塑料件注射模具毕业设计毕业论文.doc

毕业设计 论文 开题报告 机电控制工程 系 数控技术 专业 05 级 1 班 课题名称 塑料制品三维模具设计 毕业设计 论文 起止时间 2008 年 3 月 3 日 6 月 15 日 共 15 周 学生姓名 李城 学号 3059124131 指导教师 刘文军 报告日期 2008 年 3 月 31 日 1 本课题所涉及的问题在国内 外 的研究现述状综 1 1 模具的概述 模具是制造业的一种基本工艺装备 它的作用是控制和限制材料 固态或 液态 的流动 使之形成所需要的形体 用模具制造零件以其效率高 产品质 量好 材料消耗低 生产成本低而广泛应用于制造业中 1 2 模具简介 模具工业是国民经济的基础工业 是国际上公认的关键工业 模具生产技 术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志 它在很大程度上 决定着产品的质量 效益和新产品的开发能力 振兴和发展我国的模具工业 正日益受到人们的关注 早在 1989 年 3 月中国政府颁布的 关于当前产业政 策要点的决定 中 将模具列为机械工业技术改造序列的第一位 1 3 我国模具技术的现状及发展趋势 20 世纪 80 年代开始 发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来 并发展成为独立的工业部门 其产值已超过机床工业的产值 改革开放以来 我国的模具工业发展也十分迅速 近年来 每年都以 15 的增长速度快速发 展 许多模具企业十分重视技术发展 加大了用于技术进步的投入力度 将技 术进步作为企业发展的重要动力 此外 许多科研机构和大专院校也开展了模 具技术的研究与开发 模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的 重要原因 今后 我国要发展成为世界制造强国 仍将依赖于模具工业的快速 发展 成为模具制造强国 中国塑料模工业从起步到现在 历经了半个多世纪 有了很大发展 模具 水平有了较大提高 在大型模具方面已能生产 48 约 122CM 大屏幕彩电塑 壳注射模具 6 5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板 等塑料模具 精密塑料模方面 以能生产照相机塑料件模具 多形腔小模数齿 轮模具及塑封模具 经过多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技术 模具的电加 工和数控加工技术 快速成型与快速制模技术 新型模具材料等方面取得了显 著进步 在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献 尽管我国模具工业有了长足的进步 部分模具已达到国际先进水平 但无 论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要 每年仍需进口 10 多亿美元的 各类大型 精密 复杂模具 与发达国家的模具工业相比 在模具技术上仍有 不 小的差距 今后 我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新 以缩小 与国际先进水平的距离 1 注重开发大型 精密 复杂模具 随着我国轿车 家电等工业的快 速发展 成型零件的大型化和精密化要求越来越高 模具也将日趋大型化和精 密化 2 加强模具标准件的应用 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期 降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量 因此 模具标准件的应用必将 日渐广泛 3 推广 CAD CAM CAE 技术 模具 CAD CAM CAE 技术是模具技术发展的 一个重要里程碑 实践证明 模具 CAD CAM CAE 技术是模具设计制造的发展方 向 可显著地提高模具设计制造水平 4 重视快速模具制造技术 缩短模具制造周期 随着先进制造技术的 不断出现 模具的制造水平也在不断地提高 基于快速成形的快速制模技术 高速铣削加工技术 以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应 用 2 设计 论文 要解决的问题和拟采用的研究方法 在课题中要解决的问题 随着注射成型加工精度要求的不断提高 除了正确选材和对所选塑料进行 改性之外 如何正确选择成型工艺条件 合理分析制品的综合收缩率与加工工 艺各参数之间的相互关系 以及收缩率产生的各种原因与加工因素对它的影响 等是一项很重要的课题 拟采用的研究方法 提高精密注塑成型制品的质量及成品率 关键的难题是如何控制注塑模具 收缩率 我们必须在以下方面加大努力 1 合理选择注塑材料 选择玻璃纤维含量高的注塑材料 因为当玻璃 纤维含量增加时 收缩率则减小 一般在热塑性树脂中加入质量分数为 20 4 0 的玻纤 其收缩率可降低 1 4 1 2 但是从注塑成型实践中得出 在料 流流动方向上 这种情况几乎不受塑件壁厚的影响 而在与料流呈垂直方向上 在壁厚不变的情况下 收缩率随着玻纤含量的增加而减小 在薄壁的情况下 塑件的收缩率几乎不受玻纤含量的影响 2 合理设计模具结构特征 对于分型面及浇口 我们采用直接浇口或 大截面浇口可减少收缩 点浇口凝封快的 在制件条件允许的情况下 可设多 点浇口 可有效地延长保压时间和增大型腔压力 使收缩率减小 对于塑件结 构 我们选择塑件的形状复杂 尺寸较小 壁薄 有嵌件 嵌件数量多且对称 分布 其收缩率较小 对于其冷却系统 我们将冷却水先通过较高温度的地 方 甚至在冷却快的地方通温水 慢的地方通冷水 这样可减小收缩率的波动 避免塑件产生变形开裂 3 合理选择注塑工艺条件 为了减小在使用过程中因为后收缩而引起的 尺寸变化 可采用退火和调湿的方法进行后处理 延长模具内冷却时间 使模 具内的物料得以充分固化 从模内脱出的制品尺寸与模腔尺寸接近 减少成型 收缩率 升高熔体温度和模具温度也可以减小体收缩率的变化 延长注射时间 亦即降低了注射速率 将导致体收缩率的变化增大 在浇口凝固前延长保压 时间也导致体收缩率变化增大 提高注射压力也能降低制品的收缩率 3 本课题需要重点研究的 关键的问题及解决的思路 在课题研究中要重点研究的 关键的问题 热塑性材料的特性 模具结构 的设计 尺寸和制造公差的控制 解决的思路 热塑性塑料的特性是在加热后膨胀 冷却后收缩 当然加压以后体积也将 缩小 在注塑成形过程中 首先将熔融塑料注射入模具型腔内 充填结束后 熔料冷却固化 从模具中取出塑件时即出现收缩 此收缩称为成形收缩 塑件 从模具取出到稳定这一段时间内 尺寸仍会出现微小的变化 一种变化是继续 收缩 此收缩称为后收缩 另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀 例如尼龙 610 含水量为 3 时 尺寸增加量为 2 玻璃纤维增强尼龙 66 的含水 量为 40 时尺寸增加量为 0 3 但其中起主要作用的是成形收缩 目前确定 各种塑料收缩率 成形收缩 后收缩 的方法 一般都推荐德国国家标准中 DI N16901 的规定 收缩率 S 由下式表示 S D M D 100 1 其中 S 收缩率 D 模具尺寸 M 塑件尺寸 如果按已知塑件尺寸和材料收缩率计算模具型腔则为 D M 1 S 在模具 设计中为了简化计算 一般使用下式求模具尺寸 D M MS 2 如果需实施较为精确的计算 则应用下式 D M MS MS2 3 但在确定收缩率时 由於实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近 似值 因而用式 2 计算型腔尺寸也基本上满足要求 在制造模具时 型腔则 按照下偏差加工 型芯则按上偏差加工 便于必要时可作适当的修整 1 塑件形状 对于成形件壁厚来说 一般由於厚壁的冷却时间较长 因而收缩率也较大 对一般塑件来说 当熔料流动方向 L 尺寸与垂直于熔料流方向 W 尺寸的差异 较大时 则收缩率差异也较大 从熔料流动距离来看 远离浇口部分的压力 损失大 因而该处的收缩率也比近浇口部位大 因加强筋 孔 凸台和雕刻 等形状具有收缩抗力 因而这些部位的收缩率较小 2 模具结构响 用小浇口时 因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大 注塑 模中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键 冷却回路设计得不适当 则 因塑件各处温度不均衡而产生收缩差 其结果是使塑件尺寸超差或变形 在薄 壁部分 模具温度分布对收缩率的影响则更为明显 3 模具尺寸和制造公差 模具型腔和型芯的加工尺寸除了通过 D M 1 S 公式计算基本尺寸之外 还 有一个加工公差的问题 按照惯例 模具的加工公差为塑件公差的 1 3 但由 于塑料收缩率范围和稳定性各有差异 首先必须合理化确定不同塑料所成形塑 件的尺寸公差 即由收缩率范围较大或收缩率稳定较差塑料成形塑件的尺寸公 差应取得大一些 否则就可能出现大量尺寸超差的废品 合理地确定模具尺寸 和制造公差 这不仅给模具制造带来方便 还可以减少废品 提高经济效期益 4 完成本课题所必须的工作条件 如工具书 实验设备或实验环境条件 某类 市场调研 计算机辅助设计条件等等 及解决的办法 1 设计 论文 条件 1 软件 Pro E Wildfire 2 硬件 计算机 操作系统 Windows NT 2000 XP 中央处理器 主频 1GB 以上 内存 256MB 以上 显卡 64MB 以上 硬盘 40GB 以上 显示器 17 英寸或以上 OCR 显示器 网卡 10M bps 100M bps 自适应网卡 鼠标 三键鼠 标 2 设计 论文 资料 1 许发樾 模具常用机构设计 北京 机械工业出版社 2003 2 谢昱北 模具设计与制造 北京 北京大学出版社 2006 3 李德群 唐志玉 中国模具设计大典 江西 江西科学技术出版社 2003 1 4 徐佩弘 塑料制品与模具设计 北京 中国轻工业出版社 2001 7 5 塑料模设计手册编写组 塑料模设计手册 北京 机械工业出版社 1982 12 6 屈华昌 塑料成型工艺与模具设计 北京 机械工业出版社 2003 3 7 陈万林 塑料模具设计与制作教程 北京 北京希望电子出版社 2001 1 8 谢昱北 模具设计与制造 北京 北京大学出版社 2006 11 9 郭铁良 模具制造工艺学 北京 高等教育出版社 2002 10 陈锡栋 实用模具技术手册 北京 机械工业出版社 2002 5 设计 论文 完成进度计划 第 1 4 周 毕业实习及查阅资料 第 5 6 周 完成开题报告 第 7 8 周 完成产品三维造型 第 9 13 周 完成模具三维造型及设计 第 14 周 完成模具的装配图设计 第 15 周 整理设计说明书 准备答辩 6 指导教师审阅意见 指导教师指导教师 签字 年 月 日 7 教研室主任意见 教研室主任 签字 系 签 章 年 月 日 说明 1 本报告必须由承担毕业设计 论文 课题任务的学生在接到 毕业设计 论文 任务书 正式开始做毕业 设计 论文 的第 2 周或第 3 周末之前独立撰写完成 并交指导教师审阅 2 每个毕业设计 论文 课题撰写本报告一份 作为指导教师 教研室主任审查学生能否承担该毕业设计 论文 课题任务的依据 并接受学校的抽查 塑料制品三维模具设计 摘 要 本设计主要是针对固定连块进行设计 由于固定连块是塑料制品 所以选用塑料模具进行设计 本课题主要是针对固定连块的模具设计 通过对塑件进行工艺的分 析和比较 最终设计出一副注塑模 该课题从产品结构工艺性 具体模 具结构出发 对模具的浇注系统 模具成型部分的结构 顶出系统 冷却系统 注塑机的选择及有关参数的校核 都有详细的设计 通过 整个设计过程表明该模具能够达到此固定连块塑件所提出的要求 根 据题目设计的主要任务是固定连块注塑模具的设计 也就是设计一副 注塑模具来生产固定连块塑件产品 以实现自动化提高产量 针对固 定连块的具体结构 该模具是点浇口的双分型面注射模具 由于塑件 无法直接开模 故采用滑块的结构形式 其优点在于简化机构 使模 具开模简单 大大降低了模具的制造成本 通过模具设计表明该模具 能达到固定连块的质量和加工工艺要求 在设计过程中 为了更清楚的表达模具的内部结构 还要画出一 些零件图形 此外我们还要画出它的装配图 使看起来更清晰 关键词 模具 塑料 固定连块 分型面 目 录 第一章第一章 注塑件的设计注塑件的设计 1 1 1 1 功能设计 1 1 2 材料选择 1 1 3 结构设计 1 1 3 1 脱模斜度 2 1 3 2 圆角 2 1 3 3 塑件的尺寸精度 2 1 3 4 塑件的表面质量 3 第二章第二章 注塑成型的准备注塑成型的准备 4 4 2 1 注塑成型工艺简介 4 2 2 注塑成型工艺条件 5 2 3 注塑机的选择 6 2 3 1 注塑机简介 6 2 3 2 注塑机基本参数 6 2 3 3 选择注塑机 7 第三章第三章 浇注系统设计和分型面的确定浇注系统设计和分型面的确定 9 9 3 1 建立分型面及型腔数目的确定 9 3 1 1 建立分型面的原则 9 3 1 2 成型方案的确定 10 3 1 3 型腔数目的确定 11 3 2 浇注系统设计 11 3 2 1 主流道设计 11 3 2 2 分流道设计 13 3 2 3 冷料穴设计 14 3 2 4 浇注系统的平衡 15 3 2 5 浇口的选用及位置的确定 15 第四章第四章 成型零件模具的设计成型零件模具的设计 1818 4 1 排气系统的设计 18 4 2 斜导柱抽芯机构设计 18 第五章第五章 PRO ENGINEERPRO ENGINEER 建模模块及模具设计建模模块及模具设计 1919 5 1 PRO ENGINEER 软件简介 19 5 2 PRO E 三维建模模块应用 20 5 3 模具设计模块 PRO MOLDESIGN 的简介 29 5 4 PRO MOLDESIGN 的应用 29 5 4 1 拟定成型方案及动作原理 29 5 4 2 模具设计模块 PROE EMX4 1 创标准模架 31 第六章第六章 模具的装配 调试及维护模具的装配 调试及维护 3434 6 1 模具安装 34 6 2 调试 34 6 3 模具的维护 35 第七章第七章 结论与展望结论与展望 3636 7 1 总结 36 7 2 展望 36 参考文献参考文献 3737 致谢致谢 3838 第一章 注塑件的设计 1 1 功能设计 功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能 并达到一定的技术指标 该塑 件是日用品 承受外力的几率不大 如冲击载荷 振动 摩擦等情况比较少 塑件的工 作温度是室温 这使得在材料选择时对热变形温度 脆化温度 分解温度的要求降低 作 为一种日用品 生产批量应该是大批大量生产 这样 就必须考虑生产成本和模具寿 命 在材料的选择时要综合各种因素 此外 塑料都会老化 作为一种光学用品 还要 考虑到材料的光氧化等问题 1 2 材料选择 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 丙烯腈 丁二烯 苯乙 烯共聚物 ABS 树脂微黄色或白色不透明 是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 丙烯 腈使聚合物耐油 耐热 耐化学腐蚀 丁二烯使聚合物具有优越的柔性 韧性 苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性 因此 ABS 树脂具有突出的力学性能 和良好的综合性能 同时具有吸湿性强 但原料要干燥 它的塑件尺寸稳定性好 塑件尽可能偏大的脱模斜度 1 3 结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性 在塑料生产 过程中 一方面成型会对塑件的结构 形状 尺寸精度等诸方面提出要求 以便降低 模具结构的复杂程度和制造难度 保证生产出价廉物美的产品 另一方面 模具设计 者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析 弄清塑件生产的难点 为模具设计和制 造提供依据 1 3 1 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩 使其紧箍在凸模或型芯上 为了便于脱 模防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损 与脱模方向平行的塑件内 表面 都应具有合理的斜度 以下是 ABS 的脱模斜度推荐值 制件外表面制件内表面 35 1 35 30 1 塑件内表面在造型时就有弧度 如果要有脱模斜度就是在 凹槽位处 这不仅对脱模修改后的产品零件图有好处 而且可以更好的锁紧 1 3 2 圆角 塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处 一般采用圆角连接 有特殊要求时才 采用尖角结构 尖角容易产生应力集中 在受力或受冲击载荷时会发生破裂 圆 角不仅有利于物料充模 同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模 圆角的取值与应力集中的关系遵循 R T 函数关系 当 R T 0 6 以后应力集中变的 缓和 该塑件大部分的圆角取 R1 较大值取到 R3 加强肋的圆角半径值关系如表 1 1 所示 表 1 1 肋的圆角半径值关系表 肋的高度 mm6 56 5 1313 19 19 圆角半径 mm0 8 1 51 5 3 02 5 5 03 6 5 塑件上其它的特征还有如孔 螺纹 嵌件 铰链 文字和花纹等 各个特征 都有其设计原则和特殊功能 因为该塑件没有涉及 所以就不一一介绍 1 3 3 塑件的尺寸精度 1 尺寸精度的选择 塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准 而 在满足塑件使用要求的前提下 设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些 以便降 低模具的加工难度和制造成本 对塑件的精度要求 要具体分析 根据装配情况 来确定尺寸公差 该塑件是一般民用品 所以精度要求为一般精度即可 但是由 于要保证两半壳体的闭合 所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些 对其要有 公差配合要求 应选择高精度 根据精度等级选用表 ABS 的高精度为 3 级 一 般精度为 4 级 根据塑件尺寸公差表 在公称尺寸在 100 120 范围内 取 MT3B 级 的公差数值为 0 34 mm MT4B 级的公差数值为 0 50 mm 2 影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂 归纳有以下三个方面 1 模具 模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素 2 塑料材料 主要是收缩率的影响 收缩率大的尺寸精度误差就大 3 成型工艺 成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩 从而影响尺寸精度 1 3 41 3 4 塑件的表面质量塑件的表面质量 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 查表得 ABS 抛光后顺纹路方向的 表面粗糙度为 0 02mm 垂直纹路方向的表面粗糙度为 0 26mm 第二章 注塑成型的准备 2 1 注塑成型工艺简介 注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性 首先将松散的粒状或粉状成型 物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化 使之成为粘流状态熔体 然后在柱塞或螺杆的高压推动下 以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温 度较低的闭合模具中 经过一段时间的保压冷却以后 开启模具便可以从模腔中 脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件 一般分为三个阶段的工作 1 物料准备 成型前应对物料的外观色泽 颗粒情况 有无杂质等进行检 验 并测试其热稳定性 流动性和收缩率等指标 对于吸湿性强的塑料 应根据 注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥 若有嵌件 还要知道嵌件的热 膨胀系数 对模具进行适当的预热 以避免收缩应力和裂纹 有的塑料制品还需 要选用脱模剂 以利于脱模 2 注塑过程 塑料在料筒内经过加热达到流动状态后 进入模腔内的流动 可分为注射 保压 倒流和冷却四个阶段 由于模腔内的压力比流道内高 会发 生熔体倒流 从而使模腔内的压力迅速下降 倒流一直进行到浇口处熔体凝结时 为止 其中 塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素 3 制件后处理 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常 复杂 再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同 制件内经常出现不均 匀的结晶 取向和收缩 导致制件内产生相应的结晶 取向和收缩应力 脱模后 除引起时效变形外 还会使制件的力学性能 光学性能及表观质量变坏 严重时 会开裂 故有的塑件需要进行后处理 常用的后处理方法有退火和调湿两种 退 火是为了消除或降低制件成型后的残余应力 此外 退火还可以对制件进行解除 取向 并降低制件硬度和提高韧性 温度一般在塑件使用温度以上的 10 20 度至 热变形温度以下 10 20 度之间 调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序 主要用于吸湿性很强 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 调湿处理所用的加热 介质一般为沸水或醋酸钾溶液 沸点为 121 加热温度为 100 121 保温时 间与制件厚度有关 通常取 2 9 小时 2 2 注塑成型工艺条件 1 温度 注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度 喷嘴温度和模具温度 等 喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度 以防止熔料在直通式喷嘴口发生 流涎现象 模具温度一般通过冷却系统来控制 为了保证制件有较高的形状和 尺寸精度 应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形 模具温度必须低于塑料的热 变形温度 2 压力 注射成型过程中的压力包括注射压力 保压力和背压力 注射压力 用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力 提供充模速度及对熔料进行压实等 保 压力的大小取决于模具对熔体的静水压力 与制件的形状 壁厚及材料有关 对 于像 ABS 流动性好的料 保压力应该小些 以避免产生飞边 保压力可取略低于 注射压力 背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力 背压力除了可驱除物料中的空气 提高熔体密实程度之外 还可以使熔体内压力 增大 螺杆后退速度减小 塑化时的剪切作用增强 摩擦热量增大 塑化效果提 高 根据生产经验 背压的使用范围约为 3 4 27 5MPA 3 时间 完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期 包括注射时间 保压时间 冷却时间 其他时间 开模 脱模 涂脱磨剂 安放嵌件和闭模等 在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间 以提高生产率 其中 最重要的是注射时间和冷却时间 在实际生产中注射时间一般为 3 5 秒 保压时 间一般为 20 120 秒 冷却时间一般为 30 120 秒 这三个时间都是根据塑件的质 量来决定的 质量越大则相应的时间越长 确定成型周期的经验数值如表 2 1 所 示 表 2 1 成型周期与壁厚关系 制件壁厚 mm成型周期 s制件壁厚 mm成型周期 s 0 5102 535 1 0153 045 1 5223 565 2 0284 085 经过上面的经验数据和推荐值 可以初步确定成型工艺参数 因为各个推值 有差别 而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致 结合两者的合理因素 初定制品成型工艺参数如表 2 2 所示 表 2 2 制品成型工艺参数初步确定 特性内容特性内容 注塑机类型螺杆式螺杆转速 r min 48 喷嘴形式直通式模具温度 50 喷嘴温度 230 后段温度 150 210 中段温度 170 230 前段温度 190 250 注射压力 MPa 90 保压力 MPa 80 注射时间 s 1 5 保压时间 s 5 0 冷却时间 s 20 其他时间 s 3 成型周期 s 30 成型收缩 0 6 干燥温度 60 80 干燥时间 1 3 后处理温度70 保温时间 2 小时 2 3 注塑机的选择 2 3 1 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 2 3 2 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 2 3 所示 表 2 3 注射量与注射时间的关系 注射量 CM125250500100020004000600010000 注射速率 CM S125200333570890133016002000 注射时间 S1 01 251 51 752 253 03 755 0 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 2 3 3 选择注塑机 1 由公称注射量选定注射机 由注射量选定注射机 由 PRO E 建模分析得 ABS 材料密度取 1 13g cm 3 总体积 V 2 39cm 3 总质量 M 2 70g 流道凝料 V 0 5V 流道凝料的体积 质量 是个未知数 根据手册取 0 5V 0 5M 来估算 塑件越大则比例可以取的越小 实际注射量为 V 2 39 1 5 3 585cm 3 实际注射质量为 M 1 5M 2 44 1 5 4 05g 注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积 包括流道及浇口凝料和飞边 通 常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的 80 所以选用的注塑机最 大注塑量应满足 0 8 V 机 V 塑 V 浇 式 2 1 式中 V 机 注塑机的最大注塑量 V 塑 塑件的体积 V 浇 浇注系统体积 2 由锁模力选定注射机 F F A P 3 2 式 2 2 2 P 2 30 10 569 91 KN 式中 F 注射机的锁模力 N A 塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和 P 型腔压力 取 P 30MP D 取的是塑件的平均直径 D 110 5 D 110mm 结合上面两项的计算 初步确定注塑机为表 2 4 所示 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 2 4 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 mm 卧拉杆内间距 360 260 理论注射容积 cm 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 MP 最小 132 模具厚度 mm 170 注射速率 g s 110 锁模形式 mm 液压 塑化能力 g s 10 5 模具定位孔直径 mm 120 螺杆转速 r min 10 150 喷嘴球半径 mm 10 锁模力 KN 1000 喷嘴口直径 第三章 浇注系统设计和分型面的确定 3 1 建立分型面及型腔数目的确定 3 1 1 建立分型面的原则 如何确定分型面 需要考虑的因素比较复杂 由于分型面受到塑件在模具中 的成型位置 浇注系统设计 塑件的结构工艺性及精度 嵌件位置形状以及推出 方法 模具的制造 排气 操作工艺等多种因素的影响 因此在选择分型面时应 综合分析比较 从几种方案中优选出较为合理的方案 选择分型面时一般应遵循 以下几项原则 a 保证塑料制品能够脱模 这是一个首要原则 因为我们设置分型面的目的 就是为了能够顺利从型腔中脱 出制品 根据这个原则 分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上 最好在一个 平面上 而且此平面与开模方向垂直 分型的整个廓形应呈缩小趋势 不应有影 响脱模的凹凸形状 以免影响脱模 b 使型腔深度最浅 模具型腔深度的大小对模具结构与制造有如下三方面的影响 1 目前模具型腔的加工多采用电火花成型加工 型腔越深加工时间越长 影 响模具生产周期 同时增加生产成本 2 模具型腔深度影响着模具的厚度 型腔越深 动 定模越厚 一方面加工 比较困难 另一方面各种注射机对模具的最大厚度都有一定的限制 故型腔深度 不宜过大 3 型腔深度越深 在相同起模斜度时 同一尺寸上下两端实际尺寸差值越大 若要控制规定的尺寸公差 就要减小脱模斜度 而导致塑件脱模困难 因此在选 择分型面时应尽可能使型腔深度最浅 c 使塑件外形美观 容易清理 尽管塑料模具配合非常精密 但塑件脱模后 在分型面的位置都会留有一圈 毛边 我们称之为飞边 即使这些毛边脱模后立即割除 但仍会在塑件上留下痕 迹 影响塑件外观 故分型面应避免设在塑件光滑表面上 d 尽量避免侧向抽芯 塑料注射模具 应尽可能避免采用侧向抽芯 因为侧向抽芯模具结构复杂 并且直接影响塑件尺寸 配合的精度 且耗时耗财 制造成本显著增加 故在万 不得己的情况下才能使用 e 使分型面容易加工 分型面精度是整个模具精度的重要部分 力求平面度和动 定模配合面的平 行度在公差范围内 因此 分型面应是平面且与脱模方向垂直 从而使加工精度 得到保证 如选择分型面是斜面或曲面 加工的难度增大 并且精度得不到保证 易造成溢料飞边现象 g 使侧向抽芯尽量短 抽芯越短 斜抽移动的距离越短 一方面能减少动 定模的厚度 减少塑件 尺寸误差 另一方面有利于脱模 保证塑件制品精度 h 有利于排气 对中 小型塑件因型腔较小 空气量不多 可借助分型面的缝隙排气 因此 选择分型面时应有利于排气 按此原则 分型面应设在注射时熔融塑料最后到达 的位置 而且不把型腔封闭 综上所述 选择注射模分型面影响的因素很多 总的要求是顺利脱模 保证 塑件技术要求 模具结构简单制造容易 当选定一个分型面方案后 可能会存在 某些缺点 再针对存在的问题采取其他措施弥补 以选择接近理想的分型面 3 1 2 成型方案的确定 对于设计注塑模具 因为调整支架属于厚壁零件 而且该塑料件从外侧直接 进浇容易保证表面光滑 但由于注射压力直接作用在塑件上 容易在进料处产生 较大的残余应力而导致塑件翘起变形 调整支架属于中小批量生产 节约成本 抽芯机构好设置 使塑件顺利脱模 而抽芯机构虽然效率较高 但较复杂 实现 自动抽芯 成本高 综上所述 最终确定的成型方案为方案一为 1 分 型 面 由定模 动模和一个滑块构成零件的形状 2 型腔布置 由于该采用一模两腔 3 浇注系统 从底面进浇 4 排气 分型面和顶杆间隙排气 5 模温调节 自然冷却 6 抽芯机构 由主型芯和活动镶件组成型芯 活动镶件固定在滑块上 随滑块一 起运动 7 脱模机构 推板脱模 8 抽芯机构 外侧抽芯滑块机构 图 3 1 产品示意图 3 1 3 型腔数目的确定 型腔的数量是由产品自身结构确定 根据分型面我们可以看出该模具两侧有 滑块机构 故为 一出二 即一模二腔 他们已考虑了本产品的生产批量 中小批 量生产 和自己的注射机型号 3 2 浇注系统设计 3 2 1 主流道设计 1 主流道尺寸 主流道是一端与注射机喷嘴相接触 另一端与分流道相连的一段带有锥度的 流动通道 主流道小端尺寸为 3 5 4mm 2 主流道衬套的形式 主流道小端入口处与注射机喷嘴反复接触 属易损件 对材料要求较严 因 而模具主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套形式 俗称浇口套 这边称 唧咀 以便有效的选用优质钢材单独进行加工和热处理 唧咀都是标准件 只需 去买就行了 常用唧咀分为有托唧咀和无托唧咀两种下图为前者 有托唧咀用于 配装定位圈 唧咀的规格有 12 16 20 等几种 由于注射机的喷嘴半径为 20 所以唧咀的为 R21 图 3 2 3 3 主流道衬套的固定 主流道衬套的固定 因为采用的有托唧咀 所以用定位圈配合固定在模具的面板上 定位圈也是 标准件 外径为 120mm 内径 35mm 具体固定形式如下图所示 图 3 3 3 2 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 由主流道流入型腔前 通过截面积的变化及流向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 能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔 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 3 1 4 2654 0 LmB 式 3 2 BH 3 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 梯形的侧面斜角 a 常取 50 150 在应用式 式 3 1 时应注意它的适用范围 即塑件厚度在 3 2mm 以下 重量小于 200g 且计算结果在 3 2 9 5mm 范围内才 合理 本电动机绝缘胶架的体积为 3221 7324mm3 质量大约 4g 分流道的长度预计 设计成 140mm 长 且有 4 个型腔 所以 取 B 为 8mm 3 714042654 0 4 4 B 取 H 为 5mm 58 3 2 H 梯形小底边宽度取 6mm 其侧边与垂直于分型面的方向约成 100 另外由于使 用了水口板 即我们所说的定模板和中间板之间再加的一块板 分流道必须做成 梯形截面 便于分流道和主流道凝料脱模 实际加工时实 常用两种截面尺寸的梯形流道 一种大型号 一各小型号 如图 3 4 所示 图 3 4 1 主分流道长度 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 总长 140mm 2 副分流道的设计 副分流道即图 3 4 中的主分流道以下的两个土字形的流道 副分流道中竖直方向上有锥度的流道的锥度为单边 20 其最底部直径为 6mm 水平方向上下两层流道的直径为 4mm 这些都是根据经验取值 其总长 度为 38 15mm 3 分流道的表面粗糙度 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 6 m 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 4 实际加工时 用铣床铣出流道后 少为省一下模 省掉加工纹理就行了 省模 制造模具的一道很重要的工序 一般配备了专业的省模女工 即用打磨 机 沙纸 油石等打磨工具将模具型腔表面磨光 磨亮 降低型腔表面粗糙度 3 2 3 冷料穴设计 在完成一次注射循环的间隔 考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体 因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度 从喷嘴端部到注射机料筒以内约 10 25mm 的深度有个温度逐渐升高的区域 这时才达到正常的塑料熔体温度 位 于这一区域内的塑料的流动性能及成型性能不佳 如果这里温度相对较低的冷料 进入型腔 便会产生次品 为克服这一现象的影响 用一个井穴将主流道延长以 接收冷料 防止冷料进入浇注系统的流道和型腔 把这一用来容纳注射间隔所产 生的冷料的井穴称为冷料穴 冷料穴一般开设在主流道对面的动模板上 也即塑料流动的转向处 其标称 直径与主流道大端直径相同或略大一些 深度约为直径的 1 1 5 倍 最终要保证 冷料的体积小于冷料穴的体积 冷料穴有六种形式 常用的是端部为 Z 字形和拉 料杆的形式 具体要根据塑料性能合理选用 实际上只要将分流道顺向延长一段 距离就行了 3 2 4 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 3 2 5 浇口的选用及位置的确定 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 浇口可分为限制性和非限制性浇口两种 我们将采用限制性浇口 限制性浇 口一方面通过截面积的突然变化 使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度 提高剪切速率 使其成为理想的流动状态 迅速面均衡地充满型腔 另一方面改 善塑料熔体进入型腔时的流动特性 调节浇口尺寸 可使多型腔同时充满 可控 制填充时间 冷却时间及塑件表面质量 同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流 并便于浇口凝料与塑件分离的作用 我们采用的是侧浇口 侧浇口又称边缘浇口 国外称之为标准浇口 侧浇口 一般开设在分型面上 塑料熔体于型腔的侧面充模 其截面形状多为矩形狭缝 调整其截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间 这灯 浇口加工容易 修整方便 并且可以根据塑件的形状特征灵活地选择进料位置 因此它是广泛使用的一种浇口形式 普遍使用于中小型塑件的多型腔模具 且对 各种塑料的成型适应性均较强 但有浇口痕迹存在 会形成熔接痕 缩孔 气孔 等塑件缺陷 且注射压力损失大 对深型腔塑件排气不便 具体到这套模具 其浇口形式及尺寸如图 3 5 所示 浇口各部分尺寸都是取 的经验值 实际加工中 是先用圆形铣刀铣出直径为 4 的分流道 再将材料进 行热处理 然后做一个铜公 电极 去放电 用电火花打出这个浇口来的 图 3 5 2 浇口位置的确定 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 第四章 成型零件模具的设计 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件 包括凹模 型芯 镶 块 成型杆和成型环等 成型零件工作时 直接与塑料接触 塑料熔体的高压 料流的冲刷 脱模时与塑件间还发生摩擦 因此 成型零件要求有正确的几何形 状 较高的尺寸精度和较低的表面粗糙度 此外 成型零件还要求结构合理 有 较高的强度 刚度及较好的耐磨性能 设计成型零件时 应根据塑料的特性和塑件的结构及使用要求 确定型腔的 总体结构 选择分型面和浇口位置 确定脱模方式 排气部位等 然后根据成型 零件的加工 热处理 装配等要求进行成型零件结构设计 计算成型零件的工作 尺寸 对关键的成型零件进行强度和刚度校核 4 1 排气系统的设计 型腔内气体的来源 除了型腔内有原来的气体 还有因塑料受热或凝固而产生 的低分子挥发气体 塑料熔体向注射模型腔填充过程中 必须考虑把这些气体排出 否则 不仅会引起物料注射压力过大 熔体填充型腔困难 造成充不满模腔 而且 气 体还会在压力作用下渗进塑料中 使塑料充满气泡 组织疏松 熔接不良 因此在模 具设计时 要充分考虑排气问题 但是排气装置对于中小型注射模并不适合 它适合 于大型和高速成型的注射模 综上所述 我们可以判断专门的排气装置不适合在我所设计的注塑模中 但并 不代表我们不设计排气装置 对于中小型注塑模的排气 我们采取了利用模具分型 面和推杆与模具的间隙来排气 4 2 斜导柱抽芯机构设计 因为斜导柱是选用的标准件 直径为 20 而斜导柱孔要比斜导柱单边要大 50 丝 所以直径为 21 斜度为 200 另外还要开流道 其尺寸前面已经介绍 详细的情况请参见零件图纸 第五章 Pro ENGINEER 建模模块及模具设计 5 1 Pro ENGINEER 软件简介 1985 年 PTC 公司成立于美国波士顿 开始参数化建模软件的研究 1988 年 V1 0 的 Pro ENGINEER 诞生了 经过 10 余年的发展 Pro ENGINEER 已经成为三维建模 软件的领头羊 目前已经发布了 Pro ENGINEER2000i2 PTC 的系列软件包括了在工业 设计和机械设计等方面的多项功能 还包括对大型装配体的管理 功能仿真 制造 产品数据管理等等 Pro ENGINEER 还提供了目前所能达到的最全面 集成最紧密的产 品开发环境 下面就 Pro ENGINEER 的特点及主要模块进行简单的介绍 主要特性 全相关性 Pro ENGINEER 的所有模块都是全相关的 这就意味着在产品开发过程 中某一处进行的修改 能够扩展到整个设计中 同时自动更新所有的工程文档 包括 装配体 设计图纸 以及制造数据 全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改 却 没有任何损失 并使并行工程成为可能 所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其 作用 基于特征的参数化造型 Pro ENGINEER 使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的 构造要素 这些特征是一些普通的机械对象 并且可以按预先设置很容易的进行修改 例如 设计特征有弧 圆角 倒角等等 它们对工程人员来说是很熟悉的 因而易 于使用 装配 加工 制造以及其它学科都使用这些领域独特的特征 通过给这些特 征设置参数 不但包括几何尺寸 还包括非几何属性 然后修改参数很容易的进行多 次设计叠代 实现产品开发 数据管理 加速投放市场 需要在较短的时间内开发更 多的产品 为了实现这种效率 必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发 数据管理模块的开发研制 正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作 由 于使用了 Pro ENGINEER 独特的全相关性功能 因而使之成为可能 装配管理 Pro ENGINEER 的基本结构能够使您利用一些直观的命令 例如 啮合 插入 对齐 等很容易的把零件装配起来 同时保持设计意图 高级的功能支 持大型复杂装配体的构造和管理 这些装配体中零件的数量不受限制 易于使用 菜单以直观的方式联级出现 提供了逻辑选项和预先选取的最普通选 项 同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助 这种形式使得容易学习和使用 5 2 Pro E 三维建模模块应用 1 初步建摸 1 打开 Pro E 软件 出现图 5 1 界面 图 5 1 单击按钮 出现图 5 2 界面 在