玩具汽车外壳注塑模具设计.docx
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玩具汽车外壳注塑模具设计
毕业设计
题目玩具汽车外壳的注塑模具设计
学生姓名
专业班级机械设计制造及其自动化0943
学号2
系(部)
指导教师(职称)
完成时间
毕业设计(论文)任务书
题目玩具汽车外壳的注塑模具设计
专业机械设计制造及其自动化学号姓名
主要内容、主要要求、主要参考资料等:
一、主要内容:
在设计中,根据老师提供的玩具汽车外壳模型,进行其生产时的注塑模具设计。
主要涉及到注射模设计的原理和分析,机械设计,机械计算机制图等方面的知识。
通过对模型的外形结构的分析,针对性的设计成产模具,在设计的过程中,理解并应用模具的基本设计概念和要求,即注塑成型的分析、注塑机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注塑模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定及结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、用MOLDFLOW进行仿真分析进而进行优化、全面审核投产制造等。
三、主要文献
1.推荐参考书:
[1]周璧华,陈斌,石立华.电磁脉冲及其工程防护[M].北京:
国防工业出版社,2003.
[2]张仁豫,陈昌渔,王昌长.高电压试验技术[M].北京:
清华大学出版社,2003.
[3]曾中正.实用脉冲功率技术引论[M].西安:
陕西科学技术出版社,2003.
[4]郭允晟,苏秉伟,方伟乔等.脉冲参数及时域测量技术[M].北京:
中国计量出版社,1989.
[5]梁曦东,陈昌渔,周远翔.高电压工程[M].北京:
清华大学出版社,2003.
[6]谭阳红,蒋文科,何怡刚.基于OrCAD10.5的电子电路分析及设计[M].北京:
国防工业出版社,2007.
2.学术期刊、学术会议等其它参考文献
自备。
完成期限:
指导教师签名:
专业负责人签名:
年月日
玩具汽车外壳的模具设计
摘要
通过对塑件的工艺性分析,对塑件的结构和实际要求的分析理解,在模具设计中,结合理论和实践,设计一套生产的注塑模具,要求模具的设计符合机械原理,符合模具加工要求,能够适应规模化的生产,设计要合情合理,没有矛盾和无法实现的地方。
注塑模具在社会上应用越来越广,要结合成产和第一线的经验,安全,节省原料,产生经济效益,所用的工艺过程,设计思路,加工需要,零件选择,都要符合机械行业的规定。
本次的塑件是一个玩具汽车外壳,结合玩具汽车外壳来设计模具。
通过设计该生产的注塑模具,意义深远,首先学会查表和手册,能够合理的选择自己所需的零件,熟悉计算公式,能对各种计算熟练使用。
其次,要能够用计算机proe制图软件,准确,完整地表达出设计过程和成果,能形象的展现设计的机构,特点。
最后,要学会发散性思维的思考方式,用分析性的软件去分析自己的模具,找出优缺点,并能够举一反三,真正的做到理解运用模具设计的原理和过程。
通过毕业设计,让自己在进入工作前感受一下行业的要求和特点,为将来的职业生涯打下基础。
关键词:
模具设计/机械原理/proe制图/模具选择
THEDESIGNMOLDOFTOYCAR
ABSTRACT
Accordingtotheplasticproductsrequirements,understandtheuseofplasticparts,plasticpartsoftheprocessanalysis,dimensionalaccuracyandothertechnicalrequirements,selectionofplasticpartssize.Theuseofamoldofamoldtwo,asidegatefeed,injectionmachineusestheHaitianmodels,coolingsystem,andmappingassemblydrawingandpartsdrawing,moldreasonableprocessingmethod.Enclosebrochures,thesystematicuseofabrieftext,conciseschematicdiagramandcalculationanalysisofplasticparts,soastomakereasonablemolddesign.Thedesignofaproduct-dependentpartisonextractingthegeometryfromtheplasticproduct.Inrecentyears,technologyhasbeensuccessfullyusedtohelpmoulddesignerstodesigntheproduct-dependentparts.Injectionmodisthemostimportantprocessformanufacturingplasticmodproducts.thenecessaryequipmentconsistsoftwomainelements,theinjectionmodmachinesusedtodayareso-calleduniversalmachines,ontowhichvariousmodforplasticpartswithdifferentgeometriescanbemounted,withincertaindimensionlimits,buttheinjectionmoddesignhastochangewithplasticproducts.Fordifferentmodgeometries,differentmodconfigurationsareusuallynecessary.
KEYWORDSmolddesign,drawtwo-dimensionalmap,PROErendering3Dmap,thechoiceofinjectionmachine
1绪论
在整个机械行业中,模具的发展相当的迅速,随着工业性的规模化,产品的日益生产化,越来越多的生活用品,工业用品需要大量的生产,这就造成了当今模具行业的日益繁荣,在我国,模具设计及制造是国家经济建设的重要产业,模具生产的广泛应用于电子,汽车,办公,工业,军事等各个行业。
在机械行业中,产品零件的标准化是一种未来的趋势,而产品零件的标准化,却需要模具的大力支持,只有模具发展好了,才能大量的,稳定的,合格的生产出各种所需的产品,才能适应社会化大生产。
放眼当今全球,在国外,尤其是日本,德国,美国。
模具产业在整个机械行业占据重要的地位,从当年美国福特汽车的标准化生产开始,已经预示着模具必将辅佐这整个行业的快速前进,产品及其零件的标准化,会给人们的生产生活带来巨大的便利,用模具生产加工的产品,本身就会解决那些复杂性,高精度性,材料成本高昂,大批量成产的特点,同时,模具的高效,节能,灵活也为很多企业带来可观的效应。
为什么美国,德国,日本的经济实力强盛,其国家的重工业的模具颇具规模和技术是其重要的原因之一[1]。
很多人听到机械这个词,就会想到机器巨大的轰鸣声,想到那些冰冷的金属材料,而模具,却有相当一部分是和塑料打交道,本次设计就是有关注塑模具的设计,材料使用的是各种塑料,主要生产的是一些生活用品和质轻,易于携带的产品。
其基本原理就是利用各种注塑机,将塑料材料,在高温高压的作用下,喷射入模具,使材料在模具中能够冷却成型,然后分开模具,将成型好的产品取出,最后在加工处理一下,得到了我们想要的产品。
这样的产生,方便快捷,材料利用率高,环境污染少,经济效益也高,在本次的设计中,就是通过一个玩具汽车外壳的塑料塑件的分析观察,采用塑料材料,设计一款适合生产化的模具。
注塑模具根据产品加工的需要有很多种[2],主要分为:
注塑模,压缩模,压注模,挤出模,气动成型模,本次的设计中就是有关注塑模的设计。
模具的设计方法也有很多,其设计过程灵活多变,应用到各种软件去描画分析,可以说,学活注塑模具的设计,是学习其他机械设计的基础。
学习注塑模具,也要了解注塑模具的材料,各种材料的特点。
高分子聚合物的结构特点和性能,塑料的组成及工艺特性,塑料成型制件的结构工艺性,熟悉注射模,压缩模,压注模,挤出模等塑料模具的成型工艺,了解注塑机的基本构造和熟悉注射模及注射机之间的关系,在注射模具设计中,侧向分型及抽芯机构的设计难度最大,一般稍微复杂的模具都要用到。
而本次设计,在后面就会用到,所以在以后的学习中,要注意领悟和感受。
2塑件的工艺分析
在模具设计之前需要对塑件进行工艺性分析,分析塑件的结构,尺寸,表面粗糙度等,有利于设计最合理的模具。
本次设计的塑件是玩具小车车架如图
(1)所示,具体结构和尺寸详见图纸,该塑件结构中等复杂程度,生产量大,要求较低的模具成本,成型容易,由于采用材料为ABS,根据塑件精度表可知,塑件精度要求中等,为4级。
图1.1正面3D视图
图1.2背面3D视图
图1.3塑件零件图
2.1塑件尺寸及精度
塑件尺寸的大小是受到塑料流动性的影响的,其塑件的精度,会受到模具制造精度的影响和塑料收缩率的影响,不同情况下,两种因素的影响程度不同,那么在分析塑件的尺寸精度时,就要考虑到塑料的种类性能,在本次设计中,选取材料为ABS。
因为流动性较好,适用于不同尺寸的制品,工程塑料模塑塑料件的尺寸公差有国家标准,参照文献[3]表3-2塑件的尺寸及公关(SJ1372-1978)的塑料制件公差数值标准来确定。
根据任务书和图纸要求,本次产品尺寸均采用MT3级精度,未注的就采用MT5级精度。
查(GB/T14486--1993)可知,塑件的标注公差的尺寸公差值A为0.52mm,B为0.72mm.
2.2塑件的结构分析
2.2.1脱模斜度
塑料都有收缩率,在成型时,遇冷收缩时会过度的包裹住模具的型芯,那么,为了便于后期的塑件脱模,就要在塑件内外表面沿着脱模方向设计一定的斜度,这个所谓的脱模斜度,是及塑件的收缩率,塑件的尺寸,结构等有关。
本次设计中,按照一般的设计经验取值为30′—1°30′,同时我取脱模斜度为1°
2.2.2塑件的壁厚
塑件的壁厚对模具有一定的影响,一般来讲,壁厚越小越好,壁厚要有足够的强度和刚度,但对于一些大型的塑件来讲,壁厚过小的话,填充的阻力就比较大,不易于成型,经过查阅文献[4]中的表3.5和表3.6.结合自己的塑件,在首次模具设计中,本着简单,方便的原则,我测量塑件的壁厚为2mm.而且该玩具汽车外壳壁厚均匀,所以周边和底部壁厚均可为2
。
2.2.3塑件的圆角和加强肋
该塑件在底部有一对加强肋,这样可以提高塑件的刚度,强度和防止变形,通过观察可以发现,该对加强肋侧重分布于小车底部的一端处,其布置基本及熔体充模流动方向一致。
塑件在成型时应该避免形成尖角,因为尖角容易形成局部应力性集中,而且不利于塑件的美观和强度。
合理的塑件圆角,一般内圆角半径为壁厚的1/3.外壁圆角为壁厚的1.5倍,本塑件,都是圆角,没有尖角,经过测量,结合本次的设计塑件,壁厚为2mm,所以,我们把塑件内外圆角的半径取为0.7mm和3mm。
2.2.4塑件的孔
塑件上的孔一般有两种,通孔和盲孔,孔的要求就是,孔及孔的边缘或者孔边缘及制件外壁的距离应该不小于孔径,本塑件,有一个通孔和2个盲孔,对于这个通孔来说,其直径较大,4mm,而且深度较浅,就采用一段固定的型芯来加工的方法,由于盲孔的成型比较深,且直径较小,可以采用成型后在机加工的方法。
2.3塑件表面粗糙度
一般情况下,模具的表面粗糙度值要比塑件的低1-2级[5],塑件的表面粗糙度值一般取为1.6--0.2um。
而且,塑件的型腔的表面粗糙度要小于型芯,通过对本次设计塑件的表面分析,该玩具小车外部的表面粗糙度要大于内部,所以,我取值内部Ra为0.2um,外部取其2倍,为0.4um。
2.4塑件的体积和质量
本次设计中,塑件的质量和体积测量,在PROE软件中,使用塑模部件验证功能,可以测得塑件的质量(ABS的密度为1.05
),即可以得出该塑件制品的体积为15.6
质量为16.4克。
图2.1塑件分析
3塑料材料分析
3.1塑料材料的基本特性
ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。
这三种组分的各自特性,使ABS具有良好的综合理学性能。
丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度,丁二烯使ABS坚韧,苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。
ABS价格便宜原料易得,是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。
是一种良好的热塑性塑料。
ABS无毒,无气味,呈微黄色,成型的塑料有较好的光泽,、不透明,密度为1.08--1.2
。
既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性,耐寒性,耐油性,耐水性,化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响,ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂,但及烃长期接触会软化溶胀,在酮,醛,酯,氯代烃中会溶解或形成乳浊液。
ABS表面受冰醋酸,植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂,ABS有一定的硬度,他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高,尺寸稳定性较好,易于成型加工,经过调色配成任何颜色。
其缺点是耐热性不高,连续工作温度为70
左右,热变形温度约为93
耐气候性差,在紫外线作用下ABS易变硬发脆[7]。
3.2ABS的性能指标
弯曲强度80Mpa,拉伸强度3549Mpa,拉伸弹性模量1.8Gpa,弯曲弹性模量1.4Gpa,压缩强度18--39Mpa,缺口冲击强度11--20,硬度62--86HRC,体积电阻系数,收缩率范围内。
ABS的热变形温度为93118℃,制品经退火处理后还可提高10℃左右。
ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性,可在-40至100℃的温度范围内使用[8]。
3.3塑件材料成型性能
ABS易吸水,使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。
因此,成型加工前应进行干燥处理;ABS在升温时黏度增高,黏度对剪切速率的依赖性很强,因此模具设计中大都采用点浇口形式,成型压力较高,塑件上的脱模斜度宜稍大;易产生熔接痕,模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。
要求塑件精度高时,模具温度可控制在50度左右,要求塑件光泽和耐热时模具温度应控制在70度左右。
ABS比热容低,塑化效率高,凝固也快,故成型周期短。
3.4塑件材料主要用途
ABS在机械工业上用来、泵业轮、轴承、把手、管连接件、冷藏库和冰箱衬里等,汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等,还可用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可用来制造水表壳,纺织器材,电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。
4注射成型工艺
4.1注塑成型原理
注射设备可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机,其基本原理都是,将塑料在高温高压下注射进模具,使塑料能够充分的充满模具,成型制造,至少两种的工作特点不一样,由于本次设计的材料为ABS,查询文献[9]的表4.1可知,注射机选用螺杆式,注射压力为70--90Mpa之间,注射时间3--5秒。
4.1.1注射成型工艺
注射成型工艺过程包括成型前的准备,注射过程和塑件后期处理三部分。
(1)、成型前准备,首先要进行塑料的外观性检查和工艺性能的测定,主要就是对材料的处理,一般都要对塑料进行干燥处理,防止材料的水分影响塑料成型。
(2)注射过程,一般就是加料,塑化,冷却,脱模这几个过程,首先是加料,加料要注意,要根据注塑量而定,不能太多或者太少,其次是塑化,塑化是使塑料由固体加热搅拌变成液体,只有充分的塑化,塑料才能在各处温度一致的情况下,使塑料充分顺利的进入模具,才能保证生产的连续性,这也是为什么要选择螺杆式注射机的原因。
在注射的过程中,要注意保压和倒流,保压不理想,就会使塑料成型不够均匀,影响塑件的质量。
而且保压还要做到保压前浇口已经冻结,这样就会防止浇口倒流的现象。
(3)塑件的后期处理,为了消除塑件的内应力和改善塑件的性能及提高稳定性,塑件在成型之后要进行退火处理和调湿处理,退火处理目的是为了减小塑件内应力,此时,温度应该控制在塑件使用温度之上的10到20度之间,调湿处理,将塑件放在热水中吸湿,从而让塑件新性能尺寸稳定。
4.2型腔数目的确定
因为本设计中采用侧浇口,且塑件的尺寸不大,为提高塑件成功概率,并从经济型的角度出发,节省生产成本和提高生产效率,采用一模2腔,进行加工生产[10]。
先根据生产效率的要求和制件的精度要求确定型腔的数目,然后再选择注塑机或对现有的注塑机进行校核。
5注射模具结构设计
5.1分型面的设计
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分,它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料,当成型时又必须接触封闭,这样的接触表面称为分型面,它是决定模具结构的重要因素,每个塑件的分型面可能只有一种选择,也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
选择分型面时,应从以下几个方面考虑:
(1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处;
(2)分型面的选择应有利于塑件顺利脱模;
(3)分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量;
(4)分型面的选择应有利于模具的加工;
(5)分型面的选择应有利于排气;
(6)使塑件易于脱模。
综合考虑各种因素,并根据本模具制件的外观特点,选择用平直分型面。
并选择在塑件的最大平面处,玩具小车的最大截面处如下图。
开模后塑件留在动模一侧。
图5.1分型面示意图
5.2型腔的布局
模具的型腔数量确定为一模两腔后,就要考虑到型腔的布局,在通常的确定主流道位置后,型腔的布局要满足几个条件,首先,尽量保证各个型腔所获得的注塑压力均等,获得的塑料量一样,其次是主流道到各个型腔的流程要尽量的短,以降低废料率,最后,各个型腔之间的间距要稍微大点,一面互相影响成型。
根据模具的特点,确定具体的型腔成型方法为整体式,又由于,型腔直接和高温高压的熔料接触,所以成型零部件都要进行热处理,模具采用侧浇口,并采用对称式布局,以求达到良好的浇注质量[11]。
本次设计,根据经验,两个模具腔之间距离选择为35mm。
图5.2型腔布局方式
5.3浇注系统的设计
浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道,浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类。
5.3.1浇注系统组成
普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。
主浇道,第一分浇道,第二分浇道,第三分浇道,浇口,型腔,冷料穴等。
5.3.2确定浇注系统的原则
在设计浇注系统时应考虑下列有关因素:
(1)了解塑料成型特性:
浇注系统是及塑料的性质有关,只有浇筑系统适应了塑料的性质,才能顺利注塑生产,保证质量。
(2)尽量要避免减少熔接痕迹,本次在设计浇注系统时要注意,要避免设计的浇筑系统流程长,散热性不均匀,而使之间质量不过关。
(3)防止型芯的变形和嵌件的位移,避免塑料熔体直接冲击小的型芯和嵌件。
(4)冷料:
在注射间隔时间,喷嘴端部的冷料必须去除,防止注入型腔影响塑件质量,故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。
所以本设计中采用普通点浇口浇注系统。
正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。
因为无流道凝料浇注系统的模具结构复杂,成本高,加工困难,而普通流道系统比较简单,适合简单塑件的生产。
5.3.3流道的设计
主流道是浇注系统中从注射机喷嘴及模具浇口套相接触的部分开始,到分流道为止的塑料熔体的流动通道,是熔体最先流进模具的部分。
本设计中,主流道的设计,是垂直于分型面的,而且,主流道是在浇口套里面,截面为圆形。
同时,注意,由于主流道的形状和尺寸对熔体的温度有影响,所以设计时要能够使熔体的温度降和压力损失最小。
为了使主流道的熔料能够进入顺利,所以主流道设计成圆锥形,锥角
取为3°(一般情况下,锥角都是2°到6°),流道表面粗糙度要求Ra《0.8um。
浇口套采用碳素工具钢材料热处理,热处理硬度53—57HRC。
由于注塑模较小,采用浇口套和定位圈的整体式设计,用螺钉固定在定模板上。
(1)主流道的尺寸
根据文献[3]图(6),查表可知,主流道各具体尺寸如下:
主流道上下尺寸分别为4.5mm和6mm。
(2)分流道的设计,一般情况下,查阅文献[12],分流道界面取圆形,而且,直径通常为5-6mm。
本次设计取直径5mm。
图5.3浇注系统及定位环、浇口套
(3)主流道衬套的形式
选用如图所示类型的衬套,这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。
将主流道衬套和定位圈设计成两个零件,然后配合固定在模板上,衬套及定模板的配合采用
的过渡配合,浇口套和定位圈采用H9/f9的配合。
图5.4主流道衬套及其固定形式
定位圈是标准件,尺寸如下。
图5.5定位圈零件图
(4)主流道衬套的固定
主流道衬套的固定,直接采用2个M5X20的螺丝直接锁附固定。
5.3.4分流道的设计
分流道是指主流道末端及浇口之间这一段塑料熔体的流动通道,分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。
设计中要注意尽量减少流动过程中的热量损失及压力损失。
在本次设计中,由于型腔是呈现矩形状,而且,为了使排列尽量紧凑,缩小模板尺寸,使流程简短,对称布置,故本设计中采用侧浇口的方式。
如图所示。
图5.6主流道和侧浇口的位置
5.3.5浇口的设计
浇口又叫进料口,是连接分流道及型腔的通道。
浇口的位置及设计直接关系到制件的质量好坏。
熔体在型腔内流动时,其动能损失最小。
要做到这一点必须使
(1)流程(包括分支流程)为最短;
(2)每一股分流都能大致同时到达其最远端;
(3)应先从壁厚较厚的部位进料;
(4)考虑各股分流的转向越小越好。
由于本设计中玩具小车车架塑件外表面质量要求较高,所以选用侧浇口。
侧浇口直接在中间的圆端面处进,玩具小车车架组装后,浇口被遮挡起来。
有效地排出型腔内的气体。
根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果,由于浇口界面小,去除浇口比较容易,不留明显痕迹,故采用侧浇口。
其界面形状为矩形。
侧浇口的宽度和深度尺寸计算
(5-1)
(5-2)
其中b是侧浇口宽度,A是塑件外侧表面积,t是侧浇口深度,
是侧浇口塑件的壁厚。
在本设计中,t取1.0mm。
(根据塑件壁厚的),宽度b取3.5mm。
浇口长度取1.4mm。
5.3.6冷料穴的设计
冷料穴也是浇注系统结构一部分,其一般设置在主流道和分流道的末端,它的作用就是为了容纳在注射过程中的一部分凝料,在塑料刚进入模具中,最前部分的凝料遇到温度角度的模具会发生塑边,这样使其流动性减缓,不利于后面的塑料的进入成型,同时,结束注射分模时,在拉料杆的作用下,主流道的凝料在浇口套中被拉出,推出机构开始工作,将塑件推出。
冷料穴的设计方案有多种,所以本次设计如图纸所示,采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。
冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上,其标称直径及主流道直径相同或略大一些,这里取为
,目的是为了保证冷料体积小于冷料穴体积。
5.4模架及标准件的选用
5.4.1模架的选用
模架,也叫做模胚,是由模板,导柱,导套等零件组成的。
模架的作用就是保证凹凸模在开合模时正确的对准。
模
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