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机械毕业设计论文
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模具毕业设计135音箱旋钮注射模,机械毕业设计论文
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1 届毕业设计说明书 音箱旋钮 注塑模设计 系、 部 ： 机 械 系 学生姓名 ： 指导教师： 职称： 副教授 专 业： 材料成型及控制工程 班 级： 完成 时间： 摘 要 nts2 注射 模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，是现代生产制造行业的核心，在大多数 国家，注射模具设计与制造技术已经成为衡量一个国家生产制造技术先进与否的关键。 本设计通过对音箱旋钮的工艺、材料分析，选用适当的注射机，并拟定合理的注射成型工艺方案。在模具设计中，采用一模两腔式的布局。并通过对分型面、浇注系统、成型零部件、顶出脱模机构、冷却系统的设计，选用合适的标准模架及标准件，完成对音箱旋钮的一套完整的模具设计方案。 关键词： 音箱旋钮；注射；模具设计 ABSTRACT Injection mold is an important tooling for industry products,it is the core of the modern manufacturing industry and in most countries injection mold design and manufacturing technology have become the keywords of measuring it is production technology. This design through analysed the process and material of chemical instrument cover,choosed the proper injection machine,and roughcast reasonable injection mold design scheme.In the design process,it used the configuration of two cavityin one plate.And through designing the parting line,running gate system,modeling parts,ejection stripping mechanism,cooling system,choosing adaptive standard mould base and standard parts,it finised the whole mold design scheme for the chemical instrument cover. Keywords: Speaker knob;injection;mold design 目 录 nts3 . 前言 . 4 1、塑件的工艺性分析 . 7 1.1、塑件的原材料分析 . 7 1.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 . 11 1.3、塑件的体积重量 . 12 1.4、塑件的注射工艺参数的确定 . 15 1.5、注塑成型的准备 . 16 2、型腔数的确定及浇注系统的设计 . 18 2.1、塑料配方说明 . 18 2.2、分型面的选择 . 18 2.3、型腔数的确定 . 19 2.4、确定型腔的排列方式 . 20 2.5、浇注系统的设计 . 20 2.6、剪切速率的校核 . 24 2.7、模具材料的选择 . 24 3、排气、冷却系统的设计与计算 . 25 3.1、排气系统的设计 . 25 3.2、冷却系统的设计与计算 . 26 4、模具工作零件的设计与计算 . 28 4.1、凸凹模的设计 . 28 4.2、型腔侧壁厚度和底板厚度的计算 . 29 4.3、模架的选用 . 29 4.4、导向与定位机构 . 31 5、脱模机构的设计与计算 . 33 5.1、顶出系统设计 . 33 5.2、推 件板的厚度 . 34 nts4 5.3、顶杆直径的计算 . 35 6、注射机与模具各参数的校核 . 37 6.1、工艺参数的校核 . 37 6.2、安装参数的校核 . 38 参考文献 . 39 致谢 . 43 前 言 nts5 自 20 世纪 80 年代以来，我国 的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。 20 世纪 90 年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在 1990 年仅 60 亿元人民币， 1994 年增长到 130 亿元人民币， 1999 年已达到 245 亿元人民币， 2000年增至 260270 亿元人民币。今后预计每年仍会以 1015的速度快速增长。 目前，我国 17000 多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江 等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的 “ 模具之乡 ” 和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占 50 （中国台湾： 40 ）， 塑料模具约占 33 （中国台湾：48 ），压铸模具约占 6 （中国台湾： 5 ），其他各类模具约占 11（中国台湾： 7 ）。 中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（ 1961 1981），成长期（ 1981 1991），成熟期（ 1991 2001）三个阶段。 萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等 。 1981年 1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自 1982 年起，台湾地区就将模具产业纳入 “ 策略性工业适用范围 ” ，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从 1985 年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等 CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触 CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。 成熟期，在国际化，自 由化和国际分工的潮流下， 1994年， 1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行 “ 工业用模具技术研究与发展五年计划 ” 与 “ 工业用模具技术应用与发展计划 ” ，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。 1997 年 11 月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发nts6 展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到 计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。 模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。 （ 1） 冲模 ： 冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的 50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模 分为单工序模，复合模，连续模。 （ 2） 锻模 ： 锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。 （ 3） 塑料模 ： 塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的 35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低 发泡注射成型模，吹塑模等。 （ 4） 压铸模 ： 压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的 6。 （ 5） 粉末冶金模 ： 粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。 模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。 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nts7 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。 1、 塑件的工艺性分析 1.1、塑件的原材料分析 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 强nts8 度 好 ,其次才是成型难易和经济性问题 ,以下是对几种材料的性能对比，如表所示。 表 1 不同材料的性能对比 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 1017 10 1917 2.11016 1014 1015 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，如表所示 。 表 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 nts9 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 3080 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等 聚甲 基 丙烯 酸 甲酯 （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 nts10 图 1 塑料件 图 2 pore 建模 塑件的材料采用 聚甲基丙烯酸甲酯 （ PMMA） ，属热塑性塑料，该塑料具有 如下的成型特性： 无定形料、吸湿性大、不易分解。 nts11 质脆、表面硬度低。 流动性中等，溢边值 0.03mm 左右，易发生填充不良、缩孔、凹痕、熔接痕等缺陷。 宜取高压注射，在不出现缺陷的条件下宜取高料温、模温，可增加流动性，降低内应力、方向性，改善透明度及强度。 模具浇注系统应对料流阻力小，脱模斜度应大，顶出均匀，表面粗糙度应好，注意排气。 质透明，要注意防止出现气泡、银丝、熔接痕及滞料分解、混 入杂质。 1.2、塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 1.2.1、 塑件的结构分析 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 .该零件的总体形状为圆形，结构比较简单。 1.2.2、 塑件尺寸精度的分析 该零件的重要尺寸，如， 30.9 0.09mm的尺寸精度为 3级 ，次重要尺寸 3.75 0.07mm的尺寸精度为 4级，其它尺寸均无公差要求，一般可采用 8级精度。 塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，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 。 尺寸公差 由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。 各种塑件 ,不论是结构件还是板壁 ,根据使用要求具有一定的厚度 ,以保证其力学强度 .一般地说 ,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚 ,不仅可以节约原材料 ,降低 生产成本 ,而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短 ,提高生产率 ;其次可避免因过厚产生的凹陷 ,缩孔 ,夹心等质量上的缺陷 。 从塑件的壁厚上来看，壁厚最大处为 4.5mm，最小处为2.25mm，壁厚差为 2.25mm，较为均匀。 1.2.3、 表面质量的分析 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。 由于该零件直接与人接触所以不能nts12 太过光滑，所以 该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要求，故比较容易实现。 综上分析可以看出，注射时在工艺参数控制得较好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。 1.2.4、 塑件的脱模斜度 制品上 的脱模斜度大小，与制品啊的性质，收缩率大小，摩擦系数，制品避厚和几何形状有关。硬质 塑料比软制塑料斜度大。形状愈复杂或成型孔较多时取较大的脱模斜度。制品高度愈高，孔愈深取较小的脱模斜度。内孔包住型心，取较大斜度。 在制品图上标明，内孔以小端为基准，斜度 由扩大方向取得。外形以大端为基准，斜度由缩小方向取得。 根据塑料制品成型及模具设计的表 2-4，再根据塑件的高度确定脱模斜度为 型腔 1型芯为 0. 6。 1.3、塑件的体积重量 根据 PORE的成型，分析可以很直观的的出其各种参数； 利用 PORE建模很容易计算出其体积，质量，厚度等。 计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。 计算得塑件的体积： V 9132mm3 计算塑件的质量： W V (1) 根据设计手册查得聚甲基丙烯酸甲酯的密度为 1.18kg/dm3，故塑件的重量为： W V 91321.1810-3 10.776g nts13 图 3 pore 分析 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实=91321.5=13698 mm3 ； 实际注射质量为 M实=1.5M=10.771.5=16.115g； 根据实际注射量应小于 0.8倍公称注射量原则 , 即： 0.8 V公 V实 V公 = V实 /0.8 =13698/0.8 =17122.5mm3 ； 为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的 35%75%范围内，最大可达 80%，最小不小于 10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在 50%80%。 2 V实=27396 mm3 ； V公 60000mm3 ； 2 V实/ V公 100% =45.66%满足要求 。 注塑机的选择 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 ,nts14 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所示。 表 3 注射量与注射时间的关系 注射量 /CM3 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nts15 环所需的时间 . 根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为： XSZ 60/40型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示： 表 4 注塑机的参数 理论注射量 /cm3 60 移模行程 /mm 180 螺杆直径 /mm 30 最大模具厚度 /mm 280 注射压力 /Mp 150 最小模具厚度 /mm 160 锁模力 /KN 400 喷嘴球半径 /mm 15 拉杆内间距 /mm 295185 喷嘴口孔径 /mm 3.5 原料要干燥 处理，可在 70 80C热风循环中干燥处理，烘干时间 2 4h。 原料中应加入紫外线吸收剂和搞氧剂，以提高耐老化能力。 不同品级的原料塑化温度略有差异 ,机筒温度可控制在 160 220C范围内 ,喷嘴温度在 170 180C 范围内 。 注射压力在 60 120MPa。壁厚、浇口截面较大时，注射压力可略低些。而壁薄、流道较长时，注射压力可提高至 130 150MPa。 注射熔体流速以缓慢些好。这对保证制品表观质量、改善制口强度有利。 模具温度为 60 70C。较高的冷却温度，制品外表光泽、内应力小，但收缩大。由于流道截 面较大，制品固化延长。为了缩短成型周期，一般制品的模具没度一些。 制品的收缩率不大，但内应力较高。必要时应进行热处理，在 70C 左右的热风循环中处理 2 3h,缓慢冷却至室温，以消制品的内应力。 应选用螺杆式注塑机。螺杆的结构形式应该是渐变型的螺杆，对原料塑化比较有利，注塑机设备上的通用型螺杆可应用。 根据塑件的体积、质量和生产效率（年生产量）等各个方面考虑，并查资料可选择注塑机型号为： SZ-60/40。 在注射成型时，塑料要经过三个阶段的转换：一是塑料未进入料筒前的颗粒状；二是塑料在料筒中的塑化流动而达到熔 融状态；三是塑料通过注射模浇注系统的充模流动及冷却定型。 1.4、塑件的注射工艺参数的确定 根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。 nts16 注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。 料筒温度：后段温度 t1选用 180 中段温度 t2选用 200 前段温度 t3选用 220 喷嘴温度：选用 220 注射压力：选用 100MP 注射时间：选用 20s 保压时间：选用 2s 保压： 80MP 冷却时间：选用 28s 总周期： 50s 1.5、 注塑成型的准备 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。 图 4 时间与 压力的关系 1.5.1、 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nts17 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。 1.5.2、 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，注塑过程可以用如图所示 3.1所示。图中 T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的 时刻；当模腔充满熔体（ T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从时间T1到 T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从 T2到 T3），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。 1.5.3、 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 1020度至热变形温度以下 1020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。 nts18 2、型腔数的确定及浇注系统的设计 2.1、 塑料配方说明 塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节 ,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优 劣 ,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程 ,其技术含量极高 .一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局 .塑料是以高分子聚合物为主要成分 ,加入一定量添加剂而组成的一种混合物 ,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物 ,通常为填充剂 ,增塑剂 ,稳定剂 ,润滑剂 ,着色剂等 .根据 PMMA的特性及使用性能要求 ,配方中应含有以下添加剂 . 填充剂 玻璃微珠； PMMA 成型后易产生内应力 ,添加玻璃微珠使塑料的流动性好 ,残余内应力分布均匀 ,使光的漫反射率为 80%88%。 增韧剂 SBS,ABS,EPR； PMMA的冲击性能很差 ,是一种十分脆的材料 ,增韧改性是必须的。 光稳定剂 氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下， 由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。 润滑剂 硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用 ,防止塑料在成型加工时黏模 ,同时提高塑料制品表面光洁度。 着色剂 粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占 80%左右，着色的目的有 1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望 ， 提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。 抗菌剂 磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩 ,因此需要做此设计 .很多塑料制品的表面会 滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在 塑料 中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。 2.2、分型面的选择 根据分型面的选择原则： (1)便于塑件脱模； (2)在开模时尽量使塑件留在动模； (3)外观不遭到损坏； (4)有利于排气和模具的加工方便。 nts19 结合该产品的结构 ,分型面确定在塑件的最大投影面积上 .如图所示 。 图 5 分型面 图 6 pore 建立分型面 根据 PORE所示 其内表面和外表面的拔模角度为 1.0。 根据 PORE分析：蓝色部分放入下模。 绿色部分放入上模。 该塑件为旋纽，表面质量无特殊要求，端部因与人手指接触因此形成自然圆角，此零件可采用 上 图所示的分型面比较合适。 2.3、型腔数的确定 方法，本题采用注射机的注射量来确定它的数目。其公式如下： nts20 n2=(G-C)/V (2) 式中： G 注射机的公称注射量 /cm3 V 单个制品的体积 /cm3 C 浇道和浇口的总体积 /cm3 生产中每次实际注射量应为公称注射量 G 的（ 0.75 0.45）倍，现取 0.6G 进行计算。每件制品所需浇注系统的体积为制品体积的（ 0.2 1）倍，现取 C 0.6V进行计算。 n2=0.6G/1.6V=0.375G/V=(0.375 60)/90132=2.46 由以上的计算可知，可采用一模两腔的模具结构。 2.4、确定型腔的排列方式 本塑件在注射时采用一模 两 件，即模具需要 两 个型腔。综合考虑浇注系统、模具结构的复杂程度等因素，拟采用下图所示的型腔排列方式。 图 7 型腔排列 2.5、浇注系统的设计 注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的 传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。 2.5.1、 主流道的设计 nts21 主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关 。 根据设计手册查得 SZ 60/40 型注射机喷嘴有关尺寸如下： 喷嘴前端孔径： d0=3.5mm 喷嘴前端球面半径： R0 15mm 为了使凝料能顺利拔出，主流道的小端直径 D 应稍大于注射 喷嘴直径 d。 D d+(0.5 1)mm=3.5+1 4.5mm 主流道的半锥角通常为 1 2过大的锥角会产生湍流或涡流，卷入空气，过小的锥角使凝料脱模困难，还会使充模时熔体的流动阻力过大，此处的锥角选用 2。经换算得主流道大端直径 D 8.5mm,为使熔料顺利进入分流道，可在主流道出料端设计半径 5mm 的圆弧过渡。主流道的长度 L一般控制在60mm 之内，可取 L 55mm。 图 8 浇注系统 2.5.2、 冷料穴与拉料杆的设计 对于依靠推件板脱模的模具常用球头拉料杆，当前锋冷料进入冷料穴后紧包在 拉料杆的球头上，开模时，便可将凝料从主流道中拉出。球头拉料杆固定在动模一侧的型芯固定板上，并不随脱模机构移动，所以当推件板从型芯上脱出制品时，也将主流道凝料从球头拉料杆上硬刮下来。其结构如 上 图所示： 2.5.3、 分流道的设计 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nts22 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所示。 分流道的断面形状有圆形， 半圆形， 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。 分 流道在设计时应考虑尽量减小在流道内的压力损失和尽可能避免熔体温度的降低，同时还要考虑减小流道的容积。圆形和正方形流道的效率最高，当分型面为平面时一般采用圆形的截面流道，但考虑到加工的方便性， 在该模具上取 半圆形的流道。 一般分流道直径在 3 10mm 范围内，分流道的截面尺寸可根据制 品所用的塑料品种、重量和壁厚，以及分流道的长度由中国模具设计大典第 2 卷中图 9.2 12 所示的经验曲线来选定，经查取 D=5.6mm 较为合适，分流道长度取 L 20mm 从图 9.2 14中查得修正系数 fL=1.02，则分流道直径经修正后为 D DfL=5.61.02=5.712，取 D 6mm 表 5 塑料品种与分流道断面直径 2.5.4、 浇口的设计 浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体塑料名称 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 nts23 流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性 : 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺 寸精度容易保证； 试模时如发现不当，容易及时修改； 能相对独立地控制填充速度及封闭时间； 对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。 根据浇口的成型要求及型腔的排列方式，选用侧浇口较为合适。 侧浇口一般开设在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故也称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形，其优点是截面形状简单，易于加工，便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹，因为该制件无表面质量的特殊要求，又是中小型制品的 一模两腔结构，所以可以采用侧浇口。 在侧浇口的三个尺寸中，以浇口的深度 h 最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度 W 的大小对熔体的体积流量的直接的影响，浇口长度 L在结构强度允许的条件下以短为好，一般选 L 0.5 0.75mm。 确定浇口深度和宽度的经验公式如下： h=nt (3) W=nA1/2/30 (4) 式中 ： h 侧浇口深度 （ mm） 中小型制品常用 h=0.5 2mm， 约为制品最大壁厚的 1/3 2/3, 取 1.5mm t 制品的壁厚 （ mm） 3.38mm n 塑料材料的系数 查表得 0.8 W 浇口的宽度 （ mm） A 型腔的表面积 （ mm2） 计算得 2940mm2 将以上各数据代入公式得 ： h=1.5mm， W=1.5mm, L 取 0.5mm。 计算 后所得的侧浇口截面尺寸可用 r=6q/(Wh2)104s-1 作为初步校验。 制品的体积 V 9.132cm3， 设定充模 时间为 1s， 于是 ： q=9.132/1=9132mm3/s r=6q/Wh2=(69132)/(1.51.52)=1.6104 104s-1 所以符合要求。 nts24 2.6、 剪切
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