模具课程设计

模具设计与制造——插头模具设计姓名：陆峰峰学号：0701500226院系：机械工程及其自动化指导老师：黄晓华日期：2011-1-18模具设计与制造——插头模具设计陆峰峰070150022620世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48（约122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。一、插头结构工艺性分析1、塑件结构分析本例设计的是一普通两极电源插头（如图1、图2）。图1图2从图中分析可知，电源插头材质为酚醛塑料（电木），其整体尺寸较小，结构比较规则，没有内凹结构，其表面粗糙度和飞边要求都不高，但其产量较大，注塑前需要放置金属电极。根据以上分析，采用简易的固定式小型两形腔模具，安装嵌件和取下工件都由工人手动完成，在成本较低的情况下即可符合生产要求。2、收缩性塑料经成型后获得的制品从热模具中取出后，因冷却以及其它原因而引起尺寸减小或体积收缩的现象称为塑料的收缩性。收缩性是每一种塑料的固有特性之一［1］。为了得到符合图纸要求的塑件，在设计模具的时候，对于收缩性总是给以适当的补偿。本设计中的塑件原料PS塑料的收缩率为1.005。二、注塑机的选择1、注射机规格注射机是热塑性塑料和部分热固性塑料注射成形的主要设备，我们选择注射机型号为XS-Z-60,它的技术规格如表3-1所示。表3-1型号螺杆直径（mm）注射容量（cm3）注射压力（Mpa）锁模力(kN)XS-Z-6038500122500最大注射面积（cm3）模板行程（mm）定位孔直径（mm）13018006.00150模具厚度（mm）喷嘴顶出两侧中心孔径（mm）最大最小球半径（mm）孔半径（mm）孔径（mm）孔距（mm）2007012422230502、注射机校核2.1注射机容量校核塑件成形所需的注射总量应小于所选注射机的注射容量。注射容量以容积（cm3）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系按2-1式校核V件≤0.8V注（2-1）式中V件—塑件与浇注系统的体积（cm3）;V注—注射机注射容量（cm3）;0.8—最大注射容量利用系数。在这个设计中，V件=29cm3V注=60cm3290.8*60=48所以注射机注射容量完全满足要求。2.2注射机锁模力校核模具所需的最大锁模力应小于或等于注射机的额定锁模力，其关系按2-2式校核p腔F≤P锁（2-2）式中p腔—模具型腔压力，一般取40～50Mpa；F—塑件与浇注系统分型面上的投影面积（mm2）;P锁—注射机额定锁模力（N）。在这个设计中p腔=40MpaF=10734.2mm2P锁=500kNp腔F=40×106×10734.2×10-6=429.368(kN)500(kN)所以注射机的锁模力也满足要求。2.3注射机注塑压力校核塑件所需的注射压力应小于或等于注射机的额定注射压力，其关系按2-3式校核p成≤P注（2-3）式中p成—塑件成形所需的注射压力（Mpa）；P注—所选注射机的额定注射压力(Mpa)。在这个设计中p成=80MpaP注=122Mpa显然，80122Mpa，因此注射压力也满要求。2.4注射机模具厚度校核模具闭合时的厚度应在注射机动、定模板的最大闭合高度和最小闭合高度之间，其关系按2-4式校核H最小＜H模＜H最大（2-4）式中H最小—注射机所允许的最小模具厚度（mm）；H模—模具闭合厚度（mm）；H最大—注射机所允许的最大模具厚度（mm）。在这个设计中H最小=70mmH模=80mmH最大=200mm显然，7080200所以注射机模具厚度也满足要求。2.5注射机最大开模行程校核塑件所需的开模距应小于注射机的最大开模行程。对在液压机械联合锁模的立式、卧式注射机上使用的一般浇口模具，关系按2-5式校核H1+H2+5～10mm≤s（2-5）式中H1—脱模距离(推出距离)（mm）；H2—塑件高度（包括浇注系统）（mm）；S—注射机模板行程（mm）。在这个设计中H1=25mmH2=65mmS=180mmH1+H2+10=25+65+10=100mm100180因此，注射机模板行程也满足要求。三、模具总体设计1、形腔布置模具是一模两腔，塑件x方向对称布置，这样既有利于提高生产率也能在浇注时平衡注塑力（如图3）图32、分型面选择由模具结构分析可知，电源插头为上下对称结构且没有内嵌结构，因而选择电源插头上下对称平面作为分型面3、浇注系统设计3.1主流道设计该模具有两个形腔，对称布置，因而浇注系统也选择左右对称平衡式浇注系统。主流道在动模（上模腔）的衬套中，垂直分型面，如图4；图43.2分流道设计分流道在定模（下模腔）中，浇口位置选择在插头尾部侧边，该处不影响插头外观及表面质量。分流道截面为半圆形结构，这种形式加工简单，成本低，由于该塑件成形要求不高，故选择该种形式即可符合要求（如图5、图6）。图5图63.3冷凝穴设计冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处），其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的1－1.5倍，最终要保证冷料的体积小于冷料穴的体积。因为该模具没有塑件顶出机构，塑件的取出由工人手工即可轻松完成，因而该模具的冷凝穴是主流道在定模板（下模板）的一段延伸，如图6中分流道对称中心向下突出的一段。4成型零件总体结构模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括凹模、型芯、镶块、成型杆和成型环等。4.1形腔结构设计成型零件工作尺寸的计算成型零件工作尺寸是指成型零件上直接用来构成塑件的尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸（包括矩形和异形零件的长和宽），型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之间的位置尺寸等。规定：塑件外形最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值，与之相对应的模具型腔最小尺寸，偏差为正值；塑件内形最小尺寸为基本尺寸，偏差为正值，与之相对应的模具型芯最大尺寸为基本尺寸，偏差为负值；中心距偏差为双向对称分布。①型腔径向尺寸当塑料制件尺寸较小、精度级别较高时可用以下公式计算：（LM）z0=[(1+s)Ls-(0.5～0.75)Δ]z0式中LM----模具型腔的基本尺寸δZ----模具的制造公差s----塑料的平均收缩率Ls----塑件的基本尺寸Δ----塑件规定的公差值②型腔深度尺寸和型芯高度尺寸的计算在型腔深度尺寸和型芯高度尺寸的计算中，由于型腔的底面或型芯的端面磨损很小，所以可不考虑磨损，由此可用以下公式计算：（HM）z0=[(1+s)Hs-XΔ]z0(hM)0z=[(1+s)hS+XΔ]0z式中HM----模具型腔深度尺寸hM----模具型芯高度尺寸δZ----模具的制造公差s----塑料的平均收缩率Hs----塑件凸起高度尺寸hS----塑件凹进深度尺寸［10］③中心距尺寸的计算由于模具上中心距尺寸和塑件中心距公差都是双向等值公差，同时磨损的结果不会使中心距尺寸发生变化，在计算中心距尺寸时不必考虑磨损量。因此，塑件中心距的基本尺寸CS和模具上成型零件中心距的基本尺寸CM均为平均尺寸，于是：（CM）δZ/2=(1+s)CSδZ/2式中CM----模具上成型零件中心距的基本尺寸CS----塑件中心距的基本尺寸s----塑料的平均收缩率δZ----模具的制造公差本次设计中的成型部分零件尺寸利用PRO/E软件计算。塑件的原料为酚醛树脂，其收缩率约为0.5%。在Pro/E软件中设置好收缩率后则会自动将产品三维图尺寸放大1.005倍，所得尺寸即为模具型腔的尺寸。然后采用拷贝面切割实体的方式在模胚上分出型腔（3D分模），由此得到的模具尺寸即为模具的加工尺寸（上形腔如图7、下形腔如图8）。图7图84.2电极镶嵌件设计普通插头有两个电极，电极必须作为镶嵌件在浇注前固定放置在指定位置。固定镶嵌件可以有两种方式：一、把镶嵌件直接固定在形腔中，镶嵌件的对称平面与上下形腔分型面重合；二、把镶嵌件固定在一块板上，再通过板与形腔的配合固定镶嵌件。对于第一种方式，由于镶嵌件与形腔直接相连，形腔与镶嵌件之间必须是间隙配合才可能把电极插入形腔中。但由于是间隙配合，浇注时，熔融塑料就会从形腔与镶嵌件的缝隙中溢出造成比较大的飞边，因而此种方式不合适。第二种方式，镶嵌件先固定在一块板上（如图9），再通过该板与形腔的配合，即可把电极固定在合适位置（如图10、图11）。此种方式的好处就是镶嵌件与板配合的部分是间隙配合，方便电极插入板中；而镶嵌件与形腔配合的部分是过渡配合，但由于过渡配合的长度比较短，不会引起装拆不便但可以有效防止塑料溢出，因而此种方式比较合适。图9图10图115排气方式的选择插头整体尺寸比较小，注塑时产生的气体也比较少；镶嵌件与形腔间是过渡配合，有一定的间隙可以让气体溢出；同时，插头塑件的尺寸精度、表面质量要求不高，因而总的来说，该模具不需要排气部分即可符合生产要求。6水线设计模具整体尺寸不大，因而注塑时释放的热量不会很大，所以设计的水线无需很复杂，只要在左右两形腔下方各设计两条水线即能符合散热要求（如图12、图13）。图12图137定位、导向机构设计该套模具的导向柱有两种，一是上下形腔配合导向柱；二是安装镶嵌件的板和下形腔定位的定位键。上下形腔导向柱有两根，对称布置，这样即可起到精确定位的作用。导向柱安装在上模腔中，通过过渡配合相连接（如图14）；下模腔中安装导套，这样可防止多次开合模后定位不准确，导套与下模腔也是过渡配合（如图15）。图14图15安装镶嵌件的板与形腔间也需要精确的定位，因而它们之间需要定位钉定位（如图16、图17）。图16图178顶出机构设计由于安装有镶嵌件，模具单纯上下开模并不能把塑件取出，工人卸下安装镶嵌件的板的同时即可把塑件取出，而且该类模具力求降低成本，因而不需要开模及顶出机构，采用人工的方式更加简便、廉价。9浇注系统凝胶的脱出方式浇注系统设计时，主流道的设计是进口窄出口宽，