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編 號 無錫太湖學(xué)院 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) （ 論 文 ） 題目： LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 信 機(jī) 系 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造 專 業(yè) 學(xué) 號： 0923259 學(xué)生姓名： 謝兵兵 指導(dǎo)教師： 范圣耀（職稱：副教授） （職稱： ） 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） LED 導(dǎo)光柱注塑模 具設(shè)計(jì) 是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的成果，其內(nèi)容 除了在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中特別加以標(biāo)注引用，表示致謝的內(nèi)容外，本 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）不包含任何其他個(gè)人、集體已發(fā)表或撰寫的成果作品。 班 級： 機(jī)械 96 學(xué) 號： 0923259 作者姓名： 2013 年 5 月 25 日 I 無 錫 太 湖 學(xué) 院 信 機(jī) 系 模 具 設(shè) 計(jì) 與 制 造 專 業(yè) 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文 任 務(wù) 書 一、題目及專題： 1、題目 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 2、專題 二、課題來源及選題依據(jù) 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì)，課題來源于無錫新區(qū) 某模具有限公司。其研究的內(nèi)容是電子產(chǎn)品中 LED 導(dǎo)光柱的注塑模具設(shè)計(jì)。 LED 導(dǎo)光柱主要起導(dǎo)光作用，它能夠使一切 LED 燈發(fā)光，透光度達(dá)到 98%。注塑模具在現(xiàn)代生活中的地位越來越高，因此對塑料模具質(zhì)量的要求 也越來越高，這就要求塑料模具的開發(fā)、設(shè)計(jì)與制造的水平也必須越來越高。 LED 導(dǎo)光柱在工廠生產(chǎn)中屬于大批量生產(chǎn)，故將要求我們精確設(shè)計(jì)出相應(yīng)的 塑料模具。 本課題的選擇主要有下面幾方面的依據(jù)： 1、塑料模具與自己的專業(yè)接近，完成該課題可對我們大學(xué)期間所學(xué)知 識進(jìn)行一次全面的專業(yè)訓(xùn)練，可以培養(yǎng)我們掌握如何運(yùn)用過去所學(xué)知識去解 決生產(chǎn)中實(shí)際問題的方法。 2、我在無錫一家模具廠實(shí)習(xí)，該廠正好生產(chǎn)導(dǎo)光柱，我對制件的尺寸 都有深入的了解，可以減少許多不必要的麻煩。 II 三、本設(shè)計(jì)（論文或其他）應(yīng)達(dá)到的要求： 正確合理分析零件工藝用途及結(jié)構(gòu)； 理解并掌握注塑模具的原理； 了解注塑模具的各種結(jié)構(gòu)以及各自的特點(diǎn)； 能夠掌握注塑模具上各個(gè)部分的作用； 對于注塑模具設(shè)計(jì)，能夠掌握模具中各個(gè)部分的設(shè)計(jì)原則以及能夠合 理分析各因素對設(shè)計(jì)的影響； 熟練使用各種制圖軟件。 四、接受任務(wù)學(xué)生： 機(jī)械 96 班 姓名 謝兵兵 五、開始及完成日期： 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六、設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)（或顧問）： 指導(dǎo)教師簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學(xué)科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 III IV 摘 要 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的題目是 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì)。目前，塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入了 一切工業(yè)部門以及人民生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需 求量日益增加，這些產(chǎn)品更新?lián)Q代的周期越來越短，因此對塑料的品種、產(chǎn)量和質(zhì)量都 提出了越來越高的要求，這就要求塑料模具的開發(fā)、設(shè)計(jì)與制造的水平也必須越來越高。 在現(xiàn)代塑料成型生產(chǎn)中，塑料制件的質(zhì)量與塑料成型模具、塑料成型設(shè)備和塑料成 型工藝這三項(xiàng)因素密切相關(guān)。在這三項(xiàng)要素中，塑料成型模具質(zhì)量最為關(guān)鍵，它最能反 映出整個(gè)塑料成型生產(chǎn)過程的技術(shù)含量及經(jīng)濟(jì)效益，它的功能是雙重的：賦予塑料熔體 以期望的形狀、性能、質(zhì)量；冷卻并推出成型的制件。 本文主要內(nèi)容是對 LED 導(dǎo)光柱注塑模具的成型部位、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、推出機(jī) 構(gòu)、排氣系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)等進(jìn)行詳細(xì)的分析、計(jì)算及設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)過程中，我們需要充 分考慮塑料變形、收縮率、排氣等各種因素的影響，使其滿足總體的設(shè)計(jì)要求。 關(guān)鍵詞：LED 導(dǎo)光柱；注塑成型；注塑模具；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 V Abstract My graduation thesis topic is LED guide beam injection mold design. Plastic parts almost go into all industrial sectors and the people of all areas of life today. With the variety and the demand of industrial plastic parts and plastic parts for daily use increasing, the product replacement cycles are getting shorter, which causes higher and higher demands for the plastic varieties, yield and quality, so the development of plastic mold design and manufacturing level should also grow. In modern injection molding production, the quality of the plastic parts is closely related to the three factors which include plastic mold, plastic molding equipment and plastic molding process. In these three elements, plastic mold quality is the most critical, it is best to reflect the technical content and economic benefits of the plastic molding production process, its function is twofold: making the plastic melt the desired shape, performance, quality ; cooling and launched the formed workpieces. This article main content is about a detailed analysis, calculation and design of the LED light guide forming parts of injection mould, pouring system, guide mechanism, institution, exhaust system and cooling system, etc. In the design process, we need to fully consider the plastic deformation, shrinkage rate, exhaust and other factors, making it satisfy the requirement of the overall design. Key words: LED guide beam; Injection molding; Injection mould; structural design. V 目 錄 摘 要 .III ABSTRACT .IV 目 錄 .V 1 緒論 .1 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 .1 1.1.1 本課題的研究內(nèi)容.1 1.1.2 本課題的意義 .2 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 .3 1.2.1 注塑模具國外研究現(xiàn)狀 .3 1.2.2 注塑模具國內(nèi)研究現(xiàn)狀 .3 1.2.3 注塑模具發(fā)展趨勢.4 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 .4 2 塑料制件的工藝性 .5 2.1 塑料的基本組成及分類 .5 2.2 塑件材料的物理性質(zhì)及其用途和成型特點(diǎn) .8 2.2.1 塑件材料物理性質(zhì).8 2.2.2 主要用途以及成型特點(diǎn) .9 2.3 LED 導(dǎo)光柱的幾何結(jié)構(gòu) .9 2.4 LED 導(dǎo)光柱相關(guān)數(shù)據(jù)的確定 .12 2.4.1 塑件厚壁的確定 .12 2.4.2 脫模斜度的確定 .13 2.4.3 圓角的的確定 .13 2.4.4 LED 導(dǎo)光柱的體積及質(zhì)量 .13 3 注射成型原理以及注塑機(jī)的選擇 .14 3.1 注射成型原理 .14 3.1.1 柱塞式注塑機(jī)注射成型原理 .14 3.1.2 螺桿式注塑機(jī)注射成型原理 .14 3.2 注射成型工藝 .16 3.2.1 成型前的準(zhǔn)備 .16 3.2.2 注射過程 .16 3.2.3 塑件的后處理 .16 3.3 注塑機(jī)的選擇 .17 3.3.1 注塑機(jī)的分類 .17 3.3.2 注塑機(jī)的類型選擇.18 VI 3.3.3 注塑機(jī)參數(shù)的校核.19 4 分型面的選擇與澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .21 4.1 分型面及其選擇 .21 4.1.1 型腔數(shù)目的確定和布置 .21 4.1.2 分型面的形式 .22 4.1.3 分型面的設(shè)計(jì)原則.22 4.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .22 4.2.1 普通澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則 .23 4.2.2 主流道的設(shè)計(jì) .23 4.2.3 分流道的設(shè)計(jì) .24 4.2.4 澆口的設(shè)計(jì) .25 5 成型零部件設(shè)計(jì) .27 5.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) .27 5.1.1 凹模的結(jié)構(gòu)分析 .27 5.1.2 型芯和成型桿的結(jié)構(gòu)分析 .27 5.2 影響塑料尺寸精度的主要因素 .27 5.2.1 塑料制品的成型收縮 .27 5.2.2 模具成型零件的制造公差 z.28 5.2.3 模具成型零件的磨損 c.28 5.3 成型零件的工作尺寸的計(jì)算 .28 6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .31 6.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .31 6.1.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功用 .31 6.1.2 導(dǎo)向裝置類型 .31 6.1.3 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu) .31 6.1.4 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) .32 6.2 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) .33 6.2.1 推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成 .33 6.2.2 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 .33 6.2.3 頂出部件 .34 6.2.4 復(fù)位部件 .35 6.2.5 導(dǎo)向部件和限位零件 .35 7 其它部件的設(shè)計(jì) .36 7.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .36 7.1.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 .36 7.1.2 冷卻系統(tǒng)的計(jì)算 .36 VII 7.2 模架的設(shè)計(jì) .38 7.2.1 模板的布置 .38 7.2.2 模板的標(biāo)準(zhǔn)化 .38 7.3 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) .39 7.3.1 排氣槽的位置及作用 .40 7.3.2 排氣方式 .40 7.3.3 溢流槽 .40 8 結(jié)論 .41 致 謝 .42 參考文獻(xiàn) .43 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 1 1 緒論 注塑模具設(shè)計(jì)是對所學(xué)模具專業(yè)知識的一次鞏固，是在進(jìn)行社會(huì)實(shí)踐工作之前對所 學(xué)各課程的一次綜合性總復(fù)習(xí)，也是對在校學(xué)習(xí)的一次全面檢測。注塑模具是一種生產(chǎn) 塑膠制品的工具，也是賦予塑膠制品完整結(jié)構(gòu)和精確尺寸的工具。注塑成型是批量生產(chǎn) 某些形狀復(fù)雜部件時(shí)用到的一種加工方法，具體指將受熱融化的材料由高壓射入模腔， 經(jīng)冷卻固化后，得到成形品，其原理是將顆粒狀或粉末狀的塑料從注射機(jī)的料斗送進(jìn)加 熱的料筒中，經(jīng)過加熱融化成流動(dòng)狀態(tài)后，在柱塞或螺桿的推動(dòng)下，熔融塑料被壓縮并 向前移動(dòng)，通過料筒前端的噴嘴以很快的速度注入溫度較低的閉合模腔中，充滿形腔的 熔料在受壓的情況下，經(jīng)冷卻固化后即可保持模具形腔所賦予的形狀，然后開模分型獲 得成型塑件。到目前為止，除氟塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以采用這種方法成 型。它具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬的嵌件的 塑料制品。根據(jù)產(chǎn)品的批量、結(jié)構(gòu)、尺寸與精度，可采用一模一腔，也可采用一模多腔。 注射成型加工方式通常只適用于熱塑料品的制品生產(chǎn)，用注射成型工藝生產(chǎn)的塑料 制品十分廣泛，從生活日用品到各類復(fù)雜的機(jī)械，電器、交通工具零件等都是用注射模 具成型的，它是塑料制品生產(chǎn)中應(yīng)用最廣的一種加工方法。 1.1 本課題的研究內(nèi)容和意義 1.1.1 本課題的研究內(nèi)容 本課題來源于無錫新區(qū)某模具有限公司。其研究的內(nèi)容是電子產(chǎn)品中LED導(dǎo)光柱的注 塑模具設(shè)計(jì)。LED 導(dǎo)光柱是用在一切 LED燈上的導(dǎo)光作用，透光度可達(dá)到 98%以上。導(dǎo)光 柱就是將光以最小的損耗從一個(gè)光源傳輸?shù)骄嚯x該光源一定距離的另一個(gè)點(diǎn)的裝置。導(dǎo) 光柱可以用來將PCB上LED的光傳輸?shù)疆a(chǎn)品面板上來顯示相關(guān)的狀態(tài)，也可以聚集和指引 光線用做LCD顯示屏的背光，同時(shí)也可以用來照亮在透過式窗口上的圖案。導(dǎo)光柱最佳 最有效的設(shè)計(jì)就是將LED固定到導(dǎo)光柱的內(nèi)部。在這種結(jié)構(gòu)中LED 是植入導(dǎo)光柱內(nèi)部的， LED發(fā)出的所有光線全部會(huì)被導(dǎo)光柱所捕獲，考慮到 LED與導(dǎo)光柱之間存在空氣間隙而產(chǎn) 生的菲涅耳損耗，光線捕獲率可以達(dá)到92%。通常情況下，如果LED在導(dǎo)光柱的外部，并 且與導(dǎo)光柱之間有空氣間隙時(shí)光線的耦合和捕獲效率是較低的，相反，如果LED處于導(dǎo)光 柱表面空氣的交界面內(nèi)部時(shí)，效率是最高的。 注塑模，又稱為注射模，是由動(dòng)模和定模兩大部分組成。動(dòng)模是安裝在注射機(jī)的移 動(dòng)工作臺(tái)上，定模則安裝在注射機(jī)的固定工作臺(tái)面上。動(dòng)模和定模閉合后已經(jīng)塑化的塑 料可以通過澆注系統(tǒng)注入到模具型腔中冷卻、固化與定型。一般通常要求注射模分開以 后，制品盡量滯留在動(dòng)模一側(cè)，然后由設(shè)置在動(dòng)模內(nèi)的推出機(jī)構(gòu)將塑料制品從模內(nèi)推出。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 2 一般來說，注塑模的總體結(jié)構(gòu)主要分為七大部分：成型部件、澆注系統(tǒng)、導(dǎo)向和定 位部件、推出機(jī)構(gòu)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)以及標(biāo)準(zhǔn)模架，具體結(jié)構(gòu)如圖 1.1 所示。因此，本課題的研究主要圍繞這七大部分進(jìn)行。 （1）成型部件的設(shè)計(jì) 成型部件是指構(gòu)成模具型腔、直接與塑料熔體相接觸并成型 制品的模具零件或部件。通常有凸模、型芯、成形桿、凹模、鑲件等零件或部件。在動(dòng) 模與定模閉合后，成形零部件便確定了制品的內(nèi)、外輪廓和尺寸。 （2）澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指由注射機(jī)噴嘴到型腔之間的進(jìn)料通道，主要是 由主流道、分流道、澆口和冷料穴組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要是確定主流道的結(jié)構(gòu)、分 流道的截面形狀以及澆口的類型和數(shù)量。 （3）導(dǎo)向和定位部件的設(shè)計(jì) 為確保動(dòng)模和定模閉合時(shí)能準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位對中，需 要分別在動(dòng)模和定模上設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套。深腔注射模還應(yīng)在主分型面上設(shè)有錐面定位裝 置。此外，為了保證脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)與定位，通常在推板和動(dòng)模板之間也設(shè)置導(dǎo)向機(jī)構(gòu)。 （4）推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 每次注射模在注射機(jī)上合模注射結(jié)束后，都必須將模具打開， 然后把成型后的塑料制件及澆注系統(tǒng)的凝料從模具中脫出，完成推出脫模的機(jī)構(gòu)稱為推 出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。 推出機(jī)構(gòu)主要由推桿、拉料、推桿固定板、推板以及復(fù)位桿等組成。 （5）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為了滿足注射成形工藝對模具溫度的要求，模具應(yīng)設(shè)有冷卻或 加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻，模具的加熱有通入熱水、蒸汽、 熱油或置入加熱元件等，有的注射模還須配備模具溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置。 （6）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 帶有側(cè)凹或側(cè)孔的制品，在被脫出模具之前，必須進(jìn)行側(cè) 向分型將側(cè)向型芯抽出。 （7）標(biāo)準(zhǔn)模架 標(biāo)準(zhǔn)模架的主要標(biāo)志位國標(biāo)代號、外形尺寸和模具結(jié)構(gòu)形式等。 圖 1.1 注塑模具的結(jié)構(gòu) 1-動(dòng)模板；2-定模板；3- 冷卻水道；4-定模座板；5- 定位圈； 6-澆口套；7-凸模；8- 導(dǎo)柱；9-導(dǎo)套； 10-動(dòng)模座板；11- 支承板；12-支承柱；13- 推板；14-推板固定板； 15-拉料桿；16- 推板導(dǎo)柱； LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 3 17-推板導(dǎo)套；18- 推桿；19- 復(fù)位桿；20-墊塊 1.1.2 本課題的意義 高精度、高效率長壽命的塑料模具，可成形加工幾十萬件，甚至幾千萬件產(chǎn)品零件， 這類模具稱為大批量生產(chǎn)用模具。進(jìn)入 21 世界以來，各種塑料模具越來越趨于微型化、 精密化，其零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的槽逢孔尺寸要求在 以下，尺寸精度要求越來越高。0.3m 比如 BP 機(jī)中零件尺寸極其微小，對模具的要求更高。這類微型沖件和塑件用的模具，已 成為高技術(shù)模具或?qū)＠湍＞?。隨著現(xiàn)代化工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，塑料模具的應(yīng)用越 來越廣泛，其適應(yīng)性也越來越強(qiáng)，已成為工業(yè)國家制造工藝水平的標(biāo)志和獨(dú)立的基礎(chǔ)工 業(yè)體系。 塑料模具是決定最終產(chǎn)品性能、規(guī)格、形狀及尺寸精度的載體，塑料成型模具是使 塑料成型生產(chǎn)過程順利進(jìn)行、保證塑料成型制件質(zhì)量不可缺少的工藝裝備，是體現(xiàn)塑料 成型設(shè)備高效率、高性能和合理先進(jìn)塑料成型工藝的具體實(shí)施者，也是新產(chǎn)品開發(fā)的決 定性環(huán)節(jié)。由此可見，為了周而復(fù)始地獲得符合技術(shù)經(jīng)濟(jì)要求及質(zhì)量穩(wěn)定的塑料制件， 塑料成型模具的優(yōu)劣是成敗的關(guān)鍵，它最能發(fā)映出整個(gè)成型生產(chǎn)過程的技術(shù)含量及經(jīng)濟(jì) 效益。 本課題正是為了設(shè)計(jì)出高質(zhì)量的塑料成型模具來滿足現(xiàn)實(shí)生活中的需求。 1.2 國內(nèi)外的發(fā)展概況 1.2.1 注塑模具國外研究現(xiàn)狀 塑料模具是工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)用的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中, 的工業(yè)60%9 產(chǎn)品需要使使用模具，模具工業(yè)已成為工業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很 大程度上都依賴于模具生產(chǎn)。塑料模具工業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵是塑料模具技術(shù)的進(jìn)步。塑料模 具作為一種高附加值和技術(shù)密集型產(chǎn)品，其技術(shù)水平的高低已成為衡量一個(gè)國家制造水 平的重要標(biāo)志之一，世界上許多國家，特別是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家都十分重視模具技術(shù)的 經(jīng)濟(jì)效益。因此，模具工業(yè)被稱為不衰的工業(yè)，而以塑料模具為主的研究更是成為各個(gè) 國家研究的重點(diǎn)。 1.2.2 注塑模具國內(nèi)研究現(xiàn)狀 當(dāng)前來看，國內(nèi)塑料模具市場以注塑模具需求量最大，其中發(fā)展重點(diǎn)為工程塑料模 具。近來我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，前景光明。以上海為主的長三角洲地區(qū)是中國塑料模 具工業(yè)最為發(fā)達(dá)的地區(qū)。目前相當(dāng)多的發(fā)達(dá)國家塑料模具企業(yè)移師中國，是國內(nèi)塑料模 具工業(yè)迅速發(fā)展的重要原因之一。中國技術(shù)人才水平普遍提高以及平均勞動(dòng)力成本低都 是吸引外資的優(yōu)勢，這些都是塑料模具市場迅速成長的重要因素所在，所以中國塑模市 場的前景一片光明。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 4 近幾年來，雖然我國塑料模具無論是在數(shù)量上，還是在質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都 有了很大發(fā)展，但總體上還是與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比仍有較大的差距。例如，許多先進(jìn) 的技術(shù)如 CAD/CAE/CAM 技術(shù)的普及率還不高。另外，我國塑料模具行業(yè)與其發(fā)展需要 和國外先進(jìn)水平相比，還存在很多方面的問題?，F(xiàn)在應(yīng)用模具 CAD/CAM 技術(shù)設(shè)計(jì)模具 已較為普遍，隨著通用機(jī)械 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展，塑料注射模 CAD/CAM 已經(jīng)不斷的 深化?，F(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè)， 其技術(shù)、資金與勞動(dòng)相對密集。 1.2.3 注塑模具發(fā)展趨勢 考察國內(nèi)外注塑模具的發(fā)展現(xiàn)狀，從塑料成型模具的設(shè)計(jì)理論、設(shè)計(jì)實(shí)踐和制造技 術(shù)出發(fā)，塑料成型技術(shù)主要有以下趨勢： （1）提高塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化水平 塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化的水平在某種意義上體現(xiàn)了一個(gè)國 家塑料模具工業(yè)發(fā)展的水平。采用標(biāo)準(zhǔn)模架和使用標(biāo)準(zhǔn)零件，可以滿足大批量制造模具 和縮短模具制造周期的需要。經(jīng)過一段時(shí)期的建設(shè)，我國塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷 提高。為了適應(yīng)塑料模具工業(yè)的發(fā)展，塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化工作必將加強(qiáng)，塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化 程度將進(jìn)一步提高，塑料模具標(biāo)準(zhǔn)件生產(chǎn)也必將得到發(fā)展。 （2）塑料模具向復(fù)雜化、精密化與大型化方面發(fā)展 為了滿足塑料制件在各種工業(yè) 產(chǎn)品中使用要求，塑料成型技術(shù)正朝著復(fù)雜化、精密化與大型化方向發(fā)展。 （3）CAD/CAE/CAM 技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)與制造中的應(yīng)用 經(jīng)過多年的推廣應(yīng)用， 模具設(shè)計(jì)“軟件化”與模具制造“數(shù)控化”已經(jīng)在我國模具企業(yè)中成為現(xiàn)實(shí)。采用 CAD 技術(shù)是模具生產(chǎn)的一次革命，是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)顯著特點(diǎn)。近年來，CAD/CAE/CAM 技術(shù)發(fā)展主要有以下幾點(diǎn)：模具 CAD 技術(shù)及其應(yīng)用日趨成熟；基于網(wǎng)絡(luò)化的的 CAD/CAE/CAM 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪； CAD/ CAM 軟件的智能化程度正在逐漸提高； CAE 技術(shù)正在逐步推廣； （4）大力發(fā)展快速原型制造技術(shù)。 （5）模具成型新技術(shù)與新工藝的不斷涌現(xiàn)和推廣。 1.3 本課題應(yīng)達(dá)到的要求 本課題要求跟據(jù)圖紙以及任務(wù)書設(shè)計(jì)出結(jié)構(gòu)優(yōu)化的 LED 注塑模具。該塑件為受壓塑 件，批量不是很大，為中批量生產(chǎn)。這個(gè)課題能充分體現(xiàn)專業(yè)知識，對模具設(shè)計(jì)能力有 一定的鍛煉。通過本課題的研究，我們需要達(dá)到的要求有： （1）正確合理分析零件工藝用途及結(jié)構(gòu)； （2）理解掌握注塑模具的原理； （3）了解注塑模具的各種結(jié)構(gòu)以及各自的特點(diǎn)； （4）能夠掌握注塑模具上各個(gè)部分的作用； （5）對于注塑模具設(shè)計(jì)，能夠掌握模具中各個(gè)部分的設(shè)計(jì)原則以及合理分析各因素 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 5 對設(shè)計(jì)的影響； （6）熟練使用各種制圖軟件。 通過對本次注塑模具的設(shè)計(jì)，可以鞏固專業(yè)知識為以后從事本專業(yè)實(shí)際工作和研究 工作奠定了重要的思想基礎(chǔ)，也同時(shí)具有一定的初步開發(fā)模具能力。另外加深了對機(jī)械 基礎(chǔ)知識的應(yīng)用，提高了整體的設(shè)計(jì)能力。 2 塑料制件的工藝性 塑料是一大類龐雜的合成材料，由于制造工藝過程和用途的不同，導(dǎo)致塑料制件的 形狀復(fù)雜多變。同一種塑料可以用多種方法加工成型。塑料的應(yīng)用范圍非常廣泛，幾乎 各行各業(yè)都少不了塑料的存在。塑料之所以用途如此廣泛，是因?yàn)樗芰嫌泻芏鄬?shí)用性能： 塑料一般比較輕，普通塑料的密度較??；大多數(shù)塑料具有良好的電氣絕緣性，不少塑料 即使在高壓、高頻條件下，也能用作電氣絕緣和電容器介質(zhì)物質(zhì)材料；由于塑料柔順而 富有彈性，當(dāng)它受到外在的機(jī)械沖擊震動(dòng)或頻繁機(jī)械震動(dòng)作用時(shí)，材料內(nèi)部產(chǎn)生粘彈內(nèi) 耗，將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽虼怂芰线€具有減震消音性能；大多數(shù)塑料具有良好的減模、 耐磨和自潤滑特性很多由工程塑料制成的摩擦零件可以在各種液體摩擦、邊界摩擦和干 摩擦等條件下有效地工作；塑料具有耐腐蝕性；有些塑料還具有透光性。 2.1 塑料的基本組成及分類 塑料是以高分子量的合成樹脂為主要成分，在一定條件下（如溫度、壓力等）可塑 制成一定形狀在常溫下保持形狀不變的材料。 塑料按受熱后表現(xiàn)的性能，可分為熱固性塑料和熱塑性塑料兩大類。熱固性塑料是 指在受熱或其他條件下能固化或具有不溶（熔）特性的塑料，如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等。 熱固性塑料的樹脂固化前是線型或帶支鏈的，固化后分子鏈之間形成化學(xué)鍵，成為三度 的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，不僅不能再熔觸，在溶劑中也不能溶解。加熱時(shí)變軟以至流動(dòng)，冷卻變硬， 這種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。熱塑性塑料指具有加熱軟化、冷卻硬化特性的塑料。 我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫拇蟛糠炙芰蠈儆谶@個(gè)范疇。加熱時(shí)變軟以至流動(dòng)，冷卻變硬，這 種過程是可逆的，可以反復(fù)進(jìn)行。 本課題設(shè)計(jì)的是注塑模具設(shè)計(jì)，應(yīng)該選擇熱塑性塑料。常見的熱塑性塑料主要分為 以下幾類： 1：聚乙烯（PE） PE 是世界上產(chǎn)量最大的塑料品種，目前的產(chǎn)量約占塑料總產(chǎn)量 的 ，其主要特性：/3 （1）外觀呈乳白色，有似蠟的手感。無毒、無味，低密度低，聚乙烯的熔點(diǎn)為 ，高密度（低壓）聚乙烯的熔點(diǎn)在 范圍。05 123 （2）具有優(yōu)異的電絕緣性能、耐化學(xué)腐蝕性能、耐低溫性能和易加工性能，但耐熱 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 6 性、耐老化性較差，表面不易粘接和印刷。 （3）強(qiáng)度、剛度、硬度、耐熱性都低于一般塑料。 2：聚丙烯（PP） 聚丙烯屬于線型烯烴類聚合物，是 20 世紀(jì) 60 年代發(fā)展起來的熱 塑性塑料，其主要特性： （1）無色、無味、無毒。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明、更輕，密度約 0.91 。不吸水，光澤好，易著色。熔點(diǎn)為 ，耐熱性好，能在 100 以上的3/gcm1607 溫度下進(jìn)行消毒滅菌。其低溫使用溫度達(dá)-15 ，低于-35 時(shí)會(huì)脆裂。 （2）具有優(yōu)異的電絕緣性能，高頻絕緣性能好，而且不吸水，絕緣性能不受濕度的 影響。耐化學(xué)腐蝕性能，常見的酸、堿和有機(jī)溶劑對它幾乎不起作用（多用于食具） 。耐 老化性比 PE 較差。但在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化，所以必須加入防老化劑。 （3）具有優(yōu)良的機(jī)械性能，耐彎曲疲勞性能優(yōu)于其它般塑料，屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng) 度、抗壓強(qiáng)度和硬度及彈性比聚乙烯好。定向拉伸后聚丙烯可制作鉸鏈，有特別高的抗 彎曲疲勞強(qiáng)度。 3： 聚氯乙烯（PVC） 聚氯乙烯是世界上產(chǎn)量僅次于聚乙烯而占第二位的塑料，其 主要特性： （1）聚氯乙烯樹脂為白色或淺黃色粉末，純聚氯乙烯的密度為 1.4，加入了增塑劑 和填料等的聚氯乙烯塑件的密度一般在 范圍內(nèi)，在 溫度范圍內(nèi)1.52.03/gcm08 屬玻璃態(tài)， 屬彈性態(tài)， 為熔融范圍（其間無明顯熔點(diǎn)） 。 807579 （2）聚氯乙烯有較好的電氣絕緣性能，可以用作低頻絕緣材料。具有良好的阻燃性 和化學(xué)穩(wěn)定性。但聚氯乙烯的熱穩(wěn)定性較差，長時(shí)間加熱會(huì)導(dǎo)致分解，放出氯化氫氣體， 使聚氯乙烯變色。其應(yīng)用溫度范圍較窄，一般在 之間。 PVC 對光的穩(wěn)定性較15 差，日光中紫外線和氧氣使 PVC 發(fā)生光氧化降解而降低其柔軟性，最終脆化。 （3）具有較高的機(jī)械強(qiáng)度。硬聚氯乙烯不含或含有少量的增塑劑，有較好的抗拉、 抗彎、抗壓和抗沖擊性能，可單獨(dú)用作結(jié)構(gòu)材料。 4：聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是僅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種，其主 要特性： （1）聚苯乙烯原料為無色透明粒狀物，無味、無毒。密度為 1.05 ，熔融溫度3/gcm 為 。制品外觀給人質(zhì)硬、剛脆似玻璃的感覺，易折不易彎，輕擲或敲擊時(shí)發(fā)08 出金屬般的清脆聲響。無色透明，透光率高達(dá) ，透光率僅次于 PMMA。易著色，8092 可制成各種色澤鮮艷的制品。聚苯乙烯易燃，離火自燃，燃燒時(shí)軟化、起泡，火焰為橙 黃色，有濃黑煙，并伴有苯乙烯單體的甜香味。 （2）電絕緣性能優(yōu)良。耐酸堿腐蝕，但不耐苯、汽油、氯仿、二氯乙烯、香蕉水等 有機(jī)溶劑。 （3）力學(xué)性能一般，抗沖擊性能差。構(gòu)件不宜受動(dòng)態(tài)的彎曲載荷，不能設(shè)計(jì)制造彈 性夾鉗等。 5：丙烯腈丁二烯苯乙烯共聚物（ABS） ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 7 聚而成的聚合物，因此 ABS 具有良好的綜合力學(xué)性能，其主要特性： （1）ABS 樹脂外觀呈淺象牙色、不透明，制品可呈各種顏色，光亮美觀，無毒、無 味，給人堅(jiān)韌、硬質(zhì)、剛性的質(zhì)感。ABS 塑料密度約為 1.05 左右，無明顯熔點(diǎn)，3/gcm 熔融溫度 160左右。ABS 可燃，燃燒緩慢，離火后繼續(xù)燃燒，火焰呈黃色，有黑煙，燃 燒時(shí)軟化、焦糊，無滴落，伴有類似橡膠燃燒的氣味。 （2）ABS 的化學(xué)穩(wěn)定性較好，幾乎不受無機(jī)酸、堿、鹽的影響，不溶于大部分醇類 和烴類溶劑，但與烴類長期接觸會(huì)軟化、溶脹，可溶于酮類、醛類、酯類和氯代烴中。 ABS 的耐熱、耐寒性均好，使用溫度范圍較寬，可在 長期使用。相對于其它401 熱塑性塑料，ABS 樹脂的熱膨脹系數(shù)較小。 （3）綜合力學(xué)性能較好，良好的韌性是 ABS 的突出特性之一，ABS 有較高的沖擊 強(qiáng)度，即使在較低的溫度下也不迅速下降。低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗 沖擊強(qiáng)度。 6：聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA） 聚甲基丙烯酸甲脂是聚丙烯酸酯類塑料中最重要 的一類，其主要特性有： （1）常溫下為無色透明具有特殊芳香味的液體，沸點(diǎn) 100.6，熔點(diǎn)48.2，密度 0.934 。稍溶于乙醚、乙醇，易溶于芳香族的烴類、酯類、醚類、酮類和氯代烴類3/gcm 有機(jī)溶劑。 PMMA 是丙烯酸類樹脂中最重要的一種。常以板材供應(yīng)，俗稱有機(jī)玻璃和亞 克力，但比無機(jī)玻璃輕得多，且抗沖耐振。光學(xué)性能：聚甲基丙烯酸甲酯是剛性硬質(zhì)無 色透明材料，具有優(yōu)異的光學(xué)性能，透光率高達(dá) 92，不僅優(yōu)于其它透明塑料，而且比 普通無機(jī)玻璃還高 10以上，可透過大部分紫外線和部分紅外線。 （2）PMMA 能耐大多數(shù)洗滌液、可耐較稀的無機(jī)酸、堿、鹽類和油脂類，不耐酮類、 氯代烴和芳烴，在許多氯代烴和芳烴中可以溶解。在陽光下長期曝曬，透明性和色澤變 化很小。 PMMA 的耐熱和耐磨性差。 （3）具有良好的綜合力學(xué)性能，在通用塑料中位居前列，拉伸、彎曲、壓縮等強(qiáng)度 均高于聚烯烴，也高于聚苯乙烯、聚氯乙烯等，沖擊韌性較差，但也優(yōu)于聚苯乙烯。強(qiáng) 度不高，不能承受高的應(yīng)力，在鉆孔時(shí)很容易開裂。PMMA 的螺紋孔在室溫下擰緊時(shí)也 會(huì)開裂。表面硬度差，易被硬物擦傷起劃痕，專門的涂覆可以有所改善。 PMMA 塑料制 品在短期承載下其力學(xué)性能尚可，長期使用情況下，制品承受的外界應(yīng)力必須很低，否 則會(huì)引起蠕變和銀紋或表面開裂。優(yōu)良二次加工性能。 7：聚酰胺（PA） 聚酰胺通常尼龍，它在世界上的消費(fèi)量居工程塑料之首位，其主 要特性： （1）白色至淡黃色的顆粒，密度較小。不同聚酰胺密度在 之間。1.063/gcm 熔融溫度 (牌號不同)。825 （2）聚酰胺具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，常溫下，聚酰胺溶解于強(qiáng)極性溶劑，如硫酸、 甲酸、冰醋酸、苯酚等，特別是強(qiáng)酸對聚酰胺有侵蝕作用。在室溫且干燥的條件下，聚 酰胺具有較好的電性能，但明顯低于聚乙烯、聚苯乙烯等材料。聚酰胺具有良好的耐寒 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 8 性。不同聚酰胺的熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度都不是太高。聚酰胺是塑料中吸濕性 最強(qiáng)的品種之一。 （3）是典型的硬而韌聚合物，綜合力學(xué)性能優(yōu)于一般的通用塑料，堅(jiān)韌、耐磨且耐 疲勞，但極能吸濕。PA6 彈性好，沖擊強(qiáng)度高，吸水性較大。PA66 強(qiáng)度高，耐磨性好。 PA610 與 PA66 相似，但吸水性和剛性都較小。PA1010 半透明，吸水性較小，耐寒性較 好。 8：聚碳酸酯（PC） 聚碳酸酯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，其主要性能： （1）聚碳酸酯是透明的無色或微黃色強(qiáng)韌固體，透明性僅次于 PMMA 和 PS，透光 率可達(dá) 89，無味、無毒，密度約為 1.20 ，著色性好，可制成各種色彩鮮艷的制3/gcm 品。聚碳酸酯可以燃燒，但燃燒緩慢，離火后緩慢熄滅，火焰呈黃色，黑煙，燃燒物熔 融起泡，發(fā)出果蔬腐爛的氣味。 （2）耐室溫下的水、稀酸、氧化劑、還原劑、鹽、油、脂肪烴，但不耐堿、胺、酮、 脂、芳香烴。并有良好的耐氣候性、聚碳酸酯吸水率較低，能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持 較好的電性能。 （3）PC 具有良好的綜合力學(xué)性能和電絕緣性能，能在廣闊的溫度范圍內(nèi)保持較高的 機(jī)械強(qiáng)度，耐熱耐寒。其突出特點(diǎn)是具有特別優(yōu)異的抗沖擊性、抗蠕變性和尺寸穩(wěn)定性， 但耐疲勞性和耐磨性較差，有較高的缺口敏感性，易產(chǎn)生應(yīng)力開裂。 經(jīng)過各種因素的考慮，本次 LED 導(dǎo)光柱的材料選擇為聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA ） ， 即有機(jī)玻璃。 2.2 塑件材料的物理性質(zhì)及其用途和成型特點(diǎn) 2.2.1 塑件材料物理性質(zhì) 聚甲基丙烯酸甲酯，主要是以丙烯酸及其酯類聚合所得到的聚合物統(tǒng)一稱之為丙烯 酸類樹酯，對應(yīng)的塑料稱為聚丙烯酸類塑料，而數(shù)聚甲基丙烯酯甲酯的應(yīng)用量是最廣泛 的。聚甲基丙烯酸甲酯代號為為 PMMA，簡稱有機(jī)玻璃，是到今天為止合成透明材料中 質(zhì)地最優(yōu)異，同時(shí)價(jià)格也是比較便宜的品種。應(yīng)用方面：PMMA 溶于有機(jī)溶劑，如苯酚， 苯甲醚等，通過旋涂可以形成良好的薄膜，具有良好的介電性能，可以作為有機(jī)場效應(yīng) 管（OFET）亦稱有機(jī)薄膜晶體管（OTFT）的介質(zhì)層。模塑成型料中性能較好的是改性 有機(jī)玻璃 372#、373#塑料。372#甲基丙稀酸甲酯與少量苯乙烯的共聚體，其模塑成型性 能較好。373#有機(jī)玻璃是 372#粉料 100 份加上丁腈橡膠 5 份的共混料，有較高的耐沖擊 韌性。有機(jī)玻璃密度是 1.18 ，比普通硅玻璃輕一半。機(jī)械強(qiáng)度是普通硅玻璃的 103/gcm 倍以上。 本設(shè)計(jì)中 LED 導(dǎo)光柱材料為有機(jī)玻璃 372#（化學(xué)分子式如圖 2.1 所示） 。 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 9 圖 2.1 有機(jī)玻璃化學(xué)分子式 查參考文獻(xiàn) 5實(shí)用模具設(shè)計(jì)手冊有機(jī)玻璃 372#收縮率 %。它屬于收縮率0.59 范圍較小的熱塑性材料，對于收生率范圍較小的塑料品種，可按收縮率的范圍取中間值。 流動(dòng)性是比較塑料成型加工中的一項(xiàng)重要指標(biāo)。流動(dòng)性過大，易造成溢料過多，填 充不密實(shí)。塑料組織疏松；流動(dòng)性過小，則填充不足，不易成型，成型壓力大。塑料的 流動(dòng)性隨著成型工藝的改變而變化。塑料熔體的溫度越高，注射壓力越高，塑料的流動(dòng) 性就越好。但是，不同的塑料對溫度和壓力的敏感程度卻不一樣。 有機(jī)玻璃 372#（甲基丙烯酸甲酯與少量苯乙烯的共聚物）對溫度敏感而不是壓力敏 感。其流動(dòng)性能一般。其最佳注射溫度在 C 注射壓力 。模具溫度控制在210630aMP C。608 2.2.2 主要用途以及成型特點(diǎn) PMMA 具有質(zhì)輕、價(jià)廉，易於成型等優(yōu)點(diǎn)。溶于有機(jī)溶劑如苯甲醚等，可以形成良 好的薄膜和良好的介電性能，可以作為有機(jī)場效應(yīng)管的介質(zhì)層。 它的成型方法有澆鑄，射出成型，機(jī)械加工、熱成型等。尤其是射出成型，可以大 批量生產(chǎn)，制程簡單，成本低。因此，它的應(yīng)用日趨廣泛，目前它廣泛用于儀器儀表零 件、汽車車燈、光學(xué)鏡片、透明管道等。有機(jī)玻璃壓克力（亞克力）在建筑業(yè)中的應(yīng)用 在建筑方面，有機(jī)玻璃壓克力（亞克力）通常主要應(yīng)用于建筑采光體、透明白色屋頂、 電話亭、棚頂、房間墻壁護(hù)板等方面；在衛(wèi)生潔具方面有浴室缸、洗臉盆、女性化妝臺(tái) 等產(chǎn)品。近些年來，在高速公路照明燈罩（如圖 2.2 所示）及家庭汽車的燈具方面的應(yīng)用 發(fā)展也相當(dāng)快。其中，建筑工地上采光體、浴室缸、街道廣告燈箱和公共場所電話亭等 各方面的市場需求量增長較快，以后的發(fā)展空間較大，市場前景可以說十分廣闊。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 10 圖 2.2 PMMA 燈罩 成型特點(diǎn)： 1：模具澆注系統(tǒng)對料流的阻力應(yīng)盡可能小，并應(yīng)制出足夠的脫模斜度。 2：為了防止塑料件產(chǎn)生氣泡、渾濁、銀絲和發(fā)黃等缺陷，影響塑件質(zhì)量，塑件在成 型前要很好的干燥。 3：為了得到良好的塑件質(zhì)量，防止塑件表面流動(dòng)痕跡、熔接線痕和氣泡等不良現(xiàn)象， 一般用盡可能低的注射速度。 2.3 LED 導(dǎo)光柱的幾何結(jié)構(gòu) LED導(dǎo)光柱塑件內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部結(jié)構(gòu)主要包括壁厚、形狀、脫模斜度、支承面、加強(qiáng) 肋、圓角、孔、螺紋等。各組成部分的設(shè)計(jì)原則及要求如下： 1：壁厚 塑件壁厚的設(shè)計(jì)與塑料原料的性能、塑件結(jié)構(gòu)、成型條件、塑件質(zhì)量及其 使用要求都有密切的聯(lián)系。此外，壁厚還與與使用要求及工藝要求有關(guān)。在塑模成型上, 壁厚過小,熔融塑料在模具型腔中的流動(dòng)陰力較大。壁厚過大,會(huì)造成用料過多,增加成本, 且會(huì)給成型工藝帶來困難。在塑件上還會(huì)產(chǎn)生氣泡,縮孔凹痕翹曲等,影響產(chǎn)品外觀。 在成型工藝上還要求塑件各部位的壁厚盡可能均勻。 2：形狀 塑件的形狀的設(shè)計(jì)應(yīng)該盡可能保證有利于塑料成型。 3：脫模斜度 塑件在模具型腔中的冷卻收縮會(huì)使塑件緊緊包住模具型芯和型腔中的 凸起部分。因此為了便于從成型零件上順利脫出塑件,必須在塑件內(nèi)外表面沿脫模方向設(shè) 計(jì)足夠的斜度稱為脫模斜度（如圖2.3中的 角） 。但在設(shè)計(jì)時(shí)，還應(yīng)注意以下幾個(gè)方面： （1）壓縮成型大型塑件時(shí),要求外表面的脫模斜度盡量小于內(nèi)表面的脫模斜度。 （2）塑料的收縮率大，脫模斜度應(yīng)取偏大值，反之取偏小值。 （3）對于高度不大的塑件,可以不用取脫模斜度。 （4）塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，脫模阻力就比較大，應(yīng)該選用較大的脫模斜度。 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 11 圖 2.3 脫模斜度 4：加強(qiáng)肋 通常在塑件的相應(yīng)位置設(shè)置加強(qiáng)肋，從而在不增加壁厚的情況下，達(dá)到 提高塑件剛度和強(qiáng)度，避免翹曲變形的目的，沿著料流方向的加強(qiáng)肋還能改善成型時(shí)塑 料熔體的流動(dòng)性，避免氣泡、縮孔和凹陷等缺陷的形成。加強(qiáng)肋的優(yōu)點(diǎn)主要有:使塑件壁 厚均勻,即節(jié)約了材料,又提高了強(qiáng)度；還可避免塑件中外觀缺陷；增加塑件的剛性。 加強(qiáng)筋的設(shè)計(jì)要求： （1）加強(qiáng)筋應(yīng)該設(shè)計(jì)得多一些，矮一些，這樣可以增強(qiáng)塑件的剛性及強(qiáng)度。 （2）有一些薄壁塑件可以將其設(shè)計(jì)成球面或拱曲面形狀。 （3）加強(qiáng)筋之間的中心距通常情況下應(yīng)該大于兩倍的壁厚。 5：圓角 帶有尖角的塑件，在成型時(shí)往往會(huì)在尖角處產(chǎn)生局部應(yīng)力集中，在受力或 沖擊下會(huì)發(fā)生開裂。為了避免這種情況的出現(xiàn)，除塑件使用上要求尖角外，其余轉(zhuǎn)角處 應(yīng)盡可能采用圓弧過渡。采用圓弧過渡可以增加塑件的美觀程度和增加塑件的強(qiáng)度，也 大大改善了充模流動(dòng)特性。另外，塑件的圓角對應(yīng)于模具也呈圓角，這樣增加了模具的 堅(jiān)固性，在一定程度上減少了模具熱處理或使用時(shí)因應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。 6：支承面 支承面是用于放置物體的平面，要求物體放置后平穩(wěn)。當(dāng)塑件底部有加 強(qiáng)肋時(shí)，應(yīng)使加強(qiáng)肋與支承面至少相差 。0.5m 7：孔 塑件上的孔是用模具的型芯來成型的,孔的設(shè)計(jì)原則一般有以下幾點(diǎn)： （1）孔應(yīng)設(shè)置在不易削弱塑件強(qiáng)度的地方。 （2）在孔之間及孔與邊緣之間均應(yīng)有足夠的距離。 （3）一般孔與孔的邊緣或孔邊緣與制件外壁的距離應(yīng)該不小于孔徑。 （4）對于盲孔,在注射成型時(shí),其孔深不得大于孔徑的 4 倍。 8：合頁的設(shè)計(jì) 合頁的設(shè)計(jì)原則主要有以下幾點(diǎn)： （1）對于一些塑件本身壁厚小的塑件，它的中間薄膜處應(yīng)相薄；相反，壁厚大的塑 件,它的薄膜處應(yīng)厚一些,但不得超過 。0.5m （2）合頁部分的厚度盡量均勻一致。 （3）成型時(shí),塑料必須從塑件本身的邊通過中間薄膜流向另一邊,脫模后立即折曲幾 次。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 12 9：止轉(zhuǎn)凸凹 止轉(zhuǎn)凸凹的作用一般是為了方便握持和塑件成型后易于擰出,設(shè)計(jì)的時(shí) 候時(shí)應(yīng)當(dāng)注意以下幾點(diǎn)： （1）模具便于加工性。 （2）脫模方向與凸凹紋方向一致性。 10：齒輪 由于塑料齒輪具有重量輕、彈性模量小等優(yōu)點(diǎn)，近年來在機(jī)械電子工業(yè) 中得到越來越廣泛的應(yīng)用，目前主要用于精度和強(qiáng)度要求不太高的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)中。 齒輪設(shè)計(jì)的選擇原則有： （1）輪緣寬度至少為齒高的3倍。 （2）腹板厚度應(yīng)等于或小于齒輪厚度。 （3）輪轂厚度應(yīng)等于或大于齒寬厚度。 （4）輪轂外徑最小應(yīng)為軸孔直徑的 倍。1.53 （5）輪轂長度應(yīng)相當(dāng)于軸徑。 （6）盡量避免截面的突然變化或出現(xiàn)尖角。 （7）盡可能加大圓角及過渡圓弧的半徑。 （8）軸與孔盡可能不采用過盈配合。 11：螺紋 塑件上的螺紋可以直接用模具成型，也可以用后續(xù)的機(jī)加工成型，在經(jīng) 常裝拆和受力較大的地方，則通常采用金屬螺紋嵌件。塑件上螺紋的設(shè)計(jì)應(yīng)該注意以下 幾點(diǎn)： （1）塑件上螺紋應(yīng)該選用螺牙尺寸較大者，螺紋直徑小時(shí)不宜采用細(xì)牙螺紋，否則 會(huì)影響其使用精度。 （2）螺紋精度也不能要求太高，一般低于 3 級。 （3）一般塑料螺紋的螺距不應(yīng)小于 ，注塑成型螺紋直徑不得小于 。0.7m2m （4）當(dāng)不考慮螺紋螺距收縮率時(shí)，塑件螺紋與金屬螺紋的配合長度不能太長，一般 不大于螺紋直徑的 1.5 倍。 （5）為了增加塑件螺紋的強(qiáng)度，防止最外圈螺紋可能發(fā)生的崩裂或變形，應(yīng)使其始 末端留出一定距離。 （6）在同一螺紋型芯或型環(huán)上有前后兩端螺紋時(shí)，應(yīng)使兩端螺紋的旋向相同，螺距 相等，以簡化脫模。不然的話需采用兩端型芯或型環(huán)組合在一起的形式，分型后再分段 旋下。 12：嵌件 注塑成型時(shí)，鑲嵌在塑件內(nèi)部的金屬或非金屬（如玻璃、木材或已成型 的塑料等）稱為嵌件。 鑲?cè)肭都哪康闹饕幸韵聝牲c(diǎn)： （1）提高塑件的局部強(qiáng)度，滿足某些特殊的使用要求（導(dǎo)電、導(dǎo)磁、耐磨和裝配連 接等） 。 （2）保證塑件的精度、尺寸形狀的穩(wěn)定性。 嵌件的設(shè)計(jì)原則： LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 13 （1）嵌件和塑件應(yīng)牢固連接。 （2）嵌件應(yīng)在模具內(nèi)有可靠定位和配合。 （3）細(xì)長或片狀嵌件的防應(yīng)變措施。 （4）嵌件周圍應(yīng)有足夠的塑料層厚度。 （5）提高嵌件裝在模具里的穩(wěn)定性,在條件許可時(shí),嵌件上應(yīng)有凸緣,并便其凹入或凸 起 。1.2m （6）當(dāng)嵌件自由伸出長度超過嵌件支承的直徑2倍時(shí),垂直于壓塑方向的嵌件應(yīng)有支 承柱。 （7）當(dāng)嵌件為螺桿時(shí),光桿部分與模具的配合部分應(yīng)具有IT9級精度的間隙配合。 （8）件的表面應(yīng)具有止動(dòng)的部分,以防嵌件移動(dòng)。 （9）嵌件不應(yīng)帶尖角，以減少應(yīng)力集中。 （10）嵌件的頂部也應(yīng)該有足夠厚的塑層，不然的話，嵌件頂部塑件表面會(huì)出現(xiàn)鼓 包或裂紋。 2.4 LED 導(dǎo)光柱相關(guān)數(shù)據(jù)的確定 2.4.1 塑件厚壁的確定 根據(jù)前面塑件壁厚的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則以及使用要求，結(jié)合本次畢業(yè)論文的具體要求。 從零件圖分析，該零件不需要設(shè)置側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，由于塑件比較簡單，可以 設(shè)置單分型面即可。 從塑件的壁厚來看，壁厚最大處為 ，最小處為 ,壁厚差為 ,壁厚較1.5m0.6m0.9m 均勻，有利于塑件成型。 2.4.2 脫模斜度的確定 塑件的脫模斜度可以根據(jù)參考文獻(xiàn) 1塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)第 37 頁表 3.4 得 出。 因?yàn)楸舅芗x擇的塑料為 PMMA，所以根據(jù)表 2-1 可以得出：型芯為 301，型腔 為 3510。 表 2-1 常用塑料的脫模斜度 常用塑料脫模斜度 脫模斜度 塑料名稱 型芯 型腔 ABS 351 40120 PS 01 35130 PC 50 351 PP 2550 301 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 14 PA 2040 2540 PMMA 301 35130 2.4.3 圓角的的確定 在無特殊要求時(shí)，塑件個(gè)連接處均有半徑不小于 .51m的圓角，如圖 2.4 所示， 一般外圓角半徑 ， 內(nèi)圓角半徑 。這里 H，所以 ， 1.5RH0.R1.5Rm 。0.5R =.5 圖 2.4 圓角半徑尺寸 2.4.4 LED 導(dǎo)光柱的體積及質(zhì)量 1、求出 LED 導(dǎo)光柱的體積 通過 UG 軟件“質(zhì)量屬性”分析塑件，得到塑件的體積為 。3=8.02mV1 2、LED 導(dǎo)光柱的質(zhì)量 查參考文獻(xiàn) 1塑料成型工藝與模機(jī)具設(shè)計(jì)有玻璃 PMMA 的密度為 31.0gc， 質(zhì)量 。=0.1gmV 3 注射成型原理以及注塑機(jī)的選擇 注射成型是塑料成型的一種重要方法，主要適用于熱塑性塑料的成型。雖然塑料的 品種很多，但其注射成型工藝工程是相似的。塑料注塑成型的特點(diǎn)是：成型周期短，能 一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑料制件；注射成型的生產(chǎn)率 高。易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn)；除氟塑料以外，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用注射成型的 方法成型。但注射成型所用的注射設(shè)備價(jià)格較高，模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，生產(chǎn)成本高，生產(chǎn) 周期長，不適合單件小批量的塑件成型。 3.1 注射成型原理 除了專用注射設(shè)備外，一般的注射設(shè)備可以分為柱塞式注射機(jī)和螺桿式注射機(jī)兩種。 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 15 因此根據(jù)使用注射設(shè)備的不同，注射成型原理也略有不同。 3.1.1 柱塞式注塑機(jī)注射成型原理 柱塞式注射機(jī)的結(jié)構(gòu)主要由柱塞式塑化裝置、開合模機(jī)構(gòu)和電氣液壓控制系統(tǒng)三大 部分組成。 柱塞式注射機(jī)成型原理如圖 3.1 所示，其具體進(jìn)程如下： （1）塑料原材料被加入到注射機(jī)的料斗 2 中，經(jīng)過料筒外的加熱線圈 4 加熱，塑料 熔融變?yōu)檎沉鲬B(tài)； （2）注射機(jī)開合模機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模具的活動(dòng)部分與模具的固定部分，塑化裝置中的柱塞 將物料沿著料筒 9 內(nèi)軸線向前推進(jìn)，并采用高壓把積存在頭部的已經(jīng)熔融成粘流態(tài)的塑 料通過料筒 9 端部的噴嘴 5 和模具的澆注系統(tǒng)射入模具的型腔中； （3）柱塞復(fù)位開合模機(jī)構(gòu)帶動(dòng)模具的動(dòng)模打開模具，在推出機(jī)構(gòu)的作用下，注射成 型的塑料制件被推出模外。 圖 3.1 柱塞式注射機(jī)注射成型原理 1-注射活塞；2-料斗；3-分流梳；4-加熱線圈；5- 噴嘴； 6-定模板；7-塑件；8- 動(dòng)模板；9-料筒 3.1.2 螺桿式注塑機(jī)注射成型原理 螺桿式注射機(jī)注射成型原理如圖 3.2 所示，圖中三幅圖是按照注塑成型的順序進(jìn)行的， 其具體流程如圖所示： （1）塑料加入到外部裝有電加熱圈 8 的料筒內(nèi)，顆粒狀或粉末狀的塑料在螺桿 7 的 作用下，邊塑化便向前移動(dòng)，預(yù)塑著的塑料在轉(zhuǎn)動(dòng)著的螺桿 7 作用下經(jīng)過其螺旋槽傳輸 至前端的噴嘴旁邊； （2）螺桿的不斷轉(zhuǎn)動(dòng)促使塑料進(jìn)一步塑化，塑料溫度在摩擦熱的作用下進(jìn)一步提高， 塑料得以均勻塑化。在料筒前端聚積的熔料對螺桿作用一定的壓力時(shí)，螺桿 7 就在轉(zhuǎn)動(dòng) 過程中后退，直到與調(diào)整好的行程開關(guān)接觸的時(shí)候，具有模具一次注射量的塑料預(yù)塑和 儲(chǔ)料結(jié)束； （3）注射液壓缸 6 開始工作，與液壓缸活塞相連接的螺桿 7 以一定的速度和壓力將 熔料通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具型腔中； （4）保壓一定的時(shí)間以后，經(jīng)過冷卻固化后就可以維持模具型腔所形成的形狀；然 后開模分型，在推出機(jī)構(gòu)的作用下，將注射成型的塑料制件 2 從動(dòng)模 1 的凸模上推出。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 16 圖 3.2 螺桿式注射機(jī)注射成型原理 1-動(dòng)模；2-塑件；3-定模；4- 料斗；5-傳動(dòng)裝置；6-液壓缸；7-螺桿；8-加熱器 柱塞式注射機(jī)與螺桿式注射機(jī)的區(qū)別： （1）柱塞式注射機(jī)加熱效果差、塑化不均勻。預(yù)塑過程中無螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的與塑料 之間的摩擦剪切和攪拌作用。 （2）柱塞式注，注射量僅為 60g，是小型注射設(shè)備。 由于本次畢業(yè)論文設(shè)計(jì)的是 LED 導(dǎo)光柱，塑件比較簡單，綜合各方面的考慮，現(xiàn)選 擇柱塞式注射機(jī)。 3.2 注射成型工藝 注射成型工藝包括成型前的準(zhǔn)備、注射過程和塑件的后處理三大部分。 3.2.1 成型前的準(zhǔn)備 為了使注射成型過程能順利進(jìn)行并保證塑料制件的質(zhì)量，在成型前需要做一些必要 的準(zhǔn)備工作：工藝性能的測定；原料外觀的檢驗(yàn)；對某些易吸濕的塑料進(jìn)行充分的預(yù)熱 和干燥，防止因塑料中含有水分而使塑件產(chǎn)生斑紋、氣泡和降解等缺陷以及生產(chǎn)中需要 LED 導(dǎo)光柱注塑模具設(shè)計(jì) 17 改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)的料筒清洗等等。 3.2.2 注射過程 注射過程一般包括添加塑料、塑化、注射、塑件冷卻和脫模等幾個(gè)階段。 1：加料 由于注射過程是一個(gè)間歇過程，因而需要定量加料，以保證操作的穩(wěn)定和 塑料塑化的均勻，獲得良好的塑件。 2：塑化 塑料的塑化過程是塑料在料筒中進(jìn)行加熱、由固體顆粒轉(zhuǎn)變成具有良好的 可塑性粘流態(tài)的過程。 3：注射 注射過程可分為充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模等幾個(gè)階段。 （1）充模 塑化好的熔體被柱塞或螺桿推擠至料筒的前端，經(jīng)噴嘴及模具澆注系統(tǒng) 進(jìn)入并填滿型腔，這一階段稱為充模。 （2）保壓 熔體在模具中冷卻收縮時(shí)，繼續(xù)保持施壓狀態(tài)的柱塞或螺桿迫使?jié)部诟?近的熔料不斷補(bǔ)充入模具中，使型腔中的塑料能成型出形狀完整而致密的塑件，這一階 段稱為保壓。 （3）倒流 保壓結(jié)束后，柱塞或螺桿后退，解除對型腔中熔體的施壓。 （4）澆口凍結(jié)后的冷卻 澆口的塑料凍結(jié)后，通入冷卻水、油或空氣等冷卻介質(zhì)， 對模具進(jìn)行進(jìn)一步冷卻。 （5）脫模 塑件冷卻到一定溫度即可開模，在推出機(jī)構(gòu)的作用下將塑件推出模外。 3.2.3 塑件的后處理 塑件后處理的方法主要有退火和調(diào)濕處理。 （1）退火處理 退火處理是將注射塑件在一定溫度的液體介質(zhì)中或熱空氣循環(huán)烘箱 中靜置一段時(shí)間，然后緩慢冷卻的過程。 （2）調(diào)濕處理 調(diào)濕處理是將剛剛脫模的塑件放在熱水中，以隔絕空氣，防止對塑 料制件的氧化，加快吸濕平衡速度的一種后處理方法，其目的是使制件顏色、性能以及 尺寸得到穩(wěn)定。 3.3 注塑機(jī)的選擇 注塑機(jī)又名注射成型機(jī)或注射機(jī)。它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑料成型模具 制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全電式。注塑機(jī)能加熱塑 料，對熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。注塑機(jī)通常由注射系統(tǒng)、合模系 統(tǒng)、液壓傳動(dòng)系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、加熱及冷卻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)等組成。 無錫太湖學(xué)院學(xué)士學(xué)位論文 18 3.3.1 注塑機(jī)的分類 注塑機(jī)發(fā)展很快，類型不斷增加，注塑機(jī)的分類方法較多，通常按注塑機(jī)外形特征 分類，這種分類方法主要根據(jù)注塑裝置和合模裝置的排列方式進(jìn)行分類，可以分為臥式 注塑成型機(jī)、立式注塑成型機(jī)、角式注塑成型機(jī)等。 （1）臥式注塑成型機(jī) 臥式注塑成型機(jī)是使用最廣泛的注塑成型設(shè)備，它的注射裝 置和合模裝置的軸線呈一線并水平排列，如圖 3.3 所示。臥式注塑成型機(jī)主要特點(diǎn)有： 1、即是大型機(jī)由于機(jī)身低，對于安置的廠房無高度限制； 2、產(chǎn)品可自動(dòng)落下的場合，不需使用機(jī)械手也可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)成型； 3、由于機(jī)身低，供料方便，檢修容易； 4、模具需通過吊車安裝； 5、多臺(tái)并列排列下，成型品容易由輸送帶收集包裝。 圖 3.3 通用臥式注塑成型機(jī) （2）立式注塑成型機(jī) 它的注射裝置與合模裝置