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1、word1 前言1.1 课题内容设计一套能够生产高质量玩具飞机的注射模具。1.2 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、制造周期以与注塑成型过程中的生产效率等方面水平的上下，直接影响产品的质量、产量、本钱与产品的更新换代，同时也决定着企业在市场竞争中的反响能力和速度。随着塑料新品种的不断出现以与塑料制品在结构、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展的，已经很难满足这种开展变化的需要。过去模
2、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、降低了生产本钱、强有力地推动了模具工业的开展。一些大型的商品化CADCAM 软件，如ProEngineer、Unigraphics II、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。有资料统计明确，采用CAD技术可以使模具设计时间缩短50。在欧美一些工业兴旺的
3、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软件进展模具设计。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展的，既方便，又易保证制品的精度。1.3 课题的来源与要求生产实际。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本钱；1.4 模具国内外开展概
4、况我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大开展，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、6.5Kg 大容量洗衣机全套塑料模具以与汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精细塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具与塑封模具。如某某津荣天和机电和某某北极星.K模具制造多腔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0.08mm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
5、等。m ，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，塑料模具开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开展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精细、大型、复杂、长寿命塑料模具的开展将高于总量开展速度。同时，由于近年来进口模具中，精细、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
6、出发，这类高档模具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速开展，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，高速公路的迅速开展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的开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开展，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；而电子与通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大开展，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展测绘。由于该塑件大都为曲面实际测量有一定困难所以采用屡
7、次取断面进展测量的方法。测绘好后用ProE软件进展三维造型。主要采用拉伸、旋转、扫描、混合与薄壁等步骤造型。造型完毕后进展模具设计。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、锁模力等方面进展考虑。要确保塑件与浇注系统所需的注射量不超过注射机最大容量的80。接着对各个系统进展设计，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。浇口套要进展淬火处理，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
8、，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。分流道外表不必很光，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，有利于熔料的流动与填充。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。冷料穴主要是防止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
9、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。2.1 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展测绘。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，塑件在出模后不可防止的会产生一定的变形，因此对该零件的测量数值需要进展分析处理。如对塑件较大尺寸误差的进展修正，对一样形状处所测不同尺寸的取均值进展圆整，然后绘出零件的草图。由于条件
10、限制所以采用屡次取断面进展测量的方法。量具：游标卡尺0300、0.02，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采用屡次测量求平均值；c正确地读取数据。测量的主要尺寸如如下图：a 主视图b 俯视图c 左视图图2-1 塑件的测绘2.2 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，对零件的进展三维造型。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，向两边进展拉伸，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 听筒上下盖所以还要进展薄壁处理。由于该塑件大都是曲面所以
11、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15264cm2104mm3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2-2所示：ab图2-2 塑件的三维造型2.3 塑件的材料选择与分析A塑件的材料选择a. ABS：高流动性，廉价，适用于对强度要求不太高的部件不直承受到冲击，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(Keypad frame，LCD frame)等。PC+ABS：流动性好，强度不错，价格适中。PC：高强度，贵，流动性
12、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：防止一味减少强度风险，什么部件都用PC料而导致成型困难和本钱增加；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给商，可能会先用PC+ABS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。这样模具供给商会在模具的设计上考虑好收缩率与特殊部位的拔模角。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。可承受的面刮0.15mm,可承受底刮0.1mm。在无法保证零段差时，尽量使产品
13、的面壳大于底壳。因此，该塑件选择ABS材料。B塑件的材料分析ABS：acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer 丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物，属于热塑性材料。使用性能：综合性能较好，冲击韧性、机械强度一般，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好，易于成形和机械加工。成型性能：a无定性材料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢边值为0.04毫米左右。b吸湿性强，必须充分枯燥，外表要求光泽的塑件须经长时间的预热枯燥。c成型时易取高料温、高模温，但料温过高易分解分解温度为250。对于精度较高的塑件，模温宜取5060，对光泽、耐热塑件，模温宜取608
14、0。注塑压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180230，注射压力为10001400kgf/cm3。用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为7001000 kgf/cm 3。2.4 塑件尺寸精度塑件的尺寸精度一般是根据使用要求确定的，但还必须充分考虑塑料的性能与成型工艺的特点。由于该塑件是作为孩童玩具，要求其外外表光滑，既不会在使用过程中对人造成伤害，还要必须考虑其外形的美观。因此该塑件取精度等级为3级。2.5 模具材料的选择塑料模具结构比拟复杂，组成一套模具的零件数目较多，而且由于各零件在工作中所处的地位、作用不同，对材料的性能要求也不同。总的说来，用于制作塑料模具的材
15、料，在质量上首先要求具有一定的硬度和耐磨性，其次是有一定的强度和韧性，再次是易于加工。因此，应根据模具的结构、性能要求和使用条件、模具的制造方法，合理地选用模具材料。模具中各个零件的材料选择如下：a导向零件的材料选择 包括导套和导柱，由于在开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力，或偏载负荷，因此要求外表耐磨性好，心部具有一定的韧性，本设计中的导向零件选用T8A，经过渗碳淬火后外表硬度应达到50-55HRC；b浇注系统零件的材料选择 包括浇口套，拉料杆等，要求具有良好的耐磨外表、耐蚀性和热硬性，本设计中的浇注系统零件选用T8A，经过渗碳淬火后外表硬度应达到50-55HRC；c顶出机构零件的材料选择 包括推杆和复位杆，要求外表耐磨性好，并具有足够的机械强度，本设计中推杆选用45钢,淬火处理后外表硬度达到40-45HRC；复位杆选用T8A，淬火处理后外表硬度达到50-55HRC；d模体零件的材料选择 包括各种模板、推板、固定板、垫块等，这些零件要求具有足够的机械强度，在本设计中选用45钢，经淬火处理后外表硬度达到40-45HRC，可满足上述要求；e定位零件的材料选择 包括定位圈和螺钉，要求其具有足够的机械强度，耐磨性好，考虑上述要求，定位圈选用T8A，并外表淬火使硬度达到50-55HRC；螺钉选用45钢。2.6 脱模斜
