基于CAD/CAM技术的玩具飞机壳体注塑模具设计
基于CAD/CAM技术的玩具飞机壳体注塑模具设计
塑料在当今世界上无处不用，因此塑料模具有很大发展，特别是注塑模。由此可知，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 本课题主要是针对玩具飞机壳体的模具设计,通过对塑件进行工艺性分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性及具体模具结构出发，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，同时并简单的编制了模具的加工工艺。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。根据题目设计的主要任务是玩具飞机壳体注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产飞机壳体的塑件产品，以实现自动化提高产量。
通过本设计，可以对注塑模具有一个较深的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；通过对Pro/e的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率；通过画装配图、零件图，进一步系统深化CAD熟练程度，加深了对模具各个零件的认识。
关键词 塑料模具，注射机，型腔，浇注系统
1 引言 1
2 塑件的工艺分析3
3 注塑机的选择 4
4 型腔布局及分型面的选择 5
5 注塑模浇注系统 6
6 脱模方式选择 8
6.1 脱模机构的设计 8
6.2 脱模力的计算 8
6.3 推杆脱模机构 9
7 温度调节系统 11
8 导向机构 13
9 成型零部件设计 14
9.1 型腔及型芯设计14
9.2 成型零件的工作尺寸计算 15
9.3 成型零件材料的选择 17
9.4 排气系统 17
10 支承与连接 17
11 注塑机参数与模具的校核 18
12 装配图 19
13 典型零件的仿真加工 20
结论 23
致谢 24
参考文献25
1. 引言
塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。
关于全国塑料加工业区域分布，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70％。现在，这3个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。 塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。
目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。2005年模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。2006年，我国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。广东占我国模具总产量的四成，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高。
注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时， CAE技术应用越来越广，以 CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。
整体来看我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，
一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：大力提高注塑模开发能力；注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术；模具生产正在向信息化迅速发展；注塑模向更广的范围发展。
中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题：发展不平衡；工艺装备落后，组织协调能力差；供需矛盾短期难以缓解；大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
注塑模具的发展趋势：①模具的精度越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2~3微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工；②模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的；③多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高；④热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%~30%；⑤随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严；⑥标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大的发展；⑦快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注；⑧随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；⑨模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化；⑩以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具
的要求也越来越高。
2.塑件的工艺分析
（1）塑件的结构工艺性分析
a、飞机的外表面 b、飞机的内表面
图1 飞机壳体外形结构
如图所示，该塑件为玩具飞机壳体外形，结果比较复杂。它的结构是左右对称的，零件长100mm，宽100mm，壁厚为1mm，经测量该飞机壳体的质量约为15.6g。该塑件是玩具飞机壳体，精度要求不高。
该制品的外表要求光滑、无毛刺，没有其他特殊要求,是比较容易实现的。 通过以上分析可知，制品的总体要求不是很高，加工和成型都可以得到保证。
（2）塑件材料的选择及性能
本塑件为玩具飞机壳体，考虑到是儿童玩具，首先应当具备良好的物理机械性能，在受到挤压、敲击等外力作用的情况下不容易损坏；其次要有良好的化学稳定性，不易与各种物品发生化学反应以保证儿童的健康；最后还要有耐温性、电绝缘性、着色性。能满足以上性能的材料有很多，但从材料的来源和材料的成本考虑，ABS更适合些。ABS是目前应用最广泛的材料，其来源广、成本低，符合塑料成型的经济性。所以选择ABS作为玩具飞机外壳的材料。
该壳体选用的材料是ABS，它的密度是1030~1070kg/,收缩率是0.3％~0.8％，模具温度是50~80℃，注射压力是60~100MPa，最大不溢料间隙是0.04mm,型腔和型芯的脱模斜度分别为40´~1°20´和35´~1°。ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘
性，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、广的热塑性工程塑料。
3. 注射机的选择
注塑模只有安装在与其相适应的注射机上才能顺利进行生产，所以在设计模具时，必须了解注射机的技术规范。从模具设计的角度出发，应了解的注射机的技术规范有：注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等。
结论
此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师的重要一步。从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检阅和充实。
通过这次实践，我了解了注塑模具的设计过程，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。从此毕业设计是对我专业知识和专业基础知识的一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。
为期三个月的毕业设计使我收获颇多，比如查找相关资料相关数据，各种标注，提高CAD应用技能，做到绘图有根有据，提高了自己严谨的工作态度，明白了胜任模具设计这项工作是靠理论、实践以及不懈努力的结果。
但是毕业设计也暴露了自己专业知识不足之处，比如缺乏专业知识的应用能力，不了解公差配合，零件绘制不正确等等。这次实践是对我大学四年学习的总结，使我明白了自己知识的不足。马上要毕业了，但是未来的路还很远，以后会更加在学习中不断充实自己。
塑料在当今世界上无处不用，因此塑料模具有很大发展，特别是注塑模。由此可知，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。 本课题主要是针对玩具飞机壳体的模具设计,通过对塑件进行工艺性分析和比较,最终设计出一副注塑模。该课题从产品结构工艺性及具体模具结构出发，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，同时并简单的编制了模具的加工工艺。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。根据题目设计的主要任务是玩具飞机壳体注塑模具的设计。也就是设计一副注塑模具来生产飞机壳体的塑件产品，以实现自动化提高产量。
通过本设计，可以对注塑模具有一个较深的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；通过对Pro/e的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率；通过画装配图、零件图，进一步系统深化CAD熟练程度，加深了对模具各个零件的认识。
关键词 塑料模具，注射机，型腔，浇注系统
1 引言 1
2 塑件的工艺分析3
3 注塑机的选择 4
4 型腔布局及分型面的选择 5
5 注塑模浇注系统 6
6 脱模方式选择 8
6.1 脱模机构的设计 8
6.2 脱模力的计算 8
6.3 推杆脱模机构 9
7 温度调节系统 11
8 导向机构 13
9 成型零部件设计 14
9.1 型腔及型芯设计14
9.2 成型零件的工作尺寸计算 15
9.3 成型零件材料的选择 17
9.4 排气系统 17
10 支承与连接 17
11 注塑机参数与模具的校核 18
12 装配图 19
13 典型零件的仿真加工 20
结论 23
致谢 24
参考文献25
1. 引言
塑料制品在日常社会中得到广泛利用，模具技术己成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。国内注塑模在质与量上都有了较快的发展。但是与国外的先进技术相比，我国还有大部分企业仍然处于需要技术改造、技术创新、提高产品质量、加强现代化管理以及体制转轨的关键时期。
关于全国塑料加工业区域分布，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列，浙江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70％。现在，这3个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。 塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具。
目前，我国模具生产厂点约有3万多家，从业人数80多万人。2005年模具出口7.4亿美元，比2004年的4.9亿美元增长约50％，均居世界前列。2006年，我国塑料模具总产值约300多亿元人民币，其中出口额约58亿元人民币。除自产自用外，市场销售方面，2006年中国塑料模具总需求约为313亿元人民币，国产模具总供给约为230亿元人民币，市场满足率为73.5%。在我国，广东、上海、浙江、江苏、安徽是主要生产中心。广东占我国模具总产量的四成，注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高。
注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量己超过50吨，最精密的注塑模具精度己达到2微米。制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑封模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具及主型材双腔共挤、双色共挤、软硬共挤、后共挤、再生料共挤出和低发泡钢塑共挤等各种模具。在CAD/CAM技术得到普及的同时， CAE技术应用越来越广，以 CAD/CAM/CAE一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，特别是汽车、家电等工业快速发展，使得注塑模的发展迅猛。
整体来看我国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，
一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。
经过近几年的发展，塑料模具已显示出一些新的发展趋势：大力提高注塑模开发能力；注塑模具从依靠钳工技艺转变为依靠现代技术；模具生产正在向信息化迅速发展；注塑模向更广的范围发展。
中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题：发展不平衡；工艺装备落后，组织协调能力差；供需矛盾短期难以缓解；大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。
注塑模具的发展趋势：①模具的精度越来越高。10年前，精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2~3微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工；②模具日趋大型化。这是由于模具成型的零件日渐大型化和高生产效率要求而发展的“一模多腔”所造成的；③多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求也越来越高；④热流道模具在塑料模具中的比重逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在外国发展很快，许多塑料模具厂生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%~30%；⑤随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很严；⑥标准件的应用将日渐广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大的发展；⑦快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量生产时代，21世纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短，另一方面花样变化频繁，要求模具的生产周期愈短愈好。因此开发快速经济模具将越来越引起人们的关注；⑧随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求；⑨模具技术含量将不断提高，中、高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化；⑩以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时，由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具
的要求也越来越高。
2.塑件的工艺分析
（1）塑件的结构工艺性分析
a、飞机的外表面 b、飞机的内表面
图1 飞机壳体外形结构
如图所示，该塑件为玩具飞机壳体外形，结果比较复杂。它的结构是左右对称的，零件长100mm，宽100mm，壁厚为1mm，经测量该飞机壳体的质量约为15.6g。该塑件是玩具飞机壳体，精度要求不高。
该制品的外表要求光滑、无毛刺，没有其他特殊要求,是比较容易实现的。 通过以上分析可知，制品的总体要求不是很高，加工和成型都可以得到保证。
（2）塑件材料的选择及性能
本塑件为玩具飞机壳体，考虑到是儿童玩具，首先应当具备良好的物理机械性能，在受到挤压、敲击等外力作用的情况下不容易损坏；其次要有良好的化学稳定性，不易与各种物品发生化学反应以保证儿童的健康；最后还要有耐温性、电绝缘性、着色性。能满足以上性能的材料有很多，但从材料的来源和材料的成本考虑，ABS更适合些。ABS是目前应用最广泛的材料，其来源广、成本低，符合塑料成型的经济性。所以选择ABS作为玩具飞机外壳的材料。
该壳体选用的材料是ABS，它的密度是1030~1070kg/,收缩率是0.3％~0.8％，模具温度是50~80℃，注射压力是60~100MPa，最大不溢料间隙是0.04mm,型腔和型芯的脱模斜度分别为40´~1°20´和35´~1°。ABS在一定温度范围内具有良好的抗冲击强度和表面硬度，有较好的尺寸稳定性、一定的耐化学药品性和良好的电气绝缘
性，其抗冲击性、耐热性、耐低温性、耐化学药品性及电气性能优良，还具有易加工、制品尺寸稳定、表面光泽性好等特点，容易涂装、广的热塑性工程塑料。
3. 注射机的选择
注塑模只有安装在与其相适应的注射机上才能顺利进行生产，所以在设计模具时，必须了解注射机的技术规范。从模具设计的角度出发，应了解的注射机的技术规范有：注射机的类型、最大注射量、最大注射压力、锁模力、最大注射面积、模具的最大和最小闭合厚度、最大开模行程以及模具在注射机上安装时所需的定位孔的大小、螺钉孔的位置等等。
结论
此次毕业设计是我们从大学毕业生走向未来工程师的重要一步。从最初的选题、开题到计算、绘图直到完成设计。期间，查找资料，老师指导，与同学交流，反复修改图纸，每一个过程都是对自己能力的一次检阅和充实。
通过这次实践，我了解了注塑模具的设计过程，锻炼了工程设计实践能力，培养了自己独立设计能力。从此毕业设计是对我专业知识和专业基础知识的一次实际检验和巩固，同时也是走向工作岗位前的一次热身。
为期三个月的毕业设计使我收获颇多，比如查找相关资料相关数据，各种标注，提高CAD应用技能，做到绘图有根有据，提高了自己严谨的工作态度，明白了胜任模具设计这项工作是靠理论、实践以及不懈努力的结果。
但是毕业设计也暴露了自己专业知识不足之处，比如缺乏专业知识的应用能力，不了解公差配合，零件绘制不正确等等。这次实践是对我大学四年学习的总结，使我明白了自己知识的不足。马上要毕业了，但是未来的路还很远，以后会更加在学习中不断充实自己。
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