基于CAD/CAM技术的LCH-2A1030遥控器前盖注塑模具设计
基于CAD/CAM技术的LCH-2A1030遥控器前盖注塑模具设计
塑件已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛的应用。为生产这些塑件，必须设计出相应的塑料模具。在本次设计中，采用的是注塑模，它是成型热塑性塑料件和热固性塑料件的模具，是应用最为普遍的塑料模具加工方法之一。本次设计利用遥控器前盖实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计、成型零部件的设计等等。在本次课题中采用一模两腔的型腔布局，主要运用 Pro/E和AutoCAD来完成整个设计工作。在整个过程中学习到了许多的模具设计的知识和对在校所学知识的深化，设计的整个过程实现了无纸化，有利于提高模具的生产效率和节约了生产成本，并大大缩短了生产的周期。
关键词 注塑模具，遥控器外壳，浇注系统，塑件
1 引言 1
2 塑件工艺性分析 2
2.1 塑件结构 2
2.2 材料工艺性分析3
3 注射机的选择4
4 模具结构方案5
4.1 型腔布局及分型面的选择5
4.2 模架的选择7
4.3 浇注系统8
4.4 成型部件11
4.5 导向机构16
4.6 推出机构17
4.7 复位装置19
4.7 冷却系统19
4.8 排气系统20
5 注射机的校核21
5.1 注射机锁模力的校核21
5.2 注射机开模行程的校核21
6 模架的校核22
7 装配图22
8 典型零件的仿真加工22
结论 26
致谢 27
参考文献28
1 引言
模具是工业产品生产用的工艺装备，主要用于制造业。它是和冲压、锻造、铸造成型机械，以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工，用成形机械相配套，作为成形工具来使用的。模具属于精密机械产品，主要由机械零件和机构组成，包括成形工作零件（凸模与凹模）、导向零件（导柱与导套）、支承零件（模架）及定位零件等，以及送料机构、抽芯机构、推料机构、检测与安全机构等。
为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短模具制造周期，模具多采用标准零、部件，所以模具属于标准化程度较高的产品。
（1）注塑模具发展史
注塑模具的发展是注塑模具设计制造与技术相互促进、相互依赖、共同发展的历史。1945年葡萄牙成功地制造了第一只注塑模具。此后，在葡萄牙各地逐步出现其它注塑模具企业。注塑模技术的兴起和应用，首先是由于技术和通用系统的发展，另外也是由于注塑模理论的发展及注塑模设计和制造本身对技术应用迫切需求的内在要求。随着计算机的升级换代，计算机图形学和计算机技术迅速发展，20世纪60年代到70年代，是技术飞速发展的阶段。20世纪60年代中期，美国和英国的许多大公司和大学投入大量的人力和物力对技术进行研究和开发,并研制出许多实用的系统。与此同时，英国、美国和加拿大等国的学者开展了有关塑料熔体在模具型腔内流动和冷却的基础研究，建立了溶体一维流动数学模型，为系统地开展注塑模研究奠定了基础。
从1972年开始，加拿大化学工程系教授领导的研究小组对注塑成形工艺的计算机模拟、过程控制和塑料性能试验等进行了系统研究，在此基础上建立了注塑工艺过程计算机模拟集成系统，从领导的注塑模科研组从1974年开始对注塑模技术进行了深入研究，先后建立了注塑过程流动、保压、冷却的一维、二维和三维数学模型，开展了塑料熔体流变性能和热性能的实验研究，创立了流道平衡计算的数学模型.经过20多年的研究和发展，注塑模设计计算机辅助技术已进入实用阶段。
（2）注塑模具现状
我国虽然很早就开始制造和使用模具，但长期为行程高技术含量的产业。直到10世纪年代后期，随着科技的进步，国务院和国家有关部门对发展模具工业给予了高度重视和支持，募集工业才驶入快速发展轨道。近年来，我国模具工业发生了巨大的变化。在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工的先进技术的企业也逐渐增多。模具标准间使用覆盖率级模具商品化率都已经有了较大幅度的提高，热流道技术在注塑模具行业中应用比例越来越高。
（3）注塑模具的发展趋势
经过近几年的发展，注塑模具已显示出一些新的发展趋势。第一，大力提高注塑模开发能力。将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。第二，注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。第三，模具生产正在向信息化迅速发展。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。
随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
随着市场的国际化，竞争将愈演愈烈，短周期、高质量、长寿命的模具行业将成为用户的追求，这必将使模具技术全面深入地应用于注塑模具行业中，同时与并行工程、精益生产、敏捷制造等多种生产模式的结合日益密切，最终使注塑模具行业发生重大变革。
2 塑件的工艺性分析
2.1 塑件结构
该塑件质量为20.80g，壁厚为1mm ，体积19.81cm，高度15mm。塑件为薄壁件。
塑件是遥控器前盖，对表面粗糙度要求不高，在塑件各个面的转折处都用圆角过渡，从产品的使用方面考虑，这样的设计避免了棱角，使塑件外形流畅美观。从产品的充模性能来考虑，减少了其流动阻力，改善了塑料的流动充模性，降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，而且成型模具型腔也对应有了相应的圆角，提高了成型零件的强度。用Pro/E绘图软件绘制出了塑件的三维实体模型，从而能够更直观地掌握塑件的结构，塑件的三维图如图1所示。
（a） 遥控器前盖前表面 （b） 遥控器前盖后表面
图1 所要成型的遥控器前盖结构图
对塑件进行分析，塑件尺寸的大小受制于以下因素：
（1）取决于用户的使用要求。
（2）受制于塑件的流动性。
（3）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
影响塑件尺寸精度的主要因素有：
（1）塑料材料的收缩率及其波动。
（2）塑件结构的复杂程度。
（3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
（4）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、成型后处理等）。
（5）成型设备的控制精度等。
塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的便面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增大。
注射成型的制品的表面应没有凹痕、起泡、熔接痕等缺陷。
2.2 材料工艺性分析
通常塑件的材料是根据塑件所处的工作环境、使用性能的要求以及材料的综合性能来选择的。本产品是遥控器的前盖，从它的使用性能分析，它必须具备一定的综合机械性能，包括一定的机械强度，一定的耐油性、耐水性和化学稳定性。在众多满足要求的材料中考虑到材料的成本及其来源，ABS的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性，并且对于遥控器的外壳，ABS能满足其成型特性和使用性能，所以选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。
ABS具有较好的光泽，较好的冲击韧性，且在低温下也不迅速下降，具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，有良好的机械强度，一定的耐磨性，良好的耐寒性，耐油性，耐水性，良好的电性能，良好的耐化学试剂性，并且属于无定形聚合物，熔融温度低，熔程较宽，熔融粘度适中，流动性好，易于充模，经过调色可以配成任何颜色。ABS的主要参数如下：
密度为1.030g/c～1.070g/c，取1.05g/c；收缩率是0.3%～0.8%，取0.5%；模具温度为50℃～80℃，取80℃；注射压力为60MPa～100MPa，取100MPa；
最大不溢料间隙为0.04mm。
根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点以及塑件材料的性能，为提高产品的生产效率和表面质量，保证塑件能够顺利从型腔中脱出，脱模斜度设置为1°。
塑件为一般等级精度，即选择四级精度。
3 注射机的选择
注射模具是安装在注射机上使用的，注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热为熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。
塑件质量为20.8g，流道凝料的质量一般取制件的0.5倍，模具采用一模两腔，所以实际总注射质量为：
塑件已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛的应用。为生产这些塑件，必须设计出相应的塑料模具。在本次设计中，采用的是注塑模，它是成型热塑性塑料件和热固性塑料件的模具，是应用最为普遍的塑料模具加工方法之一。本次设计利用遥控器前盖实体模型测量产品的尺寸，对实体进行建模，并对塑件的模具进行设计，包括塑件成品的设计、工艺参数的分析与计算、工作部分的设计、模具结构的设计、成型零部件的设计等等。在本次课题中采用一模两腔的型腔布局，主要运用 Pro/E和AutoCAD来完成整个设计工作。在整个过程中学习到了许多的模具设计的知识和对在校所学知识的深化，设计的整个过程实现了无纸化，有利于提高模具的生产效率和节约了生产成本，并大大缩短了生产的周期。
关键词 注塑模具，遥控器外壳，浇注系统，塑件
1 引言 1
2 塑件工艺性分析 2
2.1 塑件结构 2
2.2 材料工艺性分析3
3 注射机的选择4
4 模具结构方案5
4.1 型腔布局及分型面的选择5
4.2 模架的选择7
4.3 浇注系统8
4.4 成型部件11
4.5 导向机构16
4.6 推出机构17
4.7 复位装置19
4.7 冷却系统19
4.8 排气系统20
5 注射机的校核21
5.1 注射机锁模力的校核21
5.2 注射机开模行程的校核21
6 模架的校核22
7 装配图22
8 典型零件的仿真加工22
结论 26
致谢 27
参考文献28
1 引言
模具是工业产品生产用的工艺装备，主要用于制造业。它是和冲压、锻造、铸造成型机械，以及塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成形加工，用成形机械相配套，作为成形工具来使用的。模具属于精密机械产品，主要由机械零件和机构组成，包括成形工作零件（凸模与凹模）、导向零件（导柱与导套）、支承零件（模架）及定位零件等，以及送料机构、抽芯机构、推料机构、检测与安全机构等。
为提高模具的质量、性能、精度和生产效率，缩短模具制造周期，模具多采用标准零、部件，所以模具属于标准化程度较高的产品。
（1）注塑模具发展史
注塑模具的发展是注塑模具设计制造与技术相互促进、相互依赖、共同发展的历史。1945年葡萄牙成功地制造了第一只注塑模具。此后，在葡萄牙各地逐步出现其它注塑模具企业。注塑模技术的兴起和应用，首先是由于技术和通用系统的发展，另外也是由于注塑模理论的发展及注塑模设计和制造本身对技术应用迫切需求的内在要求。随着计算机的升级换代，计算机图形学和计算机技术迅速发展，20世纪60年代到70年代，是技术飞速发展的阶段。20世纪60年代中期，美国和英国的许多大公司和大学投入大量的人力和物力对技术进行研究和开发,并研制出许多实用的系统。与此同时，英国、美国和加拿大等国的学者开展了有关塑料熔体在模具型腔内流动和冷却的基础研究，建立了溶体一维流动数学模型，为系统地开展注塑模研究奠定了基础。
从1972年开始，加拿大化学工程系教授领导的研究小组对注塑成形工艺的计算机模拟、过程控制和塑料性能试验等进行了系统研究，在此基础上建立了注塑工艺过程计算机模拟集成系统，从领导的注塑模科研组从1974年开始对注塑模技术进行了深入研究，先后建立了注塑过程流动、保压、冷却的一维、二维和三维数学模型，开展了塑料熔体流变性能和热性能的实验研究，创立了流道平衡计算的数学模型.经过20多年的研究和发展，注塑模设计计算机辅助技术已进入实用阶段。
（2）注塑模具现状
我国虽然很早就开始制造和使用模具，但长期为行程高技术含量的产业。直到10世纪年代后期，随着科技的进步，国务院和国家有关部门对发展模具工业给予了高度重视和支持，募集工业才驶入快速发展轨道。近年来，我国模具工业发生了巨大的变化。在我国模具生产企业中，数字化设备比较齐全，模具CAD/CAE/CAM技术已经被广泛的应用，采用高速加工的先进技术的企业也逐渐增多。模具标准间使用覆盖率级模具商品化率都已经有了较大幅度的提高，热流道技术在注塑模具行业中应用比例越来越高。
（3）注塑模具的发展趋势
经过近几年的发展，注塑模具已显示出一些新的发展趋势。第一，大力提高注塑模开发能力。将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。第二，注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术。随着模具企业设计和加工水平的提高，注塑模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。第三，模具生产正在向信息化迅速发展。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。
随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会不断发展，因此对模具的要求也越来越高。超大型、超精密、长寿命、高效模具；多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的模具将得到发展。
随着市场的国际化，竞争将愈演愈烈，短周期、高质量、长寿命的模具行业将成为用户的追求，这必将使模具技术全面深入地应用于注塑模具行业中，同时与并行工程、精益生产、敏捷制造等多种生产模式的结合日益密切，最终使注塑模具行业发生重大变革。
2 塑件的工艺性分析
2.1 塑件结构
该塑件质量为20.80g，壁厚为1mm ，体积19.81cm，高度15mm。塑件为薄壁件。
塑件是遥控器前盖，对表面粗糙度要求不高，在塑件各个面的转折处都用圆角过渡，从产品的使用方面考虑，这样的设计避免了棱角，使塑件外形流畅美观。从产品的充模性能来考虑，减少了其流动阻力，改善了塑料的流动充模性，降低了局部的残余应力，防止开裂和翘曲，而且成型模具型腔也对应有了相应的圆角，提高了成型零件的强度。用Pro/E绘图软件绘制出了塑件的三维实体模型，从而能够更直观地掌握塑件的结构，塑件的三维图如图1所示。
（a） 遥控器前盖前表面 （b） 遥控器前盖后表面
图1 所要成型的遥控器前盖结构图
对塑件进行分析，塑件尺寸的大小受制于以下因素：
（1）取决于用户的使用要求。
（2）受制于塑件的流动性。
（3）受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。
影响塑件尺寸精度的主要因素有：
（1）塑料材料的收缩率及其波动。
（2）塑件结构的复杂程度。
（3）模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。
（4）成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、成型后处理等）。
（5）成型设备的控制精度等。
塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。塑料制品的表面粗糙度主要取决于模具型腔的便面粗糙度。一般模具表面粗糙度要比制品表面粗糙度小一级，而塑件表面粗糙度随着模具型腔的磨损增大而增大。
注射成型的制品的表面应没有凹痕、起泡、熔接痕等缺陷。
2.2 材料工艺性分析
通常塑件的材料是根据塑件所处的工作环境、使用性能的要求以及材料的综合性能来选择的。本产品是遥控器的前盖，从它的使用性能分析，它必须具备一定的综合机械性能，包括一定的机械强度，一定的耐油性、耐水性和化学稳定性。在众多满足要求的材料中考虑到材料的成本及其来源，ABS的来源广，成本低，符合塑料成型的经济性，并且对于遥控器的外壳，ABS能满足其成型特性和使用性能，所以选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）。
ABS具有较好的光泽，较好的冲击韧性，且在低温下也不迅速下降，具有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，有良好的机械强度，一定的耐磨性，良好的耐寒性，耐油性，耐水性，良好的电性能，良好的耐化学试剂性，并且属于无定形聚合物，熔融温度低，熔程较宽，熔融粘度适中，流动性好，易于充模，经过调色可以配成任何颜色。ABS的主要参数如下：
密度为1.030g/c～1.070g/c，取1.05g/c；收缩率是0.3%～0.8%，取0.5%；模具温度为50℃～80℃，取80℃；注射压力为60MPa～100MPa，取100MPa；
最大不溢料间隙为0.04mm。
根据产品的外型，结合产品的工作条件、工艺特点以及塑件材料的性能，为提高产品的生产效率和表面质量，保证塑件能够顺利从型腔中脱出，脱模斜度设置为1°。
塑件为一般等级精度，即选择四级精度。
3 注射机的选择
注射模具是安装在注射机上使用的，注射成型时注射模具安装在注射机的动模板和定模板上，由锁模装置合模并锁紧，塑料在料筒内加热为熔融状态，由注射装置将塑料熔体注入型腔，塑料制品固化冷却后由锁模装置开模，并由推出装置将制件推出。
塑件质量为20.8g，流道凝料的质量一般取制件的0.5倍，模具采用一模两腔，所以实际总注射质量为：
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