玩具模具設(shè)計

1、目 錄第一章 設(shè)計任務(wù)書2第二章 塑件分析2第三章 成型設(shè)備的選擇與校核6第四章 成型零部件的設(shè)計與計算10第一節(jié) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計10第二節(jié) 排氣系統(tǒng)11第三節(jié) 澆注系統(tǒng)11第四節(jié) 模架的選取13第五章 脫模機構(gòu)的設(shè)計13第一節(jié) 脫模力的計算13第二節(jié) 推出機構(gòu)的計算15第六章 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計16第七章 合模導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計16第八章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)16第九章 注射機參數(shù)的校核17第十章 模具零件加工18謝辭25參考文獻25第一章 設(shè)計任務(wù)書一、 目的：本設(shè)計是在完成了塑料成型工藝與模具設(shè)計等專業(yè)課后進行的一項重要的教學(xué)實踐活動，是使學(xué)生綜合運用所學(xué)知識，掌握塑料模具設(shè)計的方法、步驟

2、和思路；以及塑料模具成型零件的制造工藝的編制方法。二、 任務(wù)和要求： 設(shè)計一副塑料模具，繪制模具裝配圖和非標準零件圖。 說明書。內(nèi)容包括：） 產(chǎn)品零件的成型工藝分析和結(jié)構(gòu)分析。） 必要的計算過程。） 模具結(jié)構(gòu)的選擇分析。） 模具工作原理（動作）分析；零件制造工藝選擇分析（內(nèi)容包括：成本經(jīng)濟性、加工精度、加工質(zhì)量、加工效率等）。第二章 塑件分析一：材料的選擇該塑件為玩具。根據(jù)參考資料2塑料成型工藝與模具設(shè)計，選擇其材料為丙烯腈丁二烯苯乙共聚物（ABS）工程材料，ABS的介紹如下：基本特性： ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使

3、ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.021.05g/cm。ABS有極好的抗沖壓強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70C左右，熱變形溫度為93C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆。2.主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等。3.成型特點：ABS在升溫時粘度增高，所以成型

4、壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少澆口對流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060C，要求塑件光澤和耐用時，應(yīng)控制在6080C ABS的注射工藝參數(shù)注射類型螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）3060噴嘴形式直通式溫度（）190200料筒溫度前段 （）200210中段 （）210230后段 （）180200模具溫度（）5080注射壓力（MPa）70120保壓力（MPa）5070注射時間（S）35保壓時間（S）1530冷卻時間（S）1530成型周期（S）4070

5、二：塑件結(jié)構(gòu)分析結(jié)構(gòu)特點：該塑件最大壁厚大概是3mm厚的殼體，殼體外部沒有很高的要求，所以可以采用點澆口的形式。由于該塑件較小，采用一模多腔比較合適。殼體內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，所以采用鑲嵌式凸凹模結(jié)構(gòu)。改塑件分為上下兩殼，如圖1、圖2和圖3所示：圖1塑件后蓋圖圖2塑件前蓋圖圖3塑件前蓋圖第三章 設(shè)備的選擇與校核為了保證注射質(zhì)量和充分發(fā)揮設(shè)備的能力,應(yīng)根據(jù)注射模一次成型的塑料體積和質(zhì)量來初步確定注射機的類型。根據(jù)理論和在實際生產(chǎn)中的經(jīng)驗得出塑件和澆注道之間材料的總和應(yīng)該在注射機理論注射量的50%80%之間。 （一）、型腔數(shù)量的確定 要點：既要保證最佳的生產(chǎn)經(jīng)濟性，技術(shù)上又要充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量，也就是應(yīng)

6、保證塑料件最佳的技術(shù)經(jīng)濟性。塑料制作的批量和交貨周期方面：該塑件是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，交貨周期要短，使用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件。質(zhì)量控制要求方面：該塑件不屬于高精度生產(chǎn)要求的產(chǎn)品，精度要求不高采用多型腔有較高的生產(chǎn)效率。塑料品種和其他方面：該塑件所用塑料為ABS工程塑料，流動性能好；澆口位置在靠近塑件邊緣上，另外塑料尺寸小，形狀簡單。經(jīng)過以上分析和本人經(jīng)驗所得，總結(jié)出：采用一模四腔是最佳形式，具有最佳的經(jīng)濟性。（二）型腔的布局要點：型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，型腔排布應(yīng)使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內(nèi)

7、在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，盡可能地采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。經(jīng)分析本人確定的型腔布局為平衡式型腔布局如圖4所示：圖4型腔布局圖（三）選用注塑機1鎖模力 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關(guān)，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應(yīng)使塑料熔體對形腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力，即：F （nA1 + A2）P = 1014.4 90 80% = 7.30 kN式中：F注射機的額定鎖模力（N） P塑件熔體對形

8、腔的成型壓力（MPa）其大小一般是注射壓力的80%。ABS的注射壓力取90MPa。2注射量模具型腔能否充滿與注射機允許的最大注射量密切相關(guān),設(shè)計模具時，應(yīng)保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機實際的最大注射量的范圍內(nèi)，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注射機最大注射量是其允許最大注射量（額定注射量）的80%，由此有：m（nm1+m2）/80% = 75/80% = 93.75 g 式中：m注射機允許的最大注射量（g）3開模行程S（合模行程）指模具開合過程中動模固定板的移動距離，它的大小直接影響模具所能成型的塑件高度，注射機最大開模行程Smax應(yīng)大于開模行程S：Smax S = H1 + H2 + 510 = 12 +

9、23 + 10 = 45 mm式中：H1推出距離（脫模距離）（mm) H2包澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度（mm)根據(jù)以上計算和所用塑料的有關(guān)數(shù)據(jù)，選用注射機為：注射機的參數(shù)合模力（KN）500注射壓力（MPa）122額定注射量（cm）60最大開(合)模行程（mm）180拉桿空間（mm）190*300注射行程（mm）170模具厚度（mm）最大200最小70噴嘴球面半徑（mm）12噴嘴直徑（mm）2（四）分型面要點：1、分型面選在塑件最大輪廓處；2、要便于塑件順利脫模；3、滿足塑件外觀質(zhì)量要求；4、便于模具加工制造。分析：塑料件表面有外觀質(zhì)量要求，不允許留下痕跡，而且有較大的拔模角，分型面設(shè)在塑件中

10、部不能順利脫模。塑件開模后要留在動模上側(cè)，以便于頂出脫模如果設(shè)計在塑件邊緣上，則采用平直分型面，分型面設(shè)計如圖5所示：圖（5）分型面形式這種設(shè)計雖然不夠曲面分型面的排氣效果好，但模具加工制造要簡易得多，加式費用也可節(jié)省很多，總之是利大于弊了。第四章 成型零部件的設(shè)計與計算模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設(shè)計，包括凹模、型芯、鑲塊、凸模和成型桿等。第一節(jié) 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計一、凹模的設(shè)計： 凹模是成型塑件外表面的主要零件，按其結(jié)構(gòu)不同，可分為整體式和組合式兩類。該塑件底面較復(fù)雜，但是為了使產(chǎn)品的美觀，決定采用整體式凹模。即塑件中所有凹入的地方都做成一個整體。二、凸模和型芯的設(shè)計： 凸

11、模和型芯是成型塑件內(nèi)表面的零件。凸模的結(jié)構(gòu) 分析該塑件，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且位置關(guān)系有一定的要求，為了保證位置關(guān)系以及尺寸，將凸模設(shè)計為整體式。第二節(jié) 排氣系統(tǒng)利用型芯與模板的配合間隙排氣，間隙控制在0.030.05mm之間。第三節(jié) 澆注系統(tǒng)1、主流道和澆口套的設(shè)計為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計成圓錐形，內(nèi)壁必須光滑，表面粗糙度應(yīng)為Ra0.4。由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所有模具的主流道部分通常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套，簡稱澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材（如T8A等）單獨加工和熱處理（硬度為HRC5357）。由于在澆口套的小端設(shè)計有分流道，必須要止轉(zhuǎn)，所有澆口套設(shè)計成整體嵌入式，

12、大端用螺絲堅固在定模固定板上。如圖6所示：圖6主流道形式d = 注射機噴嘴直徑 + 1 = 3 mmSR = 噴嘴球面半徑 + 2 = 14 mmh 球面配合高度 = 5 mmD取 6 mm2、分流道的設(shè)計選用圓形截面的流道，雖工藝性不佳，但流動性，傳熱性等方面都好，流道也盡量做到最短，以減少熱量和壓力的損失。所以設(shè)計如圖7所示：圖7分流道形式圖3、澆口的設(shè)計：產(chǎn)品表面不允許有澆口痕跡，所以澆口位置設(shè)在塑件里面，就必須采用潛伏式澆口，另外考慮到流動性和脫模等方面，所以設(shè)計成如圖8所示：圖8澆口設(shè)計圖4、冷料穴的設(shè)計冷料穴設(shè)計在流道較角處，為了方便把流道取出，使其保留在動模一側(cè)，便于脫模，冷料穴

13、也可作為拉料的作用。第四節(jié) 模架的選取模架的選取應(yīng)綜合考慮型腔的大小與布置、凸凹模結(jié)構(gòu)形式、推出機構(gòu)、合模導(dǎo)向機構(gòu)等方面。根據(jù)成型零件的計算和，還有注射機的參數(shù)，盡量選取標準模架.第五章 脫模機構(gòu)的設(shè)計第一節(jié) 脫模力的計算 注射成型后，塑件在模具內(nèi)冷卻定型，由于體積的收縮，對型芯產(chǎn)生包緊力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊力而產(chǎn)生的摩擦阻力。一般而論，塑料制件剛開始脫模時，所需克服的阻力最大，所以選擇此時作為臨界條件。塑件脫模時的型芯的受力分析如圖9所示： 圖9型芯受力分析圖根據(jù)力平衡原理，列出平衡式： 則： 式中 塑件對型芯的包緊力； 脫模時型芯所受的摩擦阻力； 脫模力； 型芯的脫模斜度

14、。又 于是 而包緊力為包容型芯的面積于單位上包緊力之積，即：由此可得： 式中 塑料對鋼的摩擦系數(shù)，約為0.10.3； 塑件包容型芯的面積； 塑件對型芯的單位面積上的包緊力，一般情況下模外冷卻的塑件約取2.43.9107Pa；模內(nèi)冷卻的塑件約取0.81.2107Pa。第二節(jié) 推出機構(gòu)的設(shè)計一、推出機構(gòu)的選擇：選擇推桿推出機構(gòu)推桿推出是一種最簡單常用的推出形式。推出元件制造簡便，更換容易，滑動阻力小，推出效果好。根據(jù)塑件的分析和推桿的設(shè)計要點,選擇圓形推桿推出機構(gòu)，其尺寸為4mm 技術(shù)要求:1、 材料T10碳素工具鋼2、 熱處理要求HRC503、 工作配合部分表面粗糙度Ra0.8m二、推出機構(gòu)的導(dǎo)

15、向與復(fù)位 為了保證推出機構(gòu)在工作過程中靈活、平穩(wěn)，每次合模后推出機構(gòu)能回到原來的位置，需要設(shè)計推出機構(gòu)的導(dǎo)向與復(fù)位裝置。 一）、導(dǎo)向零件 推出機構(gòu)的導(dǎo)向零件，通常由推出導(dǎo)柱與推板導(dǎo)套所組成，其導(dǎo)向裝置見裝配圖。二）、復(fù)位零件 用復(fù)位桿復(fù)位，采用圓形截面，設(shè)置四根復(fù)位桿，位置設(shè)在推桿固定板的四周，以便推出機構(gòu)合模時復(fù)位平穩(wěn)，復(fù)位桿端面與所在的動模平齊。第六章 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計 該塑件由于掛鉤的地方跟分型面是平行的，所以要設(shè)計出抽芯機構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)見非標準零件圖。第七章 合模導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計本設(shè)計采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位。導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的主要零件是導(dǎo)柱和導(dǎo)套。一、導(dǎo)柱導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式可采用帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱

16、，導(dǎo)柱導(dǎo)面部分長度比凸模端面高出812，以避免出現(xiàn)導(dǎo)柱未導(dǎo)正方向而型芯先進入型腔。導(dǎo)柱材料采用T10，HRC5055，導(dǎo)柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8m，導(dǎo)向部分Ra為0.80.4m，本設(shè)計采用四根導(dǎo)柱，固定端與模板間采用H7/m6過渡配合，導(dǎo)向部分采用H7/f7間隙配合。二、導(dǎo)套 導(dǎo)套常采用帶頭導(dǎo)套的形式，采用H7/m6配合鑲?cè)肽０?。具體結(jié)構(gòu)尺寸見裝配圖。第八章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)為了使模溫控制在一理想的范圍內(nèi)，現(xiàn)設(shè)計一模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。由于本次設(shè)計的塑料ABS黏度和流動性一般，模溫為5080，故無須設(shè)計加熱系統(tǒng)，只需設(shè)計冷卻系統(tǒng)以確保合理的模溫。常用的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻，本設(shè)計

17、設(shè)計采用的是水冷卻，經(jīng)濟實惠。冷卻系統(tǒng)機構(gòu)的確定：對于不同的塑件，冷卻水道的位置形狀也不一樣。具體結(jié)構(gòu)見裝配圖。第九章 注射機參數(shù)的校核一、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸的校核1、 噴嘴尺寸XS-Z-60型注射機的噴嘴球面半徑為12mm，而本次設(shè)計的模具主流道始端凹下的球面半徑為13mm，與之相適應(yīng)，故滿足要求。2、 模具厚度模具厚度H必須滿足：HminHHmax式中:Hmin注射機允許的最小模具厚度；即動、定模板之間的最小開距；模具外形尺寸。本設(shè)計的模具外形尺寸為300mm*300mm，XS-Z-60型注射機模板尺寸為330mm*440mm，在其范圍內(nèi)，故滿足要求。二、行程的校核開模行程S

18、（合模行程）指模具開合過程中動模固定板的移動距離。它的大小直接影響模具所成型的塑件高度。注射機XS-Z-60的最大開模行程Smax與模具無關(guān)，它的開模距離由連桿機構(gòu)的沖程或其它機構(gòu)的沖程所決定的，不受模具厚度的影響，由于此模具是雙分型面注射模。由參1公式（4-9）得SmaxS=H1+H2+a+510S開模行程H1推出距離（mm）H2包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度（mm）a 取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度（mm）Hmax注射機允許的最大模具厚度; XS-Z-60型注射機模具最小厚度為70mm，最大模具厚度為200mm，本次設(shè)計的模具厚度為200mm，故模具厚度滿足要求。初步估算SmaxS 滿足要求。

19、三、頂出裝置的校核XS-Z-60型號的注射機的頂出裝置為兩中心頂桿機械頂出，此模具的頂出機構(gòu)也采用中心頂桿機械頂出，故相適應(yīng)。第十章模具零件加工（一）塑料模具制造技術(shù)要求模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，制造時應(yīng)達到以下技術(shù)要求：a、組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應(yīng)符合相應(yīng)圖樣的要求。b、組成模架的零件應(yīng)達到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應(yīng)活動自如，并達到規(guī)定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必須達到設(shè)計要求d、為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在問題進行修整，直至試出合格的成型件為止。一、加工要求:

20、1）模具分型面及組合件的結(jié)合面應(yīng)很好貼合，局部間隙不大于0.02mm2）模具成型表面的內(nèi)外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時允許不大于0.3mm圓角（分型面及結(jié)合面除外）。當不允許有圓角時。應(yīng)在圖樣上注明。3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804，其孔按H13，軸按h13，長度按J14。4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級。5）導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的配合按H8/f8。6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應(yīng)各孔配作。7）導(dǎo)柱(直導(dǎo)柱、臺肩導(dǎo)柱)其配合部位的大徑

21、與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。8）導(dǎo)套（直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套）外圓與內(nèi)孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。9）主流道襯套的中心錐孔應(yīng)研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。二、裝配要求：1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應(yīng)型面保持齊平，允許推桿端面高出型面不大于0.1mm。2）注射模的復(fù)位桿，其端面應(yīng)與模具分型面齊平，允許低于分型面不大于0.03mm。3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時，其端面應(yīng)在裝配后與其配合的零件齊平。4）制品同一表面的成型腔分布在上、下?；騼赡r，裝配后沿分型面的錯邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。5）凸模與凹

22、模裝配后的配合間隙，應(yīng)保持周圍均勻。6）需保持同軸的兩個以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動自如。7）模具導(dǎo)向件的導(dǎo)向部分，裝配后保證滑動靈活，無卡滯現(xiàn)象。8）模具中供兩次分型用的拉桿、拉板裝配后，各工作面應(yīng)在同一平面內(nèi)，允許其極限偏差為0.1mm。9）模具裝配后，兩安裝平面應(yīng)保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級。三、綜合要求:1）模具、模架及其零件的工件表面，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。2）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應(yīng)均勻，不允許有脫碳、軟點、氧化斑點及裂紋等缺陷。熱處理后應(yīng)清除氧化皮，臟物油污。3）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應(yīng)進行同時磨削

23、加工，以保證模具能順利裝入模架。4）模具的冷卻水道應(yīng)保證暢通。（二）零件加工成型零部件：為了保證導(dǎo)向作用，動、定模的導(dǎo)柱，導(dǎo)套孔的孔距精度應(yīng)控制在0.01mm以內(nèi)。因此，必須用坐標鏜床對動、定模鏜孔。在缺少坐標鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質(zhì)碳素工具T8A鋼，強度高，耐磨性好，熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕，調(diào)質(zhì)淬火低溫回火55HRC型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑進行數(shù)控銑外形加工，再銑型芯，鉆推桿孔，加工澆口。型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑，留余量在數(shù)控銑上加工成型，再用電火花加工成型。導(dǎo)柱導(dǎo)套加工：孔徑與導(dǎo)柱相配，一般采用H7/m6，為了保證導(dǎo)向作用，要求導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙小于凸、凹模之間的