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摘 要
從塑料材料的性能分析，根據(jù)塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。通過對塑件工藝性的分析和對模具生產(chǎn)條件及制造水平的掌握，制定出成形工藝卡。在制定出成形工藝卡以后，開始進行模具的結(jié)構設計。其中模具的結(jié)構設計過程包括：型腔的數(shù)目和位置的確定，模具的總體結(jié)構形式設計，動模及定模成形零件尺寸的確定，澆注系統(tǒng)形式及尺寸的確定，脫模方式的確定，調(diào)溫及排氣系統(tǒng)的確定，模架的選擇待以上各步湊完成以后，便開始繪制模具的結(jié)構草圖，根據(jù)具體尺寸校核注射模具及注射機的有關尺寸，并對工藝參數(shù)進行核定和計算。之后進行初步的審查對所存在的問題進行確定和修正，然后繪制模具總裝配圖，按裝配圖繪制成型零件及所有需要加工的零件工作圖，同時考慮零件的加工工藝。
關鍵字：成型工藝，結(jié)構設計，試模。
Abstract
From the plastic material performance analysis, according to models a basic shape and the size obtain, reasonably selects the injection to take shape the method. Though to models a technological analysis and to the mold working condition and manufacture level grasping, formulates the formed craft card. In formulates after the formed craft card, starts to carry on the mold the structural design. Mold structural design process includes. The cavity number and the position determination, the mold overall structural style design, moves the mold and decides the mold forming components size the determination ,pours the system andthe size determination, the drawing of patterns mode determination after, adjusts warm and the exchaust gas completes, then starts to draw up the mold the structure schematic diagram, according to the specific size examination injection mold and the injection computer relatedsize, and carries on the checking and the computation to the craft parameter. Carries on the determination and the revision afterward, then the plan mold assembly drawing, takes shape the components and all needs to process, simultaneously considers the components the processing craft.
Keyword: takes shape the craft, the structural design.
目 錄
摘要 1
ABSTRACT 2
第1章 緒論 6
第2章 塑件的分析 7
2.1 塑件結(jié)構分析 7
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析 7
2.2.1 工藝性分析 7
2.2.2 材料的選擇 8
2.3 注射成型工藝過程分析 9
第3章 注塑機的選擇與校核 11
3.1 注塑機的選擇 11
3.2 注塑機的校核 13
3.2.1 注射量的校核 13
3.2.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 13
3.2.3 模具與注射機安裝模具部分相關尺寸校核 14
第4章 分型面系統(tǒng) 16
4.1 分型面的選擇原則 16
4.2 分型面的決定 16
第5章 澆注系統(tǒng) 18
5.1 澆注系統(tǒng)的組成 18
5.2 主流道的設計 19
5.3 分流道的設計 20
5.4 澆口的設計 20
5.5 澆注系統(tǒng)的校核 21
5.5.1 剪切速率的校核 21
5.5.2 主流道剪切速率校核 22
5.5.3 澆口剪切速率的校核 22
第6章 成型零件設計 23
6.1 型腔和型芯工作尺寸計算 23
6.2 型腔側(cè)壁厚度計算 25
第7章 頂出系統(tǒng) 26
7.1 推出機構的組成及設計要求 26
7.2 脫模力的計算 26
第8章 溫度系統(tǒng). 29
8.1 水路分布原則 29
8.2 冷卻的基本原理 30
8.3 設置冷卻水路的原則與注意事項 31
8.4 設計原則 32
第9章 導向系統(tǒng) 33
9.1 導向與定位機構設計 33
9.2 導向機構的功用 33
9.3 導向機構結(jié)構及設計 33
9.4 定位機構設計 33
第10章 精密注塑模具技術的介紹 34
10.1 簡介 34
10.2 精密成形 35
10.3 精密模具應該具備下列條件 35
10.4 精密注射成形工藝 35
10.5 結(jié)論 36
總結(jié)與展望 37
致謝 38
第1章 緒論
本說明書主要闡述了此模具的設計思路與過程。包括塑料件的工藝分析，塑件的成型方案分析，精密注塑模技術的介紹，注塑?？傮w結(jié)構的設計，注射機的選擇校核，模具零件的設計與計算以及成型零件的制訂等內(nèi)容。
隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，對塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，精密注射成型要求制品不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形，而且還應有優(yōu)異的光學性能等。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技術水平，生產(chǎn)出高精度的塑料制品，創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品，模具的設計是重要環(huán)節(jié)。
在精密注射成型設計中，除了應考慮一般模具設計事項外，還要特別考慮如下事項:1)為了得到所要尺寸公差的制品，要考慮適當?shù)哪＞叱叽绻睢?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動。3)要考慮防止產(chǎn)生成型變形。4)要考慮防止產(chǎn)生脫模變形。5)要使模具制作誤差最小。6)要考慮防止模具精度波動。7)要考慮維持模具精度。
這是近幾年來發(fā)展得很快的一項新技術 而國內(nèi)，關于這項技術的報導開始增多，相信不久的未來將會得到普及。此說明書 ，比較系統(tǒng)詳細地介紹本次設計的各個步驟及精密注塑模具設計中的應用，并附上了大量結(jié)構零部件的設計簡圖。
設計可以說是大學中最大的一次設計，時間跨度大，涉及內(nèi)容多，是對個人模具設計與制造知識的全面檢驗。本次設計較以往的設計相比，要求個人對三維軟件的運用更加熟練，所以具有一定的難度。
由于本人的實踐經(jīng)驗及理論水平有限，設計中不足和遺漏這處在所難免，敬請老師多多指教。值此這際，本人向?qū)Ρ敬卧O計提出寶貴意見和幫助的老師及同學表示由衷的感謝！
第2章 塑件的分析
2.1 塑件結(jié)構分析
該塑件結(jié)構如圖3-1所示。
圖3-1 注塑零件2D圖
1 結(jié)構分析
該塑件在模具設計和制造上要有一定的定位措施和良好的加工工藝，以保證轉(zhuǎn)動的順暢和零件的使用壽命。
該塑件裝配在某產(chǎn)品內(nèi)，對表面美觀有一定要求，設計時要注意對外邊面的處理。
2 成型工藝分析
精度等級：采用一般精度5級。
脫模斜度：該注塑零件其脫模斜度查參考文獻【1】中的表3-4有塑件內(nèi)表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。由于該塑件沒有特殊狹窄細小部位，而且，主要部分有較好的弧度，可順勢脫模，所以塑件外表面沒有放脫模斜度。
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析
2.2.1 工藝性分析
塑料是以高分子量的合成樹脂為主要成分。它在一定的溫度和壓力的條件下具有可塑性，能夠流動變形，其被塑造成制品之后，在一定的使用環(huán)境條件之下，能保持形狀、尺寸不變，并滿足一定的使用性能要求的材料。塑料中的必要和主要成分是樹脂，樹脂是由高分子物質(zhì)所組成，它是通過聚合反應而制成的，所以又叫聚合物或稱高聚物。塑料的主要成分是合成樹脂，并加入填料、增塑劑、燃料、穩(wěn)定劑等各種輔料組成。其多組成分有：樹脂、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、固化劑、著色劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。塑料具有：1.質(zhì)量輕；2.化學穩(wěn)定優(yōu)越；3.電絕緣性能好；4.比強度高；5.減摩、耐磨性能優(yōu)良，自潤滑性好；6.成型加工方便；7.粘結(jié)性能好；８.光學性能好；9.著色性能較強；10.導熱率低的特性。但是在目前塑料的應用中，塑料也存在著一些缺點，使其應用受到一定限制。一般塑料的機械強度均不如金屬。塑料成型時收縮率較高。塑料對溫度的敏感性遠比金屬或其它非金屬材料的大，塑料的使用溫度范圍遠較其它材料的窄。塑料若長期受載荷作用，即使溫度不高，其形狀會產(chǎn)生“蠕變”，塑料這種漸漸產(chǎn)生的塑件流動是不可塑的，導致塑件尺寸精度喪失。所以，在選擇塑料時要注意揚長避短。
塑料按照受熱后的表現(xiàn)性能，可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。前者的特點是在一定的溫度下，經(jīng)過一定時間加熱、加壓或加入硬化劑后，發(fā)生化學反映而硬化。硬化后的塑料化學結(jié)構發(fā)生變化，質(zhì)地堅硬，不溶于溶劑，加熱也不再軟化，如果溫度過高就分解。后者的特點為受熱后發(fā)生物態(tài)變化，由固體軟化或者熔化成粘流體狀態(tài)，但冷卻后又可變硬而成為固體。且過程可以多次反復，塑料本身的分子結(jié)構則不發(fā)生變化。熱塑性塑料和熱固性塑料的性能對比如下表。
2.2.2 材料的選擇
該塑件所采用材料為：聚丙烯（PP）。它來源廣泛，合成工藝較簡單、密度小、價格低、加工成型容易。拉伸強度、壓縮強度等都比低壓聚乙烯高，還有很突出的剛性和耐折疊性，以及優(yōu)良的耐腐蝕性和電絕緣性。但沖擊性能不足，低溫條件下易脆裂，且成型收縮率較大，熱變形溫度不高，但可以通過改性改善。
它主要的成形特性如下：
1.結(jié)晶性料，吸濕性小，可能發(fā)生熔融破裂，長期與熱金屬長期接觸易發(fā)生分解。
2.流動性極好，溢邊值0.003mm左右。
3.冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應散熱緩慢。
4.成形收縮范圍大，收縮率大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形、方向性強。
5.注意控制成形溫度，料溫低方向性明顯，尤其低溫高壓時更明顯，模具溫度低于50℃以下塑件不光澤，易產(chǎn)生熔接不良，流痕；90℃以上易發(fā)生翹曲、變形。
6.塑件應壁厚均勻，避免缺口、尖角，以避免應力集中。
表1-1聚丙烯成型條
塑料名稱 聚丙烯 料筒溫度（℃） 后段 160～170
中段 200～220
前段 180～200
縮寫 PP 注射壓力（MPa） 70～120
注射成形機類型 螺桿式 注射時間（s） 0～5
密度（g/cm3） 0.90～0.91 保壓時間（s） 20 ～60
比容（ml/g ） 1.92 冷卻時間（s） 15～50
收縮率（% ） 1.0～2.5 總周期（s） 40～120
噴嘴溫度（℃） 170～190 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48
干燥 溫度（℃） 70～85 適用注射機類型 螺桿式
柱塞式均可
時間（h） 2
模具溫度（℃） 40～80 后處理 無
2.3 注射成型工藝過程分析
根據(jù)塑件的結(jié)構、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應對所用的設備和塑料作好以下準備工作。
（1）、成型前對原材料的預處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標，對原材料進行適當?shù)念A熱干燥，PP材料吸水率極低，成型前一般不必進行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進行清洗或拆換。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對PP材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進行適當?shù)暮筇幚恚康氖菫榱讼嬖诘膬?nèi)應力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為PP，就采用退火處理1～3小時。
第3章 注塑機的選擇與校核
3.1 注塑機的選擇
注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注射模應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。
注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔的數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構形式及初步估算外形尺寸的前提下，設計人員應該對模具所需的注射量、鎖模力、注射壓力、拉桿間距、最大和最小模厚、推出形式、推出位置、推出行程、開模距離等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)，選擇一臺和模具匹配的注射機，倘若用戶已經(jīng)提供了注射機的型號和規(guī)格，設計人員必須對其進行校核，若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或于用戶取得商量調(diào)整。
1.所需注射量的計算
（1）塑件質(zhì)量、體積計算:
對于該設計，建立塑件模型,并用軟件對此模型分析得：
塑料制件體積V1＝89.813；
塑料制件質(zhì)量M1＝94.3g。
（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
可按塑件體積的0.6倍計算，由于該模具采用一模1腔，所以，澆注系統(tǒng)凝料體積為
V2= V1×0.6＝89.813×0.6=53.8878cm3
（3）該模具一次注射所需要的PP
質(zhì)量M0=ρ·V0=150.89g。
2.注射機型號的選定
近年來我國引進的注射機型號很多，國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設備的技術參數(shù)是注射模設計和生產(chǎn)所必需的技術準備。
根據(jù)以上的計算，選定型號為SZ-2000A，該注塑機參數(shù)如表4-1所示。
表4-1注塑機的參數(shù)
SZ-2000A注塑機的技術參數(shù)
項目 單位 參數(shù)
合模力 KN 2000
移模行程 mm 500
拉桿有效間距（V×H） mm 505×505
允許的模厚（min-max） mm 190-530
模板最大開距 mm 1030
液壓頂出力 KN 53.1
液壓頂出行程 mm 125
液壓頂出桿的總數(shù) 5
螺桿的直徑 mm 50 55 60
螺桿的長徑比 L/D 23.1 21 19.3
理論注射容積 cm3 491 594 707
注射質(zhì)量g 447 540 643
注射壓力 Mpa 215 178 149
理論注射速率（PS料） g 145 175 208
塑化能力（PS料） g/s 22.5 28.7 35.4
螺桿驅(qū)動扭矩 N.m 1510
螺桿最高轉(zhuǎn)速 r/min 170
注射行程 mm 250
油泵電動機功率 KW 18.5
油泵最高壓力 Mpa 16
料筒加熱功率 KW 16.6
加熱區(qū)段 4
機器的外形
（L×W×H） m 5.9×1.5×2.0
機器的凈重 t 6.8
3.2 注塑機的校核
3.2.1 注射量的校核
模具設計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個塑件的體積（）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（）
由于注塑機的理論注塑量為491,大于實際的量
所以注射量符合要求
3.2.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關系。
式中n --型腔數(shù)目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
--注射機允許使用的最大成型面積
投影面積符合要求
注射成型時為了可靠的鎖模，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P
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