毕业设计----线圈骨架注射模设计.docx

第一章 绪论1.1模具发展的相关概述一、模具在当今工业产品的地位模具工业在世界各国经济发展中具有重要的地位。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。1.市场规模发展从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、仪表、仪器、攻关器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相机、录像机等电子产品中占85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占90%以上；兵器产品中占95%以上。从起步到现在，我国模具工业经历了半个多世纪的发展，已有了较大的提高，与国外的差距正在进一步缩小。纵观我国的模具工业，既存在着高速迅猛发展的良好势头，又存在着精度低、结构欠合理、寿命短等一系列不足，无法满足整个工业迅速发展的迫切要求。 2.成型工艺现状 除了液态模锻、粉末锻造成形工艺以外，还有多材质塑料成型模、高效多色注塑模、镶件互换结构和各种抽芯脱模机构的创新设计取得了较大进展；在陶瓷模具成形表面施以桂胶工艺，解决了模具的粘粉问题，同时采用磁吸技术，使其具有自动调整间隙的功能，保证陶瓷砖面平整，简化了模具结构。在冲压成形加工中，多功能复合模具逐渐增加。一副多功能复合模具除了冲压成形零件外，还担负着叠压、攻系、铆接和锁紧等组装任务，这种多功能复合生产出来的不再是单个零件，而是成批的组装件，可大大缩短产品的生产及装配周期，显著地 提高生产率。模具被称为工业产品之母，所有工业产品莫不依赖模具才得以规模生产、快速扩张，被欧美等发达国家誉为“磁力工业”。由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具市场发展较快。塑料模具工业近20年来发展十分迅速，早在几年前塑料的年产量按体积计算已经超过钢铁和有色金属年产量的总和，塑料制品在汽车、机电、仪表、航天航空等国家支柱产业及与人民日常生活相关的各个领域中得到了广泛的应用。塑料制品成形的方法虽然很多，但最主要的方法是注塑成形，世界塑料模具市场中塑料成形模具产量中约半数是注塑模具，在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。随着注塑模具比例进一步上升，热流道模具和气辅模具水平进一步提高，注塑模具在量和质方面都有较快的发展，我国最大的注塑模具单套重量已超过50吨，最精密的注塑模具精度已达到2微米。在cad/cam技术得到普及的同时，cae技术应用越来越广，cad/cam/cae一体化得到发展，模具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现，专利数量增多。在模具产品结构改善和水平提高方面，软件所起的作用功不可没。其中moldflow等软件在提高我国注塑水平方面确实起到了很大的作用。现在，用户对软件的集成化、智能化、网络化等方面的要求越来越高，相信辅助分析软件能不断发展来满足用户的要求。二、注塑模具的设计方法和思路变迁带来的改变我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子 、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。 1.现代模具的设计将客户提供的图纸或计算机文件资料输入电脑，使用cad/cae进行设计并做模拟实验，得出所需要的计算机文件，在此设计过程中，系统可进行图纸编辑。设计完成的模具零部件可使用电脑系统的实体成型功能将其显示出来，以便观察设计的正确性及可能需要进行优化处理，之后还可以借助系统功能进行强度、模温、塑料流动状态等模拟测试。如果发现设计有误可重新修改设计。模具cad/cae/cam技术是改造传统模具生产方式的关键技术，能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量。它使技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形（型）工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。 2.现代模具的制造cad/cae/cam计算机辅助设计、模拟、制造一体化cad/cae/cam一体化集成技术是现代模具制造中最先进最合理的生产方式。使用计算机辅助设计、辅助工程与制造系统，按设计好的模具零件分别编制该零件的数控加工程序是从设计到制造的一个必然过程，该过程都是从cad/cae/cam系统内进行的，其加工程序直接由联机电缆输入加工机台，在编制程序时可利用系统中的加工模拟功能，将零件刀具、刀柄、夹具，平台及刀具移动速度、路径等显示出来，以检查程序编制的正确性。总之在cad/cae/cam系统内编制和模拟加工程序可以充分了解发现的 问题 ，从而在加工之前，将整套加工程序作好完善修改工作，这对于高效、准确的加工模具零件有着相当重要的意义。 先进设备在现代模具制造中的作用 现代模具制造的必然趋势，就是机械加工尽可能地取代人工加工，尤其现在数控车床、多轴联动机床、数控模具雕刻机、电火花加工机床、数控精密磨床、三坐标测量机、扫描仪等现代设备在工厂中的广泛使用，而且这些设备大部分所用的程序基本上都是 应用 cad/cae/cam系统产生的，操作人员工作按照规定的程序装夹工件，配备刀具和操作，机台就能自动地完成加工任务，并将理想的模具零件制造出来或为下一加工工序完成规定的部分。模具材料及表面处理技术 因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%30%，因此，选用优质钢材和应用表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，如采用粉末冶金工艺制造的粉末高速钢等。模具钢品种规格多样化、产品精细化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要 发展 趋势。3.逆向工程 逆向工程即先对制件（所加工的产品）进行扫描生成多种格式的cad数据，再在另外的cad/cae/cam软件中进行改型设计，该技术是现代模具制造中最流行的模具制造技术。使用逆向工程这不仅可以改善数控机床的性能，扩大数控机床的功能，而且还能提高数控机床的效率。 4.总结与展望 随着计算机软件的发展和进步，cad/cae/cam技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。三、塑件生产对模具、设备新的要求与其他机械加工相比，模具加工有其一定的特殊性，这些特殊性主要是：1.大多数模具需要在实芯金属模块上加工出形状复杂的空间曲面，随着模具不断向大型化发展，模块重量也将越来越大，现在有的已达几十吨；2.大多数模具外形为长方体或正方体，很少有窄长形的，主要加工量集中在凹模和凸模上；3.随着模具制品要求越来越精密、复杂，对模具加工精度的要求也越来越高，现在许多模具的加工精度已达12m，不久将很快发展为小于1m；4.随着用户对模具生产周期的要求越来越短，模具加工就要满足高效、快速，且有一定柔性和长时间满负荷不停顿运行等要求。根据上述4条特殊性，就对模具加工设备提出了如下一些基本要求：1.机床要有好的刚性和与模块重量相适应的大承载能力；2.工作台面尺寸要与模具外形尺寸相适应，宜于长方形或正方形及圆形，不宜窄长，而高度方向及其行程却要求有较大空间；3.要有高的精度及精度保持性；4.要能快速高效地去除余量，且有很高的可靠性，以保持连续长久满负荷运行；5.为适应复杂的空间曲面加工，且有大量的加工量，因此要求机床能多轴联动，且配有大信息容量的数控系统。上面只提出了一些大多数模具加工对设备的基本要求，此外尚有不少特殊要求。例如加工塑料的机床就要求有更高的速度，但由于切削力小，为降低成本，机床可采用轻型结构；试模用的研配压机则不要求其高效快速，但要求有反转动能以便修模；某些简单工序的大量重复加工可用专机等等。同时，复合加工、柔性加工和在线检测也是模具加工的要求。四、国产模具设备竞争力分析目前，国内机床行业所生产的国产设备，除了少数高档设备国内缺乏自主创新能力，一时还难以满足之外，大部分是国内技术和能力能够满足，却因为机床行业未重视模具行业这一块市场和对模具加工一些特殊要求缺乏认真分析研究所致。其主要表现是：1.产品未针对模具行业特殊要求进行开发，主体结构不能很好适应模具加工，包括工作台尺寸及承重、机床的刚性及稳定性、长时间满负荷运转的可靠性、高速高效高精度及大余量空间曲面加工等；2.设备上的许多零部件、配套件质量不过关，尤其是某些电子元器件、某些机械零部件和数控系统等；3.由于企业体制、机制和管理上的原因，包括装配质量和综合服务水平不高在内，特别是售后服务跟不上，致使模具企业轻易不敢选用国产设备。就模具行业设备市场这一块，与进口设备相比，国产设备在性能、可靠性、精度、质量、交货期和综合服务能力等方面都缺乏竞争力。究其原因，1.自主创新能力薄弱；2.不重视模具行业中的设备市场，三是体制、机制和管理等跟不上。以数控机床为例来说，2005年我国数控机床产量已突破6万台，数量和产品水平都已有了长足的进步，但其国内市场占有率却不到30%（有资料说2004年是26.9%），在模具行业，恐怕是20%都到不了。为什麽会这样?究其原因大致有三方面原因：1.国内市场对数控机床有强劲的需求，尤其是中低档产品量大面广又易于生产，大多数机床厂都任务饱满，这就使许多有关企业不再去追求高、精、尖、难的品种和中高档产品了；2.绝大部分机床企业自主创新能力薄弱，核心技术和关键技术掌握得少，即使有心要去开发中高档产品，却是心有余而力不足；3.模具行业虽然有较为庞大的设备市场，但由于模具加工的特殊性，特别是个性化要求比较突出，模具企业又大都是中小企业，对数控设备的订货难以形成较大批量，因此要满足模具行业需求，确实有较大难度，必须花大力气，而且还会有一些风险，还要有水平才行。鉴于这三方面原因，国内机床生产企业对模具行业设备市场至今仍不重视或无暇去顾及，只好听任进口设备去唱主角。现在模具行业设备市场中，中高档产品基本上已被日本和欧美国家所占领，中低档产品主要从我国台湾进口。现在韩国设备已开始呈现不断扩大其市场占有率的趋势，而多数国内机床企业仍对此无动于衷，还在局外游移。五、国产模具设备行业发展建议鉴于国内机床行业尚不重视模具行业中的设备市场，国产设备在这一市场中的很低的占有率，罗百辉指出，机床行业应该密切关注模具行业的发展，重视模具行业中的设备市场，即使是在目前任务饱满的情况下，也应从长远发展出发，从战略高度去认识，并对这一市场进行充分研究与正确定位。在金切设备方面，特别是在中低档数控设备方面，国内企业也一样是大有可为的。近年来，光是浙江的模具行业，每年都从台湾或国内台资企业购进2000多台中低档设备，我国一些机床企业，是完全有能力进入这一市场的。先从中低档产品开始，再逐渐向高端发展，这可能是一条比较切合实际的路子。当然，随着模具工业总体水平的不断提高，所需设备的档次理所当然的也在不断提高。例如浙江有些模具企业已开始淘汰台湾设备而把采购目光逐渐转向日本和欧美了。然而日本和欧美设备的价格毕竟还是昂贵了一些。这也正是国内机床企业的一个良好机遇。希望国内机床行业能把握好这个良好机遇，在我国模具行业十二五的发展中，为其插上翅膀，真正起到利其器而助发展之积极作用。针对国产模具加工设备行业创新开发能力不足、市场占有份额偏低，罗百辉建议骨干重点企业，应一方面努力提高现有产品的质量和尽快改善服务，另一方面应针对模具行业所需去开发一些新产品，并大力进行宣传，以逐渐形成好的品牌和树立起良好的形象来。特别是生产金切机床的骨干企业，更应重视这一问题，因为生产电加工设备的企业在这一点上相对要好得多，有关企业已经在模具行业中树立起了一些较好的品牌和建立起了良好信誉和形象。六、中国模具的国际形势中国注塑模具在设计制造水平在总体上要比德、美、日、法、意等工业发达国家落后许多，也比英国、加拿大、西班牙、葡萄牙、韩国、新加坡等国落后。1.供给不均匀国内自配率不足，其中中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60%。模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。由此可见，虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。2.人才不足，科研及技术投入少模具行业是技术密集、资金密集的产业，随着时代进步和技术发展，能掌握和运用新技术的人才异常短缺，高级模具钳工及企业管理人才也非常紧缺。由于模具企业效益欠佳及对科研开发和技术攻关不够重视，因而总体来看模具行业在科研开发和技术攻关方面投入太少，民营企业贷款困难也影响许多企业的技术改造，致使科技进步不大。3.工艺装备水平低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和cad/cam应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。4.标准化、商品化程度低由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。5.材料及相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.2我国模具设计技术今后的发展方向模具与压力机是决定冲压质量、精度和生产效率的两个关键因素。先进的压力机只有配备先进的模具，才能充分发挥作用，取得良好效益。模具的发展方向为： 一、充分运用it技术发展模具设计、制造用户对压力机速度、精度、换模效率等方面不断提高的要求，促进了模具的发展。外形车身和发动机是汽车的两个关键部件，汽车车身模具特别是大中型覆盖件模具，其技术密集，体现当代模具技术水平，是车身制造技术的重要组成部分。车身模具设计和制造约占汽车开发周期三之二的时间、成为汽车换型的主要制约因素。目前，世界上汽车的改型换代般约需 48个月，而美国仅需30个月，这车要得益于在模具业中应用了cad/cae/cam技术和三维实体汽年覆盖件模具结构设计软件。另外，网络技术的广泛应用提供了可靠的信息载体、实现了异地设计和异地制造。同时，虚拟制造等it技术的应用，也将推动模具工业的发展。 二、缩短金属成形模具的试模时间当前，主要发展液压高速试验压力机和拉伸机械压力机，特别是在机械压力机上的模具试验时间可减少80%、具有巨大的节省潜力。这种试模机械压力机的发展趋势是采用多连杆拉伸压力机，它配备数控液压拉伸垫，具有参数设置和状态记忆功能。 三、车身制造中的级进冲模发展迅速在自动冲床上用级进冲裁模或组合冲模加工转子、定子板，或者应用于插接件作业，都是众所周知的冲压技术，近些年来，级进组合冲裁模在车身制造中开始得到越来越广泛的应用，用级进模直接把卷材加工为成型零件和拉伸件。加工的零件也越来越大，省去了用多工位压力机和成套模具生产所必需串接的板材剪切、涂油、板坯运输等后续工序。级进组合冲模已在美国汽车工业中普遍应用，其优点是生产率高，模具成本低，不需要板料剪切，与多工位压力机上使用的阶梯模相比，节约30%。但是级进组合冲模技术的应用受拉伸深度、导向和传输的带材边缘材料表面硬化的限制，主要用于拉伸深度比较浅的简单零件，因此不能完全替代多工位压力机，绝大多数零件应优生考虑在多工位压力机上加工。1.3毕业设计课题资料查询1.3.1 分析塑件结构及工艺技术要求课题为线圈骨架注射模设计，生产批量为大批；材料给定类型为聚碳酸酯（pc），设计要求一摸两腔，未注公差尺寸按mt5级。塑件左右面板厚为4.5mm，中间板厚为1.5mm，两板之间为绕线部分，其壁厚为1.2mm，由于各个位置的厚度不均匀浇口设置需按具体分析而定。两腔横排放置，主流道设置在两塑件之间中心线上，分流道与塑件中间板平面平齐，成型冷却后开模先通过侧抽芯使塑件留在定模一侧由推件板将塑件从型芯上脱出。由于塑件在竖直方向的两端塑件的壁厚较厚，为中间隔板厚度的三倍，而且离浇口距离也比较远，在注射成型过程中很容易形成充不满或产生充型缺陷，降低线圈骨架的机械性能。考虑到充型时浇道的长度不宜过长，冷却时间要比塑件的冷却时间长，因此要注意浇口的位置是否能让整个塑件在充型过程充满而且能保证一定的保压压力就非常重要。通过任务书了解给定塑件符合注射条件，在充型过程中的充型能力、充型时间要满足大批量生产的条件，尽量缩短成型周期以减小成本和增大生产量，设计和调整塑件的成型工艺性，利用pro/e和moldflow辅助设计、分析优化方案。塑件的零件图：图1-11.3.2 了解注塑机的技术规格1.计算塑件的体积和质量运用pro/e辅助设计塑件的形态和尺寸,获得初始数据方便以后的分析，使得塑件更符合设计要求；运用moldflow辅助分析塑件的可行性，使得其注射更合理，利用其强大的塑料种类数据库找到设计需要的一种更合理的聚合物，以及附带聚合物各种所需要的数据。从moldflow材料数据库中查得epl的聚碳酸酯（pc）熔体密度为：1.0477g/ ，固体密度为：1.1915g/ 。由pro/e分析测得塑件的体积为：v=1.1511676104=11.511676；由pro/e分析测得塑件的质量为：m=1.8011621104公吨=18.011621g。图1-22.了解注塑机工艺注射成型机通常由注射装置、合膜装置、液压传动系统、电器控制系统等组成。注塑机的分类方法较多，目前使用较多的分类方法为按注射机外形特征分类，按这种主要根据注射和合模装置的排列方式的分类方法，分为立式注射成型机、卧室注射成型机和角式注射成型机。注射机型号规格的表示方法都不统一，但主要有注射量、合模力、注射量与合模力同时表示等三种。注射机的注射装置在注射成型工艺中非常重要的过程，在成型工艺中应能均匀加热和塑化一定数量的塑料；以一定的压力和速度将熔料注入模腔；保压一段时间以防止模内熔料的反流，且向模内补充一部分熔料，补偿制件的冷却收缩。注射装置主要形式有柱塞式、螺杆预塑式和往复螺杆式（简称螺杆式）。技术参数有注射量、注射压力、注射速度、注射速率、注射时间、塑化能力、锁模力、合模装置的基本尺寸、开合模速度及空循环时间等。称公称注射量。它是指对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞作一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量。注射压力是在注射时为了克服熔料流经喷嘴、流道和型腔时的流动阻力，螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力。注射速率是指将公称注射量的熔料在注射时间内注射出去在单位时间内所能达到的体积流率；注射速度是指螺杆或柱塞的移动速度；而注射时间则是指螺杆（或柱塞）射出一次注射量所需要的时间。塑化能力是指单位内所能塑化的物料量。锁模力指注射时熔料进入模腔是仍有较大的压力，它促使模具从分型面处涨开，为了平衡熔料的压力，夹紧模具，保证制件的精度，注射机合模机构就必须有足够的锁模力。合模装置的基本尺寸主要包括模板的尺寸、拉杆的空间、模板最大开距、动模板行程、模具最大厚度和最小厚度等。3.注塑机的选取根据塑件形状、尺寸及要求选用一摸两件的模具结构，考虑外形尺寸对速降原料的分析及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册（软件版）初选柱塞式一注塑机型号为：xs-zy-60。表1-1 注射机参数注射直径mm38最大理论注射容量cm360注射压力mpa122锁模力kn500最大注射面积cm3130最大模具厚度 h mm200最小模具厚度 h1 mm70模板最大距离 l0 mm380模板行程 l1 mm180喷嘴圆弧半径 r mm12喷嘴孔径 d mm4喷嘴移动距离mm120推出形式四侧没有推杆，机械推出1.3.3 了解塑件的加工性能和工艺性能表1-2 pc的加工性能屈服强度/(mpa)113pc聚碳酸酯拉伸强度/(mpa)60熔点(或粘流温度)/()225250伸长率/(%)75泊松比0.38熔融指数/(mfi)g(10min)-1:12拉伸弹性模量/(gpa)2.3热变形温度/()（45mpa）(180mpa)132141132138弯曲弹性模量/(gpa)1.54计算收缩率/(%)0.50.7弯曲强度/(mpa)113比热容/(jkg-1k-1)1220密度/(g/cm-3)1.91热导率/(wm-1k-1)0.193吸水率24h长时间/(%)0.15溢边值/(mm)0.060.08模具温度/()70120脱模斜度/()型芯3050型腔3540线圈骨架由聚碳酸酯（pc）注射成型，聚碳酸酯是一种性能优良的热塑性工程塑料，密度为1.2g/cm3。聚碳酸酯韧而刚，抗冲击性在热塑性塑料中名列前茅，成型收缩率可恒定在0.5%0.8%。成型时要求有较高的温度和压力，由于聚碳酸酯熔融黏度对温度比较敏感，所以一般用提高温度的方法来增加熔融塑料的流动性。表1-3 pc塑料的工艺性能塑料品种结构特点使用温度化学稳定性成型特点性能特点聚碳酸酯（pc），属于热塑性塑料线性结构非晶体型材料，本色微黄，加点淡蓝色可得透明塑料长期工作温度小于120，耐寒性好，脆化温度为-100有一定的化学稳定性，不耐碱、酮、酯、胺、芳香烃等透光率接近90%，介电性能好，吸水性小，但水敏性强（含水量不得超过0.2%），且吸水后会降解 力学性能很好，抗冲击抗蠕变性能突出，但耐磨性较差 熔融温度高（超过330才严重分解），但熔体黏度大；流动性差（溢边值为0.06mm）；流动性对温度变化敏感，冷却速度快；成型收缩率小；易产生应力集中结论熔融温度高且熔体黏度大，对于大于200g的塑料应用螺杆式注塑机成型，喷嘴宜用敞开式延伸喷嘴，并加热，严格控制模具温度，一般在70120为宜，模具应用耐磨钢，并淬火。水敏性强，加工前必须干燥处理，否则会出现银丝、气泡及强度显著下降现象易产生应力集中，严格控制成型条件，塑件成型后退火处理，消除内应力；塑件壁不宜过厚，避免有尖角、缺口和金属嵌件造成应力集中，脱模斜度宜取2表1-4 聚碳酸酯注射成型工艺参数工艺参数规格工艺参数规格预热和干燥温度t：110120成型时间/s注射时间2090间时间:812h保压时间05料筒温度t/后段：210240冷却时间2090中段：230280总周期40190前段：240285螺杆转速n/()28喷嘴温度t/240250后处理方法红外线灯模具温度t/70(90) 120温度t/鼓风烘箱100110注射压力p/mpa80130时间/h8121.3.4 塑件收缩及补缩问题塑料制件从模具中取出冷却后一般都会出现尺寸缩小的现象，这种塑料成型冷却后发生的体积收缩的特性称为塑料的成型收缩性。影响收缩性的因素很多，诸如塑料本身的热胀冷缩性、模具结构及成型工艺条件等。影响收缩率的因素有很多，如塑料品种、成型特征、成型条件及模具结构等。首先，不同种类的塑料，收缩率也各不相同，同一种塑料，由于塑料的型号不同，收缩率也会发生变化。其次，收缩率与所成型的塑件的形状、内部结构的分型面、浇口的形式及尺寸等因素直接影响塑料流动方向、密度分布、保压补缩作用及成型时间。采用直接浇口或大截面的浇口，可减少收缩；反之，当浇口的厚度较小时，浇口部分会过早凝结硬化，型腔内的塑料收缩后得不到及时补充收缩较大。最后，成型工艺条件也会影响速降的收缩率，例如，成型时如果料温过高，则塑件的收缩率增大；成型压力增大，塑件的收缩率减小。总之，影响塑料的成型收缩性的因素很复杂，要想改善塑料的成型收缩性，不仅在选择原材料是需慎重，而且在模具设计、成型工艺的确定等多方米面因素都需认真考虑，才能使生产出的产品质量更高、性能更好。第2章 塑料制件的工艺性分析及工艺结构设计2.1成型塑料制件工艺性分析塑料制件主要根据使用要求和结合任务书进行设计，其工艺性分析包括塑件的原材料分析、塑件的尺寸精度分析、塑件表面质量和塑件的结构工艺性分析，其具体分析如下。1塑件的原材料分析 见表1-3 pc工艺性分析。2.塑件的尺寸精度分析 该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，可按mt5级查取公差，其主要尺寸公差标注如下表（单位mm）：表2-1 主要尺寸公差塑件尺寸塑件原始尺寸塑件带公差尺寸尺寸精度外部尺寸1，1.2，2.3，2.5，6.3，7， 11，30.6，32，33.5，34， 35.8，38，44.2，61，r1.2，r1.5，r3，mt5内部尺寸1.5，2，2.6，10.6，12.5， 15， 22.3，29，31.5， 33.4，39.5，41.5，44.2，mt5中心距18mt53.塑件表面质量分析 该塑件要求外形美观，色泽鲜艳，外表面没有斑点及熔接痕，粗糙度可取。而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。4.塑件的结构工艺分析从图1-1分析，该塑件的外形总体上为长方体，外形不对称且有几块突出的部分。壁厚不均匀，由初始数据知壁最厚部分为最薄部分的三倍，更改根据具体的分析。塑件与型腔垂直方向上有三块挡板，又由于塑件总体上为长方体，因此，塑件可以安排成型腔对齐开模方向一致排开提高生产效率，同时考虑到模具的尺寸可设置一摸两腔，一次侧抽芯完成脱出塑件。塑件有一个较大且为通的型腔，有不同尺寸和形状的缺口和槽。塑件在脱出型芯时需有一定的开模斜度，具体参照下表。表2-2 常用塑件的脱模斜度塑 料 名 称脱模斜度型腔型芯聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、软聚氯乙烯(lpvc)、聚酰胺(pa)、氯化聚醚(cpt)25452045硬聚氯乙烯(hpvc)、聚碳酸酯(pc)、聚砜(psu)、35403050聚苯乙烯(ps)、有机玻璃(pmma)、abs、聚甲醛(pom)351303040热固性塑料25402050在塑件一侧有一个厚2.3的平板，其正下方与其余三厚壁不同，没有缺口。热塑性塑件的壁厚一般在14，不同壁厚的比例不应超过1：3，如壁厚过大，则容易产生气泡和凹陷，同时也不易冷却。若塑件的强度不够时，可设置加强肋。而聚碳酸酯(pc)的推荐最小壁厚为0.95，一般制件壁厚为2.602.80，大型制件壁厚为3.04.5。综上所述，该塑件可采用注射成型加工。2.2塑件三维cad建模及cae分析现代模具设计通过计算机辅助软件，使设计过程更快并且可以对不同的方案进行优化，减少设计制造过程中的时间和成本。用最直接的视图效果展现设计作品，用3d的效果对塑件形状以及工艺性进行优化。2.2.1利用cad建模，完成三维零件设计及cae分析三维建模软件：pro/e ；（a） （b） （c）图2-1 三维塑件图cae分析软件：moldflow；用moldflow进行分析可以得出设计中需要修正和计算的大多数数据，例如：充型时间、最大注射压力、塑件和浇道的质量、达到顶出温度的时间和最大剪切速率等；利用分析出的数据可以校核注塑机的注塑量、型腔数以及剪切速率等；通过直观的气孔分析可以准确的设置排气。2.3.1型腔数量的决定型腔数目的确定可以最大限度的提高生产和降低成本，影响型腔数的因素主要有技术参数和经济指标两个方面。技术参数包括锁模力、最大注射量、塑化能力、制品尺寸精度和流变参数等。根据注射机最大注射质量求型腔数塑件质量m=15.12pro/e分析得出），预选注塑机型号为：xs-zy-60。最大注射量计算： 实际注射量： m=85%型腔数量计算： 式中： 注射机的最大注射量（按照国际惯例指注塑在常温下密度为=1.05g/）； q一个塑件的质量和它均分到得浇注系统质量和19.47g； 常温下某塑料的密度0.96g/； 常温下pc的密度1.19g/。所以，带入以上参数得:=2.5，得出能够允许的型腔数为一模两腔。2.3.2型腔布置根据型腔数的确定和塑件cae分析，浇口位置的选取直接影响到塑件在型腔中的排列方式，浇口位置的确定如下图：图2-2浇口位置的确定 图2-3 型腔的排列深蓝色区域即为塑件的合适的浇注位置，从图上知其处于塑件的两侧和顶端蓝色区域集中，所以塑件在型腔中的排列应有两种类型，一是：顶端蓝色区域相对呈纵向排列；二是：侧边蓝色分布区域相对呈横向排列。纵向排列方式时塑件的侧向抽芯与浇注系统的成型存在干涉，所以选用侧面相对横向排列，如图2-3所示。2.3.3模架的选取根据型腔的大小和数目可以粗选出需要的模架，模架的选取参照中国模具设计大典数据库（电子版），根据需要选取派生型模架p5型。图2-3 派生型模架结构p1p9根据塑件对模具型腔大小的要求初选标准中小型模架，尺寸为模架。图2-4 180l模架查中国模具设计大典数据库（电子版）得模架相关参数：bl编号导柱模板a、b尺寸垫块高度200、250、51501491620、25、32、40、50、63、8050、63、80labca1a2a3a42001621661141864016、20、325050+a+b+c82+a+b+c70+a+b+c102+a+b+c25021221616423640、506331527728122930163、8080 表2-4 模架数据 mm2.3.4 确定分型面分型面的位置要有利于模具加工，排气、脱模及成型操作，塑料制件的表面质量等。分型面位置的选择考虑如下问题：1.外表质量：分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。 2.方便脱模，制件留在动模边：从制件的推出装置设置方便考虑。3.包紧力大的，芯应设在动模边 而将凹模放在定模一边。4.包紧力小且不能确切判断留向的将型芯和凹模的主要部分都设在动模边。5.对型芯无包紧力，对凹模粘附力较大的，将粘附力较大的设在动模边。6.同心度要求：要求同心的部分放在模具分型面的同一侧。不便设在分型面的同一侧时，则应设计特殊的定位装置。 7.考虑侧向抽芯距离和模具结构复杂性。8.排气：当分型面作为主要排气面时 料流的末端应在分型面上以利排气。分型面设置在有凸台端的平面上，分型后，塑件抱紧型芯留在动模一侧，塑件易于脱出。成型凸字型腔时，小型芯的尺寸相对较大可以有更强的强度保证成型，由于塑件的形状，定模分型面的形状与设置分型面塑件的形状相对，便于成型，提高塑件的精度。表2-3 分型面的选择分型面的形状分型面的注释由于塑件形状比较复杂，因此分型面设置在图中所示位置，塑件中心为型芯，塑件腔体靠两个斜滑块合拢成型。分型时塑件靠侧滑块带动从型芯中脱出，塑件由于动模上的镶块一直留在动模一侧，最后由顶件杆把塑件顶出。2.4确定浇注系统和排气系统浇注系统的设计合理性直接影响到塑件的性能、尺寸、内外部质量及模具的结构、塑料的利用率等。对浇注系统的进行设计时，一般应遵循如下基本原则。塑料成型特性：设计浇注系统应适应所用塑料的成型特性的要求，以保证塑件质量。模具成型塑件的型腔数：设置浇注系统还应考虑到模具是一模一腔或一模多腔，浇注系统需按型腔布局设计。塑件大小及形状：根据塑件大小，形状壁厚，技术要求等因素，结合选择分型面同时考虑设置浇注系统的形式、进料口数量及位置，保证正常成型，还应注意防止流料直接冲击嵌件及细弱型芯受力不均以及应充分估计可能产生的质量弊病和部位等问题， 从而采取相应的措施或留有修整的余地。塑件外观：设置浇注系统时应考虑到去除、修整进料口方便，同时不影响塑件的外表美观。注射机安装模板的大小：在塑件投影面积比较大时，设置浇注系统时应考虑到注射机模板大小是否允许，并应防止模具偏单边开设进料口，造成注射时受力不匀。成型效率：在大量生产时设置浇注系统还应考虑到在保证成型质量的前提下尽量缩短流程，减少断面积以缩短填充及冷却时间，缩短成型周期，同时减少浇注系统损耗的塑料。冷料：在注射间隔时间，喷嘴端部的冷料必须去除，防止注入型腔影响塑件质量，故设计浇注系统时应考虑储存冷料的措施。排气系统：从塑件气穴的分析可以看到塑件在充型的过程产生了较多的气泡，主要分布在四周的棱上，为了使模具结构简单且有效排气，在此用分型面和板间间隙排气，故将镶块的间隙设置在塑件的棱处，其配合间隙不能超过0.05mm，一般为0.030.05mm，视成型塑料的的流动性性能的好差而定。2.4.1主流道和主流道衬套结构1.主流道的设计主流道的形状与尺寸对塑料熔体的流动速度和充模时间有较大的影响，因此必须使熔体的温度降和压力损失最小。主流道通常设计在模具的浇口套中，且为圆锥形，锥角为26，小端直径d比注塑机喷嘴直径大0.51，注塑机喷嘴的球面在该位置与模具接触并贴合，因此要求主流道球面半径比喷嘴球面半径大12流道的表面粗糙度ra0.8m。浇口套一般采用碳素工具钢（如t8a、t10a等材料）制造，热处理淬火硬度5357hrc。图2-2浇口套、主浇道尺寸已知：喷嘴圆弧半径r=12，喷嘴孔径d1=4： 得：主浇道球面半径r=14mm，主流道小端孔径d=5。选取锥角=4，主流道长度l=40mm。由经验公式计算主浇道大头直径：d=d+2ltan=10.6式中： d主浇道直径，mm； d主浇道小端直径，mm； l主浇道长度，mm； 主浇道长度，mm。由此可得，主浇道的基本尺寸为： d=5mm,d=10.6，l=40，h=5.6， =4，r=142.浇口套和定位圈设计 图 2-3 浇口套和定位圈查模具设计手册（软件版）得：定位圈直径：d=58mm；浇口套长度：l1=32mm；定位圈厚度：l2=13.6mm3.主流道剪切速率校核因为该副模具是一模两腔，塑料件体积不是很大，采用平浇口要进行主流道和分流道的剪切速率校核。经验：主流道=5103s-1、分流道=5102s-1、点浇道=5105s-1，其它浇口=51035104s-1。.。表24 流道剪切速率校核计算公式符号物理意义出处结果qv=vpti=3.3qvr3主流道直径7.5mm查塑料成型模具中国轻工业出版社p50查塑料设计手册软件版=2.24103s-1主流道的剪切速率接近=5103s-1，符合设计要求qv主流道的体积流率为60cm3s剪切速率4.冷料井类型和结构冷料井的功用：使冷料不进入分流道和型腔；冷料井的结构：冷料井的底部或四周常作成曲折的钩状或侧向凹槽，使冷料井在分模时能将主流道凝料从主流道中拉出来留在动模上。5.主流道总压力损失计算p1=i=1npi=i=148viliqvir4=1.87mpa式中：li各段流道的长度，60.25mm； ri各段流道半径(连续)，510.6mm； qvi各段流道体积流率（约为60mm3s）； vi各段流道中熔体表观黏度，a=7.5102pas查塑料成型模具，中国轻工业出版社，图3-3-6；t值的确定：t=viqvi，流道总体积为：vs=i=14vi=i=14r2li。2.4.2分流道设计在多型腔或单型腔多浇口（塑件尺寸大时）应设置分流道，分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道。它是浇注系统中熔融状态的塑料由流道流入型腔前，通过截面积的变化及流向的变换以获得平稳流态的过渡段。因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态，并在流动过程中压力损失尽可能小，能将塑料熔体均匀地分配到各个型腔。根据塑料的粘度大流动性差，可以初步确定分流道截面积为圆形。1.分流道断面尺寸计算按经验公式计算确定（适用范围:壁厚小于3mm，重量小于200g）：d=0.27mg4l式中：d分流道直径，mm； mg塑件的质量，18.01g； l分流道的长度，6mm。由此可得分流道断面直径：d =2mm，（根据塑料流动性知不合理），介于经验数据，聚碳酸酯的分流道截面取56mm，所以取d =5mm。1. 分流道校核和压力损失校核：分流道体积流率qv=26cm3s，得=4qvr3=0.27103满足=5102103的要求。分流道压力损失计算：p2=i=1npi=i=148viliqvir4=4.59mpa式中：li各段流道长度，6mm； ri各段流道半径，5mm； qvi各段流道体积流率（约为25mm3s）； vi各段流道中熔体表观黏度，a=7.5102pas流道总压力损失计算p=p1+p2=1.87mpa+4.592mpa=11.05mpa4.剪切速率确定经验数据：主流道：=5103s-1 分流道：=5102s-1 点浇道：=5105s-1 其它浇道：=51035104s-1表观黏度vi确定：各段流道中熔体表观黏度，a=7.5102pas查塑料成型模具中国轻化工出版社图3-3-6 。表25 流道剪切速率校核计算公式符号物理意义出处结果rn=32a2l=3.3qrn3rn当量半径查塑料模具技术手册机械工业出版社1997.6表310查塑料设计手册软件版=0.8103s-1主流道的剪切速率在=51025103s-1的范围内，符合设计要求a流道断面积l流道长度q流道的体积流率剪切速率2.4.3 浇口的设计按浇口截面尺寸大小的结构特点,浇口可分为限制性浇口和非限制性浇口两大类,限制性浇口界面尺寸小,可通过截面积突然变化使分流道送来的塑料熔体突变的流速增加,提高剪切速率,降低粘度,获得理想的流动装袋,从而迅速均衡地充满型腔;非限制性浇口是浇筑系统中界面尺寸最大的部位,主要对中大型筒类,壳类塑件型腔起引料和进料的施压作用。 根据图2-2最佳浇口位置分布分析图可知该塑件适合选用侧浇口。表2-6 常用塑料所适应的浇口形式塑料种类直接浇口侧浇口平逢浇口点浇口潜伏浇口环形浇口聚乙烯（pe） 聚笨乙烯（ps）聚碳酸酯（pc） 塑件的浇注系统设置为如下图所示结构：图2-4 浇注系统结构尺寸 1.浇口断面计算