玩具模具設計

1、目 錄第一章 設計任務書2第二章 塑件分析2第三章 成型設備的選擇與校核6第四章 成型零部件的設計與計算10第一節(jié) 成型零件的結構設計10第二節(jié) 排氣系統(tǒng)11第三節(jié) 澆注系統(tǒng)11第四節(jié) 模架的選取13第五章 脫模機構的設計13第一節(jié) 脫模力的計算13第二節(jié) 推出機構的計算15第六章 側向分型與抽芯機構的設計16第七章 合模導向機構的設計16第八章 溫度調節(jié)系統(tǒng)16第九章 注射機參數的校核17第十章 模具零件加工18謝辭25參考文獻25第一章 設計任務書一、 目的：本設計是在完成了塑料成型工藝與模具設計等專業(yè)課后進行的一項重要的教學實踐活動，是使學生綜合運用所學知識，掌握塑料模具設計的方法、步驟

2、和思路；以及塑料模具成型零件的制造工藝的編制方法。二、 任務和要求： 設計一副塑料模具，繪制模具裝配圖和非標準零件圖。 說明書。內容包括：） 產品零件的成型工藝分析和結構分析。） 必要的計算過程。） 模具結構的選擇分析。） 模具工作原理（動作）分析；零件制造工藝選擇分析（內容包括：成本經濟性、加工精度、加工質量、加工效率等）。第二章 塑件分析一：材料的選擇該塑件為玩具。根據參考資料2塑料成型工藝與模具設計，選擇其材料為丙烯腈丁二烯苯乙共聚物（ABS）工程材料，ABS的介紹如下：基本特性： ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使

3、ABS有良好的耐化學腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.021.05g/cm。ABS有極好的抗沖壓強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經過調色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70C左右，熱變形溫度為93C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆。2.主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等。3.成型特點：ABS在升溫時粘度增高，所以成型

4、壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減少澆口對流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060C，要求塑件光澤和耐用時，應控制在6080C ABS的注射工藝參數注射類型螺桿式螺桿轉速（r/min）3060噴嘴形式直通式溫度（）190200料筒溫度前段 （）200210中段 （）210230后段 （）180200模具溫度（）5080注射壓力（MPa）70120保壓力（MPa）5070注射時間（S）35保壓時間（S）1530冷卻時間（S）1530成型周期（S）4070

5、二：塑件結構分析結構特點：該塑件最大壁厚大概是3mm厚的殼體，殼體外部沒有很高的要求，所以可以采用點澆口的形式。由于該塑件較小，采用一模多腔比較合適。殼體內部結構較復雜，所以采用鑲嵌式凸凹模結構。改塑件分為上下兩殼，如圖1、圖2和圖3所示：圖1塑件后蓋圖圖2塑件前蓋圖圖3塑件前蓋圖第三章 設備的選擇與校核為了保證注射質量和充分發(fā)揮設備的能力,應根據注射模一次成型的塑料體積和質量來初步確定注射機的類型。根據理論和在實際生產中的經驗得出塑件和澆注道之間材料的總和應該在注射機理論注射量的50%80%之間。 （一）、型腔數量的確定 要點：既要保證最佳的生產經濟性，技術上又要充分保證產品的質量，也就是應

6、保證塑料件最佳的技術經濟性。塑料制作的批量和交貨周期方面：該塑件是大批量生產的產品，交貨周期要短，使用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件。質量控制要求方面：該塑件不屬于高精度生產要求的產品，精度要求不高采用多型腔有較高的生產效率。塑料品種和其他方面：該塑件所用塑料為ABS工程塑料，流動性能好；澆口位置在靠近塑件邊緣上，另外塑料尺寸小，形狀簡單。經過以上分析和本人經驗所得，總結出：采用一模四腔是最佳形式，具有最佳的經濟性。（二）型腔的布局要點：型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關，型腔排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內

7、在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，盡可能地采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。經分析本人確定的型腔布局為平衡式型腔布局如圖4所示：圖4型腔布局圖（三）選用注塑機1鎖模力 注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數值越大，需要的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現溢料現象，應使塑料熔體對形腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力，即：F （nA1 + A2）P = 1014.4 90 80% = 7.30 kN式中：F注射機的額定鎖模力（N） P塑件熔體對形

8、腔的成型壓力（MPa）其大小一般是注射壓力的80%。ABS的注射壓力取90MPa。2注射量模具型腔能否充滿與注射機允許的最大注射量密切相關,設計模具時，應保證注射模內所需熔體總量在注射機實際的最大注射量的范圍內，根據生產經驗，注射機最大注射量是其允許最大注射量（額定注射量）的80%，由此有：m（nm1+m2）/80% = 75/80% = 93.75 g 式中：m注射機允許的最大注射量（g）3開模行程S（合模行程）指模具開合過程中動模固定板的移動距離，它的大小直接影響模具所能成型的塑件高度，注射機最大開模行程Smax應大于開模行程S：Smax S = H1 + H2 + 510 = 12 +

9、23 + 10 = 45 mm式中：H1推出距離（脫模距離）（mm) H2包澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度（mm)根據以上計算和所用塑料的有關數據，選用注射機為：注射機的參數合模力（KN）500注射壓力（MPa）122額定注射量（cm）60最大開(合)模行程（mm）180拉桿空間（mm）190*300注射行程（mm）170模具厚度（mm）最大200最小70噴嘴球面半徑（mm）12噴嘴直徑（mm）2（四）分型面要點：1、分型面選在塑件最大輪廓處；2、要便于塑件順利脫模；3、滿足塑件外觀質量要求；4、便于模具加工制造。分析：塑料件表面有外觀質量要求，不允許留下痕跡，而且有較大的拔模角，分型面設在塑件中

10、部不能順利脫模。塑件開模后要留在動模上側，以便于頂出脫模如果設計在塑件邊緣上，則采用平直分型面，分型面設計如圖5所示：圖（5）分型面形式這種設計雖然不夠曲面分型面的排氣效果好，但模具加工制造要簡易得多，加式費用也可節(jié)省很多，總之是利大于弊了。第四章 成型零部件的設計與計算模具中決定塑件幾何形狀和尺寸的零件即成型零件設計，包括凹模、型芯、鑲塊、凸模和成型桿等。第一節(jié) 成型零件的結構設計一、凹模的設計： 凹模是成型塑件外表面的主要零件，按其結構不同，可分為整體式和組合式兩類。該塑件底面較復雜，但是為了使產品的美觀，決定采用整體式凹模。即塑件中所有凹入的地方都做成一個整體。二、凸模和型芯的設計： 凸

11、模和型芯是成型塑件內表面的零件。凸模的結構 分析該塑件，結構比較復雜，且位置關系有一定的要求，為了保證位置關系以及尺寸，將凸模設計為整體式。第二節(jié) 排氣系統(tǒng)利用型芯與模板的配合間隙排氣，間隙控制在0.030.05mm之間。第三節(jié) 澆注系統(tǒng)1、主流道和澆口套的設計為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設計成圓錐形，內壁必須光滑，表面粗糙度應為Ra0.4。由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所有模具的主流道部分通常設計成可拆卸更換的主流道襯套，簡稱澆口套，以便選用優(yōu)質鋼材（如T8A等）單獨加工和熱處理（硬度為HRC5357）。由于在澆口套的小端設計有分流道，必須要止轉，所有澆口套設計成整體嵌入式，

12、大端用螺絲堅固在定模固定板上。如圖6所示：圖6主流道形式d = 注射機噴嘴直徑 + 1 = 3 mmSR = 噴嘴球面半徑 + 2 = 14 mmh 球面配合高度 = 5 mmD取 6 mm2、分流道的設計選用圓形截面的流道，雖工藝性不佳，但流動性，傳熱性等方面都好，流道也盡量做到最短，以減少熱量和壓力的損失。所以設計如圖7所示：圖7分流道形式圖3、澆口的設計：產品表面不允許有澆口痕跡，所以澆口位置設在塑件里面，就必須采用潛伏式澆口，另外考慮到流動性和脫模等方面，所以設計成如圖8所示：圖8澆口設計圖4、冷料穴的設計冷料穴設計在流道較角處，為了方便把流道取出，使其保留在動模一側，便于脫模，冷料穴

13、也可作為拉料的作用。第四節(jié) 模架的選取模架的選取應綜合考慮型腔的大小與布置、凸凹模結構形式、推出機構、合模導向機構等方面。根據成型零件的計算和，還有注射機的參數，盡量選取標準模架.第五章 脫模機構的設計第一節(jié) 脫模力的計算 注射成型后，塑件在模具內冷卻定型，由于體積的收縮，對型芯產生包緊力，塑件要從模腔中脫出，就必須克服因包緊力而產生的摩擦阻力。一般而論，塑料制件剛開始脫模時，所需克服的阻力最大，所以選擇此時作為臨界條件。塑件脫模時的型芯的受力分析如圖9所示： 圖9型芯受力分析圖根據力平衡原理，列出平衡式： 則： 式中 塑件對型芯的包緊力； 脫模時型芯所受的摩擦阻力； 脫模力； 型芯的脫模斜度

14、。又 于是 而包緊力為包容型芯的面積于單位上包緊力之積，即：由此可得： 式中 塑料對鋼的摩擦系數，約為0.10.3； 塑件包容型芯的面積； 塑件對型芯的單位面積上的包緊力，一般情況下模外冷卻的塑件約取2.43.9107Pa；模內冷卻的塑件約取0.81.2107Pa。第二節(jié) 推出機構的設計一、推出機構的選擇：選擇推桿推出機構推桿推出是一種最簡單常用的推出形式。推出元件制造簡便，更換容易，滑動阻力小，推出效果好。根據塑件的分析和推桿的設計要點,選擇圓形推桿推出機構，其尺寸為4mm 技術要求:1、 材料T10碳素工具鋼2、 熱處理要求HRC503、 工作配合部分表面粗糙度Ra0.8m二、推出機構的導

15、向與復位 為了保證推出機構在工作過程中靈活、平穩(wěn)，每次合模后推出機構能回到原來的位置，需要設計推出機構的導向與復位裝置。 一）、導向零件 推出機構的導向零件，通常由推出導柱與推板導套所組成，其導向裝置見裝配圖。二）、復位零件 用復位桿復位，采用圓形截面，設置四根復位桿，位置設在推桿固定板的四周，以便推出機構合模時復位平穩(wěn)，復位桿端面與所在的動模平齊。第六章 側向分型與抽芯機構的設計 該塑件由于掛鉤的地方跟分型面是平行的，所以要設計出抽芯機構，具體結構見非標準零件圖。第七章 合模導向機構設計本設計采用導柱導向定位。導柱導向機構的主要零件是導柱和導套。一、導柱導柱的結構形式可采用帶頭導柱和有肩導柱

16、，導柱導面部分長度比凸模端面高出812，以避免出現導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱材料采用T10，HRC5055，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8m，導向部分Ra為0.80.4m，本設計采用四根導柱，固定端與模板間采用H7/m6過渡配合，導向部分采用H7/f7間隙配合。二、導套 導套常采用帶頭導套的形式，采用H7/m6配合鑲入模板。具體結構尺寸見裝配圖。第八章 溫度調節(jié)系統(tǒng)為了使模溫控制在一理想的范圍內，現設計一模具溫度調節(jié)系統(tǒng)。由于本次設計的塑料ABS黏度和流動性一般，模溫為5080，故無須設計加熱系統(tǒng)，只需設計冷卻系統(tǒng)以確保合理的模溫。常用的冷卻方法有水冷卻、空氣冷卻和油冷卻，本設計

17、設計采用的是水冷卻，經濟實惠。冷卻系統(tǒng)機構的確定：對于不同的塑件，冷卻水道的位置形狀也不一樣。具體結構見裝配圖。第九章 注射機參數的校核一、模具與注射機安裝模具部分相關尺寸的校核1、 噴嘴尺寸XS-Z-60型注射機的噴嘴球面半徑為12mm，而本次設計的模具主流道始端凹下的球面半徑為13mm，與之相適應，故滿足要求。2、 模具厚度模具厚度H必須滿足：HminHHmax式中:Hmin注射機允許的最小模具厚度；即動、定模板之間的最小開距；模具外形尺寸。本設計的模具外形尺寸為300mm*300mm，XS-Z-60型注射機模板尺寸為330mm*440mm，在其范圍內，故滿足要求。二、行程的校核開模行程S

18、（合模行程）指模具開合過程中動模固定板的移動距離。它的大小直接影響模具所成型的塑件高度。注射機XS-Z-60的最大開模行程Smax與模具無關，它的開模距離由連桿機構的沖程或其它機構的沖程所決定的，不受模具厚度的影響，由于此模具是雙分型面注射模。由參1公式（4-9）得SmaxS=H1+H2+a+510S開模行程H1推出距離（mm）H2包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度（mm）a 取出澆注系統(tǒng)凝料必須的長度（mm）Hmax注射機允許的最大模具厚度; XS-Z-60型注射機模具最小厚度為70mm，最大模具厚度為200mm，本次設計的模具厚度為200mm，故模具厚度滿足要求。初步估算SmaxS 滿足要求。

19、三、頂出裝置的校核XS-Z-60型號的注射機的頂出裝置為兩中心頂桿機械頂出，此模具的頂出機構也采用中心頂桿機械頂出，故相適應。第十章模具零件加工（一）塑料模具制造技術要求模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，制造時應達到以下技術要求：a、組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質量等方面均應符合相應圖樣的要求。b、組成模架的零件應達到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應活動自如，并達到規(guī)定的平行度和垂直度要求c、模具的功能必須達到設計要求d、為了鑒別塑料成型件的質量，裝配好的模具必須在生產條件下試模，并根據試模存在問題進行修整，直至試出合格的成型件為止。一、加工要求:

20、1）模具分型面及組合件的結合面應很好貼合，局部間隙不大于0.02mm2）模具成型表面的內外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時允許不大于0.3mm圓角（分型面及結合面除外）。當不允許有圓角時。應在圖樣上注明。3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804，其孔按H13，軸按h13，長度按J14。4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級。5）導柱、導套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。導柱、導套之間的配合按H8/f8。6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應各孔配作。7）導柱(直導柱、臺肩導柱)其配合部位的大徑

21、與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。8）導套（直導套、帶頭導套）外圓與內孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。9）主流道襯套的中心錐孔應研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。二、裝配要求：1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應型面保持齊平，允許推桿端面高出型面不大于0.1mm。2）注射模的復位桿，其端面應與模具分型面齊平，允許低于分型面不大于0.03mm。3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時，其端面應在裝配后與其配合的零件齊平。4）制品同一表面的成型腔分布在上、下?；騼赡r，裝配后沿分型面的錯邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。5）凸模與凹

22、模裝配后的配合間隙，應保持周圍均勻。6）需保持同軸的兩個以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動自如。7）模具導向件的導向部分，裝配后保證滑動靈活，無卡滯現象。8）模具中供兩次分型用的拉桿、拉板裝配后，各工作面應在同一平面內，允許其極限偏差為0.1mm。9）模具裝配后，兩安裝平面應保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級。三、綜合要求:1）模具、模架及其零件的工件表面，不應有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。2）經熱處理后的零件，硬度應均勻，不允許有脫碳、軟點、氧化斑點及裂紋等缺陷。熱處理后應清除氧化皮，臟物油污。3）配通用模架模具，裝配后兩側面應進行同時磨削

23、加工，以保證模具能順利裝入模架。4）模具的冷卻水道應保證暢通。（二）零件加工成型零部件：為了保證導向作用，動、定模的導柱，導套孔的孔距精度應控制在0.01mm以內。因此，必須用坐標鏜床對動、定模鏜孔。在缺少坐標鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質碳素工具T8A鋼，強度高，耐磨性好，熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕，調質淬火低溫回火55HRC型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產生刀具加工路徑進行數控銑外形加工，再銑型芯，鉆推桿孔，加工澆口。型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產生刀具加工路徑，留余量在數控銑上加工成型，再用電火花加工成型。導柱導套加工：孔徑與導柱相配，一般采用H7/m6，為了保證導向作用，要求導柱、導套的配合間隙小于凸、凹模之間的