樂高玩具帽子的注塑模具設計-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計-塑料注射模含NX三維及4張CAD圖,玩具,帽子,注塑,模具設計,塑料,注射,nx,三維,cad 樂高玩具帽子的注塑模設計 摘 要 此篇畢業(yè)論文是對樂高玩具中帽子零件的設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計，最終設計出一副注塑模。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計。通過整個設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)題目本次設計的主要任務是樂高帽子注塑模具的設計，也就是設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 1 1 塑件的工藝分析 2 1.1 塑件的成型工藝分析 2 1.1.1 塑件材料ABS的使用性能 2 1.1.2 塑件材料ABS的加工特性 2 1.2 塑件分析 2 1.2.1 外形尺寸分析 2 1.2.2 脫模斜度 3 2 零件結(jié)構(gòu)方案 4 2.1 分型面的設計 4 2.1.1 分型面設計原則 4 2.1.2 分型面形式 4 2.1.3 本文設計分型面的選擇 4 2.2 型腔數(shù)量及排列方式的確定 4 2.2.1 型腔數(shù)量的確定 4 2.2.2 型腔排列形式的確定 5 3 注塑機設備的選擇 7 3.1 零件的體積質(zhì)量計算 7 3.2 注塑機的選擇 7 3.2.1 澆注凝料的體積計算 7 3.2.2 選擇注塑機 7 4 澆注系統(tǒng)的設計 8 4.1 澆注方式的選擇 8 4.1.1 選擇澆注方式 8 4.1.2 確定澆注系統(tǒng) 8 4.2 流道的設計 8 4.2.1 主流道的設計 8 4.2.2 分流道的設計原則 9 5 模具模架選擇 11 5.1 模架種類及用途準模架 11 5.2 模具冷卻系統(tǒng)的設計 11 6 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計與制造方面取得的顯著進步。 這篇設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計模腔，計算模腔的分布與距離尺寸，然后選取模架，設計水路，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、耐化學腐蝕性及表面硬度、沖擊韌度、力學強度較高，尺寸穩(wěn)定、耐化學性、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，應按品種確定成形方法及成形條件。 吸濕能力較強，含水量應小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱、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50～60℃，耐熱型材料宜取60～80℃。注射壓力應比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為180～230℃，注射壓力為100～140MPa，螺桿式注塑機則取160～220℃，70～100MPa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（0.4～0.7）%，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′～ 45′ 20′～ 45′ 硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜 35′～ 40′ 30′～ 50′ 聚苯乙烯、有機玻璃、ABS、聚甲醛 35′～ 1°30′ 30′～ 40′ 熱固性的塑料 25′～ 40′ 20′～ 50′ 2 零件結(jié)構(gòu)方案 2.1 分型面的設計 2.1.1 分型面設計原則 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，流道廢料應盡量減少，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）型腔排列應保證流道、澆口等距離定模腔邊緣有一定適當距離； （3）為了使模具成型時的冷卻效果達到要求，型腔排位時應注意螺釘、推桿與冷卻水倒是否有影響，應預留冷卻水孔的位置。 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V1≈10.95 cm3； （2）注塑件的總質(zhì)量：ABS材料的密度為1.02～1.20 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ω=ρV=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） 420×450 4 澆注系統(tǒng)的設計 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 流道的設計 4.2.1 主流道的設計 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設置拉料鉤，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 主流道設計圖 4.2.2 分流道的設計原則 分流道多采用平衡式布置，流道應光滑、平直，盡量避免彎折。 分流道的設計選取通常運用圓形道，主要設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/mm PE 3～10 PMMA 8～10 PP 4.8～10 PVC 6.4～16 PS 3.2～10 PA 3～10 ABS 3.2～10 PPS 6.4～10 PC 4.8～10 PPO 6.4～10 HIPS 3.2～10 PES 6.4～10 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為3.2mm～10mm，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、導柱、導套、和復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。 而我們所學習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)的設計 對于大多數(shù)熱塑性塑料模具上不需設置加熱裝置。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8～10mm;平均壁厚2～4mm時，水孔直徑可取10～12mm;平均壁厚4～6mm時，水孔直徑可取10～14mm,冷卻水孔至型腔表面的距離應盡可能相等。冷卻水孔道不應穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水。 如圖5-2所示，本次設計的塑件壁厚2mm，直徑8mm，滿足要求。 圖5-2 冷卻回路圖 6 模具頂出機構(gòu) 本次注塑模設計注塑件形狀結(jié)構(gòu)簡單、而且是對成型的塑件。設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)特點及設計計算方法，對獨立設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，應有利于脫模。根據(jù)零件尺寸的大小進行合理設計模、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計，根據(jù)零件的工藝性能設計流道類型，通過設計澆注系統(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。在設計前，我們應該把準備工作做好，避免由于設計過程中因為某一點的困難而影響整個設計。 在設計過程充分利用了各種可以利用的方式方法，同時在反復的思考中不斷深化對各種理論知識的理解，在設計的階段充分利用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)設計的完成也預示著大學三年即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設計過程中碰到了許多自己做畢業(yè)設計前所沒想到的困難，如零件裝配圖的標注、零件設計時一些數(shù)據(jù)尺寸的計算、查證等等，把我這三年來所學的課程基本來了一次大綜合。在設計的這段時間里感謝老師的指導和同學們的幫助，設計才能順利地完成。 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. 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