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鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 1 摘 要 在塑料工業(yè)中 注塑模是一種應用廣泛 實用性強的塑料成形技術 本文作者 主要研究了旅行餐碗的注塑模的設計 本文結合大量資料研究了塑料的成形工藝 模具的制造 對制品進行了工藝分析 收縮率的計算等 根據制品的重量等因素確 定了注塑機的型號 在模具結構設計時 結合現有的資料 對模具結構進行了綜合 考慮 對模具的各模板及各零部件進行了設計與計算 在本文中使用了三板式單型 腔模具 對模具的各部分零件進行了設計與計算 以及對水道的設計與安放位置等 對于脫澆口本文提出了一種方案 既應用鋼球與彈簧 并對模具的保養(yǎng)與維護提出 了幾點要求 本文在結合了大量的資料進行分析與研究的基礎上 對本設計提出了 多種設計方案 并對它們進行了分析與比較 確定了最佳的方案 在設計時 結合 大量的數據 并通過計算 確定各重要的尺寸 使設計方案得到進一步的完善 關鍵詞 旅行餐碗 注塑模 三板式 單型腔 水道 旅行餐碗注塑磨設計 2 Abstract Among plastics industry the note moulding to be one extensive application practibility strong plastics take shape technology Author of this text main research travel meal design that note moulded of bowl This text combines the craft of taking shape of studying plastics of a large amount of materials the manufacture of the mould Have carried on calculation of craft analysing shrinking rate etc to the products Factor confirmed the type of the moulding plastics machine according to weight of products etc In the structure design of mould combine the existing materials has considered the structure of the mould synthetically Every template and all spare part in mould designed and calculates In use three modes in Chinese operatic music form s of mould in the article originally all part of part in mould designed and calculates And the design and laying position etc of the water course For take off runner this text get a kind of scheme out of already used steel ball and spring And the maintenance and maintaining some requests of proposition to the mould This text is on the basis of analysedding and study after combining a large amount of materials To originally designed and put forward many kinds of plans of designing and analyse and compare them Have confirmed the best scheme In the design combine a large amount of data and pass and calculate Confirm the each important size Make the plan of design get further perfection Keywords Traveling meal bowl The note moulding three modes Single type Water course 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 3 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 1 目 錄 0 引言 1 1 制件的結構工藝 3 1 1 塑件的壁厚 3 1 2 脫模斜度 4 1 3 圓角 4 1 4 塑件的尺寸精度 5 1 5 注塑過程的特點 5 2 確定型腔數目 7 3 注射機的選擇 8 3 1 額定注射量 8 3 2 額定鎖模力 8 3 3 額定注射壓力 9 3 4 注射機的形式和模具的關系 9 3 5 注射機與安裝模具的關系 10 4 模具結構設計 12 4 1 注射工藝原理 12 4 2 總體設計方案論證 12 4 3 澆注系統的設計 13 4 4 型芯及型腔的結構形式及尺寸計算 15 4 5 確定頂出方式及頂桿位置 17 4 6 冷卻水道的設計 18 4 7 模板尺寸的確定 19 4 8 導柱的設計 19 4 9 限位板和定位環(huán)的設計 19 4 10 脫澆口機構的設計 20 4 11 冷料井和排氣槽的設計 20 5 模具用鋼 22 6 使用說明 23 6 1 試模與修正 23 6 2 操作過程 23 7 模具的保養(yǎng) 24 8 結論 25 旅行餐碗注塑磨設計 2 9 小結 26 10 參考文獻 27 11 附件清單 28 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 1 0 引言 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用塑料與工程塑料在強度和精度方面的不斷提 高 塑料制品的應用范圍不斷地擴大 如 家用電器 儀器儀表 建筑材料 汽車 工業(yè) 日用五金等眾多領域 塑料制品所占的比例正迅速猛增加 注塑成型是塑 料加工中最普遍采用的方法 該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料 制得的塑料制品數量之大是其它成型方法望塵莫及的 由于注塑成型加工不僅產 量多 而且運用于多種原料 能夠成批 連續(xù)的生產 并且具有固定的尺寸 可 以實現生產自動化 高速化 因此 具有得極高的經濟效益 模具是指一種專用工具 用于裝在各種壓力機上 通過壓力把金屬或非金屬 材料制出所需另件的形狀制品 這種專用工具即統稱模具 模具已經成為當今工 業(yè)生產中使用的極為廣泛的主要工藝裝備 是最重要的工業(yè)生產手段及工藝發(fā)展 方向 一個國家工業(yè)水平的高低 在很大生活方式上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平 模具工業(yè)的發(fā)展水平 是衡量一個國家工業(yè)水平的重要標志之一 作為注塑成型加工的主要工具之一注塑模具 在質量 精度 制造周期以及 注塑成型過程中的生產效率等方面水平高低 直接影響產品的質量 產量 成本 及產品的更新換代 同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的反應能力和速度 與其它機械行業(yè)相比 模具制造業(yè)主要有以下三個特點 第一 模具不能像其它機械那樣可作為基本定型的商品隨時都可以在機電市 場上買到 這是因為每副模具都是針對特定塑料制品的規(guī)格而生產的 由于塑料 制品的形狀 尺寸各異 差距甚大 其模具結構也是大相徑庭 所以模具制造不 可能形成批量生產 換句話說 模具是單件生產的 其壽命越長 重復加工的可 能性越小 因此 模具的制造成本較高 第二 因為注塑模具是為產品中的塑料制品而訂制的 作為產品 除質量 價格等因素之外 很重要的一點就是需盡快地投放市場 所以對于為塑料制品而 特殊訂制的模具來說 其制造周期一定要短 第三 模具制造是一項技術性很強的工作 其加工過程集中了機械制造中先 進技術的部分精華與鉗工技術的手工技巧 因此要求模具工人具有較高的文化技 術水平 特別是對于企業(yè)來說要求培養(yǎng) 全能工人 既多面手 使其適應多工 種的要求 這種技術工人對模具單件生產方式組織均衡生產是非常重要的 綜上所述 模具制造業(yè)存在成本高 要求制造周期短 技術性強等特點 目前 隨 旅行餐碗注塑模設計 2 著科學技術的不斷發(fā)展和計算機的應用 這些問題得到了很大的改善 由于有了計 算機輔助設計和計算機輔助加工 從根本上改變了模具生產的面貌 可靠地保證 了模具所需要的精度與質量 預硬 易切削以及高光亮等 新型模具材料的應用 大大的方便了加工及熱處理 另外 模具標準件和以標準件為基體的特殊定制零 件的普及 明顯的縮短了模具制造周期 我國模具工業(yè)發(fā)展的歷史和現狀可分為 1 八十年代以前的模具工業(yè)發(fā)展 在大中型國有企業(yè) 模具車間或稱工具車間 作為配套部門 專業(yè)化生產模具的廠家少 模具的種類是沖壓模 鍛造模 2 八十年代隨著我國工業(yè)生產的發(fā)展 特別是工程塑料的推廣及應用 推動模具 工業(yè)的快速發(fā)展 主要表現在塑料模的快速發(fā)展 1987 年在全國工科院校試點開設 模具專業(yè) 模具工業(yè)的國際行標的制訂與完善 壓鑄模 鉆合金擠壓模 銅墻鐵壁 型材模的開發(fā)和生產 3 九十年代后期 模具的生產向專業(yè)化 精密化發(fā)展 模具設計與制造的科技含 量與技術含量越來越高 特別是 CAD CAM 的高新軟件的出現 象 AutoCAD pro g MasterCAM UG Cimatron 等 用于產品設計和模具設計和模具 設計 加快了模開發(fā)的速度 又保證了模具的質量 而數控加工技術的出現使復雜 模具的加工成為可能 實現設計與制造的體化流程 加快了模具開發(fā)的建設 提高了 模具制造的質量 本次畢業(yè)設計 我的設計課題為旅行餐碗的模具設計 在這次設計中 我選擇了 注射模具的設計 我首先搜集了大量和資料 并對其進行了分析研究 而且吸取了 國內外的有關資料 在此基礎上我還到模具廠參觀實習 獲取了一定的感性認識 為我的模具設計打下了基礎 由于我對注塑 模也是剛剛接觸 缺乏經驗 所設計的模具難免存在很多問題與 不足 在此希望老師能給予指正 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 3 1 制件的結構工藝 要想獲得良好的塑件 必須仔細而又慎重地設計塑件結構 如壁厚的均勻度 圓角 的大小 支承位置的選擇等 倘若稍有疏忽 就會給制件帶來難以彌補的缺陷 如氣 泡 縮孔 開裂等不良現象 在設計塑件結構的同時還要考慮塑件的結構是否符合 模具分型面的要求 開模頂出的要求 模具制造的要求 總之 在充分分析研究塑 件結構的同時 還必須考慮到模具的要求 使兩者經濟的合理性互相協調和統一 塑料制件主要是根據要求進行設計 由于塑料有其特殊的物理機械性能 因此 設計塑件是必須充分發(fā)揮其性能上的優(yōu)點 避免和補償其缺點 在滿足使用要求的 前提下 塑件應盡可能地做到簡化模具結構 符合成型工藝特點 在設計塑件是必 須考慮以下幾個方面的因素 1 塑件的物理機械性能 如強度 剛性 韌性 彈性 吸水性以及對應力的敏 感性 2 塑件的成型工藝性 如流動性 3 塑件形狀應有利于充模流動 排氣 補孔 同時能適應高效冷卻硬化 熱塑 性制品 或快速受熱固化 熱固性塑料制品 4 塑件在成型后收縮情況及各向收縮率差異 5 模具的總體結構 特別是抽芯與脫出塑件的復雜程度 6 模具零件的形狀及其制造工藝 以上前四條主要是指塑料性能特點 后兩條主要是考慮模具結構特點 塑件設 計的主要內容包括塑件的形狀 尺寸 精度 表面粗糙度 壁厚 斜度以及塑件上 加強筋支承面 孔 圓角 螺紋 鑲件等的設置 1 1 塑件的壁厚 根據使用條件 各種塑件都應有一定的厚度 以保證其應有的機械強度 壁太 厚 則浪費原料 增加塑件的成本 更重要的是延長塑件在模內冷卻或固化的時間 也容易產生凹陷 縮孔 夾心等質量上的缺陷 塑件的壁厚也不能太薄 特別是在 注射成型中 因為壁越薄 熔融塑料在模腔內的流動阻力就越大 在大型塑件的情 況下 有時會造成成型困難 另外 還必須指出壁厚與流程有密切關系 所謂流程 是指塑料從進料口起向型腔各處的距離 經試驗證明各種塑料在其常規(guī)工藝參數下 流程大小與壁厚成比例關系 S L 100 0 5 0 6 因此 對于塑件壁厚的設計應盡量是均勻的 壁與壁連接處的厚薄應相差不大 并且應盡量用圓弧過度 否則在連接處會由于冷卻收縮的不均 產生內應力而使塑 件開裂 在本次設計中 由于其為熱塑性材料 聚乙烯 根據資料及國家標準 取 其壁厚為 L 3mm 旅行餐碗注塑模設計 4 1 2 脫模斜度 由于塑料冷卻時的收縮 會使塑件緊包在成型芯上 為了使制品在成型過程中 能夠順利地從型芯中被頂出 與脫模方向平行的塑件表面必須設有脫模斜度 其脫 模斜度的大小隨制品表面粗糙度 形狀以及尺寸精度的不同而不同 但通常最小不 能低于 0 5 在具體選擇脫模斜度時還應注意以下幾點 1 凡塑件精度要求高的 應采用較小的脫模斜度 2 凡較高 較大的尺寸 應選用較小的脫模斜度 3 塑件形狀復雜的 不易脫模的應選用較大的脫模斜度 4 塑件的收縮率大的應選用較大的脫模斜度值 5 塑件壁厚較厚時 會成型收縮增大 脫模斜度應采用較大的數值 6 如果要求脫模后塑件保持在型芯的一 那么塑件的內表面的脫模斜度可選的 比外表面的小 反之 要求脫模后塑件留在型腔內 則塑件表面的脫模斜度應小于 內表面 但是 當內外表面要求脫模斜度不一致時 往往不能保證壁厚的均勻 7 增強塑料宜取大 含自潤滑劑等易脫模塑料可取小 8 取斜度的方向 一般內孔以小端為準 符合圖紙 斜度有擴大方向取得 外 形一大端為準 符合圖紙 斜度由縮小方向取得 一般情況下 脫模斜度又不包括 在塑件公差范圍內 1 3 圓角 塑料制件除了使用上要求采用尖角之處外 其于所有轉角處均應盡可能采用圓弧 過度 因制件尖角處易產生應力集中 在受力或受沖擊振動時會發(fā)生破裂 甚至在脫模 過程中既由于模塑內應力而開裂 特別是制件的內圓角 一般 即使采用 R0 5mm 的圓 角就能使塑件的強度大為增加 理想的內圓角半徑應有壁厚的 1 4 以上 同時 圓 角可大大地改善塑料的充模特性 塑件設計成圓角 使模具型腔對應部分亦成圓角 這樣增加了模具的堅固性 塑件的外圓對應著型腔的內圓角 它使模具在淬火或使用時不致贏應力集中而開裂 同時 圓角也增加了制件的美觀 但是 在塑件某些部位如分型面 型芯與型腔配 合處等不便作為圓角而只能采用尖角 如圖示 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 5 圖 1 1 1 4 塑件的尺寸精度 塑件成型與其它產品制造一樣 也有尺寸精度要求 由于塑件生產的特殊條件 影響塑件尺寸精度的因素很多 1 模具制造的精度和模具磨損 2 塑料收縮的波動和成型條件引起的收縮變化 3 受制模和成型工藝影響的成型條件 4 塑件的修整工藝操作 但是 從模具設計和制造的角度看 應著重考慮下列五項影響塑件尺寸精度的 因素 1 模具成型部件的制造公差 2 模具成型部件的表面磨損 3 由于塑料收縮率波動所引起的塑件尺寸誤差 4 模具活動成型部件的配合間隙 5 模具成型部件的組裝誤差 對于某一塑件來說 塑件的成型誤差應為各個因素所引起的尺寸誤差的總和 但 并不是上述五項因素都產生影響 而是不同部位尺寸的影響因素各不相同 塑 件尺寸誤差的計算包括下列三項內容 1 塑件內外表面尺寸誤差的計算 2 塑件高度誤差的計算 3 塑件中的孔 中心距或突起部分中心距誤差的計算 塑件的尺寸精度一般是根據使用要求確定的 同時還必須考慮塑料本身的性能 及成型加工的特點 過高的精度要求是不適合 1 5 注塑過程的特點 旅行餐碗注塑模設計 6 注塑過程具有以下幾個特點 對這些特點的認識和正確運用對合理設計塑件和 取的良好的塑件質量有直接的關系 1 注塑是在封閉的摸腔中進行的 塑件是在封閉的摸腔中成型的 成型時是將一受熱熔化的塑料的熔體在壓力作用 下 通過細小的澆道注入已經閉合的模具腔體 在封閉模腔中成型塑件 為減小從 模腔中脫出時的阻力 要求塑件帶有適當的脫模斜度 也要求模具兩部分的接觸面 即分型面 應相對與所成型的塑件 安排在適當的位置 在封閉的型腔中成型塑件 要 求在模具總體結構中帶有合理的 可保證塑件順利脫出的脫模機構或抽芯機構等 也 要求設計出可以充分排除型腔內原有的空氣和塑件中低分子揮發(fā)物的排氣系統 2 注塑過程受多種工藝參數的影響 從注塑機方面看 有對料桶溫度 注射壓力 注射時間和保壓時間等參數的控制 螺桿式注塑機又有對螺桿轉速和塑化壓力的控制 螺桿結構形式的選用等 無論螺 桿式注塑機或柱塞式注塑機都有對注塑量的控制 注塑機合模機構一端又有對鎖模 力的控制等 從模具方面看 有模具溫度及其分布 澆注系統的參數 如 澆口的類型 澆 口的位置 澆口面積的大小 分流道斷面形狀和大小 排氣槽的開設情況等 對塑 件質量都有重大的影響 脫模機構和抽芯機構的合理性和可靠性也與塑件質量密切 相關 另外 塑件本身的機構也對塑件質量有影響 3 成型過程有熱交換作用并伴隨著相變和聚集態(tài)變化 塑料注塑過程中 塑料在注入模腔前 必須先由顆粒狀或粉末狀的固體態(tài)加熱到熔 融的粘流態(tài) 而注入模具后 則是從粘流態(tài)冷卻凝固為具有能保持住模腔形狀的固 體態(tài) 因此在進入模腔前后都存在著熱交換作用 熔體冷卻凝固變?yōu)楣腆w狀態(tài)過程 中 聚合物從粘流態(tài)變?yōu)楦邚棏B(tài)再變?yōu)椴ＡB(tài) 結晶型塑件從熔融態(tài)結晶為晶態(tài) 熔體高速進入型腔時受到剪切作用 分子鏈沿流動方向取向 剪切作用停止后 未 冷卻凝固的取向分子鏈亦可由于熱運動解取向 松弛 因此 熔體與模具的熱交換 情況 即熔體的冷卻速率 冷卻速率的分布情況對上述聚集態(tài)變化具有決定性影響 冷卻速率緩慢可造成結晶型塑料充分結晶 可獲得結晶速度高 晶粒粗大的塑件或 取向度較低的塑件 冷卻速率增快則可獲得結晶度低 晶粒細小的塑件或保留較高 取向度的塑件 兩種情況下所得到的塑件力學性能 光學性能 收縮率大小等都會 有明顯差別 塑件各不同部位冷卻速率的分布情況對于收縮率的均勻性內應力的形 成和大小 塑件的尺寸和形狀穩(wěn)定性等則有重要的影響 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 7 2 確定型腔數目 模具中的型腔數目的確定是一項綜合項目 首先應考慮注射機的各項規(guī)格幾工 作性能 以及考慮制品的精度要求 模具制造的費用等 以機床的注射能力為基礎 每次注射量不超過注射機的 80 按公式 2 1 計 算 5 2 1 件 澆WSN 8 0 式中 N 型腔數 S 注射機的注射量 g 澆注系統的重量 g 澆 塑件重量 g 件W N 0 8 125 56 44 1 所以 根據以上計算 確定本次設計的型腔數目為 1 個 旅行餐碗注塑模設計 8 3 注射機的選擇 為了保證正常生產和獲得良好的塑件 在模具設計時應選擇合適的注射機 為 此必須了解注射機的性能和安裝模具的關系 一般應考慮下 下列幾個問題 3 1 額定注射量 國產標準的注塑機均用塑料的容量 表示一次注射量 因聚乙烯比重是2cm 1 05 近似于 1 因此以聚乙烯為基準來確定注射機的額定注射量 但是目前由于過 去的習慣 對注射機的注射量也還是采用克量來表示 所以選擇注射機的注射量是 可以用公式 3 1 來計算 5 3 1 GC 8 0 式中 式中 C 注射機最大注射克量 克 G 成形塑件及澆注系統所需塑料的克量 rvG件 R 成形塑料的比重 克 2厘 米 0 8 為系數 一般要求成形塑件的容量不得超過注射機容量的 80 又 G 56 克 所以 克708 56 C 3 2 額定鎖模力 選用注射機的鎖模力必須大于型腔壓力產生的開模力 不然模具分型面要分開而 產生溢料 注射時產生的型腔壓力對柱塞式注射機因注射壓力損失較大 所以型腔壓 力約為注射壓力的 70 40 而有預塑裝置的注射機及鏍桿式注射機壓力損失較 小所以型腔壓力較大 另外對不同流動性的塑料 噴嘴和模具結構形式 其壓力損失 也不一樣 一般熔料經噴嘴時其注射壓力達 600 800 公斤 經澆注系統入型2厘 米 腔時則型腔壓力一般約為 250 500 公斤 2厘 米 鎖模力和成形面積的關系由下式 3 2 確定 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 9 5 3 2 10 AP 腔鎖 式中 鎖模力 噸 鎖P 型腔壓力 一般取 400 500 公斤 腔 2厘 米 澆道 進料口和塑件的投影面積 A厘 米 即 TP5 8210 45 鎖 3 3 額定注射壓力 如果只考慮注射機的最大注射量 最大成形面積和鎖模力來確定注射機這還是 不夠的 有些塑件由于形狀及塑料品種等因素 需用很高的注射壓力才能順利成 形 為此選用的注射機注射壓力必須大于成形所需的注射壓力 既應滿足公式 3 3 的關系 5 3 3 成注 P 式中 選用的注射機的最大注射壓力 公斤 注P 2厘 米 成形時需用的注射壓力 公斤 成 厘 米 成形時需用的注射壓力一般很難確定 因它與塑料品種 塑件形狀尺寸 注 射成形條件 注射機種類 噴嘴及模具澆注系統等有關 一般注射壓力常在 700 1500 公斤 范圍內選取 并經成形時酌情尊減 2厘 米 3 4 注射機的形式和模具的關系 在模具設計時 需考慮機床動模板的行程和可調節(jié)的模具閉合高度 這直接影 響到裝模及脫模 3 4 1 注射機的閉合高度與模具關系 模具厚度與注射機閉合高度 必須滿足公式 3 4 及公式 3 5 的關系 5 3 4 大小 H 5 3 5 S 小大 式中 模具高度 毫米 H 機床最小閉合高度 mm 小 旅行餐碗注塑模設計 10 機床最大閉合高度 mm 大H 螺桿可調長度S 3 4 2 臥式或立式注塑機的開模行程與模具關系 臥式或立式注塑機的開模行程與模具關系必須滿足公式 3 6 的關系 5 3 6 1HS 2 50 式中 開摸行程 mm 脫模距離 mm 1 塑件高度 mm 2 為保證取出塑件而增設的余量 mm 50 3 4 3 點狀進料口模具與開模行程的關系 點狀進料口模具與開模行程的關系必須滿足公式 3 7 的關系 5 3 7 1HS 2 a510 式中 開摸行程 mm 脫模距離 mm 1 塑件高度 mm 2 為保證取出塑件而增設的余量 mm 50 頂模板與澆口套分離距離 取出澆口的長度 對階梯形塑件 不需a 要全部頂出型芯 但必須考慮脫模后型芯是否防礙取出塑件 mm 根據所設計的模具 以公式 計算1HS 2 a510 10 mm5840 S6 3 5 注射機與安裝模具的關系 了解 注射機與安裝模具 必須了解如下幾點 1 機床拉桿間隙 考慮模具的最大外形尺寸安裝時不受拉桿的影響 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 11 2 定位孔的直徑 模具安裝用的定位環(huán)尺寸應與機車定位孔直徑相配合 小 型 機床一般只在定模部分設置定位孔 大型機床則定 動模板都設置定位孔 3 頂出桿孔的位置 設計模具時 必須了解機床頂出桿的直徑及位置 并應 將頂出桿的行程和模具頂出裝置的動作一起考慮 4 噴嘴前端的孔徑和球面的半徑 是決定澆口套的孔徑和球面尺寸的依據 5 安裝螺孔的位置及孔徑 機床定 動模板上設有一系列螺孔 以供安裝模具 壓緊所用 安裝形式如下 1 用螺釘直接固定模具 2 用壓板固定模具形式 綜上所述 根據額定注射量 額定鎖模力以及注射機與模具的行程關系 在本 次設計中 選用的注射機型號為 XS ZY 125 型臥式注射機 且采用螺釘直接固定模 具 其有關數據如下 1 螺桿 柱塞 直徑 mm 30 2 注射容量 或 g 104 3 注射壓力 10 Pa 1190 4 鎖模力 10 N 90 5 最大注射面積 320 6 最大模具厚度 mm 300 7 最小模具厚度 H mm 200 8 模板最大距離 L mm 600 9 模具板行程 L mm 300 10 噴嘴球半徑 mm 12 11 噴嘴孔徑 d mm 4 12 噴嘴移動距離 mm 210 以上數據參見 塑料模具設計手冊 旅行餐碗注塑模設計 12 4 模具結構設計 4 1 注射工藝原理 注射成型又名注塑成型 是熱塑性塑料加工的主要方法之一 注射乘興過程中 粒狀或粉狀物經受熱熔融并使之保持流動狀態(tài) 這個過程經注射成型機和注射模具 來實現 注射成型工藝流程見圖 4 1 圖 4 1 根據上述基本原理 注射機應完成下列三項任務 1 使塑料均勻塑化達到流 動狀態(tài) 2 使注射模閉合 并以一定的壓力和速度將熔融的塑料注人模內 并使 其冷卻和固化定型 3 開啟注射模將塑件頂出 4 2 總體設計方案論證 4 2 1 設計原理 注塑模具設計必須以塑料的特點性能注塑成型原理為依據 以制造簡單易行為 準則 注塑成型是熱塑性塑料制造生產的一種重要方法 其原理是 塑料材料在注 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 13 塑機內加熱融化 然后在高壓作用下將熔融狀態(tài)下的塑料高速注入模具型腔內 然 后冷卻成型 影響注塑成型工藝的因素很多 主要工藝參數有 一 溫度 包括 料桶溫度 噴管溫度 模具溫度 二 壓力 包括塑化壓力和注射壓力 三 時間 包括充模時間 保壓時間 閉模時間等等其它時間 為了設計一套結構合理 工藝 簡單的模具 必須處理好各種因素的影響 4 2 2 方案選擇 共設計了兩套方案 一套是點澆口單型腔三板式 一套是潛伏式澆口單型腔三板 式 選擇第一套模具 是由于采用點澆口單型腔三板式 點澆口比潛伏式澆口容易 設計 盡管使用潛伏式澆口可以不影響塑件的美觀 但是在本設計中 由于設計的 是塑料餐碗 使用點澆口也同樣不影響其美觀 同時使用點澆口還便于設計和加工 節(jié)省開模所用費用 所以選擇的方案是 點澆口單型腔三板式模具 在本方案中 使 用了鋼球和彈簧替代了脫料板 變的更簡單 不足之處是取出時還需要人工加工 4 3 澆注系統的設計 4 3 1 澆注系統設計應注意的幾個問題 1 首先塑料制品的結構分析其充填過程 以保證塑料制品的內在質量和尺寸穩(wěn)定 這一點在大型塑料制品及功能性塑料制品上尤為重要 2 在設計澆注系統時 應當非常注意澆注系統對制品外觀的影響 在設計過程 中經常會遇到這樣的情況 某一些塑料制品的澆口設計在某處比較合理 但由于在 該處設置澆口影響制品外觀 只能將澆注系統改在其它部位 若實在無法處理時 可通過改變制品結構來解上述問題 對有外觀質量要求的塑料制品尤為重要 3 在設計澆注系統時 應該考慮到模具在注射時 是否能適應全自動操作 要 達到全自動操作 必須保證在開模時 制品與澆注系統能自動脫落 澆口與制品亦 要盡可能自動分離 4 澆注系統的設計 必須考慮到塑料制品生產的后續(xù)工序 如因后續(xù)工序在加 工 裝配 管理上的需要 往往需設置輔助流道 將多件制品聯成一體 5 在設計澆注系統時 應留有一定的余地 這樣在使用時即使有些不足之處 亦可 以比較方便地得到解決 6 多觀察分析各類塑料制品的澆注系統和澆口位置的選擇 吸取其成功之處 提 高澆注系統設計的可靠性 7 設計澆注系統時 其主流道進口處的位置應盡量與模具中心重合 4 3 2 澆注系統的組成及功能 澆注系統由主流道 分流道 澆口及冷料穴組成 旅行餐碗注塑模設計 14 澆注系統的功能 就是將熔融的塑料 經過注射機噴嘴 在高溫 高壓 高速 狀態(tài)下通過澆注系統進入模具型腔 設計澆注系統的基本原則 是在滿足塑料制品質量的同時 還應有利于提高成 型速度來縮短成型周期 在本次設計中 主要是對澆口的設計 4 3 3 澆口的設計 澆口是流道和型腔之間的連接部分 也是注射模進料系統的最后部分 其基本 作用是 1 使從流道來的熔融塑料以最快的速度進入并充滿型腔 2 型腔充滿后 澆口能迅速冷卻封閉 防止型腔內還未冷卻的熱料回流 澆口的設計與塑件形狀 斷面尺寸 模具結構 注射工藝條件 壓力 及塑料 性能等因素有關系 但是 根據上述兩項基本作用來說 澆口的截面要小 長度要 短 因為只有這樣才能滿足增大料流速度 快速冷卻封閉 便于與塑件分離以及澆 口殘痕最小等要求 塑料制品質量的缺陷 如缺料 縮孔 拼縫線 質脆 分解 白斑 翹曲等 往往都是由于澆口設計不合理而造成的 澆口的類型很多 根據模具澆注系統在塑料制品上開設的位置 形狀不同 選 擇不同形式的澆口 結合本質品的特征 選擇點澆口 澆口設計的注意事項有很多 1 澆口應開設在塑件制品斷面較厚的部位 能使熔融的塑料從塑料制品厚斷 面流向薄斷面 保證塑料充模完全 2 澆口位置的選擇 應使塑料充模時間最短 減少壓力損失 有利于排除模 具型腔中的氣體 3 澆口不能使熔融塑料直接進入型腔 否則會產生漩流 在塑料制品上留下 螺旋形痕跡 特別是點澆口 側澆口等 更容易出現這種現象 4 澆口位置的選擇 應防止在塑料制品表面上產生拼縫線 特別是圓環(huán)或筒 形塑料制品 應在澆口對面的熔料結合處加開冷料穴 5 裝有細長型芯的注塑模具所開設的澆口位置 應當離型芯較遠 以防止熔 融的料流的沖擊而使型芯變形 錯位和折短 6 大型和扁平塑料制品成型時為了防止塑料制品翹曲 變形和缺料 可采用 多點形澆口 7 澆口位置應盡量開設在不影響塑料制品外觀的部位 如開設在塑料制品邊緣 和底部等 8 澆口尺寸的大小 應取決于塑料制品的尺寸 幾何形狀 結構和塑料的性 能 9 設計多型腔注射模具時 結合流道平衡并考慮澆口的平衡 應做到熔融塑 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 15 料同時均勻充滿型腔 對于同一種塑料制品的多型腔注射模具來說 可按澆口與主 流道的距離 逐漸加大澆口的截面 減少較遠澆口的阻力 采取保持各澆口大小相 等 改變其長度或保持澆口寬度和長度一定 改變其深度兩種方法 來使?jié)部谄胶?對于不同塑料制品的多型腔注射模具來說 常把最大塑料制品的型腔布置在最靠近 主流道的部位 10 為了在開模時從澆口套內拉出主流道凝料使與注塑機噴嘴分離 一般在冷 料穴的盡端設置拉料桿 對于薄壁制件 由于點澆口附近的剪切速率過高 會造成分子的高度定向 增加局 部應力甚至開列 為改善這一情況 在不影響使用的情況下 可以將澆口對面壁厚增加 并曾圓弧過度 同時圓弧還有儲存冷料的作用 在本次設計中 設計的是碗 根據各種澆口的特點選擇點形澆口 其適合于單 型腔簡單的模具 澆口位置選擇在碗的底部中間 在這個位置 塑料充模流程最短 壓力損失較小 有利于排除型腔中的空氣 而且不影響塑件外觀的美觀 4 4 型芯及型腔的結構形式及尺寸計算 4 4 1 型芯及型腔的結構形式 根據所設計塑料制品的形式選擇型芯及型腔的結構形式 即為碗的形狀 如圖 示 圖 4 2 型芯的結構 采用的是拼鑲式結構 用來改善工藝性能 型芯部分采用沉孔嵌入 用內六角螺釘 固定 4 4 2 型芯及型腔的尺寸計算 型腔和型芯的工作部分尺寸與塑料制品的尺寸和公差 塑料收縮率及模具的磨 損和制造公差等因素有關 1 型腔徑向尺寸計算 在給定條件下制品平均收縮率 制件的名義尺寸 最大尺寸 及其允許CPSSL 公差 負偏差 則塑件平均徑向尺寸為 2 S 旅行餐碗注塑模設計 16 型腔名義尺寸為 最小尺寸 公差值為 正偏差 則型腔的平均尺寸MLZ 為 2 考慮到收縮率和磨損值 以型腔磨損量到最大磨損量的一半計 MLZ C 則有 CPSSzMLL 21 2 對于中小型塑件 令 并將比其他各項小得多的 略去 61C3Z CPS2 則有 9 4 1 4PSM 標注上制造偏差后 得 17 043 CPSML 代入數據得 17 052 28 0148 ML 17 0954 2 型芯徑向尺寸計算 經過和上面型腔徑向尺寸計算的推導 可得 9 4 2 43CPSML 標注上制造偏差后 得 0ZCPS 代入數據得 017 5243 28 0145 ML 017 854 3 型腔深度計算 在型腔深度計算過程中 規(guī)定制件高度名義尺寸 為最大尺寸 公差以負偏差SH 表示 型腔深度名義尺寸 為最小尺寸 公差以正偏差表示 型腔的底面 型芯MH 的端面都于分型面平行 在脫模過程中磨損很小 磨損量 不予考慮 則有 C PSSZMH 22 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 17 令 并略去 得3 Z CPS2 9 4 3 32CPSMH 標注上制造偏差后 得 ZCPS 0 代入數據得 2 063 28 058 MH20 58 4 型芯高度計算 經過和上面型腔高度尺寸計算類似的推導 可得 9 4 4 32SCPSMH 標注上制造偏差后 得 0ZCPS 代入數據后得 20 63 28 05 MH02 8654 4 5 確定頂出方式及頂桿位置 注射模具的頂出系統即使制品脫模的裝置 當制品在模具經過冷卻固化之后 要 由特定的方式切實可靠地從模具的一側推頂出來 在這個過程中不能使制品產生變形 而達不到成形要求 出現 白化 及 卡滯 現象 除此之外 該裝置還必須能夠在模具閉合 時 保證不會與模具其它零部件發(fā)生干涉地回復到頂出前的初始位置 以便進行重復不 斷的成形加工 由于采用的是三板式模具 因此要經過二次頂出 4 5 1 頂出行程 頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離模具 5 10mm 另外 不要將頂出行程做得 過長 因為有些模具要求頂出制品的頂桿很細 如果頂出行程設計得過長 就容易損壞 頂桿 圖 4 3 脫模頂出距離 4 5 2 頂桿的形狀與尺寸選擇 旅行餐碗注塑模設計 18 在本次設計中 使用了一根頂桿及兩根頂板頂桿 頂桿的尺寸 直徑為 15mm 頂板頂桿的直徑也為 15mm 圖 4 4 頂桿及其尺寸 4 6 冷卻水道的設計 模具設置冷卻裝置的目的 一是防止塑件脫模變形 二是縮短成形周期 三是 使結晶性塑料冷凝形成較低的結晶度 以得到柔軟性 撓曲性 伸長率較好的塑件 冷卻形式一般在型腔 型芯等部位合理設置通水冷卻水道 并通過調節(jié)冷卻水流量 及流速來控制模溫 冷卻水一般為室溫冷水 必要時也有采用強迫通水或低溫水來 加強冷卻效率 冷卻系統的設計對塑料件質量及成形效率直接有關 尤其在高速 自動化成形時 更應研究 要達到有效的模具冷卻 主要是減低模具中熱量流動的內部阻力 換言之也就 是提高熱傳遞的效率 這種內部阻力取決于冷卻孔道距塑件表面的距離 也取決于 冷卻孔道的中心距 根據經驗 要保證熱流內部阻力低和達到冷卻孔道的恰當分布 冷卻孔道的中線與塑件表面的距離應為冷卻孔道直徑的 1 2 倍 冷卻孔道的中心距 為冷卻孔道直徑的 3 5 倍 冷卻孔道間距較大 模具表面溫度就不均勻 冷卻孔道 距塑件表面的距離太遠 熱流內部阻力就增大 此外熱流內部阻力就增大也取決與 制模材料的導熱性能 4 6 1 設置冷卻管道考慮因素 1 模具結構形式 如普通模具 細長型芯的模具 復雜型芯的模具及脫模機 構障礙多的或鑲塊的模具 對冷卻系統設計直接有關 2 模具的大小和冷卻面積 3 塑件熔接痕位置 4 6 2 定模冷卻水道的設計 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 19 由于碗的模具整體比較簡單明了 所以其水道設計也比較簡單 對于定模板 采用的方案是直接在定模板上鉆孔 采用溝道式冷卻 通人冷水冷卻 流向為 圖 4 5 水的流向 4 6 3 型芯冷卻水道的設計 碗屬于一種中小型塑件 因此對于其型芯冷卻水道 采用的方法與定模相同 也在型芯內部開一個圓柱形的水槽 注人冷水冷卻 由于在型芯的中部有頂桿 所 以要考慮到頂桿與型芯的配合處不應漏水 因此頂桿與型芯過盈配合 而且要加密 封圈 4 7 模板尺寸的確定 對于模具中各模板的厚度 包括頂出桿固定板 墊板 動 定模固定板 墊條等 在滿足強度要求的前提下 應盡量采用標準模架 根據標準模架及一些尺寸要求 型芯 導柱等 初步確定模架的尺寸如下 單位 mm 定模固定板 340 300 23 定模 250 300 67 動模板 250 300 40 頂桿固定板 148 300 23 墊條 50 250 95 動模固定板 340 300 23 4 8 導柱的設計 塑料模具用導柱來對定模及動模合模時定向及定位 在本次設計中 共有導柱 12 根 定模導柱 4 根 定模導柱 4 根以及頂板頂桿 4 根 碗的注塑模具比較簡單 因此采用最常用的導柱 它結構簡單 加工方便 如圖示 圖 4 6 導 柱 旅行餐碗注塑模設計 20 其尺寸設計根據模具的框架 查表 保證它有足夠的抗彎強度 定其為 25X124mm 與模板滑動部分采用間隙配合 固定部分采用過盈配合 因其起定向 及定位作用 因此它要有足夠的耐磨性 所以采用 20 號鋼 而且再經淬火處理 硬 度不應低于 48 55HRC 或者采用 T8A 碳素工具鋼 再經淬火處理 4 9 限位板和定位環(huán)的設計 4 9 1 限位板的設計 限位板是用來限制定模移動的距離 以便能夠順利取出廢料 選用材料為 T8A 或 45 鋼 要經淬火處理 硬度不應低于 40 45HRC 限位板的結構示意圖如下 圖 4 7 限位板 4 9 2 定位環(huán)的設計 定位環(huán)是用來固定澆口套的 連接注射機的噴嘴與澆口套 用 50 號鋼 定位環(huán) 的結構示意圖如下 圖 4 8 定位環(huán) 4 10 脫澆口機構的設計 澆口的種類如前所述 有許多種類型 因此其脫澆口的方式也有許多種 在本 次設計中 主要是對點澆口脫落機構的設計 其脫澆口方式有頂出式脫澆口 斜窩 式折損脫澆口 托板式脫澆口 拉桿式脫澆口 拉鉤式脫澆口 斜面式脫澆口 手 工脫澆口和錐形套式脫澆口等 在本次設計中 將脫料板換成了鋼球和彈簧 開模 時 首先使定模定板與定模分離 既利用鋼球和彈簧使其分離 讓澆口自動脫落 其設計結構見裝配圖 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 21 4 11 冷料井和排氣槽的設計 4 11 1 冷料井 冷料井分為主流道冷料井和分流道冷料井 冷料井的位置一般設計在主流道或 分流道的末端 亦既塑料最先達到的部位 冷料井的作用是防止在注射時將冷料注 入型腔 而使制品產生缺陷 冷料井的大小要適宜 一般情況下 主流道冷料井圓 柱體的直徑為 6 12mm 起 2 深度為 6 10mm 對于大型制品 冷料井的具體尺寸 可適當加大 分流道冷料井長度為 5 8mm 由于本次設計用的是三板式模具 且 無分流道 所以不需要設計冷料井 4 11 2 排氣槽 模具型腔在塑料填充過程中 除了模具型腔內有空氣外 還有塑料受熱而產生的氣 體 尤其是在高速注射成形和熱固性注射成形時 考慮排氣是很必要的 一般是在塑料 填充的同時必須把空氣排出模外 如果不能順利地排出空氣 被壓縮的空氣變成高溫燃 燒 使塑料焦化 或使溶接線處強度減低以及不能成形 其次是在開模時造成型腔及型 芯貼緊塑件在脫模時成為真空而使塑件破裂等 排氣槽的位置設計原則為 1 根據進料口的位置考慮開設在型腔最后被充滿的地方 通常是通過試模以 后才能確定下來 塑料在型腔的填充情況和模具澆注系統關系很大 所以在設置澆 注系統時 要考慮排氣 排料是否方便 2 對于成形一些料流速度較小的塑件時 在大多數場合下可利用模具的分型 面及活動零件的配合間隙排氣 這是可不必另開排氣槽 3 對較大型模具為了防止溢料 排氣槽宜采用曲線形 5 排氣模應開設在型腔一面 便于制造 必要時 可多開幾條排氣槽來減少 氣阻 找出氣阻位置 便可設置排氣槽 該套模具排氣槽的深度可取 0 02mm 由塑 料的溢邊值決定 該套模具的排氣槽設置在分型面處 旅行餐碗注塑模設計 22 5 模具用鋼 模具的耐用性除取決于模具結構設計及其使用與維護情況外 最根本的問題是 制模材料的基本性能是否和模具的加工要求與使用條件相適應 因此 根據模具的 結構和使用情況 合理選用制模材料 是模具設計的重要任務之一 目前 制模材 料仍以鋼材為主 但根據塑料的成型工藝條件 也可采用低熔點合金 低壓鑄鋁合 金 鈹銅和其它非金屬材料 選擇模具零件的材料應按其用途而定 對成形零件的用料應考慮以下因素 1 要承受在高溫 高壓下長期工作 因此應有足夠的機械強度 耐疲勞性能及 耐熱性 2 用于成批大量生產的模具應具有良好的熱處理性能 對形狀復雜的零件及易 變形零件則還應要求材料在熱處理時變形小 3 對天成形零件尺寸精度要求較高的 應考慮使用尺寸穩(wěn)定性好的材料 4 模具鋼要便于加工 易拋光 根據以上要求 模具的材料分別為 動模板 定模板等模板使用 45 鋼 導柱材 料為 T8A 或 20 號鋼滲碳處理 其它零件所用材料見總裝配圖明細欄 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 23 6 使用說明 6 1 試模與修正 1 對 旅行餐碗 模具設計完成后 必須進行試模 通過試模 來檢驗模具是否合格 以及選擇最佳成型工藝 2 經過第一次試模后 就合格的模具是理想的 實際上難以做到 所以 在試模后 一般即需按照模具委托加工說明書進行修正加工 修改委托書內容時 必須慎重行事 6 2 操作過程 開模時 首先定模固定板與定模在鋼球與彈簧的作用下分離 然后 成型芯帶 著塑件與定模固定板分離 隨后 頂出系統的頂出器將塑件頂出 定模固定板移動 的最大距離由銷和限位板來控制 接著 由工人手工取出制品 并用小刀切除料把 最后 合模 繼續(xù)下一個循環(huán)操作 該套模具可采用半自動操作 有一定的工作量 但這樣做可以降低成本 帶來很好 的經濟效益 旅行餐碗注塑模設計 24 7 模具的保養(yǎng) 每一套模具 往往造價及為昂貴 對模具必須進行保養(yǎng) 1 防銹措施 卸模時 必須從下部卸下冷卻管 用棉絲擦干 用壓縮空氣吹凈 在防銹方法上可涂 飾耐水性的黃油 也可以打用除銹液將型腔和冷卻孔銹體清除 2 保持滑動部分的潤滑 在保養(yǎng)上要定其在滑動部分涂油 涂飾必須適當 如潤滑油涂飾太多則會污染制品 涂少起不到潤滑的效果 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 25 8 結論 經過三個月的設計學習 我已經按照設計任務書上的內容完成了所有任務 設 計出了一套旅行餐碗的注塑模 再這個過程中 我用二維軟件畫出了模具的零件及 塑件的二維圖 并且用三維軟件 PRO E 對整套模具進行開模 造出了模具所有零件 的三維造型 在這次畢業(yè)設計中 我用計算機作為輔助工具 它給了我很大的幫忙 讓我造 出來的零件精度較高 質量好 而且與前人相比 效率明顯提高 節(jié)省了時間 讓 模具能夠盡快走向市場 符合模具工業(yè)的發(fā)展方向 同樣 在這次設計中 由于自己是第一次接觸模具的設計 缺少有關方面的經 驗 因此也存在許多不足之處 敬請老師給予糾正 旅行餐碗注塑模設計 26 9 小結 短短的三個月畢業(yè)設計即將過去 在這一段時間里 我在我們的指導老師吳德 和老師的指導下做了一套旅行餐碗的注塑模具的設計 通過這一段時間的學習 我 已經完成設計任務書上的內容 同時我也學到了許多東西 在這三個月中 我將以前三年所學的東西又復習了一遍 同時又學了一門新課 程 對注射模具的設計有了一定的了解 能夠自己獨立的設計一套中等難度的注塑 模 對模具行業(yè)的發(fā)展前景有了了解 將自己在課本上所學的知識轉化到實踐中去 由感性認識躍為理性認識 再由理性認識躍為感性認識 經過一次又一次的轉化 加深了自己對知識的縱橫向深化 將大學四年所學的知識連成了一條線 為自己以 后的再學習打下了深厚的基礎 通過這次畢業(yè)設計 我不僅學到了書本上的知識 將其深化 還學到了一些書本上學不到的東西 學到了一些做人的道理 人在做事 時應該以嚴謹的態(tài)度去對待 不能對自己放松要求 不要麻痹大意 在這次畢業(yè)設 計中 由于自己開始對對模具的了解不是太多 知識有限 在設計中經驗不足 因 此設計出的模具的合理處難以避免 請老師給予糾正 在這次設計中 我得到了許多人的幫助 特別是我們模具設計小組的指導老師 和同學 在此對他們的幫助表示深深的謝意 總之 在這次畢業(yè)設計中 我學到了許多東西 它為我的明天打下了基礎 為 我的未來鋪下了奠基石 讓我走向美好的明天 鹽城工學院機械工程系畢業(yè)設計說明書 27 10 參考文獻 1 陸寧 實用注塑模設計 北京 中國輕工業(yè)出版社 1997 5 2 虞傳寶 冷沖壓及塑料成型工藝與模具設計資料 機械工業(yè)出版社 1992 3 張克惠 注塑模設計 西北工業(yè)大學出版社 1995 1 4 王樹勛 模具實用技術綜合手冊 廣州 華南進工大學出版社 1995 6 5 宋玉恒 塑料注射模具設計實用手冊 北京 航空工業(yè)出版社 1994 8 6 陳秀寧 機械設計基礎 浙江大學出版社 1993 7 7 塑料模設計手冊 編寫組 塑料模設計手冊 8 工程畫教研室 機械制圖 大連理工大學 北京 高等教育出版社 1993 5 9 成都科技大學 北京化工學院 天津輕工業(yè)學院 塑料成型模具 輕工業(yè)出版 社 1990 10 閻其風 模具設計與制造 北京 機械工業(yè)出版社 1995 11 李海梅 申長雨 注塑成型及模具設計實用技術 北京 化學工業(yè)出版社 2002 旅行餐碗注塑模設計 28 11 附件清單 1 旅行餐碗裝配圖 ZSM 00 A0 一張 2 制品圖 ZSM 00 01 A4 一張 3 定位環(huán) ZSM 00 02 A3 一張 4 澆口套 ZSM 00 03 A4 一張 5 定模固定板 ZSM 00 04 A1 一張 6 定模導柱 ZSM 00 05 A4 一張 7 限位板 ZSM 00 06 A4 一張 8 鑲件 ZSM 00 07 A4 一張 9 型芯 ZSM 00 08 A3 一張 10 頂件器 ZSM 00 09 A4 一張 11 頂桿 ZSM 00 10 A4 一張 12 頂板頂桿 ZSM 00 11 A4 一張 13 頂板 ZSM 00 12 A2 一張 14 墊條 ZSM 00 13 A3 一張 15 動模導柱 ZSM 00 14 A3 一張 16 動模固定板 ZSM 00 15 A1 一張 17PEO E 三維造型 A4 17 張