在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其他的模具，在模具行业中的比例将逐步提高。塑料模具在整个模具行业中所占的比重约为30%，在模具进出口的比重中约占50%-70%。随着塑料工业的不断发展，这一比例还持续提高。因此，精密、大型、复杂、长寿的塑料模具的发展将高于总量的发展。我的课题是螺纹连接座塑料模具设计，属于塑料材料，而且相对于其他塑料成型方法，注塑成型时最方便而且是生产率也是最高的。所以我选择了塑料模具中的注塑成型。

1.2 研究意义：

热塑性塑料注塑成型这种方法即是将塑料材料熔融，然后将其注入膜腔。熔融的塑料一旦进入模具中，它就受冷依模腔样成型成一定形状。所得的形状往往就是最后成品，在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。许多细部，诸如凸起部、肋、螺纹，都可以在注射模塑一步操作中成型出来。

2 文献综述

注塑成型又称注塑模具，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，并且能够成功地将某些热固性塑料注塑成型。注塑成型可成型各种形状的塑料制品，其优点包括成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的制品，且生产效率高，易于实现自动化，因而广泛应用在塑料制品生产当中。

2．1 注塑成型原理及特点

塑料的注塑成型过程，就是借助螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速度注入模具型腔内，经过冷却固化定型后开模而获得制品。因此，可以说注塑成型在塑料装配生产中具有重要地位。

2.1.1 注塑成型原理

注塑成型所用的模具即为注塑模（也称为注射模），注塑成型的原理以螺杆式注射机为例：首先将颗粒或粉状的塑料加入料斗，然后输送到外侧装有电加热的料筒中塑化。螺杆在料筒前端原地转动，使被加热预塑的塑料在螺杆的转动作用下通过螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近。螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高并得以均匀化。当料筒前端堆积的熔体对螺杆产生一定的压力时（称为螺杆的背压），螺杆将转动后退，直至与调整好的行程开关接触，从而使螺母与螺杆锁紧。具有模具一次注射量的塑料预塑和储料过程结束。这时，马达带动气缸前进，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中。熔体通过喷嘴注入闭合模具型腔后，必须经过一定时间的保压，熔融塑料才能冷却固化，保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。当合模机构打开时，在推出机构的作用下，即可顶出注塑成型的塑料制品。

2.1.2 注塑模设计的特点

塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的塑料制件。在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。

注塑件质量包括表现质量和内在质量。表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。

先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。

2.2 注塑模具分类

凡是注塑模具，均可分为动模和定模两大部件。注塑充模时，动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时，动模与定模分离并取出制件。定模安装在注射机的固定模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。注塑模具主要由以下7个系统或机构组成:

1.成型零件成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。

2.浇注系统将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

3.导向和定位机构为确保动模和定模在闭合时能够准确导向和定位对中，通常需要在动模和定模上分别设置导柱和导套。如果使用的是深腔注塑模，那么还需要在主分型面上设置锥面定位。有时为保证脱模机构的准确运动和复位，还需要设置导向零件。

4.脱模机构脱模机构是指在开模过程的后期将塑件从模具中脱出的机构。

5.侧向分型抽芯机构带有侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯。

6.温度调节系统为了满足注塑工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。冷却模具时，通常是在模板内开设冷却水道，而加热则是在模具内或周边安装电加热元件。具有特殊要求的注塑模，还需要配备模温自动调节装置。

7.排气系统为了在注塑充模过程中将型腔内原有空气排出，通常在分型面处开设排气槽。由于小型腔排气量不大，可直接利用分型面排气，也可以利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间的间隙排气，而大型注塑模则需要预先设置专用排气槽。

3.1 执行方案

1产品原料是低密度聚乙烯（LDPE），采用注塑成型模具，必要时可采用强制脱模。

2熟悉注塑模具设计的流程，掌握注塑模具设计的基本原理和设计方法，能用模具设计软件，对塑件进行模具设计。

3完成雪碧瓶盖塑料模具的各个零件的设计。

4设计完成后，对设计的各参数进行校核，以便能保证使用要求。

5整个模具设计完成后，还要进行试模，并针对性的进行修改。

开题报告

题　目雪碧瓶盖注塑模

1.课题任务理解

1.1选题依据

1.2研究意义

2. 文献综述

2．1注塑成型原理及特点

2.1.1注塑成型原理

2.2注塑模具分类

1.成型零件成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。

2.浇注系统将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

4.脱模机构脱模机构是指在开模过程的后期将塑件从模具中脱出的机构。

5.侧向分型抽芯机构带有侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯。

3.执行方案及进度计划

3.1 执行方案

1产品原料是低密度聚乙烯（LDPE），采用注塑成型模具，必要时可采用强制脱模。

2熟悉注塑模具设计的流程，掌握注塑模具设计的基本原理和设计方法，能用模具设计软件，对塑件进行模具设计。

3完成雪碧瓶盖塑料模具的各个零件的设计。

4设计完成后，对设计的各参数进行校核，以便能保证使用要求。

5整个模具设计完成后，还要进行试模，并针对性的进行修改。

3.2 进度计划

2011/03/21-2011/03/31 完成毕业设计的选题和开题报告；

2011/04/01-2011/04/14 进行毕业实习及调研；

2011/04/15-2011/04/22 进行工艺及结构设计；

2011/04/23-2011/04/30 绘制装配图和零件图；

2011/05/01-2011/05/06 对整个设计进行合理性检查；

2011/05/07-2011/05/22 撰写设计说明书及毕业答辩的准备；

2011/05/23-2011/06/10 毕业设计答辩。

摘要

塑料工业是世界上发展最快的工业之一。在日常生活中几乎每天都使用塑料制品，这些产品的大部分可由注塑成型的方法生产。众所周知，注塑成型工艺是制作各种形状的产品和以低成本制作复杂形状产品的制造工艺。本次的毕业设计的主要内容是雪碧瓶盖的注塑模具设计。从塑料材料的性能分析，根据塑件的基本形状和尺寸入手，合理选择注射的成型方法。通过对塑件工艺性的分析和对模具生产条件及制造水平的掌握，制订出成形工艺卡。在制定出成形工艺卡以后，开始进行模具的结构设计。其中模具的结构设计过程包括：型腔的数目和位置的确定，模具的总体结构形式设计，动模及定模成形零件尺寸的确定，浇注系统形式及尺寸的确定，脱模方式的确定，调温及排气系统的确定，模架的选择待以上各步骤完成以后，便开始绘制模具的结构草图，根据具体尺寸校核注塑模具及注塑机的有关尺寸，并对工艺参数进行核定和计算。之后进行初步的审查对所存在的问题进行确定和修正，然后绘制模具总装配图，按装配图绘制成型零件及所有需要加工的零件工作图，同时考虑零件的加工工艺。

关键字：雪碧瓶盖；注塑模具；注射机

Abstract

Plastic industry is one of the world's fastest-growing industrial .In everyday life almost everyday use plastic products, most of these products by injection molding method production. As is known to all, injection molding process is making all sorts of shapes of product and low-cost production complex shape product manufacturing process.The graduation design of the main content is XueBi lid injection mold design. From plastic material performance analysis, according to the basic plastic parts,shape and size of the rational selection of injection molding method. Through the analysis of the technology of plastic parts for mold production conditions and with manufacture level of mastery and work out forming process card. In setting out after forming process card to begin die structure design.One die structure design process includes: cavity number and positioning,die structure form design, dynamic model and decide the determination of forming parts size mold, gating system forms and sizes, stripping the sure way to determine, tempering and exhaust system identified, formwork choice to stay above the steps are done, started drawing die structure sketches, according to the concrete size checking injection molding tool and injection molding machine,and the relevant dimensions of verification and calculation process parameters. Carries on the preliminary review after some issues identified and fix, then draw mold assembly drawing, according to total drawings forming parts and all needs processing, and consider working drawing parts machining process of the part.

Keyword: XueBi lid; injection mould ; injector machine

1 塑件的分析…………………………………………………………………………1

1.1 壁厚分析…………………………………………………………………… 1

1.2 圆角分析…………………………………………………………………… 1

2 塑件材料的选择及材料特性………………………………………………………2

2.1 材料的选择………………………………………………………………… 2

2.1.1 基本特性………………………………………………………………2

2.1.2 成型特性………………………………………………………………2

2.1.3 综合性能………………………………………………………………2

2.2 LDPE的注射工艺参数………………………………………………………3

3 塑件的形状尺寸的计算……………………………………………………………4

4 型腔数目的确定及排布……………………………………………………………5

4.1 型腔数目常用方法………………………………………………………… 5

4.1.1 根据经济性确定型腔数目……………………………………………5

4.1.2 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目……………………………5

4.1.3 根据制品精度确定型腔数目…………………………………………5

4.1.4 根据注射机的额定最大注射量确定型腔数目………………………5

4.2 型腔的排布设计原则……………………………………………………… 6

5 分型面的选择…………………………………………………………………… 7

5.1 分型面的选择原则…………………………………………………………7

6 浇注系统的设计………………………………………………………………… 8

6.1 设计原则……………………………………………………………………8

6.1.1 主流道设计………………………………………………………… 8

6.1.2 冷料穴的设计……………………………………………………… 8

6.1.3 分流道设计………………………………………………………… 8

6.1.4 浇口设计…………………………………………………………… 9

6.1.5 溢流排气系统的设计……………………………………………… 10

7 注射机的选择及型号和规格…………………………………………………… 11

7.1 初步估算浇注系统的参数…………………………………………………11

7.2 XS-Z-30 注射机技术规格……………………………………………… 11

7.2.1 注射机的分类……………………………………………………… 12

8 成型零部件的结构设计及工作尺寸计算……………………………………… 13

8.1 成型零部件的结构设计……………………………………………………13

8.1.1 凹模的的结构设计………………………………………………… 13

8.1.2 凸模的结构设计…………………………………………………… 13

8.2 成型零件工作尺寸计算……………………………………………………13

8.2.1 凹模径向尺寸计算………………………………………………… 14

8.2.2 凸模尺寸计算……………………………………………………… 15

8.2.3 型芯径向尺寸计算………………………………………………… 15

8.2.4 计算螺纹型芯的工作尺寸………………………………………… 16

8.2.5 型腔壁厚和底板厚度计算………………………………………… 17

9 导向机构的设计………………………………………………………………… 19

9.1 导柱导向机构的作用………………………………………………………19

9.1.1 定位件用…………………………………………………………… 19

9.1.2 导向作用…………………………………………………………… 19

9.1.3 承受一定的侧向压力……………………………………………… 19

9.2 导柱导套的设计原则………………………………………………………19

9.3 导柱导套的设计……………………………………………………………19

9.4 导柱的设计…………………………………………………………………20

9.4.1 导柱的结构………………………………………………………… 20

9.4.2 对导柱的要求……………………………………………………… 20

9.5 导套的设计…………………………………………………………………21

9.5.1 导套的结构………………………………………………………… 21

9.5.2 对导套的要求……………………………………………………… 21

10 脱模机构的设计…………………………………………………………………23

10.1 脱模机构的组成………………………………………………………… 23

10.2 脱模机构的分类………………………………………………………… 23

10.2.1 按驱动方式分………………………………………………………23

10.2.2 按推出零件的类别分类……………………………………………23

10.2.3 按脱模动作分类……………………………………………………24

10.3 设计原则………………………………………………………………… 24

10.4 锁模力的计算…………………………………………………………… 24

11 冷却系统设计……………………………………………………………………27

11.1 冷却系统的作用………………………………………………………… 27

11.2 设计冷却系统时应考虑的因素………………………………………… 27

11.3 冷却系统的开设原则…………………………………………………… 27

11.4 注射模冷却系统设计原则……………………………………………… 28

11.4.1 冷却系统机构设计…………………………………………………28

11.4.2 冷却系统的主要零件………………………………………………29

11.4.3 冷却系统的计算……………………………………………………29

12 模具工作过程……………………………………………………………………32

12.1 模具基本工作过程……………………………………………………… 32

13 设计总结…………………………………………………………………………33

参考文献…………………………………………………………………………… 34

致谢……………………………………………………………………………… 35

1 塑件的分析

该塑料制品为瓶盖，其塑件的结构以及表面形状较为简单，整个塑件呈筒状，整个塑件高达15mm，外径为28mm，壁厚1mm，中间衔接部分以圆弧过渡。作为实用零件对其尺寸公差没有太严格的要求，故在本次设计中可以忽略此方面的考虑，以降低模具的加工制造成本。且塑件本身壁厚较小、均匀，适合于大批大量的注塑模具生产。塑件图如下所示：

图 1 塑件产品图

1.1 壁厚分析

塑件的壁厚对塑件质量的影响很大。壁厚过小，成型时熔融塑料流动阻力大，充模困难，特别是大型且形状复杂的塑件更为突出。壁厚过大，不但浪费原料，而且增加冷却时间，更重要的是塑件产生气泡、缩孔、翘曲变形等缺陷。查相关手册可知，该塑件的壁厚均为1mm在其最小壁厚范围内。因此，该塑件符合注塑模具成型的厚度条件。

1.2 圆角分析

为了避免应力集中，提高塑件的局部强度，改善熔体的流动情况且便于脱模，在塑件各内外表面的连接处，应采用过渡圆弧。塑件上的过渡圆弧对于模具制造也是必要的。在无特殊要求时，塑件连接处均应有不小于0.5～1mm的圆角。按照圆角的设计原则：一般外圆弧半径应是厚度的1.5倍、内圆弧半径应是厚度的0.5倍。本次设计要求该塑件的内外圆弧半径结合生产实际来设计，根据现有的生产力状况以及条件设备，此塑件的内外过渡圆弧是小半径为0.5mm，适合注塑制品的结构和工艺要求。

2 塑件材料的选择及材料特性

2.1 材料的选择

该塑件在尺寸上要求比较高,且在长期的使用过程中需要较高的强度和硬度，也要求有一定的耐磨性，在保证塑料制品的功能和性能的同时还要考虑到加工生产、成本和供应。综合上述各方面的考虑和甄选以及结合工厂的实际生产，选用收缩率较小、综合性能优良、在工程技术中应用广泛的塑料LDPE（低密度聚乙烯）。

2.1.1 基本特性

低密度聚乙烯（LDPE）是高压下乙烯自由基聚合而获得的热塑性塑料。

无毒、无味、呈乳白色。密度为0.94～0.965g/cm3,有一定的机械强度,具有较好的柔软性、耐冲击性及透明性，但和其他塑料相比机械强度低，表面硬度差。聚乙烯的绝缘性能优异，常温下聚乙烯不溶于任何一种已知的溶剂，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何浓度的其他酸以及各种浓度的碱、盐溶液。聚乙稀有高度的耐水性，长期与水接触其性能可保持不变。其透水气性能较差，而透氧气和二氧化碳以及许多有机物质蒸气的性能好。在热、光、氧气的作用下会产生老化和变脆。一般使用温度约在80 oC左右。能耐寒，在-60 oC时仍有较好的力学性能，-70 oC时仍有一定的柔软性。

2.1.2 成型特性

结晶形塑料,吸湿性小,成型前可不预热，熔体粘度小，成型时不易分解，流动性极好, 溢边值为0.02mm左右,流动性对压力变化敏感，加热时间长则易发生分解。冷却速度快,必须充分冷却,设计模具时要设冷料穴和冷却系统。收缩率大，方向性明显，易变形、翘曲，结晶度及模具冷却条件对收缩率影响大，应控制模温。宜用高压注射，料温要均匀，填充速度应快，保压要充分。不宜采用直接浇口注射，否则会增加内应力，使收缩不均匀和方向性明显。应注意选择浇口位置。质软易脱模，塑件有浅的侧凹时可强行脱模。

4.参考文献

[1] 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计 [M].北京：机械工业出版社，1995.

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[11] 大连理工大学工程画教研室.机械制图 [M].北京：高等教育出版社 2004.9

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[16] 马金峻. 塑料模具设计 [M].北京：中国科学技术出版社 1997

[17] 王旭. 塑料模结构图册 [M].北京：机械工业出版社 1994

[18] 张荫朗. 塑料注射模具设计计算简明手册 [M].北京：中国石化工业出版社 1995

[19] 叶久新王群. 塑料成型工艺及模具设计 [M].北京：机械工业出版社

指导教师批阅意见

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内容简介：: 前言1课题任务理解1.1 选题依据：在未来的模具市场中，塑料模具发展速度将高于其他的模具，在模具行业中的比例将逐步提高。塑料模具在整个模具行业中所占的比重约为30%，在模具进出口的比重中约占50%-70%。随着塑料工业的不断发展，这一比例还持续提高。因此，精密、大型、复杂、长寿的塑料模具的发展将高于总量的发展。我的课题是螺纹连接座塑料模具设计，属于塑料材料，而且相对于其他塑料成型方法，注塑成型时最方便而且是生产率也是最高的。所以我选择了塑料模具中的注塑成型。1.2 研究意义：热塑性塑料注塑成型这种方法即是将塑料材料熔融，然后将其注入膜腔。熔融的塑料一旦进入模具中，它就受冷依模腔样成型成一定形状。所得的形状往往就是最后成品，在安装或作为最终成品使用之前不再需要其他的加工。许多细部，诸如凸起部、肋、螺纹，都可以在注射模塑一步操作中成型出来。2 文献综述注塑成型又称注塑模具，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，并且能够成功地将某些热固性塑料注塑成型。注塑成型可成型各种形状的塑料制品，其优点包括成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的制品，且生产效率高，易于实现自动化，因而广泛应用在塑料制品生产当中。21 注塑成型原理及特点塑料的注塑成型过程，就是借助螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速度注入模具型腔内，经过冷却固化定型后开模而获得制品。因此，可以说注塑成型在塑料装配生产中具有重要地位。2.1.1 注塑成型原理注塑成型所用的模具即为注塑模（也称为注射模），注塑成型的原理以螺杆式注射机为例：首先将颗粒或粉状的塑料加入料斗，然后输送到外侧装有电加热的料筒中塑化。螺杆在料筒前端原地转动，使被加热预塑的塑料在螺杆的转动作用下通过螺旋槽输送至料筒前端的喷嘴附近。螺杆的转动使塑料进一步塑化，料温在剪切摩擦热的作用下进一步提高并得以均匀化。当料筒前端堆积的熔体对螺杆产生一定的压力时（称为螺杆的背压），螺杆将转动后退，直至与调整好的行程开关接触，从而使螺母与螺杆锁紧。具有模具一次注射量的塑料预塑和储料过程结束。这时，马达带动气缸前进，与液压缸活塞相连接的螺杆以一定的速度和压力将熔料通过料筒前端的喷嘴注入温度较低的闭合模具型腔中。熔体通过喷嘴注入闭合模具型腔后，必须经过一定时间的保压，熔融塑料才能冷却固化，保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。当合模机构打开时，在推出机构的作用下，即可顶出注塑成型的塑料制品。2.1.2 注塑模设计的特点塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的塑料制件。在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。注塑件质量包括表现质量和内在质量。表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。2.2 注塑模具分类凡是注塑模具，均可分为动模和定模两大部件。注塑充模时，动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时，动模与定模分离并取出制件。定模安装在注射机的固定模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。注塑模具主要由以下7个系统或机构组成:1.成型零件成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。2.浇注系统将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。3.导向和定位机构为确保动模和定模在闭合时能够准确导向和定位对中，通常需要在动模和定模上分别设置导柱和导套。如果使用的是深腔注塑模，那么还需要在主分型面上设置锥面定位。有时为保证脱模机构的准确运动和复位，还需要设置导向零件。4.脱模机构脱模机构是指在开模过程的后期将塑件从模具中脱出的机构。5.侧向分型抽芯机构带有侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯。6.温度调节系统为了满足注塑工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。冷却模具时，通常是在模板内开设冷却水道，而加热则是在模具内或周边安装电加热元件。具有特殊要求的注塑模，还需要配备模温自动调节装置。7.排气系统为了在注塑充模过程中将型腔内原有空气排出，通常在分型面处开设排气槽。由于小型腔排气量不大，可直接利用分型面排气，也可以利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间的间隙排气，而大型注塑模则需要预先设置专用排气槽。3.1 执行方案1产品原料是低密度聚乙烯（LDPE），采用注塑成型模具，必要时可采用强制脱模。2熟悉注塑模具设计的流程，掌握注塑模具设计的基本原理和设计方法，能用模具设计软件，对塑件进行模具设计。3完成雪碧瓶盖塑料模具的各个零件的设计。4设计完成后，对设计的各参数进行校核，以便能保证使用要求。5整个模具设计完成后，还要进行试模，并针对性的进行修改。Sc i e n c e Pr e s s T r a n s N o n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 7 ( 2 0 O 7 ) s 4 5 2 一 s 4 5 6 Tr a n s a c t i on s o f NoH f e i l o us M e t a i s So c i e t y o f Chi n a WWW C S I,I e du c n y s xb Effe c t o f Na 2 B4 07 o n i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s AZ3 1 a n d AZ9 1 wu G u o - h u a ( 吴国华) ， G A O H o n g t a o ( 高洪涛) ， WA N G We i ( 玮) ， D 1 NG we n - j i a n g ( 丁文江) S c h o o l o f Ma t e r i a l s S c i e n c e a n d En g i ne e rin g ， S h a n g h a i J i a o To n g Un i ve r s i t y ， Sh a n g h a i 2 0 0 0 3 0，Ch i n a Re c e i ve d 1 5 J u l y 2 0 0 7； a c c e pt e d 1 0 Se p t e mb e r 2 0 07 Ab s t r a c t ：E f f e c t o f Na 2 B 4 O7 ， a n e w i r o n r e d u c t i o n a g e n t ， o n i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s AZ3 1 a n d AZ9 1 wa s s t u d i e dTh e i r o n c o n t e n t s i n t h e ma g n e s i u m a l l o y Az3 1 a n d AZ9 1 r e d u c e d r a ma t i c a l l y t o 1 e s s t h a n 00 0 2 f ma s s f r a c t i o n ) wi t h t h e i n c r e a s i n g a d d i t i o n o f Na 2 B4 O7 ， a n d t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e a l l o y s wa s g r e a t l y i mp r o v e d Ac c o r d i n g t o t h e t h e r mo d y n a mi c a n a l y s i s a n d t h e i r o n a n d b o r o n d i s t r i b u t i o n s i n d i f f e r e n t p a r t s o f t h e a l l o y m e l t s i t c a n b e i n f e rre d t h a t t h e me c h a n i s m f o r i r o n r e d u c t i o n i n ma g n e s i u m a l l o y s b y Na 2 B 4 07 p r o c e s s i n g i s t h a t b o r o n a t o ms c o mb i n e wi t h i r o n a t o ms a n d s e t t l e d o wn i n t h e me l t i n g s l u d g eThe XRD r e s ul t c on firm s i t Ke y wo r ds ： Na 2 B 4 07 ； i r o n r e d u c t i o n ； c o rro s i o n r e s i s t a n c e ； AZ3 1 ma g n e s i u m a l l o y ； AZ 91 m a g n e s i u m a l l o y l l n t r 0 duc t i 0n Th e a p p l i c a t i o n s o f ma g n e s i u m a l l o y s a r e e x p a n d i n g wi t h a h i g h s p e e d t h a n k s t o t h e i r l o w d e n s i ty a n d ma n y o t h e r a d v a n t a g e s 1 4 Ho we v e r , t h e i n h e r e n t q u a l i ty o f ma g n e s i u m a l l o y s h a s a l wa y s b e e n a k n o t ty p r o b l e m f o r r e s e a r c h e r s 5 6 No n me t a l l i c i n c l u s i o n s a n d i mp u r i ty e l e me n t s h a v e ma j o r d e t r i me n t a l e ff e c t s o n t h e i n h e r e n t q u a l i ty o f ma g n e s i u m a l l o y s 7 1 0 S o me c o mme r c i a l fl u x e s c a n e ffe c t i v e l y r e mo v e n o n me t a l l i c i n c l u s i o n s f r o m t h e ma g n e s i u m a l l o y s ，b u t h a ve n o e ffe c t o n t h e i mpu r i t y e l e me n t s n a me l y i r o n 1 1 I t i s k n o wn t h a t i r o n s e v e r e l y d e c r e a s e s t h e c o r r o s i o n r e s i s t a n c e o f t h e ma g n e s i u m a l l o y s 1 2 An d i r o n p i c k u p i s i n e v i t a b l e d u r i n g me l t i n g ， ha n d l i ng a n d ma c h i ni n g o f t h e ma g n e s i u m a l l oy s Ad d i t i o n o f ma n g a ne s e i s a t r a di t i o n a l me t h o d t o r e d u c e i r o n i n t h e ma g n e s i u m a l l o y s 1 3 Ho we v e r , t h e r a t i o o f i r o n a n d ma n g a n e s e( a c r i t i c a l p a r a me t e r f o r ma n g a n e s e p r o c e s s i n g ) i s h a r d t o c o n t r o l a n d ma n g a n e s e i s l i k e l y t o s e g r e g a t e I n a d d i t i o n HAI T ANI e t a l a n d 1 1AM URA e t a l 1 4 1 5 b e l i e v e t h a t ma n g a n e s e d i s t u r b s t h e g r a i n r e fin e me n t o f ma g n e s i u m a l l oy s Th e r e f o r e ，we t r y t o r e d u c e t h e i r o n c o n t e n t i n ma g n e s i u m a l l o y b y u s i n g pu r i fic a t i o n flu x c o n t a i n i n g s o me i r o n r e d u c t i o n a ge n t s Atie r l a r g e n u mb e r o f e x p e rime n t s we h a v e fou nd t h a t Na 2 B4 07 c a n d r a ma t i c a l l y r e du c e t h e i r o n c o n t e n t i n t h e ma g n e s i u m a l l o y s 2 Ex pe r i m e nt a l M o s t p o p u l a r wr o u g h t ma g ne s i u m a l l o y AZ3 1 wi t h i n i t i a l i r o n c o n t e n t of 0 0 2 7 a n d c a s t i n g ma g n e s i u m a l l 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o n t e n t o f th e e x p e rime n t a l a l l o y AZ3 l me l t b y Na 2 B4 07 p r o c e s s i n g wi th d i ffe r e n t p r o c e s s i ng t e mpe r a t u r e s a n d h o l d i n g t i me s Atie r 0 6 a dd i t i o n o f Na 2 B4 O7 p r o c e s s i n g t he i r o n c o n t e n t d e c r e a s e s t o l e s s t h a n 0 0 0 l 5 Re g a r d l e s s o f pr o c e s s i ng t e mpe r a tur e a n d h ol d i n g t i me th e i r o n c o n t e n t d e c r e a s e s 苫呈苫呈呈； w f Na 2 B 4 07 ) w ( N a 2 B 4 07 ) ll ，( Na 2 B 4 0 7 ) F i g 1 Re l a t i o n s b e t we e n i r o n c o n t e n t i n AZ3 1 a l l o y a n d Na 2 B 4 O 7 a d d i t i o n s a t d i f f e r e n t h o l d i n g t i me s ：( a ) 6 0 0 s ； ( b ) 1 8 0 0 s ； ( c ) 3 0 0 0 S r a p i d l y wi t h i n c r e a s i n g the Na 2 B4 07 a d di t i o n F o r a n y fix e d Na 2 B4 O7 a d d i t i o n， the i r o n c o n t e n t c a n b e r e d u c e d t o a l a r g e r e x t e n t a t h i g h e r p r o c e s s i n g t e mp e r a t u r e Th i s c a n b e a s c ribe d to t ha t Na 2 B4 O，c a n r e a c t wi th i r o n to f o r m s o me i r o n c o n tai ni n g p a r t i c l e s mo r e e ffe c t i v e l y at hi g h e r t e mpe r a t ur e F i g2 s h o ws the i r o n c o n t e n t o f the e x p e rime n tal a l l o y AZ9 1 me l t b y Na 2 B4 07 p r o c e s s i n g wi th d i ffe r e n t w ( Na 2 B 4 07 ) w ( Na 2 B 4 07 ) ( Na 2 B 4 07 ) Fi g 2 Re l a t i o n s b e tw e e n i r o n c o n t e n t i n AZ9 1 a l l o y a n d Na 2 B 4 O7 a d d i t i o n s a t d i f f e r e n t h o l d i n g t i me s ：( a )6 0 0 s ； ( b ) 1 8 0 0 s ； ( c ) 3 0 0 0 S 维普资讯 s 45 4 W U Gu o h ua ， e t a l Tr a ns No nf e r r o us M e tS o c C h i n a 1 7 ( 2 0 0 7 ) pr o c e s s i ng t e mp e r a t u r e s a n d h o l d i ng t i me s Aft e r 0 6 a d d i t i o n o f Na 2 B4 O7 p r o c e s s i n g t h e i r o n c o n t e n t d e c r e a s e s t o l e s s t h a n 000 2 Th e r e s ul t s a r e s i mi l a r t o t ho s e o f AZ3 l a l l o y b e f o r e Th e r e f o 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l t r y t o c a r r y o u t f u r t h e r wo r k o n i t l a t e r No w we ma k e s o me r e a s o n a b l e h y p o t h e s e s Mg O， Fe B， Na 2 B4 07 a n d Na 2 0 a r e a s s u me d t o b e p u r e s u b s t a n c e i n t h e me l t fl u x s y s t e m， i e a ( Mg O) ， a ( F e B ) ，a ( Na 2 B 4 O 7 )a n d a ( N a 2 0 )a r e e q u a l t o b e l r e s p e c t i v e l y An d aMg a n d a F e a r e a p p r o x i ma t e l y r e pl a c e d b y t he i r mo l e fra c t i o n s f o r s i mp l i fic a t i o nTh a t i s f o r AZ31 a l l o y a ( Mg ) = 0 9 6 2 4 =。 9 9 9 8 8 f F 、：：：0 0 0 0 2a e o o o o1 2 ( ) = f 0 9 6 2 4 ) +f 0 0 0 0 2 7 5 6 ) G c a n b e c a l c u l a t e d t o b e AG ： AG 0 + RT 1 n l 0 9 9 9 8 8 0 0 0 0 1 2 =-3 7 0 9 2 9 0 +27 7 0 2 T + 尺 l n f 4 8 2 6 =一3 1 2 7 4 1 0( J mo l ) 0 ) ( 5 ) 维普资讯 W U Gu o h u a ， e t a l T r a n s No n f e r r o u s M e tS o c C h i n a 1 7 ( 2 0 0 7 ) An d f o rAZ91 a l l o y a ( Mg ) = 0 9 2 4 ( 0 9 2 4 ) +( 0 0 0 0 3 2 5 6 ) 0 9 9 9 8 5 a ( F 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d( b )r e s p e c t i v e l y T h o s e f o r AZ 9 1 me l t a r e s h o wn i n F i g s 6( a )a n d( b ) r e s p e c t i v e l y Hol di n g t i me ks Hol di n g t i me ks F i g 5 l r o n( a ) a n d b o r o n( b )d i s t r i b u t i o n s i n AZ 3 1 me l t b y Na 2 B4 07 p r o ce s s i ng 0 0 主 s 45 5 Ho l d i n g t i me k s Ho l d i n g t i me k s F i g 6 I r o n( a )a n d b o r o n( b )d i s t r i b u t i o n s i n A Z 9 1 me l t b y Na 2 B4 07 p r o c e s s i n g I t c a n b e s e e n f r o m F i g 5 ( a )t h a t a l l o f t h e i r o n c o n t e n t s i n t h e t o p，t h e c e n t e r a n d t h e b o t t o m of t h e AZ3 1 me l t d e c r e a s e wi t h t he i nc r e a s i n g h o l di n g t i me F ur t h e rm o r e ， t h e d e c r e a s i n g d e g r e e o f t h e i r o n c o nt e n t i n t h e t o p me l t i S t h e l a r ge s t a n d t h a t i n t h e b o t t o m me l t i S s ma l l e s t The b o r o n d i s t r i bu t i o n s i n t h e AZ3 l me l t s h o wn a s F i g 5 ( b )a r e o f s i mi l a r t r e n d a s t h e i r o n d i s t r i b ut i O n s Ba s e d o n I h e i r o n a n d b o r o n d i s t r i b u t i o ns i n t h e ma g n e s i u m me l t s we c a n i n f e r t h a t bo r o n a t o ms c o mbi n e wi t h i r o n a t o ms a n d s e t t l e d o wn i n t h e c r u c i b l e wi t h t h e i n c r e a s i n g h o l d i n g t i me Th e XRD r e s u l t o f t h e me l t s l u d g e i s s h o wn i n Fi g 7 T ho u g h t h e p h a s e s i n t h e me l t i n g s l u d g e a r e c o mp l i c a t e d ， we c a n fin d t h e i r o n c o n t a i n i n g p ha s e n a me l y Fe B fro m t he XRD p a t t e r n Th e r e fo r e i t i S c o n firm e d t h a t t h e form a t i o n o f Fe B i S t h e ma i n r e a s o n f o r t h e i r o n r e d u c t i o n i n t h e ma g n e s i u m a l l o y 5 Co n c l us i o n s 1 ) Na 2 B4 07 c a n r e d u ce t he i r o n c o n t e n t i n t h e AZ3 1 维普资讯 s 4 5 6 wU G u o h u a ， e t a l T r a n s N o n f e r r o u s Me t S o c C h i n a 1 7 ( 2 0 0 7 1 2 0 ( 。 ) Fi g 7 XRD p a e r n o f me l t i n g s l u d g e a n d AZ9 1 ma g ne s i u m me l t s t o a c o n s i d e r a b l e l o w l e ve l a s l e s s t h a n 00 02 Th us t h e c o r r os i o n r e s i s t a n c e of t he ma g n e s mm a l l o y s 1 s i mp r o v e d g r e a t l y 2 、 Th e me c ha n i s m f o r t h e i r o n r e d uc t i o n b y Na 2 B4 O7 p r o c e s s i n g i s t h a t t h e b o r o n a t o ms c o mbi n e wi t h i r o n a t o ms a n d s e t t l e d o wn i n t h e me l t i ng s l u d g e Ac kno wl e dg e me nt Th e pr e s e n t s t ud y i s f un d e d b y t h e Na t i o n a l Ba s i c R e s e a r c h P r o g r a m o f C h i n a( 9 7 3 P r o g r a m) a n d Na t i o n a l Ke y t e c h n o l o g i e s R & D Pr o g r a m Re f e r e nc e s 2 3 4 5 6 7 8 9 1 o 1 2 1 3 【 l 4 1 5 z O u H o n g h u i ， z E N G X i a o q i n ， Z AI Ch u n q u a n ， D I N G We n - j i a n g De v e l o p me n t i n s t r e n g t h e n i n g a n d t o u g h e n i n g o f ma g n e s iu m a l l o y s 【 J _ Ma t e r i a l s F o r Me c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， 2 0 0 4 2 8 ( 5 ) ： I _ 3 L MORDI KE B L EBER T Ma g n e s i u m p r o p e r t i e s a p p l i c a t i o n s p o t e n t i a l J 1 Ma t e r S c i En gA， 2 0 0 l ， 3 0 2 ( 1 1 ： 3 7 - 4 5 W U Gu o h u a F AN Y u GAO Ho n g t a o ZHAI Ch u n c lu a n ZHU Ya n p i n g T h e e ffe c t o f Ca a n d RE o n t h e mi c r o s t m c t u r eme c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n d c o r r o s io n b e h a v i o r o f A z 9 l D J Ma t e r S c i E n g A ， 2 0 0 5 4 0 8 ( 1 2 1 ： 2 5 5 -2 6 3 F AN Yu W U Gu o h u a ZHAI Ch u n q u a n Ef r e c t o f s t r o n t i u m o n me c h a n ic a l p r o p e rti e s a n d c o rro s i o n r e s i s t a n c e Of AZ 9 l D J Ma t e r S c i F o r u m， 2 0 0 7 ， 5 4 6 5 4 9 ： 5 6 7 5 7 0 F AN Y u ， W U Gu o h u a ， GAO Ho n g t a o ZHAI Ch u n q u a n Cu rre n t s t a t e a n d d e v e l o p me n t of r e s e a r c h o n t h e c o rr o s i o n o f ma g n e s i u m a l l o y s J 】 F o u n d r y T e c h n o l o g y ， 2 0 0 4 ， 2 5 ( 1 2 ) ： 9 4 l 一 9 4 4 GA O Ho n g t a o ， wu Gu o h u a ， DI N G We n - j i a n g Z H U Y a n p i n g P u r i f y i n g e f f e c t o f n e w fl u x o n ma g n e s i u m a l l o y J 】 T r a n s No n f e rrO U S Me t S o c Ch i n a ， 2 0 0 4 1 4 f 3 1 ： 5 3 0 5 3 6 P E R BKETI L S I GRI D G T h e i mp a c t o f me t a l c l e a n l i n e s s i n me c h a n i c a l p r o p e rt i e s o f d i e c a s t m a g n

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