一套能够生产高质量玩具飞机的注射模具

1前言11课题内容设计一套能够生产高质量玩具飞机的注射模具。12课题背景由于塑料材料具有许多优点，目前正逐渐成为金属材料的良好代用材料，在很多领域都出现了金属材料塑料化的趋势。作为注塑成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量、精度、制造周期以及注塑成型过程中的生产效率等方面水平的高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。随着塑料新品种的不断出现以及塑料制品在结构、外观上要求的日益提高，使产品的设计和模具设计过程变得越来越复杂。而传统的模具设计是在二维环境下采用手工绘图的方式进行的，已经很难满足这种发展变化的需要。过去模具设计工作主要依靠设计人员的经验，模具的加工制造又在很大程度上依赖于生产者的操作技能，因此存在模具设计水平低、加工质量差、生产周期长、使用寿命短等缺陷。注塑模具CADCAM技术的应用，从根本上改变了传统的塑料产品开发和模具加工方式，大大地提高了产品的质量、缩短了开发周期、降低了生产成本、强有力地推动了模具工业的发展。一些大型的商品化CADCAM软件，如PROENGINEER、UNIGRAPHICSII、CIMATRON、MOLDFLOW等，都已开发出专门用于注塑模具设计的功能模块，为模具设计提供了十分方便的工具。有资料统计表明，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业发达的国家，CADCAM已经成为模具行业一种普遍应用的技术。在CAD应用方面，已经超越了甩掉图板、二维绘图的初级阶段。在模具设计中采用三维CAD软件的企业已经接近90。目前，国内也有不少企业开始应用CAD软件进行模具设计。PROE、MOLDFLOW等软件在注塑模具设计中的应用，成功地弥补了传统设计方法的不足，制品几何造型、分型面的创建、模具的结构设计，都是基于同一数据库进行的，既方便，又易保证制品的精度。13课题的来源及要求生产实际。A模具应能满足加工要求，保证制件精度；B模具应运转平稳，工作可靠，结构简单，装卸方便，便于维修、调整；C模具尽量用通用件以便降低制造成本；14模具国内外发展概况我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、65KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星K模具有限公司制造多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为008MM的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。国外注塑模型腔精度0005001MM，型腔表面粗糙度RA001005M，非淬火钢模具寿命1060万次，淬火钢模具寿命160300万次，热流道模具使用率80以上总体不足10，标准化程度7080的小于30，中型塑料模生产周期一个月左右24个月，在模具行业中的占有量为3040。据有关方面预测，模具市场的总体趋势是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十一五”期间有了较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。2总体方案设计首先是对塑件进行测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用多次取断面进行测量的方法。测绘好后用PROE软件进行三维造型。主要采用拉伸、旋转、扫描、混合及薄壁等步骤造型。造型结束后进行模具设计。考虑到生产批量和经济效益，还有塑件的精度等级本模具采用一模两腔。下面选择注塑机，主要从注射量、锁模力等方面进行考虑。要确保塑件及浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。接着对各个系统进行设计，首先是浇注系统。浇注系统分为主流道、分流道、浇口、冷料穴等。主流道的中心线与注射机喷嘴的中心线应在同一条直线上。另外由于主流道与高温高压的熔融塑料接触所以外面要加个浇口套。浇口套要进行淬火处理，这样可以延长模具的使用寿命。分流道的半径与塑料种类和所需熔融塑料的体积有关，一般直径为610MM。本模具设计取6MM。主流道与分流道采用圆角过渡，这样可以减小料流转向过渡时的阻力。分流道的布置要均匀处理，确保熔融塑料由主流道到各分流道的距离相等。分流道表面不必很光，可以使熔融塑料的冷却皮层固定，有利于保温。分流道与浇口采用圆弧过渡，有利于熔料的流动及填充。浇口主要有两个作用，一是起控制作用，二是压力撤销后封锁型腔，不产生倒流。冷料穴主要是避免冷料进入型腔影响塑件的质量和堵塞浇口。拉料杆主要是保证浇注系统的凝料从定模浇口套中拉出，留在动模一侧，便于取出。接着是排气系统的设计。本模具采用间隙排气。利用分型面的配合间隙自然排气。下面是推出机构的设计。推动的动力来源有手动推出、机动推出和液压与气动推出机构。本模具设计采用注射机的开模动作驱动模具上的推出机构，实现塑件的自动脱模。接着是推出机构的设计。本模具设计采用塑件留在动模，要保证塑件不应推出变形或损坏，还要保证塑件的良好外观和结构可靠。21塑件的测绘塑件为飞机塑料玩具，材料为ABS，用游标卡尺对零件进行测绘。我们最终所需要加工得到的是制造此零件的模具型腔，而我们所取的塑件是模具生产出来的千千万万个塑件中的一个，由于制造的原因，塑件在出模后不可避免的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进行分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进行修正，对相同形状处所测不同尺寸的取均值进行圆整，然后绘出零件的草图。由于条件限制所以采用多次取断面进行测量的办法。量具游标卡尺（0300、002），曲线测量仪等注意做到以下几点A测绘过程中必须把被测物体放在工作平面上；B采用多次测量求平均值；C正确地读取数据。测量的主要尺寸如下图（A）主视图（B）俯视图（C）左视图图21塑件的测绘22塑件的造型零件测绘草图出来以后，应该根据零件的测绘图，对零件的进行三维造型。三维造型可以选用PROE软件，三维造型的所有参数与测绘的数据一致。首先打开三维软件PROE，进入零件设计界面，点击拉伸命令，向两边进行拉伸，接着用旋转，扫描，混合，造型等命令绘制三维图形，由于塑件是电话听筒上下盖所以还要进行薄壁处理。由于该塑件大都是曲面所以三维造型有一定的困难。要正确的绘制出该塑件的造型图必须熟练掌握PROE的绘图命令。由PROE软件的计算功能得塑件尺寸为该塑件外形尺寸为255MM170MM74MM，制品投影面积约为15264CM2,体积约为168104MM3根据上述的方法绘制的制品的零件图如下塑件的三维造型如图22所示（A）（B）图22塑件的三维造型23塑件的材料选择与分析A塑件的材料选择AABS高流动性，便宜，适用于对强度要求不太高的部件（不直接受到冲击，不承受可靠性测试中结构耐久性测试的部件），如玩具飞机的机翼KEYPADFRAME，LCDFRAME等。PCABS流动性好，强度不错，价格适中。PC高强度，贵，流动性不好。适用于对强度要求较高的外壳。B在材料的应用上需要注意以下两点避免一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和成本增加；在对强度没有完全把握的情况下，模具评审时应该明确告诉模具供应商，可能会先用PCABS生产T1的产品，但不排除当强度不够时后续会改用PC料的可能性。这样模具供应商会在模具的设计上考虑好收缩率及特殊部位的拔模角。通常外壳都是由上、下壳组成，理论上上下壳的外形可以重合，但实际上由于模具的制造精度、注塑参数等因素的影响，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面刮（面壳大于底壳）或底刮（底壳大于面壳）。可接受的面刮005以厚壁制品计算FAKTGFREQL101221N（320）R型芯平均半径MM，取型芯在制品内的两截面的半径的1/2，R74/255MMS制品的壁厚MM，取包住型芯的制品外径1/2与型芯的直径1/2的差S125485MME塑料的弹性模量（MPA），由机械零件手册表427查得E1210N/MM1210MPA323Q塑料成型平均收缩率，Q07L制品对型芯的包容长度MM，取最大的长度L60MMF制品与型芯之间的静摩擦系数，常取F0102取F02模具型芯的脱模斜度（），21塑料的泊松比，038049，取040K系数，K，K02311COS2COSK系数，K12INF4/S4/85047A肓孔制品型芯在脱模方向上的投影面积A5027MM228R2F27501130416753TGF174525N175KN36脱模机构的设计A推出力的计算由塑料成型工艺与模具设计式84得F（321）SINCOPAA塑件的脱模面的面积，由AUTOCAD软件查询得A2211489MM2P塑件对型芯单位面积上的包紧力。模内冷却的P取08101210PA,取P1210PA777塑件对钢的摩擦系数，约为0103，取值03脱模斜度，PS一般为502，取2则F221148910121003COS2SIN27030355N7030KN67B推杆的设计选用45钢，由模具设计与制造式867得D（322）412ENFLD推杆的直径MM安全系数，常取15L顶杆长度（MM）初估L160MMN顶杆数目，脱模时有一型芯也起到推杆作用，所以取N6F推出力D927MM4152067315强度校核由模具设计与制造式868得1736MPA180MPA（323）24DNF279推杆为45钢，由塑料挤塑模与注塑模优化设计表158查得180MPA安全条件符合。由塑料挤塑模与注塑模优化设计表187A型推杆尺寸（GB4169184）D16MM,L160MM,D22MM,S7MM05图35推杆尺寸示意图C复位杆设计复位杆与顶杆安装在同一固定板上，工作端面与分型面齐平，或低于动模表面，不大于005，类型与顶杆相似。在此模具中一共有四条复位杆。由塑料挤塑模与注塑模优化设计表1812中选用D15MMD20MMH8MML取值为173MM图36复位杆尺寸示意图D顶出导向装置的设计因导柱只起导向作用，不用考虑受压力的影响，所以只需保证以导向就行了。装在动模上的导柱一共有四条。由塑料挤塑模与注塑模优化设计表183中选用带头导柱（GB4169584），淬火硬度到50HRC55HRC。图37导柱尺寸示意图导套选用，由塑料挤塑模与注塑模优化设计表186中选用B型导套（GB4169384），一共有四个。D32MMD42MMD32MMD42MM0181028532014021D48MMS8MML80MM2图38导套尺寸示意图E推板厚度的设计推板的材料选用45钢由模具设计与制造式866得S054（3243121EBFL）F推出力，F7030355NL1推板长度方向上两顶杆的最大距离，取L1110MMB推板的宽度，取B280MM推板中心所允许的最大变形量，取003MM22则S0541102040MM3150281067337侧向抽芯机构设计A抽拨力由模具设计与制造式871得FLHPFCOSSINN（325）L活动侧芯被塑料包紧的断面周长MM，LD82513MMH成型芯部分的深度MM,H60MMP制品对侧芯的压力，一般取812MPA,取P12MPAF塑料对钢的摩擦系数，常用F0102,取F02侧芯的脱模斜度，常取12，取2F2513601202COS2SIN2298506N30KNB抽芯距离的计算由模具设计与制造式872得SHTG25MM（326）H斜导柱完成抽芯距所需的开模行程，H83MM斜导柱倾斜角，一般取1520，取20S83TG2023221MM由于抽芯需要使其中一条型芯完全抽出，所以抽芯距至少需要S45MM则H45/TG2012364MM由模具设计与制造式873得PQ/COSN（327）Q抽拔阻力，与抽拔力大小相同，方向相反。Q298506N斜导柱的倾斜角，20P298506/COS20317663NC斜导柱所受弯曲力的计算由模具设计与制造式873得PQ/COSN（328）Q抽拔阻力，与抽拔力大小相同，方向相反。Q298506N斜导柱的倾斜角，20P298506/COS20317663ND斜导柱直径的计算D（329）310弯PLL斜导柱的有效工作长度。LH/COS12364/COS20弯曲许用应力，碳钢可取137MPA弯弯D3125MM317056由塑料挤塑模与注塑械优化设计表1822查得，选用D35MMD40MMH20MME斜导柱长度的计算由模具设计与制造式877得LLLLLL（330）12345LMM1502COSTGSDHDTGH50MMS45MML20049MM10243520COS40TGTTG图39斜导柱尺寸示意图F滑块的选用由塑料挤塑模与注塑模优化设计表1823查得，选用硬度在40HRC，材料T8A的B型滑块，其尺寸为图310滑块尺寸示意图38浇注系统的设计浇注系统是塑料熔体自注射机的喷嘴射出后，到进入模具型腔以前所流经的一段路程的总称。浇注系统是由主流道、分流道、进料口、冷料穴等组成。在设计浇注系统时应考虑以下设计原则A浇口要设在不影响塑件外观质量的地方及部位；B浇注系统应适应塑料的成型特性，以保证成型周期及塑件质量；C浇注系统根据型腔数的多少和布局确定；D浇注系统根据成型塑件的形状及尺寸确定；E浇注系统尽量采用短流程，以减少热量和压力的损耗及节约原材料；F浇注系统应有利于良好的排气，并防止型芯的变形及嵌件的位移；G浇注系统的确定应考虑注射机的安装尺寸，防止单边安装。1浇口采用点浇口，开在定模上。2定位圈由塑料挤塑模与注塑模优化设计表1813，选用D90MM图311定位圈尺寸示意图3浇口套由塑料挤塑模与注塑模优化设计表1814，选用B型，尺寸如图所示图312浇口套尺寸示意图4主流道设计主流道为从注射机喷嘴开始到分流为止的熔融塑料的流动通道。它与注射机喷嘴在同一直线上。本模具设计采用浇口套的形式镶入模板中。如下图所示。为防止浇口套被注射机喷嘴撞伤，应采取淬火处理使其具有一定的硬度。主流道的基本尺寸通常取决于两个方面第一个方面是所使用的塑料种类，所成型的制品质量和壁厚大小。关于主流道的基本尺寸的选定参考下表表31主流道直径参考表制品质量/GD/MMR/MM020305204041401505115030062300500825001500102主流道设计关系图313主流道几何关系39冷却系统的设计型腔的冷却采用外连结直通式，是最简单的。用塑料管和水管接从外部连接，可以连接成单路循环或多路循环的方式。1冷却时间的计算成型周期T充模时间T（注塑时间）保压时间T闭模冷却时间T其它时间T1234由塑料成型工艺及模具简明手册表313可以查得T3ST40ST40ST15S1234T340401598S2冷却计算假设由熔融塑料放出的热量全部传给模具，则由模具设计与制造式881得QNMCTTJ/H（331）112N每小时注射次数（次/小时）。N3600/98367，取N37M每次注射的塑料质量（千克/次）取M160克016千克C塑料的比热容，由模具设计与制造表826，C1340J/KGCT熔融塑料进入模腔的温度（），取T1601C1CT制品脱模温度，T5022Q36016134016050849024J/H84902KJ/H1冷却时所需要的冷却水量由模具设计与制造式882得M（332）1431TQM通过模具的冷却水质量（KG）T出水温度，取T25C33T进水温度，取T20C44导热系数（J/MC）,由模具设计与制造表826得452J/MC则M375KG1205489冷却水管道的直径D由模具设计与制造式883得D（333）10413VM通过模具的冷却水质量,M375KG1V冷却水流速度，一般取0825M/S,取V25M/S水的密度（KG/M）,110KG/M33D138MM5210743选取D15MM。4模具的开合模动作说明制品为飞机模型，外形由两型芯、动模、定模、活动镶块所组成，经过注塑机注塑成型。开模时，先由装配图中的II面分型，此时件33六角头螺栓与件34销轴也一起跟着定模固定板动作。而主浇口脱离浇口套，II开模行程达到28MM时，主浇口完全脱离浇口套，此时由件33六角头螺栓对件17托板限位，带动托板脱离定模，此时点浇口被托板限制脱离制品，并带出定模。当II面的开模行程达到最大值50MM时，此时浇口道的树脂已基本上脱出定模，用人工在开模动作完成后可以较为方便地将其完全取出。而与此时，由件34螺栓对定模限位，IIII面开始分型。此过程中，斜导柱分别带动两滑块完成抽芯，IIII面的开模行程为124MM，抽芯距为45MM。左型芯和右型芯在制品内的长度都为30MM,同时被抽出制件。当滑块水平行程达到45MM时，定模与动模的距离为124MM，足够距离把制品推出动模。推件板由注塑机给予动力，推动件23推杆与件37推杆一起把制品推出动模。推出距离为40MM，制品在动模内的深度为25MM，制品可以完全脱离动模。合模时，注塑机对推板的动力装置先复位，件25弹簧使顶出机构（推杆）复位。而定模固定板的复位也推动定模复位。定模复位过程中，斜导柱对两滑块作用，使型芯回到工作位置。开合模的过程中，总的开模行程为174MM。模具的总高为323MM，323174497MM500MM在此注塑机上可以完成制品的制作。5型腔工艺分析及加工仿真51零件的工艺性审查A零件的结构特点型腔（见附图），该零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面与定模固定板配合，凹进部分与动模型芯形成闭合空间，注入熔融工程塑料ABS经冷却后形成所需玩具飞机。B主要技术要求零件图上的主要技术要求有1、热处理HRC5055；2、锐角去毛刺倒钝；加工表面及其要求矩形配合面的表面粗糙度RA08M，侧面的表面粗糙度RA32M,内轮廓表面的粗糙度为RA08M。C零件材料零件的材料为45钢，可以通过热处理来获得所需的机械和力学性能。52毛坯选择A考虑到零件所需的性能，选用锻件作毛坯。B确定毛坯的形状、尺寸选用45钢锻件50031563（MM）。53基准选择加工中心的一次装夹希望能够进行在该基准下的全部加工，这样可以降低由于基准不重合而导致的基准不重合度误差。根据对工件的加工的初步分析在毛坯的初次装夹后可以完成加工，故选用毛坯的初始轮廓面为装夹基准。54凹模数控仿真加工方案及效果展示1外轮廓的铣削加工图512两侧凹槽的铣削加工图523钻5个直径16的通孔图534钻4个直径15的通孔图545钻4个直径44深度8的孔图556钻4个直径32的通孔图567铣削内轮廓图578整体进行仿真加工效果图图586各种工艺卡片A零件加工工艺过程卡片（见附表31）B模具零件加工工序卡片（见附表30）C塑料零件注射工艺卡片（见附表32）D注塑工艺流程图（见附表33）7设计总结近四个月的毕业设计终于结束了，通过这段日子的设计学习，自己的专业知识和独立思考问题的能力有了很大的提高，对我走向社会从事本专业工作有着深远的影响。现在就谈谈对本次毕业设计过程中的认识和体会。首先，我学会了查阅资料和独立思考。我的课题是飞机塑料玩具模具的设计及凹模加工仿真。当开始拿到毕业设计题目时，心里面是一片迷茫，不知从何入手。而开始时也错误的理解为是产品设计和模具制造两方面的设计，幸好在袁老师的指导下及时发现错误并改正了过来，避免了弯路的继续陷入。认真翻阅相关资料如实用注塑模具结构图册，CAM的应用等等，我开始了自己的设计思想，确定了自己的设计方案。我的课题除了模具结构的设计之外，还有CAM仿真加工。另外因为CAM涉及到三维设计，袁老师就推荐使用PROE和EMX这两个软件。由于图册上已有一定的结构，我要做的结构方面就只是把尺寸确定下来，然后把自己的一些思想设计进去，做适当的改进。使结构更合理。每一个设计都是一个创新、完善的过程。在设计过程中运用所掌握的知识，发挥自己的想象力，完美原有的结构。这个过程也是一个学习的过程。其次，认识到实践的重要性。这次设计我做了很多重复工作、无用功，但是这些重复工作和无用功积累了设计经验。同时也认识到设计不能只在脑子里想其结构、原理，必须进行实际操作。另外，也应从多个角度来思考问题的所在，尝试其它的方法，以求找到最佳方法，因为即使想的很完美，但到实际的设计时会遇到很多想不到的实际问题。例如我在用CAXA制造工程师画三维的产品时因思考的方法不对，搞得用了将近三个星期的时间才基本画出。在设计的过程中，也出现了一些客观不足的问题，就是模具结构、注射机只能靠想象，没有实践条件，不能根据实际的情况来作合适、客观地修改，这样做出来的，难免有些缺点和不足，由于诸多原因，本次设计存在一些不足和有待改善的地方，希望老师能够宽容。最后，衷心感谢袁铁军老师不但在以往授课时的悉心教导，而且在我大学里的最后一段时间里，使我学习到了更多的知识。致谢这次设计，使我在基本理论的综合运用以及正确解决实际问题等方面得到了一次较好的锻练，提高了我独立思考问题、解决问题的能力，缩短了我与工厂工程技术人员的差距，为我以后从事实际工程技术工作奠定了一个坚实的基础。本人在模具设计中承蒙袁铁军老师的悉心指导和帮助，在毕业设计过程中提供了许多宝贵的资料、设计和方向、设计思路以及对模具的构造的专业知识，在此我谨向他表示衷心的感谢。此外，在这次的毕业设计中，我知道了设计不是一个人就能做出来的，它需要很多人的参与和帮助，使我体会到了团体合作的重要性此，还要谢谢同组各位同学对我的帮助参考文献1袁铁军等主编PROE注塑模具设计与制造M北京化学工业出版社，20082洪慎章主编实用注塑模具结构图册M上海上海交通大学出版社，20063李德群主编中国模具设计大典第2卷轻工模具设计M江西科学技术出版社，20034曹岩等主编PROENGINEERWI