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I 摘 要 充分利用 CAD CAE CAM 等技術(shù)來(lái)提高模具的設(shè)計(jì)質(zhì)量 提高企業(yè)快速應(yīng)變市場(chǎng) 的能力 提高模具設(shè)計(jì)的周期 使模具能夠在短時(shí)間投入使用 充分發(fā)揮已有模具的 作用 在投資較少的情況下 通過(guò)對(duì)心型塑料餐盤模具型腔分型面的設(shè)計(jì) 排氣槽的 設(shè)計(jì) 成型零件的設(shè)計(jì) 塑件脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 主流道的設(shè)計(jì) 澆口等設(shè)計(jì)進(jìn)行系統(tǒng) 的實(shí)驗(yàn)分析 能夠成功的加工心型塑料餐盤 使產(chǎn)品能夠快速進(jìn)入市場(chǎng) 關(guān)鍵詞 心型塑料餐盤 模具 設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造 II Abstract Full make use of CAD CAE CAM etc the technique come to exaltation molding tool of design quality exaltation business enterprise fast contingency market of ability exaltation molding tool design of period make molding tool can in short time at produce and product of usage Full exertive there has been the function of molding tool at investment less of under the circumstance pass to the heart shaped dinner plate note a Su molding tool a type a chamber cent type noodles of design row spirit slot of design model spare parts of design Su piece take off mold organization of design main current way of design sprinkle a people etc design carry on system of experiment analysis can success of process system heart shaped dinner plate make product can fast get into a market Keyword heart shaped dinner plate mold design computer aided drafting and manufacturing III 目錄 摘 要 I Abstract II 目錄 III 第一章 前言 1 第二章 塑件的工藝分析 2 2 1 塑件原材料分析 2 2 2 塑件的尺寸 體積和質(zhì)量 2 2 2 1 塑件尺寸 2 2 2 體積和質(zhì)量 3 2 3 結(jié)構(gòu)工藝性分析 4 2 4 注塑成型工藝分析 4 2 5 初選注塑成型機(jī)的型號(hào)和規(guī)格 4 2 6 確定型腔布置及數(shù)目 5 第三章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6 3 1 分型面的選擇 6 第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8 4 1 概述 8 4 2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 8 4 3 澆注系統(tǒng)的組成 8 4 4 主流道的設(shè)計(jì) 8 4 4 1 設(shè)計(jì)主流道的原則如下 9 4 5 分流道的設(shè)計(jì) 9 4 5 1 截面尺寸 10 4 5 2 截面形狀 10 4 6 澆口的設(shè)計(jì) 10 4 6 1 影響澆口設(shè)計(jì)的因素 10 4 6 2 澆口位置的確定 10 4 6 3 澆口的分類 11 4 6 4 本設(shè)計(jì)中澆口尺寸的確定 11 4 7 澆口套的設(shè)計(jì) 11 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 12 5 1 型腔尺寸的計(jì)算 12 5 1 1 型腔深度尺寸的計(jì)算 13 5 2 型芯尺寸的計(jì)算 13 5 2 1 型芯高度尺寸的計(jì)算 14 5 3 成型型腔壁厚的計(jì)算 14 5 4 合模導(dǎo)向及定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 IV 5 5 導(dǎo)柱導(dǎo)套設(shè)計(jì) 15 5 6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 15 5 6 1 推桿位置設(shè)計(jì) 16 5 6 2 推桿尺寸設(shè)計(jì) 16 5 6 3 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 16 5 7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 17 5 8 模架選擇 17 5 9 校核計(jì)算 18 設(shè)計(jì)總結(jié) 20 致謝 21 參考文獻(xiàn) 22 附錄 1 23 附錄 2 27 第一章 前言 1 第一章 前言 塑料餐盤是我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見(jiàn)的一種產(chǎn)品 質(zhì)輕 不易打碎的特點(diǎn)讓其成 為很多小孩和學(xué)生的首選餐具 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 通過(guò)對(duì)餐盤的創(chuàng)意設(shè)計(jì) 我最終設(shè)計(jì) 出一款結(jié)構(gòu)工藝合理 外觀質(zhì)量較好 能夠?qū)崿F(xiàn)產(chǎn)品自動(dòng)化提高產(chǎn)量的心型餐盤注塑 模具 通過(guò)本次設(shè)計(jì)任務(wù)的全過(guò)程 有利于培養(yǎng)實(shí)踐工作能力 綜合運(yùn)用塑料模具設(shè)計(jì) 機(jī)械制圖 公差與技術(shù)測(cè)量 機(jī)械原理及零件 模具材料及熱處理 模具制造工藝 塑件成型工藝及模具設(shè)計(jì)等方面必要的基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí) 分析和解決塑料模具設(shè) 計(jì)問(wèn)題 進(jìn)一步鞏固加深和拓寬所學(xué)的知識(shí) 另外 本次設(shè)計(jì)還需具備一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力 能夠運(yùn)用 AutoCAD 繪制二維圖 形 并運(yùn)用 Pro E 建餐盤模型 并最終完成凹凸模具的設(shè)計(jì) 通過(guò)查閱大量資料 手 冊(cè) 標(biāo)準(zhǔn)等 結(jié)合教材上的知識(shí) 我們對(duì)注塑模具的組成結(jié)構(gòu) 成型零部件 澆注系 統(tǒng) 導(dǎo)向部件 脫模機(jī)構(gòu) 排氣系統(tǒng) 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 有了更為系統(tǒng)的認(rèn)識(shí) 拓寬了 視野 豐富了知識(shí) 通過(guò)本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 使我對(duì)注塑模具的設(shè)計(jì)流程更加熟悉 為即將投入社會(huì)工作 打下了良好的基礎(chǔ) 2 第二章 塑件的工藝分析 2 1 塑件原材料分析 1 本塑料餐盤為日常生活中所常見(jiàn)的一類塑料制品 主要用于盛裝食物 根據(jù) 其使用的特殊性 綜合分析各種塑料的性能 最終確定用聚丙烯 PP 最為合適 聚丙烯為結(jié)晶型高聚物 常用塑料中 PP 最輕 密度僅為 0 91g 比水小 收 3 縮率為 1 3 其密度低 無(wú)色 無(wú)味 無(wú)毒 透明度較聚乙烯高 透氣性低 此 外 聚丙烯的屈服強(qiáng)度 彈性 硬度及抗拉 抗壓強(qiáng)度等都高于聚乙烯 其拉伸強(qiáng)度 甚至高于聚苯乙烯和 ABS 聚丙烯吸水率低 絕緣性能好 能耐弱酸 弱堿 聚丙烯 在 100 C 以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌 熔點(diǎn)為 164 170 C 其最高使用溫度達(dá) 150 C 最低使用溫度達(dá) 15 C 聚丙烯材料有良好的耐應(yīng)力開(kāi)裂性 有很高的彎曲疲 勞壽命 俗稱 百折膠 2 缺點(diǎn)在于 聚丙烯在氧 熱 光的作用下極易降解老化 所以必須加入防 老化劑 聚丙烯成型加工時(shí)收縮率較大 易導(dǎo)致成型加工出來(lái)的制件出現(xiàn)變形 縮孔 等缺陷 3 成型特性 結(jié)晶性料 吸濕性小 流動(dòng)性好 溢邊值為 0 03mm 左右 但收 縮范圍和收縮值大 易發(fā)生縮孔 凹痕 變形 冷卻速度快 澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢 散熱 并注意控制成型溫度 料溫低溫高壓時(shí)容易取向 模具溫度低于 50 度時(shí) 塑件不 光滑 易產(chǎn)生熔接不良 流痕 90 度以上易發(fā)生翹曲變形 塑料壁厚須均勻 避免缺膠 尖角 以防應(yīng)力集中 4 工藝特性 聚丙烯在熔融溫度下有較好的流動(dòng)性 成型性能好 在加工上 有兩個(gè)特點(diǎn) 聚丙烯熔體的粘度隨剪切速度的提高而有明顯的下降 受溫度影響較小 分子取向程度高而呈現(xiàn)較大的收縮率 2 2 塑件的尺寸 體積和質(zhì)量 2 2 1 塑件尺寸 心型冷飲餐盤所用材料為聚丙烯 PP 圖 2 1 是餐盤主要尺寸圖 圖 2 2 是塑件 的三維圖 第二章 塑件的工藝分析 3 圖 2 1 餐盤尺寸圖 圖 2 2 餐盤三維圖 2 2 體積和質(zhì)量 體積和質(zhì)量 通過(guò)運(yùn)用 Pro E 軟件分析得出塑料餐盤的體積 v 17119 0 即 3 17 119 質(zhì)量 m v 0 91g 17 119 15 578g 見(jiàn)圖 2 3 體積分析結(jié)果圖 3 3 3 4 圖 2 3 體積分析結(jié)果圖 2 3 結(jié)構(gòu)工藝性分析 通過(guò)查表及對(duì)產(chǎn)品本身特性的分析 餐盤模型壁厚采用 1 5mm 最厚壁厚為 2mm 塑件壁厚較均勻 所有壁厚均大于 PP 材料要求的最小壁厚 0 85mm 本次設(shè)計(jì) 拔模角度為 30 能夠正常拔模 2 4 注塑成型工藝分析 1 材料注塑溫度分析 通過(guò)查表得 聚丙烯材料的熱變形溫度為 56 67 0 185MPa 102 115 0 46MPa 成型時(shí)注射溫度為 250 270 模腔表壁溫度為 20 60 聚丙烯塑料適 用的料筒溫度 前段為 200 220 中段為 180 200 后段為 160 180 2 材料注塑壓力分析 通過(guò)查表得 聚丙烯的注射壓力為 49MPa 時(shí) 流動(dòng)比為 140 100 注射壓力為 68 6MPa 時(shí) 流動(dòng)比為 240 200 注射壓力為 117 6MPa 時(shí) 流動(dòng)比為 280 240 PP 材料的注射壓力為 70 100MPa 保壓力為 50 60MPa 保壓時(shí)間為 20 90s 柱 塞轉(zhuǎn)速 48r min 2 5 初選注塑成型機(jī)的型號(hào)和規(guī)格 從實(shí)際注塑量應(yīng)在公稱注塑量的 35 80 之間考慮 初步選定用 XS Z 60 注塑機(jī) 表 2 1 是注塑機(jī)主要參數(shù)表 表 2 1 注塑機(jī)主要參數(shù)表 柱塞直徑 mm 38 理論注塑容量 cm 3 60 注射壓力 Mpa 122 注射方式 柱塞 注射行程 mm 170 鎖模力 kN 500 拉桿間距 H V mm mm 190 300 模板行程 mm 180 模具最大厚度 mm 200 模具最小厚度 mm 70 定位圈直徑 mm 55 注射時(shí)間 s 2 9 頂出形式 中心頂出 動(dòng) 定模固定尺寸 330 440 外形尺寸 L W H mm mm mm 3160 850 155 0 第二章 塑件的工藝分析 5 2 6 確定型腔布置及數(shù)目 根據(jù)上節(jié)初選注射機(jī)型號(hào)為 XS Z 60 的臥式注射機(jī) 按注射劑量的最大注射量來(lái) 確定型腔數(shù)目 1n 1maxjiKM 0 8615 78ji g 2 44 K 為系數(shù)取 0 8max 為注射機(jī)的額定注射量j 為澆注系統(tǒng)凝料估計(jì)值 本次設(shè)計(jì)估算為 10gi 為塑件質(zhì)量 因此型腔數(shù)目確定為一模兩腔是合理的 6 第三章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 3 1 分型面的選擇 塑料在模具型腔凝固形成塑件 為了將塑件取出來(lái) 必須將模具型腔打開(kāi) 也就是必須將模具分成兩個(gè)部分 即定模和動(dòng)模兩大部分 而分型面就是動(dòng)模 和定?；蚝夏５慕佑|面 分型面的選擇好壞對(duì)塑件質(zhì)量 操作難易 模具結(jié)構(gòu)及制造都有很大影響 通常遵循以下原則 1 有利于脫模 1 分型面應(yīng)取在塑件尺寸最大處 2 分型面應(yīng)使塑件留在動(dòng)模部分 由于推出機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在動(dòng)模一側(cè) 將型芯設(shè)置在動(dòng)模部分 塑件冷卻收縮后包緊型芯 使塑件留在動(dòng)模 這樣有 利于脫模 如果塑件的壁厚較大 內(nèi)孔較小或者有嵌件時(shí) 為了使塑件留在動(dòng) 模 一般將凹模也設(shè)在動(dòng)模一側(cè) 3 拔模斜度小或塑件較高時(shí) 為了便于脫模 可講分型面選在塑件的中 間部位 但此時(shí)塑件外形有分型痕跡 2 有利于保證塑件的外觀質(zhì)量和精度要求 塑件有同軸度要求時(shí) 為 防止兩部分錯(cuò)型 一般將型腔放在模具的同一側(cè) 3 有利于成型零件的加工制造 4 有利于側(cè)向抽芯 塑件有側(cè)凹或側(cè)孔時(shí) 側(cè)向滑塊型芯宜放在動(dòng)模 一側(cè) 這樣模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 由于側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的抽拔距離都較小 除液壓抽芯 機(jī)構(gòu)外 選在分型面時(shí)應(yīng)將抽芯距離小的方向放在側(cè)向 但是 對(duì)于投影面積 較大而又需側(cè)向分型抽芯時(shí) 由于側(cè)向滑塊合模時(shí)的鎖緊力較小 這時(shí)應(yīng)將投 影面積較大的分型面設(shè)在垂直于合模方向上 5 有利于排氣 分型面應(yīng)盡量與最后才能充填熔體的模腔表壁重合 這樣對(duì)注塑成型過(guò)程中的排氣有利 圖 3 1 分型面 第三章 模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 7 圖 3 1 分型面 8 第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 4 1 概述 注射模的澆注系統(tǒng)的作用是將塑料熔體填充滿型腔并使注射壓力傳遞到各 個(gè)部分 以獲得組織致密 外形清晰 美觀的制品 因此 澆注系統(tǒng)的好壞對(duì) 塑件性能 外觀以及成型難易程度等都影響很大 所以澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是塑料 模具設(shè)計(jì)重要內(nèi)容之一 4 2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則 1 能順利地引導(dǎo)熔融塑料充滿型腔 不產(chǎn)生渦流 又有利于型腔內(nèi)氣體的 排出 2 在保證成型和排氣良好的前提下 選取短流程 少?gòu)?以減少壓力損失 縮短填充時(shí)間 3 盡量避免熔融塑料正面沖擊直徑較小的型芯和金屬嵌件 防止型芯移位 或變形 4 澆口料容易清除 整修方便 無(wú)損制品的外觀和使用 5 澆注系統(tǒng)流程較長(zhǎng)或需開(kāi)設(shè)兩個(gè)以上澆口時(shí) 由于澆注系統(tǒng)的不均勻收 縮導(dǎo)致制品曲變形 應(yīng)設(shè)法予以防止 6 在一模多腔時(shí) 應(yīng)使各腔同步連續(xù)充澆 以保證各個(gè)制品的一致性 7 合理設(shè)置冷料井 溢料糟 使冷料不得直接進(jìn)入型腔及減少毛邊得負(fù)作 用 8 在保證制品質(zhì)量良好得條件下 澆注系統(tǒng)的斷面和長(zhǎng)度應(yīng)盡量取小值 以減小對(duì)塑料的占用量 從而減小回收料 4 3 澆注系統(tǒng)的組成 澆注系統(tǒng)通常分為普通流道澆注系統(tǒng)和無(wú)流道澆注系統(tǒng)兩大類 普通流道 澆注系統(tǒng)屬于冷流道澆注系統(tǒng) 應(yīng)用廣泛 無(wú)流道澆注系統(tǒng)屬于熱流道澆注系 統(tǒng) 應(yīng)用日益廣泛 它由主流道 分流道 冷料穴 澆口組成 4 4 主流道的設(shè)計(jì) 主流道是熔融塑料進(jìn)入模具型腔時(shí)最先經(jīng)過(guò)的部分 它的大小影響塑料的 第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 9 流動(dòng)速度和填充時(shí)間 主流道小 冷卻面積相對(duì)增加 熱量損耗大 使熔體粘 度變大 壓力損失相應(yīng)增大 造成成型困難 反之 主流道太大 回收料增多 定型時(shí)間長(zhǎng) 降低勞動(dòng)生產(chǎn)率 4 4 1 設(shè)計(jì)主流道的原則如下 a 主流道的進(jìn)口直徑比注射噴嘴咀出口直徑應(yīng)大 0 5 1 毫米 本設(shè)計(jì)中主 流道的進(jìn)口直徑取 5mm 如圖 4 1 主流道所示 圖 4 1 主流道 b 為了便于取出澆道料 主流道應(yīng)呈圓錐形 一般斜角 推薦采用 1 3 本設(shè)計(jì)中取 3 c 主流道出口處應(yīng)有圓角 圓角半徑 r 0 5 3mm 本次設(shè)計(jì)取 0 5mm d 澆口套內(nèi)壁粗糙度應(yīng)在 3 2 以上 e 在能夠?qū)崿F(xiàn)塑件成型的條件下 主流道長(zhǎng)度盡可能短些 f 本次設(shè)計(jì)主流道做成三段式 4 4 2 主流道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)如 圖 4 2 圖 4 2 主流道的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) 4 5 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是指主流道與模具型腔澆口之間的一段流道 用于一模多腔和一腔 多澆口的情況 將從主流道流出來(lái)的熔體分配至各個(gè)型腔或同一個(gè)型腔的各處 10 起著對(duì)熔體的分流和轉(zhuǎn)向的作用 在分流道的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮盡量減小在流道內(nèi) 的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低 同時(shí)還要考慮減少小流道的容積 4 5 1 截面尺寸 分流道截面尺寸取決于多種因素 其中包括塑料件的質(zhì)量 壁厚 塑料黏 度和分流道本身的長(zhǎng)度 分流道截面尺寸應(yīng)能保證型腔充滿并補(bǔ)充因腔內(nèi)塑料 收縮所需的熔體后方可冷卻凝固 分流道截面直徑應(yīng)大于壁厚 按照這一要求 絕大部分塑料件的分流道截面尺寸都在 3 10mm 之間 少數(shù)低黏度塑料成 型的塑料可小于 3mm 高黏度塑料的塑料件可大于 10mm 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) PA1010 料的分流道截面尺寸推薦范圍在 4 8 9 5mm 一級(jí)分流道的截面尺寸取 5mm 4 5 2 截面形狀 常用的分流道截面形狀有圓形 矩形 梯形 U 形和六邊形等 在設(shè)計(jì)中 要減小流道內(nèi)的壓力損失 就希望流道的截面積大 要減小散熱損失 又希望 面積小 故可用流道的截面積與周長(zhǎng)的比值來(lái)表示流道的效率 其比值越大 效率就越高 各種流道截面積的效率見(jiàn)表 4 1 表 4 1 各種流道截面積的效率 截面形 狀 D 2 0 166D D 4 0 100D效率 0 25D 0 25D 0 153D 0 195D d D 6 0 071D 據(jù)以上分析 本設(shè)計(jì)分流道采用 5mm 的圓形截面分流道 4 6 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是澆注系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分 澆口的形式 尺寸以及開(kāi)設(shè)在塑件的什么 部位對(duì)塑件質(zhì)量影響很大 所以澆口的設(shè)計(jì)是十分重要的環(huán)節(jié) 4 6 1 影響澆口設(shè)計(jì)的因素 影響澆口設(shè)計(jì)的因素主要是成型溫度 收縮率 有無(wú)填充物和澆口的加工 脫模及清除澆口的難易程度 4 6 2 澆口位置的確定 澆口位置應(yīng)設(shè)在制品最大壁厚處 使塑料從厚壁流向薄壁 并保持澆口 第四章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 到型腔各處流程基本一致 防止?jié)部谔幃a(chǎn)生噴射而在充填過(guò)程中產(chǎn)生蛇形流 澆口應(yīng)設(shè)在制品的主要受力方向上 在選擇澆口位置時(shí)應(yīng)考慮制品的尺寸要求 4 6 3 澆口的分類 直接澆口 側(cè)澆口 點(diǎn)澆口 環(huán)形澆口 扇形澆口 潛伏澆口 本設(shè)計(jì)中已要求采用點(diǎn)澆口 所以確定澆口形式為點(diǎn)澆口 4 6 4 本設(shè)計(jì)中澆口尺寸的確定 由于 PP 的凝固時(shí)間很短 因此澆口的位置非常重要 澆口孔徑不要小于 0 5 t 這里 t 為塑件厚度 本設(shè)計(jì)中 t 取 2mm 如果使用熱流道 澆口尺寸應(yīng) 比使用常規(guī)流道小一些 因?yàn)闊崃鞯滥軌驇椭柚共牧线^(guò)早凝固 如果用潛入 式澆口 澆口的最小直徑應(yīng)當(dāng)是 0 75mm 經(jīng)研究 本設(shè)計(jì)決定采用普通矩形澆口 4 7 澆口套的設(shè)計(jì) 澆口套是防止高溫塑料和注射機(jī)噴嘴噴咀反復(fù)接觸和碰撞損壞定模板 而 開(kāi)設(shè)在定模上的澆道襯套 澆口套本身的工作條件比較高 所以選用較好的鋼 材來(lái)制造 并應(yīng)有 50 55HRC 的硬度 澆口套與注射機(jī)噴嘴的接觸部分有兩種形式 一種為平面接觸 另一種為 球面接觸 平面接觸是接觸面積大 密封較好 塑料不易外溢 但容易造成噴 嘴與澆口套不同軸 球面接觸噴嘴與澆口套的接觸面積較小 雖然容易造成外 溢 但能自動(dòng)調(diào)整注射機(jī)的偏差 因此 本設(shè)計(jì)選用球面接觸 12 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 制品尺寸能否達(dá)到圖紙尺寸要求 與型腔 型芯的工作尺寸的計(jì)算有很大 關(guān)系 成型零件工作尺寸的計(jì)算內(nèi)容包括 型腔和型芯的徑向尺寸 含矩形的 長(zhǎng)和寬 高度尺寸及中心距尺寸等 成型零件工作尺寸的計(jì)算方法很多 現(xiàn)僅介紹以塑料平均收縮率為基準(zhǔn)的 計(jì)算方法 計(jì)算模具成型零件最基本公式為 McpAS 式中 塑料的平均收縮率 模具成型零件在室溫 20 C 時(shí)的尺寸 A 塑料制品在室溫時(shí)的尺寸 本設(shè)計(jì)中成型零件包括型腔和型芯 5 1 型腔尺寸的計(jì)算 設(shè)型腔長(zhǎng)度名義尺寸 ML是最小尺寸 其公差 Z 為正偏差 則其平均值為 考慮到型腔工作過(guò)程中最大磨損量 c 取平均值為 則有2 S 2 LCPZM 對(duì)于中 小制品 可取 代入上式 得 36MCPL 即 1324cpcpLS mm 因?yàn)?cp與其它各項(xiàng)相比很小 可略去 加上制造偏差 則得模具型腔長(zhǎng) 度計(jì)算公式為 0 3 4zMcpLS mm 式中 型腔的徑向尺寸 mm L 制品的最大尺寸 mm cpS 塑料的平均收縮率 由上節(jié)查表可知 cpS 0 45 制品公差 標(biāo)注尺寸按公差等級(jí)精度 MT4 查找 本設(shè)計(jì)取 0 82 未注尺寸公差按公差精度等級(jí) MT5 查 本設(shè)計(jì)按塑料制品的尺寸精 2cz c 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 13 度公差表查找 34 系數(shù) 可隨制品精度變化 一般取 0 5 0 8 之間 若制品偏差大則取 小值 若制品偏差小則取大值 z 模具制品公差 一般取 z 1 3 所以 3 4zMcpLS 查表得 0 82mm z 1 3 0 27mm m27 027 0185 12 0614 5 1 1 型腔深度尺寸的計(jì)算 查表 0 36mm z 1 3 0 12mm 由公式 02 1 3ZMcpSH 式中 型腔深度尺寸 mm s 制品高度最大尺寸 mm 得 mHM 12 0 12 0363 5 1 5 2 型芯尺寸的計(jì)算 模具型芯徑向尺寸是由制品的內(nèi)徑尺寸所決定 03 1 4ZMcpslSl mm l 型芯外徑尺寸 mm s 制品內(nèi)徑最小尺寸 mm 型芯直徑 查表得 0 82 設(shè) z 1 3 0 27mm c 1 6 0 14mm013 4ZMcpslSl m27 027 08165 62 5 5 2 1 型芯高度尺寸的計(jì)算 14 模具型芯高度尺寸是由制品的深度尺寸所決定 zcpsmSh 321 式中 m 型芯高度尺寸 mm s 制品深度最小尺寸 mm 查表得 0 36mm 設(shè) z 1 3 0 12mm c 1 6 0 06mm zcpsmSh 321 m12 012 07936 5 1 8 5 3 成型型腔壁厚的計(jì)算 注射成型時(shí) 型腔直接承受高壓熔體的作用 故型腔側(cè)壁與底板應(yīng)具有足 夠的強(qiáng)度和剛度 對(duì)于大尺寸型腔主要是剛度問(wèn)題 應(yīng)按剛度條件計(jì)算 而對(duì) 于小尺寸型腔主要是強(qiáng)度問(wèn)題 首先要防止模具的塑性變形和斷裂破壞 因此 用強(qiáng)度條件計(jì)算 在分界尺寸不明的情況下 應(yīng)分別按剛度條件和強(qiáng)度條件計(jì) 算 取其中較大者 簡(jiǎn)單的模具可以按下列經(jīng)驗(yàn)公式簡(jiǎn)單的進(jìn)行估算相關(guān)尺寸 經(jīng)驗(yàn)公式為 S 0 2 L 17 如下圖所示 多腔模具的型腔之間的壁厚 S1 S 2 如 5 1 所示 S 0 2 L 17 0 2 108 17 38 6mm S1 S 2 38 2 19mm 圖 5 1 多腔模具型腔示意圖 5 4 合模導(dǎo)向及定位機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 塑料模閉合時(shí)為保證型腔形狀和尺寸的準(zhǔn)確性 應(yīng)按照一定的方向和位置 合模 所以必須有導(dǎo)向定位機(jī)構(gòu) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)向 定位和承受注塑時(shí)產(chǎn) 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 15 生的側(cè)壓力三個(gè)作用 5 5 導(dǎo)柱導(dǎo)套設(shè)計(jì) 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)包括對(duì)導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔的尺寸 精度 表面粗糙度等的設(shè) 計(jì)及導(dǎo)向零件的結(jié)果設(shè)計(jì)或正確選用 導(dǎo)柱在模具上的布置和裝固方式的確定 等 導(dǎo)柱的長(zhǎng)度應(yīng)比凸模前端的高度高出 6 8mm 取 L 71mm 查帶頭導(dǎo)柱推薦尺寸表 GB4169 4 1984 得 導(dǎo)柱的端部做成錐形的先導(dǎo) 部分 錐形頭高度為 1 3d 1 3 25mm 8 33mm 前端倒角 R 2mm 以其順利進(jìn) 入導(dǎo)向孔 導(dǎo)柱的安裝段與模板間采用過(guò)渡配合 H7 K6 導(dǎo)向段與導(dǎo)向孔間采用間隙 配合 H7 f7 材料選擇 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬而耐磨損的表面 堅(jiān)韌而不易折斷的芯部 因此 選用低碳鋼 20 鋼 經(jīng)滲碳淬火處理 導(dǎo)向孔及導(dǎo)套設(shè)計(jì) 導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶軸肩連接的導(dǎo)套 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)選用直導(dǎo)套 查 塑 料模具設(shè)計(jì)與制造 表 2 13 得 導(dǎo)套內(nèi)孔與導(dǎo)柱之間為間隙配合 H7 f7 外表 面與模板孔位較緊的過(guò)渡配合 H7 k6 直導(dǎo)套 導(dǎo)套材料選用采用 20 鋼滲碳淬火 表面硬度為 58HRC 導(dǎo)柱的布置 根據(jù)模具的形狀和大小 及導(dǎo)柱布置的兩個(gè)基本原則 等徑不對(duì)稱 對(duì)稱 不等徑 選用的導(dǎo)柱布置形式為 實(shí)用注塑成型及模具設(shè)計(jì) 圖 6 62c 圖布置 形式 即斜角對(duì)稱形式 5 6 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 脫模機(jī)構(gòu)是注塑成型的每一循環(huán)中必定會(huì)用到的一個(gè)結(jié)構(gòu) 對(duì)于脫模機(jī)構(gòu) 的設(shè)計(jì) 需要注意塑件應(yīng)留于動(dòng)模 塑件不變形損壞 保證塑件的良好外觀且 結(jié)構(gòu)可靠 表 5 1 為部分常用材料推薦脫模斜度 16 表 5 1 部分常用材料推薦脫模斜度 材料 脫模斜度 聚乙烯 聚丙烯 軟聚氯乙烯 30 1 ABS 尼龍 聚甲醛 聚苯醚氯化聚醚 4 硬氯乙烯 聚碳酸醋 聚砜 聚苯乙烯 有機(jī)玻璃 5 02 熱固性塑料 1 查表 本模具脫模斜度取為 30 本塑件模具采用推件板推出機(jī)構(gòu) 5 6 1 推桿位置設(shè)計(jì) 推桿位置應(yīng)設(shè)在脫模阻力大的地方 且當(dāng)塑件各處脫模助力相同時(shí) 推桿 應(yīng)均等設(shè)置 是塑件受力均勻 以免塑件變形 通過(guò)比較分析 餐盤底部靠近 邊緣位置脫模阻力大 且受力比較均勻 故設(shè)置四個(gè)對(duì)稱布置的推桿 推桿端 面與型腔處于同一平面 以保證外觀質(zhì)量 5 6 2 推桿尺寸設(shè)計(jì) 1 材料 推桿材料選用 45 鋼 頭部淬火處理達(dá) 50HRC 表面粗糙度 0 7 推 桿的滑動(dòng)部分 0 8 2 形狀和長(zhǎng)度 推桿的形狀選用其直徑 d 與型腔部分推桿的配合為 H7 f8 裝配部分軸肩厚 4mm 根據(jù)模具的行程及模架的要求 確定推桿長(zhǎng)度為 152mm 5 6 3 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在塑料熔體填充注射模腔過(guò)程中 模腔內(nèi)除了原有的空氣外 還有塑料含 有水分 在注射溫度下蒸發(fā)而行程水蒸氣 塑料局部過(guò)熱分解產(chǎn)生的低分子揮 發(fā)性氣體 塑料助劑揮發(fā) 或化學(xué)反應(yīng) 所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬 化釋放的氣體等 這些氣體不能被及時(shí)排除將在制件上形成氣孔 接縫 表面 輪廓不清 不能完全充滿型腔 同時(shí) 還會(huì)因氣體被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制 件 使之產(chǎn)生焦痕 色澤不佳等缺陷 由此可見(jiàn) 模腔內(nèi)氣體必須及時(shí)排出 否則 將會(huì)嚴(yán)重影響的產(chǎn)品 選用排氣槽方式進(jìn)行排氣設(shè)計(jì) 對(duì)于排氣槽的開(kāi)設(shè)位置 遵循以下原則 1 排氣槽的排氣口不能正對(duì)操作者 2 排氣槽最后開(kāi)設(shè)在分型面上 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 17 3 排氣槽應(yīng)盡量開(kāi)設(shè)在塑料熔體最后才能填充的模腔部分 4 排氣槽最好開(kāi)設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處 5 若型腔最后充滿部分不在分型面上 其附近又無(wú)可供排氣的推桿或 活動(dòng)型芯時(shí) 可在型腔相應(yīng)部分鑲嵌燒結(jié)的多孔金屬塊 以供排氣 6 高速注射薄壁制件時(shí) 排氣槽設(shè)在澆口附近 下表 5 2 是部分常見(jiàn)樹(shù)脂的排氣槽深度表 單位 mm 表 5 2 部分常見(jiàn)樹(shù)脂的排氣槽深度表 樹(shù)脂名稱 排氣槽深度 PE 0 02 PP 0 01 0 02 PS 0 02 SB 0 03 ABS 0 03 PA 0 01 PC 0 02 0 03 最終選擇排氣槽的寬度 b 4 0mm 深度 h 0 01mm 長(zhǎng)度 l 1 0mm 5 7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在注塑成型過(guò)程中 模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率 由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同 模具的溫度要求也不同 普通的模 具通入常溫的水進(jìn)行冷卻 將熱量帶走 這種冷卻方法一般用于流動(dòng)性好的低 熔點(diǎn)塑料成型 流動(dòng)性差得塑件要求模具溫度較高 溫度過(guò)低時(shí)會(huì)影響塑料的 流動(dòng) 增大流動(dòng)剪切力 使塑件內(nèi)應(yīng)力較大 還會(huì)出現(xiàn)冷流痕 銀絲 注不滿 等缺陷 注入模具的熱塑性熔融塑料 必須在模具內(nèi)冷卻固化才能成為制件 所以 模具溫度必須低于注入型腔的熔融塑料溫度 并為了提高效率 一般通過(guò)縮短 冷卻時(shí)間來(lái)縮短成型周期 根據(jù) 塑料成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) 表 2 5 得 PP 的成型 溫度為 200 270 模具溫度為 80 90 此處取成型溫度為 200 模具溫 度為 40 冷卻水管直徑 8mm 冷卻回路形式為直流循環(huán)式 5 8 模架選擇 在模具設(shè)計(jì)時(shí)采用標(biāo)準(zhǔn)模架 這樣可以縮短生產(chǎn)時(shí)間 降低生產(chǎn)成本 根 據(jù)塑件形狀機(jī)構(gòu) 并考慮滑塊的導(dǎo)滑長(zhǎng)度和注射機(jī)的最大裝模厚度 經(jīng)過(guò)查詢 使用注塑模具成型機(jī)模具設(shè)計(jì)書(shū) 決定選用基本型 A1 如圖 5 2 18 圖 5 2 基本型 A1 即基本型為 A1 型 模板為 W L 為 315mm 400mm 模板 A 為 63mm B 為 32mm 5 9 校核計(jì)算 所設(shè)計(jì)的模具是否可正常使用 必須進(jìn)行必要的校核 最大注塑量的校核 以 計(jì)量 3 為了保證塑件質(zhì)量 注塑模一次成型的塑料質(zhì)量應(yīng)在工程注塑量 35 75 之間 塑料飯盒的體積為 94 0597 注塑機(jī)的最大注塑量為 160 m M 3 3 v V 94 0597 160 0 5878 在可用范圍之內(nèi) 符合要求 3 3 2 注塑力的校核 P注 成 式中 注 選用的注塑機(jī)的最大注射壓力 MPa P成 成型需要的注射壓力 MPa 其中 注 122 MPa 成 70 80 MPa P注 成 故滿足條件 3 鎖模力校核 A1759 6 2 2 2 第五章 成型零件的尺寸計(jì)算 19 因而滿足要求 4 模具厚度校核 式中 注塑機(jī)允許的最小模具厚度 所設(shè)計(jì)的模具厚度 注塑機(jī)允許的最大模具厚度 50mm 112 375mm 200mm 因而 成立 滿足要求 20 設(shè)計(jì)總結(jié) 畢業(yè)設(shè)計(jì)是大學(xué)生涯的最后階段 在設(shè)計(jì)之前 曾到陽(yáng)江銀鷹有限公司操 作實(shí)習(xí) 第一次真正在車間親手觸到模具 并親眼看到模具的注塑成形過(guò)程 增強(qiáng)了自己對(duì)模具的感性認(rèn)識(shí) 更好地把理論和實(shí)踐相結(jié)合 同時(shí)了解到注射 模具的巨大發(fā)展前途 更進(jìn)一步地激發(fā)了自己對(duì)注射模具的興趣 在設(shè)計(jì)心型冷飲餐盤成型模具期間 我翻閱了大量書(shū)籍 綜合運(yùn)用各方面 知識(shí) 以及參考模具模型 我把實(shí)踐和理論相結(jié)合 設(shè)計(jì)比較完善的一套成型 模具 在設(shè)計(jì)期間 我也遇到過(guò)不少難關(guān) 例如 在運(yùn)用 PRO E 軟件時(shí) 我不 懂得如何對(duì)其進(jìn)行分析 在和同學(xué)的探討中 我懂得了如何分析零件 在設(shè)計(jì) 水道時(shí) 我不懂的如何計(jì)算直徑 在老師耐心教導(dǎo)下 我成功計(jì)算出水道的直 徑了 這次設(shè)計(jì)豐富了自己在模具方面的知識(shí) 為自己將來(lái)從事該專業(yè)工作打 下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ) 讓我體會(huì)到搞設(shè)計(jì)或科研需要具備嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí) 一絲不茍和勇 于獻(xiàn)身的精神 本次畢業(yè)設(shè)計(jì) 是對(duì)自己的專業(yè)知識(shí)和設(shè)計(jì)能力地一次充分地檢驗(yàn) 通過(guò) 近注射模的畢業(yè)設(shè)計(jì) 使自己掌握了模具設(shè)計(jì)的一般過(guò)程 模具各部件的設(shè)計(jì) 及各部件間的配合 裝配原理及其在注射機(jī)上的固定和工作原理 通過(guò)畢業(yè)設(shè) 計(jì) 使自己進(jìn)一步牢固地掌握機(jī)械制圖 形位公差 金屬熱處理 機(jī)械設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)輔助制圖 CAM CAD 等專業(yè)知識(shí) 由于所學(xué)知識(shí)和時(shí)間有限 加上缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 在設(shè)計(jì)過(guò)程中難免出現(xiàn)錯(cuò) 誤 敬請(qǐng)張老師批評(píng)指正 致謝 21 致謝 經(jīng)過(guò)近兩個(gè)多月的忙碌和工作 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲 作為一個(gè)本 科生的畢業(yè)設(shè)計(jì) 由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的匱乏 難免有許多考慮不周全的地方 如果 沒(méi)有導(dǎo)師的督促指導(dǎo) 以及班級(jí)的同學(xué)們的支持 想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想 象的 在這里首先要感謝我的導(dǎo)師張立斌教授 張老師平日里工作繁多 但在 我做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段 從查閱資料到設(shè)計(jì)草案的確定和修改 中期檢查 后期詳細(xì)設(shè)計(jì) 裝配草圖等整個(gè)過(guò)程中都給予了我悉心的指導(dǎo) 我的設(shè)計(jì)較為 復(fù)雜煩瑣 但是張老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)誤 除了敬佩張老師的專業(yè) 水平外 他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣 并將積極影 響我今后的學(xué)習(xí)和工作 其次要感謝我的同學(xué)對(duì)我無(wú)私的幫助 特別是在軟件 的使用方面 正因?yàn)槿绱宋也拍茼樌耐瓿稍O(shè)計(jì) 我還要感謝那些曾給我授過(guò) 課的每一位老師 是你們教會(huì)我專業(yè)知識(shí) 在此 我再說(shuō)一次謝謝 謝謝大家 22 參考文獻(xiàn) 1 葉久新 王群 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2007 11 2 吳生緒 塑料成型模具設(shè)計(jì)手冊(cè) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 1 3 楊予勇 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) M 國(guó)防工業(yè)出版社 2009 4 周四新 Pro ENGINEER Wildfire 2 0 工業(yè)設(shè)計(jì) 電子工業(yè)出版社 2006 5 祁紅志 機(jī)械制造基礎(chǔ) M 電子工業(yè)出版社 2005 6 陸玉 機(jī)械設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 7 王孝培 塑料成型工藝及模具簡(jiǎn)明手冊(cè) M 機(jī)械工業(yè)出版 2000 8 馮炳堯 模具設(shè)計(jì)與制造簡(jiǎn)明手冊(cè) M 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 1985 9 陳萬(wàn)林 實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2000 10 黃 虹 塑料成型加工與模具 M 高等教育出版社 2003 11 李秦芯 塑料模具設(shè)計(jì) M 西北工業(yè)大學(xué)出版社 1998 12 張洪濤 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) M 北京理工大學(xué)出版社 2010 13 付偉 注塑模具設(shè)計(jì)原則 要點(diǎn)及實(shí)例解析 M 機(jī)械工業(yè)出版社 2010 14 俞芙芳 簡(jiǎn)明塑料模具實(shí)用手冊(cè) M 福建科學(xué)技術(shù)出版社 2006 15 洪慎章 實(shí)用注塑成型及模具設(shè)計(jì) M 機(jī)械工業(yè)出版社 2008 附錄 1 23 附錄 1 譯文 金屬熱處理 保羅博士 現(xiàn)代塑料 45 48 頁(yè) 1999 年 6 月 金屬熱處理包含在廣義的冶金學(xué)研究領(lǐng)域里 冶金學(xué)是綜合化學(xué) 物理和 從礦石提取到最后產(chǎn)品相關(guān)的金屬工程的一門學(xué)科 熱處理是對(duì)固態(tài)金屬進(jìn)行 加熱和冷卻處理來(lái)改變金屬物理性能的一種工藝 根據(jù)使用的場(chǎng)合的 提高鋼 的強(qiáng)度可以它的耐切削性和耐磨性 或者使鋼軟化以便于機(jī)械加工 正確的熱 處理可以去掉內(nèi)應(yīng)力 減小晶粒大小 韌性增加或者在較好的材料表面給形成 一個(gè)高強(qiáng)度的表面 分析鋼的成分是很有必要的 因?yàn)樾“俜直鹊哪撤N元素就 會(huì)對(duì)鋼的物理性能產(chǎn)生很大的影響 特別地 碳這種元素 合金鋼的性質(zhì)取決于含有的除碳以外的其它的一種或幾種元素 如 鎳 鉻 錳 鉬 鎢 硅 釩和銅 改善了性能的鋼可以有很多的商業(yè)用途 碳鋼 是不能比的 下面主要介紹普通商業(yè)用鋼像總所周知的普通碳素鋼的熱處理 在這個(gè)過(guò) 程中冷卻速率是關(guān)鍵因素 在臨界溫度以上時(shí)快速冷卻可得到堅(jiān)固的結(jié)構(gòu) 然 而 非常慢的冷卻會(huì)有相反的影響 一張簡(jiǎn)化的鐵 碳相圖 我們經(jīng)常用一張簡(jiǎn)單的相圖來(lái)研究鋼這種材料 對(duì)工程人員來(lái)說(shuō) 鐵 碳相 圖中的近鐵素體區(qū)和含碳量大于 2 的部分并不重要 所以這兩部分被刪掉 如 表 2 1 所示 它表述的是共析區(qū) 這張圖對(duì)研究鋼的性能和鋼的結(jié)晶過(guò)程是相 當(dāng)有用的 這張圖表明 一個(gè)重要的轉(zhuǎn)變是隨著溫度的降低 單相的奧氏體分解成兩 相的鐵素體和碳化物 控制這個(gè)反應(yīng) 可以是奧氏體和鐵素體的 C 溶解性有很 大的不同 這樣通過(guò)熱處理就可以得到一系列的機(jī)械性能 首先研究這個(gè)過(guò)程 在圖 2 1 中 在含碳 0 77 沿著線 x x 降低溫度 考 慮鋼的共析化合物 在高溫時(shí) 只有奧氏體 溶 0 77 的碳是溶解在溶體狀態(tài) 鐵中 當(dāng)溫度下降到 7270C 13410F 時(shí) 數(shù)個(gè)反應(yīng)同時(shí)發(fā)生 鐵需要從面心立 方奧氏體轉(zhuǎn)變成體心立方鐵素 體結(jié)構(gòu) 但是鐵素體只能容納固溶體狀態(tài) 0 02 的碳 析出的碳形成碳較富裕 的滲碳體 也就是形成合成物 Fe3C 基本上 這個(gè)共析轉(zhuǎn)變是 奧氏體 鐵素體 滲碳體 0 77 C 0 02 C 6 67 C 24 在固體狀態(tài)里 碳的成分發(fā)生化學(xué)分離 形成了有好的機(jī)械性能混合物 鐵素體和滲碳體 這種結(jié)構(gòu)由兩種截然不同的狀態(tài)組成 但它本身有一系列特 性 且因與低倍放大時(shí)的珠母層有類同之處而被稱為珠光體 亞共析鋼比共析鋼含碳量要少的多 亞共析鋼含碳量少于 0 77 現(xiàn)在考 慮沿 y y 降溫材料特征的轉(zhuǎn)化 在高溫時(shí) 成分是奧氏體 但在冷卻線上進(jìn)入 一個(gè)有鐵素體和滲碳體組成的穩(wěn)定的區(qū)域 由截線和杠桿定理分析可知 低碳 鐵素體成核并不斷長(zhǎng)大 余下含碳量高的奧氏體 溫度在 7270C 13410F 時(shí) 奧氏體發(fā)生共析轉(zhuǎn)變 繼續(xù)降溫 奧氏體轉(zhuǎn)化成珠光體 最終的產(chǎn)物是鐵素體 和珠光體的混合物 過(guò)共析鋼含碳量比共析鋼多 沿 z z 線冷卻 和亞共析過(guò)程差不多 只是 其中一相現(xiàn)在是滲碳體而不是鐵素體 達(dá)到共析溫度 7270C 的時(shí)候 隨著富碳 相的形成 奧氏體含碳量減少 同樣的余下的奧氏體在通過(guò)這個(gè)溫度是都要轉(zhuǎn) 化成珠光體 相圖中表示的轉(zhuǎn)化需要平衡條件 就是近似看作需要緩慢冷卻 隨著慢慢 加熱 過(guò)程是相反的 然而 合金冷卻迅速 將得到完全不同的產(chǎn)物 因?yàn)闆](méi) 有足夠的時(shí)間完成正常的相轉(zhuǎn)化 在這種情況下 相圖就不再適用于這個(gè)工程 分析了 淬火是把鋼溫度升到臨界溫度或以上并迅速冷卻這樣一個(gè)過(guò)程 如果知道了 碳含量 就可以用鐵 鐵碳化合物相圖來(lái)選擇正確的淬火溫度 然而 如果不知 道鋼的成分 可以用逐步實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)確定溫度范圍 好的處理工藝是通過(guò)對(duì) 大量試件在各種溫度下進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 然后對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析得到的 分析的方式可 以是強(qiáng)度測(cè)試也可以用精密的測(cè)試 用合適的溫度對(duì)鋼進(jìn)行熱處理后 鋼的強(qiáng) 度和其它的機(jī)械性能都有很大的改善 熱處理效率在熱處理中是非產(chǎn)重要的 熱以一定的速率從外部傳到內(nèi)部 如果鋼將加熱的太快 零件的外面比里面溫度高 將得不到一致的晶體結(jié)構(gòu) 如果零件的形狀是不規(guī)則的 考慮到零件的扭曲變形 就要用慢速加熱的方式 質(zhì)量越大的部分 越需要多的時(shí)間來(lái)加熱 從而得到成分均勻的產(chǎn)物 當(dāng)溫度 達(dá)到恰當(dāng)?shù)臏囟群?要保持足夠的一段時(shí)間 使零件最厚的部的溫度是一致的 淬火的速率 含碳量和零件的尺寸決定了淬火獲得的硬度 對(duì)合金鋼來(lái)說(shuō) 金屬元素的量和種類決定淬硬的深度 淬透性 除了未變硬和部分淬硬的鋼 不影響硬度 低碳鋼的淬硬性好 在含碳量低于 0 6 時(shí) 隨著含碳量的升高 淬硬性也 在升高 含碳量高于這個(gè)點(diǎn) 淬硬性增加不顯著 因?yàn)楣参鰷囟纫陨系匿撛谠?附錄 1 25 退火時(shí)是由珠光體和滲碳體組成 珠光體的熱處理性比較好 包括珠光體在內(nèi) 的多數(shù)鋼都可以轉(zhuǎn)化成硬鋼 隨著零件尺寸的增大 即使所有的條件都一樣 表面硬度要降低 鋼的熱 傳遞速率是有限的 無(wú)論冷卻液溫度有多低 大零件內(nèi)部的冷卻速度比可能快 于臨界冷卻速度 內(nèi)部硬度有一定的限制 然而 鹽水或水冷卻液可以迅速把 淬火零件表面的溫度降低到冷卻液的溫度 保持或逼近它 在這種環(huán)境下 不 管零件尺寸大小淬硬的深度是有限制的 在用油淬火時(shí) 就是在臨界淬火期間 表面溫度可能較高這種情況就不正確了 回火 快速淬火得到的鋼是脆的 大部分情況不適合直接使用 通過(guò)回火 可以降低硬度和脆性來(lái)達(dá)到使用要求 隨著這些性能的降低 強(qiáng)度降低 鋼的 延展性和柔韌性增加 回火就是把淬硬的鋼加熱到零界溫度以下 然后以任一速 率冷卻 盡管回火可以使鐵變軟 但它與退火不同 退火是使鋼盡量靠近控制 物理性能 并且多數(shù)情況下沒(méi)有把鋼變軟到退火本應(yīng)達(dá)到的程度 淬 硬的鋼完全回火后得到的組織叫回火馬氏體 回火可以消除馬氏體的不穩(wěn)定 3000F 4000F 1500C 2050C 低溫回火 不降 低鋼的硬度又可以釋放內(nèi)應(yīng)力 隨著回火溫度的升高 馬氏體加速分解 在大 約 6000F 3150C 淬火鋼組織快速向回火馬氏體轉(zhuǎn)化 回火過(guò)程就是快速結(jié)合 或滲碳體化合 滲碳體在 6000F 3150C 迅速形成 它的硬度有所降低 溫度 升高時(shí) 隨著碳化合物持續(xù)形成 硬度在降低 回火時(shí) 還要考慮溫度以外的其它事情 盡管在到達(dá)回火溫度的前幾分鐘 完成軟化 但是如果溫度的延續(xù)時(shí)間太長(zhǎng) 硬度會(huì)降低的更多 通常的做法是 把鋼的溫度升高到期望值 并保持一段合適的時(shí)間 均勻的加熱 用局部淬火方法的兩種特別的工藝是回火的一種形式 在這兩個(gè)過(guò)程中 用鹽水淬火的鋼在冷卻之前要先保持一段時(shí)間的低溫 這些工藝 眾所周知等溫 回火可以得到想要的物理性能 退火 退火的主要目的就是使鋼變軟 以至于可以用來(lái)機(jī)械加工或冷加工 把溫度緩慢加熱到臨界溫度以上一點(diǎn) 保持一定的時(shí)間以確保整個(gè)零件的溫度 是一致的 然后慢慢冷卻 以保證零件內(nèi)外的溫度幾乎保持一致 這個(gè)過(guò)程叫 完全退火過(guò)程 它 轉(zhuǎn)化了以前形成的組織 又重新形成了晶體組織 并且使鋼變軟了 退火也可 釋放金屬內(nèi)部的內(nèi)應(yīng)力 退火溫度由給定碳鋼的成分決定 碳鋼在鐵碳平衡圖上很容易得到 在確 定加熱速率時(shí)要要考慮零件尺寸和形狀 這樣來(lái)確保整個(gè)零件溫度盡可能同步 上升 達(dá)到退火溫度后 要把溫度保持到整個(gè)零件都被加熱 零件最厚部分每 26 英寸 45mm 處常有這樣的情況 為了得到最軟和柔韌性最好的鋼 冷卻速率應(yīng) 該非常慢 讓零件隨爐子一起冷卻 零件含碳量越高 冷卻速度必須越低 正火和球化處理 正火處理過(guò)程就是把鋼加熱到 500F 1000F 100C 400C 在上臨界溫度以上 然后空冷到室溫 正火主要用于低碳鋼和中碳鋼 來(lái)細(xì)化 并均勻晶粒 釋放內(nèi)應(yīng)力或得到理想的機(jī)械性能 多數(shù)商業(yè)用鋼在滾壓或鑄造 后都要正火處理 球化處理產(chǎn)生一種組織 滲碳體在該組織中以球狀存在 如果鋼緩慢加熱 到零界溫度以下 保持一段時(shí)間 就能得到這種組織 球狀組織能改善鋼的機(jī) 械加工性能 球化處理用來(lái)處理需要加工的過(guò)共析鋼是非常有用的 附錄 2 27 附錄 2 原文 HEAT TREATMENT OF METALS Dr Paul Engelmann MODERN PLASTICS 45 June 1999 48 June 1999 The understanding of heat treatment is embraced by the broader study of metallurgy Metallurgy is the physics chemistry and engineering related to metals from ore extraction to the final product Heat treatment is the operation of heating and cooling a metal in its solid state to change its physical properties According to the procedure used steel can be hardened to resist cutting action and abrasion or it can be softened to permit machining With the proper heat treatment internal stresses may be removed grain size reduced toughness increased or a hard surface produced on a ductile interior The analysis of the steel must be known because small percentages of certain elements notably carbon greatly affect the physical properties Alloy steels owe their properties to the presence of one or more elements other than carbon namely nickel chromium manganese molybdenum tungsten silicon vanadium and copper Because of their improved physical properties they are used commercially in many ways not possible with carbon steels The following discussion applies principally to the heat treatment of ordinary commercial steel known as plain carbon steels With this process the rate of cooling is the controlling factor rapid cooling from above the critical range results in hard structure whereas very slow cooling produces the opposite effect A Simplified Iron carbon Diagram If we focus only on the materials normally known as steels a simplified diagram is often used Those portions of the iron carbon diagram near the delta region and those above 2 carbon content are of little importance to the engineer and are deleted A simplified diagram such as the one in Fig 2 1 focuses on the eutectoid region and is quite useful in understanding the properties and processing of steel The key transition described in this diagram is the decomposition of single phase austenite to the two phase ferrite plus carbide structure as temperature drops Control of this reaction which arises due to the drastically different carbon solubilities of austenite and ferrite enables a wide range of properties to be achieved through heat treatment 28 To begin to understand these processes consider a steel of the eutectoid composition 0 77 carbon being slow cooled along line x x in Fig 2 1 At the upper temperatures only austenite is present the 0 77 carbon being dissolved in solid solution with the iron When the steel cools to 727 C 1341 F several changes occur simultaneously The iron wants to change from the fcc austenite structure to the bcc ferrite structure but ferrite can only contain 0 02 carbon in solid solution The rejected carbon forms the carbon rich cementite intermetallic with composition Fe3C In essence the net reaction at the eutectoid is Austenite ferrite cementite 0 77 C 0 02 C 6 67 C Since this chemical separation of the carbon component occurs entirely in the solid state the resulting structure is a fine mechanical mixture of ferrite and cementite Specimens prepared by polishing and etching in a weak solution of nitric acid and alcohol reveal the lamellar structure of alternating plates that forms on slow cooling This structure is composed of two distinct phases but has its own set of characteristic properties and goes by the name pearlite because of its resemblance to mother of pearl at low magnification Steels having less than the eutectoid amount of carbon less than 0 77 are known as hypoeutectoid steels Consider now the transformation of such a material represented by cooling along line y y in Fig 2 1 At high temperatures the material is entirely austenite but upon cooling enters a region where the stable phases are ferrite and austenite Tie line and lever law calculations show that low carbon ferrite nucleates and grows leaving the remaining austenite richer in carbon At 727 C 1341 F the austenite is of eutectoid composition 0 77 c