电池盒盖注塑模具设计毕业设计.doc

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1、南京信息职业技术学院机电学院 电池盒盖注塑模具设计摘要：注塑成型是热塑性塑料成型的主要方法之一，可以一次成型形状复杂的精密塑件。空调行业的快速发展要求遥控器外壳快速更新。本设计进行了一款空调遥控器电池盖的注塑模设计，对零件结构进行工艺分析。确定分型面、浇注系统等，选择注塑机，计算成型零部件的尺寸。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意设计中某些细节问题，了解模具结构和工作原理。 关键词 : 注塑模具 参数化 分型面 成型The lid injection mold design batteryAbstract : Thermoplastic injection molding pla

2、stic molding is the main method of forming the shape can be a complex precision plastic parts .The Air conditioning industrys rapid development requirements of air conditioning casing quickly update . The design for conditioner battery the back of injection mold design , the structure of parts of th

3、e process .Determine the type the type face ,pouring system , a choice of injection machine, calculating the size of the molding components .Through the design of injection mould, can have a preliminary understanding, pay attention to the details of the design, knowledge of the mould structure and w

4、ork principle.Keywords: Injection mould parameterization Parting surface molding电池盒盖注塑模具设计目 录0. 引言11电池盒盖的工艺分析21.1设计任务21.2产品资料图22塑件的原材料工艺分析32.1塑件的原材料分析32.2塑件的表面质量分析32.3塑件的尺寸精度分析33. 基于Moldflow的塑件成型方案分析53.1塑件初始成型方案分析53.2充填时间结果分析63.3速速/压力切换时间的压力结果分析63.4翘曲结果分析73.5塑件优化成型方案分析83.6结论94. 基于UG的模具结构设计104.1分型面的选

5、择104.2型腔的布局104.3确定模具总体结构类型114.4浇注系统设计114.5冷却系统设计114.6排气系统设计124.7成型零件设计124.8冷却系统设计134.9推出机构设计134.10斜顶设计144.11模架的选择154.12模具爆炸图155. 注塑机的校核165.1最大注射量165.2注射压力165.3锁模力165.4安装部分尺寸165.5开模行程165.6推出机构166. 零件图和装配图的绘制167. 基于Powermill的仿形加工177.1型芯的加工工艺及仿真加工177.2数控加工工艺及数控编程177.3数控加工工艺单207.4型腔的加工工艺及仿真加工217.5数控加工工艺

6、及数控编程217.6数控加工工艺单248. 结论259. 答谢辞25参考文献250.引言采用模具CAD/CAE技术是缩短模具制造周期，提高生产效率、提高产品质量、降低原材料损耗的有效途径，文章以电池盒盖注塑模具设计为例，基于UG中注塑模具的CAD/CAE技术进行注塑模具的设计与流动分析。电池盒盖为一种中小壳形塑料制件，选用ABS作为成型材料，其表面要求光亮、手感好，故浇口位置的选择以及排气、顶出等问题是设计时要考虑的关键。塑件内部有两处倒勾，需要采用侧抽机构来成型。本设计采用一模四腔的结构来进行设计，这样能更有效的生产，也节约了成本，根据现实中的生产，不是大型模具，小型及中型不复杂的模具都是采

7、用一模多腔的结构设计。另外模具的设计首先要进行分析塑件的结构，比如塑件的侧壁如果是直角，而且直壁比较大，这就要求在设计时要对塑件进行一定的修改，要根据所选的材料进行抜模角的设计。模具在开始设计时还要考虑到加工，比如难加工的地方要设计镶块。总之，要设计一副好的模具在设计之前考把所有的问题都要考虑清楚。1电池盒盖的工艺分析1.1设计任务用UG设计出该产品的3D图，导出2D图。将该产品的3D模型导入到Moldflow，运用Moldflow对产品模型进行工艺分析。分析产品的最佳浇口位置，流动是否平衡。分析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，对产品

8、做出结构上的修正，直到满足条件为止。初步选定材料选定ABS，收缩率为5/1000左右；分型面为电池盒盖水平放置桌面为分型面。根据实际模型比较简单，采用一模四腔结构，采用与产品相应的冷却回路进行冷却模具划分成动模部分和定模部分，接下来创建型腔、镶件、及侧抽芯等零件，确定好各个模具部件的尺寸，并制定零件加工工艺。1.2产品资料图 图1产品图技术要求: (1) 材料：ABS(2) 产量：大批量生产(3) 未注公差尺寸按GB/T14486-1993中MT5。(4) 要求塑件表面塑件外侧表面光滑，不得有气孔、熔接痕、飞边等缺陷。2塑件的原材料工艺分析21塑件的原材料分析燃烧材料的流动性、密度会影响零件表

9、面的光洁度。功能设计是材料选择的重要依据，材料选择也要与模具设计，成型加工条件的确定，以及经济成本等综合考虑。塑料件材料选择的依据括结构，尺寸精度，工作环境，制造工艺，安全因素，以及塑料色特性等。经过综合考虑所有因素选定该产品的成型材料为：ABS基本特性：ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS树脂是目前产量最大、应用最广泛的聚合物，它将PS、SAN、BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性，缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦

10、，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落ABS工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。 ABS树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。 ABS工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差。成形特点：无定形料，流动性中等，吸湿大，必须充分干燥，表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度、3小时。宜取高料温、高模温，但料温过高易分解(分解温度为270度)。对精度较高的塑件，模温宜取50 60度，对高光泽、耐热塑件，模温宜6080度。 如需解决夹水纹，需提高材料的流

11、动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。 具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 主要用途:ABS广泛用于水表壳、纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具等。2.2塑件的表面质量分析塑件表面不得有气孔、熔接痕、飞边等缺陷，色泽鲜艳，表面光洁，表面粗糙度可取Ra1.6。2.3塑件的尺寸精度分析该塑件有7个尺寸标注公差，分别是0.80-0.12、4.80-0.14 、50-0.12、340-0.32、440-0.36、810-0.52、860-0.48，查教材相关表可知：0.80-0.12、4.80-0.14、340-0.32、440-0

12、.36、810-0.52为MT3级精度，属于一般精度；50-0.12、860-0.48为MT2级精度，属于高精度，在模具设计和制造过程中应保证此尺寸精度要求；其余尺寸未注公差，按MT5级精度。通过以上分析可知，此塑件可采用注射成形生产。又因为大批量生产，采用注射成形具有较高的经济效益。2.3.1注塑结构工艺性从塑件的结构可以看出塑件反面有两处倒勾，此结构导致塑件不能直接脱模，必须采用侧抽。为了满足制品表面质量要求与成型效率采用侧浇口。由产品图我们还可以看出塑件反面头部有一处加强筋，此加强筋要与熔体流动方向一致，这样有利于熔体充满型腔。加强筋见下图2-1图2-1：加强筋作为外壳类产品，外表面的表

13、面质量是比较重要的，从整个零件可以看出塑件后壳部分的长度已经远超过壁厚的2倍，因此要设计拔模角，否则会影响塑件的表面质量。如下图3-2所示，红色圈的部分就是要设计拔模角的部分,参考教材注塑模具课程设计指导，设计此处抜模斜度为Z方向1。图3-2：侧壁2.3.2计算塑件的体积和质量经过UG的计算知塑件的体积为：4.17 cm3,已知ABS的密度为1.021.05g/cm3 ，所以塑件的质量为4.38g。2.3.3确定模具的腔数塑件的生产批量为100,000件，属于大批量生产，且塑件精度要求不高，因此，应采用一模多腔，为使模具尺寸紧凑，确定型腔数目为一模四腔。2.3.4初选注塑机型号根据公式 Vma

14、x(nVs+Vj)/K 式中 Vmax注射机的最大注射量（cm3） n型腔数量 Vs塑件体积（cm3） Vj浇注系统凝料体积（cm3） K注射机最大注射量利用系数，一般取K=0.8已知n=4，Vs=4.17cm3 ，估计Vj=5cm3则 Vmax（44.17+5）/0.8 =27.1cm3经查教材塑料成型工艺及模具设计，初步选定注塑机XS-ZY-1000。明确注射机的规格参数：最大注射量 500cm3，注射压力 145MPa最大开模行程 500mm， 模板尺寸 540mm400mm，锁模力 3500kN，模具厚度 最大450mm、最小300mm ， 拉杆空间 540mm440mm ，喷嘴尺寸

15、圆弧半径R18mm、孔直径6mm，定位孔直径 100mm，顶出形式 两侧顶出，孔径22mm，孔距230mm。2.3.5初选注塑机型号：查表得，ABS的注射成形工艺参数如下：温度（）：喷嘴温度 180190 ，料筒温度 前段200210，中段210230，后段180200，模具温度 5070，压力（MPa）:注射压力 7090,保压压力 50703.基于Moldflow的塑件成型方案分析3.1塑件初始成型方案分析3.1.1注塑成型材料选择及其参数初始设置，具体参数见下图3-1图3-1塑件初始成型方案分析3.1.2工艺设置 工艺设置参数见下图3-2图3-2：工艺参数3.2充填时间结果分析从下图3-

16、3可以看出电池盒盖在1.079s的时间内完成熔体的充填。从充填时间的结果上看，电池盒盖的左右两端在充填时间上相差0.0182s应适当调整浇口位置，使得熔料到达左右两端的时间相 图3-3：充填时间 3.3速速/压力切换时间的压力结果分析从下图3-4上的黑色圆圈标志处可以看到，此处的压力为0MPa，表明熔料未流到，因此需要更改注塑工艺参数或重建浇注系统。 图3-4：速度/压力切换时间3.4翘曲结果分析从下图3-5可以看出所有因素导致的翘曲量为0.2297mm,翘曲量不大，不影响装配关系，因此在优化设置中，无需修改。图3-5：翘曲结果3.5塑件优化成型方案分析工艺参数的从新设置：冷却参数设置见图3-

17、6，流动参数设置见图3-7图3-6冷却参数设置图3-7：流动参数设置3.5.1充填时间的优化优化采取的措施：修改浇口位置。原来的浇注系统见上图3-3，从下图3-8可以看出，电池盒盖在0.553s的时间内完成熔体的充填。盒盖的左右两端在充填时间上相差0.00454s,熔体到达左右两端的时间几乎相等，说明优化的效果良好。 图3-8：充填时间优化3.5.2速度/压力切换时间的压力优化优化措施：修改浇口位置：增加注塑压力：升高模具温度。从下图3-9可以看出塑件充填已无嵌注，充填效果较好。图3-9：速度/压力切换时间3.6结论充填时间的优化可以通过修改浇口位置进行修改；塑件的充填嵌注问题优化可以通过修改

18、浇口位置；增加注塑压力；升高模具温度等4.基于UG的模具结构设计4.1分型面的选择（1）先确定模具的开模方向为电池盒盖的轴线方向，根据分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处原则，则此塑件的分型面选在塑件的底部，如图4-1所示。（Z方向为开模方向）图4-1开模方向（2）MPV 分析结果（贴图，分别贴出修正前、后的结果）见图4-2 修正前的结果 修正后的结果 图4-2MVP结果（3）分型面的展示分型面见下图4-3图4-3分型面4.2型腔的布局由于此塑件的尺寸比较小，考虑到时间，成本等因素采用一模四腔结构，型腔成矩形布局。型腔布局间隔为15mm。见下图4-2图4-2型腔的布局4.3确定模具总体结构类型由

19、于塑件结构比较简单，且表面没有特殊要求，考虑到模具结构简单，优先采用两板模结构，即总体结构类型为单分型面注射模。4.4浇注系统设计型腔布局为一模四腔，塑件结构简单，因此，采用简单而常用的浇口形式侧浇口。下图4-3图4-3浇注系统4.5冷却系统设计冷料穴位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端。其作用是捕集料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料穴的直径宜大于主流道大端直径，长度约为主流道大端直径。图4-4红色圈内位置为料穴在动模板上开出的腔。 图4-4冷料穴4.6排气系统设计由于此模具属于中小型模具，且模具结构较为简单，可利用模具分型面和模

20、具零件间的配合间隙自然地排气，间隙通常为0.020.03mm ，不必设排气槽。4.7成型零件设计型腔和型芯的结构有两种基本形式，即整体式与组合式。考虑到塑件的结构并不是十分的简单，因此采用整体式。型芯见下图4-5，型腔见下图4-64-5型芯结构形式 4-6型腔结构形式4.8冷却系统设计注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定形、生产效率以及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响，因此应设置冷却系统。冷却系统见下图4-7图4-7冷却系统4.9推出机构设计采用推杆推出机构，每个塑件设置12颗6圆形推杆，推出力均匀，运动平稳，但塑件上留下推出痕迹。顶杆形式位置见下图4-8 4-8推出机构4.10斜顶设计

21、如图4-9所示：蓝色框子标记处有倒勾，这样就导致塑件不能直接脱模，必须设计斜顶斜顶倾角的确定：斜顶倾斜角的大小关系到斜顶杆所承受的弯曲力和实际达到的抽拔力，也关系到斜顶杆的长度和开模行程。倾角增大，开模行程及斜顶杆有效工作长度均可减少，有利减小模具尺寸。但斜顶杆所受的弯曲力和和开模阻力均增大，斜顶感受力的情况变差。综合考虑一般=1520，不易超过25。取=18，如下图4-10所示：4-9倒勾位置 4-10斜顶结构4.11模架的选择选用LKM系列SI类型大水口模架，模架大小为3540，A板厚度为60mm，B板厚度为50mm.该模具应为侧分型注射模。模架见下图4-11 图4-11模架4.12模具爆

22、炸图模具爆炸图能较好的显示模具的结构，和开模形式。见下图4-12图4-12模架爆炸图5.注塑机的校核5.1最大注射量已知VsVj=4.174+5=21.68，Vmax=500，K取0.8则KVmaxVsVj，适合。5.2注射压力已知P注= 7090 MPa，P公 =145MPa则P公P注，适合。5.3锁模力已知Pq=2040MPa，A分=80X95X6=750mm2F锁=3500kN则Pq A分=40750=30000N=239kN显然F锁Pq A分 ，适合。5.4安装部分尺寸喷嘴圆弧半径R18浇口套圆弧半径R20喷嘴孔直径4主流道小端直径4.5定位孔直径100定位圈外径100 拉杆空间540

23、440模具外形400450最小模厚300模具厚度340最大模4505.5开模行程开模行程=791026最大开模行程500则最大开模行程开模行程，适合5.6推出机构两侧顶出，孔径22mm，孔距230mm6.零件图和装配图的绘制装配图见附录1零件图见附录2-12其余的零件大部分是标准件，在此不再绘制7.基于Powermill的仿形加工7.1型芯的加工工艺及仿真加工(1)加工工艺备料290X195X43，首先用数控铣床把备的料加工到286X191X37,然后到磨床上把毛坯加工到标准尺寸285X190X38。加工到标准尺寸后下面到加工中心进行型腔的仿形加工，型腔的整体结构相对比较简单，面多为平坦区域，

24、只有个别出圆角比较小，在型腔的尺寸加工到标准值前要进行淬火处理，淬火后在把型腔尺寸加工到准确值。(2)工艺单见图7-1编制签字日期模具名称电池盒盖代用材料模具编号校审加工件名称型腔毛坯尺寸加工件图号290X195X43批准材料名称P20件数材料牌号1工序工种机床加工说明和技术要求工时定额实际工时制造者工序检验员检具质量1备料286X195X432铣立式铣床286X191X37游标卡尺3磨磨床285X190X38游标卡尺和刀口角尺4加工中心游标卡尺 图7-1工艺单7.2数控加工工艺及数控编程开粗刀具选用D20R3的刀尖圆角端铣刀进行开粗，余量0.6，行距12，下切步距0.8，切削方向双向，Z轴下

25、切斜向，轮廓光顺0.1。刀具路径见图7-2 图7-2开粗二次开粗刀具选用D10R0.4的刀尖圆角端铣刀进行二次开粗, 余量0.4，行距6，下切步距0.4，切削方向双向，Z轴下切斜向，轮廓光顺0.1。加工路径见下图7-3 图7-3：二次开粗平行平坦面精加工选用D6的圆角刀进行平行平坦面精加工,公差0.02，切入和连接：切入斜向;切出无;短连接安全高度;长连接掠过。加工路径见下图7-4 图7-4精加工最佳等高精加工选用D4的圆角刀进行最佳等高精加工,公差0.02，切入和连接：切入斜向;切出无;短连接安全高度;长连接掠过。加工路径见下图7-5 图7-5：精加工清根选用D3的圆角刀进行清根，加工路径见

26、下图7-6图7-6清根7.3数控加工工艺单数控加工工艺单见下图7-7图纸编号：工件名称：球杆击头编程人员：操作者：开始时间：完工时间：检验：检验时间：文件档名：序号程序名加工方式刀具切削深度（相对最高面）理论加工进给/时间备注1310.NC平行区域清除（模型加工）25R0.8Z=-10粗加工2311.NC偏置区域清除（模型加工）10R0.4Z=-10二次开粗3312.NC平行平坦面精加工6Z=-10半精加工4313.NC最佳等高精加工4Z=-10精加工5314.NC清角2清角 装夹示意图： 1.工件用虎钳装夹，摆放方向如左图；工件顶面高于钳口至少65MM.2以Z顶面为零点。 图7-7：数控加工

27、工艺单7.4型腔的加工工艺及仿真加工(1)加工工艺分析备料290X195X39，首先用数控铣床把备的料加工到286X191X35,然后到立式钻床上把毛坯加工到标准尺寸285X190X34。加工到标准尺寸后下面到加工中心进行型腔的仿形加工，型腔的整体结构相对比较简单，面多为平坦区域，只有个别出圆角比较小，在型腔的尺寸加工到标准值前要进行淬火处理，淬火后在把型腔尺寸加工到准确值。7.4.2工艺单工艺的见下图7-8编制签字日期模具名称电池盒盖代用材料模具编号校审加工件名称型芯 毛坯尺寸加工件图号285X190X34批准材料名称P20件数材料牌号1工序工种机床加工说明和技术要求工时定额实际工时制造者工

28、序检验员检具质量1备料尺寸290X195X39游标卡尺2铣铣刀尺寸286X191X35游标卡尺和刀口角尺 图7-8工艺单7.5数控加工工艺及数控编程（1）开粗刀具D25R0.8，余量0.6，行距15，下切布局0.5，Z轴下切斜向，轮廓光顺。刀具路径见下图7-9 图7-9：开粗(2)二次开粗刀具D10R0.4，余量0.4，行距7，下切布局0.3，切削方向双向，Z轴下切斜向，轮廓光顺0.1，残留模型加工。加工路径见下图7-10 图7-10：二次开粗（3半精加工刀具D6圆角刀，余量0.2，切入和连接：切入斜向;切出无;短连接安全高度;长连接掠过。刀具路径见下图7-11 图7-11：半精加工（4精加工

29、刀具D4圆角刀，余量0，切入和连接：切入斜向;切出无;短连接安全高度;长连接掠过。加工路径见下图7-12 图7-12：精加工（5清角刀具D2圆角刀，加工路径见下图7-13 图7-13：清角7.6数控加工工艺单数控加工工艺单见下图7-14图纸编号：工件名称：球杆击头编程人员：操作者：开始时间：完工时间：检验：检验时间：文件档名：序号程序名加工方式刀具切削深度（相对最高面）理论加工进给/时间备注1310.NC平行区域清除（模型加工）20R3Z=-8粗加工2311.NC平行区域清除（模型加工）10R0.4Z=-8二次开粗3312.NC最佳等高精加工6Z=-8半精加工4313.NC最佳等高精加工4Z=

30、-8精加工5314.NC清角2清角 装夹示意图： 1.工件用虎钳装夹，摆放方向如左图；工件顶面高于钳口至少65MM.2以Z顶面为零点。图7-14：数控加工工艺单8.结论在运用UG的实体建模环境进行塑件的三维模型建模时，要综合考虑塑件，不能使建的三维塑件不符合模具设计的基本要求，比如塑件要是有比较大90直壁，这个时候就要设计抜模斜度，才能使设计出的产品有一个好的产品表面质量。在设计过程中应首先考虑进行Moldflow的模流分析，下面在进行Moldward的设计，这样能正确的选择浇口位置，冷却系统设置的合理性。在最后设计论文的书写时更能考验一个人的耐心与做事的认真。在书写论文时并不是根据自己的意愿

31、如意的去排版，字体的大小也要根据要求去设计，不要出现在一段文字中出现不同的字体，更不能出现错别字。在设计过程中，也存在一些客观的不足，没有实践的经验，不能做到公司中真正设计师的水平，因此在设计中难免存在缺点和不足，希望老师加以指点和批评。9.答谢辞在此感谢各位指导老师和身边的同学悉心的教导和帮助，特别是我的指导老师王以正，他给了我很多方向性的建议，特别是在设计论文的排版书写方面，他帮助我很多，让我的论文排版更加的规范，整洁，让我真正了解到论文该如何去写，明白一篇好的论文排版书写是多么的重要，感谢王老师您牺牲自己的休息时间来指导我们。还有模具课程的各位老师在设计过程中给予的帮助和支持！在设计中我

32、遇到了很多问题，每次我去问问题时，你们都能不厌其烦的给我讲解，帮我解决设计中自己不明白的问题，使我加深了模具方面的认识，培养了我对模具兴趣，没有老师们的帮助我的设计是不可能顺利的完成的，因为我们太缺少实践的经验啦！并不了解自己设计的模具在现实中是否能生产，由于老师们的帮助让我少犯了很多毛病。再次感谢你们！参考文献1王卫兵主编. Moldflow中文版注塑流动分析. 清华大学出版社.2010.2 宋志国主编. UG NX4实例教程. 人民邮电出版社. 20093 李厚佳，王浩主编. 注塑模具课程设计指导书. 机械工业出版社，20114 冷真龙，莫盛秋主编. 塑料成型工艺及模具设计. 电子科技大学出版社. 20115 宋巧莲主编. 机械制图与计算机绘图. 机械工业出版社. 20096 史新民主编. 机械设计基础. 东南大学出版社. 20097周永泰主编. 我国塑料模具现状与发展趋势. 北京市塑料研究所出版社. 2006附录1附录2附录3附录4附录5附录6附录7附录8附录9附录10附录11附录12 41