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1、 密級： 學號：109202030105 本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 玩具飛機外殼注塑模具設(shè)計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè)： 機械設(shè)計制造及其自動化 班 級： 09機設(shè)本（2）班 學生姓名： 陳齊力 指導老師： 完成日期： 2013

2、年5月10日 學士學位論文原創(chuàng)性申明 本人鄭重申明：所呈交的設(shè)計（論文）是本人在指導老師的指導下獨立進行研究，所取得的研究成果。除了文中特別加以標注引用的內(nèi)容外，本設(shè)計（論文）不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式表明。本人完全意識到本申明的法律后果由本人承擔。 學位論文作者簽名（手寫）： 簽字日期： 年 月 日

3、 學位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學位論文作者完全了解學校有關(guān)保留、使用學位論文的規(guī)定，同意學校保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)江西科技學院可以將本論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 本學位論文屬于 保 密 □， 在 年解密后適用本授權(quán)書。 不保密 □。 （請在以上相應(yīng)方框內(nèi)打“√” ） 學位論文作者簽名（手寫）： 指導老師簽名（手寫）： 簽字日期： 年

4、 月 日 簽字日期： 年 月 日 江西科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘要 本文主要是介紹玩具飛機外殼注塑模具的設(shè)計方法。首先熟悉塑件的幾何形狀，借助計算機經(jīng)行建模，在頭腦中建立清晰的塑件三維圖。其次對塑件進行工藝分析，并選擇成型設(shè)備。再次對塑件進行模具方案設(shè)計，其中主要包括塑件在模具中的位置、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、成型零件設(shè)計、合模導向和定位機構(gòu)、脫模機構(gòu)設(shè)計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計以及模具的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。接著選擇標準模架和模具材料，并對注射機的注塑壓力， 鎖模力，頂出力等工藝參數(shù)進行校核。然后闡述模具的工作原理，最后繪制一套總裝圖及各關(guān)鍵零

5、件的零件圖。 關(guān)鍵詞：玩具飛機外殼；模具；設(shè)計 4 江西科技學院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） Abstract This paper mainly introduces design method of the toy plane shell injection mold。Firstly,familiar with plastic parts of the shape, with the aid of the computer by the line modeling, building plastic three-dimensional map clearly in mind

6、。Secondly，the process of plastic analysis, and the choice of forming equipment。Then for plastic mold design, including plastic position in the mold, the design of gating system, forming parts design, mold the guiding and positioning mechanism, demoulding mechanism design, side parting and core pulli

7、ng mechanism design and mold temperature control system。Then Select the standard mold and mold material, and the injection pressure of injection machine, the clamping force, the top output parameters are checked。Then expound working principle of the die。Finally draw a set of assembly drawing and the

8、 key parts drawings。 Key Words: the toy plane shell; mold; design 目錄 第1章 緒論 1 1.1 塑料和塑料工業(yè) 1 1.2 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位 1 1.3 注塑模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 2 第2章 塑件的工藝分析 3 2.1 塑件的成型工藝分析 3 2.1.1 材料的選擇 3 2.1.2 材料的性能原理 3 2.2 塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析 3 2.2.1 表面形狀 3 2.2.2 尺寸和精度 3 2.2.3 壁

9、厚 4 2.2.4 脫模斜度 4 2.2.5 表面質(zhì)量 4 第3章 注射機的選擇 5 3.1 塑件注射工藝參數(shù)的確定 5 3.2 塑件質(zhì)量和體積的估算 5 3.3 初選注射機 5 第4章 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7 4.1 塑件在模具中的位置 7 4.1.1 型腔數(shù)目的確定 7 4.1.2 型腔的布置 7 4.1.3 分型面的選擇 8 4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 8 4.2.1 主流道的設(shè)計 9 4.2.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 10 4.3 成形零件的設(shè)計 10 4.3.1 成形零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 10 4.3.2 成形零件工作尺寸的計算 11

10、4.3.3 型腔側(cè)壁和底座厚度的計算 13 4.3.4 成形零件材料的選擇 14 4.4 合模導向和定位機構(gòu)的設(shè)計 14 4.5 脫模機構(gòu)的設(shè)計 14 4.5.1 脫模力的計算 15 4.5.2 推桿脫模機構(gòu) 15 4.6 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 17 4.6.1 冷卻系統(tǒng)的計算 17 4.6.2 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 18 4.7 模架及模具材料的選擇 19 第五章 注射機參數(shù)與模具的校核 21 5.1 注射機閉合高度與模具厚度校核 21 5.2 注射機開模行程校核 21 5.3 模具的外形尺寸校核 22 5.4 頂出行程的校核 22 第六

11、章 總結(jié) 23 參考文獻 24 致謝 25 3 第1章 緒論 1.1 塑料和塑料工業(yè) 塑料是一種以樹脂為主要成分，加入一定數(shù)量能夠改善其加工或者使用性能的添加劑，在一定的溫度、壓力和時間下，能夠制成設(shè)計要求的形狀和大小的塑件的一類材料。 塑件是以塑料為主要材料經(jīng)過成型加工后所得到的制品。在工業(yè)部門和人們?nèi)粘Ｉ畹母鱾€領(lǐng)域中，塑料制品無處不在，這是由于它眾多的優(yōu)良性能決定的。塑料的密度一般比較小，質(zhì)地輕，并且對酸、堿、鹽及有機溶劑等多數(shù)化學藥物，具有良好的抗腐蝕能力；塑料的電絕緣性好，是電子工業(yè)不可缺少的原材料；塑料的比強度非常

12、高、且加工性能好，因此很容易實現(xiàn)塑件生產(chǎn)自動化與管理無人化，大大的提高了生產(chǎn)效率；還有塑料的耐磨、減摩及自潤滑性能優(yōu)異。因此，在國名經(jīng)濟中，塑料已經(jīng)成為各個行業(yè)中不可缺少、難以替代的材料之一。 塑料工業(yè)主要負責塑件和塑脂的制造與合成，包括了模具的制造工業(yè)和塑料加工機械。它是一個發(fā)展迅速的新興工業(yè)領(lǐng)域，早在從20世紀30年代左右世界已進行對塑料工業(yè)的研制。目前，塑料產(chǎn)品逐漸走向系列化，生產(chǎn)工藝的自動化、連續(xù)化，并且不斷開拓功能塑料的新領(lǐng)域。當今世界把一個國家的塑料消耗的多少與塑料的工業(yè)水平，來作為衡量一個國家工業(yè)發(fā)展程度的重要依據(jù)。 1.2 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要地位 塑料成型指的加

13、熱至一定溫度的塑料原料，注入到具有一定大小和形狀的模具中，等到冷卻后，得到塑件的這個過程。塑料成型用到的模具稱為塑料成型模，是用于成型塑件的模具。模具工業(yè)的快速發(fā)展推動了國民經(jīng)濟發(fā)展，它的設(shè)計水平和制造水平能夠很大程度的反映一個國家的機械制造工業(yè)綜合制造的能力和水平。工業(yè)發(fā)達的國家都把發(fā)展模具放在領(lǐng)先地位。尤其是一些特別發(fā)達的國家，機床行業(yè)的產(chǎn)值已遠遠不及模具工業(yè)的產(chǎn)值。 這幾年來，我國的模具工業(yè)也得到了快速的發(fā)展，先后經(jīng)歷了創(chuàng)造、發(fā)展、快速發(fā)展和穩(wěn)定增長的階段。在1989年的時候國務(wù)院提出振興模具工業(yè)，重點改造模具制造技術(shù)，確定模具工業(yè)在國名經(jīng)濟中有著重要地位。隨著工業(yè)塑件和日用塑件的品種

14、增加和需求量的也越來越大，且產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期的減短，因此塑料模在模具中的比例在逐年提高。目前，塑料模具在各類模具的應(yīng)用中占有非常大的位置，在模具進出口中的比重更高。隨著中國國民經(jīng)濟與國際經(jīng)濟建設(shè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，這一比例還將持續(xù)提高，塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和 2 1 對國民經(jīng)濟的影響日益重要。 1.3 注塑模的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料模也逐漸的發(fā)展起來，我國塑料模工業(yè)雖然起步比較晚，但是發(fā)展的很快，歷經(jīng)了半個多世紀之后，模具水平提高了許多。在成型工藝方面，取得了比較大的進展，比如在抽芯脫模機構(gòu)、鑲件互換結(jié)構(gòu)、多材質(zhì)塑料成型模和高效多色注射模創(chuàng)新設(shè)計方面有

15、很大的成就。在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，我國引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并且還能支持CAE技術(shù)對成型過程，從而取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進并且推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的快速發(fā)展。近年來，我國塑料模CAD/CAM系統(tǒng)的自主開發(fā)上有了很大的發(fā)展，比如CAXA系統(tǒng)、注塑模HSC5.0系統(tǒng)以及CAE軟件等，這些軟件可以適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況，還能在微機上得以應(yīng)用并且價格較低，因此為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。但是與國外的先進技術(shù)相比，差距

16、仍很大，我國還有大部分企業(yè)仍然處于需要技術(shù)改造、技術(shù)創(chuàng)新、提高產(chǎn)品質(zhì)量、加強現(xiàn)代化管理及體制轉(zhuǎn)軌等關(guān)鍵時期。 隨著近幾年的發(fā)展，塑料模具慢慢的呈現(xiàn)新的發(fā)展趨勢，模具產(chǎn)品將向大型,精密,標準化方向發(fā)展，模具生產(chǎn)也正在向信息化迅速發(fā)展，許多企業(yè)已經(jīng)采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技術(shù)及其它先進制造技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，這些都是信息化的表現(xiàn)。 2 第2章 塑件的工藝分析 2.1 塑件的成型工藝分析 塑料一般分為熱塑性塑料和熱固性塑料。 2.1.1 材料的選擇 本塑件為玩具飛機外殼，考慮到是兒童玩具，首先應(yīng)當具備良好的物理機械

17、性能，在受到擠壓、敲擊等外力作用的情況下不容易損壞；其次要有良好的化學穩(wěn)定性，不易與各種物品發(fā)生化學反應(yīng)以保證兒童的健康；最后還要有耐溫性、電絕緣性、著色性。能滿足以上性能的材料有很多，但從材料的來源和材料的成本考慮，ABS更適合些。ABS是目前應(yīng)用最廣泛的材料，其來源廣，成本低，符合塑料成型的經(jīng)濟性。所以選擇ABS作為玩具飛機外殼的材料。 2.1.2 材料的性能原理 （1） ABS的使用性能：比較穩(wěn)定，一般不易發(fā)生化學反應(yīng)，有一定程度的強度和耐磨性能，且加工性能好。 （2） ABS的成形特性：是一種流動性中等的無定型塑料，溢邊料約為0.04mm左右。有比較強的吸濕性，必須充分干燥，使

18、含水量降至最低，必要時可進行長時間的預熱干燥。與聚苯乙烯相比，在加工上相對困難一點，應(yīng)將料溫、模溫有所調(diào)高。 2.2 塑件的結(jié)構(gòu)工藝分析 2.2.1 表面形狀 玩具飛機外殼的表面形狀如圖2-1所示。 圖2-1 玩具飛機外殼的內(nèi)、外表面三維圖 2.2.2 尺寸和精度 4 3 塑件精度的高低取決于成形過程與所使用的材料，但在一般生產(chǎn)過程中，如果塑件能達到使用要求，為了使模具加工難度和生產(chǎn)成本降低，盡可能的降低塑件尺寸精度設(shè)計。圖2-2為玩具飛機外殼的二維圖，從二維圖可知，該塑件尺寸精度無特殊要求，所有尺寸為自由尺寸，因此均可取MT5級公差值。 圖

19、2-2 玩具飛機外殼的二維圖 2.2.3 壁厚 塑件的壁厚有一定的設(shè)計要求，不能過大，也不能過小，否則都會對塑件的成形造成一定的影響。從玩具飛機外殼的三維圖、二維圖中可知道該塑件壁厚基本均勻，大部分壁厚為1.5mm左右的曲面薄壁零件，符合熱塑性塑料制件的最小壁厚及常用壁厚推薦值。 2.2.4 脫模斜度 由于塑件在成形時，塑料熔體固化，從而緊緊地包住型芯。為了便于脫模，塑件應(yīng)具有合理的脫模斜度。對于ABS塑件型腔的脫模斜度為40′~120′，型芯的脫模斜度為30′~1。由于該塑件脫模比較容易，所以可以選擇型腔的脫模斜度為1，型芯的脫模斜度為40′。 2.2.5 表面質(zhì)量 本塑

20、件外表面要求光潔、平整、無毛刺，對表面粗糙度無特殊要求，一般的模具制造工藝和注塑工藝就能滿足要求。 4 第3章 注射機的選擇 3.1 塑件注射工藝參數(shù)的確定 根據(jù)相關(guān)資料，查得ABS的注射成型工藝參數(shù)如表3-1所示。 表3-1 ABS注射工藝參數(shù) 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 30r/min 噴嘴形式 直通式 噴嘴溫度 180~190℃ 料筒前段溫度 200~210℃ 模具溫度 50~70℃ 料筒中段溫度 210~230℃ 注射壓力 70~90MPa 料筒后段溫度 180~200℃

21、保壓壓力 50~70MPa 注射時間 3~5s 保壓時間 15~30s 冷卻時間 15~30s 成型周期 40~70s 3.2 塑件質(zhì)量和體積的估算 該塑件的材料為ABS，查相關(guān)手冊得知其密度為1.03~1.07g/cm，這里取塑件的密度為1.05g/cm。通過UG三維軟件的分析可知該塑件的體積為61.08cm，因此塑件的質(zhì)量為 M=ρV=1.0561.08=64.13g 3.3 初選注射機 塑件連同澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應(yīng)大于注射機公稱注射量的80%，已知塑件的質(zhì)量為64.13g，澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量未知，不過本次設(shè)計的是一模一腔的塑料模具，并且采用

22、的流道短而簡單，所以估算澆注系統(tǒng)凝料的質(zhì)量為15g，總的質(zhì)量為79.13g，因為注射機的最大注射量應(yīng)大于98.91g。 注射機的公稱注射壓力要大于塑件成形的壓力，這里塑件成形的最大壓力為90MPa。 高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個很大的推力，注射機的公稱模鎖力應(yīng)大于這個力，否則會出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，即： F≥PA 5 式中F為注射機公稱鎖模力，P為注射時型腔內(nèi)注射的壓力，A為塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和。查相關(guān)手冊得知ABS型腔平均壓力為30MPa，通過UG三維軟件的分析，該塑件在分型面上的垂直投影面積約為30370.6mm，估算澆注系統(tǒng)的投影面積為200

23、0mm，則面積之和為32370.6mm，所以注射機的公稱鎖模力應(yīng)大于971.1kN。根據(jù)以上的數(shù)據(jù)分析，初選型號為SZY-300的注射機，該注射機的主要技術(shù)參數(shù)如表3-2所示。 表3-2 SZY-300注射機的主要技術(shù)參數(shù) 結(jié)構(gòu)形式 臥式 注射方式 螺桿式 螺桿直徑 60mm 最大注射量 320g 注射壓力 125MPa 鎖模力 1400kN 模具最大厚度 355mm 模具最小厚度 130mm 噴嘴球半徑 12mm 噴嘴孔半徑 φ4.0mm 最大開模行程 340mm 定位圈直徑 φ125.0 模板尺寸 520620mm

24、 7 6 第4章 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注射模一般是由成形部件、澆注系統(tǒng)、導向部件、推出機構(gòu)、調(diào)溫系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)和支承零部件組成。 4.1 塑件在模具中的位置 注射模具每一次注射循環(huán)所能成形的塑件個數(shù)是由模具型腔的數(shù)目所決定的。型腔數(shù)目及布置方案和分型面的選擇決定了塑件在模具中的位置。 4.1.1 型腔數(shù)目的確定 一次注射只能生產(chǎn)一件塑料產(chǎn)品的模具稱為單型腔模具，如果能生產(chǎn)兩件或兩件以上塑料產(chǎn)品的則為多型腔模具。該塑件為中等大小，市場需求量一般，雖然多型腔模具從表面上看，比少型腔模具經(jīng)濟效益高，但是多腔模具制造成本高，所用注射機大

25、，每一次注射循環(huán)期長而維持費用較高，這里采用單型腔模具足以滿足要求。 4.1.2 型腔的布置 在進行型腔的布置時，要注意型腔排列應(yīng)當緊湊，以節(jié)約鋼材，減輕模具的質(zhì)量，并且型腔的布置和澆口的開設(shè)部位應(yīng)力要求對稱，以防模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，更重要的是平穩(wěn)性要好，加工性尚可。圖4-1為該玩具飛機外殼型腔的布置。 圖4-1 玩具飛機外殼型腔的布置 8 4.1.3 分型面的選擇 注射成型后，塑件從動、定模部分的接合面之間取出，這個接合面稱為分型面。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的一個重要因素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝等有關(guān)，因此，分型面

26、的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵。所以在選擇分型面時，應(yīng)該遵循以下幾項基本原則： （1）分型面的選擇應(yīng)有利于塑件的脫模 （2）分型面應(yīng)該選擇在塑件外形的最大輪廓處 （3）分型面的選擇要保證塑件的精度要求 （4）分型面的選擇應(yīng)有利于排氣 （5）分型面的選擇應(yīng)使側(cè)抽芯行程較短 （6）分型面的選擇應(yīng)有利于模具的制造 本塑件結(jié)構(gòu)上面小下面大，中間以曲面過渡，所以根據(jù)分型面應(yīng)該選擇在塑件外形的最大輪廓處的原則，將玩具飛機外殼的底部作為分型面，其分型面的位置及形狀如圖4-2所示。 圖4-2 玩具飛機外殼分型面的位置及形狀 箭頭的指向為模板移動的方向，上面的模板為定模，下面的模板為動模

27、，中間為分型面。 4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)指的是模具中由注射機噴嘴到型腔之間的進料通道，一般由主流道、分流道、澆口及冷料穴四部分組成，它的作用是將熔融狀態(tài)的塑料填充到模具型腔內(nèi)，然后在填充及凝固過程中將注射壓力傳遞到塑件的各個部位，以獲得外形清晰、內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制品。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計是模具設(shè)計的一個重要環(huán)節(jié)，直接影響著注射成形效率和塑件的質(zhì)量。因此，對澆注系統(tǒng)進行設(shè)計時，一般應(yīng)當遵循以下基本原則： （1）要適應(yīng)所用塑料的成型性能，根據(jù)各種塑料的不同成型性能來設(shè)計澆注系統(tǒng)，以保證成型塑件的質(zhì)量。 10 （2）創(chuàng)造良好的的排氣條件，保證澆注系統(tǒng)及型腔中原有氣體能有

28、序的排出。 （3）噴嘴端部的冷料不能進入型腔，防止注入型腔影響塑件的質(zhì)量，在澆注系統(tǒng)中考慮有儲存此冷料的位置。 （4）在保證質(zhì)量的前提下盡量縮短流程，以減少冷卻時間，保證塑件質(zhì)量。 （5）盡量避免流料直接沖擊嵌件及細弱型芯，以防止嵌件位移或細弱型芯變形。 （6）需按型腔布局設(shè)計，考慮到模具是一模一腔還是一模多腔。 本塑件采用的模具是一模一腔，單型腔模一般不設(shè)分流道。 4.2.1 主流道的設(shè)計 主流道是熔料從注射機注入模具最先經(jīng)過的的部位，與注塑機噴嘴在同一條直線上。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。由于主流道與熔融塑料和注射機噴嘴反復接觸、碰撞，

29、所以通常將其設(shè)計在模具的澆口套中，澆口套一般采用碳素工具鋼材料制造，熱處理淬火硬度53～57HRC。主流道的大小，直接影響到填充時間及流動速度，因此，必須選擇恰當尺寸的流道，以保證塑件的成形不受影響。 主流道的長度L按定模板厚度來確定。在保證塑件成型良好的前提下，為了不讓壓力和熱量的損失，主流道的長度不應(yīng)太長。一般長度不大于60mm，由于這里采用的是直接澆口，所以根據(jù)產(chǎn)品進行設(shè)計計算得主流道長度為76mm。 已知初選注射機的型號為SZY-300，其噴嘴球半徑為12mm，噴嘴孔直徑為4.0mm，為保證模具主流道與噴嘴的緊密接觸，使熔融塑料完全進入主流道而不溢出，主流道入口的凹坑球面半徑R1要

30、比注射機噴嘴球面半徑R2大2～3mm，　　　主流道的小端直徑D應(yīng)稍比注塑機噴嘴孔直徑d大0.5～1mm，即 R1=R2+(2~3)mm=12+2mm=14mm D=d+（0.5~1）mm=4.0+0.5mm=4.5mm 主流道入口的凹坑球面配合高度H一般為3~8mm，這里凹坑球面配合高度H取4mm。 主流道的錐角α一般為2~4，但是對于流動性差的塑料等情況，錐角α也可取3~6。玩具飛機外殼的材料為ABS，其流動性比較好，這里錐角α取 3。 澆口套的設(shè)計如圖4-3所示。 12 圖4-3 澆口套的設(shè)計 4.2.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 在注射成型過程中，會產(chǎn)生許多氣體

31、，若不能被排除干凈，就會影響塑件的質(zhì)量，因此設(shè)計模具時必須將這些氣體排出。 通常排氣的方式有利用配合間隙排氣、在分型面上開設(shè)排氣槽和利用排氣塞排氣。這里考慮到塑件結(jié)構(gòu)并不復雜，體積中等，并且采用單型腔模具成型，因此利用配合間隙排氣可以達到要求。 4.3 成形零件的設(shè)計 成形零件一般由型腔、型芯、鑲塊、成形桿和成形環(huán)等組成，它決定了塑件的形狀和尺寸。 4.3.1 成形零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1） 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計 型腔指的是成形塑件外部的零件，可分為整體式、整體嵌入式、局部鑲嵌式、大面積鑲嵌式、四壁拼合式和瓣合式六種形式。由于整體嵌入式型腔加工簡單，安裝容易，不易產(chǎn)生形變，方便更換和維修

32、，故這里采用整體嵌入式型腔，采用H7/m6過渡配合，如圖4-4所示。 13 圖4-4 型腔的結(jié)構(gòu) （2） 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計 型芯指的是成形塑件內(nèi)部的零件，一般分為整體式型芯和組合式型芯兩種類型。這里采用組合式型芯，采用H7/m6過渡配合，如圖4-5所示。 圖4-5 型芯的結(jié)構(gòu) 4.3.2 成形零件工作尺寸的計算 成形零件工作尺寸指的是決定塑件形狀大小的尺寸，影響其誤差主要有模具的制造精度、磨損量和塑件的成型收縮率。 目前，成型零件工作尺寸主要用兩種方法計算，一種稱為平均尺寸法，另一種稱為極限尺寸法。由于本塑件未注公差，對尺寸精度無特殊要求，所有尺寸為自由

33、尺寸，因此這里采用平均尺寸法對成形零件工作尺寸進行計算。 （1） 型腔徑向尺寸的計算 型腔徑向尺寸的計算公式為 14 式中 ―型腔的徑向尺寸，mm； ―塑料的平均收縮率，%； ―塑件徑向公稱尺寸，mm； 3/4―系數(shù)隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間； Δ―塑件的公差值，這里為負偏差，mm； ―型腔的公差，一般取=Δ/4，mm。 （2） 型芯徑向尺寸的計算 型芯徑向尺寸的計算公式為 式中 ―型芯的徑向尺寸，mm； ―塑料的平均收縮率，%； ―塑件徑向

34、公稱尺寸，mm； 3/4―系數(shù)隨塑件精度和尺寸變化，一般在0.5~0.8之間； Δ―塑件的公差值，這里為正偏差，mm； ―型芯的公差，一般取=Δ/4，mm。 （3） 型腔深度尺寸的計算 型腔深度尺寸的計算公式為 式中 ―型腔的深度尺寸，mm； ―塑料的平均收縮率，%； ―塑件高度公稱尺寸，mm； 2/3―系數(shù)為0.5左右； Δ―塑件的公差值，這里為負偏差，mm； ―型腔深度的公差，一般取=Δ/4，mm。 （4） 型芯高度尺寸的計算 型芯高度尺寸的計算公式為

35、式中 ―型芯的高度尺寸，mm； 15 ―塑料的平均收縮率，%； ―塑件孔深度尺寸，mm； 2/3―系數(shù)為0.5左右； Δ―塑件的公差值，這里為正偏差，mm； ―型芯高度的公差，一般取=Δ/4，mm。 根據(jù)相關(guān)手冊，查得ABS的成形收縮率為0.3~0.7%，所以平均收縮率為0.5%，由于塑件未注公差，這里公差等級按MT5級進行計算，將塑件的尺寸和公差要求等代入以上公式得到成形零件各工作尺寸的計算結(jié)果見表4-1。 表4-1 成形零件各工作尺寸的計算結(jié)果（mm） 尺寸部位 塑件尺寸 塑件公差 計算結(jié)

36、果 型腔徑向尺寸 241.05 2.10 220.96 1.92 型芯徑向尺寸 237.45 2.10 217.54 1.92 型腔深度尺寸 25.25 0.50 型芯高度尺寸 23.28 0.44 4.3.3 型腔側(cè)壁和底座厚度的計算 在成形過程中，型腔會受到很大的壓力，因此應(yīng)具有足夠的強度和剛度以保證模具不發(fā)生塑性變形和注射時產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。對于大尺寸型腔，應(yīng)保證其剛度；對于小尺寸的型腔，應(yīng)保證其強度。由于本塑件屬于中等以上尺寸，這里按剛度計算型腔的側(cè)壁和底板。型腔為整體式矩形凹模，則側(cè)壁厚度 16 底板厚度

37、 式中 ，―系數(shù)； p―型腔內(nèi)熔融塑料的壓力，MPa； ―彈性模量，MPa這里取2.12105MPa； ―許用應(yīng)力，MPa； h―型腔深度，mm； b―底板受壓寬度，mm。 4.3.4 成形零件材料的選擇 成型零件是模具中最重要的組成部分，對材料的選擇要求比較高，這里要求材料具有良好的冷、熱加工性能。拋光性能要優(yōu)良，淬透性要高，而且要有足夠的剛度、強度、耐磨性和良好的抗疲勞性能，不易生銹。根據(jù)對塑件的綜合分析，這里的凹、凸模的鋼材我們可以選用P20。 4.4 合模導向和定位機構(gòu)

38、的設(shè)計 注射模閉合時要使型腔形狀和尺寸準確，動模和定模以及模內(nèi)其他零件應(yīng)按一定的方向和位置合模，以免發(fā)生模具動、定模的錯位造成成型零件的損壞，因此必須設(shè)置導向定位機構(gòu)。導柱導向和錐面定位是兩種最常見的導向定位機構(gòu)，這兩種機構(gòu)都具有一定的定位作用，導向作用以及承受一定的側(cè)向壓力的作用。本塑件對模具的定位精度要求不高，故采用標準模架本身所帶的定位結(jié)構(gòu)。 4.5 脫模機構(gòu)的設(shè)計 脫模機構(gòu)指的是一種能讓成型后的塑件在型腔中順利脫出的裝置，一般由推桿、推出固定板、導套、導柱、推板、拉料桿、復位桿和限位釘組成。 脫模機構(gòu)的設(shè)計一般應(yīng)遵循以下要求： （1） 能夠讓塑件停留在動模上 （2） 盡量

39、保證塑件的完整，不能使之發(fā)生變形 （3） 保證塑件的良好外觀 （4） 應(yīng)當有足夠的強度和剛度，加工簡單，能夠靈活運動，容易更換，有可靠的結(jié)構(gòu) 此外，本塑件采用一次脫模結(jié)構(gòu)，在不影響塑件質(zhì)量的情況下，盡可能使模 18 具結(jié)構(gòu)簡單實用，以節(jié)約成本。 4.5.1 脫模力的計算 塑件在成型時，塑料熔體冷卻后體積收縮從而將型芯包住，脫模力指的是將塑件從型芯上脫出所需克服的阻力。由于脫模力的計算與測量十分復雜，這里將其簡化為矩形作為近似計算。 已知本塑件的長l=240mm，寬b=220mm，由于塑件型芯的平均半徑與壁厚之比 因此本塑件為薄壁塑件，它的脫模力的計算公式如下

40、式中 —塑料的拉伸彈性模量，MPa； 　　　—成形收縮率； 　　　—塑料的泊松比； —型芯的脫模斜度； —型芯脫模方向的高度，mm； 　　 —塑件壁厚，mm； —塑件與鋼材表面的靜摩擦因數(shù)； —型芯的橫截面積，mm。 對于ABS的以上相關(guān)參數(shù)見表4-2。 表4-2 ABS的塑料參數(shù) 塑料名稱 成形收縮率/% 拉伸模量 /GPa 泊松比 與鋼摩擦因素? ABS 0.40~0.70 1.910~1.980 0.3 0.450 已知h=25mm，t=1.5mm，=30370.6mm，根據(jù)表4-2取

41、=0.50%，=1.94GPa，=0.3，?=0.450代入式中，得脫模力 4.5.2 推桿脫模機構(gòu) 在推出機構(gòu)中推桿較為常見，這是因為推桿的加工比較簡單，也比較容易安裝和維修，并且它的脫模效果非常好，在使用壽命上也比較好，因此得到廣泛應(yīng)用。但是也有一些缺點，比如與塑件接觸面積小，所以可能造成塑件的變形，甚至把塑件頂穿。因此需要對推桿脫模機構(gòu)進行嚴格的設(shè)計，保證塑件在脫模時能夠受力均勻，不易產(chǎn)生變形。 一般推桿脫模機構(gòu)設(shè)計要注意如下要求： （1） 在脫模阻力比較大的地方應(yīng)設(shè)置推桿 （2） 不要在塑件壁厚的最薄處設(shè)置推桿 （3） 推桿的斷面與型腔應(yīng)保持在同個平面或超出型腔平面的

42、0.05~0.1mm （4） 為減小各推桿作用在塑件上的應(yīng)力，應(yīng)多設(shè)推桿，保證塑件質(zhì)量 這里采用最常見的直桿式圓柱形推桿，根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式計算出頂桿直徑為 式中 －安全系數(shù),常取1.5； －推桿材料的彈性模量（MPa），這里取MPa； －塑件的脫模力（N）； －頂桿長度（mm），設(shè)計為180mm； —頂桿數(shù)目,初步取14根； 由上式計算可得 為了方便，頂桿的設(shè)計在模具行業(yè)中都規(guī)定了標準，所以頂桿一般選擇標準件，這里選擇d=4，數(shù)量為8根。為了驗證是否滿足強度要求，下面對頂桿直徑的強度進行校核，其公式為 式中 []－頂桿材料

43、的許用應(yīng)力(MPa)，一般為150MPa； －塑件的脫模力(N)； 由上式可得 因此設(shè)計的所有的頂桿都符合強度要求。 對于推桿的固定通常采用固定板固定推桿在推板上的形式，這里采用的就是這種形式。推桿與推桿孔一段配合長度為推桿直徑的1.5~2倍，推桿和模體一般為H8/f7或H7/f7配合，配合間隙值以塑料熔體不溢料為標準。 21 4.6 模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 在注射成型中，模具的溫度對塑件成形的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有很大的影響。一般塑料熔體在200℃左右注射到模具內(nèi)，為了能使熔體在模具內(nèi)固化，模具溫度必須控制在60℃左右，因此需要設(shè)計冷卻系統(tǒng)將大部分的熱量帶走，

44、主要用冷卻水道和冷卻水進行冷卻。冷卻系統(tǒng)的設(shè)計，應(yīng)遵循以下原則： （1） 冷卻水道應(yīng)設(shè)計的多一點，且截面尺寸大一些，從而保證型腔表面溫度均勻。 （2）冷卻水道與型腔表面應(yīng)距離使之相等，對于塑件壁厚不均勻的情況下，厚的地方距離應(yīng)近一些，間距小一些。 （3）冷卻水的路口應(yīng)設(shè)在澆口的附近，因為澆口處模具溫度最高。 （4）冷卻水道出口與入口溫差應(yīng)當盡量小，因此冷卻水道不易過長或過短。 （5）對于收縮率較大的塑料，一般沿著塑料收縮的方向進行冷卻水道設(shè)置。 （6）為了防止產(chǎn)生熔接痕，影響強度，塑件熔接的部分不應(yīng)設(shè)冷卻水道。 （7）為避免模具溫度不均勻，冷卻水道可設(shè)計成單回路或多回路

45、。 4.6.1 冷卻系統(tǒng)的計算 1. 塑料傳給模具的熱量 根據(jù)相關(guān)資料，ABS熔融狀態(tài)下在模具中的冷卻時間約為15~30s，而模具的冷卻時間在整個注射循環(huán)周期一般約占2/3，這里冷卻時間取20s，故整個注射循環(huán)的時間為30s，因此每小時的注射次數(shù)到達120次。已知每次注射的塑料量為0.079kg，注射機噴嘴溫度取180℃，模具溫度取60℃，查有關(guān)手冊得ABS的比熱容為1.47kJ/kg，將這些參數(shù)代入下式 =nmCp﹙θ1 －θ0﹚=1200.0791.47﹙180－60﹚kJ/h=1672.3kJ/h 式中 ―單位時間內(nèi)模具獲得的熱量，kJ/h； n―每小時的注射

46、次數(shù)； m―每次注射的塑料量，kg； Cp―塑料的比熱容，kJ/kgk； θ1―塑料熔體注入模具的溫度，℃； θ0―塑件脫模的溫度，℃。 2. 由冷卻水帶走的熱量 塑料熔體穩(wěn)定注入注射模時，釋放的絕大部分熱量都由冷卻水帶走，在單位時間內(nèi)冷卻水將模具帶走的熱量為 w＝95%=95%1672.3kJ/h=1588.7kJ/h 3. 冷卻水道表壁的面積 22 為了保證冷卻水在管道中穩(wěn)定流動，因此冷卻水道直徑與水流流速有一定關(guān)系見下表4-3。 表4-3 直徑與流速 dw/mm 8 10 12 15 20 V/

47、(m/s) 1.66 1.32 1.1 0.87 0.66 由于該塑件的平均壁厚為1.5mm，所以冷卻水道直徑dw取10mm，冷卻水道的出、入口溫差應(yīng)盡量少，因此入口水溫取20℃，出口水溫取25℃，平均水溫為22.5℃，則冷卻水對其管壁的傳熱系數(shù)hw為 2576.5w/mk 冷卻水的平均溫度和模具型腔表面的平均溫度之間的差值為37.5℃,則傳熱導面積 4. 冷卻水管的總長度 冷卻水管總長度 Lw=0.14m 4.6.2 冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計 從計算結(jié)果看,只需一條140mm的冷卻水道即可滿足要求，但是考慮到實際情況，這是不可取的，由于該塑件在分型面上的垂直投影面積

48、相對比較大，一條冷卻水道會造成型腔表面溫度分布不均勻，所以這里在分型面兩側(cè)分別設(shè)計5條冷卻水道，水道孔邊與型腔、型芯的距離均為10mm，定模水道布局如圖4-6所示，動模水道布局如圖4-7所示。 23 圖4-6 定模水道布局圖 圖4-7 動模水道布局 4.7 模架及模具材料的選擇 模架是模具的骨架，模具各部分通過模架聯(lián)接在一起。模架一般選用標準模架，這是由于模具標準化使得模具的生產(chǎn)周期大大的縮短，制造質(zhì)量也有一定的提高，模具的成本也有所降低，并且能使模具中易損零件容易互換，一定程度上有利于模具的維修

49、。 本塑件采用單分型面注射模，并且型腔的尺寸為300300mm，凸模嵌件的高度為45mm，凹模嵌件的高度為55mm，根據(jù) 《塑料注射模中小型模架》 （GB/T 12556.1―1990）選擇A1型模架，模板尺寸為450450mm，其具體參數(shù)見表4-4，利用UG導出模架如圖4-8所示，最后繪制成一副模具3D總裝配圖如圖4-9所示。 表4-4 模架標準尺寸(mm) 型號 系列 T A B C L 總高 A1 450450 35 70 90 120 35 350 24 圖4-8 UG導出模架 25

50、圖4-9 模具3D總裝配圖 各種模板、固定板、墊塊、推板等這里選擇45鋼，經(jīng)過熱處理后的硬度≥200HBS，導柱和導套選擇T8A，熱處理50~55HRC。 第5章 注射機參數(shù)與模具的校核 為了使模具能在注射機中正常運行，需對相關(guān)參數(shù)進行校核。 5.1 注射機閉合高度與模具厚度校核 模具的厚度是有規(guī)定的，應(yīng)在注射機的許用厚度范圍之內(nèi)。太薄，會造成模具不能壓緊；太厚，肘節(jié)就不能正常閉鎖。因此，所設(shè)計的模具厚度應(yīng)當落在注射機所規(guī)定的模具最大和最小厚度范圍之內(nèi)，如下式 所以模具的厚度符合安裝要求。 5.2 注射機開模行程校核 塑件在模具中取出所需要的最小開模距離H一定得小于

51、注射機最大開模行程S。即 式中 ―注射機最大開模行程，這里為340； ―頂出距離，這里為20； ―塑件高度（包括澆注系統(tǒng)的凝料高度），這里為105。 26 則 所以滿足要求。 5.3 模具的外形尺寸校核 該模具的外形尺寸為450450mm，而注射模板最大的安裝尺寸為520620mm，因此能滿足安裝要求。 5.4 頂出行程的校核 對于設(shè)計的頂出距離要求必須要小于或等于注射機頂出桿的行程，注射機頂出桿的行程為50mm大于模具上所需要的最大頂出距離為20mm，因此，根據(jù)校核該模具完全可以在SZY-300注射機中正常運行。

52、 27 第六章 總結(jié) 本次設(shè)計主要用到了UG軟件，在設(shè)計之前，首先對玩具飛機外殼進行成型工藝分析與結(jié)構(gòu)工藝的分析，從而選定該塑件的材料為ABS以及了解其基本尺寸、壁厚等相關(guān)參數(shù)，以便于下一步的設(shè)計。然后根據(jù)這些參數(shù)計算并選擇合適的注射機。接下來就是模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計，這里最重要的是成形零件的設(shè)計，由于計算量比較大，并且型腔和型芯是決定塑件形狀與質(zhì)量的主要零件，對其精度要求比較高，因此不能有任何差錯。完成模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計后需要進行相關(guān)校核以保證模具在注射機中能夠正常運行。最后，用UG軟件繪制玩具飛機外殼注射模的3D總裝配圖然后將其導出至CAD,繪制其零件

53、圖。 在這次設(shè)計中也有一些不足之處，這里采用的是直接澆口，未設(shè)分流道，所以導致主流道過長，并且未設(shè)置滑塊，采用強制脫模，可能造成零件的損壞。不過在冷卻系統(tǒng)的設(shè)計中，充分發(fā)揮了其優(yōu)點，采用5條冷卻水道，均勻分布在塑件兩面，能使塑件快速冷卻，大大提高了生產(chǎn)效率。 28 參考文獻 [1］屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計.高等教育出版社[M]，2007 [2］柴增田.沖壓與注塑模具設(shè)計.電子工業(yè)出版社[M]，2011 [3］李集仁，翟建軍.模具設(shè)計與制造.西安：西安電子科技大學出版社[M

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55、1 [11] 展迪優(yōu).UG NX5.0模具設(shè)計實例精解.北京：機械工業(yè)出版社[M]，2009.1 29 致謝 經(jīng)過三個多月的努力，本次設(shè)計終于順利完成了，在這里，我要衷心的感謝一些在我的設(shè)計工作中給予我很大幫助的人。 首先，我要感謝我的指導老師，在他的耐心指導與幫助下，我解決了許多難題，從他那里我學到了許多專業(yè)基礎(chǔ)知識和專業(yè)技能。 其次，我要感謝母校對我的栽培，讓我在這里學到很多知識，為我們提供了許多學習的平臺。感謝每個默默奉獻的老師，教會了我們?nèi)绾巫呦蛏鐣?，如何做人? 接著，我要感謝我的朋友們，是他們教會了我如何使用UG軟件，還給我許多視頻學習。 最后，我要感謝我的父母，我的成功離不開你們默默的支持。 再一次感謝所有幫助過，關(guān)心過，教育過我的人。 陳齊力 2013年5月10日 30