玩具火車傳動連桿的注塑模具設計-塑料注射模含NX三維及4張CAD圖,玩具,火車,傳動,連桿,注塑,模具設計,塑料,注射,nx,三維,cad XXXX 設計（XXX）任務書 課題名稱： 玩具火車零件的模具設計 學生姓名： 學 號： 院（系）： 專業(yè)班級： 指導教師： 起止日期 年 月 日至 年 月 日 一、課題來源、目標及意義 課題來源：本次設計來源于生活中常見的物品，玩具火車的塑料零件。 目標：對于這次設計，我希望自己能夠從生活的細微之處觀察，從而在頭腦中思考這個模具產(chǎn)品是怎么被做出來的。提高自己的觀察創(chuàng)造能力。了解模具設計與制造的過程。從小處著手，得到意想不到的成就。 意義：通過本次的設計經(jīng)驗，我們可以意識到自己知識的淺薄，需要更多的知識與經(jīng)驗。這也是一種經(jīng)驗的積累。本次設計在我們原本的空白里添上一筆色彩。它鍛煉了我們獨立完成設計，進一步提高和訓練了我們的制圖、理論分析、結構設計、計算機應用和外文閱讀能力。通過畢業(yè)設計，使我們對一般模具的設計有了比較全面的了解，熟悉有關規(guī)范、規(guī)程、手冊和工具書，為今后獨立工作打下基礎。畢業(yè)設計提高學生分析模具的能力，培養(yǎng)我們踏實、細致、嚴格、認真和吃苦耐勞的工作作風。 二、畢業(yè)設計（論文）內容及要求 本次的設計內容有：塑件的工藝分析、分型面的選擇、確定型腔數(shù)目、澆注系統(tǒng)的設計、成型零件結構設計、推出機構設計、模架的選擇、零件圖的繪制等。 要求：論文格式要正確、美觀。內容齊全。計算正確。圖紙繪制正確，標注無遺漏，標注美觀。設計合理。 三、畢業(yè)設計（論文）進程安排 序號 設計（論文）各階段名稱 計劃時間 1 畢業(yè)設計輔導，學生進行相關準備工作，選題并審批。 2017年03 月08日 前 2 教師下發(fā)任務書，學生完成開題報告，教師審核。 2017年03 月18日 前 3 學生上交開題報告，開始設計。教師指導 2017年03 月18日至 2017年03月25日 4 學生完成畢業(yè)設計，并上報周記5次，教師指導 2017年03月25日至2017年05月08日 5 學生提交畢業(yè)設計材料（電子稿與紙質稿）。 2017年05月10日前 6 畢業(yè)設計答辯。 2017年05月14日 四、參考書及參考文獻 [1] 趙蓓蓓. 初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 科技資訊, 2009, [2] 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007. [3] 伍先明，王群. 塑料模具設計指導[M]. 北京: 國防工業(yè)出版社, 2006. [4] 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設計. 北京：清華大學出版社，2005. [5] 朱光力, 萬金保. 塑料模具設計[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003. [6] 任天娟. 中小型注塑模標準模架的選用[J]. 廣西輕工業(yè), 2009． [7] 王孝培． 塑料成型工藝及模具簡明手冊．北京：機械工業(yè)出版社，2000． [8] 高佩福. 實用模具制造技術．　北京：中國輕工業(yè)出版社，1999． [9] 翁其金. 塑料模塑成型技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2001. [10] 齊曉杰. 塑料成型工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社，2005. 指導教師（簽字）: 院（系）主任（簽字）: XX 設計(XXX)開題報告 題 目： 玩具火車零件的模具設計 學生姓名： 學 號： 院（系）： 專業(yè)班級： 指導教師： 年 月 日 一、課題來源、選題依據(jù)、課題研究目的、應用價值 課題來源：本次設計來源于生活中常見的玩具零件——塑料傳動連桿，自己立題。 選題依據(jù)：根據(jù)查閱資料，選取老師的意見 課題研究目的：研究這一課題，其一是因為它能夠幫助我學習到更多與模具相關的知識；其二是因為我能夠了解模具的設計加工流程；其三是復習二維和三維制圖的軟件使用；這對于我以后的工作能夠起到極大地幫助作用。 實際應用價值：在我們日常生產(chǎn)、生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品，大到機床的底座、機身機殼；小到一個胚頭螺絲、紐扣、筆芯、發(fā)卡，以及各種家用電器的外殼，無不與模具有著密切的聯(lián)系。特別是塑料模具的的飛速發(fā)展，使整個社會都受益匪淺，現(xiàn)在塑料模具已成為三大模具之一，在國民經(jīng)濟中占有重要地位。塑料制品質量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占80%。而我選擇的課題所要設計的玩具火車零件正是一塑料制品。它制作容易，成本低廉，具有一定的價值。 二、課題研究的基本思路、研究的關鍵問題和研究手段（途徑） 課題研究的基本思路： 先收集資料，剖析塑件，確定塑件用料；再擬定模具結構方案，進行模具設計計算，務必使模具結構緊湊，安全可靠；然后繪制模具裝配草圖；最后繪制模具總裝配圖和零件圖。 研究的關鍵問題和研究手段： 材料：PP 生產(chǎn)批量：大批量 1) 塑件成型工藝性（原材料、結構和尺寸）分析； 2) 塑件注射工藝參數(shù)的確定； 3) 注射模的結構設計（選擇分型面、確定型腔數(shù)量和排列方式、澆注系統(tǒng)設計、成型零件結構設計等）； 4) 模具設計的有關計算。 通過市場商品調查，滿足社會需求及生產(chǎn)要求上，在合理設計方向上，進行塑料模具的設計并且熟練掌握手工和電腦制圖，達到產(chǎn)品的要求。合理編制模具零件的制造工藝。設計圖樣要求符合最新制圖標準，表達完整，布局合理。 三、論文的主體框架和主要內容概述 論文的主題框架： 1． 塑件成型工藝性（原材料、結構和尺寸）分析； 2． 塑件注射工藝參數(shù)的確定； 3． 注射模的結構設計（選擇分型面、確定型腔數(shù)量和排列方式、澆注系統(tǒng)設計、成型零件結構設計等）； 4． 模具設計的有關計算。 主要內容概述： 1. 塑件工藝性分析 設計任務、塑料分析、塑件結構分析、尺寸精度和表面要求。 2. 成型工藝與方案設計 確定型腔數(shù)量和排列方式、模具結構形式的確定、分型面的選擇。 3. 澆注系統(tǒng)設計 主流道設計、分流道設計、澆口的設計、成型零件設計、結構設計、尺寸計算、推出機構的設計、冷卻系統(tǒng)的設計。 4. 模具圖繪制 繪制模具圖、主要零件圖。 四、論文工作進度與安排 序號 設計（論文）各階段名稱 計劃時間 1 畢業(yè)設計輔導，學生進行相關準備工作，選題并審批。 2017年03 月08日 前 2 教師下發(fā)任務書，學生完成開題報告，教師審核。 2017年03 月18日 前 3 學生上交開題報告，開始設計。教師指導 2017年03 月18日至 2017年03月25日 4 學生完成畢業(yè)設計，并上報周記5次，教師指導 2017年03月25日至2017年05月08日 5 學生提交畢業(yè)設計材料（電子稿與紙質稿）。 2017年05月10日前 6 畢業(yè)設計答辯。 2017年05月14日 五、指導教師意見 指導教師： 年 月 日 六、所在專業(yè)負責人審查意見 專業(yè)負責人： 年 月 日 七、參考文獻閱讀清單（要求8篇以上） 序號 題 目（及作者） 出處 （書籍及出版社、期刊名及期刊卷期號等） [1] 趙蓓蓓. 初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J] 科技資訊, 2009. [2] 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2007. [3] 伍先明，王群.?塑料模具設計指導[M] 北京: 國防工業(yè)出版社,?2006. [4] 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設計. 北京：清華大學出版社, 2005. [5] 朱光力,?萬金保.?塑料模具設計[M]. 北京: 清華大學出版社, 2003. [6] 任天娟.?中小型注塑模標準模架的選用[J]. 廣西輕工業(yè), 2009． [7] 王孝培． 塑料成型工藝及模具簡明手冊． 北京：機械工業(yè)出版社, 2000． [8] 高佩福. 實用模具制造技術． 北京：中國輕工業(yè)出版社, 1999． [9] 翁其金. 塑料模塑成型技術[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社,?2001. [10] 齊曉杰. 塑料成型工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2005. 玩具火車零件的模具設計 摘 要 本論文主要介紹了注塑模的模具設計，選擇一個生活中常見的玩具作為設計的零件。在設計過程中運用了UG、MOIDFIOW等軟件，通過軟件的使用使得設計更加方便。在設計過程中，對分型面的選擇，型芯、型腔的計算做了計算，也在脫模機構和冷卻機構上做了比較全面的分析。通過這次設計，可以使我們對于注塑模具的設計有一個初步的認識。 關鍵詞：塑料模具；分型面；注射成形 Ⅰ 目 錄 前 言 1 1 塑件的工藝分析 2 1.1 塑料玩具零件的工藝分析 2 1.1.1 塑料玩具零件圖紙 2 1.1.2 塑件材料特性 3 1.2 塑件材料成型性能 3 2 成型零件的設計 5 2.1 設計成型零件結構 5 2.2 成型零件工作尺寸確定 5 2.3 成型零件鋼材的選用 6 3 分型面與型腔的選擇 7 3.1 分型面的選擇 7 3.2 型腔的設計 7 4 澆注系統(tǒng)的設計 9 4.1 主流道的設計 9 4.2 分流道的設計 10 4.2.1 分流道的尺寸 10 4.2.2 澆注方式的選擇 10 4.3 澆口設計 11 5 模架的選擇 12 5.1 常見的模架類型 12 5.2 各模板尺寸厚度的確定 13 6 塑件脫模結構的設計 15 7 設計冷卻系統(tǒng) 16 7.1 水路的選擇 16 7.2 水路尺寸的計算 16 8 模具視圖 17 總 結 18 致 謝 19 附 錄 20 參考文獻 21 前 言 模具行業(yè)被稱為“工業(yè)之母”，是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。塑料模具更是模具中的一枝獨秀，發(fā)展尤其迅速。一般情況下，模具的因素決定了塑件質量的優(yōu)劣以及生產(chǎn)效率的高低。也就是說，模具制造與設計本成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志。 塑料成型的方法有很多，目前采用塑料注射成型是塑料成型的一種重要的方法。將塑料原材料熔融塑化再注入模具，然后在模具中固化生產(chǎn)制品。使用注射成型生產(chǎn)的塑料制品占總塑料制品的25%左右。因此，注塑模具對我國的經(jīng)濟影響很大。 本次設計是一個玩具火車的傳動連桿，一個小的塑料零件。分析零件產(chǎn)品結構與該產(chǎn)品成型方案，選擇合理的分型面，確定模具型腔的數(shù)目，選擇合適的塑料，再通過結構分析和相關計算，最后再確定模具的模架和相關結構的尺寸，然后借助AUOTOCAD和UG為輔助軟件完成圖紙繪制。設計的主要目的是為了了解塑料模具的生產(chǎn)過程和技術要求。本次設計也主要運用了CAD和UG。 設計玩具零件的注塑模具，在滿足使用性能以及外觀的要求的前提下，盡量的使模具的結構更簡單，保證產(chǎn)品質量，使模具的壽命更長，模具成本更低。 1 塑件的工藝分析 1.1 塑料玩具零件的工藝分析 1.1.1 塑料玩具零件圖紙 塑料玩具火車的傳動連桿的實物圖1-1與零件圖1-2 圖1-1 玩具火車傳動連桿實物圖 圖1-2 玩具火車傳動連桿零件草圖 1.1.2 塑件材料特性 本塑件為兒童玩具零件，應該選擇無毒，無異味的材料。根據(jù)資料對比，本零件的生產(chǎn)材料選擇PP。PP塑料，化學名稱:聚丙烯 ，英文名稱：Polypropylene，簡稱PP。比重:0.9-0.91克/立方厘米，成型收縮率:1.0-2.5% 。PP是一種結晶型高聚物，PP在常用塑料中最輕，密度僅為0.91g/cm3。它有良好的耐應力開裂性和很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP產(chǎn)品的韌性好、質量輕、耐化學性好。PP有下面幾個特點： 1）PP熔體的粘度受溫度影響小，隨剪切速度的提高會有明顯的下降。 2）分子呈現(xiàn)較大的收縮率而且取向程度高。 PP塑料與其他塑料性能對比見表1-1。 表 1-1塑料性能對比表 材料 性能 PP PE PVC PS ABS 密度 最小 小于水 較大 略高于水 略高于水 剛性 較好 差 好 好 好 收縮率 差 一般 好 好 好 韌性 低溫下差 好 差 差 好 強度 較高 低 較高 高 高 耐熱性 好 一般 差 較差 較差 化學穩(wěn)定性 好 好 好 好 好 熱合性 一般 好 一般 一般 一般 毒性 無毒 無毒 可以無毒 無毒 無毒 成型加工性 好 好 不易 好 好 1.2 塑件材料成型性能 查相關手冊得到PP（抗沖）塑料成型工藝參數(shù)見表1-2。 表 1-2 PP成型工藝表 密度 0.9～1 收縮率 0.1 ～0.3 預熱溫度 80～85℃ 預熱時間 2～3 噴嘴溫度 170～180℃ 注射壓力 60～100 成型時間 40～250 2 成型零件的設計 2.1 設計成型零件結構 本設計采用整體嵌入式凹模，結構簡單。主要是生產(chǎn)批量較大，采用一模多腔的模具，保證了各型腔尺寸和表面狀況的一致，減少切削工作量。凹模見圖2-1。 圖 2-1 整體嵌入式凹模 2.2 成型零件工作尺寸確定 PP成型的收縮范圍比較大，所以需要按照平均值法計算成型零件的尺寸。本塑件對于精度要求不高。按MT3查取公差。PP的收縮率從設計資料中查得是1.0%～2.5%，所以他的平均收縮率為1.75%。Scp=（1.0%+2.5%）/2=1.75% 型芯和型腔工作部分尺寸的計算： 1）型腔尺寸計算：選取塑料收縮率時往往不易選的很準確，在計算型腔尺寸時，要留有大的余地，尺寸要選小一些，否則做大了模具就報廢。 A=(A1A1Q-0.75Z)K。 2）型芯尺寸計算：在計算型芯尺寸時，尺寸要留有縮小的余地，要選的大一些，以便修正。 B=(B1B1Q0.75Z)-K。 B--型芯尺寸(小端)。 B1--制件相應的下限尺寸。 3）型腔深度尺寸計算: C=(C1C1Q-0.5Z)K。 C--型腔深度的實際尺寸。 C1--制件相應的上限尺寸。 4）型芯高度的計算: D=(D1D1Q0.75Z)-K。 D--型芯高度的實際尺寸。 D1--制件相應的下限尺寸。 5）孔距的計算: 孔與孔的中心距是正負偏差的，因為模具上的超差比較難以修正，所以要慎重計算。 L=(L1L1Q-0.5Z/-K。 L--孔距的尺寸。 L1--制件相應的上限尺寸。 6）斜度: 型腔要有斜度方便把制件從模具中取出，型芯從孔中脫出也需要有一定的斜度。如果有公差要求，那么斜度也應該包括在范圍之內。 為了給修模具時留有余地，型腔尺寸應該把大端作為為尺寸基準，向小的方向取斜度。型芯尺寸應該把小端尺寸作為基準向大的方向取斜度。 2.3 成型零件鋼材的選用 1. 機械加工性能良好。 2. 拋光性能優(yōu)良。 3. 抗疲勞性能和耐磨性能好。 注射模型腔不僅受到冷熱溫度交變的應力作用，而且還受到高壓塑料熔體的沖刷。本模具設計生產(chǎn)的玩具零件批量不是很大，可以選擇45#鋼。 3 分型面與型腔的選擇 3.1 分型面的選擇 型腔與模具大體上可以分為三類關系： 1）型腔完全處于動模之中； 2）型腔完全處于定模之中； 3）型腔分別處于動、定模之間。 分型面選擇的變化由于塑件的形狀很多，所以也很多。注塑模分型面應該選在塑件外形最大輪廓處。 本塑件的分型面位置如圖3-1所示。塑件成型后，脫模時塑件留在動模板型芯上面。 ? 圖3-1分型面 3.2 型腔的設計? 注塑模的型腔數(shù)目,可以一模一腔,也可以一模多腔,本次設計的型腔布置如圖3-2所示。  圖3-2 型腔的分布 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1 主流道的設計 主流道尺寸的確定有下面幾個注意點： 1）主流道的末端呈圓無須過渡，圓角的半徑r=1～3mm。 3）主流道應設計成圓錐形，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm，加工時還應該拋光。? 4）主流道的長度L應該小于60mm，最長的不該超過95mm。 本設計是中小型模具，把襯套和定位環(huán)設計成分體式便于加工和縮短主流的長度。根據(jù)模具大小和主流道尺寸確定襯套尺寸。定位環(huán)是標準件，不過尺寸也要根據(jù)模架的大小與機嘴尺寸配合。襯套形式見圖4-1。 主流道上端直徑為4mm，下端直徑為12mm，高72mm。 圖4-1襯套形式 定位環(huán)見圖4-2。定位環(huán)尺寸：直徑D=100mm。高度h=10mm。 圖4-2定位環(huán) 4.2 分流道的設計 4.2.1 分流道的尺寸 本設計通過moldflow分析，選擇使用側澆方式，也需要用到分流道。分流道圖見圖4-3。 圖 4-3 分流道 本設計選擇圓形的截面分流道，這樣可以提高效率。在設計分流道時需要注意下面幾個方面： 1）分流道的長度。 2）分流道的截面尺寸、形狀。 3）分流道的表面粗糙度。 本設計分流道一側長度為13mm，直徑為4mm。 4.2.2 澆注方式的選擇 通過模流分析找到最佳澆注方式，要盡量使?jié)沧⑼瑫r到達，模具受力均勻。圖4-4和圖4-5是用moldflow分析得出的結果 圖 4-4 點澆分析 圖 4-5 側澆分析 經(jīng)過模流分析比較，側澆氣穴更少，充填時間更短，模具受到的力能夠得到循環(huán)平衡。所以選擇側澆。在流道設計中找出流動平衡，也是非常困難的一部份。通過模流分析可以縮短的產(chǎn)品開發(fā)時間，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在性的問題。 4.3 澆口設計 澆口是一段細短的通道，連接分流道與型腔。塑件一定要認真考慮澆口位置的選擇，澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的尺寸，形狀和位置對塑件的質量影響很大。要使塑件具有良好的性能和外觀，因為本零件為玩具火車的傳動連桿，所以對外觀的要求較高。采用側澆口，澆口寬度b=1.2mm，高度h=0.8mm，長度L=1mm。 5 模架的選擇 5.1 常見的模架類型 下面介紹的模架是模具行業(yè)常用的模架。圖5-1、圖5-2、圖5-3是大水口系列常用模架。 圖 5-1 大水口工字模模架 圖 5-2 直身有面板模模架 圖 5-3 直身無面板模模架 本次設計選用的模架為 CI，大水口系統(tǒng)型模架。見圖5-4。 圖 5-4 產(chǎn)品零件選擇的模架圖 5.2 各模板尺寸厚度的確定 在調模架之前，需計算出各塊模板尺寸。A、B、C板的尺寸需要根據(jù)零件和型芯型腔的尺寸計算。本次設計模具尺寸見圖5-5。 圖 5-5 各板尺寸圖 A板為型腔固定板，塑件高度3mm， A板厚度取60mm。 B板是型芯固定板，因為在模板上開設冷卻水道，所以B板厚度取70mm。? 6 塑件脫模結構的設計 考慮到零件結構不復雜，本設計選擇的頂出機構為頂桿頂出。圖 6-1 所示。 圖 6-1 頂桿 測量推板上表面到下模上表面的尺寸，即是頂桿的長度尺寸L=110mm。直徑為4mm。 為了方便去除冷料，在頂針板上設計了一個拉料桿，在分模時拉出廢料。垃圾釘長度為105mm，直徑為3mm。 7 設計冷卻系統(tǒng) 7.1 水路的選擇 因為PP材料不需要加熱，所以本次設計直接用胡波軟件調出水路，圖8-1。 圖 8-1 水路與型芯的位置圖 7.2 水路尺寸的計算 水管直徑為6mm，水管之間距離為90mm，水管與板的距離為15mm。用水管塞塞住水管，形成一個回路。 圖 8-2 水路圖 8 模具視圖 本設計主要視圖見圖9-1，圖9-2。 圖 9-1模具的透明視圖 圖 9-2模具三視圖 總 結 ? 本次設計通過對玩具零件的塑料件分析，該塑件結構簡單，外表面要求光滑無毛刺。塑料件材料為PP。根據(jù)塑件的結構形式，分型面選在外沿最大處。塑件的精度要求不是太高，尺寸較小，采用一模兩腔的布局形式，推桿推出。在設計過程中主要運用了UG、CAD和MOIDFLOW軟件，這些軟件可以讓設計變得簡單輕松。 還有在設計過程中發(fā)現(xiàn)很多和公式不一樣的方面，不一樣的公式得出的結果差別有點大，尤其是在型芯尺寸和頂桿推出力的計算這兩方面。也有的地方設計的不合理，在最后出圖的時候才發(fā)現(xiàn)，比如說雖然拔模的斜度可以按照經(jīng)驗計算，但是實際上本設計的塑件拔模斜度做的還不好，一開始考慮零件尺寸不大，所以沒有精確計算；還有就是在冷卻計算時要考慮到零件的復雜性，冷卻時間的問題是一個關鍵的部分，因為它影響著生產(chǎn)效率；由此可見，注塑件的設計與模具設計密切相關，好的塑件結構可以簡化模具結構，降低生產(chǎn)的成本。 致 謝 時間過得很快，轉眼就快到畢業(yè)的時候了，春夢秋云，聚散真容易。不知不覺就已經(jīng)要完成畢業(yè)設計了，從一開始，我們的指導老師就一直陪著我們，還有我的同學們。我最感謝的就是我們指導老師。 指導老師每一次都會提出問題，指出我們在設計方面的錯誤。是他讓我對模具專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，指導老師讓我體會到了實踐出真知的真諦。我在學業(yè)上的每一點進步都離不開指導老師的鼓勵和肯定。他在我們的學習全面而悉心的指導也花費不少的時間，他也給了我們很多提升自己的機會。還記得每次有問題就會請教他，指導老師就悉心的教學，不漏過每一點細節(jié)。他在思想和生活上對我們十分關心，也正是他的指導讓我在為人處世方面更趨成熟。所有的一切，我都會銘記于心。還有很多人要感謝，還要感謝我們的學校，感謝給了我們一個良好的學習環(huán)境的母校，包括教過我們的任課老師，沒有他們的努力，就沒有豐富的校園生活！ 時光荏苒，光陰似箭。我們在學校的日子馬上要結束了，心中難免不舍，但對未來同樣充滿著憧憬。可能多年之后，我再回首，更會發(fā)覺學校記憶是那么的深刻與難忘。我相信這會是最快樂的時間。 是你們的支持才使我順利的完成學業(yè)，謝謝你們。 附 錄 參考文獻 [1] 趙蓓蓓.?初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 科技資訊,?2009, [2] 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2007. [3] 伍先明，王群.?塑料模具設計指導[M].?北京: 國防工業(yè)出版社,?2006. [4] 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設計. 北京：清華大學出版社, 2005. [5] 朱光力,?萬金保.?塑料模具設計[M].?北京: 清華大學出版社, 2003. [6] 任天娟.?中小型注塑模標準模架的選用[J].?廣西輕工業(yè), 2009． [7] 王孝培． 塑料成型工藝及模具簡明手冊．北京：機械工業(yè)出版社, 2000． [8] 高佩福. 實用模具制造技術．　北京：中國輕工業(yè)出版社, 1999． [9] 翁其金. 塑料模塑成型技術[M].?北京: 機械工業(yè)出版社,?2001. [10] 齊曉杰. 塑料成型工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2005.? 21 玩具火車零件的模具設計 摘 要 本論文主要介紹了注塑模的模具設計，通過設計簡單的塑料玩具零件模具，來說明注射成型的基本原理。在設計過程中運用了UG、MOIDFIOW等軟件，對澆注系統(tǒng)、成型零件、脫模機構、冷卻系統(tǒng)和部分零件的的加工工藝做了設計計算。通過本次設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構和工作原理。 關鍵詞：塑料模具；分型面；注射成形 Ⅰ 目 錄 前 言 1 1 塑件的工藝分析 2 1.1 塑料玩具零件的工藝分析 2 1.1.1 塑料玩具零件圖紙 2 1.1.2 塑件材料特性 3 1.2 塑件材料成型性能 3 2 成型零件的設計 5 2.1 成型零件的結構設計 5 2.2 成型零件工作尺寸確定 5 2.3 成型零件鋼材的選用 6 3 分型面與型腔的選擇 8 3.1 分型面的選擇 8 3.2 型腔數(shù)目的確定及布置 8 4 澆注系統(tǒng)的設計 10 4.1 主流道的設計 10 4.1.1 主流道尺寸 10 4.1.2 主流道襯套形式 10 4.2 分流道的設計 11 4.2.1 分流道的尺寸 11 4.2.2 澆注方式的選擇 12 4.3 澆口設計 13 5 模架的選擇 14 5.1 模架的形式 14 5.2 各模板尺寸厚度的確定 15 6 塑件脫模結構的設計 17 7 冷卻系統(tǒng)的設計 18 7.1 水路的選擇 18 7.2 水路尺寸的計算 18 8 模具視圖 19 總 結 20 致 謝 21 附 錄 22 參考文獻 23 前 言 模具行業(yè)被稱為“工業(yè)之母”，是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)。塑料模具更是模具中的一枝獨秀，發(fā)展尤其迅速。塑料模具是如今工業(yè)生產(chǎn)中利用一定的形狀，通過一定的方式做出成型塑料制品的工藝裝備或者工具，它屬于型腔模。一般情況下，塑件質量的優(yōu)劣以及生產(chǎn)效率的高低，其模具的因素約占70%。也就是說，模具制造與設計本成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志。 我國模具行業(yè)近些年發(fā)展很快，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前模具生產(chǎn)廠有2萬多家，從業(yè)人員約50萬人，全年模具產(chǎn)值360億元左右，總量供不應求，出口大約2億美元。進口大約l0億美元。我國模具行業(yè)的發(fā)展具有如下特征：大型、精密、復雜、長壽命中高檔模具以及模具標準件發(fā)展速度快于行業(yè)總體發(fā)展水平；塑料模與壓鑄模成比例增長；“三資”企業(yè)及私營企業(yè)發(fā)展速度很快；股份制改造步伐加快等。從不同地區(qū)分布可以發(fā)現(xiàn)，東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)。南方的發(fā)展比北方的發(fā)展更快。模具生產(chǎn)發(fā)展最快、最集中的省份是廣東省和浙江省，其模具產(chǎn)值約占全國總產(chǎn)值的60％以上。我國模具總量雖然已經(jīng)在世界排第三，但設計制造水平相比較德、美、日、等發(fā)達國家還很落后，模具標準化的程度也較國際水平低。 本次設計是一個玩具火車的傳動連桿，一個小的塑料零件。分析零件產(chǎn)品結構與該產(chǎn)品成型方案，選擇合理的分型面，確定模具型腔的數(shù)目，選擇合適的塑料，再通過結構分析和相關計算，最后再確定模具的模架和相關結構的尺寸，然后借助AUOTOCAD和UG為輔助軟件完成圖紙繪制。設計的主要目的是為了了解塑料模具的生產(chǎn)過程和技術要求。本次設計也主要運用了CAD和UG。 設計玩具零件的注塑模具，在滿足使用性能以及外觀的要求的前提下，盡量的使模具的結構更簡單，保證產(chǎn)品質量，使模具的壽命更長，模具成本更低。 1 塑件的工藝分析 1.1 塑料玩具零件的工藝分析 1.1.1 塑料玩具零件圖紙 塑料玩具火車的傳動連桿的實物圖1-1與零件圖1-2 圖1-1 玩具火車傳動連桿實物圖 圖1-2 玩具火車傳動連桿零件草圖 1.1.2 塑件材料特性 本塑件為兒童玩具零件，應該選擇無毒，無異味的材料。根據(jù)資料對比，本零件的生產(chǎn)材料選擇PP。PP塑料，化學名稱:聚丙烯 ，英文名稱：Polypropylene，簡稱PP。比重:0.9-0.91克/立方厘米，成型收縮率:1.0-2.5% 。PP是一種結晶型高聚物，PP在常用塑料中最輕，密度僅為0.91g/cm3。它有良好的耐應力開裂性和很高的彎曲疲勞壽命，俗稱“百折膠”。PP的綜合性能優(yōu)于PE料。PP產(chǎn)品的韌性好、質量輕、耐化學性好。在熔融溫度下PP有較好的流動性，成型性能好，在加工上PP有下面幾個特點： 1）PP熔體的粘度隨剪切速度的提高會有明顯的下降,受溫度影響小。 2）分子取向程度高而且呈現(xiàn)較大的收縮率。 PP塑料與其他塑料性能對比見表1-1。 表 1-1塑料性能對比表 材料 性能 PP PE PVC PS ABS 密度 最小 小于水 較大 略高于水 略高于水 剛性 較好 差 好 好 好 收縮率 差 一般 好 好 好 韌性 低溫下差 好 差 差 好 強度 較高 低 較高 高 高 耐熱性 好 一般 差 較差 較差 化學穩(wěn)定性 好 好 好 好 好 熱合性 一般 好 一般 一般 一般 毒性 無毒 無毒 可以無毒 無毒 無毒 成型加工性 好 好 不易 好 好 1.2 塑件材料成型性能 注射成型塑件時，因為PP熔點黏度高，所以需要注射成型的壓力較高，因此塑件對型芯產(chǎn)生的包緊力較大，所以塑件塑件在脫模時應有一定的脫模斜度；因為熔體黏度高， PP塑件容易產(chǎn)生焊接痕，所以模具設計時應該注意盡量的減少澆注系統(tǒng)對于料流的阻力。PP易吸水，在成型加工前應該干燥處理。PP塑件的尺寸穩(wěn)定性在正常的成型條件下較好。 查相關手冊得到PP（抗沖）塑料成型工藝參數(shù)： 密度????????0.9～1? 收縮率???????0.1?～0.3? 預熱溫度??????80～85℃，預熱時間2～3；? 料筒溫度????? 后段150～170，中段165～180℃，前端180～200℃。 噴嘴溫度??????170～180℃；? 具溫度???????50～80℃；? 注射壓力??????60～100 成型時間??????注射時間20～90，保壓時間0～5，冷卻時間20～150。 2 成型零件的設計 2.1 成型零件的結構設計 本設計為玩具火車的塑料零件。結構簡單，采用整體嵌入式凹模。主要是生產(chǎn)批量較大，采用一模多腔的模具，保證了各型腔尺寸和表面狀況的一致，減少切削工作量。凹模見圖2-1。 圖 2-1 整體嵌入式凹模 2.2 成型零件工作尺寸確定 PP成型的收縮范圍比較大，所以需要按照平均值法計算成型零件的尺寸。本塑件對于精度要求不高。按MT3查取公差。PP的收縮率從設計資料中查得是1.0%～2.5%，所以他的平均收縮率為1.75%。Scp=（1.0%+2.5%）/2=1.75% 型芯和型腔工作部分尺寸的計算： 1）型腔尺寸計算：選取塑料收縮率時往往不易選的很準確，在計算型腔尺寸時，要留有大的余地，尺寸要選小一些，否則做大了模具就報廢。 A=(A1A1Q-0.75Z)K。 A--型腔尺寸(大端)。 A1--制件相應的上限尺寸。 Q--收縮率。 Z--制件公差。 K--成型零件。 2）型芯尺寸計算：在計算型芯尺寸時，尺寸要留有縮小的余地，要選的大一些，以便修正。 B=(B1B1Q0.75Z)-K。 B--型芯尺寸(小端)。 B1--制件相應的下限尺寸。 3）型腔深度尺寸計算: 在計算型腔深度尺寸時，要留有加深的余地，尺寸要選的小一些，以便調整模具的深度。 C=(C1C1Q-0.5Z)K。 C--型腔深度的實際尺寸。 C1--制件相應的上限尺寸。 4）型芯高度的計算: 在計算型芯高度時，尺寸要選的大一些，留有縮短的余地，以便調整型芯的長度。 D=(D1D1Q0.75Z)-K。 D--型芯高度的實際尺寸。 D1--制件相應的下限尺寸。 5）孔距的計算: 孔與孔的中心距是正負偏差的，因為模具上的超差比較難以修正，所以要慎重計算。 L=(L1L1Q-0.5Z/-K。 L--孔距的尺寸。 L1--制件相應的上限尺寸。 6）斜度: 型腔要有斜度方便把制件從模具中取出，型芯從孔中脫出也需要有一定的斜度。如果有公差要求，那么斜度也應該包括在范圍之內。 為了給修模具時留有余地，型腔尺寸應該把大端作為為尺寸基準，向小的方向取斜度。型芯尺寸應該把小端尺寸作為基準向大的方向取斜度。 2.3 成型零件鋼材的選用 1. 機械加工性能良好。要選擇易于切削，在加工以后可以得到高精度零件的鋼種。 2. 拋光性能優(yōu)良。注射模成型零件的工作表面，多需要拋光達到鏡面，Ra≤0.05μm。要求鋼材硬度在HRC35～40。鋼材表面過硬會使拋光困難。鋼材的顯微組織應該極少雜質，均勻致密，沒有疵斑和針點。 3. 抗疲勞性能和耐磨性能好。注射模型腔不僅受到冷熱溫度交變的應力作用，而且還受到高壓塑料熔體的沖刷。一般經(jīng)過熱處理的高碳合金鋼可以獲得高硬度，但是韌性差容易形成裂紋，不應該采用。本模具設計生產(chǎn)的玩具零件批量不是很大，可以選擇45#鋼。 3 分型面與型腔的選擇 3.1 分型面的選擇 型腔與模具大體上可以分為三類關系： 1）型腔完全處于動模之中； 2）型腔完全處于定模之中； 3）型腔分別處于動、定模之間。 分型面選擇的變化由于塑件的形狀很多，所以也很多。注塑模分型面應該選在塑件外形最大輪廓處。 本塑件的分型面位置如圖3-1所示。圖3-1所示的分型面選擇在塑件的最大分型面上，這樣的選擇使塑件外表面可以在整體凹模型腔內成型，塑件外表面光滑。塑件成型后，脫模時塑件留在動模板型芯上面。 ? 圖3-1分型面位置 3.2 型腔數(shù)目的確定及布置? 注塑模的型腔數(shù)目,可以一模一腔,也可以一模多腔,在確定型腔的數(shù)目時主要需要考慮下面幾個因素：? 1）塑件的尺寸精度；? 2）模具的制造成本；? 3）注塑成型的生產(chǎn)效益；? 4）模具的制造難度。? 考慮到本塑件是一般制品,查資料得塑件的經(jīng)濟精度推薦4級。塑件形狀較簡單、質量較小、生產(chǎn)批量中等，所以應使用一模二腔注射模具。這樣使得模具的結構尺寸較小，方便制造加工，生產(chǎn)效率高，塑件成本低。型腔布置如圖3-2所示。 圖3-2 型腔分布 4 澆注系統(tǒng)的設計 4.1 主流道的設計 4.1.1 主流道尺寸 主流道是一端與注射機的噴嘴相接，可以當成是噴嘴的通道在模具中的延伸，另一端和分流道相連的一段帶有錐度的流動通道。主流道尺寸的確定有下面幾個注意點： 1）主流道應設計成圓錐形，其錐角可取2～6°，流道壁表面粗糙度取Ra=0.63μm，加工時還應該拋光。? 3）主流道的末端呈圓無須過渡，圓角的半徑r=1～3mm。? 4）主流道的長度L應該小于60mm，最長的不該超過95mm。 4.1.2 主流道襯套形式 本設計是中小型模具，把襯套和定位環(huán)設計成分體式便于加工和縮短主流的長度。根據(jù)模具大小和主流道尺寸確定襯套尺寸。定位環(huán)是標準件，不過尺寸也要根據(jù)模架的大小與機嘴尺寸配合。襯套形式見圖4-1。 主流道上端直徑為4mm，下端直徑為12mm，高72mm。 圖4-1襯套形式 定位環(huán)見圖4-2。定位環(huán)尺寸：直徑D=100mm。高度h=10mm。 圖4-2定位環(huán) 4.2 分流道的設計 4.2.1 分流道的尺寸 在注射或傳遞模塑的多模腔或多澆口模具中，分流道是澆口和主流道末端中間的一段流道。分流道在多型腔的模具中必不可少，而在單型腔的模具中，有的則可省去分流道。在分流道的設計時應考慮盡量減小在流道內的壓力損失和盡量可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減小流道的容積。 本設計通過moldflow分析，選擇使用側澆方式，也需要用到分流道。分流道圖見圖4-3。 圖 4-3 分流道 本設計選擇圓形的截面分流道，這樣可以提高效率，在注射成型過程中使原料和注射機的能耗更加經(jīng)濟，減少壓力損失和熱量損失。 設計分流道時需要注意下面幾個方面： 1）分流道的長度。 2）分流道的截面尺寸、形狀。 3）分流道的表面粗糙度。 本設計分流道一側長度為13mm，直徑為4mm。 4.2.2 澆注方式的選擇 通過模流分析找到最佳澆注方式，要盡量使?jié)沧⑼瑫r到達，模具受力均勻。圖4-4和圖4-5是用moldflow分析得出的結果 圖 4-4 點澆分析 圖 4-5 側澆分析 經(jīng)過模流分析比較，側澆氣穴更少，充填時間更短，模具受到的力能夠得到循環(huán)平衡。所以選擇側澆。從流道設計中找到流動平衡的位置，在模具制作過程中是相當重要的，也是非常困難的一部份。在過去往往需要通過經(jīng)驗來設計流道以達到流動平衡的目的，所以需要不斷的試模和修模才能夠找到解決方案，這會造成產(chǎn)品開發(fā)時間延長和成本上的浪費。透過模流分析的方式可以輔助流道設計，使產(chǎn)品開發(fā)時間縮短并且容易發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品潛在性的問題，因此提升產(chǎn)品質量以及達到降低成本的目的。 4.3 澆口設計 澆口是一段細短的通道，連接分流道與型腔。澆口是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的尺寸，形狀和位置對塑件的質量影響很大。澆口的主要有兩個作用： 1）塑料熔體流經(jīng)的通道， 2）澆口的適時凝固可控制保壓時間。 澆口的類型很多，有點澆口、側澆口、潛伏式澆口、直接澆口等，各澆口根據(jù)塑件的形狀和尺寸來定應用和尺寸。 塑件一定要認真考慮澆口位置的選擇，要使塑件具有良好的性能和外觀，通常要考慮下面幾個原則： 1) 盡量縮短流動的距離。 2) 澆口應該開設在塑件壁厚最大處。 3) 必須盡量的減少熔接痕。 4) 應該有利于型腔中氣體排出。 5) 考慮分子的定向影響。 6) 避免發(fā)生噴射和蠕動現(xiàn)象。 7) 澆口處要避免彎曲和受沖擊載荷。 8) 注意對外觀質量的影響。 因為本零件為玩具火車的傳動連桿，所以對外觀的要求較高。采用側澆口，澆口寬度b=1.2mm，高度h=0.8mm，長度L=1mm。 5 模架的選擇 5.1 模架的形式 模架是成型模具的工藝裝備，模架結構主要包括定模座板、型腔型芯固定板、動模座板、推板、墊塊、推板固定板、導柱導套、墊板、支承柱、推出機構導柱導套、垃圾釘、復位桿等。下面介紹的模架是模具行業(yè)常用的模架。圖5-1、圖5-2、圖5-3是大水口系列常用模架。 圖 5-1 大水口工字模模架 圖 5-2 直身有面板模模架 圖 5-3 直身無面板模模架 本次設計選用的模架為 CI，大水口系統(tǒng)型模架。見圖5-4。 圖 5-4 產(chǎn)品零件選擇的模架圖 5.2 各模板尺寸厚度的確定 在調模架之前，需計算出各塊模板尺寸。A、B、C板的尺寸需要根據(jù)零件和型芯型腔的尺寸計算。本次設計模具尺寸見圖5-5。 圖 5-5 各板尺寸圖 A板為型腔固定板，塑件高度3mm，因為還要在模板上開設冷卻水道，冷卻水道離型腔應有一定的距離，所以A板厚度取60mm。 B板是型芯固定板，因為在模板上開設冷卻水道，冷卻水道離型腔應有一定的距離，所以B板厚度取70mm。? 6 塑件脫模結構的設計 考慮到零件結構不復雜，本設計選擇的頂出機構為頂桿頂出。圖 6-1 所示。 圖 6-1 頂桿 測量推板上表面到下模上表面的尺寸，即是頂桿的長度尺寸L=110mm。直徑為4mm。 為了方便去除冷料，在頂針板上設計了一個拉料桿，在分模時拉出廢料。垃圾釘長度為105mm，直徑為3mm。 7 冷卻系統(tǒng)的設計 7.1 水路的選擇 確定模溫調節(jié)系統(tǒng)，通常用PP材料塑件的注射模具，不需要加熱。本次設計直接用胡波軟件調出水路，圖8-1。 圖 8-1 水路與型芯的位置圖 7.2 水路尺寸的計算 水管直徑為6mm，水管之間距離為90mm，水管與板的距離為15mm。用水管塞塞住水管，形成一個回路。 圖 8-2 水路圖 8 模具視圖 本設計主要視圖見圖9-1，圖9-2。 圖 9-1模具的透明視圖 圖 9-2模具三視圖 總 結 ? 本次設計通過對玩具零件的塑料件分析，該塑件結構簡單，外表面要求光滑無毛刺。塑料件材料為PP。根據(jù)塑件的結構形式，分型面選在外沿最大處。塑件的精度要求不是太高，尺寸較小，采用一模兩腔的布局形式，推桿推出。在設計過程中主要運用了UG、CAD和MOIDFLOW軟件，這些軟件可以讓設計更加方便。 在設計的過程中發(fā)現(xiàn)經(jīng)驗公式有不同的地方，不同公式的計算結果有的相差比較大，尤其是在型芯尺寸和頂桿推出力的計算這兩方面。在完成圖紙后發(fā)現(xiàn)塑件的設計有的地方不合理，比如說拔模斜度，雖有經(jīng)驗可循，但從實際中看顯然本設計的塑件拔模斜度做的還不好，一開始考慮零件尺寸不大，所以沒有精確計算；還有就是在冷卻計算時要考慮到零件的復雜性，冷卻時間的問題是一個關鍵的部分，因為它影響著生產(chǎn)效率；由此可見，注塑件的設計與模具設計密切相關，好的塑件結構可以簡化模具結構，降低生產(chǎn)的成本。 致 謝 時間過得很快，轉眼就快到畢業(yè)的時候了，春夢秋云，聚散真容易。從開始進入課題到論文順利的完成，一直都離不開老師、同學、朋友們給我的幫助，在這里請接受我誠摯的謝意! 感謝在大學生活中一直辛勤培育我的老師，最應該感謝的是我的指導老師，他那隨和而不失嚴禁的治學態(tài)度和勞逸結合的工作態(tài)度對我產(chǎn)生了很深的影響。是他讓我對模具專業(yè)產(chǎn)生了濃厚的興趣，指導老師讓我體會到了實踐出真知的真諦。我在學業(yè)上的每一點進步都離不開指導老師的鼓勵和肯定。他在我們的學習全面而悉心的指導也花費不少的時間，他也給了我們很多提升自己的機會。還記得每次有問題就會請教他，指導老師就悉心的教學，不漏過每一點細節(jié)。他在思想和生活上對我們十分關心，也正是他的指導讓我在為人處世方面更趨成熟。所有的一切，我都會銘記于心。還有很多人要感謝，還要感謝我們的學校，感謝給予我們一個很好的學習環(huán)境，培養(yǎng)我們，照顧我們。在此，謹以最誠摯的心情對學校所有教育我、關心過我的老師表示最衷心的感謝！ 時光荏苒，光陰似箭。我們在學校的日子馬上要結束了，心中難免不舍，但對未來同樣充滿著憧憬?？赡芏嗄曛?，我再回首，更會發(fā)覺學校記憶是那么的深刻與難忘。我相信這會是最快樂的時間。 最后，感謝所有愛我的人，你們的支持才使我能夠安枕無憂地順利完成學業(yè)。 附 錄 參考文獻 [1] 趙蓓蓓.?初探塑料模具材料現(xiàn)狀及發(fā)展方向[J]. 科技資訊,?2009, [2] 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2007. [3] 伍先明，王群.?塑料模具設計指導[M].?北京: 國防工業(yè)出版社,?2006. [4] 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設計. 北京：清華大學出版社, 2005. [5] 朱光力,?萬金保.?塑料模具設計[M].?北京: 清華大學出版社, 2003. [6] 任天娟.?中小型注塑模標準模架的選用[J].?廣西輕工業(yè), 2009． [7] 王孝培． 塑料成型工藝及模具簡明手冊．北京：機械工業(yè)出版社, 2000． [8] 高佩福. 實用模具制造技術．　北京：中國輕工業(yè)出版社, 1999． [9] 翁其金. 塑料模塑成型技術[M].?北京: 機械工業(yè)出版社,?2001. [10] 齊曉杰. 塑料成型工藝與模具設計. 北京：機械工業(yè)出版社, 2005.? 23