注塑模具型腔设计pdf

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  注塑模具型腔设计 作者:隆文武 注塑模具设计与制造丛书 2015 注塑模具型腔设计 隆文武 2015/7/3 2 / 82 内容简介 注塑模具设计与制造技术丛书共有六册,本册《注塑模具型腔设计》是第二分册,是作者从 事注塑模具设计与制造的二十多年实战中总结出来的完善设计流程与设计数据,归纳、总结了注 塑模具设计需要用到的相关技术的理论参数与经验推荐值,既方便在职的模具设计工程师查阅设 计中的相关参数,更适合注塑模具初学人员系统、全面认知目前注塑模具的知识与模具企业运作 流程,也可以作为大中院校的教学参考书,职业技术学院的教材。 《注塑模具型腔设计》从专业模具设计与制造公司的角度,介绍模具从立项到模具设计工作完 成的整个作业流程,按照作业流程的推进,介绍注塑模具的设计步骤与相关的技术理论参数、实 践推荐数据,更新了注塑模具早期的一些过于保守的技术数据。本丛书立足于模具设计与制造, 注塑成型的低成本、高品质的模具制造工艺选择,本书代表目前全球注塑模具前沿的设计理念与 制造工艺技术。 《注塑模具型腔设计》以图表化为主的方式介绍,数据化、直观化,让初学者结束看完书后不 知如何下手的困惑,这点已在多家模具企业作为内训教材得到很好的验证,那些只具有高中水平, 甚至初中水平的初学人员都能快速上手,许多人现已是企业的中坚力量。 《注塑模具型腔设计》介绍了如下内容: 1, 注塑模具设计流程; 2, 注塑模具的结构分类与结构介绍; 3, 注塑模具的设计步骤; 4 , 注塑模具设计需要用到的塑胶材料技术参数; 5, 注塑模具型腔数的确定方法与推荐值; 6, 模具设计前对注塑件的结构、公差等的前期处理; 7 , 注塑模具各类结构的极限尺寸值; 8 , 注塑周期的计算与参考数据; 9 , 中外模具钢材的特性与选用; 10,注塑模具设计实例; 3 / 82 前言 目前,模具有工业之母之称,工业的发达离不开发达的模具行业;注塑模具也随着高分子材料 的进步,有了长足的发展。 中国的模具也在九十年代末期到现在有了飞速的发展,在近三十年的发展后,今天的中国模具 业却喜忧参半;目前的状况是: 模具工厂规模小;许多工厂是几个工种的拼凑,老板之间没有直接的管理关系,各吹各调,各施 各教,难成气候。 技术参差不齐;在众多的模具厂老板中,一线做模师傅出身的约百分之六十,市场出身的约百分 之三十,设计出身的约百分之十; 由于早期学做模的师傅基本上是初中以下文化,没有经过系统的学习与训练,技术停留在师 傅所教的水平,几十年无太多长进,管理也是随心所欲,少部分文化程度高的,在形势的逼迫下 取得了不错的成绩,有些已成为中国模具的标杆,在复杂的国际竞争中取得了一席之地,但形势 依然严峻,出现了有单无人做,作出的效果不理想,品质、成本达不到预期,投入与产出不成正 比。 供大于求;由于大的经济环境的影响,如货币政策、贷款政策、官员贪腐、大企业垄断,造成上 游公司开工不足,订单萎缩,三角债等,小公司举步唯艰;为了生存,家底殷实的小工厂亏本、 举债经营,底子薄的、面子小的纷纷倒闭破产。 人员缺乏;由于模具行业的不良竞争,甚至是恶性竞争,很多模具厂亏本接单,自然工人工资偏 低,目前一个模具技术工人的工资与普工持平,年轻人学习模具的积极性严重受阻;中国模具业 进入洗牌阶段,技术差、底子薄的模具厂将被淘汰;技术差,又不思长进的模具从业人员也将离 开此行业;模具业应该在五年内逐步回归常态,模具技术人才将得到应有待遇,就像以前说的“搞 的,不如卖茶叶蛋的”,今天是“卖茶叶蛋的还是搞不过搞的”吧。一技伴身,吃 穿住行,机会总是留给有准备的您。 注塑模具是模具中的大哥,份额较大,从业人员最多,带动的经济产业链也最大;伴随人的个 性化的追求,注塑模具的需求将更大,注塑模具技术会给您带来更多的机会。书中所有实例都是 作者亲手设计,并投入生产的模具。 这套注塑模具技术丛书共有六本,是作者二十多年的实战经验的总结,适合大学模具专业、工业 设计专业、机械设计等专业的学生、广大模具从业人员的教材。 《注塑件与注塑模具技术》 《注塑模具型腔设计》 《注塑模具抽芯系统设计》 《注塑模具顶出系统设计》 《注塑模具浇注系统与冷却系统设计》 《特殊结构的注塑模具设计与制造工艺》 在这册 《注塑模具型腔设计》中介绍: 1,注塑模具设计流程; 2,注塑模具设计步骤; 3,模具结构的选用原则; 4 ,型腔数目的确定方法; 5,模具的排位; 6,模具的分型面设计; 7 ,模具尺寸的设计; 8 ,注塑周期与注塑压力的计算 9 ,模具的排气系统设计; 10,模具镶件的设计; 4 / 82 11,模具钢材、铍铜的选用 作者简介 作者:隆文武,男,生于1969 年6 月,1992 年7 月毕业于模具设计与制造专业,毕业后一直 从业于模具行业;职位从模具学徒到模具公司总经理。作者也与人创办过模具公司,模具技术一 直是作者的立足之本;作者共主导了45000 多套模具方案的制定、设计审核与制造验收,作者亲 手设计过2300 多套模具,产品涵盖白色家电、消费电子、汽车内饰与覆盖件、医疗、航空内饰 件;1996 年开始独立设计摩托罗拉、诺基亚正品手机模具。 作者吃苦耐劳、敢于担当、好学上进,在一家200 多人的港资模具厂从事设计与管理工作八 年;工作中边设计边管理,一切为公司分忧为己任;承担过快走丝编程与操机;慢走丝编程与操 机;加工中心编程与操机;同时管理了模具设计部、工程部、CNC 部、线割部;并承担了公司的 百分之九十的模具结构设计(通常说的2D 图),平均每月有30-35 套模具出自作者之手设计,而 且都是别人不能搞好的模具设计为多。 1999 年,作者曾为了熟练大型模具CNC 加工,去了一家大型港资模具厂做编程师一年。一年 后,在原老板一再邀请下返回原公司履职。 2002 年11 月,首次投资150 多人的模具、注塑厂,2004 年6 月出售他人。 2003 年3 月,参加了中国人民大学的《中小企业经营管理课程》学习。 2004 年6 月,被邀请到一家中新合资公司,专做SONY 、三星DVD 机芯模具的公司任技术部部 长,后升总经理助理。 2006 年撰写、整理了《模具设计指南》一书,首次发表于开思网,供模具同仁免费下载使用, 点击率、下载率一直在20 名内。 2004 年10 月-2006 年4 月,参加了《高级职业经理人》课程学习。 2007 年11 月与人合作开办模具公司,规模近400 人。 2009 年11 月-2013 年7 月,作者参加了清华大学的EMBA 学习。 2011 年4 月,作者独立开办模具公司。 2014 年8 月,作者兼职两家公司技术顾问。 作者以往还经常为他人公司做免费咨询。 5 / 82 目录 前言3 作者简介4 注塑模具的型腔设计8 注塑模具的基本结构8 注塑模具设计流程9 先设计2D 模具结构图,在做3D 模型的模具设计流程图:9 注塑模具设计步骤11 一,模具设计的资料分析11 1,产品资料分析11 3, 拔模斜度分析13 4 ,产品结构分析17 5,产品胶厚分析18 6,模具结构分析19 二,模具结构的确定20 模具结构选用原则20 1,二板模选用原则20 2,三板模选用原则20 3,前后模均有顶针板的模具22 4 ,倒装模具22 5,叠模23 6,气辅与蒸汽加热模具23 7 ,双色模具24 三,型腔数的确定25 1,直接决定因素25 2,间接决定因素28 四,注塑周期的预估30 1,注塑周期推荐值30 2,注塑合模时间计算31 3,冷却时间计算31 4,射胶时间计算33 5,保压时间计算33 五,模具分型34 1,分型定义34 2,分型位置选择34 3,前后模仁分模面分型34 ⑴,分型保证注注塑件在开模后留在后模34 ⑵,台阶型分模面35 ⑶,不规则弧面型分模面35 ⑷,封胶距离36 ⑸,基准平面36 ⑹,分模面转折位36 ⑺,平衡侧向压力36 ⑻,唧嘴碰面处平坦化37 ⑼,细小孔位处分模面的处理37 6 / 82 ⑽,中间平面碰穿38 ⑾,碰穿面有利于产品不良品率低38 ⑿,合理运用平面碰穿结构38 ⒀,斜面孔采用碰穿39 ⒁,避免产生尖钢39 ⒂,外观面分型39 ⒃,综合考虑产品装配外观要求40 ⒄,分型面应有利于保证产品精度40 ⒅,开模分型面的设计应有利于型腔加工与注塑生产41 六,模仁、镶件尺寸与模胚框尺寸设计42 1,图档的处理42 2,模具的排位43 3,内模件(模仁)尺寸设计47 4 ,模胚框设计尺寸47 七,枕位、插位的设计48 1,枕位与插位的区别48 2,选择插位的原则49 3,选择枕位的原则49 八,排气结构设计50 1,排气不足的危害性50 2,排气方法50 九,镶件的设计52 1,镶件的分型52 2,镶件的固定54 3,薄小镶件的处理55 十,模具材料的选择57 1,国产材料与国外材料比对57 2,国外材料比对59 3,模具材料的选用68 4 ,模具部件的热处理69 4 ,铍铜的选用70 十一,模具术语对照70 1,普通线,模具结构分析76 4 ,设计排期77 5,模具设计、编程标准时间参照表(H)77 6,产品图处理79 7 ,模具排位80 8 ,模具2D 设计80 9 ,模胚选择80 10,完善模图80 7 / 82 11,出物料清单80 12,3D 分模81 注塑模具型腔设计 作者:隆文武 注塑模具的型腔设计 高分子材料的迅速发展,以塑代钢取得了良好的社会效果与经济效益;在人类日益追求个性化 的今天,塑料制品为其实现奠定了坚实的基础,这就给注塑模具行业带来商机与希望,同时,也对 注塑模具业提出了更高的技术要求,在模具材料、模具设计、模具制造、注塑成型,甚至产品包装 上,都要有技术性的革命。 在注塑模具设计环节中,模具的型腔设计是注塑模具最前端的工作,也是最重要的一步。 注塑模具的基本结构 作者在此套丛书的《注塑件与注塑模具技术》中讲述过,注塑模具共由七大部分组成: 1,模胚:为实现模具标准化作业,而分化出来的专业化生产模具的固定、安装模具其他系统 的模具最大标准件; 2,模腔:也就是这里要讲的模具型腔,用于成型注塑件的模具空穴,也包含用于排除模腔内 的空气和注塑过程中产生的气体的排气系统; 3,浇注系统:熔融的胶料流入模腔的通道,或机构,如热流道; 4 ,冷却系统:让填充满在型腔内的胶料快速冷却,便于从型腔中脱出的介质与通道,介质有 常温水、冻水、液氮、热油、高压蒸汽等;有些介质有时也起到加温、保温的作用,防止 模腔温度过低,影响胶料填充,如高压蒸汽、热油等; 5,顶出系统:这是将成型后的制件从模腔内脱出的机构,如顶针、司筒、推块、推板、直顶、 气阀等; 6,抽芯系统:由于成型胶件存在不便于脱模的凹槽、孔、倒扣等,为实现顺利脱模而设计的 辅助机构,如行位、斜顶、弹块等,有些抽芯机构也附带有顶出制件的功能,如斜顶。 7 ,安全系统:为保证模具在开合中准确运动与复位而设立的引导与位置限制机构,用以保证 模具的工作安全与保养安全,如导柱、导套、强制复位机构、复位感应开关、模脚、限位 块、扣机等,当然,这些机构有些还有些其他系统的辅助功能; 在此册《注塑模具型腔设计》中,重点介绍注塑模具的型腔设计的流程、型腔设计要用到的相 关技术参数、型腔设计的经验数据的推荐;并附有注塑模具设计的实例介绍。 模具设计不是凭空而生,模具设计必须要满足产品的外观、尺寸、强度等机械性能、环保与卫 生要求,同时要考虑生产运输的安全、可靠,也要考虑模具制造成本、注塑成型成本、物流成本、 成品装配成本、模具保养成本,这些都是在模具型腔着手设计时都要考虑进去的必要点,没有这些 考虑的模具设计,绝对不是一个好的设计方案。 根据作者在模具行业里二十多年的经验,由于产品设计的各种因素影响,以及模具管理上的因素, 模具设计师除了本职工作范畴内的要严谨、周密外,对产品的消化理解、核对、审查必不可少,否 则,就会有无休止的改模,一套本来有较好设计与制作的模具,有可能变为一套被修改得千苍百孔 的模具,甚至报废的事件都有可能发生;再就是要充分考虑模具在使用、维护过程中作业人员的失 误可能对模具造成的伤害,设计者也得作全面的考虑,尽可能的在设计中考虑当失误发生时的保护 措施,不要伤害模具,或重要位置、重要部件,将维护时间与成本降到最低。 还有要考虑在注塑生产中对环境污染与人员伤害的可能性要克服掉,或降到最低,尤其是对人 的伤害与降低劳动强度的考虑;对人的伤害要百分之百消除,劳动强度要降到最低,噪音最小,控 制在45 分贝以下;管接头设置在离人的一侧,接头既要方便,又要可靠。 在所有的胶料中,PVC 算是腐蚀最大,分解的气体对环境与作业人员伤害最大的材料,模具设 计时要考虑分解的气体的排放与处理,不要直接排放到空气中,既污染环境,又会让作业员中毒, 模具设计要考虑模具材料选材、模具的密闭、废气处理,通过将模具密闭,开模后抽走有毒气体, 然后再取件,抽走的有毒气体通入特殊的装置中吸收。 注塑模具型腔设计要在设计前收集好尽量全面的相关信息,如产品的装配、功能、外观要求、 尺寸要求、胶料物性、生产机台的各种指标实际状态、生产环境温度、清洁程度,是否需要特殊作 业环境与环境温度控制;如何用最低的成本达到制件的全部要求,同时保证生产的良品率最大,作 业人员劳动强度最低,生产周期尽量短。 9 / 82 注塑模具设计流程 无论是一个工厂的模具部,还是专业的模具制造工厂,模具的设计与制造流程都是相近的,唯 一的区别是“客户”的主体差别,这里,我们以专业模具厂的模具设计与制造项目的角度来讲述: 当我们接到模具设计图时,我们要如何进行模具型腔部分的设计。 在目前的模具公司主要有2 种作业方式: 1,先设计2D 模具结构图,在做3D 模型的模具设计; 2,直接做3D 模型的模具设计; 先设计2D 模具结构图,在做3D 模型的模具设计流程图: 10 / 82 直接做3D 模型的模具设计流程图: 11 / 82 注塑模具设计步骤 模具设计步骤主要是如下几大方面: 1,对模具设计资料的分析; 2,决定模具的结构、设计方案; 3,设计进度的制定,设计师的确定; 4 ,设计任务落实,跟踪进度与产品设计师、注塑工程师的沟通、评审,对设计的优化、改进; 一,模具设计的资料分析 1,产品资料分析 模具设计前应对收到的资料审核,避免用错误的资料设计,检查产品图的相关内容是否便于模具设 计与制造,资料审核内容如下: 审核项 是 否 请确认是否是最新成品图﹕ □ □ 1,图档版次﹕ 2,调取档案路径 ﹕ 客户是否有提供缩水率?缩水率;禁止入水位置; □ □ 1,成品胶厚合理与否,是否造成缩水或应力痕? □ □ 2,最大胶厚: 3,最小胶厚: 4,平均胶厚: 5,筋位胶厚: 6,是否需偷胶、吊空处理 7,是否做火山口 1,成品是否要预留钢料﹕ □ □ 2,成品刻字方式﹕凹字、凸字;字面处理方式; 3,请列出补偿的尺寸和补偿量,尺寸是否有单向公差?单向公差处理 ⑴.尺寸调整, ⑵补偿量, ⑶,公差调整 脱模斜度分析? □ □ 1,请做拔模角度分析(有无漏拔﹑反拔); 2,外观面的拔模斜度:拔模斜度是否足够?蚀纹号,脱模角度;是否有后期处理; 3,成品R 角处是否有,是否合理; 4,前模、后模最小、最大插破角度是否合理; 5,滑块与前模的插破角度是否足够; 6,滑块与后模的配合角度是否足够; 7,大筋位的脱模斜度,减胶多少; 8,网孔脱模斜度与方向; 9,过小的公差尺寸补偿拔模 (不要超过公差); 是否有漏做﹑做错(如R 角﹑C 角﹑有无干涉) □ □ 是否有尖钢和薄钢 □ □ 检查行位、斜顶行程空间是否足够。 □ □ 注塑模具型腔设计 作者:隆文武 Product Analysis Sheet 2,产品分析表 项目名称 Project Name 产品名称Product Name 材料 Material 产品尺寸Product Size 净重Product Net Wgt. 缩水率Shrinkage 模具编号Mold number 腔数 Cavity 模具钢材mold steel 流道方式Runner Type 热流道品牌Hot runner brand 热嘴数量Hot sprue Qty. 水口类别Gate type 模具寿命Mold life 模架标准Mold base standard 制造周期 Making cycle time 项目经理Project Manager 日期 date 分析项 Item 示意图 Drawing ① 入水点 sprue point ② 分模线 Parting line ③ 斜顶 Lifter ④ 滑块 Slide ⑤ 顶针 Eject pin ⑥ 司筒 Ejector sleeve ⑦拔模斜度 Draft ⑧壁厚 Wall will have sink marks on top surface ⑨薄钢 Sheet steel if put brass insert into mold for ⑩圆角 Round moulding,advise to make brass 客户回复 Customer reply insert longer, otherwise, must assemble it to part after moulding by heat stamping. Will put ejector pin to this side, and make web line to ejector pin to prevent skid due to the surface is curve 备注:制造周期按收到最终图档开始计算.The manufacturing cycle is calculated from we received the final 3D data. 参与人员会签,Participants: 注塑模具型腔设计 作者:隆文武 3,拔模斜度分析 结构脱模度分析: 借助相关软件对产品的拔模的进行分析:A ,是否有拔模;B,拔模斜度是否足够 图 1 图 2 如图1、图2 是开模方向的拔模分析: 1,螺丝柱增加拔模,方便出模。 2,粉色胶位增加拔模,防止吸前模,造成后模拉白。 3,面板安装孔增加拔模,注意拔模后造成间隙不均匀。 如图3 是斜顶运动方向拔模分析,需增 加拔模斜度。 图 3 14 / 82 图 4 图 5 1, 白色增加拔模。 2,橙色、浅色加大拔模。 15 / 82 外观与拔模度分析: 1,蚀纹号要求的拔模度是否足够? 蚀纹件推荐拔模斜度 深度每增加0.01mm,拔模增加1°~1.5 ° A 级 B 级 纹号 粗糙度 拔模角度 纹号 粗糙度 拔模角度 MT-11000 0.010 1° MT-11300 0.064 3.5° MT-11010 0.025 1.5° MT-11305 0.127 7.5° MT-11020 0.038 2.5° MT-11310 0.127 7.5° MT-11030 0.051 3° MT-11315 0.025 1.5° MT-11040 0.076 4.5° MT-11320 0.064 4° MT-11050 0.114 6.5° MT-11325 0.076 4.5° MT-11060 0.076 4.5° MT-11330 0.051 3° MT-11070 0.076 4.5° MT-11335 0.051 3° MT-11080 0.051 3° MT-11340 0.076 4.5° MT-11090 0.089 5.5° MT-11345 0.076 4.5° MT-11100 0.152 9° MT-11350 0.089 5.5° MT-11110 0.064 4° MT-11355 0.064 4° MT-11120 0.051 3° MT-11360 0.089 5.5° MT-11130 0.064 4° MT-11365 0.114 7° MT-11140 0.064 4° MT-11370 0.102 6° MT-11150 0.070 4° MT-11375 0.102 6° MT-11160 0.102 6° MT-11380 0.102 6° MT-11200 0.076 4.5° MT-11400 0.051 3° MT-11205 0.064 4° MT-11405 0.064 4° MT-11210 0.089 5.5° MT-11410 0.089 5.5° MT-11215 0.114 6.5° MT-11415 0.051 3° MT-11220 0.127 7.5° MT-11420 0.064 4° MT-11225 0.114 6.5° MT-11425 0.089 5.5° MT-11230 0.064 4° MT-11430 0.178 10° MT-11235 0.102 6° MT-11435 0.254 15° MT-11240 0.038 2.5° MT-11440 0.013 1.5° MT-11245 0.051 3° MT-11445 0.038 2.5° MT-11250 0.064 4° MT-11450 0.064 4° MT-11255 0.051 3° MT-11455 0.076 4.5° MT-11260 0.102 6° MT-11460 0.089 5.5° MT-11265 0.127 7° MT-11465 0.127 7.5° MT-11270 0.102 6° MT-11470 0.051 3° MT-11275 0.089 5° MT-11475 0.051 3° MT-11280 0.140 8° MT-11480 0.076 4.5° 16 / 82 2,抛光号要求的拔模度是否足够? 模具抛光与脱模斜度: 拔模斜度 平均值(u) 最低抛光砂号 0.25 0.02-0.1 1500+研磨膏 0.5 0.4-0.6 1200+研磨膏 1° 5~7 800 1.5° 10~13 600~800 2 ° 12~15 600~800 2 ° 13~19 600~800 3 ° 25~30 320 4 ° 35~40 320 4 ° 36~42 320 4.5 ° 38~43 320 17 / 82 4 ,产品结构分析 此处两斜 顶会在顶 出后发生 碰撞,建 议: 1,移动相 对位置, 增加空 间。 2,减小螺 丝柱行 程。 图 6 此处R 角造成 行位利钢,建 议取消此R 角。 此处插穿面斜 度太小,增加 对插斜度3° 图 7 图 8 18 / 82 5,产品胶厚分析 对产品做胶厚分析的目的是检查产品胶厚是否均匀,防止因胶厚突变而缩水。 设置需要切视的平面,检查各处胶位,如图9 。 图 9 注塑塑胶制品厚度推荐 (mm) 热塑性塑胶 最小厚度 平均厚度 最大厚度 POM 0.38 1.57 3.18 ABS 0.76 2.29 3.18 PMMA 0.64 2.36 6.35 纤维素树脂 0.64 1.91 4.75 铁氟龙 0.25 0.89 12.70 PA 0.38 1.57 3.18 PC 1.02 2.36 9.53 LDPE 0.51 1.57 6.35 HDPE 0.89 1.57 6.35 EVA 0.51 1.57 3.18 PP 0.64 2.03 7.62 PSO 1.02 2.54 9.53 PPO/PS 0.76 2.03 9.53 PS 0.76 1.57 6.35 SAN 0.76 1.57 6.35 PVC 硬质 1.02 2.36 9.53 PU 0.64 12.70 38.10 SURLYN 离子聚合体 0.64 1.57 19.05 19 / 82 6,模具结构分析 产品名称 产品编号 每模穴数 产品单重 胶料材质 缩水率 标准大水口 □ 流道与浇口 模胚 标准细水口 □ 全热流道 半热流道 冷流道/主流道尺寸: (成本 简化细水口 □ 单咀 □ 多咀 □ 单咀 □ 多咀 □ 侧入水□ 扇形 □ 香蕉形入水□ 合理否 非标模胚 □ 阀针式:气压□液压□ 点浇式 □ 阔口式 □ 潜水 □ 点入水 □ 环形入水□ Y□/N 公制 □ 英制 □ 热流道: 本公司采购 □ 客供□ 模胚品牌: FUTAB □LKM □其它: □ □ ) A 板材质: B 板材质: 码模方式: 工字板 □ 码模槽 □ 码模孔 □ 模胚规格: 前模 后模 行位/斜顶 模具材 料/配 材质 硬度 材质 硬度 材质 硬度 件 定位圈 HRC 顶针 HRC 胶位镶件 HRC (成本 模仁 HRC 模仁 HRC 非胶位镶件

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