文献得ABS的收缩率为0.3～0.8％，根据塑件尺寸公差要求，模具的制造公差取δZ＝△/4，取X=0.5。另一类没有标注有公差的尺寸，精度要求不高的

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我们可以按照IT4级计算。成型零件尺寸计算如下： 平均收缩率计算：

S =[（Smas+ Smin ）/2 ] ×100% 公式（4-1）

式中 S ——塑料的平均收缩率；

Smas——塑料的最大收缩率； Smin——塑料的最小收缩率。

由公式（4-1） S平均=[（Smas+ Smin ）/2 ] ×100%

=[（0.3%+0.5%）/2] ×100% =0.55% 1） 型腔工作尺寸的计算 型腔的径向尺寸计算公式如下： a） 型腔径向尺寸

(Lm)+δz=[(1+S)Ls-X△]+z 公式 （4-2）

式中 Ls------- 塑件外型径向基本尺寸（mm）；

Lm------- 计算出的型腔径向尺寸（mm）； X----修正系数，取0.5～0.75； △---塑件公差 （mm）；

δz----模具制造公差，取（1/3～1/4）的塑件公差。 (Lm100)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×100-0.5×0.44] +δz

=100.33+0.147 mm

LS=100mm 查文献【1】得 △= 0.44 mm δz=1/3 △=0.147mm (Lm61.068)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×61.068-0.5×0.32] +δz

=61.244+0.107 mm LS=61.068mm 查文献

【1】

得 △= 0.32 mm δz=1/3 △=0.107mm

(Lm46.840)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×46.840-0.5×0.28] +δz

=46.958+0.0.093 mm

LS=46.840mm 查文献【1】得 △= 0.28 mm δz=1/3 △=0.093mm (Lm41.335)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×41.335-0.5×0.28] +δz

=41.422+0.0.093 mm

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LS=41.335mm 查文献【1】得 △= 0.28 mm δz=1/3 △=0.093mm (Lm38.710)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×38.710-0.5×0.26] +δz

=38.793+0.087 mm

LS=38.710mm 查文献【1】得 △= 0.26 mm δz=1/3 △=0.087mm (Lm31.1953)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×31.195-0.5×0.26] +δz

=31.237+0.200 mm

LS=31.195mm 查文献【1】得 △= 0.26 mm δz=1/3 △=0.087mm (Lm40.506)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×40.506-0.5×0.28] +δz

=40.589+0.093 mm

LS=40.506mm 查文献

【1】

得 △= 0.28 mm δz=1/3 △=0.093mm

(Lm2.404)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×2.404-0.5×0.12] +δz

=2.357+0.040 mm

LS=2.404mm 查文献【1】得 △= 0.12 mm δz=1/3 △=0.040mm (Lm2.434)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×2.434-0.5×0.12] +δz

=2.388+0.0.040 mm

LS=2.435mm 查文献【1】得 △= 0.12 mm δz=1/3 △=0.040mm (Lm3.600)+δz=[(1+S)Ls-X△]+δz =[(1+0.55%)×3.600-0.5×0.14] +δz

=3.550+0.047 mm

LS=3.600mm 查文献【1】得 △= 0.14 mm δz=1/3 △=0.047mm b 型腔深度工作尺寸的计算

(Hm)+δz=[(1+S)Hs-X△]+δz 公式（4-3）

式中 Hm---- 塑件外型深度基本尺寸的最大尺寸（mm）

X——修正系数，取0.5～0.75 △——塑件公差 （mm）

Δz——模具制造公差，取（1/3～1/4）的塑件公差 (Hm25)+δz=[(1+S)Hs-X△]+δz =[(1+0.55%)×25-0.5×0.24] +δz

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=25.018+0.080 mm

HS=25mm 查文献【1】得 △= 0.24 mm δz=1/3 △=0.080mm (Hm3.092)+δz=[(1+S)Hs-X△]+δz =[(1+0.55%)×3.092-0.5×0.14] +δz

=3.039+0.047mm

HS=3.092mm 查文献【1】得 △= 0.14 mm δz=1/3 △=0.047mm (Hm0.555)+δz=[(1+S)Hs-X△]+δz =[(1+0.55%)×0.555-0.5×0.12] +δz

=0.500+0.040 mm

HS=0.555mm 查文献【1】得 △= 0.12 mm δz=1/3 △=0.040mm (Hm0.300δz=[(1+S)Hs-X△]+δz =[(1+0.55%)×0.300-0.5×0.12] +δz

=0.242+0.040 mm

HS=0.300mm 查文献【1】得 △= 0.12 mm δz=1/3 △=0.040mm 2）

型芯工作尺寸的计算

(Lm) –δz=[(1+S)Ls+X△]δz 公式（4-4）

式中 Ls------- 塑件内型径向尺寸（mm）；

Lm------- 计算出的型芯径向尺寸（mm）； X----修正系数，取0.5～0.75； △---塑件公差 （mm）；

δz----模具制造公差，取（1/3～1/4）的塑件公差。 (Lm98) –δz=[(1+S)Ls+X△] –δz =[(1+0.55%)×98+0.5×0.44] –δz

=98.759–0.147mm

LS=98mm 查文献【1】得 △= 0.44 mm δz=1/3 △=0.147mm (Lm96) –δz=[(1+S)Ls+X△] –δz =[(1+0.55%)×96+0.5×0.44] –δz

=96.748–0.147mm

LS=96mm 查文献【1】得 △= 0.44 mm δz=1/3 △=0.147mm (Lm5) –δz=[(1+S)Ls+X△] –δz =[(1+0.55%)×5+0.5×0.14] –δz

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a 型腔径向尺寸

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=5.098–0.200mm

LS=5mm 查文献【1】得 △= 0.14 mm δz=1/3 △=0.047mm (Lm3.8) –δz=[(1+S)Ls+X△] –δz =[(1+0.55%)×3.8+0.5×0.14] –δz

=3.891–0.047mm

LS=3.8mm 查文献【1】得 △= 0.14 mm δz=1/3 △=0.047mm (Lm3.0) –δz=[(1+S)Ls+X△] –δz =[(1+0.55%)×3.0+0.5×0.12] –δz

=3.077–0.060mm

LS=3.0mm 查文献【1】得 △= 0.12 mm δz=1/3 △=0.060mm b 型芯高度工作尺寸的计算

(Hm) –δz=[(1+S)Hs+X△]δz 公式（4-5）

式中 Hm---- 塑件内型径向基本尺寸（mm）；

X----修正系数，取0.5～0.75； △---塑件公差 （mm）；

δz----模具制造公差，取（1/3～1/4）的塑件公差。

(Hm23) –δz=[(1+S)Hs+X△] –δz =[(1+0.55%)×23+0.5×0.22] –δz

=23.237–0.073mm

LS=23mm 查文献【1】得 △= 0.22 mm δz=1/3 △=0.073mm (Hm17) –δz=[(1+S)Hs+X△] –δz =[(1+0.55%)×17+0.5×0.20] –δz

=17.194–0.067mm

LS=17mm 查文献【1】得 △= 0.20 mm δz=1/3 △=0.067mm (Hm6.6) –δz=[(1+S)Hs+X△] –δz =[(1+0.55%)×6.6+0.5×0.16] –δz

=6.716–0.053mm

LS=6.6mm 查文献【1】得 △= 0.16 mm δz=1/3 △=0.053mm[15]

第五章 浇注系统的形式和浇口的设计

浇注系统是指凝料熔体从注射机喷嘴射出后到达型腔之前在模具内流经的通

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道。浇注系统分为普通流道的浇注系统和热流道的浇注系统两大类。浇注系统的设计是注射模具设计的一个很重要的环节，它对获得优良性能和理想外观的塑料制件以及最佳的成型效率。

5.1 主流道和分流道的设计 5.1.1主流道的设计

形式如图5-1所示。

图6-1主流道

图5-2主流道

5.1.2分流道的设计

分流道如图5-2所示（图中加亮部分）

图5-2分流道

5.2浇口的设计

浇口是连接分流道与型腔之间的一段细流道，它是浇注系统的关键部分。浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件质量影响很大。

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致谢

大学四年学习时光已接近尾声，在此我想对我的母校、亲人们，我的老

师和同学们表达我由衷的谢意。

感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持；感谢我的母校山东轻工业学院给了我在大学四年的深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢山东轻工业学院的老师们和同学们四年的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向曹老师寻求帮助，而曹老师每次不管忙或闲，总给会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。曹老师平时里工作繁多，单我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。 同时，本篇毕业论文的写作也得到了等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚的向我的老师和同学们表示感谢。

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浇口的主要作用是：

① 型腔充满后，熔体在浇口处首先凝结，防止其倒流； ② 易于切除浇口凝料；

③ 对于多型腔的模具，用以平衡进料；

浇口的面积通常为分流道面积的 0.03 ～ 0.09。浇口的截面有矩形和圆形两种。浇口长度约为 0.5 ～ 2 mm左右。浇口的尺寸一般根据经验公式确定，取其下限值，然后在试模时逐步修正。

最常用的浇口形式有：第一是侧浇口。这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之浇道部份的回料增多。其次塑料的进料口部分需去毛刺，这样既增加了去毛刺的工时，又损坏了周围的美观。第二是点浇口。塑料注射时，在点浇口以高速注入型腔，一部份动能转变为热能，因此塑料在会合时的热量损耗比侧浇口少，所以会合处熔合较好，熔接痕不太明显。其缺点是塑件的正面将留下点烧口的痕迹，影响塑件的美观，并且为了取出点浇口的浇道剩料，型腔必须移动。由于型腔重量较大，所以不方便移动。第三种是综合上述两种浇口形式的优缺点，采用剪切浇口。因为塑件侧壁距离横浇道较远，因直接在侧壁进料是很难实现的，因此又增设了工艺输助浇口，从而使浇注系统进一步完善。这种浇口形式主要有以下优点：一是塑件表面无浇口痕迹，并且外表面无明显的熔接痕，所以外观质量较好。二是浇口的位置和数量可视塑件的质量而增加、减少或改变浇口的位置、模具修改也比较方便。三是在塑件顶出的同时，浇口剪断并脱落，可节省去毛刺工序，并有得于机床自动化。从塑料流程尽量一致的原则出发，采用了两个剪切浇口处都设有顶杆，用以切断剪切浇口，其工艺辅助浇口可手工去除。[18]

浇口位置的选择对塑件质量的影响极大。选择浇口位置时应遵循如下原则： ① 避免塑件上产生缺陷；

② 浇口应开设在塑件截面最厚处； ③ 有利于塑料熔体的流动； ④ 的利于型腔的排气； ⑤ 考虑塑件受力情况； ⑥ 增加熔接痕牢度；

⑦ 流动定向方位对塑件性能的影响； ⑧ 浇口位置和数目对塑件变形的影响； ⑨ 校核流动比；

⑩ 防止型芯或嵌件挤压位移或变形。

此外，在选择浇口位置和形式时，还应考虑到浇口容易切除，痕迹不明显，

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不影响塑件外观质量，流动凝料少等因素。

可在浇口主流道处设置浇口衬套，防止塑料溶体外流，如图5-3所示

图5-3浇口衬套

第六章 温度调节系统的设计

6.1模具温度对塑件成型的影响

模具温度对塑件质量、模塑周期都有影响，设计注塑模时要考虑加热系统和冷却系统的设计。

6.2加热系统的设计 6.2.1电阻加热形式

本次设计采用电热棒加热。

电热棒是一种标准的加热元件，它是由具有一定功率的电阻四合带有耐热绝缘材料的金属密封管构成。

6.2.2电阻加热的计算

1公式P=mCp{Ｑ2-Ｑ1}/3600UT=10KW 式中P—加热模具所需要的总功率{KW} M—模具的质量{KG}

Cp—模具材料的比热容{KJ/{KG.K} Ｑ2—模具要求加热到得温度 Ｑ1—模具的初始温度

U—化热元件的效率，约为0.3-0.5

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T—加热时间{h}

6.3冷却系统的设计

冷却通道的大致有直通式、循环式、喷流式、隔板式、间接式、圆周式、螺旋式、以及复合式多种形式，一般的冷却通道的布置是随塑件的形状和模温要求来设计的，对于不同形状的塑件，冷却水道的位置与形状不同。

温度调节系统对生产力的影响主要由冷却时间来体现。通常注射到型腔内的塑料熔体的温度为200℃左右，塑件从型腔中取出的温度在60℃以下。熔体在成型时释放的热量中约有5%以辐射、对流的形式散发到大气中，其余95%需冷却水带走，否则由于塑料熔体的反复注入将使模温升高。为了保持模温的恒定，在每一循环中，必须由冷却系统把塑料熔体的热量带走。因此模具的冷却时间主要取决于冷却系统的冷却效果。一般的模具冷却时间占整个注射循环周期的2/3，因此缩短成型周期中的冷却时间是提高生产率的关键。

根据牛顿冷却定律，冷却系统从模具中带走的热量为 Q=k×A×Δθ×t/3600=1.1×77×5×7200/3600=847J 式中：Q—模具与冷却系统所传递的热量（J）。

k—冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数J=1.1-1.2/(m2*h*℃)。 A—冷却介质传热面积（m2）。

Δθ—模温与冷却介质之间的温度差（5℃）。 t—冷却时间（S）。

由式中可知，当所需传递的热量不变时，可通过提高传递系数k，提高模具与冷却介质温度差Δθ及增大冷却介质的传热面积A等三种方法来缩短冷却时间，提高生产效率。[20]

第七章 模具总装配设计

7.1 应用软件概述

模座的设计应用Pro/ENGINEER的插件──智能型模型产生系统（EMX）。应用EMX进行模座设计，只需选定一种标准模座，然后根据模芯的情况修改模座的尺寸数据，加入滑块，就能建立好一个3D的模座。下面对EMX进行简单的概述。

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EMX是作为Pro/ENGINEER的辅助应用程序而挂靠一起使用的功能强大的模座库。它主要提供注塑模座的各类组件，它包含了Hasco、Futaba、Pedrotti、Dme、Eos、Kla等等公司生产的标准模座系列，使用者根据设计实际需要定义供货商：选择模座型号，定义模座尺寸、动模定模固定板，选择浇注口，定义顶出销、固定螺钉、滑块、斜顶等等，最后进行开模模拟，对所有零件进行干涉检测，保存开模模拟动画，自动产生工程图。

Pro/ENGINEER EMX中的模具设计功能可以让设计人员：

(1) 轻松设计、定制和细化模架部件和组件

(2) 自动完成诸如余隙切口、螺纹孔、组件安装、顶杆修饰等工作

(3) 由于组件和部件可以被自动放置在模架中，所以在自动放置之前，设计人员

可以轻松地实时选择和预览3D组件和部件

(4) 可以从

15个以上的模架和组件供应商预先定制组件和部件，因此没有必要

建立模型库

(5) 自动创建部件和组件图形，其中包括带有圆圈标注和孔类图表的物料清单 (6) 自动检验整个模具的开启顺序，其中包括滑块、提钩和顶杆等的动作

[22]

7.2 模架的选用及尺寸确定

通过前面的设计及计算工作，便可以根据所定内容确定模架。模架部分可以自己设计，也可以选用标准模架；在生产现场模具设计过程中，尽可能选用标准模架，确定出标准模架的形式，规格及标准代号，因为标准件有很大一部分已经标准化，随时可在市场上买到，这对缩短制造周期，降低制造成本时极其有用的。

而标准件则包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热元件等。

此外，在模架尺寸确定之后，对模具有关零件进行必要的强度或刚度校核，看所选模架是否符合要求，尤其对大型模具，这一点尤为重要。设计模具时，开始就要选定模架。当然选用模架时要考虑到塑件的成型、流道的分布形式以及顶出机构的形式等因素。

本设计采用hasco标准模架MUJIATI2立式两板模座，尺寸选择350×400。[23]

7.3 总装配设计

图形如图7-1所示

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图7-1 连接座注塑模

1、定模固定板（定模座板）

主流道衬套固定孔与其为H7/m6过渡配合；

图7-2定模固定板

2、定模板

上面的型腔为整体式；有四个型芯固定孔；

其导柱固定孔与导柱为H7/m6过渡配合。如图7-3所示。

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图7-3定模板

3、动模固定板

用于固定型芯（凸模）、导套。为了保证凸模或其它零件固定稳固，固定板应有一定的厚度，并有足够的强度，一般用45钢或Q235A制成。如图7-4所示。

图7-4 动模固定板

4、动模板

其上的推板导柱孔与导柱采用H7/m6配合。如图7-5所示。

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图7-5 动模板

5、支承板

垫板是盖在固定板上面或垫在固定板下面的平板，它的作用是防止型腔、型芯、导柱或顶杆等脱出固定板，并承受型腔、型芯或顶杆等的压力，因此它要具有较高的平行度和硬度。一般采用45钢，经热处理235HB或50钢、40Cr、40MnB等调质235HB，或结构钢Q235～Q275。还起到了支承板的作用，其要承受成型压力导致的模板弯曲应力。如图7-6。

图7-6支承板

6、垫块

1、主要作用：在动模座板与动模垫板之间形成顶出机构的动作空间，或是调节模具的总厚度，以适应注射机的模具安装厚度要求。

2、结构型式：平行垫块（该模具采用平行垫块）。

3、垫块的高度计算：h垫块=h推出距离+h推板+h推杆固定板+Δ= 50（mm） 4、模具组装时，应注意左右两垫块高度一致，否则由于负荷不均匀会造成动模板损坏。

如图7-7所示。

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图7-7垫块

7、推杆固定板

如图7-8所示：

图7-8 推杆固定板

注塑模总装配图如图所示

图7-9总装配图

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总结

本次设计从最初的选题，命题到计算、绘图直到完成设计经过了一个多月。在设计其间，查找资料、老师指导、与同学交流、反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检验和补充。特别要感谢指导老师曹芳老师，因为本人对PRO\\E方面知识的缺乏遇到很多不明白的地方，每次曹芳老师都会细心的给我解释指导，直到让我完全明白为止。在此也要感谢我的同学们，他们也给了我很大的帮助。

通过这次实践，我了解了一些模具的专业基础知识和模具在工业方面的用途。经过这次实际检验和巩固，我收获很多，比如学会了查找相关资料相关标准及分析数据，提高了自己的绘图能力。这次设计是对我所学专业知识的完善，也是走向工作岗位前的一次热身，熟悉了模具的设计步骤，锻炼了自己设计实践能力，培养了自己独立设计能力。但是这次设计也暴露出我对专业知识的掌握及运用有很多不足之处，比如缺乏综合应用专业知识的能力，对材料的不了解，等等。这次实践是对自己大学三年所学的一次大检阅，使我明白自己知识还很浅薄，虽然马上就要毕业了，但是自己的求学之路还很长，以后更应该在工作中学习，努力使自己成为一个对社会有所贡献的人。

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参考文献

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致谢

大学四年学习时光已接近尾声，在此我想对我的母校、亲人们，我的老

师和同学们表达我由衷的谢意。

感谢我的家人对我大学四年学习的默默支持；感谢我的母校山东轻工业学院给了我在大学四年的深造的机会，让我能继续学习和提高；感谢山东轻工业学院的老师们和同学们四年的关心和鼓励。老师们课堂上的激情洋溢，课堂下的谆谆教诲；同学们在学习中的认真热情，生活上的热心主动，所有这些都让我的四年充满了感动。这次毕业论文设计我得到了老师和同学的帮助，其中我的论文指导老师对我的关心和支持尤为重要，每次遇到难题，我最先做的就是向曹老师寻求帮助，而曹老师每次不管忙或闲，总给会抽空来找我面谈，然后一起商量解决的办法。曹老师平时里工作繁多，单我做毕业设计的每个阶段，从选题到查阅资料，论文提纲的确定，中期论文的修改，中期论文的修改，后期论文格式调整等各个环节中都给予了我悉心的指导。 同时，本篇毕业论文的写作也得到了等同学的热情帮助。感谢在整个毕业设计期间和我密切合作的同学，和曾经在各个方面给予过帮助的伙伴们，在此，我再一次真诚的向我的老师和同学们表示感谢。

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