香蕉插头-本体注射模具设计【一模四腔】【侧抽芯】【说明书+CAD】
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香蕉插头-本体注射模具设计【一模四腔】【侧抽芯】【说明书+CAD】,一模四腔,侧抽芯,香蕉,插头,本体,注射,模具设计,说明书,CAD
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引 言本说明书为机械类塑料模注射模具设计说明书，是根据塑料模具设计手册上的设计过程及相关工艺编写的。本说明书的内容包括：毕业设计任务书，毕业设计指导书，毕业设计说明书，毕业设计体会，参考文献等。编写本说明书时，力求符合设计步骤，详细说明了塑料注射模具设计方法，以及各种参数的具体计算方法，如塑件的成型工艺，塑料脱模机构的设计。本说明书在编写过程中，得到有张蓉老师和相关同学的大力支持和热情帮助，在此谨以致意。由于本人设计水平有限，在设计过程中难免有错误之处，敬请各位老师批评指正。 设计者：刘红长 2006年5月20月设计题目：香蕉插头-本体注射模 塑件图设计目的综合运用在学期间所学理论知识和技能，设计汽车仪表电子计时器塑料模具，使学生熟悉设计开发模具的过程，培养学生独立思考能力，检验学生的学习效果和动手能力，提高学生工程实践能力，为将来实际工作打下坚实的基础。设计要求1、尽量选用标准模架。2、保证规定的生产率和高质量的塑胶制品的同时，力求模具成本低、寿命长。3、设计的塑料模必须保证操作维护安全、方便，与注射机能够匹配。4、在能够生产出性能、特性、质量符合要求的前提下，尽量降低制品的后加工成本。5、便于搬运、安装、紧固到注射机上，并且方便、可靠。6、保证模具强度前提下，注意外形美观，各部分比例协调。设计图纸模具总装图一张、动、定模板、凸模、凹模、定位圈、浇口套、型芯等所有非标准零件图及电子文件（即*.doc/*.dwg/*.prt/*.asm文件，其中至少要有一张1号以上的计算机绘图）。图幅总量22.5张A0.设计说明书（要求不少于1.5万字，20页以上）1、资料数据充分，并标明数据出处。2、计算过程详细、完全。3、公式的字母含义应标明，有时还应标注公式的出处。4、内容条理清楚，按步骤书写。5、说明书要求用计算机打印出来。整个设计资料包括全套图纸、设计计算说明书、设计任务书、设计笔记、毕业实习及毕业设计体会。自选两个重要模具成型零件编制加工工艺过程卡。编制模塑成型工艺卡。参考资料：1、国家标准总局编。塑料模国家标准 中国标准出版社，19992、陈万林编著塑料模具设计与制作教程北京希望电子出版社，20003、黄健求编模具制造 机械工业出版社，20014、黄毅宏编模具制造工艺学机械工业出版社，19965、王孝培编塑料成型工艺及模具简明手册机械工业出版社，20006、陈晓华、王秀英编典型零件模具图册机械工业出版社，20017、翁其金编 塑料模塑工艺与塑料模设计机械工业出版社，19998、塑料模具技术手册编委会 塑料模具技术手册机械工业出版社，19979、孙凤勤编 冲压与塑压设备机械工业出版社，199710、黄锐编 塑料工程手册机械工业出版社，200011、屈华昌编 塑料成型工艺与模具设计机械工业出版社，199512、甄瑞麟编模具制造工艺学清华大学出版社，2005毕 业 设 计 指 导 书一题目：转速透光片塑料模设计二明确设计任务，收集有关资料1、了解毕业设计的任务、内容、要求和步骤，制定设计工作进度计划（一般需周）2、将Pro/E零件图,转化为AUTOCAD平面图，并标好尺寸3、查阅、收集有关的设计参考资料4、了解所设计零件的用途、结构、性能，在整个产品中装配关系、技术要求、生产批量5、塑胶厂车间的设备资料6、模具制造技能和设备条件及可采用的模具标准情况三工艺性分析 分析塑胶件的工艺性包括技术和经济两方面，在技术方面，根据产品图纸，主要分析塑胶件的形状特点、尺寸大小、尺寸标注方法、精度要求、表面质量和材料性能等因素，是否符合模塑工艺要求；在经济方面，主要根据塑胶件的生产批量分析产品成本，阐明采用注射生产可取得的经济效益。1、塑胶件的形状和尺寸：塑胶件的形状和尺寸不同，对模塑工艺要求也不同。2、塑胶件的尺寸精度和外观要求塑胶件的尺寸精度和外观要求与模塑工艺方法、模具结构型式及制造精度等有关。3、生产批量生产批量的大小，直接影响模具的结构型式，一般大批量生产时，可选用一模多腔来提高生产率；小批量生产时，可采用单型腔模具等进行生产来降低模具的制造费用。4、其它方面在对塑胶件进行工艺分析时，除了考虑上述因素外，还应分析塑胶件的厚度、塑料成型性能及模塑生产常见的制品缺陷问题对模塑工艺性的影响。一：拟定模具结构形式A确定型腔数量及方式 型腔的数量是由厂方给定，为“一出四”即一模四腔，他们已考虑了本产品的生产批量（大批量生产）和自己的注射机型号。因此我们设计的模具为多型腔的模具。 考虑到模具成型零件和抽芯结构以及出模方式的设计，模具的型腔排列方式如图（1）所示。 图表 1B模具结构形式的确定 由于塑件外观质量要求高，尺寸精度要求一般，且装配精度要求高，因此我们设计的模具采用多型腔多分型面。根据本塑件香蕉插头本体的结构，模具将会采用三个分模面，三个分型面。二注射机型号的确定 一般工厂的塑胶都拥有从小到大各种型号的注射机。中等型号的占大部分，小型和大型的只占一小部分。于是我们不必过多的考虑注射机型号。具体到这套模具，厂方提供的注射机型号和规格以及各参数如下所示： 容量：270cm 最大模具厚度：550mm 锁模力：1250KN 最小模具厚度：150mm 模板大小：415X415mm 模具定位孔直径：160mm 开模大小；360mm 喷嘴球半径：SR15mm 喷嘴口孔径：3.0mm四注射机的选择 注塑机的额定注射量mg，每次注射量不得超过最大注射量的80%，即n=（0.8mgmj）/mz式中 n 型腔数mj 浇注系统重量（g）mz 塑件重量(g)mg 注射机额定注射量(g)浇注系统体积Vj,根据浇注系统初步设计方案进行计算。 V1=Rh=3.14335=989.1（mm） V2=Rh=3.142.530=588.75（mm） V3=4/3 R/2=4/32.5/2=32.7（mm） V4=2114=8（mm） V总=1620.55（mm） mj=V=1620.551.18=1.912（g） mg=（nmz+mj）/0.8=（418.881.912）/0.8=96.79（g） vj= mg/=96.79/1.18=82.025（mm） 从计算结果并根据塑料注射机技术规格，查塑料制品成型及模具设计教程附录E，选用XSZY125型注射机。 主要技术参数：标称注射量（mm） 125螺杆（注塞）直径（mm） 30注射压力（Mpa） 150注射行程（mm） 160螺杆转速（r/min） 10140注射时间（s） 1.8注射方式 螺杆式合模力（N） 910最大成型面积（mm） 360模板最大行程（mm） 300模板最大厚度（mm） 300模板最小厚度（mm） 200拉杆空间（mm） 260360合模方式 液压机械推出形式 两侧推出电动机功率（kw） 11螺杆驱动功率（kw） 4定位圈尺寸（mm） 100五型腔数目的确定与排列形式1、型腔数目的确定为了使模具与注射机的生产能力相匹配，提高生产效率和经济性，并保证塑件精度，模具设计时应确定型腔数目。常用的方法有四种。（1） 根据经济性确定型腔数目 （2） 根据注射机的额定锁模力确定型腔数目。 （3） 根据注射机的最大注射量确定型腔数目。 （4）根据制品精度确定型腔数目。 本设计采用根据注射机的最大注射量确定型腔数目的方法。 n 式中 n 型腔数 G 注射机的最大注射量（g） W 单个制件的质量（g） W 浇注系统的质量（g） n=6.15 由于本塑件为高精度制品，且多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致，故通常推荐型腔数目不超过4个。 2、型腔的排列形式 多型腔在模板上排列形式通常有圆形、H形、直线形及复合形等，在设计时应注意以下几点： （1） 尽可能采用平衡式排列，确保制品质量的均一和稳定。 （2） 型腔布置与浇口开设部位应力求对称，以便防止模具承受偏载而产生溢料现象。 （3） 尽量使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。三分型面位置的确定 如何确定分型面，需要考虑的因数比较复杂。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：1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。2） 便于塑件顺利脱模，尽量使塑件开模时留在动模一边。3） 保证塑件的精度要求。4） 满足塑件的外观质量要求。5） 便于模具加工制造。6） 对成型面积的影响。7） 对排气效果的影响。8） 对侧向抽芯的影响。其中最重要的是第5）和第2）；第8）点。为了便于模具加工制造，应尽量选择平直分型面易于加工的分型面。如图（2）所示，采用这样一个平直的分型面，前模（定模）和后模（动模）做成平的就行了，胶位在动模、定模上各一半,AA分型面也是整个模具的主分模面。下图中虚线所示的BB和CC分型面是行位（即滑快）的分型面。这样选择行位分型面，有利于行位以及后模仁和后模镶件等这些成型零件的加工。分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在后模一边，这样有助于后模设置的推出机构动作，在下图中，从AA分型时，BB处的行位向左移动，CC处的行位向右移开后，由于塑件在拉料杆的作用下留在动模上，依靠注射机的顶出装置和模具的推出机构推出塑件。图表 2四浇注系统形式和浇口的设计A主流道设计1. 主流道尺寸 主流道是一端与注射机嘴相接触，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3.5mm。2. 主流道衬套的形式主流道小端入口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，工厂里称唧咀），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,下图为后者，装配时用定位环压紧唧咀，再用螺钉固定即可。唧咀的规格有12，16，20等几种。由于注射机的喷嘴半径为SR15，所以唧咀的直径为16,其结构如图（3）所示。图表 33. 主流道衬套的固定因为采用的为无托唧咀，所以定位圈压紧无托唧咀后，用螺钉固定在模具的面板上。B. 分流道设计1.分流道的形式及尺寸从塑料模设计手册查得知：尼龙适合采用截面为圆形浇道形式，且由工厂的经验数据取得分流道的直径为8mm。2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，减少压力和热量损失,同时还要考虑到流道应避免与侧向抽芯机构发生干涉，所以将分流道设计成弯的，总长为168mm。 3副分流道的设计 副分流道即图（6）中主分流道以下的两个一字形的流道。 其截面与分流道一样也采用圆形，且直径为4，取的都是经验值，总长为30mm，且其与浇口、分流道都圆滑过度。 4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体状态为理想，因而分流道的内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6um左右即可，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。 实际加工时，用铣床铣出流道后，稍微省一下模，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。）5分流道的布置形式 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，锁模力求平衡。 本模具的流道布置形式采用平衡式，如图（4）所示。 图表 4C.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，迅速而均衡地充满型腔，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。从图（4）中可看出，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，其浇口及尺寸如图（5）所示。浇口各部分尺寸取的都是经验值。实际加工中，是先用圆形铣刀铣出直径为6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。图表 52 浇口位置的选择模具设计时，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。根据本塑件的特征，综合考虑以上几项原则，每个型腔设计的进浇点如图所示：D浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具已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成一致，这就是浇注系统的分流道的长度相等，形状及截面尺寸都相同。E.冷料穴的设计 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1025mm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11.5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字形拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。本模具中的 冷料穴的具体位置和形状如图（4）中所示。实际上只要将分流道顺向延长一段距离就行了。五成型零件的设计与加工工艺 模具中决定塑件几何形状和尺寸的零件称为成型零件，包括定模型芯、动模型芯、小型芯镶件等，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，脱模时与塑件还发生磨擦，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、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。A. 成型零件的结构设计本套模具的成型零件包括定模型芯、动模型芯、两个行位、四个镶件。由前面分析分型面的确定可知，成型零件总体上可分为定模型芯，即图（2）中AA分型面以上的部分，左边一个行位，即图（2）中BB分型面以左的部分，右边一个行位，即图（2）中BB，CC分型面以下的部分这三大部分，另外在动模型芯上必须镶八个镶件上来碰穿小型芯镶件，以形成香蕉插头本体中间部位的长方形孔。1. 定模型芯的设计定模型芯总体上就是一长方形，底面是平的，其面积至少要能盖住四个型腔，型芯受的压力较大，根据经验厚度需设计厚点，另外还要考虑到固定型芯的螺丝孔的位置，运水（冷却水道）的布置，两个分流道孔浇注衬套从型芯穿过以及型芯固定到A板中的固定形式等，设计定模型芯的长：242mm，宽95mm,厚30mm.最终设计结构如下图，上面对称有四条运水，两个运水盲孔，在A板上钻对应四条运水，形成两个运水循环,也就是说，先把型芯上的八个通孔堵塞，长型的水咀穿过A板的运水孔通过型芯的运水盲孔进入四个运水孔，其成型部分的尺寸放一个缩水率即可，这是指产品图上未注公差的尺寸而言的。更详细的结构参见零件图。2. 行位1的设计行位1，即成型塑件内形的成形零件。整个行位截面形状设计成下图所示的样子，总长98mm,总高50mm,由于我们设计的斜导柱的倾斜角为19度，所以行位的锁紧角为19+2=21度。每个行位上有四个小型芯镶件通过小型芯固定板固定在行位上，其装配后如下图所示：图表 6下图是上图从左边方向看过去的样子，即表达了行位长度方向的情况，总长为176mm,每边还有6mm导向用的。 图表 7另外，行位上面定位的孔，由于定位珠是标准件，定位孔是随着定位珠来设计的，其截面形状和尺寸如图(6)所示：最后，还要设计斜导柱孔，因为斜导柱选用的标准件，直径为16mm而斜导柱孔要比斜导柱单边大0丝，所以直径为mm,斜度为度。更详细的情况请参见零件图纸。B. 成型零件的加工工艺：1定模型芯 定模型芯是主要的工作零件，这套模具的生产批量为大批量，且塑件成型时有一定的腐蚀性，因此选用的材料要具有良好的耐磨性，由于客户已明确提出成型零件的材料要选用瑞典一百腾公司的S136钢材（注：此种钢材的性能特好，是做塑料的专用材料，具有良好的耐磨性，耐腐蚀性，它的价格为一百多元人民币一斤），因此我们选用S136的材料。 同时考虑到此塑料对尺寸精度要求一般，但对表面要求较高，根据本工厂的实际设备情况，在对材料进行粗加工后，留0.5mm的单边，淬火，低温回火后，用电火花机放电到位，最后还需要对成型表面进行抛光，省模（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）。 其浇道衬套孔要与衬套配合，在粗加工后，留单边0.20.5mm的余量，热处理后采用慢走丝割出即可。 综上所述，定模型芯加工工艺如下：1 材料：S1362 加工工艺：1) 开料：开出长x宽x高为241x96x31mm的毛坯。2) 磨基准：按照零件图基准方位在平面磨床上磨出基准面，同时磨平各平面，留0.10.3mm单边余量。3) 按照图样，在铣床上钻螺纹孔，运水孔。4) 在数控铣床上采用Mastercam9.0软件，采用直径为6的铣刀，铣出两条浇道，采用直径为4的铣刀铣出分流道，同时，按照图样要求铣出四个型腔的形状，单边留0.20.5mm的余量。5) 送热处理车间进行热处理：淬火（油淬+低温回火），使其表面硬度达到5660HRC。6) 按照图样要求加工型芯各表面，保证型芯的平行度，垂直度，要求型芯磨后六面见光。7) 电火花放电：a) 工件准备：模块材料为S136钢，铣、磨按图纸要求加工成型，热处理5660HRC 后，六面见光，保证平行度及垂直度，同时加工两块模板，保证尺寸的一致电性。b) 电极制作：电极材料为紫铜，最好选用铜钨合金，根据型腔的形状，为了便于铜公的加工，将铜公分体做成三个依次放电到位（注：两边侧抽芯的型腔各一个，中间型腔做一个铜公，同时考虑到铜公的装夹，将其铣成两边各一半的外形，中间为方形，便于装夹，每挡加工制作一个铜公，可连续放电四个型腔，利用铜公的别一边用来放电动模型腔.c) 校正、装夹、安装合格。d) 使用设备：使用北京易通电加工技术研究所制造的ETD7125电火花成形机床。脉宽/us间歇/us双边间隙/mm粗糙度/Ra2001000.206.360500.113.220500.040.061.6e) 加工规准：如上表所示（注：以上规准只供参考，具体规准应根据机床的性能，及其加工工人的经验来确定，确保最后一档放电加工到位）。8)用慢走丝割出直径为20k6的浇口衬套孔，镶件孔。9)对成型面进行研磨达到图样表面粗糙度的技术要求。10)最后用激光在型芯上刻出产品上的文字。3.动模型芯同定模型芯一样。4行位a) 材料：45#b) 加工工艺：1) 开料：在45#钢板上割出一块长x宽x高为100x177x51mm的毛坯。2) 在平面磨床上磨基准。3) 在铣床上有角度分度头调好角度，粗铣如下图所示左侧的斜面。4) 在铣床上铣出如图所示右侧的形状及其导滑部分。5) 在铣床上铣出用分度头调好角度，用镗刀镗出如下图所示的直径为17mm的斜孔。6) 钻螺钉固定孔。7) 热处理：淬火+低温回火，淬硬表面硬度为5458HRC。8) 磨削基准平面及其斜面，使各部分的尺寸加工到位。9) 用电火花机放电打出滑块两个R7的定位孔。10) 在滑块斜面磨出45度，宽大10mm,深0.2mm的储油槽，其它的零件在此就不一一叙述。六：脱模机构设计在注射成型的每一个循环中，塑件必须由模具型腔是或凸模/型芯上松动分离（即脱出），脱出塑件的脱出机构，就叫塑件脱出机构。脱出机构设计基本考虑：1) 保证塑件质量2) 脱出机构的结构3) 所需顶出行程、开模行程计算根据以上原则，在后模仁设计顶针孔的大小与位置，顶针就是脱模推出机构，即将塑件从后模上顶出。如图(8)所示图中顶针布置，顶出时受力均衡，直径都为3mm。顶针孔在高度方向的形式与尺寸如图（8）所示，图中高度为10mm的部分直径为3mm ，用于与顶针相配合，这样做的目的是为了减少配合的接触面积，15mm以下的部分直径才是4mm。七：温度调节系统设计注射模设计温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。一、加热系统 由于该套模具的模温要求在80C以下，无需设置加热装置。二、冷却系统 一般注射到模具内塑料温度为200C左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在60C以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快地传给模具，以使塑料可靠冷却定型并可迅速脱模。 对于粘度低、流动性好的塑料（例如：聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙66等），因为成型工艺要求模温都不太高，所以常用常温水对模具进行冷却。PA66的成型温度和模具温度分别为200300C、5565C。1.冷却介质：有冷却水和压缩空气，但用冷却水较多，因为水的热容量大，传热系数大，成本低。用水冷却，即在模具型腔周围或内部开设冷却水道。2.冷却装置的理论计算（仅考虑冷却介质在管内作强制对流的散热，而忽略其它因数）（1）塑件厚度与冷却时间的关系：该塑件平均厚度为1.25mm，其冷却时间略为7.0s。（2）假设由塑料放出的热量全部传给模具，则该塑料每小时所放出的热量为： =3.9105（J/h） Q熔融塑料每小时所放出的热量（J/h） G每次注射的塑料量（包括浇注系统，kg） G=13.851.10=15.2410-3（kg） n每小时的注射次数 H焓塑料从熔融状态进入型腔的温度到塑料冷却后的脱模温度焓之差（J/kg） =4.2105 （J/kg） 其中 Cs塑料的比热容，PA66的Cs=1680 若考虑塑料的溶解潜热，则每千克塑料所放出的总热量为： =5.5105 （J/kg） 则 =5.2105（J/h） 在不考虑其它热量损失时，可认为塑料所放出的热量等于冷却介质带走的热量，由 =12.24（kg/h） 式中 W每小时所需冷却介质的质量（kg/h） t2冷却介质的出口温（K） t3冷却介质的入口温度（K） c冷却介质的比热容由以上计算得冷却水的体积流量为 =0.2210-3（m3/min） 由表523得，该模具的冷却管道直径8mm，冷却水最低流速为v=1.66（m/s） 冷却水道的长度为=840（mm）3.冷却装置的结构形式（1）简单流道式：取水道直径为8mm，距型腔约为3mm ，在两瓣合模上、下各布置一根，左右对称布置。（2）对于型芯的冷却水道，可采用隔片导流式。综上，该模具塑料释放的总热量不大，只在模具型腔周围开设冷却水道即可，均采用简单流道式。第二：冷却系统的设计讨论与思考：注塑模温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产率以及塑件的形状和尺寸精度等有着直接影响。无论何种塑件的注射成型，对塑模温度的要求均有一个比较适宜的范围，且只有在此温度内才能保证塑料熔体具有最佳的流动性，易于充满型腔，并使塑件脱模后的收缩、翘曲变形小，形状与尺寸稳定，具有较高的物理力学性能以及较高的表面质量，模温过高或过低都将直接影响塑件质量，因此塑模内的温度必须通过调节系统进行控制。通过温度调节与控制系统可以收到如下效果：1) 改善成型性能：可以使塑模温度保持适应于各塑料的规定温度，以改善成型性能。2) 稳定尺寸精度：如果塑模温度发生变化，则塑料的收缩率也会有很大的变动，尤其对结晶性塑料，因此若塑模温度保持一定，即使影响收缩率的因素得到稳定，塑件的尺寸精度也就稳定了。3) 防止变形：如果冷却速度均衡，则其收缩率也相同，变形量也小。4) 消除外观缺陷：塑模温度也会影响成型件的外观质量，例如光滑不良等。5) 改善塑料的物理性能：如果塑模温度能与各种塑料相适应，则可使塑料的物理性能处于最佳状态。根据温控系统的设计原则及其公司里的经验数据，开设直径为8mm的冷却水孔，其循环回路如下图所示： 图表 8八模架的选择根据公司的实际情况，选择香港龙记集团（LKM）的大水口模架，其型号为：3540CIA50B70型模架。九参考文献塑料模具设计/刘昌祺主编 机械工业出版社1998.10 ISBW.7-111-06139-X模具制造/黄健求主编 机械工业出版社2001.1 ISBN711108450O电火花加工技术在模具制造中的应用/骆峻等主编 化学工业出版社2004.6 ISBN750255811X几何量公差与检测/甘永立主编5版 上海科学技术出版社 ISBN7532357678龙记集团大水口模架手册（LKM） 30 4/19/2021 毕业设计 南京理工大学泰州科技学院毕业设计(论文)外文资料翻译系部： 机械工程系 专 业： 机械工程及自动化 姓 名： 李声超 学 号： 05010216 外文出处： A. Safari and D. J. Waller, Fine Scale PZT Fiber/Polymer Composites” 附 件： 1.外文资料翻译译文；2.外文原文。 指导教师评语：译文准确，条理比较清楚，语句较通畅，基本能符合汉语的习惯。专业用语翻译较为准确，整体翻译质量较好。 签名： 年 月 日附件1：外文资料翻译译文通过注射成型制造压电陶瓷/聚合物复合材料Leslie J. Bowen 和 Kenneth W. French原料系统(有限)公司摩洛哥康考德希尔克雷斯特大道53号, 邮编01742摘要宾夕法尼亚州立大学材料研究室的研究已经证明通过使用压电陶瓷/聚合物复合材料可以改进检漏器(水诊器)潜能。作为美国海军研究局的资助计划的一部分，旨在开发针对这些合成物且具有成本效益制造技术，材料系统正在寻求一种陶瓷制造方法的注射成型。本文简要概览了陶瓷注射成型过程的关键细节，并且记叙了制造压电陶瓷/聚合物复合材料的步骤及方法论。注射成型压电陶瓷的设备和应用程序都是区别于传统的材料的加工。绪论压电陶瓷/聚合物复合材料提供了设计的多功能性和性能优势，在遥感和驱动应用方面都超越单独的陶瓷与聚合物的压电材料。这些合成物已经被开始用于高解析度超声医学以及海军的发展应用。在过去的十三年里，许多复合的配置已经按照一个实验室的规模被构造且评估。其中最成功的组合之一，被指定复合物的纽纳姆号，有一个三维连接陶瓷阶段(压电纤维)内含三维连接有机聚合物的阶段。检漏器的性能系数可使得这个复合物超过那些通过适当选择阶段特征和复合结构的固体材料10000倍。 宾州州立大学复合物的制备是通过在一个跳汰机和封装环氧树脂中手调挤压压电陶瓷棒，之后限制适当的厚度并极化陶瓷。除了这种材料所展示出的性能优势，宾州州立大学的工作所凸显的问题涉及合成物的大规模制造或者甚至以原型为目的。这些是：(1)在通过聚合物封装时大量的压电陶瓷光纤的库存和供给需求。(2)在极化过程中发生率高的介电击穿是起于在一个典型的大型阵列遇到一个或多个有缺陷的纤维的显著概率。在过去的五年里，为了提高制造行业的生存能力并降低材料成本已经多次尝试简化传感器的组装工艺。早期的尝试包括将压电陶瓷的固体块切割至理想的配置和聚合体阶段的空缺回填。这项技术已经被超声医学工业接受并用于制造高频传感器。最近，纤维材料公司已经证明了其用于纤维增强复合材料的编织技术在装配压电材料方面的适应性。另外的一项探索技术涉及复制多孔织物已经有适当的连通性。对于极其精密尺度的复合材料，纤维的直径大约为20至100微米，长宽比大于5以满足装置性能需要的目标。因此，这些困难再加上额外的成型与处理庞大数量且无缺陷的极其精细的纤维的挑战。最近，西门子公司的研究人员表明非常精密尺度的复合材料可以通过一种不定的模具技术来制造。然而，这种方法需要为每一个部分制造一个新的模具。本文介绍一种压电复合加工的新方法，即:陶瓷注射成型。陶瓷注射成型无论对海军的压电陶瓷/聚合物复合材料或是对于极其加工规模的压电复合材料(如那些所需的高频超声医疗及无损评估)都是一种具有成本效益的制造方法。注塑成型过程克服了通过网型预成型陶瓷纤维整列使装配导向陶瓷纤维进入复合材料传感器的困难。除了这个优势，该方法使得比那些以前的设想具有更复杂陶瓷元素几何的复合传感器成为可能，以致产生了为提高声阻抗匹配性的更高的设计柔性以及横向模式的取消。过程描述注塑成型被广泛应用于塑料行业作为一种较低成本、形状复杂的迅速大规模生产。此种方法最适合应用于陶瓷小截面形状，例如线程导向，以及无需烧结至很高密度的大而复杂的形状，如涡轮机的叶片铸造插入。最近，这种方法已被研究用作生产热发动机涡轮部件的技术。如图1所示，注塑成型方法已被用于压电陶瓷的成型。通过将热塑性塑料与陶瓷粉末的混合物有机结合并注入一个冷却模具，复杂的形状就能方便且快速的正常与塑料结合成型。预防例如像金属接触硬化的表面，尽量减少金属从混和与成型器械受到的污染。对于陶瓷，型腔必须无损拆除，迫使高的固体载荷，严格控制型腔移除的过程，以及适当的夹具。一旦型腔移除，随后点火，极化并且环氧树脂的封装过程是和那些常规压电陶瓷/复合材料类似。因此，此方法在替代制造路线上提供了很大优势：复杂，能够同时处理许多纤维的近似网状；快速的生产能力(通常是一部分几秒)；统计过程控制的兼容性；材料的低浪费；有关传感器设计的柔性(允许PZT中元素空间和形状的变化)；以及在中量至大量之间的低成本。一般来说，由于最初加工的高成本，陶瓷注射成型的方法是最适用于复杂形状的构成，需要低成本大批量。 图1 注射成型过程流程 图2 制作合成物的预成型方法 合成物的制造及评价制造1-3压电复合材料的方法如图2a所示，这阐述了使用一个完整的陶瓷胚型到纤维定位作用的压电陶瓷预先成型的概念。在聚合物封装后采用磨削去除陶瓷胚。除了简化许多纤维的处理，这种预先成型的方法允许广泛地选择压电陶瓷元素几何元素范围，以使其性能最优化。工具的设计是取得注塑压电复合材料成功的重要因素。如图2b所示的方法使用了无需导致额外重组成本的嵌入式的并允许局部变化的设计。图2c所示如何配置个别的预加工的成品以形成大批生产在实践中，材料和成型参数必须最优化并成型工具的设计相结合以实现在成型后完整的脱模。关键的参数包括：压电陶瓷/装夹工具之比，压电元件的直径和锥度，压电陶瓷基本轴向厚度，工具表面的磨光，以及成型零件的脱模机构的设计。为了评估这些工艺参数而不承担过多的工艺成本，一种工具的设计根据实验目的采用只有两排的各自19个压电陶瓷要素。每一行的要素都包括三个锥角(0，1和2度)以及两个直径(0.5mm和1mm)。为了容许成型收缩，预加工的工件尺寸维持在50mmX50mm，以尽量减少在制模周期中的冷却部分折断外层纤维的可能性。图3所示的绿色陶瓷瓶坯的制造使用这种工具配置。请注意，所有压电陶瓷在成型后的完整的脱模，包括那些没有纵向尖端不方便的脱模。空气中的缓慢加热已经被发现是一个适合去除有机粘合剂的方法。最后，烧坏的粘合剂被烧结在一个理论值在97-98%的富含氧化铅的气体中。在烧结这些合成物型坯时没有遇到任何控制重量减轻的问题，甚至是那些用于高频超声的高尺寸精度，高表面质量的型坯。 图3 注射成型1-3预成型合成物 图4 电子显微镜扫描PZT表面图4说明了表面为压模和作为烧结的纤维，显示出大约10um宽的存在的浅的折线，这是在注射成型过程中特有的。那个沿其长度方向显现出微小孔型设计的纤维取决于从工具中的脱模过程。图5所示近似网状的成型方式用于制造非常精细尺度的型坯的能力；所示压电元件的尺寸只有30um。由作为这些烧结的表面指出，压电陶瓷的显微结构是密集且均匀的，由直径为2-3um的细碎的等轴晶体构成。 图5 由近似网状的成型的精密尺度的合成物为了示范上述合成物制造的方法，注射成型和烧结的纤维行在用于成型合成物型坯的压电陶瓷被磨光之后，大约总体10%的5H*压电陶瓷合成物以及环氧树脂Spurrs在制造时通过环氧成对封装。图6所示复合材料样品使用刚才复合的压电陶瓷/粘结剂混合物以及再生材料制造。回收复合物和成型的材料似乎是完全可行的，并且结果大大提高材料的利用率。表1比较了使用粉末制造商准备好的那些被报道的用于模压的5H压电陶瓷样品注射成型压电陶瓷样品的压电和介电的性能。当烧结条件最优于压电陶瓷5H的条件，压电和介电的性能都较所有材料有可比性。当压电陶瓷5H的原料物质被考虑到受注射成型设备污染铁的敏感性，这些有关的测量方法对于这种注射成型的压电陶瓷材料可以忽略这类污染。*粉末的提供方是俄亥俄州贝德福德的摩根士丹利公司，105A街区。 表1 压电陶瓷注塑成型的参数 图6 上述方法精制压电陶瓷/树脂合成物的注塑成型总结 陶瓷注射成型已被证明是一种可行的制造压电陶瓷和压电陶瓷/聚合物传感器的方法。注射成型压电陶瓷的电相关特性区别于那些通过传统的准备好的粉末压模，没有证据证明在混合物以及成型设备中产生的金属杂质会产生污染影响。通过陶瓷的注射成型来制造合成物型坯，之后使用型坯来形成大批生产，此种方法已经证明用于网状大量制造压电复合物传感器。致谢 这项工作由海军研究事务所的Stephen E.Newfield先生赞助指导。作者要感谢Hong Pham女士提供的技术援助，以及材料研究实验所的Tomas Shrout博士，宾州州立大学所做的电器测量工作。参考文献1 R. E. Newnham等著，复合压电式传感器，材料工程，第二卷，93-106页，1980年12月出版2 C. Nakaya等著，IEEE超音波专业座谈会，1985年十月16-18日。P6343 S. D. Darrah等著，大面积压电复合材料关于活性物质和构造的ADPA会议，亚历山德里亚，十一月4-8日，1991年，埃德。湾诺尔斯，物理研究所出版，页139-142 。4 A. Safari and D. J. Waller著，精密尺度的烟点陶瓷纤维/聚合物复合材料，在关于活性物质和构造的ADPA会议上提交，亚里山德里亚，危吉利亚，十一月4-8号，1991年。5 U. Bast, D. Cramer and A. Wolff著，一种用来制造1-3连通形压电复合材料的新方法，第七届CIMTEC ， 意大利蒙特卡蒂尼， 6月24至30号， 1990年，Ed.P. Vincenzini, Elsevier，2005-2015页6 G. Bandyopadhyay and K. W. French著，网状的硅的氮化物应用于发动机的制造，对涡轮增压器转自及动力，108，536-539页，1986年出版7 J. Greim等著，烧结注塑涡轮增压转子，第三届关于热动力的陶瓷材料及构造国际研讨，内华达州拉斯维加斯，1365-1375页，Amer. Cer. Soc，1989年附件2：外文原文FABRICATION OF PIEZOELECTRIC CERAMlClPOLYMER COMPOSITES BY INJECTION MOLDING.Leslie J. Bowen and Kenneth W. French,Materials Systems Inc.53 Hillcrest Road, Concord, MA 01742AbstractResearch at the Materials Research Laboratory, Pennsylvania State University has demonstrated the potential for improving hydrophone performance using piezoelectric ceramic/polymer composites. As part of an ONR-funded initiative to develop cost-effective manufacturing technology for these composites, Materials Systems is pursuing an injection molding ceramic fabrication approach. This paper briefly overviews key features of the ceramic injection molding process, then describes the approach and methodology being used to fabricate PZT ceramic/polymer composites. Properties and applications of injection molded PZT ceramics are compared with conventionally processed material.IntroductionPiezoelectric ceramic/polymer composites offer design versatility and performance advantages over both single phase ceramic and polymer piezoelectric materials in both sensing and actuating applications. These composites have found use in high resolution medical ultrasound as well as developmental Navy applications. Many composite configurations have been constructed and evaluated on a laboratory scale over the past thirteen years. One of the most successful combinations, designated 1-3 composite in Newnhams notation l 1, has a one-dimensionally connected ceramic phase (PZT fibers) contained within a three-dimensionally connected organic polymer phase. Hydrophone figures of merit for this composite can be made over 10,000 times greater than those of solid PZT ceramic by appropriately selecting the phase characteristics and composite structure.The Penn State composites were fabricated l by hand-aligning extruded PZT ceramic rods in a jig and encapsulating in epoxy resin, followed by slicing to the appropriate thickness and poling the ceramic. Asidefrom demonstrating the performance advantages of this material, the Penn State work highlighted thedifficulties involved in fabricating 1-3 composites on a large scale, or even for prototype purposes. These are:1) The requirement to align and support large numbers of PZT fibers during encapsulation by the polymer.2) The high incidence of dielectric breakdown during poling arising from the significant probability of encountering one or more defective fibers in a typical large array. Over the past five years several attempts have been made to simplify the assembly process for 1-3 transducers with the intention of improving manufacturing viability and lowering the material cost. Early attempts involved dicing solid blocks of PZT ceramic into the desired configuration and back-filling the spaces with a polymer phase. This technique has industry for manufacturing high frequency transducers 2. More recently, Fiber Materials Corp. has demonstrated the applicability of its weaving technology for fiber-reinforced composites to the assembly of piezoelectric composites 31. Another exploratory technique involves replicating porous fabrics having the appropriate connectivity 4. For extremely fine scale composites, fibers having diameters in the order of 25 to 100 pn and aspect ratios in excess of five are required to meet device performance objectives. As a result, these difficulties are compounded by the additional challenge of forming and handling extremely fine fibers in large quantities without defects. Recently, researchers at Siemens Corp. have shown that very fine scale composites can be produced by a fugitive mold technique. However, this method requires fabricating a new mold for every part 5. This paper describes a new approach to piezoelectric composite fabrication, viz: Ceramic injection molding. Ceramic injection molding is a costeffective fabrication approach for both Navy piezoelectric ceramic/polymer composites and for the fabrication of ultrafine scale piezoelectric composites, such as those required for high frequency medical ultrasound and nondestructive evaluation. The injection molding process overcomes the difficulty of assembling oriented ceramic fibers into composite transducers by net-shape preforming ceramic fiber arrays. Aside from this advantage, the process makes possible the construction of composite transducers having more complex ceramic element geometries than those previously envisioned, leading to greater design flexibility for improved acoustic impedance matching and lateral mode cancellation. Process Description Injection molding is widely used in the plastics industry as a means for rapid mass production of complex shapes at low cost. Its application to ceramics has been most successful for small crosssection shapes, e.g. thread guides, and large, complex shapes which do not require sintering to high density, such as turbine blade casting inserts. More recently, the process has been investigated as a production technology for heat-engine turbine components 6,7. The injection molding process used for PZT molding is shown schematically in Figure 1.By injecting a hot thermoplastic mixture of ceramic powder and organic binder into a cooled mold, complex shapes can be formed with the ease and rapidity normally associated with plastics molding. Precautions, such as hard-facing the metal contact surfaces, are important to minimize metallic contamination from the compounding and molding machinery. For ceramics, the binder must be removed nondestructively, necessitating high solids loading, careful control of the binder removal process, and proper fixturing. Once the binder is removed, the subsequent firing, poling and epoxy encapsulation processes are similar to those used for conventional PZT/polymer composites 1. Thus, the process offers the following advantages over alternative fabrication routes: Complex, near net-shape capability for handling many fibers simultaneously; rapid throughput (typically seconds per part); compatibility with statistical process control; low material waste; flexibility with respect to transducer design (allows variation in PZT element spacing and shape); and low cost in moderate to high volumes. In general, because of the high initial tooling cost, the ceramics injection molding process is best applied to complex-shaped components which require low cost in high volumes. Figure 1 : Injection Molding Process Route. Figure 2: Preform Approach to Composite Fabrication.Composite Fabrication and EvaluationThe approach taken to fabricate 1-3 piezoelectric composites is shown in Figure 2a, which illustrates a PZT ceramic preform concept in which fiber positioning is achieved using a co-molded integral ceramic base. After polymer encapsulation the ceramic base is removed by grinding. Aside from easlng the handling of many fibers, this preform approach allows broad latitude in the selection of piezoelectric ceramic element geometry for composite performance optimization. Tool design is important for successful injection molding of piezoelectric composites. The approach shown in Figure 2b uses shaped tool inserts to allow changes in part design without incurring excessive retooling costs. Figure 2c shows how individual preforms are configured to form larger arraysIn practice, material and molding parameters must be optimized and integrated with injection molding tool design to realize intact preform ejection after molding. Key parameters include: PZT/binder ratio, PZT element diameter and taper, PZT base thickness, tool surface finish, and the molded part ejection mechanism design. In order to evaluate these process parameters without incurring excessive tool cost, a tool design having only two rows of 19 PZT elements each has been adopted for experimental purposes. Each row contains elements having three taper angles (0, 1 and 2 degrees) and two diameters (0.5 and l mm). To accommodate molding shrinkage, the size of the preform is maintained at 5Ox50mm to minimize the possibility of shearing off the outermost fibers during the cooling portion of the molding cycle.Figure 3 shows green ceramic preforms fabricated using this tool configuration. Note that all of the PZT elements ejected intact after molding, including those having no longitudinal tapering to facilitate ejection. Slow heating in air has been found to be a suitable method for organic binder removal. Finally, the burned-out preforms are sintered in a PbOrich atmosphere to 97-98% of the theoretical density. No problems have been encountered with controlling the weight loss during sintering of these composite preforms, even for those fine-scale, high-surface area preforms which are intended for high frequency ultrasound.Figure 4 illustrates the surfaces of as-molded and as-sintered fibers, showing the presence of shallow fold lines approximately 10pm wide, which are characteristic of the injection molding process. The fibers exhibit minor grooving along their length due to ejection from the tool. Figure 5 shows the capability of near net-shape molding for fabricating very fine scale preforms; PZT element dimensions only 30pm wide have been demonstrated. The as-sintered surface of these elements indicates that the PZT ceramic microstructure is dense and uniform,n consisting of equiaxed grains 2-3pm in diameter. Figure 3: Injection Molded 1-3 Composite Preforms. Figure 4: Scanning Electron Micrographs of As-molded(Upper) and As-sintered (Lower) Surfaces of PZT Fibers Figure 5: Fine-scale 2-2 Composite formed by Near Netshape olding (Upper Micrograph). As-sintered Surface(Lower Micrograph).In order to demonstrate the lay-up approach for composite fabrication, composites of approximately 10 volume percent PZT-5H fibers and Spurrs epoxy resin were fabricated by epoxy encapsulating laid-up pairs of injection molded and sintered fiber rows followed by grinding away the PZT ceramic stock used to mold the composite preform. Figure 6 shows composite samples made from freshly-compounded PZT/binder mixture and from reused material. Recycling of the compounded and molded material appears to be entirely feasible and results in greatly enhanced material utilization. Table 1 compares the piezoelectric and dielectric properties of injection
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