毕业设计（论文）-设计鱼身玩具塑料注射模.doc

设计鱼身玩具塑料注射模摘要：本课题是开发一模二件的鱼身玩具塑料注射模，要求尽可能按实样复制，外形美观，内部结构合理并能满足装配要求的实用塑料制品。着重解决三维反求方面的相关技术，力求外形美观，解决三维测量、三维曲面的造型过程的技术难题及解决模具结构设计合理，排气性要好，不能出现排气不良而影响制品质量。扎实掌握课题需要的具有塑料材料方面的知识，特别是塑料材料的选用及成型过程中的参数确定，流动性、收缩性、固化特性等在产品设计方面的应用。运用所学的基本知识结合注塑机的相关参数和生产实际，进行模具结构设计、成型零件设计、其他零件设计，合理选用模具材料及热处理工艺，确定模具制造工艺，并能熟练应用设计软件。关键词：模具设计、塑料模、鱼身塑料注塑模、ABS、分型面。 引言随着科技的发展，塑料制品被越来越广泛地应用于各个领域中，凭着密度小、质量轻、比强度和比刚度高的优点，取代了各种机械、车辆、飞机上的零件，减轻了质量，节省能耗。不光在工业方面，在儿童玩具中塑料也占很大比重，越来越受人们的重视，起着举足轻重的作用。制造简单、外表美观、成本低廉，并向着小型化、轻便化的趋势发展。如今，我国塑料工业正以年均10%以上的速度增长，体积产量已经与钢铁产量持平，塑料制品年产量已位居世界第二。为适应市场需要，塑料件的生产制造有着广泛的发展前景。而塑料注射成型已成为塑料加工领域中普遍应用的一种生产方式，塑料注射成型有“生产周期短，能一次成型外型复杂，尺寸精度高，带有金属或非金属嵌件的塑料制品”，“对于所用原料的适应性强”，“生产效率高，能实现自动化生产”等一系列的优越性。因此，注塑是一种先进的、经济的成型技术，发展迅速。如今人们是试图满足孩子的需求，从小给予的玩具更是必不可少。我国是目前世界上最大的玩具制造国和出口国,全球约75%的玩具是在中国境内制造的.全国从事玩具生产的企业近8000家,从业人数300多万,可生产3万多个玩具品种.玩具模具比其他模具更具有多样化、组杂化和组合化的特点。就本课题来讲，模具结构并不复杂，只是在外观形状上要求较高，表面有多个曲面组成，比较光滑，所以型腔内部粗糙度要求比较高。本课题主要是训练学生模具结构设计提高解决实际问题的综合能力。完成课题需要具有塑料材料和模具材料方面的知识，模具材料的选用，如材料的加工性等。还要有较高的实践能力，使所学的理论知识运用学到与实践结合注射机的相关参数和生产实际，进行模具结构设计、成型零件设计、其它零件设计，合理选用模具材料及热处理工艺，确定模具制造工艺，并能熟练应用设计软件（Pro/E、AutoCAD等软件）。收集热塑性塑料的成型工艺参数以及相关资料，解决生产中热塑性塑料注射成型方面的实际问题。更要与生活中实际问题联系在一起，更进一步提高自己的实践能力，有助于我们提高社会经验，利于自己在社会中的发展。1制品结构、工艺分析1.1制品分析该制品为鱼身玩具，表面是由多个面组合而成的，质量要求比较高，又具有多处装配要求，装配要求高，采用螺钉固定；制品平均壁厚b=1.5mm,属于薄壳类零件。成型时外型表面及尺寸精度要求较高，如图1-1a、b所示。制品结构不是很复，在模具设计过程中不需要采用内侧抽芯机构，考虑到制品能顺利推出，分型面为该制件的下端面。 a b图1-11.2材料分析制品材料为ABS ,综合性能要求较好,冲击韧度较高,尺寸稳定,耐化学腐蚀性好，电性能良好；易于成型和机械加工，可作双色成型塑件，且表面镀铬处理。密度1.041.06g/cm3,吸水率0.2%0.4%，成型收缩率:0.5%，热变形温度90108，制品重量10g。根据制品的材料、功能要求、尺寸精度要求及形状特征，该制品可采用注射成型。2模具材料选择与模具结构设计2.1模具材料的选择 模具材料的选用，不仅关系到模具的使用寿命，而且也直接影响到模具的制造成本，因此是模具设计中的一向重要工作。在冲压过程中，模具承受冲击载荷且连续工作。使凸、凹模受到强大压力和剧烈摩擦，工作条件及其恶劣。所以因要求模具材料具有足够的强度、硬度、耐磨性，较好的耐冲击、耐疲劳性，良好的淬透性以及易切削加工等性能，而且价格应尽可能低廉。一般来说，要全部满足上述各项要求往往非常困难，所以在选用模具材料时，应综合考虑模具工作特性、受力情况以及冲压材料性能和冲压生产批量等因素，并对上述各项要求有所侧重，以使所选材料尽可能合理，总之，在满足模具使用要求的前提下，应使模具制造成本尽可能低。 模具材料选用应遵循如下原则： （1）充分考虑模具种类及其条件。 （2）考虑产品材料机器性能。 （3）考虑产品生产批量。 （4）考虑国内模具材料的生产和供应状况。 模具选用的材料主要有碳钢、合金钢、铸铁、硬质合金等。模具工作零件选用的材料主要有模具钢，常用的模具钢有碳素工具钢、合金工具钢、硬质合金等。2.2分型面的确定分型面设计是型腔设计的第一步，为了塑件与浇注系统凝料的脱出以及安放嵌件的需要，模具型腔通常由两部分或更多部分组成，这些可分离部分的接触表面称为分型面。 分型面的选择很重要，它对塑件的质量、操作难易、模具结构及制造影响很大。塑料模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，通常只采用一个与注塑机开模方向垂直的分型面，特殊情况下才采用较多的分型面。该制品在选择分型面时应考虑以下几点：1)分型面应便于塑料制品的脱模。2)分型面的选择应保证制品的质量。3)分型面的选择应有利于排气。4)分型面的选择应有利于尽量使成型零件便于加工。因此，模具结构很大程度上取决于分型面的选择，分型面选择都合理与否，将直接影响到制件模塑成型工艺，同时也影响制件的质量、注射机参数、成型零件的加工工艺性等。此制品虽然由多个面组成，但是并不碍于确定分型面的选择，不用考虑嵌件、侧抽芯等问题，分型面应选底部最大的那个面，这样选择使模具的结构简单，便于脱模。所以分型面开在下端的平面，便于分型。如图1-2所示2.3型腔的布局确定模具型腔数目，一般制件在布局时要求模具的中心与注射机的锁模中心重合。根据塑件分析可知，塑件有装配要求，外观要求较高，尺寸精度要求较高，生产批量较大。根据厂家要求，制件质量在14克到20克左右，制件质量比较轻，选用60g注射量的最小号的海天注射机，型号HTF58X1。由于这个制件属于小型类型，经考虑以后该模具采用一模两件。2.4确定浇注系统及排布浇注系统的设计合理与否，直接关系到注射成型效率和塑件质量。该制品的浇注系统设计时应考虑的几点：适应塑料的工艺性。应保证排气良好，尽可能的减少制品上出现气泡等缺陷影响塑件的质量。尽量缩短熔体流程，以减少热量和压力损失，缩短充模时间，减少塑料用量。避免直接冲击型芯或嵌件。修剪方便，修剪后痕迹小。防止塑料制品变形。浇注系统的位置应尽量与模具的轴线对称。根据以上原则，结合制品结构和几何形状尺寸，以下对浇口，分流道，主流道的类型及尺寸进行分析与确定：2.4.1浇口的设计浇口是连接流道与型腔的一端通道，是浇注系统的关键部位。浇口尺寸难以确定，通常留余量待试模后修正，使熔融塑料以最佳流态充填型腔。(1)浇口形式的确定浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两种。该制品采用限制性浇口。限制性浇口通过浇口截面积的突然变化，使塑料熔体的流速升高，提高剪切速率，并因摩擦使料温增高，流动性好，有利于复杂薄壁制品，迅速而均衡地充填型腔，调节浇口尺寸，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量。浇口部分较薄，首先固化封闭，防止保压不足而引起塑料倒流。并便于浇口凝料与塑件分离的作用。从整个制品的结构和表面要求分析可以，确定该模具采用潜伏式浇口。该形式的浇口不仅拥有点浇口的优点，即开模时浇口可以自动拉断，利于自动化操作，浇口去除后残留痕迹小，而且比点浇口的塑件表面质量更好。这种浇口及流道的中心线与塑件顶出方向有一定的角度，靠顶出时的剪切力作用，使塑件与浇注系统凝料分离，注射压力损失大，浇口加工困难。由于制品表面比较光滑，用潜伏式浇口去除时留下的痕迹不明显，会比较美观。考虑制品质量和保证凝料顺利脱出，浇口采用潜伏式。(2)浇口位置的选择浇口位置对塑件质量产生直接影响，主要按塑件形状和要求来确定。在确定浇口的具体位置时，通常考虑的因素是：避免料流产生喷射和蠕动等熔体破裂现象；使塑料流动能量损失最小；浇口位置应开设在塑件断面最厚处；有利于型腔排气；有利于减少或避免造成塑件熔接痕；考虑塑件的受力情况；有利于减少塑件的翘曲变形；考虑塑件的外观质量；避免对型芯和镶件的影响。以上这些原则在实际应用中会产生不同程度的矛盾，应根据具体情况考虑。本制品着点考虑的是塑件的外观。2.4.2分流道的设计分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。分流道设计应考虑尽量减少塑料熔体在流道中的热量和压力损失，同时使流道中的塑料量最少，分流道的截面形状和流程尽可能相同实现流动平衡，应有利于充型、压力的传递和减少气泡，热量损失小、磨擦阻力小，从各个浇口尽可能同时进入并充满型腔，实现最佳的流动状态。(1)分流道的截面形状及尺寸截面形状采用为半圆形，此截面形状的流道效率高，加工方便。对于壁厚在3mm以下、重量在200g以下的塑料制品，可采用以下经验公式计算分流道直径：D=0.2654参考1；也可以根据查表法来确定分流道的直径。对于该制品的模具来说，查塑料成型模具与设备表4-2取分流道直径为5mm。(2)分流道长度分流道长度要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和降低注塑机的能耗，减少压力损失和能量损失。分流道长度一般在830mm之间，该模具浇注系统的分流道长度为20mm。(3)分流道的表面粗糙度由于分流道中的外层熔体与流道壁接触，塑料会迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因而分流道的表面粗糙度Ra要求并不很高，不必修的很光，对与热塑性塑料而言一般表面粗糙度Ra=1.6m，这样可以使熔融塑料与流道壁之间形成的冷却表皮固定，有利于保温。(4)分流道与浇口的连接形式分流道与浇口的连接处采用圆弧过渡，有利于熔体的流动及填充，否则会增加料流阻力，使充模条件恶化。圆弧过度角R=D/2=4mm(5)分流道的布置形式分流道的布置取决于型腔的布局。布置形式有多种，应使分流道排列紧凑以免承受偏载而产生溢料、缩小模具板面尺寸、流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式如下图1-3：2.4.3主流道设计主流道形状和尺寸直接影响熔体的流动速度和充模时间。由于主流道要与高温塑料和喷嘴接触碰撞，容易损坏，所以，一般将主流道单独设在一个主流道衬套上，以方便磨损时的修整和更换。主流道衬套采用工具钢T8A制造，热处理淬火硬度达到5055HRC。用固定在定模上的定位圈压紧衬套，防止注射时浇口在塑料熔体的压力作用下退出定模。衬套与定模上相应孔的配合为H7/m6；与定位环内孔的配合为H10/f9。主流道设计要点： (1)主流道轴线位于模具中心线上，与注射机喷嘴轴线重合。(2)主流道设计成圆锥形，锥角为24，取3，内壁表面粗糙度Ra0.631.25m，取1.25m。(3)主流道小端直径为5mm，注射机喷嘴直径5mm。主流道进料口端与喷嘴头部以弧面接触，主流道进口端凹下的球面半径R比喷嘴球面半径r大1mm,凹下深度约3mm。(4)主流道与分流道结合处采用半径R为3mm的圆角过度。浇口位置选取及浇口尺寸如图1-4所示：3模具结构方案的确定3.1成型零件的结构设计成型零件的结构设计主要应考虑成型零件对制品的质量影响、成型零件的加工工艺性、装配工艺性和制品脱模的需要。由于制品外形质量要求较高，型腔采用整体结构，使制件脱模后减少因型腔拼接后所留下的痕迹。为了制造方便且更能保证制品的精度要求,型芯也采用整体式。3.2推出机构的确定推出机构需要确定的内容是推出机构、结构、推出行程等，并需要计算推出力的校核，由于该制品内部有四处装配螺钉孔，制品脱出时需要由推管推出，另外制品内部还有几根细小杆，为防止拉断，需要有推杆推出，选用阶梯形式的推杆。3.3模架尺寸和类型的确定模架是设计制造塑料注射模的基础部件，模架已有国家标准系列，由专业厂家生产，中小型模架的周界尺寸范围不大于560mm900mm，并规定其模架结构形式。本模具采用标准模架的结构，不过如果企业考虑生产成本，可以自行加工模架，该制品的总体尺寸为86mm90mm，因为是一模两件，查模架资料取选用标准模架周界为250mm300mm的A型模架。其各板的尺寸如下：定模座板：300mm300mm25mm型腔板：300mm250mm40mm型芯板：300mm250mm35mm 支承板：300mm250mm35mm模脚：43mm300mm70mm定模座板：300mm300mm25mm模具闭合高度H为：230mm目前，模具企业还没有广泛采用标准模架，但设计过程中，还是可以应用标准模架的结构，其主要零件由企业自行制造。因此，模架中的零件一般不能与标准模架中的零件更换，还有修配模具不容易。可根据厂家的实际要求来选用，为了设计的方便及制品的要求而考虑，在设计中还是首先运用国标的标准模架，所以上述的模架是选用国家标准的，在企业中可以另行选用，根据设计者的考虑可以更改。3.4模具主要结构尺寸的确定3.4.1定模导柱有效长度的确定在开模过程中为了保证型腔板有确定的位置和具有良好的导向性能,定模要足够的长度,否则会使定模导向不良,开、合模不灵活。定模导柱有效长度取70mm，当模具打开后，导柱与型腔的配合长度为35mm。3.4.2拉料杆的确定选用Z形拉料杆，即拉料杆的头部为Z形，伸入冷料穴中，开模时钩住主流道凝料并将其从主流道中拉出，拉料杆的固定端装在推杆固定板上，所以塑件推出时，凝料也被推出，稍作侧移便可以将塑件连同浇注系统凝料一起取下，但是凝料推出后不能自动脱落，不宜用于全自动机构中。4注射机的选择与参数校核根据制品的质量和浇注系统的质量，按注射量初步选用注射机。塑化物料的温度和从喷嘴注射出来的熔体温度主要取决于料筒温度和喷嘴温度两部分的温度。为了保证制品有较高的形状和尺寸精度，应避免制品脱模后发生较大的翘曲变形，采用螺杆预塑式注射机。这类注射机的注射压力大，预塑温度均匀，塑化能力可以调节，适应性强。在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项：1）料温上升到成型温度所需的热量多，要用塑化能力大的设备。2）冷却回化时放出热量大，要充分冷却。3）熔融态与固态的比重差大，成型收缩大，易发生缩孔、气孔。4）冷却快，结晶度低，收缩小，透明度高。结晶度与塑件壁厚有关，壁厚则冷却慢，结晶度高，收缩大，物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。5）各向异性显著，内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向，处于能量不平衡状态，易发生变形、翘曲。6）结晶化温度范围窄，易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。该制品选用海天生产的HTF58X1类型注射机，其主要参数如表1-1所示：表1-1INJECTION UNIT 螺杆直径Screw Diametermm263034螺杆长径比Screw L/D RatioL/D242119理论容量Shot Size(Theoretical)cm36688113注射重量 Injection Weight(PS)g6080103注射压力Injection PressureMpa245184143螺杆转速Screw Speedrpm0205合模装置CLAMPING UNIT 合模力Clamp TonnageKN580移模行程Toggle Strokemm270拉杆内距Space Between Tie Barsmm310x310最大模厚Max.Mold Heightmm320最小模厚Min.Mold Heightmm120顶出行程Ejector Strokemm70顶出力Ejector TonnageKN22顶出杆根数Ejector NumberPiece14.1锁模力校核：锁模力是指注射机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。按FKpA分公式参考1计算锁模力。其中，F为注射机的最大锁模力；p为模内平均压力（型腔内熔体的平均压力）；A分为所有制品、流道和浇口在分型面上的 投影面积之和；K为压力损耗系数，一般取1.11.2。由于制品材料为ABS，属于容易成型塑件。查“塑料模塑成型技术”等相关资料得p=34.4MPa, A分是分型面上的投影面积。经计算，A分值为10458mm2 KpA分=1.134.410458=395730N=396KN F=580KN396KN经校核，该注射机的锁模力足够，满足锁模要求。4.2安装参数的校核模具闭合厚度的校核。注射机允许安装的模具厚度为320mm；注射机允许安装的最小模具厚度为120mm。定模座板厚度为25mm，型腔板厚度为40mm，型芯板厚度为35mm，支承板厚度为35mm，模脚厚度为70mm，定模座板厚度为25mm。模具的闭合厚度H=定模座板厚度+型腔板厚度+型芯板厚度+支承板厚度+模脚厚度+定模座板厚度=25mm+40mm+35mm+35mm+70mm+25mm=230mm。根据校核，注射机允许安装的模具最小厚度H注射机允许安装的模具最大厚度，所以模具的闭合厚度满足要求。4.3开模行程的校核注射机的开模行程有限，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模距离。此模具所采用的浇注系统为潜伏式浇口形式，分型面采用单分型面，可按下列公式校核：SH1+H2+(510) 参考1其中：制品的推出距离H1=12mm，制品的总高度H2=35mm,注射机的最大开模行程S=70mm。 S=70mm12mm+35mm+10mm=57mm，所以模具的开模行程足够。4.4推出机构的校核 由于制品的部分为圆弧曲面，包紧力相对于以平面为主的制品要大，但是用四根推管和六根推杆作为推出机构，能顺利推出塑件。4.5模具机构的调整 上诉校核的参数与尺寸相差不多，基本上都符合要求，为使推出行程与制品高度一致，需要将垫块减少10mm.。5模具冷却系统的设置在成型过程中为了控制模具的工作温度，在设计模具的时候通常要考虑模具的加热、冷却系统，一般情况下，设置冷却系统的模具较多，只有模具温度超过90时，才考虑加热系统。冷却系统根据制品的精度、几何形状、结构特点的不同，可以设置在定模或动模中，也可以在定模和动模同时设置。设置冷却水孔是为了让模具得到冷却，一般情况下冷却速度越快越好。该模具将冷却水孔开在定模。冷却水孔的布置如图1-5所示： 图1-5 6模具制造工艺过程6.1模具制造工艺设计(1) 模具设计发。(2) 制订模具制造工艺规程、编制加工程序。(3) 设计模具制造的工、夹刀、量。(4) 制订材料消耗定额。(5) 制订工时定额。6.2 生