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圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 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 價格低廉 性能優(yōu)良等特點 它在電腦 手機 汽車 電子 汽車 電機 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是復制 能夠復制出所需任意數(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 實屬一種經(jīng)濟快捷的生產(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)和日常生活等各個領(lǐng)域的應(yīng)用越 來越廣泛 質(zhì)量要求也越來越高 當今社會的進步和發(fā)展 使原有的商品已經(jīng) 不能滿足人們對物質(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 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 先進的模具制造設(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)雖然有了長足的發(fā)展 取得了巨大進步 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)達國家要落后很多 這與我國制造業(yè) 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 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 勞動生產(chǎn)率也 較低 模具生產(chǎn)專業(yè)化 商品化 標準化程度也不夠高 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 1 3 前景展望 我國進入實施國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃期 模具工業(yè)的發(fā) 展也將進入一個關(guān)鍵時期 在這一時期 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 進一步推進改革 調(diào)整結(jié)構(gòu) 開拓市場 苦練內(nèi)功 提升水平 使我國模具工業(yè)在整體上再上一個新臺階 不斷提升模具制造水平 振興我國裝備制造業(yè) 為實現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè) 強國的宏偉目標而奮斗 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 3 2 塑 料 制 件 的 分 析 2 1 成型塑料件的工藝性分析 通過對塑件外部造型 工藝結(jié)構(gòu)的設(shè)計 對塑件進行計算仿真和生產(chǎn)驗證 也通過對分模線 塑件的壁厚 圓角 塑件的尺寸精度 脫模斜度進行了綜合 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 當塑件成型后因塑料收縮而包緊型芯 若塑件外形較復雜 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 4 時 塑件的多個面與型芯緊貼 從而脫模阻力較大 為防止脫模時塑件的表面 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)復雜 即使脫模高度僅幾毫米 也必須認真設(shè)計脫模斜度 斜度作用 便于塑件脫模 防止脫模時擦傷塑件 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)比較復雜 脫模阻力就比較大 應(yīng)選用較大的脫模斜度 3 當塑件高度不大 一般小于 2mm 時 可以不設(shè)斜度 對型芯長或深型 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 有時也根據(jù)塑 件的預留位置 留于凹?；蛲鼓Ｉ?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 除了在成型時從工藝上盡可能 避免冷疤 云紋等癡點外 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 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 給以拋光復原 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 5 結(jié)晶度 高耐磨性 高溫沖擊性好 化學穩(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 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 選 用 對 注 塑 機 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 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 存 適 當 則 不 需 要 干 燥 處 理 熔 化 溫 度 PP 的 熔 點 為 160 175 分 解 溫 度 為 350 但 在 注 射 加 工 時 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 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 轉(zhuǎn) 保 壓 用 較 長 的 保 壓 時 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 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 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 度 1 1 5mm 直 徑 可 小 至 0 7mm 邊 形 澆 口 長 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 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 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 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 調(diào) 高 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 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 使物理熔化達到一定的溫度后即可注射 注射動作是由螺桿 的推進來完成的 b 充模過程 熔體自注射機的噴嘴噴出來后 進入模具的型腔內(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 充實型腔的每一個角落 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是非牛頓流動 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)計就成為注射模具設(shè)計過程的重 點 現(xiàn)代的設(shè)計方法已經(jīng)運用了計算機輔助設(shè)計以解決澆注系統(tǒng)設(shè)計中疑難問 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)計時 散熱交換也要充分考 慮 在現(xiàn)代設(shè)計方法中也采用了計算機輔助設(shè)計來解決問題 d 脫模過程 塑件在型腔內(nèi)固化后 必須采取機械的方式把它從型腔內(nèi)取出 這個動作 由脫模機構(gòu)來完成 不合理的脫模機構(gòu)對塑件的質(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 脫模機構(gòu)的設(shè) 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 7 計也是注射模具設(shè)計的一個主要環(huán)節(jié) 由于標準化的推廣 許多標準化的脫模 機構(gòu)零部件也有商品供應(yīng) 由 a 至 d 形成了一個循環(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 通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析 同時根據(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 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 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 利用 UG 軟件 進行三維實體建模 并可直接通過軟件進行測量 圖 3 1 體積說明 V 155576mm 4 2 注塑機的選擇 注射機的類型和規(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)臥式注射機已經(jīng)標準化和系列化 這三類不同結(jié)構(gòu)形式的注 射成型機各特點如下 立式注射機的注射柱塞 或螺桿 垂直裝設(shè) 鎖模裝置推動模板也沿垂 直方向移動 這種注射成型機主要優(yōu)點是占地面積小 安裝或拆卸小型模具很 方便 容易在動模上 下模 安放嵌件 嵌件不易傾斜或墜落 其缺點是制品自模具中頂出以后不能靠 重力下落 需人工取出 有礙于全自動操作 但附加機械手取產(chǎn)品后 也可以 實現(xiàn)全自動操作 此類注射機注射量一般均在 60 克以下 臥式注射機是目前使用最廣 產(chǎn)量最大的注射成型機 其注射柱塞或螺桿 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 9 與合模運動均沿水平方向裝設(shè) 并且多數(shù)在一條直線上 或相互平行 優(yōu)點是 機體較低 容易操縱和加料 制件頂出模具后可自動墜落 故能實現(xiàn)全自動操 作 機床重心較低安裝穩(wěn)妥 一般大中型注射機均采用這種形式 缺點是模具 安裝比較麻煩嵌件放入模具有傾斜或落下的可能 機床占地面積較大 直角式注射機的柱塞或螺桿與合模運動方向相互垂直 主要優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡 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 時常利用開模時絲杠的轉(zhuǎn)動來拖動螺紋型芯或型環(huán)旋轉(zhuǎn) 以便脫下塑件 缺點 是機械傳動無準確可靠的注射和保壓壓力及鎖模力 模具受沖擊振動較大 根據(jù)實際情況 注塑機的實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 實際注塑容量 g a 注塑系數(shù) 一般取值為 0 8 經(jīng)計算可得 實際注塑量 V 1 2 155576mm 186691mm 根據(jù)以上計算 模具設(shè)計與制造簡明手冊 表 2 40 選擇注射機 XS ZY 250 螺桿式注射機 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 機械 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 10 5 成 型 零 件 有 關(guān) 尺 寸 的 計 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 均值法計算 查手冊得的收縮率為 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 11 精度等級表 精度尺寸的選用 2 3 5 建議采用的精度等級 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為 級精度選 取 此產(chǎn)品采用 4 級精度 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 因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到 IT IT 級 綜合參考 相關(guān)計算具體如下 型腔凹模徑向尺寸計算 相關(guān)公式參見 塑料制品成型及模具設(shè)計 第 79 80 頁 一 型腔徑向尺寸的計算 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 級精度時塑件公差值 1 0 62mm 2 0 68 mm 實踐證明 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 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 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 型腔深度尺寸的計算 凹模深度尺寸同樣運用平均收縮率法 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 其余符號同上 由 H S1 3 5mm HS1 42mm 取 4 級精度時 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 13 一 型芯徑向尺寸的計算 運用平均收縮率法 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 其余符號同上 由 L S1 69mm LS2 138 mm LS2 17 mm 取 4 級精度時 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 型芯高度尺寸的計算 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 14 運用平均收縮率法 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 其余符號同上 由 H 1 38 5 mm H 2 3 5mm 取 4 級精度時 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 6 1 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 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 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 它是將來自注塑機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸教送到型腔 同時 使型腔的氣體能及時順利排出 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部位 以獲得形完整 內(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑件制件 澆注系統(tǒng)的設(shè)計的一般原則 了解塑件的成型性能和塑件熔料的流動特性 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 保均勻進料 根據(jù)實際設(shè)計情況 本次設(shè)計采用一模一腔直澆口 所以只需設(shè) 計澆口套即可 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 它將注射機噴嘴注射出的熔 體導入分流道或型腔中 主流道的形狀為圓錐形 以便熔體的流動和開模時主 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速度和充模時間 另外 由于其與高溫熔體及注射機噴嘴反復接觸 因此設(shè)計中常設(shè)計成可拆卸 更換的澆口套 主流道襯套為標準件可選購 主流道小端入口處與注射機噴嘴反復接觸 易磨損 對材料要求較嚴格 因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谂c定位圈 設(shè)計成一個整體 但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計 以便于拆卸更換 同時 也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理 設(shè)計中常采用碳素工具鋼 T8A 或 T10A 熱處理淬火表面硬度為 50 55HRC 澆口套屬于標準件 在 選夠澆口套時應(yīng)注意 澆口套進料口直徑和球面坑半徑 澆口套如圖所示 河南機電高等專科學校畢業(yè)設(shè)計說明書 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型腔 對于型塑件 要 進行流動比的校核 流動比 K 由流動通道的長度 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 17 流動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 比的計算公式為 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 熔接痕是充型時前端較冷的料流在型腔中的對接部位 它的存在會降低 塑件的強度 所以設(shè)置澆口時應(yīng)考慮料流的方向 為提高熔接痕處強度 可在 熔接處增設(shè)溢流槽 使冷料進入逸流槽 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 會使塑件產(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 合模導向機構(gòu)的設(shè)計 導向機構(gòu)主要包括導柱 導套 主要作用是在動模與定模合模時保證型芯和 型腔的精確定位 導向零件應(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 以保證模具的強度 防止壓入導柱和導套 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 根導柱 在此 設(shè)計中采用了 4 根導柱 6 2 1 導柱的設(shè)計 在 對 導 柱 結(jié) 構(gòu) 設(shè) 計 時 必 須 考 慮 以 下 要 求 1 長 度 導 柱 的 長 度 必 須 比 凸 模 端 面 要 高 出 一 些 以 免 導 柱 未 導 正 方 向 而 凸 模 先 進 入 型 腔 與 其 相 碰 而 損 壞 在 這 里 我 設(shè) 計 的 是 把 導 柱 裝 在 定 模 那 邊 2 形 狀 導 柱 的 端 部 做 成 錐 形 或 球 形 的 先 導 部 分 使 導 柱 能 順 利 進 入 導 柱 孔 3 材 料 導 柱 應(yīng) 具 有 硬 而 耐 磨 的 表 面 堅 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 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 18 4 配 合 精 度 導 柱 裝 入 模 板 多 用 七 級 精 度 過 渡 配 合 5 光 潔 度 配 合 部 分 光 潔 度 要 求 7 級 此 外 導 柱 的 選 擇 還 應(yīng) 跟 椐 模 架 來 確 定 加工個導柱 導套孔時 應(yīng)將定模板 推件板 動模板合在一起 一次性 加工出來 以保證孔的同心度 然后再在定模板 動模板上加工沉頭孔 圖 5 2 1 導柱 6 2 2 導套的設(shè)計 1 分類 導套有直導套和帶頭導套 直導套結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 用于簡單模具或 導套后面沒有墊板的場合 帶頭導套結(jié)構(gòu)較復雜 用于精度較高的場合 導套 的固定孔便于與導柱的固定孔同時加工 也可以直接在模板上開設(shè)導向孔 而 不用獨立的導套 這種形式的孔加工簡單 適用于生產(chǎn)批量小 精度要求不高 的模具 在設(shè)計中兩種導套都有用到 2 形狀 為了使導柱進入導套比較順利 在導套的前端倒圓角 導柱孔最好打通 否則導柱進入未打通的導柱孔時 孔內(nèi)空氣無法逸出而產(chǎn)生壓力 給導柱的進 入造成阻力 3 長度 導套的長度應(yīng)根據(jù)模板的厚度確定 其長度一般比板厚少2 3mm 4 材料 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 19 可用淬火銅或銅等耐磨材料制造 但其硬度應(yīng)低于導柱硬度 這樣可以改 善磨擦 以防止導柱或?qū)桌?導套的選擇應(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 導套 固定部分和導滑部分的表面粗糙度一般為Ra0 8 m 5 導 套 的 選 擇 導套的選擇應(yīng)根據(jù)模板的厚度和以上各個因素來確定 本設(shè)計在脫澆道板 定模板和動模板以及頂針板上各設(shè)置一套導套 典型的導套可分為直導套合帶 頭導套 直導套結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 用于簡單模具或?qū)缀竺鏇]有墊板的場 合 帶頭導套結(jié)構(gòu)較復雜 用于精度較高的場合 圖 5 2 2 導套 6 3 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 在注塑成型的每一個循環(huán)中 塑件必須由模具型腔中脫出 在該設(shè)計中 為 了使符合脫模機構(gòu)的要求 使塑件留于動模 1 塑件不變形損壞 2 這是脫模機構(gòu)應(yīng)當達到的基本要求 要做到這一點首先必須分析塑件對模 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 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 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)計主型芯時也會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 會產(chǎn)生氣體 所以當塑料在充滿型腔時及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空 氣 如果在型腔中不及時排除干凈 可以會在塑件上形成氣泡 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 強制性排氣 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 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 太遠則效率低 水孔直徑一般保持在 8 12mm 3 水孔通過鑲塊時 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)過程中由于需要對熔融的塑料流體進行冷卻 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)計可按下式進行計 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 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量為Q3 查有關(guān)文獻得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)對塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面 變形 尺寸精度 力學性能 表面質(zhì)量在選擇模具溫度時 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 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 22 時間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果 模具的冷卻時間約占整個循環(huán)周期的 2 3 縮短循環(huán)周期的冷卻時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)計為單運水 具體分布方式如下圖 圖5 6 運水系統(tǒng) 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 23 6 6 繪制裝配圖及定制零件明細表 模具整體設(shè)計也就是模體的設(shè)計 隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展 模體設(shè)計已接近 標準化 可以從市場上購買相應(yīng)的模體 標準模體一般包括定模板 動模板 墊塊 頂出固定板 頂板 導柱 導套 復位桿等 標準模架有12種結(jié)構(gòu) 15876種規(guī)格 在本次設(shè)計中 澆口套 導柱 導套 頂桿 水嘴都采用標準件 可以外購 總裝圖主視圖如圖所示 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 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 具體的材料明細表如下圖所示 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 25 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 26 7 注 射 機 的 校 核 7 1 注射量的校核 根據(jù) 模具設(shè)計與制造簡明手冊 可知 塑件的體積應(yīng)小于注射機的 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 注射機的注射量 注 3c 0 8 最大注射量的利用系數(shù) 經(jīng)估計算得 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 實際使用的模具厚度與注塑機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)計中模具的厚度minHminmaxH 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 27 Hm 285mm 而所選注射機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 我們要計算其開模行程并進行校核 以確定注射機的選擇是否合理 由于 本設(shè)計采用的是側(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) 開模距離按下式計算 S H1 H2 5 10 其中 H1 90mm H2 38 5mm H1 為分型面的移動距離 故 s 138 5mm Smax 300mm 所以完全滿足 即使開模行程有所擴大也是符合要求的 結(jié) 論 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 28 在 這 次 畢 業(yè) 設(shè) 計 中 使 我 運 用 到 許 多 繪 圖 和 分 析 軟 件 培 養(yǎng) 我 在 此 基 礎(chǔ) 上 掌 握 運 用 專 業(yè) 軟 件 解 決 實 際 問 題 的 能 力 設(shè)計首先說明了塑料工業(yè)的重要 地位和當今注塑模具的現(xiàn)狀 其次介紹了注塑件的一般設(shè)計原則 對塑件的特 征等做了說明 從實際來看 幾乎所有的注塑件都遵循這些原則 在做好注塑 成型的準備工作之后 介紹了模具設(shè)計的內(nèi)容 在對塑件的結(jié)構(gòu)外形分析中 模具的設(shè)計很好的運用了整體式型芯注射模 具的設(shè)計方法 滿足了對塑件外形的要求 在分型方案的設(shè)計中 運用獨特的 推管推出罩 機構(gòu)簡單 成本低 符合現(xiàn)代模具設(shè)計的經(jīng)濟性要求 具有很好 的市場競爭力 致謝 圓罩塑料成型工藝與模具設(shè)計 29 首先感謝本人的導師程芳老師 他對我的仔細審閱了本文的全部內(nèi)容并對我 的畢業(yè)設(shè)計內(nèi)容提出了許多建設(shè)性建議 程芳老師淵博的知識 誠懇的為人 使我受益匪淺 在畢業(yè)設(shè)計的過程中 特別是遇到困難時 他給了我鼓勵和幫 助 在這里我向他表示真誠的感謝 感謝母校 河南機電高等?？茖W校的辛勤培育之恩 感謝材料工程系給我提 供的良好學習及實踐環(huán)境 使我學到了許多新的知識 掌握了一定的操作技能 感謝和我在一起進行課題研究的同窗熊學舉同學 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習 生活中認識了很多可敬的老師和可親的同 學 并感激師友的教誨和幫助 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設(shè)計說明書 30 參考文獻 1 楊占堯主編 塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計 高等教育出版社 2008 2 翟德梅 段維峰主編 模具制造技術(shù) 化學工業(yè)出版社 2005 3 馮炳堯 韓泰榮 蔣文生主編 模具設(shè)計與制造簡明手冊 上?？?學技術(shù)出版社 1998 4 王曉江主編 模具設(shè)計與制造專業(yè)英語 機械工業(yè)出版社 2012 5 楊占堯主編 模具導論 高等教育出版社 2010