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横窟时
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1 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 题目 : 密码锁插扣壳注塑模具设计姓名 : 专业 : 学院 : 陈坚智机械设计制造及其自动化机电与控制工程学院学号 : 指导教师 : 职称 : 黄桂坚工程师 2009 年 05 月 10 日

2 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 诚信声明本人郑重声明 : 所呈交的毕业论文 ( 设计 ), 题目密码锁插扣壳注塑模具设计是本人在指导教师的指导下, 独立进行研究工作所取得的成果对本文的研究做出重要贡献的个人和集体, 均已在文中以明确方式注明除此之外, 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果本人完全意识到本声明的法律结果毕业论文 ( 设计 ) 作者签名 : 日期 : 年月日

3 目录摘要 ( 关键词 )...1 第一章前言...2 一制锁行业及国内外塑料模具的发展现状...2 二选题意义...3 三设计任务...3 第二章塑件设计分析...5 一塑件模型建立...5 二塑件参数设计...5 三塑件模流分析...9 第三章注塑设备和模架选择...11 一注塑设备选择...14 二注塑机重要参数校核...12 三模架选择...13 第四章浇注系统设计...14 一主流道设计...14 二浇口套设计...17 三浇口设计...15 第五章成型零件设计及加工工艺方案制订...16 一定模型芯的设计...16 二动模型芯的设计...16 三滑块设计...17 四镶件设计...18 五加工工艺方案制订...18 第六章抽芯机构的设计与镶件的固定...20 一侧向分型与抽芯机构...20 二型芯镶件的固定...20 第七章顶出机构设计...21

4 一顶杆顶出机构...21 二顶出机构的布局...21 第八章冷却系统设计...23 一冷却水道的结构设计...23 第九章模具装配图和零件图...24 一模具 3D 图形绘制流程...24 二模具及其零件 2D 图形绘制...26 第十章模具设计的创新与特色总结...29 第十一章设计存在的问题与解决设想...29 参考文献...31 致谢...32 Abstract(Key words)...33 附录模具装配图定模型芯图动模型芯图塑件产品图

5 密码锁插扣壳注塑模具设计机电与控制工程学院机械设计制造及其自动化陈坚智学号 : 摘要通过对密码锁插扣壳注塑件模具模架的设计与分析在整个模具设计过程中, 涉及到了塑件的结构设计对塑件进行模流分析模具的设计模架的选择以及注塑机的一些重要工艺参数的校核, 并详细叙述了在设计中的成型零件结构分型面设计浇注系统设计侧向抽芯机构设计顶出机构和冷却系统的设计, 最后还对成型零件制订加工工艺方案整个毕业设计都是通过运用 Moldflow Pro/ENGINEER AutoCAD 等著名的设计分析软件, 采用这些软件进行设计分析, 优化了设计的参数和缩短了设计时间, 提高了设计效率通过这次毕业设计, 我已经能够熟练地使用当前常用的设计分析软件, 加深了对注塑模具的了解, 并可以通过软件的帮助应用到实际生产中关键词模具设计 ; 模流分析 ; 加工工艺 ; 分型面第 1 页共 33 页

6 第一章前言一制锁行业及国内外塑料模具的发展现状 ( 一 ) 制锁行业的发展状况锁具产品是与人们生活息息相关, 是保障社会安定繁荣的五金制品, 也是我国机电产品的创汇大户我国是世界制锁大国, 近几年又有较大发展目前, 我国锁具生产企业已超过 1000 家, 锁具产量由 1988 年的 8.42 亿把上升到 1997 年的 21.2 亿把, 增长 2.5 倍, 平均年递增 10.8% 最近几年, 锁具行业新增企业很多, 生产量在增大, 销售量也在增大, 整个锁具市场很兴旺但同时竞争也很激烈, 价格战也很残酷, 全行业整体效益下滑从五大基地看, 效益较好的是广东山东, 较差的是上海地区, 一些大厂都亏损或在亏损边缘目前国内锁具市场销售的主要品种有 : 挂锁抽屉锁自行车锁普通门锁插芯门锁球形门锁, 主要特点是 : 以低档锁为主, 中档锁也很热销锁具产品从生产量看大致分为 : 球形门锁的生产主要集中在广东浙江 ; 挂锁的生产主要集中在浙江山东 ; 插芯门锁的生产主要集中在江苏上海 ; 普通门锁的生产主要集中在山东广东从档次上看, 中高档锁以球形门锁为主目前球形门锁从价格上分大致可分为三个档次, 即高档中档低档高档球形门锁 ; 其产品的附加值较高, 工艺技术较复杂, 外形美观, 如采用整体胀形球体, 表面镀珍珠金等, 其出厂价格基本在 30~40 元之间中档球形门锁, 因工艺技术不是太复杂, 设备投入不多, 故生产该产品的企业较多, 此档产品的球体大多数采用分体球结构, 即, 球体里面有内球体支承, 外面用铜皮或不锈钢包拢, 另外也有的产品采用花梨木白榉木或大理石做球体此档次产品的型号和品种繁多, 在国内的销量位居首位, 其价格基本在 20~25 元左右低档球形门锁, 这类产品结构大多采用单层球体, 有的锁头为叶片结构, 其价格在 20 元以下另一个比较畅销的产品是防盗门锁随着防盗门的兴起, 与之配套的锁具也热销起来目前防盗门用锁基本上均采用双锁结构, 以提高安全性根据防盗门用锁的标准要求, 防盗门锁一般都采取较复杂的结构 ; 二是采用平面牙坑钥匙结构, 同时辅之以多点锁闭和一些防撬安全措施防盗门锁逐步成为锁具品种中的一个销售热点 [9] ( 二 ) 国外塑料模具发展状况目前, 国外模具工业的整体水平主要依赖于技术发展合理生产和质量控制计划不断更新设备和加强专业技术投资等因素并已逐步向模胚抛光大型模具或高精度模具等特定专业领域发展国外一些发展较好的企业都拥有自己的试模场所和设备, 可以模拟用户的工作条件试模, 所以能在最短的时限达到很好的效果国外发达国家模具标准化程度为 70%~80%, 而我国只有 30% 左右如能广泛应用模具标准件, 将会缩短模具设计制造周期 25%~40%, 并可减少由于使用者自制模具标准件而造成的工时浪费应用模具 CAD/CAM 技术设计模具已较为普遍, 推广使用模具标准件, 能够实现部分资源共享, 这会大大减少模具设计的工作量和工作时间, 对于发展 CAD/CAM 技术提高模具的精密度有重要意义以往的模具即使只损坏了一个部件, 也将无法使用由于不是标准件, 市场上很难有相应产品, 要到生产厂家去更换部件, 费时费力而如果采用标准件, 则 [2] 可以很方便的维修更换, 这将大大提高模具的使用寿命 ( 三 ) 国内塑料模具发展状况 80 年代以来, 在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下, 我国第 2 页共 33 页

7 模具工业发展迅速, 年均增速均为 13%,1999 年我国模具工业产值为 245 亿, 至 2000 年我国模具总产值预计为亿元, 其中塑料模约占 30% 左右在未来的模具市场中, 塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高塑料模具工业近 20 年来发展十分迅速, 早在几年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和, 塑料制品在汽车机电仪表航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用塑料制品成形的方法虽然很多, 但最主要的方法是注塑成形, 世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具, 在未来的模具市场中, 塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术, 近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度, 为其进一步普及创造了良好的条件 ; 基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪, 其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题 ;CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提高 ; 塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用 [10] 开发新的塑料成型工艺和快速经济模具以适应多品种少批量的生产方式提高塑料模标准化水平和标准件的使用率我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低, 与国外差距甚大, 在一定程度上制约着我国模具工业的发展, 为提高模具质量和降低模具制造成本, 模具标准件的应用要大力推广为此, 首先要制订统一的国家标准, 并严格按标准生产 ; 其次要逐步形成规模生产提高商品化程度提高标准件质量降低成本 ; 再次是要进一步增加标准件规格品种应用优质模具材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一研究和应用多样调整廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提二选题意义由于新技术新材料新工艺的不断发展, 促使模具技术不断进步, 对模具技术的要求越来越高, 对人才的知识能力素质的要求也在不断提高通过各种渠道培养更多的模具人才, 搞好技术创新, 则可以不断提高我国模具设计和制造以及维修水平选择这个题目主要是由于在东莞实习期间看到了密码锁的生产过程, 觉得密码锁插扣壳在许多方面都需要优化, 可以用 Moldflow 对其成形过程进行模拟分析并优化工艺参数, 以达到缩短注塑周期减少试模次数提高生产效率提高产品质量降低制造成本的目的密码锁无论是在国内还是国外, 都一直在不断的发展, 已经从传统的机械密码锁发展到了电子密码锁和智能密码锁等等但是本课题所研究的, 是一种新型的用于书包旅行袋公文袋等箱包中的插扣密码锁三设计任务 1. 密码锁插扣壳产品设计 : 采用美国 PTC 公司的软件 Pro/ENGINEER 设计出该产品的 3D 图, 并导出 2D 图 ; 同时还要选择该塑料件的材料 ; 2. 产品工艺性分析 : 分析插扣壳的结构, 看插扣壳采用的塑料是否能顺利完成注射冷却脱模, 成型强度刚度以及使用寿命是否满足使用的要求, 找出不足之处, 对插扣壳的结构上做修正, 直到满足这些条件为止 ; 分析产品的最佳浇口位置, 流动是否平衡 ; 3. 注塑设备选择 : 根据现有的设备, 从中选择合适的注塑设备 ; 第 3 页共 33 页

8 4. 确定分型面 : 根据插扣壳塑料件的几何形状, 尺寸精度要求, 兼顾脱模方式等选择合适的分型面 ; 5. 选择模架 : 模架为标准件, 选择合适的即可 ; 6. 浇注系统设计 : 包括浇道的形状和位置的确定 ; 7. 成型件设计 : 设计合理的成型零件, 确定一模一腔的方式, 前端及后端各需要用到 1 个侧向抽芯 ; 8. 冷却系统设计与计算 : 冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系, 在确定时, 应尽可能地靠近型腔和尽可能地多, 但不能发生干涉 ; 9. 抽芯机构设计 : 密码锁插扣壳采用的是滑块抽芯 ; 10. 在模具模拟开模时, 对模具的动态碰撞进行模拟检查 ; 11. 零部件加工工艺制定 : 为上面设计的模具零部件制定合理的加工工艺路线 ; 12. 把整个模具 3D 模型图设计完毕, 结果就是能有一个完整的模具 3D 图 ; 13. 绘制模具 2D 图纸, 包括模具的装配图和零件图第 4 页共 33 页

9 第二章塑件设计分析一塑件模型建立毕业设计的塑料件原型是来源于所实习的工厂里新开发的产品密码锁插扣壳, 毕业设计参考从工厂拿回的原型设计出经过改进后的产品, 并且绘制出这个插扣壳的 2D 图和 3D 图 ( 一 ) 模型 3D 图塑件模型绘制采用 PTC 公司的 Pro/ENGINEER Wildfire 3.0, 最终绘制出来的 3D 结构图如 2-1 所示 : (a) (b) 图 2-1 塑件模型 3D 图 ( 二 ) 塑件 2D 图技术条件本模型 2D 图由 Pro/E 3D 图转换而来, 并在软件 AutoCAD 上进行整理绘制出来的 2D 图如图 2-2 所示, 如果需要更加详细的塑件尺寸, 请参照附件中的塑件的 2D 图塑件采用的精度等级为 5 级精度, 部分尺寸的公差标注如图 2-2 所示, 由于该塑件的结构有些复杂, 在这里只是标注一些重要的尺寸公差在 2D 图里标注了公差的尺寸为重要的外形尺寸, 左视图中采用了全剖视图里再局部剖的视图方式, 绘图比例为 1:1 二塑件参数设计 ( 一 ) 材料选择这个密码锁插扣壳为一般的零件, 属于壳体类, 没有特别的要求, 根据以上的依据, 选择 ABS 为塑料件的材料 [5] ABS 材料说明 : 中文名称 : 苯乙烯 - 丁二烯 - 丙烯腈共聚物 ; 性能 : 综合性能好, 冲击韧, 力学强度高, 尺寸稳定, 耐化学性, 电性能良好, 易于成型和机第 5 页共 33 页

10 械加工 ; 用途 : 适于制作一般的机械零件, 各类壳体, 汽车配件, 日用品, 管材及文具等 6.3 技术要求未注明的拔模斜度为 1 未注明的圆角半径为 1 设计校核审核班级学号材料 ABS 比例 1:1 共 1 张第 1 张图 2-2 塑件 2D 图 ( 二 ) 塑件收缩率根据以上选用的材料为 ABS, 查相关资料可知,ABS 的收缩率为 0.004~0.007, 这里在设计时选择为 ( 三 ) 塑件的拔模斜度拔模斜度是为了便于脱模, 防止塑件表面在脱模时划伤, 擦毛, 在设计塑件表面沿脱模方向应具有合理的脱模斜度塑件的脱模斜度大小跟塑件的性质收缩率摩擦因素塑件的壁厚和几何形状有关在设计完成之后, 为了检测塑件的拔模斜度是否符合要求, 需要对塑件进行拔模检测, Pro/ENGINEER Wildfire 里提供了完善的拔模检测方法 [10] 在设计时, 可以参考一些资料来确定塑件的脱模斜度, 一般以塑件的材料为选择依据, 而 ABS 塑料的脱模斜度为 40 ~1 20, 本设计选择的拔模斜度为 1 塑件检测完成后的结果如图所示, 粉红色的表示拔模斜度为正的 1, 青色的表示拔模斜度为负 1, 正跟负是相对而言的第 6 页共 33 页

11 图 2-3 塑件拔模斜度检测正面从图中可以看出, 塑件的外表面都呈粉红色, 而内表面都呈青色, 不曾出现其他的颜色, 如果出现黄色, 说明塑件中存在未拔模的情况, 应该对塑件作相应的修改, 除非塑件有特殊的要求, 否则应该做到看不到黄色为止显然, 外表面和内表面看来, 塑件的设计完全符合开始设定的拔模斜度要求图 2-4 塑件拔模斜度检测反面第 7 页共 33 页

12 ( 四 ) 分型面设计分型面的设计如图 2-5 所示 : 选择这样的分型面是为了便于塑件的脱模和简化模具结构分型面在绘制出来后, 为了能够实现顺利的分型, 要先对塑件的分型面进行检测, 如图所示为对分型面的自交检测, 结果为没有发现自交截如果发现有相交的分型面, 应该对分型面作修整, 否则在 ProE 中无法分型图 2-5 塑件分型面及其检测 ( 五 ) 确定型腔数量以及排列方式由于密码锁插扣壳是一种日常生活用品, 本次模具设计采用一模一腔, 模具的制造成本不高, 能够适应生产的需求, 采用直浇口, 塑料流程短, 易成型, 塑件质量好型腔的分布如图 2-6 所示 : 图 2-6 型腔数量及其排列方式第 8 页共 33 页

13 三塑件模流分析本次设计对塑件进行模流分析所采用的是 Moldflow 软件, 分析结果如下 : ( 一 ) 分析的总体参数表 2-1 总体参数 Material Supplier: Max machine clamp force: Max Injection Pressure: Mold Temperature: Melt Temperature: Filling time: Packing time: Total part weight Model Suitability: Cooling Quality: GE Plastics (USA) tonne MPa deg.c deg.c sec sec g Part model was highly suitable for analysis. Your part can be easily cooled. ( 二 ) 分析结果的图片分析图片如图 2-7~2-14 所示, 图 2-7 最佳浇口位置图 2-8 填充时间图 2-9 填充压力图 2-10 体积收缩第 9 页共 33 页

14 图 2-11 冷却时间图 2-12 表面方位图 2-13 溶接痕图 2-14 气泡 ( 三 ) 模流分析结论 1. 浇口位置选择 : 本设计实际的浇口位置并非是模流分析中最佳浇口的位置, 如图 2-15 所示, 模流分析的结果推荐的最佳浇口位置在塑件的内部 ( 即蓝色区域 ), 这并不符合实际生产, 所以实际浇口位置选择在了如图 2-6 所示的位置之所以选择在这里是为了采用直浇口, 缩短塑料流程, 易成型, 塑件质量好并符合实际生产图 2-15 最佳浇口的位置第 10 页共 33 页

15 2. 进浇方式采用直浇口, 对填充时间, 填充压力, 冷却时间及表面方位等方面都是有利的, 塑料在型腔内流动均匀, 成型时间短, 可有效阻止溶接痕及气泡的产生 3. 填充时间为 2.165s 如图 2-8 的分析结果所示,1.3s 时左上角填充完毕,2.1s 时右下角填充完毕, 填充时间较为理想 4. 填充压力分析, 如图 2-9 的分析结果所示, 蓝色表示压力的最低值, 而图中并无蓝色区域, 比较左上角与右下角的压力值, 相差并不大, 说明填充压力较为平衡 5. 气泡 : 在实际生产中, 气泡是一个很严重的问题, 会严重影响产品的质量然而在注射过程中仍然会存在一些气体不能够很好的排除而困在模腔里面, 使得流体不能够填充满整个模腔, 因此需要在某些位置开设排气槽, 图 2-14 为模流分析后塑件可能会出现气泡的地方第三章注塑设备和模架选择一注塑设备选择选取宁波海天国际集团股份有限公司 ( 生产的 HTF60W1-I 注塑机如图 3-1 所示为注塑机的图片图 3-1 注塑机的外形图如图 3-2 所示为注塑机的模板尺寸第 11 页共 33 页

16 图 3-2 注塑机的模板尺寸表 3-1 注塑机的一些参数理论容量 Shot Size (Theoretical) cm3 38 注塑重量 Injection Weight (PS) g 35 注塑速率 Injection Rate g/s 41 塑化能力 Plasticizing Capacity g/s 4.6 注塑压力 Injection Pressure Mpa 266 合模力 Clamp Tonnage KN 600 移模行程 Toggle Stroke mm 270 最大模厚 Max Mold Height mm 330 最小模厚 Min Mold Height mm 120 顶出行程 Ejector Stroke mm 70 顶出力 Ejector Tonnage KN 22 二注塑机重要参数校核 ( 一 ) 注塑容量校核国产标准注塑机的标准规定, 以注塑聚苯乙烯时在对空注塑的条件下, 注塑机螺旋杆或 3 柱塞做一次最大行程时所能达到的最大容量 ( cm ) 注塑容量是选择注塑机的重要参数它 [6] 在一定的程度上反映了注塑机的注塑能力, 标志着注塑机能成型最大体积的注塑制品以容量计算时, 必须使得在一个注塑成型周期内所需的注塑塑料熔体的容量在注塑机额定注塑量的 80% 内, 也就是 V 0.8V 塑注 (1) 式中 V 注为注塑机最大注塑容量, 3 cm ; 第 12 页共 33 页

17 V 塑为成型塑件与浇注系统体积的总和, 3 cm ; 0.8 为最大注塑容量的利用系数本次模具设计中, 计算如下 : V = V + V 塑模流 = = (2) 式中, V 为成型塑件的体积 ; V 模流为浇注系统的体积和, 包括主流道, 分流道, 浇口, 冷料穴的体积和所以, V塑 V 注 = = (3) 而注塑机的注塑容量为 38cm 3, 所以注塑机的注塑容量符合要求 ( 二 ) 注塑压力校核注塑压力的校核是校验注塑机的最大注塑压力能否满足制品成型的需要只有在注塑机额定的注塑压力内才能调整出某一制件所需的要的注塑压力, 因此注塑机的最大压力要大于该制件所要求的注塑压力制件成型时所需的注塑压力, 与塑料的品种, 注塑机的类型, 喷嘴形式, 制件的复杂程度以及浇注系统等因素有关在本次模具设计中, 参考了制件的材料 ABS 的一些参数以及 Mold flow 分析的结果, 确定制品所需的注塑压力为 180MPa 而注塑机的注塑压力可以达到 266MPa, 也就是注塑机的注塑压力符合要求 ( 三 ) 开模行程校核模具开模后为了能取出塑胶件, 要求有足够的开模距离, 本次模具使用的注塑机的开模行程是给定的, 不受模具厚度的影响, 当模具的厚度变化时, 可由其调模装置调整只要使得注塑机最大开模行程大于模具所需的开模距离就符合注塑的要求即 : Smax S (4) 式中 S 为注塑机最大开模距离,mm; max 第 13 页共 33 页

18 S 为模具所需的开模距离,mm; S = = 91 (5) S max = 270 也就是 Smax S 三模架选择根据型腔排列的方式以及初步确定的壁厚, 选择型号为 Futaba_2p SA type 的模架,A 板壁厚为 50mm,B 板厚度为 40mm 第四章浇注系统设计一主流道设计 ( 一 ) 主流道的形状在许多常用的设计当中, 主流道的形状无非就是圆锥形, 一种是上大下小, 流道越来越窄, 另一种就是上小下大, 主流道是越来越宽采用第一种的往往要接分流道, 采用三板模的形式, 在开模时浇口可自动脱除, 然而塑料流程较大, 模具制造成本较高而采用第二种的则必须加一道工序, 人工去除浇口, 但塑料流程短, 两板模, 成本低本设计为了提高产品质量, 简化结构, 采用第二种主流道的形状, 采用的模架为两板模主流道上直径为 3, 下直径为 5 结构如图 4-1 所示 ( 二 ) 主流道的布局本次模具设计为一模一腔, 无需分流道, 主流道直接到塑件上表面, 考虑到注塑时压力传递的平衡, 在最短的时间内填充完成主流道必须设计在塑件的正中间, 再考虑塑件本身的结构特点, 本次模具的主流道设计在距离塑件顶部 18.5mm, 距离左右两边均 33.5mm 处其分布如图 4-1 所示第 14 页共 33 页

19 图 4-1 主流道二浇口套设计为了便于浇注凝料从主流道取出, 主流道采用的圆锥孔 ; 浇口套与注塑机喷嘴嘴头的接触球面必须吻合注塑机的喷嘴是球面, 其半径 SR 是固定的, 为了浇口套端面的凹球面与注塑机的端凸球面接触良好, 一般取半径 α = 2 o Sr = SR + (0.5 ~ 1) mm 在此次设计中 SR=9mm, 所以 Sr = SR +1 = 10 mm; 而浇口套圆锥孔的小端直径 d 应该大于喷嘴内孔直径 d1, 即 d = d + (0.5 ~ 1 1 ) mm, L 2 = 4 由注塑机的参数可以看到 d 1 = 2, 所以 d = 2+ 1= 3 mm, 浇口套的端面凹球深度 mm 浇口套的 3D 图如 4-2 所示图 4-2 浇口套三浇口设计 ( 一 ) 选择直浇口的优点本次设计采用的浇口为圆锥形直浇口, 其优点有 : 1 可以缩短浇口的冷却时间, 从而缩短成型周期 ; 第 15 页共 33 页

20 2 采用两板模, 无分流道, 模具成本低 ; 3 塑料流程短, 产品质量好, 符合实际生产需求 ( 二 ) 直浇口的尺寸根据经验的数据, 本次设计取上直径为 3mm, 下直径为 5mm, 而浇口长度约为 21.12mm ( 三 ) 浇口位置选择由于采用的是直浇口, 结合模流分析的结果及实际生产的需要, 浇口的位置如图 4-3 所示, 图中, 颜色越蓝的代表越适合作为浇口的位置最终浇口的位置选择为如图 4-1 所示图 3-3 模流分析 - 浇口分析第五章成型零件设计及加工工艺方案制订一定模型芯的设计定模型芯的设计采用整体式型腔, 也就是由整块材料加工而成的型腔整体式型腔的优点是, 强度和刚度相对较高, 且不易变形, 对塑件的上表面不会产生拼模缝的痕迹, 缺点为切削量大, 模具成本高, 同时给热处理和表面处理带来一定的困难, 定模型芯的 3D 图如图 5-1 所示定模型芯依靠四个侧面和上表面分别与凹模及定模座板相配合, 而跟定模板的固定采用四个对称的螺钉固定定模型芯的外形尺寸为 :120mm*120mm*30mm 第 16 页共 33 页

21 图 5-1 定模型芯示意图二动模型芯的设计动模型芯 3D 结构如图 5-2 所示, 其尺寸为 :120mm*120mm*20mm 动模型芯的固定也是由四个对称分布的螺钉固定在动模板上图 5-2 动模型芯示意图三滑块设计第 17 页共 33 页

22 ( 一 ) 滑块 1 该滑块的位置如图 5-3(a) 所示, 滑块的尺寸如图 5-3(b) 所示, (a) (b) 图 5-3 滑块 1 ( 二 ) 滑块 2 该滑块的位置如图 5-4(a) 所示, 滑块的尺寸如图 5-4(b) 所示, (a) (b) 图 5-4 滑块 2 四镶件设计该镶件的位置如图 5-5(a) 所示, 镶件的尺寸如图 5-5(b) 所示, 第 18 页共 33 页

23 (a) (b) 图 5-5 型芯镶件五加工工艺方案制订塑料模具的加工方法大体上可以分为切削机床加工钳工加工和特殊加工三大类切削机床加工是指采用车床铣床磨床等进行粗加工或精加工钳工则是指采用锉铲研磨等手工措施去除切削机床所预留的加工余量, 将模具半成品加工成符合蓝图在公差范围内的要求尺寸, 形状以及表面粗糙度的合格零件, 并通过组装总装成符合要求的模具当模具零件的某些部分使用普通机床或传统人工的方法很难加工或者耗时很大时, 则往往采用特殊加工的方法, 如电火花, 线切割等 ( 一 ) 定模加工工艺方案图 5-6 定模型芯加工说明图第 19 页共 33 页

24 表 5-1 定模型芯的加工工艺方案工序内容设备 1 铣削铣坯料的六个端面铣床 2 钻削钻浇口套孔螺孔钻床 3 CNC 粗加工粗加工成型面 CNC 4 热处理做表面热处理, 提高模具质量 5 磨削磨型腔上下端面磨床 6 CNC 精加工精加工成型面 CNC 7 钳工抛光成型面倒角, 攻丝 ( 二 ) 动模加工工艺方案图 5-7 表 5-2 动模型芯加工说明图动模型芯加工工艺方案工序内容设备 1 铣削铣坯料的六个端面铣床 2 钻削钻顶料孔螺孔钻床 3 CNC 粗加工粗加工成型面 CNC 4 热处理做表面热处理, 提高模具质量 5 磨削磨型腔下端面磨床 6 CNC 精加工精加工成型面 CNC 7 EDM 电火花加工底部镶件孔以及前后两个滑 EDM 火花机加工块槽 8 钳工抛光成型面倒角, 攻丝第六章抽芯机构的设计与镶件的固定一侧向分型与抽芯机构第 20 页共 33 页

25 侧向分型与抽芯是利用注射机的开模力, 通过传动机构改变运动方向, 将侧向的活动型芯抽出抽芯机构的结构比较复杂, 但抽芯不需要人工操作, 抽拔力较大, 具有灵活, 方便, 生产效率高, 容易实现全自动操作, 无需另外添置设备等优点, 在生产中被广泛采用本设计采用的是斜销侧向分型抽芯机构如图 6-1 所示图 6-1 侧向分型抽芯机构二型芯镶件的固定为了塑件的表面在模具分型后有三个破孔以便于放置密码轮, 型芯底部必须设计一个镶件在分型时镶件必须固定在型芯上而不能随着塑件一起脱模, 所以其结构及固定方式如图 6-2 所示图 6-2 型芯镶件的固定第七章顶出机构设计一顶杆顶出机构采用圆柱型顶杆优点 : 由于圆柱形状的顶杆和顶杆孔最容易加工, 而且很容易保证其配合精度, 易于保第 21 页共 33 页

26 证其互换性, 而且它还具有滑动阻力小, 不易于卡滞等优点顶杆的结构固定形式如图 7-1 所示 : 图 7-1 顶杆结构形式二顶出机构的布局顶杆的布局如图 7-2 所示, 其中红色的点为顶杆, 此图为顶出机构的布局图图 7-3 为模具中的顶杆立体示意图图 7-2 顶出机构的布局图 7-3 顶出机构立体示意图第 22 页共 33 页

27 第八章冷却系统设计模具的冷却是将注塑成型过程中产生的并传导给模具的热量尽可能迅速并最大程度地导出, 以使塑件以较快的速度冷却固化因此, 冷却的效果直接决定着塑件的质量和注塑效果调节模具温度的主要目的是为了缩短成型周期和提高塑件质量此次设计中采用的冷却系统为简单的循环水冷却方式一冷却水道的结构设计 ( 一 ) 冷却形式冷却系统的水道形式大概分为沟道式冷却管道式冷却导热杆式冷却本次设计采用的是较普通的管道式冷却, 就是直接在模具和模板上钻孔或者铣槽, 通入冷却介质特点是冷却介质可直接接触模体, 传导热量, 结构简单, 冷却效果好 ( 二 ) 定模水道结构设计如图 8-1 为定模的冷却水道布局设计图 8-1 定模型芯冷却水道冷却水道在使用的时候对管壁产生一定的压力, 如果管壁的厚度太薄, 会使管道变形严重的话会使管道破裂, 在设计冷却水管道的结构之后, 必须注意对管道的壁厚进行检测, 以保证管道能正常使用, 而不会破裂 ( 三 ) 动模冷却水道结构设计如图 8-2 所示为动模的冷却水道布局设计第 23 页共 33 页

28 图 8-2 动模型芯冷却水道第九章模具装配图和零件图 - 模具 3D 图形绘制流程 ( 一 ) 绘图方法及过程本次设计中的模具装配图的 3D 模型采用 Pro/ENGINEER3.0 软件绘制绘制图形时, 先绘制整个模型的核心部分, 也就是型腔型芯和分型面, 具体的绘制过程及方法如下 : 导入之前绘制好的产品 3D 图, 设置收缩率为自动创建工件第 24 页共 33 页

29 自动创建分型面, 然后稍微作调整创建体积块 ( 镶件 ), 然后是分模分模成功后, 得到最终的成型腔和型芯先调出整个模具的核心零部件, 并对其坐标系完全约束第 25 页共 33 页

30 在 Pro/ENGINEER 的插件 EMX 中设置模架的参数参数设计完成之后自动生成的模架 3D 图模架装配图中把核心零部件装上, 将模架中重合的部分切除, 添加侧抽芯机构冷却系统和顶出系统, 最终完成整个模具的 3D 模型图 9-1 模具立体图的绘制流程图二模具及其零件 2D 图形绘制第 26 页共 33 页

31 图 9-2 模具装配图 1 图 9-3 模具装配图 2 第 27 页共 33 页

32 本次设计的 2D 图是采用 Pro/ENGINEER 直接生成三维图形然后转化为 AutoCAD 图形, 这样大大缩短了绘图的时间, 提高了效率设计校核审核班级学号比例图 9-4 定模型芯图设计校核审核班级学号比例图 9-5 动模型芯图第 28 页共 33 页

33 第十章模具设计的创新与特色总结本次设计的主要灵感和来源是由于大三暑假在东莞怡丰锁业有限公司实习时带回来的密码锁插扣壳, 创新与特色主要体现在如下几个方面 : 1. 在塑料件的设计阶段, 采用了软件对塑料件的分型面以及拔模斜度进行检测这样做可以在模具设计的初始阶段就能确保塑件设计的合理性, 避免了在注塑成型的时候由于塑件无法分型或者是拔模斜度不合理而导致的塑件质量的下降 2. 在模具设计初始阶段采用模流分析软件对整个模具设计进行优化模流分析采用的是著名的分析软件 Moldflow Plastics Insight(MPI 4.1) 进行分析, 此软件为注塑模采购者设计者和制造者提供了一个准确易用的方法来优化他们的模具设计它可以分析浇口的最佳位置并进行浇注系统平衡可以计算注塑周期锁模力和注塑体积等等这些参数对后面的设计计算如注塑机的选择及其校核浇注系统的设计和冷却系统的设计提供了很大的帮助 3. 整个模具结构设计核心部分都在计算机上完成采用计算机辅助设计可以大大减轻人的工作量, 而在计算机绘图时基本由单个软件 Pro/ENGINEER 绘制, 单个软件绘图的效率和质量很明显要优越于在各个绘图软件中转换在使用软件绘图中, 很多标准零件都是直接从软件中提取出来, 并不需要单个零件慢慢的绘制, 特别是模架方面, 直接可以调用一些厂商的模架, 大大缩短整个模具设计时间 4. 通过计算机辅助设计, 整个过程完全在虚拟平台里完成, 从零件的设计到模具和模架的设计既节省时间又节省成本, 省去了实际制造时由于计算错误或经验不足而造成报废, 需重新制造的困扰 5. 计算机辅助设计和课本的理论相结合绘图和分析基本上在计算机上完成, 而一些计算仍然需要参考课本上的知识进行人工的核算, 使得之前学习到的知识能够得到了很好的应用第十一章设计存在的问题与解决设想本次模具设计中, 存在了不少的问题, 而这些问题由于时间和对软件还不够熟悉, 无法灵活运用设计软件主要问题体现在如下几个方面 : 1. EMX 插件运用的并不理想问题 : 在模架上修改某些尺寸后, 再生的时候, 很容易造成错误导致无法继续生成螺钉的时候, 经常没有生成螺钉孔, 要删除再生成, 重复几次才会出现螺钉孔原因 : 以前没有深入的接触过 ProE 的 EMX 插件, 对软件并不熟悉另一方面可能由于 EMX 是一个插件, 而并非 PTC 公司研发的, 可能存在一个兼容性的问题解决设想 : 一是加深对软件的了解和熟悉程度, 多看些参考书, 多练习二是等待软件开发商的升级和对软件的优化 2. 由于绘图软件之间的转换, 造成绘图的误差问题 : 通过 Pro/ENGINEER 生成工程图, 然后再转换成 AutoCAD 的二维平面图时, 虽然整个基本图形和尺寸都一样, 但细节上误差很大有许多线并没有接上而是错开的, 圆第 29 页共 33 页

34 形都变成了正四边形或正六边形原因 : 软件之间的数据转换问题解决设想 : 在 AutoCAD 上通过修改, 还是能完善这些误差, 但工作量很大, 而且要很细心所以建议最好是尽量使用单一软件来设计, 这就不需要转换格式但是由于软件各有所长,Pro/ENGINEER 擅长于三维, 而 AutoCAD 的二维功能强大, 只能等待软件的升级, 开发商对其他功能的开发第 30 页共 33 页

35 参考文献 [1] 颜智伟. 塑料模具设计与机构设计 [Z]. 北京 : 国防工业出版社,2006. [2] 叶屋臣一, 注射模具设计和应用 [Z]. 北京 : 轻工业出版社,1989. [3] 朱光力, 万金保等. 塑料模具设计 [Z]. 北京 : 清华大学出版社,2002. [4] 林清安,Pro/ENGINEER Wildfire 2.0 模具设计 [Z], 北京 : 电子工业出版社,2005. [5] Z. Tadmor, C.G. Gogos, Principles of Polymer Processing, Wiley, NewYork, [6] C.L. Tucker III, Computer Modeling for Polymer Processing, Hanser,Munich, 1989 [7] 张学政主编. 傅水根教育教学研究论文集. 南京 : 金工研究编辑部,2000 [8] 吴克坚, 于晓红, 钱瑞明. 机械设计. 北京 : 高等教育出版社,2003 [9] [10] [11] 单泉, 陈砚等编著,Pro/ENGINEER Wildfire 3.0 中文版模具设计专家指导教程 [Z]. 北京 : 机械工业出版社, 2006 第 31 页共 33 页

36 致谢在这次的毕业设计过程中得到了指导老师黄桂坚老师及一起做模具设计的同学的帮助, 特别是黄桂坚老师的悉心指导, 不厌其烦的对我的毕业设计提出问题, 从中使我受益匪浅, 在此, 对关心和指导过我的老师和帮助过我的各位同学表示衷心的感谢! 第 32 页共 33 页

37 Injection Mould Design for Insert buckle shell of the coded locks Abstract Through the Insert buckle shell of the coded locks, mould, plastic shell mould design and analysis of aircraft. In the mould design process, involving the plastic parts of the structure design, plastic Moldflow analysis, a design of the mould, the choice and some important technical parameters of the structure, and is described in detail in the design of molding parts structure, parting surface design, pouring system design, lateral core-pulling mechanism design, the outside system and the cooling system, Finally the moulding parts technics projects are established. The graduation design is using Moldflow, Pro/e AutoCAD, famous design analysis software, using the software design and analysis, optimization design parameters and the design time is shortened, and improve the design efficiency. Through the graduation design, I have been able to skillfully using current design analysis software, deepen the understanding of injection mold, and can be used to help through software in practical production. Key words mould design; moldflow analysis; technics; parting surface 指导教师 : 黄桂坚工程师第 33 页共 33 页

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<4D F736F F D20C3DCC2EBCBF8C3E6BFC7D7A2CBDCC4A3BEDFC9E8BCC65F E646F63> 深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 题目 : 姓名 : 专业 : 学院 : 密码锁面壳注塑模具设计何松兰机械设计制造及其自动化机电与控制工程学院学号 : 2005111311 指导教师 : 职称 : 黄桂坚工程师 2009 年 05 月 01 日深圳大学本科毕业论文 ( 设计 ) 诚信声明本人郑重声明 : 所呈交的毕业论文 ( 设计 ), 题目密码锁面壳注塑模具设计是本人在指导教师的指导下,