基于CAD/CAM技术的DZB-2WG塑料弯轨注塑模具设计
基于CAD/CAM技术的DZB-2WG塑料弯轨注塑模具设计
本次毕业设计是为了让我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和注塑模设计的基本原理和做法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。也就是设计一副注塑模具来生产塑料弯轨产品，以实现自动化提高产量。针对塑料玩具弯轨的具体结构，该模具是侧浇口的单分型面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到塑料玩具弯轨的质量和加工工艺要求。
关键词：模具，注塑模，塑料模具，塑料玩具弯轨
1 引言 1
2 塑件的工艺分析 2
2.1 塑件的成型工艺性分析 2
2.1.1 塑件材料的选择及使用性能 2
2.1.2 塑件材料的成型特性 2
2.2 塑件成型工艺参数确定 3
3 模具的设计方案 4
3.1 成型方法 4
3.2 注射机的选择 4
3.3 型腔布局 5
3.4 分型面的选择 6
3.5 浇注系统的选择 7
3.6 成型零部件的计算 9
3.6.1 型腔径向尺寸 9
3.6.2 型腔高度尺寸 10
3.6.3 型芯径向尺寸 10
3.6.4 型芯高度尺寸 10
3.7 合模导向机构的设计 11
3.8 脱模机构的设计 11
3.9 复位机构的设计 13
4 模具加热、冷却系统的计算和排气系统 13
4.1 模具加热13
4.2 冷却系统的计算 13
4.3 排气系统 15
5 校核 16
5.1 注射压力的校核 16
5.2 锁模力的校核 16
5.3 开模行程的校核 17
5.4 安装部分的尺寸校核 17
6. 标准模架的选择 17
7 模具总装配图 18
8 典型零件的Mstercam加工仿真 18
9 模具的装配试模与维修 19
9.1 模具的装配试模 19
9.2 模具的维修 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
此次设计是玩具塑料火车弯轨的注塑模具设计。塑料成型加工的种类很多，主要包括各种模塑成型、层压成型和压延成型等。常用的成型加工方法有注射成型、挤出成型、压缩成型、传递模塑、中空吹塑和热成型。本次课题设计采用的注射成型，模具是注射模具。模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具，在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式是金属材料在模具内发生塑性变形而获得的；金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国名经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件。
日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。，我国在模具技术方面，已有较强的队伍，全国已有200多个模具专业厂，6000多个生产点（附属在工厂内的模具车间或模具加工班组），但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低。
现在，大家都认识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。我国对模具工业的发展也十分重视。国务院于1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件的成型工艺性分析
塑件如图1所示：
图1 塑件三维图
该产品为玩具火车轨道转弯部位，结构较简单，无特殊力学要求，塑件表面不能有利角、利边，塑件横向最大尺寸为273mm，该塑件总质量为13.65g，塑件颜色为黑色。该塑件复杂程度一般，重要尺寸有4mm、1.5mm、7.5mm、42mm、3.7mm、2mm。塑件的公差等级为MT5级（GB/T 14486-93）,与之对应的模具制造公差等级为IT11（GB 1800-79）。
2.1.1 塑件材料的选择及使用性能
一般制造玩具的材料有ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯)、PVC（聚氯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PA（聚酰胺尼料）、PP（聚丙烯）等。GB-6675-86的《玩具安全》标准要求，儿童玩具所采用材料应该无毒无害，无刺激性气味。考虑到相关材料的价格和模具设计的成本，此塑件使用PP，牌号为CJS700。
聚丙烯（PP）为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，它的密度只有0.90--0.91，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它应用在家用电器、塑料管材、医学、生活用品等多方面。聚丙烯具有良好的物理性能；聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。它的化学性能也很稳定，除被浓硫酸、浓硝酸腐蚀外，对其它化学试剂都比较稳定，防腐蚀性良好，但是聚丙烯能被低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀。除此之外，聚丙烯的电性能也很不错。
2.1.2 塑件材料的成形特性
1、 结晶型高聚料，吸水率很低，约为0.03%--0.04%。注射时一般不需要进行干燥，必要时可在80--100℃下干燥3-4h
2、 可能发生熔融破裂，长期与金属接触易发生分解
3、 流动性能极好，溢料值0.03mm左右
4、 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢
5、 成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、方向性强
6、 注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形
7、 塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中
2.2 塑件成型工艺参数确定
如表1所示。
表1 聚丙烯的成形条件
注射成型机型 螺杆、柱塞均可
计算收缩率（%） 1.0--2.5
预 热 温度（℃） 80--100
时间（h） 1--2
料 筒
温 度
（℃） 后段 160--180
中段 180--200
前段 200--220
喷嘴温度（℃） 170--210
模具温度（℃） 80--90
注射压力（） 700--1000
成 形
时 间
（s） 注射时间 20--60
高压时间 0--3
冷却时间 20--90
总周期 50--160
螺杆转速（转/分） 48
3 模具的设计方案
注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射机的移动那个模板上，定模安装在注射机的固定模板上。在注射成型时动模和定模闭合构成浇注系统和型腔。开模时动模与定模分离以便取出塑料制件。根据模具中各个部件起的作用，一般注射模由以下几个部分组成，包括：成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、侧向分型抽芯机构、调温系统、排气系统、标准模架等。
3.1 成型方法
采用注射成型法生产，为了保证塑件的质量，采用矩形侧浇口成型。
3.2 注射机的选择
塑件的质量：塑件的体积约为15，聚丙烯的密度0.90--0.91。本设计为双型腔。
塑件之外的凝料质量：冷料穴凝料预估为0.2g，主流道凝料预估为1.1g，分流道凝料预估为1.5g
每次需塑料质量约为，则注射机的最大注射量必须大于。初步选用JN128E注塑机。有关参数如表2：
表2 JN128E注塑机相关参数
理论注射容积（） 183
实际注射量（g） 172
射胶压力（MPa） 185
锁模力（KN） 1280
开模行程（mm） 350
连接柱内距（mm×mm） 410×370
模板最大距离（mm） 730
容模量（mm） 145--380
顶出行程（mm） 130
顶出力（KN） 42
3.3 型腔的设计
为了使模具与注射机相匹配一提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应合理确定型腔数目。根据塑件的结构特征，该塑件为月牙形状，为了大批量生产，采用一模两腔。多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点：
①尽可能采用平衡排列，以便构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定
②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象
③尽量使型腔排列的紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸
④优先采用直线排列和H形排列从平衡角度来看应尽量选择H形排列
本设计采用H形排列，其布置如图2所示，并将型腔做成单独的嵌块，也就是组合式，其优点是可改善加工工艺性、减少热处理变形、节省优质钢材等。嵌块如图3所示，嵌块长296mm，宽80mm，高25mm；台肩位于短的两侧，台肩高6mm，长80mm，宽8mm。
本次毕业设计是为了让我们能综合运用机械制造工艺学中的基本理论，并结合生产实习中学到的实践知识，独立的分析和解决工艺问题，具备设计一个中等复杂程度零件的工艺规程的能力和注塑模设计的基本原理和做法，拟定夹具设计方案，完成夹具结构设计的能力，也能熟悉和运用有关手册、图表等技术资料及编写技术文件等基本技能的一次实践。该课题从产品结构工艺性，具体模具结构出发，对模具的浇注系统、模具成型部分的结构、顶出系统、冷却系统、注塑机的选择及有关参数的校核、都有详细的设计。通过整个设计过程表明该模具能够达到此塑件所要求的加工工艺。也就是设计一副注塑模具来生产塑料弯轨产品，以实现自动化提高产量。针对塑料玩具弯轨的具体结构，该模具是侧浇口的单分型面注射模具。通过模具设计表明该模具能达到塑料玩具弯轨的质量和加工工艺要求。
关键词：模具，注塑模，塑料模具，塑料玩具弯轨
1 引言 1
2 塑件的工艺分析 2
2.1 塑件的成型工艺性分析 2
2.1.1 塑件材料的选择及使用性能 2
2.1.2 塑件材料的成型特性 2
2.2 塑件成型工艺参数确定 3
3 模具的设计方案 4
3.1 成型方法 4
3.2 注射机的选择 4
3.3 型腔布局 5
3.4 分型面的选择 6
3.5 浇注系统的选择 7
3.6 成型零部件的计算 9
3.6.1 型腔径向尺寸 9
3.6.2 型腔高度尺寸 10
3.6.3 型芯径向尺寸 10
3.6.4 型芯高度尺寸 10
3.7 合模导向机构的设计 11
3.8 脱模机构的设计 11
3.9 复位机构的设计 13
4 模具加热、冷却系统的计算和排气系统 13
4.1 模具加热13
4.2 冷却系统的计算 13
4.3 排气系统 15
5 校核 16
5.1 注射压力的校核 16
5.2 锁模力的校核 16
5.3 开模行程的校核 17
5.4 安装部分的尺寸校核 17
6. 标准模架的选择 17
7 模具总装配图 18
8 典型零件的Mstercam加工仿真 18
9 模具的装配试模与维修 19
9.1 模具的装配试模 19
9.2 模具的维修 20
结论 21
致谢 22
参考文献 23
1 引言
此次设计是玩具塑料火车弯轨的注塑模具设计。塑料成型加工的种类很多，主要包括各种模塑成型、层压成型和压延成型等。常用的成型加工方法有注射成型、挤出成型、压缩成型、传递模塑、中空吹塑和热成型。本次课题设计采用的注射成型，模具是注射模具。模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具，在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如，冲压件和锻件是通过冲压或锻造方式是金属材料在模具内发生塑性变形而获得的；金属压铸件、粉末冶金零件以及塑料、陶瓷、橡胶、玻璃等非金属制品，绝大多数也是用模具成形的。由于模具成形具有优质、高产、省料和低成本等特点，现已在国名经济各个部门，特别是汽车、拖拉机、航空航天、仪器仪表、机械制造、家用电器、石油化工、轻工日用品等工业部门得到极其广泛的应用。
近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大近年来许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件。
日本的模具产能约占全球的40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具。模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据着重要地位。德国拥有世界领先的汽车、船舶等制造技术，受上游行业需求影响，德国模具在世界上具有较为重要的地位。，我国在模具技术方面，已有较强的队伍，全国已有200多个模具专业厂，6000多个生产点（附属在工厂内的模具车间或模具加工班组），但在许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低。
现在，大家都认识到，研究和发展模具技术，对于促进国民经济的发展具有特别重要的意义。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。我国对模具工业的发展也十分重视。国务院于1989年3月颁布的《关于当前国家产业政策要点的决定》中，就把模具技术的发展作为机械行业的首要任务。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件的成型工艺性分析
塑件如图1所示：
图1 塑件三维图
该产品为玩具火车轨道转弯部位，结构较简单，无特殊力学要求，塑件表面不能有利角、利边，塑件横向最大尺寸为273mm，该塑件总质量为13.65g，塑件颜色为黑色。该塑件复杂程度一般，重要尺寸有4mm、1.5mm、7.5mm、42mm、3.7mm、2mm。塑件的公差等级为MT5级（GB/T 14486-93）,与之对应的模具制造公差等级为IT11（GB 1800-79）。
2.1.1 塑件材料的选择及使用性能
一般制造玩具的材料有ABS(丙烯晴-丁二烯-苯乙烯)、PVC（聚氯乙烯）、PC（聚碳酸酯）、PA（聚酰胺尼料）、PP（聚丙烯）等。GB-6675-86的《玩具安全》标准要求，儿童玩具所采用材料应该无毒无害，无刺激性气味。考虑到相关材料的价格和模具设计的成本，此塑件使用PP，牌号为CJS700。
聚丙烯（PP）为无毒、无臭、无味的乳白色高结晶的聚合物，它的密度只有0.90--0.91，是目前所有塑料中最轻的品种之一。它应用在家用电器、塑料管材、医学、生活用品等多方面。聚丙烯具有良好的物理性能；聚丙烯具有良好的耐热性，制品能在100℃以上温度进行消毒灭菌，在不受外力的条件下，150℃也不变形。它的化学性能也很稳定，除被浓硫酸、浓硝酸腐蚀外，对其它化学试剂都比较稳定，防腐蚀性良好，但是聚丙烯能被低分子量的脂肪烃、芳香烃和氯化烃等能使聚丙烯软化和溶胀。除此之外，聚丙烯的电性能也很不错。
2.1.2 塑件材料的成形特性
1、 结晶型高聚料，吸水率很低，约为0.03%--0.04%。注射时一般不需要进行干燥，必要时可在80--100℃下干燥3-4h
2、 可能发生熔融破裂，长期与金属接触易发生分解
3、 流动性能极好，溢料值0.03mm左右
4、 冷却速度快，浇注系统及冷却系统应散热缓慢
5、 成形收缩范围大，收缩率大，易发生缩孔、凹痕、变形、方向性强
6、 注意控制成形温度，料温低方向性明显，尤其低温高压时更明显，模具温度低于50℃以下塑件不光泽，易产生熔接不良，流痕；90℃以上时易发生翘曲、变形
7、 塑件应壁厚均匀，避免缺口、尖角，以避免应力集中
2.2 塑件成型工艺参数确定
如表1所示。
表1 聚丙烯的成形条件
注射成型机型 螺杆、柱塞均可
计算收缩率（%） 1.0--2.5
预 热 温度（℃） 80--100
时间（h） 1--2
料 筒
温 度
（℃） 后段 160--180
中段 180--200
前段 200--220
喷嘴温度（℃） 170--210
模具温度（℃） 80--90
注射压力（） 700--1000
成 形
时 间
（s） 注射时间 20--60
高压时间 0--3
冷却时间 20--90
总周期 50--160
螺杆转速（转/分） 48
3 模具的设计方案
注塑模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射机的移动那个模板上，定模安装在注射机的固定模板上。在注射成型时动模和定模闭合构成浇注系统和型腔。开模时动模与定模分离以便取出塑料制件。根据模具中各个部件起的作用，一般注射模由以下几个部分组成，包括：成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、侧向分型抽芯机构、调温系统、排气系统、标准模架等。
3.1 成型方法
采用注射成型法生产，为了保证塑件的质量，采用矩形侧浇口成型。
3.2 注射机的选择
塑件的质量：塑件的体积约为15，聚丙烯的密度0.90--0.91。本设计为双型腔。
塑件之外的凝料质量：冷料穴凝料预估为0.2g，主流道凝料预估为1.1g，分流道凝料预估为1.5g
每次需塑料质量约为，则注射机的最大注射量必须大于。初步选用JN128E注塑机。有关参数如表2：
表2 JN128E注塑机相关参数
理论注射容积（） 183
实际注射量（g） 172
射胶压力（MPa） 185
锁模力（KN） 1280
开模行程（mm） 350
连接柱内距（mm×mm） 410×370
模板最大距离（mm） 730
容模量（mm） 145--380
顶出行程（mm） 130
顶出力（KN） 42
3.3 型腔的设计
为了使模具与注射机相匹配一提高生产率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应合理确定型腔数目。根据塑件的结构特征，该塑件为月牙形状，为了大批量生产，采用一模两腔。多型腔在模具上通常采用圆形排列、H形排列、直线形排列以及复合排列等，在设计时应注意如下几点：
①尽可能采用平衡排列，以便构成平衡式浇注系统，确保塑件质量的均一和稳定
②型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象
③尽量使型腔排列的紧凑一些，以便减小模具的外形尺寸
④优先采用直线排列和H形排列从平衡角度来看应尽量选择H形排列
本设计采用H形排列，其布置如图2所示，并将型腔做成单独的嵌块，也就是组合式，其优点是可改善加工工艺性、减少热处理变形、节省优质钢材等。嵌块如图3所示，嵌块长296mm，宽80mm，高25mm；台肩位于短的两侧，台肩高6mm，长80mm，宽8mm。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/mjsk/1847.html
