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圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1 1 塑料制品和注射成形在模具業(yè)的重要地位 塑料制品具有原料來源豐富 價(jià)格低廉 性能優(yōu)良等特點(diǎn) 它在電腦 手機(jī) 汽車 電子 汽車 電機(jī) 電器 儀器儀表 家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可 替代的作用 應(yīng)用極其廣泛 注射成形是成形熱塑件的主要方法 因此應(yīng)用范圍很廣 注射成形是把塑 料原料放入料筒中經(jīng)過加熱熔化 使之成為高黏度的流體 用柱塞或螺桿作為 加壓工具 使熔體通過噴嘴以較高壓力注入模具的型腔中 經(jīng)過冷卻 凝固階 段 而后從模具中脫出 成為塑料制品 塑料注射成形工藝的最大特點(diǎn)是復(fù)制 能夠復(fù)制出所需任意數(shù)量的可直接 使用或稍作處理即可使用的制品 是一種適宜大批量生產(chǎn)的工藝 雖然在設(shè)備 上投入較大 但是可以生產(chǎn)制品的數(shù)量非常大 實(shí)屬一種經(jīng)濟(jì)快捷的生產(chǎn)方式 因此得到廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展 1 2 模具在我國的發(fā)展歷程 過去在我國工業(yè)中 模具長(zhǎng)期未受到重視 改革開放以來 塑料成形 家 用電器 儀表 汽車等行業(yè)進(jìn)入大批量生產(chǎn) 模具工業(yè)有了一定的發(fā)展 隨著 現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要 塑料制品在工業(yè) 農(nóng)業(yè)和日常生活等各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用越 來越廣泛 質(zhì)量要求也越來越高 當(dāng)今社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展 使原有的商品已經(jīng) 不能滿足人們對(duì)物質(zhì)的需求 然而有些商品的制造必須依靠模具才能夠生產(chǎn)加 工出來 因此 模具的發(fā)展與人們的生活關(guān)系越來越緊密 如我們使用的電腦 手機(jī) 汽車等產(chǎn)品都要依靠模具 在塑料制品的生產(chǎn)中 高質(zhì)量的模具設(shè)計(jì) 先進(jìn)的模具制造設(shè)備 合理的加工工藝 優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成形設(shè)備 等都是成形優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件 我國模具工業(yè)雖然有了長(zhǎng)足的發(fā)展 取得了巨大進(jìn)步 但是我們也要清醒 地看到 我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達(dá)國家要落后很多 這與我國制造業(yè) 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 2 發(fā)展的要求相比差距還很大 我們的企業(yè)技術(shù)裝備還比較落后 勞動(dòng)生產(chǎn)率也 較低 模具生產(chǎn)專業(yè)化 商品化 標(biāo)準(zhǔn)化程度也不夠高 模具產(chǎn)品主要還是以 中低檔為主 技術(shù)含量較低 高中檔模具多數(shù)要依靠進(jìn)口 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的任 務(wù)很重 人才緊缺 管理滯后的狀況依然突出 等等 可見 我國模具工業(yè)的 發(fā)展任重而道遠(yuǎn) 1 3 前景展望 我國進(jìn)入實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的第十一個(gè)五年規(guī)劃期 模具工業(yè)的發(fā) 展也將進(jìn)入一個(gè)關(guān)鍵時(shí)期 在這一時(shí)期 模具行業(yè)的主要任務(wù)是 在黨中央關(guān) 于把我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下 進(jìn)一步推進(jìn)改革 調(diào)整結(jié)構(gòu) 開拓市場(chǎng) 苦練內(nèi)功 提升水平 使我國模具工業(yè)在整體上再上一個(gè)新臺(tái)階 不斷提升模具制造水平 振興我國裝備制造業(yè) 為實(shí)現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè) 強(qiáng)國的宏偉目標(biāo)而奮斗 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 3 2 塑 料 制 件 的 分 析 2 1 成型塑料件的工藝性分析 通過對(duì)塑件外部造型 工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 對(duì)塑件進(jìn)行計(jì)算仿真和生產(chǎn)驗(yàn)證 也通過對(duì)分模線 塑件的壁厚 圓角 塑件的尺寸精度 脫模斜度進(jìn)行了綜合 的考慮 工件的尺寸和形狀如下圖 圖 1 1 塑件圖 從塑件厚來看 總的來講塑件壁厚變化比較均勻 有利于零件成型 脫模斜度分析 當(dāng)塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯 若塑件外形較復(fù)雜 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 4 時(shí) 塑件的多個(gè)面與型芯緊貼 從而脫模阻力較大 為防止脫模時(shí)塑件的表面 被檫傷和推頂變形 需設(shè)脫模斜度 一般來說 塑件高度在 25mm 以下者可不考慮脫模斜度 但是 如果塑件結(jié) 構(gòu)復(fù)雜 即使脫模高度僅幾毫米 也必須認(rèn)真設(shè)計(jì)脫模斜度 斜度作用 便于塑件脫模 防止脫模時(shí)擦傷塑件 須在塑件內(nèi)外表面脫 模方向上留有足夠的斜度 在模具上稱為脫模斜度 脫模斜度選取 取決于塑件的形狀 壁厚及塑料的收縮率 一般取 30 1 30 塑件脫模斜度的選取應(yīng)遵循以下原則 1 塑料的收縮率大 壁厚 斜度應(yīng)取偏大值 反之取偏小值 2 塑件結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 脫模阻力就比較大 應(yīng)選用較大的脫模斜度 3 當(dāng)塑件高度不大 一般小于 2mm 時(shí) 可以不設(shè)斜度 對(duì)型芯長(zhǎng)或深型 腔的塑件 斜度取偏小值 但通常為了便于脫模 在滿足制件的使用和尺寸公 差要求的前提下可將斜度值取大些 4 一般情況下 塑件外表面的斜度取值可比內(nèi)表面的小些 有時(shí)也根據(jù)塑 件的預(yù)留位置 留于凹模或凸模上 來確定制件內(nèi)外表面的斜度 5 熱固性塑料的收縮率一般較熱塑性塑料的小一些 故脫模斜度也相應(yīng)取 小一些 6 一般情況下 脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi) 綜合以上的原則 由于塑件高度不是很大 收縮率一般 本設(shè)計(jì)中采用 30 的脫模斜度 表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度 除了在成型時(shí)從工藝上盡可能 避免冷疤 云紋等癡點(diǎn)外 主要取決于模具成型零件的表面粗糙度 一般模具 的表面粗糙度值要比塑件的低 1 2 級(jí) 塑料制件的表面粗糙度 Ra 值一般為 1 6 0 2um 在模具使用中 由于型腔磨損而使表面粗糙度值不斷加大 應(yīng)隨時(shí) 給以拋光復(fù)原 非配合表面和隱蔽面可取較大的表面粗糙度值 除塑件外表面 有特殊要求以外 一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的 此外 塑件的表面 粗糙度與塑料的品種有關(guān) 一般 型腔表面粗糙度要求達(dá)到 0 2 0 4mm 2 2 成型塑件的材料分析 PP 的材料名稱是聚丙烯 百折膠 百折膠質(zhì)輕 可浮于水 它具有高的 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 5 結(jié)晶度 高耐磨性 高溫沖擊性好 化學(xué)穩(wěn)定性高 衛(wèi)生性能好 無毒 耐熱 性高 可在 100 攝氏度左右使用 突出的延伸性能和抗疲勞性能 可應(yīng)用于微 波爐 餐具 盆 塑料桶 保溫瓶外殼 編織袋等生活用品 也可用于法蘭 齒輪 接頭 把手等工業(yè)元件 PP 的最大缺點(diǎn)就是容易氧化老化 可用添加抗 氧化劑與紫外光吸收劑等加以克服 收縮率 1 0 2 5 熔融溫度 230 275 成型溫度 15 65 度 比重 0 902 0 906 成型壓力 100 130Mpa 流比長(zhǎng) 100 200 結(jié)晶性 半結(jié)晶性 射速 高速注射 注 塑 模 工 藝 條 件 注 塑 機(jī) 選 用 對(duì) 注 塑 機(jī) 的 選 用 沒 有 特 殊 要 求 由 于 PP 具 有 高 結(jié) 晶 性 需 采 用 注 射 壓 力 較 高 及 可 多 段 控 制 的 電 腦 注 塑 機(jī) 鎖 模 力 一 般 按 3800t m2 來 確 定 注 射 量 20 85 即 可 干 燥 處 理 如 果 儲(chǔ) 存 適 當(dāng) 則 不 需 要 干 燥 處 理 熔 化 溫 度 PP 的 熔 點(diǎn) 為 160 175 分 解 溫 度 為 350 但 在 注 射 加 工 時(shí) 溫 度 設(shè) 定 不 能 超 過 275 熔 融 段 溫 度 最 好 在 240 模 具 溫 度 模 具 溫 度 50 90 對(duì) 于 尺 寸 要 求 較 高 的 用 高 模 溫 型 芯 溫 度 比 型 腔 溫 度 低 5 以 上 注 射 壓 力 采 用 較 高 注 射 壓 力 1500 1800bar 和 保 壓 壓 力 約 為 注 射 壓 力 的 80 大 概 在 全 行 程 的 95 時(shí) 轉(zhuǎn) 保 壓 用 較 長(zhǎng) 的 保 壓 時(shí) 間 注 射 速 度 為 減 少 內(nèi) 應(yīng) 力 及 變 形 應(yīng) 選 擇 高 速 注 射 但 有 些 等 級(jí) 的 PP 和 模 具 不 適 用 出 現(xiàn) 氣 泡 氣 紋 如 刻 有 花 紋 的 表 面 出 現(xiàn) 由 澆 口 擴(kuò) 散 的 明 暗 相 間 條 紋 則 要 用 低 速 注 射 和 較 高 模 溫 流 道 和 澆 口 流 道 直 徑 4 7mm 針 形 澆 口 長(zhǎng) 度 1 1 5mm 直 徑 可 小 至 0 7mm 邊 形 澆 口 長(zhǎng) 度 越 短 越 好 約 為 0 7mm 深 度 為 壁 厚 的 一 半 寬 度 為 壁 厚 的 兩 倍 并 隨 模 腔 內(nèi) 的 熔 流 長(zhǎng) 度 逐 肯 增 加 模 具 必 須 有 良 好 的 排 氣 性 排 氣 孔 深 0 025mm 0 038mm 厚 1 5mm 要 避 免 收 縮 痕 就 要 用 大 而 圓 的 注 口 及 圓 形 流 道 加 強(qiáng) 筋 的 厚 度 要 小 例 如 是 壁 厚 的 50 60 均 聚 PP 制 造 的 產(chǎn) 品 厚 度 不 能 超 過 3mm 否 則 會(huì) 有 氣 泡 厚 壁 制 品 只 能 用 共 聚 PP 熔 膠 背 壓 可 用 5bar 熔 膠 背 壓 色 粉 料 的 背 壓 可 適 當(dāng) 調(diào) 高 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 6 3 塑 件 成 型 的 基 本 過 程 3 1 塑件成型的基本過程 注塑成型是把塑料原料 一般經(jīng)過造粒 染色 添加劑等處理之后的顆粒 放入料間當(dāng)中 經(jīng)過加熱溶化使之成為高粘度的流體 熔體用柱塞或螺桿作 為加壓工具 使得熔體通過噴嘴以較高的壓力 約 20 85mpa 溶入模具的型 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 a 塑化過程 現(xiàn)代式的注射機(jī)基本上采取螺桿式的塑化設(shè)備 塑料原粒 稱為物料 自 從送料斗以定容方式送入料筒 通過料筒外的點(diǎn)加熱裝置和料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn) 所產(chǎn)生的摩擦熱 使物理熔化達(dá)到一定的溫度后即可注射 注射動(dòng)作是由螺桿 的推進(jìn)來完成的 b 充模過程 熔體自注射機(jī)的噴嘴噴出來后 進(jìn)入模具的型腔內(nèi) 將型腔內(nèi)的空氣排出 并充滿型腔 然后升到一定壓力 使溶體的密度增加 充實(shí)型腔的每一個(gè)角落 充模過程是注射成型的最主要的過程 由于塑料溶體的流動(dòng)是非牛頓流動(dòng) 而且粘度很大 所以在壓力損耗 粘度變化 多般匯流等現(xiàn)象左右塑件的質(zhì)量 因此充模過程的關(guān)鍵問題 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)就成為注射模具設(shè)計(jì)過程的重 點(diǎn) 現(xiàn)代的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)運(yùn)用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)以解決澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)中疑難問 題 c 冷卻凝固過程 熱塑性塑料的注射成型過程是熱交換過程 即 塑化 注射充模 固化成型 加熱 理論上絕熱 散熱 熱交換效果的好壞決定了塑件的質(zhì)量 模具設(shè)計(jì)時(shí) 散熱交換也要充分考 慮 在現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法中也采用了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)來解決問題 d 脫模過程 塑件在型腔內(nèi)固化后 必須采取機(jī)械的方式把它從型腔內(nèi)取出 這個(gè)動(dòng)作 由脫模機(jī)構(gòu)來完成 不合理的脫模機(jī)構(gòu)對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大 但塑件的幾何 形狀是千變?nèi)f化的 必須采用最有效和最好的脫模方式 因此 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè) 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 7 計(jì)也是注射模具設(shè)計(jì)的一個(gè)主要環(huán)節(jié) 由于標(biāo)準(zhǔn)化的推廣 許多標(biāo)準(zhǔn)化的脫模 機(jī)構(gòu)零部件也有商品供應(yīng) 由 a 至 d 形成了一個(gè)循環(huán) 就完成了一次成型乃至很多塑件 3 2 分型面的選擇 分型面的形式與塑件的幾何形狀 脫模方法 模具類型及排氣條件等有關(guān) 常見的形式有 水平分型面 垂直分型面 斜分型面 階梯分型面和平面 曲 面分型面 1 復(fù)合塑件脫模的基本要求 就是能使塑件從模具中取出 分型面應(yīng)設(shè)在 脫模方向最大的投影邊緣部位 2 分型線不影響塑件外觀 即分型面應(yīng)盡量不破壞塑件光滑的外表面 3 確保塑件留在動(dòng)模一側(cè) 利于推出且推桿痕跡不顯露于外觀面 4 確保塑件質(zhì)量 5 要你管盡量避免成型孔 側(cè)凹 若需要滑塊成型 力求滑塊結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 盡量避免定?；瑝K 6 滿足模具的鎖緊要求 將塑件投影面積大的方向放在定動(dòng)模的合模方向 上 而將投影面積小的方向作為側(cè)向分型面 另外 分型面是曲面的 應(yīng)加斜 面鎖緊 7 合理安排澆注系統(tǒng)特別是澆口位置 有利于開模 通過對(duì)塑件結(jié)構(gòu)形式的分析 同時(shí)根據(jù)以上分型面的選擇原則綜合考慮 決定將分型面選在塑件截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上 其位置如 圖所示 圖 5 0 分型面 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 8 4 注 塑 設(shè) 備 的 選 擇 4 1 估算塑件體積質(zhì)量 建模 三維零件設(shè)計(jì) 利用 UG 軟件 進(jìn)行三維實(shí)體建模 并可直接通過軟件進(jìn)行測(cè)量 圖 3 1 體積說明 V 155576mm 4 2 注塑機(jī)的選擇 注射機(jī)的類型和規(guī)格很多 分類方法各異 按結(jié)構(gòu)型式可分為立式 臥式 直角式三類 國產(chǎn)臥式注射機(jī)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化和系列化 這三類不同結(jié)構(gòu)形式的注 射成型機(jī)各特點(diǎn)如下 立式注射機(jī)的注射柱塞 或螺桿 垂直裝設(shè) 鎖模裝置推動(dòng)模板也沿垂 直方向移動(dòng) 這種注射成型機(jī)主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小 安裝或拆卸小型模具很 方便 容易在動(dòng)模上 下模 安放嵌件 嵌件不易傾斜或墜落 其缺點(diǎn)是制品自模具中頂出以后不能靠 重力下落 需人工取出 有礙于全自動(dòng)操作 但附加機(jī)械手取產(chǎn)品后 也可以 實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操作 此類注射機(jī)注射量一般均在 60 克以下 臥式注射機(jī)是目前使用最廣 產(chǎn)量最大的注射成型機(jī) 其注射柱塞或螺桿 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 9 與合模運(yùn)動(dòng)均沿水平方向裝設(shè) 并且多數(shù)在一條直線上 或相互平行 優(yōu)點(diǎn)是 機(jī)體較低 容易操縱和加料 制件頂出模具后可自動(dòng)墜落 故能實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)操 作 機(jī)床重心較低安裝穩(wěn)妥 一般大中型注射機(jī)均采用這種形式 缺點(diǎn)是模具 安裝比較麻煩嵌件放入模具有傾斜或落下的可能 機(jī)床占地面積較大 直角式注射機(jī)的柱塞或螺桿與合模運(yùn)動(dòng)方向相互垂直 主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單 便于自制適于單件生產(chǎn)者 中心部位不允許留有澆口痕跡的平面制件 同 時(shí)常利用開模時(shí)絲杠的轉(zhuǎn)動(dòng)來拖動(dòng)螺紋型芯或型環(huán)旋轉(zhuǎn) 以便脫下塑件 缺點(diǎn) 是機(jī)械傳動(dòng)無準(zhǔn)確可靠的注射和保壓壓力及鎖模力 模具受沖擊振動(dòng)較大 根據(jù)實(shí)際情況 注塑機(jī)的實(shí)際注塑量是理論注塑量的 80 左右 即有 V s a V1 式中 V1 理論注塑容量 cm3 VS 實(shí)際注塑容量 g a 注塑系數(shù) 一般取值為 0 8 經(jīng)計(jì)算可得 實(shí)際注塑量 V 1 2 155576mm 186691mm 根據(jù)以上計(jì)算 模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 表 2 40 選擇注射機(jī) XS ZY 250 螺桿式注射機(jī) 其參數(shù)如下 額定注射量 250 3cm 螺桿直徑 50mm 注射壓力 130Mpa 鎖模力 1800KN 模板行程 500mm 模具最大厚度 350mm 模具最小厚度 200mm 模板尺寸 598 520mm 拉桿空間 295 373 定位孔直徑 100mm 合模方式 液壓 機(jī)械 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 10 5 成 型 零 件 有 關(guān) 尺 寸 的 計(jì) 算 該塑件的材料 PP 是一種收縮范圍較大的塑料 因此成型零件的尺寸均按平 均值法計(jì)算 查手冊(cè)得的收縮率為 1 2 5 故平均收縮率為 1 75 公差數(shù)值表 5 9 11 精 度 等 級(jí)12345678 基本尺寸 m 公 差 數(shù) 值 m3 04 6 08 12 024 3 042 6574861 6 5 4 009120320408 4 8 6 21485230 41 2 01 2 03 04 9 03862715 4 4 56 8 2 6 0160132009408 9 8 7 16 246828120 5 3 05 0 3 0 4 87156 1 42 6 84 2 68 4 2180 30903702 7 5 7 15 35 41 6 82 64 2 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 11 精度等級(jí)表 精度尺寸的選用 2 3 5 建議采用的精度等級(jí) 類別 塑件種類 高精度 一般精度 低精度1 PP 345 根椐塑件的要求 由以上兩表可查得 該塑件可按精度等級(jí)為 級(jí)精度選 取 此產(chǎn)品采用 4 級(jí)精度 屬于一般精度制品 因此 凸凹模徑向尺寸 高度 尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù) x 取值可在 0 5 0 75 的范圍之間 凸凹 模各處工作尺寸的制造公差 因一般機(jī)械加工的型腔和型芯的制造公差可達(dá)到 IT IT 級(jí) 綜合參考 相關(guān)計(jì)算具體如下 型腔凹模徑向尺寸計(jì)算 相關(guān)公式參見 塑料制品成型及模具設(shè)計(jì) 第 79 80 頁 一 型腔徑向尺寸的計(jì)算 L z 1 S cp L S 3 4 z L 凹模徑向尺寸 mm LS 塑件徑向公稱尺寸 mm Scp 塑料的平均收縮率 塑件公差值 mm z 凹模制造公差 mm 由 L S1 145 mm Ls2 166mm 又查表知 4 級(jí)精度時(shí)塑件公差值 1 0 62mm 2 0 68 mm 實(shí)踐證明 成型零件的制造公差約占塑件總公差的 1 3 1 4 因 此在確定成型零件工作尺寸公差值時(shí)可取塑件公差的 1 3 1 4 為了 保持較高精度選 1 4 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 12 由于 z 1 4 得 z 1 1 4 0 62 0 155mm z 2 1 4 0 68 0 17 mm 則 L 1 z 1 S cp L S 3 4 z 1 1 75 145 3 4 0 62 0 155 147 07 0 155 mm L 2 z 1 S cp L S 3 4 z 1 1 75 166 3 4 0 68 0 17 168 395 0 17 mm 二 型腔深度尺寸的計(jì)算 凹模深度尺寸同樣運(yùn)用平均收縮率法 H z 1 S cp L S 2 3 z H 凹模深度尺寸 mm z 凹模深度制造公差 mm 其余符號(hào)同上 由 H S1 3 5mm HS1 42mm 取 4 級(jí)精度時(shí) 1 0 14 mm 1 0 28 mm 由 z 1 4 得 z 1 0 035 mm z 1 0 07 mm 則 H 1 z 1 S cp L S 2 3 z 1 1 75 3 5 2 3 0 14 0 035 3 467 0 035mm H 1 z 1 S cp L S 2 3 z 1 1 75 42 2 3 0 28 0 07 42 55 0 07mm 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 13 一 型芯徑向尺寸的計(jì)算 運(yùn)用平均收縮率法 L z 1 S cp L S 3 4 z L 型芯徑向尺寸 mm z 型芯徑向制造公差 mm 其余符號(hào)同上 由 L S1 69mm LS2 138 mm LS2 17 mm 取 4 級(jí)精度時(shí) 1 0 38 mm 2 0 56 mm 2 0 2 mm 由 z 1 4 得 z 1 0 095 mm z 2 0 14 mm z 2 0 05 mm 則 L 1 z 1 S cp L S 3 4 z 1 1 75 69 3 4 0 38 0 095 70 4925 0 095mm L 2 z 1 S cp L S 3 4 z 1 1 75 138 3 4 0 56 0 14 140 835 0 14mm L 2 z 1 S cp L S 3 4 z 1 1 75 17 3 4 0 2 0 05 17 4475 0 05 mm 二 型芯高度尺寸的計(jì)算 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 14 運(yùn)用平均收縮率法 H z 1 S cp L S 2 3 z H 型芯高度尺寸 mm z 型芯高度制造公差 mm 其余符號(hào)同上 由 H 1 38 5 mm H 2 3 5mm 取 4 級(jí)精度時(shí) 1 0 26 mm 1 0 14 mm 由 z 1 4 得 z 1 0 065 mm z 1 0 035 mm 則 H 1 z 1 S cp L S 2 3 z 1 1 75 38 5 2 3 0 26 0 065 39 34 0 065 mm H 1 z 1 S cp L S 2 3 z 1 1 75 3 5 2 3 0 14 0 035 3 654 0 035 mm 6 模具各系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 6 1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)它是獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑件以及最佳的成型效率有直接 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 15 影響 此塑件采用普通流道系統(tǒng) 它是由主流道 分流道 澆口 冷料穴組成 的 澆注系統(tǒng)是一副模具的重要的內(nèi)容之一 從總體來說 它的作用可以作如 下歸納 它是將來自注塑機(jī)噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸教送到型腔 同時(shí) 使型腔的氣體能及時(shí)順利排出 在塑件熔體填充凝固的過程中 將注塑壓力有 效地傳遞到型的各個(gè)部位 以獲得形完整 內(nèi)外在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件制件 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)的一般原則 了解塑件的成型性能和塑件熔料的流動(dòng)特性 采用盡量短的流程 以降低熱量與壓力損失 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)該有利于良好 的排氣 澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利填充型腔 便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量 確 保均勻進(jìn)料 根據(jù)實(shí)際設(shè)計(jì)情況 本次設(shè)計(jì)采用一模一腔直澆口 所以只需設(shè) 計(jì)澆口套即可 6 1 1 澆口套的選用 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處 它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔 體導(dǎo)入分流道或型腔中 主流道的形狀為圓錐形 以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主 流道凝料的順利拔出 主流道的尺寸直接影響到熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間 另外 由于其與高溫熔體及注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸 因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可拆卸 更換的澆口套 主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購 主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸 易磨損 對(duì)材料要求較嚴(yán)格 因而盡管小型注射模可以將主流道澆口與定位圈 設(shè)計(jì)成一個(gè)整體 但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計(jì) 以便于拆卸更換 同時(shí) 也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理 設(shè)計(jì)中常采用碳素工具鋼 T8A 或 T10A 熱處理淬火表面硬度為 50 55HRC 澆口套屬于標(biāo)準(zhǔn)件 在 選夠澆口套時(shí)應(yīng)注意 澆口套進(jìn)料口直徑和球面坑半徑 澆口套如圖所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 16 圖 5 1 6 1 2 澆口位置的選擇 1 澆口的位置的應(yīng)使填充型腔的流程最短 這樣的結(jié)構(gòu)使壓力損失最小 易保證料流充滿整個(gè)型腔 對(duì)于型塑件 要 進(jìn)行流動(dòng)比的校核 流動(dòng)比 K 由流動(dòng)通道的長(zhǎng)度 L 與厚度 t 之比來確定 如下 式 K L t 式中 L 各段流程的長(zhǎng)度 mm t 各段流程的厚度或直徑 mm 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 17 流動(dòng)比的允許值隨塑料熔體的性質(zhì) 溫度壓力等的不同而變化 流動(dòng) 比的計(jì)算公式為 K L1 t 1 L 2 L 3 t 2 K L1 t 1 L 2 t 2 L 3 t 3 2L 4 t 4 L 5 t 5 2 澆口位置的選擇要避免塑件變形 3 澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免產(chǎn)生熔接痕 熔接痕是充型時(shí)前端較冷的料流在型腔中的對(duì)接部位 它的存在會(huì)降低 塑件的強(qiáng)度 所以設(shè)置澆口時(shí)應(yīng)考慮料流的方向 為提高熔接痕處強(qiáng)度 可在 熔接處增設(shè)溢流槽 使冷料進(jìn)入逸流槽 筒形塑件采用環(huán)行澆口無熔接痕 而 輪輻式澆口會(huì)有熔接痕產(chǎn)生 澆口的位置塑與件質(zhì)量有直接影響 位置選擇不當(dāng) 會(huì)使塑件產(chǎn)生變形 熔接痕等缺陷 澆口位置的選擇如總裝圖所示在該產(chǎn)品的 頂部中間位置 6 2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要包括導(dǎo)柱 導(dǎo)套 主要作用是在動(dòng)模與定模合模時(shí)保證型芯和 型腔的精確定位 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分別在模具的周圍或靠近邊緣的部位 其中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距離 以保證模具的強(qiáng)度 防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套 后發(fā)生變形 根據(jù)模具的形狀和大小 一副模具一般采用 2 到 4 根導(dǎo)柱 在此 設(shè)計(jì)中采用了 4 根導(dǎo)柱 6 2 1 導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 在 對(duì) 導(dǎo) 柱 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 時(shí) 必 須 考 慮 以 下 要 求 1 長(zhǎng) 度 導(dǎo) 柱 的 長(zhǎng) 度 必 須 比 凸 模 端 面 要 高 出 一 些 以 免 導(dǎo) 柱 未 導(dǎo) 正 方 向 而 凸 模 先 進(jìn) 入 型 腔 與 其 相 碰 而 損 壞 在 這 里 我 設(shè) 計(jì) 的 是 把 導(dǎo) 柱 裝 在 定 模 那 邊 2 形 狀 導(dǎo) 柱 的 端 部 做 成 錐 形 或 球 形 的 先 導(dǎo) 部 分 使 導(dǎo) 柱 能 順 利 進(jìn) 入 導(dǎo) 柱 孔 3 材 料 導(dǎo) 柱 應(yīng) 具 有 硬 而 耐 磨 的 表 面 堅(jiān) 韌 而 不 易 折 斷 的 內(nèi) 芯 因 此 多 采 用 低 碳 鋼 經(jīng) 滲 碳 淬 火 處 理 或 碳 素 工 具 鋼 T8 T10 經(jīng) 淬 火 處 理 硬 度 HRC50 55 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 18 4 配 合 精 度 導(dǎo) 柱 裝 入 模 板 多 用 七 級(jí) 精 度 過 渡 配 合 5 光 潔 度 配 合 部 分 光 潔 度 要 求 7 級(jí) 此 外 導(dǎo) 柱 的 選 擇 還 應(yīng) 跟 椐 模 架 來 確 定 加工個(gè)導(dǎo)柱 導(dǎo)套孔時(shí) 應(yīng)將定模板 推件板 動(dòng)模板合在一起 一次性 加工出來 以保證孔的同心度 然后再在定模板 動(dòng)模板上加工沉頭孔 圖 5 2 1 導(dǎo)柱 6 2 2 導(dǎo)套的設(shè)計(jì) 1 分類 導(dǎo)套有直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套 直導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 加工方便 用于簡(jiǎn)單模具或 導(dǎo)套后面沒有墊板的場(chǎng)合 帶頭導(dǎo)套結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 用于精度較高的場(chǎng)合 導(dǎo)套 的固定孔便于與導(dǎo)柱的固定孔同時(shí)加工 也可以直接在模板上開設(shè)導(dǎo)向孔 而 不用獨(dú)立的導(dǎo)套 這種形式的孔加工簡(jiǎn)單 適用于生產(chǎn)批量小 精度要求不高 的模具 在設(shè)計(jì)中兩種導(dǎo)套都有用到 2 形狀 為了使導(dǎo)柱進(jìn)入導(dǎo)套比較順利 在導(dǎo)套的前端倒圓角 導(dǎo)柱孔最好打通 否則導(dǎo)柱進(jìn)入未打通的導(dǎo)柱孔時(shí) 孔內(nèi)空氣無法逸出而產(chǎn)生壓力 給導(dǎo)柱的進(jìn) 入造成阻力 3 長(zhǎng)度 導(dǎo)套的長(zhǎng)度應(yīng)根據(jù)模板的厚度確定 其長(zhǎng)度一般比板厚少2 3mm 4 材料 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 19 可用淬火銅或銅等耐磨材料制造 但其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱硬度 這樣可以改 善磨擦 以防止導(dǎo)柱或?qū)桌?導(dǎo)套的選擇應(yīng)根據(jù)模板的厚度來確定 材料 為T8A 硬到HRC50 55 或采用20 鋼滲碳0 5 0 8厚 淬硬到HRC56 60 導(dǎo)套 固定部分和導(dǎo)滑部分的表面粗糙度一般為Ra0 8 m 5 導(dǎo) 套 的 選 擇 導(dǎo)套的選擇應(yīng)根據(jù)模板的厚度和以上各個(gè)因素來確定 本設(shè)計(jì)在脫澆道板 定模板和動(dòng)模板以及頂針板上各設(shè)置一套導(dǎo)套 典型的導(dǎo)套可分為直導(dǎo)套合帶 頭導(dǎo)套 直導(dǎo)套結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 加工方便 用于簡(jiǎn)單模具或?qū)缀竺鏇]有墊板的場(chǎng) 合 帶頭導(dǎo)套結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 用于精度較高的場(chǎng)合 圖 5 2 2 導(dǎo)套 6 3 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在注塑成型的每一個(gè)循環(huán)中 塑件必須由模具型腔中脫出 在該設(shè)計(jì)中 為 了使符合脫模機(jī)構(gòu)的要求 使塑件留于動(dòng)模 1 塑件不變形損壞 2 這是脫模機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)達(dá)到的基本要求 要做到這一點(diǎn)首先必須分析塑件對(duì)模 腔的附著力的大小和所在部位 以便選擇合適的脫模方式和脫模位置 使脫模 力得以均勻合理的分布 良好的塑件外觀 3 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 20 頂出塑件的位置應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部 以免損壞塑件的外觀 結(jié)構(gòu)可靠 4 因此 根據(jù)裝配圖 其模具結(jié)構(gòu)的脫模機(jī)構(gòu)主要利用推桿和推板將產(chǎn)品推 出模外 還有在設(shè)計(jì)主型芯時(shí)也會(huì)有一定的撥模作斜度 1 2 圖 5 3 推桿和推板 6 4 排氣系統(tǒng) 塑料在熔化時(shí) 會(huì)產(chǎn)生氣體 所以當(dāng)塑料在充滿型腔時(shí)及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空 氣 如果在型腔中不及時(shí)排除干凈 可以會(huì)在塑件上形成氣泡 接縫 表面輪 廓不清及充填缺料等缺陷 另一方面氣體的受壓產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度 還可能造成塑件碳化或燒焦 注射成型時(shí)的排氣可采用如下四種方式排氣 1 利用配合間隙排氣 2 在分型面上開設(shè)排氣槽排氣 3 利用排氣守排氣 4 強(qiáng)制性排氣 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 21 該模具是采用利用配合間隙排氣 其間隙值約為0 03 0 05mm 它常用于中 小型的簡(jiǎn)單模具 6 5 冷卻系統(tǒng) 冷卻裝置的目的 主要是防止塑件在脫模時(shí)發(fā)生變形 縮短成型周期及提 高塑件質(zhì)量 一般在型腔 型芯等部位設(shè)置合理的冷卻水路 通過調(diào)節(jié)冷卻水 流量和流速來控制模溫 冷卻水孔開孔的原則 1 冷卻水孔的數(shù)量應(yīng)盡可能的多 直徑應(yīng)盡量大 2 每個(gè)冷卻水孔至型腔表面的距離應(yīng)相等 一般保持在 0 15mm 范圍內(nèi) 距離太近則冷卻不易均勻 太遠(yuǎn)則效率低 水孔直徑一般保持在 8 12mm 3 水孔通過鑲塊時(shí) 防止鑲套管等漏水 4 冷卻管路一般不宜設(shè)在型腔內(nèi)塑料熔接的地方 以免影響塑件的強(qiáng)度 5 水管接頭應(yīng)設(shè)在不影響操作的一側(cè) 塑料在生產(chǎn)過程中由于需要對(duì)熔融的塑料流體進(jìn)行冷卻 塑料制件不能有 太高的溫度 防止出模后制件發(fā)生翹曲 變形 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可按下式進(jìn)行計(jì) 算 設(shè)該模具平均工作溫度為60 用20 的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì) 其 出口溫度為30 產(chǎn)量為 1分鐘4模 1000g h 1 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量為Q3 查有關(guān)文獻(xiàn)得PP的單位熱流 量為Q2 314 3 398 1J g 取Q2 350J g Q3 WQ2 1008g h 350J h 352800J 2 求冷卻水的體積流量V V WQ1 Pc1 T1 T2 352800 60 1 1000 4 2 30 20 140cm3 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面 變形 尺寸精度 力學(xué)性能 表面質(zhì)量在選擇模具溫度時(shí) 應(yīng)根據(jù)使用情 況著重滿足制件的質(zhì)量要求 在注射模具中溶體從200 C 左右降低到60 C左右 所釋放的能量 5 以輻00 射 對(duì)流的方式散發(fā)到大氣中 其余95 由冷卻介質(zhì)帶走 因此注射模的冷卻 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 22 時(shí)間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果 模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)周期的 2 3 縮短循環(huán)周期的冷卻時(shí)間是提高是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵 在冷卻水冷卻過程中 在湍流下的熱傳遞是層流的10 20倍 這次我選擇 湍流 冷卻水道直徑 d mm 最低流量 v m s 流量 qv m min 3 6 1 10 7 4 10 該注塑模的冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)為單運(yùn)水 具體分布方式如下圖 圖5 6 運(yùn)水系統(tǒng) 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 23 6 6 繪制裝配圖及定制零件明細(xì)表 模具整體設(shè)計(jì)也就是模體的設(shè)計(jì) 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 模體設(shè)計(jì)已接近 標(biāo)準(zhǔn)化 可以從市場(chǎng)上購買相應(yīng)的模體 標(biāo)準(zhǔn)模體一般包括定模板 動(dòng)模板 墊塊 頂出固定板 頂板 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 復(fù)位桿等 標(biāo)準(zhǔn)模架有12種結(jié)構(gòu) 15876種規(guī)格 在本次設(shè)計(jì)中 澆口套 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 頂桿 水嘴都采用標(biāo)準(zhǔn)件 可以外購 總裝圖主視圖如圖所示 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 24 圖 5 7 總裝圖 模具零件的材料選定 大部分零件材料為45 具體的材料明細(xì)表如下圖所示 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 25 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 26 7 注 射 機(jī) 的 校 核 7 1 注射量的校核 根據(jù) 模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 可知 塑件的體積應(yīng)小于注射機(jī)的 注射容量 其公式按下式校核 0 8 0 8 250 200V件 注 3cm3 式中 塑件與澆注系統(tǒng)的體積總和件 注射機(jī)的注射量 注 3c 0 8 最大注射量的利用系數(shù) 經(jīng)估計(jì)算得 V 1 2 155576mm 186691mm 所以 186691mm pF 1298KN 故合格P鎖 模 7 3 模具厚度的校核 實(shí)際使用的模具厚度與注塑機(jī)所允許的安裝最大模具厚度 和最小模具maxH 厚度 之間要滿足以下條件 在設(shè)計(jì)中模具的厚度minHminmaxH 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 27 Hm 285mm 而所選注射機(jī)所允許安裝的最大模具厚度 350 最小模具厚度maxH 200 所以完全符合要求 minH 7 4 開模行程校核 我們要計(jì)算其開模行程并進(jìn)行校核 以確定注射機(jī)的選擇是否合理 由于 本設(shè)計(jì)采用的是側(cè)澆口形式 故為單分型面注射模 故最大開模行程 與模maxs 具厚度無關(guān) 開模距離按下式計(jì)算 S H1 H2 5 10 其中 H1 90mm H2 38 5mm H1 為分型面的移動(dòng)距離 故 s 138 5mm Smax 300mm 所以完全滿足 即使開模行程有所擴(kuò)大也是符合要求的 結(jié) 論 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 28 在 這 次 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 中 使 我 運(yùn) 用 到 許 多 繪 圖 和 分 析 軟 件 培 養(yǎng) 我 在 此 基 礎(chǔ) 上 掌 握 運(yùn) 用 專 業(yè) 軟 件 解 決 實(shí) 際 問 題 的 能 力 設(shè)計(jì)首先說明了塑料工業(yè)的重要 地位和當(dāng)今注塑模具的現(xiàn)狀 其次介紹了注塑件的一般設(shè)計(jì)原則 對(duì)塑件的特 征等做了說明 從實(shí)際來看 幾乎所有的注塑件都遵循這些原則 在做好注塑 成型的準(zhǔn)備工作之后 介紹了模具設(shè)計(jì)的內(nèi)容 在對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)外形分析中 模具的設(shè)計(jì)很好的運(yùn)用了整體式型芯注射模 具的設(shè)計(jì)方法 滿足了對(duì)塑件外形的要求 在分型方案的設(shè)計(jì)中 運(yùn)用獨(dú)特的 推管推出罩 機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低 符合現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性要求 具有很好 的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 致謝 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) 29 首先感謝本人的導(dǎo)師程芳老師 他對(duì)我的仔細(xì)審閱了本文的全部?jī)?nèi)容并對(duì)我 的畢業(yè)設(shè)計(jì)內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議 程芳老師淵博的知識(shí) 誠懇的為人 使我受益匪淺 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中 特別是遇到困難時(shí) 他給了我鼓勵(lì)和幫 助 在這里我向他表示真誠的感謝 感謝母校 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系給我提 供的良好學(xué)習(xí)及實(shí)踐環(huán)境 使我學(xué)到了許多新的知識(shí) 掌握了一定的操作技能 感謝和我在一起進(jìn)行課題研究的同窗熊學(xué)舉同學(xué) 和他在一起討論 研究使我 受益非淺 最后 我非常慶幸在三年的的學(xué)習(xí) 生活中認(rèn)識(shí)了很多可敬的老師和可親的同 學(xué) 并感激師友的教誨和幫助 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 30 參考文獻(xiàn) 1 楊占堯主編 塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) 高等教育出版社 2008 2 翟德梅 段維峰主編 模具制造技術(shù) 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 3 馮炳堯 韓泰榮 蔣文生主編 模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) 上?？?學(xué)技術(shù)出版社 1998 4 王曉江主編 模具設(shè)計(jì)與制造專業(yè)英語 機(jī)械工業(yè)出版社 2012 5 楊占堯主編 模具導(dǎo)論 高等教育出版社 2010