樂高玩具帽子的注塑模具設(shè)計(jì)-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(shè)計(jì)-塑料注射模含NX三維及4張CAD圖,玩具,帽子,注塑,模具設(shè)計(jì),塑料,注射,nx,三維,cad 樂高玩具帽子的注塑模設(shè)計(jì) 摘 要 此篇畢業(yè)論文是對(duì)樂高玩具中帽子零件的設(shè)計(jì)與制造過程的表達(dá)，運(yùn)用CAD、UG等軟件，對(duì)樂高玩具零件帽子進(jìn)行了研究和設(shè)計(jì)，最終設(shè)計(jì)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(duì)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(xì)的研究和設(shè)計(jì)。通過整個(gè)設(shè)計(jì)過程表明該模具能夠達(dá)到此注塑零件所要求的加工工藝。根據(jù)題目本次設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是樂高帽子注塑模具的設(shè)計(jì)，也就是設(shè)計(jì)一副注塑模具來生產(chǎn)樂高帽子零件，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(shè)計(jì) 4 2.1.1 分型面設(shè)計(jì)原則 4 2.1.2 分型面形式 4 2.1.3 本文設(shè)計(jì)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(jī)設(shè)備的選擇 7 3.1 零件的體積質(zhì)量計(jì)算 7 3.2 注塑機(jī)的選擇 7 3.2.1 澆注凝料的體積計(jì)算 7 3.2.2 選擇注塑機(jī) 7 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(shè)計(jì) 8 4.2.1 主流道的設(shè)計(jì) 8 4.2.2 分流道的設(shè)計(jì)原則 9 5 模具模架選擇 11 5.1 模架種類及用途準(zhǔn)模架 11 5.2 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 6 模具頂出機(jī)構(gòu) 13 總 結(jié) 14 致 謝 15 附 錄 16 參考文獻(xiàn) 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(shè)計(jì)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(yīng)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(jī)配套，賦予塑料制品以完善機(jī)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(jī)和塑料制品的結(jié)構(gòu)又繁簡(jiǎn)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(yīng)用。隨著塑料產(chǎn)業(yè)制品的發(fā)展，社會(huì)對(duì)塑料制品的需求度越來越大。 本篇文章所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品為樂高玩具的某個(gè)單個(gè)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(yīng)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(jì)90年代以來，我國塑料模技術(shù)發(fā)展迅速，已進(jìn)入一個(gè)全新的階段。已能實(shí)現(xiàn)國內(nèi)自行設(shè)計(jì)、制造部分進(jìn)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(jì)制技術(shù)替代通用機(jī)床加工；有許多工廠以完全可以定點(diǎn)生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)模架及模具標(biāo)準(zhǔn)件，越來越多的企業(yè)采用標(biāo)準(zhǔn)件以改變過去完全由本企業(yè)包干生產(chǎn)的方式，標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量也有明顯提高。這些都反映我國在塑料模設(shè)計(jì)與制造方面取得的顯著進(jìn)步。 這篇設(shè)計(jì)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(gè)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(dòng)性等。根據(jù)帽子的尺寸大小進(jìn)行測(cè)量和在UG軟件中進(jìn)行繪制，對(duì)零件進(jìn)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(shè)計(jì)模腔，計(jì)算模腔的分布與距離尺寸，然后選取模架，設(shè)計(jì)水路，模具的推出機(jī)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(xué)腐蝕性及表面硬度、沖擊韌度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定、耐化學(xué)性、電氣性能良好； 無毒無味，易于成形和機(jī)械加工，與有機(jī)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(jī)電性能及成形特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成形方法及成形條件。 吸濕能力較強(qiáng)，含水量應(yīng)小于0.3%，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時(shí)間預(yù)熱、干燥。 流動(dòng)性中等，溢邊料0.04mm左右。 比聚苯乙烯加工困難，所以為達(dá)到加工條件要求應(yīng)選取高料溫。料溫對(duì)物性影響較大、此材料在高溫狀態(tài)下易分解，對(duì)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(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機(jī)時(shí)料溫為180～230℃，注射壓力為100～140MPa，螺桿式注塑機(jī)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(shí)塑料熔體流程不太長；塑件體有臺(tái)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(jī)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(shè)計(jì) 2.1.1 分型面設(shè)計(jì)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(jiǎn)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(shè)計(jì)分型面的選擇 通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)進(jìn)行工藝分析，同時(shí)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(shí)，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(jì)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(dòng)長度要適當(dāng)，流道廢料應(yīng)盡量減少，注塑澆口位置選取合適，進(jìn)料要均勻平衡，還要使型腔壓力均衡； （2）型腔排列應(yīng)保證流道、澆口等距離定模腔邊緣有一定適當(dāng)距離； （3）為了使模具成型時(shí)的冷卻效果達(dá)到要求，型腔排位時(shí)應(yīng)注意螺釘、推桿與冷卻水倒是否有影響，應(yīng)預(yù)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(jì)實(shí)用性、成本等因素，又由于本次設(shè)計(jì)選擇的是一模四腔排列形式，故采用直線式對(duì)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(jī)設(shè)備的選擇 3.1 零件的體積質(zhì)量計(jì)算 （1）注塑件的體積：根據(jù)UG軟件中的零件測(cè)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(jī)的選擇 3.2.1 澆注凝料的體積計(jì)算 澆注系統(tǒng)在未設(shè)計(jì)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(yàn)按照注塑件體積的0.2倍～1倍來計(jì)算。本次設(shè)計(jì)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(jī) 根據(jù)上一步的計(jì)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(shí)際注塑的需要，就要與注塑機(jī)理論注射量的0.8倍相比配。所以，注塑機(jī)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(jī)型號(hào)為XS-ZY-125，該注射機(jī)技術(shù)參數(shù)如表2-1所示。 表2-1?注射機(jī)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(dòng)、定模固定板尺寸（mm） 420×450 4 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 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(dá)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(jiǎn)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(shí)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(fù)雜程度等因素。為保證達(dá)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(shí)壓力的損失和無料損耗，主流道的長度應(yīng)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(diǎn)是塑料溶液流程短，可達(dá)到塑件成型質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，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(shè)計(jì) 4.2.1 主流道的設(shè)計(jì) 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(duì)面應(yīng)設(shè)置拉料鉤，可將注塑時(shí)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(huì)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(shí)，主流道與加料室中由于注塑冷卻時(shí)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(gè)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(shè)計(jì)圖 4.2.2 分流道的設(shè)計(jì)原則 分流道多采用平衡式布置，流道應(yīng)光滑、平直，盡量避免彎折。 分流道的設(shè)計(jì)選取通常運(yùn)用圓形道，主要設(shè)計(jì)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(yīng)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(zhǔn)模架 模架是由模板、導(dǎo)柱、導(dǎo)套、和復(fù)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(biāo)準(zhǔn)模架則是由結(jié)構(gòu)、形式和尺寸都已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)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(xué)習(xí)運(yùn)用的龍記大水口模架有12種型號(hào)，分別為AI、BI、CI、DI、AH、BH、CH、DH、AT、BT、CT、DT，模胚類型有大水口、細(xì)水口、簡(jiǎn)化細(xì)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(hào)：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(shè)計(jì) 對(duì)于大多數(shù)熱塑性塑料模具上不需設(shè)置加熱裝置。為了縮短成型周期，需要對(duì)模具進(jìn)行冷卻，常用冷卻液體水對(duì)模具進(jìn)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(yīng)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(shí)，水孔直徑可取8～10mm;平均壁厚2～4mm時(shí)，水孔直徑可取10～12mm;平均壁厚4～6mm時(shí)，水孔直徑可取10～14mm,冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)盡可能相等。冷卻水孔道不應(yīng)穿過鑲塊或其接縫部位，以防漏水。 如圖5-2所示，本次設(shè)計(jì)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(jī)構(gòu) 本次注塑模設(shè)計(jì)注塑件形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、而且是對(duì)成型的塑件。設(shè)計(jì)這套模具的頂出機(jī)構(gòu)時(shí)，我取用了頂桿推出機(jī)構(gòu)，在每個(gè)型芯中心部位各放置一個(gè)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(shí)受力不均勻而發(fā)生變形現(xiàn)象，同時(shí)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(shè)計(jì)，可以簡(jiǎn)化模具制造時(shí)的難度，并且能不影響塑件的取出。 圖6-1 頂出機(jī)構(gòu)圖 總 結(jié) 通過對(duì)樂高玩具零件的設(shè)計(jì)，對(duì)常見塑料在成型過程中對(duì)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(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，對(duì)獨(dú)立設(shè)計(jì)模具具有了一次新的鍛煉。 在開始做這套模具時(shí)對(duì)零件的選取浪費(fèi)了時(shí)間，最終選取了樂高積木來做，因?yàn)闃犯叻e木是由一個(gè)個(gè)小的塑料零件拼裝而成，每一個(gè)部分都可以設(shè)計(jì)為一套模具，樂高玩具的質(zhì)量很好，所選取的材料也是嚴(yán)格要求的，根據(jù)要求對(duì)零件進(jìn)行工藝分析，其次就是零件的分型面選取，分型面的選擇，應(yīng)有利于脫模。根據(jù)零件尺寸的大小進(jìn)行合理設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，根據(jù)零件的工藝性能設(shè)計(jì)流道類型，通過設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，計(jì)算側(cè)澆口、分流道、主流道的尺寸，繪制澆注系統(tǒng)。計(jì)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(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)，運(yùn)水方式，運(yùn)水直徑的大小，要進(jìn)行合理的選擇與布局。在設(shè)計(jì)前，我們應(yīng)該把準(zhǔn)備工作做好，避免由于設(shè)計(jì)過程中因?yàn)槟骋稽c(diǎn)的困難而影響整個(gè)設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)過程充分利用了各種可以利用的方式方法，同時(shí)在反復(fù)的思考中不斷深化對(duì)各種理論知識(shí)的理解，在設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的完成也預(yù)示著大學(xué)三年即將結(jié)束，在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中碰到了許多自己做畢業(yè)設(shè)計(jì)前所沒想到的困難，如零件裝配圖的標(biāo)注、零件設(shè)計(jì)時(shí)一些數(shù)據(jù)尺寸的計(jì)算、查證等等，把我這三年來所學(xué)的課程基本來了一次大綜合。在設(shè)計(jì)的這段時(shí)間里感謝老師的指導(dǎo)和同學(xué)們的幫助，設(shè)計(jì)才能順利地完成。 附 錄 參考文獻(xiàn) [1] 吳百中. 機(jī)械制圖. 浙江：電子工業(yè)出版社，2011. [2] 陳志剛. 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì). 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2007. [3] 張景黎．塑料模具設(shè)計(jì)與制造實(shí)訓(xùn)教程．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009 [4] 鄒繼強(qiáng). 塑料制品及其成型模具設(shè)計(jì).北京：清華大學(xué)出版社，2005. [5] 洪慎章. 實(shí)用注塑成型及模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006. [6] 謝鵬程．高分子材料注射成型CAE理論及應(yīng)用．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2010． [7] 褚建忠.塑料模具設(shè)計(jì)基礎(chǔ)及項(xiàng)目實(shí)踐.浙江：浙江大學(xué)出版社，2015. [8] 曹麗平 趙祝和. 塑料模具設(shè)計(jì)步驟與實(shí)例精解.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010. [9] 屈華昌. 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì).北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008. [10] 金文兵．機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)．杭州：浙江大學(xué)出版社，2010