毕业设计（论文）-塑料的工艺性设计.doc

中山火炬职业技术学院毕业设计中山火炬职业技术学院毕业设计（论文）（小一号宋体加粗）标 题（2号宋体加粗）副标题（小2号宋体加粗） 姓 名 丁文超 班 级 051 学 号 0503010139 所 在 系 光机电工程 专 业 模具设计与制造 指导教师 魏文强 完成时间 年 月 日目 录一、塑料的工艺性设计31性能32成型工藝性33缺点和优点34塑件的尺寸与公差35塑料的成型工艺参数4二、模具的基本结构51确定成型方法52型腔布局53型芯结构5三、浇注系统的设计71主流道的设计72分流道的设计73、浇口的设计8四、注射成型机的选择11五、模架的选用12六、成型零件工作尺寸计算131、外型尺寸（mm）142、内腔尺寸（mm）15七、合模导向机构的设计171、导柱的结构182、导套的结构18八、脱模机构的设计191、脱模机构设计的总体原则192、推杆设计193、推件板设计的要点20九、温控系统设计211、冷却系统的分析212、冷却系统的结构设计和计算22十、开模行程与推出机构的校核24十一、模具的装配、试模与维修25一、塑料的工艺性设计1性能丙烯腈-丁二烯-苯乙烯（ABS）微黃色的顆粒或珠狀樹脂.無毒,無味.熔融溫度為217237攝氏度,熱分解溫度大于250攝氏度,密度1.031.07/cm,溶於醛,酮,酯及某些氯化烴中,不溶於大部分醇類和烴類溶質.耐水,無機鹽,酸和鹼.易於成型和機械加工,具有優良的物理機械性能和低溫抗沖擊性,電性能,耐磨性,尺寸穩定性,耐化學性,染色性等.2成型工藝性ABS的多功能性來源於其三種音組成單體丙烯脯,丁二烯,苯乙烯.A代表丙烯脯,提供抗化學性和穩定性;B代表丁二烯,提供韌性和沖擊性能;S代表苯乙烯,提供剛性和加工性能.ABS具有優良的流動性能和良好的綜合性能.3缺点和优点缺点1.耐候性差2.耐热性不够理想优点1. 力学性能和热性能均好，硬度高，表面易镀金属2. 耐疲劳和抗应力开裂、冲击强度高3. 耐酸碱等化学性腐蚀4. 价格较低 5. 加工成型、修饰容易常用于机器盖、罩，仪表壳、手电钻壳、风扇叶轮，收音机、电话和电视机等壳体，部分电器零件、汽车零件、机械及常规武器的零部件4塑件的尺寸与公差（1）、塑件的尺寸塑件尺寸的大小受制于以下因素：取决于用户的使用要求。受制于塑件的流动性。受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力。（2）、塑件尺寸公差标准影响塑件尺寸精度的因素主要有：塑料材料的收缩率及其波动。塑件结构的复杂程度。模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）。成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）。成型设备的控制精度等。其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差。题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。（3）、塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1-2级。5塑料的成型工艺参数查有关手册得到ABS（抗冲）塑料的成型工艺参数：密度 1.01 - 1.04 g/cm3 ;收缩率 0.3% - 0.8% ；预热温度 80 - 85 ， 预热时间 2 - 3 h ;料筒温度 后段 150 - 170 ， 中段 165 - 180 ，前段 180 - 200 ；喷嘴温度 170 - 180 ；模具温度 50 - 80 ；注射压力 60 - 100 Mpa ;成型时间 注射时间 20 - 90 s ， 保压时间 0 -5 s ， 冷却时间 20 - 150s.二、模具的基本结构1确定成型方法塑件采用注塑成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，模具为单分型面注塑模。2型腔布局塑件表面形状较简单，质量小，生产批量大。所以模具采用一模两腔，平衡布局。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。3型芯布局（1）推出装置塑件是通过推杆从型芯的中间推出,为避免在顶出过程中推出板歪斜,还设有导向零件,使推板保持水平运动。 (2)温度调节和排气系统为了满足模具温度的要求,模具里面设有冷却和加热系统.三、浇注系统的设计浇注系统一般由主流道、分流道、浇口和冷料穴等四部分组成。浇注系统的设计应保证塑件熔体的流动平稳、流程应尽量短、防止型芯变形、整修应方便、防止制品变形和翘曲、应与塑件材料品种相适用、冷料穴设计合理、尽量减少塑料的消耗。 根据塑件的形状采用顶杆顶出。采用点浇口成型，双分型面，分流道采用半圆行截面，分流道开设在定摸板上，不设置冷料穴和拉料杆。1主流道的设计 主流道是一端与注射机喷嘴相接触，可看作是喷嘴的通道在模具中的延续，另一端与分流道相连的一段带有锥度的流动通道。主流道设计成圆锥形，其锥角可取2-6度，流道壁表面粗糙度取RA=0.63um,且加工时应沿道轴向抛光。 主流道如端凹坑球面半径比注射机的喷嘴球半径大1-2mm;球面凹坑深度3-5mm;主流道始端入口直径比注射机的喷嘴孔直径大0.5-1mm；一般是2.5-5mm； 主流道末端呈圆无须过渡，圆角半径=1-3mm；主流道长度以小于60mm为佳，最长不宜超过95mm；主流道常开设在可拆卸的主流道衬套上；其材料常用T8A，热处理后硬度53-57HRC。本方案采用标准件唧嘴并配有定位环，用销和螺钉固定。唧嘴规格为12X82.52分流道的设计分流道是脱浇板下水平的流道。为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上，分流道截面形状一般为圆形梯形U形半圆形及矩形等，工程设计中常采用梯形截面加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失流动阻力均不大，一般采用下面的经验公式可确定其截面尺寸： （式1） （式2） 式中 B梯形大底边的宽度（mm） m塑件的重量（g） L分流道的长度（mm） H梯形的高度（mm）根据实践经验，ABS塑料分流道截面直径为4.89.5。所以我们可以选择截面直径为6mm。分流道必须做成圆形截面，便于分流道和主流道凝料脱模。分流道长度 分流道要尽可能短，且少弯折，便于注射成型过程中最经济地使用原料和注射机的能耗，减少压力损失和热量损失。将分流道设计成直的。分流道表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只有中心部位的塑料熔体的流动状态较为理想，因面分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6m左右既可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动时具有适宜的剪切速率和剪切热。分流道表面粗糙度分流道在分型面上的布置与前面所述型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：即一方面排列紧凑、缩小模具板面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。本模具的流道布置形式采用平衡式。3、浇口的设计浇口亦称进料口，是连接分流道与型腔的通道，除直接浇口外，它是浇注系统中截面最小的部分，但却是浇注系统的关键部分，浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大。（1）浇口的选用它是流道系统和型腔之间的通道,这里我们采用点浇口：浇口在成形自动切数断，故有利于自动成形。浇口的痕迹不明显，通常不必后加工。浇口之压力损失大，必须高之射出压力。浇口部份易被固化之残锱树脂堵隹。它常用于成型中、小型塑料件的一模多腔的模具中，也可用于单型腔模具或表面不允许有较大痕迹的塑件。（2）浇口位置的选用模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择。通常要考虑以下几项原则：1） 尽量缩短流动距离。2） 浇口应开设在塑件壁厚最大处。3） 必须尽量减少熔接痕。4） 应有利于型腔中气体排出。5） 考虑分子定向影响。6） 避免产生喷射和蠕动。7） 浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8） 注意对外观质量的影响。（3）浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式，设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型。一般在塑件形状及模具结构允许的情况下，应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同（型腔布局为平衡式）的形式，否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致，这就是浇注系统的平衡。显然，我们设计的模具是平衡式的，即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。（4）排气的设计排气槽的作用主要有两点。一是在注射熔融物料时，排除模腔内的空气；二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。越是薄壁制品，越是远离浇口的部位，排气槽的开设就显得尤为重要。另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设，因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外，还可以消除制品的各种缺陷，减少模具污染等。那么，模腔的排气怎样才算充分呢？一般来说，若以最高的注射速率注射熔料，在制品上却未留下焦斑，就可以认为模腔内的排气是充分的。适当地开设排气槽；可以大大降低注射压力、注射时间。保压时间以及锁模压力，使塑件成型由困难变为容易，从而提高生产效率，降低生产成本，降低机器的能量消耗。其设计往往主要靠实践经验，通过试模与修模再加以完善，此模我们利用模具零部件的配合间隙及分型面自然排气。四、注射成型机的选择选择G54S200/400型卧式注射机，其有关参数为：额定注射量 200/400 CM3注射压力 109MPA锁模力 2540KN最大注射面积 645CM2模具厚度 165-406MM最大开合模行程 260MM喷嘴圆弧半径 18MM喷嘴孔直径 4MM拉杆间距 290MMX368MM五、模架的选用型腔壁厚的计算 对小尺寸型腔，强度不足是主要问题，应按强度条件技计算，得型腔侧壁最小厚度： Tc=r（ -1）式中： r 凹模型腔内孔或凸型芯外圆的半径； - 材料许用应力 Pm - 模腔压力成型零件材料选T12，底温回火，硬度大于55HRC，其为700MPA Tc=16(-1)2.9315 mm凹模型腔底部高度 Th=1.1=1.16.652mm由前面对型腔的最小壁厚和底部厚度可以估算得型腔的最小外形尺寸；最小宽度为：120mm最小厚度为：60mm根据产品大小和布局选择龙记CI3030 A60B60C90型号（如组立图）模架安装尺寸校核模具外形尺寸为长400MM、宽400MM、高261MM，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。六、成型零件工作尺寸计算所谓成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接构成型腔腔体的部位的尺寸，其直接对应塑件的形状与尺寸。鉴于影响塑件尺寸精度的因素多且复杂，塑件本身精度也难以达到高精度，为了计算简便，规定：（1）塑件的公差塑件的公差规定按单向极限制，制品外轮廓尺寸公差取负值“”，制品叫做腔尺寸公差取正值“”，若制品上原有公差的标注方法与上不符，则应按以上规定进行转换。而制品孔中心距尺寸公差按对称分布原则计算，即取。（2）模具制造公差实践证明，模具制造公差可取塑件公差的，即z=，而且按成型加工过程中的增减趋向取“+”、“-”符号，型腔尺寸不断增大，则取“+z”,型芯尺寸不断减小则取“-z”，中心距尺寸取“”。现取。（3）模具的磨损量实践证明，对于一般的中小型塑件，最大磨损量可取塑件公差的，对于大型塑件则取以下。另外对于型腔底面（或型芯端面），因为脱模方向垂直，故磨损量c=0。（4）塑件的收缩率塑件成型后的收缩率与多种因素有关，通常按平均收缩率计算。%=2%（5）模具在分型面上的合模间隙由于注射压力及模具分型面平面度的影响，会导致动模、定模注射时存在着一定的间隙。一般当模具分型的平面度较高、表面粗糙度较低时，塑件产生的飞边也小。飞边厚度一般应小于是0.020.1mm。1、外型尺寸（mm） 根据公式 ： 式中： Lm - 型腔内形尺寸 Ls - 塑件外径基本尺寸 - 塑件公差S - 塑件的平均收缩率，取2.25z - 模具制造公差，取（1/31/6）=66.445 =59.45根据公式 ： 式中： Hm- 型腔深度尺寸 Hs- 塑件高度基本尺寸 - 塑件公差S - 塑件的平均收缩率，取2.25z - 模具成型尺寸设计公差取m=s/3查表得：=0.75 z=0.75/3=0.25 =6.652、内腔尺寸（mm）根据公式 ： 式中：Lm - 型芯外形尺寸Ls - 塑件内径基本尺寸 - 塑件的公差S - 塑件平均收缩率2.25- 模具成型尺寸设计公差，取m=s/3查表得： =0.63 =0.21 =根据公式 ： 式中： Hm - 凸模高度尺寸 Hs - 塑件内型深度基本尺寸 - 塑件的公差 S - 塑件的平均收缩率 - 模具成型尺寸设计公差，取m=s/3查表得： =0.63 =0.21=5.43七、合模导向机构的设计导柱导向机构设计要点：小型模具一般只设置两根导柱，当其元合模方位要求，采用等径且对称布置的方法，若有合模方位要求时，则应采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。大中型模具常设置三个或四个导柱，采取等径不对称布置，或不等径对称布置的形式。直导套常应用于简单模具或模板较薄的模具；型带头导套主要应用于复杂模具或大、中型模具的动定模导向中；型带头导套主要应用于推出机构的导向中。导向零件应合理分布在模具的周围或靠近边缘部位；导柱中心到模板边缘的距离一般取导柱固定端的直径的11.5倍；其设置位置可参见标准模架系列。导柱常固定在方便脱模取件的模具部分；但针对某些特殊的要求，如塑件在动模侧依靠推件板脱模，为了对推件板起到导向与支承作用，而在动模侧设置导柱。为了确保合模的分型面良好贴合，导柱与导套在分型面处应设置承屑槽；一般都是削去一个面，或在导套的孔口倒角，导柱工作部分的长度应比型芯端面的高度高出68mm，以确保其导向作用。应确保各导柱、导套及导向孔的轴线平行，以及同轴度要求，否则将影响合模的准确性，甚至损坏导向零件。导柱工作部分的配合精度采用H7/f7（低精度时可采用H8/f8或H9/f9）；导柱固定部分的配合精度采用H7/k6（或H7/m6）。导套与安装之间一般用H7/m6的过渡配合，再用侧向螺钉防止其被拔出。对于生产批量小、精度要求不高的模具，导柱可直接与模板上加工的导向孔配合。通常导向孔应做志通孔；如果型腔板特厚，导向孔做成盲孔时，则应在盲孔侧壁增设通气孔，或在导柱柱身、导向孔开口端磨出排气槽；导向孔导滑面的长度与表面粗糙度可根据同等规格的导套尺寸来取，长度超出部分应扩径以缩短滑配面。1、导柱的结构带头导柱如图（10）所示。2、导套的结构带头导套如图（11）所示。图（10） 图（11）八、脱模机构的设计1、脱模机构设计的总体原则要求在开模过程中塑件留在动模一侧，以便推出机构尽量设在动模一侧，从而简化模具结构。正确分析塑件对模具包紧力与粘附力的大小及分布，有针对性地选择合理的推出装置和推出位置，使脱模力的大小及分布与脱模阻力一致；推出力作用点应靠近塑件对凸模包紧力最大的位置，同时也应是塑件刚度与强度最大的位置；力的作用面尽可能大一些，以防止塑件在被推出过程中变形或损坏。推出位置应尽可能设在塑件内部或对塑件外观影响不大的部位，以力求良好的塑件外观。推出机构应结构简单，动作可靠（即：推出到位、能正确复位且不与其他零件相干涉，有足够的强度与刚度），远动灵活，制造及维修方便。2、推杆设计（1）推杆的形状如图(12)所示（2）推杆的位置与布局应设在脱模阻力大的部位，均匀布置。应保证塑件被推出时受力均匀，推出平衡，不变形；当塑件各处脱模阻力相同时，则均匀布置；若某个部位脱模阻力特大，则该处应增加推数目。推杆应尽可能设在塑件厚壁、凸缘、加强等塑件强度、刚度较大处；当结构特殊，需要推在薄壁处时，可采用盘状推杆以增大接触面积。 图（12）推杆的设置不应影响凸模强度与寿命。当推在端面则距型芯侧壁10.13mm；当推杆设置在型芯内部推在塑件内部时，推杆孔距型芯侧壁23mm。在模内排气困难的部位应设置推杆，以利于用配合间隙排气。若塑件上不允许有推杆痕迹时，可在塑件外侧设置溢料槽，从而靠推杆推在溢料槽内的凝料上而带塑件。3、推件板设计的要点推件板与型芯应呈310的推面配合，以减少远动摩擦，并起辅助定位以防止推件板偏心而溢料；推件板与型芯侧壁之间应有0.200.25mm的间隙，以防止两者间的擦伤而或卡死，推件板与型芯间的配合间隙以不产生塑料溢料为准，塑料的最大溢料间隙可查表，推件板与型芯相配合的表面粗糙度可以取Ra0.80.4m。推件板可用经调质处理的45钢制造，对要求比较高的模具，也可以采用T8或T10等材料，并淬硬到5355HRC，有时也可以在推件板上镶淬火衬套以延长寿命。当用推件板脱出元通孔的大型深腔壳体类塑件时，应在型芯上增设一个进气装置，以避免塑件脱模时在型芯与塑件间形成真空。推件板复位后，在推板与动模座板间应留有为保护模具的23mm空隙。九、温控系统设计 1、冷却系统的分析 当塑件熔体填充型腔时，必须顺序排出型腔及浇注系统内的空气及塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体。如果型腔内各种原因而产生的气体不被排除干净，一方面将会在塑件上形成气泡、接缝、表面轮廓不清及填充缺料等成型缺陷，另一方面气体收压，体积缩小而产生高温会导致塑件局部烧焦，同时积存的气体还会产生反向压力而降低充模速度，所以设计型腔时必须考虑排气问题。有时在注射成型过程中，为了保证型腔填充量的均匀合适及增加塑料熔体汇合处的溶接强度，还需要在塑料最后填充到的型腔部位开设溢流槽以容纳余料，也可容纳一定量的气体。 通常中小型模具的简单型腔，可利用摧杆、活动型芯以及双支点的固定型芯端部与模板的配合间隙进行排气，其间隙为0.030.05MM。其基本原则：熔体热量95%由冷却介质带走，冷却时间占成型周期的2/3。注射模冷却系统设计原则1冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大、型腔表面的温度与冷水道的数量、截面尺寸及冷却水的温度有关。2冷却水道至型腔表面距离应尽量相等，当塑件壁厚均匀时，冷却水道到型、腔表面的距离应近一点，间距也可适当小一点。一般水道孔边至型腔表面的距离应大于10MM，常用1215MM。3浇口处加强冷却 塑料熔体填充型腔时，浇口附近温度最高，距浇口越远温度就越低，所以浇口附近应加强冷却，通常将冷却水道的入口处设计在浇口附近，使浇口附近的模具在教低温度下冷却，而远离浇口部分的模具在经过一定程度热交换后的温水作用下冷却。4冷却水道出、入口温差应尽量小 如果冷却水道教长，则冷却水出、入口的温差就比较大，易使模温不均匀，所以在设计时应引起注意。 冷却水道的总长度的计算公式： L=A/nd 式中： L - 冷却水道总长度； A - 热传导面积； D - 冷却水通道直径； N - 模具上开设冷却通道孔数；5冷却水道应沿着塑料收缩的方向设置 ABS的收缩率大，水道应尽量沿着收缩方向设置。冷却水道的设计必须尽量避免接近塑件的熔接部位，以免产生熔接痕，降低塑件强度，冷却水道要易于加工清理。一般水道孔直径为10MM左右，不小于8MM。2、冷却系统的结构设计和计算 中等深度的塑件，采用点浇口进料的中等深度的壳形塑件，在凹模底与型腔表面采用等距离环型槽冷却的形式 1.冷却回路的尺寸确定 冷却回路的设计应做到回路系统内流动的介质能充分吸收成形塑件所传导的热量,使模具成形表面的温度稳定的保持在所需的温度范围内,并且要做到使冷却介质在回路系统内流动畅通,无滞流部位. (1) 冷却回路所需的总表面积计算公式: A= 式中 A冷却回路总面积,m； M单位时间内注入模具中树脂的质量,kgh； q单位质量树脂在模具内释放的热量,J.kg； 冷却水的表面传热系统,W(m.K) ； 模具成形表面的温度， C； 冷却水的平均温度，C； 具体如下图： 根据牛顿冷却定律，冷却介质从模具带走的热量为： Q=aAT式中： a- 冷却管道孔壁与冷却介质间的传热系数 T - 模具温度与冷却介质温度之差 A - 冷却管道壁的传热面积 - 冷却时间由上式可知，当需传递热量Q不变时，可通过2提高传热系数，而通过提高冷却介质的流速便可达到提高传热系数的目的；3提高模具与冷却介质间的温差；4增大冷却介质的传热面积A，而通过开设水管的尺寸尽可能大，数量尽可能多就可以增大传热面积。冷却水孔直径的计算 假设塑料在模内释放的热量全部由冷却水带走，则模具冷却时间所需冷却水的体积流量可按下式计算： V=（m3/min）式中： V - 冷却水的体积流量 G - 单位时间内注入模具的塑料质量 I - 塑料成型时在模内释放的热含量 C - 冷却水的比热容 查得水为4.187X103； - 冷却水的密度 T1 - 冷却水的出口温度 T2 - 冷却水的进口温度经计算得 V= =0.0073（m3/min）冷却水在水孔里的流速 冷却水管的直径为8MM，所以根据冷却水的体积流量可以查表得： v = 1.1(m/s)符合冷却水的最低流速要求十、开模行程与推出机构的校核对双分型面注射模，开模行程为：S机 H = H1 + H2 + a + （510)mm式中，H1为塑件推出距离 H2包括浇注系统在内的塑件高度 S机注射机移动板最大的行程 H所需开模行程 a中间板与定模分开距离其开模行程H应小于动模移动板与定模固定板之间的最大距离S0减去模具厚度H1，即，H S0 - H1对于双分型面注射模十一、模具的装配、试模与维修模具的装配 装配顺序：因为塑件的结构形状不能型芯、型腔在合模后找正相对位置，所以要通过导柱、导套来确定。为准确安装，必须先安装导柱导套，以找型芯、型腔的相对位置。模具装配的主要内容型芯装配 将型芯压入固定板，在压入过程中，要注意校正型芯的垂