【正文】 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 打印機(jī)支架的注塑模具設(shè)計(jì) 1 緒論 塑料的基本知識(shí) 塑料是以樹(shù)脂為主要成分，在一定溫度和壓力下塑造成一定形狀，并在常溫下能保持既定形狀的高分子有機(jī)材料 ， 它大多采用合成樹(shù)脂。在一定溫度和壓力下，塑料具有可塑性，可以利用模具將其成型為具有一定幾何形狀和尺寸精度的塑料制件。塑料密度小、質(zhì)量輕、耐磨性好，此外，許多塑料還具有透光性能和絕熱性能以及防水、防透氣和防輻射等特殊性能，因此它能夠在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用。塑料作為一種新的工程材料，其不斷被開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，加之成型工藝的不斷成熟與發(fā)展，極大地促進(jìn)了塑料成型 方法的研究與應(yīng)用和塑料 成型 模具的開(kāi)發(fā)與制造。 塑料目前尚無(wú)確切的分類(lèi) ，一般分為熱固性塑料和熱塑性塑料，其中熱塑性塑料在特定溫度范圍內(nèi)能反復(fù)加熱軟化和冷卻硬化 ， 如聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料 等 。 而熱固性塑料的特點(diǎn)是能在受熱或其他條件作用下固化成不溶性物料， 如酚醛塑料、環(huán)氧塑料等 [1]。 塑料工業(yè)的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀 早在 19 世紀(jì)以前，人們就已經(jīng)利用瀝青、松香、琥珀、蟲(chóng)膠等天然樹(shù)脂。 1868年將天然纖維素硝化，用樟腦作增塑劑制成了世界上第一個(gè)塑料品種，稱(chēng)為賽璐 珞，從此開(kāi)始了人類(lèi)使用塑料的歷史。 1909 年出現(xiàn)了第 一種用人工合成的塑料 酚醛塑料。 1920 年又一種人工合成塑料 氨基塑料 (苯胺甲醛塑料 )誕生了。這兩種塑料當(dāng)時(shí)為推動(dòng)電氣工業(yè)和儀器制造工業(yè)的發(fā)展起了積極作用。 到 20 世紀(jì) 30 年代，相繼出現(xiàn)了醇酸樹(shù)脂、聚氯乙烯、丙烯酸酯類(lèi)、聚苯乙烯和聚酰胺等塑料。從 40 年代至今，隨著科學(xué)技術(shù)和工業(yè)的發(fā)展，石油資源的廣泛開(kāi)發(fā)利用，塑料工業(yè)獲得迅速發(fā)展。品種上又出現(xiàn)了聚乙烯、聚丙烯、不飽和聚酯、氟塑料、環(huán)氧樹(shù)脂、聚甲醛、聚碳酸酯、聚酰亞胺等等。 目前塑料制件幾乎已經(jīng)進(jìn)入一切工業(yè)部門(mén)以及人民日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。塑料工業(yè)又是一個(gè)飛 速發(fā)展的 工業(yè)領(lǐng)域，現(xiàn)已發(fā)展成為塑料產(chǎn)品系列化、生產(chǎn)工藝自動(dòng)化、連續(xù)化以及 不斷開(kāi)拓功能塑料新領(lǐng)域 [23]。 塑料成型工業(yè)在生產(chǎn)中的重要地位 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一。塑料模具是指用于成型塑料制作的模具，它是型腔模的一種類(lèi)型。 隨著機(jī)械工業(yè) 、 電子工業(yè) 、 航空工業(yè) 、 儀表工業(yè) 和日常用品工業(yè)的發(fā)展，塑料成型制件的需求量越來(lái)越多，質(zhì)量要求也越 來(lái)越高，這就要求成型塑件的模具開(kāi)發(fā) 、 設(shè)計(jì)和制造的水平也必須越來(lái)越高。因此，模具設(shè)計(jì)水平的高低 、模具制造能力的強(qiáng)弱以及模 具質(zhì)量 的優(yōu)劣，都直接影響著各 種產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)以及整體工業(yè)水平的提高 [4]。 塑料成型技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 21 世紀(jì)，塑料工業(yè) 以前所未有的速度高速發(fā)展。塑料，在各個(gè)領(lǐng)域、各個(gè)行業(yè)乃至國(guó)民經(jīng)濟(jì)中已擁有舉足輕重的不可替代的地位。模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備。由于用模具加工成形零部件，具有生產(chǎn)高效、質(zhì)量好、節(jié)約原材料和能源、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，已成為當(dāng)代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。模具制造是一個(gè)生產(chǎn)周期要求緊迫，技術(shù)手段要求較高的復(fù)雜生產(chǎn)過(guò)程?？傊＞呔哂薪Y(jié)構(gòu)復(fù)雜、型面復(fù)雜、精度要求高、使用的材料硬 度高、制造周期短等特點(diǎn) ，因此 傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)方法已無(wú)法適應(yīng)當(dāng)今的要求 ， 與傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)相比，計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）技術(shù)無(wú)論是在提高生產(chǎn)率、保證產(chǎn)品質(zhì)量 方面，還是在降低成本、減輕勞動(dòng)強(qiáng)度方面，都具有極大的優(yōu)越性 。利用 CAE 技術(shù)，可以在模具加工前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注塑成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓和冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并及時(shí)進(jìn)行修改，而不是等到試模后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方 法的一次突破，而且在減少甚 至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等方面，都有著重大的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)意義。塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用 CAD 技術(shù)，而且還要采用 CAE 技術(shù)，這是發(fā)展的必然趨勢(shì) [2]。 塑料模具的分類(lèi) 按照塑料制件的成型方法不同可以分為以下幾類(lèi)。 (1) 注射模 注射模又稱(chēng)為注塑模。塑料注射成型是在金屬壓鑄造成型原理的基礎(chǔ) 上發(fā)展起來(lái)的。首先將粒狀或粉狀的塑料原料加入到注射機(jī)的料筒中，經(jīng)過(guò)加熱熔融成粘流態(tài)，然后在螺桿的推動(dòng)下，熔融塑料以一定的流速通過(guò)料筒前端的噴嘴射入閉合的模具型腔中，經(jīng)過(guò)一定的保壓，塑料在模內(nèi)冷卻 、 硬 化定型，接著打開(kāi)模具，從模內(nèi)脫出成型的塑件。 (2) 壓注模 又稱(chēng)傳遞模。壓注模的加料室與型腔是通過(guò)澆注系統(tǒng)連接起來(lái)的，通過(guò)壓柱將加料室內(nèi)受熱塑化熔融的熱固塑料經(jīng)澆注系統(tǒng)壓入被回執(zhí)的閉合型腔，最后固化定型。 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 (3) 擠出模 又稱(chēng)為擠出機(jī)頭。擠出成型是利用擠出機(jī)料筒內(nèi)的螺桿旋轉(zhuǎn)加壓的方式，連續(xù)地將熔融狀態(tài)的物料從料筒中擠出，通過(guò)特定截面形狀的機(jī)頭口成型并借助于牽扯引裝置將擠出的塑料制件均勻拉出，同時(shí)冷卻定型，獲得截面形狀一致的連續(xù)型材。 (4) 壓縮 模 又稱(chēng)壓塑模。壓縮成型是塑件盛開(kāi)方法中較早采用的一種 方法。將預(yù)熱過(guò)的塑料原料直接放在經(jīng)過(guò)加熱的模具型腔內(nèi)，凸模向下運(yùn)動(dòng)，在熱和壓力的作用下塑料呈熔融狀態(tài)并充滿型腔，然后再固化成型。壓注模多用于熱固性塑料制件的成型，但這種方法成型周期長(zhǎng) 、 生產(chǎn)效率低。 除了上述介紹的幾類(lèi)常用的塑料成型模具外，還有泡沫塑料成型模 、 氣動(dòng)成型模 、澆鑄成型模 、 滾塑成型模 、 壓延成型模以及聚四氟乙烯冷壓成型模等 [56]。 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 2 塑件的分析 塑件的結(jié)構(gòu)分析 由圖 21可以看出，該塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，在塑件上有幾 個(gè)孔，這部分由型腔與型芯鑲件成型 ，其余部分由凹模與凸模直接成型。 圖 21 塑件圖 制品要求表面光潔度比較高，不允許有明顯的熔接痕、飛邊等工藝痕，也正是由于對(duì)外表的嚴(yán)格要求，以及使產(chǎn)品容易脫模 ， 降低制造時(shí)的廢品率，因此設(shè)置了塑件的脫模斜度為 1176。 打印機(jī)支架的工藝參數(shù)如表 21所示。 表 21 打印機(jī)支架的工藝參數(shù) 材料 脫模斜度 尺寸精度 壁厚 圓角 (mm) 收縮率 PP 1176。 IT6 8mm ～ R1 % 塑件材料的選取及分析 塑料成型原料的選取應(yīng)該綜合考慮多方面因素，應(yīng)充分了解制品的 用途、特性、設(shè)計(jì)參數(shù)及要求，在滿足以上要求后，并考慮使用塑料的成本 、 成型加工的難易程度等要求。根據(jù)分析可知此塑件要求有較強(qiáng)的抗沖擊強(qiáng)度、具有較強(qiáng)的抗?jié)裥阅?，以及抗腐蝕性能。通過(guò)分析，比較可選用聚丙烯（ PP）作為些制品的材料 [9]。 下面將對(duì) PP 加以介紹 [14]： 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 1．基本特性 聚丙烯無(wú)味，無(wú)毒，無(wú)色。外觀似聚乙烯，但比聚乙烯更透明更輕。密度為 ～ ㎝ 3。它不吸水，光澤好，易著色。聚丙烯的屈服強(qiáng)度，抗拉，抗壓強(qiáng)度和硬度及彈性比聚乙烯好。定向拉伸后的聚丙烯可制作鉸鏈，其具有特別高的抗彎曲疲勞強(qiáng) 度，如用聚丙烯注射成型的一體鉸鏈，經(jīng)過(guò) 7 107 次開(kāi)閉彎折未產(chǎn)生損壞和斷裂現(xiàn)象。聚丙烯的熔點(diǎn)為 164～ 170℃，其耐熱性好，能在 100℃以上的溫度下進(jìn)行消毒滅菌。聚丙烯耐低溫的使用溫度可達(dá) 15℃，在低于 35℃進(jìn)會(huì)脆裂。聚丙烯的高頻絕緣性能好，而且由于其不吸水，絕緣性能不受濕度的影響。聚丙烯在氧、熱、光的作用下極易解聚、老化、所以必須加入防老化劑。 2．主要用途 聚丙烯可用于制作各種機(jī)械零件如法蘭、汽車(chē)零件和自行車(chē)零件；可作水、蒸汽、各種酸堿等的輸送管道，化工容器和其他設(shè)備的襯里、表面涂層；可制造蓋和本 體合一的箱殼，各種絕緣零件，并用于醫(yī)藥工業(yè)中。 3．成型特點(diǎn) 聚丙烯成型收縮范圍大，易發(fā)生縮孔、凹痕及變形；聚丙烯熱容量大，注射成型模具必須設(shè)計(jì)能充分進(jìn)行冷卻的冷卻回路；聚丙烯成型的適宜模溫為80℃左右，不可低于 50℃，否則會(huì)造成成型塑件表面光澤差或產(chǎn)生熔接痕等缺陷，且溫度過(guò)高會(huì)產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。 4． PP 的注射工藝參數(shù) PP 的注射工藝參數(shù)如表 22所示。 表 22 PP的注射工藝參數(shù) 注射機(jī)類(lèi)型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 (r/min) 30～ 60 料筒溫度 /℃ 前段 180～ 200 噴嘴形式 直通式 中段 200～ 220 噴嘴溫度 /℃ 170～ 190 后段 160～ 170 模具溫度 /℃ 40～ 80 注射壓力 /MPa 70～ 120 保壓力 /MPa 50～ 60 注射時(shí)間 /s 0～ 5 保壓時(shí)間 /s 20～ 60 冷卻時(shí)間 /s 15～ 50 成型時(shí)間 /s 40～ 120 廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3 模具的設(shè)計(jì) 確定型腔數(shù)及塑件 排列方式 為了使模具與注塑機(jī)的生產(chǎn)能力相匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性 、 保證塑件精度，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng) 首先 確定型 腔數(shù)目。與多型腔模具相比較 ，單型腔模具具有塑料制件的形狀和尺寸一致性好 、成型的工藝條件 容易控制、模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、模具制造成本低、制造周期短等特點(diǎn)。但在，在大批量生產(chǎn)的情況下，多型腔模具應(yīng)是更為合適的形式，它可以提高生產(chǎn)效率，降低塑件的整體成本。 由于此塑件體積小，如果采用單型腔模具，雖然可以保證制品的質(zhì)量，但不適合大批量生產(chǎn) [1]。 綜合以上因素，本制品采用一模兩腔的多型腔模具。 模具的型腔排列方式如 圖31所示： 圖 31 模具的型腔排列方式 分型面的設(shè)計(jì) 為了便于將塑件從密閉的模腔內(nèi)取出，也為了便于安放嵌件或取出澆注系統(tǒng)，必須將模具分成兩個(gè)或幾個(gè) 部分，通常將分開(kāi)模具能取出塑件的面稱(chēng)為分型面，另外，以分型面為界，模具又可分成兩大部分即動(dòng)模與定模部分，而其他的面則被稱(chēng)作分離面或分模面，注射模只有一個(gè)分型面。 分型面的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)受到塑件的幾何形狀、壁厚、尺寸精度、表面粗糙度、嵌件位置、脫模方法以及塑件在模具內(nèi)的成型位置、頂出方式、廣東揭陽(yáng) 學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 、 模具排氣的方式等方面的影響。 常見(jiàn)的分型面有水平分型面、斜分型面、階梯分型面、曲線分型