玩具汽车外壳注塑模具设计.docx

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玩具汽车外壳注塑模具设计

毕业设计

题目玩具汽车外壳的注塑模具设计

学生姓名

专业班级机械设计制造及其自动化0943

学号2

系（部）

指导教师（职称）

完成时间

毕业设计（论文）任务书

题目玩具汽车外壳的注塑模具设计

专业机械设计制造及其自动化学号姓名

主要内容、主要要求、主要参考资料等：

一、主要内容：

在设计中，根据老师提供的玩具汽车外壳模型，进行其生产时的注塑模具设计。

主要涉及到注射模设计的原理和分析，机械设计，机械计算机制图等方面的知识。

通过对模型的外形结构的分析，针对性的设计成产模具，在设计的过程中，理解并应用模具的基本设计概念和要求，即注塑成型的分析、注塑机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注塑模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定及结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、用MOLDFLOW进行仿真分析进而进行优化、全面审核投产制造等。

三、主要文献

1.推荐参考书：

[1]周璧华，陈斌，石立华.电磁脉冲及其工程防护[M].北京：

国防工业出版社，2003.

[2]张仁豫，陈昌渔，王昌长.高电压试验技术[M].北京：

清华大学出版社，2003.

[3]曾中正.实用脉冲功率技术引论[M].西安：

陕西科学技术出版社，2003.

[4]郭允晟，苏秉伟，方伟乔等.脉冲参数及时域测量技术[M].北京：

中国计量出版社，1989.

[5]梁曦东，陈昌渔，周远翔.高电压工程[M].北京：

清华大学出版社，2003.

[6]谭阳红，蒋文科，何怡刚.基于OrCAD10.5的电子电路分析及设计[M].北京：

国防工业出版社，2007.

2.学术期刊、学术会议等其它参考文献

自备。

完成期限：

指导教师签名：

专业负责人签名：

年月日

玩具汽车外壳的模具设计

摘要

通过对塑件的工艺性分析，对塑件的结构和实际要求的分析理解，在模具设计中，结合理论和实践，设计一套生产的注塑模具，要求模具的设计符合机械原理，符合模具加工要求，能够适应规模化的生产，设计要合情合理，没有矛盾和无法实现的地方。

注塑模具在社会上应用越来越广，要结合成产和第一线的经验，安全，节省原料，产生经济效益，所用的工艺过程，设计思路，加工需要，零件选择，都要符合机械行业的规定。

本次的塑件是一个玩具汽车外壳，结合玩具汽车外壳来设计模具。

通过设计该生产的注塑模具，意义深远，首先学会查表和手册，能够合理的选择自己所需的零件，熟悉计算公式，能对各种计算熟练使用。

其次，要能够用计算机proe制图软件，准确，完整地表达出设计过程和成果，能形象的展现设计的机构，特点。

最后，要学会发散性思维的思考方式，用分析性的软件去分析自己的模具，找出优缺点，并能够举一反三，真正的做到理解运用模具设计的原理和过程。

通过毕业设计，让自己在进入工作前感受一下行业的要求和特点，为将来的职业生涯打下基础。

关键词：

模具设计/机械原理/proe制图/模具选择

THEDESIGNMOLDOFTOYCAR

ABSTRACT

Accordingtotheplasticproductsrequirements,understandtheuseofplasticparts,plasticpartsoftheprocessanalysis,dimensionalaccuracyandothertechnicalrequirements,selectionofplasticpartssize.Theuseofamoldofamoldtwo,asidegatefeed,injectionmachineusestheHaitianmodels,coolingsystem,andmappingassemblydrawingandpartsdrawing,moldreasonableprocessingmethod.Enclosebrochures,thesystematicuseofabrieftext,conciseschematicdiagramandcalculationanalysisofplasticparts,soastomakereasonablemolddesign.Thedesignofaproduct-dependentpartisonextractingthegeometryfromtheplasticproduct.Inrecentyears,technologyhasbeensuccessfullyusedtohelpmoulddesignerstodesigntheproduct-dependentparts.Injectionmodisthemostimportantprocessformanufacturingplasticmodproducts.thenecessaryequipmentconsistsoftwomainelements,theinjectionmodmachinesusedtodayareso-calleduniversalmachines,ontowhichvariousmodforplasticpartswithdifferentgeometriescanbemounted,withincertaindimensionlimits,buttheinjectionmoddesignhastochangewithplasticproducts.Fordifferentmodgeometries,differentmodconfigurationsareusuallynecessary.

KEYWORDSmolddesign，drawtwo-dimensionalmap，PROErendering3Dmap，thechoiceofinjectionmachine

1绪论

在整个机械行业中，模具的发展相当的迅速，随着工业性的规模化，产品的日益生产化，越来越多的生活用品，工业用品需要大量的生产，这就造成了当今模具行业的日益繁荣，在我国，模具设计及制造是国家经济建设的重要产业，模具生产的广泛应用于电子，汽车，办公，工业，军事等各个行业。

在机械行业中，产品零件的标准化是一种未来的趋势，而产品零件的标准化，却需要模具的大力支持，只有模具发展好了，才能大量的，稳定的，合格的生产出各种所需的产品，才能适应社会化大生产。

放眼当今全球，在国外，尤其是日本，德国，美国。

模具产业在整个机械行业占据重要的地位，从当年美国福特汽车的标准化生产开始，已经预示着模具必将辅佐这整个行业的快速前进，产品及其零件的标准化，会给人们的生产生活带来巨大的便利，用模具生产加工的产品，本身就会解决那些复杂性，高精度性，材料成本高昂，大批量成产的特点，同时，模具的高效，节能，灵活也为很多企业带来可观的效应。

为什么美国，德国，日本的经济实力强盛，其国家的重工业的模具颇具规模和技术是其重要的原因之一[1]。

很多人听到机械这个词，就会想到机器巨大的轰鸣声，想到那些冰冷的金属材料，而模具，却有相当一部分是和塑料打交道，本次设计就是有关注塑模具的设计，材料使用的是各种塑料，主要生产的是一些生活用品和质轻，易于携带的产品。

其基本原理就是利用各种注塑机，将塑料材料，在高温高压的作用下，喷射入模具，使材料在模具中能够冷却成型，然后分开模具，将成型好的产品取出，最后在加工处理一下，得到了我们想要的产品。

这样的产生，方便快捷，材料利用率高，环境污染少，经济效益也高，在本次的设计中，就是通过一个玩具汽车外壳的塑料塑件的分析观察，采用塑料材料，设计一款适合生产化的模具。

注塑模具根据产品加工的需要有很多种[2]，主要分为：

注塑模，压缩模，压注模，挤出模，气动成型模，本次的设计中就是有关注塑模的设计。

模具的设计方法也有很多，其设计过程灵活多变，应用到各种软件去描画分析，可以说，学活注塑模具的设计，是学习其他机械设计的基础。

学习注塑模具，也要了解注塑模具的材料，各种材料的特点。

高分子聚合物的结构特点和性能，塑料的组成及工艺特性，塑料成型制件的结构工艺性，熟悉注射模，压缩模，压注模，挤出模等塑料模具的成型工艺，了解注塑机的基本构造和熟悉注射模及注射机之间的关系，在注射模具设计中，侧向分型及抽芯机构的设计难度最大，一般稍微复杂的模具都要用到。

而本次设计，在后面就会用到，所以在以后的学习中，要注意领悟和感受。

2塑件的工艺分析

在模具设计之前需要对塑件进行工艺性分析，分析塑件的结构，尺寸，表面粗糙度等，有利于设计最合理的模具。

本次设计的塑件是玩具小车车架如图

（1）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构中等复杂程度，生产量大，要求较低的模具成本，成型容易，由于采用材料为ABS，根据塑件精度表可知，塑件精度要求中等，为4级。

图1.1正面3D视图

图1.2背面3D视图

图1.3塑件零件图

2.1塑件尺寸及精度

塑件尺寸的大小是受到塑料流动性的影响的，其塑件的精度，会受到模具制造精度的影响和塑料收缩率的影响，不同情况下，两种因素的影响程度不同，那么在分析塑件的尺寸精度时，就要考虑到塑料的种类性能，在本次设计中，选取材料为ABS。

因为流动性较好，适用于不同尺寸的制品，工程塑料模塑塑料件的尺寸公差有国家标准，参照文献[3]表3-2塑件的尺寸及公关（SJ1372-1978）的塑料制件公差数值标准来确定。

根据任务书和图纸要求，本次产品尺寸均采用MT3级精度，未注的就采用MT5级精度。

查（GB/T14486--1993）可知，塑件的标注公差的尺寸公差值A为0.52mm，B为0.72mm.

2.2塑件的结构分析

2.2.1脱模斜度

塑料都有收缩率，在成型时，遇冷收缩时会过度的包裹住模具的型芯，那么，为了便于后期的塑件脱模，就要在塑件内外表面沿着脱模方向设计一定的斜度，这个所谓的脱模斜度，是及塑件的收缩率，塑件的尺寸，结构等有关。

本次设计中，按照一般的设计经验取值为30′—1°30′，同时我取脱模斜度为1°

2.2.2塑件的壁厚

塑件的壁厚对模具有一定的影响，一般来讲，壁厚越小越好，壁厚要有足够的强度和刚度，但对于一些大型的塑件来讲，壁厚过小的话，填充的阻力就比较大，不易于成型，经过查阅文献[4]中的表3.5和表3.6.结合自己的塑件，在首次模具设计中，本着简单，方便的原则，我测量塑件的壁厚为2mm.而且该玩具汽车外壳壁厚均匀，所以周边和底部壁厚均可为2

。

2.2.3塑件的圆角和加强肋

该塑件在底部有一对加强肋，这样可以提高塑件的刚度，强度和防止变形，通过观察可以发现，该对加强肋侧重分布于小车底部的一端处，其布置基本及熔体充模流动方向一致。

塑件在成型时应该避免形成尖角，因为尖角容易形成局部应力性集中，而且不利于塑件的美观和强度。

合理的塑件圆角，一般内圆角半径为壁厚的1/3.外壁圆角为壁厚的1.5倍，本塑件，都是圆角，没有尖角，经过测量，结合本次的设计塑件，壁厚为2mm，所以，我们把塑件内外圆角的半径取为0.7mm和3mm。

2.2.4塑件的孔

塑件上的孔一般有两种，通孔和盲孔，孔的要求就是，孔及孔的边缘或者孔边缘及制件外壁的距离应该不小于孔径，本塑件，有一个通孔和2个盲孔，对于这个通孔来说，其直径较大，4mm，而且深度较浅，就采用一段固定的型芯来加工的方法，由于盲孔的成型比较深，且直径较小，可以采用成型后在机加工的方法。

2.3塑件表面粗糙度

一般情况下，模具的表面粗糙度值要比塑件的低1-2级[5]，塑件的表面粗糙度值一般取为1.6--0.2um。

而且，塑件的型腔的表面粗糙度要小于型芯，通过对本次设计塑件的表面分析，该玩具小车外部的表面粗糙度要大于内部，所以，我取值内部Ra为0.2um,外部取其2倍，为0.4um。

2.4塑件的体积和质量

本次设计中，塑件的质量和体积测量，在PROE软件中，使用塑模部件验证功能，可以测得塑件的质量（ABS的密度为1.05

），即可以得出该塑件制品的体积为15.6

质量为16.4克。

图2.1塑件分析

3塑料材料分析

3.1塑料材料的基本特性

ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三种单体共聚而成的。

这三种组分的各自特性，使ABS具有良好的综合理学性能。

丙烯腈使ABS有良好的耐腐蚀性、耐热性及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。

ABS价格便宜原料易得，是目前产量最大、应用范围最广的工程塑料之一。

是一种良好的热塑性塑料。

ABS无毒，无气味，呈微黄色，成型的塑料有较好的光泽，、不透明，密度为1.08--1.2

。

既有较好的抗冲击强度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化学稳定性和电气性能。

水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎没有影响，ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但及烃长期接触会软化溶胀，在酮，醛，酯，氯代烃中会溶解或形成乳浊液。

ABS表面受冰醋酸，植物油等化学药品的侵蚀时会引起应力开裂，ABS有一定的硬度，他的热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸稳定性较好，易于成型加工，经过调色配成任何颜色。

其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70

左右，热变形温度约为93

耐气候性差，在紫外线作用下ABS易变硬发脆[7]。

3.2ABS的性能指标

弯曲强度80Mpa，拉伸强度3549Mpa，拉伸弹性模量1.8Gpa，弯曲弹性模量1.4Gpa，压缩强度18--39Mpa，缺口冲击强度11--20，硬度62--86HRC，体积电阻系数，收缩率范围内。

ABS的热变形温度为93118℃，制品经退火处理后还可提高10℃左右。

ABS在-40℃时仍能表现出一定的韧性，可在-40至100℃的温度范围内使用[8]。

3.3塑件材料成型性能

ABS易吸水，使成型塑件表面出现斑痕、云纹等缺陷。

因此，成型加工前应进行干燥处理；ABS在升温时黏度增高，黏度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采用点浇口形式，成型压力较高，塑件上的脱模斜度宜稍大；易产生熔接痕，模具设计时应该注意尽量减小浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响及小。

要求塑件精度高时，模具温度可控制在50度左右，要求塑件光泽和耐热时模具温度应控制在70度左右。

ABS比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

3.4塑件材料主要用途

ABS在机械工业上用来、泵业轮、轴承、把手、管连接件、冷藏库和冰箱衬里等，汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节导管等，还可用ABS夹层板制小轿车车身。

ABS还可用来制造水表壳，纺织器材，电器零件、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。

4注射成型工艺

4.1注塑成型原理

注射设备可以分为柱塞式注射机和螺杆式注射机，其基本原理都是，将塑料在高温高压下注射进模具，使塑料能够充分的充满模具，成型制造，至少两种的工作特点不一样，由于本次设计的材料为ABS，查询文献[9]的表4.1可知，注射机选用螺杆式，注射压力为70--90Mpa之间，注射时间3--5秒。

4.1.1注射成型工艺

注射成型工艺过程包括成型前的准备，注射过程和塑件后期处理三部分。

（1）、成型前准备，首先要进行塑料的外观性检查和工艺性能的测定，主要就是对材料的处理，一般都要对塑料进行干燥处理，防止材料的水分影响塑料成型。

（2）注射过程，一般就是加料，塑化，冷却，脱模这几个过程，首先是加料，加料要注意，要根据注塑量而定，不能太多或者太少，其次是塑化，塑化是使塑料由固体加热搅拌变成液体，只有充分的塑化，塑料才能在各处温度一致的情况下，使塑料充分顺利的进入模具，才能保证生产的连续性，这也是为什么要选择螺杆式注射机的原因。

在注射的过程中，要注意保压和倒流，保压不理想，就会使塑料成型不够均匀，影响塑件的质量。

而且保压还要做到保压前浇口已经冻结，这样就会防止浇口倒流的现象。

（3）塑件的后期处理，为了消除塑件的内应力和改善塑件的性能及提高稳定性，塑件在成型之后要进行退火处理和调湿处理，退火处理目的是为了减小塑件内应力，此时，温度应该控制在塑件使用温度之上的10到20度之间，调湿处理，将塑件放在热水中吸湿，从而让塑件新性能尺寸稳定。

4.2型腔数目的确定

因为本设计中采用侧浇口，且塑件的尺寸不大，为提高塑件成功概率，并从经济型的角度出发，节省生产成本和提高生产效率，采用一模2腔，进行加工生产[10]。

先根据生产效率的要求和制件的精度要求确定型腔的数目，然后再选择注塑机或对现有的注塑机进行校核。

5注射模具结构设计

5.1分型面的设计

将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。

合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。

选择分型面时，应从以下几个方面考虑：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；

（2）分型面的选择应有利于塑件顺利脱模；

（3）分型面的选择应保证塑件的尺寸精度和表面质量；

（4）分型面的选择应有利于模具的加工；

（5）分型面的选择应有利于排气；

（6）使塑件易于脱模。

综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，选择用平直分型面。

并选择在塑件的最大平面处，玩具小车的最大截面处如下图。

开模后塑件留在动模一侧。

图5.1分型面示意图

5.2型腔的布局

模具的型腔数量确定为一模两腔后，就要考虑到型腔的布局，在通常的确定主流道位置后，型腔的布局要满足几个条件，首先，尽量保证各个型腔所获得的注塑压力均等，获得的塑料量一样，其次是主流道到各个型腔的流程要尽量的短，以降低废料率，最后，各个型腔之间的间距要稍微大点，一面互相影响成型。

根据模具的特点，确定具体的型腔成型方法为整体式，又由于，型腔直接和高温高压的熔料接触，所以成型零部件都要进行热处理，模具采用侧浇口，并采用对称式布局，以求达到良好的浇注质量[11]。

本次设计，根据经验，两个模具腔之间距离选择为35mm。

图5.2型腔布局方式

5.3浇注系统的设计

浇注系统是指注射模中从主流道始端到型腔之间的熔体进料通道，浇注系统可分为普通流道浇注系统和无流道凝料浇注系统两类。

5.3.1浇注系统组成

普通流道浇注系统的组成一般包括以下几个部分。

主浇道，第一分浇道，第二分浇道，第三分浇道，浇口，型腔，冷料穴等。

5.3.2确定浇注系统的原则

在设计浇注系统时应考虑下列有关因素：

（1）了解塑料成型特性：

浇注系统是及塑料的性质有关，只有浇筑系统适应了塑料的性质，才能顺利注塑生产，保证质量。

（2）尽量要避免减少熔接痕迹，本次在设计浇注系统时要注意，要避免设计的浇筑系统流程长，散热性不均匀，而使之间质量不过关。

（3）防止型芯的变形和嵌件的位移，避免塑料熔体直接冲击小的型芯和嵌件。

（4）冷料：

在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施[6]。

所以本设计中采用普通点浇口浇注系统。

正确设计浇注系统对获得优质的塑料制品极为重要。

因为无流道凝料浇注系统的模具结构复杂，成本高，加工困难，而普通流道系统比较简单，适合简单塑件的生产。

5.3.3流道的设计

主流道是浇注系统中从注射机喷嘴及模具浇口套相接触的部分开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道，是熔体最先流进模具的部分。

本设计中，主流道的设计，是垂直于分型面的，而且，主流道是在浇口套里面，截面为圆形。

同时，注意，由于主流道的形状和尺寸对熔体的温度有影响，所以设计时要能够使熔体的温度降和压力损失最小。

为了使主流道的熔料能够进入顺利，所以主流道设计成圆锥形，锥角

取为3°（一般情况下，锥角都是2°到6°），流道表面粗糙度要求Ra《0.8um。

浇口套采用碳素工具钢材料热处理，热处理硬度53—57HRC。

由于注塑模较小，采用浇口套和定位圈的整体式设计，用螺钉固定在定模板上。

（1）主流道的尺寸

根据文献[3]图（6），查表可知,主流道各具体尺寸如下：

主流道上下尺寸分别为4.5mm和6mm。

（2）分流道的设计，一般情况下，查阅文献[12]，分流道界面取圆形，而且，直径通常为5-6mm。

本次设计取直径5mm。

图5.3浇注系统及定位环、浇口套

（3）主流道衬套的形式

选用如图所示类型的衬套，这种类型可防止衬套在塑料熔体反作用下退出定模。

将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上，衬套及定模板的配合采用

的过渡配合，浇口套和定位圈采用H9/f9的配合。

图5.4主流道衬套及其固定形式

定位圈是标准件，尺寸如下。

图5.5定位圈零件图

（4）主流道衬套的固定

主流道衬套的固定，直接采用2个M5X20的螺丝直接锁附固定。

5.3.4分流道的设计

分流道是指主流道末端及浇口之间这一段塑料熔体的流动通道，分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态。

设计中要注意尽量减少流动过程中的热量损失及压力损失。

在本次设计中，由于型腔是呈现矩形状，而且，为了使排列尽量紧凑，缩小模板尺寸，使流程简短，对称布置，故本设计中采用侧浇口的方式。

如图所示。

图5.6主流道和侧浇口的位置

5.3.5浇口的设计

浇口又叫进料口，是连接分流道及型腔的通道。

浇口的位置及设计直接关系到制件的质量好坏。

熔体在型腔内流动时，其动能损失最小。

要做到这一点必须使

（1）流程（包括分支流程）为最短；

（2）每一股分流都能大致同时到达其最远端；

（3）应先从壁厚较厚的部位进料；

（4）考虑各股分流的转向越小越好。

由于本设计中玩具小车车架塑件外表面质量要求较高，所以选用侧浇口。

侧浇口直接在中间的圆端面处进，玩具小车车架组装后，浇口被遮挡起来。

有效地排出型腔内的气体。

根据浇口选用原则和为保证塑件表面质量及美观效果，由于浇口界面小，去除浇口比较容易，不留明显痕迹，故采用侧浇口。

其界面形状为矩形。

侧浇口的宽度和深度尺寸计算

（5-1）

（5-2）

其中b是侧浇口宽度，A是塑件外侧表面积，t是侧浇口深度，

是侧浇口塑件的壁厚。

在本设计中，t取1.0mm。

（根据塑件壁厚的），宽度b取3.5mm。

浇口长度取1.4mm。

5.3.6冷料穴的设计

冷料穴也是浇注系统结构一部分，其一般设置在主流道和分流道的末端，它的作用就是为了容纳在注射过程中的一部分凝料，在塑料刚进入模具中，最前部分的凝料遇到温度角度的模具会发生塑边，这样使其流动性减缓，不利于后面的塑料的进入成型，同时，结束注射分模时，在拉料杆的作用下，主流道的凝料在浇口套中被拉出，推出机构开始工作，将塑件推出。

冷料穴的设计方案有多种，所以本次设计如图纸所示，采用倒锥形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。

冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上，其标称直径及主流道直径相同或略大一些，这里取为

，目的是为了保证冷料体积小于冷料穴体积。

5.4模架及标准件的选用

5.4.1模架的选用

模架，也叫做模胚，是由模板，导柱，导套等零件组成的。

模架的作用就是保证凹凸模在开合模时正确的对准。

模