玩具小车上盖注塑模具设计（全套图纸）

毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 编号： 毕业设计说明书毕业设计说明书题 目：玩具小车上盖注塑模具设计与工艺分析玩具小车上盖注塑模具设计与工艺分析 学院： 机电工程学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学生姓名：学 号： 指导教师单位 姓 名：职 称：题目类型 ：理论研究 实验研究 工程设计 工程技术研究 软件开发2014 年 5 月 26 日毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 摘摘 要要本文是针对玩具小车上盖的注塑模具设计与工艺分析。首先对玩具小车上盖进行三维设计，并且对其进行结构分析。然后根据玩具车上盖的结构分析其工艺特点，主要包括材料工艺特性、制件的工艺结构特点，然后根据工艺选择注射机，并对注射机的参数进行校核。接着进行注塑模工艺设计，主要包括分型面设计、型腔数量和布局设计、浇注系统设计、模架选择、推出机构设计和冷却系统设计，其中分型面设计和浇注系统设计是重点设计内容，其设计结果需要进行模流分析验证。最后对所设计的零件进行装配并给出最终设计结果。本文设计过程中主要使用 UG NX 8.5/ MOLDWIZARD 经行设计，用到的设计内容包括三维造型、模具设计、分型面设计、浇注系统设计和冷却系统设计，最终结果由UG 装配完成。关键字关键字：注塑模具；UG 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 IVAbstractThis article is the injection mold design and process analysis for the cover of toy car, first designs three-dimensional toy car shell, and then analyzes its technological features which includes material properties, structural features of parts of the process and select the injection machine. Then article design injection molding process which includes sub-surface design, the number and layout of the cavity designing, gating system design, mold selection, launches mechanism design and cooling system design, checking the process parameters of mold design.In this article, the design is mainly used UG NX 8.5 / MOLDWIZARD. The content of the design includes three-dimensional modeling, mold design, parting surface design, gating system design and cooling system design, the final result is done by UG assembly.Keywords: Injection mold; UG毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 V目目 录录引言引言.11 1 产品的工艺分析产品的工艺分析.21.11.1 外型设计外型设计.21.21.2 产品材料的确定产品材料的确定.21.2.11.2.1 ABSABS 常规性能常规性能.21.2.21.2.2 ABSABS 的成型工艺的成型工艺.21.31.3 产品的工艺分析产品的工艺分析.31.3.11.3.1 产品的尺寸和表面质量产品的尺寸和表面质量.31.3.21.3.2 壁厚壁厚.31.3.31.3.3 脱模斜度设计脱模斜度设计.51.3.41.3.4 加强筋设计加强筋设计.51.3.51.3.5 圆角设计圆角设计.62 2 模具结构的设计模具结构的设计.72.12.1 确定型腔数目确定型腔数目.72.22.2 型腔布局方式型腔布局方式.73 3 注射机型号的确定注射机型号的确定.93.13.1 注塑机的结构注塑机的结构.93.23.2 注塑机的类型注塑机的类型.93.33.3 注塑机的选择注塑机的选择.93.3.13.3.1 所需注射量的计算、塑件质量、体积计算所需注射量的计算、塑件质量、体积计算.93.3.23.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统凝料体积的初步估算.103.3.33.3.3 注射机型号的确定注射机型号的确定.103.43.4 注塑机的校核注塑机的校核.113.4.13.4.1 注射量的校核注射量的校核.113.4.23.4.2 注射压力校核注射压力校核.113.4.33.4.3 锁模力校核锁模力校核.123.4.43.4.4 开模行程和模板安装尺寸校核开模行程和模板安装尺寸校核.124 4 成型零件设计成型零件设计.134.14.1 分型面的设计分型面的设计.134.24.2 成型零部件的结构设计成型零部件的结构设计.144.2.14.2.1 型芯和型腔的结构设计型芯和型腔的结构设计.144.2.24.2.2 型芯和型腔尺寸的确定型芯和型腔尺寸的确定.154.2.34.2.3 型芯和型腔的固定方式型芯和型腔的固定方式.155 5 浇注系统的设计浇注系统的设计.165.15.1 浇注系统的组成浇注系统的组成.165.25.2 浇注系统的设计原则浇注系统的设计原则.16毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 VI5.35.3 主流道的设计主流道的设计.175.45.4 分流道的设计分流道的设计.175.55.5 浇口的设计浇口的设计.185.65.6 浇口位置的选择浇口位置的选择.195.75.7 冷料穴和拉料杆设计冷料穴和拉料杆设计.195.85.8 浇注系统的设计结果浇注系统的设计结果.206 6 排气系统设计排气系统设计.217 7 产品填充分析产品填充分析.227.17.1 产品填充分析的意义产品填充分析的意义.227.27.2 产品填充分析的结果产品填充分析的结果.228 8 标准模架的选取标准模架的选取.238.18.1 标准模架的选择标准模架的选择.238.28.2 模架的尺寸计算模架的尺寸计算.249 9 推出机构设计推出机构设计.259.19.1 推出机构的设计要求推出机构的设计要求.259.29.2 推出机构布局的设计推出机构布局的设计.259.39.3 推杆设计推杆设计.251010 冷却系统设计冷却系统设计.2810.110.1 控制模具温度的重要性控制模具温度的重要性.2810.210.2 冷却系统设计的原则冷却系统设计的原则.2810.310.3 冷却系统的设计冷却系统的设计.281111 其他零件设计其他零件设计.3111.111.1 镶件固定用螺钉的设计镶件固定用螺钉的设计.3111.211.2 限位钉和支撑柱的设计限位钉和支撑柱的设计.3211.311.3 复位弹簧设计复位弹簧设计.3211.411.4 侧定位块设计侧定位块设计.3211.511.5 模具的总装配模具的总装配.321212 设计总结设计总结.33谢辞谢辞.34参考文献参考文献.35毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 引言引言玩具车市场在通过多年的宣传和发展后，随着新技术的不断发展，新的产品不断出现，在男孩子们的众多玩具中，玩具车一直是所有类型玩具中最受欢迎的玩具之一，产生这种情况的原因有以下几点：首先，我国经过了改革开放后经济的飞跃发展，家庭轿车以经遍及全国各地，这使得汽车理念一直伴随着孩子们的成长并不断深入其脑海中，由此直接带动了玩具车模型市场的发展。同时随着技术的不断更新，汽车模型结构越来越接近真实车辆，按比例生产的玩具车越来越受欢迎，其已成为车模发烧友的最爱。 其次汽车文化产品的发展也推动着玩具车市场的发展，无论是游戏、动画片还是电影，这要涉及到现代社会生活就绝对少不了汽车的身影。特别是汽车主题相关的电影或动画片热播，都会极大的影响玩具汽车市场，例如汽车题材动画片汽车总动员热播后，曾极大的推动玩具车和模型车的热售。最后，儿童玩具市场的需求一直是弹性的，这与其他玩具市场是不同的。儿童玩具更新很快，而且每个玩具的寿命都不长，每个孩子都不会仅仅只买一个玩具，而是看到新的都会想再买，因此其需求量是巨大的。由于许多玩具车的结构较复杂，在制造工艺上，玩具车注塑模是注塑模具设计制造行业最复杂的模具之一，其需要用到各种尖端的制造技术。首先其外形质量要求非常高，这就使得模具制造的精度要求非常高，同时对加工工艺也提出高要求；最后玩具车的结构要尽量简单，结构简单可以简化加工工艺，降低成本。 玩具小车上盖注射模具设计的包括塑件的三维建模、塑件的材料选择和工艺分析、型腔结构和布局设计、分型面设计、注射机选择与校核、浇注系统设计、模流分析、模架选择、推出机构设计、冷却系统设计以及其他零件设计，重难点主要在浇注系统设计，浇注系统的设计结果好坏不仅直接会影响到制件的性能、尺寸精度和表面质量，还会影响到原材料的利用率以及生产效率，是本次模具设计的关键的设计。本次模具设计主要是基于 UG 注塑模向导的注塑模设计，设计过程包括模具结构所有的零件设计与装配，设计结果利用 UG 的 moldex3d 功能进行工艺分析，验证设计结果是否合理。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1 1 产品的工艺分析产品的工艺分析1.11.1 外型设计外型设计通过对当前市场上的一般的玩具车外形进行分析，大致了解当前市场上主要的玩具车类型，通过参考市场情况设计产品，以设计出更符合市场需求的产品。玩具车上盖材料主要有塑料和金属两种，金属上盖相对于塑料上盖强度更高，使用寿命也较长，但也因质量较大而加大了玩具车的电能消耗，而且成本也较高。而塑料上盖不仅质量轻、成型容易、原料便宜，而且强度也满足使用要求。综合以上考虑本次设计选择塑料作为玩具小车的上盖材料。玩具小车上盖三维模型如图 1.1 所示：图 1.1 玩具小车上盖三维模型1.21.2 产品材料的确定产品材料的确定常用的注塑材料有 ABS，PC ，AS，PS 等，各种材料具有不同的特性，其中 ABS的综合性能好，其不仅具有优良的抗冲击性和耐热性，还具有易加工、成品尺寸稳定、表面光泽性好等特性，并且有良好的耐寒性，在40低温时仍有一定的机械强度1、ABS、1.2.11.2.1 ABSABS 常规性能常规性能无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为 1.051.18g/cm3,收缩率为 0.4%0.9%,弹性模量值为 2Gpa,泊松比值为 0.394，吸湿性2502。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1.2.21.2.2 ABSABS 的成型工艺的成型工艺（1）ABS 的流动性受到注射压力和注射温度的影响，其中注射压力影响更大些。（2）ABS 在注塑成型之前需要进行干燥处理，不然制件表面可能将会出现气泡、银丝等产品缺陷。（3）ABS 制品在加工过程中容易产生内应力，为防止因内应力过大而引起的质量问题需要进行退火处理2。（4）ABS 的熔体流动长度与制件壁厚之比会因不同品级而不同，一般其值约为190:1，因此，ABS 制件的壁厚不能太薄，如果需要作电镀处理，则壁厚要加厚些，这样可以增加镀层和制件表面的粘附力。一般制件的壁厚在 1.54.5mm 之间。（5）ABS 注塑成型的保压压力有一定的要求，不宜使用过高压力，如果保压压力过高，制件的内应力会过大。（7）在生产过程中，一般选择中、低速，如果因为结构原因或其他原因导致中、低速充模困难，则应相应提高注射速度2。（8）模具温度对 ABS 制件的表面质量如表面粗糙度有着重要影响，同时还影响制件的内应力。一般情况下，模具温度应控制在 4050之间。1.1.3 3 产品的工艺分析产品的工艺分析1.3.11.3.1 产品的尺寸和表面质量产品的尺寸和表面质量玩具小车上盖的总体尺寸为长、宽、高约 200mm80mm60mm。四周无孔类结构，内部有安装螺钉的固定柱，整体结构较简单。根据设计的玩具小车上盖所选的材料 ABS 和一般玩具车的精度要求，确定玩具小车上盖塑件的精度等级为：IT5。为保证玩具小车上盖的美观，玩具小车上盖表面不得有任何缺陷，表面光泽度要好，根据一般玩具车的外观要求，同时为保证玩具车上盖的可电镀性，确定玩具小车上盖的表面粗糙度为：Ra0.8。1.3.21.3.2 壁厚壁厚塑件制品的壁厚是塑件注塑成型重要的结构要素。塑料成型时，由于存在收缩量，如果壁厚不均匀，塑件成型固化时会产生收缩不均现象，这可能会导致制品变形，甚至开裂，对制品的外观和力学性能都造成不利影响。而如果制品的壁厚过大，则不但用料过多，而且由于塑料熔体固化成型时会产生一定的收缩，如果收缩不均匀，就可能会产生缩孔、气泡、翘曲和凹痕等缺陷。当壁厚过小时，则会导致熔融塑料在模具型腔中的流动阻力较大，导致塑料制品充模速度过慢，可能会造成填充不满，最终制品强度不够，因此在设计塑料制品时，应注意设毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 计适当的壁厚。常用热塑性塑料的最小壁厚和常用的壁厚推荐值如表 1.1 所示，根据玩具小车上盖的强度要求，最优化原理，确定玩具车上盖壁厚。表 1.1 常用热塑性塑料的最小壁厚和常用的壁厚推荐值常用壁厚/mm塑料名称最小壁厚/mm小型制品中型制品大型制品尼龙0.450.761.502.43.2聚乙烯0.601.251.602.43.2聚苯乙烯0.751.251.602.43.2改性聚苯乙烯0.751.251.602.43.2有机玻璃0.801.502.202.43.2硬聚氯乙烯1.201.601.802.43.2聚丙烯0.851.451.752.43.2聚碳酸酯0.951.802.302.43.2醋酸纤维素0.701.251.902.43.2聚甲醛0.801.401.602.43.2通过 UG 分析玩具小车上盖的壁厚信息如下图毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 1.2 玩具小车上盖壁厚分析分析结果为：平均厚度=0.76，最大厚度=2.771.3.31.3.3 脱模斜度设计脱模斜度设计在塑料制品的成型中，为了便于将塑料制品从模具内脱出，制品的内外壁应有足够的脱模斜度。 脱模斜度设计需要考虑塑件的结构尺寸、塑料成型性能以及模具的结构，一般情况下 302之间选取。一些常用塑料的脱模斜度经验数据参阅表 1.2。表 1.2 常用塑料的脱模斜度经验数据塑料名称或代号脱模斜度聚乙烯、聚丙烯、软聚氯乙烯301ABS、尼龙、聚甲醛、氯化聚醚、聚苯醚40130硬聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚砜、聚苯乙烯、有机玻璃502热固性塑料201 设计塑件的脱模斜度时，应遵循以下原则：(1)在保证产品使用性能的条件下应尽量选择较大的脱模斜度，使制品容易脱出。(2)如果塑件的收缩率较大，成型后塑件对型芯的包紧力也会较大，为使塑件顺利脱模，脱模斜度应设计大些。(3)如果制品的壁较厚，那么制件成型后的收缩量会比较大，此时，应设计较大的脱模斜度3。(4)高大的塑料制品，应尽量选用较小的脱模斜度。(5)如果要求塑料制品在脱模后留在型芯一侧时，则内表面的脱模斜度应比外表面的脱模斜度小3。(6)塑料制品高度和孔的深度较小时（内孔深10mm,外形高20mm） ，可以不设计脱模斜度。根据以上原则和成型材料 ABS 性能特性与玩具小车上盖的尺寸结构特点，确定塑件的脱模斜度为 0.5。1.3.41.3.4 加强筋设计加强筋设计为保证制品有足够的强度，在支撑结构的连接部位需要设计加强筋结构。玩具车上盖有四个用于安装自攻螺钉的支撑圆柱结构，在圆柱底部应设计加强筋。从加工的角度考虑，加强筋的宽度不能太小，高度不宜太大，否则会使模具加工困难；从注塑毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 成型工艺的角度考虑，厚度太大的加强筋会导致加强筋所在的位置结构壁厚不均，塑件在固化成型时可能会形成缩孔。综合以上考虑，在保证塑件结构强度的条件下设计加强筋的结构尺寸，同时为保证脱模顺利，加强筋需要设计一定的脱模斜度。最终设计的加强筋尺寸如图 1.3 所示：图 1.3 加强筋结构图1.3.51.3.5 圆角设计圆角设计一般制件的连接位置结构都应该设计一定的圆角，由于玩具车上盖的整体结构是通过曲面建模，各个连接部位都已经是相切过度，只有 4 个支撑结构位置需要设计圆角。按一般制件的圆角设计原则，圆角半径应在壁厚的 0.51.5 倍之间，因此根据之间的壁厚设计确定圆角半径为 0.5mm。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 2 2 模具结构的设计模具结构的设计2.12.1 确定型腔数目确定型腔数目注塑模具型腔数目的确定，有以下几个确定原则： （1）根据经济性：n=NYt/(60C1)1/2 (2.1)式中 n每副模具中型腔的数目N计划生产塑件的总量Y单位小时模具加工的费用t成型周期（min）C1每个型腔的模具加工费用（元）（2）根据锁模力：n=(Q/p)-A2/A1 (2.2)式中 Q注射机锁模力） （kN）P型腔内熔体的平均压力（MPa）A2浇注系统在分型面上的投影面积A1每一个塑件在分型面上的投影面积(3)根据注射量： (2.3)式中 G注射机的最大注射量（g）单个塑件的重量（g）浇注系统的重量（g）综合以上因素，考虑玩具车上盖的结构因素。从经济性的角度出发，提高效率和降低成本，采用一模多腔结构，同时根据经验，型腔越多，塑件尺寸精度就越低，因此采用一模两腔的模具结构。2.22.2 型腔布局方式型腔布局方式型腔的布局方式也会对塑件成型质量有影响，还会影响到后续的设计工作，因此型腔布局需要进行优化设计。型腔布局一般可从以下原则进行考虑：(1) 各型腔与主流道之间的距离不能太长，否则分流道就会过长，从而导致流道内的凝料太多，浪费原材料。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 (2) 型腔布局要平衡，这样在设计浇注系统时刻以设计成平衡时，以保证制品的质量稳定性。(3) 保证熔料进入各型腔时的温度尽量接近，温度接近可以使得塑件的内应力相近，变形差异不大。(4) 如果注射成型时模具偏载，就可能会导致溢料，因此型腔布局应相对模具中心对称，防止注射压力偏心。综合以上原则，型腔布局如图 2.1 所示图 2.1 型腔布局图毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 3 3 注射机型号的确定注射机型号的确定3.13.1 注塑机的结构注塑机的结构注塑模具只有安装在注射机上才能实现其功能，因此注塑模设计所设计的模具必须能够安装在注射机上，并且注射机的性能参数必须满足注射成型工艺要求。注射机的结构如图 3.1 所示： 图 3.1 注塑机结构图3.23.2 注塑机的类型注塑机的类型注塑机的类型有:立式注射机、卧式注射机和角式注射机，其主要的基本功能主要有两个： （1）加热塑料，使其达到熔化状态；（2）将熔融状态的塑料注射到模具型腔中。3.33.3 注塑机的选择注塑机的选择3.3.13.3.1 所需注射量的计算、塑件质量、体积计算所需注射量的计算、塑件质量、体积计算在计算所需注射量之前首先要确定塑件的体积参数。由于塑件是由曲面设计完成的，其体积参数难以通过人工计算出来，因此需要通过软件进行分析。由于注塑成型制品体积有一定的收缩，在计算塑件体积时需要考虑收缩率的影响。UG 的注塑模工具条在初始化项目时可以直接赋予塑件材料属性，完成初始化后软件自动根据材料属性对原三维模型进行变换，变换后的模型跟变换前有所差异，其差异主要与材料收缩率有关。其变换后的结果跟实际注射成型的塑件形状极为接近，因此可以直接使用变换后的模型体积参数。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 初始化完成后可以利用 UG 的测量工具条对塑件进行测量，其测量结果如图 3.2 所示： 图 3.2 玩具小车上盖体分析其结果为：体积=25962.363mm3，面积=69187.943mm2。3.3.23.3.2 浇注系统凝料体积的初步估算浇注系统凝料体积的初步估算按照生产经验，浇注系统凝料的体积约为塑件成品的 0.6 倍，计算公式如下：V2=0.6 V1 （3.1）代入数据得 V2=0.625962.363=15577.418mm3该模具一次注射所需塑料 ABS体积 V=2V 1+V2=225962.363+15577.418=67502.144mm3质量 m=V=1.05067.50214470.877g3.3.33.3.3 注射机型号的确定注射机型号的确定根据以往生产经验，注射成型的单次注射量应为注射机标定注射量的80%，因此，按照需要注射量的1.25倍确定注射机的标准注射量。即 ， 约为Vg90 g。根据以上的计算初步选定型号为 XS-Z-125/90,其主要的技术参数件表 3.1：表 3.1 XS-Z-125/90 型注射机主要技术参数项目参数项目参数螺杆直径/mm42锁模力/kn900毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 注射容量/cm3125移模行程mm300续表 3.1项目参数项目参数注射重量/g114拉杆间距mm260290注射压力/mpa116最大模厚mm400注射速率/()72最小模厚/mm200塑化能力/()35合模方式肘杆注射方式螺杆式顶出行程/mm180顶出力/kn15喷嘴球半径/mm10定位孔径/mm100系统压力/mpa6喷嘴移出量/mm203.43.4 注塑机的校核注塑机的校核3.4.13.4.1 注射量的校核注射量的校核注射机的单次注射量必须能够保证塑料熔体能够填满型腔和浇注系统的每个位置，但从经济性考虑注射机的最大注射量也不宜过大，否则会造成一定的资源浪费，一般的注射量要求为单次注射成型所需的注射量在注射机最大注射量的 20%85%之间。根据kMmaxM，M=Mi+m n（3.2）式中 Mmax注塑机最大注射量 / cm3； Mi浇注系统凝料的质量或体积 / cm3； m单个制件质量或体积 / cm3； n型腔数目 /个； k注射机最大注射量利用系数，一般取 0.8。将参数代入公式 3.2 得：0.811470.87+8.9679.83 g由计算结果可知注射机注射量满足要求。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 3.4.23.4.2 注射压力校核注射压力校核注射机的注射压力要保证注射成型时塑料熔体能够被注射到型腔的每个部位，其受到浇注系统和和模具型腔结构的影响。注射压力的不确定因素较多，其精确数据较难计算，一般的先根据材料确定初始参数，在完成浇注系统设计后再利用软件进行填充分析，这样可以确定比较精确的注射压力值。ABS 塑料推荐的注射压力为 7090MPa，再考虑到玩具小车上盖制件壁厚的影响，充模阻力会比较大，初步确定注射压力值为 85MPa。3.4.33.4.3 锁模力校核锁模力校核在塑料成型时，熔体固化需要一定的时间，在这期间要使型腔内的熔体保持一定的压力，同时补充收缩的熔体，为保证固化时型腔能够可靠锁闭，不发生涨模和溢料现象，需要一定的锁模力。锁模力应满足的条件为：（nA1+Aj）pFn （3.3） 将参数代入公式 3.3 得：(2 34330.177+2261.011) 90=638.292kN900kN由结果可知注射机锁模力满足要求。3.4.43.4.4 开模行程和模板安装尺寸校核开模行程和模板安装尺寸校核注射机的开模行程要保证在开模时能够顺利取出塑件，其主要根据模具的高度来确定，而模具高度主要受塑件制品的高度影响。模具厚度 H 应满足：H （3.4）式中 注射机允许的最小模厚。注射机允许的最大模厚。由于设计的模具厚度 H=330mm，注射机允许的模具允许的最大高度 400mm，最小高度 200mm，所以符合要求。开模行程也是必须校核的参数，开模行程需满足塑件取出所需的开模行程，应满足表达式：Smax S= H1+H2+（510） （3.5）式中 Smax注射机的最大开模行程（mm）S模具所需开模距离（mm）H1塑件脱模距离（mm）H2包括浇注流道凝料在内的塑件高度（mm）将参数代入公式 3.5 得：S=40+90+8=138mm毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 综合以上结果可知，选择 XS-Z-125/90 型液压泵注塑机符合要求。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 4 4 成型零件设计成型零件设计注塑模成型零件设计是注塑模设计最重要的结构设计4。成型零件直接决定塑件成品的质量，包括塑件结构尺寸精度和表面质量，同时，成型零件在注塑成型时需要承受各种力的作用，其使用寿命直接决定模具的使用寿命。成型零件包括型芯、型腔、各类镶件和侧向抽芯分型机构等。4.14.1 分型面的设计分型面的设计分型面是模具的基本结构设计，其直接影响后续的浇注系统和推出机构设计，属于注塑成型的工艺设计，其对产品质量有直接影响，同时也决定了模具的结构。因此设计分型面时往往还需要考虑后续的设计工作，在设计时要初步确定模具的结构，然后根据塑件的结构和型腔布局以及塑件的推出方式来综合考虑。选择分型面时一般遵循以下几项原则：(1) 便于塑件顺利脱模，应使塑件开模时留在动模一边5；(2) 保证塑件的精度要求；(3) 满足塑件的外观质量要求5；(4) 便于模具加工制造；(5) 对成型面积的影响；(6) 对排气效果的影响；(7) 对侧向抽芯的影响。根据以上原则，考虑玩具小车上盖最重要的质量要求就是表面质量，要保证表面光滑、平整、无气孔、缩水等缺陷，同时考虑到模具加工制造，应尽可能选择平直分型面，以保证塑件尺寸精度6。 从玩具小车上盖的结构可以看出，由于玩具小车上盖底面不在同一平面，与车底盘的结构存在阶梯，而车轮位置结构属于不完整的开环结构，因此在用 UG 进行分型面设计时需要对模型进行实体修补，以实现在平直面分型。利用 UG 实体修补功能，将工件开环结构进行修补，修补后在平直面内画出分型线，系统默认的分型线就是玩具小车上盖底部的轮廓线，因此分型线需要另外设置。设计方法是将玩具小车上盖底部轮廓向下拉伸出轮廓片体结构，然后与所需要的分型平面相互修剪，修剪后的轮廓片体的边缘就是所需的分型线，然后将分型线按规律延伸方式建立分型平面轮廓，然后抽取玩具小车上盖表面，将其与之前建立分型面进行修剪和缝合，最终得到所需要的分型面。通过上述步骤建立分型面便可以实现在平直分型面内分型，简化模具结构。建立好的分型面如图 4.1 所示： 毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 4.1 分型面4.24.2 成型零部件的结构设计成型零部件的结构设计4.2.14.2.1 型芯和型腔的结构设计型芯和型腔的结构设计分型面设置好后就利用 UG 注塑模向导（mold wizard）的模具分型工具对模具型腔进行分型。UG 模具分型的方法主要有两种，一种是布尔运算，另一种是片体修剪法7、UG、如图 4.2 和图 4.3 所示： 图 4.2 型芯毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 4.3 型腔4.2.24.2.2 型芯和型腔尺寸的确定型芯和型腔尺寸的确定通常模具设计中，型腔、型芯壁厚不是通过计算确定，而是凭经验确定8、参考塑料模具设计中的经验数据表可以得知：ab=270260 （1）h1=70h2=30式中 a型芯、型腔的长；b型芯、型腔的宽；h1型腔的厚度；h2型芯的厚度。4.2.34.2.3 型芯和型腔的固定方式型芯和型腔的固定方式由于玩具小车上盖形状结构简单，属于中、小型模具，同时为保持与普通模架的通用性，本设计将型芯和型腔设计成整体嵌入式结构，其在动、定模板上的固定方式采用盲孔式，即直接用螺钉将型腔固定在定模固定板，将型芯固定在动模固定板上，这样可以省去垫板，简化结构。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 5 5 浇注系统的设计浇注系统的设计5.15.1 浇注系统的组成浇注系统的组成浇注系统是指模具中由注射机喷嘴到型腔之间的进料通道9、10、5.1、图 5.1 浇注系统组成5.25.2 浇注系统的设计原则浇注系统的设计原则对浇注系统进行设计时，一般应遵循以下原则：(1) 适应塑料的成型工艺性能 设计浇注系统时要考虑塑料性能对成型工艺的影响，主要是塑料熔体的流动特性对成型工艺的影响。(2) 结合型腔布局考虑 尽量保证塑料熔体填充各个型腔的时间相一致，因此需要尽量设计平衡式分流道。 (3) 热量及压力损失要小 要保证热量和压力损失最小，浇注系统的流道长度要尽量短，在允许的条件下可以增加流道的截面尺寸，同时尽量设计直流道，减少弯折结构，提高流道的表面粗糙度。(4) 有利于型腔中气体的排出 塑料熔体要能在浇注过程中沿流道顺利地填充满型腔的每个部位，同时浇注过程中型腔和浇注系统中的气体能够顺利地排出，并且不发生紊流现象，以保证型腔中没有残留气体，从而保证制品不会有凹陷、气泡、烧焦等塑件制品成型缺陷11、(5) 保证塑件外观质量 在塑件成型后，浇注系统中的凝料要容易与塑件分离，分离过程中不得损坏塑件毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 的外观质量，分离后的浇口痕迹要小，容易处理，不影响塑件的外观和使用要求，因此浇口的开设位置要特别注意。(6) 降低成本，提高生产效率 为减少原材料的消耗，浇注系统的容积应尽量小，但必须保证塑料熔体能够填充满各个型腔。同时尽量避免由于清除浇注系统而引起的后续加工，以缩短生产周期，提高生产效率。5.35.3 主流道的设计主流道的设计为减少温度和压力损失，在允许的条件下主流道长度应尽量短。本次设计将主流道设计在浇口套中，流道形状设计成圆锥形，以便在脱模时将流道中的凝料取出。其结构如图 5.2 所示图 5.2 浇口套 5.45.4 分流道的设计分流道的设计在设计多型腔或多浇口模具时必须设计分流道，分流道是主流道与浇口之间的进料通道，分流道可以改变塑料熔体的流动方向，引导熔体以平稳的流态填充到各个型腔中12、常用的分流道截面形式包括梯形、圆形、半圆以及 U 型，如图 5.3 所示：1-浇口套；2-螺钉；3-定模板毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 5.3 分流道截面形式本次设计采用圆形分流道， ，其特点是圆形截面比表面积小，其位置需开设在分型面的两侧，在模具制造时需注意要使两部分对中吻合。分流道三维模型如图 5.4 所示：图 5.4 分流道5.55.5 浇口的设计浇口的设计浇口的设计关系到塑件制品的最终质量好坏以及注射成型能否顺利完成，是注塑模设计的关键之一。常用的浇口形式有以下几种：（1）直接浇口 采用直接浇口，塑料熔体将直接从主流道进入型腔，这样由于流道短而阻力小，补缩时间短。但由于浇口截面大，脱模后除去浇口较困难，往往需要后加工，而且还会留下较大的痕迹，影响塑件美观，因而外观要求高的塑件不宜采用。（2）中心浇口 这类浇口适用于筒类或壳类塑件在底部中心有通孔的情况下，这时浇口就开在孔口处，同时中心还需设置分流锥13、（3）侧浇口 这是一种最常用的浇口形式，又称为标准浇口。其位置在分型面的侧面，塑料熔体将从内侧或者外侧填入型腔，其形状有矩形、扇形、平缝形、环形、毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 轮辐式、点浇口和潜伏浇口。其特点是浇口截面小，容易除去浇口且不留明显痕迹，保持塑件美观。综合以上浇口的特点，结合玩具电车上盖的质量要求，本次设计采用侧浇口，其形式采用潜伏浇口。潜伏浇口是点浇口的特殊形式，其比一般点浇口更容易去除，脱模时会自动与塑件分离，不需要后加工，基本不影响塑件美观。5.65.6 浇口位置的选择浇口位置的选择和浇口形式一样，浇口位置同样会对塑件制品的成型质量产生重要影响，因此确定浇口形式之后选择其位置也是一个重要的设计内容。浇口位置设计一般遵循以下原则：（1）尽量缩短流动距离 流动距离越短，塑料熔体填充型腔的时间久越短，温度和压力损失也就越小，因此要尽量缩短流动距离。（2）浇口应开在塑件的壁厚处 考虑到塑料熔体固化会收缩，而且壁厚处一般是最晚固化完成的地方，固化后体积收缩较严重，浇口开在壁厚处可以补缩，保证塑件表面不会产生凹陷，使塑料熔体充满型腔。（3）减少熔接痕迹提高熔接强度 塑料熔体填充型腔时，先由浇口进入型腔的塑料熔体一般会分成两股或两股以上熔体料流，最后这些熔体料流会汇合在一起，在汇合之处由于前端料流温度较低且存在气体，所以往往会产生熔接痕迹，其会降低塑件的强度，因此应尽量减少浇口，以减少熔接痕迹，保证塑件强度。5.75.7 冷料穴和拉料杆设计冷料穴和拉料杆设计塑料熔体在进入主流道后，由于流道温度较低，会使塑料熔体的前锋温度有一定的下降，这些熔体的成型性能有一定的下降，对成型不利，如果这些熔体进入型腔，可能会导致熔接不良或填充不满等产品缺陷。冷料穴的作用就是接收主流道的前锋冷料，以免这些冷料进入型腔，同时还方便在其位置安装拉料杆。常见的冷料穴设置形式如图 5.5 所示：毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1-动模；2-浇口套；3-衬套4-定模；5-拉料杆；6-螺钉图 5.5 冷料穴形式本次设计冷料穴采用反锥度结构，在注塑成型的时候，前锋冷料会流入冷料穴中并且凝固，由于冷料穴是反锥形的，其会卡住凝料，因此在开模时凝料会被拉出来，而脱模的时候，拉料杆会受推板的作用向前将凝料强制推出冷料穴。因为反锥度冷料穴已起到拉料作用，所以拉料杆头部无需设计成“Z”型，这样就简化了拉料杆的结构。为保证能够将主流道中的凝料拉出来，冷料穴的锥度必须足够大，但也不能过大，否则拉料杆难以将凝料从冷料穴中推出，综合考虑将锥度设计成 10。考虑到反锥度冷料穴加工较困难，所以冷料穴可以单独设计成一个零件。参考主流道的设计，将冷料穴设计在一个衬套内，衬套通过台阶和紧固螺钉固定在动模内，衬套与动模孔的配合采用 H7/h6 的过渡配合，在衬套下方设计拉料杆，拉料杆与衬套内孔的配合为 H8/f7的间隙配合，结构如图 5.6 所示：图 5.6 冷料穴5.85.8 浇注系统的设计结果浇注系统的设计结果综合以上设计结果，浇注系统的最终设计结果如图 5.7 所示：毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 5.7 浇注系统6 6 排气系统设计排气系统设计型腔和浇注系统中存在空气，而塑料熔体在成型过程中也会挥发形成气体，这些气体如果在浇注成型过程中无法顺利排出模具外而残留在型腔中，就会导致制件成品产生气泡、熔接不良甚至填充不满等产品缺陷。通常排气系统有以下几种形式：（1）利用配合间隙排气 这种排气方式适用于简单型腔的小型模具，其利用的零件配合间隙包括推杆、活动镶件、活动型芯以及型芯底部与模板的配合间隙。（2）在分型面上开设排气槽 这种方式是注塑模排气是主要方式。对于薄壁制品或精密制品，排气槽的设计尤为重要，其能够直接影响塑件的成型质量。排气槽的位置一般设在远离浇口的位置。（3）利用排气塞排气 当型腔最后填充的部位不在分型面上时，同时该部位又没有可以用来排气的配合间隙，就需要设计专门的排气塞排气14、本次模具设计中，在设计分型面时已考虑过排气方式问题，从玩具小车上盖结构分析，塑料熔体最后填充型腔的位置已处于分型面位置，而四个圆柱支撑结构有型芯杆和推管结构，其存在配合间隙。综合考虑各种排气方式的特点，结合之前设计的模具结构特点，各零件之间的配合间隙已经能够满足系统的排气要求，因此本次设计的排气系统利用配合间隙排气。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 7 7 产品填充分析产品填充分析7.17.1 产品填充分析的意义产品填充分析的意义在注塑模具的设计过程中，利用 CAE 模流分析软件进行模流分析，模拟注塑成型过程，可以鉴别和避免注塑成型制品和注塑成型模具开发设计中出现严重的设计失误，提高设计结果的准确性。如果不进行模流分析，有些设计失误就只能在不断的试模中改正，这样要花费大量的金钱和时间，效率极低。前面的设计过程中，在校核注射机的注射压力、注射速度和设计浇注系统的分流道以及浇口形状、位置的时候基本是根据经验设计估算的，这对设计设计结果是否合理难以确定，因此需要通过模流分析对设计结果进行一次检验。7.27.2 产品填充分析的结果产品填充分析的结果这里我们利用 UG 的 moldex3d 功能进行模流仿真分析，验证所设计的主流道、分流道和浇口结构以及浇口位置是否合理，同时计算填充时间，对不合理的结构进行优化。模流分析结果如图 7.1 所示：图 7.1 模流填充分析从分析结果可以看出，本次设计的浇注系统是合理的，塑料熔体能够填充满模具型腔各个部位，未产生气泡、凹陷等产品缺陷，熔接部位痕迹小，外观满足设计要求，总体结果符合设计要求。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 8 8 标准模架的选取标准模架的选取8.18.1 标准模架的选择标准模架的选择模架是注塑模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机的联系成为一个整体。标准模架一般由定模座板、定模板、动模板、动模支撑板、垫块、动模座板、导柱、导套及复位杆等组成。为适应大规模成批量生产塑料成型模具，降低模具生产成本，模架已经开始标准化。基本型分为 A1、A2、A3、A4 4 种类型，如图 8.1 所示：图 8.1 基本型模架架构标准模架选用标准有以下几个要点：（1）模架厚度 H 和注塑机的闭合距离 L，其关系为： （8.1） 式中 H模架厚度；毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 注射机最大闭合距离； 注射机最小闭合距离。毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 （2）开模行程与定、动模分开的间距与推出塑件所需行程的尺寸关系；（3）选用的模架在注射机上的安装；本模具采用 A1 型镶嵌式模架。8.28.2 模架的尺寸计算模架的尺寸计算有关壁厚公式的计算来的到型腔壁厚尺寸： （8.2）式中 型腔侧壁厚； L型腔长度。数据代入公式 8.2 得 tc =0.2270+17=71 mm型腔模板的长： （8.3）型腔模板的宽： （8.4）式中 L型腔模板的长度； N型腔模板的宽度；tc型腔侧壁厚度； A型腔长度；B型腔宽度；型腔间壁厚度； S系数，一般取 510 mm。将数据代入公式 8.3 和 8.4 得 L=71+270+49+10=400 mmN=71+260+10=341 mm模架高度计算公式为： (8.5)式中 定模座板厚度； A定模扳固定厚度； B动模板固定厚度； C方铁厚度； 动模座板厚度。代入数据得 H=30+100+50+120+30=330 mm根据以上计算，再考虑型腔排布和壁厚位置上应该有足够的位置安装其他零件，因此选定模架的尺寸为 400 mm400 mm330 mm毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 9 9 推出机构设计推出机构设计9.19.1 推出机构的设计要求推出机构的设计要求推出机构的设计一般按以下原则设计：（1）顶杆应位于塑件最深的部位 顶杆布置在塑件位于型芯中最深结构，可以保证塑件是被顶出而不是被拉出。（2）推出过程要保证塑件质量不受到损坏 为保证推出过程制件的完好，设计模具时要对包紧力和粘附力大小进行分析和计算，合理设置推杆的位置。（3）不损坏塑件的外观质量 推出机构的推出位置应避免设在塑件的外部，尽量设在塑件的内部。（4）合模时推出机构能够正确的复位 合模后推出机构必须能够正确复位。（5）推出机构动作可靠 推出机构的推出动作应简单可靠，制造容易。（6）推出过程保持塑件平衡 推出机构在推出塑件的过程中要保证塑件的平衡，不能让塑件偏移。9.29.2 推出机构布局的设计推出机构布局的设计根据玩具小车上盖的结构特点，采用推杆一次推出机构。推杆推出机构的特点是设置自由度较大，结构简单有效，设计制造和维修方便，即使损坏更换也方便。根据推杆布局的设计原则，其推杆布局如图 9.1 所示： 图 9.1 推杆布局9.39.3 推杆设计推杆设计毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 abc常用的推杆结构如图 9.2 所示：图 9.2 推杆常用结构a 为直通式推杆，是最常用的推杆形式，尾部用台阶固定，b 为阶梯式推杆，适合安装在薄壁处，c 为顶盘式推杆，加工较困难，适合深筒形塑件的推出。由于玩具小车上盖存在如图 9.3 所示结构，这种结构需要安装推管推出机构，以防止发生“顶白”和变形现象，保证制件在推出过程中不发生损坏。当推管尺寸较小时，安装可以使用螺钉固定，当推管尺寸较大时则需要压块固定，这里我们采用螺钉固定。本塑件总共需要 4 个推管推出机构。图 9.3 需安装推管的结构毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 由于玩具小车上盖其他位置无特殊结构，可以使用直通式推杆，由于其推出位置是非平面，所以推杆底部的台阶设计成半圆状，防止其在推出过程中发生旋转。推杆直径 6mm。推出机构最终布局安装效果图如图 9.4 和 9.5 所示： 图 9.4 推杆布局三维视图图 9.5 推杆整体布局三维视图毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1010 冷却系统设计冷却系统设计10.110.1 控制模具温度的重要性控制模具温度的重要性在注塑成型过程中，模具温度会直接影响塑料制件的填充、制品的定型和制品的质量和成型周期。模具温度过高过低或者不均匀，都会对制品成型产生不良影响15。当模具温度过低时，熔体流动性差，会导致熔接不良，痕迹明显，表面质量差，甚至填充不满；当模具温度过高时，制品成型收缩率会增大，脱模后变形大，可能会造成溢料和粘模；当模具温度不均匀时，温差过大会导致制品收缩不均匀，从而引起制品翘曲变形，直接影响制品的外观质量。同时，注塑成型后的固化冷却占据成型周期很大一部分时间，因此冷却系统的设计结果会影响到成型周期，是控制生产效率的重要设计内容。10.210.2 冷却系统设计的原则冷却系统设计的原则为了提高冷却系统的工作效率，同时让模具的型腔表面温度均匀分布，一般冷却系统设计应遵循以下原则：（1）在允许的条件下应尽量多布置冷却管道，但冷却管道要注意避开推杆和型芯杆等结构，同时要注意型腔厚度，太薄的地方不应设置冷却管道。（2）冷却管道的布置合理，冷却管道分布尽量与型腔轮廓相对应，其与型腔表之间的距离尽量一致。（3）冷却管道的设计应有利于减少进水口和出水口之间的温差。普通模具进出水口温差不应超过 5，管道总长度要控制在 1.2m1.5m 以下，管道数量不要超过 15 个。（4）冷却管道应便于加工和清理，孔径一般取 8mm16mm。10.310.3 冷却系统的设计冷却系统的设计玩具小车上盖表面积较大，高度较大，因此型芯部分存在较大的厚度，需要对型芯和型腔分别设计冷却系统。对于型腔，能够布局的管道位置较多，布置的自由度也较大，因此在型腔部分可以按照外形轮廓进行管道布局。管道的端口可以在设在定模扳上，在动模板和型腔之间管道衔接位置要安装防水圈，在型腔不需要连接外界管道的管道端口处需要安装螺塞以防止漏水，在进水口和出水口安装水管接头。UG 提供了专门的冷却管道布局功能，可以通过 UG 的管道布局，在布局完成后再进行冷却管道标准件的安装，螺塞和密封圈可以从标准件库中调用，最终完成的冷却管道三维效果如图 10.1 所示：毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 10.1 型腔冷却管道布局对于型芯部分，由于成型部分存在较大的厚度，同时受到推杆的影响，因此冷却管道的布置受到一定的影响。考虑到不能让型芯和型腔温差过大，所以型芯也要设计好冷却管道。对于这种成型部分较厚的结构，其冷却系统适合使用隔水片式。其安装布局效果如图 10.2 所示：图 10.2 隔水片冷却系统经过 UG 安装和位置调试后，完成所有冷却管道布局，冷却管道系统最终布局效果如图 10.3 和 10.4 所示：毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 图 10.3 冷却系统三维效果图图 10.4 冷却系统整体布局效果图1111 其他零件设计其他零件设计11.111.1 镶件固定用螺钉的设计镶件固定用螺钉的设计毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 型芯和型腔镶件需要使用螺钉固定，考虑到镶件的大小，采用 M8 的规格。型腔螺钉布局如图 11.1 所示：图 11.1 型腔固定螺钉布局型芯螺钉布局如图 11.2 所示：图 11.2 型芯固定螺钉布局11.211.2 限位钉和支撑柱的设计限位钉和支撑柱的设计毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 为避免推杆固定板和推杆垫板发生变形，在复位杆下方必须设置限位钉，同时为增加模具在压射中动模抗压能力,以防止模具在压射中局部变形,甚至模具型腔或模框出现开裂等现象，推杆固定板上需安装支撑柱，其一般安放在动模柱角之间。11.311.3 复位弹簧设计复位弹簧设计为了保证顶出机构能够正确复位，通常会在复位杆上安装复位弹簧。弹簧的参数计算方法如下：弹簧自由长度 X 压缩比（30%50%）=弹簧的可压缩量；目前所需要的压缩量 30mm（顶出行程）+10mm（预压缩量）=40mm；使用 47%的压缩比，所以弹簧的自由长度为 85mm。11.411.4 侧定位块设计侧定位块设计为保证合模准确，在模具侧面需设置侧定位块。11.511.5 模具的总装配模具的总装配完成所有零件设计后的模具总装配效果图如图 11.3 所示：图 11.2 模具三维总装配图毕业设计说明书论文(全套 CAD 图纸) QQ 36396305 1212 设计总结设计总结通过此次毕业设计论文的编写，将我四年大学所学的理论知识与实际相结合。本次注塑模具设计是基于 UG 的注塑模设计，从理论分析到结构设计，全部由三维软件完成，将设计理念和设计结果通过三维模型表现出来。本次毕业设计的设计思路是，先通过 UG 进行塑件的三维建模，然后选择塑件材料，通过 UG 赋予塑件材料，UG 就会根据材料特性对模型进行收缩计算，由此建立注塑成型后产生体积收缩的模型，此模型与实际注塑成型的塑件参数极为接近，可以直接使用此模型来建立模具型腔；下一步就是分析塑件的结构工艺性，根据塑件的结构特点进行型腔数目和布局设计，接着进行计分型面设计，分型面设计直接影响到后续的设计工作，因此需要特别注意，分型面设计好后就可以划分型芯和型腔；至此，模具的基本结构已经确定，下一步就是浇注系统的设计，浇注系统的设计结果决定了注塑模具设计的成败，因此完成浇注系统设计后需要利用 UG 的 moldex3d 功能进行模流仿真，通过仿真验证设计的浇注系统设否合理，对不合理的结构需要进行调整，直到能满足设计要求；确定浇注系统合理之后就可以调用模架，UG 提供了许多标准模架，通过理论计算之后就可以直接选择需要的标准模架；调用模架之后就可以设计推出机构，推出机构的设计主要是推出机构的结构形式和推杆位置布局的设计，设计好后可以直接在 UG 中进行装配；推出机构装配完成后在进行冷却系统设计，冷却系统对塑件的成型周期有着重大影响，是提高生产效率的关键设计；至此，模具的基本结构设计已完成，接着进行最后的细节完善，如限位钉、复位弹簧和侧方定位块结构等设计，最后进行零件的总装配和零件图绘制。本次毕业设计大部分通过三维软件 UG 进行，设计理念表达直观，设计结果利用三维软件进行分析，体现了高效的现代机械设计过程。通过本