玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计(共33页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计QQ:摘要：模具在现代的工业生产中起着巨大的作用，有着极其广泛的应用领域。而注塑模在最近几年的发展速度很快，在模具工业中占有很大的地位。因此，研究注塑模对了解塑料制品的生产过程和提高塑料制品的产品质量都有很大的意义。此次设计中，通过对玩具四驱车底座进行成型工艺分析和模具设计，介绍了注塑模设计的基本过程。包括对塑件结构的工艺性分析和使用材料的工艺性分析，在模具设计中，介绍了注塑机的选择方法，浇口，冷料口、排气槽等的设计，还详细介绍了型腔数量确定的方法，分型面、侧向抽芯机构、合模导向机构、脱模机构、冷却机构等的设计原则。通过此次设计，可以对注塑模的发展和设计方法有一个基本的认识，能注意到设计过程中的细节问题，了解模具结构和工作原理。关键词：玩具四驱车底座、成型工艺、模具设计、注塑模The Base Four-wheel Toys Molding Process and Mold DesignAbstract：Mold plays a huge role in modern industrial production,Has a very wide range of applications.Injection molds quickly, the pace of development in recent years to account for a large position in the mold industry. Study injection molds for the plastics production process and improve the plastics product quality has a lot of sense.The design, toy four-wheel base molding process and mold design, injection mold design process. Plastic structure analysis of the process and the use of materials, process analysis, mold design, introduced the design of the choice of method of injection molding machines, gate, cold discharge port, and exhaust ducts, and also gave details of the cavity to determine the number of methods, parting surfaces, lateral pulling mechanism, the design principles of the guiding mechanism of mold, mold release, institutions, cooling institutions.With this design, injection mold development and design methods can have a basic understanding of to notice the details in the design process to understand the mold structure and working principle.Key words：base of four-wheel toys、molding process、mold design、injection mold目录.1 1.1 模具，模具在国民经济中的地位.1 1.2 模具工业的发展方向.1 1.3 模具工业在我国的发展现状.2 1.4 模具工业在国际上的发展水平.3 1.5 本课题研究的意义.3.42.1 塑件结构的工艺性分析.4.5.6 .6.7.8.9.11.12 .13.133.9侧向抽芯机构的设计.14.144.1机构的作用.144.2导向机构的总体设计.15.15.16.16 5 模架的确定和标准件的选用.17.17.18 5.3凸模部分的结构设计.20 5.4 型腔成型尺寸计算.22.24 6.1 脱模机构的作用和设计原则.24 .24 6.3 具体的脱模机构设计.24热、冷却装置设计.25 7.1 加热装置的设计.25冷却装置的设计.258 总结.26.28.29专心-专注-专业1.1 模具、模具在国民经济中的意义 模具是一种重要的工艺装备，它主要作用是成型各种机械制造工业中的毛坯和零件。模具在现代的工业生产中起着巨大的作用，有着极其广泛的应用领域。例如：模锻件、冲压件等都是将金属材料放入模具中，通过塑性变形加工出来的，而压铸件、粉末冶金件等则是在模具中充填通过加压成型的，非金属材料如塑料、陶塑等材料的制品大多数都是靠模具加工成型。 模具加工在机械制造工业领域使用广泛，主要原因是由于它有以下两个优点： （1）使用模具成型技术可以实现少甚至无切削加工。少、无切削加工意味着能节约材料，减少加工步骤，对于机械工业的发展意义重大。 （2）模具成型属于低成本、低消耗、高效高精度的加工，所以模具成型有广泛的应用。根据相关资料统计，家电产品的80%以上都是利用模具制造零部件的，像手表、自行车这类的轻工业产品甚至达到了85%以上。 模具大体上可以分为金属模具和塑料模具。金属模具主要有：铸造模（水龙头，机器模板）、锻造模（曲轴、连杆）、冲压模（汽车车身覆盖）、压铸模（汽缸体、手机壳）等。塑料模具主要有：注射成型模（电视机外壳）、吹气模（饮料瓶）、压缩成型模（电木开关）、热成型模（透明成型包装外壳）等。1.2模具工业的发展方向 随着现代工业的快速发展，尤其是电子工业以及汽车业的发展，模具在工业生产中的重要性更加突出，模具工业有着广泛的前景，同时也有了新的挑战。现代工业产品的特征为：产品的结构和功能越来越复杂；对表面粗糙度和加工尺寸精度的要求更高；对能够耐摩擦、高温等恶劣环境的产品的需求越来越多。鉴于现代工业产品的各方面都有所提高，现代工业对模具工业的要求也不断提高，对模具的需求量加大，要求模具的种类更多、结构更复杂、性能更优良、精度更准确、寿命更长并能适应更恶劣的工作环境。总的来说，模具的发展趋势主要是以下的几个方面： （1）要求模具更精密、更高效、更长寿 在20世纪60年代，精密件的尺寸公差要求为0.010.02，而到了70年代的时候，精密件的尺寸公差要求为0.0010.0001.在当代，有一些领域的精度已达到了0.2um，例如：大型棱镜、光纤连接器等。所以说，现代的模具要求有更高的精度，更小的粗糙度。 现代的产品不断的更新换代，要满足市场经济的发展，所制造的模具必须是高效率的，高效模具主要是可以提高机床的生产率，显然长寿命对于高效也是至关重要的。 （2）提高模具制造水平 只有提高了模具制造水平，才能获得高质量的模具。现代模具的精度主要依靠各种数控机床、加工中心和精密加工机床来保证。 （3）发展简易模具技术 工业中有70%是进行多品种小批量产品的生产，发展简易模具技术就是为了适应这种生产模式。简易模具以为着低成本，短周期，可方便实现快速更新。通常制造简易模具的材料是铝合金、铍铜合金甚至是塑料等。 （4）改善模具的钢性能，研发新型的模具钢种。 现代工业对模具的性能提出了更高的要求，要求模具具有高韧性、耐高温耐腐蚀性等。传统模具是经过热处理、表面处理等方式提高性能，这已经很难满足现代工业的要求。为制造更好的模具，应提高热处理、表面处理的工艺水平，同时研究开发出新型模具材料也是一项重要手段。 （5）实现模具专业化生产 模具制造作为现代工业生产不可或缺的一部分，应该进行专业化生产，目前一些工业先进的国家模具的专业化程度已经达到了75%，专业化生产可以使用更先进的制造设备和工艺，同时也更利于新产品的研发。1.3 模具工业在我国的发展现状 随着我国工业技术的发展，我国的模具制造技术在最近几年也发展迅速，中、低档模具已经能100%满足国内使用，甚至还有一些模具向美国、泰国、新加坡等国家出口。虽然我国的模具工业发展迅速，但因为我国工业总体起步较晚，模具工业在很多方面与发达国家还有很大的差距。例如：我国的模具制造中CAD/CAM技术普及率很低，一些精密加工设备相对缺乏，缺少一些先进的模具加工技术，很多精密、复杂、高质量的模具仍需要从国外进口。根据有关资料显示，目前我国的模具有60%左右时自己生产的，有40%靠从国外进口。 目前我国的模具制造业与国外先进技术相比，主要有以下几点的不足: （1）模具的精度低 一般国外的模具厂都有成套的模具设备，如数控电火花机床、CNC坐标磨床等，这些设备可以很好的保证加工出来的模具的精度。我国目前的模具厂中，设备陈旧而且很多都不配套，数控机床的配置率低，新工艺采用较少等，这些原因导致了国内生产的模具精度比国外的低12级，而且生产的周期更长。 （2）模具的寿命短，材料利用率不高 国外为了提高模具的使用寿命，采用冶炼和热处理等先进的技术，国内一般采用常规的热处理方法，因此质量较差，且材料的利用率低，一般只有60%。 （3）管理水平差 由于工业起步晚，从事模具生产的专业人才缺乏，生产过程中缺乏科学的管理。 虽然以上的几个问题在我国的模具制造业中依然存在，但最近几年也得到了很大的改善，我国的模具工业与国际先进水平的差距也在逐渐缩小。很多以前只能依靠进口的模具现在也可以在国内进行生产制造了。例如在以前，一汽、东风等公司的汽车覆盖件模具完全是靠进口的，进几年，这些公司的一部分汽车覆盖件已经可以自己生产了，这说明了我国的模具制造水平在不断提高着，虽然总体仍远低于国际先进水平，但我们相信我国的模具工业终有一天也将在国际市场上占有一席之地。 模具工业可以促进工业总体水平的提高，而且可以获得极大的经济效益，模具制造必将引起各个国家的高度重视。1.4模具工业在国际上的水平 目前在模具制造技术上处于先进水平的是德国、美国、加拿大、法国、日本、英国、意大利、西班牙、韩国等国家。这些国家的模具材料优良，制造的模具能够在强摩擦、高温等恶劣环境下使用，模具精度高，制造模具的专业人才众多，很早就实现大规模模具专业化生产，大范围使用数控设备，成熟应用CAD/CAM技术。1.5 本课题研究的意义 我研究的课题名称是玩具四驱车底座的成型工艺与模具设计，将采用注塑成型的方式。使用塑料模具生产的优点是设计加工的成本低，制造简单，生产率高。为了能够设计出更加节约成本和提高生产效率的模具，就要不断的尝试新的材料和技术，我国的注塑模具生产还有很长的一段路要走，所以玩具四驱车底座成型技术的研究与模具设计将有重要的理论意义和实用价值。通过对它的研究可以带动和促进相关塑件产品零件注塑成形技术的发展与创新，也将产生很高的经济价值。2.1 塑件结构的工艺性分析 塑件结构图如图所示： 图2.1 塑料结构图 该塑件为玩具四驱车底座，外形和尺寸如图2.1所示，现从该塑件的几何形状、尺寸精度和表面质量进行分析。2.1.1 塑件的几何形状 （1） 形状 该塑件的形状复杂，侧边的孔要采用侧向抽芯成型。为使模具结构简化，使用整体式凹模（凸模）结构。 因为玩具四驱车底座需要承受一定的冲击，所以将该塑件设计成带凸缘的形状以提高制品的强度和刚度。 （2）加强肋 加强肋可以防止塑件变形，在某些情况下也可以改善成型时的塑料熔体的流动状况。如上图所示，该塑件的加强肋选择了在底座中心位置附近布置。比较均匀，可以避免产生气泡和缩孔。 （3） 圆角 该玩具四驱车底座的前端采用圆角，这样就避免了应力集中，提高了产品的强度，而且在成型时有助于塑料流动，同时也有助于脱模。 （4） 孔 孔的设计应该不影响产品的强度和刚度，并应保证加工简单，该产品中的所有的孔都是规则的圆形和方形，同时孔与孔，孔与壁之间的距离合理，所有的孔全部为通孔。2.1.2 塑件的尺寸精度 影响塑件的尺寸精度主要是以下五个因素：成型材料、成型条件、塑件形状、模具和成型后的条件。该塑件对尺寸的精度有一定的要求，具体计算在材料分析中介绍。2.1.3 塑件的表面质量 塑件的表面质量包括是否有斑点、裂痕、气泡等。同时还有表面的光泽性及表面的粗糙度。该塑件对表面质量要求不高，根据塑料制品精度等级的选用标准，可以选择一般精度。 通过对塑件的结构分析，结合实际的生产过程，比较各种材料的性能，最终材料选择为热塑性塑料中的ABS（苯乙烯-丁二烯-丙烯晴共聚物）。根据模具结构型式与应用手册（机械工业出版社）介绍，ABS综合性能较好，力学性能，抗冲击力强，不易变形，易于加工成型，适于制作一般的机械零件、传动零件和减摩耐磨零件。 2.2.1 ABS的基本性能指标表 2.1 ABS热物理性能密度(g/ cm³)1.03107比热容(J·kg-1K-1)12551674导热系数(W·m-1·K-1×10-2)13.831.2线膨胀系数(10-5K-1)5.88.6滞流温度(°C)130计算收缩率0.30.8注射压力/MPa60100成型周期/S50220表2.2 ABS力学性能屈服强度（MPa）50抗拉强度(MPa)38断裂伸长率()35拉伸弹性模量(GPa)1.8抗弯强度(MPa)80弯曲弹性模量(GPa)1.4抗压强度(MPa)53抗剪强度(MPa)242.2.2 ABS的优点（1）综合性能良好，抗冲击性强、力学强度高，对低温不性感。（2）耐腐蚀性、耐磨型、耐水性、耐化学性均为良好。（3）水、无机盐、碱、酸等对ABS几乎无影响。（4）尺寸稳定，易于成型和机械加工，不易变形。2.2.3 ABS的成型性能（1）吸湿性强，要求含水量小于0.3，应充分干燥。（2）流动性能中等，溢边料在0.04mm左右。（3）比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温。一般用螺旋式注塑机时料温为 180200°C，注射压力为 60 100 MPa。（4）易产生熔接痕，模具设计时注意尽量减小浇注系统对斜流阻力，模具设计时应注意浇注系统，选择好进料口位置。（5）ABS升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度应取稍大，宜取1 °以上。（6）在一般的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响很小。2.2.4 ABS成型塑件的主要缺陷及解决措施主要缺陷：成型时易出现缺料、气孔、飞边、熔接痕等情况，材料不耐高温，热变形温度为93°C左右，且在紫外线照射下易变硬变脆。解决措施：加大主流道、浇口、分流道、增大注射压力且提高模具预热温度。3 模具设计3.1 概述 通过上述对玩具四驱车底座零件的工艺性分析，以及对已选择的ABS材料性能的介绍，可以确定出此塑件需要采用注塑模加工生产，选择的制造机器为注射成型机。 首先做一下基本概念的介绍： 合模：注射成型机与塑料成型模具配合的过程 注射成型模具：制作注塑件所使用的成型模具注射成型模具主要由以下6部分组成： 支撑件，定、动模座和垫板与垫块； 抽芯与分型机构； 定位与导向件； 脱模机构； 注射系统； 型件，即凸模与凹模。3.2 注塑机型号的确定 注塑机的选择应根据注塑件的使用材料，注塑件的加工方式等多方面综合来确定，在本次的设计中，我选择ABS材料，其注射压力为60100MPa。注塑件的体积为13.6029cm³，ABS材料的密度为1.05g/ cm，所以注塑件的质量为14.283g。 综合以上数据，初步选择注塑机的型号为SZ68/400。 SZ68/400型注塑机的主要技术规格如表3.1：表3.1 SZ68/400注塑机的主要参数理论注射容积(cm³）85螺杆直径(mm)30注射压力(MPa)123注射速率(g/s)70塑化能力(g/s)35螺杆转速(r/min)0200锁模力(kN)400拉杆有较距离(mm)220×300移模行程(mm)250模具最大厚度(mm)240模具最小厚度(mm)130锁模形式双曲肘模具定位孔直径(mm)80喷嘴球半径(mm)SR10喷嘴口孔径(mm)3模板尺寸(mm)200×315图3.1 所选注射机喷嘴及模板参数3.3确定型腔数量选择型腔的数量的影响因素很多，本设计中，已暂定了注塑机的型号和注塑件的尺寸，所以可以根据注塑机的注射能力确定型腔数。同时考虑到四驱车底座的结构复杂，因此需要侧向抽芯机构和大量的推杆，故采用一模一腔结构。 图3.2 型腔3.4注塑机与型腔数量的校核3.4.1 最大注射量的校核 注射机一个注射周期内所需注射量的塑料熔体的总量必须在注射机额定注射量的80%以内。在一个注射成形周期内，需注射入模具内的塑料熔体的容量，应为制件和浇注系统两部份容量或质量之和，即V = nVz + Vj式中 V 个成形周期内所需射入的塑料容积(cm³)； n 型腔数目 Vz 单个塑件的容量(cm³）。 Vj 浇注系统凝料和飞边所需塑料的容量(cm³）。故应使nVz + Vj 0.8Vg式中 Vg 注射机额定注射量(cm³）。根据容积计算 nVz + Vj = 26.2272 0.8 x 85注射机的注射量符合要求3.4.2 锁模力的校核 锁模力是指注射机的合模装置对模具所施用的最大加紧力，可以按下列公式核算： 式中： F0 注视机的锁模力（KN）； P模 型腔内熔体压力（MPa） 此处 P模 = 30 MPa； K1 压力损耗系数,K1 = 1/3 2/3； P 注射压力(MPa); A分 注塑件和浇注系统在分型面上的投影之和（cm2） 此处 A分 = 83.2 （cm2）。 所以 83.2 x 30 x 100 = N = 249.6 KN < F0 = 400 KN 故符合要求。3.4.3 最大注射压力校核 注射机的额定注射压力（最高压力pmax）,应该大于注射机成型时实际调用的的注射压力，即：pmaxKp0易的此式成立，符合要求。3.4.4 模具闭合高度和平面尺寸的校核喷嘴尺寸 注射机头为球面，其球面半径与相应接触的模具主流道始端凹下的球面半径相适应。 需满足： HminHHmax 式中 H 模具闭合高度 ； Hmin 注射机的最小厚度； Hmax 注射机的最大厚度。 查表可得130H240符合要求。3.4.5 合模行程校核 合模行程指模具开合过程中动模固定板的移动距离。Smax s = H1 + H2 + 510mm 式中 H1 脱模距离（mm）； H2 塑件高度（包括浇注系统凝料在内）（mm）。开模距离取 H1 = 20mm包括浇注系统凝料在内的塑件高度取 H2 = 40mm余量取 8mm则有：Smax s = 20+20+28 =68符合要求。3.5浇口的设计 浇口的类型有很多，对于像本次设计使用的ABS这种流动性好的材料，一般使用点浇口。3.5.1 使用点浇口的一般优缺点优点：注塑件脱模后浇口痕迹不明显，不需要修正；在塑件被顶出时，浇口脱落，可节省去毛刺工序，有利于机床自动化。缺点：若注射压力过大，容易造成熔融塑料的旋流；对于薄壁的制品，如果排气不畅，易造成浇口附近的塑料烧焦，导致注塑件上产生黑点。3.5.2 浇口尺寸的确定 浇口的尺寸大小，应该由注塑件的几何形状、尺寸、结构和塑料的性能来确定。浇口结构尺寸可由经验公式，并由塑料模具技术手册中图3-31 查得，浇口深度 h = 0.5 2.0h = n t = 0.8 取 h = 1 （mm）式中 h 浇口深度（mm）; n 塑料系数； t 塑件壁厚（mm)3.5.3 浇口位置的选择 选择浇口位置时应遵循如下原则： 避免塑件上产生缺陷，将浇点设在注塑件的边缘； 浇口开设在塑件截面最厚处； 应有利于塑料熔体的流动； 需要考虑塑件受力情况； 考虑流动定向方位对塑件性能的影响； 分析浇口位置和数目对塑件变形的影响； 应防止型芯或嵌件挤压位移或变形。3.5.4 点浇口形式的选择 点浇口的形式大体分为单点形浇口、双点形浇口和多点形浇口，在选择浇口形式时，还应使浇口容易切除，痕迹不明显，不影响塑件外观质量，流动凝料少等。本次设计中选择单点形浇口。图3.3 浇口套3.6冷料穴的设计 在注射机注射塑料之前，喷嘴前端的熔融塑料的温度较低，形成了冷料渣，若将这些冷料渣也注入到型腔中，就会产生次品，为了将冷料查收集起来防止进入型腔，在进料口的末端的动模板上或者在流道的末端上开设一个洞穴，这就是冷料穴。一般在冷料穴的末端开设一个拉料肝，在脱模时冷料渣会被拉料杆拉出。 图3.4 冷料穴 3.7 排气槽的设计 熔融塑料在填充型腔的过程中，模具型腔内有气体的存在，同时塑料受热也会产生气体，在高速注射成型时也会产生大量的气体，这些气体将会都产品的质量产生影响。所以在模具设计时必须设计排气槽。排气槽选择在型腔最后充满的地方，且应该开设在分型面上，对