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1 1 緒論 模具是工業(yè)生產(chǎn)中使用極為廣泛的基礎(chǔ)工藝裝備 在汽車 機(jī)電 儀表 電器 電子 通信 家電和輕工等行業(yè)中 60 80 的零件都依靠模具成形 并且隨著近年來這些行業(yè)的迅速發(fā)展 對模具的要求越來越迫切 精度要求越 來越高 結(jié)構(gòu)要求也越來越復(fù)雜 用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度 高復(fù) 雜性 高一致性 高生產(chǎn)效率和低消耗 是其他加工制造方法不能比擬的 模 具生產(chǎn)技術(shù)的高低 已成為衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標(biāo)志 模具的類型很多 按照成型件的材料不同 可分為沖壓模具 塑料模具 鍛造模具 壓鑄模具 橡膠模具 粉末冶金模具 玻璃模具和陶瓷模具等 其 中應(yīng)用最廣泛的是沖壓模具和塑料模具 其中應(yīng)用最廣泛的是沖壓模具和塑料 模具 塑料成型加工技術(shù)的發(fā)展仍在繼續(xù) 其近期發(fā)展趨勢如下 1 由單一性技術(shù)向組合性技術(shù)發(fā)展 如注射 拉伸 吹塑成型技術(shù) 和擠出 模壓 熱成型技術(shù)等 2 有常規(guī)條件下的成型技術(shù)向特殊條件下的成型技術(shù)發(fā)展 如超高壓和 高真空條件下的塑料成型加工技術(shù) 3 由基本上不改變原有性能的保質(zhì)成型加工技術(shù)向賦予塑料新型性能的 變質(zhì)成型加工技術(shù)發(fā)展 如雙軸拉伸薄膜成型 發(fā)泡成型和借助電子束和化學(xué) 交聯(lián)機(jī)使熱固性塑料在成型過程中進(jìn)行交聯(lián)擠出等 4 為提高加工精度 縮短制造周期 在模具加工技術(shù)方面已經(jīng)廣泛應(yīng)用 仿型加工 電加工 數(shù)控加工等技術(shù) 5 模具材料的選用直接影響到模具的加工成本 使用壽命以及塑料制件 的成型質(zhì)量等 因此 國內(nèi)外對模具的工作條件 失效條件和提高模具使用壽 命的途徑進(jìn)行了大量研究工作 并開發(fā)出許多具有良好使用性能 加工性能 熱處理變形小的新型塑料模具鋼 如預(yù)硬鋼 新型淬火回火鋼 馬氏體實(shí)效鋼 析出硬化鋼和耐腐蝕鋼 經(jīng)過應(yīng)用均已取得較好的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)效果 本設(shè)計(jì)通過對模具的研究和工廠實(shí)地考察研究 分析模具結(jié)構(gòu) 借鑒國內(nèi) 外學(xué)者的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)確定方案 主要研究的是塑料模的材料選取 注射機(jī)的應(yīng)用 型腔布局與分型面設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 成型零件設(shè)計(jì) 模架 的選用 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 注射機(jī)校核 由此設(shè)計(jì)出保溫杯 注塑模 2 制件分析 制件的材料采用聚苯乙烯 GPPS 屬于熱塑性塑料 其分子量高達(dá) 2 200 000 300 000 如此高的分子量提高了它的抗沖擊性能 它的透明度可以與 PMMA 相媲美 此外 它的可加工性和優(yōu)秀的機(jī)械性能使其適用范圍非常廣泛 透明度 雜質(zhì)含量 分子量是決定該材料性能和等級判定的重要因素 圖1 模型圖 GPPS有極優(yōu)秀的機(jī)械性能 透光性 耐熱性 可塑模性和著色性 它在加 熱時軟化以至流動 冷卻時卻固化定型 這種過程是可逆的 可以反復(fù)進(jìn)行 此 3 圖2 零件圖 外 GPPS的特性能夠極好地滿足電子工業(yè)的要求 它的介電常數(shù)可以忽略不計(jì) 它是一種無毒的樹脂 在注塑過程中能產(chǎn)生少量的氣體 由于其擁有極優(yōu)秀的 耐磨性和流動性 GPPS可以很好地用于注塑成模 以及OPS 導(dǎo)向性樹脂 和 PS 樹脂薄膜 GPPS 優(yōu)異的機(jī)械性能 可加工性 可注模性 以及耐熱性 能夠極大的改善最終產(chǎn)品的質(zhì)量 用其他樹脂制造品發(fā)生的表面脫落現(xiàn)象還沒 有在HIPS 樹脂上發(fā)現(xiàn) 從零件圖上看 尺寸精度中等偏上 對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以 保證 從零件壁厚來看 壁厚差為 0 4mm 較均勻 有利于零件的成型 該零 件的表面質(zhì)量除要求沒有缺陷 毛刺 內(nèi)部不得有導(dǎo)電雜質(zhì)外 沒有其他特殊 要求 所以比較容易實(shí)現(xiàn) 注射模主要由成型部件 指動 定模部分有關(guān)組成型腔的零件 澆注系 統(tǒng) 將熔融的塑料從注射機(jī)噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道 導(dǎo)向部件 使模具 合模時能準(zhǔn)確對合 推出機(jī)構(gòu) 模具分型后 塑料從型腔中推出的裝置 調(diào) 溫系統(tǒng) 為滿足注射工藝對模具溫度的要求 排氣系統(tǒng) 將成型時型腔內(nèi)的空 氣和塑料本身揮發(fā)的氣體排出模外 常在分型面上開設(shè)排氣槽 和支承零部件 用來安裝固定或支承成型 零部件及其它機(jī)構(gòu)的零部件 組成 有時還有側(cè) 向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 3 計(jì)算制件的體積和質(zhì)量 注射成型機(jī)是利用塑料成型模具將熱塑性塑料或熱固性塑料制成塑料制件 的注射成型設(shè)備 也是應(yīng)用最廣的塑料成型設(shè)備 注射成型機(jī)通常由注射裝置 合模裝置 液壓傳動系統(tǒng) 電器控制系統(tǒng)等 組成 注射裝置使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài) 并以足夠的速度和壓力將一定 量的熔體注射進(jìn)模具型腔 合模裝置也稱鎖模裝置 用于保證注射模具可靠閉 合 實(shí)現(xiàn)模具開 合動作以及頂出制件 液壓和電器控制系統(tǒng)保證注射機(jī)按預(yù) 定工藝過程的要求 如壓力 溫度 速度和時間 和動作程序準(zhǔn)確 有效地工 作 塑料注射成型是利用塑料的玻璃態(tài) 高彈態(tài)和粘流臺三種物理狀態(tài) 在一 定的工藝條件下 借助于注射機(jī)和模具 成型出所需要的制件 盡管所用的注 射機(jī) 模具和工藝參數(shù)不盡相同 但從所要實(shí)現(xiàn)的工藝內(nèi)容基本工序來看 其 工作過程大致是 1 合模與鎖緊 2 注射裝置前移 3 注射與保壓 4 4 制件冷卻與預(yù)塑化 5 注射裝置后退 6 開模與頂出制件 使用Pro E軟件畫出保溫杯三維實(shí)體圖 自動計(jì)算出制件體積 V 125cm3 查 手冊得到聚苯乙烯 GPPS 密度P 1 04g 3 即得到制件的質(zhì)量為130g 1 采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu) 考慮注射時所需壓力和工廠現(xiàn)有設(shè)備等情況 初步選用注射機(jī)為上海橡塑機(jī)廠的XS ZY 500立式注塑機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)查 表如下 注射壓力 145Mpa 合模力 500KN 注射行程 200mm 最大開 合 模行程 500mm 模具最大厚度 450mm 模具最小厚度 300mm 動定模固定板尺寸 700mm 850mm 注射方式 螺桿式 噴嘴球半徑R 12mm 噴嘴口直徑D 4mm 2 對于薄壁精密制品 可以利用注塑時螺桿前移引起熔體吸收能量 在螺桿 移動停止后通過熔體膨脹高速充滿型腔來實(shí)現(xiàn) 4 制件注射成型工藝參數(shù) 要制造出精密的制品 精密模具是必不可少的 模具的精度一般受模具的 溫度控制 模具的精密制造和模具設(shè)計(jì)時對塑料收縮率選用等影響 模具應(yīng)有足夠的強(qiáng)度 剛度和耐磨性 在注塑壓力下不易變形 磨損 要 達(dá)到以上的加工精度可采用立體加工中心 數(shù)控機(jī)床和應(yīng)用 CAD CAM CAE 等新技術(shù) 選取最佳的成型工藝參數(shù)能夠減少塑料制品的收縮率 塑料的收縮特性是 指塑料的熱收縮 彈性回復(fù) 塑性變形 后收縮和老化收縮的綜合反映 通常 是因材料吸水或分子鏈重排而引起 具體表現(xiàn)為線性收縮率和體積收縮率的變 化 常用收縮特性值表示 熱塑性塑料注塑制品成型時收縮率波動較大 特別是對于結(jié)晶性塑料注塑 制品更加明顯 由于結(jié)晶度不僅取決于化學(xué)結(jié)構(gòu) 而且還受到加工過程中冷卻 參數(shù) 冷卻速率 熔體溫度 模具溫度 制品厚度 的影響 給模具設(shè)計(jì)確定型 腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難 所以迫切需要了解注塑工藝參數(shù)對各種 5 塑料收縮率的影響規(guī)律 注塑條件對制品成型的影響 1 塑料材料 塑料材料性能的復(fù)雜性決定了注射成型過程的復(fù)雜性 而塑料材料的性能 又因品種不同 牌號不同 生產(chǎn)廠家不同 甚至批次不同而差異較大 不同的 性能參數(shù)可能導(dǎo)致完全不同的成型結(jié)果 2 注射溫度 熔體流入冷卻的型腔 因熱傳導(dǎo)而散失熱量 與此同時 由于剪切作用而 產(chǎn)生熱量 這部分熱量可能較熱傳導(dǎo)散失的熱量多 也可能少 主要取決于注 塑條件 熔體的粘性隨溫度升高而變低 這樣 注射溫度越高 熔體的粘度越 低 所需的充填壓力越小 同時 注射溫度也受到熱降解溫度 分解溫度的限 制 3 模具溫度 模具溫度越低 因熱傳導(dǎo)而散失熱量的速度越快 熔體的溫度越低 流動 性越差 當(dāng)采用較低的注射速率時 這種現(xiàn)象尤其明顯 4 注射時間 注射時間對注塑過程的影響表現(xiàn)在三個方面 1 縮短注射時間 熔體中的剪應(yīng)變率也會提高 為了充滿型腔所需要的 注射壓力也要提高 2 縮短注射時間 熔體中的剪應(yīng)變率提高 由于塑料熔體的剪切變稀特 性 熔體的粘度降低 為了充滿型腔所需要的注射壓力也要降低 3 縮短注射時間 熔體中的剪應(yīng)變率提高 剪切發(fā)熱越大 同時因熱傳 導(dǎo)而散失的熱量少 因此熔體的溫度高 粘度越低 為了充滿型腔所需要的注射壓 力也要降低 以上三種情況共同作用的結(jié)果 使充滿型腔所需要的注射壓力的曲線呈現(xiàn) U 形 也就是說 存在一個注射時間 此時所需的注射壓力最小 要制得高質(zhì)量和穩(wěn)定的塑料件 注塑機(jī)的塑化單元是非常重要的 對塑化 單元評判的重要標(biāo)準(zhǔn)是 注射量 塑化速率 注射速率 高聚物在塑化單元的 停留時間 干燥處理 如果儲存適當(dāng)則不需要干燥處理 熔化溫度 200 275 注意不要超過 275 模具溫度 60 80 建議使用 50 結(jié)晶程度主要由模具溫度決定 注射壓力 可達(dá)到1800bar 注射速度 使用高速注塑可以使內(nèi)部壓力減小到最小 6 成型時間 20s 50s 高壓時間 0s 3s 冷卻時間 20s 90s 總周期 50s 160s 5 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1 型腔數(shù)目的確定 為了使模具與注射機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配 提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性 并保證 制件精度 模具設(shè)計(jì)時應(yīng)確定型腔數(shù)目 型腔數(shù)目的確定 應(yīng)根據(jù)塑件的幾何形狀及尺寸 質(zhì)量 批量大小 交貨 長短 注射能力 模具成本等要求來綜合考慮 設(shè)為一模二腔 5 2 型腔的排列方式 綜合考慮到澆注系統(tǒng) 模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度 抽芯結(jié)構(gòu)以及出模方式的設(shè) 計(jì)等復(fù)雜因素 模具的型腔排列方式如圖3所示 圖3 型腔排列方式 5 3 分型面的選擇 分型面是動 定模的分界面 即打開模具取出制件或取出澆注系統(tǒng)凝料的 面 分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀 型腔的排氣情況也與分型面 7 的開設(shè)密切相關(guān) 分型面是模具中用以取出制品和澆注系統(tǒng)凝結(jié)材料的可分離的接觸表面 在模具設(shè)計(jì)中 必須考慮成型時分型面的形狀和位置 以便于模具成型 分型面位置選擇的總體原則 是能保證塑件的質(zhì)量 便于塑件脫模及簡化 模具的結(jié)構(gòu) 分型面受到塑件在模具中的成型位置 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 塑件的結(jié) 構(gòu)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(yīng)綜合分析比較具體可以從以下方面進(jìn)行 選擇 1 分型面位置應(yīng)設(shè)在制件截面尺寸最大的部位 便于脫模和加工型腔 這是分型面選擇的首要原則 2 有利于保證制件尺寸精度 3 有利于保證制件的外觀質(zhì)量 4 滿足制件的使用要求 5 考慮注射機(jī)的技術(shù)規(guī)格 使模板間距大小合適 6 考慮鎖模力 盡量減少制件在分型面的投影面積 7 盡可能將制件留在動模一側(cè) 易于設(shè)置和制造簡便易行的脫模機(jī)構(gòu) 8 考慮側(cè)向抽拔距 一般機(jī)械式分型面抽芯機(jī)構(gòu)的側(cè)向抽拔距都較小 因此選擇的分型面應(yīng)使抽拔距離盡量短 9 盡量方便澆注系統(tǒng)的布置 10 有利于排氣 11 模具零件易于加工 實(shí)踐中 分型面的選擇有時與上面的各條原則相悖 因此在選擇分型面時 應(yīng)綜合考慮各種因素 權(quán)衡利弊 以取得最佳的效果 位置如圖4所示 4 8 圖 4 分型面布局 6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注塑模設(shè)計(jì)的一個重要環(huán)節(jié) 澆口的位置選擇與塑料的質(zhì)量有直接影響 在確定澆口的位置時 應(yīng)考慮以下 幾點(diǎn) 一是熔體在型腔內(nèi)流動時 其動能損失最小 要做到這一點(diǎn)必須使 1 流程 包括分流程 為最短 2 每一股分流都能大致同時到達(dá)其最遠(yuǎn)端 3 應(yīng)先從壁厚較厚的部位進(jìn)料 4 考慮各股分流的轉(zhuǎn)向越小越好 二是有效地排出型腔內(nèi)的氣體 三是型腔內(nèi)如有成型孔的型芯時 澆口應(yīng)避免沖擊小型芯 并且應(yīng)考慮到熔體 的壓力損失 四是型腔如有金屬嵌件時 澆口應(yīng)遠(yuǎn)離嵌件 以免沖擊嵌件 它對注射成型周期和制件質(zhì)量 如外觀 物理性能 尺寸精度等 都有直 接影響 設(shè)計(jì)時必須遵循如下原則 1 重點(diǎn)考慮型腔布局 包括盡可能采用平衡式布置 以便產(chǎn)生平衡式留 道 型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱 防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象 型腔的排列要盡可能緊湊 以減小模具外型尺寸 2 熱量及壓力損失小 3 均衡進(jìn)料 4 塑料耗量要少 5 消除冷料 6 排氣良好 9 7 防止制件出現(xiàn)缺陷 8 制件外觀美觀 9 生產(chǎn)效率高 10 塑料熔體流動特性好 模具設(shè)計(jì)的好壞是保證塑料制件尺寸精度的前提 模具的制造質(zhì)量是保證塑料制件尺寸精度的關(guān)鍵 精密模具主要的制造特 點(diǎn)是除了拋光和裝配作業(yè)外 均不用手工加工 一般模具機(jī)械加工和手工加工 的比例約為 6 4 7 3 而精密模具的機(jī)械加工和手工加工比例為 9 1 主流道設(shè)計(jì)包括主流道設(shè)計(jì) 冷料井設(shè)計(jì)和分流道設(shè)計(jì)三部分 1 主流道的一端與注射機(jī)噴嘴相接觸 可看作是噴嘴的通道在模具中的 延續(xù) 另一端與分流道相連是一段帶有錐度的流動通道 其設(shè)計(jì)要點(diǎn)是主流道 設(shè)計(jì)成圓錐形 其錐角可取2 6 流道壁表面粗糙度取Ra 0 4 m 且加工時應(yīng) 沿道軸向拋光 主流道始端凹坑球面半徑R2比注射機(jī)的噴嘴球半徑R1大1 2 mm 球面凹坑深度3 5mm 主流道始端入口直徑d比注射機(jī)的噴嘴孔直徑大0 5 1mm 一般d 2 5 5mm 主流道末端呈圓弧狀過渡 圓角半徑r 1 3mm 主流道 長度L以小于60mm為佳 最長不宜超過95mm 主流道常開設(shè)在可拆卸的主流 道襯套上 其材料常用T8A 熱處理淬火后硬度53 57HRC 2 為便于機(jī)械加工以及冷凝料脫模 分流道設(shè)置在分型面上分流道截面 形狀可以為圓形 這是由理論分析得知的 圓形截面的流道總是比任何其它形 狀截面的流道更可取 因此 選擇圓形截面比較理想 分流道要盡量可能短 且少彎折 便于注射成型過程中最經(jīng)濟(jì)的使用原料和注射機(jī) 減少壓力損失 可根據(jù)模具自設(shè) 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻 只有中心部 分的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想 因而分流道的內(nèi)表面粗糙度并不要求很低 可取1 6 設(shè)計(jì)參數(shù)和尺寸如圖5所示 10 圖5 澆注系統(tǒng) 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)參數(shù)由公式 Li Ti校核流動比 4 Li T 1 24 3 60 6 60 6 25 3 74 4 2 110 4 109 8 式中 流動距離比 Li 模具中各段料流通道及各段模腔的長度 mm Ti 模具中各段料流通道及各段模腔的截面厚度 mm 因?yàn)榱鲃颖鹊囊蛩刂饕撬芰系牧鲃有?GPPS為中等 部分塑料的流動比為 5 300 260 所以 精密模具澆口的設(shè)計(jì) 澆口的類型 大小 位置和數(shù)量都影響制件尺寸精度 點(diǎn)澆口噴射力大 但補(bǔ)縮效果差 對厚壁制件不適用 澆口位置影響熔體流向和流程遠(yuǎn)近 流程 愈長收縮愈大 多澆口可以縮短流程 但熔接痕增多 澆口的設(shè)計(jì)應(yīng)該根據(jù)制 件大小和所選用的材料運(yùn)用分析軟件并借助于實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來最終確定 排 氣槽 的作用 主要 有兩點(diǎn) 一是 在注射 熔融 物料時 排除 模腔內(nèi) 的空 氣 二 是排 除物料 在加 熱過程 中產(chǎn) 生的各 種氣 體 越 是薄 壁制品 越是 11 遠(yuǎn)離澆口的部位 排氣槽的開設(shè)就顯得尤為重要 另外對于小型件或精密零件 也要重視排氣槽的開設(shè) 因?yàn)樗四鼙苊庵破繁砻孀苽妥⑸淞坎蛔阃?還 可以消除制品的各種缺陷 減少模具污染等 那么 模腔的排氣怎樣才算充分 呢 一般來說 若以最高的注射速率注射熔料 在制品上卻未留下焦斑 就可 以認(rèn)為模腔內(nèi)的排氣是充分的 圖6 冷卻水道布置 適當(dāng)?shù)亻_設(shè)排氣槽 可以大大降低注射壓力 注射時間 保壓時間以及鎖 模壓力 使塑件成型由困難變?yōu)槿菀?從而提高生產(chǎn)效率 降低生產(chǎn)成本 降 低機(jī)器的能量消耗 其設(shè)計(jì)往往主要靠實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 通過試模與修模再加以完善 此模我們利用 模具零部件的配合間隙及分型面自然排氣 7 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 合理地確定冷卻管道的中心距及冷卻管道與型腔壁的距離 1 盡可能使冷卻孔至型腔表面的距離相等 2 加強(qiáng)澆口出的冷卻 3 降低冷卻介質(zhì)出 入的溫度差 4 合理考慮冷卻管道的排列形式 12 5 合理確定冷卻水管的接頭位置 6 要盡量避免與模具結(jié)構(gòu)中其他部分產(chǎn)生干涉現(xiàn)象 由于制件的平均壁厚為4mm 制件尺寸比較大 而且為了加工的方便和清 理 所以定注水孔的的直徑為10mm 冷卻水道的位置 結(jié)構(gòu)的形式 孔徑 表面狀態(tài) 水的流速 模具材料等 很多因素都會影響模具的熱量向冷卻水傳遞 精確計(jì)算比較困難 實(shí)際生產(chǎn)中 通常都是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路 通過調(diào)節(jié)水溫 水速來滿足要求 8 成型零件設(shè)計(jì) 8 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 1 1 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模采用整體式方便加工 及表面精度 其形狀結(jié)構(gòu)如上圖7所示 凹模用于成型制件的外表面 又稱陰模 型腔 按其結(jié)構(gòu)不同可分為整體式 整體嵌入式 底部鑲嵌式 局部鑲嵌式和四 壁拼合式5種 8 1 2 型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 整體嵌入式型芯 適用于小型塑件的多腔模具及大中型模具中 此處采用 整體嵌入式型芯如圖8所示 生成凸 凹模后 還要對凸模和凹模進(jìn)行一些必要的局部修飾 例如工藝 圓角 進(jìn)料口 澆口型芯 推桿孔和緊固螺孔等 13 圖7 凹模 圖 8 凸模 8 2 成型零件尺寸計(jì)算 近年來 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 促使精密成型技術(shù)不斷地進(jìn)步 新的技術(shù)不斷 地涌現(xiàn) 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 優(yōu)良的轉(zhuǎn)寫性 而且還應(yīng)有優(yōu)異的光學(xué)性能等 注射成型是最重要的塑料成型 方法之一 包括塑料的塑化 注射 保壓 冷卻等幾個基本的過程 因此影響 精密注射成型的因素也很多 熱塑性塑料制品成型時收縮率波動較大 給模具設(shè)計(jì) 確定型腔尺寸和控 制制品尺寸精度帶來困難 因此在模具設(shè)計(jì)時應(yīng)了解塑料的收縮特性和因制件 形狀而造成的各部位收縮率的差異 然后采用必要的補(bǔ)償措施 對高精度塑料 件可在設(shè)計(jì)前先制造簡易模具 以測出成型時各部位的實(shí)際收縮率 這樣便可 大大提高制件的尺寸精度 14 S0 2 8 0 5 精密模具設(shè)計(jì)時物料收縮率的選用 塑件成型后的收縮率與多種因素有關(guān) 通常按平均收縮率計(jì)算 GPPS的收縮率為0 2 0 8 即平均收縮率 6 MAXINS 2 2 模具在分型面上的合模間隙由于注射壓力及模具分型面平面度的影響 會 導(dǎo)致動模 定模注射時存在著一定的間隙 一般當(dāng)模具分型的平面度較高 表 面粗糙度較低時 塑件產(chǎn)生的飛邊也小 飛邊厚度一般應(yīng)小于0 02 0 1mm 根據(jù)公式 6 1 型腔徑向尺寸 mm 3 D1M 82 132 046 5 0 82 132 0 2 型芯徑向尺寸 mm 4 M d 0132 46 5 01 74 0132 75 3 型芯高度尺寸 mm 5 h m 111 132 046 5 01 132 0 4 型腔深度尺寸 mm 6 HM 132 046 5 01 89 132 089 8 3 型腔壁厚計(jì)算 塑料模具型腔的側(cè)壁厚度的計(jì)算有兩類 基于強(qiáng)度計(jì)算和基于剛度計(jì)算 在模具設(shè)計(jì)中要綜合考慮 因?yàn)楣こ讨械哪＞呒炔辉试S強(qiáng)度不足而產(chǎn)生明顯的 變形甚至破壞 也不允許因剛度不足而產(chǎn)生過大變形 一般情況下 大尺寸型 腔剛度不足是主要問題 應(yīng)按剛度條件計(jì)算 對于小尺寸型腔 強(qiáng)度不足是主 要問題 應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算 熱塑性塑料注塑制品成型時收縮率波動較大 特別是對于結(jié)晶性塑料注塑 制品更加明顯 由于結(jié)晶度不僅取決于化學(xué)結(jié)構(gòu) 而且還受到加工過程中冷卻 參數(shù) 冷卻速率 熔體溫度 模具溫度 制品厚度 的影響 給模具設(shè)計(jì)確定型 腔尺寸和控制制品尺寸精度帶來困難 所以迫切需要了解注塑工藝參數(shù)對各種 塑料收縮率的影響規(guī)律 z1MSD zMSd mhl zMSH 15 制件壁厚的差異一般認(rèn)為是由兩個方面的因素引起的 一是高壓熔體引起的模具型腔輕微變形 二是當(dāng)模具開模后材料的彈性膨脹 一般來說 質(zhì)量精度能夠很好地控制尺寸精度 而在較高的模具溫度里熔體的 粘度較低 所以粘度梯度較小 在一定的螺桿背壓下 制件的質(zhì)量精度就能夠 得到精確的控制 然而對于液晶聚合物 LCP 來說 它恰恰需要較低的模具溫度 這是因?yàn)?LCP 遇冷后會迅速冷卻定形 LCP 有低的熔解熱和有序的結(jié)構(gòu)狀態(tài) 因此在液體晶態(tài)向固體晶態(tài)轉(zhuǎn)變之間有較小的變化 當(dāng)充分冷卻時 液 固轉(zhuǎn) 變幾乎是在瞬間完成 在較冷的模具中 當(dāng)型腔充滿時 型腔中的大部分材料 和澆口已經(jīng)固化 因此壓縮階段很難補(bǔ)充熔體 因而制件的尺寸與未變形的型 腔尺寸十分接近 無定型塑料較結(jié)晶型塑料收縮率低 配混料的收縮率較純聚合物材料低 同時隨著彈性體用量的增加 材料的收縮率有所降低 塑料經(jīng)增強(qiáng)或填充后 熱容減小 剛性增大 收縮率大幅度降低 且纖維或填充劑含量愈高 收縮率 愈小 結(jié)晶型塑料制品精度還受壓力的影響 由于壓力致結(jié)晶的作用 注塑壓 力 P1 保壓壓力 P2 和補(bǔ)料壓力 P3 能夠加速結(jié)晶過程 因此結(jié)晶度隨 P1 P2 P3 的增加呈上升趨勢 對于 P1 其壓力致結(jié)晶作用提高了結(jié)晶度 使收縮率增加 P2 和 P3 上升 一方面因結(jié)晶度提高使收縮率增加 另一方面 P2 升高能壓入更多的熔體 使型腔內(nèi)塑料受到充分壓實(shí) P3 升高能增大補(bǔ)料 量 并有效地防止倒流 有利于降低收縮率 因此 塑料件的收縮率是兩方面作 用的結(jié)果 所以收縮率隨 P1 P2 P3 的升高先增加后減小 根據(jù)以上計(jì)算的型腔尺寸確定型腔壁厚為45mm 9 模架的選用 根據(jù)以上分析 計(jì)算以及型腔尺寸位置尺寸可以確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī) 格 選用A1 160 27 Z2 GB T4196 8 84 2 如圖9 和圖10所示 定模板厚度 A 35mm 動模板厚度 B 22mm 中間厚度 C 98mm 墊板厚度 D 70mm 定模座厚度 E 20mm 模具厚度 H 40 A B C D E 346mm 模具外型尺寸 320mm 320mm 346mm 16 10 合 模 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 導(dǎo)向 定位機(jī)構(gòu)是保證動模與定模合模時正確定位和導(dǎo)向的重要零件 主 要有合模導(dǎo)向裝置和錐面定位兩種形式 其主要功能如下 1 定位作用 2 導(dǎo)向作用 3 承載作用 4 保持運(yùn)動平穩(wěn)作用 5 錐面定位機(jī)構(gòu)作用 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)原則 1 導(dǎo)向零件應(yīng)合理地均勻分布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(qiáng)度 防止壓入導(dǎo)柱和導(dǎo)套后發(fā)生 變形 導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)至少有一個導(dǎo)柱直徑的距離 2 根據(jù)模具的外形和大小 一副模具需要2 4個導(dǎo)柱 對于小型模具 無論圓形的或矩形的 通常只用兩個直徑相同且對稱分布的導(dǎo)柱 3 由于制件通常留在動模 所以為了便于脫模 導(dǎo)柱通常安裝在定模 為了保證分型面很好地接觸 導(dǎo)柱和導(dǎo)套在分型面處應(yīng)設(shè)有承屑槽 一般 都是削去一個圓 或在導(dǎo)套的孔口倒角 4 各導(dǎo)柱 導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線應(yīng)保證平行 否則將影響合模的準(zhǔn)確性 甚至損壞導(dǎo)向零件 5 在合模時 應(yīng)保證導(dǎo)向零件首先接觸 避免凸模先進(jìn)入型腔 導(dǎo)致成 型零件損壞 6 當(dāng)動 定模板采用合并加工時 導(dǎo)柱裝配處的直徑應(yīng)與導(dǎo)套外徑相等 17 7 導(dǎo)柱與導(dǎo)套的配合形式對于一般的簡單模具 導(dǎo)柱不需要導(dǎo)套 直接 與模板導(dǎo)向孔配合 圖9 剖視圖 導(dǎo)向零件應(yīng)合理分布在模具的周圍或靠近邊緣部位 導(dǎo)柱中心到模板邊緣 的距離 一般取導(dǎo)固定端的直徑的 1 1 5倍 其設(shè)置位置可參見標(biāo)準(zhǔn)模架系列 導(dǎo)柱常固定在方便脫模取件的模具部分 但針對某些特殊的要求 如塑件 在動模側(cè)依靠推件板脫模 為了對推件板起到導(dǎo)向與支承作用 而在動模側(cè)設(shè) 置導(dǎo)柱 為了確保合模的分型面良好貼合 導(dǎo)柱與導(dǎo)套在分型面處應(yīng)設(shè)置承屑 槽 一般都是削去一個面 或在導(dǎo)套的孔口倒角 導(dǎo)柱工作部分的長度應(yīng)比型 芯端面的高度高出6 8mm 以確保其導(dǎo)向作用 應(yīng)確保各導(dǎo)柱 導(dǎo)套及導(dǎo)向孔的軸線平行 以及同軸度要求 否則將影響 合模的準(zhǔn)確性 甚至損壞導(dǎo)向零件 導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用H7 f7 低精 度時可采用H8 f8或H9 f9 導(dǎo)柱固定部分的配合精度采用H7 k6 或H7 m6 18 導(dǎo)套與安裝之間一般用H7 m6的過渡配合 再用側(cè)向螺釘防止其被拔出 表1 裝配表 對于生產(chǎn)批量小 精度要求不高的模具 導(dǎo)柱可直接與模板上加工的導(dǎo)向 孔配合 通常導(dǎo)向孔應(yīng)做志通孔 如果型腔板特厚 導(dǎo)向孔做成盲孔時 則應(yīng) 在盲孔側(cè)壁增設(shè)通氣孔 或在導(dǎo)柱柱身 導(dǎo)向孔開口端磨出排氣槽 導(dǎo)向孔導(dǎo) 滑面的長度與表面粗糙度可根據(jù)同等規(guī)格的導(dǎo)套尺寸來取 長度超出部分應(yīng)擴(kuò) 徑以縮短滑配面 7 直導(dǎo)套常應(yīng)用于簡單模具或模板較薄的模具 型帶頭導(dǎo)套主要應(yīng)用于復(fù) 雜模具或大 中模具的動定模導(dǎo)向中 型帶頭導(dǎo)套主要應(yīng)用于推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo) 向中 11 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 1 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體原則 在注射成型的每一個循環(huán)中 制件必須從模具型腔中取出 完成取出制件 動作的機(jī)構(gòu)稱我脫模機(jī)構(gòu) 或頂出機(jī)構(gòu) 脫模機(jī)構(gòu)的動作包括脫出 取出兩個 動作 即首先將制件和澆注系統(tǒng)凝料等與模具松動分離 稱為脫出 然后把制 件和澆注系統(tǒng)凝料等從模內(nèi)取出 19 定模板 1 45 18 螺釘 2 45 17 澆口套 1 青銅 16 冷卻水道 14 15 型芯 2 45 14 導(dǎo)柱 1 45 13 導(dǎo)柱 1 45 12 導(dǎo)柱 2 45 11 螺釘 2 45 10 螺釘 2 45 9 動模座板 1 45 8 墊板 4 45 7 推桿 2 T10A 6 推桿固定板 1 Q235A 5 吹氣孔 2 45 4 動模座 1 45 3 彈簧 2 45 2 限位銷 1 45 1 定模座 1 45 序號 名稱 數(shù)量 材料 19 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)一般要遵循下述原則 1 機(jī)構(gòu)運(yùn)動準(zhǔn)確 可靠 靈活 并有足夠的剛度 強(qiáng)度來克服脫模力 2 保證制件不變形或不損壞 正確分析制件對模腔的粘附力的大小及其 所在部位 有針對地選擇合適的脫模裝置 使推出重心與脫模阻力中心相重合 3 選擇頂出位置時 力求保證良好的制件外觀 4 盡量使制件留在動模一側(cè) 以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置 完成脫 模動作 致使模具結(jié)構(gòu)簡單 要求在開模過程中塑件留在動模一側(cè) 以便推出機(jī)構(gòu)盡量設(shè)在動模一側(cè) 從而簡化模具結(jié)構(gòu) 正確分析塑件對模具包緊力與粘附力的大小及分布 有針對性地選擇合理 的推出裝置和推出位置 使脫模力的大小及分布與脫模阻力一致 推出力作用 點(diǎn)應(yīng)靠近塑件對凸模包緊力最大的位置 同時也應(yīng)是塑件剛度與強(qiáng)度最大的位 置 力的作用面盡可能大一些 以防止塑件在被推出過程中變形或損壞 推出位置應(yīng)盡可能設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗庥^影響不大的部位 以力求良 好的塑件外觀 推出機(jī)構(gòu)應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單 動作可靠遠(yuǎn)動靈活 制造及維修方便 11 2 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 因?yàn)橥鼓檎w式 而且凸模的尺寸也比較大 在凸模鉆孔的難度就減少 它的原理就像溢流閥一樣 在孔內(nèi)設(shè)有彈簧 在氣體壓力 F彈力時 凸模的處 于關(guān)閉狀態(tài) 這時就可以將熔融的液體注入 當(dāng)氣體壓力 F彈力塑件的包緊力 時 這是指開模后 凸模的平頂就頂開同時塑件也隨著被頂出 11 3 澆注系統(tǒng)凝料脫模機(jī)構(gòu) 澆注系統(tǒng)要留在動模部分或定模的活動部分 以方便脫出 普通澆注系統(tǒng) 多數(shù)是單分型面的雙板模具 而點(diǎn)澆口 潛伏式澆口多是雙分型面的三板模具 流道凝料的脫模方式 這里采用三板式脫模 點(diǎn)澆口式澆注系統(tǒng)凝料能夠 利用開模動作實(shí)現(xiàn)塑件與流道凝料的自動分離 同時利用塑件對凸模的包緊力 將塑件與流道凝料拉斷 一般用人工 機(jī)械手取出 模具的結(jié)構(gòu)簡單 但生產(chǎn) 效率低 勞動強(qiáng)度大 為適應(yīng)自動化生產(chǎn)的需要 可依靠模具結(jié)構(gòu)將澆注系統(tǒng) 凝料自動取出 對于聚苯乙烯一類的塑料 當(dāng)主流道凝料與噴嘴脫離時 往往會出現(xiàn)拉絲 現(xiàn)象 因而妨礙了澆注系統(tǒng)凝料的自動脫落 因此主流道上還必須加上細(xì)絲切 斷裝置 每次開模時 裝在注射機(jī)上的壓塊通過壓棒推動滑塊切斷主流道中的 20 細(xì)絲 保證澆注系統(tǒng)自動脫落 12 注射機(jī)校核 12 1 注射量 鎖模力 注射力 模具的厚度的校核 由于在初選注射機(jī)和選用標(biāo)準(zhǔn)模架時是根據(jù)以上技術(shù)參數(shù)及計(jì)算等因素選 用的 所以注射量 鎖模力 注射力 模具的厚度的校核 已基本符合注射機(jī) 的要求 必要時根據(jù)生產(chǎn)的需要和經(jīng)濟(jì)作出相應(yīng)的調(diào)整 12 2 開模行程的校核 開模取出制件所需開模距離必須小于注射機(jī)的最大開模行程 注射機(jī)的最大開模行程 8 S2h 5 10 件 澆 7 S 2 110 55 5 10 280mm 式中 h件 塑料制件高度 mm h澆 澆注系統(tǒng)高度 mm 故滿足要求 13 結(jié)束語 這次設(shè)計(jì)主要是注塑模的應(yīng)用 對其有如下的了解 早期的注射成型技術(shù) 是從其它材料的加工方法中借鑒過來的 所以早期的加工方法主要是移植改造 聚碳酸酯 聚甲醛 聚苯醚 聚砜 環(huán)氧樹脂 聚胺酯等一大批高性能塑料的 出現(xiàn) 要求塑料成型加工技術(shù)向更高的階段發(fā)展 同時 塑料成型設(shè)備的設(shè)計(jì) 和制造技術(shù)的不斷進(jìn)步 以及塑料成型加工理論研究的不斷深入 為塑料成型 加工技術(shù)的提高 創(chuàng)新提供了條件 移動螺桿式注射機(jī) 雙螺桿擠出機(jī)的出現(xiàn) 使熱敏性和高熔體粘度的熱塑性 熱固性塑料都能采用高效的成型技術(shù)生產(chǎn)出 高質(zhì)量的制件 反映注射技術(shù)使聚胺酯 環(huán)氧樹脂和不飽和聚酯的液態(tài)單體或 低聚物的聚合成型成為可能 往復(fù)式螺桿注射 反映注射和滾塑等一批塑料獨(dú)有的制件生產(chǎn)技術(shù)的出現(xiàn) 標(biāo)志著塑料成型加工從改造 移植為主的時期過渡到了開發(fā)更能發(fā)揮塑料成型 工藝性的新成型技術(shù)時期 這一時期成型加工技術(shù)的發(fā)展 促使制件聲廠過程 從機(jī)械化和自動化進(jìn)一步向著連續(xù)化 程序化和自適應(yīng)控制的方向發(fā)展 進(jìn)入 創(chuàng)新時期的塑料成型加工技術(shù)與前一時期相比 在可成型加工塑料材料的范圍 制件的范圍和制件的質(zhì)量等方面均有重大突破 采用創(chuàng)新的成型技術(shù) 不僅使 以往難成型的熱敏性和高熔體粘度的原料方便地成為制件 而且也使以往較少 采用的長纖維增強(qiáng)材料 片狀塑料和團(tuán)狀塑料能大量用做高效成型技術(shù)的原材 21 料 質(zhì)量超過100kg的汽車外殼 船體 容積超過50000L 的特大容器 幅寬大于 30m的薄膜和寬度大于2m的板材 以及質(zhì)量僅幾十克的微型齒輪與微型軸承 在成型加工技術(shù)進(jìn)入創(chuàng)新期后都已經(jīng)成為塑料制件家族中的成員 謝 辭 轉(zhuǎn)眼之間 四年的學(xué)習(xí)生活在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)后將畫上圓滿的句號 在這四 年中 河南科技學(xué)院的各位領(lǐng)導(dǎo) 老師和同學(xué)對我的學(xué)習(xí)給予了很大的支持和 幫助 我在這里不僅體會到了學(xué)習(xí)的樂趣 而且也感受到了集體給我的關(guān)懷 在此謹(jǐn)對各位表示衷心的感謝 論文結(jié)束之際 首先感謝我的指導(dǎo)老師在本次設(shè)計(jì)中給予我殷切指導(dǎo) 在 寫論文的過程中 老師給我做了全程的分析與引導(dǎo) 在本次設(shè)計(jì)中我不僅受到老師的學(xué)風(fēng) 師德的熏陶 而且其學(xué)識和風(fēng)范 關(guān)懷和教誨 將成為我永遠(yuǎn)的精神動力 并相信這在我的人生中將會受益匪淺 同時也使自己的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際聯(lián)系得更加緊密 也更加端正了自己的工作作 風(fēng)和學(xué)習(xí)態(tài)度 以及工作中的持之以恒的精神 另外 在我設(shè)計(jì)期間 同組同學(xué)也給了我很多的幫助 在資料的收集整理 和實(shí)驗(yàn)中我們小組成員團(tuán)結(jié)一致 共同解決困難 在此表達(dá)我真誠的謝意 最后 對所有在我學(xué)習(xí)生活中給予幫助和關(guān)心的人表示衷心的感謝 22 參考文獻(xiàn) 1 許發(fā)樾 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2004 2 孫鳳勤 沖壓與塑壓設(shè)備 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 3 屈華昌 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 4 盛永華 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) M 湖北 華中科技大學(xué)出版社 2006 5 劉潔 現(xiàn)代模具設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2005 6 鄧明 實(shí)用模具設(shè)計(jì)簡明手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 7 羅曉嘩 模具的液壓成行工藝 J 浙 江 大 學(xué) 學(xué) 報(bào) 1999 4 6 49 51 8 程志遠(yuǎn) 實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)手冊 M 北京 中國輕工業(yè)出版社 2000 9 吳伯杰 注塑模設(shè)計(jì) 課件平臺研究開發(fā) J 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2004 4 2 78 98 10 許發(fā)樾 模具實(shí)用實(shí)例 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 11 郭鐵良 模具制造工藝研究 J 華中科技大學(xué)學(xué)報(bào) 2001 13 5 23 35 12 許發(fā)樾 模具常用機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2003 13 陳劍鶴 塑料產(chǎn)品缺陷分析的CAI 及專家系統(tǒng) J 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2003 36 4 6 16 14 趙昌盛 實(shí)用模具材料應(yīng)用手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 15 王煥琴 機(jī)械工程材料與熱加工 M 成都 電子科技大學(xué)出版社 2000 16 許發(fā)樾 實(shí)用模具設(shè)計(jì)與制造手冊 M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2005 17 陳占春 精密注射成型技術(shù)的研究進(jìn)展 J 北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào) 2005 25 4 9 18 23 目 錄 1 緒論 1 2 制件分析 1 3 計(jì)算制件的體積和質(zhì)量 3 4 制件注射成型工藝參數(shù) 4 5 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 5 1 型腔數(shù)目的確定 6 5 2 型腔的排列方式 6 5 3 分型面的選擇 6 6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 8 7 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 11 8 成型零件設(shè)計(jì) 11 8 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 8 1 1 凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 8 1 2 型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 11 8 2 成型零件尺寸計(jì)算 13 8 3 型腔壁厚計(jì)算 14 9 模架的選用 15 10 合 模 導(dǎo) 向 機(jī) 構(gòu) 設(shè) 計(jì) 15 11 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 17 11 1 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的總體原則 17 11 2 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 18 11 3 澆注系統(tǒng)凝料脫模機(jī)構(gòu) 18 12 注射機(jī)校核 19 12 1 注射量 鎖模力 注射力 模具的厚度的校核 19 12 2 開模行程的校核 19 13 結(jié)束語 19 謝 辭 20 參考文獻(xiàn) 21 20