四凸臺(tái)積木注塑模設(shè)計(jì),四凸臺(tái),積木,注塑,設(shè)計(jì) 摘 要 本文主要介紹的是塑料積木的整個(gè)設(shè)計(jì)過程，要求設(shè)計(jì)出ABS塑料積木的注射模具。我們此次采用的是三板模設(shè)計(jì)，點(diǎn)澆口形式澆注。里面運(yùn)用到了復(fù)位桿、頂針、冷卻水道等機(jī)構(gòu)。最終完成整套UG三維立體圖和二維AutoCAD裝配圖。 關(guān)鍵詞：三板模；點(diǎn)澆口；ABS塑料 Ⅰ 目 錄 前 言 1 1 塑件的工藝分析 3 1.1 塑件的成型工藝性分析 3 1.1.1 產(chǎn)品說明 3 1.1.2 材料介紹及分析 4 1.2 加工特性和應(yīng)用范圍 5 1.2.1 塑件ABS加工特性 5 1.2.2 塑件ABS的應(yīng)用范圍 5 2 模具的基本結(jié)構(gòu) 6 2.1 分型 6 2.1.1 收縮率 6 2.1.2 拔模斜度設(shè)計(jì)及分型面的確定 6 2.2 腔體的確定 7 2.2.1 型芯型腔 7 2.2.2 型腔數(shù)目的決定及排布 7 3 模架的選用 8 3.1 模架 8 3.1.1 調(diào)模架 8 3.1.2 開框 9 3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 10 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成及作用 10 3.2.2 澆注系統(tǒng)的部件設(shè)計(jì) 10 4 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì) 14 4.1 推出機(jī)構(gòu)的介紹 14 4.1.1 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 14 4.1.2 設(shè)計(jì)思路 14 4.2 推出機(jī)構(gòu)的選擇 14 4.2.1 開閉器 14 4.2.2 小拉桿 15 4.2.3 頂針 16 5 冷卻系統(tǒng) 18 5.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 18 5.1.1 冷卻系統(tǒng)的介紹 18 5.1.2 水道 18 5.2 模具總圖 19 5.2.1 三維圖 19 5.2.2 二維裝配圖 19 總 結(jié) 21 致 謝 22 參考文獻(xiàn) 23 前 言 隨著人類生活水平的提高，工業(yè)的迅速發(fā)展，在此時(shí)，模具便產(chǎn)生了。模具是強(qiáng)國之本，他的發(fā)達(dá)可以使一個(gè)國家軍事強(qiáng)大、經(jīng)濟(jì)繁榮昌盛。它具有著工業(yè)之母的美稱，我們的日常生活處處離不開它，可見模具的重要性。 近代西方人把模具行業(yè)的起源歸納給了德國的一名鞋匠，是他發(fā)明了模具，目的就是為了證明西方的人要比東方人聰明。其實(shí)，早在我國古代就出現(xiàn)了模具，它就是“鼎”，用的是模具澆鑄，脫蠟法，至今現(xiàn)代中國和西方都無法超越我國商代先輩們的智慧工藝?？梢哉f，如果沒有模具，人類就沒有文明。 模具有著許多類種，分為五金模具、塑料模具兩個(gè)大類，而注塑模具就是塑料模具中的一種。中國作為人口大國，隨著工業(yè)的發(fā)展，需求越來越多，對于塑料產(chǎn)品的需要顯然更是必不可少的。在我國，塑料模具大約占著總模具的三分之一。 注塑成型已經(jīng)成為當(dāng)今市場上最熱銷、最常用的塑料成型方法了。所以注塑模具作為塑料模的一種，是有很大市場需求量的。 注塑成型模具，如今塑件制造中最常用的方法了，它具有低勞動(dòng)力成本，而且材料可以廣泛的應(yīng)用。注塑模具它的廢料損失是很小的、材料也是可以反復(fù)使用的，這些都是我們注塑模具技術(shù)的特點(diǎn)。 塑料的主要成分是樹脂，樹脂分為天然樹脂和合成樹脂兩大類。塑料一般采用合成樹脂居多，它是一種加入了添加劑的有機(jī)高分子材料。塑料產(chǎn)品一般根據(jù)需要可以向其中加入不超過國家規(guī)定含量的添加劑，改善性能、增加產(chǎn)品的強(qiáng)度，從而降低生產(chǎn)成本。常有的添加劑有固化劑、發(fā)泡劑、填料、助燃劑、抗氧劑、著色劑、潤滑劑、增塑劑、穩(wěn)定劑等等。 隨著塑料模具的快速增長，它在強(qiáng)度和精度的方面不斷提升，自動(dòng)化、高效率、精密、微型以及大型、壽命長的模具在整個(gè)模具產(chǎn)值中所占比例越來越大。有一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑料件，一般能夠卻代多個(gè)普通傳統(tǒng)的金屬件。塑料模具在日常中處處可見，比如生活用品中有臉盆、塑料飯盒、礦泉水瓶、手機(jī)蓋、塑料水杯、電腦外殼等等。 如今，市場上的兒童玩具各式各樣，有很多，相信大家都知道樂高的拼接小積木，它是專為開發(fā)智力、拓展想象力而設(shè)計(jì)的一款產(chǎn)品。不僅孩子們玩的是不亦樂乎，作為大學(xué)生的我們也在玩。積木是注塑成型的，屬于注塑模。本篇文章主要闡述的是，樂高四凸臺(tái)拼接小積木的整個(gè)設(shè)計(jì)過程。從塑性材料的工藝分析（材料的選擇；產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的分析；尺寸的計(jì)算）——分型——型芯型腔——模架選擇——開框——澆注系統(tǒng)——冷卻等等。 注塑模有兩板模和三板模，此次，采用的是三板模來設(shè)計(jì)積木。 通過此次設(shè)計(jì)，使我對點(diǎn)澆口塑料模具有了深刻的認(rèn)識，在此過程中通過查閱教科書、手冊、大量資料，也讓我對注塑模具框架結(jié)構(gòu)（澆注系統(tǒng)、推出機(jī)構(gòu)、冷卻水道、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)）有了系統(tǒng)的認(rèn)識。讓我對自己專業(yè)的發(fā)展更是充滿了信心，為日后走上社會(huì)積累了工作經(jīng)驗(yàn)。 1 塑件的工藝分析 1.1 塑件的成型工藝性分析 1.1.1 產(chǎn)品說明 此次模具設(shè)計(jì)的產(chǎn)品原件是四凸臺(tái)小積木，結(jié)構(gòu)簡單，便于成型。產(chǎn)品材料為ABS，本次設(shè)計(jì)產(chǎn)品在AutoCAD2010、UG9.0的輔助下完成的。積木的產(chǎn)品設(shè)計(jì)草圖如圖1-1所示，三維圖如圖1-2所示： 圖1-1 積木草圖 1:1 圖1-2 積木三維圖 1:1 1.1.2 材料介紹及分析 產(chǎn)品材料選用:ABS塑料 化學(xué)名為：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，該塑料為熱塑性樹脂，非結(jié)晶型，成型收縮率為0.4％～0.9％，綜合性能較好，其流動(dòng)性中等，易吸收潮濕，外表又能沾附水分。熱穩(wěn)定性好，尺寸穩(wěn)定，易成型和機(jī)械的加工，因此ABS適用于積木的制造設(shè)計(jì)。 1.2 加工特性和應(yīng)用范圍 1.2.1 塑件ABS加工特性 ABS塑料吸水性能強(qiáng)，在其成型之前應(yīng)對其進(jìn)行預(yù)熱，使它充分干燥。否則，會(huì)給產(chǎn)品成型帶來困難以及影響外觀的質(zhì)量和機(jī)械的強(qiáng)度顯著下降。常用的干燥方法有：真空干燥、循環(huán)熱風(fēng)干燥、紅外線干燥等。ABS塑料冷卻速度較慢，模具的澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)該選以用短、粗為原則，并設(shè)有冷料穴。 1.2.2 塑件ABS的應(yīng)用范圍 ABS塑料在日常生活中很常見，它的應(yīng)用范圍很廣，主要制造洗衣機(jī)、電話、錄音機(jī)、傳真機(jī)、兒童玩具的殼體。同時(shí)辦公用品、機(jī)械、汽車、家用電器和造船都有運(yùn)用。 其它制品：文具、攪拌器、噴氣式雪橇車、手柄以及儀表板等。 2 模具的基本結(jié)構(gòu) 2.1 分型 2.1.1 收縮率 塑料都有一定收縮性，不管是熱固性還是熱塑性塑料，在成型脫模后都會(huì)因?yàn)闇囟葻崦浝淇s的影響造成，尺寸小于模具的型腔尺寸，因此我們在給塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)，要把收縮量給補(bǔ)償?shù)叫颓簧稀＿@就是設(shè)計(jì)時(shí)要給積木零件添加的收縮率，從材料分析中得知ABS塑料收縮率為0.4％～0.9％，在UG偏置/縮放率命令中輸入縮放率0.8％。 2.1.2 拔模斜度設(shè)計(jì)及分型面的確定 產(chǎn)品成型后脫模時(shí)，需要考慮，塑件留在動(dòng)模還是定模上，再加上塑件本身冷卻收縮以及模具分型使摩擦等作用，會(huì)使塑件在脫模時(shí)產(chǎn)生磨損，造成脫模困難。因此會(huì)加上一定的拔模斜度，本產(chǎn)品積木設(shè)計(jì)，塑件脫模后留在動(dòng)模上，拔模斜度為1°。 在塑料模具設(shè)計(jì)過程中，離不開的便是分型面，有了分型，才能分割出型芯型腔，它是確定塑件成型時(shí)開模的方向以及確定開模的位置。從資料中以及老師說分型面的是在零件的最大截面處。因此分型面是在最底面。 分型面設(shè)計(jì)的一般原則： （1） 在開模時(shí)應(yīng)盡量使塑件留在動(dòng)模內(nèi)，一般取在脫模方向最大投影的邊緣部位。 （2） 應(yīng)合理安排塑件在型腔里的方位。 （3） 保證塑件的質(zhì)量 （4） 合理的安排澆注系統(tǒng)，特別是澆口位置。 （5） 分模時(shí)應(yīng)盡量不破壞塑件的外觀，光滑的外表面。 積木塑件分型面如圖2-1所示： 圖2-1分型面 2.2 腔體的確定 2.2.1 型芯型腔 型芯和型腔是塑料模具的重要組成部分，它是用來成型塑件的關(guān)鍵部件，型芯型腔的質(zhì)量直接影響著模具使用壽命和成型件的質(zhì)量。 2.2.2 型腔數(shù)目的決定及排布 型腔布局的原則： （1） 確保模具的溫度和受壓力平衡 （2） 澆口位置的統(tǒng)一原則 （3） 分流道應(yīng)盡量最短 （4） 成型的塑件尺寸最小的原則 （5） 送料的平衡原則 值得注意的是型腔數(shù)目越多，模具發(fā)生故障的幾率也就越大。 根據(jù)模具制造的成本、制造難度和生產(chǎn)的效率綜合考量，以及根據(jù)同學(xué)Moldflow軟件分析測試最終確定一模兩腔。 分型面做好之后，便可以打開UG的拆分體的命令分割出型芯和型腔，型腔尺寸為：190mm×120mm×55mm,型芯尺寸為: 190mm×120mm×40mm，如圖2-2所示： 圖2-2型芯、型腔 3 模架的選用 3.1 模架 3.1.1 調(diào)模架 根據(jù)型芯和型腔的尺寸，以及該積木塑件的分析。本設(shè)計(jì)采用的是點(diǎn)澆口形式進(jìn)行澆注、因此選用三板模最適合。A/B板寬度尺寸：D1=W1+2T1=120+2×70=260mm、A/B板長度：D2=W2+2T2=190+2×70=330mm、A板厚度：H1=V1+N1=80mm、B板厚度：H2=V2+N2=90mm、C板方鐵高度H=頂針面板厚度+頂針底板厚度+限位釘高度+頂出距離+12mm=100mm。所以， 打開胡波外掛，調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模架，細(xì)水口DCI-350mm×350mm-A80-B90-C100模架。如圖3-1所示： 圖3-1 模架 3.1.2 開框 在型芯型腔設(shè)計(jì)好之后，為了便于型芯型腔合理的放置在動(dòng)模和定模上。因此，需要對模仁進(jìn)行開框處理，打開胡波外掛里開框命令，選擇清角型并對A板模仁進(jìn)行切削。輸入數(shù)據(jù)值，清角直徑為?20，模仁寬X值190mm，模仁長Y值120mm，模仁高Z值為55mm。B板模仁，清角直徑為?20，模仁寬X值190mm，模仁長Y值120mm，模仁高Z值為40mm。如圖3-2所示： 圖3-2 開框 3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成及作用 注塑模的澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，包括主流道、分流道、澆口以及冷料穴四個(gè)部分組成。需要考慮主流道的選擇、分流道尺寸以及位置的確定、澆口位置和澆口形式的確定。澆注系統(tǒng)是十分重要的，它的作用是使塑件熔料平穩(wěn)有序的充填到型腔內(nèi)，從而獲得塑件組織精密，外形輪廓較為清晰的塑件。 3.2.2 澆注系統(tǒng)的部件設(shè)計(jì) （1）澆口設(shè)計(jì)：一般澆注系統(tǒng)的澆口形式有三大類，分為直接澆口、側(cè)澆口、以及點(diǎn)澆口。當(dāng)然，還有其它的演化而來的澆口，比如，潛伏式澆口、扇形澆口、搭接式澆口以及圓弧形澆口等。本次積木設(shè)計(jì)采用的是點(diǎn)澆口形式，經(jīng)過同組成員使用Moldflow軟件對塑件進(jìn)行多次分析測試，得到點(diǎn)澆口位置在積木上表面的中心點(diǎn)上效果最佳。點(diǎn)澆口的澆口直徑為?5，點(diǎn)澆口位置如圖3-3所示： 圖3-3 點(diǎn)澆口 （2）主流道設(shè)計(jì)：主流道形狀一般由澆口套決定，為了方便塑件的脫模，我們大多采用圓錐形的主流道，本次設(shè)計(jì)主流道采用圓錐形，如圖3-4所示 圖3-4 主流道及澆口套 （3）分流道設(shè)計(jì)：對于多腔而言，要保證的是各個(gè)型腔澆口位置相同并且熔料到達(dá)每個(gè)腔穴的速度相等。本產(chǎn)品采用的一模二腔形式，為了減少流道中的傳熱損失以及壓力損失，同時(shí)為提高工作效率，此次，我們這里分流道選用為U形道，因?yàn)楦鱾€(gè)塑料的流動(dòng)性都不同，可根據(jù)其塑料的特性粗略來估算分流道尺寸，打開胡波外掛中的水口系列命令，調(diào)用U形道，高度為4mm,位置選用點(diǎn)澆口上面的兩個(gè)圓心點(diǎn)即可。如圖3-5所示 圖3-5 分流道 (4)定位環(huán)：安裝定位環(huán)目的是使模具在注射機(jī)上使用時(shí)準(zhǔn)確、安全、可靠。定位環(huán)的選用和設(shè)計(jì)很關(guān)鍵，這里，采用A型定位環(huán)進(jìn)行定位，定位環(huán)最大長度為135mm,兩個(gè)定位螺釘間距為120mm，高度為15mm,放置澆口套的直徑為?104mm,定位環(huán)底面與上面板的間距為5mm。打開胡波外掛的模具標(biāo)準(zhǔn)件命令，調(diào)用A型定位環(huán)，輸入以上值即可。定位環(huán)如圖3-6所示： 圖3-6 定位環(huán) （5）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)整體思路： ①澆口設(shè)計(jì)：確認(rèn)澆口是何種形式、大小以及數(shù)量。 ②主流道設(shè)計(jì)：確認(rèn)主流道尺寸和位置。 ③分流道設(shè)計(jì)：確認(rèn)分流道尺寸和形狀。 4 脫模系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4.1 推出機(jī)構(gòu)的介紹 4.1.1 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 為了使廢料和塑件成型后順利的脫出，保持模具生產(chǎn)的持續(xù)進(jìn)行，推出機(jī)構(gòu)是必不可少的。 設(shè)計(jì)的基本要求： ⑴設(shè)計(jì)的推桿和推塊要符合產(chǎn)品的要求。 ⑵產(chǎn)品在推出的時(shí)候應(yīng)避免損壞及變形。 ⑶合模時(shí)要確保推出去的機(jī)構(gòu)能夠正確復(fù)位。 ⑷推出去的塑件應(yīng)盡量留在動(dòng)模一側(cè)。 4.1.2 設(shè)計(jì)思路 目的：保證合理無損的推出成型后的塑件以及澆注的廢料。 設(shè)計(jì)過程： ⑴確認(rèn)推出的方向。 ⑵確認(rèn)推出的距離。 ⑶估計(jì)推出力。 ⑶選擇推出的方式。 ⑷設(shè)計(jì)出推出的零部件。 4.2 推出機(jī)構(gòu)的選擇 4.2.1 開閉器 我們在這里選用開閉器安裝在定模和動(dòng)模之間。胡波外掛里選擇膠塞命令，選用模胚開閉器。如圖4-1所示： 圖4-1 開閉器 4.2.2 小拉桿 在胡波外掛找到模具標(biāo)準(zhǔn)件，選用螺絲襯套小拉桿。輸入具體拉桿數(shù)值，然后用四角鏡像命令直接鏡像出四個(gè)對稱小拉桿，拉桿直徑為?20，小拉桿的位置以及尺寸如下圖。小拉桿位置二維圖、三維示意圖，如圖4-2所示 圖4-2 小拉桿 4.2.3 頂針 頂針是負(fù)責(zé)將塑件成型后推出去的輔助工具。作為頂出機(jī)構(gòu)，在一套完整的注塑模具中是少不了它的。這里需要將積木成型后將其順利的頂出，那么接下來需要確定頂針的安裝位置。這里我們設(shè)計(jì)了四個(gè)頂針來頂出積木，頂出位置在四個(gè)凸臺(tái)，兩兩的中心點(diǎn)上。 如圖4-3所示： 圖4-3 頂針 5 冷卻系統(tǒng) 5.1 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 5.1.1 冷卻系統(tǒng)的介紹 塑件積木在成型過程中，模具因?yàn)樗芰系奶畛涑掷m(xù)工作而導(dǎo)致溫度升高，它會(huì)很容易的影響到塑料的填充、塑件的質(zhì)量以及成型的周期。因此，在注塑模具上應(yīng)該加上冷卻系統(tǒng)來幫助模具降溫。 5.1.2 水道 本次采用的是參數(shù)調(diào)節(jié)型環(huán)形的水道，添加在動(dòng)模上來進(jìn)行冷卻。經(jīng)過同組成員用Moldflow軟件對積木分析測試水道冷卻效果之后，下面這種方式冷卻效果最佳。在胡波外掛里選用運(yùn)水系列里的參數(shù)調(diào)節(jié)型冷卻管道。塑件離管道的高度為8mm，離管道四周距離為11mm。如圖4-4所示： 圖4-3 冷卻水道 5.2 模具總圖 5.2.1 三維圖 模具三維立體總圖，如圖4-4所示 圖4-4 模具三維圖 5.2.2 二維裝配圖 模具二維裝配圖，如圖4-5所示 圖4-5 模具二維裝配圖 總 結(jié) 在此設(shè)計(jì)過程中，遇到了很多困難，比如怎么進(jìn)行工藝分析、如何做分型面，經(jīng)過老師的細(xì)心指導(dǎo)以及同學(xué)們的幫助，種種困難也就迎刃而解了。讓我知道了自己其實(shí)還有很多不足的地方。經(jīng)過整套模具的設(shè)計(jì)之后，才知道自己在很多專業(yè)地方是無知的，自己了解的還是太片面了。很多看似一個(gè)簡單的步驟，當(dāng)你真正去做的時(shí)候才知道并不那么容易。比如一個(gè)簡單的材料分析就要查閱大量的資料，這讓我學(xué)習(xí)到了很過知識。 在做分型面的時(shí)候，總是分割不了實(shí)體，后來才發(fā)現(xiàn)分型面必須是一個(gè)完整的面，里面不可以有缺口，如果有得把它修補(bǔ)上。才可以進(jìn)行分割，分割出型芯、型腔。還有就是在給模仁開框的時(shí)候，做不了，以為是什么地方或者方式做的不對，試了很多次才發(fā)現(xiàn)原來是給Z軸反方向一下就可以了。是給塑件開框的時(shí)候沒有調(diào)整好方向，往往簡單的事情出問題，偏要往復(fù)雜了想。所以，做設(shè)計(jì)的時(shí)候先把里面的小細(xì)節(jié)做好，可以為你后面省去很多時(shí)間。 做注塑模具其實(shí)并不是一蹴而就、一個(gè)簡單的事情，它需要對你所做的產(chǎn)品進(jìn)行分析研究，怎樣做最合適，什么樣的設(shè)計(jì)方法最合理。而整個(gè)設(shè)計(jì)過程是一個(gè)相當(dāng)耗時(shí)間的事情，因此，做設(shè)計(jì)人員必須要靜得了心，不可浮躁。 經(jīng)過此次設(shè)計(jì)我最大的收益是，讓我懂得了在今后的生活中，我依然要不斷的去學(xué)習(xí)，要有不怕苦、不怕難、堅(jiān)持不不懈、持之以恒的精神。更何況我們是做模具這一行業(yè)的，更是要耐下心、吃得了苦。 致 謝 寫到這里，不僅僅是意味著論文快要完結(jié)了，也代表著我在健雄學(xué)院三年的大學(xué)生涯即將結(jié)束完美落幕。心里不經(jīng)有點(diǎn)不舍，不舍與同學(xué)的離別，從此各奔東西，為各自的生活而忙碌，再相聚不知又是何時(shí)。不舍與母校的離別，還記三年前自己獨(dú)自一人，來到了這個(gè)陌生的城市—太倉。 本論文是在老師的教導(dǎo)下完成的，他從我剛來大學(xué)時(shí)就一直是我們的專業(yè)導(dǎo)師。因?yàn)榭烊炅耍晕覀兝蠋熯€是很了解的，他對待自己的學(xué)生是非常關(guān)愛負(fù)責(zé)的。老師認(rèn)真、負(fù)責(zé)的教導(dǎo)我們設(shè)計(jì)的每一個(gè)環(huán)節(jié)。他知識淵博、嚴(yán)謹(jǐn)教學(xué)，對待工作的認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，讓我們跟著后面學(xué)到了很多。不僅學(xué)到了很多專業(yè)知識，也讓我們對待自己的工作要有一顆認(rèn)真負(fù)責(zé)的心。在這里特向我們的老師表示衷心的感謝。 此外，我還要感謝在設(shè)計(jì)過程中幫助我的同學(xué)們。他們給了我很多設(shè)計(jì)該產(chǎn)品的寶貴意見，使我有信心完成整套設(shè)計(jì)。能夠完成整篇設(shè)計(jì)離不開你們，在此衷心感謝他們。 參考文獻(xiàn) [1] 褚建忠，甘輝. 塑料模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及項(xiàng)目實(shí)踐. 浙江：浙江大學(xué)出版社，2015. 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