模具设计与产品结构设计

模具设计&产品设计08/15/19page1of161序第一章前言1.1工模部简介1.2产品介绍1.2.1教育玩具产品1.2.2电话产品1.3模具设计与制造流程图第二章常用塑料的性能和注射机有关参数、功能的介绍2.1塑料分类2.2塑性塑料的分类及相关基本概念2.2.1热塑性材料的分类2.2.2相关的基本概念2.3聚乙烯2.3.1基本性能2.3.2模具设计时应注意2.4聚丙烯2.4.1PP性能上的主要优点2.4.2PP性能的主要缺点2.4.3模具设计2.5聚苯乙烯2.5.1PS性能的主要优点2.5.2PS性能的主要缺点2.5.3PS的改性2.5.4模具设计2.6ABS2.6.1主要优点2.6.2主要缺点2.6.3ABS的改性2.6.4模具设计2.7聚碳酸酯2.7.1PC优良的综合性能2.7.2PC的主要缺点2.7.3模具设计2.8聚甲醛2.8.1主要优点2.8.2主要缺点2.8.3模具设计2.9常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍2.9.1模具和注塑机的关系2.9.2FANUC机型的预顶出功能第三章胶件结构3.1注塑工艺对胶件结构的要求3.1.1壁厚3.1.2(筋)骨位3.1.3浇口3.2模具对胶件结构的要求3.2.1脱模斜度3.2.2擦、碰面3.2.3行位、斜顶3.2.4分模面3.2.5尖、薄钢位3.2.6胶件出模3.3产品装配对胶件的结构要求模具设计&产品设计08/15/19page2of1613.3.1装配干涉分析3.3.2装配间隙3.3.3柱位、扣位连接3.4表面要求3.4.1文字、图案和浮雕3.4.2胶件外形3.4.3表面纹理附录1客户资料的转换与处理1.1资料处理1.2文件转换1.3IGS文件的处理第四章模具报价4.1模具类型4.1.1二板模(大水口模)4.1.2三板模(细水口模)4.2报价图的绘制及订料4.2.1绘制报价图4.2.2订料4.2.3模具材料选用第五章模具结构设计5.1胶件排位5.2分模面的确定5.2.1分模面选择原则5.2.2分模面注意事项及要求5.3模具强度5.3.1强度校核5.3.2提高整体强度5.3.3加强组件强度5.4成型零件设计5.4.1胶料的成形收缩率5.4.2脱模斜度5.4.3成形零件的工艺性5.5常用结构件设计5.5.1定位圈5.5.2唧咀5.5.3紧固螺钉5.5.4顶针5.5.5司筒5.5.6密封圈5.5.7拉料杆5.5.8垃圾钉5.5.9弹簧5.5.10定距拉板5.6模具图纸规范5.6.1视图格式5.6.2图纸编号5.6.3基准角标识5.6.4图纸输出要求第六章物料清单“BOM”及文件管理6.1物料清单“BOM”的编制6.1.1物料清单“BOM”的基本格式6.1.2物料清单“BOM”的要求6.1.3物料清单“BOM”的流程模具设计&产品设计08/15/19page3of1616.2文件管理第七章行位设计7.1常用行位机构类型7.2行位设计要求7.3前模行位机构7.4后模行位机构7.5内行位机构7.6哈呋模7.7斜顶、摆杆机构7.8液压(气压)行位机构第八章脱模机构8.1顶针、扁顶针脱模8.1.1顶针、扁顶针配合间隙8.1.2顶针固定8.2司筒脱模8.2.1司筒配合要求8.2.2大司筒针固定8.3推板脱模8.3.1机构要点8.3.2推板机构示例8.4推块脱模8.4.1机构要点8.4.2推块机构示例8.5二次脱模8.6先复位机构第九章浇注系统、流道脱落机构及排气9.1浇注系统设计原则9.2流道设计9.3浇口设计9.4流动平衡分析应用Moldflow软件分析浇注平衡(另见CAE应用章节)9.5流道脱落机构9.6排气第十章模温控制10.1模具温度控制的原则和方式10.1.1模具温度控制的原则10.1.2模具温度的控制方式10.1.3常用胶料的注射温度与模具温度10.2冷却系统设计10.2.1冷却系统设计原则10.2.2“O”型密封圈的密封结构10.2.3冷却实例第十一章雕刻模具11.1制作流程11.2雕刻模具设计11.3雕刻模加工放样雕刻、模具雕刻、电极雕刻及PL面Fit模方法第十二章双色模具12.1ARBURG520C注射机12.1.1设备技术规格模具设计&产品设计08/15/19page4of16112.1.2回转板尺寸12.1.3设备顶出结构12.2模具结构12.2.1一般结构12.2.2注意要点12.2.3后模冷却方式12.3模具示例第十三章无流道凝料模具13.1无流道凝料模具的基本形式13.1.1热唧咀模具结构示例13.1.2热流道模具结构示例13.2唧咀、热流道模具的注意事项13.3热唧咀的选用13.4其它配件的选用第十四章模具CAE应用14.1CAE分析简介14.2流动平衡14.3冷却控制14.4收缩模具设计&产品设计08/15/19page5of161序《工模部模具設計指引》是我們多年來在模具設計与制造中的心得体會。該指引也可作為模具設計新同事的培訓教材，使他們能在最短時間內熟悉業務而達到我們的要求.希望工模部的全体員工繼續把自己在工作中的成功經驗不斷地充實到此指引中，讓我們共享成功的經驗，避免重犯過去的錯誤。在此對編寫指引以及為編寫此指引給予幫助的同事表達衷心的感謝。工模部模具設計指引編寫小組模具设计&产品设计08/15/19page6of161第一章前言1.1.工模部简介VT-PL工模部建于1988年，以生产塑胶硅胶模为主。在模具制造与设计中,采用了CAD/CAM/CAE的技术，并装备了一批先进的数控设备。其中有高速切削加工中心、石墨电极加工中心、慢走丝线切割、NC火花机、三坐标测量仪等。应用了PRO/E、SPACE-E、MOLDFLOW等软件。工模部目前有四个模具生产组，其功能包括了模具CAD/CAM、EDM与装配，除此还有模具工程组与技术支援组、模具维修组，共有员工140余人。其中工程师近30人，年产约400套模具。工模部以教育玩具与电话二大产品的塑胶模为主。1.2.产品介绍1.2.1.教育玩具产品塑胶件以安全性为特点,能触摸部分都为圆角，要经受一定的摔机试验，在强度上也有较高的要求，雕刻件占了一定比例，外表面多为抛光面。1.2.2.电话产品外观以电火花纹为主，注塑条件为高温、高压，故对模具有较高强度要求。模具设计&产品设计08/15/19page7of161第二章常用塑料的性能和注塑机有关参数、功能的介绍2.1塑料的分类2.2热塑性塑料的分类和相关概念2.3聚乙烯2.4聚丙烯2.5聚苯乙烯2.6ABS2.7聚碳酸酯2.8聚甲醛2.9常用注塑机有关参数和电动注塑机预顶功能介绍在注塑模具的设计过程中，模具材料的选择、流道系统的布置、冷却方案和顶出方案的设计，都和塑料本身的性质密切相关。尽管塑料的内部结构比较复杂，系统地掌握其性能也比较困难，然而，对于一般的模具设计工程师来说，对塑料特性作一些基本的了解和认识，比如：流动性、机械性能、物理性能、化学性能及成型工艺等等，将有很大的帮助。2.1塑料的分类我们常说的塑料，是对所有塑料品种的统称，它的应用很广泛，因此，分类方法也各有不同。按用途大体可以分为通用塑料和工程塑料两大类。通用塑料如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)、改性聚苯乙烯(例如：SAN、HIPS)、聚氯乙烯(PVC)等，这些是日常使用最广泛的材料，性能要求不高，成本低。工程塑料指一些具有机械零件或工程结构材料等工业品质的塑料。其机械性能、电气性能、对化学环境的耐受性、对高温、低温的耐受性等方面都具有较优越的特点，在工程技术上甚至能取代某些金属或其它材料。常见的有ABS、聚酰胺(简称PA，俗称尼龙)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、有机玻璃(PMMA)、聚酯树脂(如PET、PBT)等等，前四种发展最快，为国际上公认的四大工程塑料。按加热时的工艺性能，塑料又可以分为热固性塑料和热塑性塑料两大类。热固性塑料在受热后分子结构转化成网状或体型而固化成型，变硬后即使加热也不能使它再软化。这种材料的特点是质地坚硬，耐热性好，尺寸比较稳定，不溶于溶剂。常见的有酚醛树脂(PF)、环氧树脂(EP)、不饱和聚酯(UP)等等。热塑性塑料在受热条件下软化熔融，冷却后定型，并可多次反复而始终具有可塑性，加工时所起的是物理变化。模具设计&产品设计08/15/19page8of161常见的有聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯(PS)及其改性品种、ABS、尼龙(PA)、聚甲醛(POM)、聚碳酸酯(PC)、有机玻璃(PMMA)等等。这类塑料在一定塑化温度及适当压力下成型过程比较简单，其塑料制品具有不同的物理性能和机械性能。2.2热塑性塑料的分类及相关基本概念2.2.1.热塑性材料的分类我们现在接触的都是热塑性塑料，热塑性塑料可分为两大类：结晶形塑料和无定形塑料。所谓结晶，就是聚合物由熔融态分子的无次序状态到凝固态有规则地进行重排的性质。具有这种性质的塑料就叫结晶形塑料。反之，就叫无定形塑料，或叫非结晶形塑料。结晶形材料具有比较明显的熔点，当加工温度进入熔点后即出现粘流态，聚合物粘度迅速下降，发生不可逆的塑性形变。而无定形塑料，由常温下的固态加温直至软化最后到粘流态，中间没有明显的熔点。作为判别结晶形塑料和无定形塑料方法，一般来说，不透明的或半透明的是结晶形塑料，例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚甲醛(POM)、聚酰胺、聚酯等，透明的是无定形塑料，例如聚苯乙烯(PS)、聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)(PMMA)、聚砜等。当然，也有例外情况，比如ABS属于无定形塑料，却不透明。2.2.2相关的基本概念a.流动性不同形态的热塑性塑料具有不同的工艺性能、收缩性能及物理、机械性能等。一般来说，对于结晶形塑料，当加工温度高于其熔点时，其流动性较好，能很快的充满型腔，它所需要的注射压力也可以较小。而无定形塑料的流动性较差，因此，注入型腔的速度较慢，它所需要的注射压力也要较大。所以，在模具设计时，可以根据塑料的流动性来设计合理的流道系统尺寸，一方面可避免流道系统尺寸太大而浪费材料，同时也延长注塑成型周期，另一方面避免流道系统尺寸太小而导致充填、保压困难。当然，也有例外，比如，聚苯乙烯虽然是无定形塑料，但它的流动性却很好。反映流动性的指标通常有熔融指数(MFR)和表观粘度。MFR是指在熔体流动速率仪中，在一定的温度和负载下，熔体每10min从标准毛细管中流出的质量，它的单位是g/10min。对于高分子聚合物来讲，在通常的注塑成型条件下，它们的流动行为大都不服从牛顿流动定律，属于非牛顿流体，它们流动剪切应力与剪切速率的比值称为表观模具设计&产品设计08/15/19page9of161粘度。表观粘度在一定温度下并不是一个常数，可随剪切应力、剪切速率而变化，甚至有些还随时间而变化。b.收缩性热塑性塑料由熔融态到凝固态，都要发生不同程度的体积收缩。而结晶形塑料一般比无定形塑料表现出更大的收缩率和收缩范围，且更容易受成型工艺的影响。结晶形塑料的收缩率一般在1.0%~3.0%，而无定形塑料的收缩率在0.4%0.8%。对于结晶形塑料，还应考虑其后收缩，因为它们脱模以后在室温下还可以后结晶而继续收缩，后收缩量随制品厚度和环境温度而定，越厚后收缩越大。附表2-1:常见塑料的成型收缩率塑料名称收缩率(%)塑料名称收缩率(%)HDPE1.5~3.5(2.0)*POM1.8~2.6(2.0)*LDPE1.5~3.0(1.5)*PA60.7~1.5PP1.0~3.0(1.5)*PA661.0~2.5GPPS0.4~0.8(0.5)*SPVC1.5~2.5(2.0)*HIPS0.4~0.6(0.5)*TPU1.2~2.0(1.6)*ABS0.4~0.7(0.5)*PMMA0.5~0.7(0.5)*PC0.5~0.7(0.5)*PBT1.3~2.2(1.6)*注：带“*”的参数为本公司推荐值。c.流变性高聚物的流变性是指加工过程中，应力、形变、形变速率与粘度之间的关系。这就涉及到温度、压力、时间及分子结构、分子量大小及其分布对这些要素的影响。根据塑料的流变