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四 川 理 工 學 院 畢 業(yè) 設 計（論 文）說 明 書 題 目 大油壺蓋注塑模具設計 學 生 劉 俊 系 別 機 電 工 程 系 專 業(yè) 班 級 材料成型及控制工程1班 學 號 030130110 指 導 教 師 胡 勇 四 川 理 工 學 院 畢業(yè)設計（論文）任務書 設計（論文）題目：大油壺蓋注塑模具設計 系：機電工程 專業(yè)：材料成型與控制 班級：材控031 學號： 030130110 學生： 劉 俊 指導教師： 胡 勇 接 受 任 務 時 間 07年3月 5號 教 研 室 主 任 （簽名） 系 主 任 （簽名） 1．畢業(yè)設計（論文）的主要內容及基本要求 內容：大油壺蓋注塑模具設計 ；產品規(guī)格：見附圖；生產批量：大批量 。 要求：要求有目錄、設計任務書及產品圖； ⑴工藝方案設計，提出至少兩種設計方案，進行比較和分析。 ⑵單個塑件體積、重量計算； ⑶成型設備的選擇及參數(shù)校核； ⑷澆注系統(tǒng)設計；（澆注系統(tǒng)及工藝圖設計圖一張） ⑸成型零件系統(tǒng)設計；（成型零件結構設計，成型零件尺寸計算，成型零件壁厚計算，繪制成型零件系統(tǒng)部件圖一份） ⑹脫模機構設計（優(yōu)先考慮全自動脫模） ⑺模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)設計； ⑻總體結構設計及總裝圖的繪制。（要求：總裝圖一份，0#：1張，選取標準模架。） ⑼重要零部件圖紙設計（圖紙總幅面約為零號圖一張） ⑽編寫畢業(yè)設計說明書一份（推薦用電腦打印，論文不少于2萬字）。 2．指定查閱的主要參考文獻 ⑴《塑料模具設計手冊》，《塑料模具設計手冊》編委會，機械工業(yè)出版社，2001。 ⑵《塑料模具技術手冊》，《塑料模具技術手冊》編委會，機械工業(yè)出版社，2001。 ⑶《實用塑料注射模具設計與制造》，陳萬林等編著，機械工業(yè)出版社，2001 ⑷《沖壓與塑料成型設備》，范有成主編，高等教育出版社，2000 ⑸《塑料模具設計》，高 濟主編，機械工業(yè)出版社 3．進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 確定論文題目，收集文獻，提出體系架構需求和難點 2007年3月5日至3月25日 2 確定設計方案，重點解決關鍵疑難問題，分析、計算 2007年3月26日至4月26日 3 撰寫論文，繪圖 2007年4月26日至5月26日 4 校對、修改、加工論文及圖紙 2007年5月26日至6月5日 5 交論文圖紙， 2007年6月 5 日至6月25日 注：本表一式三份，系、指導教師、學生各一份 畢業(yè)設計附圖 名稱：大油壺蓋 材料：HDPE 技術要求： 1.大批量生產。 2.自動脫螺紋 3. 采用塑料制件尺寸公差(SJl372－78) 7級精度 摘 要 本文是關于大油壺蓋注塑模具的設計，針對的主要是模具成型中的自動脫螺紋方法。在正確分析塑件工藝特點和HDPE的性能的基礎上，采用了最簡單的絕熱流道結構——井坑試噴嘴模具。介紹了對螺紋型芯，凹模，澆注系統(tǒng)，脫模機構，選擇標準零件，設計非標件的設計過程。涉及模具結構、強度、壽命計算及熔融塑料在模具中流動預測等復雜的工程運算問題；運用了（CAD）、輔助制造（CAM）、輔助工程（CAE）等不同的軟件分別對模具的設計、制造和產品質量進行分析。大油壺蓋注射模具設計，采用一般精度，利用CAD、CAE、CAM來設計或分析注射模的成型零部件，澆注系統(tǒng)，導向部件和脫模機構等等。綜合運用了專業(yè)基礎、專業(yè)課知識設計，其核心知識是塑料成型模具、材料成型技術基礎、機械設計、塑料成型工藝、計算機輔助設計、模具CAD\CAM\CAE等。 關鍵詞： 熔融塑料 ,絕熱流道, 螺紋型芯, 長導程螺桿，脫模機構。 ABSTRACT This is the lard on the handle of the plastic injection mold design, which is mainly aimed at the Molding of Automatic Screw methods. I choice the most simple structure must Abstracts -- pits trial nozzle mold on the basis of The correct analysis of the characteristics of plastic parts and the performance of HDPE. This article includes the design process of thread core, die, casting system, stripping institutions, the selection criteria parts, and the non-standard pieces . It also involve many Project Operational issues :mold structure, strength, life calculation and forecast the flow of melting plastic in the mold. At the same time, analyses the design, manufacture and product quality of the mold with (CAD), aided manufacturing (CAM), aided engineering (CAE) software in a wide variety. In the design process ,I use CAD, CAE and CAM to design or analysis the injection mold parts of the molding, casting systems, components ,guidance Demoulding institutions and so on ,following the usual precision . I use the expertise integratedly in the design process too,while the Core Knowledge is the plastic mold, molding material and technological foundation for mechanical design, plastic molding technology, computer-aided design, CAD \ CAM \ CAE, etc.. Key word: Fusing plastic heat insulation flow channel thread core, long lead screw, drawing of patterns organization. Ⅰ 目錄 中文摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅰ 英文摘要 ……………………………………………………………………………………Ⅱ 第一章 概述 ……………………………………………………………………………… 1 1.1國際塑料模具工業(yè)的發(fā)展的新動態(tài) ………………………………………………… 1 1.2我國模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 …………………………………………………………… 3 1.3我國模具設計技術今后發(fā)展方向 …………………………………………………… 5 1.4畢業(yè)設計課題資料查詢……………………………………………………………… 5 1.4.1分析塑件結構及工藝技術要求 ……………………………………………………6 1.4.2了解塑件的加工性能和工藝性能 …………………………………………………6 1.4.3塑料的適用范圍……………………………………………………………………6 1.4.4塑件收縮及補縮問題，盡量減少殘余內應力和翹曲變形……………………………6 1.4.5注塑工藝及模具條件………………………………………………………………7 1.4.6模具材料 …………………………………………………………………………7 1.4.7模具的熱量損耗，冷卻水用量，生產效率…………………………………………7 1.5畢業(yè)設計思想簡述 ……………………………………………………………………7 第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計………………………………………9 2.1成型塑料制件結構工藝性分析………………………………………………………… 9 2.2 塑件三維CAD建模及CAE分析 ………………………………………………………10 2.2.1利用CAD建模，完成三維零件的設計 ……………………………………………10 2.2.2 CAE分析及其結果 ……………………………………………………………10 2.3根據(jù)CAE分析結論進行模具工藝設計……………………………………………………14 2.3.1.型腔數(shù)量的決定 …………………………………………………………………14 2.3.2型腔布置 ………………………………………………………………………14 2.3.3確定分型面 ……………………………………………………………………14 2.3.4 主流道和主流道襯套結構設計…………………………………………………16 第三章 選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核 ……………………………………… 19 3.1注塑機的技術規(guī)范……………………………………………………………………19 3.2最大注射量的校核……………………………………………………………………19 3.3注塑壓力的核核………………………………………………………………………20 3.4鎖模力的校核…………………………………………………………………………20 3.5 模具閉合高度校核……………………………………………………………………21 第四章 模具設計 ………………………………………………………………………22 4.⒈確定標準注塑模架……………………………………………………………………22 4.2模具成型零件設計 ……………………………………………………………………22 4.2.1凹模（陰模）的結構設計 …………………………………………………………22 4.2.2型芯的結構設計 …………………………………………………………………22 4.2.3確定模具零件厚度及外形尺寸………………………………………………………23 4.2.4排氣方式及排氣孔的設計 ………………………………………………………23 4.3型腔成型尺寸計算 ……………………………………………………………………24 4.3.1塑件精度影響誤差值的確定 ………………………………………………………24 4.3.2按平均收縮率計算成型尺寸 ………………………………………………………24 4.3.3型芯徑向尺寸計算 ………………………………………………………………25 4.3.4型腔深度尺寸計算 ………………………………………………………………26 4.3.5型芯高度尺寸的計算 ……………………………………………………………27 4.4脫模機構的設計 ……………………………………………………………………28 4.5模具冷卻系統(tǒng)設計 ……………………………………………………………………30 4.5.1注射模冷卻系統(tǒng)設計的原則 ………………………………………………………30 4.5.2模具熱平衡計算 …………………………………………………………………31 4.6模具主要連接、定位、導向件設計 ………………………………………………………33 第五章 繪制模具圖 ……………………………………………………………………35 第六章 結論 ……………………………………………………………………………37 參考文獻 ………………………………………………………………………………39 致謝 ………………………………………………………………………………40 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第一章 概 述 1.1國際塑料模具工業(yè)的發(fā)展的新動態(tài)  快速模具( Rapid Tooling以下簡稱RT)制造技術是一種快捷、 方便、實用的模具制造技術, 是傳統(tǒng)金屬模具所不能涵蓋的，亦無法取代的制模手段，它既是模具制造的一個重要分支, 又是對傳統(tǒng)金屬模具的有力補充。 隨著社會需要和科學技術的發(fā)展，產品的競爭愈來愈激烈，更新的周期越來越短，因而要求設計者不但能根據(jù)市場的要求很快地設計出新產品，而且能在盡可能短的時間內制造出產品，進行必要的性能測試，征求用戶的意見并進行修改，最后形成能投放市場的定型產品。 用傳統(tǒng)方法制作樣件時, 需采用多種機械加工機床, 以及相應的工卡量具，既費時，成本又高， 根本不適應日新月異的變化。正是基于這樣一個背景，快速原型，快速模具，快速樣件的快速制作工藝相繼涌現(xiàn)。 快速原型制造技術(Rapid Prototyping以下簡稱RP)是80年代末發(fā)展起來的一項高新技術, 它是集CAD/CAM技術、激光技術、計算機數(shù)據(jù)控制技術(CNC)、精密伺服驅動技術和高分子材料合成技術于一體。 RP技術的原理就是: 將計算機內的三維實體模型進行分層切片得到各層截面的輪廓, 計算機據(jù)此信息控制激光器有選擇地固化一層層的液態(tài)光敏樹脂, 形成一系列具有微小厚度的片狀實體, 再逐層聚合堆積, 形成一個與所設計同樣的三維實體模型, 這就是第一個實物原型。當然, 原型基材不同, 成型工藝亦不盡相同, 但其原理是一致的。 自3D SYSTEM 公司1988年推出的第一臺SLA成型機后,Vantico公司適時推出的一系列光固化樹脂, 在全球所有的3D公司生產的SLA成型機上大量使用, 表現(xiàn)出精度高、韌性好、耐候性強、 適用范圍廣的特點, 目前已在眾多的SLA成型機上得以廣泛的使用。 有了原型, 接下來的后續(xù)工序即是快速模具和快速制件, Vantico公司擁有三種獲取快速制模和快速制件的制作工藝, 即真空注型工藝, 低壓灌注工藝和高溫樹脂型腔模具工藝。 真空注型工藝(Vacuum Casting) 即用原型來翻制硅膠軟?；蚓郯滨ボ浤? 將硅膠或聚氨酯樹脂澆入置有原型的容器內, 待軟模完全固化后, 沿分型面裁切軟模, 取出原型, 再將軟模合模后置于帶有真空裝置的真空注型機內, 澆注改性的聚氨酯樹脂, 十幾分鐘后, 待樹脂固化完畢(必要時須進行后固化處理), 就可以脫模并獲得形狀與原型一致的塑料制件。由于制件是在真空環(huán)境下澆注成形, 故制件不帶有氣泡, 精度較高, 不過由于真空注型設備的尺寸限制, 一般只適合中小制件的制作。 低壓灌注工藝(Parts In Minutes ) 又叫聚氨酯低壓灌注工藝, 同樣是利用原型翻制樹脂簡易模具(包括軟模、硬模及抽芯活塊)并需考慮澆冒口的位置和流道。將模具夾緊達到規(guī)定的合模力, 再把改性的聚氨酯樹脂通過專用設備注入模具內, 在室溫下快速固化, 十幾分鐘后即可取出形狀與原型一致的制件。這種工藝制作的制件可以大到汽車保險杠大小的制品, 一般適合中大型制件的制作。 高溫樹脂型腔模具工藝(Injection Moulding) 使用高溫樹脂利用原型來翻制樹脂型腔模, 再將樹脂型腔模鑲嵌在標準的金屬模架內, 再安裝在普通注塑機上, 使用常規(guī)工程塑料(如ABS, PP)注射成形. 該工藝制模周期大大縮短, 制模成本明顯降低. 其打出的制件與金屬模無異.目前這一工藝只適用于中小件, 型腔壽命在幾千件范圍之內. 在以上工藝中, 前兩種工藝中用到的塑料制件材料皆為改性的聚氨酯樹脂, 其機械性能非常類似于橡膠、ABS、PP、PE及HDPE等工程塑料, 可以做成各種顏色或透明色, 制件精度高, 收縮率極小只有0.01-0.05%。 RP技術與RT技術的結合可快速實現(xiàn)原型, 模具, 樣件的單件或小批量生產, 這一生產模式對新產品研發(fā)尤為重要。主要表現(xiàn)在以下幾個方面: 外形設計: 很多產品特別是家電產品和汽車產品對外形的美觀和新穎性要求極高。傳統(tǒng)的做法是將產品效果圖顯示于電腦終端, 但經(jīng)常發(fā)生"畫出來好看做出來不好看"的現(xiàn)象。采用RT技術可以很快作出制件, 供設計人員和用戶審查, 使得外形設計及檢驗更直觀有效便捷。 檢查設計質量: 以模具制造為例, 傳統(tǒng)的方法是根據(jù)幾何造型在數(shù)控機床上開模, 這對于一個價值數(shù)十萬至數(shù)百萬元的復雜模具來說風險太大, 設計上任何不慎反映到模具上都是不可挽回的損失。通過RT技術, 設計上的各種細微差錯就能在樣件上及時反映出來, 這就大大減少了開模風險。 功能檢測: 設計人員可以通過樣件快速進行功能測試以判斷是否最好地滿足設計要求, 從而優(yōu)化產品設計。 裝配干涉檢驗: 在有限空間內的復雜系統(tǒng), 對其進行裝配干涉檢驗是及為重要的。用樣件進行裝配模擬, 可以觀察工件之間如何配合, 如何相互影響。 供貨投標及用戶評價: 由于能夠及時地將產品樣件提供給用戶, 極大地增強了產品競爭力。 以上主要介紹了塑料件的快速制模技術, 實際上威獅模具樹脂系統(tǒng)應用領域非常廣泛, 例如塑料件的焊接夾具、陶瓷模具、文物復制及假肢制作等, 只要是掌握了材料的性能, 操作工藝是靈活的, 就可以在模具制造領域盡情地發(fā)揮。另外快速原型制造技術與快速模具制造技術的有機結合, 為RT技術插上了騰飛的翅膀, 已成為不可阻擋的發(fā)展趨勢, 必將迎來一場新的技術革命。 1.2我國模具工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 80年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999年我國模具工業(yè)產值為 245億，至2002年我國模具總產值約為360億元，其中塑料模約30%左右。在未來的模具市場中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。 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。在大型模具方面已能生產48英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5Kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生產照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可達0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具質量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10～30萬次，淬火鋼模達50～100萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。?? 成型工藝方面：多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29～34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達不到10%，與國外的50%～80%相比，差距較大。　　 在制造技術方面：CAD/CAM/CAE技術的應用水平上了一個新臺階，以生產家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UGⅡ、美國Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術的發(fā)展。　 近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中理工大學開發(fā)的注塑模 HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內模具的具體情況、能在微機上應用且價格低等特點，為進一步普及模具CAD/CAM技術創(chuàng)造了良好條件。近年來，國內已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，對模具的質量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度的商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%～80%相比，仍有差距。 項目 國外 國內 注塑模型腔精度 0.005～0.01mm 0.02～0.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.01～0.05μm Ra0.20μm 非淬火鋼模具壽命 10～60萬次 10～30萬次 淬火鋼模具壽命 160～300萬次 50～100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標準化程度 70～80% 小于30% 中型塑料模生產周期 一個月左右 2～4個月 在模具行業(yè)中的占有量 30～40% 25～30% 表1-1　國內外塑料模具技術比較表 據(jù)有關方面預測，模具市場的總體趨勢是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場中，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。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對塑料模具提出越來越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復雜、長壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時，由于近年來進口模具中，精密、大型、復雜、長壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進口、提高國產化率角度出發(fā)，這類高檔模具在市場上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使各種異型材擠出模具、PVC塑料管材接頭模具成為模具市場新的經(jīng)濟增長點，高速公路的迅速發(fā)展，對汽車輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡模的發(fā)展也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車、摩托車工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產品方面，除了彩電等音像產品外，筆記本電腦和網(wǎng)機頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場的增長點。 1.3我國模具設計技術今后發(fā)展方向 1.提高大型、精密、復雜、長壽命模具的設計水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復雜化和高精度要求以及因高生產率要求而發(fā)展的一模多腔所致。 2.在塑料模設計制造中全面推廣應用CAD/CAM/CAE技術。CAD/CAM技術已發(fā)展成為一項比較成熟的共性技術，近年來模具 CAD/CAM技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進一步普及創(chuàng)造良好的條件；基于網(wǎng)絡的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結構初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實際生產過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設計與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 3.推廣應用熱流道技術、氣輔注射成型技術和高壓注射成型技術。采用熱流道技術的模具可提高制件的生產率和質量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應用這項技術是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國家標準，積極生產價廉高質量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關鍵。氣體輔助注射成型可在保證產品質量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制，而且常用于較復雜的大型制品，模具設計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要?！　? 4.開發(fā)新的成型工藝和快速經(jīng)濟模具。以適應多品種、少批量的生產方式。　 5.提高塑料模標準化水平和標準件的使用率。我國模具標準件水平和模具標準化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質量和降低模具制造成本，模具標準件的應用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標準，并嚴格按標準生產；其次要逐步形成規(guī)模生產，提高商品化程度、提高標準件質量、降低成本；再次是要進一步增加標準件的規(guī)格品種。 　 6.應用優(yōu)質材料和先進的表面處理技術對于提高模具壽命和質量顯得十分必要?！? 7.研究和應用模具的高速測量技術與逆向工程。采用三坐標測量儀或三坐標掃描儀實現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關鍵技術之一。研究和應用多樣、調整、廉價的檢測設備是實現(xiàn)逆向工程的必要前提。 1.4畢業(yè)設計課題資料查詢 1.4.1分析塑件結構及工藝技術要求 該塑件名為大油壺蓋，機構簡單，關鍵在于自動卸螺紋，采用的材料：HDPE（高壓聚乙烯），其技術要求1.大批量生產 ；2.自動卸螺紋。在設計脫模機構時會比較復雜，而且要實現(xiàn)全自動對傳動系統(tǒng)的設計是重點。 1.4.2了解塑件的加工性能和工藝性能。 HDPE(高密度聚乙烯) High density polyethylene [7] ⑴．密度：??0.941～0.965g/ ⑵．熔料溫度?：220～280℃ ⑶．料筒恒溫?：220℃ ⑷．模具溫度?：20～60℃ ⑸．注射壓力?：具有很好的流動性能，避免采用過高的注射壓力80～140MPa（800～1400bar）；一些薄壁包裝容器除外可達到180MPa (1800bar) ⑹．保壓壓力?：收縮程度較高，需要長時間對制品進行保壓，尺寸精度是關鍵因素，約為注射壓力的30％～60％ ⑺．背壓：5～20MPa（50～200bar）；背壓太低的地方易造成制品重量和色散不均 ⑻．注射速度?：對薄壁包裝容器需要高注射速度，中等注射速度往往比較適用于其它類的塑料制品 ⑼．螺桿轉速?：高螺桿轉速（線速度為1.3m/s）是允許的，只要滿足冷卻時間結束前就完成塑化過程就可以；螺桿的扭矩要求為低 ⑽．計量行程?：0.5～4D（最小值～最大值）；4D的計量行程為熔料提供足夠長的駐留時間是很重要的殘料量??? 2～8mm，取決于計量行程和螺桿直徑 ⑾．回收率?：可達到100％回收 ⑿．收縮率?：1.2～2.5％；容易扭曲；收縮程度高；24h后不會再收縮（成型后收縮） 1.4.3塑料的適用范圍 典型應用范圍 電冰箱容器、存儲容器、家用廚具、密封蓋等。 1.4.4塑件收縮及補縮問題，盡量減少殘余內應力和翹曲變形。 ⑴．HDPE是半結晶材料，成型收縮率較大，在1．5％～2.5％之間。 ⑵．HDPE 容易發(fā)生環(huán)境應力開裂現(xiàn)象?？梢酝ㄟ^采用很低流動特性的品種以減小成型塑件的內部應力，從而減輕開裂現(xiàn)象。在溫度高于60℃的環(huán)境中，HDPE成型的塑件很容易在烴類溶劑中溶解，但其抗溶解性比LDPE還要好一些。 1.4.5注塑工藝及模具條件 ⑴．干燥：如果貯存恰當則無須干燥。 ⑵．模具溫度：50～95℃ 。6mm以下壁厚的塑件應使用較高的模具溫度，6mm以上壁厚的塑件使用較低的模具溫度。塑件冷卻溫度應當均勻以減小收縮率的差異。為了取得合理的成型周期，冷卻回路直徑應不小于8mm，并且距模具表面的距離應在1．3J之內(這里“J，’是冷卻回路的直徑)。 ⑶．注射壓力：70～105MPa 。 ⑷．注射速度：建議使用高速注射。 ⑸．流道和澆口：流道直徑應在4～7．5mm之間，流道長度應盡可能短一些的澆口，澆口長度不要超過0.75mm。這種樹脂特別適十采用熱流道。 1.4.6模具材料 模具多采用45鋼，各標準模架和凹模也采用45鋼，部分零件采用T8A，T10A。45鋼屬于低碳碳素鋼，強度低，韌度、塑性和焊接性均好，主要用于型腔簡單，生產批量較小的塑料模，采用反印法制造模具，然后經(jīng)滲碳淬火、回火處理，可或的外表高硬度又耐磨，心部韌性好的模具，其加工性能較好，脫碳敏銳性較小。該模具的其他各部分零件詳見后面章節(jié)內容。 1.4.7模具的熱量損耗，冷卻水用量，生產效率 模具的熱量損耗，冷卻水用量，生產效率見第四章第5節(jié)。 1.5畢業(yè)設計思想簡述 本次模具設計盡量借用計算機來完成復雜的計算和建模分析，總結前人的設計經(jīng)驗，結合塑件的具體結構和塑料材料的具體性能，盡量設計出高的，科學的，自動化高的先進的模具。在模具的結構設計中，盡量采用標準件，降低模具設計工作量，節(jié)約原材料，降低成本，在保證質量的前提下盡量簡化模具結構。 大學四年的本科學習即將結束，畢業(yè)設計是其中最后一個環(huán)節(jié)，是對以前所學的知識及所掌握的技能的綜合運用和檢驗。隨著我國經(jīng)濟的迅速發(fā)展，采用模具的生產技術得到愈來愈廣泛的應用。 在完成大學四年的課程學習和課程、生產實習，我熟練地掌握了機械制圖、機械設計、機械原理等專業(yè)基礎課和專業(yè)課方面的知識，對機械制造、加工的工藝有了一個系統(tǒng)、全面的理解，達到了學習的目的。對于模具設計這個實踐性非常強的設計課題，我們進行了大量的實習。在指導老師的協(xié)助下和在工廠師傅的講解下，同時在現(xiàn)場查閱了很多相關資料并親手拆裝了一些典型的模具實體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。并在圖書館借閱了許多相關手冊和書籍，設計中，將充分利用和查閱各種資料，并與同學進行充分討論，盡最大努力搞好本次畢業(yè)設計。 在設計的過程中，將有一定的困難，但有指導老師的悉心指導和自己的努力，相信會完滿的完成畢業(yè)設計任務。由于學生水平有限，而且缺乏經(jīng)驗，設計中不妥之處在所難免，肯請各位老師指正。 39 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第二章 塑料制件的工藝性分析及工藝結構設計 2.1成型塑料制件結構工藝性分析 尺寸精度分析：塑料制件圖樣上未注公差尺寸的允許偏差，采用塑料制件尺寸公差(SJl372－78) 7級精度。用于孔時，取“公差數(shù)值表”中數(shù)值冠以（+）號，用于軸時，取“公差數(shù)值表”中數(shù)值冠以（-）號。用于長度尺寸時，取“公差數(shù)值表”中數(shù)值之1/2冠以（±）號[7]。 根據(jù)塑件材料加工精度分析，選用較低精度制造，經(jīng)查選用IT7級制造，塑件其他尺寸均按該精度等級制造。 基本尺寸（mm） 公差數(shù)值（mm） 0 ～ 3 0.32 3 ～ 6 0.36 6 ～ 10 0.40 10 ～ 14 0.44 80 ～ 100 1.2 表2-1 (SJl372－78) 7級精度 公差數(shù)值簡表 粗糙度：由塑料制件的粗糙度確定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度小一級。按制件的使用要求和工藝條件可選用模具的粗糙度為0.4， 斜度設計：便于拔模和留模?；诒驹O計，由于是螺紋型芯所以開模時塑件留在型芯上。 壁厚：壁厚應均勻，薄壁處是否有強度。本塑件壁厚均勻且符合材料最小壁厚要求，也同時能滿足使用要求。 圓角設計、螺紋設計：該塑件最小圓角R=2mm 滿足加工要求；螺紋M80×1.5也能滿足工藝要求。 塑件質量的初步估算：根據(jù)CAE建模分析可得制件的體積和質量如圖2-1-1 V=22.39 密度?。?.96 g/ 質量：M=21.50g 圖 2-1-1 CAE建模分析體積與質量 2.2 塑件三維CAD建模及CAE分析 2.2.1利用CAD建模，完成三維零件的設計 圖2-2-3 最佳澆口位置分布分析 圖2-2-2 制件三維模型圖 2.2.2 CAE分析及其結果 2.2.2.1最佳澆口位置分布分析 從分析結果圖2-2-3中可以看到由紅到藍不同的顏色，紅色的位置是澆口分布最差的位置，而藍色的地方卻是最佳的澆口位置分布。我們在選折澆口的時候可以根據(jù)此圖和實際情況（比如：分型面的設計、模具結構等）來確定。在選擇好最佳澆口位置后，便可以開始對塑件進行模流分析，包括注射時間分布、注射質量分布、注射壓力分布、注射壓力損失分布、注射溫度分布、注射熔接痕分布、注射氣泡分布等。根據(jù)模流的分析情況可以對塑件進行設計，并在適當?shù)臅r候進行可行的修改和優(yōu)化，達到最佳的效果。 根據(jù)最佳交口位置分析，現(xiàn)在提出兩種方案：A：中心點澆口 B：邊緣點澆口。 2.2.2.2注射時間分布分析 在選擇好最佳澆口位置后，便可以開始對塑件進行模流分析了。首先看看注射時間的分布情況。如圖2-2-4紅色的地方注射時間最短，而藍色的地方是注射時間最長的地方，可根據(jù)該圖計算注射的時間差，該時間為塑件的參考注射時間，并不是塑件的真實的注射時間，但我們可以參考該時間來設計模具。 A B 圖 2-2-4注射時間分布分析 從圖片上看來A方案的注塑時間比B方案短0.18秒，但是都滿足工藝條件。 2.2.2.3注射質量分布分析 A B 圖 2-2-5注射質量分布分析 由質量分布分析圖2-2-5中可以看到有兩種不同的顏色，綠色和黃色。其中綠色代表質量最佳的分布情況，而黃色則表示一般質量的分布情況。紅色表示質量最差的分布 情況，在圖中A B方案都看不見紅色和黃色，那么就表示該塑件注射質量可行。 A B 圖2-2-6注射壓力分布分析 2.2.2.4注射壓力分布分析 由注射壓力分布圖2-2-6可以看到由藍到紅的不同顏色，表示不同的壓力分布情況。藍色表示壓力最小的分布位置，橘紅色表示壓力最大的分布位置，藍色變到橘紅色的其他顏色則表示壓力的變化位置。我們可以看到離澆口近的位置壓力小，隨著距澆口距離的變化，壓力也逐步變大，這和我們預想是一致的。其壓力差為20.49MPa。 2.2.2.5注射壓力損失分布分析 A B 圖 2-2-7注射壓力損失分布分析 由注射壓力損失分布分析圖2-2-7也可以看出A B 兩種方案壓力損失都在5 MP左右，完全符合工藝條件。都可看到到由藍色到紅色的不同分布情況，把他和注射壓力分布圖比較可以看到此二圖是相對應的，注射壓力小的地方則壓力損失大，注射壓力大的地方壓力損失小。其壓力損失為5.14MPa。 2.2.2.6注塑溫度分布分析 A B 圖2-2-8注塑溫度分布分析 如圖2-2-8 A B兩種方案分溫度分布都在允許范圍之內。其溫度差 A：ΔΤ=220–197=23℃，。 B：ΔΤ=220–207=13℃，。 2.2.2.7注射熔接痕與氣泡分布分析 A B 圖 2-2-9注射熔接痕與氣泡分布分析 如圖2-2-9中可知： A方案有較多的熔接痕和氣泡，大多數(shù)的熔接痕分布在側壁和螺紋處。在不影響塑件本身的強度和裝配的前提下，要在熔接痕位置處對塑件壁厚進行適當處理，同時通過適當?shù)墓に囌{整，盡量減少熔接痕的產生。那樣的話我們就需要設置專門的排氣系統(tǒng)，模具結構會復雜許多。 B方案的熔接痕與氣泡相對來說比較少了，那樣我們就可以完全采用分型面排氣就可以解決問題，模具結構也相對簡單了很多。 2.3根據(jù)CAE分析結論進行模具工藝設計 2.3.1.型腔數(shù)量的決定（型腔數(shù)必需同時滿足：交貨期、注塑機最大注塑質量、注塑機的塑化能力、鎖模力和模板尺寸） 2.3.1.1由交貨期計算型腔數(shù)[7] (2-1) 式中 1.05——故障系數(shù)（以5％計） N——一副模具定貨量（件） 20萬件 tc——成型周期（s） 20秒 （注射保壓5s 冷卻10s開模5s） to——從定貨到交貨時間（月） 7月 tm——模具制造時間（月） 1月 th——所在廠的每月工作時間計／月） 300小時/月 所以代入相關數(shù)據(jù)得：n = 0.975 個 2.3.1.2根據(jù)注塑機最大注塑質量求型腔數(shù) ⑴普通聚苯乙烯實際注塑量：（注人模具時由于流動阻力增加，加大了沿螺桿逆流量，再考慮安全系數(shù)取為機器最大注塑能力的85％。）。 型腔數(shù)量計算： (2-2) ：1個塑件與均分到的澆注系統(tǒng)的質量質量之和，當不到1時則應改用較大的機器 代入數(shù)據(jù)計算結果得：= 2.3.2型腔布置 由于HDPE特別適合采用熱流道，但熱流道模具結構復雜，有一定難度。根據(jù)自身情況選用井坑式噴嘴模具又名絕熱主流道，它是最簡單的絕熱式流道，適用于單型腔模。所以采用一模一腔。 2.3.3確定分型面 分型面的位置要有利于模具加工，排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質量等。 2.3.3.1型腔分型面位置的設計[1] 外表質量：分型面最好不選在制品光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉角處 方便脫模，制件留在動模邊：從制件的推出裝置設置方便考慮。 包緊力大的，芯應設在動模邊 而將凹模放在定模邊 包緊力小且不能確切判斷留向的將型芯和凹模的主要部分都設在動模邊 對型芯無包緊力，對凹模粘附力較大的，將粘附力較大的設在動模邊 同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一側。 排氣：當分型面作為主要排氣面時 料流的末端應在分型面上以利排氣。 2.3.3.2分型面形狀的決定（如圖2-3-4） 圖2-3-1 分型面三維圖 2.3.3.3確定澆注系統(tǒng)和排氣系統(tǒng) ? 在設計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關因素[1]： ⑴. 塑料成型特性：設計澆注系統(tǒng)應適應所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質量。 ⑵. 模具成型塑件的型腔數(shù)：設置澆注系統(tǒng)還應考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設計。 ⑶. 塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術要求等因素，結合選擇分型面同時考慮設置澆注系統(tǒng)的形式、進料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應注意防止流料直接沖擊嵌件及細弱型芯受力不均以及應充分估計可能產生的質量弊病和部位等問題，從而采取相應的措施或留有修整的余地。 ⑷. 塑件外觀：設置澆注系統(tǒng)時應考慮到去除、修整進料口方便，同時不影響塑件的外表美觀。 ⑸. 注射機安裝模板的大小：在塑件投影面積比較大時，設置澆注系統(tǒng)時應考慮到注射機模板大小是否允許，并應防止模具偏單邊開設進料口，造成注射時受力不勻。 ⑺. 冷料：在注射間隔時間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質量，故設計澆注系統(tǒng)時應考慮儲存冷料的措施。 ⑻. 根據(jù) 圖2-2-9 A 可看出氣泡分布位置明顯且比較多，可在模具型腔上加排氣系統(tǒng)。 2.3.4 主流道和主流道襯套結構設計 絕熱流道澆注系統(tǒng)[1]　這種澆注系統(tǒng)是將流道設計得相當粗大，使其在注射過程中只有周圍很薄一層塑料凝固。由于塑料的導熱性能差，這層凝固的塑料層便起著絕熱層的作用，使中心的塑料保持熔融狀態(tài)。這種流道稱為絕熱流道。絕熱流道有兩種常用形式。 圖2-3-2 絕熱流道澆注系統(tǒng) 1.塑件 2.絕熱主流道 3. 噴嘴 本設計采用井坑式絕熱流道這種絕熱流道澆注系統(tǒng)只用于單型腔模具，是最簡單的絕熱流道澆注系統(tǒng)，其結構如圖2-3-2所示。用一個直徑較大的錐形井坑代替直接澆口的主流道襯套，澆口處按點澆口形式設計，井坑一端與注射機噴嘴連接。正常工作時，井坑錐面有一層塑料凝固層，中心是熔融塑料；這種澆口雖有一定的絕熱保溫性能，但畢竟只是靠塑料自身的熱量保持一定溫度，故只適用于每次注射周期較短的模具。如果每次注射間隔時間太長，井坑內的塑料也會凝固而使通道變小或堵塞。 主流道村套結構：設計成井坑式絕熱流道型；設計過程如下： 容積的計算： = 1.7542 (2-3) p1——熔體在澆道中所受的外部壓力（MPa）；119 p2——熔體在澆道中所受的內壓（MPa）；34.8 V——熔體在該狀態(tài)下的容積（cm^3/g）；1.7542 ω——熔體在－273℃下的比容（cm^3/g）；0.956 R′——修正的氣體常數(shù)；0.271 T——熱力學溫度（℃+273）。453 容積流率的計算： = 94.2883 (2-4) Q——容積流率（cm^3/s）；94.2883 V——熔體在該狀態(tài)下的容積（cm^3/g）；1.7542 W——塑件的重量（g）；21.5 t——注射時間（s）。4 主流道直徑的計算：= 5.78 (2-5) Qs——主澆道流率（cm^3/s）;94.2883 Ds——主流道直徑(mm)。5.7804 縫隙寬度的計算：= 2.23 (2-6) Qs——主澆道流率（cm^3/s）；94.2883 hs——主澆道縫隙寬度(mm)。2.2302 點澆口直徑：=2.1 (2-7) ——澆口流率（cm^3/s）；94.2883 ——點澆口直徑（mm）。2.1 圖2-3-3 絕熱主流道 ⑵根據(jù)以上要求按《塑料成型模具》一書P76 圖3-4-2 主流道杯主要尺寸設計主流道襯套結構如圖2-3-3 ⑶澆口套的固定方式：定位圈與澆口套為一體，壓配于定模板內，能防止從定模板內頂出。 ⑴澆口斷面： 如圖2-3-4 ⑵澆口斷面尺寸：按《塑料成型模具》一書P76 圖3-4-2 主流道杯主要尺寸設計。 澆口位置設計說明，澆口的設計需要滿足一下條件： 圖2-3-4 澆口斷面尺寸 1.有利于減小制品翹曲變形 2.有利于改善注塑制品的力學性質 3.有利于避免注塑成型時的噴射現(xiàn)象 4.有利于充模流動、排氣和補料 5.有利于減少熔接痕，增加熔接牢度 6.澆口位置應防止料流將型芯或嵌件擠歪變形 四川理工學院畢業(yè)設計（論文） 第三章 選擇注射機及注射機工藝參數(shù)校核 3.1注塑機的技術規(guī)范 注射模是安裝在注塑機是使用得工藝設備，因此設計注塑模時應該詳細了解注塑機的技術規(guī)范，放能設計出符合要求模具。從模具設計角度考慮，需了解注塑機技術規(guī)范的主要項目有：最大注射量、最大注射壓力、最大鎖（合）模力，模具安裝尺寸以及開模行程等。根據(jù)《材料成型設備》一書P169表5-1部分國產SZ塑料注射成型機的規(guī)格及主要技術參數(shù)，選擇確定注射機型號SZ-60/450，其規(guī)格如下[2]： 圖 3-1-1 注塑機SZ-60/450 結構形式：臥式 額定注射量/：78 螺桿注射直徑/mm：30 注射壓力/MPa：170 注射速率g/s: 60 塑化能力g/s: 5.6 螺桿轉速r/min： 14～200 注射方式：螺桿式 鎖模力kN：450 最大開合模行程：220mm 拉桿內間距：280×250mm 最大模具厚度：300mm 最小模具厚度：100mm 合模形式：雙曲肘 噴嘴口孔徑：2mm 噴嘴球半徑：20mm 3.2最大注射量的校核 >+ (3-1) 式中，--制品的質量 21.5g --澆道凝料質量 5g（第一次注射時才有） K—0．8 -----最大注射量 HDPE的密度為?0.941--0.965g/ 得65>30滿足要求 3.3注塑壓力的核核[1]（可計算、可應用CAE分析結論） 注射成型時需要選擇與控制的壓力包括注射壓力、保壓力和背壓力。其中的注射壓力與注射速度相輔相承，對塑料的流動和沖模有決定性的作用；保壓力和保壓時間密切相關，主要是影響模腔壓力以及最終的成型質量;背壓力的大小影響塑料的塑化程度、塑化效果和塑化能力,并于螺桿轉速有關。 由塑料的要求可知：此材料為HDPE，由《注塑模具設計手冊（軟件版）》可查得：HDPE塑料的注射壓力為：Po=80～140MPa 注射機的最大注射壓力應該大于塑件成型所要的注射壓力： 即：P 式中: ：注射機的最大注射壓力 P：塑件成型所要的注射壓力 =150MPa 大于 P=100MPa 滿足要求 3.4鎖模力的校核 由于熔體塑料是在高溫下充滿型腔，會對注塑機的軸向產生很大的后壓力，因此需要對模具加有一定的鎖模力，否則就會產生溢流飛邊，塑料形狀發(fā)生改變等缺陷，造成不應有的損失。型腔內的塑料熔體的壓力可由：P=K×Po計算 k為壓力損失系數(shù) 取0.2～0.4以：p=(0.