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畢業(yè)設計 論文 開題報告 題目 加熱器底座塑料模具設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012 年 12 月 24 日 1 畢業(yè)設計 論文 綜述 題目背景 研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1 1 題目背景與研究意義 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在 歷經(jīng)半個多世紀 有了很大發(fā)展 模具水平 有了較大提高 尤其是塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具 在模具行業(yè)中的比例 將逐步提高 本設計題目涉及目標均為工程實際零件 通過對塑件的實體測繪 完成基本參數(shù)的采集 然后運用 塑料模具設計 塑料成型工藝 等知識 指導 學生利用 CAD 等軟件完成模具結(jié)構(gòu)的設計 并進行相關(guān)的計算 本設計旨在鍛煉 學生在技術(shù)應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求 在塑料成型工藝與塑料模具設 計技術(shù)方面得到全面提高 1 2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 塑料模具增長迅速 比重不斷提高 目前 塑料模具在整個模具行業(yè)中所占 比重約為 30 在未來模具市場中 塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具 模具 的精度將越來越高 10 年前精密模具的精度一般為 5 微米 現(xiàn)已達到 2 3 微米 1 微米精度的模具也將上市 多功能復合模具將進一步發(fā)展 新型多功能復合模具 除了沖壓成型零件外 還擔負疊壓 攻絲 鉚接和鎖緊等組裝任務 對鋼材的性 能要求越來越高 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高 隨著塑料成型 工藝的不斷改進與發(fā)展 氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā) 展 標準件的應用將日益廣泛 模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模 具制造周期 還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本 快速經(jīng)濟模具的前景十 分廣闊 以塑代鋼 以塑代木的進程進一步加快 塑料模具的比例將不斷增大 由于機械零件的復雜程度和精度的不斷提高 對塑料模具的要求也越來越高 模 具技術(shù)含量將不斷提高 2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案 研究方法或措施 2 1 主要內(nèi)容 2 1 1 本設計是以工程實際零件 加熱器底座塑料模具設計為對象 用于電熱 器元件的固定支撐放置 該零件一邊有橫向側(cè)孔 必須考慮測抽芯機構(gòu)才能完成 因此需要學生充分運用所學知識進行模具結(jié)構(gòu)設計 2 1 2 確定模具的設計方案 進行整體設計 2 1 3 主要部件設計計算及校核 2 1 4 繪制塑料件零件圖與模具裝配圖 2 1 5 編寫設計說明書 2 2 研究方法和步驟 本設計題目涉及目標均為工程實際零件 通過對塑件的實體測繪 完成基本參數(shù) 的采集 然后運用 注塑模具設計 塑料模具設計 塑料成型工藝 等知識 利 用 AutoCAD 和 Pro E 或 soildworks 等軟件完成模具結(jié)構(gòu)的設計 并進行相關(guān)的校核計 算 完成包括選材熱處理 制造工藝規(guī)程 可行性分析等工作 本設計旨在鍛煉我們 在專業(yè)技術(shù)應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求 在塑料成型工藝與塑料模具設計技 術(shù)方面得到全面提高 圖 1 加熱器底座零件圖 2 3 擬采用的研究方案 方案一 選用臥式注射機 壓塊加螺釘固定 澆注系統(tǒng)選用側(cè)澆口 方案二 選用立式注射機 螺釘固定 澆注系統(tǒng)選用點澆口 方案比較 臥式注射機適合于高速化生產(chǎn) 模具裝拆及調(diào)整容易 采用螺釘 加壓塊固定更加安全 側(cè)澆口形狀簡單 尺寸容易掌握 綜上所述 初步選用方 案一 3 本課題研究的重點及難點 前期已開展工作 3 1 本課題研究的重點及難點 此制品用于電熱器元件的固定支撐放置 制品材料為 ABS 丙烯腈 丁二 烯 苯乙烯共聚物 此材料有良好的耐化學腐蝕 表面硬度 加工性和染色性 制品的壁厚 熔料溫度對收縮率影響極小 ABS 有較強的抗沖擊強度 且在低溫 下也不迅速下降 ABS 有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性 易于成型加工 經(jīng)過調(diào)色可 配成任何顏色 此制品是批量生產(chǎn) 所以我將設計一套塑料成型模具 在設計模具時需要考 慮制品的一些特點 制品的主要特點是該零件一邊有橫向側(cè)孔 兩側(cè)有兩個上下 通孔 且上下孔形狀不規(guī)則 注塑時很復雜 塑件的尺寸精度有一定的要求 外 型需光潔不得有劃傷 總體尺寸大小適中 取塑件的最大截面為分型面 底座上 面的左右小孔和主體上左右相同的不規(guī)則通孔需要抽芯 開模后 塑件包緊動模 型芯的力比較大 采用推管推出 推出力比較平穩(wěn) 塑件不易發(fā)生變形 3 2 前期已開展工作 3 2 1 已簡單查閱了資料 對注塑模具設計的流程有了一定的了解 3 2 2 已對塑件結(jié)構(gòu)有了了解 并繪制了 CAD 圖 4 完成本課題的工作方案及進度計劃 按周次填寫 第1周 查閱和收集資料 初步了解課題 第2 4周 塑件結(jié)構(gòu)分析與繪制 初步計劃了設計方案 完成開題報告 第5 8周 澆注系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的選擇和尺寸計算 完成中期報告 第9 12 周 繪制裝配圖及零件圖 第13 14 周 編寫論文 第15周 提交論文并進行終期答辯 參考文獻 1 曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝與模具設計 北京 機械工業(yè)出版社 1993 2 李秦蕊主編 塑料模具設計 西安 西北工業(yè)大學出版社 1995 3 洪慎章主編 實用注塑模具結(jié)構(gòu)圖集 化學工業(yè)出版社 2009 4 孫玲主編 塑料成型工藝與模具設計 清華大學出版社 2008 5 孫錫紅 我國塑料模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議 期刊電加工與模具 2010 6 我國模具發(fā)展趨勢 期刊模具制造 2003 7 蔣繼宏 王效岳主編 注射模具典型結(jié)構(gòu) 100 例 中國輕工業(yè)出版社 2000 8 顏智偉主編 塑料模具設計與結(jié)構(gòu)設計 北京 國防工業(yè)出版社 2006 9 廖念釗 莫雨松 互換性與技術(shù)測量 M 中國計量出版社 2000 10 宋滿倉主編 注塑模具設計 北京 電子工業(yè)出版社 2010 11 王永平主編 注塑模具設計經(jīng)驗點評 機械工業(yè)出版社 3003 12 張中元編 塑料成型工藝與模具設計 北京 航空工業(yè)出版社 2005 13 徐進編 模具材料應用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2008 14 Mita T Yamaguchi T Kashiwase T and Kawase T Realization og speed biped using modern control theory Int J Control 1984 40 107 119 15 Eldukhri E E Design and control of a biped walking robot phD thesis Department of Electronic and Electrical Engineering Univerity of Salford UK 16 Medrano Xenda G A and Eldukhri E E Biped robot locomotiong in the sagittal plane Trans Trans Inst Mcasmt and Control 1997 19 38 49 5 指導教師意見 對課題的深度 廣度及工作量的意見 指導教師 年 月 日 6 所在系審查意見 系主管領(lǐng)導 年 月 日 畢業(yè)設計 論文 開題報告 題目 加熱器底座塑料模具設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 姓 名 學 號 導 師 2012 年 12 月 24 日 1 畢業(yè)設計 論文 綜述 題目背景 研究意義及國內(nèi)外相關(guān)研究情況 1 1 題目背景與研究意義 我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在 歷經(jīng)半個多世紀 有了很大發(fā)展 模具水平 有了較大提高 尤其是塑料模具發(fā)展速度將高于其它模具 在模具行業(yè)中的比例 將逐步提高 本設計題目涉及目標均為工程實際零件 通過對塑件的實體測繪 完成基本參數(shù)的采集 然后運用 塑料模具設計 塑料成型工藝 等知識 指導 學生利用 CAD 等軟件完成模具結(jié)構(gòu)的設計 并進行相關(guān)的計算 本設計旨在鍛煉 學生在技術(shù)應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求 在塑料成型工藝與塑料模具設 計技術(shù)方面得到全面提高 1 2 國內(nèi)外相關(guān)研究情況 塑料模具增長迅速 比重不斷提高 目前 塑料模具在整個模具行業(yè)中所占 比重約為 30 在未來模具市場中 塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具 模具 的精度將越來越高 10 年前精密模具的精度一般為 5 微米 現(xiàn)已達到 2 3 微米 1 微米精度的模具也將上市 多功能復合模具將進一步發(fā)展 新型多功能復合模具 除了沖壓成型零件外 還擔負疊壓 攻絲 鉚接和鎖緊等組裝任務 對鋼材的性 能要求越來越高 熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高 隨著塑料成型 工藝的不斷改進與發(fā)展 氣輔模具及適應高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā) 展 標準件的應用將日益廣泛 模具標準化及模具標準件的應用將極大地影響模 具制造周期 還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本 快速經(jīng)濟模具的前景十 分廣闊 以塑代鋼 以塑代木的進程進一步加快 塑料模具的比例將不斷增大 由于機械零件的復雜程度和精度的不斷提高 對塑料模具的要求也越來越高 模 具技術(shù)含量將不斷提高 2 本課題研究的主要內(nèi)容和擬采用的研究方案 研究方法或措施 2 1 主要內(nèi)容 2 1 1 本設計是以工程實際零件 加熱器底座塑料模具設計為對象 用于電熱 器元件的固定支撐放置 該零件一邊有橫向側(cè)孔 必須考慮測抽芯機構(gòu)才能完成 因此需要學生充分運用所學知識進行模具結(jié)構(gòu)設計 2 1 2 確定模具的設計方案 進行整體設計 2 1 3 主要部件設計計算及校核 2 1 4 繪制塑料件零件圖與模具裝配圖 2 1 5 編寫設計說明書 2 2 研究方法和步驟 本設計題目涉及目標均為工程實際零件 通過對塑件的實體測繪 完成基本參數(shù) 的采集 然后運用 注塑模具設計 塑料模具設計 塑料成型工藝 等知識 利 用 AutoCAD 和 Pro E 或 soildworks 等軟件完成模具結(jié)構(gòu)的設計 并進行相關(guān)的校核計 算 完成包括選材熱處理 制造工藝規(guī)程 可行性分析等工作 本設計旨在鍛煉我們 在專業(yè)技術(shù)應用能力上達到培養(yǎng)目標的基本要求 在塑料成型工藝與塑料模具設計技 術(shù)方面得到全面提高 圖 1 加熱器底座零件圖 2 3 擬采用的研究方案 方案一 選用臥式注射機 壓塊加螺釘固定 澆注系統(tǒng)選用側(cè)澆口 方案二 選用立式注射機 螺釘固定 澆注系統(tǒng)選用點澆口 方案比較 臥式注射機適合于高速化生產(chǎn) 模具裝拆及調(diào)整容易 采用螺釘 加壓塊固定更加安全 側(cè)澆口形狀簡單 尺寸容易掌握 綜上所述 初步選用方 案一 3 本課題研究的重點及難點 前期已開展工作 3 1 本課題研究的重點及難點 此制品用于電熱器元件的固定支撐放置 制品材料為 ABS 丙烯腈 丁二 烯 苯乙烯共聚物 此材料有良好的耐化學腐蝕 表面硬度 加工性和染色性 制品的壁厚 熔料溫度對收縮率影響極小 ABS 有較強的抗沖擊強度 且在低溫 下也不迅速下降 ABS 有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性 易于成型加工 經(jīng)過調(diào)色可 配成任何顏色 此制品是批量生產(chǎn) 所以我將設計一套塑料成型模具 在設計模具時需要考 慮制品的一些特點 制品的主要特點是該零件一邊有橫向側(cè)孔 兩側(cè)有兩個上下 通孔 且上下孔形狀不規(guī)則 注塑時很復雜 塑件的尺寸精度有一定的要求 外 型需光潔不得有劃傷 總體尺寸大小適中 取塑件的最大截面為分型面 底座上 面的左右小孔和主體上左右相同的不規(guī)則通孔需要抽芯 開模后 塑件包緊動模 型芯的力比較大 采用推管推出 推出力比較平穩(wěn) 塑件不易發(fā)生變形 3 2 前期已開展工作 3 2 1 已簡單查閱了資料 對注塑模具設計的流程有了一定的了解 3 2 2 已對塑件結(jié)構(gòu)有了了解 并繪制了 CAD 圖 4 完成本課題的工作方案及進度計劃 按周次填寫 第1周 查閱和收集資料 初步了解課題 第2 4周 塑件結(jié)構(gòu)分析與繪制 初步計劃了設計方案 完成開題報告 第5 8周 澆注系統(tǒng)等結(jié)構(gòu)的選擇和尺寸計算 完成中期報告 第9 12 周 繪制裝配圖及零件圖 第13 14 周 編寫論文 第15周 提交論文并進行終期答辯 參考文獻 1 曹宏深 趙仲治主編 塑料成型工藝與模具設計 北京 機械工業(yè)出版社 1993 2 李秦蕊主編 塑料模具設計 西安 西北工業(yè)大學出版社 1995 3 洪慎章主編 實用注塑模具結(jié)構(gòu)圖集 化學工業(yè)出版社 2009 4 孫玲主編 塑料成型工藝與模具設計 清華大學出版社 2008 5 孫錫紅 我國塑料模具發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展建議 期刊電加工與模具 2010 6 我國模具發(fā)展趨勢 期刊模具制造 2003 7 蔣繼宏 王效岳主編 注射模具典型結(jié)構(gòu) 100 例 中國輕工業(yè)出版社 2000 8 顏智偉主編 塑料模具設計與結(jié)構(gòu)設計 北京 國防工業(yè)出版社 2006 9 廖念釗 莫雨松 互換性與技術(shù)測量 M 中國計量出版社 2000 10 宋滿倉主編 注塑模具設計 北京 電子工業(yè)出版社 2010 11 王永平主編 注塑模具設計經(jīng)驗點評 機械工業(yè)出版社 3003 12 張中元編 塑料成型工藝與模具設計 北京 航空工業(yè)出版社 2005 13 徐進編 模具材料應用手冊 北京 機械工業(yè)出版社 2008 14 Mita T Yamaguchi T Kashiwase T and Kawase T Realization og speed biped using modern control theory Int J Control 1984 40 107 119 15 Eldukhri E E Design and control of a biped walking robot phD thesis Department of Electronic and Electrical Engineering Univerity of Salford UK 16 Medrano Xenda G A and Eldukhri E E Biped robot locomotiong in the sagittal plane Trans Trans Inst Mcasmt and Control 1997 19 38 49 5 指導教師意見 對課題的深度 廣度及工作量的意見 指導教師 年 月 日 6 所在系審查意見 系主管領(lǐng)導 年 月 日 本科畢業(yè)設計 論文 題目 加熱器底座塑料模具設計 系 別 機電信息系 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 學 生 學 號 指導教師 2013 年 04 月 I 塑料注塑模具設計 加熱器底座塑料模具設計 摘 要 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的主要工藝裝備 它是當代工業(yè)生產(chǎn)的重 要手段和工藝發(fā)展方向 許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和技術(shù)水平的提高 在很大程度 上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平 本論文主要介紹了加熱器底座塑料注塑模具的 設計 設計中首先通過分析塑件的形狀及工藝特性 選擇了合適的模具設計方案 其次是對注塑機的選擇 包括注射機的初選和注射機有關(guān)參數(shù)的校核 并確定 了注射機 再次完成模具的結(jié)構(gòu)設計 包括分型面的選擇和確定 型腔數(shù)目的 確定及型腔的排列 澆注系統(tǒng)的設計 成型零件結(jié)構(gòu)設計 抽芯機構(gòu)設計 推 出機構(gòu)的選擇 冷卻系統(tǒng)的設計 標準模架的選擇 最后對成型零件尺寸進行 計算 確定工藝參數(shù) 采用此模具能夠保證塑件尺寸外形以及表面要求 而且成本低 結(jié)構(gòu)簡單 開模容易 效率高 具有較強的實用性 關(guān)鍵詞 塑料注塑模具 注塑機 結(jié)構(gòu)設計 II Plastic Injection Mold Design Heater Base Plastic Mold Design Abstract Mold is widely used in industrial production the main technological equipment It is an important means of modern industrial production and process development direction Many modern industrial development and the improvement of the technical levels Largely depends on the development of die and mould industry level This paper mainly introduced the plastic injection mold insurance seat of design First through analysis in the design of plastic parts process characteristics and shape choose the proper mould design Second is the choice of injection mcluding injection machine of primaries and injection machine related parameter respectively To determine the injection machine Complete the die structure design again Enclose the choice and determination parting Cavity number of determining and cavity arrangement The design of gating system Molding parts structure design Core pulling mechanism design selection of launch institutions cooling system design standard formwork choice Finally calculated for molding parts size determine the process parameters Using this mold can guarantee plastics dimension appearance and surface requirements And low cost simple structure and easy to open mold high efficiency with strong practicability Keywords Plastic injection mold injection machine Structure design III 主要符號表 K 安全系數(shù) E 材料彈性模量 Smax 塑料的最大收縮率 P1 脫模阻力 Smin 塑料的最小收縮率 C 型芯成型部分斷面的平均 P0 單位面積的包緊力 h 型芯被塑料包緊部分的長度 s 塑件公差 P0 單位面積的包緊力 D 腔 型腔內(nèi)形尺寸 安全系數(shù) Qcp 塑料平均收縮率 S 頂 頂出行程 ds 塑件外徑基本尺寸 1 富裕量 Ds 塑件內(nèi)形基本尺寸 2 頂出行程富裕量 h 腔 凸模 型芯高度尺寸 傾斜角 Hs 塑件內(nèi)形深度基本尺寸 Q 抽拔阻力 P1 動模受的總壓力 P 斜導柱所受的彎曲力 F 塑件的投影面積 塑件收縮率 P 型腔壓力 f 摩擦系數(shù) K 修正系數(shù) 塑料泊桑比 B 動模墊板的寬度 L 支撐塊的跨距 IV 目 錄 1 緒論 1 1 1 塑料成型與注塑模具 1 1 2 國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展狀況 1 1 2 1 國內(nèi)發(fā)展狀況 1 1 2 2 國外發(fā)展狀況 2 1 2 3 中國與國外先進技術(shù)的差距 2 1 3 塑料模具發(fā)展走勢 2 2 塑件材料分析與方案論證 3 2 1 塑件的工藝分析 3 2 1 1 塑件的材料 3 2 1 2 聚苯乙烯的基本特性 3 2 1 3 聚苯乙烯的成型特點 3 2 1 4 聚苯乙烯的主要用途 3 2 1 5 聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù) 4 2 2 塑件的成型工藝 4 2 2 1 注射成型的原理 4 2 2 2 注射成型的工藝過程 4 2 2 3 注射成型工藝參數(shù) 6 2 3 注塑模的機構(gòu)組成 6 2 4 方案論證 6 3 注射成型機的選擇 8 3 1 估算塑件體積 8 3 2 估算塑件質(zhì)量 8 3 3 注塑機的注射容量 8 3 4 鎖模 8 3 5 選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù) 9 3 5 1 注射機的選擇 9 3 6 注塑機的校核 9 3 6 1 最大注射量校核 9 3 6 2 鎖模力校核 9 3 6 3 模具厚度校核 10 3 6 4 開模行程校核 10 V 4 澆注系統(tǒng)設計 11 4 1 澆注系統(tǒng)的功能 11 4 1 1 澆注系統(tǒng)的組成 11 4 1 2 澆注系統(tǒng)設計原則 11 4 1 3 澆注系統(tǒng)布置 12 4 2 流道系統(tǒng)設計 13 4 2 1 主流道設計 13 4 2 2 冷料井設計 14 4 2 3 分流道設計 14 4 2 4 澆口設計 15 5 成型零件工作尺寸的計算 17 5 1 影響塑件尺寸精度的因素 17 5 2 模具成型零件的工作尺寸計算 17 5 2 1 成形收縮率 17 5 2 2 模具成形零件的制造誤差 18 5 2 3 零件的磨損 18 5 2 4 模具的配合間隙的誤差 18 5 3 型腔和型芯尺寸計算 18 5 3 1 型腔徑向尺寸計算 18 5 3 2 型腔的深度尺寸 18 5 3 3 型芯的徑向尺寸 18 5 3 4 型芯的高度尺寸 19 5 3 5 中心距尺寸計算 19 5 4 動模板的強度校核 19 6 導向機構(gòu)的設計 22 6 1 導向機構(gòu)的作用 22 6 2 導柱導向機構(gòu) 22 6 2 1 導向機構(gòu)的總體設計 22 6 2 2 導柱的設計 22 6 2 3 導套的設計 23 6 3 推板導套導柱的結(jié)構(gòu)設計 23 7 脫模機構(gòu)的設計 25 7 1 基本考慮和要求 25 7 2 推出機構(gòu)的確定 25 VI 7 3 推件板脫模機構(gòu)設計的特點和基本原則 25 7 4 頂桿橫截面直徑校核 26 7 4 1 脫模力的計算 26 7 4 2 推桿直徑的校核 26 8 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計 28 8 1 基本考慮和要求 28 8 1 1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)應具備的基本功能 28 8 2 抽芯機構(gòu)的概述 28 8 3 斜導柱抽芯機構(gòu)設計原則與確定 28 8 4 斜導柱抽芯機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)計算 29 8 4 1 抽芯距 29 8 4 2 斜導柱傾斜角 的確定 29 8 4 3 斜導柱直徑的確定 30 8 4 4 斜導柱長度的計算 31 8 5 滑塊的設計 32 8 6 導滑槽的設計 32 8 7 滑塊定位裝置 32 8 7 1 滑塊的作用和結(jié)構(gòu)形式 32 8 8 鎖緊塊 32 8 8 1 鎖緊塊的作用 32 8 8 2 鎖緊塊的設計要點 33 8 8 3 鎖緊塊的結(jié)構(gòu)形式 33 9 模具的材料 34 9 1 塑料模具用鋼的必要條件 34 9 2 選擇鋼材的條件 34 9 3 本模具材料的選擇 34 9 4 模具的淬火硬度 35 9 5 模具的表面粗糙度 35 9 6 熱處理的選擇 35 10 模具的可行性分析 36 10 1 其它結(jié)構(gòu)零部件設計 36 10 2 本模具的特點 36 10 3 市場前景與經(jīng)濟效益分析 36 11 結(jié)論 37 VII 參考文獻 38 致 謝 39 畢業(yè)設計 論文 知識產(chǎn)權(quán)聲明 40 畢業(yè)設計 論文 獨創(chuàng)性聲明 41 1 緒論 1 1 緒論 1 1 塑料成型與注塑模具 塑料工業(yè)是由塑料原料和塑料制品生產(chǎn)兩大系統(tǒng)組成 二者相輔相成 缺 一不可 而塑料制品生產(chǎn)是實現(xiàn)塑料原料自身價值的唯一手段 塑料制品生產(chǎn) 主要由成型 機械加工 表面裝飾 裝配等環(huán)節(jié)組成 其重要一環(huán)就是塑料成 型 塑料成型就是將各種形態(tài)的塑料原料 粉料 粒料 溶液或分散體 制成 所需形狀的制品或胚件的過程 塑料成型的方法很多 如注塑 吹塑 擠出等 等 而注塑成型以其能成型高尺寸精度 高復雜性的制品和高效率占有重要一 席 塑料注塑成型過程是 塑料原料從注塑機的料斗進入加熱筒 經(jīng)塑化后由 柱塞或螺桿的推動 在一定壓力下通過噴嘴進入模具型腔 經(jīng)冷卻固化后而開 模獲得制品 塑件 除少數(shù)幾種塑件外 幾乎所有的塑件都可以注塑成型 塑模設計的傳統(tǒng)方法 是依靠設計人員的經(jīng)驗 技巧和現(xiàn)有的設計數(shù)據(jù) 從 對塑件的工藝計算到塑模的設計制圖 全靠手工勞動 對塑模的制造就更需要 專業(yè)人員付出大量的繁雜勞動 所以塑件的質(zhì)量和數(shù)量都遠不能滿足生產(chǎn)發(fā)展 的需要 隨著計算器技朮的廣泛應用 塑模設計和制造采用了 CAD CAM 系統(tǒng) 從而大大提高了模具設計制造的效率 塑模 CAD CAM 的應用可以提高塑模的設計 制造質(zhì)量和速度 采用了 NC 自動編程系統(tǒng) 采用 NC 機床可以提高制造精度 節(jié)省能耗和擴大制造功能 塑料模具材料直接影響塑模的使用壽命 加工成本及產(chǎn)品的成型質(zhì)量 因此 設計時要正確地選擇模具材料 1 2 國內(nèi)外相關(guān)發(fā)展狀況 1 2 1 國內(nèi)發(fā)展狀況 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要基礎工業(yè) 也是一個國家加工工業(yè)發(fā)展的 重要標志 近年來 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平取得了長足的發(fā)展 現(xiàn)在 我國模具生產(chǎn)廠點約有 3 萬多家 從業(yè)人數(shù) 80 多萬人 十五 期間 模具年平均增長速度達到 20 左右 2005 年模具銷售額達 650 億元 同比增長 1 緒論 2 25 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中 沖壓模具約占 50 塑料模具約占 33 壓鑄 模具約占 6 其它各類模具約占 11 但是 由于創(chuàng)新能力弱 行業(yè)關(guān)鍵技 術(shù)難以突破 使得我國模具行業(yè)長期以來面臨著 低端競爭 高端進口 的尷尬 局面 為了適應市場對模具制造的短交貨期 高精度 低成本的迫切要求 模具 越 3 來越向著大型化 高精度化 多功能復合模具化等方向發(fā)展 熱流道模具 氣輔模具等先進的模具加工技術(shù)也將在塑料模具中得到更廣泛的應用 標準件 的廣泛應用 將極大的影響模具制造周期 提高模具的質(zhì)量 并降低模具的制 造成本 1 2 2 國外發(fā)展狀況 高新技術(shù)在歐美模具企業(yè)得到廣泛應用 歐美許多模具企業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)水 平 在國際上是一流的 將高新技術(shù)應用于模具的設計與制造 已成為快速制 造優(yōu)質(zhì)模具的有力保證 目前 國外注射成型技術(shù)的發(fā)展迅速 精密注射成型 注射成型中的計算 機技術(shù)的廣泛應用 以及全電動注射劑 兩板式注射機 無拉桿注射機 電磁 動態(tài)化注射機等技術(shù)的研發(fā)及應用 都大大提高了國外模具的生產(chǎn)和制造水平 1 2 3 中國與國外先進技術(shù)的差距 中國模具生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三 但設計制造水平在總體上要比德 美 日 法 意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多 其差距主要表現(xiàn)在下列幾方面 國 內(nèi)自配率不足 80 其中中低檔模具供過于求 中高檔模具自配率不足 60 模具是制造業(yè)的重要工藝基礎 在我國 模具制造屬于專用設備制造業(yè) 中國 雖然很早就開始制造模具和使用模具 但長期未形成產(chǎn)業(yè) 企業(yè)組織結(jié)構(gòu) 產(chǎn) 品結(jié)構(gòu) 技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理 中國模具生產(chǎn)廠中多數(shù)是自產(chǎn)自 配的工模具車間 分廠 專業(yè)模具廠也大多數(shù)是 大而全 小而全 的組織形 式 國外模具企業(yè)大多是 小而專 小而精 模具產(chǎn)品水平和生產(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 模 具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低 與國際先進水平相比 模具企業(yè)的 管理落后更甚于技術(shù) 1 3 塑料模具發(fā)展走勢 a 提高大型 精密 復雜 長壽命模具的設計制造水平及比例 b 在塑料模設計制造中全面推廣應用 CAD CAM CAE 技術(shù) c 推廣應用熱流道技術(shù) 氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù) d 新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟模具 以適應多品種 少批量的生產(chǎn)方式 e 提高塑料模標準化水平和標準件的使用率 f 應用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得 4 十分必要 g 研究和應用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程 2 塑件材料分析與方案論證 5 2 塑件材料分析與方案論證 2 1 塑件的工藝分析 2 1 1 塑件的材料 此塑件的材料為聚苯乙烯 PS 2 1 2 聚苯乙烯的基本特性 聚苯乙烯是一種性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料 密度為 1 05g cm3 無色 無 味 無毒的透明剛性固體 可見光的透光率接近 90 成型零件可達到很好的 尺寸精度并在很寬的溫度范圍內(nèi)保持其尺寸的穩(wěn)定性 成型收縮率恒為 0 5 0 6 抗蠕變 耐磨 耐熱 耐寒 脆化溫度在低 長期工作溫度達 120 聚苯乙烯吸水率較低 能在較寬的溫度范圍內(nèi)保持較好的電性能 聚苯 乙烯熱導率較小 是良好的絕熱保溫材料 耐室溫下的水 稀酸 氧化劑 還 原劑 鹽 油 脂肪烴 但不耐堿 胺 酮 脂 芳香烴 并有良好的耐氣候 性 其最大的缺點是塑件易開裂 耐疲勞強度較差 用玻璃纖維增強聚碳酸酯 克服了上述缺點 使聚苯乙烯具有更好的力學性能 更好的尺寸穩(wěn)定性 更小 的成型收縮率 并提高了耐熱性和耐藥性 降低了成本 2 2 1 3 聚苯乙烯的成型特點 聚苯乙烯可以采用擠出 熱成型 旋轉(zhuǎn)模塑 吹塑 發(fā)泡等多種成型工藝 其中注塑 擠出 發(fā)泡是最常采用的工藝方法 聚苯乙烯吸水性很小 成型加 工前一般都不需要專門的干燥工序 其流動性和成型性優(yōu)良 成品率高 但容 易產(chǎn)生內(nèi)應力而出現(xiàn)裂紋 成型制品的脫模斜度不宜過小 頂出要均勻 而且 由于熱膨脹系數(shù)高 制品中不宜有嵌件 宜用高料溫 低注射壓力成型并延長 注射時間 以防止縮孔及變形 但料溫過高 容易出現(xiàn)銀絲 2 1 4 聚苯乙烯的主要用途 在機械上主要用作各種齒輪 渦輪 蝸桿 齒條 凸輪 心軸 軸承 滑 輪 鉸鏈 螺母 墊圈 泵葉輪 燈罩 節(jié)流閥 潤滑油輸油管 各種外殼 蓋板 容器 冷凍和冷卻裝置零件等 在電氣方面 用作電機零件 電話交換 器零件 信號用繼電器 風扇部件 撥號盤 儀表殼 接線板等 還可制作照 明燈 高溫透鏡 視孔鏡 防護玻璃等光學零件 6 2 1 5 聚苯乙烯的注射成型工藝參數(shù) 密度 g cm 3 1 04 1 06 吸水率 24h 0 03 0 05 收縮率 0 5 0 6 熱變性溫度 1 85Mpa 100 拉伸強度 MPa 35 63 彎曲強度 MPa 61 98 彈性模量 MPa 2 8 3 5 沖擊強度 無缺口 不斷 適用注塑機類型 螺桿式 柱塞式均可 2 2 塑件的成型工藝 塑料的種類很多 其成型的方法也很多 有注射成型 壓縮成型 壓注成 型 擠出成型 氣動與液壓成型 泡沫塑料的成型等 其中前四種方法最為常 用 本塑件的成型采用注射成型 2 2 1 注射成型的原理 注射成型是原理是將顆粒狀態(tài)或粉狀塑料從注塑機的料斗送進加熱的料筒 中 經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體 在注射劑柱塞或螺桿的高壓推動下 以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔 經(jīng)一定時間的保壓冷卻定型后可保持模 具型腔所賦予的形狀 然后開模分型獲得成型塑件 這樣就完成了一次工作循 環(huán) 如圖 2 1 所示 2 圖 2 1 注射成型工作循環(huán) 2 2 2 注射成型的工藝過程 注射成型工藝過程包括 成型前的準備 注射成型過程以及塑件的后處理 三個階段 7 a 成型前的準備 為確保注射過程順利進行和保證質(zhì)量 應對所用設備和塑料進行一下準備 工作 1 成型前對原料的預處理 根據(jù)各種塑料的特性及供料狀況 一般在成 型前對原料進行外觀和工藝性能檢驗 2 料筒的清洗 在注射成型前 如果料筒內(nèi)殘余塑料與將要使用的塑料 不一致以及需要調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時 都需要對料筒進行清洗 或更換 3 螺桿式注射機通常是直接換料清洗 4 脫模劑的使用 脫模劑是使塑件容易從模具中脫出而敷在模具表面上 的一種助劑 b 注射成型過程 注射過程是塑料轉(zhuǎn)變?yōu)樗芗闹饕A段 它包括加料 塑化 加壓 注射 保壓 冷卻定型和脫模等步驟 1 加料 由注射劑料斗落入一定量的塑料 以保證操作穩(wěn)定 塑料塑化 均勻 最終獲得良好的塑件 2 塑化 塑化是指塑料在料筒內(nèi)經(jīng)加熱達到熔融流動狀態(tài) 并具有良好 的塑性的全過程 3 加壓注射 注射機用柱塞或螺桿推動具有流動性和溫度均勻的塑料熔 體 從料筒中經(jīng)過噴嘴 澆注系統(tǒng)直至注入模腔 4 保壓 保壓是自注射結(jié)束到柱塞或螺桿開始后移的這段過程 即壓實 工序 5 冷卻定型 當澆注系統(tǒng)的塑料已經(jīng)冷卻凝固 繼續(xù)保壓已不再需要 此時可退回柱塞或螺桿 同時通入冷卻水或空氣等冷卻介質(zhì) 對模具進一步冷 卻 這一階段稱冷卻定型 6 脫模 塑件冷卻到一定溫度即可開模 在推出機構(gòu)的作用下將塑件推 出模外 c 塑料的后處理 塑件經(jīng)注射成型后 除去澆口凝料 修飾澆口處余料及飛邊毛刺外 常需 要進行適當?shù)暮筇幚?借以改善和提高塑件的性能 塑件的后處理主要指退火 和調(diào)濕處理 1 退火處理 退火處理是使塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘 箱中靜置一段時間 然后緩慢冷卻的過程 2 調(diào)制處理 將剛脫模的塑件放在熱水中進行處理 以隔絕空氣 防止 8 塑件氧化而變色 同時 加快達到吸濕平衡的一種處理方法 2 2 3 注射成型工藝參數(shù) 在生產(chǎn)中 工藝條件的選擇及控制 就是保證成型順利進行和塑件質(zhì)量的 關(guān)鍵 注射成型最主要的工藝參數(shù)是塑化流動和冷卻的溫度 壓力 以及相應 的各個作用時間 a 溫度 注射成型過程需控制的溫度有料筒溫度 噴嘴溫度 模具溫度等 b 壓力 注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力 它們關(guān)系到塑 化和成型的質(zhì)量 2 3 注塑模的機構(gòu)組成 注射模具包括動模和定模兩部分 動模安裝在注射機的移動模板上 定模 安裝在注射機的固定模板上 注射時動模與定模閉合 構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng) 開模時動模與定模分離 以便取出塑料制品 根據(jù)模具中各個部件所起的作用 可將模具分為以下幾個基本組成部分 a 成型零部件 主要用來決定制品的幾何形狀和尺寸 b 合模導向機構(gòu) 主要用來保證動模和定模兩大部份或模具中其它零部件 之間的準確對和 以保證制品形狀和尺寸的精確度 并避免模具中各種零件發(fā) 生碰撞和干涉 c 澆注系統(tǒng) 是將注射機射出的塑料熔體引向閉合模腔的通道 對熔體充 模時的流動特性以及注射成型質(zhì)量都具有重要影響 d 推出機構(gòu) 在開模過程中 需要有推出機構(gòu)將塑料制品及其在流道內(nèi)的 凝料推出或拉出 e 調(diào)溫系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求 需要有調(diào)溫系統(tǒng)對模 具的溫度進行調(diào)節(jié) f 排氣結(jié)構(gòu) 注射模中設置排氣結(jié)構(gòu)是為了在塑料熔體充模過程中排除模 腔中的空氣和塑料本身揮發(fā)出的各種氣體 以避免他們造成缺陷 g 支承零部件 這類零部件在注射模中用來安裝固定或支承成型零部件等 上述七種功能結(jié)構(gòu) 將支承零部件組裝在一起 可以構(gòu)成模具的基本骨架 2 4 方案論證 此次設計的塑料模具的塑件圖如圖 2 2 所示 9 a 加熱器底座二維圖 b 加熱器底座三維圖 圖 2 2 加熱器底座 方案一 采用強制脫模 其澆口套和澆口設在定模固定板上 采用直接澆口 這種澆口流動阻力小 進料快 方案二 采用彈簧抽芯 型芯將一塊鑲塊組成 由鑲塊組成的型芯結(jié)構(gòu)內(nèi) 部是實心的 實心部分加一頂桿 在鎖模力解除后 頂桿抽出 在彈簧力的作 用下 型芯鑲塊向下運動 從而實現(xiàn)脫模 澆口采用側(cè)澆口 側(cè)澆口尺寸小 冷凝快 成型周期快 方案三 采用一模兩腔結(jié)構(gòu) 其澆口設在定模板上 用推板推動型芯底座 實現(xiàn)脫模 方案一采用強制脫模 雖然模具設計結(jié)構(gòu)比較簡單 但是塑件容易產(chǎn)生變形 或者破壞 同時采用直接澆口 需要專門去除澆注系統(tǒng)產(chǎn)生的凝料 方案二采 用彈簧抽芯機構(gòu) 由于彈簧存在一定的預緊力 使鑲塊中間的頂桿運動受阻 方案三采用一模兩腔結(jié)構(gòu) 效率高 采用側(cè)澆口 模具結(jié)構(gòu)采用單分型面 經(jīng)過以上三種方案綜合比較 決定采用第方案三 其模具如圖 2 3 所示 圖 2 3 加熱器底座的模具結(jié)構(gòu) 3 注射成型機的選擇 10 3 注射成型機的選擇 3 1 估算塑件體積 a 用 Pro E 軟件計算塑件體積為 4319 60Vm 3 1 b 估算總體積 n塑 3 2 4 32 1 60c 式中 n 模具中一次造出來的零件數(shù) 3 2 估算塑件質(zhì)量 此塑件材料為聚苯乙烯 PS 經(jīng)查表的其密度 其質(zhì)量為 1 052673mVg 3 3 3 3 注塑機的注射容量 確定了單個塑件的體積和模腔數(shù)量就可以大體計算出多模塑件的總體積 再加上教主系統(tǒng)中主流到 分流到 澆口 冷料井的體積 即是一模的塑料的 總體積 V 塑 在選擇注射機的注射容量 V 注 時可用下式計算 3 4 0 8 塑 注 式中 V 注 注射機最大注射容量 3cm V 塑 成型塑件與澆注系統(tǒng)體積總和 3 0 8 最大注射容量的利用系數(shù) 計算得 V 注 353 75 3c 3 4 鎖模 型腔總的投影面積為 A 2a b 2 67 200 26800mm 2 計算其所需鎖模力 F 為 F 1 5 P A 1809KN 式中 P 型腔單位面積的注射壓力 MPa 查手冊得 P 45MP 11 3 5 選擇注塑機及注塑機的主要參數(shù) 3 5 1 注射機的選擇 綜合以上的分析 聯(lián)系實際情況 現(xiàn)初選 G54 S 200 400 型注射出成型機 3 5 2 G54 S 200 400 型注塑機的主要參數(shù) 理論注射量 200 400 螺桿直徑 55 mm 注射壓力 109 MPa 最大注射面積 645 鎖模力 2540KN 模板最大行程 260 mm 模具最大厚度 406 mm 模具最小厚度 165 mm 拉桿空間 長 寬 290 368 mm 定位孔直徑 125mm 噴嘴球半徑 18mm 噴嘴孔徑 4mm 注射方式 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 16 28 48r min 3 6 注塑機的校核 3 6 1 最大注射量校核 最大注射量是指注射機一次注射塑料的最大容量 設計時應保證成型塑件 所需的注射量小于所選注射機的最大注射量 G54 S 200 400 型注射出成型機的理論注射量 400cm3 357 5cm3 200cm3 因此滿足要求 3 6 2 鎖模力校核 當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時 會產(chǎn)生一個沿注射機抽向的很大的推 力 此推力的大小等于塑件加上澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積之和 即 注射面積 乘以型腔內(nèi)的塑料壓力 此力可使模具沿分列面漲開 為了保持動 定模閉合緊密 保密塑件的尺寸精度并盡量減小溢邊厚度 同時也為了保障操 作人員的人身安全 需要機床提供足夠大的鎖模力 因此 欲使模具從分型面 12 漲開的必須小于注射機規(guī)定的鎖模力 即 3 5 10TKFq 式中 T 注射機的額定鎖模力 t F 塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 cm 2 q 熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力 kg cm 2 K 安全系數(shù) 通常取 1 1 1 2 經(jīng)查表可得 q 300 kg cm 2 10 38 4170 78 6t 即 6FqKN 9 T 所以該注塑機的鎖模力符合要求 3 6 3 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式 3 6 minaxH 式中 H 模具閉合厚度 400mm Hmin 注塑機所允許的最小模具厚度 165mm Hmax 注塑機所允許的最大模具厚度 406mm 根據(jù)結(jié)構(gòu)草圖可知 初選的模具厚度為 400mm 滿足要求 3 6 4 開模行程校核 開模取出塑件所需的開模距離必須小于注塑機的最大開模行程 對于三分 形面的注塑模具 其開模行程按下式效核 5 10 mm 3 7 123SHA 式中 S 注塑機的最大行程 mm H1 為塑件內(nèi)抽心的脫模距離 此模具中為 65mm H2 為塑件外抽心的脫模距離 此模具中為 83mm H3 包括流道在內(nèi)的塑件高度 此模具中為 60mm A 定模板與澆口板的分離距離 此模具中為 10mm 所以上式成立 400 218 即該注塑機的開模行程符合要求 故可知該 G54 S 200 400 型注塑機符合要求 4 澆注系統(tǒng)設計 13 4 澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是引導塑料熔體從注塑機噴嘴到模具型腔為止的一種完整的輸送 管道 它具有傳質(zhì) 傳壓和傳熱的功能 對塑件質(zhì)量具有決定性影響 1 4 1 澆注系統(tǒng)的功能 澆注系統(tǒng)的作用 是將塑料熔體順利地充滿到型腔深處 以獲得外形輪廓 清晰 內(nèi)在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件 因此要求充模過程快而有序 壓力損失小熱 量散失少 排氣條件好 澆注系統(tǒng)凝料易于與制品分離或切除 4 1 1 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)一般由四部分組成 a 它是塑料熔體首先經(jīng)過的通道 且與注塑機噴嘴在同一軸線 b 分流道指主流道末端至澆口的整個通道 分流道的功能是使熔體過渡和 轉(zhuǎn)向 單型腔模具中分流道是為了縮短流程 多型腔注射模中分流道中為了分 配物料 通常由一級分流道和二級分流道 甚至多級分流道組成 c 澆口指分流道末端與模腔入口之間狹窄且短小的一段通道 它的功能是 使塑料熔體加快流速注入模腔內(nèi) 并有序的填滿型腔 且對補縮具有控制作用 d 冷料井通常設置在主流道和分流道轉(zhuǎn)彎處的末端 其功用為 捕捉 和貯 存熔料前鋒的冷料 冷料井也經(jīng)常起拉勾凝料的作用 4 1 2 澆注系統(tǒng)設計原則 a 澆注系統(tǒng)與塑件一起在分型面上 應有壓降 流量和溫度分布的均衡布 置 b 盡量縮短流程 以降低壓力損失 縮短充模時間 c 澆口位置的選擇 應避免產(chǎn)生湍流和渦流 及噴射和蛇形流動 并有利 排氣和補縮 d 避免高壓熔體對型芯很讓和嵌件產(chǎn)生沖擊 防止變形和位移 e 澆注系統(tǒng)凝料脫出方便可靠 易與塑件分離或切除整修容易 且外觀無 損傷 f 熔合縫位置需合理安排 必要時配置冷料井或溢料槽 g 盡量減少澆注系統(tǒng)的用料量 h 澆注系統(tǒng)應達到所需精度和粗糙度 其中澆口須有 IT8 以上精度 14 4 1 3 澆注系統(tǒng)布置 在多模腔中 分流道的布置有平衡式和非平衡式兩類 一般以平衡式為宜 a 平衡式布置 從主流道末端到各型腔的分流 其長度 端面形狀和尺寸 都對應相等 這種布置可使塑料熔體均衡地充滿各個型腔 一起出模的各塑件 質(zhì)量和尺寸精度的一致性好 但分流道較長 對熔體阻力大 澆注系統(tǒng)凝料多 如圖 4 1 所示 圓周均不 較適宜均衡充模 但流道較長 而 H 形排列 適宜 于矩形塑件 4 1 澆注系統(tǒng)平衡式布置 a b 圓形排列 c d H 形排列 b 非平衡式布置 見圖 4 2 由于從主流道末端到各個型腔的分流道長度 各不相等 為達到均衡充模 需將澆口尺寸按距主流道遠近 進行修正 此種 布置 流程雖短但制件質(zhì)量一致性很難保證 圖 4 2 澆注系統(tǒng)非平衡式布置 15 澆注系統(tǒng)無論是平衡或非平衡布置 型腔均應與模板中心對稱 使型腔和 流道的投影中心與注射機鎖模力中心重合 避免注射時產(chǎn)生附加的傾側(cè)力矩 4 2 流道系統(tǒng)設計 流道系統(tǒng)包括主流道 分流道和冷料井以及結(jié)構(gòu)設計 4 2 1 主流道設計 主流道通常位于模具的中心 是塑料熔體的入口 其形狀為圓錐形 便于 熔融塑料的順利進入 開模時又能使主流道的凝料順利拔出 熱塑性塑料的主 流道一般由澆口套構(gòu)成 主流道入口直徑 d 應大于注塑機噴嘴直徑 1mm 左右 這樣便于兩者能同軸對準 也使得主流道凝料能順利脫出 主流道入口的凹坑 球面半徑 R 應該大于注塑機噴嘴頭半徑約 2 3mm 反之 兩者不能很好粘合 會讓塑料熔體反噴 出現(xiàn)溢邊導致脫模困難 錐孔粗糙度 Ra 0 8 m 主流道 的錐角 a 2 4 過大的錐角會產(chǎn)生湍流或渦流 卷入空氣 過小錐角使凝料 脫模困難 還會使充模時流動阻力大 比表面增大 熱量損耗大 2 如主流道圖 4 3 所示 a 澆口套二維圖 b 澆口套三維圖 圖 4 3 主流道的設計 圖中 d 噴嘴孔徑 1mm R 噴嘴球面半徑 2 3mm a 2 4 r D 8 H 1 3 2 5 R 主流道直徑的經(jīng)驗公式為 4 1 4VDK 式中 D 主流道大頭直徑 mm V 流經(jīng)主流道的熔體體積 包括各個型腔 各級分流道 主流道以及冷 料穴的容積 mm 16 K 因熔體材料而異的常數(shù) 查手冊 1 得 PC 的 K 1 5 取 D 16 15mm 噴嘴孔徑為 4mm 噴嘴球面半徑為 18mm 則 d 5mm R 20mm r 2mm H 8mm 4 2 2 冷料井設計 冷料井的位置在正對主澆道的動模上 一般處于分流道的末端 它的作用 是將物料前端的 冷料 收集起來 防止 冷料 進入型腔而影響塑件的質(zhì)量 開模時冷料井能起到將主流道的冷凝料拉出的作用 冷料井的直徑比應比主流 道的大端直徑稍微大一些 冷料井的形式有帶 Z 形拉料勾的冷料井 帶球頭形 拉料的冷料井 倒錐形冷料井等 4 本方案采用的是帶 Z 形拉料勾的冷料井 4 2 3 分流道設計 主流道與澆口之間的通道稱為分流道 直澆道模具可以省去分澆道 但在 多型腔模具中分澆道是必不可少的 a 分流道的設計要點 1 分流道要求熔體的流動阻力盡可能小 在保證足夠的注塑壓力使塑料 熔體順利充滿型腔的前提下 分流道的截面積與長度盡量取小值 尤其對于小 型塑件更為重要 2 分流道轉(zhuǎn)折處應以圓弧過度 分流道與澆口的連接處應加工成斜面 并用圓弧過度 利于塑料熔體的流動及充模 3 各型腔要保持均衡進料 4 表面粗糙度要求以 Ra0 8 為佳 b 分流道截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形 正方形 梯形 U 形 半圓形和正六角等 表 4 1 所示為不同截面的分流道的效率 表 4 1 分流道截面形狀與效率 各 類 截面 中 圓形 正方形的效率最高 但正方形流道的凝料脫模困難 實際使用的是具有 17 5 10 斜度的梯形流道 U 字形是梯形流道的變異 六角形截面科士威兩個梯 形的組合 淺矩形及半圓形截面流道 由于其效率低 通常不采用 當分型面 為平面時 可采用圓形或六角形截面的分流道 當分型面不是平面時 長采用 梯形或半圓形截面的流道 塑料熔體在流道中流動時 表層冷凝凍結(jié) 起絕緣 作用 熔體僅在流道中心部分流動 因此分流道的理想狀態(tài)應是其中心與澆口 中心一致 圓形截面流道可實現(xiàn)這一點 而梯形截面流道就難以實現(xiàn) 經(jīng)過綜合考慮 本模具采用梯形截面分流道 c 分流道的截面尺寸 應根據(jù)塑件的體積 形狀 壁厚 所用塑料的工藝性能 注射速率以及澆 道的長度等因素來確定 1 對于壁厚小于 3 mm 質(zhì)量在 200g 一下的塑件可用一下經(jīng)驗公式確定分流 道的直徑 4 2 1 240 65DWL 式中 D 分流道的直徑 mm W 流經(jīng)分流道的塑料量 g L 分流道長度 mm 經(jīng)計算得 本模具分流道直徑 D 5 mm d 分流道的布置 分流道的布置形式有平衡式和非平衡式兩種 本模具采用平衡式布置形式 4 2 4 澆口設計 澆口是連接分流道和型腔的一段細短澆道 它的形狀 數(shù)量 尺寸和位置 對塑件的質(zhì)量影響很大 a 澆口的尺寸及類型 澆口的截面積一般取分流道截面積的 3 6 澆口的長度約 1 1 5mm 在 設計時應取最小值 試模時逐步修正 澆口的形狀有矩形 厚度和寬度比為 1 3 圓形 梯形和 U 形 澆口的類型有直接口 側(cè)澆口 平縫式澆口 扇 形澆口 點澆口 環(huán)形澆口 輪輻式澆口 爪形澆口 潛伏式澆口和護耳澆口 等 本模具采用的側(cè)澆口 側(cè)澆口位置開設在模具的分型面上 從零件的邊緣 進料 優(yōu)點 截面形狀簡單 易于加工 便于試模后修正 缺點 在制品的表面留有澆口痕跡 澆口的大小由厚度 寬度和長度決定 厚度確定澆口的固化時間 在實踐 18 中通常是在允許的范圍內(nèi)先將側(cè)交口的厚度加工的薄一些 試模式在進行修正 確定側(cè)澆口厚度 h 和寬度 b 的經(jīng)驗公式如下 hnt 4 3 30 A 4 4 式中 t 塑料厚度 mm n 系數(shù)與塑料品有關(guān) A 為塑件外表面面積 mm 2 圖 4 4 側(cè)澆口的機構(gòu)形式 圖中主要尺寸為 L 2 mm b 2 5 mm h 1 mm b 澆口的位置 澆口的位置對塑件的質(zhì)量有極大的影響 澆口的位置選擇時應遵循如下原 則 1 澆口應開設在塑件較厚的部位 以利于熔體流動 型腔的排氣和塑料 的補塑 避免塑件產(chǎn)生縮孔或表面凹陷 2 澆口的設置應避免塑件表面產(chǎn)生熔接痕 影響塑件的外觀 3 澆口應設置在能使型腔的各個角落同時充滿的位置 4 澆口應設置在有利于排出型腔中的氣體的位置 5 成型零件的工作尺寸計算 19 5 成型零件工作尺寸的計算 設計模具時應該對成型零件的結(jié)構(gòu)形式 計算尺寸 強度校核給以足夠的 重視 5 1 影響塑件尺寸精度的因素 a 模具成型零件尺寸精度的因素模具成型零件的加工精度直接影響塑件的 尺寸精度 通常模具的制造精度等級為 3 4 級即可 b 模具成型零件的磨損量 模具在使用過程中 由于料流的流動 塑料塑 件的脫模 都會使模具成型零件受到磨損 c 毛邊厚度對塑件尺寸精度的影響在敞開式和半閉合式壓模中 沿塑料塑 件型腔周圍設有擠壓邊 把在該擠壓邊框上形成的塑料層叫毛邊 d 成型工藝條件的控制及操作技術(shù)對塑料塑件尺寸精度的影響 成型工藝 條件包括料筒溫度 注射壓力 保壓時間 模具溫度 每次注射量 注射速度 冷卻時間 成型周期 原料的預熱及干燥等 對其進行正確的控制和管理 有 利于獲得穩(wěn)定的尺寸 質(zhì)量優(yōu)異的塑料塑件 并對經(jīng)濟價值也有大的影響 5 2 模具成型零件的工作尺寸計算 工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸 主要包括 凹 模 凸模的徑向尺寸 含長 寬尺寸 與高度尺寸 以及中心距尺寸等 為了 保證塑件質(zhì)量 模具設計時必須根據(jù)塑件的尺寸與精度等級確定相應的成型部 件工作尺寸與精度 其中影響模具尺寸和精度的因素很多 主要包括以下幾個 方面 5 2 1 成形收縮率 在實際工作中 成形收縮率的波動很大 從而引起塑件尺寸的誤差很大 塑件尺寸的變化值為 s S max Smin Ls 5 1 式中 s 為件收縮波動而引起的塑件尺寸誤差 mm Smax 為塑料的最大收縮率 Smin 為塑料的最小收縮率 Ls 為塑件尺寸 mm 一般情況下 由收縮率波動而引起的塑件尺寸誤差要求控制在塑件尺寸公 差 1 3 以內(nèi) 20 5 2 2 模具成形零件的制造誤差 實踐證明 如果模具的成形零件的制造誤差在 IT7 IT8 級之間 成形零件 的制造公差占塑件尺寸公差的 1 3 5 2 3 零件的磨損 模具在使用過程中 由于種種原因會對型腔和型芯造成磨損 對于中小型 塑件 模具的成形零件最大磨損應取塑件公差的 1 6 5 2 4 模具的配合間隙的誤差 模具的成形零件由于配合間隙的變化 會引起塑件的尺寸變化 模具的配 合間隙誤差不應該影響成形零件的尺寸精度和位置精度 通常凹模 凸模組成的模腔工作尺寸簡化后的計算方法有平均收縮率法和 公差帶法兩種 5 3 型腔和型芯尺寸計算 5 3 1 型腔徑向尺寸計算 mxdSDcpm 0 1 5 2 式中 D m 為型腔的最小基本尺寸 D 為塑件的最大基本尺寸 Scp 為注塑件塑料的平均收縮率 為塑件的尺寸公差 x 為系數(shù) x 3 4 M 為模具制造公差 按 IT9 級公差選取而精度要求不高的塑件按 1 3 1 6 選取 因為該塑件精度要求不高 所以按 1 4 選取 5 3 2 型腔的深度尺寸 mxhSHcpm 0 1 5 3 式中 H m 為型腔深度的最小基本尺寸 H 為塑件的最大基本尺寸 x 為系數(shù) x 2 3 其余符號同上 5 3 3 型芯的徑向尺寸 5 4 0 1 mxDSdcpm 21 式中 dm 為型芯的最大基本尺寸 D 為塑件的最小基本尺寸 x 為系數(shù) x 2 3 其余符號同上 5 3 4 型芯的高度尺寸 5 5 0 1 mxHShcpm 式中 h m為型芯高度的最大尺寸 H 為塑件內(nèi)形深度的最小尺寸 x 為系數(shù) x 2 3 其余符號同上 5 3 5 中心距尺寸計算 5 6 2 1 mcpmLSL 式中 Lm 為模具的中心距基本尺寸 L 為塑件中心距的基本尺寸 其余符號同上 5 4 動模板的強度校核 動模墊板由于受到成型壓力的作用而發(fā)生變形 若此變形過大 就會導致 塑件的壁厚發(fā)生變化 還會發(fā)生溢料現(xiàn)象 因此必須將其最大變形量限制到 0 1 0 2mm 以下 計算公式如下 p K2 P1 Bh2 P 1 F P L 5 7 式中 P 1 為動模受的總壓力 MPa F 為塑件及澆注系統(tǒng)在動模上的投影面積 cm 2 P 為型腔壓力一般取 25 45MPa K 為修正系數(shù) 取 0 6 0 75 此處取為 0 7 B 為動模墊板的寬度 mm L 為支撐塊的跨距 mm 計算得 在動模上的總投影面積約為 13400cm2 則兩個型腔所受的壓力為 3400MPa 動模墊板所受應力為 13 62MPa 小于材料的許用應力 p 1250MPa 表 5 1 成型零件工作尺寸的計算 22 塑件 尺寸 塑件尺寸 公差 塑件 等級 模具 尺寸 公差 1 4 公式 系數(shù) x 模具尺寸計算結(jié) 果 200 0 38 4 0 063 5 2 0 75 0 63278 67 0 26 4 0 065 5 2 0 75 549 83 0 32 4 0 080 5 2 0 75 0 1 25 0 24 4 0 060 5 2 0 75 6 15 0 32 4 0 080 5 2 0 75 0 852 65 0 26 4 0 065 5 2 0 75 6547 2 0 12 4 0 030 5 3 0 67 0 319 20 0 18 4 0 045 5 3 0 67 5 32 0 16 4 0 040 5 3 0 67 0 426 20 0 14 4 0 035 5 4 0 67 0 35198 6 0 14 4 0 035 5 4 0 67 4 3 0 14 4 0 035 3 0 67 0 352 如圖 5 1 和 5 2 所示分別是型腔和型芯的結(jié)構(gòu)圖示意 23 圖 5 1 動模板 圖 5 2 定模板 6 導向機構(gòu)的設計 24 6 導向機構(gòu)的設計 注射模的導向機構(gòu)主要有導柱導套導向和錐面定位兩種類型 導柱導套導 向機構(gòu)用于動模和定模的開合模導向以及脫模機構(gòu)的運動導向 13 6 1 導向機構(gòu)的作用 在注射模中 指引動模與定模之間按一定的方向閉合和定位的裝置 稱之 為合模導向機構(gòu) 導向機構(gòu)的功能有 a 定位作用 為避免模具在裝配時 因方向搞錯而損壞成型零件 并在模 具閉合后 使型腔在工作過程中能保持正確形狀和位置 確保塑件壁厚的均勻 性 b 導向作用 在動模向定模閉合行進中 導向機構(gòu)應首先接觸 引導動 定模沿準確方向和位置閉合 避免凸模首先進入型腔而發(fā)生損傷事故 為此 導柱必須比凸模端面高出 6 8mm c 承受一定側(cè)壓力 高壓塑料熔體注入型腔時 會產(chǎn)生單向側(cè)壓力 d 支撐定模型腔板或動模推件板 對于雙分型面注射模 導柱還需支撐定 模型腔板的重力 也對此板導向和定位 對于脫模機構(gòu)中設置的導柱 也有此 種功能 6 2 導柱導向機構(gòu) 導柱導向機構(gòu) 包括導柱和導套兩個主要零件 分別安裝在動 定模兩邊 6 2 1 導向機構(gòu)的總體設計 a 導柱的設計要點 導柱的直徑是模具大小而定 但必須具有足夠的抗彎 強度 且表面要耐磨 芯部要堅韌 因此導柱的材料多半采用低碳鋼 20 滲碳 淬火處理 硬度為 50 55HRC 也可直接采用 T8A 碳素工具鋼 再經(jīng)淬火處理 b 導柱的長度通常應高出凸模端面 6 8mm 以免在導柱未導正時凸模先進 入型腔與其碰撞而損壞 c 導柱的端部常設計成錐形或半球形 便于導柱順利地進入導向孔 d 導柱的配合精度 導柱與導向孔通常采用間隙配合 H7 f6 或 H8 f8 而 安裝孔則采用過渡配合 H7 m6 或 H7 k6 配合部分表面粗糙度為 Ra 0 8 m 6 導向機構(gòu)的設計 25 6 2 2 導柱的設計 本模具采用不加油槽的帶頭導柱 根據(jù) GB4169 4 84 選用直徑為 20mm 長 度為 125mm 的導柱 其示意圖 6 1 如下 26 a 導柱二維圖 b 導柱三維圖 圖 6 1 導柱 6 2 3 導套的設計 a 導套形狀 為了使導柱進入導套比較順利 在導套的前段倒一圓角 R 導柱孔最好打通 否則導柱進入未打通的導柱孔 不通孔 時 孔內(nèi)空氣無法 逸出 而產(chǎn)生發(fā)反壓力 給導柱的進入造成阻力 b 導套材料 可用淬火鋼或銅等耐磨材料制造 但其硬度應低于導柱硬度 這樣可以改善摩擦 以防止導柱或?qū)桌?本模具根據(jù) GB4169 3 84 選用直徑為 20mm 的導套 其示意圖 6 2 和 6 3 如 下 圖 6 2 導套一的二維圖 a 導套二的二維圖 b 導套二的三維圖 圖 6 3 導套二 6 3 推板導套導柱的結(jié)構(gòu)設計 對于含有數(shù)量較多并且頂桿較細小的頂桿頂出機構(gòu) 以及大面積的推板頂 出機構(gòu)來講 防止頂出機構(gòu)的歪斜和扭曲是非常重要的 不然會造成細小頂桿 的變形甚至折斷 推板與型芯間的磨損研傷 為了避免以上現(xiàn)象的發(fā)生 要求 27 在脫模機構(gòu)中加設導向裝置 有的導柱在給脫模機構(gòu)導向的同時還起到支撐中 間墊板的作用 防止中間墊板的彎曲 對于生產(chǎn)批量小 頂出桿數(shù)小的模具 頂出導向系統(tǒng)可不用導向套 本模具采用推板導柱導套結(jié)構(gòu)形式如下圖 6 4 和圖 6 5 所示 a 推板導柱二維圖 b 推板導柱三維圖 圖 6 4 推板導柱 a 推板導套二維圖 b 推板導套三維圖 圖 6 5 推板導套 7 脫模機構(gòu)的設計 28 7 脫模機構(gòu)的設計 7 1 基本考慮和要求 對脫模機構(gòu)的基本要求是 a 運動靈活順暢 無卡剎和過分磨損現(xiàn)象 b 接觸塑件的配合間隙無溢料現(xiàn)象 c 具有足夠的強度 剛度 工作穩(wěn)定可靠 d 對塑件頂推力分布均勻合理 不會引起塑件變形或?qū)⑺芗斄?e 對塑件外觀無明顯損害 f 有利于將塑件和澆注道凝料帶向動模部分 g 容易制造和裝配 7 2 推出機構(gòu)的確定 本模具采用的為一次頂出脫模機構(gòu) 它包括常見的推桿 推管 推板 推 塊或活動鑲塊等脫模機構(gòu) 該機構(gòu)是最常用的頂出方式 即塑件在頂出機構(gòu)的 作用下 通過一次動作即可頂出 基于以上原則 該模具的脫模零部件設在動 模上 選擇推件板頂出形式 7 3 推件板脫模機構(gòu)設計的特點和基本原則 推件板推出的特點推出力大而均勻 運動平穩(wěn) 且不會再塑件表面留下推 出痕跡 它適用于各種薄壁容器 筒形制品以及帶一個過多個孔的塑件 推件板由模具的推桿推動向前運動 將塑件從型芯上脫下 推件板脫模機 構(gòu)無須另設復位桿 合模時推件板被壓回原位 推桿和推板也相應復位 推件 板向前平移時需要有可靠的支撐 所以在推件板上設置四個導向孔與模具四根 導柱配合 并在導柱上滑動 在設計導柱長度時推出距離 推桿的直徑不宜過細 應有足夠的剛度和強度 能承受一定的推力 一般 推桿直徑為 2 5 15mm 如圖 7 1 所示 圖 7 1 頂桿 29 7 4 頂桿橫截面直徑校核 由于該塑件的底面尺寸有限 所以只能憑經(jīng)驗定推桿的直徑為 d 4mm 以 下要對其許用應力進行校核 7 4 1 脫模力的計算 脫模力 Qe Qc Qb 7 1 式中 Q c 為阻力 Qb 為真空吸力 Q b 0 1Ab A b 為型芯橫截面積 Qb 0 1 13400 1340N 7 2 Qc 7 3 1 8 fhktE 式中 E 為拉伸彈性模量 E 1 95GPa 1950MPa 為塑料的平均成型收縮率 0 5 為泊松比 0 3 t 為制品壁厚 t 3mm h 為脫模方向高度 h 134mm kf 為系數(shù) k f cosin1 sico f 0 412 為脫模斜度 1 f 為靜摩擦系數(shù) f 0 45 所以 Qe Qc Qb 9043 1340 10383N 7 4 2 推桿直徑的校核 頂桿的受力狀態(tài)可簡化為 一端固定 一端鉸支 的壓桿穩(wěn)定性力學模型 由歐拉公式簡化為 d L 2Q nE 1 4 7 4 式中 d 為頂桿直徑 mm 為安全系數(shù) 范圍在 1 4 1 8 之間 此處取 1 5 L 為頂桿長度 L 112 mm Q 為脫模力 N n 為頂桿根數(shù) n 4 E 為頂桿材料的彈性模量 MPa 該材料為 1 95 103 由于 d 10 mm 對推桿進行強度校核如下 30 4Q n d 2 7 5 式中 為頂桿所受的應力 MPa 為頂桿材料的許用應力 MPa 由上式得出 1705 1N cm32 3 否則斜導柱無法帶動滑塊 32 防止滑塊和推出機構(gòu)復位時的相互干涉 盡量不使推桿和活動型芯水平投 影重合 滑塊設在定模的情況下 為保證塑料制品留在定模上 開模前必須先抽出 側(cè)向型芯 最好采取定向定距拉緊裝置 由于該模具比較簡單 抽芯力不大 故采用斜導柱外側(cè)抽芯機構(gòu) 8 4 斜導柱抽芯機構(gòu)的有關(guān)參數(shù)計算 8 4 1 抽芯距 抽芯距指型芯從成型位置抽至不妨礙脫模的位置時 型芯或滑塊在抽芯方 向所移動的距離 由 塑料模具設計 查的抽芯距的計算公式為 S L1 L2 2 3 8 1 式中 L 1 為塑件的側(cè)孔的深度 mm L2 為塑件翻邊寬度 mm 所以 S L1 L2 2 3 3 18 2 3 mm 23 mm 8 2 8 4 2 斜導柱傾斜角 的確定 決定斜導柱抽芯機構(gòu)工作效果的一個重要參數(shù) 它不僅決定了抽芯距離和 斜導柱的長度 更重要的是它決定著斜導柱的受力狀況 圖 8 1 抽芯距的計算 圖 8 2 斜導柱受力圖 Q Pcos 8 3 式中 P 1 為開模力 Q 為抽拔阻力 與抽拔力大小相等方向相反 33 P 為斜導柱所受的彎曲力 由上式可以看出 當所需的抽拔力確定以后 斜導柱所受的彎曲力 P 與 cos 成反比 即 角增大時 cos 減小 彎曲力 P 也增大 斜導柱受力狀況 變壞 另外 從抽芯距 S 與 角的關(guān)系來看 S Htan L sin 8 4 式中 L 為斜導柱的有效工作長度 當 S 確定以后 開模行程 H 及斜導柱工作長度 L 與 成反比 即 角增大 tan 也增大 則為完成抽芯所需的開模行程減小 另外 角增大時 sin 增 大 斜導柱有效工作長度可減小 綜上所述 當斜導柱傾斜角 增大時 斜導柱受力狀況變壞 但為完成抽 芯所需的開模行程可減小 反之 當 角減小時 斜導柱受力狀況有所改善 可是開模形成卻增加了 而且斜導柱的長度也增加了 這會使模具厚度增加 因此 斜導柱傾斜角 過大或過小都是不好的 角取 10 20 最大不超過 25 該模具由于抽拔力不大但抽芯距較大 綜合考慮斜導柱的傾斜角取 20 8 4 3 斜導柱直徑的確定 抽拔力對于本塑件 具有與一般小斷面?zhèn)瓤讉?cè)凹收縮的抽芯不同的特點 是在整個側(cè)表面周邊的大面積抽芯 塑件的徑向收縮不僅不對側(cè)凹成型零件產(chǎn) 生包緊 反而會松開 但軸向收縮仍會使側(cè)凹成型零件被卡緊 這種塑件采用 拼塊成型 側(cè)向分型力應按下式計算 Q 2 E f L1 L2 n 1 8 5 式中 Q 為抽拔力 N E 為彈性模量 N mm3 1 8 2 9 10 3N mm3 取 1 95 103N