手機電池蓋注塑模具設計,手機電池,注塑,模具設計 5軸數(shù)銑中心下注塑模具自動拋光過程 材料加工技術雜志 Xavier Pessoles, Christophe Tournier* LURPA, ENS Cachan, 61 av du pdt Wilson, 94230 Cachan, France christophe.tournier@lurpa.ens-cachan.fr, Tel : 33 147 402 996, Fax : 33 147 402 211 【摘要】 注塑模具的制造過程包括拋光作業(yè)時關鍵的表面粗糙度或鏡面效果必須出示透明部分。這拋光進行手動操作主要是通過技術工人進行分步完成。在本文中，我們提出一個5軸銑削自動拋光技術中心，以加工生產(chǎn)使用相同的手段和拋光方式來降低成本。我們開發(fā)的特殊算法來計算5軸刀具位置上自由形式的溶洞，為了模仿工人的技能。這是基于兩填充曲線和擺線曲線。拋光力是基于一個力傳感器的校正設置來保證被動刀具本身的位移與力量。刀具的精密運動有助于避免在5軸數(shù)控中心下對刀具的運動誤差的影響。在表面的條款效力的方法粗糙度的質(zhì)量和執(zhí)行簡單的是通過5軸數(shù)控加工過程實驗證明的。 【關鍵詞】 自動拋光，5軸銑削中心，鏡面效果，表面粗糙度，希爾伯特曲線，擺線曲線幾何參數(shù) CE (XE, YE, ZE)刀具起始點 (u, v) 參數(shù)空間坐標的擺線參數(shù)曲線 s 橫坐標曲線 C(s) 導數(shù)參數(shù)方程 P(s) 軌跡參數(shù)方程 n (s) 法向量 p 步軌跡 Dtr 軌跡直徑 A 軌跡線的幅度 Step 循環(huán)加強軌跡 技術參數(shù) D 刀具半徑 Deff 拋光刀具有效直徑 E 磨帶振幅 e 刀具偏差值 θ 刀軸傾斜角 u (i, j, k) 刀具坐標系 f 導線切矢量 Cc 擺切線 加工參數(shù) N 主軸轉(zhuǎn)速 Vc 切速度 Vf 進給速度 fz 進給量 ap 切削厚度 at 加工點 T 運轉(zhuǎn)時間 表面粗糙度參數(shù) Ra 表面算術平均差(2D) Sa 表面高度平均差(3D) Sq 表面均方根差 Ssk 偏態(tài)分布幅值 Sku 偏態(tài)分布峰值 1簡介 在高速加工（HSM）的發(fā)展極大地改變了注塑模具和模具制造商。特別是高速加工已使人們有可能以減少更換電火花加工模具制造周期 在許多情況下。盡管在這些演變，HSM是不能使消除拋光從操作的過程。在本文中，我們處理的表面與實現(xiàn)高質(zhì)量的表面處理及鏡面效果的行為。這就意味著，部分必須絕對光滑，無條紋反射。這樣的質(zhì)量，例如在必要的塑料注射，以獲得完全光滑或模具腔的COM -pletely透明的塑料零件。從經(jīng)濟角度來看，是一個漫長和拋光煩人的過程，需要很多經(jīng)驗。因為這個過程是昂貴的價格上和模具停機，自動拋光已經(jīng)研制成功。我們的目標是使用相同的生產(chǎn)加工手段，拋光，從而降低成本。該文件的目的，因此，建議在5軸的自動拋光方法機床。文學提供各種自動拋光實驗。通常，拋光進行一人形機器人，[1]。擬人機器人是用于兩個主要的原因。 第一，他們的軸數(shù)，使他們有一個容易進入的任何地區(qū) 復雜的表格。 第二，它可以附加的工具種類繁多，尤其是主軸配有拋光力控制機制。自動拋光研究也已進行了3個或5軸數(shù)控銑床特別設計的工具 管理拋光力[2]以及對并聯(lián)機器人[3]。事實上，拋光力是一個過程的關鍵參數(shù)。磨損率折痕拋光時的壓力增大[4]。但正如上文[3]聯(lián)系壓力取決于拋光力，也對部分的幾何變化。一個適當?shù)膾伖饬Υ龠M了尖頭和條紋去除左側(cè)部分 粉碎過程中或上拋光作業(yè)。不過，要接觸應力盡可能避免過度拋光和尊重的偏差公差不變。因此，許多作者都選擇了發(fā)展使磨料系統(tǒng)動態(tài)管理，常駐代表團將拋光力量。 [5]永田等。使用下面的力量阻抗模型控制，調(diào)整局部與接觸力的打磨工具。 [6]，櫚等基地。已經(jīng)開發(fā)出一種被動的工具，使用一個氣缸提供履約和 表面之間的接觸壓力恒定的部分。被動機制亦使用[7]。接觸力，給出了一個彈簧的壓縮力。為了進行自動拋光，重要的是要使用適合的工具軌跡。根據(jù)文獻[8]，拋光路徑應多向，而不是默notonic，以均勻的覆蓋面和模具生產(chǎn)較少起伏錯誤。此外，多向拋光路徑是接近了什么是手動。如果我們觀察手動拋光機，我們可以看到，他們回去表面地區(qū)雅高丁各種形態(tài)，如擺線拋光路徑（或擺線編織路徑[8]（圖1）。因此，它可能是有利可圖的遵循這樣一個過程，以便獲得所需的零件質(zhì)量。比如，有的論文使用類似分形軌跡的皮亞諾分型曲線，它是一個空間填充曲線的例子沿并行機[10]。 這種文獻的簡要回顧表明，沒有采用5大難題軸與被動機自動拋光工具。本文旨在展示自動拋光的可行性用5軸機床，并提出一些拋光戰(zhàn)略。在第一部分中，我們揭露自動拋光可以使用5軸高速加工中心。特別是，我們目前的被動和靈活的工具的特點使用。一個具體的注意支付給施加位移之間的相關性由此產(chǎn)生的工具和拋光力量。一旦可行性5軸自動波利，成證明，各種專用拋光我們發(fā)展戰(zhàn)略的詳細在第2。這些戰(zhàn)略從過去的經(jīng)驗已作為大部分從刀具軌跡的分形機器人化拋光或擺線編織未來路徑代表手工拋光。在第3，我們的方法的有效性進行測試 利用各種測試部分表面。所有的零件都是精拋光，然后在同一親duction是指：1 5軸銑削中心米克朗UCP710。在文學，成效拋光評估，并利用算術粗糙度Ra [2]。不過，因為它是一個2D參數(shù)，這個標準是不是真的適合，以正確反映三維表面拋光質(zhì)量。因此，我們建議通過三維資格的拋光表面光潔度參數(shù)。這一點在上一節(jié)討論和比較的表面粗糙度自動獲得使用與該拋光獲得使用手冊拋光，這一點在文獻中很難處理。三維表面粗糙度測量是否進行了使用非接觸式測量系統(tǒng)。 2實驗過程 2.1工具的特點 正如以前所說，我們的目的是發(fā)展和盈利的一個非常簡單的系統(tǒng)。因此，使用的工具是較手工拋光所用的相同。在波利-成計劃分為兩個步驟，預拋光和拋光加工。預拋光與磨料光碟進行安裝在一個適當?shù)闹С帧Ｄチ狭６仁怯蓺W洲的磨料磨具標準（FEPA）生產(chǎn)者聯(lián)合會。這種支持是一種變形的一部分，在一個鋼軸固定一橡膠材料制成允許安裝在主軸。因此，我們處理一個被動的工具。因此，我們做沒有一個力反饋控制，但一個位置1。我們研究了關系光盤之間的支持和拋光偏轉(zhuǎn)力應用到的部分。為了建立這種關系，我們使用了石英力傳感器安裝在一奇石樂9011A特別設計的部分持有人。該傳感器連接到充電器本身功過一個數(shù)據(jù)采集裝置鏈接到計算機以節(jié)約數(shù)據(jù)采集時間。該實驗系統(tǒng)，如圖2所示。此外，所用的傳感器一個動態(tài)的傳感器。因此，必須改變這種努力隨著時間的推移，否則將有1漂移的措施。為此，該運動在實施一段時間的工具是一個三角形信號。 了確保在拋光的微芯片，并保證疏散 在非零磨損部分之間的聯(lián)系速度和工具，刀具軸U是 相對傾斜的正常載體表面的拋光n和對料的方向。傾斜角定義如下圖（圖3）所示： u = cos θ · n + sinθ · f (1) 拋光試驗已進行了3個不同的傾斜角度考慮（5，10，15） 軸之間的工具和正常向量方向，在飼料表面。該擾度之間的刀具和拋光力的相關性如圖4所示 綠色曲線（5度）被中斷，因為unstick研磨盤時工具撓度過大。在這種配置，傾斜角度太低，身體磁盤的支持，這是更嚴格，進來的工件，其接觸惡化，unsticks磁盤。有10或15度傾角，這種現(xiàn)象對于出現(xiàn)變形的工具價值較高，外圖。然而，低傾斜角配置允許更快的工具運動以來的5軸機床的旋轉(zhuǎn)軸工具提示是少[11]。此外，它已表明，擺線刀具路徑需要一個動態(tài)的機床進給速度要尊重程序[12]。然后在5軸配置，拋光時間，將與低傾斜角度更大。在此外，刀具的靈活性，將有助于減少或避免的5軸運動誤差[13]。事實上，由工具和部分interfences可能發(fā)生，因為巨大的刀具軸接連兩個刀具位置的方向演變。因此，該光盤支持 偏轉(zhuǎn)可避免的模具表面的變化。如果一個人認為，普雷斯頓[14]法律，在拋光的材料去除速率H是成比例的接觸，磷平均壓力，以及刀具的速度相對于工件。 五： h = KPPV 在金伯利進程是一個包括所有其他參數(shù)不變（部分材料，磨料， lubrification等）。因此，為了達到足夠的接觸壓力，我們必須增加 刀具偏轉(zhuǎn)，因此我們提出了剪應力和磁盤unsticks。從 運動學行為的觀點來看，低旋轉(zhuǎn)軸的運動，以減少導致 拋光時間。因此，我們必須使用一個相當?shù)偷膬A斜角度（5-10度）和一個相當高的工具偏轉(zhuǎn)，以確保材料去除的精度。 2.2 5軸拋光刀具路徑規(guī)劃 要生成拋光刀具路徑，刀具的路徑在5個經(jīng)典的描述 - 軸一平頭立銑刀銑削使用。這導致界定的工具軌跡下肢點行政長官，以及刀具的軸ü（i和j，k）的沿刀具路徑方向。隨著問候拋光戰(zhàn)略，我們使用擺線刀具路徑，以模仿 運動傳遞到主軸的工人。為了避免標志或特定的模式上的部分，我們選擇生成的分形曲線擺線刀具路徑，以彌補表面一multidirectionnal方式。我們使用更多的特別希爾伯特曲線，是的皮亞諾的曲線的特例。這些曲線是用于加工，因為他們 在覆蓋整個表面上，他們已生成[15]的優(yōu)勢。我們將制定低于希爾伯特曲線是用來描述一個指導曲線為擺線曲線那么我們會研究擺線曲線本身。 2.2.1希爾伯特曲線的定義 分形軌跡的使用提出了兩個重大的意義。 第一個是工具路徑不遵守它保證了統(tǒng)一的拋光具體指示。 第二一個是聯(lián)系在一起的刀具路徑規(guī)劃。事實上，刀具路徑的計算 參數(shù)空間u時，表面的五，即限制在[0，1] 2間隔。希爾伯特曲線被稱為填充曲線，涵蓋了在參數(shù)空間的充分單位正方形[16]，因此，希爾伯特的曲線填補三維表面進行拋光。希爾伯特曲線可以用遞歸算法定義。 n階曲線定義如下： 一二三階希爾伯特曲線如下圖（圖5）所示 為了保持沿著希爾伯特曲線相切的連續(xù)性，是指導擺線刀具路徑的曲線，我們決定對魚片的角落拋光分形。否則，在每分形曲線，拋光方向的改變刀具路徑將是不連續(xù)的。造成希爾伯特曲線描繪在圖6?；谠诖吮硎?，該曲線很容易操作。例如，一個項目可以 這直接在三維空間的參數(shù)表示，或者利用它的指導曲線建設（圖7）可以在未來的一段時間擺線曲線。 2.2.2數(shù)學定義的擺線曲線 的基礎上，在[17]，我們定義提出擺線曲線描述一擺線 曲線如下。設C(S)是二維參數(shù)曲線，其中s是曲線的長度（圖8）。 C(s) = (s, f(s)) 是擺線曲線和N（s）的正常載體引導曲線 該曲線C（s）在考慮點。P是擺曲線的一步，我們表示Dtr為它的直徑。該擺線曲線的參數(shù)方程是： 現(xiàn)在的問題是連接擺線曲線參數(shù)的拋光參數(shù)。 在阿的擺線曲線振幅等于其直徑的兩倍阿= 2 ·數(shù)據(jù)傳輸速度。 從刀具軌跡生成的角度來看，我們更感興趣的信封的工具振幅比擺線曲線的振幅。一個建模的困難刀具的運動包絡面是工具本身，研磨拋光工具安裝在靈活的支持。刀具拋光幅度取決于接觸表面之間的工具和零件。這個聯(lián)絡是受傾斜角度，刀具直徑D和E的位移施加工具能夠拋光表面。事實上，當?shù)毒呓佑|面積是一個磁盤，這可以看到如圖9。接觸面積是一個光盤的一部分。 這就產(chǎn)生的參數(shù)Dtr定義調(diào)整，以建立擺線曲線。 2.2.3刀具路徑生成 無論所考慮的表面性質(zhì)，拋光刀具路徑生成包括三個步驟：在參數(shù)空間，計算刀具軌跡的計算在3D的空間和刀軸方向產(chǎn)生的刀具路徑計算。刀具路徑生成依賴于如上所述擺線曲線。該軌跡定義discretly。唯一的困難是計算法向量。 我們現(xiàn)在描述為計算工具的軸ü（圖方向的方法 3）。在第一種方法只用在平面傾斜角（定義f;n），F(xiàn)是切向量指導曲線，即希爾伯特曲線和n正常載體已加工表面。刀具軸U是傾斜相對于希爾伯特曲線的切線f而不是向擺線曲線，以減少各運動的振幅機床旋轉(zhuǎn)軸。 下面的表達式是使用： 刀具的肢體CE，這是在加工過程中驅(qū)動點的位置取決于拋光模式 通過參數(shù)定義δ 2.3實驗 在塑膠模具注塑方面，我們研究更多的，特別是在注射電氣設備的模具，如電源插座和開關（圖10）。因此，我們處理小細面。為了測試我們的方法，我們使用兩個單斑貼試驗面，一個平面和凸曲面，其曲率大于一點點模具的曲率。這是在加工50x50mm取得了第塊的X38CrMoV5鋼。零件的洛氏硬度為53HRC后熱處理。 該部分是對加工的5軸機床米克朗UCP710達成銑床拋光整理狀態(tài)之前。我們使用四個預拋光磨料不同等級（FEPA 120，240，600，1200）。磨料粘結(jié)在直徑為18mm磁盤上的靈活支持。 120，240和600等級，磨料是由三氧化二鋁（Al2O3）的內(nèi)高分子材料紙?zhí)蓟铻?200級。最后拋光， 我們使用三種，等級9μm合成鉆石膏3μm和1μm的。關于工具路徑，擺線軌跡的基礎上進行最后的拋光和基于希爾伯特曲線預拋光直線使用。銑床，拋光序列總結(jié) 表1。 為了實現(xiàn)在高進給速度拋光，功能的優(yōu)化西門子SINUMERIK 840D系統(tǒng)控制器都被激活。特別是，實時運動學變換（TRAORI）以及實時多項式插值（COMPCURV）產(chǎn)生平滑軸向運動。 3結(jié)果與討論 工業(yè)上，造成的拋光表面質(zhì)量第一驗證的波利， 舍爾目測檢查自己。接觸表面粗糙度測量裝置是嚴禁以避免表面損傷。然而，新的非接觸測量科技研究 logies允許根據(jù)對部分和數(shù)據(jù)處理三維地形掃描國際標準的三維表面粗糙度。國際標準的[18]目的是通過各種特征參數(shù)的三維表面粗糙度。其中， 重要的是要確定哪些是最適當?shù)南薅ㄒ粋€鏡面效果行為。據(jù)我們所知，有沒有3D參數(shù)設置功能的鏡面效果表面。工業(yè)實踐表明只有大約20納米鐳。 按蘇等人的研究。 19]表面紋理參數(shù)[顯示，Sa和SQ參數(shù)都不足以識別表面劃傷。他們建議使用參數(shù)SSK、Hilerio等。 [20]也作出了標準的SSK的解釋 和SKU在人工膝關節(jié)的拋光控制范圍內(nèi)。 SSK的代表配置文件的對稱性： - SSK= 0：配置文件是對稱的中線， - SSK > 0：輪廓更比谷峰， - SSK <0：個人資料已經(jīng)比高峰更山谷。 SKU的代表分配平均： - SKU的> 3：分布廣泛（而不是平面的表面）， - SKU的<3：分布tighted（表面有一種傾向，目前波峰 或波谷）。 一旦部分拋光，我們會表現(xiàn)三維表面粗糙度測量使用 非接觸式測量系統(tǒng)（TALYSURF輪廓CCI 6000）。我們進行測量的波利，棚與我們的辦法（平面與凸面部位），在飛機上已被擦亮的一個專業(yè)（圖11手動）。測量結(jié)果公布 在表2?？梢杂^察到的凸表面自動拋光呈現(xiàn)較大的地緣以及較高的沙和SQ比那些對平面上觀察度量偏差。 軌跡是在（u和v）參數(shù)空間相同。有幾種解釋此行為。首先，用拋光模式，生成參數(shù)化的空間，是而比在平面凸部分面積較大的表面一樣。其結(jié)果是較低的覆蓋率。這也可以解釋為機kinemati -卡爾行為在每個部分拋光。表面拋光的平面與3軸運動而凸表面需要5軸同時進行插補機床。在加工過程中，兩者的工具和零件的相對進給速度不符合程序1由于5軸加工緩慢旋轉(zhuǎn)軸（15rpm; ?：20rpm）[11]。這導致了慢，不流暢的軌跡，減少拋光效率。Sa和SQ較大的凸表面拋光，但部分提供了一面鏡子反正效果的行為。這證實了[19]和[20]中提到的言論，以及“平均影響這些參數(shù)”。鏡面效果的行為似乎取決于SSK和SKU的參數(shù)。事實上，他們的價值觀的凸表面是adequation這些平面的表面，也提供鏡面效果的行為觀察。雷加，丁的高峰和低谷，這三個例子展出同一數(shù)量級用手動拋光小優(yōu)勢參數(shù)的SKU。的數(shù)值對應相當不錯的意見。最后，我們可以假設拋光 要優(yōu)化過程有關SSK和SKU參數(shù)之前，Sa和平方米參數(shù)。 4結(jié)論 在這篇文章中，我們提出了一個解決方案，生產(chǎn)出表面拋光鏡面效果5軸機床，通常致力于模具的加工。被動使用的簡單工具實施。使我們的初步標定關聯(lián)的力量和拋光刀具偏差。我們還開發(fā)了拋光刀具路徑類似的模式用手工拋光，以避免對拋光的一部分標記。拋光質(zhì)量是可比的手工方法和拋光時間是相似的。然而，在為了保持恒定的覆蓋率，我們應該考慮到有效對部分地區(qū)進行拋光時產(chǎn)生的（u和v）面的刀具路徑。從表面粗糙度來看，炮管過程必須減少幅度峰值和由一個SKU的參數(shù)優(yōu)于三特點山谷。對于復雜的形狀機床運動學性能非常重要，以保證刀具進給速度盡可能平穩(wěn)高，從而導致材料的優(yōu)良率減少。特別是，旋轉(zhuǎn)軸必須十分服從執(zhí)行程序進給速度?，F(xiàn)在我們尋求更好的措施，使拋光面積小于注塑模具的半徑混合表面。 附錄：三維表面粗糙度參數(shù) Sa:算數(shù)平均表面高度 Sq :根均方誤差的表面。這是一個分散的參數(shù)定義為根平均面積的表面離散方值。 Ssk:偏態(tài)分布曲線，這是不對稱值 關于平面平均偏差。 Sku：地形高度分布的峰度。這是一個平衡峰值 參考資料： [1] X. Wu and Y. Kita and K. Ikoku, New polishing technology of free form surface byGC, Journal of Materials Processing Technology, 187-188, 81-84 (2007). [2] J.P. Huissoon and F. Ismail and A. Jafari and S. Bedi, Automated Polishing of Die Steel Surfaces, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 19(4), 285-290 (2002). [3] A. Roswell and F. Xi and G. Liu, Modelling and analysis of contact stress for au- tomated polishing, International Journal of Machine Tools and Manufacture, 46(3-4), 424-435 (2006). [4] S-C. Lin and M-L. Wu, A study of the effects of polishing on material removal rate andnon-uniformity, International Journals of Machine Tools and Manufacture, 42, 99-103(2002). [5] F. Nagata and Y. Kusumoto and Y. Fujimoto and K. Watanabe, Robotic sanding system for new designed furniture with free-formed surface, Robotics and Computer- Integrated Manufacturing, 23(4), 371-379 (2007). [6] B-S. Ryuh and S.M. Park and G. R. Pennock, An automatic tool changer and inte- grated software for a robotic die polishing station, Mechanism and Machine Theory, 41,415-432 (2006). [7] Y. Mizugaki and M. Sakamoto, Development of a Metal-Mold Polishing Robot Systemwith Contact Pressure Control, Annals of the CIRP, 39(1), 523-526 (1990). [8] M. J. Tsai and J. F. Huang, Efficient automatic polishing process with a new compliantabrasive tool, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 30, 817-827 (2006). [9] Y. Mizugaki and M. Sakamoto, Fractal Path Generation for a Metal-Mold PolishingRobot System and Its Evaluation by the Operability, Annals of the CIRP, 41(1), 531-534(1992). [10] H-Y. Tam and O.C Hang Lui and A.C.K. Mok, Robotic polishing of free-form surfacesusing scanning paths, Journal of Materials Processing Technology, 95, 191-200 (1999). [11] S. Lavernhe and C. Tournier and C. Lartigue, Kinematical performance predictionin multi-axis machining for process planning optimization, International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology, 37, 534-544 (2008). [12] M. Rauch and JY. Hascoet, Rough pocket milling with trochoidal and plunging strategies, International Journal of Machining and Machinability of Materials, 2, 161- 175 (2007). [13] M. Munlin and S.S. Makhanov and E.L.J. Bohez, Optimization of a 5-axis millingmachine near stationary points, Computer-Aided Design, 36, 1117-1128 (2004). [14] F. Preston, The theory and design of plate glass polishing machine, Journal of the Society of Glass Technology, 11, 214-256 (1927). [15] J.G Griffits, Toolpath based on Hilbert’s curve, Computer-Aided Design, 26, 839-844(1994). [16] H. Sagan, Space-Filling Curves, Springer-Verlag, New York, 1994. [17] Yates, 1952 R. Yates, A Handbook on Curves and Their Properties, Edwards Bro-thers, Inc., Ann Arbor (1952). [18] ISO/DIS 25178-2, Geometrical product specifications (GPS) – Surface texture : Areal– Part 2 : Terms, definitions and surface texture parameters, 2008. [19] A. Y. Suh and A. A. Polycarpou and T. F. Conry, Detailed surface roughness cha-racterization of engineering surfaces undergoing tribological testing leading to scuffing,Wear, 255, 556-568 (2003). [20] I. Hilerio and T. Mathia and C. Alepee, 3D measurements of the knee prosthesis surfaces applied in optimizing of manufacturing progress,Wear,257,1230-1234 (2004) 重 慶 理 工 大 學 畢業(yè)設計（論文） 題目 手機電池注塑模具設計 應用技術學院機械制造及其自動化(計輔) 專業(yè) 班 學生姓名 駱 一 辰 學 號 指導教師 王 昶 系 主 任 二級學院院長 摘 要 本文主要介紹了手機電池蓋注塑模設計，塑料成形工藝以及注塑的過程，也對注塑機也進行了一些簡單的介紹。注塑模設計的主要過程有：塑料制品的工藝分析，型腔數(shù)目的確定，注塑機的選擇以及模具的結(jié)構設計。模具的結(jié)構設計包括：澆注系統(tǒng)的設計，成型零件設計，導向機構設計，側(cè)面分型機構設計，脫模機構設計，冷卻機構設計以及排氣系統(tǒng)設計。由于特殊形狀，無法直接脫模，需設置側(cè)面分型機構，本套模具是通過斜導柱進行側(cè)面分型，本文對模具的各部分零件進行了設計與計算。本文給出了詳細的設計過程及裝配圖。 關鍵詞：手機電池蓋；成型；注塑模；工藝 Abstract This paper mainly introduces the design of the injection mould for the fixed frame steam pipe, process and injection molding process molding plastics, but also on the injection molding machine are introduced. The main injection mold design process are: process analysis of plastic products, to determine the number of cavity, the structure design and the selection of injection molding machine and mold. The structural design of mold include: the design of gating system, forming part design, design oriented mechanism, side parting mechanism design, demoulding mechanism design, cooling system design and exhaust system design. This design is a mold two cavity mold. Due to the special shape, can not be directly release, need to set up the side parting mechanism, the die is divided by the side of the oblique guide pillar, all part of part in mould design and calculation. This paper presents the design process in detail and assembly drawings. Key Words: steam pipe holder; forming process; injection mold 目 錄 摘 要 II Abstract III 目 錄 IV 第1章 緒 論 1 1.1 模具的作用與地位 1 1.2注射成形基本過程 1 1.3注射模的基本結(jié)構 2 第2章 塑件的工藝分析 3 2.1塑件的工藝性分析 4 2.1.1塑件的原材料分析 4 2.1.2 ABS的注塑工藝參數(shù) 5 2.2塑件的結(jié)構和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 5 2.2.1結(jié)構分析 5 2.2.2尺寸精度分析 5 2.2.3表面質(zhì)量分析 5 2.3計算塑件的體積和質(zhì)量 5 第3章 注射機的選擇及校核 7 3.1 注射機的選擇 7 3.2 型腔數(shù)目的確定及校核 9 3.3 鎖模力的校核 9 3.4 開模行程的校核 9 第4章 澆注系統(tǒng)的設計 11 4.1 分型面的選擇 11 4.2 主流道的設計 12 4.3 澆口設計 13 4.3.1 剪切速率的校核 13 4.3.2 主流道剪切速率校核 14 4.3.3 澆口剪切速率的校核 14 第5章 成型零部件設計 15 5.1 型腔和型芯工作尺寸計算 15 5.2 型腔側(cè)壁厚度計算 16 第6章 合模導向機構設計 18 第7章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 20 7.1 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 20 7.2 冷卻系統(tǒng)設： 20 7.2.1 設計原則 20 7.2.2 冷卻時間的確定 21 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 21 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 21 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 22 7.2.6 冷卻系統(tǒng)的計算 23 7.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 23 第8章 抽芯系統(tǒng)的設計 26 8.1 斜導柱設計 26 8.2 滑槽的設計 29 8.3 楔緊設計 29 8.4 滑塊定位設計 29 第9章 模具工作原理說明 30 總 結(jié) 32 參考文獻 33 致 謝 34 第1章 緒論 第1章 緒 論 1.1 模具的作用與地位 模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。 對模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動化操作簡便；從模具制造的角度，要求結(jié)構合理、制造容易、成本低廉。 模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機械性能、電性能、內(nèi)應力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過程中，模具結(jié)構對操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時，應盡量減少開模、合模的過程和取制件過程中的手工勞動，為此，常采用自動開合模自動頂出機構，在全自動生產(chǎn)時還要保證制品能自動從模具中脫落。另外模具對制品的成本也有影響。當批量不大時，模具的費用在制件上的成本所占的比例將會很大，這時應盡可能的采用結(jié)構合理而簡單的模具，以降低成本。 現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的設備、先進的模具是必不可少是三項重要因素，尤其是模具對實現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設計起著重要的作用。高效的全自動設備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對模具也提出了越來越高的要求。因此促進模具的不斷向前發(fā)展 1.2注射成形基本過程 注射成形是現(xiàn)在成形熱塑性塑件的主要方法，因此應用范圍很廣。所使用的成形機稱為注射機。 注射成形是把塑料原料（一般為經(jīng)過造粒、染色、加入添加劑等處理后的顆粒料）放入料筒中，經(jīng)過加熱融化，使之成為高粘度的流體——稱為“溶體”，容柱塞或螺桿作為加壓工具，使溶體通過噴嘴以較高的壓力（約為25~80Mpa）注入模具的型腔中，經(jīng)過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。 注射成形的全過程可以分為： （1） 塑化過程 現(xiàn)代的注射機基本上是采用螺桿式的塑化設備。塑料原料（稱為“物料”）自送料斗以定容方式送入料筒。通過料筒外的電加熱和料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)的摩擦熱使物料熔化，達到一定的溫度后即開始注射。注射動作是由螺桿的推進完成的。 (2) 充模過程 熔體自注射機的噴嘴噴出后，進入模具的形腔，把形腔內(nèi)的空氣排除，并充滿形腔，然后升壓到一定的壓力，使熔體的密度增加，充實形腔的各部位。 (3) 冷卻凝固過程 熱塑性塑料的注射成形過程是熱交換的過程。即： 塑化 注射充模 固化成形 加熱 （理論上絕熱） 散熱 l 熱交換效果的優(yōu)劣，覺得塑件的質(zhì)量——外表面質(zhì)量和內(nèi)在的質(zhì)量。因此，模具設計對熱交換也要做充分的考慮。現(xiàn)代的設計方法中也采用了計算機。 (4) 脫模過程 塑件在型腔內(nèi)固化后，必須用機械的方式把它從形腔中取出。這個動作要由“脫模機構”來完成。不合理的脫模機構對塑件的質(zhì)量有很大的影響；但塑件的幾何形狀是千變?nèi)f化的，所以必然采用最有效的和最適當?shù)拿撃７绞健? 由（1）到（4）形成了一個循環(huán)。每一次循環(huán)，就完成一次成形——一個乃至數(shù)十個塑件。 1.3注射模的基本結(jié)構 注射模的基本結(jié)構依使用的目的而不同，大致上可以作如下的分類： 單腔二板式結(jié)構 二板式結(jié)構 多腔二板式結(jié)構 普通模具 單腔三板式結(jié)構 三板式結(jié)構 多腔三板式結(jié)構 滑動型心式結(jié)構 瓣合式結(jié)構 特殊模具 脫螺紋結(jié)構 多層結(jié)構 33 第2章 塑件的工藝分析 第2章 塑件的工藝分析 該塑件是手機電池蓋產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。本塑件的材料采用ABS，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。 圖1 手機電池蓋正面圖 圖2 手機電池蓋背面圖 2.1塑件的工藝性分析 2.1.1塑件的原材料分析 殼體是人們用手接觸相當頻繁的部件，對其有著較高的外觀要求，要求表面色澤均勻，成型收縮率小，制件成型后不能有明顯色差、縮痕、熔接痕、污點、銀絲等缺陷，還需要有一定的手感。綜合考慮選擇ABS。 選擇材料：ABS Acrylonitrile-butadiene-styrene 丙烯腈/丁二烯/苯乙烯共聚物 塑料分析：(１)、基本特性:ＡＢＳ是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ＡＢＳ具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使ＡＢＳ有良好的耐化學腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ＡＢＳ堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。 ABS無毒、無味，呈微黃色，成型的塑料件有較好的光澤。密度為1.02~1.05/cm。ABS有極好的抗沖擊強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎無影響，在酮、醛、酯、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹。ABS塑料表面受冰醋酸、植物油等化學藥品的侵蝕會引起應力開裂。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70度左右，熱變形溫度約為93度左右。耐氣侯性差，在紫外線作用下易變硬發(fā)脆。 根據(jù)ABS中三種組分之間的比例不同，其性能也略有差異，從而適應各種不同的應用。根據(jù)應用不同可分為超高沖擊型、高沖擊型、中沖擊型、低沖擊型和耐熱型等。 （2）、主要用途 ABS在機械工業(yè)上用來制造齒輪、泵葉輪、軸承、把手、管道、電機外殼、儀表殼、儀表盤、水箱外殼、蓄電池、冷藏庫和冰霜襯里等。汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)管、加熱器等，還有用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制作水表殼、紡織器材、電器零部件、文教體育用品、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。 （3）成型特點:ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，塑料上的脫模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50~60度，要求塑件光澤和耐熱時，應控制在60~80度。 2.1.2 ABS的注塑工藝參數(shù) 1、注塑機類型： 螺桿式 7、保壓力 50~70MP 2、噴嘴形式 直通式 8、注射時間 3~5s 3、螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 30~60 9、保壓時間 15~30s 4、噴嘴溫度 180~190C 10、模具溫度 50~70 5、成型溫度 C 料筒： 前200~210 中210~230 后180~200 11、冷卻時間 15~30s 6、注射壓力 70~90 MP 12、成型周期 40~70s 2.2塑件的結(jié)構和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 2.2.1結(jié)構分析 從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。在凸臺上,一個帶有孔對稱分布,因此,模具設計,該零件屬于中等復雜程度. 2.2.2尺寸精度分析 從塑件的壁厚上來看,壁厚最大處為3mm,壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設計圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。 2.2.3表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實現(xiàn)。 綜上分析可以看出,注塑時在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證. 2.3計算塑件的體積和質(zhì)量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。 計算塑件的體積：V=17.78cm（單個） 計算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設計手冊可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm 塑件質(zhì)量：M=Vρ＝19g(通過3D軟件測量得到) 采用一模兩件的模具結(jié)構，考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力和工廠現(xiàn)有設備等情況，初步選用注塑機XS—ZY—125型。 第3章 注射機的選擇及校核 第3章 注射機的選擇及校核 3.1 注射機的選擇 設計模具時，應詳細地了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出合乎要求的模具，應了解的技術規(guī)范有：注射機的最大注射量、最大注射壓力、最大鎖模力、最大成型面積、模具最大厚度和最小厚度、最大開模行程以及機床模板安裝模具的螺釘孔的位置和尺寸。 公稱注塑量；指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注塑成型過程所需要的時間稱為裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力。 注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。常用的注射速率如表所示。 表1注射速率 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 塑化能力；單位時間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. 鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. 空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 選擇螺桿式注塑機的型號為：XS-ZY-500，其主要技術參數(shù)如下： 表2注射機參數(shù) 注塑機型號 XS-ZY-125 額定注射量 500cm3 螺桿（柱塞）直徑 85mm 注射壓力 121Mpa 注射行程 260mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 4500KN 最大成型面積 1800cm2 最大開合模行程 700mm 模具最大厚度 700mm 模具最小厚度 300mm 噴嘴圓弧半徑 R18mm 噴嘴孔直徑 Φ7.5mm 頂出形式 兩側(cè)設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸 900X1000mm 拉桿空間 650X550mm 合模方式 中心液壓、兩側(cè)機械頂桿 液壓泵 流量 200、18L/min 壓力 614Mpa 電動機功率 40KW 加熱功率 14KW 機器外形尺寸 7670X1740X2380mm 3.2 型腔數(shù)目的確定及校核 根據(jù)市場經(jīng)濟及生產(chǎn)效率的要求，本模具采用一模2腔型腔結(jié)構，即型腔數(shù)目。因型腔數(shù)量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關，因此有任何一個參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機料筒塑化速率確定型腔數(shù)量； 式中——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8； ——注射機最大注塑量，g； ——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量，； ——單個塑件的質(zhì)量，。 式中、、也可以為注射機最在注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、 單個塑件的體積（cm3）。 故取n=4滿足我們設計要求。 3.3 鎖模力的校核 注射成型時，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，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模離，即： （式中符號同前） 式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2; 為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2； P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，Mpa; 為注塑機的額定銷模力,N。 3.4 開模行程的校核 注射機開模行程是有限的，開模行程應該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內(nèi)的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式： （4-3） 式中—模具開模行程； —推出距離（脫模距離） —塑件高度；（H2） —定模板與中間板之間的分開距離。 則=291mm<500mm 小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。 第4章 澆注系統(tǒng)的設計 第4章 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流道、冷料穴，澆口。 澆注系統(tǒng)的設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它對注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，故設計時要使型腔布置和澆口開始部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，而澆口的位置也要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小的型芯，防止型芯變形，澆口的殘痕不影響塑件的外觀。概括說來，需要注意以下問題： 1.適應塑料的工藝性； 2.流程要短； 3.排氣良好； 4.避免料流直沖型芯或嵌件； 5.澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應盡量??； 6.澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對稱； 7.修整方便，保證制品外觀質(zhì)量； 8.防止塑件變形。 4.1 分型面的選擇 分型面是模具結(jié)構中的基準面，選擇模具分型面時通常考慮如下有關問題： 1根據(jù)塑件的某些技術要求，確定成型零件在動模和定模上的配置； 2塑件的生產(chǎn)批量； 3結(jié)合塑件的流動性確定澆注系統(tǒng)的形式和位置； 4型腔的溢流和排氣條件； 5模具加工的工藝性。 圖3.1 分型面 4.2 主流道的設計 主流道是指澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具接觸處開始到分流道為止的塑料熔體的流動通道，是熔體最先流經(jīng)模具的部分。在臥式注射機上主流道垂直于分型面，為使凝料能順利拔出，設計成圓錐形，主流道通常設計在主流道襯套（澆口套）中，為了方便注射，主流道始端的球面必須比注射機的噴嘴圓弧半徑大1～2mm，防止主流道口部積存凝料而影響脫模，通常將主流道小端直徑設計的比噴嘴孔直徑大0.5～1mm。其中，澆口套主流道大端直徑D應盡量選得小些。如果D過大模腔內(nèi)部壓力對澆口套的反作用也將按比例增大，到達一定程度澆口套容易從模體中彈出。 4.3 澆口設計 澆口又稱進料口，是連接分流道與型腔之間的一段細短流道，澆口是連接分流道與型腔的通道，它是澆注系統(tǒng)最關鍵的部分，它的形狀、尺寸、位置對塑件的質(zhì)量有著很大的影響。它的作用主要有以下兩個：一是作為塑料熔體的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。 常用的澆口形式有直接澆口、側(cè)膠口、側(cè)膠口、輪輻澆口、潛伏澆口等。由于不同的澆口形式對塑料熔體的充型特性、成型質(zhì)量及塑件的性能會產(chǎn)生不同的影響。而各種塑料因其性能的差異對于不同的澆口形式也會有不同的適應性。 在模具設計時，澆口位置及尺寸要求比較嚴格，它一般根據(jù)下述幾項原則來參考： 盡量縮短流動距離； 澆口應開設在塑件壁最厚處； 必須盡量減少或避免熔接痕； 應有利于型腔中氣體的排除； 考慮分子定向的影響； 避免產(chǎn)生噴射和蠕動； 不在承受彎曲或沖擊載荷的部位設置澆口； 澆口位置的選擇應注意塑件外觀質(zhì)量。 4.3.1 剪切速率的校核 生產(chǎn)實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質(zhì)量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗公式表示： R= 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 4.3.2 主流道剪切速率校核 Q=0.8Q/T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S） T注射時間：T=2.5（S）； R主流道的平均當量截面半徑：R==0.538（CM） d 主流道小端直徑 ， d=0.63 （CM）； d主流道大端直徑，d=1.2（CM） R== 3.1×158.9/(3.14×0.2783)=1.47×10 S 5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件) 4.3.3 澆口剪切速率的校核 R= =3.67×152/(3.14×0.423)=1.45×103 S 其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R 所以R=7mm。 單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模1腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。 從以上的計算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 第5章 成型零部件設計 第5章 成型零部件設計 本成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸、平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量來進行計算。查表得PP收縮率為Q=1～2.5%，故平均收縮率為Qcp=（0.3+0.8）%/2=2%，考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取z=△/3。 5.1 型腔和型芯工作尺寸計算 型腔徑向尺寸 已知在規(guī)定條件下的平均收縮率S，塑件的基本尺寸 Ls是最大的尺寸，其公差△為負偏差，因此塑件平均尺寸為Ls-△，模具型腔的基本尺寸Lm是最小尺寸，公差為正偏差，型腔的平均尺寸為Lm+δz/2。型腔的平均磨損量為δc/2，如以Lm +Z表示型腔尺寸, PP平均收縮率S=2%. Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S X-修正系數(shù)，取0.5-0.75 Δ-塑件公差,取MT7=0.6 δ-模具制造公差取(1/3-1/4) Δ=0.15-0.2 Lm +δz/2+δc/2=(Ls-△/2)+(Ls-△/2)S 1）徑向計算公式： L = ( L + L·S％ - 3△/4 ) （7） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； L---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜ ； 型腔尺寸： [28×（1＋0.02）－3/4×0.56] ＝ [30×（1＋0.02）30.6－3/4×0.56] ＝ [18×（1＋0.02）－3/4×0.56] ＝ 2）型腔深度計算公式： H = ( H + H·S％- 2△/3 ) （8） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，（取平均值）； H---- 成型零件的深度方向的尺寸，單位：㎜； H ---- 塑件的深度方向基本尺寸，單位：㎜； 凹模深度尺寸計算： H＝[H（1＋k）－(2/3) △] ＝[22.5×(1＋0.02)22.95－2/3×0.34] ＝ 2、型芯尺寸的計算公式： 型芯長度的計算公式： L = ( L + L·S％ + 3△/4 ) （9） 式中：△ ---- 塑件的尺寸公差，單位：㎜； ---- 成型零件的制造公差，=( 1/3～1/6 ) △ (㎜) ； S---- 塑件的成型收縮率，取平均值 ； L ---- 成型零件的徑向尺寸，單位：㎜； L ---- 塑件的徑向基本尺寸，單位：㎜； 5.2 型腔側(cè)壁厚度計算 (1)凹模型腔側(cè)壁厚度計算 凹模型腔為組合式型腔，按強度條件計算公式 S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1進行計算。 式中各參數(shù)分別為： p=50Mpa(選定值)； [δ]=0.05mm； [σ]=160MPa r=28mm S≥R-r=r[([σ]/[σ]-2p)1/2]-1 =28[(160/160-2×50)1/2]-1 ≈16.8mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為17。 (2)凹模底板厚度計算 按強度條件計算，型腔地板厚為： p=50 Mpa r=28mm [σ]=160MPa h≥{1.22pr2/[σ]}1/2 ≥{1.22×50×282/160}1/2 ≥17.3mm 一般在加工時為了加工方便，我們通常會取整數(shù)，所以凹模型腔側(cè)壁厚度為18mm。 第6章 合模導向機構設計 第6章 合模導向機構設計 導向機構是保證動模和定模上下模合模時，正確定位和導向的零件。合模導向機構主要有導柱導向和錐面定位，本設計采用導柱導向定位。導向機構除了有定位和導向作用外，還要承受一定的側(cè)向壓力。塑料熔體在充型過程中可能產(chǎn)生單面?zhèn)葔毫?，或者由于成型設備精度低的影響，使導柱承受了一定的側(cè)向壓力，從保證模具的正常工作。導柱的結(jié)構形式可采用帶頭導柱和有肩導柱，導柱導面部分長度比凸模端面高出8～12㎜，以避免出現(xiàn)導柱未導正方向而型芯先進入型腔。導柱材料采用T10，HRC50～55，導柱固定部分表面粗糙度Ra為0.8μm，導向部分Ra為0.8～0.4μm，本設計采用？根導柱，固定端與模板間采用H7/m6 導套常采用T10A，Ⅱ型導套，采用H7/m6配合鑲?cè)肽０?。具體結(jié)構如下圖所示： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結(jié)構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結(jié)構，帶頭導柱軸向固定容易。 設計導柱和導套需要注意的事項有： （1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的1/3處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 （2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出6~8 mm，以確保其導向與引導作用。 （3）導柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用H7/k6；導套外徑的配合精度采取H7/k6。配合長度通常取配合直徑的1.5~2倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 （4）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。本書模具設置四個標準帶頭導柱配合標準直導套作為導向系統(tǒng)，導柱設置在動模上，以保護型芯不受損壞。導套和導柱結(jié)構如下： 導柱：國家標準規(guī)定了兩種結(jié)構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內(nèi)存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結(jié)構，帶頭導柱軸向固定容易。 第7章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 第7章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設計 模具成型過程中，模具溫度會直接影響到塑料熔體的充模、定型、成型周期和塑件質(zhì)量。模具溫度過高，成型收縮大，脫模后塑件變形大，并且還容易造成溢料和粘膜；模具溫度過低，則熔體流動性差，塑料輪廓不清晰，表面會產(chǎn)生明顯的銀絲或流紋等缺陷；當模具溫度不均勻時，型芯和型腔溫差過大，塑料收縮不均勻，導致塑料翹曲變形，會影響塑件的形狀和尺寸精度。綜上所述，模具上需要設置溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)以達到理想的溫度要求。PP推薦的成型溫度為160-220℃，模具溫度為40~80℃ 。 7.1 對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 （1） 根據(jù)塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； （2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量； （3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； (4)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應盡可能做到結(jié)構簡單，加工容易，成本低廉； (5)從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產(chǎn)率。 7.2 冷卻系統(tǒng)設： 7.2.1 設計原則 （1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； （2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對塑件的冷卻效果越好； （3）盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗表明，冷卻水管中心距B大約為2.5~3.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為0.8~1.5B。最小不要小于10。 （4）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； （5）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過5℃ （6）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 （7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機構發(fā)生干涉。 7.2.2 冷卻時間的確定 在對冷卻系統(tǒng)做計算之前，需要對某些數(shù)據(jù)取值，以便對以后的計算作出估算；取閉模時間3S，開模時間3S，頂出時間2S，冷卻時間30S，保壓時間20S，總周期為60S。 其中冷卻時間依塑料種類、塑件壁厚而異，一般用下式計算： t=㏑[·] =62/(3.142×0.07)㏑[8/3.142×(200-50)/(80-50)] = 73（S） 式中：S——塑件平均壁厚，S取6mm； ——塑料熱擴散系數(shù)(mm/s)，=0.07； T——成型溫度160-220℃，T取200℃； T——平均脫模溫度，T取80℃； T——模具溫度40~80℃，T取50℃。 由計算結(jié)果得冷卻時間需要73 S，這么長的冷卻時間顯然是不現(xiàn)實的。本模具型芯中的冷卻管道擴大為腔體（如下圖），使冷卻水在型芯的中空腔中流動，冷卻效果大為增強。參照經(jīng)驗推薦值，冷卻時間取30S即可。 7.2.3 塑料熔體釋放的熱量 Q =nG C(t－t) = 60×217.6×10×1.9×（220－60） = 3969.02KJ/h 式中：n——每小時注射次數(shù)， n=60 （次）； G——每次的注射量(KG)， G=217.6×10； C——塑料的比熱容(KJ/KG·℃)， C=1.9 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃，t=220； t——塑件脫模溫度℃，t=60。 7.2.4 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 Q=3.6A(t－t) =3.6×4069×10×140×（220－50） =348.63 KJ/h 式中：A——注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積（m），A=4069×10m（A=4R =4×3.14×18=4069×10m，R=18mm注塑機噴嘴球半徑，）； ——金屬傳熱系數(shù) =140(W/ m℃)； t——模具平均溫度℃ t=50 ； t——熔融塑料進入型腔的溫度℃ t=220。 7.2.5 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 （1）對流傳熱 Q=hA( t－t) =5.35×0.203×（50－20） =112 KJ/h 式中：h——傳熱系數(shù)（KJ/ m h ℃），h=5.35（h=4.187(0.25+)= 4.187×（0.25+）= 5.35）； A——兩個分型面和四個側(cè)面的面積m2，A=0.203【A=（A）+ (A)n = 0.097+0.22×0.48=0.203，A=2BL=2×220×220×10=0.097 m； A=4BH =4×220×250×10=0.22m）；B模具寬度m m，B=220； L模具長度m m，L=220，開模率n= =（60-31.5）/60=0.48】； t——模具平均溫度℃，t=50； t——室溫℃，t=20。 （2）輻射散發(fā)的熱量 Q=20.8 A[()－()] =20.8×0.22×0.8×[（）－（）] =128.7 KJ/h 式中: ——輻射率，一般表面=0.8~0.9； A=0.22； （3）工作臺散發(fā)的熱量 Q=hA( t－t) h = 502×0.0484×（50—30） =485.94 KJ/h 式中:傳熱系數(shù)——h=502KJ/(mh℃)； A ——模具與工作臺的接觸面積m，A=0.0484； [A=bl= 220×220×10=0.0484;b模具與工作臺接觸寬度m m，b=220;模具與工作臺接觸長度m m,l=220。] 從計算的結(jié)果看，工作臺散發(fā)的熱量比塑料熔體釋放的熱量還多，這顯然是不正確的，說明了Q的計算結(jié)果錯誤。這是因為有關Q的計算參考資料很少，計算中有很多地方不規(guī)范。簡單的計算以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，這些熱量全部由冷卻介質(zhì)帶走，這些熱量應分別由凹模和型芯的冷卻系統(tǒng)帶走，實驗表明，約1/3的熱量被凹模帶走，其余由型芯帶走。模具應由冷卻系統(tǒng)帶走的熱量： Q=（Q+ Q）－（Q+ Q+ Q） 由于現(xiàn)在無法得到Q的正確值，所以計算以簡單計算原則，取Q= Q。 7.2.6 冷卻系統(tǒng)的計算 型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（KJ/h）： Q= n G Q =60× 217.6×10×300 =3916.8 （1）每次需要的注射量（KG）——G=217.6×10 （2）確定生產(chǎn)周期（S）——t=60 （3）塑料單位熱流量（KJ/h）——Q=280~350； 取Q=300 （4）每小時的注射次數(shù)——n=60 從計算結(jié)果看，Q與Q相差不多但不相等，這是因為Q涉及的因素較多，所以應該應該取Q來計算。 7.2.7 凹模冷卻系統(tǒng)的計算 （1）凹模的冷卻水體積流量 q= = 763×103/[103×4.187×103×（25-20）×60] = 0.61×10 m/min 式中： Q=1/3 Q=1/3×2289=763 KJ/h ——水的密度10KG/m； C——水的比熱容4.187×10 J/KG℃； T——水管出口溫度，T取25℃； T——水管入口溫度，T取20℃。 （2）冷卻水管的平均流速： V= =4×0.61×10/（3.14×0.0082） =12.14 m/min =0.202 m/s 式中：d——冷卻水管直徑，取d=8 mm 查冷卻水的穩(wěn)定湍流速度與流量得，管徑為8mm的冷卻水管所對應的最低流速為1.66 m/s時才能達到湍流狀態(tài)，故冷卻水在凹模冷卻管道中的流動未達到湍流。 （3）冷卻水管壁與水交界面的傳熱膜系數(shù) = =7.6×（1000×0.202）0.8/0.0080.2 =1395 (w/mk) 式中：是與冷卻介質(zhì)溫度有關的物理系數(shù)，取7.6。 （4）凹模冷卻管的傳熱面積 A= =763×103/[3600×1395×（50-22.5）] =5.52×10 m 式中：T——模具與冷卻介質(zhì)平均溫度， T=27.5℃（T= T－（T+T）/2 =50－（20+25）/2 =22.5 ℃）。 （5）冷卻水孔總長L L= =763×103/[3600×3.14×7.6×（1000×0.202×0.008）0.8×（50-22.5）] =0.22m （6）模具上應開設的冷卻水孔圈數(shù) n=L/B =0.22÷（4×0.076） =0.72，所以冷卻水孔數(shù)位1根（如下圖）。 式中：B為開一圈冷卻水道時冷卻水道長度。 （7）冷卻水流動狀態(tài)校核 R= =0.202×0.008/（1×10） =1616＜10 式中：R——雷諾數(shù)； ——水的運動粘度，=1×10（m/s）。 （8）進出口溫差校核 T－T= =763×103/（900×3.14×0.0082×103×4187×0.202） =4.99℃ 預期溫差為5℃，校核的結(jié)果與預期的非常吻合，說明實際應用正確。 第8章 抽芯系統(tǒng)的設計 第8章 抽芯系統(tǒng)的設計 抽芯距s=s1+5mm S1為空深度在這里空深度為壁厚所以 s=10mm 抽芯力的計算: Fc=ChP(cos(a)-sin(a))(4-9) =37.68×20×0.9×107(0.15cos(180)-sin(180)) =31.7×103N Fc-抽芯力 C-側(cè)型芯成行部分的截面的平均周長(m)= X12=36.78 mm h-側(cè)型芯成行部分的高=20 mm p-塑件對側(cè)型芯的收縮應力(包緊力)一般p=(0.8-1.2)x107pa模外冷 塑件p=(2.4-3.9)×107pau=0.15,a-側(cè)型芯的脫模斜度或傾斜角=180 8.1 斜導柱設計 (1) 在確定斜滑塊結(jié)構尺寸之前，應了解其設計要點： ① 斜滑塊的導向斜角一般取18 o，斜滑塊的推出高度必須小于導滑槽總長的2/3。 ② 斜滑塊在導滑槽內(nèi)的活動必須順利。 ③ 內(nèi)抽芯斜滑塊的端面不應高于型芯端面，而應在零件允許的情況下低于型芯端面0.05～0.10㎜。 (2) 斜導柱尺寸的確定 ① 斜導柱的形狀如圖4-12所示:其工作端的端部設計成半球形。 圖4-12 斜導柱的形狀 其材料選用45碳素工具鋼,熱處理要求硬度HRC55,表面粗糙度為Ra0.8nm,斜導柱與固定板之間采用過渡配合H7/m6,滑塊上斜導柱之間采用間隙配合H11/b11,或在兩者之間保留0.5mm間隙。 ②. 斜導柱傾斜角度的確定 a為傾斜角L=s/sin（a）經(jīng)查資料得 a取18o比較理想。 (3) 斜導柱的長度計算斜導柱的長度如圖4-13所示 其工作長度Lz=s×cos（）/sin（a）(4-10) 為滑動定向模一側(cè)的傾角因=0o所以L=s/sin（a）=6.5/sin（18 o）=21mm Lz 斜導柱的總長度（mm）；d1 斜導柱固定部分大端直徑（12mm）；h 斜導柱固定板厚度（20mm）；d 斜導柱工作部分直徑（16mm）；S 抽芯距（10mm）。 = 81.5mm 斜導柱安裝固定部分長度斜導柱固定部分的直徑（40mm）斜導柱固定部板的厚度（20mm）a 斜導柱的傾角 (4) 斜導柱受力分析與強度計算 受力分析如下圖所示： 圖4-16 斜導柱的受力分析 在圖中Ft是抽芯力FC的反作用力.其大小與FC相等,方向相反,方向相反，F(xiàn)k是開模力，它通過導滑槽施加于滑塊F是斜導柱通過斜導柱孔施加于滑塊正壓力，其大小與斜導柱受的彎曲力Fw相等，F(xiàn)1是斜導柱與滑塊間的摩擦力，F(xiàn)2是滑塊與導滑槽間的摩擦力．另外斜導柱與滑塊，滑塊與導滑模之間的摩擦系數(shù)為0.5 側(cè)(4-11) 側(cè)(4-12) 式中F1=F2= 由式解得： (4-13) 因摩擦力太小所以可以省略既（=0） 所以F=Ft/cos(a)=31.7×105/cos(18.)=33.43×105N Fw=Fc/tan(a)=31.7×105/tan(18)=9×105N 由Fc斜導柱的傾斜角在有關資料中可查到最大彎曲力Fw=1000KN 然后根據(jù)Fw和Hw=20mm以及可以查出斜導柱直徑d=12mm。 (5)滑塊的設計 滑塊是斜導柱側(cè)向分型抽芯機構中的一重要零部件，它上面安裝有側(cè)向型芯式側(cè)向型芯塊，注射成形時塑件尺寸的準確和移動的可靠性都需要靠它的運動精度保證，滑塊的結(jié)構形狀應根據(jù)具體塑件和模具結(jié)構進行設計可分為整體式和組合式在這里采用整體式 8.2 滑槽的設計 滑塊在側(cè)向分型抽芯和復位過程中，必須沿一定的方向平穩(wěn)的往復移動這一過程是在導滑槽內(nèi)完成的。滑塊與壓塊的配合形式采用T形槽導滑其配合采用H8/f7間隙配合材料選用T12硬度HRC52。其結(jié)構形式如圖4-18所示，其配合長度L=1.5B（塑件寬度）這里導槽可在動模上直接加工出來。 圖4-18 滑塊與導滑槽的配合形式 8.3 楔緊設計 (2) 楔緊角的選擇 楔緊塊的工作部分是斜面，一般比大一些，當滑塊向動模側(cè)傾斜b角度時，在這里 8.4 滑塊定位設計 滑塊定位裝置在開模過程中來保證滑塊停留在剛剛脫離斜導柱的位置在發(fā)生移動以避免合模時斜導柱不能準確的插入滑塊的斜導孔內(nèi)造成模具的損快。此設計采用彈簧+擋塊定位。 （3）：活動板之間的輔助動力。 復位彈簧自由長度的確定： L自由=（E+P）/S E:推桿版的行程。 P:預壓量 S：壓縮比 總 結(jié) 第9章 模具工作原理說明 模具安裝在注射機上，定模部分固定在注射機的定模板上，動模部分固定在注射機的動模板上。合模后，注射機通過噴嘴將熔料經(jīng)流通注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。開模時動模部分隨動板一起運動漸漸將分型面打開，當分型面打開完畢后，凝料從上模中脫出，在注塑機頂桿的作用下，頂桿通過推桿將塑件和凝料系統(tǒng)頂出，與此同時由于采用的是側(cè)膠口，在開模的瞬間，塑件和凝料分開。此時塑件自動脫落，實現(xiàn)全自動脫模。合模時，隨著分型面的閉合復位桿將頂桿復位，模具閉合，等待下一次的動作。 總 結(jié) 到此為止，模具設計己初步完成。 在設計過程中，由于要查閱大量的相關資料和手冊，把自己所學的理論知識用于設計實踐中，使自己有了一個獨立思考問題、分析問題、解決問題的鍛煉機會。 在這次設計中，我不但對注射模進行了深刻的了解，而且對模具的一些加工工藝也進行了分析。模具的結(jié)構比較簡單，除了一個側(cè)抽芯外，還有一個內(nèi)抽芯，但鑲塊比較少，型芯除了工作部分復雜一點外，內(nèi)部還算簡單。而復雜的部分是用數(shù)控機床生產(chǎn)出來或電極電火花加工出來，然后拋光。 通過這次設計，我深深的認識到自己的不足之處， 那就是實際經(jīng)驗。當遇到問題的時候，很難獨立解決。尤其是一些工藝的問題，怎么樣才能保證其精度，怎么樣才能降低成本？這都是我自己要解決的問題，現(xiàn)在的我所設計的東西都是沒有結(jié)合工廠的生產(chǎn)工具，自己說了算。而且太過依賴高科技，什么都要用數(shù)控、電火花、線切割，這樣雖然能把模具制造出來，但也大大的提高了模具的成本。所以，我要在以后的工作中不斷的積累經(jīng)驗，提高自己的設計水平。 同時，在設計過程中，我也發(fā)現(xiàn)了以前所學知識的缺陷部分，通過新一輪的學習，使自己的理論知識進一步得到完善，從而達到了溫故而知新的作用。另外，指導老師和同學的幫助與支持可以說是這次設計完成的其礎，在這里表示感謝。 參考文獻 1 肖景容．模具計算機輔助設計和制造[M]．北京：國防工業(yè)出版社，1990. 2 李志剛等.模具計算機輔助設計[M]．武漢：華中理工大學出版社，1990. 3 張中原．塑料注射模設計[M]．北京：航空工業(yè)出版社，1999. 4.材料成型設備王衛(wèi)衛(wèi)機械工業(yè)出版社，2004.8 5.模具CAD/CAM（第二版）伊啟中機械工業(yè)出版社 6.塑料模具技術手冊編寫組．塑料模具設計手冊[M]．機械工業(yè)出版社，2005 7.注塑CAE軟件應用張金標機械工業(yè)出版社，2011.5 8.王華山：塑料注塑技術與實例，化學工業(yè)出版社，2005.10 9.朱光力、萬金保等：塑料模具設計，清華大學出版社，2003 10.劉昌祺：塑料模具設計，機械工業(yè)出版社，1998.10 11M.M.Fisher, F.E.Mark and T.Kingsbury:Energy recovery in the sustainable recycling of plastics from end-of-life electrical and electronic products,2005 IEEE International Symposium on Electronics and the Environment, May 2005. 致謝 致 謝 在此次的畢業(yè)設計中，XX老師在設計過程中給予了我正確的指導，在眾多方面提供了方便和便利，為論文的合理性、可行性和完善性提供了有利的幫助。在此表示衷心的感謝。同時，系領導和老師也在設計過程中時常關心我、督促我，在查閱文件資料方面提供了很大的便利，在此也表示衷心的感謝。希望以后還有機會能聽到老師們的諄諄教悔。