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姓 名 X 開題時間 X 學 院 X 專業(yè)班級 X 指導教師（導師組） X 論文題目 中文 XXXXXXXXXXXXXX 英文 1. 選題的背景和意義 1、目的：我喜歡模具業(yè)，由于塑料制品與我們的生活息息相關，他憑借自身的造型獨特、使用方便、價格實惠等優(yōu)點，深受廣大老百姓的喜愛。間接地說塑料制品的市場前景相當樂觀，我所選題目與市場需求相吻合，我可以通過此次設計，總結歸納一下我這幾年所學的知識，把知識結合于實際，積累一定的模具設計經(jīng)驗，這對以后我從事此類工作有一定幫組。從我國模具工業(yè)的地位來說，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè)，是衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，通過此次選題的設計，在提高自身能力的同時，也更想為模具工業(yè)的發(fā)展貢獻出自己的一份力量。 2、理論意義：此次選題要看許多相關理論書籍，可以提升自身在制作模具方面的理論知識，可以為接下來的工作做好理論依據(jù)，明確理論方向。 3、現(xiàn)實意義：當然，模具設計起來會相對復雜，但這可以很好提高自身的動手能力，是一次理論到實際的親身經(jīng)歷，也可以發(fā)現(xiàn)理論中所要注意的細節(jié)，所缺少的細節(jié)，是一次非常寶貴的實踐經(jīng)驗。 選題的研究現(xiàn)狀（理論淵源及演化、國外相關研究綜述、國內相關研究綜述）： 1、理論淵源及演化：近年，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。我所選杯蓋，他借助圓、球體、長方體，還有圓柱體的完美結合，以獨特的外形、圓滑的外表給予我視覺上的享受，不僅有他相應的使用價值，更具有一定的藝術觀賞性。我可以通過此次模具的設計，了解我國模具設計技術的一個水平以及發(fā)展趨勢。 l 國外相關綜述：西方國家從二戰(zhàn)結束以來，制造業(yè)得到了很快的發(fā)展，到迄今為止，西方發(fā)達國家模具設計、制造技術已經(jīng)趨于成熟，大多向復雜、精度高以及標準化方向發(fā)展，模具設計及制造都有一套成熟的體系，多數(shù)都是一體的自動化生產(chǎn)。 美國就是國外制造業(yè)的代表，近年來，中國制造業(yè)在全球制造業(yè)的比重達到19.8％，略微超過 美國的19.4％，美國不甘落后，奧巴馬高調宣布要重回制造業(yè)時代。美國制造業(yè)多以生產(chǎn)高精度、較復雜的產(chǎn)品，大多以電子產(chǎn)品、高端軟件、汽車發(fā)動機和零部件為主，而塑料制件生產(chǎn)較少，而大多生產(chǎn)來源于中國，所以中國塑料制件有很好的市場前景。 3、國內相關綜述：我國塑料模具工業(yè)雖然起步晚、底子薄，與工業(yè)發(fā)達的國家相比有很大的差距，但改革開放以來，在國家產(chǎn)業(yè)政策的支持和引導下，我國塑料膜具技術和模具工業(yè)近年來發(fā)展迅速。主要表現(xiàn)在： （1）在模具技術的基本理論、模具設計、模具制造、模具材料以及模具加工設等方面取得了實用性成果。 （2）模具基本能實現(xiàn)標準化。 （3）模具加工設備由過去依賴進口到逐步實現(xiàn)自行設計生產(chǎn)。 （4）研究開發(fā)了幾十種新型合金硬質材料，并采用了熱處理新工藝。 （5）模具的品質、制造精度已達較高水平。 2. 研究目標、內容（論文提綱）及擬解決關鍵問題 目標：獨立完成該套模具的設計，以及編寫設計計算說明書。 基本內容：完成整套注塑模具的設計。 重點與難點：定模側抽芯機構、點澆口澆注系統(tǒng)，推出機構，冷卻系統(tǒng)設計。 研究的可行性：圖紙正確，說明書完整。 1、研究的主要重點： 注塑模具工序與工藝的分析設計，型芯型腔、分型面、澆鑄系統(tǒng)、導向機構、脫模機構、溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計，以及各零部件及裝配圖的繪制。 2、難點是： （1）、所選零件造型復雜尺寸測量有點難。 (2)、所選零件的三維圖及注塑模具裝配圖有點難畫。 （3）、模具的型芯型腔設計、計算難。 （4）、在只知所選零件的情況下，要設計出導向機構與脫模機構，所需知識面廣、查閱的書籍要多，在尋找材料文獻方面有一定難度。 3. 研究方法及技術路線 本課題主要是塑料成型的工藝設計及制造，也就是注塑模的工藝設計方案分析及確定工藝計算，模具結構設計計算等內容。其主要的內容如下： （1）對所選產(chǎn)品進行分析，記錄下相應工藝及尺寸，畫出三維圖及三視圖。 （2）查閱有關書籍，經(jīng)分析計算，確定模具類型的主要結構，如型腔的布置，分型面、澆注系統(tǒng)、導向機構、脫模機構和溫度調節(jié)系統(tǒng)設計。 (3)繪制模具部分零件圖。 （4)繪制模具總裝配圖。 （5）撰寫論文。 生產(chǎn)主要是為了提高生產(chǎn)效率，因此在設計是要力求結構簡單，但是一定要保證其精度要求。 ① 建立塑料制品的三維模型; ② 根據(jù)所設計產(chǎn)品進行拔模分析與分型面設計; ③ 建立工程、加載產(chǎn)品、創(chuàng)建調用模架;④ 設計導向系統(tǒng)、澆注系統(tǒng)、頂出機構、流道與冷卻等輔助部分。 4.研究工作基礎 5.主要參考文獻及出處（10篇以上） [1] 趙華. 模具設計與制作[M]. 北京: 清華大學出版社, 2009-04 [2] 黃平、朱文堅. 機械設計教程-理論、方法與標準[M]. 北京: 清華大學出版社, 2010-12 [3] 郭鐵良. 模具制造工藝學[M]. 北京:高等教育出版社, 2008-11 [4] 趙昌盛. 實用模具材料應用手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社, 2005-06 [5] 王煥庭、李茂華、徐善國. 機械工程材料[M]. 大連,大連理工大學出版社， 2000-05 [6] 屈華昌. 塑料成型工藝及模具設計[M]. 北京,高度教育出版社，2007-08 [7] 吳兆祥、高楓. 模具材料及表面處理[M].北京,機械工業(yè)出版社， 2002-04 [8] 黃毅宏、李明輝. 模具制造工藝[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2003-07 [9] 張克惠.塑料材料學[M].西安:西北工業(yè)大學出版社,2000-05 [10] 宋濤、顧軍等.熱處理技術[M].北京:化學工業(yè)出版社,2003-01 [11]劉靖巖.模具設計與制造.北京：中國輕工業(yè) [12] 王樹勛.注塑模具設計與制造實用技術[M].廣州:華南理工大學出版社,1996-06 [13] 高為國.模具材料[M].機械工業(yè)出版社,2005-01 [14] 蔣繼宏、王效岳 注塑模具典型結構100例[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，2000-06 [15] 王鵬駒、張杰 塑料模具設計師手冊 北京：機械工業(yè)出版社，2008-10 [16] ABCUG論壇 www.abcug.com [17] 燕秀模具論壇 www.yxcax.com [18]免費CAD教程網(wǎng) www.mfcad.com 6.實施計劃 2012.11.10——2012.12.05 查找資料、復習有關課程，寫出開題報告 2012.12.06——2013.01.05 查閱中外文獻資料完成文獻綜述 2013.01.16——2013.02.01 完成外文資料的翻譯 2013.02.02 ——2013.02.20 分析產(chǎn)品特性、結構，構思模具各個部件設計，最后擬定總體方案，建模 2013.02.21——2013.03.10模具分析、修改、完善設計方案 2013.03.11 ——2013.04.05 繪制裝配圖，各零件圖 2013.04.06——2013.04.30 編寫設計說明書 2013.05.01 ——2013.05.10 檢查校核各項設計和圖紙，準備答辨 這里自己改 指導教師（導師組）意見： 簽 名： 年 月 日 審查小組意見： 審查小組負責人（簽 名）： 年 月 日 備注： 1、 要有10篇以上相關文章的閱讀量。 2、 理、工科開題報告撰寫要求在2500字左右，人文社科開題報告在3500字左右，包括論文選題的背景和意義、工作任務分析、調研報告、方案擬定與分析、畢業(yè)論文撰寫提綱及實施計劃、文獻綜述（理、工科可不提交文獻綜述）等。 3、 電腦打印，用A4紙，內容為小四號宋體，行距為固定值20磅。 4、 文獻綜述（按文獻綜述格式打?。└皆陂_題報告后面一起裝訂。 文獻綜述內容： (正文) 備注：1、文獻綜述內容包括：國內外研究理論、研究方法、進展情況、存在問題、參考依據(jù)等。 2、文獻綜述必須切題，并寫出兩萬字以上的筆記或三千字以上的文獻綜述。 3、電腦打印，用A4紙。內容為小四號宋體，行距為固定值20磅。 目 錄 目 錄 ...............................................................................................................2 ABSTRACT...........................................................................................................5 1 前言 ...............................................................................................................6 1.1 課題背景 ...........................................................................................................................................6 1.2 課題分析 ...........................................................................................................................................8 2 塑件分析 ........................................................................................................9 2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件 ...................................................................................................................9 2.2 塑件材料的確定 .............................................................................................................................10 2.3 塑件材料的性能分析 .....................................................................................................................11 2.3.1 基本特性 ..................................................................................................................................11 2.3.2 成型性能 ..................................................................................................................................12 2.3.3 主要用途 ..................................................................................................................................13 3 成型布局及注塑機選擇 ................................................................................14 3.1 進膠方式選擇 .................................................................................................................................14 3.2 型腔的布局及成型尺寸 .................................................................................................................14 3.3 估算塑件體積質量 .........................................................................................................................16 3.4 注塑機的選擇和校核 .....................................................................................................................16 3.4.1 注射膠量的計算 ......................................................................................................................16 3.4.2 鎖模力的計算 ..........................................................................................................................16 3.4.3 注塑機選擇確定 .....................................................................................................................17 表 HTF80XB 注塑機參數(shù) ...........................................................................................................18 4 注塑模具設計 ..............................................................................................19 4.1 模架的選用 .....................................................................................................................................19 4.1.1 模架基本類型 ..........................................................................................................................19 2 4.1.2 模架的選擇 ..............................................................................................................................19 4.1.3 導向與定位機構設計 ..............................................................................................................20 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 .............................................................................................................................21 4.2.1 主流道設計 ..............................................................................................................................21 4.2.2 分流道的設計 ..........................................................................................................................22 4.2.3 澆口的設計 ..............................................................................................................................22 4.2.4 冷料穴的設計 ..........................................................................................................................23 4.3 分型面的設計 .................................................................................................................................23 4.4 成型零部件的設計 .........................................................................................................................24 4.4.1 成型零部件結構 ......................................................................................................................25 4.4.2 成型零部件工作尺寸的計算 ..................................................................................................27 4.4.3 凹模寬度尺寸的計算 .............................................................................................................27 4.4.4 凹模長度尺寸的計算 .............................................................................................................28 4.4.5 凹模高度尺寸的計算 .............................................................................................................28 4.4.6 凸模寬度尺寸的計算 .............................................................................................................28 4.4.7 凸模長度的計算 .....................................................................................................................28 4.7.8 凸模高度尺寸的計算 .............................................................................................................28 4.4.9 模具強度與剛度校核 ..............................................................................................................29 4.6 脫模及推出機構 .............................................................................................................................29 4.6.1 脫模力 ......................................................................................................................................29 4.6.2 推出機構 ..................................................................................................................................30 4.7 冷卻系統(tǒng)的設計與計算 .................................................................................................................32 4.7.1 冷卻水道設計的要點 ..............................................................................................................33 4.7.2 冷卻水道在定模和動模中的位置 ..........................................................................................33 4.7.3 冷卻水道的計算 ......................................................................................................................34 4.8 排氣結構設計 .................................................................................................................................35 4.9 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 .................................................................................36 5 結語 .............................................................................................................37 致謝 ................................................................................................................38 附圖(2D/3D)裝配圖 .........................................................................................39 參考文獻 .........................................................................................................41 3 摘 要 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等 技術要求，考量塑件制件尺寸。本模具采用一模二腔，側澆口進料，注射機采 用 80XB 型號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具 合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計 算等分析塑件，從而作出合理的模具設計。 關鍵詞：機械設計；模具設計；CAD 繪制二維圖；UG 繪制 3D 圖。 4 ABStract To understand the use of plastic parts in accordance with the requirements of the plastic products, analysis of the technical requirements of the plastic parts of the process, dimensional accuracy, select the workpiece size of the plastic parts. The mold using a two sub gate feed injection machine adopts HTF160XB models, and set a cooling system, CAD and UG drawing two-dimensional assembly diagram and parts diagram, reasonable mold processing methods. Attach a manual, use brief text, a concise diagram and calculated analysis of plastic parts, in order to make a reasonable mold design. Keywords: mechanical design; mold design; CAD drawing two- dimensional map; UG draw 3D maps, injection machine selection. 5 1 前言 1.1 課題背景 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎工藝裝備。在汽車、電機、儀表、 電器、電子、通信、家電和輕工業(yè)等行業(yè)中，60%80%的零件都依靠模具成形， 并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展，對模具的要求越來越高，結構也越來越 復雜。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜性、高一致性、高生產(chǎn)效 率和低耗率，是其它加工制造方法所不能比擬的。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和 通用塑料與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，塑料制品的應用范圍也 在不斷地擴大，越來越普遍地采用塑料成型。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。作為 注塑成型加工的主要工具之一注塑模具，在質量、精度、制造周期以及注塑成 型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn) 品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反映能力和速度。 注射模的種類很多，其結構與塑料品種、塑件的復雜程度和注射機的種類 等很多因素有關，其基本結構都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安 裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過 程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導柱導 向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導向機構、澆注系統(tǒng)、側向分型與 抽芯機構、推出機構、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成。 由于模具的使用特點，決定了模具設計也區(qū)別與其他行業(yè)。模具設計要考 慮的要點如下: a塑件的物理力學性能，如強度、剛度、韌性、彈性、吸水性以及對應 力的敏感性，不同塑料品種其性能各有所長，在設計塑件時應充分發(fā)揮其性能 上的優(yōu)點，避免或補償其缺點。 b塑料的成型工藝性，如流動性、成型收縮率的各向差異等。塑件形狀 6 應有利于成型時充模、排氣、補縮，同時能使熱塑性塑料制品達到高效、均勻 冷卻或使熱固性塑料制品均勻地固化。 c塑件結構能使模具總體結構盡可能簡化，特別是避免側向分型抽芯機 構和簡化脫模結構。使模具零件符合制造工藝的要求。 對于特殊用途的制品，還要考慮其光學性能、熱學性能、電性能、耐腐蝕 性能等。 目前，我國的模具制造技術已從過去只能制造簡單模具發(fā)展到可以制造大 型、精密、復雜、長壽命的模具。在塑料模具方面，能設計制造汽車保險杠及 整體儀表盤大型注射模。一些塑料模主要生產(chǎn)企業(yè)利用計算機輔助分析(CAE) 技術對塑料注塑過程進行流動分析、冷卻分析、應力分析等，合理選擇澆口位 置、尺寸、注塑工藝參數(shù)及冷卻系統(tǒng)的布置等，使模具設計方案進一步優(yōu)化， 也縮短了模具設計和制造周期采用模具先進加工技術及設備，使模具制造能力 大為提高。采用 CAE 技術，可以完全代替試模，CAE 技術提供了從制品設計到 生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程 進行模擬分析，準確預測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應力分 布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設計者能盡早 發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設計，而不是等到試模以后再返修模具。這不 僅是對傳統(tǒng)模具設計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提 高制品質量和降低成本等，都有著重大的技術經(jīng)濟意義。某些國外電加工機床 具有內容豐富、實用可靠的工藝數(shù)據(jù)和專家系統(tǒng)，使模具的深槽窄縫加工、微 細加工、鏡面加工等效率和質量大大提高。新的模糊控制系統(tǒng)具有加工反力的 監(jiān)測和控制，提高了大面積加工的深度控制精度。電火花混粉加工技術的應用 有效地提高了模具表面質量。模具逆向工程技術、快速經(jīng)濟模具制造技術、三 維掃描測量技術及數(shù)控模具雕刻機的發(fā)展與應用，對模具制造能力的提高也起 到了很大作用。我國經(jīng)濟仍處于高速發(fā)展階段，國際上經(jīng)濟全球化發(fā)展趨勢日 趨明顯，這為我國模具工業(yè)高速發(fā)展提供了良好的條件和機遇。一方面，國內 模具市場將繼續(xù)高速發(fā)展；另一方面，模具制造也逐漸向我國轉移以及跨國集 團到我國進行模具采購趨向也十分明顯。 7 隨著計算機技術的發(fā)展應用，模具設計與制造技術正朝著數(shù)字化方向發(fā)展。 特別是模具成型零件方面的軟件等，這些技術采用計算機輔助設計，進而將數(shù) 據(jù)交換到加工制造設備，實現(xiàn)計算機輔助制造，或將設計與制造連成一體實現(xiàn) 設計制造一體化。 1.2 課題分析 本課題內容是對一次性餐勺進行測繪。基于生產(chǎn)實踐之上的對產(chǎn)品進行模 具設計，模具設計主要內容有型腔布局、澆口形式與位置、模胚選擇、分型面 的確定、冷卻系統(tǒng)設置、推出機構設置、注塑機臺選擇及注塑工藝分析等。 根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等 技術要求，本模具采用一模二腔布局，側入式澆口進料，注射機采用 80XB 型 號，設置冷卻系統(tǒng)，CAD 和 UG 繪制二維總裝圖和零件圖，系統(tǒng)地運用簡要的文 字，簡明的示意圖和和計算分析，從而作出合理的模具設計。選擇合理的加工 方法。模具方案確定后進行工藝分析。根據(jù)此方案可以達到設計的預期效果， 并且大大提高了注塑模的質量。 8 2 塑件分析 2.1 產(chǎn)品分析及其技術條件 在模具設計之前需要對塑件的工藝性如形狀結構、尺寸大小、精度等級和 表面質量要進行仔細研究和分析，只有這樣才能恰當確定塑件制品所需的模具 結構和模具精度。 課題目標產(chǎn)品是一個生活中常見的一次性餐勺，其零件外形如圖所示。具 體結構和尺寸詳見圖紙，該塑件結構簡單，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本， 成型容易，精度要求不高。 9 產(chǎn)品 2D/3D 視圖 塑件的尺寸精度直接影響模具結構的設計和模具的制造精度。為降低模具 的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精 度設計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公差 等級確定精度等級。根據(jù)任務書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用 MT5 級精度， 未注采用 MT8 級精度。 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能 避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制 品的表面粗糙度一般為 Ra 0.021.25 之間，模腔表壁的表面粗糙度應為塑m 件的 1/2，即 Ra 0.01 0.63 。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗 糙度不斷增加，所以應隨時給以拋光復原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內部要高，為 Ra0.8 ，內部為 Ra1.2m 。m 2.2 塑件材料的確定 10 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有 流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既 得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活， 它具有密度小，質量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學穩(wěn)定性高， 減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、 防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能。 此產(chǎn)品壁厚均勻，HDPE 性能優(yōu)良，成本低廉，符合需求生產(chǎn)量大的要求， 容易成型，對于本課題零件相當適用，所以在這選擇其為產(chǎn)品的材料。 2.3 塑件材料的性能分析 2.3.1 基本特性 高密度聚乙烯（High Density Polyethylene，簡稱為“HDPE”）， 是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。原態(tài) HDPE 的外表呈乳白色，在微薄 截面呈一定程度的半透明狀。PE 具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)用化學品的特 性。 HDPE 是一種結晶度高、非極性的熱塑性樹脂。高密度聚乙烯為無毒、無味、 無臭的白色顆粒，熔點約為130，相對密度為0.9410.960。它具有良好的耐 熱性和耐寒性，化學穩(wěn)定性好，還具有較高的剛性和韌性，機械強度好。介電 性能，耐環(huán)境應力開裂性亦較好。熔化溫度120160。對于分子較大的材料， 建議熔化溫度范圍在200250之間。高密度聚乙烯是種白色粉末顆粒狀產(chǎn)品， 無毒、無味，密度在0.9400.976 g/cm3范圍內；結晶度為80%90%，軟化點 為125135，使用溫度可達100；硬度、拉伸強度和蠕變性優(yōu)于低密度聚 乙烯；耐磨性、電絕緣性、韌性及耐寒性均較好，但與低密度絕緣性比較略差 些；化學穩(wěn)定性好，在室溫條件下，不溶于任何有機溶劑，耐酸、堿和各種鹽 類的腐蝕；薄膜對水蒸氣和空氣的滲透性小、吸水性低；耐老化性能差，耐環(huán) 境開裂性不如低密度聚乙烯，特別是熱氧化作用會使其性能下降，所以，樹脂 需加入抗氧劑和紫外線吸收劑等來提高改善這方面的不足。高密度聚乙烯薄膜 11 在受力情況下的熱變形溫度較低，這一點應用時要注意。 2.3.2 成型性能 【英文全稱】High Density Polyethylene HDPE 材料 【英文縮寫】HDPE 【中文全稱】高密度聚乙烯 【常用俗稱】低壓乙烯 【組成單體】乙烯 【基本特性】高密度聚乙烯是一種不透明白色臘狀材料，比重比水輕，比 重為0.9410.960，柔軟而且有韌性，但比 LDPE 略硬，也略能伸長，無毒，無 味。 【燃燒特性】易燃，離火后能繼續(xù)燃燒，火焰上端呈黃色，下端呈藍色， 燃燒時會熔融，有液體滴落，無黑煙冒出，同時，發(fā)出石蠟燃燒時發(fā)出的氣味。 【主要優(yōu)點】耐酸堿，耐有機溶劑，電絕緣性優(yōu)良，低溫時，仍能保持一 定的韌性。表面硬度，拉伸強度，剛性等機械強度都高于 LDPE，接近于 HDPE，比 HDPE 韌，但表面光潔度不如 HDPE。 【主要缺點】機械性能差，透氣差，易變形，易老化，易發(fā)脆，脆性低于 HDPE，易應力開裂，表面硬度低，易刮傷。難印刷，印刷時，需進行表面放電 處理，不能電鍍，表面無光澤。 【應用場合】用于擠出包裝薄膜，繩索，編織袋，漁網(wǎng)，水管；注塑低檔 12 日用品及外殼，非承載荷構件，膠箱，周轉箱；擠出吹塑容器，中空制品，瓶 子。 【注塑工藝】HDPE 有數(shù)不清的應用，范圍從可重復使用的薄壁飲料杯到 5gsl 罐，消費國內生產(chǎn)的 HDPE 的1/5。注塑品級一般熔體指數(shù)510，有具 有韌性較低流動性品級和具有可加工性的較高流動性品級。用途包括日用品和 食品薄壁包裝物；有韌性、耐用的食品和涂料罐；高抗環(huán)境應力開裂應用，如 小型發(fā)動機燃料箱和90gal 垃圾罐。 一般的 HDPE 熔點為142，分解溫度為300；注塑溫度的可調區(qū)間較大。 注塑時，一般使用溫度為180--230；因是烯烴類塑料，它不吸水，生產(chǎn)時， 不需烘干，但為了產(chǎn)品質量，可用60溫度烘干1hr，以排出浮水；聚乙烯的 熔體粘度大，流長比小，薄壁制品可能缺膠，因此，澆口和流道相對較大；制 品易帶靜電，表面易吸埃。收縮率為16；溢邊值為0.05mm。 2.3.3 主要用途 HDPE 在機械工業(yè)上用來制造殼體蓋、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接 件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用 HDPE 制造汽車擋泥板、 扶手、熱空氣調節(jié)導管等，還可用 HDPE 夾層板制小轎車車身。HDPE 還可用來 制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容 器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。 13 3 成型布局及注塑機選擇 3.1 進膠方式選擇 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通 道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設 計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、 澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設計恰當與否直接關系到制品能否完好 的成型。常向的澆口形式有直接澆口，側澆口，點式澆口，扇形澆口，圓盤式 澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質量有直接影響。在確定澆口位置時，應考慮以下幾 點： 1. 熔體在型腔內流動時，其動能損失最小。要做到這一點必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時到達其最遠端； 3)應先從壁厚較厚的部位進料； 4)考慮各股分流的轉向越小越好。 2. 有效地排出型腔內的氣體 由于本設計中塑件外表面質量要求較高，所以選用側澆口。側澆口在產(chǎn)品 端面處，成形后切除澆口, 零件組裝時澆口被遮擋起來。 3.2 型腔的布局及成型尺寸 因為本設計中采用側澆口，且塑件的尺寸較大，為提高塑件成功概率，并 從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模二腔，進行加 工生產(chǎn)。 14 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關,型腔的排布應使每個型腔都通過 澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個 型腔,使各型腔的塑件內在質量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離 盡可能短，同時采用平衡流道。 成型型腔尺寸依據(jù)塑件布局計算確定，需考量成形封閉結合面大小，太大 造成模具尺寸過大，成本浪費，太小易導致成型時溢料飛邊，甚至型腔變形。 因模具是一模二腔，考量排布可得型腔長為 240mm，寬為 140mm。塑件的高度 為 15mm，塑件的大部分部膠位都留在型腔部分，型芯、型腔的厚度是塑件所伸 入高度加 20-40mm，因此得出成型型腔總體厚度為 40mm。型腔布局如圖。 型腔布局 15 3.3 估算塑件體積質量 本次設計中，塑件的質量和體積采用 3D 測量，在 UG 軟件中，使用塑模部 件驗證功能，可以測得塑件的體積為 12.831 ，HDPE 的密度為 0.9 ，3cm3/cmg 即可以得出該塑件制品的質量約為 11.55g。 3.4 注塑機的選擇和校核 3.4.1 注射膠量的計算 模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質量在注射機 額定注射量的 80%以內。校核公式為： mn%8021 式中： --型腔數(shù)量n --單個塑件的重量（g）1m --澆注系統(tǒng)所需塑料的重量（g）2 本設計中：n=2 11.55g =3.5g 12m m（2x11.55+3.5）/0.8 即 m33.25g 因而預選注塑機額定注塑量最少為 33.25g 以上 3.4.2 鎖模力的計算 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產(chǎn)生的開模力，不然模具分型面要 分開而產(chǎn)生溢料。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。 成型投影面積 =2An21 式中 n --型腔數(shù)目 --單個塑件在模具分型面上的投影面積1A --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積2 16 n=2 =4261 =170 1A2mA2 本設計中 =2x4261+170=86922n 鎖模力和成型面積的關系根據(jù)依照以下計算公式確定： 10P腔鎖 式中 鎖模力，kN；P鎖 型腔壓力，MPa ；腔 A 成型投影面積，mm 2； 一般熔料經(jīng)噴嘴時其注射壓力達 6080MPa，經(jīng)澆注系統(tǒng)入型腔時型腔壓 力通常為 20-40MPa，這里取 30MPa。 計算： A/1000=308692/1000=260.76 kN (取整 260 P腔 kN) 得出預選注塑機額定注塑壓力為 260 kN 以上。 3.4.3 注塑機選擇確定 綜合考慮以上因素，選定注射機為 80XB。其相關性能符合成型方案要求， 以下相關參數(shù)： 型號 參數(shù) 單位 80A 80B 80C 螺桿直徑 mm 34 36 40 理論注射容量 cm3 111 124 153 注射重量 PS g 101 113 139 注射壓力 Mpa 206 183 149 注射行程 mm 122 螺桿轉速 r/min 0220 料筒加熱功率 KW 5.7 鎖模力 KN 800 拉桿內間距(水平垂直) mm 365365 允許最大模具厚度 mm 360 17 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距(最大) mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動機功率 KW 11 油箱容積 l 200 機器尺寸(長寬高) m 4.31.251.8 機器重量 t 3.22 最小模具尺寸(長寬) mm 240240 表 HTF80XB 注塑機參數(shù) 18 4 注塑模具設計 4.1 模架的選用 4.1.1 模架基本類型 注射模具的分類方式很多，此處是介紹的按注射模具的整體結構分類所分 的典型結構如下： 單分型面注射模、雙分型面注射模、帶有活動成型零件的 模、側向分型抽芯注射模、定模帶有推出機構的注射模、自動卸螺紋的注射模、 熱流道注射模。 4.1.2 模架的選擇 根據(jù)對塑件的綜合分析，確定該模具是單分型面的模具，由 GB/T12556.1- 12556.2-1990塑料注射模中小型模架可選擇 CI 型的模架，其基本結構如 圖所示： 模架結構圖 CI 型模具定模采用兩塊模板，動模采用一塊模板，又叫兩板模，大水口模 19 架，適合側澆口的注射成形模具。 由分型面的選擇而選擇模具的導柱導套的安裝方式，經(jīng)過考慮分析，導柱 導套選擇選正裝。根據(jù)所選擇的模架的基本型可以選出對應的模板的厚度以及 模具的外輪廓尺寸，以此分析計算： 模架的長 L=型腔長度（190）+復位桿的直徑+螺釘?shù)闹睆?模板壁厚 300mm 模架的寬 W=型腔寬度（150）+導向桿的直徑+模板壁厚 250mm 根據(jù)成型型腔的尺寸，在計算完模架的長寬以后，還需要考慮其他螺絲導 柱等零件對模架尺寸的影響，在設計中避免干涉。參考成型型腔厚度，考慮模 板強度要求，定模板厚度取 80mm，動模板厚度取 80mm?？紤]頂出行程要求， 支撐板取 80mm 以滿足。 綜上所述所選擇的模架的型號為：CI-2530-A80-B80-C80。 4.1.3 導向與定位機構設計 導向機構的作用：保證模具在進行開合模時，保證公母模之間一定的方向 和位置。導向零件承受一定的側向力，起了導向和定位的作用,導向機構零件 包括導柱和導套等。 1. 導向結構的總體設計 （1） 導向零件應合理的均勻分布在模具的周圍或靠近邊緣的部位，其中 心至模具邊緣應有足夠的距離，以保證模具的強度，防止壓入導柱 和導套后發(fā)生變形。 （2） 根據(jù)模具的形狀和大小，一副模具一般需要 2-4 個導柱。如果，模 具的凸模與凹模合模有方位要求時，則用兩個直徑不同的導柱，或 用兩個直徑相同，但錯開位置的導柱。 （3） 由于塑件通常留于公模，所以為了便于脫模導柱通常安裝在母模。 （4） 導柱和導套在分型面處應有承屑槽 （5） 導柱導套及導向孔的軸線應保證平行 （6） 合模時，應保證導向零件首先接觸，避免公模先進入模腔，損壞成 20 型零件。 2. 導柱的設計 （1） 有單節(jié)與臺階式之分 （2） 導柱的長度必須高出公模端面 68mm （3） 導柱頭部應有圓錐或球形的引導部分 （4） 固定方式有鉚接固定和螺釘固定 （5） 其表面應熱處理，以保證耐磨。 3. 導套和導向孔 （1） 無導套的導向孔，直接開在模板上，模板較厚時，導向孔必須做成 盲孔，側壁增加排氣孔。 （2） 導套有套筒式臺階式凸臺式 （3） 為了導柱順利進入導套孔，在導套前端應倒有圓角 r。 一般情況下,導柱與導套共同使用,用于保證動模與定模兩大部分內零件的 準確對合和塑料部品的形狀,尺寸精度,并避免模內零件互相碰撞與干涉,起到 合模導向的作用. 4.2 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進料通道，澆注系 統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設計中采用普通側 澆口澆注系統(tǒng)。正確設計澆注系統(tǒng)對獲得優(yōu)質的塑料制品極為重要。 澆注系統(tǒng)組成： 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個部分。 1主澆道 2第一分澆道 3第二分澆道 4第三分澆道 5澆口 6型腔 7冷料穴 4.2.1 主流道設計 所選用 80XB 型注射劑噴嘴有關尺寸如下： 21 噴嘴前段孔徑 d0=3mm 噴嘴圓弧半徑 R0=12mm 為了使凝料能夠順利拔出，主流道的小段直徑 d 應稍大于噴嘴直徑。 d=d0+（0.51）=3.5mm 主流道設計成圓錐形，其錐角通常為 24，過大的錐角會才產(chǎn)生湍流或 渦流，卷入空氣，過小的錐角使凝料脫模困難，還會使沖模時熔體的流動阻力 過大，此處的錐角選用 1，主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大 12mm。這里 取主流道球面半徑 R16mm，經(jīng)測量主流道長度 L 取 95mm。 4.2.2 分流道的設計 分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道應 能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。其作用是改變熔體流向，使其 以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔，分流道的長度應該盡可能短，折彎少， 盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失，節(jié)約塑料的原材料和降低能耗。 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內部的熔體流動狀態(tài)比較 理想，因此分流道表面粗糙度值不要太低，一般取 Ra 為 1.6 m，本設計選擇 矩形截面的分流道，d=5mm，采用流道布局如圖所示： 流道布局 22 4.2.3 澆口的設計 側澆口普遍用于中小型塑件的多型腔模具，一般開設在分型面上，一般塑 料熔體從外側充填模具型腔，其截面形狀多為矩形。側澆口的寬度和深度尺寸 作如下取值： 寬度 b=3 m 深度 t=0.8 mm 4.2.4 冷料穴的設計 主流道的末端需要設置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)固化的冷料。因為最先流 入的塑料因接觸溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流 入型腔會影響制品的質量，為防止這一問題必須在沒塑料流動方向在主流道末 端設置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。 冷料穴一般開設在主流道對面的動模板上，其標稱直徑與主流道直徑相同 或略大一些，這里取為 6mm，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的 倒扣形式有多種，這里采用 Z 倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推 桿配用，開模時倒錐形的冷料穴通過內部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最 后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動模。如圖： 拉料針 4.3 分型面的設計 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開 23 時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面 稱為分型面，它是決定模具結構的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種 選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條 件。 選擇分型面時，應從以下幾個方面考慮： 1）分型面應選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點，采用平面分型面，并 選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動模一側，如圖所示。 分型面的選擇 4.4 成型零部件的設計 24 模具閉合時用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構成模具型腔的零部 件稱成型零部件。一般包括型腔、型芯、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑 料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度， 因此成型零部件的設計是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對它們的 沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設計其 結構形式，準確計算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強度、剛度和良好的 表面質量。 4.4.1 成型零部件結構 成型零部件結構設計主要應在保證塑件質量要求的前提下，從便于加工、 裝配、使用、維修等角度加以考慮。 型腔是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結構與制品的形狀、尺寸、 使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關，常用的結構形式有整體式、嵌 入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設計中采用嵌入式型腔及型芯，如圖所示。其特點是結構簡單，牢固可 靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于 減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個模具的外形結構尺寸。不過模具 加工起來比較困難，要用到數(shù)控加工或電火花加工。 25 型腔 3D 圖 型芯 3D 圖 26 4.4.2 成型零部件工作尺寸的計算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關尺寸，主 要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯 之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具設計時要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確定成型零部件的工作尺寸及 精度等級。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的 制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素 也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計算型芯型腔的尺寸有一 定的誤差（因為模具制造公差和模具成型零部件在使用中的最大磨損量大多憑 經(jīng)驗決定），這里就只考慮塑料的收縮率計算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會引起 尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定 HDPE 材料的平均收縮率為 0.5%，剛計算模具成型零部件工作尺寸的公式為： A=B+0.005B 式中 A 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B 塑件在常溫下實際尺寸 4.4.3 凹模寬度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換：L S1=54.860.05=55.13-0.70MM,相應的塑件制造公差 ， LM1=(1S CP) +LS1+ X1P 100.22=(10.005) +54.86+ 0.60.1z2z 1z2z 700.22=55.1300.22mm 式中， 是塑件的平均收縮率，HDPE 的收縮率為 1%2%,所以平均收縮率cpS ； 、 是系數(shù)， 一般在 0.50.8 之間，此05.264.cp 1x2x 處取 ； 分別是塑件上相應尺寸的公差（下同）； 是.01x21、 21、 z 27 塑件上相應尺寸制造公差對于中小型零件取 （下同）。61z 4.4.4 凹模長度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換：L S1=134.20.05=136.351.20MM，相應的塑件制造公差 3=1.2MM LM1=(1+SCP) +LS1+ X3P 100.2=(1+0.005) +134.2+ 0.51.2 00.1z2z 1z2z 2=136.3500.2MM 式中， 是系數(shù)，一般在 0.50.8 之間，此處取 。21x、 6.,5.021x 4.4.5 凹模高度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換：H S1=270.05=27.43-0.040MM，相應的塑件制造公差 0.1mm HM1=(1+SCP) +HS1+ X1P 1=(1+0.005) +27+ 0.70.4 00.067=27.4300.067MM1z2z 1z2z 式中， 是系數(shù)，一般在 0.50.7 之間，此處取 。x、 5.,7.21x 4.4.6 凸模寬度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換：L S=23.60.05=23.9800.7MM，相應的塑件制造公差 0.7mm LM=(1+SCP) +LS+ XP= (1+0.005) +23.6+ 0.60.7 0.1170 1z2z 1z2z =23.981170 MM 式中， 是系數(shù)，一般在 0.50.7 之間，此處取 。x 6.0 x 4.4.7 凸模長度的計算 塑件尺寸的轉換 LS=132.40.05=134.3201.02MM：，相應的塑件制造公差 1.02mm LM=(1+SCP) +LS+ XP= (1+0.005) +132.4+ 0.651.02 -0.170 1z2z 1z2z =134.32-0.170 MM 式中， 是系數(shù)，知一般在 0.50.7 之間，此處取 。x 65.0 x 4.7.8 凸模高度尺寸的計算 塑件尺寸的轉換 HS=250.02=25.40O.4MM，相應的塑件制造公差 o.4mm 28 HM=(1+SCP) +H S+ XP= (1+0.005) +25+ 0.60.4 -0.170 1z2z 1z2z =25.4.0670 MM 式中， 是系數(shù)，可知一般在 0.50.7 之間，此處取 。x 6.0 x 4.4.9 模具強度與剛度校核 普通意義上的模具強度包括模具的強度、剛度。模具的各種成型零部件和 結構零部件均有強度、剛度的要求，足夠的強度才可以保證模具能正常工作。 由于模具形式較多，計算也不盡相同且較復雜，實際生產(chǎn)中，采用經(jīng)驗設 計和強度校核相結合的方法，通過強度校核來調整設計，保證模具能正常工作。 模具強