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線圈骨架注射成型工藝及模具設計 前 言 本書根據從事塑料注塑模設計與制造的工程技術綜合性應用型人才的實際要求，符合大專模具設計專業(yè)的畢業(yè)生畢業(yè)設計需要所編寫的，對初學注塑模設計者有一定的參考價值。 本設計共分七章，分別對設計題目的來源、設計意義、零件工藝性分析、工藝方案的確定、模具結構及成型設備的選擇、工藝計算、模具結構設計及校核、加工工藝等幾方面進行了闡述。 本設計在設計過程中得到了楊占堯、翟德梅、原紅玲等幾位指導老師的大力支持和幫助，再此表示誠摯的感謝，由于編者水平有限，收集資料有限，如果有不盡人意的地方，懇請讀者不吝賜教，提出改進意見。 編 者 2006年5月 緒論 在高分子材料加工領域中．用于塑料制品成形的模具稱為塑料成形模具．簡稱塑料模。塑料模優(yōu)化設計．是當代高分子材料加工領域中的重大課題。 在塑料材料、制品設計及加工工藝確定以后，塑料模設計對制品質量與產量，就具有決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺才、表面租臉皮、分型面、進與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對制品(或型材)尺寸精度和狀精度以及塑件的物理力學性能、內應力大小、表觀質量與內在質量等，起著十分重要的影響。其次．在塑件加工過程中，塑料模結構的合理性，對操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對塑件成本也有相當大的彤響，除簡易模具外．般說來制模費用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此。 現(xiàn)代塑料制品生產中，合理的加工工藝、高效率的設備和先進的模具被譽為塑料制品成形技術的“三大支柱”。尤其是塑料模對實現(xiàn)塑件加工工藝要求、塑件使用要求和塑件外觀造型要求、起著無可替代的作用。高效全自動化設備，也只有裝上能自動化生產的模具，才能發(fā)揮其應有的效能。此外．塑件生產與產品更新均以模具制造和更新為前提。塑料模是塑料制品生產的基礎之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當塑料制品及其成形設備被確定之后，塑件質量的優(yōu)劣及生產效率的高低*模具因素約占80％。由此可知，推動模具技術的進步應是刻不容緩的策略。尤其大型塑料模的設計技術與制造水平，?？蓸酥疽粋€國家工業(yè)化的發(fā)展程度。 我國塑料模的發(fā)展極其迅速。塑料模的設計技術、制造技術、CAD技術、CAPP技術已有相當規(guī)模的開發(fā)和應用。我國在塑料模設計技術和制造技術上，與發(fā)達國家和地區(qū)有相當?shù)牟罹?。在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全，質量尚不穩(wěn)定。 “八五”期間，國家組織了以中國鋼鐵總院為首的—批鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)塑料模專用鋼系列。現(xiàn)在塑料模用鋼材、已形成了較為完善的體系，大致可分為如下5種類型： 1)基本型 如55鋼，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好。但模腔表面積糙度差，使用壽命短。現(xiàn)已被預硬鋼所代替。 2)預硬型 這類鋼是在中、低碳鋼中加入適且合金元素的低合金鋼，淬透性高，加工性能好，調質后的使用硬度應為25—35HRC，屬最大族系通用塑料模具鋼。其典型品種，如美國的P20鋼。 3)時效硬化型 這類鋼是在中、低碳中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素的合金鋼、耐磨性和耐腐蝕性憂于預硬鋼，經時效處理后，硬度可高達40—50HRC。這類鋼的典型牌號，如美國的P21、日本的NAK55等，多用于較復雜、精密塑料模，或大批量生產長壽命塑料模。 4)熱處理硬化型 這類塑料模具鋼如美國的D2、日本的PD6l3及PD555等，模腔能達很高的鏡面,并可進行表面強化處理。這類鋼制造的模具，經淬火和回火處理后．使用硬度可達50一60HRC。 5)馬氏體時效鋼和粉木冶金模具鋼 適用于要求高耐磨性、高耐腐性、高韌性和超鏡面的塑料模。這類鋼如美國的PS鋼、日本的HAP和ASP鋼．均為采用粉木冶金法制造的模具鋼。 　機械技術與電子技術的密切結合．日益更多地采用圖形輸出、數(shù)控數(shù)顯、算機程序控制的設計與加工一體化方法，實現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模在上、效率上產生一個新飛躍。集設計、分析與制造為一體。此外，激光造型與成型技術，將在新產品開發(fā)中，顯示出越來越重要的作用。 模具標準化程度及其標準零件的制造規(guī)模與范圍．?？蓸酥尽獋€國家的工業(yè)化程度。使用標準架及其標準零件，可節(jié)省金屬材料30％，降低成本25％，對于模具工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。如工業(yè)發(fā)達國家日本，塑料模標準件全由專業(yè)廠生產，一般模具廠只是它的用戶。 我國塑料模的標準化，在國家標準GB／T 4169．1—4169．U一1984，GB／T2555.1—12555．15—19N和GB／Ｔ12556．1—12556．2—19如等推動下，已取得了長足進步。 模具標準化的意義： 模具標準化，是指在模具設計和制造中肺遵循的技術規(guī)范、基準和準則。其意義主要體現(xiàn)在如下幾個方面： 1)模具標淮化的實施．能有助于穩(wěn)定、提高和保證模具設汁質量和制造戶必須達到的質量規(guī)范，使工業(yè)產品零件的不合格率減少到最低限度。 2)模具標準化可以提高專業(yè)化協(xié)作生產水平、縮短模具生產周期、提高模具制造質量和使用性能。實現(xiàn)模具標準化后，模具標準件和標準棋架可由專業(yè)廠大批量生產和供應。 3)模具標準化可使棋具工作者擺脫大量重復的一般性設計，將主要精力用來改進模具設汁、解決模具關鍵技術問題、進行創(chuàng)造性的勞動。 　　4)模具標準化，是采用現(xiàn)代化模具生產技術和裝備、實現(xiàn)模具加入CAM技術的基礎。 5)模具標準化有利于模具技術的國際交流和組織模具出口外銷。因此、模具標準化對于提高模具設計和制造水平、提高模具質量、縮短制模周期、降低成本、節(jié)約材料和采用高新技術，都具有十分重要的意義。 進入新的世紀，中國的模具發(fā)展事業(yè)正在隨著國際潮流迎頭趕上，此外，許多研究機構 和大專院校開展模具技術的研究和開發(fā)。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計周期等方面作出了貢獻。相信不久，我國的模具水平能達中等發(fā)達水平。 第1章 任務來源及設計目的意義 1.1 設計任務來源 設計題目：線圈骨架 ☆材料：ABS。 ☆生產批量：中等批量。 ☆技術要求：未注公差取MT5級精度。 　　　零件圖如1-1所示： 圖1-1 產品零件圖 1.2 設計目的及意義 本設計題目為普通零件罩盒，但對做畢業(yè)設計的畢業(yè)生有一定的設計意義，它概括了盒蓋塑料零件的設計要求、內容及方向。通過對該零件模具的設計，進一步加強了設計者注塑模設計的基礎，為設計更復雜的注塑模具做好了鋪墊和吸取了更深刻的經驗。 第2章 塑件的工藝性分析 2.1 塑件的原材料分析 此塑件所采用的原料ABS其產量大，用途廣且價格低廉，屬熱塑性塑料。 此塑料綜合性能好，所制塑件的沖擊強度高，化學穩(wěn)定性、電性能良好等優(yōu)點，是理想的絕緣材料；從成型性能上看，該塑料屬于無定性料，流動性中等，吸濕性大，所以不易成型，必須充分干燥。尤其是表面要求光澤的塑件須長時間預熱干燥，宜取高料溫，高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度≥ 250℃）對精度較高的塑件，模溫宜取50～60℃，對光澤、耐熱塑件，模溫宜取60～80℃，因此在成型時應該注意控制成型溫度，澆注系統(tǒng)散熱也應該緩慢不宜過快。 2.2 塑件的結構和尺寸精度及表面質量分析 2.2.1 結構分析： 圖2-1制件 從零件圖2-1上看，該零件總體為長方形，在兩端部各有一個長25、13mm，寬22、6mm的凸緣部分，中間有一個寬10、55mm長13mm的孔，因此在設計模具時除了要在開模方向上抽芯外還要設置側向分型與抽型機構。 2.2.2 尺寸精度分析： 該零件圖上未標注尺寸公差，故可按照塑件尺寸公差的MT5級處， 故其重要的尺寸為 ， ， ， ，，， 由此分析可知，該零件尺寸精度中等，故使模具相關零件的尺寸加工可以保證。 從塑件的壁厚上來看，壁厚最小處為mm，最大尺寸為1.475mm，壁厚差為0.025mm，壁厚差很小，也有利于塑件的成型。 2.2.3 表面質量分析： 由于該零件所給零件圖上無特別嚴格的要求，所以只要求沒有缺陷，毛刺，內部不得有導電雜質外，沒有特別的表面質量要求，較易實現(xiàn)。 綜上所分析的可以看出，注塑時在工藝參數(shù)控制較好的情況下，零件的成~型要求可以得到保證。 2.3 計算塑件的體積和質量： 計算塑件的質量是為了選用注塑機及確定模具型腔數(shù)。計算如下： 計算塑件的體積 ： V=2144、6 計算塑件的質量 ： 查得ABS的密度=1、05kg/ 故塑件的質量為 ： M=V=2144、61、05=2、25g 因為該塑件的精度適中，故本模具采用一模兩腔結構。 考慮其外形尺寸，注塑時所需壓力等情況，初步選用注塑機XS—Z—。 2.4 塑件注塑工藝參數(shù)的確定 查找有關文及應用過程中的實際情況，ABS塑料的成型工藝參數(shù)可作如下選擇；（試模時，可根據實際情況作適當調整） 注塑機的類型 ：螺桿式 預熱和干燥 ：溫度（℃） 80~95 時間（h） 4~5 料筒溫度（℃）： 后段溫度 ：150~170 　　　　　　　　中段溫度 ：165~180 前段溫度 ：180~200 噴嘴溫度（℃）： 170~180 模具溫度（℃）： 50~80 注射壓力（MPa）：60~100 選100MPa 成型時間（s）： 高溫時間 0~5 保壓時間15~30 冷卻時間 15~30 成型周期 40~70 注塑時間（s）： 30 保 壓 ： 選用72MPa 第3章 注塑模的結構設計 注塑模的結構設計主要包括：分型面選擇、模具型腔數(shù)目的確定，型腔的排列方式，冷卻水道布局，澆口位置設置，模具工作零件的結構設計，側向分型與抽芯結構的設計，推出機構的設計等內容。 3.1分型面選擇 模具設計中，分型面的選擇很關鍵，它決定了模具的結構。應根據分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面,分型面選擇方案如圖3-1和如圖3-2所示。 圖3-1 分型面 圖3-2 分型面 圖3-2只有一個A-A水平分型面，孔的成型則要用到側抽芯機構，模具結構復雜，制造成本高。該塑件為線圈骨架，表面質量無特殊要求，但在繞線圈過程中，端面與工人的手指接觸較多，因此兩個端面最好自然形成圓角。此外該工件高度為14、07mm，且垂直于軸線的截面形狀比較簡單和規(guī)范，若選圖3-1的分型方式既可降低模具的復雜程度，減少模具加工難度又便于成型后分件。 3.2 確定型腔的排列方式 圖3-3　型腔排列 圖3-4 型腔排列 比較圖3-3和圖3-4可知，圖3-3采用圓形四腔（或對稱兩腔）的排列，雖生產效率高。但是此塑件有外側向抽芯，不利于側向抽芯。而圖3-4的排列就給模具設計與制造帶來方便。故選圖3-4的型腔排列方式。故本塑件在注塑時采用一模兩件，即模具需要兩個型腔。 3.3 澆注系統(tǒng)設計 3.3.1 主流道設計 根據設計手查得XS—Z—60型注塑機和噴嘴的有關尺寸： 噴嘴前端孔徑：do= 噴嘴前端球面半徑：； 根據模具主流道與噴嘴的關系： 取主流道球面半徑 取主流道小端直徑 為了便于將凝料從主流道中拔出，將主流道設計成圓錐形，其斜度為， 經過換算得主流道大端直徑 ，為了使熔料順利進入分流道，可在主流道出料端設計半徑 的圓弧過渡。主流道如圖3-5所示。 圖3-5 主流道 3.3.2分流道設計 分流道的形狀及尺寸，應根據塑件的體積、壁厚、形狀的復雜程度、注塑速率、分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算太復雜，熔料填充型腔比較容易。根據截面形狀為圓形的分流道，查表得 。如圖3-6所示： 分流道 圖3-6 分流道　 3.3.3 澆口設計 根據塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用寬澆口比較理想。 設計時考慮選擇從線圈骨架的中間部分進料，料可由中間流向四周及兩端，在模具結構上也采用鑲拼式型腔、型芯，有利于填充、排氣。查得直澆口的 ，試模時修正。 3. 4 抽芯機構設計 本塑件既有內孔，又有側凹，內孔與脫模方向一致，便于脫模，而側凹垂直于脫模方向，故不便脫模，需要設置側抽芯機構，本模具采用側滑與斜導柱抽芯。 3.4.1 確定抽芯距 抽芯距一般應大于成型孔（或凸臺）的深度，本模具中的抽芯 S抽=Sc+（3~5）mm=16mm 3.4.2 確定斜導柱傾角 斜導柱的傾角是斜抽芯機構的主要技術數(shù)據之一，它與抽拔力及抽芯距有直接關系。一般取 =，本模具中斜導柱的傾斜角為 =。 3.4.3 確定斜導柱尺寸 斜導柱的直徑取決于抽拔力及其傾斜角度，可按設計資料的有關公式計算，經驗估值，取斜導柱的直徑。 斜導柱的長度根據抽芯距，固定端板的厚度，斜銷直徑及斜角大小確定，其計算公式為： 由于上模板和上凸模固定板尺寸尚不確定，即不確定，故暫選=25mm。如果該設計中有變化，則修正L的長度 ，取D=22mm，取L=65mm。 3.5 滑塊與導滑槽設計 3.5.1 滑塊與側型芯（孔）的連接方式設計 本設計中側向型芯機構主要是用于成型零件的側凹，故考慮強度和裝配問題，采用組合結構。 3.5.2 導滑槽設計 為了使模具結構緊湊，降低模具裝配復雜程度，擬采用整體式滑塊和整體式導滑槽機構，為了提高滑塊的導向精度，裝配時可對導向槽或滑塊采用配磨，配研的裝配方法。 3.5.3 滑塊的導滑長度和定位裝置設計 由于抽芯距較短，故導滑長度只要求符合滑塊在開模時的定位要求即可?；瑝K的定位裝置采用彈簧與臺階的組合形式。 第4章 成型零件結構設計 4.1 型腔的結構設計 模具采用一模二腔的結構形式，考慮加工的難易程度和材料的價值利用等因素，型腔采用組合式。凹模型腔中采用了哈夫塊式結構如圖4-1所示。 圖4-1 哈夫塊 根據分流道與澆口的設計要求，分流道與澆口設在凹模型腔上，其結構見圖4-2所示： 凹模板尺寸確定，根據矩形凹模最小壁厚經驗曲線可知，此塑件的成型壓力小于30。尺寸可表示如下： 圖4-2 凹模板 　　　 其中 A取80mm B取130mm 取 ， 凹模高度 　　 4.2 型芯的設計： 本塑件的型芯為矩形，可容易加工。圖4-3所示。 圖4-3 第5章 工藝計算 5.1 型腔和型芯的工藝尺寸計算 此模具成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸，平均收縮率，平均制造公差和平均磨損量來進行計算。 查手得ABS的收縮率為，故平均收縮 考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有條件，模具制造公差取 表一　型腔和型芯工作尺寸計算 類別 序號 模具零件名稱 塑件尺寸 計算公式 型腔型芯工作尺寸 型 腔 的 計 算 １凹模鑲塊 型 芯 計 算 ２型芯 １ 5.2 模具加熱與冷卻系統(tǒng)計算 本塑件在注射成型時不要要求有太高的模溫，因而在模具上可不設加熱系統(tǒng)，是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下設計計算： 設定模具平均工作溫度為，用的常溫水作為模具冷卻介質，其出口溫度為 ，產量為。 5.2.1 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量 查有關文得：ABS的單位熱流量為。 5.2.2 求冷卻水的體積流量V 第6章 模具閉合高度的確定 6.1 選擇模架 在支撐板與固定零件的設計中，根據有關標準模 ，結構如圖7-1所示，組合和具體調整：可取 圖7-1 模架 定模板厚度 斜楔塊厚度 型腔板厚度 推件板厚度 型芯固定板厚度 墊板厚度 模板墊塊 模具的總閉合高度： =20+20.8+32+10+20+15+50 =175.5mm 6.2 校核注塑機的開合?？臻g 6.2.1 模具合模時校核 70mm<175.5mm<200mm 故符合要求。 6.2.2 模具開模時的校核　 70mm<175.5mm＋15mm<200mm 模具開模符合注塑機要求。 第7章 注塑機有關參數(shù)的確定與校核 本模具外形尺寸為150mm<160mm<175.5mm,XS-Z-60型注塑機模板最大安裝尺寸為350mm<280mm 由上述計算知，模具閉合高度為175.5mm, XS-Z-60型注塑機的最小模具厚度為70mm，最大厚度為200mm。 7.1 模具合模時校核 70mm<175.5mm<200mm 7.2 模具開模時的校核　 70mm<175.5mm＋15mm<200mm 其中：15mm為模具的抽拔距。 經校核XS-Z-60型注塑機能滿足使用要求故可以使用。 第8章 編寫主要工作零件加工工藝規(guī)程 在此僅對成型零件型芯、型腔的加工工藝進行分析。 8.1 型芯的加工工藝 型芯的加工工藝過程見表二 表二 型芯的加工工藝過程 機械加工工藝過程卡片 產品型號 零（部）件圖號 01 產品名稱 罩盒 零（部）件名稱 型腔 共（ ）頁第（ ）頁 材料牌號 T10A 毛坯 種類 鍛造毛坯 毛坯外型尺寸 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 備注 工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 1 下料 線切割鋼板405mm×405mm×85mm 備料車間 線切割機床 2 刨 刨六面至尺寸401mm×401mm×81mm 鍛造車間 刨床 3 熱處理 調質 熱處理車間 加熱爐 4 平磨 磨六平面尺寸至400mm×400mm×80mm 模具車間 磨床 5 鉗工 鉗工劃線 模具車間 平行夾頭 6 數(shù)控銑 銑型腔，各尺寸六余量0.5mm 模具車間 銑床 7 磨 磨型腔至公差要求 模具車間 砂輪 8 成型磨 磨兩凹坑 模具車間 成型砂輪 設計日期 審核日期 標準化日期 會簽 日期 標記 記數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 2006.4.15 8.2 型腔加工工藝 型腔加工工藝過程見表三 表三 型腔加工工藝過程 機械加工工藝過程卡 機械加工工藝過程卡片 產品型號 零（部）件圖號 01 產品名稱 罩盒 零（部）件名稱 型腔 共（ ）頁第（ ）頁 材料牌號 T10A 毛坯 種類 鍛造毛坯 毛坯外型尺寸 每個毛坯可制件數(shù) 1 每臺 件數(shù) 備注 工序號 工序名稱 工 序 內 容 車間 工段 設備 工 藝 裝 備 工時 準終 單件 1 下料 線切割鋼板405mm×405mm×85mm 備料車間 線切割機床 2 刨 刨六面至尺寸401mm×401mm×81mm 鍛造車間 刨床 3 熱處理 調質 熱處理車間 加熱爐 4 平磨 磨六平面尺寸至400mm×400mm×80mm 模具車間 磨床 5 鉗工 鉗工劃線 模具車間 平行夾頭 6 數(shù)控銑 銑型腔，各尺寸六余量0.5mm 模具車間 銑床 7 磨 磨型腔至公差要求 模具車間 砂輪 8 成型磨 磨兩凹坑 模具車間 成型砂輪 設計日期 審核日期 標準化日期 會簽 日期 標記 記數(shù) 更改文 件號 簽字 日期 標記 處數(shù) 更該文件號 2006.4.15 設計總結 本設計設計內容為線圈骨架塑料模設計，通過對線圈骨架的設計，基本掌握了對塑料模設計的方法及步驟，對塑料模有了更進一步的了解和認識，對模具的制造方法和制造途徑積累了豐富的經驗。 本設計中模板等尺寸也不代表一種最佳的選擇，例如模板的厚度，可以根據能取得的原料的厚度按最小的加工量選擇（要滿足最小厚度要求，同時也不能太厚太重）。同一塑件由不同的人設計有多種多樣的方案，最終都有可能很好的使用，通過這次設計，我認識到了除了正確掌握和應用書本知識外，吸取他人的設計經驗也是非常重要的。 致謝 我實在不想那些乏味的客套話，但在作此畢業(yè)設計時，確實得到了許多人可貴的幫助，因此我要向他們表示感謝。 首先，我要感謝我的指導老師于智宏，還有楊占堯，以翟德梅，原紅鈴等老師，是他們的諄諄教誨，才使我能作此設計，同時，也是他們給我提供了設計的要求，格式，才使我的設計沿著一條光明的大道順利地走完。 同時，我還要向以下各位致以誠摯的謝意。他們是謝少龍，董安敬，劉劍華等，雖然他們很忙，可還是給予我很大的幫助，還有向本設計所用資料的作者表示感謝。 謝謝，謝謝，再次向你們表示感謝。 編者 2006.5.5 參考文獻 【1】楊占堯 塑料注塑模結構與設計[S]　 清華大學出版社 【2】王孝培 塑料成型工藝及模具設計簡明手冊[M] 機械工業(yè)出版社 【3】馮炳堯　 韓秦榮　模具設計與制造簡明手冊[M]（第２版）上海科學技術出版社 【4】王興天 注塑成型技術 [S] 化學工業(yè)出版社 2001年 【5】 張中元 塑料注塑模具設計從人門到精通[S] 航空工業(yè)出版社1999年 【6】李秦蕊 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