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1 目 錄 摘 要. PMMATRACT. 前 言. 1 第一章 緒論.2 1.1 注塑模具發(fā)展的概況.3 1.2 注塑模具發(fā)展的國內(nèi)外現(xiàn)狀.3 1.3 塑料模具的特點.3 1.4 注塑模具設(shè)計的要求及程序.4 1.5 本文的主要研究工作.4 第二章 制件結(jié)構(gòu)的設(shè)計工藝性.5 2.1 制件結(jié)構(gòu)設(shè)計. 5 2.2 結(jié)構(gòu)工藝性分析.7 2.3 外殼材料的選擇.7 2.4 小結(jié). .8 第三章 注射機的型號選擇.8 3.1 注塑機成型參數(shù)計算.8 3.2 小結(jié). .9 第四章 模具結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計.10 4.1 總體結(jié)構(gòu).10 4.2 行腔數(shù)目及排布.10 4.3 分型面的選擇和排氣系統(tǒng)的確定及澆注系統(tǒng)的設(shè)計.11 4.3.1 分型面的設(shè)計.11 4.3.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計.13 4.3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計.14 4.4 成型零部件的工作尺寸計算.17 4.4.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計.17 4.4.2 成型零件的工作尺寸計算.18 4.4.3 模具型腔側(cè)壁厚度和底版厚度計算.20 2 4.5 導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)的設(shè)計.20 4.6 脫模機構(gòu)的設(shè)計.21 4.7 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計.25 4.7.1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計原則.25 4.7.2 冷卻水道回路的布置.25 4.8 成型設(shè)備的校核.26 4.9 小結(jié). . . .26 結(jié)論.28 參考文獻.29 3 前 言 隨著社會的發(fā)展，人們對生活產(chǎn)品的要求也越來越廣。其中包括種類豐富 的塑料產(chǎn)品，例如：一些電器材料、廚房用具、生活用品。不但種類多而且小 形狀多樣。注塑模具設(shè)計可以根據(jù)人們的具體要求進行產(chǎn)品的尺寸設(shè)計，最大 程度的滿足了用戶的需求。因此注塑模具設(shè)計成了當(dāng)今社會發(fā)展必不可缺少的 行業(yè)。目前世界上塑料的體積產(chǎn)量已經(jīng)趕上和超過了鋼鐵，成為當(dāng)前人類使用 的第一大類材料。我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用已經(jīng)深入到 國民經(jīng)濟的各個部門，塑料制品與模具設(shè)計是塑料工程中的重要組成部分，是 塑料工業(yè)中不可缺少的環(huán)節(jié)。塑料成型模具是成型塑料制品的工具。從 2003 年 我國模具進口的海關(guān)統(tǒng)計資料可知,塑料模具占據(jù)了模具進口總量的 57%,而注 塑成型模具在整個塑料模具中占有很大的比例.注塑成型模具設(shè)計的好壞,決定 著注塑成型制件的質(zhì)量優(yōu)劣及成品率高低,也就是說,是否能加工出優(yōu)質(zhì)價廉的 塑料制件,在很大程度上要靠注塑成型模具設(shè)計的合理性和先進性來保證. 現(xiàn)代塑料制件生產(chǎn)中,合理的注塑成型工藝,先進的注塑成型模具及高精度, 高效率的注塑設(shè)備是當(dāng)代塑料成型加工中必不可少的三個重要因素,缺一將一事 無成.本文以放大鏡為例，介紹了注塑模具設(shè)計流程，該流程包括工藝分析，選 擇注塑機，確定成型方案，最后對該注塑機進行必要的工藝參數(shù)校核。下面就 對該實例進行詳細論述。 4 第一章 緒論 1.1 注塑模具設(shè)計發(fā)展的概況 模具是汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料、日用品等工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝 裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)。沒有模具，就沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。用模具加工的 零件，具有生產(chǎn)率高、質(zhì)量好、節(jié)約材料、成本低等一系列優(yōu)點。因此已經(jīng)成為現(xiàn)代工業(yè) 生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。因此，模具技術(shù)，特別是制造精密、復(fù)雜、大型模具的 技術(shù)，已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標(biāo)志之一。 根據(jù)國際生產(chǎn)協(xié)會報告，在目前階段，工業(yè)品零件粗加工的 75、精加工的 50都是 由模具成型完成的。目前，美國、日本、德國等工業(yè)發(fā)達國家模具工業(yè)的產(chǎn)值均已超過機 床總產(chǎn)值；我國臺灣地區(qū)模具工業(yè)也以每年 35以上的年增長率迅速發(fā)展；我國大陸地區(qū) 模具工業(yè)近幾年更是獲得了飛速的發(fā)展，尤其是塑料模具，在模具設(shè)計和制造水平上都有 了長足的進步 模具在現(xiàn)代生產(chǎn)中，是生產(chǎn)各種工業(yè)產(chǎn)品的重要工藝裝備，它以其特定的 形狀通過一定的方式使原材料成型。塑料模是指用于成型塑料制品的模具，它 是型腔模的一種類型，其地位與重要性正日益被人們所認識。 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，以及通用塑料與工程塑料在強度和精度方面的 不斷提高，塑料制品的應(yīng)用范圍也在不斷地擴大，如：家用電器、儀器儀表、 建筑器材、汽車工業(yè)、日用五金等眾多領(lǐng)域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。 由于在工業(yè)產(chǎn)品中，一個設(shè)計合理的塑件往往能代替多個傳統(tǒng)金屬結(jié)構(gòu)件，加 上利用工程塑料特有的性質(zhì)，可以一次成型非常復(fù)雜的形狀，并且還能設(shè)計成 卡裝結(jié)構(gòu)，成倍地減少整個產(chǎn)品中的各種緊固件，大大地降低了金屬材料消耗 量和加工及裝配工時，因此，近年來工業(yè)產(chǎn)品塑料化的趨勢不斷上升。 注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料 和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。由 于注塑成型加工不僅產(chǎn)量多，而且適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)地生產(chǎn)， 并且具有固定的尺寸，可以實現(xiàn)生產(chǎn)自動化、高速化，因此具有極高的經(jīng)濟效 益。 5 隨著工業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，注 塑 模 具 設(shè) 計 可 以 根 據(jù) 人 們 的 具 體 要 求 進 行 產(chǎn) 品 的 尺 寸 設(shè) 計 ， 設(shè) 計 一 副 能 夠 生 產(chǎn) 所 給 塑 件 、結(jié)構(gòu)合理、能保證制品的 精度、表面質(zhì)量的模 具 產(chǎn) 品 ， 最 大 程 度 的 滿 足 了 用 戶 的 需 求 。 塑料模具工 業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展過程中發(fā)揮著越來越重要的作用。 近年來，我國自主開發(fā)的塑料模 CAD/CAM 系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北 航華正軟件工程研究所開發(fā)的 CAXA 系統(tǒng)、華中理工大學(xué)開發(fā)的注塑模 HSC5.0 系統(tǒng)及 CAE 軟件等，這些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微 機上應(yīng)用且價格低等特點，為進一步普及模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。 1.2 注塑模具設(shè)計國內(nèi)外發(fā)展趨勢 為了適應(yīng)大規(guī)模成批生產(chǎn)塑料成型模具和縮短模具制造周期的需要，模具 的標(biāo)準(zhǔn)化工作十分重要，目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度只達到了 20%。注射模方面 關(guān)于模具零件、模具技術(shù)條件和標(biāo)準(zhǔn)模架等已經(jīng)制定了一些國家標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)。比 如 ， 2005 年中國模具工業(yè)產(chǎn)值達到 610 億元,增長率保持在 25%的高水平,行業(yè)的生 產(chǎn)能力約占世界總量的 10%,僅次于日本、美國而位列世界第三。我國注塑模具 產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)工藝水平,總體上比國際先進水平低許多,而模具生產(chǎn)周期卻 要比國際先進水平長許多。因 此 注 塑 模 具 設(shè) 計 成 了 我 國 當(dāng) 今 社 會 發(fā) 展 必 不 可 缺 少 的 行 業(yè) 。 當(dāng)前的任務(wù)是重點研究開發(fā)熱流道標(biāo)準(zhǔn)元件和模具溫控標(biāo)準(zhǔn)裝置；精密標(biāo) 準(zhǔn)模架，精密導(dǎo)向件系列；標(biāo)準(zhǔn)模板及模具標(biāo)準(zhǔn)件的先進技術(shù)和等向性標(biāo)準(zhǔn)化 模塊等。 1.3 塑料模具的特點 熱塑性塑料注射模的特點是由塑料原材料的特性所決定的，最主要的有兩 點：一是注射時塑料熔體的充模流動特性，二是模腔內(nèi)塑料冷卻固化時的收縮 行為，這兩點決定了注射模的特殊性和設(shè)計難度。由于塑料熔體屬于粘彈體， 熔體流動過程粘度隨剪切應(yīng)力、剪切速率而變化，流動過程中大分子沿流動方 向產(chǎn)生定向；冷卻固化過程中塑料的收縮非常復(fù)雜，模腔內(nèi)各部位、各方向收 6 縮率不同，不同種類、牌號的塑料收縮率有很大差異?；谏鲜鎏攸c，設(shè)計注 塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使設(shè)計的模具合理適用，并 可在設(shè)計中有效利用塑料特性，如點澆口模具用于塑料鉸鏈制品。 塑料注射成型模具主要用于成型熱塑性塑料制件，近年來在熱固性塑料的 成型中也得到了日趨廣泛的應(yīng)用。由于塑料注射成型模具的適用性比較廣，而 且用這種方法成型塑料制件的內(nèi)在和外觀質(zhì)量均較好，生產(chǎn)效率特別高，所以 塑料注射模具已日益引起人們的重視 1.4 注塑模具設(shè)計的要求及程序 1.4.1 基本要求 （1）合理地選擇模具結(jié)構(gòu)； （2）正確地確定模具成型零件的尺寸； （3）設(shè)計的模具應(yīng)當(dāng)制造方便； （4）充分考慮塑件設(shè)計特色，盡量減少后加工； （5）設(shè)計的模具應(yīng)當(dāng)效率高、安全可靠； （6）模具零件應(yīng)耐磨耐用； （7）模具結(jié)構(gòu)要適應(yīng)塑料的成型特性。 1.4.2 基本程序 （1）調(diào)研、消化原始資料； （2）選擇成行設(shè)備； （3）擬訂模具結(jié)構(gòu)方案； （4）方案的討論與論證； （5）繪制模具裝配草圖； （6）繪制模具的裝配圖； （7）繪制零件圖； （8）編寫設(shè)計說明書。 1.5 本文的主要研究工作 本文的主要工作是： 本 論 文 根 據(jù) 以 上 資 料 分 析 ， 主 要 內(nèi) 容 包 括 設(shè) 計 說 明 書 一 份 ， 放 大 鏡 注塑模具設(shè)計 2D 圖紙一套。具體為： 7 （ 1） 放 大 鏡 材 料 的 選 擇 。 （ 2） 模 具 的 結(jié) 構(gòu) 分 析 與 設(shè) 計 包 括 ： 型 腔 數(shù) 目 及 排 布 、 分 型 面 的 選 擇 與 澆 注 系 統(tǒng) 的 設(shè) 計 、 成 型 零 部 件 的 工 作 尺 寸 計 算 、 導(dǎo) 柱 導(dǎo) 向 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 、 推 出 機 構(gòu) 的 設(shè) 計 、 冷 卻 系 統(tǒng) 設(shè) 計 等 。 具體研究的問題有： （1）塑料收縮率的確定； （2）模具型芯尺寸計算； （3）分型面的選擇對外觀的影響； （4）型腔數(shù)目排布； （5）冷卻系統(tǒng)的設(shè)計； （6）推出機構(gòu)的設(shè)計； （7）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計： 第二章 制件結(jié)構(gòu)的設(shè)計工藝性分析外殼材料的選擇 2.1 制件結(jié)構(gòu)的設(shè)計 塑件的 2d 圖，如圖 2-1 所示，制件外表面要求美觀。 8 圖 2-1 放大鏡 2.2 材料的選擇 干燥處理：PMMA 具有吸濕性因此加工前的干燥處理是必須的。建議干燥條件 PMMA 為 90C、24 小時。 熔化溫度：240270C。 模具溫度：3570C 。 注射速度：中等 化學(xué)和物理特性 PMMA 具有優(yōu)良的光學(xué)特性及耐氣侯變化特性。白光的穿透性高達 92%。PMMA 制品具有很低的雙折射，特別適合制作影碟等。PMMA 具有室溫蠕變特性。 隨著負荷加大、時間增長，可導(dǎo)致應(yīng)力開裂現(xiàn)象。PMMA 具有較好的抗沖擊特性。 由于 PMMA 表面硬度不高、易擦毛、抗沖擊性能低、成型流動性能差等缺點， PMMA 的改性相繼出現(xiàn)。如甲基丙烯酸甲酯與苯乙烯、丁二烯的共聚，PMMA 與 PC 的共 混等。 超級透明 PMMA 材料主要用于手機保護屏，該產(chǎn)品分為有硬化涂層，沒有硬化涂 層兩種.其特點是透光率極好，沒有雜質(zhì)，靜電保護膜，表面硬化厚后硬度可達 5-6H 以上. 目前特別推薦用于硬化處理的 PMMA 材料，國內(nèi)稱為生板。 壓克力性能 透明度優(yōu)良，有突出的耐老化性； 它的比重不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力卻高出幾倍；它有良好的絕緣性和機械強 度；對酸、堿、鹽有較強的耐腐蝕性能；且又易加工；可進行粘接、鋸、刨、鉆、刻、磨、 絲網(wǎng)印刷、噴 9 PMMA 砂等手工和機械加工，加熱后可彎曲壓模成各種壓克力制品。 物理性能 聚甲基丙烯酸甲酯 （Polymethylmethacrylate，簡稱 PMMA，英文 Acrylic） ，又稱做壓 克力或有機玻璃，在香港多稱做阿加力膠，具有高透明度，低價格，易于機械加工等優(yōu)點， 是平常經(jīng)常使用的玻璃替代材料。 設(shè)計新穎、工藝先進、色調(diào)高雅、造型美觀。 1.PMMA 的密度比玻璃低：PMMA 的密度大約在 1150-1190 kg/m3，是玻璃(2400-2800 kg/m3)的一半； 2.PMMA 的重量較輕：PMMA 的密度為 1.19g/cm3，同樣大小的材料，其重量只有普 通玻璃的一半，金屬鋁（屬于輕金屬）的 43%。 3.PMMA 的機械強度較高：有機玻璃的相對分子質(zhì)量大約為 200 萬，是長鏈的高分子 化合物， 而且形成分子的鏈很柔軟，因此，有機玻璃的強度比較高，抗拉伸和抗沖擊的能 力比普通玻璃高 718 倍。有一種經(jīng)過加熱和拉伸處理過的有機玻璃，其中的分子 鏈段排 列得非常有次序，使材料的韌性有顯著提高。用釘子釘進這種有機玻璃，即使釘子穿透了， 有機玻璃上也不產(chǎn)生裂紋。這種有機玻璃被子彈擊穿后同樣不會破 成碎片。因此，拉伸處 理的有機玻璃可用作防彈玻璃，也用作軍用飛機上的座艙蓋。 4.PMMA 的熔點較低：PMMA 的熔點約 130140 C (265285 F)比玻璃約 1000 度的高 溫低很多。 5.PMMA 的透光率較高 6.可見光：PMMA 是目前最優(yōu)良的高分子透明材料，透光率達到 92%，比玻璃的透光 度高1 。 7.紫外光：石英能完全透過紫外線，但價格高昂，普通玻璃只能透過 0.6%的紫外線， 但 PMMA 卻能透過 73%。PMMA 不能濾除紫外線(UV)。紫外光會穿透 PMMA，部份制 造商2在 PMMA 表面進行鍍膜，以增加其濾除紫外光的效果和 性質(zhì)。另一方面，在照射 紫外光的狀況下，與聚碳酸酯相比，PMMA 具有更佳的穩(wěn)定性 8.紅外線：PMMA 允許小于 2800nm 波長的紅外線通過。更長波長的 IR，小于 25,000nm 時，基本上可被阻擋。存在特殊的有色 PMMA，可以讓特定波長 IR 透過，同時 阻擋可見光，(應(yīng)用于遠程控制或熱感應(yīng)等 )。 10 化學(xué)性能 聚甲基丙烯酸甲酯為無色液體，具有香味，沸點 101，密度為 0.940 克/厘米 3(25)。 工業(yè)上是先用丙酮氰醇法或異丁烯催化氧化法制出甲基丙烯酸，然后酯化而得。它容 易聚合,需要在 5以下存放,或加入 0.01%左右的對苯二酚阻聚劑來保存。使用前將其蒸餾， 把阻聚劑分出。 聚甲基丙烯酸甲酯能溶于自身單體、氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮等有機溶劑。由于 它能溶于自身單體中，它的本體聚合物非常透明（見本體聚合） 。 它的鑄板聚合物的數(shù)均分子量一般為 2.2104，相對密度為 1.191.20，折射率為 1.4821.521，吸濕度在 0.5%以下，玻璃化溫度為 105。 它的抗拉強度為 67 千克力/毫米 2,耐壓強度為 1214 千克力/ 毫米 2,耐沖擊性比聚苯 乙烯好；透光性很好，并能透過 90%以上的紫外線（普通玻璃幾乎不透過紫外線） ；耐光 老化性優(yōu)異，在戶外放置數(shù)年而不著色；它還有不易破碎的特點。 壓克力板與有機玻璃 有機玻璃 源自英文 Organic Glass。近年來在某些地區(qū)將所有的透明 有機玻璃 塑料制成的板材統(tǒng)稱為有機玻璃，其實這是錯誤的，壓克力是專指純聚甲基丙烯酸甲酯 （PMMA）材料，而把 PMMA 板材稱作有機玻璃。 壓克力板之特性與優(yōu)點 采用新型聚脂材料,經(jīng)熱曲成型或平面鑲邊,金屬托底內(nèi)置光源,極具視覺沖擊力。 耐侯性:面板涂覆高濃度紫外線吸收劑 ,金屬底座噴涂進口汽車漆 11 壓克力具有高透明度 ,可保長久耐侯,永不褪色,使用年限長達 58 年。 耐久性：產(chǎn)品對內(nèi)置光源具有良好的保護，延長光源產(chǎn)品使用壽命。 合理性:合理性設(shè)計,防雨防潮 ;開啟式結(jié)構(gòu),便于維修。 耐沖擊性:是玻璃產(chǎn)品的 200 倍,幾乎沒有斷裂的危險。 透光性:高達 93%,透光極佳、光線柔和、璀璨奪目。 耐燃性:不自燃并具自熄性。 美觀性:工藝精美,全字體呈鏡面效果 ,底座無褶皺,無接縫,所有鉚固件不外露。 節(jié)能性:透光性能好，相應(yīng)減少光源產(chǎn)品 ,省電電,降低使用成本。 2.3 結(jié)構(gòu)工藝性分析 （1）塑件的尺寸精度分析 此零件尺寸精度按照 MT5 計算。 （2）塑件的表面質(zhì)量分析 該塑件表面要求較高。 （3）塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 1.壁厚分析 壁厚比較均勻 2.脫模角度分析 該注塑零件壁厚比較均勻，其脫模斜度查參考文獻中的有塑件內(nèi)表面 351，塑件外表 面 40120。 （4）塑件的生產(chǎn)批量 塑件的生產(chǎn)類型對注射模具結(jié)構(gòu)、注射模具材料使用均有重要的影響。在大批量生產(chǎn)中， 由于注射模具價格在整個生產(chǎn)費用中所占的比例較小，提高生產(chǎn)率注射模具壽命問題比較 突出，所以可以考慮使用自動化程度較高、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度壽命高的模具。如果是小批量 生產(chǎn)，則應(yīng)盡量采用結(jié)構(gòu)簡單、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。該塑件產(chǎn) 量達 10 萬件，生產(chǎn)類型屬于大批量生產(chǎn)，可以考慮采用一模多腔、快速脫模以及成型周期 不宜太長的模具，同時模具造價適當(dāng)控制。 12 2.4 小結(jié) 這一章主要講解了放大鏡工藝性分析，材料的選擇。通過對放大鏡的工藝 性分析知道了塑件的結(jié)構(gòu)對模具精度的要求。另外塑料材料有多種比如； PMMAV、PMMA、PMMA 等其中 PMMA 的性能最好 第三章 注射機的型號選擇和校核 3.1 注塑機成型參數(shù)計算 （5）初選注射機 i) 計算塑件體積和重量 通過估算可獲得產(chǎn)品質(zhì)量約為 12g。 ii) 根據(jù)塑件本身的幾何尺寸形狀及生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)目 由于該塑件尺寸有一般精度要求，不宜采用太多型腔數(shù)目，所以考慮采用一模 4 腔，型腔 平衡布置在型腔板兩側(cè)，以方便澆口排列和模具的平衡。如圖 13 iii) 確定注射成型的工藝參數(shù) 根據(jù)該塑件的結(jié)構(gòu)特點和 PMMA 的成型性能，查有關(guān)資料初步確定塑件的注射成型工藝參 數(shù)，見表 2-3。 工藝參數(shù) 內(nèi) 容 工藝參數(shù) 內(nèi) 容 溫度 8090 注射時間 2090預(yù)熱和干燥 時間 2 h 保壓時間 05 后段 150170 冷卻時間 20120 中段 165180 成型時間/s 總周期 50220料筒溫度/ 前段 180200 螺桿轉(zhuǎn)速 /(r/min) 30 r/min 噴嘴溫度/ 170180 方法 紅外線燈烘 箱 模具溫度/ 5080 溫度 / 70 注射壓力 /MPa 6001000 后處理 時間 /h 24 14 表 2-3 iv) 確定模具溫度及冷卻方式 PMMA 為非結(jié)晶型塑料，流動性中等，壁厚一般，因此在保證順利脫模的前提下應(yīng)盡可能 降低模溫，以縮短冷卻時間，從而提高生產(chǎn)率。所以模具應(yīng)考慮采用適當(dāng)?shù)难h(huán)水冷卻， 成型模具溫度控制在 60-80 . v) 確定成型設(shè)備 由于塑件采用注射成型加工，使用一模 4 腔，因此可計算出一次注射成型過程所用塑料量 為： W=6+ =612+6=78g.廢 料 根據(jù)以上一次注射量的分析以及考慮到塑料品種、塑件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批量及注射工藝參數(shù)、 注射模具尺寸大小等因素，參考塑料模具設(shè)計與制造 P69 表 2-8，初選 XS-ZY-125 型柱塞 式注射機。記錄下 XS-ZY-125 型螺桿式注射機的主要參數(shù)，見表 2-4. 序號 主要技術(shù)參數(shù)項目 參數(shù)數(shù)值 1 額定注射量/cm 3 125 2 注射壓力/MPa 120 3 鎖模力 /KN 900 4 動、定模模板最大安裝尺寸/(mmmm) 428458 5 最大模具厚度/mm 300 6 最小模具厚度/mm 200 7 最大開合模行程/mm 300 8 噴嘴前端球面半徑/mm 12 9 噴嘴孔直徑/mm 4 10 定位圈直徑/mm 100 表 2-4 3.2 小結(jié) 這一章主要完成了以下任務(wù)，塑件體積的估算、注塑機選擇、注塑機的校 核。通過估算體積可以算出塑件的重量，通過估算重量來選擇注塑機的型號。 第四章 模具結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計 4.1 總體結(jié)構(gòu) 由于制品結(jié)構(gòu)外觀要求較嚴， ，用四根導(dǎo)柱導(dǎo)套組成導(dǎo)向部件來確保動模 與定模合模時能正確對中。成型部件由凹模和模板整體式，凸模與下模板鑲 嵌式，由于鑲件比較長，避免在成型中損壞，所以在另外一端，也要進行定 位，增加它的剛度和強度，合模后便組成了模具的行腔，凸模固定板用螺釘 從背部固定，以便于拆裝更換，提高整個模具的壽命?？傮w結(jié)構(gòu)如圖-所 15 示。 圖 4-1 模具結(jié)構(gòu)圖 4.2 行腔數(shù)目及排布 （1） 項 可選方案 方案分析 結(jié)論 16 行 型 腔 布 局 1.一模一腔，生產(chǎn)效 率低，不利于大批量 生產(chǎn) 。模具材料利用率低， 造成材料浪費 行 型 腔 布 局 1.一模 4 腔，生 產(chǎn)效率高 2.模具結(jié)構(gòu)緊湊 3.零件分布對稱， 利于形成流動平 衡的澆注系統(tǒng) 17 模具型腔在模板上的排列方式通常有圓形排列、h 行排列、直線排列、及 復(fù)合式排列等。 型腔的排列要基于塑件的形狀和大小來確定，型腔的布置和澆口的開設(shè)要 力求對稱，而且是用一模 4 腔的設(shè)計，這樣可以防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料 現(xiàn)象，型腔排列宜緊湊，減輕模具重量，基于以上條件在這里選擇 h 行排列如 4.3 分型面的選擇及澆注系統(tǒng)的設(shè)計 4.3.1 分型面的設(shè)計 模具上用以取出塑件和凝料的可分離的接觸面稱為分型面。分型的設(shè)計將 影響到塑件的質(zhì)量，模具的整體結(jié)構(gòu)。 （1）分型面的形式 ：注射模有一個分型面，也有多個分型面，分型面的 形狀應(yīng)盡可能簡單，以便于模具的制造和塑件的脫模。分型面的位置主要有如 圖 4-3 所示，分型面的形狀如圖 4-4 所示。 圖 4-3 分型面的位置 圖 4-4 分型面的形狀 （2）分型面的選擇原則 18 分型面應(yīng)選擇在塑件的最大輪廓處，這樣能使塑件順利脫模。 一般模具的脫模機構(gòu)設(shè)置在動模一側(cè)，模具開模后塑件在應(yīng)該停留在動 模一側(cè)，以便塑件脫出。如圖 4-5 所示： 分型面的選擇要保證塑件的精度要求塑件光滑的一面不應(yīng)該設(shè)計成分型 面，以避免影響外觀。 分型面的選擇還應(yīng)該考慮到模具的側(cè)向抽拔距，由于模具側(cè)向分型是由 機械式分型機構(gòu)來完成的，所以抽拔距都比較小，選擇分型面應(yīng)將抽芯或分型 距離長的方向置于開合模的方向?qū)⑿〕榘尉嘧鳛閭?cè)向分型或抽芯。 分型面作為主要的排氣渠道，應(yīng)將分型面設(shè)計在熔融料的流動末端，以 利與模具型腔內(nèi)氣體的排出。 4.3.2 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 從某種角度而言，注塑模也是一種置換裝置。即塑料熔體注入模腔同時， 必須置換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出的揮發(fā)性氣體。排氣系統(tǒng)是注塑模具設(shè) 計的重要組成部分。 由于塑件的體積較大，且屬于薄壁件，型腔不深，分型面較長，頂桿和小 型芯有較多，故不需另外增設(shè)排氣槽，利用分型面、頂桿以及小型芯等的配合 間隙排氣即可，其間隙約為 0.03mm，試模后若排氣不順則可另外增設(shè)排氣槽。 4.3.3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 主流道與注射機的高溫噴嘴反復(fù)接觸碰撞，故應(yīng)設(shè)計成獨立可拆卸更換的澆口套，采用優(yōu) 質(zhì)鋼材制作，并經(jīng)熱處理提高硬度，定位圈與澆口套分開設(shè)計，如圖 3-3 所示。 （1）主澆道的設(shè)計 查資料得到 XS-ZY-125 型柱塞式注射機與噴嘴有關(guān)尺寸：噴嘴前端球面半徑 SR =12mm，噴嘴孔直徑 d =4mm，定位圈直徑為 100 毫米。為保證模具主流道與噴嘴0 0 的緊密接觸，避免溢料，主流道與噴嘴的關(guān)系為：SR=SR +(1-2),d= d +0.5。因此，取主00 流道球面半徑 SR=14mm(取標(biāo)準(zhǔn)值 )，主流道的小端直徑 d=4.5mm。 為了便于將凝料從主流道中拔出，應(yīng)將主流道設(shè)計成圓錐形，其斜度 24，取 2， 計算其大端直徑約為 10mm;為避免模內(nèi)的高壓塑料產(chǎn)生過大的反壓力，配合段直徑 D 不 宜過大，取 D=25mm;同時為了使熔料順利進入分流道，在主流道出料端設(shè)計 R2 的圓弧過 19 渡；為補償在注射機噴嘴沖擊力作用下澆口套的變形，將澆口套的長度設(shè)計得比模板厚度 短 0.02mm;澆口套外圓盤軸肩轉(zhuǎn)角半徑 R 宜大一些，取 R=3mm,以免淬火開裂和應(yīng)力集。 定位圈是安裝在模具時做定位用的，一般定位圈高出定模座板表面 5-10mm.取 10mm。 圖 4-7 主澆道 （2）冷卻井的設(shè)計 冷卻井的位置在正對主澆道的動模版上，一般處于分澆道的末端，它的作 用將物料前端的冷料收集起來，進入行腔而影響塑件的質(zhì)量。冷卻井的直徑比 主澆道的的大端直徑大一點。本論文中采用球頭形拉料，保持流道的拉料在球 頭上包著，在拉料板的作用下，可使分型 ST1=150mm 成功。如圖 4-8 所示。 20 圖 4-8 冷卻井 （3）分澆道的設(shè)計 分澆注是主澆道與澆口之間的通道，在一模多腔里是不可缺少的。 分澆口的截面形狀常用的有圓形、正方形、梯形、U 形、半圓形和正角行等， 如圖 4-9 所示； 圖 4-9 澆口形狀 澆道的表面積越大壓力損失越小，澆道的表面積小熱量的損失越小，因此 澆道的截面不宜過大也不宜過小。澆道的合理與否用效率來衡量，效率（截面 積與周長的比值）越高澆道的設(shè)計 越合理。圓形與正方形的效率較高但是正方 形不易寧料的推出。一般分型面是平面時，采用圓形的或者梯形的。 分澆道的截面尺寸 分澆道的尺寸可用下面公式計算： (4-1)412.0lmD D-分澆道的直徑 m1-塑件的質(zhì)量 L1-分澆道長度 所以 ，取 D=6mm，下表面為 6mm、直徑68.53902.12.04lD 為 6mm 的圓形流道為佳。 21 圖 4-9-1 圓形分澆道 澆口的設(shè)計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細通道。他是澆注系統(tǒng)的 關(guān)鍵部位。澆口的形狀、位置和尺寸對制品的質(zhì)量影響很大。通常澆口分到 澆口和小澆口兩類。其中澆口屬于前者由于此塑件不高的表面的要求，因此 采用側(cè)進膠，設(shè)置在制件的側(cè)邊。 根據(jù)塑件的外觀要求及型腔分布情況，選用如圖 3-5 所示的扇形澆口。從塑件的底側(cè)中部 進料，去除凝料時不會在塑件的外壁留下澆口痕跡，不影響塑件的外觀。 L =2.03.0mm, 取了 Ls=2.5mm； L=(0.40.6)+b/2, 取 L=2mm； 澆口深度 t=0.52.0mm,1 取 t=1.0mm;澆口寬度 b= mm，取 b=3mm 30 )6.4(A 4.4 成型零部件的工作尺寸計算 成型零件具備以下性能： （1）具有足夠的強度和剛度； （2）具有足夠的強度和耐磨性能； （3）具有良好的拋光性能和耐腐濁性能； 22 （4）零件的加工性能好,可淬性好,熱處理變形小； （5）成型零件要有足夠的位置精度和尺寸精度。 4.4.1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 （1）凹模的設(shè)計 凹模也成為型腔是成型塑件表面的形狀的模具零件,可分 為以下幾種:整體式體嵌式嵌式臂組合式塊式。這里由于塑件形狀簡 單故采用整體式。 （2）型芯的設(shè)計 型芯是成型塑件內(nèi)表面的模具零件,可分為以下幾種: 體式體嵌入式合式在這里也采用嵌式。 4.4.2 成型零件的工作尺寸計算 成行零件的工作尺寸是指成行零件上直接采用來成型塑件部位的的尺寸。 （1）影響尺寸和精度的因素 行收縮率 塑件的尺寸變化范圍是 。ssll)(minax 具成行零件的制造誤差應(yīng)在 IT7-IT8 之間.模具的成行零件最大磨損應(yīng)取 塑件公差的 1/6 以下。 （2）零件鋼材的選用 選用鋼種時，應(yīng)按塑件制品生產(chǎn)批量、塑料品種及塑件精度與表面質(zhì)量要 求來確定。 （3）工件工作尺寸計算 該塑件的成型零件尺寸均按平均值法計算，查有關(guān)尺寸手冊得 PMMA 的收縮率為 0.3%- 0.8%，故平均收縮率 S =0.003，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差取 =/3,成cp z 型零件尺寸計算見表 （6）模架的選擇 類 別 模具零件名稱 塑件尺寸 計 算 公 式 工作尺寸 型腔 計算 凸模 85 L = （1+S ）L -0.75 + zmcps 85 16.0 類 別 模具零件名稱 塑件尺寸 計 算 公 式 工作尺寸 型芯 計算 凹模 50 L = （1+S ）L -0.75 + zmcps 50 16.0 23 模架的選取應(yīng)綜合考慮型腔的大小與布置、澆口形式、凸凹模結(jié)構(gòu)形式、 推出機構(gòu)形式、合模導(dǎo)向機構(gòu)等方面，盡量選用標(biāo)準(zhǔn)模架。在本次設(shè)計中，模 具設(shè)計成一模 4 腔，用測式澆口。綜合以上分析，查相關(guān)手冊 GBT12556， 初步確定選用型號為 30-45 系列的標(biāo)準(zhǔn)模架： 4.4.3 模具型腔側(cè)壁厚度和底版厚度計算 型腔內(nèi)壁承受熔融塑料的巨大壓力,這就要求型腔有一定的強度和剛度. 因采用整體式型腔,又因塑件質(zhì)量體積都比較小所以只按強度計算. 因 a/lkpA 式中 F注射機鎖模力，查塑料模設(shè)計手冊附錄表得 XS-ZY-125 型螺桿 式注射機的鎖模力為 900KN； k壓力損耗系數(shù)，一般取 1.11.2； p型腔內(nèi)熔體的壓力，本塑件 p=30MPa； A塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，本模具 A=0.3210- 2m2。 28 故代入公式得：kpA=1.23010 60.3210-2=115.2KNH1+H2+(510) 式中 S注射機的最大開模行程，查塑件模設(shè)計手冊附錄得 XS-ZY-125 型螺桿式注射機的最大開模行程 S=300； H1塑件脫模所需的推出距離，該塑件的脫模推出距離為 40； H2塑件高度，該塑件的高度為 7。 計算得：H1+ H2+(510)=52S=300 以上分析證明，XS-ZY-125 型螺桿，故可以采用。 4.9 小結(jié) 這一章主要完成了模具結(jié)構(gòu)圖的草繪、行腔排部、分型面的確定、澆注系 統(tǒng)的設(shè)計、排氣系統(tǒng)的設(shè)計、等主要工作。這一章節(jié)是整個論文的核心，主要 部件的設(shè)計都在這一章節(jié)里完成。 29 結(jié)論 我國的塑料工業(yè)正在飛速發(fā)展，塑料制品的應(yīng)用已經(jīng)深入到國民經(jīng)濟的各 個部門，塑料制品與模具設(shè)計是塑料工程中的重要組成部分，是塑料工業(yè)中不 可缺少的環(huán)節(jié)。 這次設(shè)計中我主要完成了以下設(shè)計任務(wù)： （1）完成了產(chǎn)品圖的設(shè)計； （2）認真完成了產(chǎn)品的工藝性分析； （3）完成了模具的結(jié)構(gòu)排位； （4）模具的實體建模和結(jié)構(gòu)分析。 注塑模設(shè)計也讓我對自己有了一個更加清醒的認識,在大有收獲的同時,也 看到了自己的不足之處,綜合運用知識的能力、獨立分析解決問題的能力以及實 踐經(jīng)驗等都需要在今后的工作中進一步加強。 在這次設(shè)計中,本人也發(fā)現(xiàn)還有很多需要進一步討論或改進的地方。 （1）在產(chǎn)品設(shè)計方面,是否能在滿足使用功能和外型美觀的前提下,將內(nèi)部 結(jié)構(gòu)設(shè)計地更加簡單； （2）在模架方面，選用一個更大的可能會更好，里面的各類零件排布用不 著這么擁擠，更易加工、裝配。 總之,在這次設(shè)計中我得到了極大的收獲,也發(fā)現(xiàn)了自己還存在的不足。 30 參考文獻 1 趙波等. PROE CAD 實用教程.北京：清華大學(xué)出版社，2002 2 Unigraphics Solutions Inc 著.PROE 實踐應(yīng)用初步培訓(xùn)教程.北京：清華大學(xué) 出版社，2002 3 陸勁昆等 .Unigraphics 注塑模具設(shè)計.北京：北京大學(xué)出版社， 2002 4 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，1996 5 馮炳堯等 .模具設(shè)計與制造簡明手冊.上海：上海科學(xué)技術(shù)出版社，1998 6 奚永生.精密注塑模具設(shè)計. 北京：中國輕工業(yè)出版社，1997 7 塑料模設(shè)計手冊 編寫組編著.塑料模設(shè)計手冊.北京：機械工業(yè)出版社， 1994 8吳崇峰.實用注塑模 CAD/CAE/CAM 技術(shù). 中國輕工業(yè)出版社，2000 9蔣繼宏等 .注塑模具典型結(jié)構(gòu) 100 例. 中國輕工業(yè)出版社，2000 10黃毅宏等 .模具制造工藝. 機械工業(yè)出版社，1999 11唐應(yīng)謙.數(shù)控加工工藝學(xué). 北京：中國勞動社會保障出版社，2000 12彭建聲.模具技術(shù)問答. 北京：機械工業(yè)出版社，2001 13 陸勁昆等.Unigraphics V18.0 高級教程.北京：北京大學(xué)出版社，2002 14 Mathworks. Data Accquisition Toolbox Users Guide, 2003 15 N.Tractinsky, A.S.Kattz, D.Ikar. What Is Beautiful Is Useable. Interacting with Computers 13, 2000, 16 楊關(guān)全. 模具設(shè)計與制造基礎(chǔ).北京：北京師范大學(xué)出版社，2005