樂高玩具帽子的注塑模具設(shè)計-塑料注射模含NX三維及4張CAD圖

樂高玩具帽子的注塑模具設(shè)計-塑料注射模含NX三維及4張CAD圖,玩具,帽子,注塑,模具設(shè)計,塑料,注射,nx,三維,cad 樂高玩具帽子的注塑模設(shè)計摘 要此篇畢業(yè)論文是對樂高玩具中帽子零件的設(shè)計與制造過程的表達，運用CAD、UG等軟件，對樂高玩具零件帽子進行了研究和設(shè)計，最終設(shè)計出一副注塑模。該文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性及具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)及有關(guān)參數(shù)的校核都有了詳細的研究和設(shè)計。通過整個設(shè)計過程表明該模具能夠達到此注塑零件所要求的加工工藝。根據(jù)題目本次設(shè)計的主要任務(wù)是樂高帽子注塑模具的設(shè)計，也就是設(shè)計一副注塑模具來生產(chǎn)樂高帽子零件，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：注塑；澆注系統(tǒng)；冷卻；頂出目 錄前 言11 塑件的工藝分析21.1 塑件的成型工藝分析21.1.1 塑件材料ABS的使用性能21.1.2 塑件材料ABS的加工特性21.2 塑件分析21.2.1 外形尺寸分析21.2.2 脫模斜度32 零件結(jié)構(gòu)方案42.1 分型面的設(shè)計42.1.1 分型面設(shè)計原則42.1.2 分型面形式42.1.3 本文設(shè)計分型面的選擇42.2 型腔數(shù)量及排列方式的確定42.2.1 型腔數(shù)量的確定42.2.2 型腔排列形式的確定53 注塑機設(shè)備的選擇73.1 零件的體積質(zhì)量計算73.2 注塑機的選擇73.2.1 澆注凝料的體積計算73.2.2 選擇注塑機74 澆注系統(tǒng)的設(shè)計84.1 澆注方式的選擇84.1.1 選擇澆注方式84.1.2 確定澆注系統(tǒng)84.2 流道的設(shè)計84.2.1 主流道的設(shè)計84.2.2 分流道的設(shè)計原則95 模具模架選擇115.1 模架種類及用途準模架115.2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計116 模具頂出機構(gòu)13總 結(jié)14致 謝15附 錄16參考文獻17 前 言模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是根據(jù)各種不同行業(yè)的要求與需要的不同來制造與設(shè)計各種產(chǎn)品。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。塑料模具是塑料加工工業(yè)中和塑料成型機配套，賦予塑料制品以完善機型和精確尺寸的工具。由于塑料制品加工方法繁多，塑料成型機和塑料制品的結(jié)構(gòu)又繁簡不一，所以塑料模具的種類和結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。塑料制品在人們的日常生活及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。隨著塑料產(chǎn)業(yè)制品的發(fā)展，社會對塑料制品的需求度越來越大。本篇文章所設(shè)計的產(chǎn)品為樂高玩具的某個單個零件，用注塑的方式來完成，用于塑料制件注塑成型的模具，通稱注塑模。注塑模主要應(yīng)用于熱塑性塑料制品成型，近年來也越來越多的用于熱固性塑料制品成型，這是一類用途廣泛，占有比重大，技術(shù)較為成熟的塑料模具。樂高玩具得到許多孩子的喜愛與家長的信賴主要原因就是樂高產(chǎn)品的質(zhì)量值得信賴。自20世紀90年代以來，我國塑料模技術(shù)發(fā)展迅速，已進入一個全新的階段。已能實現(xiàn)國內(nèi)自行設(shè)計、制造部分進口模具；許多模具生產(chǎn)廠已使用電加工、數(shù)控加工和快速經(jīng)濟制技術(shù)替代通用機床加工；有許多工廠以完全可以定點生產(chǎn)標準模架及模具標準件，越來越多的企業(yè)采用標準件以改變過去完全由本企業(yè)包干生產(chǎn)的方式，標準件質(zhì)量也有明顯提高。這些都反映我國在塑料模設(shè)計與制造方面取得的顯著進步。這篇設(shè)計文章就是希望可以還原樂高零件的制造過程，首先選定樂高玩具的某一個零件，這次我選擇的是樂高玩具的帽子零件，首先要查詢此零件所用的材料及材料的收縮率、材料的特性、材料的流動性等。根據(jù)帽子的尺寸大小進行測量和在UG軟件中進行繪制，對零件進行工藝分析，分析零件的結(jié)構(gòu)合理性及成型條件，注塑模具根據(jù)其零件的大小尺寸選取不同的模架，然后在分析零件的最佳注塑澆口位置，根據(jù)模板的大小尺寸來設(shè)計模腔，計算模腔的分布與距離尺寸，然后選取模架，設(shè)計水路，模具的推出機構(gòu)等。1 塑件的工藝分析1.1 塑件的成型工藝分析1.1.1 塑件材料ABS的使用性能綜合性能較好，有較高的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度、沖擊韌度、力學(xué)強度較高，尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性、電氣性能良好；無毒無味，易于成形和機械加工，與有機玻璃的熔接性良好，可作雙色成形塑件。1.1.2 塑件材料ABS的加工特性無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成形特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成形方法及成形條件。吸濕能力較強，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱、干燥。流動性中等，溢邊料0.04mm左右。比聚苯乙烯加工困難，所以為達到加工條件要求應(yīng)選取高料溫。料溫對物性影響較大、此材料在高溫狀態(tài)下易分解，對精度要求較高的塑件，模溫宜取5060，耐熱型材料宜取6080。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為180230，注射壓力為100140MPa，螺桿式注塑機則取160220，70100MPa為宜。1.2 塑件分析1.2.1 外形尺寸分析該塑件壁厚為2mm，外形尺寸適中，同時塑料熔體流程不太長；塑件體有臺階，但不影響模具制造，適合于注塑成型，如圖1-1所示。 圖1-1 零件圖1.2.2 脫模斜度ABS屬無定型材料，成型收縮率較小，為（0.40.7）%，按照表1-1選擇型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為40。 表1-1常用塑料的脫模斜度塑料名稱 脫模斜度凹模型芯聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、氯酰胺、氯化聚醚25 4520 45硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35 4030 50聚苯乙烯、有機玻璃、ABS、聚甲醛35 13030 40熱固性的塑料25 4020 502 零件結(jié)構(gòu)方案2.1 分型面的設(shè)計2.1.1 分型面設(shè)計原則1)有利于脫模；2)不影響塑件的尺寸精度；3)須保證塑料制品外觀質(zhì)量要求；4)有利于簡化模具結(jié)構(gòu)；5)方便模具的制造加工；6)分型面上盡量避免尖角利邊。2.1.2 分型面形式分型面的選擇方法與塑件的幾何形狀、脫模方法、模具類型及排氣條件等方面有關(guān)，常見的分型面形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面和曲面分型面。2.1.3 本文設(shè)計分型面的選擇 通過對塑件結(jié)構(gòu)進行工藝分析，同時根據(jù)以上分型面形式的選擇原則綜合考慮，決定將分型面選在塑件截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上，其位置如圖2-1所示。圖2-1 零件分型面圖2.2 型腔數(shù)量及排列方式的確定2.2.1 型腔數(shù)量的確定該塑件精度較低，且適合大批量制造生產(chǎn)，故可采用一模多腔的注塑結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸與塑件結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，加之制造成本和經(jīng)濟利益等因素的影響，決定選用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)形式。2.2.2 型腔排列形式的確定1)型腔排列的一般原則 （1）溶料流動長度要適當(dāng)，流道廢料應(yīng)盡量減少，注塑澆口位置選取合適，進料要均勻平衡，還要使型腔壓力均衡； （2）型腔排列應(yīng)保證流道、澆口等距離定模腔邊緣有一定適當(dāng)距離； （3）為了使模具成型時的冷卻效果達到要求，型腔排位時應(yīng)注意螺釘、推桿與冷卻水倒是否有影響，應(yīng)預(yù)留冷卻水孔的位置。2)綜合考慮上述型腔排列原則及塑件成型加工難易度、經(jīng)濟實用性、成本等因素，又由于本次設(shè)計選擇的是一模四腔排列形式，故采用直線式對稱排列形式，如圖2-2所示。 圖2-2 模具型腔圖 圖2-3型腔排列圖3 注塑機設(shè)備的選擇3.1 零件的體積質(zhì)量計算（1）注塑件的體積：根據(jù)UG軟件中的零件測量數(shù)據(jù)得出V110.95 cm3；（2）注塑件的總質(zhì)量：ABS材料的密度為1.021.20 g/ cm3，這里取1.10 g/ cm3。由于體積已經(jīng)知道，所以注塑件的質(zhì)量為=V=10.95x1.10=12.045g。3.2 注塑機的選擇3.2.1 澆注凝料的體積計算澆注系統(tǒng)在未設(shè)計完成之前，凝料的體積是不能確定的，只能大致的估算。估算的依據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗按照注塑件體積的0.2倍1倍來計算。本次設(shè)計中采用凝料按照注塑件體積的0.2倍來估算。一次注入模具型腔的總體積是V=4V（1+0.2 ）=57.816 cm3。3.2.2 選擇注塑機根據(jù)上一步的計算得出一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量為57.816cm3，如果想要滿足實際注塑的需要，就要與注塑機理論注射量的0.8倍相比配。所以，注塑機的理論注射量為：V/0.8 cm3=57.816/0.8 cm3=72.27cm3。所以初步選用注射機型號為XS-ZY-125，該注射機技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。 表2-1注射機技術(shù)參數(shù)一次注射量（cm3）125螺桿直徑（mm）42注射壓力（MPa）119注射方式螺桿式鎖模力（kN)900最大注射面積（cm2）320最大開模行程（mm）300模具最大厚度（mm）300模具最小厚度（mm）200動、定模固定板尺寸（mm）4204504 澆注系統(tǒng)的設(shè)計4.1 澆注方式的選擇4.1.1 選擇澆注方式此零件采用注射成型的方式生產(chǎn)。為保證塑件達到表面質(zhì)量要求，故采用側(cè)澆注塑成型方式，因此模具為簡單的兩板式注射模具結(jié)構(gòu)。4.1.2 確定澆注系統(tǒng)該塑件在注塑時采用一模四腔澆注形式，綜合考慮澆注系統(tǒng)方式、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等因素。為保證達到塑件的表面質(zhì)量要求，故采用側(cè)澆口澆注系統(tǒng)成型形式，為了減少在充模時壓力的損失和無料損耗，主流道的長度應(yīng)盡可能縮短，一般控制在60mm以內(nèi)。采用圖4-1的型腔排列方式的最大優(yōu)點是塑料溶液流程短，可達到塑件成型質(zhì)量標準，這樣的模具結(jié)構(gòu)尺寸較小、制造加工方便、生產(chǎn)效率較高、塑件成本較低。澆口套常用制造材料為T8或T10鋼材制作，如圖4-1所示，主流道長度為58mm，符合要求。 圖4-1 澆注系統(tǒng)分布圖4.2 流道的設(shè)計4.2.1 主流道的設(shè)計主流道的截面形狀一般為圓形，有正圓錐行主流道和倒圓錐形主流道兩種不同形式。正圓錐形主流道的對面應(yīng)設(shè)置拉料鉤，可將注塑時在主流道中冷卻的凝料拉出。已知熱固性塑料的塑性較差，所以流道截面尺寸不宜太小，否則會使流道中料流的阻力增大，不容易充滿型腔，造成欠壓。倒圓錐形主流道常于端面鍥形槽的壓柱配合使用，開模時，主流道與加料室中由于注塑冷卻時的殘余廢料由壓柱帶出便于清理，這種流道即可用于一模多腔，又可用于單型腔模具或同一塑件有幾個澆口的模具。如圖4-2所示，此塑件選取主流道形式為正圓錐形主流道。 圖4-2 主流道設(shè)計圖4.2.2 分流道的設(shè)計原則分流道多采用平衡式布置，流道應(yīng)光滑、平直，盡量避免彎折。分流道的設(shè)計選取通常運用圓形道，主要設(shè)計在定模板的分型面上，型芯型腔各一半，這樣加工比較方便。分流道的直徑取4mm，根據(jù)常用塑料的分流道直徑表，如下表3-1所示。表3-1 常用塑料分流道直徑 塑料名稱分流道直徑/mm塑料名稱分流道直徑/mmPE310PMMA810PP4.810PVC6.416PS3.210PA310ABS3.210PPS6.410PC4.810PPO6.410HIPS3.210PES6.410根據(jù)表3-1中常用塑料分流道直徑可得本塑料模具分流道直徑應(yīng)為3.2mm10mm，如圖4-3所示本塑件分流道尺寸為4mm,符合要求。 圖4-3 分流道圖5 模具模架選擇5.1 模架種類及用途準模架模架是由模板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、和復(fù)位桿等各種不同零件組成。模架分為兩板模和三板模兩種不同類型，標準模架則是由結(jié)構(gòu)、形式和尺寸都已經(jīng)標準化并具有一定互換性的零件成套組合而成的一類模架。而我們所學(xué)習(xí)運用的龍記大水口模架有12種型號，分別為AI、BI、CI、DI、AH、BH、CH、DH、AT、BT、CT、DT，模胚類型有大水口、細水口、簡化細水口三種系列，本套模具選用的模架由型芯、型腔大小規(guī)格所選用的模胚類型：大水口型號：CI模胚規(guī)格：1515如圖5-1所示。 圖5-1 模架圖5.2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計對于大多數(shù)熱塑性塑料模具上不需設(shè)置加熱裝置。為了縮短成型周期，需要對模具進行冷卻，常用冷卻液體水對模具進行冷卻。即在注塑完成后通循環(huán)冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔內(nèi)，以便迅速使模具冷卻。冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑盡可能的大。一般水孔直徑可根據(jù)塑件平均壁厚來確定，平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取810mm;平均壁厚24mm時，水孔直徑可取1012mm;平均壁厚46mm時，水孔直徑可取1014mm,冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等。冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水。如圖5-2所示，本次設(shè)計的塑件壁厚2mm，直徑8mm，滿足要求。 圖5-2 冷卻回路圖6 模具頂出機構(gòu)本次注塑模設(shè)計注塑件形狀結(jié)構(gòu)簡單、而且是對成型的塑件。設(shè)計這套模具的頂出機構(gòu)時，我取用了頂桿推出機構(gòu)，在每個型芯中心部位各放置一個頂桿，并且推桿的直徑不能大于塑件內(nèi)頂出圓孔的直徑。這樣放置推桿的目的是防止塑件因推出時受力不均勻而發(fā)生變形現(xiàn)象，同時保證塑件的外表面質(zhì)量。推桿的高度是面針板到型芯的距離。由于采用一模四腔的排列方式，所以推桿的使用數(shù)量為4根。如圖6-1所示。這樣的設(shè)計，可以簡化模具制造時的難度，并且能不影響塑件的取出。 圖6-1 頂出機構(gòu)圖總 結(jié)通過對樂高玩具零件的設(shè)計，對常見塑料在成型過程中對模具的工藝要求有了更深一層的理解，掌握了塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計計算方法，對獨立設(shè)計模具具有了一次新的鍛煉。在開始做這套模具時對零件的選取浪費了時間，最終選取了樂高積木來做，因為樂高積木是由一個個小的塑料零件拼裝而成，每一個部分都可以設(shè)計為一套模具，樂高玩具的質(zhì)量很好，所選取的材料也是嚴格要求的，根據(jù)要求對零件進行工藝分析，其次就是零件的分型面選取，分型面的選擇，應(yīng)有利于脫模。根據(jù)零件尺寸的大小進行合理設(shè)計模、腔的數(shù)量及布局，要特別注意梯形型腔的出件方式及拔模斜度的設(shè)計，根據(jù)零件的工藝性能設(shè)計流道類型，通過設(shè)計澆注系統(tǒng)，計算側(cè)澆口、分流道、主流道的尺寸，繪制澆注系統(tǒng)。計算型腔與模架之間合理的尺寸，調(diào)取模架，開框并將型芯型腔嵌入所選模架。選擇合理的頂出方式。設(shè)計冷卻系統(tǒng)，運水方式，運水直徑的大小，要進行合理的選擇與布局。在設(shè)計前，我們應(yīng)該把準備工作做好，避免由于設(shè)計過程中因為某一點的困難而影響整個設(shè)計。在設(shè)計過程充分利用了各種可以利用的方式方法，同時在反復(fù)的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設(shè)計的階段充分利用CAD、UG等軟件就是一例，軟件工具的利用，大大提高了工作效率。致 謝畢業(yè)設(shè)計的完成也預(yù)示著大學(xué)三年即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中碰到了許多自己做畢業(yè)設(shè)計前所沒想到的困難，如零件裝配圖的標注、零件設(shè)計時一些數(shù)據(jù)尺寸的計算、查證等等，把我這三年來所學(xué)的課程基本來了一次大綜合。在設(shè)計的這段時間里感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，設(shè)計才能順利地完成。附 錄 參考文獻1 吳百中. 機械制圖. 浙江：電子工業(yè)出版社，2011.2 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.3 張景黎塑料模具設(shè)計與制造實訓(xùn)教程北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20094 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2005.5 洪慎章. 實用注塑成型及模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2006.6 謝鵬程高分子材料注射成型CAE理論及應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20107 褚建忠.塑料模具設(shè)計基礎(chǔ)及項目實踐.浙江：浙江大學(xué)出版社，2015.8 曹麗平 趙祝和. 塑料模具設(shè)計步驟與實例精解.北京：機械工業(yè)出版社，2010.9 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2008.10 金文兵機械設(shè)計基礎(chǔ)杭州：浙江大學(xué)出版社，2010 XX設(shè)計（XX）任務(wù)書課題名稱：樂高玩具帽子的注塑模設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：院（系）：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師：起止日期 年 月 日至 年 月 日一、課題來源、目標及意義樂高玩具作為玩具行業(yè)質(zhì)量很好的一個品牌，而且樂高玩具種類很多，每個不同的零件都可作為模具注塑的一個研究項目。研究該項目是為了更好的去學(xué)習(xí)盆栽注塑模具設(shè)計的過程熟悉怎么樣用一些軟件，比如用UG畫三維圖、CAD繪二維圖等。通過此次畢業(yè)設(shè)計，學(xué)生將對注塑模有更進一步的了解。對于本次設(shè)計，學(xué)生將綜合運用所學(xué)知識，完成材料的選用、材料的工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、型芯型腔尺寸的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。在以后的設(shè)計模具時，學(xué)生就知道如何選擇分型面等問題，在以后工作中設(shè)計模具時，學(xué)生就知道該怎樣去合理設(shè)計合理模具。讓學(xué)生對注塑模具的設(shè)計產(chǎn)生更大的興趣。二、畢業(yè)設(shè)計（論文）內(nèi)容及要求本次設(shè)計將通過對注塑件的分析與計算，合理選擇結(jié)構(gòu)，并對各個參數(shù)進行校核，設(shè)計出一個樂高玩具零件注塑模具。本次設(shè)計對于學(xué)生的能力有很大的提高，意義蠻大，熟悉型芯型腔尺寸的確定；繪制型芯型腔等主要零件的零件圖；頂料方式的選擇；根據(jù)鎖模力，注射量等選擇注塑機；模具裝配圖的繪制。三、畢業(yè)設(shè)計（論文）進程安排序號設(shè)計（論文）各階段名稱計劃時間1畢業(yè)設(shè)計輔導(dǎo)，學(xué)生進行相關(guān)準備工作，選題并審批。 年11 月15日 前2教師下發(fā)任務(wù)書，學(xué)生完成開題報告，教師審核。 年11 月28日 前3學(xué)生上交開題報告，開始設(shè)計。教師指導(dǎo) 年11 月29日至 年12 月12日4學(xué)生完成畢業(yè)設(shè)計，并上報周記5次，教師指導(dǎo) 年12 月12日至 年3月1日 5學(xué)生提交畢業(yè)設(shè)計材料（電子稿與紙質(zhì)稿）。 年3 月3日前6畢業(yè)設(shè)計答辯。 年 月 日四、參考書及參考文獻1 吳百中. 機械制圖. 浙江：電子工業(yè)出版社，2011.2 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.3 張景黎塑料模具設(shè)計與制造實訓(xùn)教程北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.4 鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2005.5 洪慎章. 實用注塑成型及模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2006.6 謝鵬程高分子材料注射成型CAE理論及應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20107 褚建忠.塑料模具設(shè)計基礎(chǔ)及項目實踐.浙江：浙江大學(xué)出版社，2015.8 曹麗平 趙祝和. 塑料模具設(shè)計步驟與實例精解.北京：機械工業(yè)出版社，2010.9 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2008.10 金文兵機械設(shè)計基礎(chǔ)杭州：浙江大學(xué)出版社，2010.指導(dǎo)教師（簽字）: 院（系）主任（簽字）: XX設(shè)計(XX)開題報告題 目：樂高玩具帽子的注塑模設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：院（系）：專業(yè)班級：指導(dǎo)教師： 年 月 日一、課題來源、選題依據(jù)、課題研究目的、應(yīng)用價值樂高玩具作為玩具行業(yè)質(zhì)量很好的一個品牌，而且樂高玩具種類很多，每個不同的零件都可作為模具注塑的一個研究項目。在此次設(shè)計樂高玩具零件塑料模具時，使我們對軟件的使用更為熟練，比如用UG畫模具三維圖、CAD繪模具裝配二維圖等。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我們將對塑料模設(shè)計流程有更進一步的了解。本次畢業(yè)設(shè)計也用到了Moldflow模流分析，更貼近企業(yè)設(shè)計，同時節(jié)省開模時間。對于本次設(shè)計，我們將綜合運用所學(xué)知識，完成材料的選用、材料的工藝分析、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計、型芯型腔尺寸的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。在以后的設(shè)計模具時，我們就知道怎樣能不能更好的選擇分型面等問題，在以后工作中設(shè)計模具時，我們就知道該怎樣去合理設(shè)計合理模具。讓我們對塑料模具的設(shè)計產(chǎn)生了更大的興趣。二、課題研究的基本思路、研究的關(guān)鍵問題和研究手段（途徑）對于樂高玩具零件的設(shè)計而言，我們首先要考慮我們所設(shè)計的塑料件是否符合制造要求，然后運用模具注塑成型工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，分析塑料件的性能要求，選擇出符合該制件的材料。之后型芯型腔尺寸的確定、繪制主要零件的零件圖、模具裝配圖的繪制等。再此期間，我們將遇到很多問題，其中要研究的關(guān)鍵問題主要有塑料件材料的選用；塑料件的公差等級；注塑機的選擇。還有一些細節(jié)方面，也是我們此次設(shè)計中將遇到的的問題。比如繪制零件圖時，要考慮型芯型腔精度、尺寸。 通過老師對塑料模相關(guān)知識的講解和翻閱很多有關(guān)沖壓模具設(shè)計的書籍、文獻，我們會對上述的關(guān)鍵問題逐一解決。三、論文的主體框架和主要內(nèi)容概述想要設(shè)計出一套完美的設(shè)計，必須掌握本設(shè)計塑料成型工藝及模具設(shè)計的基礎(chǔ)知識，設(shè)計一套完整的塑料模設(shè)計一般按以下的步驟來完成： 1、塑料件分析：1）功能分析2）塑件成型分析2、成型工藝分析：1）塑件的選材3、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計：1）分型面的選擇 2）型腔的布局3）澆注系統(tǒng)的設(shè)計4）推出機構(gòu)的設(shè)計5）模架類型的選擇6）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計7）排氣系統(tǒng)設(shè)計8）型芯型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計9）側(cè)抽芯結(jié)構(gòu)設(shè)計10)模具草圖繪制11）模具工作原理4、模具尺寸計算與注塑機選擇：1）型芯型腔結(jié)構(gòu)尺寸計算 2）模具機構(gòu)尺寸計算3）側(cè)抽芯尺寸的計算4）注塑量的計算5）鎖模力的計算6）注塑機的選擇7）其他尺寸計算8）注塑機校核5、模具圖紙的繪制：1）模具裝配圖的繪制）2）零件圖的繪制以上5點基本上包括了設(shè)計一套模具所需的步驟和要求。同時，在之后的設(shè)計過程中，我們將通過查閱大量資料、手冊、標準等，結(jié)合教材上的知識也對塑料模具的組成結(jié)構(gòu)（澆注系統(tǒng)、頂料方式）有了系統(tǒng)的認識。四、論文工作進度與安排起訖日期工作內(nèi)容達到要求畢業(yè)設(shè)計輔導(dǎo)，學(xué)生進行相關(guān)準備工作，選題并審批。選題審批完成教師下發(fā)任務(wù)書，學(xué)生完成開題報告，教師審核。完成開題報告學(xué)生提交開題報告并開始設(shè)計，教師指導(dǎo)。開題報告審核完成，并已開始設(shè)計老師指導(dǎo)，學(xué)生更改并定稿。畢業(yè)設(shè)計最終稿完成提交畢業(yè)設(shè)計材料（電子稿與紙質(zhì)稿）。材料上交完成畢業(yè)設(shè)計答辯。五、指導(dǎo)教師意見 指導(dǎo)教師：年 月 日六、所在專業(yè)負責(zé)人審查意見 專業(yè)負責(zé)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吳百中. 機械制圖.浙江：電子工業(yè)出版社，2011.2陳志剛. 塑料成型工藝及模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2007.3張景黎塑料模具設(shè)計與制造實訓(xùn)教程北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.4鄒繼強. 塑料制品及其成型模具設(shè)計.北京：清華大學(xué)出版社，2005.5洪慎章. 實用注塑成型及模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2006.6謝鵬程高分子材料注射成型CAE理論及應(yīng)用北京：化學(xué)工業(yè)出版社，20107褚建忠.塑料模具設(shè)計基礎(chǔ)及項目實踐.浙江：浙江大學(xué)出版社，2015.8曹麗平 趙祝和. 塑料模具設(shè)計步驟與實例精解.北京：機械工業(yè)出版社，2010.9屈華昌. 塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2008.10金文兵機械設(shè)計基礎(chǔ)浙江大學(xué)出版社，2010. 樂高玩具帽子的注塑模設(shè)計摘 要此篇畢業(yè)論文是對樂高玩具中帽子零件的設(shè)計與制造過程的表達，運用CAD、UG等軟件，對樂高玩具零件帽子進行了研究和設(shè)計，最終設(shè)計出一副注塑模。該文從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)工藝性及具體模具結(jié)構(gòu)出發(fā)，對模具的澆注系統(tǒng)、模具成型部分的結(jié)構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)及有關(guān)參數(shù)的校核都有了詳細的研究和設(shè)計。通過整個設(shè)計過程表明該模具能夠達到此注塑零件所要求的加工工藝。根據(jù)題目本次設(shè)計的主要任務(wù)是樂高帽子注塑模具的設(shè)計，也就是設(shè)計一副注塑模具來生產(chǎn)樂高帽子零件，以實現(xiàn)自動化生產(chǎn)提高生產(chǎn)效率。關(guān)鍵詞：注塑；澆注系統(tǒng)；冷卻；頂出目 錄前 言11 塑件的工藝分析21.1 塑件的成型工藝分析21.1.1 塑件材料ABS的使用性能21.1.2 塑件材料ABS的加工特性21.2 塑件分析21.2.1 外形尺寸分析21.2.2 脫模斜度32 零件結(jié)構(gòu)方案42.1 分型面的設(shè)計42.1.1 分型面設(shè)計原則42.1.2 分型面形式42.1.3 本文設(shè)計分型面的選擇42.2 型腔數(shù)量及排列方式的確定42.2.1 型腔數(shù)量的確定42.2.2 型腔排列形式的確定53 注塑機設(shè)備的選擇73.1 零件的體積質(zhì)量計算73.2 注塑機的選擇73.2.1 澆注凝料的體積計算73.2.2 選擇注塑機74 澆注系統(tǒng)的設(shè)計84.1 澆注方式的選擇84.1.1 選擇澆注方式84.1.2 確定澆注系統(tǒng)84.2 流道的設(shè)計84.2.1 主流道的設(shè)計84.2.2 分流道的設(shè)計原則95 模具模架選擇115.1 模架種類及用途準模架115.2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計116 模具頂出機構(gòu)13總 結(jié)14致 謝15附 錄16參考文獻17 前 言模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是根據(jù)各種不同行業(yè)的要求與需要的不同來制造與設(shè)計各種產(chǎn)品。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。塑料模具是塑料加工工業(yè)中和塑料成型機配套，賦予塑料制品以完善機型和精確尺寸的工具。由于塑料制品加工方法繁多，塑料成型機和塑料制品的結(jié)構(gòu)又繁簡不一，所以塑料模具的種類和結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。塑料制品在人們的日常生活及現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中得到日益廣泛的應(yīng)用。隨著塑料產(chǎn)業(yè)制品的發(fā)展，社會對塑料制品的需求度越來越大。本篇文章所設(shè)計的產(chǎn)品為樂高玩具的某個單個零件，用注塑的方式來完成，用于塑料制件注塑成型的模具，通稱注塑模。注塑模主要應(yīng)用于熱塑性塑料制品成型，近年來也越來越多的用于熱固性塑料制品成型，這是一類用途廣泛，占有比重大，技術(shù)較為成熟的塑料模具。樂高玩具得到許多孩子的喜愛與家長的信賴主要原因就是樂高產(chǎn)品的質(zhì)量值得信賴。自20世紀90年代以來，我國塑料模技術(shù)發(fā)展迅速，已進入一個全新的階段。已能實現(xiàn)國內(nèi)自行設(shè)計、制造部分進口模具；許多模具生產(chǎn)廠已使用電加工、數(shù)控加工和快速經(jīng)濟制技術(shù)替代通用機床加工；有許多工廠以完全可以定點生產(chǎn)標準模架及模具標準件，越來越多的企業(yè)采用標準件以改變過去完全由本企業(yè)包干生產(chǎn)的方式，標準件質(zhì)量也有明顯提高。這些都反映我國在塑料模設(shè)計與制造方面取得的顯著進步。這篇設(shè)計文章就是希望可以還原樂高零件的制造過程，首先選定樂高玩具的某一個零件，這次我選擇的是樂高玩具的帽子零件，首先要查詢此零件所用的材料及材料的收縮率、材料的特性、材料的流動性等。根據(jù)帽子的尺寸大小進行測量和在UG軟件中進行繪制，對零件進行工藝分析，分析零件的結(jié)構(gòu)合理性及成型條件，注塑模具根據(jù)其零件的大小尺寸選取不同的模架，然后在分析零件的最佳注塑澆口位置，根據(jù)模板的大小尺寸來設(shè)計模腔，計算模腔的分布與距離尺寸，然后選取模架，設(shè)計水路，模具的推出機構(gòu)等。1 塑件的工藝分析1.1 塑件的成型工藝分析1.1.1 塑件材料ABS的使用性能綜合性能較好，有較高的耐熱性、耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度、沖擊韌度、力學(xué)強度較高，尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性、電氣性能良好；無毒無味，易于成形和機械加工，與有機玻璃的熔接性良好，可作雙色成形塑件。1.1.2 塑件材料ABS的加工特性無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成形特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成形方法及成形條件。吸濕能力較強，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時間預(yù)熱、干燥。流動性中等，溢邊料0.04mm左右。比聚苯乙烯加工困難，所以為達到加工條件要求應(yīng)選取高料溫。料溫對物性影響較大、此材料在高溫狀態(tài)下易分解，對精度要求較高的塑件，模溫宜取5060，耐熱型材料宜取6080。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為180230，注射壓力為100140MPa，螺桿式注塑機則取160220，70100MPa為宜。1.2 塑件分析1.2.1 外形尺寸分析該塑件壁厚為2mm，外形尺寸適中，同時塑料熔體流程不太長；塑件體有臺階，但不影響模具制造，適合于注塑成型，如圖1-1所示。 圖1-1 零件圖1.2.2 脫模斜度ABS屬無定型材料，成型收縮率較小，為（0.40.7）%，按照表1-1選擇型芯和凹模的統(tǒng)一脫模斜度為40。 表1-1常用塑料的脫模斜度塑料名稱 脫模斜度凹模型芯聚乙烯、聚丙烯、軟聚氯乙烯、氯酰胺、氯化聚醚25 4520 45硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜35 4030 50聚苯乙烯、有機玻璃、ABS、聚甲醛35 13030 40熱固性的塑料25 4020 502 零件結(jié)構(gòu)方案2.1 分型面的設(shè)計2.1.1 分型面設(shè)計原則1)有利于脫模；2)不影響塑件的尺寸精度；3)須保證塑料制品外觀質(zhì)量要求；4)有利于簡化模具結(jié)構(gòu)；5)方便模具的制造加工；6)分型面上盡量避免尖角利邊。2.1.2 分型面形式分型面的選擇方法與塑件的幾何形狀、脫模方法、模具類型及排氣條件等方面有關(guān)，常見的分型面形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面和曲面分型面。2.1.3 本文設(shè)計分型面的選擇 通過對塑件結(jié)構(gòu)進行工藝分析，同時根據(jù)以上分型面形式的選擇原則綜合考慮，決定將分型面選在塑件截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上，其位置如圖2-1所示。圖2-1 零件分型面圖2.2 型腔數(shù)量及排列方式的確定2.2.1 型腔數(shù)量的確定該塑件精度較低，且適合大批量制造生產(chǎn)，故可采用一模多腔的注塑結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸與塑件結(jié)構(gòu)尺寸之間的關(guān)系，加之制造成本和經(jīng)濟利益等因素的影響，決定選用一模四腔的模具結(jié)構(gòu)形式。2.2.2 型腔排列形式的確定1)型腔排列的一般原則 （1）溶料流動長度要適當(dāng)，流道廢料應(yīng)盡量減少，注塑澆口位置選取合適，進料要均勻平衡，還要使型腔壓力均衡； （2）型腔排列應(yīng)保證流道、澆口等距離定模腔邊緣有一定適當(dāng)距離； （3）為了使模具成型時的冷卻效果達到要求，型腔排位時應(yīng)注意螺釘、推桿與冷卻水倒是否有影響，應(yīng)預(yù)留冷卻水孔的位置。2)綜合考慮上述型腔排列原則及塑件成型加工難易度、經(jīng)濟實用性、成本等因素，又由于本次設(shè)計選擇的是一模四腔排列形式，故采用直線式對稱排列形式，如圖2-2所示。 圖2-2 模具型腔圖 圖2-3型腔排列圖3 注塑機設(shè)備的選擇3.1 零件的體積質(zhì)量計算（1）注塑件的體積：根據(jù)UG軟件中的零件測量數(shù)據(jù)得出V110.95 cm3；（2）注塑件的總質(zhì)量：ABS材料的密度為1.021.20 g/ cm3，這里取1.10 g/ cm3。由于體積已經(jīng)知道，所以注塑件的質(zhì)量為=V=10.95x1.10=12.045g。3.2 注塑機的選擇3.2.1 澆注凝料的體積計算澆注系統(tǒng)在未設(shè)計完成之前，凝料的體積是不能確定的，只能大致的估算。估算的依據(jù)是根據(jù)經(jīng)驗按照注塑件體積的0.2倍1倍來計算。本次設(shè)計中采用凝料按照注塑件體積的0.2倍來估算。一次注入模具型腔的總體積是V=4V（1+0.2 ）=57.816 cm3。3.2.2 選擇注塑機根據(jù)上一步的計算得出一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量為57.816cm3，如果想要滿足實際注塑的需要，就要與注塑機理論注射量的0.8倍相比配。所以，注塑機的理論注射量為：V/0.8 cm3=57.816/0.8 cm3=72.27cm3。所以初步選用注射機型號為XS-ZY-125，該注射機技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。 表2-1注射機技術(shù)參數(shù)一次注射量（cm3）125螺桿直徑（mm）42注射壓力（MPa）119注射方式螺桿式鎖模力（kN)900最大注射面積（cm2）320最大開模行程（mm）300模具最大厚度（mm）300模具最小厚度（mm）200動、定模固定板尺寸（mm）4204504 澆注系統(tǒng)的設(shè)計4.1 澆注方式的選擇4.1.1 選擇澆注方式此零件采用注射成型的方式生產(chǎn)。為保證塑件達到表面質(zhì)量要求，故采用側(cè)澆注塑成型方式，因此模具為簡單的兩板式注射模具結(jié)構(gòu)。4.1.2 確定澆注系統(tǒng)該塑件在注塑時采用一模四腔澆注形式，綜合考慮澆注系統(tǒng)方式、模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度等因素。為保證達到塑件的表面質(zhì)量要求，故采用側(cè)澆口澆注系統(tǒng)成型形式，為了減少在充模時壓力的損失和無料損耗，主流道的長度應(yīng)盡可能縮短，一般控制在60mm以內(nèi)。采用圖4-1的型腔排列方式的最大優(yōu)點是塑料溶液流程短，可達到塑件成型質(zhì)量標準，這樣的模具結(jié)構(gòu)尺寸較小、制造加工方便、生產(chǎn)效率較高、塑件成本較低。澆口套常用制造材料為T8或T10鋼材制作，如圖4-1所示，主流道長度為58mm，符合要求。 圖4-1 澆注系統(tǒng)分布圖4.2 流道的設(shè)計4.2.1 主流道的設(shè)計主流道的截面形狀一般為圓形，有正圓錐行主流道和倒圓錐形主流道兩種不同形式。正圓錐形主流道的對面應(yīng)設(shè)置拉料鉤，可將注塑時在主流道中冷卻的凝料拉出。已知熱固性塑料的塑性較差，所以流道截面尺寸不宜太小，否則會使流道中料流的阻力增大，不容易充滿型腔，造成欠壓。倒圓錐形主流道常于端面鍥形槽的壓柱配合使用，開模時，主流道與加料室中由于注塑冷卻時的殘余廢料由壓柱帶出便于清理，這種流道即可用于一模多腔，又可用于單型腔模具或同一塑件有幾個澆口的模具。如圖4-2所示，此塑件選取主流道形式為正圓錐形主流道。 圖4-2 主流道設(shè)計圖4.2.2 分流道的設(shè)計原則分流道多采用平衡式布置，流道應(yīng)光滑、平直，盡量避免彎折。分流道的設(shè)計選取通常運用圓形道，主要設(shè)計在定模板的分型面上，型芯型腔各一半，這樣加工比較方便。分流道的直徑取4mm，根據(jù)常用塑料的分流道直徑表，如下表3-1所示。表3-1 常用塑料分流道直徑 塑料名稱分流道直徑/mm塑料名稱分流道直徑/mmPE310PMMA810PP4.810PVC6.416PS3.210PA310ABS3.210PPS6.410PC4.810PPO6.410HIPS3.210PES6.410根據(jù)表3-1中常用塑料分流道直徑可得本塑料模具分流道直徑應(yīng)為3.2mm10mm，如圖4-3所示本塑件分流道尺寸為4mm,符合要求。 圖4-3 分流道圖5 模具模架選擇5.1 模架種類及用途準模架模架是由模板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、和復(fù)位桿等各種不同零件組成。模架分為兩板模和三板模兩種不同類型，標準模架則是由結(jié)構(gòu)、形式和尺寸都已經(jīng)標準化并具有一定互換性的零件成套組合而成的一類模架。而我們所學(xué)習(xí)運用的龍記大水口模架有12種型號，分別為AI、BI、CI、DI、AH、BH、CH、DH、AT、BT、CT、DT，模胚類型有大水口、細水口、簡化細水口三種系列，本套模具選用的模架由型芯、型腔大小規(guī)格所選用的模胚類型：大水口型號：CI模胚規(guī)格：1515如圖5-1所示。 圖5-1 模架圖5.2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計對于大多數(shù)熱塑性塑料模具上不需設(shè)置加熱裝置。為了縮短成型周期，需要對模具進行冷卻，常用冷卻液體水對模具進行冷卻。即在注塑完成后通循環(huán)冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔內(nèi)，以便迅速使模具冷卻。冷卻水孔數(shù)量應(yīng)盡可能的多，孔徑盡可能的大。一般水孔直徑可根據(jù)塑件平均壁厚來確定，平均壁厚為2mm時，水孔直徑可取810mm;平均壁厚24mm時，水孔直徑可取1012mm;平均壁厚46mm時，水孔直徑可取1014mm,冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等。冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水。如圖5-2所示，本次設(shè)計的塑件壁厚2mm，直徑8mm，滿足要求。 圖5-2 冷卻回路圖6 模具頂出機構(gòu)本次注塑模設(shè)計注塑件形狀結(jié)構(gòu)簡單、而且是對成型的塑件。設(shè)計這套模具的頂出機構(gòu)時，我取用了頂桿推出機構(gòu)，在每個型芯中心部位各放置一個頂桿，并且推桿的直徑不能大于塑件內(nèi)頂出圓孔的直徑。這樣放置推桿的目的是防止塑件因推出時受力不均勻而發(fā)生變形現(xiàn)象，同時保證塑件的外表面質(zhì)量。推桿的高度是面針板到型芯的距離。由于采用一模四腔的排列方式，所以推桿的使用數(shù)量為4根。如圖6-1所示。這樣的設(shè)計，可以簡化模具制造時的難度，并且能不影響塑件的取出。 圖6-1 頂出機構(gòu)圖總 結(jié)通過對樂高玩具零件的設(shè)計，對常見塑料在成型過程中對模具的工藝要求有了更深一層的理解，掌握了塑料成型模具的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計計算方法，對獨立設(shè)計模具具有了一次新的鍛煉。在開始做這套模具時對零件的選取浪費了時間，最終選取了樂高積木來做，因為樂高積木是由一個個小的塑料零件拼裝而成，每一個部分都可以設(shè)計為一套模具，樂高玩具的質(zhì)量很好，所選取的材料也是嚴格要求的，根據(jù)要求對零件進行工藝分析，其次就是零件的分型面選取，分型面的選擇，應(yīng)有利于脫模。根據(jù)零件尺寸的大小進行合理設(shè)計模、腔的數(shù)量及布局，要特別注意梯形型腔的出件方式及拔模斜度的設(shè)計，根據(jù)零件的工藝性能設(shè)計流道類型，通過設(shè)計澆注系統(tǒng)，計算側(cè)澆口、分流道、主流道的尺寸，繪制澆注系統(tǒng)。計算型腔與模架之間合理的尺寸，調(diào)取模架，開框并將型芯型腔嵌入所選模架。選擇合理的頂出方式。設(shè)計冷卻系統(tǒng)，運水方式，運水直徑的大小，要進行合理的選擇與布局。在設(shè)計前，我們應(yīng)該把準備工作做好，避免由于設(shè)計過程中因為某一點的困難而影響整個設(shè)計。在設(shè)計過程充分利用了各種可以利用的方式方法，同時在反復(fù)的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設(shè)計的階段充分利用CAD、UG等軟件就是一例，軟件工具的利用，大大提高了工作效率。致 謝畢業(yè)設(shè)計的完成也預(yù)示著大學(xué)三年即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計過程中碰到了許多自己做畢業(yè)設(shè)計前所沒想到的困難，如零件裝配圖的標注、零件設(shè)計時一些數(shù)據(jù)尺寸的計算、查證等等，把我這三年來所學(xué)的課程基本來了一次大綜合。在設(shè)計的這段時間里感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，設(shè)計才能順利地完成。附 錄 參考文獻1 吳百中. 機械制圖. 浙江：電子工業(yè)出版社，2011.2 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設(shè)計. 北京：機械工業(yè)出版社，2007.3 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