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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。通過對塑件工藝性的分析和對模具生產(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)行初步的審查對所存在的問題進(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
2.3 注射成型工藝過程分析 10
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) 21
5.5 澆注系統(tǒng)的校核 22
5.5.1 剪切速率的校核 22
5.5.2 主流道剪切速率校核 23
5.5.3 澆口剪切速率的校核 23
第6章 成型零件設(shè)計(jì) 24
6.1 型腔和型芯工作尺寸計(jì)算 24
6.2 型腔側(cè)壁厚度計(jì)算 24
第7章 頂出系統(tǒng) 26
7.1 推出機(jī)構(gòu)的組成及設(shè)計(jì)要求 26
7.2 脫模力的計(jì)算 26
第8章 溫度系統(tǒng). 29
8.1 水路分布原則 29
8.2 冷卻的基本原理 30
8.3 設(shè)置冷卻水路的原則與注意事項(xiàng) 31
8.4 設(shè)計(jì)原則 32
第9章 導(dǎo)向系統(tǒng) 33
9.1 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
9.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功用 33
9.3 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 33
9.4 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 33
第10章 抽芯系統(tǒng)設(shè)計(jì) 34
10.1 斜導(dǎo)柱設(shè)計(jì) 34
10.2 滑槽的設(shè)計(jì) 37
10.3 楔緊設(shè)計(jì) 37
總結(jié)與展望 38
致謝 39
第1章 緒論
本說明書主要闡述了此模具的設(shè)計(jì)思路與過程。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，注塑模總體結(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、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，對塑料制品的高精度、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。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。7)要考慮維持模具精度。
這是近幾年來發(fā)展得很快的一項(xiàng)新技術(shù) 而國內(nèi)，關(guān)于這項(xiàng)技術(shù)的報(bào)導(dǎo)開始增多，相信不久的未來將會得到普及。此說明書 ，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)簡圖。
設(shè)計(jì)可以說是大學(xué)中最大的一次設(shè)計(jì)，時(shí)間跨度大，涉及內(nèi)容多，是對個(gè)人模具設(shè)計(jì)與制造知識的全面檢驗(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)動的順暢和零件的使用壽命。
該塑件裝配在某產(chǎn)品內(nèi)，對表面美觀有一定要求，設(shè)計(jì)時(shí)要注意對外邊面的處理。
2 成型工藝分析
精度等級：采用一般精度5級。
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，可順勢脫模，所以塑件外表面沒有放脫模斜度。
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脂，樹脂是由高分子物質(zhì)所組成，它是通過聚合反應(yīng)而制成的，所以又叫聚合物或稱高聚物。塑料的主要成分是合成樹脂，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：樹脂、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、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。塑料若長期受載荷作用，即使溫度不高，其形狀會產(chǎn)生“蠕變”，塑料這種漸漸產(chǎn)生的塑件流動是不可塑的，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。前者的特點(diǎn)是在一定的溫度下，經(jīng)過一定時(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比如下表。
2.2.2 材料的選擇
在工作過程中，會有大量高壓氣體從噴嘴中噴出，這就要求噴嘴材料要有比較好的耐高沖擊性能。并且燈罩的噴嘴還會經(jīng)常經(jīng)受高溫和低溫，因此對材料的熱變形溫度和脆化溫度有一定要求。綜合考慮使用性能、加工性能、經(jīng)濟(jì)條件和原料情況，選擇材料PS。
PS在國內(nèi)有大批量的生產(chǎn)，具有良好的成型性、力學(xué)性能、表面光澤度和低成本等優(yōu)點(diǎn)，其性能如下表：
表1 PS性能
項(xiàng)目
質(zhì)量指標(biāo)
試驗(yàn)方法
斷裂伸長率，%
500
ASTMD638
拉伸強(qiáng)度，MPa
23
ASTMD638
洛氏硬度，
85
ASTMD785
密度，kg/m3
910
ASTMD1505
熱變形溫度，℃
105
ASTMD648
熔體流動速率，g/10min
1.2
ASTMD1238
維卡軟化點(diǎn)，℃
150
ASTMD1525
懸臂梁沖擊強(qiáng)度，J/m
50
ASTMD256
2.2.3 注塑成型工藝條件
（1）溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。PS料溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表所示。
表3溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)
料筒溫度/℃
噴嘴溫度/℃
模具溫度/℃
熱變形溫度 /℃
后段
中段
前段
1.82MPa
160-180
180-200
200-220
200-280
60-80
102
（2）壓力；注射成型過程中需要控制的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值PP料的注塑壓力為40-70MPa。
（3）時(shí)間；完成一次注塑成型所需要的時(shí)間稱為注塑周期或稱總周期。它由充模、保壓時(shí)間、冷卻和加料（包括預(yù)塑化）時(shí)間以及開模、輔助作業(yè)（如涂擦脫模劑、安裝嵌件等）和閉模時(shí)間組成。其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為3-5秒，保壓時(shí)間一般為20-120秒，冷卻時(shí)間一般為30-120秒。根據(jù)塑件的形狀、壁厚、材料等因素，注塑周期初定為60秒，后處理溫度110℃，保溫時(shí)間2小時(shí)。
2.3 注射成型工藝過程分析
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。
（1）、成型前對原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)，對原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，PS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PS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤?，一般塑料都可使用?
第二步: 注射成型過程
完整的注射過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)過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為PS，就采用退火處理1～3小時(shí)。
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、開模距離等進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺和模具匹配的注射機(jī)，倘若用戶已經(jīng)提供了注射機(jī)的型號和規(guī)格，設(shè)計(jì)人員必須對其進(jìn)行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶取得商量調(diào)整。
1.所需注射量的計(jì)算
（1）塑件質(zhì)量、體積計(jì)算:
對于該設(shè)計(jì)，建立塑件模型,并用軟件對此模型分析得：
塑料制件體積V1＝30.12；
塑料制件質(zhì)量M1＝31.6g。
（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2腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2= V1×0.6＝30.12x0.6=18.072cm3
（3）該模具一次注射所需要的PS
質(zhì)量M0=ρ·V0=73.2g。
2.注射機(jī)型號的選定
近年來我國引進(jìn)的注射機(jī)型號很多，國內(nèi)注射機(jī)生產(chǎn)廠的新機(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%以內(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)值超過了注射機(jī)所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(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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