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共 21 頁 第 頁 摘 要 首先闡述模具的發(fā)展狀況 模具涉及到的相關產業(yè) 接著介紹模具的基本結構 可 以對模具的組成有一定的新認識 并對注塑模具設計的原則和過程做了詳細的闡 述 而且結合具體的產品進行了演練注塑模具的設計過程與思想 關鍵詞 模具結構 模具設計原則 模具設計過程 共 21 頁 第 頁 目 錄 引言 第一章 注塑模具 1 1 塑料的基本概念 1 2 塑料的成型過程 1 3 注塑模具基本結構 1 4 澆口形式 1 5 排氣系統(tǒng) 1 6 注射成型件的設計 1 7 注塑模具設計的一般原則 第二章 注塑模具設計過程實例 2 1 產品圖消化 2 2 產品型腔布置設計 2 3 確定分型 面 2 4 選擇產品的材料 2 5 確定型腔的形 式 2 6 模架選用 2 7 確定澆口形式 2 8 冷卻系統(tǒng)的確定依據 2 9 注射機的類型與參數確定 2 10 注射模設計質量 第三章 繪制模具圖與校圖 3 1 繪圖要 求 3 2 繪制零件 圖 3 3 繪制全部模具圖 3 4 最后校對設計圖 樣 3 5 整理資料進行歸 檔 3 4 4 5 6 6 9 10 11 12 12 14 15 15 16 16 16 17 17 17 17 17 18 19 19 20 21 21 21 共 21 頁 第 頁 參考文獻 致謝 結束語 引 言 現(xiàn)代模具設計制造中已全面推廣 CAD CAM CAE 技術 實踐證明模具 CAD CAM CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向 隨著微機軟件的發(fā)展 進步和 全面普及 CAD CAM CAE 技術條件的基本成熟 技術培訓工作也日趨簡化 國 共 21 頁 第 頁 產模具軟件的開發(fā)和應用 加大技術培訓和技術服務的力度 擴大了 CAE 技術 的應用范圍 用于模具設計制造的計算機軟件 將向智能化 集成化方向發(fā)展 隨著計算機技術 激光成形技術和新材料技術的發(fā)展 RPM 技術直接或間 接用于模具制造 它通過立體光固化 SLA 疊層實體制 LOM 激光選區(qū)燒 結 SLS 三維打印 3D P 熔融沉積成形 FDM 等不同方法得到制件原型 然 后通過一些傳統(tǒng)的快速制模方法 獲得長壽命的金屬模具或非金屬的低壽命模具 如塑料注射模具 壓注模具 精密鑄造模具等有技術先進 成本較低 設計 制造周期短 精度適中等特點 從模具的概念設計到制造完成 僅為傳統(tǒng)加工方法 所需時間的 1 3 和成本的 1 4 左右 熱流道技術的推廣 使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 模具標準化程度不斷提高 目前我國模具標準件使用覆蓋率已達到 50 左右 模具的深加工 精加工正向自動化 智能化方向發(fā)展 使模具的加工精度等 級和表面粗糙度的要求提高 1 2 個等級 塑料成型件的應用已經十分廣泛已逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)的金屬和非金屬材料制品 發(fā) 展注塑模具大有可為 第一章 塑料模具 共 21 頁 第 頁 塑料模具 又可分為 1 注射模具 2 壓縮模具 3 壓注模具 4 擠出模具 5 吹塑模 具等等 本論文是通過對生產汽車配套件中的一個小件 如圖 1 產品名稱 噴霧 咀 產品材料 ABS 該產品屬非標件 量大 零件成型對尺寸精度等級比較 高 來論述自己參與設計產品改造的感受 圖 1 1 1 塑料的基本概念 注塑是注射塑料的簡稱 對于設計注塑模具而言 首先要對注塑模具設計的 材料有一定的了解 塑料是高分子材料的一種 以高分子合成樹脂為主要成分 在一定溫度和壓力下具有塑性和流動性 可被塑制成一定形狀 且在一定條件下 保持形狀不變的材料 塑料有 400 多個品種 其中常用材料有 40 余種 主要分為熱固性塑料與熱 塑性塑料 一般工程上使用的塑料主要有尼龍 聚磷酸脂 聚甲醛和 ABS 等 其力學性能高 可代替金屬作為工程材料 不同的塑料 其成型溫度 成型壓力 設計是選擇的脫模斜度和壁厚等皆有所不同 例如對于熱塑性塑料而言 增加壁 厚 冷卻時間和成型時間都會延長 使成本增加 而且還容易產生縮空 翹曲和 凹陷等缺陷 1 2 塑料的成型過程 塑料成型是熱塑性塑料成型的一種主要加工方法 可以分為合模 加料 加 熱 塑化 擠壓 注射 保壓 冷卻 固化 定型 螺桿嵌塑和脫模頂出 概括 為材料的塑化 流動和冷卻過程 塑料的成型是通過注射成型機來實現(xiàn)的 按其用途分為熱塑性塑料注射成 型機和熱固性塑料注射成型機 注射成型模具的基本結構包括澆注系統(tǒng) 成型零 件和結構零件 3 部分 其中澆注系統(tǒng)是將塑料同注射機噴嘴引向型腔的通道稱澆 注系統(tǒng) 它由主流道 分流道 內澆口和冷料穴等結構組成 成型零件是直接構 成塑料件形狀及尺寸的各種零件 它由型芯 成型塑件內部形狀 型腔 成型塑 料外部形狀 成型桿和鑲塊等構成 結構零件構成零件結構的各種零件 在模 具中起安裝 導向 機構動作以及高溫等作用 它有導向零件 裝配零件和冷卻 加熱系統(tǒng)等組成 共 21 頁 第 頁 1 3 注塑模具基本結構 通常典型注塑模具的組件包括以下幾部分 1 成型部件 是指動 定模部分有關組成型腔的零件的塑料從注射機噴 嘴進入模具型腔所經的通 道 他包刮 主流道 分流道 澆及冷料穴 3 導向部件 在注塑模中 用導向部件對模具的動模導向與定位 以 使模具合時能準確對合 4 推出機構 是指模具分型件型腔中推出的裝置 5 調溫系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對模具溫度的要求 需要有調溫系 統(tǒng)對模具的溫度進行調節(jié) 一般熱塑性塑料的注射模 具大部分設有冷卻系統(tǒng) 7 支承零部件 用來安裝固定或者支承成型零部件及前各部件機 構的零部件 8 側向分型與抽芯機構 當塑件有側向的凹凸形狀的孔和 臺時 須 先把側向的凹凸形狀的瓣合模塊或側向的型芯從 塑件上脫開 圖 1 2 注塑模示意 共 21 頁 第 頁 1 4 澆口形式 澆口是一個連接流道 澆道 及模穴的孔或信道 它必須小到能讓流 道與塑物很容易的分離卻又須大到能夠避免塑流過早凝結造成填充不 足 一般設計澆口之大小 是由小漸大直到能夠填充完全 但最小的 澆口其直徑不得小于 0 03 英吋且不得超過流道或澆道之直徑 通常澆 口大小為塑件壁厚的一半 1 4 1 澆口的位置 澆口之位置與最終產品之性質關系甚巨如以下所列 1 外觀 殘留之澆口痕通常不可避免 所以盡量讓其位于較不明顯之處 2 應力 切勿將澆口設于近高應力區(qū) 因為澆口本身之附近會產生殘留應力且 澆口造成之粗糙表面容易導致應力集中 3 壓力 將澆口設于塑物之較厚部位以保證充填完美并能避免凹陷及包氣的產 生 4 分子方向性 orientation 高度的軸分子方向性會造成塑物只具單方向之強 度 所以調整澆口之位置 讓塑流進入模穴后能輻射似的流動 5 縫合線 通常將澆口位于能使流動到模穴各部位之長度一定如圖 1 3 所示 圖 b 則為側澆口所造成之縫合線 而圖 a 由于有插入物之關系 縫合線更為嚴 重 解決方法為將澆口設近于插入物處 使之產生較大之渦流以減輕縫合線 6 充填 filling 將澆口設于壁之對端 重迭式進料以增加渦流來消除流痕及澆 口附近之毛邊如圖 2 33 所示 圖 1 3 選擇澆口位置 圖 1 4 澆口位置流動示意 共 21 頁 第 頁 總之 澆口最理想之位置是能使熔融塑料均勻的進入模穴且把模穴的各個部位同 時填滿 1 4 2 澆口之種類 選擇最好之澆口類型 其重要性猶如澆口之位置與大小 圖 1 3 為各種不同 之澆口圖 a 澆道澆口 sprue gate 此為經由澆道襯套或直接制造于模穴中之錐形孔 通常用于單模穴模具或是須要對稱性流動之模具 其優(yōu)點為材料之受剪應力 及壓力損失較低 材料溫度較均勻 缺點則為須要后加工以消除明顯之斷痕 b b 邊緣澆口 side or edge gate 此種澆口適用于雙層板之多模穴模具 及較厚部位的塑物 其優(yōu)點為澆口之橫斷面較簡單 易于加工 澆口之尺寸 較精確且易于修改 缺點則為澆口冷卻去掉后 痕跡仍然明顯 c c 點狀澆口 pin gate 此種澆口通常用來取代邊緣澆口以減少后加工之 處理 常應用于三板式 模底注料模具 就是在凹模板后再設有一塊板以裝 置流道系統(tǒng) 點狀澆口再直接地或通過分澆口以把模穴和流道連接在一起 其限制為它只適用于較薄之塑件 d 邊緣點狀澆口 猶如點狀澆口 它只適用于較薄之塑件 其優(yōu)點為將澆道 與成形件分開 有較不明顯之斷痕 缺點則為較大之壓力損失 經由局部過熱有 損成形材料之性質 e 耳式澆口 tab gate 在模穴之一側設置耳槽 然后在耳槽上設一個普通 的矩形邊緣澆口 由于熔料進入模穴前必須先拐 90 的彎 防止了直接進料所 產生之噴射 因此塑料能平穩(wěn)均勻的填滿模穴 f 膜狀澆口 diaphragm gate 用于單模穴模具且塑物為環(huán)形具較小內部直 徑的 其優(yōu)點為較少之殘留應力 缺點則為須要之射出材料較多 后加工較為困 難 g 內環(huán)形澆口 internal ring gate 猶如膜狀澆口 般適用于制造環(huán)形物之單模 穴模具 但塑物是具較大內 部直徑的 h 外環(huán)形澆口 external ring gate 用于多模穴模 具之環(huán)形物制造 i 潛伏式澆口 submarine gate 它是一種圓形或橢圓 形澆口 潛伏在分模面之下 向模穴供料 其優(yōu)點為 共 21 頁 第 頁 模穴設在一塊模皮里 不存在配合之問題且可得較精確之尺寸 不受澆口冷卻封閉時間的影響而能直接控制充滿模穴的時間 在頂出時 澆口尾料和塑件可被自動切斷 圖 1 5 1 5 排氣系統(tǒng) 當模具充滿塑料后 所有之內部空氣必須排掉 否則模穴內被壓縮之空氣會 產生熱而將塑品燒焦 排氣可位于分模線上任何一處 特別是在模穴內最后填滿 的地方 如圖 1 6 所 圖 1 6 排氣位置 對于未顯現(xiàn)的肋及浮凸物 排氣可在頂出軸方向上磨一小平塊而設立 排氣裝置 是由淺 小而漸大 但如果太大會造成塑物在排氣口有毛邊現(xiàn)象 對于熱塑性塑 料 射出成型之排氣裝置其尺寸規(guī)格通常如圖 1 7 所示 共 21 頁 第 頁 圖 1 7 1 6 注射成型件的設計 注射成型件的設計包括分型面的選取 脫模的方向 澆口位置的選擇和是 非影響外觀 排氣等 主要有以下幾個注意的事項 1 分型面位置及精加工精度是否滿足需要 會不會以生溢料 開 模后是否能保證塑料制件留在有頂出裝置的模具一邊 如何確定分型面 需要考慮的因素比較復雜 由于分型面受到塑件在模具 中的成型位置 澆注系統(tǒng)設計 塑件的結構工藝性及精度 嵌件位置形狀 以及推出方法 模具的制造 排氣 操作工藝等多種因素的影響 因此在 選擇分型面時應綜合分析比較 從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案 選 擇分型面時一般應遵循以下幾項原則 1 分型面應選在塑件外形最大輪廓處 2 便于塑件順利脫模 3 盡量使塑件開模時留在動模一邊 4 保證塑件的精度要求 5 滿足塑件的外觀質量要求 共 21 頁 第 頁 6 便于模具加工制造 7 對成型面積的影響 8 對排氣效果的影響 9 對側向抽芯的影響 其中最重要的是第 5 和第 2 第 8 點 為了便于模具加工制造 應盡 是選擇平直分型面工易于加工的分型面 2 脫模方式是否正確 推廣桿 推管的大小 位置是否合適 推 扳會不會被型芯卡住 會不會造成擦傷成型零件 3 模具溫度調節(jié)方面 加熱器的功率 數量 冷卻介質的流動線 路位置 大小 數量是否合適 4 處理塑料制件制側凹的方法 脫側凹的機構是否恰當 例如斜 導柱抽芯機構中的滑塊與推桿是否相互干擾 5 澆柱 排氣系統(tǒng)的位置 大小是否恰當 1 7 注塑模具設計的一般原則 1 注塑模具設計的一般原則 注塑模具設計的一般原則主要包括塑料的單向流動 流動平衡 恒定壓力 梯度 最大剪切應力 熔接痕 熔合痕放置 避免滯留 避免潛流 可控 制的摩擦加熱 流道熱閥和可接受流道型腔比 1 單向流動 單向流動是指在填充過程中 塑料應該在一個方向 上流動 并且保持一個直的流動前沿 以產生單方向的定位 2 流動平衡 流動平衡是指所有的流動路徑應該是平衡的 即使 在相同的時間以相同的壓力充填模腔 3 恒定壓力梯度 恒定壓力梯度是指壓力梯度 壓力降低對單位 長度 沿著流動路徑是固定的數值 4 最大剪切應力 最大剪切應力是指在填充的時候應該小于材料 臨界的最大剪切應力 此數值是由材料的本身特性決定的 5 熔接痕 熔合痕放置 熔接痕 熔合痕放置位置應該在最不敏感部 位放置熔接和融合線 6 避免滯留 避免滯留是指盡可能避免在流體路徑為厚的和薄流 動路徑處設置澆口 7 避免潛流 避免潛流是指通過澆口的設置 避免潛流保證流體 在最后充填區(qū)相遇 8 可控制的摩擦加熱 可控制的摩擦加熱是指為控制的摩擦加熱 設計流道 增加型腔熔體溫度 這將在產品中獲得較低的應力 避免因塑料長期處于較高的溫度下而引起塑料的降解 9 流道熱閥 流道熱閥是指利用熱閥設計流道系統(tǒng) 保證澆口凍 結時型腔剛好充完畢和已充分保壓 避免在模具充填完畢后過 共 21 頁 第 頁 保壓或產生倒流 10 可接受流道 型腔比 可接受流道 型腔比是指為高壓力降設計流 道系統(tǒng) 使流道材料一個低比率的流道 型腔設計 第二章 模具設計過程實例 2 1 產品圖消化 閱讀和分析任務書 此噴霧嘴原本材料為鋁制品 由于材料的成本高和易磨壞 現(xiàn)要將材料改 為塑料產品 噴霧咀塑料產品 2 2 產品型腔布置設計 確定型腔數目的條件 最大注射量 鎖模力 產品的精度要求等 1 從注射機的塑化量與模具最多型腔數的關系 3 6TR N V 式中 N 最高型腔數 T 成型周期 R 塑化能力 Kg h 共 21 頁 第 頁 V 塑件和流道體積 P 材料的密度 2 從注射機的鎖模力與模具最多型腔數的關系 10fF N AP 式中 f 防止飛邊出現(xiàn)的安全系數 取 1 2 1 5 F 最大鎖模力 KN P 最大注射壓力 A 制品及流道的投影面積 3 模具成本與型腔數目的關系 通常模具中每增加一個型腔 所 成型的精度將下降 4 對精度要求高的制品 隨著型腔數的增加 模具的制 品精度也勢必隨之增加 因而導致制造成本加大 他們三者之間關系如圖 3 2 所示 圖 3 2 綜合考慮可以確定型腔數及排列方式為下 3 3 圖 共 21 頁 第 頁 圖 3 3 2 3 確定分型面 分型面的選擇應以模具結構簡單 分型容易 并且不影響塑件的外觀 和使用為原則 所以此產品分型面應該選擇在產品下面的最大圓面處 如圖 3 4 所示 圖 3 4 共 21 頁 第 頁 2 4 選擇產品的材料 類 型 產 品 特 性 用 途 多功能工程母粒 EMB 耐熱 高光澤 著色 家電外殼 5 40 玻璃纖維增 強 礦物填充 PP 高強度 高剛性 家電 電器配件 PP 阻燃 PP 阻燃母 粒 PP UL94 V0 V2 1 5 V0 1 10V2 家電 電器配件 阻燃 10 30 玻 璃纖維增強 ABS 高剛性 高衝擊 V0 級 電器用品 耐熱 ABS 耐熱 耐候 汽車配件 ABS 阻燃母粒 ABS 1 4 V0 級 家電 電器配件 阻燃 10 30 玻 璃纖維增強 PC 高衝擊 阻燃 V0 級 高強度配件PC 阻燃 PC 阻燃 V0 級 電器配件 HIPS 阻燃 HIPS 阻燃母粒 HIPS V0 V2 1 4 V0 級 電視機外殼 PC ABS 高衝擊 阻燃PC ABS 合金 高衝擊 高流動性 V0 級 電器 汽車配件 電腦外殼 TPE TPR 硬度 Shore A40 90 直接注塑 加工方便 多種用途 PBT 阻燃 玻璃纖維增 強 G10 G20 G30 高光澤 抗遷移 電子 電器用品 PA 阻燃 10 30 增強級 高強度 高剛性 V0 級 電器 結構件 導電 PE 導電 PP 注塑 擠出 吹膜 高衝擊 加工方便 導 電佳 抗靜電周轉箱 包裝ECMP 導電 HIPS 注塑 擠出 加工方便 導電佳 抗靜電包裝 PP EMB 多功能工程母粒 EMB 耐熱 高光澤 著色 家電外殼 ABS EMB 阻燃母粒 ABS 1 4 V0 級 家電 電器配件 HIPS EMB 阻燃母粒 HIPS V0 V2 1 4 V0 級 電視機外殼 根據性能分析我們選用 ABS 材料 它的平均收縮率為 0 4 0 6 所以 該產品可以取它的平均收縮鋁 0 54 計算 在設計模具型腔尺寸時 取制 品公差范圍的 1 3 為模具型腔的尺寸公差 加上收縮率后制品的實際尺 寸 為型腔的基本尺寸 2 5 確定型腔的形式 為方便加工與熱處理 型腔與型心部分 采用拼鑲結構如圖 3 5 共 21 頁 第 頁 圖 3 5 2 6 模架選用 我們可以選用標準模架即 2525 CI 75 75 模架 2 7 確定澆口形式 為了滿足制品表面要求與提高成型效率 參考第二章所述綜合考慮可 采用測澆口 2 8 冷卻系統(tǒng)的確定依據 熱塑性塑料和部分惹固性塑料成型的過程 是將溫度較高的熔融塑料 通過高壓注射進入溫度較低的模具中 經過冷卻固化 從而得到所要的產 品 首先 從提高生產效率的角度來看 成型過程中成型周期是一個非常 重要的環(huán)節(jié) 由于在整個成型周期中 50 60 的時間用于對制品的冷卻 因此 在成型過程中冷卻時間長短的重要意義是不言而喻的 制品的最短 冷卻時間可按下式 脫模板 推 板 是否會有凸模咬口 7 是否有排氣機構 其形式是否合理 8 是否需要溫度調節(jié)系統(tǒng) 如果需要 其熱源和冷卻方式是否合理 溫控 元件是否足夠 精度等級如何 壽命長短如何 加熱和冷卻介質的循環(huán) 回路是否合理 9 支承零部件結構是否合理 10 外形尺寸能否保證安裝 固定方式選擇得是否合理可靠 安裝用的 螺栓孔是否與注射機動定模固定板上的螺孔位置一致 3 5 整理資料進行歸檔 共 21 頁 第 頁 參考文獻 趙丹陽 注塑模具設計與制造實戰(zhàn) 機械工業(yè)出版社 北京 2003 陸寧 適用注塑模具設計 中國輕工業(yè)出版社 北京 1996 宋滿倉 注射模 設計方法與程序 模具制造出版社 上海 1999 李倩 塑料注射成型技術 中國塑料出版社 天津 2000 黃銀國 注射模研究與開發(fā) 模具工業(yè)出版社 哈爾濱 2001 胡海清 注射模具成型設計 中國輕工業(yè)出版社 北京 1999 黃丹 塑料工程手冊 機械工業(yè)出版社 北京 2000 周星龍 機械設計手冊 機械工業(yè)出版社 北京 2001 黃鍵求 模具制造 機械工業(yè)出版社 北京 2002 致謝 十分感謝常州輕工學院給我提供了兩年的學習機會 在這兩年里我學到 了許多專業(yè)知識 為我進社會開通了道路 感謝我的指導老師 在我設計畢業(yè)論 文中 給予我的幫助與支持 我的論文能夠順利通過和老師您的付出是分不開的 在這里在次說聲謝謝了 同時我也要對我的班主任老師說聲謝謝 感謝你兩年里 對我學習和生活上的關心 同樣我也要感謝上海辰鈺模具有限公司 感謝技術服 務部給我這樣一個寶貴的實習機會 讓我對社會 對工作 對學習都有了更深一 步的理解和認識 為我即將走上工作崗位增添了信心 讓我在大學生活中留下了 美好的一頁 結束語 注塑成型是塑料加工中最普篇采用的方法 該方法實用與全部的熱塑性塑料 和部分熱固性塑料 制得的塑料制品數量之大生死其它成型方法望之莫及的 由于 注塑成型加工不僅產量多 而且適用與多種原料 能夠成批 連續(xù)的生產 并且具有 固定的尺寸 可以實現(xiàn)生產自動化 高速化 因此具有極高的經濟效益 所以說作為 一名新時代的大學生 我們應該努力學好專業(yè)知識 將來使我國的塑料模具設計水 平進入一個新的階段 裝 訂 線