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摘要
從塑料材料的性能分析，根據(jù)塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。通過(guò)對(duì)塑件工藝性的分析和對(duì)模具生產(chǎn)條件及制造水平的掌握，制定出成形工藝卡。在制定出成形工藝卡以后，開(kāi)始進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。其中模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程包括：型腔的數(shù)目和位置的確定，模具的總體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計(jì)，動(dòng)模及定模成形零件尺寸的確定，澆注系統(tǒng)形式及尺寸的確定，脫模方式的確定，調(diào)溫及排氣系統(tǒng)的確定，模架的選擇待以上各步湊完成以后，便開(kāi)始繪制模具的結(jié)構(gòu)草圖，根據(jù)具體尺寸校核注射模具及注射機(jī)的有關(guān)尺寸，并對(duì)工藝參數(shù)進(jìn)行核定和計(jì)算。之后進(jìn)行初步的審查對(duì)所存在的問(wèn)題進(jìn)行確定和修正，然后繪制模具總裝配圖，按裝配圖繪制成型零件及所有需要加工的零件工作圖，同時(shí)考慮零件的加工工藝。
關(guān)鍵字：成型工藝，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，試模。
Abstract
From the plastic material performance analysis, according to models a basic shape and the size obtain, reasonably selects the injection to take shape the method. Though to models a technological analysis and to the mold working condition and manufacture level grasping, formulates the formed craft card. In formulates after the formed craft card, starts to carry on the mold the structural design. Mold structural design process includes. The cavity number and the position determination, the mold overall structural style design, moves the mold and decides the mold forming components size the determination ,pours the system andthe size determination, the drawing of patterns mode determination after, adjusts warm and the exchaust gas completes, then starts to draw up the mold the structure schematic diagram, according to the specific size examination injection mold and the injection computer relatedsize, and carries on the checking and the computation to the craft parameter. Carries on the determination and the revision afterward, then the plan mold assembly drawing, takes shape the components and all needs to process, simultaneously considers the components the processing craft.
Keyword: takes shape the craft, the structural design.
目錄
摘要 1
ABSTRACT 2
第1章 緒論 6
第2章 塑件的分析 7
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 7
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析 8
2.2.1 工藝性分析 8
2.2.2 材料的選擇 9
2.2.3 材料ABS的注塑成型參數(shù) 9
2.2.4 材料ABS性能 10
2.3 注射成型工藝過(guò)程分析 11
第3章 注塑機(jī)的選擇與校核 12
3.1 注塑機(jī)的選擇 12
3.2 注塑機(jī)的校核 14
3.2.1 注射量的校核 14
3.2.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 14
3.2.3 模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 15
第4章 分型面系統(tǒng) 17
4.1 分型面的選擇原則 17
4.2 分型面的決定 17
第5章 澆注系統(tǒng) 19
5.1 澆注系統(tǒng)的組成 19
5.2 主流道的設(shè)計(jì) 20
5.3 分流道的設(shè)計(jì) 21
5.4 澆口的設(shè)計(jì) 22
5.5 澆注系統(tǒng)的校核 23
5.5.1 剪切速率的校核 23
5.5.2 主流道剪切速率校核 24
5.5.3 澆口剪切速率的校核 24
第6章 成型零件設(shè)計(jì) 25
6.1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算 25
6.2 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算 25
第7章 頂出系統(tǒng) 27
7.1 推出機(jī)構(gòu)的組成及設(shè)計(jì)要求 27
7.2 脫模力的計(jì)算 27
第8章 溫度系統(tǒng). 30
8.1 水路分布原則 30
8.2 冷卻的基本原理 31
8.3 設(shè)置冷卻水路的原則與注意事項(xiàng) 32
8.4 設(shè)計(jì)原則 33
第9章 導(dǎo)向系統(tǒng) 34
9.1 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
9.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功用 34
9.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 34
9.4 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 34
第10章 精密注塑模具技術(shù)的介紹 35
10.1 簡(jiǎn)介 35
10.2 精密成形 36
10.3 精密模具應(yīng)該具備下列條件 36
10.4 精密注射成形工藝 36
10.5 結(jié)論 37
總結(jié)與展望 38
致謝 39
參考文獻(xiàn) 40
第1章 緒論
本說(shuō)明書(shū)主要闡述了此模具的設(shè)計(jì)思路與過(guò)程。包括塑料件的工藝分析，塑件的成型方案分析，精密注塑模技術(shù)的介紹，注塑?？傮w結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，注射機(jī)的選擇校核，模具零件的設(shè)計(jì)與計(jì)算以及成型零件的制訂等內(nèi)容。
隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車(chē)等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，精密注射成型要求制品不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形，而且還應(yīng)有優(yōu)異的光學(xué)性能等。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技術(shù)水平，生產(chǎn)出高精度的塑料制品，創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品，模具的設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)。
在精密注射成型設(shè)計(jì)中，除了應(yīng)考慮一般模具設(shè)計(jì)事項(xiàng)外，還要特別考慮如下事項(xiàng):1)為了得到所要尺寸公差的制品，要考慮適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绻睢?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動(dòng)。3)要考慮防止產(chǎn)生成型變形。4)要考慮防止產(chǎn)生脫模變形。5)要使模具制作誤差最小。6)要考慮防止模具精度波動(dòng)。7)要考慮維持模具精度。
這是近幾年來(lái)發(fā)展得很快的一項(xiàng)新技術(shù) 而國(guó)內(nèi)，關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的報(bào)導(dǎo)開(kāi)始增多，相信不久的未來(lái)將會(huì)得到普及。此說(shuō)明書(shū) ，比較系統(tǒng)詳細(xì)地介紹本次設(shè)計(jì)的各個(gè)步驟及精密注塑模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，并附上了大量結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖。
設(shè)計(jì)可以說(shuō)是大學(xué)中最大的一次設(shè)計(jì)，時(shí)間跨度大，涉及內(nèi)容多，是對(duì)個(gè)人模具設(shè)計(jì)與制造知識(shí)的全面檢驗(yàn)。本次設(shè)計(jì)較以往的設(shè)計(jì)相比，要求個(gè)人對(duì)三維軟件的運(yùn)用更加熟練，所以具有一定的難度。
由于本人的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及理論水平有限，設(shè)計(jì)中不足和遺漏這處在所難免，敬請(qǐng)老師多多指教。值此這際，本人向?qū)Ρ敬卧O(shè)計(jì)提出寶貴意見(jiàn)和幫助的老師及同學(xué)表示由衷的感謝！
第2章 塑件的分析
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
該塑件結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。
圖3-1 注塑零件2D圖
1 結(jié)構(gòu)分析
該塑件在模具設(shè)計(jì)和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動(dòng)的順暢和零件的使用壽命。
該塑件裝配在某產(chǎn)品內(nèi)，對(duì)表面美觀(guān)有一定要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意對(duì)外邊面的處理。
2 成型工藝分析
精度等級(jí)：采用一般精度5級(jí)。
脫模斜度：該注塑零件其脫模斜度查參考文獻(xiàn)【1】中的表3-4有塑件內(nèi)表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。由于該塑件沒(méi)有特殊狹窄細(xì)小部位，而且，主要部分有較好的弧度，可順勢(shì)脫模，所以塑件外表面沒(méi)有放脫模斜度。
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析
2.2.1 工藝性分析
塑料是以高分子量的合成樹(shù)脂為主要成分。它在一定的溫度和壓力的條件下具有可塑性，能夠流動(dòng)變形，其被塑造成制品之后，在一定的使用環(huán)境條件之下，能保持形狀、尺寸不變，并滿(mǎn)足一定的使用性能要求的材料。塑料中的必要和主要成分是樹(shù)脂，樹(shù)脂是由高分子物質(zhì)所組成，它是通過(guò)聚合反應(yīng)而制成的，所以又叫聚合物或稱(chēng)高聚物。塑料的主要成分是合成樹(shù)脂，并加入填料、增塑劑、燃料、穩(wěn)定劑等各種輔料組成。其多組成分有：樹(shù)脂、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、固化劑、著色劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。塑料具有：1.質(zhì)量輕；2.化學(xué)穩(wěn)定優(yōu)越；3.電絕緣性能好；4.比強(qiáng)度高；5.減摩、耐磨性能優(yōu)良，自潤(rùn)滑性好；6.成型加工方便；7.粘結(jié)性能好；８.光學(xué)性能好；9.著色性能較強(qiáng)；10.導(dǎo)熱率低的特性。但是在目前塑料的應(yīng)用中，塑料也存在著一些缺點(diǎn)，使其應(yīng)用受到一定限制。一般塑料的機(jī)械強(qiáng)度均不如金屬。塑料成型時(shí)收縮率較高。塑料對(duì)溫度的敏感性遠(yuǎn)比金屬或其它非金屬材料的大，塑料的使用溫度范圍遠(yuǎn)較其它材料的窄。塑料若長(zhǎng)期受載荷作用，即使溫度不高，其形狀會(huì)產(chǎn)生“蠕變”，塑料這種漸漸產(chǎn)生的塑件流動(dòng)是不可塑的，導(dǎo)致塑件尺寸精度喪失。所以，在選擇塑料時(shí)要注意揚(yáng)長(zhǎng)避短。
塑料按照受熱后的表現(xiàn)性能，可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類(lèi)。前者的特點(diǎn)是在一定的溫度下，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間加熱、加壓或加入硬化劑后，發(fā)生化學(xué)反映而硬化。硬化后的塑料化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，質(zhì)地堅(jiān)硬，不溶于溶劑，加熱也不再軟化，如果溫度過(guò)高就分解。后者的特點(diǎn)為受熱后發(fā)生物態(tài)變化，由固體軟化或者熔化成粘流體狀態(tài)，但冷卻后又可變硬而成為固體。且過(guò)程可以多次反復(fù)，塑料本身的分子結(jié)構(gòu)則不發(fā)生變化。熱塑性塑料和熱固性塑料的性能對(duì)比如下表。
2.2.2 材料的選擇
1.成型前的準(zhǔn)備
對(duì)ABS的色澤、細(xì)度和均勻度進(jìn)行檢驗(yàn)。由于ABS的吸水率大約為0.2%～0.8%，容易吸濕，成型前應(yīng)進(jìn)行充分的干燥，干燥至水分含量<0.3%。干燥條件：用烘箱以80～85℃烘2～4小時(shí)或用干燥料斗以80℃烘1～2小時(shí)。
2.注射過(guò)程
塑料在注射機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過(guò)程可以分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流、和冷卻4個(gè)階段。
3.塑件的后處理
采用調(diào)濕處理，其熱處理?xiàng)l件查參考文獻(xiàn)【1】中的表4-7由處理溫度為70℃；保濕時(shí)間為2～4小時(shí)。
2.2.3 材料ABS的注塑成型參數(shù)
注射機(jī)：螺桿式；
螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）：48；
料筒溫度（℃）：前段 200～220；
中段 180～200；
后段 160～180；
噴嘴溫度（℃）：170～180；
模具溫度（℃）：50～80；
注射壓力（MPa）：70～100；
成型時(shí)間（s）：注射20～60，保壓0～3，冷卻20～90，總周期50～160。
2.2.4 材料ABS性能
1.物理性能
ABS樹(shù)脂是一種共混物，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名Acrylonitrile-butadine-styrene(簡(jiǎn)稱(chēng)ABS)，這三者的比例為20：30：50(熔點(diǎn)為175℃)。只要改變其三者的比例、化合方法、顆粒的尺寸，便可以生產(chǎn)出一系列具有不同沖擊強(qiáng)度、流動(dòng)特性的品種，如把丁二烯的成份增加，則其沖擊強(qiáng)度會(huì)得到提高，但是硬度和
流動(dòng)性就會(huì)降低，強(qiáng)度和耐熱性變會(huì)減少。
ABS為淺黃色粒狀或珠狀不透明樹(shù)脂，無(wú)毒、無(wú)味、吸水率低，具有良好的綜合物理機(jī)械性能，如優(yōu)良的電性能、耐磨性，尺寸穩(wěn)定性、耐化學(xué)性和表面光澤等，且易于加工成型。缺點(diǎn)是耐候性，耐熱性差，且易燃。
2.成型性能
ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上上百種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
ABS具有良好的成型加工性，制品表面光潔度高，且具有良好的涂裝性和染色性，可電鍍成多種色澤。
ABS是吸水的塑料，于室溫下，24小時(shí)可吸收0.2%~0.35%水分，雖然這種水分不至于對(duì)機(jī)械性能構(gòu)成重大影響，但注塑時(shí)若濕度超過(guò)0.2%，塑料表面會(huì)受大的影響，所以對(duì)ABS進(jìn)行成型加工時(shí)，一定要事先干燥，而且干燥后的水分含量應(yīng)小于0.2%。
3.ABS的主要性能指標(biāo)
密度ρ=1.05 g/；
收縮率0.4～0.7%，取值0.5%.
4.ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：溢料飛邊、氣泡、熔接痕、燒焦及黑紋、光澤不良；
消除措施：增大注射壓力、提高模具溫度、加排氣槽、充分預(yù)干燥。
2.3 注射成型工藝過(guò)程分析
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過(guò)程為：
第一步：為使注射過(guò)程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。
（1）、成型前對(duì)原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對(duì)物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀(guān)色澤，顆粒情況并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(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)，都需要對(duì)注射機(jī)（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴(lài)于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對(duì)ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤猓话闼芰隙伎墒褂谩?
第二步: 注射成型過(guò)程
完整的注射過(guò)程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過(guò)程。
第3章 注塑機(jī)的選擇與校核
3.1 注塑機(jī)的選擇
注射模是安裝在注射機(jī)上使用的工藝裝備，因此設(shè)計(jì)注射模應(yīng)該詳細(xì)了解注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計(jì)出符合要求的模具。
注射機(jī)規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算外形尺寸的前提下，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該對(duì)模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開(kāi)模距離等進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺(tái)和模具匹配的注射機(jī)，倘若用戶(hù)已經(jīng)提供了注射機(jī)的型號(hào)和規(guī)格，設(shè)計(jì)人員必須對(duì)其進(jìn)行校核，若不能滿(mǎn)足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶(hù)取得商量調(diào)整。
1.所需注射量的計(jì)算
（1）塑件質(zhì)量、體積計(jì)算:
對(duì)于該設(shè)計(jì)，建立塑件模型,并用軟件對(duì)此模型分析得：
塑料制件體積V1＝2.54 ；
塑料制件質(zhì)量M1＝2.6g。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
可按塑件體積的0.6倍計(jì)算，由于該模具采用一模4腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2= 4V1×0.6＝4×2.54×0.6=5.23cm3
2.注射機(jī)型號(hào)的選定
近年來(lái)我國(guó)引進(jìn)的注射機(jī)型號(hào)很多，國(guó)內(nèi)注射機(jī)生產(chǎn)廠(chǎng)的新機(jī)型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注射模設(shè)計(jì)和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準(zhǔn)備。
根據(jù)以上的計(jì)算，選定型號(hào)為SZ-2000A，該注塑機(jī)參數(shù)如表4-1所示。
表4-1注塑機(jī)的參數(shù)
SZ-2000A注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)
項(xiàng)目 單位 參數(shù)
合模力 KN 2000
移模行程 mm 500
拉桿有效間距（V×H） mm 505×505
允許的模厚（min-max） mm 190-530
模板最大開(kāi)距 mm 1030
液壓頂出力 KN 53.1
液壓頂出行程 mm 125
液壓頂出桿的總數(shù) 5
螺桿的直徑 mm 50 55 60
螺桿的長(zhǎng)徑比 L/D 23.1 21 19.3
理論注射容積 cm3 491 594 707
注射質(zhì)量（PS料） g 447 540 643
注射壓力 Mpa 215 178 149
理論注射速率（PS料） g 145 175 208
塑化能力（PS料） g/s 22.5 28.7 35.4
螺桿驅(qū)動(dòng)扭矩 N.m 1510
螺桿最高轉(zhuǎn)速 r/min 170
注射行程 mm 250
油泵電動(dòng)機(jī)功率 KW 18.5
油泵最高壓力 Mpa 16
料筒加熱功率 KW 16.6
加熱區(qū)段 4
機(jī)器的外形
（L×W×H） m 5.9×1.5×2.0
機(jī)器的凈重 t 6.8
3.2 注塑機(jī)的校核
3.2.1 注射量的校核
模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得在一個(gè)注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以?xún)?nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個(gè)塑件的體積（）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（）
由于注塑機(jī)的理論注塑量為491,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的量
所以注射量符合要求
3.2.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時(shí)塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過(guò)了注射機(jī)所允許的最大成型面積，則成型過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿(mǎn)足以下關(guān)系。
式中n --型腔數(shù)目
--單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
--注射機(jī)允許使用的最大成型面積
投影面積符合要求
注射成型時(shí)為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對(duì)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(jī)額定鎖模力。即：
（）P
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