模具设计与制造毕业设计

摘要

本文首先介绍了模具工业的地位、发展及CAD/CAE/CAM在模具设计中的关键作用。接着分析了制品的结构特征及所用材料ABS的成型工艺、性能特征。然后根据制品的体积、结构特征选择合适的注塑机型号，确定型腔数目及分型面位置。根据注塑机的参数设计主流道浇注系统、主流道衬套，接着设计成型零部件、合模导向机构(导柱、导套)、顶出机构，采用EMX4.1装了配标准模架，设计冷却水道。根据注塑机技术参数校核模具相关参数，接着介绍了模具的工作原理及Pro/E软件在模具设计中的应用，最后采用Master CAM完成关键零件的数控加工。

关键词： 分型面 注射模设计 标准模架 Pro/E Master CAM

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目 录

摘要 ..................................................................................................................................................................................... I 1前言 ................................................................................................................................................................................ 3 2塑件的结构及工艺分析 ................................................................................................................................................ 3 2.1塑件结构分析 .......................................................................................................................................................... 3 2.2 塑件制品的工艺分析 .............................................................................................................................................. 4 2.2.1 力学性能 .......................................................................................................................................................... 5 2.2.2 电学性能 .......................................................................................................................................................... 5 2.2.3 热学性能 .......................................................................................................................................................... 5 2.2.4 化学性能 .......................................................................................................................................................... 5 2.2.5 ABS的加工特性 ............................................................................................................................................... 5 2.2.6注射成型 ........................................................................................................................................................... 6 3 模具设计 ........................................................................................................................................................................ 6 3.1注射成型机的型号和规格的选择 .......................................................................................................................... 6 3.2 注射模具结构设计 .................................................................................................................................................. 7 3.2.1型腔数目的确定 ............................................................................................................................................... 7 3.2.2分型面设计 ....................................................................................................................................................... 7 3.3 浇注系统设计 ......................................................................................................................................................... 8 3.3.1 主流道的设计 .................................................................................................................................................. 9 3.3.2分流道及浇口布局如图8 ................................................................................................................................ 9 3.3.3冷料穴 ............................................................................................................................................................. 10 3.3.4 排气系统的设计............................................................................................................................................... 10 3.4 成型零件的设计.................................................................................................................................................... 10 3.4.1 采用的形式 .................................................................................................................................................... 10 3.4.2 成型零件工作尺寸的计算 ............................................................................................................................. 11 3.4.3 型腔刚强度校核 .......................................................................................................... 错误！未定义书签。 3.5 导向机构的设计.................................................................................................................................................... 11 3.5.1 导向机构的主要作用 ..................................................................................................................................... 11 3.5.2 导向机构的设计原则 .................................................................................................................................... 12 3.5.3 导柱和导套的设计 ........................................................................................................................................ 12 3.6 脱模机构的设计.................................................................................................................................................... 13 3.6.1 顶杆顶出机构的设计要点 ............................................................................................................................ 13 3.6.2 顶杆的设计 .................................................................................................................................................... 13 3.6.3 设计中所涉及到的其它脱模机构零件 ...................................................................................................... 14 3.7 抽芯机构的设计.................................................................................................................................................... 14 3.8 模具的温度调节系统 ............................................................................................................................................ 15 3.8.1 调节模具温度的目的 .................................................................................................................................... 15 3.8.2 冷却系统设计要点： .................................................................................................................................... 15 3.9 标准模架的选定.................................................................................................................................................... 15 3.9.1 模具标准化的意义 ........................................................................................................................................ 15 3.9.2 模具钢材的选用 ............................................................................................................................................ 15

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3.10 相关参数的校核.................................................................................................................................................. 15 3.10.1 注射压力校核 .............................................................................................................................................. 15 3.10.2 锁模力校核 .................................................................................................................................................. 16 3.10.3开模行程与顶出机构装置的校核 ............................................................................................................... 16 3.10.4注射机安装模具尺寸的校核 ....................................................................................................................... 16 3.11模具工作原理介绍 .............................................................................................................................................. 17 4 成型零部件的数控加工 .............................................................................................................................................. 18 4.1零件分析 ................................................................................................................................................................ 18 4.1.1零件特性 ............................................................................................................................................................. 18 4.1.2工艺分析 ............................................................................................................................................................. 18 A确定装夹方案 ...................................................................................................................................................... 18 B确定定位方案 ...................................................................................................................................................... 18 C孔加工方案的选择 .............................................................................................................................................. 18 4.1.3技术要求 ............................................................................................................................................................. 19 4.2零件的导入 ................................................................................................................................................................ 19 4.3零件的加工 ................................................................................................................................................................ 19 4.3.1设定毛坯 ............................................................................................................................................................. 19 B画出毛坯 .............................................................................................................................................................. 19 3.1.3确定毛坯 ......................................................................................................................................................... 20 3.2铣平面 .................................................................................................................................................................... 20 3.3挖槽 ........................................................................................................................................................................ 20 3.4圆弧面的加工 ........................................................................................................................................................ 20 3.5倒角的加工 ............................................................................................................................................................ 22 3.5钻孔 ........................................................................................................................................................................ 23 3.6铰孔 ........................................................................................................................................................................ 27 3.7铣外轮廓 .................................................................................................................................................................... 30 3.8.生成数控程序 ............................................................................................................................................................ 34 5CAD、PRO/ENGINEER、MASTERCAM在注塑模具设计中的应用 .......................................................................... 35 5.1 PRO/ENGINEER的工程技术在模具中的应用 .................................................................................................... 35 5.2 PRO/ENGINEER软件在注塑模设计中的应用 .................................................................................................. 36 4.2.1 注塑模设计流程 .......................................................................................................................................... 36 参考文献 .......................................................................................................................................................................... 38 致谢 .................................................................................................................................................................................. 40

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1前言

模具是工业生产的重要工艺装备，它被用来成型具有一定形状和尺寸的各种制品。在材料的加工工业中广泛使用模具，75%以上的金属制品（含半成品），95%以上的塑料制品是通过模具来成型的。在洗衣机、照相机、电视、电话等电器、仪器仪表、通信工业中，约有90%以上的零件需要用模具进行生产。

采用模具生产制件具有生产效率高，质量好，切削少，节约能源和原材料、成本低等一系列优点。模具已成为当代生产的重要手段，成为多种工艺中最具潜力的发展方向。模具是机械、电子、仪器仪表等行业的基础工业，它对国民经济和社会的发展起着越来越大的作用，世界上工业发达的国家无不把发展模具工业放在优先地位。

现在我们对产品设计的要求是快速、准确。随着软件技术的发展，三维设计的诞生使模具实现了可视化、面向装配的设计。模具由二维设计到三维设计实现了模具设计的重大突破。模具的三维设计直观再现了未来加工出的模具本体，设计资料可以直接用于加工，真正实现了CAD/CAM一体化和少、无图样加工。

本次设计的目的在于利用Proe和AutoCAD软件完成塑件的绘制，塑件的模具设计，和模具成型零件的模拟加工来达到掌握CAD/CAM技术。

2塑件的结构及工艺分析

2.1塑件结构分析

洗衣机配件制品的结构如图1所示。

图1 制品实体模型

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图2 制品图

塑料制品的设计在塑件的生产中起着重要的作用，既要满足其使用功能，还要降低模具结构的难度，以及降低成型条件，以达到最大化降低生产成本的要求。所以对于塑件设计者说，不仅要具有机械设计的知识，而且需要有塑件造型、塑料配方、塑料加工、塑料模具和成型工艺等方面的知识。

塑件的名称是洗衣机配件，其结构特点：

① 塑件材料为ABS，其密度为1.05g/cm3，体积为2.98×102cm3，质量为3.13×102 g。壁厚1.5mm，长×宽×高=619.59㎜×113㎜×170.53㎜。制品壁薄，尺寸大，流程长。 ② 塑件的外观要求光洁、无裂纹、无银丝、无气泡、无杂质、无凹痕、无顶白，并且要求有较高的力学强度和较好的电介性能。

③ 本塑件设计模具的难点在于曲面计算复杂，里面结构很复杂，及侧面的不规则的锯齿形状会给分型造成难度。

2.2 塑件制品的工艺分析

ABS的性能如表1所示。

表1 ABS的性能

性能 密度/（g/cm3） 拉伸强度/MPa 伸长弯曲率（%） 强度/MPa 弯曲弹性模量悬臂梁缺口冲击强度/(J/m) 洛氏硬度热变形温度 MPa）/℃ 线膨胀系数/(×10-5/℃) 7.0～8.8 （R） （ 1.82/GPa （23℃）2.0～2.6 105～215 100～110 通用型 1.02～1.06 33～52 10～68～20 87 87～96 第 4 页 共 42 页

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