活動圈注塑成型工藝及模具設計,活動,流動,注塑,成型,工藝,模具設計
附件1：外文資料翻譯譯文
基于知識與事例的注塑模具分型面設計技術
摘要:在全面地分析了分型面自動生成技術的基礎上，分型面設計提出了基于知識與事例推理的分型面設計方法，并給出了基于事例推理的分型面設計過程。一個事例庫包含有分型面信息并構建了主型狀特征，分型面自動設計結合了正向推理方法和相似求解方法。標準知識庫也是建立了包括知識，規(guī)則和經驗的分型面設計。實例驗證了該方法的有效性，提高了模具設計的質量和效率
關鍵詞：注射模 分型面設計 基于事例推理 相似求解
0 引言
作為注射模設計的重要階段之一，分型面的選擇會直接影響注射模的結構設計，模具制作成本，分型面的加工，以及最后加工塑件的質量。因此合理的選擇分型面是注射模設計成功和了解注射模分模設計基礎的先決條件。在最近的幾年，分型面和注射模具自動加工是計算機輔助設計的熱點和難點。在全球有許多研究人員做了大量的課題研究工作。但是那些先前的工作只是研究幾何型狀和分型面位置的關系,圍繞著在構建數字模型的基礎上實質分析塑料件的形狀。由于多樣性和塑件結構的復雜性，在實際應用中那些方法有一些缺點。
隨著大量的有經驗和有理論的模具設計，分型面設計方法中提出了基于模具知識和事例推理并呈現出計算機輔助設計過程與模具設計相結合的模具自動成型方法。
知識與事例推理就是指應用相似判斷和推理處理一個新的設計并構建知識庫和事例庫以及基于各自知識與原則。分型面設計是成功設計的基礎也是模具成功設計的經驗，而新的設計不只是適合模具分型面設計原則也同樣包括了以前設計的成功經驗。因此這個方法更方便、便快，相比與推理來解決分型面設計以及構建數字模型更有效。對于許多種類分型面設計經驗來說簡要設計和經驗會更容易通過事例表示。因此知識和事例推理分型面的設計方法是非常適合工程師的流行想法和習慣。
1 基于知識與事例的分型面設計構架
知識與事例的分型面設計的一般方式是找一個合理的表面設計和幾何學特征。模具主形狀特征就是庫的索引，隨后在事例庫中尋找事例相似的主形狀特征，分型面就能通過相似判斷和推論策略來產生。同時，相關的知識和分型面設計原則與設計者經驗就能總結到知識庫中。被設計者作為分型面設計的輔助信息查詢和參考。事例構成的推理設計方法是對分型面設計者理性選擇的指導。
知識與事例的模具分型面設計主要由以下各項：①構建知識庫，針對注射模設計，一個分型面設計規(guī)則知識庫貫穿、整合了分型面設計以及設計者經驗的相關知識與設計規(guī)則。②構建分型面位置事例庫。一個分型面位置事例庫是由事例描述和事例庫基于各種模型和先前的成功設計事例組成。描述分型面位置的關鍵是事例模具和主要模型特征組織并通過不同的模型來決定分型面位置。因為分型面的位置主要取決于主形狀特征，所以事例庫機構應該適合于在設過程中的查詢。③判定模具主形狀特征。最初部分的形特征應該是在分型面位置決定前識別。因此，主特征索引需要找到針對的模具構造類型。因此模型部分和模具分型面之間的無縫連結就能被了解。④系統(tǒng)推論和搜索模型。從分型面位置事例中搜索和匹配相似形狀特征是分型面位置事例搜索過程的主要過程。因此構建形狀特征索引模型的核心是準確認識事例推論和快速查詢。⑤自動生成分型面。在履行的設計進程和調整后，選擇相似的形狀特征模型來決定分型面位置，需要的模具分型面就能自動生成了。⑥存儲的事例。豐富的分型面位置事例庫是提高分型面設計和推理效果的重要基礎。系統(tǒng)提供系統(tǒng)存儲器和選擇基于分類事例特征的每一個設計任務的最終結果。
知識與事例的注塑模具分型面設計流程圖如圖1所示
圖1 基于知識與事例的分型面設計流程
2 建立知識庫和事例庫
知識庫是重要的資源它能幫助設計者選擇分型面位置。知識庫的構成和描述應該適合實際模具設過程并易于設計者查詢和參考。因此，通常人們用的分型面設計和設計經驗的知識和原則被總結并整合。分型面設計被確定和被簡單識別。所有的規(guī)則在庫中被數字和文字描述和表達，同時給出了“推薦”和“不推薦”的數字組成的設計方法，使設計者能基于實際設計事例作出合理的選擇。
圖2所示了系統(tǒng)通過設計規(guī)則選擇分型面的位置。分型面設計主要取決于模型主形狀特征和確認導入事例搜索的形狀特征。這種關系結構的事例庫會按照形狀特征和特征樹來確定構建的模型，并被分類儲存。通過不同性質部分的形狀特征來進行分類，部分模型的共有因素就當作父節(jié)點，子節(jié)點能繼承父節(jié)點的所有屬性，并比父節(jié)點多一個特征。至于單個事例的關系會通過一層一層被傳遞。特征屬性的數目就會不斷增加，特征屬性就會越來越具體和接近實例，它們之間的關系也越來越來復雜。這種分類方法能有助于通過形狀特征尋找事例庫索引和解決復雜模型問題。
圖2 知識庫分型面設計實例
3 事例描述和查詢
3.1 事例描述
事例庫描述是知識庫運行的基礎，它要能描述一個存在的成功設計事例并作為數據信息才能被計算機識別和處理。內容和描述的方法會對處理相似問題的質量和效率產生影響。
事例描述可以用部分模型事例表示=分類數據+分型面位置。索引信息的形狀特征的一部分，即部分形狀特征是索引能查詢到的相似事例的主形狀特征。分型面位置也是來自這個事例，因此在分型面位置庫中有一些典型形狀的部分和對應分型面位置的部分。公式描述是
事例F,S=事例(F1,F2,?Fn,S1,S2,?Sn)
當F=(F1,F2,?Fn),Fj是子形狀特征節(jié)點的注射模事例，i=1,2?,n,n是事例庫的編號，S=(S1,S2,?Sn),Sj是解決方案，也就是分型面位置，j=1,2?,m,其中m是可用的分型面位置事例模型。
分類事例庫如圖3所示，成型加工的形狀描述在事例中按照數字排列，而下一層包含比上一層多一個的形狀特征。它繼承和發(fā)展了基于上一層的事例模型信息。圖4給出了復雜事例的解決方案，這方案是通過調用部分模型的樣板程序，如此來查找形狀特征事例的索引。
圖3 分型面位置事例庫組織構造
圖4 復雜事例的組織構造
3.2 基于乘法規(guī)則的分類查找
事例查找是推論機制的重要組成，查找的實質是尋找相匹配的程序，因此構建推論機制程序也是構建查找策略和相似匹配程序。策略對推論效果和結論都有好的作用。查詢的目的是找到塑件模具相似主形狀特征的分型面位置事例。因此這種方法的目的是在基于乘法規(guī)則的組織下構造事例。分類查找意味著通過查詢程序在事例庫中從頭至尾的尋找，但是那個分支可以找下去需要根據乘法規(guī)則來判斷了。
圖5展示了一個孔特征模型的分階段類型，它可以看作是減法布爾類型通過兩層軸特征和一個內圓的輔助特征相減而成。推論查詢過程是：第一，先行判斷，如果特征1是軸類型，然后軸特征就獲得為事例1；接著進行二次判斷，如果特征2還是軸特征類型則完成布爾判斷并減去事例2，中心線位置與先前的位置相同，這樣關于孔特征的軸類型事例就獲得了。
圖5 建立在產品標準上的初步推理
應用這個推論方法能獲得高效率，因為沿著一條分支查詢不需要訪問所有的數據。如果推論規(guī)則和事例都是成熟的，那么某些模型的相似形狀特征是能在基于乘法規(guī)則下很快的通過分類查找的方法找到的。此外，在基于事例的分型面自動設計過程中，事例不需要完全與模型相同。只需要主形狀特征相似并且分型面位置相對于這兩個模型的主形狀特征相似就可以。在這也提出了相似模型分型面的自動設計。
4 相似模型分型面解決方案
一個事例的分型面相對于主特征有特別的位置關系，而這些關系總是表現在一個特定的表面上，一個特定的斷面或經過某一個點以及某個特征等。這些位置關系就是2D矢量，也就是
P=X(p,n)
其中 P-特殊位置關系
X-矢量
p-分型面特征點
n-分型面法向矢量
換句話說，分型面特征由一個法向矢量n和一個特殊的點p構成。對于每個分型南事例模型，矢量X是不變化的。至于面與相似的事例模型有關，如果分型面在最上面，那么點P是分型面的中心點，n是法向矢量。
首先，找到相對于事例模型的關系點P的位置，然后替換角色模型的位置關系并確定分型面的位置，解決過程可以用以下式子表示
其中 Sp-表面
Cm-事例模型
Pm-角色模型
fi,fj-Sp,Cm的定位特征
左邊的項目是分型面相對于事例模型的特別位置，并且對目標模型有某種聯系。依據目標模型形成分型面結構的復雜性，分型面的設計包括以下幾個方面
（1） 分型面是平面。對于這部分的主要特征是平面，有一個可以直接找到的p點和矢量n。用矢量式表示為X(p,n)，目標模型的分型面位置就可以確定了。如圖6所示。依據事例庫選擇上表面作為分型面。因此點p就是目標模型立方體上表面的中心點，當n為該表面的法向矢量且這兩個值能在特征庫中被找到，因此分型面位
置能輕松解決了。
圖6 平面分型面
（2） 梯狀分型面。梯狀分型面特征普遍用在部分模具上，如圖7所示最先要做的是找到矢量X1,X2,...,X5的每一個梯面，然后梯分型面就通過那些矢量約束的綜
圖7 梯形分型面
合作用得到。
曲面分型面。當分型面是曲面時解決程序是很復雜的，如圖8所示的部分就是一個例子，它的主要特征參數，比如說半圓弧、中心線和它的分布位置，應該依照曲面來尋找。然后解決模型的構成，再輸入特征參數到要解決的模型替換后，分面線就會產生，分型面也會獲得。如果分型面是自由形態(tài)的表面，那么
圖8 曲形分型面
目標模型會更加復雜。
（3） 復雜結構的模具部分。更多復雜結構的模具只是一種相似事例但不存在分型面位置事例庫中，事例模具由推論程序產生也存在著重大的不同。這種事例模具只能解決一部分復雜結構，但是分模線的位置可能是相似的。
以9所示的圖為例子來說，它包含了幾部分的結構因素，在這沒有相似的事例庫，但是它的分型面還是可以通過運用圖6的流程，而且它的上表面可能作為分型面因為它們的分型面位置是相似的。如果像這樣類似的方法解決不了了，那么通過人機交互來決定分型面的結果是否要儲存，如此分型面位置事例庫的事例就會不斷增加。
圖9 復雜部分分型面
5 設計舉例
我們的運算法則已經發(fā)展成為一個非常好用的工具包并可為Visual C++ AutoCAD 2000 ObjectARX服務。圖示7是一個測試模型，其結果是分型面的輪廓。它是一種典型的梯分型面。在分型面選擇的過程中，知識庫，事例庫，正向推理策略被運用。相似求解方法和布爾數學方法在子分型面中應用在最后的分型面上。圖10是2D局部模型分型面的例證。
圖10 檢驗模具分型面選擇
6 結論
基于知識與事例的注塑模具分型面設計的前提是有相似于最先部分索引的形狀特征，并由其決定模具分型面位置的相似解決方法。這種方法在基于豐富知識與事例上會有較高的設計效率和可靠性，它也有以下幾項特性
（1） 分型面位置分類事例庫構建在大量特征事例的基礎上，它使查詢變得更加方便。
（2） 形狀特征索引，分類查詢是基于乘法規(guī)則的查詢方法。它能高效率和快速推斷出事例模具的那些主形狀特征與模件相似。
（3） 在事例模具與目標模具間用相似的形狀特征。類似模具的分型面解決方案就會找到，它能快速準確的決定分型面的位置。結果，模具的設計質量和效率得到提高。
附件2：外文原文（復印件）
（2010 屆）
本科畢業(yè)設計（論文）資料
題 目 名 稱：
活動圈注塑模具成型工藝及模具設計
學 院（部）：
專 業(yè)：
學 生 姓 名：
班 級：
學號
指導教師姓名：
職稱
職稱
最終評定成績：
湖南工業(yè)大學教務處
2010 屆
本科畢業(yè)設計（論文）資料
第一部分 本科畢業(yè)設計（論文）
（2010 屆）
本科畢業(yè)設計（論文）
題 目 名 稱：活動圈注塑模具成型工藝及模具設計
學 院（部）：
專 業(yè)：
學 生 姓 名：
班 級：
學號
指導教師姓名：
職稱
職稱
最終評定成績
(注：1.畢業(yè)設計論文正文不少于10000字 2.圖紙量要求：做工藝、設計類課題不少于3張A0，實驗、控制類可參考 ) 2014 年 05 月
湖南工業(yè)大學
本科畢業(yè)論文（設計）
誠信聲明
本人鄭重聲明：所呈交的畢業(yè)論文（設計），題目《活動圈注塑模具成型工藝及模具設計》是本人在指導教師的指導下，進行研究工作所取得的成果。對本文的研究作出重要貢獻的個人和集體，均已在文章以明確方式注明。除此之外，本論文（設計）不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫過的作品成果。本人完全意識到本聲明應承擔的責任。
作者簽名：
日期： 年 月 日
摘 要
隨著各種性能優(yōu)越的工程塑料的不斷開發(fā)，工業(yè)、民業(yè)的各種塑料制品需要的不斷增長，注塑工藝越來越多地用于制造領域成形各種性能要求的制品。而注塑模具的設計質量、注塑機應用等直接影響成形制品的生產效率、質量及成本。一副好的注射模具可成型上百萬次，由于其壽命的延長，從另一方面降低了塑件的成型成本，并且好的模具由于更換，檢修少，從而提高了其生產效率。為了滿足日益發(fā)展的工業(yè)的要求和民需生活品的需要，我們應不斷的研究開發(fā)，設計出能提高注射模性能的注射模，以滿足各行各業(yè)的需要。
在本設計中，通過運用CAD對活動圈進行一模二穴的設計開發(fā)，其中包括凸、凹模的設計、推出機構的設計、注射機的選擇與校核、澆注系統(tǒng)的設計、冷卻系統(tǒng)的設計、模架的選擇等各項工作。在本設計中，設計的重點在成型零部件即凸、凹模的設計和澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)的設計。其中澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設計是一副模具的設計靈魂，澆注系統(tǒng)的設計直接影響著塑件的成型質量和生產效率[1]。因此，對澆注系統(tǒng)的設計是注射模具設計的重點工作。而與此同時，模具的溫度對塑件的質量和生產效率也著直接的影響，模具溫度的控制直接影響著模具的凝固時間和收縮內應力，從而影響模具的成型周期長短和塑件質量好壞，及其表面粗糙度等。在本設計中著重設計了凸、凹模尺寸、澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的尺寸及其系統(tǒng)結構。通過本次設計，我們首先學習了解了我國塑料模具的現狀和發(fā)展狀況、注射模的基本結構和注射模成型工藝過程以及模具設計的基本原理。
關鍵詞：活動圈；注射模；設計；POM
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湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）
ABSTRACT
With the superior performance of the continuous development of engineering plastics, industry, public sector, the needs of a variety of plastic products is growing, injection technology increasingly used in the manufacture of various performance requirements of forming the products. The quality of injection mold design, injection molding machine aPOMlications products, forming a direct impact on productivity, quality and cost. Mold can be a good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand reduces the cost of plastic parts molding and die as a result of a good replacement, less maintenance, thereby increasing their production efficiency. In order to meet the growing industry demands and the people need to live goods, we should continue research and development designed to enhance the performance of injection mold injection mold in order to meet the needs of all walks of life.
In this design, through the use of CAD base on the remote control to carry out a second cave-mode design and development, including convex and concave mold design, the introduction of body design, the choice of injection machine and check, gating system design, cooling system design, selection of moldbase work. In this design, is designed to focus on parts and components in the molding that is convex and concave mold design and casting systems, cooling system design. One of gating system and cooling system design is the soul of a mold design, gating system design of a direct impact on the molding plastic parts quality and production efficiency. Therefore, the gating system design is the focus of injection mold design work. During the design focused on the design of the convex and concave mold size, gating system and cooling system size and its system architecture. Through this design, we first learn to understand the plastic mold of our current situation and development situation, the basic structure of injection mold and injection-casting process, as well as the basic principles of mold design.
Keywords: remote base, injection mold, design, POM
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目 錄
摘 要 I
ABSTRACT 2
目 錄 III
第1章 緒 論 1
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 1
1.2塑料模具工業(yè)的現狀和技術的主要發(fā)展方向 1
第2章 活動圈塑料模工藝設計 3
2.1活動圈塑件的工藝分析 3
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數 3
2.1.2活動圈塑料的選材 4
2.1.3 POM材料成型特性 4
2.2注射成型基本過程 5
2.3活動圈的設計件 7
第3章 注射機的選擇和校核 8
3.1注射機規(guī)格的選擇 8
3.2注射機的校核 8
3.2.1注射機注射容量的校核 8
3.2.2注射機注射壓力的校核 9
3.2.3注射機鎖模力的校核 9
3.2.4注射機模具厚度校核注射機模具厚度校核 9
3.2.5注射機最大開模行程校核 10
3.3確定型腔數目和分模面的選擇 10
3.3.1確定型腔數目 10
3.3.2分模面的選擇 10
第4章 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設計 12
4.1澆注系統(tǒng)設計 12
4.1.1主流道的設計 12
4.1.2分流道的設計 12
4.1.3澆口設計 13
4.1.4冷料穴和拉料桿設計 13
4.1.5澆注系統(tǒng)的平衡 14
4.2排氣系統(tǒng)的設計 14
4.3冷卻系統(tǒng)設計 14
4.3.1設計冷卻系統(tǒng)的必要性 14
4.3.2冷卻系統(tǒng)尺寸計算 15
第5章 其他零部件結構設計 17
5.1脫模機構設計 17
5.1.1脫模機構的分類 17
5.1.2脫模機構設計原則 17
5.2導向機構設計 17
5.2.1導向機構設計原則 17
5.2.2導柱的外形尺寸計算 18
5.2.3導向孔的設計 18
5.2.4導柱的數量和布置 18
5.3定位圈 19
5.3.1定位圈的定義 19
5.3.2導柱的數量和布置 19
5.4主流道襯套 19
5.5其他結構零件設計 19
第6章 繪制模具圖 21
6.1 PRO/E創(chuàng)建模具 21
6.2 繪制總裝配結構圖和部分零件圖 21
結 論 23
參考文獻 24
致 謝 25
湖南工業(yè)大學本科畢業(yè)設計（論文）
第1章 緒 論
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)
從20世紀80年代初開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。在隨后隨著模具技術的不斷發(fā)展，模具工業(yè)也被廣泛的被投用于汽車、電子、電器、航空、儀表、輕工、塑料以及日用品等工業(yè)部門中。在發(fā)達國家人們認為，沒有模具，就沒有高質量的產品。并且模具享有“發(fā)展工業(yè)的一把鑰匙”；“一個企業(yè)的心臟”；“富裕社會的一種動力”等之美譽。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15%的增長速度快速發(fā)展。模具企業(yè)也如雨后春筍，迅速萌生，蓬勃發(fā)展。
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴大，我國的模具技術水平也有較大的提高已能制造體現現代模具設計制造水平的大型、負責、精密的模具，部分模具達到了國際先進水平。雖然我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已經到達了國際先進水平，但是無論是數量上還是在質量上仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的大型、精密、復雜模具。為了縮小與發(fā)達國家的模具行業(yè)的差距，我國的模具正積極的向著開發(fā)大型、精密、復雜模具；加強模具標準件的應用；推廣CAD/CAM/CAE技術等幾方面進行大力發(fā)展。
1.2塑料模具工業(yè)的現狀和技術的主要發(fā)展方向
（1）現狀
近年來國外塑料模的發(fā)展速度也迅速增長，在諸多國家中（日本、德國、瑞士等）其塑料模工業(yè)的發(fā)展都高于了沖壓模，塑料模生產的經濟經額占據了整個模具產業(yè)的1/2。國外大量生產的塑料模主要采用多腔模、多層模和多層多腔、多工位多腔等類型模具，多層模已發(fā)展到64×64腔，還研制了多層模專用的注射成形機，各試飲料塑料瓶、杯子幾鞋模多采用多工位多腔模，飲料瓶模多達32腔。日本和歐美一些國家用鋁材制作注塑模，由于鋁導熱性比鋼好，是鋼的三倍，注射周期可縮短25~30%，并且模具重量也大為減輕。
塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的,在我國,起步較晚,但發(fā)展很快,特別是最近幾年，無論在質量、技術和制造能力上都有很大發(fā)展,取得了很大成績。我國在塑料模的發(fā)展中用30年的時間就走過了國外90年的發(fā)展歷程，現已具備相當規(guī)模。在1987年我過塑料產量已達297萬噸，位居世界第5位。如今我國塑料產業(yè)已形成了相當規(guī)模的完整體系，塑料模的設計技術、制造技術、CAD技術、CAPOM技術已有相應的設計和開發(fā)應用。塑料的生產，成型加工，塑料機械設備。模具工業(yè)以及科研等，都已發(fā)展都了一定規(guī)模。
（2）發(fā)展趨勢
隨著人類社會的不斷進步和高新技術的不斷發(fā)展，人們對產品的要求越來越高，這就促使了我們必須大力研發(fā)模具設計技術。世界各國對塑料模設計技術也給予了高度的重視和關注并投入重金進行研究和開發(fā)。在國際上塑料模具未來的發(fā)展主要向著以下幾方面進行：
①在模具設計制造中全面推廣CAD/CAM/CAE技術
CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑，實踐證明，CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向。
②注射模CAD的實用化
塑料模Mold——Flow或C——Flow軟件和塑料模Mold——Cool或C——Cool軟件已經商品化，注射模CAD正向實用化方向邁進。我國政府對注射模CAD實用化進程也十分重視。專門組織了“八五”國家重點技術攻關項目“注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。目前，美國PSP公司的IMES專家系統(tǒng)，能幫助模具設計人員用專家的知識解決注射模的問題。
③塑料模專用材料研究和開發(fā)
目前，塑料模鋼擁有的類型有：基本型、預硬化型、時效硬化型、熱處理硬化型、馬氏體時效鋼和粉末冶金模具鋼等鋼種。在“八五”期間，國家也組織了諸多鋼鐵廠單位大力研究和開發(fā)塑料模專用系列鋼，這將進一步擴大和完善塑料模鋼材。
④塑料模加工程控化
機械技術與電子技術的密切結合，日益更多地采用數控數顯、計算機程序控制的加工方法，實現高層次、多工位加工，使塑料模在質量上、效率上產生一個新的飛躍。激光成型技術也在塑料模腔加工中取得了巨大成功。
⑤模具研磨拋光自動化、智能化
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質量對模具使用壽命、制件外觀質量等方面均有較大的影響,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低（約占整個模具周期的1/3),且工人勞動強度大,質量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數控研磨機,可實現三維曲面模具的自動化研磨拋光。
第2章 活動圈塑料模工藝設計
2.1活動圈塑件的工藝分析
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數
塑料是指常溫下呈高彈態(tài)的高分子聚合物。它是以樹脂（高分子聚合物）為主要成分，加入各種能改善其加工性能和使用性能的添加劑，在一定溫度、壓力和溶劑等作用下，利用模具可成型為一定幾何形狀和尺寸的塑料制件，并在常溫、常壓下能保持此種形態(tài)的一類材料，它品種繁多，且不同的塑料具有不同的性能。塑料普遍具有質量輕、密度小、比強度高、優(yōu)良的電、熱、聲絕緣性能、較強的耐腐蝕性能和較強的光學性能、耐磨性能等優(yōu)良的性能。塑料成型的成型工藝特性表現在許多方面，有的只與操作有關，有些特性直接影響成型方法和工藝參數的選擇。對于熱塑性塑料來說，其成型工藝參數特性主要包括收縮性、流動性、相容性、吸濕性及其熱敏感性以及熱力學特性、結晶性及取向性等等[1]
2.1.2活動圈塑料的選材
塑料材料是根據材料的用途來選擇的，而作為活動圈，他不需要承載大負荷，且工作溫度不高，因此對耐熱性的要求也不高。根據其要求和所用條件范圍看來，一般的結構材料的塑料就可以滿足其要求，所以可在此類材料中選擇活動圈材料。而作為一般結構材料的塑料，主要有高，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯、有機玻璃、高抗沖聚苯乙烯、環(huán)氧樹脂玻璃鋼和丙烯晴-丙烯酸酯共聚物等。但基于本設計中的塑件是通過注射模成型，并根據材料在注射模成型時的優(yōu)良初步選擇了，低密度聚乙烯、聚丙烯、POM、聚碳酸酯等四種材料作為制造活動圈的原材料。
2.1.3 POM材料成型特性
①無定形塑料,流動性中等,吸濕性小,一般不需要很大程度上的干燥,也可得到表面質量較好的塑件。
②高料溫,高模溫,材料分解溫度為>270度，對精度要求較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤度高，耐熱塑件,模溫宜取60-80度。
③如出現水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變澆口位置等方法。
2.2注射成型基本過程
圖2.1. 注射成型基本過程
生產前的準備工作一般是，為了使注射成型生產順利進行和保證制件質量，在生產前進行的包括原料的預處理、清洗機筒、預熱嵌件和選擇脫模劑等準備工作。
1、原料的預處理
原料的預處理包括三個方面：一是，分析檢驗成型物料的質量。這個環(huán)節(jié)包括檢驗物料的含水量、外觀色澤、顆粒情況、有無雜質等，并測試其熱穩(wěn)定性、流動性、收縮率等指標。對于粉狀物料，在注射成型前還需要將其配制成粒料。二是，著色。根據制件物品的需要，在塑料成型時往成型物料中添加一種色料或者是色劑的物質，以達到所需要的色澤。粉狀或粒狀熱塑性塑料的著色，有直接法和間接法兩種工藝方法來實現。其中前者有稱一次著色法，它是將細粉狀的著色劑與本色塑料簡單的摻混后即可直接用于成型，或經塑煉造型后再用于成型。其方法比較簡單，操作容易。相比來說間接著色法就比較困難，它需要用被稱為“色母料”的高顏料濃度的塑料粒子與本色塑料粒子按比例稱量后放入混合機，經充分攪拌后再送往成型設備中使用。它著色步驟簡單、著色易均勻分散，制件色澤鮮艷且無顏料粉塵污染，并且它還可以實現著色過程的自動化。但是它由于只是和本色塑料粒子簡單混合，無混煉功能或只需要混煉功能很差的成型設備，所以當需要成型顏色均一性高的制品時不能采用此法著色的成型物料。三是，預熱干燥。對于吸濕性和粘水性強的物料，根據注射成型工藝允許的含水量要求進行適當的預熱干燥處理，以此來出去物料中過多的水分及揮發(fā)物，以防止成型后制品出現氣泡和銀紋等缺陷，同時也可以避免注射時候發(fā)生水降解。但對于吸濕性和粘水性不強的物料，如果包裝儲存的較好也可以不用預熱干燥。
2、清洗料筒
生產中如果需要改變塑料品種、更換物料、調換顏色或是發(fā)現成型過程中出現了熱分解或是降解反應時候，都需要對注射機的料筒進行清洗。通常情況下，注塞式機的料筒存料量大，必須將機筒拆卸清洗，對螺桿式機筒，可采用對空注射法清洗。
3、預熱嵌件
這個步驟主要用于那種帶有嵌件的塑料制件，由于金屬和塑料收縮率不同，導致嵌件周圍的塑料容易出現收縮應力和裂紋，為防止此種現象的發(fā)生，在成型前可以將嵌件先預熱，減少它在成型時與塑料熔體的溫差，避免或抑制嵌件周圍的塑料發(fā)生收縮應力和裂紋。
4、選擇脫模劑
常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟（白油）和硅油等。其中除了硬脂酸鋅不能用于聚先胺外，這三種脫模劑對于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脫模效果是最好的，只要對模具施用一次，即可以長效脫模，但是價格昂貴。硬脂酸鋅通常多用于高溫模具而液體石蠟多用于中低溫模具。另外，對于含有橡膠的軟制品或透明制品不宜采用脫模劑，否則將影響制品的透明度。
加料：計量將粒料和粉料加入料斗，通過料斗進入注射機料筒，物料一般是在注射機的料筒中塑化。通過對塑化計量的計算設定好后，物料在設定的計量中塑化完全，即粒料和粉料變成塑料熔體后，注射模閉合，注射機注射充模。
注射充模：注射充模一般劃分為流動充模、保壓補縮和倒流三個階段。流動充模是指注射機將塑化好的熔體注射進入模腔的過程。在注射過程中注射壓力是隨時間不斷改變的，在流動期內，注射壓力和噴嘴處的壓力急劇上升，而模腔（澆口末端）壓力卻近乎于零，故注射壓力主要用來克服熔體在模腔以為的阻力。當在充模期間，由于熔體流入模腔，模腔壓力急劇上升，注射壓力和噴嘴壓力也會隨之增加到最大，然后停止變化，此時注射壓力對熔體起了兩個作用，一是克服溶體在模腔內的流動阻力，二是對熔體進行一定程度的壓實。保壓補縮，保壓補縮階段是指從熔體充滿型腔至螺桿開始在機筒中開始后撤為止。保壓是指注射壓力對模腔內的熔體繼續(xù)進行壓實的過程，補縮則是保壓過程中，注射機對模腔內逐漸開始冷卻的熔體因成型收縮而出現的空隙進行補料的動作。倒流是指柱塞或螺桿在機筒中向后退時（即撤除保壓力后），模腔內熔體朝著澆口和流道方向進行反方向的流動。
冷卻定型：冷卻定型從澆口凍結時間開始，到制品脫模為止，這是注射成型工藝過程的最后階段。在此階段中需要注意的問題有模腔的壓力、制件密度、熔體在模內的冷卻情況以及脫模條件等。
制件的后處理：制件從模具中脫出后，由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力的作用下的變形流動行為非常復雜，再加上流動前塑化不均以及充模后冷卻速度的不等，制件內常常會出現一些不均勻的結晶、取向和收縮率，導致制件產生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起實效變形外，還會使制件的力學性
能、光學性能及表面質量變換，更有甚至開裂，為解決這一系列問題我們必須對制件進行相應的后處理。
當注射過程完成后我們將制品脫模，卸料，清洗模具并可以將凝料返回料筒重新塑化注射，開始循環(huán)進行下一個成型周期。
2.3活動圈的設計件
該塑件經測量所得，其基本幾何值為：
密度：p=0.9g/cm3；
體積：V=21cm3；
質量：M=18.9g；
長度：L=150mm；
塑件平均寬度：B=60mm；
投水平投影面積：S=73.4cm2；
制件表面積：S=194.3cm2
第3章 注射機的選擇和校核
3.1注射機規(guī)格的選擇
注射機為塑料注射成型所用的主要設備，按其外形可以分為立式、臥式、直角式三種注射機。按塑料在料筒中的塑化方式分可以分為，柱塞式和螺桿式兩種注射機。
在此我們通過假設的模腔數目初步確定注射機的規(guī)格。初步設計模腔個數為兩個，POM材料的密度p為p=0.9g/cm3（0.9~0.91）。通過測量所得出塑件的體積（V）和質量（M）以及水平投影面積（S）分別為V=21cm3、M=18.9g、S=73.4cm2。一模設計兩個模腔，那么每次注射機的注射量必須大于：2M= 2×21cm3=42cm3。根據注射機的最大注射量初步選擇型號為XS?Z?60的注射機，其工藝參數如下：
螺桿直徑/mm：φ38
注射容量cm3：60
注射壓力/105Pa：122
鎖模力/10KN：500
最大成型面積/cm2：130
模板最大行程/mm：180
定位孔直徑/mm： 55mm
模具厚度/mm：（最大）：200（最?。?0
噴嘴：（球半徑/mm）：12（孔直徑/mm）：φ4
3.2注射機的校核
3.2.1注射機注射容量的校核
模具設計時，必須是得在一個注射成型周期內所需注射的塑件料溶體的容量或質量在注射機額定注射量的80%以內，且在一個注射成型周期內，需注射入模具內的塑料溶體的容量和質量，應為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量和質量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj
式中：V（M）——一個成型周期內所需要注射的塑料容積和質量，cm3或g；
n—— 型腔數目；
Vn（Mn）——單個塑件的容量或質量，cm3或g；
Vj（Mj）——澆注系統(tǒng)凝料的容量和質量，cm3或g；
故應使0.8Vn+Vj≤0.8Vg或M=0.8Mn+Mj≤0.8Mg式中：Vg（Mg）——注射機額定注射量，cm3或g；將數據代入以上不等式（取其中之一的質量不等式來對注射量進行校核）得：M=nMn+Mj=2×18.9+5.5=43.3g≤0.8Mg=0.8×60=48g滿足要求上式中的：
Mj=M主流道+M橫澆道+M分流道+M澆口+M拉料鉤≈5.5g
由于為制件所選的材料為POM，該材料非熱敏性材料，所以只需對其進行最大注射量即可，不必對其進行最小注射量的校核。
3.2.2注射機注射壓力的校核
注射壓力的校核是校驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。只有在注射機額定的注射壓力內才能調整出某一制件所需要的注射壓力，因此注射機的最大注射壓力要大于該制件所要求的注射壓力。制件成型時所需要的注射壓力，與塑料品種、注射機類型、噴嘴形狀、制件形狀的復雜程度和澆注系統(tǒng)等因素有關系?？梢愿鶕芰系某尚凸に噮禂祿泶_定制品成型時所需要的注射壓力。根據塑料成型工藝參數表查得POM材料的成型注射壓力在（70~120Mpa）之間，而我們所選擇的注射機的額定注射壓力為119Mpa，在其設定的注射壓力之間，滿足工藝要求。
3.2.3注射機鎖模力的校核
當高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產生一個沿注射機軸向的很大的推力，該推力的大小必須小于注射機的鎖模力，否則在注射成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現象。型腔內塑料熔體的壓力（MPa）值可根據以下經驗公式算得：P=KPo
式中：P —— 型腔內塑料熔體的壓力 （MPa）
Po —— 注射壓力（MPa）
K —— 壓力損耗系數 0.2~0.4
將數據代入上式得：P=KPo=(0.2~0.4)×119MPa=23.8MPa~47.6MPa
在該次設計中，并基于POM這種塑料上我們取型腔中熔體的平均壓力為：P=30MPa再由公式T=PS計算推力大小。
式中：T —— 塑料熔體在注射機軸向上的推力（MPa）
P —— 型腔內塑料熔體的壓力，在此我們取P=30MPa
S —— 制件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
將數據代入該公式得：T=PS=30MPa×73.4cm2≈220.2KN≤500KN滿足要求經校核合格。
3.2.4注射機模具厚度校核注射機模具厚度校核
注射機規(guī)定的模具的最大與最小厚度是指模板閉合后達到規(guī)定鎖模力時動模板到定模板的最大與最小距離。所以，所設計的模具的厚度必須要在注射機規(guī)定的模具最大與最小厚度范圍內，否則將不可能獲得規(guī)定的鎖模力，當模具厚度小時，可以加墊板。根據要求模具的厚度必須滿足Hmin
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