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简易
积木
模具设计
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乐高简易积木模具设计,简易,积木,模具设计
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摘 要本课题对乐高简易积木模具设计做出一个分析，本次设计的乐高简易积木材料为ABS，ABS耐热性比较好，弹性及韧性也不差，主要适用于家电、工业设备，日常生活用品等。通过MOLDFLOW对塑件进行结构与工艺的分析，设计出一个注塑模局，首先要从塑件的工艺性和模具结构出发以及对模具的浇注系统、推出机构、成型部分，注射机的选择及校验审核都要有详细的设计理念，与此同时，本课题也简单涉及到模具的加工工艺。关键词：乐高简易积木；注塑模具；结构与工艺设计目 录1 塑件分析31.1 功能分析31.1.1 尺寸精度分析31.1.2 表面质量分析31.2 注塑模工艺31.2.1 注塑成型工艺32 成型工艺分析42.1 塑件选材42.2 塑件的成型工艺参数确定42.2.1 参数42.2.2 ABS的特性43 注塑机的选择53.1 注塑机53.1.1 注塑机的参数53.1.2 注塑机锁模力53.2 注塑机的其他参数63.2.1粘度模型63.3 注塑位置压力图64 模具结构设计74.1 分型面74.1.1 分型面的定义74.1.2 分型面的选择74.2 型腔的分析74.2.1 上模仁74.2.2 下模仁84.3 浇注系统的选择84.3.1 主流道的设计84.3.2 浇口的设计94.4 推出机构设计94.4.1 推出方式94.4.2 推杆位置104.5 冷却系统的选择104.5.1 型腔温度结果摘要104.5.2 回路冷却液温度及回路热去除效率105 模具结构125.1 型芯型腔尺寸结构125.2 型芯型腔技术要求125.2.1 型芯技术要求125.2.2 型腔技术要求125.2.3 型芯型腔尺寸125.3 模具结构尺寸的计算135.3.1模架结构135.3.2 模架尺寸的选择135.4 模具结构其他尺寸145.4.1 推杆尺寸的选择145.5 其他14致 谢16附 录17参考文献18前 言乐高公司创办于丹麦，而旗下的乐高积木深受全球各地儿童喜爱。这种塑料积木一头有凸粒，另一头有可嵌入凸粒的孔，有2000多种形状，并且每一种形状都有12种不同的颜色，以红、黄、蓝、白、黑为主。乐高积木是靠儿童自己用手动脑，呈献给大家各种各样的造型，使大人小孩都爱不释手，被称为“魔术塑料积木”。我之所以会选择乐高简易积木模具设计是因为我从小也是玩乐高积木长大的，喜爱乐高积木的心情同大多数儿童一样，乐高积木带给我童年的乐趣，到今天我也十分喜爱乐高积木神奇的搭建方式。乐高积木为什么能够很紧密地接合在一起？能完美地实现实验仿真？这不仅在于它有两千多个各种形状的积木组件，有足够的零件让你完成你的设想，更重要的是，这些积木组件都按同一标准严格设计、生产，所有积木都是可兼容的。它依据的标准就是乐高单位，而且积木有严格的质量保持，乐高积木模具公差仅为0.000005米。怎样巧妙地利用乐高积木的特点梁、块、板和孔之间的关系完善你的结构，完成你独一无二的设计。塑料模具是模具中的一个大类，在中国，其产值约占全部模具的1/3。近年来，塑料模具的质量、技术和制造能力发展很快，有些已达到或接近国际水平，因此前两年乐高公司进军中国，在浙江嘉兴建立了第一个乐高积木工厂。塑料相当于金属，密度小，但强度比较高，绝缘性好，具有很好的抗化学腐蚀性，在机械、化工、汽车。航空航天等领域，塑料已经大规模的取代了金属，目前塑料制件在工业、日常生活中几乎无处不在。这份论文就是对乐高简易积木这样一个塑件做的模具设计，内容包括了塑件分析、成型工艺分析、注塑机的选择以及模具结构设计，从各方面分析了注塑模的一个流程，其中用到了NX8.5，AUTOCAD，MOLDFLOW这三个软件，NX8.5帮助我完成了模具的3D建模，塑件的形状以及为它设计的模架，冷却系统，浇注系统都是由NX8.5软件完成的，接下来的尺寸标注、装配图，零件图等这样的二维视图都由CAD来辅助完成的。这份论文，MOLDFLOW也帮了我很大的忙，浇口的选择与分析、冷却回路的选择与回路的数据都少不了MOLDFLOW的帮助，由此我也清楚想要完成一份论文，熟练掌握各种制图软件以及分析软件是一件非常重要的事。近年来，中国塑料模具发展速度相当快。目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。以汽车工业为例，随着汽车产销量高速增长，汽车模具潜在市场十分巨大。据介绍，在生产汽车时，各种功能性零部件都要靠模具成型，仅制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具，从模具行业生产能力看，目前满足率仅约50%。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋，预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%50%，塑料排水管市场占有率将超过50%，都会大大增加对模具的需求量。应该说，塑料模具的应用潜力是不可低估的。专家预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎。面对国外先进技术与高质量制品的挑战，中国塑模企业不但要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设和产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。1 塑件分析1.1 功能分析本塑件是乐高简易积木，材料：ABS。见图1-1。图1-1 支座草图(宋体、五号)图1-1 乐高简易积木3D图1.1.1 尺寸精度分析乐高积木绝大多数都是注塑件，生产过程中，ABS颗粒进入经过管道进入注射机。机器使用非常精准的模具-公差仅为0.002mm。1.1.2 表面质量分析乐高是一种较为稳定的材料制成，不受人们居住的环境影响，其材料为ABS，结构由一个正方形和一个圆柱组成。该塑件尺寸为303015，壁厚为2mm。表面要求没有熔接痕、气痕、飞边，毛刺等缺陷，没有其他的表面质量要求，所以设定表面质量公差等级喂Ra0.8。1.2 注塑模工艺1.2.1 注塑成型工艺注塑成型工艺是指将熔融的原料通过加压、注入、冷却、脱离等操作制作一定形状的半成品件的工艺过程。塑件的注塑成型工艺过程主要包括合模-填充保压冷却脱模5个阶段。2 成型工艺分析2.1 塑件选材ABS有良好的综合力学性能，有丙烯腈（A），丁二烯（B），苯乙烯（S）共聚生成的三元共聚物。ABS有很好的机械强度和抗冲击强度，同时也具有耐油性和稳定的化学性和电气性能优点。ABS比热容低，塑化效率高，凝固快，成型周期较短，故适用于日常生活用品的加工。主要用途：ABS广泛用于日常生活用品、家用电子电器和工业设备等领域。符合本次乐高简易积木模具设计。2.2 塑件的成型工艺参数确定2.2.1 参数塑料品种：LDPE化学稳定性：良好；密度：1.02-1.20g/cm3;收缩率：0.3-0.8%预热时间：2-3h喷嘴温度：170-180注射时间：20-90s，保压时间0-5s，冷却时间20-120s；2.2.2 ABS的特性材料具有吸水的特性，容易使塑料表面出现裂痕、斑痕，云纹。为此，成型的加工前一定要进行干燥处理。在正常的情况下，壁厚和绒料温度对收缩率影响极小，可以忽略不计。材料的表现粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中采用点浇口的形式。3 注塑机的选择3.1 注塑机3.1.1 注塑机的参数注塑机参数: 最大注射压力 = 1.8000E+002 MPA 最大注塑机锁模力 = 7.0002E+003 TONNE 应用锁模力限制 = 否 最大注塑机注射率 = 5.0000E+003 cm3/s 注塑机液压响应时间 = 1.0000E-002 s3.1.2 注塑机锁模力ABS平均压力不超过100MPa，故锁模力Fm=3579mm60MPa=215KN。图3-1 锁模力图3.2 注塑机的其他参数3.2.1粘度模型系数: n = 0.3083TAUS = 1.6834E+004 PaD1 = 6.7267E+013 Pa-sD2 = 263.1500 KD3 = 0.0000 K/PaA1 = 30.4410A2T = 51.6000 K3.3 注塑位置压力图图3-2 注射位置压力图4 模具结构设计4.1 分型面4.1.1 分型面的定义分型面为了将已成型好的塑件从模具型腔内取出或为了满足安放嵌件及排气等成型的需要，根据塑料件的结构，将直接成型塑件的那一部分模具分成若干部分的接触面。分为水平分型面、垂直分型面和复合分型面。为了简化模具结构，减少成本，故设计为一模一腔。4.1.2 分型面的选择图4-1 分型面通过对塑件结构的分析，其不需要侧向抽芯，精度要求一般，故把分型面选在塑件截面面积最大利于开模的位置，如图4-1。4.2 型腔的分析4.2.1 上模仁模仁指的是用于模具中心部位的关键运作的精密零件，也称为型芯型腔。模仁一般结构极端复杂，加工难度非常大，造价很高，往往制造的人工支出大大超过材料的本身。对于模仁材料的选择直接关系到模具的造价和模具的使用寿命。上模仁见图4-2.图4-2 上模仁4.2.2 下模仁下模仁固定在定模上，见图4-3。图4-3 下模仁4.3 浇注系统的选择4.3.1 主流道的设计为了使塑料凝料能从主流道中顺利拔出，需将主流道(浇口套內孔)设计成圆锥形,具有26的锥角，锥度须适当，太大造成压力减少，产生瀚流，易混进空气产生气孔，锥度过小会使流速增大，造成注射困难.内壁光洁度在Ra=1.60.8m,小端直径常为48mm，注意小端直徑应大于喷嘴直径约1mm，否则主流道中的凝料无法拔出。图4-4 主流道的设计4.3.2 浇口的设计本次塑件经过MOLDFLOW的分析，选择使用点浇口。点浇口的优点是对浇口位置限制小，塑件内的残余应力小，冻结速度快能缩短塑件成型的时间，因此决定把浇口位置设定在塑件的中心位置。见图4-5图4-5 点浇口的设计4.4 推出机构设计4.4.1 推出方式在本设计中使用推杆顶出的方式脱模。见图4-64.4.2 推杆位置为了使塑件各处推模阻力相等，推杆应均匀分布，本次塑件的设计平面较多，推杆比较容易分布，具体见图4-6。图4-6 推杆的分布4.5 冷却系统的选择4.5.1 型腔温度结果摘要零件表面温度 - 最大值 = 86.8467 C零件表面温度 - 最小值 = 38.3242 C零件表面温度 - 平均值 = 56.9516 C型腔表面温度 - 最大值 = 77.9751 C型腔表面温度 - 最小值 = 35.3703 C型腔表面温度 - 平均值 = 50.9988 C平均模具外部温度 = 30.9743 C通过外边界的热量排除 = 0.0181 kW周期时间 = 35.0000 s最高温度 = 220.0001 C最低温度 = 25.0000 C4.5.2 回路冷却液温度及回路热去除效率为了使塑件充分冷却，因此在塑件上方及下方都有安排冷却回路，以下是M分析出的回路冷却液温度，见图4-7。图4-7 回路冷却液温度塑件的热度下降需要有冷却液的充分冷却，最终通过回路的热量为0.132kw，具体分析见图4-8。图4-8 回路热去除效率5 模具结构5.1 型芯型腔尺寸结构 图5-1 型芯型腔尺寸5.2 型芯型腔技术要求5.2.1 型芯技术要求除了与塑件接触部分，其余部分表面粗糙度为Ra1.6，型面需抛光 ；型芯材料：40Cr。零件制造公差等级为IT8；零件热处理至HRC55 。5.2.2 型腔技术要求零件材料40Cr；零件热处理至HRC55；除与塑件接触的面，其余面的表面粗糙度为Ra0.8；5.2.3 型芯型腔尺寸图5-1 模具尺寸计算5.3 模具结构尺寸的计算5.3.1模架结构图5-2 模架结构A=80 B=80 C=90 H=60 D=25 E=20型腔长度：60mm 型腔宽度：60mm 型腔高度：45mm5.3.2 模架尺寸的选择图5-3 模架3D结构图定模座板:30035045，45钢；水口板: 30030030；定模板: 30030080；动模板: 30030080；模脚: 3009058；动模座板:30030025，45钢。5.4 模具结构其他尺寸5.4.1 推杆尺寸的选择图5-4 推杆尺寸图5.5 其他热传导率的表格化数据见表5-5。表5-5 热传导率表格温度热传导率T (K)K (W/m-K)309.95000.1889319.95000.1898339.95000.1915360.15000.1901380.35000.1894400.65000.1886439.65000.1717458.85000.1731478.55000.1726498.65000.1726518.95000.1759539.15000.1752 总 结本次设计运用到的应用有NX8.5和CAD/CAE。从塑件分析、成型工艺的分析、注塑机的选择、模具结构设计和模具尺寸这五个方面来对乐高简易积木模具设计做一个说明。塑件结构简单，浇口选择在塑件上方，根据MOLDFLOW的分析，塑件的充填时间约为2.719s；流动前沿温度约为221.9。主要涉及塑件的成型及冷却，型芯与型腔的设计，分型面与推出机构的选择。NX8.5先绘出塑件图，之后根据塑件设计型芯型腔，找出分型面，调出适合的模架后设计浇口，根据MOLDFLOW的分析，因此本塑件采用点浇口的形式。接着使用CAD绘出2d图形，共有两幅图零件图及装配图，绘制2d图时，需要准确标注公差，注释正确以及图纸的美观。通过近两周的设计，通过老师对我们的指导以及同学之间的互相讨论，让我对注塑模具有了更进一步的认识。从开始的半懂状态到现在的能对注塑模具有一个全新的认识，能够独立的设计，校核一套模具。通过这次设计，明白一套模具设计的不易
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