《剪刀手柄的注塑模模具零件數(shù)控加工設(shè)計(jì)與仿真》15000字（論文）

注塑模具其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)5.1型腔的設(shè)計(jì)型腔是用來(lái)注塑制造塑料部件的外表面的模具部件。總而言之，整體式模腔制造出的塑料件的強(qiáng)度以及其剛度都能變現(xiàn)的很好，但在復(fù)雜的型腔中整體式并不適合應(yīng)用其中。采用鑲嵌式的組合更適合應(yīng)用在復(fù)雜結(jié)構(gòu)的模具空腔中，因其加工以及其工藝更加簡(jiǎn)單。采用拼接間隙法，是為了排除加工完型腔內(nèi)的氣體，但這樣拼接方式造成型腔內(nèi)部剛性較差，鑲嵌塊的接觸部分會(huì)出現(xiàn)痕跡，并可能留在塑料部件的表面，使制件成品的表面粗糙度過(guò)大。而整體式的型腔更能提高強(qiáng)度，所以采用整體式拼接型腔為本次型腔設(shè)計(jì)的最佳方案。整體式拼接能夠提高型腔剛度，模具部件的數(shù)量相對(duì)較小，在模具的裝配、拆卸環(huán)節(jié)時(shí)方便操作，能夠讓制品的表面在分型時(shí)不出現(xiàn)裂痕，對(duì)冷卻系統(tǒng)的定位設(shè)計(jì)會(huì)相對(duì)方便許多。如圖5.1所示。圖5.1型腔的結(jié)構(gòu)圖5.2型芯的設(shè)計(jì)型芯是做成型零件內(nèi)表面的模具零件。此模具的型芯內(nèi)部結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，而且剪刀手柄塑件體積較小、對(duì)其表面的粗糙度要求也不高，因此采用與型腔一樣的整體拼接式凹模，如圖5.2所示。圖5.2型芯的結(jié)構(gòu)圖5.3成型零部件工作尺寸在完成塑件加工后，制品需從模具中卸下，但腔內(nèi)溫度過(guò)高，以至于模具中有了冷卻系統(tǒng)。但完成的塑件產(chǎn)品會(huì)出現(xiàn)尺寸變小的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象被稱為塑料的收縮。塑件收縮是所有塑料材料都有的特性且無(wú)法避免，在此次設(shè)計(jì)中選取的聚乙烯材料的收縮率為1.005，計(jì)算如下所示、Z=Y+0.003Y（5.1）式中：Z——模具成型尺寸；Y——塑件的實(shí)際尺寸。成型零件具有尺寸公差，公差值通常取塑件的1/3~1/4，或取IT等級(jí)4~6作為制造公差。基本尺寸：模具型腔的小尺寸，且偏差值取正；最大尺寸：型芯的基本尺寸，偏差值取負(fù)。中心呈雙向?qū)ΨQ分布。型腔尺寸計(jì)算如下：L1=L2=[140×模具型腔深度計(jì)算如下：H公式中：H外——模具的型腔高度（mmH內(nèi)——塑件的內(nèi)輪廓深度（mm故H=[22×計(jì)算型芯的外輪廓尺寸如下：L式中：L外——型芯的外輪廓尺寸，單位mmL內(nèi)——塑件的內(nèi)輪廓尺寸，單位mm。故可得出型芯的尺寸如下：L1=[115×L2=[140×型芯高度的尺寸計(jì)算如下：H外=[H內(nèi)1+k式中：H外——型芯的外輪廓高度尺寸，單位mmH內(nèi)——塑件的內(nèi)輪廓深度尺寸，單位mm故：H

6脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)6.1頂出機(jī)構(gòu)的含義注塑時(shí)，模具的開模過(guò)程需要利用模具內(nèi)部的頂出機(jī)構(gòu)系統(tǒng)穩(wěn)定地把制作完的產(chǎn)品從動(dòng)模一側(cè)頂出，而頂出的裝置即為頂針，其作用就是防止制品在完成后出現(xiàn)卡滯、頂白等現(xiàn)象；合模后也要保證不與其他零部件，例如：動(dòng)模板、推桿底板等出現(xiàn)干涉的現(xiàn)象，最后安全復(fù)位回頂出之前的初始狀態(tài)，故將這一頂出的裝置稱之為頂出機(jī)構(gòu)。頂出機(jī)構(gòu)的位置亦是不可忽視的。本次設(shè)計(jì)采用了頂桿作為模具的頂出系統(tǒng)，頂桿分布在型芯上，以便于加工完成后的塑件脫離型腔。6.2頂桿的設(shè)計(jì)頂桿的材料一般為T8、T10，也有部分模具會(huì)選用45號(hào)、50號(hào)或55號(hào)鋼的材料來(lái)作為頂桿的原材料。通常表面熱處理為HRC45~55℃左右。頂桿頂面會(huì)做防滑處理（一字槽或十字槽），頂桿的底面也會(huì)做防轉(zhuǎn)處理。[7]頂桿結(jié)構(gòu)如圖6.1所示。圖6.1頂桿設(shè)計(jì)示意圖6.3模架的選用和設(shè)計(jì)模架的選用，需要按照模架的標(biāo)準(zhǔn)件尺寸，以及遵循與其相關(guān)的技術(shù)準(zhǔn)則等。具體定義如下：選擇合理大小的模架以便于加快模具的加工效率，減少不必要的工作量；加快專業(yè)化生產(chǎn)，可以拉進(jìn)國(guó)內(nèi)模具制造業(yè)與國(guó)外制造業(yè)的生產(chǎn)形勢(shì)差距；合理選用模架能夠提高模具的標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)。（4）模具技術(shù)國(guó)內(nèi)外的交流，有很大的優(yōu)勢(shì)便于對(duì)技術(shù)水平的提高和模具的出口。該模具為單分型面模具，所以在選模架時(shí)，參考《模具設(shè)計(jì)手冊(cè)》中的注塑模架的組合形式進(jìn)行選擇[7]動(dòng)、定模座板寬——250mm，長(zhǎng)定模板長(zhǎng)——200mm，定模板——?jiǎng)幽０彘L(zhǎng)——200mm，動(dòng)模板——墊塊——70故H總=186mm，材料均為4經(jīng)校核，該模架能夠滿足各影響因素的要求如圖6.2所示：圖6.2模架的選用

7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)應(yīng)根據(jù)其設(shè)計(jì)理論，為其能夠達(dá)到平均的表面溫度。大多在設(shè)計(jì)時(shí)采用離近型腔表面法來(lái)保證距離，以此加強(qiáng)冷卻水路的冷卻效果，且冷卻流道之間的間距也會(huì)隨之減小。如果想讓冷卻的效果愈加均勻，則需將拉進(jìn)冷卻水路的位置。設(shè)計(jì)時(shí)，零件應(yīng)保持均勻厚度，否則會(huì)產(chǎn)生一半塑料凝固，一半塑料仍處在熔融狀態(tài)。冷卻水管和腔體表面的間距也應(yīng)保證相同。為了避免腔體壁厚較大的位置冷卻得到不好的效果，則需在熱量多的位置及附近加強(qiáng)冷卻，避免發(fā)生回流。冷卻系統(tǒng)即為冷卻循環(huán)水路，通常主要安置在型腔和型芯里，少部分在動(dòng)模板和定模板上。這樣的安置效果有利于穩(wěn)定循環(huán)冷卻水的流速以及對(duì)控制模具內(nèi)的溫度變化。冷卻系統(tǒng)能夠有效減少塑件的制做周期，還能提高塑件的表面質(zhì)量。經(jīng)對(duì)比，本次設(shè)計(jì)的冷卻系統(tǒng)將采用冷卻水循環(huán)的方法。[8]7.1冷卻管道的計(jì)算為加快腔體內(nèi)熔融態(tài)下的塑料冷卻凝固成型，所以模具才有了冷卻管道這一冷卻系統(tǒng)。通常在設(shè)計(jì)冷卻水路的尺寸時(shí)均會(huì)選取采用標(biāo)準(zhǔn)值，以起到快捷、簡(jiǎn)單的安裝作用。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，待加工的塑件大小、質(zhì)量、體積、厚度決定了流道的類型以及孔的大小。在設(shè)計(jì)為確保循環(huán)冷卻水的流動(dòng)，水路的位置、尺寸的大小、長(zhǎng)度等起至關(guān)重要的因素。固態(tài)下，如果塑件一小時(shí)所釋放的熱量為Q；在本次注塑模具設(shè)計(jì)中一個(gè)注射周期設(shè)為2~5s，冷卻周期為25s，保壓時(shí)間為15s，模具開模取出塑件的時(shí)間為5s，以上數(shù)值加上可得到一個(gè)塑件的最長(zhǎng)注射周期為50s。以此計(jì)算出在每個(gè)小時(shí)內(nèi)，模具的總注射質(zhì)量為W，計(jì)算如下:W式中：W——模具成型在單位時(shí)間內(nèi)的總質(zhì)量，單位：kg/h；M——單次成型注塑的塑件質(zhì)量，單位：kg；N——每小時(shí)內(nèi)的注射次數(shù)；一個(gè)小時(shí)內(nèi)的注塑成型次數(shù)為：n故得：W計(jì)算范圍時(shí)間內(nèi)釋放的熱量，計(jì)算如下：QQ——單位時(shí)間段內(nèi)所釋放的熱量，單位KJ/H；W——單位時(shí)間內(nèi)模具成型總質(zhì)量，0.23Kg/H；Q1——塑件在固化時(shí)所釋放的熱量，取350KJ/kg得出：Q水的體積流量在正常工作的車間室內(nèi)溫度狀態(tài)下，模具通常采用水冷的方式來(lái)給工作中的模具降溫冷卻，一般模具的進(jìn)水口的溫度均越20℃，但在模具經(jīng)過(guò)一個(gè)循環(huán)周期后，模具的出水口溫度大概在25℃左右，冷卻水保持為湍流的狀態(tài)，而且一般模具的進(jìn)出水口的溫度差約為5℃左右。在單位時(shí)間內(nèi)，熔融狀態(tài)下的凝料固化成型后所產(chǎn)生的熱量等于冷卻系統(tǒng)水管所帶走熱量，通過(guò)公式校核如下：qqQ——單位時(shí)間內(nèi)的釋放熱量，80.5KJ/H；ρ——冷卻水的密度，取1×cqqq

7.2水路的位置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)冷卻水路的直徑將為8mm，冷卻水路一般安置在型腔、型芯、動(dòng)模板和定模板上。型腔、型芯邊部的水路會(huì)放置一個(gè)堵塞，防止冷卻水溢出，腔體和模板相連的水管則會(huì)安置密封圈來(lái)防止溢出。結(jié)構(gòu)如圖7.1圖7.1冷卻水道的結(jié)構(gòu)

8導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)8.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能導(dǎo)向機(jī)構(gòu)有如下幾個(gè)功能：引導(dǎo)機(jī)制的功能如下：（1）導(dǎo)向功能：動(dòng)模和定模合上時(shí)，可以先用導(dǎo)引機(jī)構(gòu)接觸，以確保整套模具在合模的這一過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)偏差。（2）定位作用：模具的導(dǎo)向裝置能夠正確地引導(dǎo)動(dòng)模和定模的夾緊環(huán)節(jié)，避免模具在加工過(guò)程中成型零件沒能進(jìn)入正確的位置而造成模具的損傷，在完成合模過(guò)程時(shí)，必須確保型腔內(nèi)不會(huì)產(chǎn)生變形。（3）承受模具填充過(guò)程中產(chǎn)生的側(cè)向壓力；單向側(cè)壓力會(huì)出現(xiàn)在高壓模具填充過(guò)程里，而導(dǎo)向機(jī)構(gòu)能有效解決這一側(cè)向壓力。當(dāng)單向側(cè)壓力超過(guò)某個(gè)值時(shí)，可用錐形定位機(jī)構(gòu)來(lái)分擔(dān)側(cè)向壓力。（4）承受重量：導(dǎo)柱機(jī)構(gòu)就可以分擔(dān)推板，推力板和型腔板的重量。（5）確保機(jī)構(gòu)穩(wěn)定：除小型模具外，導(dǎo)向機(jī)構(gòu)尤為重要，因其能夠確保經(jīng)偶的穩(wěn)定，減少不必要的損失。8.2導(dǎo)柱、導(dǎo)套的設(shè)計(jì)8.2.1導(dǎo)柱的位置設(shè)計(jì)導(dǎo)柱的主要功能是為引導(dǎo)模具開模、合模的軌道，并能確保移動(dòng)前后的相對(duì)位置。通常，導(dǎo)柱被設(shè)計(jì)在模具可移動(dòng)的一側(cè)。為保護(hù)型腔，通常模具的型芯會(huì)被安裝在活動(dòng)模具的一側(cè)，避免在夾緊時(shí)模具偏移造成型腔的損壞。8.2.2導(dǎo)柱尺寸的設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)導(dǎo)柱的半徑，應(yīng)先考慮分型面上的外輪廓大小。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中型和小型模具導(dǎo)柱的直徑時(shí)，其尺寸大小大約是基于將夾具的兩個(gè)側(cè)面成直角相加的結(jié)果。其取值大致基于是將模型的兩個(gè)直角邊相加取值得出。如表8.1所示出的導(dǎo)柱的直徑d與夾具的外輪廓的尺寸之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。表8.1導(dǎo)柱半徑與模板輪廓關(guān)系（單位：mm）模板外輪廓尺寸≤160160~200200~250250~350350~450導(dǎo)柱半徑r≤99~1010~1111~1212~15模板外輪廓尺寸450~550550~650650~850800~10001000導(dǎo)柱半徑r15~1717~2020~2530≥308.2.3設(shè)計(jì)導(dǎo)套的位置導(dǎo)套是與導(dǎo)柱配合使用，其配合使用的作用為防止動(dòng)模部分和定模部分在開模、合模后產(chǎn)生位置變化，造成對(duì)型腔、型芯的損壞，嚴(yán)重可導(dǎo)致模具無(wú)法使用。導(dǎo)柱和導(dǎo)套的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如圖8.1所示。圖8.1導(dǎo)柱、導(dǎo)套示意圖導(dǎo)套的材料是SKD61，用滲碳淬火法做后處理，硬度為54~58HRC。因其配套使用，所以對(duì)配合表面有一定要求，通常固定配合表面粗糙度為0.8μm，導(dǎo)向配合的表面粗糙度在0.4~0.8μm之間。導(dǎo)柱與導(dǎo)套多采用嵌入式以及過(guò)盈配合，公差等級(jí)采用H7/r6。

9模具零部件材料的選用和處理方法9.1模具的意義模具作為制造業(yè)的基本，不僅效率高，所注產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)異，對(duì)材料的消耗也低。因低成本、高效率而被廣泛應(yīng)用于市場(chǎng)。盡管如此，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，選擇合理的模具材料也是一門學(xué)問(wèn)。因?yàn)橐紤]塑料種種因素的影響，例如：材料的特性對(duì)成品的質(zhì)量影響，塑件尺寸對(duì)加工精度的影響等。為提高模具的使用性能和質(zhì)量，則需在選材和熱處理上多加留心。9.2模具的零部件材料和熱處理要求表9.1選材和熱處理零部件選材熱處理動(dòng)、定模座板45號(hào)鋼板調(diào)質(zhì)淬火28~32HRC推板45號(hào)鋼板淬火28~32HRC推桿固定板45號(hào)鋼板淬火28~32HRC墊塊45號(hào)鋼板淬火28~32HRC定模板40Cr淬火60~64HRc動(dòng)模板40Cr淬火60~64HRc定位圈45鋼板淬火28~32HRC澆口套STD導(dǎo)套SKD61淬火54~58HRC導(dǎo)柱SKD61滲碳，淬火54~58HRC復(fù)位桿SKD61淬火54~58HRC推桿SKD61淬火28~32HRC10型腔的數(shù)控加工仿真為保證加工復(fù)雜零件的尺寸精度，并且在高效率的情況下，數(shù)控加工成為了首選。數(shù)字控制俗稱數(shù)控，常被人們叫做CNC。模具成型零件通常用刀具切割零件而形成，并且待加工表面會(huì)在刀具和機(jī)床的主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)之間進(jìn)行連續(xù)的切削。普通車床與普通銑床的加工區(qū)別是，車床的主運(yùn)動(dòng)是刀具的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而銑床則是工件的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。運(yùn)用UG建模軟件進(jìn)行仿真加工，首先將設(shè)計(jì)好的工件導(dǎo)入U(xiǎn)G板塊中，然后確定并創(chuàng)建工件的包容塊模型，再利用工件劃分毛坯廢料和用料。設(shè)置好毛坯尺寸后進(jìn)入U(xiǎn)G加工仿真界面，如圖10.1所示：圖10.1加工界面然后點(diǎn)擊“創(chuàng)建刀具”命令，如圖10.2所示：圖10.2創(chuàng)建刀具下一步點(diǎn)擊“創(chuàng)建幾何體”命令，如圖10.3所示：圖10.3“創(chuàng)建幾何體”示意圖最后點(diǎn)擊“創(chuàng)建工序”，生成刀軌，仿真加工如圖10.4所示：圖10.4型芯數(shù)控仿真加工圖然后確定，最后經(jīng)過(guò)“后處理”命令導(dǎo)出程序，程序詳情見附錄。

總結(jié)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是剪刀手柄模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與注塑模模具零件數(shù)控加工，在這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中收獲頗多，在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中不僅是在完成這一任務(wù)，還收獲了很多自己前所未有的知識(shí)，并且對(duì)自己曾經(jīng)所學(xué)的知識(shí)也再一次歸納總結(jié)鞏固，是對(duì)我即將步入社會(huì)的進(jìn)一步洗禮。也讓我知道了自己曾經(jīng)所學(xué)的知識(shí)范圍是那么的渺小。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目對(duì)我說(shuō)是存有一定難度的，首先是對(duì)注塑模具的不了解，對(duì)其結(jié)構(gòu)、工作原理一無(wú)所知，其次是在進(jìn)行三維建模的時(shí)候，對(duì)軟件的不熟練以及部分命令的不了解，導(dǎo)致在每次建造及選用的過(guò)程中都需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力。后來(lái)，覺得這樣下去效率太低，擔(dān)心后面的工作不能夠及時(shí)完成，最后再和同學(xué)的探討、借閱的書籍、以及老師細(xì)心的教導(dǎo)下，終于在UG三維建模上有了顯著的運(yùn)用提高。在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)有很多問(wèn)題。在平時(shí)，我認(rèn)為這都是一些小問(wèn)題。我沒有在乎它們，也沒有解決它們。但是，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)上，我發(fā)現(xiàn)這些問(wèn)題就像障礙，無(wú)法解決，致使我無(wú)法繼續(xù)進(jìn)行下去。而且這已經(jīng)發(fā)生了不止一次。后來(lái)我意識(shí)到了問(wèn)題的嚴(yán)重性。因此，當(dāng)我不做畢業(yè)設(shè)計(jì)時(shí)，我總是在檢查有關(guān)注塑模具的一些信息。我看了很多視頻和文字。無(wú)疑，這種影響是巨大的。后來(lái)，在選擇產(chǎn)品分型面時(shí)、型腔的布局以及澆口的選擇、頂出機(jī)構(gòu)等系統(tǒng)時(shí)候也更容易。剛開始的時(shí)候，我還覺得這些問(wèn)題使我設(shè)計(jì)無(wú)從下手。不過(guò)好在，在查看了信息并詢問(wèn)了老師和同學(xué)之后，讓我覺得一切都變得清晰起來(lái)。當(dāng)然，設(shè)計(jì)不僅僅是設(shè)計(jì)。還要在設(shè)計(jì)完成后，將其檢查、計(jì)算結(jié)構(gòu)是否合理并逐一完善。即使這是現(xiàn)在的畢業(yè)設(shè)計(jì)，也應(yīng)進(jìn)行檢查和驗(yàn)證，以養(yǎng)成良好的習(xí)慣以備將來(lái)工作。

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附錄型腔銑加工：N0010G40G17G90G70N0020G91G28Z0.0N0030T01M06N0040G00G90X-.2756Y1.614S1000M03N0050G43Z.544H01N0060Z.2329N0070G01Z.1148F19.7M08N0080Y1.5156N0090G03X0.0Y1.24I.2756J0.0N0100G01X2.4006N0110G02X2.4211Y1.2195I0.0J-.0205N0120G01Y-1.2195N0130G02X2.4006Y-1.24I-.0205J0.0N0140G01X-2.4006N0150G02X-2.4211Y-1.2195I0.0J.0205N0160G01Y1.2195N0170G02X-2.4006Y1.24I.0205J0.0N0180G01X.0524N0190G02X.1279Y1.2046I0.0J-.0984N0200G01X.2658Y1.0392N0210G03X.3413Y1.0038I.0756J.063N0220G01X1.9882N0230G02X2.1849Y.8071I-.0002J-.1969N0240G01Y-.8071N0250G02X1.9882Y-1.0038I-.1969J.0002N0260G01X-1.9882N0270G02X-2.1849Y-.8071I.0002J.1969N0280G01Y.8071N0290G02X-1.9882Y1.0038I.1969J-.0002N0300G01X.0524N0310G02X.1279Y.9684I0.0J-.0984N0320G01X.2658Y.803N0330G03X.3413Y.7676I.0756J.063N0340G01X1.752N0350G02X1.9487Y.5709I-.0002J-.1969N0360G01Y-.5709N0370G02X1.752Y-.7676I-.1969J.0002N0380G01X-1.752N0390G02X-1.9487Y-.5709I.0002J.1969N0400G01Y.5709（中間過(guò)程省略）