毕业设计（论文）-乐高玩具帽子的注塑模设计.doc

中文题目：乐高玩具帽子的注塑模设计 毕业设计（论文）共 页 图纸共 张 完成日期 答辩日期 摘 要此篇毕业论文是对乐高玩具中帽子零件的设计与制造过程的表达，运用CAD、UG等软件，对乐高玩具零件帽子进行了研究和设计，最终设计出一副注塑模。该文从产品结构工艺性及具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、冷却系统、顶出系统及有关参数的校核都有了详细的研究和设计。通过整个设计过程表明该模具能够达到此注塑零件所要求的加工工艺。根据题目本次设计的主要任务是乐高帽子注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产乐高帽子零件，以实现自动化生产提高生产效率。关键词：注塑；浇注系统；冷却；顶出全套图纸加扣 3012250582目 录前 言11 塑件的工艺分析21.1 塑件的成型工艺分析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 脱模斜度32 零件结构方案42.1 分型面的设计42.1.1 分型面设计原则42.1.2 分型面形式42.1.3 本文设计分型面的选择42.2 型腔数量及排列方式的确定42.2.1 型腔数量的确定42.2.2 型腔排列形式的确定53 注塑机设备的选择73.1 零件的体积质量计算73.2 注塑机的选择73.2.1 浇注凝料的体积计算73.2.2 选择注塑机74 浇注系统的设计84.1 浇注方式的选择84.1.1 选择浇注方式84.1.2 确定浇注系统84.2 流道的设计84.2.1 主流道的设计84.2.2 分流道的设计原则95 模具模架选择115.1 模架种类及用途准模架115.2 模具冷却系统的设计116 模具顶出机构13总 结14致 谢15附 录16参考文献17苏州健雄职业技术学院毕业设计（论文）前 言模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是根据各种不同行业的要求与需要的不同来制造与设计各种产品。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。塑料模具是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完善机型和精确尺寸的工具。由于塑料制品加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以塑料模具的种类和结构也是多种多样的。塑料制品在人们的日常生活及现代化工业生产领域中得到日益广泛的应用。随着塑料产业制品的发展，社会对塑料制品的需求度越来越大。本篇文章所设计的产品为乐高玩具的某个单个零件，用注塑的方式来完成，用于塑料制件注塑成型的模具，通称注塑模。注塑模主要应用于热塑性塑料制品成型，近年来也越来越多的用于热固性塑料制品成型，这是一类用途广泛，占有比重大，技术较为成熟的塑料模具。乐高玩具得到许多孩子的喜爱与家长的信赖主要原因就是乐高产品的质量值得信赖。自20世纪90年代以来，我国塑料模技术发展迅速，已进入一个全新的阶段。已能实现国内自行设计、制造部分进口模具；许多模具生产厂已使用电加工、数控加工和快速经济制技术替代通用机床加工；有许多工厂以完全可以定点生产标准模架及模具标准件，越来越多的企业采用标准件以改变过去完全由本企业包干生产的方式，标准件质量也有明显提高。这些都反映我国在塑料模设计与制造方面取得的显著进步。这篇设计文章就是希望可以还原乐高零件的制造过程，首先选定乐高玩具的某一个零件，这次我选择的是乐高玩具的帽子零件，首先要查询此零件所用的材料及材料的收缩率、材料的特性、材料的流动性等。根据帽子的尺寸大小进行测量和在UG软件中进行绘制，对零件进行工艺分析，分析零件的结构合理性及成型条件，注塑模具根据其零件的大小尺寸选取不同的模架，然后在分析零件的最佳注塑浇口位置，根据模板的大小尺寸来设计模腔，计算模腔的分布与距离尺寸，然后选取模架，设计水路，模具的推出机构等。1 塑件的工艺分析1.1 塑件的成型工艺分析1.1.1 塑件材料ABS的使用性能综合性能较好，有较高的耐热性、耐化学腐蚀性及表面硬度、冲击韧度、力学强度较高，尺寸稳定、耐化学性、电气性能良好；无毒无味，易于成形和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件。1.1.2 塑件材料ABS的加工特性无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。吸湿能力较强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热、干燥。流动性中等，溢边料0.04mm左右。比聚苯乙烯加工困难，所以为达到加工条件要求应选取高料温。料温对物性影响较大、此材料在高温状态下易分解，对精度要求较高的塑件，模温宜取5060，耐热型材料宜取6080。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180230，注射压力为100140MPa，螺杆式注塑机则取160220，70100MPa为宜。1.2 塑件分析1.2.1 外形尺寸分析该塑件壁厚为2mm，外形尺寸适中，同时塑料熔体流程不太长；塑件体有台阶，但不影响模具制造，适合于注塑成型，如图1-1所示。 图1-1 零件图1.2.2 脱模斜度ABS属无定型材料，成型收缩率较小，为（0.40.7）%，按照表1-1选择型芯和凹模的统一脱模斜度为40。 表1-1常用塑料的脱模斜度塑料名称 脱模斜度凹模型芯聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯、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、有机玻璃、ABS、聚甲醛35 13030 40热固性的塑料25 4020 502 零件结构方案2.1 分型面的设计2.1.1 分型面设计原则1)有利于脱模；2)不影响塑件的尺寸精度；3)须保证塑料制品外观质量要求；4)有利于简化模具结构；5)方便模具的制造加工；6)分型面上尽量避免尖角利边。2.1.2 分型面形式分型面的选择方法与塑件的几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件等方面有关，常见的分型面形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、阶梯分型面和曲面分型面。2.1.3 本文设计分型面的选择 通过对塑件结构进行工艺分析，同时根据以上分型面形式的选择原则综合考虑，决定将分型面选在塑件截面积最大且利于开模取出塑件的底平面上，其位置如图2-1所示。图2-1 零件分型面图2.2 型腔数量及排列方式的确定2.2.1 型腔数量的确定该塑件精度较低，且适合大批量制造生产，故可采用一模多腔的注塑结构形式。同时，考虑到模具结构尺寸与塑件结构尺寸之间的关系，加之制造成本和经济利益等因素的影响，决定选用一模四腔的模具结构形式。2.2.2 型腔排列形式的确定1)型腔排列的一般原则 （1）溶料流动长度要适当，流道废料应尽量减少，注塑浇口位置选取合适，进料要均匀平衡，还要使型腔压力均衡； （2）型腔排列应保证流道、浇口等距离定模腔边缘有一定适当距离； （3）为了使模具成型时的冷却效果达到要求，型腔排位时应注意螺钉、推杆与冷却水倒是否有影响，应预留冷却水孔的位置。2)综合考虑上述型腔排列原则及塑件成型加工难易度、经济实用性、成本等因素，又由于本次设计选择的是一模四腔排列形式，故采用直线式对称排列形式，如图2-2所示。 图2-2 模具型腔图 图2-3型腔排列图3 注塑机设备的选择3.1 零件的体积质量计算（1）注塑件的体积：根据UG软件中的零件测量数据得出V110.95 cm3；（2）注塑件的总质量：ABS材料的密度为1.021.20 g/ cm3，这里取1.10 g/ cm3。由于体积已经知道，所以注塑件的质量为=V=10.95x1.10=12.045g。3.2 注塑机的选择3.2.1 浇注凝料的体积计算浇注系统在未设计完成之前，凝料的体积是不能确定的，只能大致的估算。估算的依据是根据经验按照注塑件体积的0.2倍1倍来计算。本次设计中采用凝料按照注塑件体积的0.2倍来估算。一次注入模具型腔的总体积是V=4V（1+0.2 ）=57.816 cm3。3.2.2 选择注塑机根据上一步的计算得出一次注入模具型腔的塑料总质量为57.816cm3，如果想要满足实际注塑的需要，就要与注塑机理论注射量的0.8倍相比配。所以，注塑机的理论注射量为：V/0.8 cm3=57.816/0.8 cm3=72.27cm3。所以初步选用注射机型号为XS-ZY-125，该注射机技术参数如表2-1所示。 表2-1注射机技术参数一次注射量（cm3）125螺杆直径（mm）42注射压力（MPa）119注射方式螺杆式锁模力（kN)900最大注射面积（cm2）320最大开模行程（mm）300模具最大厚度（mm）300模具最小厚度（mm）200动、定模固定板尺寸（mm）4204504 浇注系统的设计4.1 浇注方式的选择4.1.1 选择浇注方式此零件采用注射成型的方式生产。为保证塑件达到表面质量要求，故采用侧浇注塑成型方式，因此模具为简单的两板式注射模具结构。4.1.2 确定浇注系统该塑件在注塑时采用一模四腔浇注形式，综合考虑浇注系统方式、模具结构复杂程度等因素。为保证达到塑件的表面质量要求，故采用侧浇口浇注系统成型形式，为了减少在充模时压力的损失和无料损耗，主流道的长度应尽可能缩短，一般控制在60mm以内。采用图4-1的型腔排列方式的最大优点是塑料溶液流程短，可达到塑件成型质量标准，这样的模具结构尺寸较小、制造加工方便、生产效率较高、塑件成本较低。浇口套常用制造材料为T8或T10钢材制作，如图4-1所示，主流道长度为58mm，符合要求。 图4-1 浇注系统分布图4.2 流道的设计4.2.1 主流道的设计主流道的截面形状一般为圆形，有正圆锥行主流道和倒圆锥形主流道两种不同形式。正圆锥形主流道的对面应设置拉料钩，可将注塑时在主流道中冷却的凝料拉出。已知热固性塑料的塑性较差，所以流道截面尺寸不宜太小，否则会使流道中料流的阻力增大，不容易充满型腔，造成欠压。倒圆锥形主流道常于端面锲形槽的压柱配合使用，开模时，主流道与加料室中由于注塑冷却时的残余废料由压柱带出便于清理，这种流道即可用于一模多腔，又可用于单型腔模具或同一塑件有几个浇口的模具。如图4-2所示，此塑件选取主流道形式为正圆锥形主流道。 图4-2 主流道设计图4.2.2 分流道的设计原则分流道多采用平衡式布置，流道应光滑、平直，尽量避免弯折。分流道的设计选取通常运用圆形道，主要设计在定模板的分型面上，型芯型腔各一半，这样加工比较方便。分流道的直径取4mm，根据常用塑料的分流道直径表，如下表3-1所示。表3-1 常用塑料分流道直径 塑料名称分流道直径/mm塑料名称分流道直径/mmPE310PMMA810PP4.810PVC6.416PS3.210PA310ABS3.210PPS6.410PC4.810PPO6.410HIPS3.210PES6.410根据表3-1中常用塑料分流道直径可得本塑料模具分流道直径应为3.2mm10mm，如图4-3所示本塑件分流道尺寸为4mm,符合要求。 图4-3 分流道图5 模具模架选择5.1 模架种类及用途准模架模架是由模板、导柱、导套、和复位杆等各种不同零件组成。模架分为两板模和三板模两种不同类型，标准模架则是由结构、形式和尺寸都已经标准化并具有一定互换性的零件成套组合而成的一类模架。而我们所学习运用的龙记大水口模架有12种型号，分别为AI、BI、CI、DI、AH、BH、CH、DH、AT、BT、CT、DT，模胚类型有大水口、细水口、简化细水口三种系列，本套模具选用的模架由型芯、型腔大小规格所选用的模胚类型：大水口型号：CI模胚规格：1515如图5-1所示。 图5-1 模架图5.2 模具冷却系统的设计对于大多数热塑性塑料模具上不需设置加热装置。为了缩短成型周期，需要对模具进行冷却，常用冷却液体水对模具进行冷却。即在注塑完成后通循环冷水到靠近型腔的零件上或型腔零件上的孔内，以便迅速使模具冷却。冷却水孔数量应尽可能的多，孔径尽可能的大。一般水孔直径可根据塑件平均壁厚来确定，平均壁厚为2mm时，水孔直径可取810mm;平均壁厚24mm时，水孔直径可取1012mm;平均壁厚46mm时，水孔直径可取1014mm,冷却水孔至型腔表面的距离应尽可能相等。冷却水孔道不应穿过镶块或其接缝部位，以防漏水。如图5-2所示，本次设计的塑件壁厚2mm，直径8mm，满足要求。 图5-2 冷却回路图6 模具顶出机构本次注塑模设计注塑件形状结构简单、而且是对成型的塑件。设计这套模具的顶出机构时，我取用了顶杆推出机构，在每个型芯中心部位各放置一个顶杆，并且推杆的直径不能大于塑件内顶出圆孔的直径。这样放置推杆的目的是防止塑件因推出时受力不均匀而发生变形现象，同时保证塑件的外表面质量。推杆的高度是面针板到型芯的距离。由于采用一模四腔的排列方式，所以推杆的使用数量为4根。如图6-1所示。这样的设计，可以简化模具制造时的难度，并且能不影响塑件的取出。 图6-1 顶出机构图总 结通过对乐高玩具零件的设计，对常见塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计计算方法，对独立设计模具具有了一次新的锻炼。在开始做这套模具时对零件的选取浪费了时间，最终选取了乐高积木来做，因为乐高积木是由一个个小的塑料零件拼装而成，每一个部分都可以设计为一套模具，乐高玩具的质量很好，所选取的材料也是严格要求的，根据要求对零件进行工艺分析，其次就是零件的分型面选取，分型面的选择，应有利于脱模。根据零件尺寸的大小进行合理设计模、腔的数量及布局，要特别注意梯形型腔的出件方式及拔模斜度的设计，根据零件的工艺性能设计流道类型，通过设计浇注系统，计算侧浇口、分流道、主流道的尺寸，绘制浇注系统。计算型腔与模架之间合理的尺寸，调取模架，开框并将型芯型腔嵌入所选模架。选择合理的顶出方式。设计冷却系统，运水方式，运水直径的大小，要进行