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 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(nèi)。 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(nèi)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(nèi)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. 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