毕业设计（论文）-插座产品造型与模具设计（全套图纸）.pdf

黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 I 学士学位毕业论文（设计） 插座产品造型与模具设计 学生姓名：学生姓名： 学学 号：号： 指导教师：指导教师： 所在学院：工程学院所在学院：工程学院 专专 业：机械设计制造及其自动化业：机械设计制造及其自动化 中国大庆 2009 年 6 月 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 II 摘要摘要 塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种 类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计 介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提 出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的 设计过程，并对模具强度要求做了说明，通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识， 注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。 关键词：关键词：塑料模具 ；分型面 ；设计 全套图纸加全套图纸加 153893706 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 III Abstract The plastics industry in the world grows one of now quickest industry classes, but the injection mold is develops the quick type, therefore, the research injection mold to understood that the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced injection moldings basic principle, specially single is divided the profile to inject molds structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection mold gating system, the temperature control system and goes against systems design process, and has given the explanation to the mold intensity request, through this design, may have a preliminary understanding to the injection mold, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work. Key word: Plastic mold ；Divides the profile ；Design 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 IV 目 录 摘要 . I Abstract . II 前言 . 1 1 绪论 . 2 1.1 模具的类型和成型特点 . 2 1.2 模具的生产过程 . 4 1.3 我国模具发展 . 5 1.4 国内 CAD/CAE/CAM 发展概述 . 7 2 塑件的工艺分析 . 7 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 . 7 3 初步确定型腔数目 . 11 3.1 初步确定型腔数目 . 11 4 注射机的选择 . 11 4.1 塑件体积的计算 . 12 4.2 计算塑件的质量 . 13 4.3 按注射机的最大注射量确定型腔数目 . 13 4.4 注射剂的选择 . 14 5 浇注系统的设计 . 15 5.1 主流道的设计 . 15 5.2 分流道设计 . 16 5.3 分型面的选择设计原则 . 17 6 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计 . 18 6.1 型腔、型芯工作尺寸计算 . 18 6.2 型腔壁厚和底版厚度计算 . 19 6.3 模架的选择 . 20 7 导向机构的设计 . 20 7.1 导柱的设计 . 20 7.2 导套的结构设计 . 21 7.3 推出机构的设计 . 21 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 V 8 冷却系统的设计 . 22 8.1 求塑件在硬化时每小时释放的热量 . 22 9 模具排气槽的设计 . 23 10 校核 . 23 10.1 注射机有关工艺参数的校核 . 23 10.2 模具厚度 H 与注射机闭和高度 . 23 11.3 模具工作原理 . 23 结束语 . 24 参考文献 . 25 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 1 - 前言 随着改革开放步伐的进一步加快， 我国正逐步成为全球制造业的基地， 特别是加入 WTO 后，作为制造业基础的模具行业近年来得到了迅速发展。 模具是工业生产的基础工艺装备，在电子、汽车、电机、电器、仪表、家电和通信等 产品中，60%-80%的零部件都依靠模具成型。国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、 石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。模具是效益放大器，用模具生产的最终 产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产水平高低，已成为衡量一 个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品您 的开发能力。因此，我国要从一个制造业大国发展成为一个制造业强国，必须振兴和发展 我国的模具工业，提高模具工业的整体技术水平。 随着 CAD/CAM、数控加工及快速成型等先进制造技术的不断发展，以及这些技术在模 具行业中的普及应用，模具设计与制造领域正发生着一场深刻的技术变革，传统的二维设 计及模拟量加工方式正逐步背基于产品三维数字化制造方式所取代。在这场技术革命中， 逐步掌握三维 CAD/CAM 软件的使用，并用于模具的数字化设计与制造是其中的关键。 我国模具工业发展前景非常广阔，国内外模具及模具加工设备厂商已普遍看好中国市 场。这对于模具企业和模具工作者来说，既是机遇也是挑战。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 2 - 1 绪论 在工业生产中，用各种压力成型和装在其上的专用成型工具，通过压力把金属或非金 属材料制成所需形状的零件或制品，这种专用成型工具统称为模具。 模具式由机械零件构成，它与相应的压力成型机械相配合，具有直接改变金属或非金 属材料的形状、尺寸、相应位置和性质，使之成型为合格制品或半成品零件。它式一种高 效率的工艺装备。在工业生产中，用模具进行各种材料的成型，具有节约原材料、制件成 本低廉等一系列优点。因此，在现代工业生产中，模具的应用日益广泛，已成为当代工业 生产的重要手段和工艺发展方向。模具工业的水平和发展状况已被认为是衡量一个国家工 业水平的重要标志之一。 1.1 模具的类型和成型特点 1.1.1 模具的类型 在工业生产中，模具的类型很多。按其材料在模具内成形的特点，可分为若干类型， 见表 1 模具 冷冲模 型腔模 冲裁模 弯曲模 拉深模 成形模 冷挤压模 精冲模 锻模 合金压铸模 塑料模 陶瓷模 橡胶模 粉末冶金模 玻璃成形模 图 1-1 其中，落料模、冲孔模、和切边模属于冲裁模。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 3 - 1.1.2 模具成性特点 冷冲模成形特点：在常温下，把金属或非金属板料放入模具内，通过压力机（冲床） 和安装在压力机上的模具对板料施加压力，致使板料发生分离或变形而制成所需形状和尺 寸的零件。这类模具称为冷冲模。 型腔模的成形特点：把经过加热或溶化的金属材料，通过压力送入模具型腔内，待冷 却后，按型腔表面形状形成所需的零件，这类模具通称为型腔模。 在现代化工业生产中，模具已广泛应用于电动机与电器产品、电子与计算机产品，仪 表、家用电器产品与办公设备、汽车、军械，通用机械等产品的生产中。其主要原因，是 由于利用模具加工制品零件有以下特点： 1. 模具的适应性强 模具的种类很多，其中每一类模具都有其特定的用途和使用方法及与其相配套的成形 加工机床和设备。在工业生产过程中，可根据不同产品零件的结构、性质、精度和批量， 以及零件材料性质、供货形式，采用不同类型和种类的模具与之相适应。如锻件则采用锻 模，冲件采用冲模，塑件采用塑料成形模具，薄壳件则采用吹塑以及吸塑模具等。同时， 还可针对产品零件的生产规模及生产形式，亦可采用不同结构的模具与之相适应。如为适 应产品零件的大批量生产，壳采用高效率，高精度和高寿命的、自动化程度高的模具；为 适应新产品试制或多品种、小批量的产品零件生产，可采用简易及通用、快换式的模具生 产。 2. 模具的生产效率高，节约原材料 采用模具成形加工， 产品零件的效率较高。 如采用高速冲压， 其速度壳达 1800 次/min， 普通冲模也可达 200-600 次/min。用塑料注射件，一般可在 1-2min 内成形。同时，利用 模具加工零件，可以达到无废料及少废料加工。因此，与普通机械加工相比，采用模具加 工零件制品，不仅生产效率高，而且生产消耗低，可大幅度节约原材料，是进行产品生产 的一种优质、高效、低耗的深生产技术。 3. 模具生产的零件制品互换性好 采用模具生产零件制品，在模具一定使用范围内，其生产的合格制品由于出于同一模 具之中，所以其相似性好，尺寸精度稳定，故可以完全互换。这是利用一般加工方法难以 比拟的。 4. 操作工艺简单 采用模具加工制品零件，一般操作工艺简单，技术易学容易掌握，不需要操作者有较 高的技艺水平。因此，可以节约人力资源。 5. 模具社会效益高 一般来说，模具是高技术含量的社会产品，其价值和价格主要取决于模具材料、加工、 外购件的劳动与消耗费用及模具设计与试模费用。 尽管模具的一次性投资较大， 但使用后， 其模具的用户及产品用户受益确无法比拟。如电视机用模具，其模具制造费用，仅为电视 机价格的 1/3000-1/5000，即大批量生产的每台电视机的成本，模具投资仅占一小部分， 甚至可以忽略不计，而实际上，很高的模具价值确为社会所拥有，变成了社会财富。 综合上述，在现代化工业生产中，使用模具生产零件制品，是一项优质、高效、低耗、 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 4 - 适应性强的生产技术，同时也是技术含量高、附加值高、使用范围广、的新技术产品，是 价值很高的社会财富。但是利用模具生产制品，只适用于制品批量较大的生产。由于模具 本身多为单件生产，形面复杂精度要求高，加工难度大、生产周期长、制造费用较高，不 易用于单件及批量小的制品零件生产。 1.2 模具的生产过程 模具的生产过程，即是将原材料转为模具的全过程，它有明显的社会性。这式因为模 具属单件生产方式，其任务来源取决于“用户合同” 。因此，模具是非定型产品，属于单 件生产规模，对于每副模具，应按其不同的技术要求，都须进行创造性的研究、开发与设 计。 模具的生产过程，主要包括模具结构方案的确定、模具的设计、模具毛胚的加工、模 具零部件的制造与标准件的选购和热处理、模具的装配、试模与调整及模具的检验与包装 等内容。 1.2.1 模具生产任务的来源 在组织模具生产之前，首先应根据用户合同，对产品零件图进行认真分析、研究，明 确其制品的形状、大小、精度及有关技术要求，进而初步确定模具结构形式和模具精度。 并根据本单位的技术能力，设备条件，确定有无加工生产的可能性。 1.2.2 模具设计 模具设计是一种高智能的脑力劳动，一般由设计部门完成，它是模具生产过程中最关 键的工作。模具设计图样一般包括模具结构总图、模具零部件图并标有技术要求，零件材 料及热处理要求等。模具图样一旦经过审核、审定经会签之后，就成为生产的法规性文件。 无论式模具原材料的准备，生产工艺规程的制定、模具的装配、试验与验收，都以此为准 来进行工作。 1.2.3 制定工艺规程 工艺规程是指按模具设计样图，由工艺人员规定出整个模具或零部件制造工艺过程、 装配操作方法，一般用表格形式制定出文件下发到各生产部门及车间。由于模具生产一般 是单件生产，因此模具加工工艺规程常采用工艺过程卡片形式。其工艺过程卡片是以工序 为单位，简要说明模具或零部件加工、装配过程的一种工艺文件。它是进行技术准备、组 织生产、指导生产的依据。 1.2.4 组织生产零部件 按零部件生产工艺规程或工艺卡片，组织零部件的生产，采购标准件，并按要求，采 用机械加工、电加工及其他工艺方法，制造出符合设计图样要求的零部件。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 5 - 1.2.5 模具装配 按规定的技术要去及装配工艺规程，将加工合格的零部件及外协标准件，进行配合与 连接，装配成符合模具设计图样结构总图要求的模具。 1.2.6 试模与调整 装配好的模具，在规定的成形机械进行试模，并边试边调整、校正，直到生产出合格 的制品零件为止。 1.2.7 检验与包装 将试验合格的模具，进行外观检验，打好刻记，并将试出的零件制品随同模具进行包 装，填好检验单及合格证证，交付生产部门使用或按合同出厂。 模具设计与制造者，应当了解模具生产的全过程。前道工序的操作者，要把后道工序 作为自己的用户，使后道工序满意自己的加工效果；而后道工序又作为前道工序的检验及 验收者，互相监督检查，互相制约。只有这样，才能使模具生产全过程有条不紊、有秩有 序的进行，并能生产制造出结构合理、精度较高、质量稳定，能达到用户满意的优质模具 产品。 1.3 我国模具发展 在我国，模具工业的发展日益受到人们的重视和关注，国务院颁布的关于当前产业 政策要点的决定也把模具列为机械工业改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二 位。 “模具是工业生产的基础工艺装备”也己经取得了共识。在电子、汽车、电机、电器、 仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%-90%的零部件都要依靠模具成形，在枪支、子弹 等兵器产品中占 95%以上。模具又是“效益放大器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往 是模具自身价值的几十倍、上百倍。目前全世界模具年产值约为 600 亿美元，日、美等工 业发达国家的模具工业产值己超过机床工业，从 1997 年开始，我国模具工业产值也超过 了机床工业产值。 模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为 模具在很大程度上决定着产品的质量、 效益和新产品的开发能力。 鉴于模具工业的重要性， 在 1989 年 3 月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业 技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第一位。1997 年以来，又相继把模具及其 加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商 投资产业目录 。经国务院批准，从 1997 年到 2000 年底，对 80 多家国有专业模具厂实行 增值税返还 70的优惠政策，以扶植模具工业的发展。所有这些，都充分体现了国务院和 国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。1999 年 7 月，国家计委和科学技术部发布了 当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目录) ， 指南中列入了电子专用 工模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 6 - 设备、汽车关键零部件等。 我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后 1520 年， 这与我国制造业发展的要求 相比差距还很大；我们的企业技术装备还比较落后，劳动生产率也较低；模具生产专业化、 商品化、标准化程度也不够高；模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档 模具多数要依靠进口，产品结构调整的任务很重；人才紧缺，管理滞后的状况依然突出等 等。 面对我国模具行业的诸多问题，大力发展模具技术已是当务之急。我国相关行业和个 人应该多借鉴发达国家先进的工艺方法，取长补短，努力找到一条适合我国模具发展的道 路。 国内模具发展十大趋势： 2005-1-7 “十五”期间，我国模具行业重点发展的产品是：汽车覆盖件模具，精密冲 压模，大型、精密塑料模，大型薄壁精密复杂压铸模，大型精密锻模，塑料型材、波纹管 挤出模及管接头模具，子午线橡胶轮胎活络模，长寿命玻璃陶瓷，多工位冷锻模及冷挤模， 壳体连续拉伸模，新型快速经济模，主要模具标准件、拉丝模等新产品。 模具市场的特 点是：总的趋势平稳向上，但各类不同模具的表现不可能一致。冲压模、塑料模和压铸模， 它们的总和一般占模具总量的 80%左右。在未来的模具市场中塑料模具和压铸模的发展速 度将高于冲压模，它们在模具总量中的比例将逐步提高。随着工业的不断发展，将对模具 提出越来越高的要求，因此精密、大型、复杂、长寿命模具的需求发展将高于模具总量的 发展速度。同时，由于近年来我国每年用近 10 亿美元进口模具，其中精密、大型、复杂、 长寿命模具占多数，所以从减少进口角度出发，这类高档模具在市场的分额比例也将逐步 增大。随着多品种、小批量产品时代的逐步来临和企业对模具能保证新产品快速上市的要 求，各种快速经济模具也将随之应运而生。将随之应运而生。 未来我国的模具将呈现十大发展趋势： 一是模具日趋大型化。 这是由于用模具成型的 零件日渐大型化和高生产效率要求发展的“一模多腔”所造成的。 二是模具的精度将越 来越高。10 年前精密模具的精度一般为 5 微米，现在已达到 2-3 微米，不久 1 微米精度的 模具将上市。这要求超精加工。 三是多功能复合模具将进一部发展。新型多功能复合模 具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能也要 求越来越高。 四是热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。由于采用热流道技术 的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应 用在国外发展很快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的 厂家使用率达到 80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率 上升到 20%-30%。 五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成 型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬 火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很强。 六是标准件的应 用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高 模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大 的发展。 七是快速经济模具的前景十分广阔。现在是多品种小批量的的生产时代，21 世 纪，这种生产方式占工业生产的比例将达到 75%以上。由此，一方面是制品使用周期缩短， 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 7 - 另一方面花样变化平凡，要求模具的生产周期愈短愈好。因此，开发快速经济模具将越来 越引起人们的重视和关注。 八是随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将 不断提高，同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来越高的要求。 九是以塑代钢、 以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。同时由于机械零件的复杂程度 和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。 十是模具技术含量将不断提高，中、 高档模具比例将不断增大，这也是产品结构调整所导致模具市场走势的变化。 1.4 国内 CAD/CAE/CAM 发展概述 CAD/CAE/CAM 发展始于改革开放后，进入 21 世纪以后，由于政府的大力支持，以及 大家对 CAD/CAE/CAM 认识上的重视，我国自主开发的 CAD/CAE/CAM 系统较快发展。例如， 华中科技大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和 2D 级进模 CAD/CAE/CAM 软件，上海交通大学模具 CAD 国家工程研究中心开发的冲裁模 CAD/CAM 系统 软件，北京机电研究所开发的锻模 CAD/CAE/CAM 软件、北航海尔软件 I.程研究所开发的 CAXA 软件、吉林汽车覆盖件成形技术所独立研制的商品化覆盖件冲压成形分析 KMAS 软件 等在国内模具行业己拥有不少的用少。 但是目前国内各研究机构设计开发的模具 CAD 软件大多面向塑胶模具， 而针对级进模 CAD 软件基本上为 2D 软件，CAD/CAE/CAM 软件“2D 级进模如华中科技大学模具技术国家重 点实验室开发的级进模 CAD/CAM 系统”是基于 Auto CAD 二维设计毛坯排样、标准件和废 料设计、条料排样与仿真，模具结构与零件的关联设计，自动坐标尺寸标注，典型结构库 管理。台湾统赢信息有一限公司设计开发的模具专业设计软件 PressCAD,它是运行在 Auto CAD 下的冷冲模具设计及慢走丝线切割编程软件。 然而，三维造型设计取代二维平面设计是工程设计的必然趋势。就目前来说，三维造 型在可视化设计、装配设计、性能分析、加工仿真等方面有着平面设计无法比拟的优越性， 是提高设计质量的重要手段。问题在于:如何使三维造型设计变得简单、快速，商业通用 软件无法解决这个问题。 目前国内专业模具生产企业众多，据统计，目前国内己有超过 17000 多个模具生产厂家， 从业人数约 50 多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%,塑料模具约占 33%，压 铸模具约占 6%，其他各类模具约占 11%。设计出适合于中国企业的冲压级进模具 CAD/CAE 设计路线将有效缩短设计周期，提高设计质量，促进冲压模具工业的发展，提高产值。 2 塑件的工艺分析 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂 家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学 性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光 性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 8 - 2-1 所示。 表 2-1 材料的特性 塑料名称 PS PC PMMA 拉伸强度/MPa 51.9 6672 弯曲强度/MPa 110 95113 断裂伸长率/% 2 80100 落球冲击强度 J/m 16 422 洛氏硬度（M） 115 82 101 氧指数（OI） 18.1 24.9 17.3 热变形温度/ 85 134 100 维卡软化点/ 105 153 120 马丁耐热温度/ 112 体积电阻率/cm 10 17 10 19 17 2.110 16 10 14 10 15 吸水率% 0.05 0.13 1.19 透光度/% 8892 93 93 雾度% 3 0.9 0.9 折射率 1.592 1.586 1.492 价格（元/吨） 11501230 3300041000 1950020700 和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各 特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能 和成型特性比较，如表 2-2 所示。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 9 - 表 2-2 材料的性能和成型特性比较 塑料 品种 性 能 特 点 成 型 特 点 模具设计 注意事项 使用温度 主要用途 聚 苯 乙 烯 （ 非 结 晶型） 透明性好， 电性能好， 抗 拉 强 度 高，耐磨性 好，质脆， 抗冲击强度 差，化学稳 定性教好 成型性能好， 成 型前可不干燥， 但注射时应防止 溢料，制品易产 生内应力，易开 裂 因流动性好， 适 宜 用 点 浇 口，但因热膨 胀大，塑件中 不宜有嵌件 30 80 装饰制品， 仪表壳，绝 缘零件，容 器，泡沫塑 料，日用品 等 有 机 玻 璃 （非结 晶型） 透 光 率 最 好，质轻坚 韧，电气绝 缘 性 好 / 但 表面硬度不 高，质脆易 开裂，化学 稳 定 性 较 好，但不耐 无机酸，易 溶于有机溶 剂 流动性差，易产 生流痕，缩孔， 易分解，透明性 好，成型前要干 燥，注射时速度 不能太高 合理设计浇注 系统，便于充 型，脱模斜度 尽可能大，严 格控制料温与 模温，以防分 解 收 缩 率 取 0.35 80 透明制品， 如窗玻璃， 光学镜片， 灯罩等 聚 碳 酸 酯 （非结 晶型） 透 光 率 较 高，介电性 能好，吸水 性小，力学 性能好，抗 冲击，抗蠕 变 性 能 突 出，但耐磨 性差，不耐 碱，酮，酯 耐寒性好，熔融 温度高， 黏性大， 成型前需干燥， 易 产 生 残 余 应 力，甚至裂纹， 质硬， 易损模具， 使用性能好 尽可能使用直 接浇口，减小 流动阻力，塑 料要干燥，不 宜采用金属嵌 件， 脱模斜度 2 130 脆 化 温 度 为100 在机械上做 齿轮， 凸轮， 蜗轮，滑轮 等，电机电 子 产 品 零 件，光学零 件等 该塑件材料选用聚碳酸酯，英文名称 PolyCarbonate，简称 PC，是产量仅次尼龙居第 二位的工程塑料. 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 10 - 聚碳酸酯的工业生产方法有光气化法和酯交换法两种.国内以酯交换法为主，国外则多采 用光气化法.酯交换法只能生产低、中粘度树脂，而光气化法可制得任意分子量的产品。 聚碳酯具有优良的物理机械性能， 尤其是具有突出的冲击强度， 聚碳酸酯蠕变性极小， 尺寸稳定性相当好.聚碳酸酯作为工程塑料，有相当好的透明度，厚度为 2mm 的聚碳酸酯 透光率约为 90%。 聚碳酸酯的使用温度在-100130，热分解温度310，可燃性规格属自熄性。 聚碳酸酯还具有良好的电性能，是属于 E 级的绝缘材料。 聚碳酸酯的还足是耐疲劳强度低，耐磨性较差，易产生应力开裂。聚碳酸酯不耐碱， 长期浸入沸水中易引起水解和开裂。 聚碳酸酯有良好成型加工性.可用注塑成型加工尺寸不大但较精密，能承受冲击负荷 的中小型制品；用挤塑法加工管材、棒材、板材、型材和薄膜.聚碳酸酯在室温下具有伸 展性，因此可用辊压、冲压和深拉伸等方法进行冷加工.经改性的 PC 还能用来生产挤一吹 的大型中空制件。 聚碳酸酯在成型加工时，需对原料含水率严加控制，一般应在 0.02%以下，含水温过 高的聚碳酸酯在加工温度下易发生水解发应，导致分子链的断裂。 聚碳酸酯按粘度分级，有低粘度、中粘度和高粘度.因此加工时应有所选择.低粘度加 工流动性性好，宜注塑成型，高粘度有高的分子量，挤塑法多采用高粘度品级。 为了提高聚碳酸酯使用性能，可在聚碳酸酯中加入玻璃纤维、碳纤维、石棉纤维等增 强材料，提高材料的抗疲劳强度、拉伸强度、弹性模量、并可改善应力开裂性，提高热变 形温度。 聚碳酸酯中还可以掺混聚乙烯、EEA、ABS、MBS、POM、PA、PMMA、PBT、聚四氟乙烯 等聚合物改善耐磨性、耐冲击性、耐应力开裂性和成型加工性。 聚碳酸酯的成型收缩率在 0.4-0.7%的范围内.侧浇口的厚度为制品厚度的 2/3，一般 不小于 1.2MM，浇口长度为 0.7-2.0MM.如用点浇口会在浇口部件产生一个晕斑，故宜设在 不明显区。 分析塑件的结构工艺性 表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方 面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括 缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙 度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的 要求比较高故选一般精度等级： 5 级。 工艺性分析 为了满足制品表面光滑的要求与提高成型效率采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具 的分型面上，而浇口开设在模具的型腔处，塑件外表面因浇口痕迹而影响塑件的表面质量 与美观效果程度较小。 通常控制料温在 250-310，压力 500-800KG/cm 2，模温在 85-120之间，喷嘴部分 应有大的喷口和短的平直部分，喷嘴温度应于料筒前部温度相等或略低 10左右.为了消 除制品内应力，可在 100-130内退火时间为 1-2 时间/1MM.干燥温度在 100-120之间， 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 11 - 时间 6 小时以上。 3 初步确定型腔数目 3.1 初步确定型腔数目 根据产品结构特点，此塑料产品在模具中的扣置方式有两种:一种是将塑料制品的回 转轴线与模具中主流道衬套的轴线垂直；另一种是将此塑料制品的中心线与模具中主流道 衬套的轴线平行。这里拟采用 1 模 2 件的结构，因此，采用侧向分模有些困难，注则机需 要较大的锁模力，并且成型的产品上飞边较厚，因此采用第二种布置方案。此种布置方式 对浇注系统，冷却系统和推出机构的设计都较第一种方式有利。型腔的结构采用动、定模 对称的结构，易于加工制造。根据塑件的结构及尺寸精度要求,该塑件在注射时采用 1 模 2 腔 4 注射机的选择 注塑机简介 1956 年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破， 目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的 30%；注塑机的产量占整个塑料机械产量的 50%。 成为塑料成型设备制造业中增长最快，产量最多的机种之一。 注塑机的分类方式很多，目前尚未形成完全统一标准的分类方法。常用的说法有： (1)按设备外形特征分类：卧式，立式，直角式，多工位注塑机； (2)按加工能力分类：超小型，小型，中型，大型和超大型注塑机。 此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类，但日常生活中用的较少。 注塑机基本参数 注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装 置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。这些参数是设计，制造，购买和使用注塑机 的主要依据。 (1)公称注塑量；指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时， 注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力。 (2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴，浇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，我们将这种压力称为注射压力。 (3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须 有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。 常用的注射速率如表 3-4 所示。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 12 - 表 4-4 注射量与注射时间的关系 注射量/CM 3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 (4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配 合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长 成型周期. (5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不 应被熔融的塑料所顶开. (6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程, 模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围. (7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求 模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停. (8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循 环所需的时间. 4.1 塑件体积的计算 塑件： 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 13 - 根据零件的三维模型，利用三维软件直接可查询到塑件的体积 V=48.48cm 3 浇注系统的体积：V2=14.1cm 3 塑件与浇注系统的总体积为 V=48.48*2+14.1=111.06cm 3 4.2 计算塑件的质量 查手册取密度 =1.2g/cm 3 塑件体积：V=48.48cm 3 塑件质量：根据有关手册查得：=1.2g/cm 3 所以，塑件的重量为： M=V=48.48cm 3 1.2= 58.18g 4.3 按注射机的最大注射量确定型腔数目 根据 1p kmm n k （4-1） 得 1 p nmm m k + (4-2) k 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8; p m 注射机最大注射量，cm 或 g; 1 m 浇注系统凝料量，cm 或 g； m单个塑件体积或质量，cm 或 g； 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 14 - 4.3 计算浇注系统的体积，其初步设定方案如下 （详见三维） 图 4.1 浇注系统示意图 根据三维模型，利用三维软件直接可查询到浇注系统的体积 V2=14.1cm 3 4.4 注射剂的选择 4.4.1 由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机.材料密度 =1.2g/cm 3 总体积 V=101.32cm 3 ； 总质量 M=121.584g； 查国产注射机主要技术参数表取 SZ-160/1000,主要技术参数如下。 表 3-5 国产注射机 SZ-160/1000 技术参数表 特性 内容 特性 内容 结构类型 卧 拉杆内间距(mm) 360260 理论注射容积（cm 3 ） 179 移模行程(mm) 280 螺杆(柱塞)直径(mm) 44 最大模具厚度(mm) 360 注射压(MPa) 132 最小模具厚度(mm) 170 注射速率(g/s) 110 锁模形式(mm) 液压 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 15 - 塑化能力(g/s) 10.5 模具定位孔直径(mm) 120 螺杆转速(r/min) 10150 喷嘴球半径(mm) 10 锁模力(KN) 1000 喷嘴口直径 4.0 5 浇注系统的设计 浇注系统的设计原则：浇口位置应尽量选择在分型面上，以便于模具加工及使用时浇 口的清理；浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致，并使其流程为最短；浇口的位置 应保证塑料流入型腔时，对着型腔中宽敞、壁厚位置，以便于塑料的流入;避免塑料在流 入型腔时直冲型腔壁,型芯或嵌件,使塑料能尽快的流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件 变形;尽量避免使制件产生熔接痕,或使其熔接痕产生在之间不重要的位置;浇口位置及其 塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀的流入,并有利于型腔内 气体的排出。 5.1 主流道的设计 主流道是指浇注系统中从注射机喷嘴与模具处到分流道为止 塑料熔体 流动通道 根据选用的注射机的相关尺寸得 喷嘴前端孔径：d0=4.0mm； 喷嘴前端球面半径：R0=10mm； 根据模具主流道与喷嘴的关系 () () 0 0 12 0.51 RRmm ddmm =+ =+ : : 取主流道球面半径：R=11mm； 取主流道小端直径：d=4.5mm 为了便于将凝料从主流道中取出，将主流道设计成圆锥形，起斜度为2 6o: ，此处选 用 2，经换算得主流道大端直径为 7.75MM。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 16 - 图 5.1 主流道示意图 5.2 分流道设计 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流 道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力 损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表 4-1 所示。 表 5-2 流道断面尺寸推荐值 塑料名称 分流道断面直径 mm 塑料名称 分 流 道 断 面 直 径 mm ABS，AS 聚乙烯 尼龙类 聚甲醛 丙烯酸 抗冲击丙烯酸 醋酸纤维素 聚丙烯 异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810 聚苯乙烯 软聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 热塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 离子聚合物 聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513 分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U 形和六角形。要减少流道内的压力损失， 希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的 比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难， 所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为 8mm。 黑龙江八一农垦大学毕业设计论文 - 17 - 图 5.2 分流道分布示意图 5.3 分型面的选择设计原则 分型面是决定模具结构形式的重要因素，它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切 关系，并且直接影响着塑料熔体