【正文】 ................................................ 46 7 排氣和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) .............................................................................. 48 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................. 48 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) ................................................................................. 48 溫度調(diào)節(jié) .............................................................................. 49 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 .................................................. 49 對(duì)溫度調(diào)節(jié)的要求 ................................................................ 49 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則 ................................................................ 50 冷卻的計(jì)算 ........................................................................... 50 8 模具總體設(shè)計(jì) ......................................................................................... 52 結(jié)論 ............................................................................................................ 54 致謝 ............................................................................................................ 55 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................... 56 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 前 言 本課題 為 自己所選，來自日常生活中 隨 處可見 的 塑料制品。但 由于是 本人 的 初次設(shè)計(jì)，有很多的錯(cuò)誤和不足，敬請(qǐng)讀者 諒解。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中 60％ ~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。汽車基本車型不斷增加，2020 年將達(dá)到 170 種。單輛摩托車約有零件 2020 種，共計(jì) 5000 多個(gè)，其中河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 一半以上需要模具生產(chǎn)。中國(guó)模具出口數(shù)量極少，但中國(guó)模具鉗工技術(shù)水平高，勞動(dòng)成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。 （ 1） 沖 模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。 （ 2） 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型 時(shí) 所用模具的總稱。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。 （ 5） 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉 漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以 10℅~15℅的速度快速增長(zhǎng)。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為我國(guó)國(guó)內(nèi)知名的 “模具之鄉(xiāng) ”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。由于紡織，電子，電氣，電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金 業(yè)，汽機(jī)車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。整體而言，臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測(cè)能力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠商供應(yīng)對(duì)象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。其次分別是氯乙烯 650 萬噸、聚丙烯 720 萬噸、聚苯乙烯對(duì)酞酸脂 320 萬噸、聚苯乙烯 280 萬噸。美國(guó)現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位 1 萬多家，其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53％， 50~l00 人的占 21％， 100~500 人的占 23％，超過 500 人的占近 4％，職工總數(shù)近 90 萬人。德國(guó) 2020 年的國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量為 1280 萬噸，其中聚乙烯265 萬噸，聚丙烯 155 萬噸．氯乙烯 152 萬噸。 中國(guó)塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長(zhǎng)， 1991 年產(chǎn)量?jī)H為 250 萬噸， 1995 年增為 350 萬噸， 1998 年超過 700 萬噸，到 2020 年已增達(dá)約 1400 萬噸，超過日本而成為世界第 3 大塑料原料生產(chǎn)國(guó)。一直到1997 年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長(zhǎng)，年產(chǎn)量在 70 年代中期就已達(dá) 500多萬噸， 1987 年突破 1000 萬噸， 1991 年達(dá)約 1300 萬噸， 1992 年和 1993 年因受日本經(jīng)濟(jì)下滑的影響，產(chǎn)量略有減少，分別降至 1258 和 1225 萬噸。 1999 年和 2020 年日本塑料產(chǎn)量分別回升到 1432 萬噸和 1445 萬噸，但仍遠(yuǎn)未恢復(fù)到 1997 年的水平。 韓國(guó)塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速， 1986 年超過 200 萬噸， 1990 年增達(dá) 300萬噸， 1992 年突破 500萬噸， 1994 年、 1996 年和 1997 年分別上升到 600 多萬噸、 700 多萬噸和 800 多萬噸， 1998 年產(chǎn)量增至 850 萬噸， 1999 年突破 900萬噸， 2020 年達(dá) 1200 萬噸，躋身于世界 5 大塑料生產(chǎn)國(guó)之列。人均塑料消費(fèi)量 2020 年為 106 公斤，韓國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2020 年為 萬人，出貨金額為 85 億美元，人均 276 美元。近年來，每年都以 15％的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超級(jí)制造大國(guó)的重要原因。經(jīng)過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量 和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面 做 出了貢獻(xiàn)。 （ 1） 注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。實(shí)踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。必須充分注意以下三個(gè)特點(diǎn)： （ 1） 注射 熔體大多屬于假塑料液體，能剪切變稀。應(yīng)在正確估算模具型腔壓力的基礎(chǔ)上，進(jìn)行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 注射模組成 凡是注射模，均可分為動(dòng)模和定模兩大部件。 （ 1）成型零件 指構(gòu)成型腔，直接與熔體相接觸并成型塑料制件的零件。 （ 3）導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 為確保動(dòng)模與定模閉合時(shí)，能準(zhǔn)確導(dǎo)向和定位對(duì)中，通常分別在動(dòng)模和定模上設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套。 （ 6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為了滿足注射工藝對(duì)模具溫度的要求 ， 模具設(shè)有冷卻或加熱的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。大型注射模須預(yù)先設(shè)置專用排氣槽。由于模壓葉片和裝配等方面的原因，往往風(fēng)葉的靜、動(dòng)平衡難以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。葉片的厚度應(yīng)內(nèi)厚外薄，逐漸過渡，以提高葉片的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度和剛度保證使用性能。 圖 22 注塑成型壓力 — 時(shí)間曲線 （ 1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況 ， 有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。從時(shí)間 T1 到 T2 塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。 退火是為了消除或降低制 件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對(duì)制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的 10~20 度至熱變形溫度以下 10~20 度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 。 PS 料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 21 所示。對(duì)于像 PS 流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn) 數(shù)值 如表 22 所示。注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的 50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快 ， 產(chǎn)量最多的機(jī)種之一 。 這些參數(shù)是設(shè)計(jì) ，制造 ， 購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù) 。 常用的注射速率如表 23 所示。 這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所 使用的模具尺寸范圍 。而注射成型方法有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： a:形狀：幾乎沒有復(fù)雜性限制，容許模具內(nèi)有不同塑料的成型型腔； b:尺寸：塑件可小到不足 1 克，大到幾十千克，沒有限制； c:材料：在一定溫度范圍內(nèi)具有適宜流動(dòng)性的熱塑性塑料； d:精度：可注射高精度的 塑件，有較好表面質(zhì)量和尺寸穩(wěn)定性； e:生產(chǎn)率：中等，循環(huán)時(shí)間主要由塑件壁厚決定，最短可在十幾秒內(nèi)，可增加每模的型腔數(shù)來提高生產(chǎn)率。 （ 3）尺寸精度： 按 SJ1372— 1978 標(biāo)準(zhǔn)，塑料件尺寸精度分為 8 級(jí)。從模具制造精度對(duì)塑件精度的影響可知，模具制造允許誤差和塑件尺寸公差之間具有對(duì)應(yīng)的關(guān)系，由塑件零件圖可得，模具精度等級(jí)為 IT8。 （ 5）壁厚： 由圖紙可知，該塑件有許多中不同的壁厚，輪轂壁較厚，風(fēng)葉壁厚較薄， 因此要注意風(fēng)葉可能會(huì)翹曲，不能在風(fēng)葉處設(shè)計(jì)推桿。降低了局部的殘余應(yīng)力，河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 21 防止開裂和翹曲，也使塑料件外形流暢美觀。塑料還具有較高的電絕緣和熱絕緣性，良好的耐磨性和耐腐蝕性，以及優(yōu)異的成型工藝性。 （ 4）葉片是空間曲面成型和模具制造都很困難。 （ａ ） 聚乙烯 PE：是由乙烯單體聚合而成的。 （ b） 聚苯乙烯 PS：聚苯乙烯略早于聚丙烯問世，其原料十 分豐富，是目前最廣泛應(yīng)用的材料之一。 機(jī)械強(qiáng)度低于硬質(zhì)聚氯乙烯，尤其是相對(duì)分子量較小的品種強(qiáng)度更差，聚苯乙烯屬于非結(jié)晶型聚合物。 聚苯乙烯具有優(yōu)良的電絕緣性能，尤其是在高頻條件下的介電損耗仍然很小，是優(yōu)良的高頻絕緣材料。 （ c） ABS 它是苯乙烯 丁二烯 丙烯腈的共聚物，綜 合性能較好 ， 沖擊韌度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能好。用于汽車零件，如燈罩反光片代表面板；工業(yè)部件，如計(jì)算器面板，琴鍵等；家用電器部件，如電視機(jī)保護(hù)鏡，風(fēng)扇葉片，電器外殼等和一般家庭器皿、文教用品、日用品。 ABS 和 AS 塑料性能是合適的，其中ABS 價(jià)格較高，因此，目前大部分用 AS 塑料。C） D—— 648 99 軟化點(diǎn)（ 186。還應(yīng)選擇耐腐蝕的鋼材。如圖 所示： 圖 31 整體型芯 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 這種結(jié)構(gòu)易于保證風(fēng)扇安裝軸的同軸度，便于整體熱處理。 。 ，制品的棱邊拐角難以設(shè)置過渡圓弧。 一般此類成型零件都是在、硬后在進(jìn)行加工，所以整體結(jié)構(gòu)的模具采用電火花成型加 工為主、銑削加工、磨削加工、電火花線切割為輔的加工方法。 c、為了模具的強(qiáng)度及耐磨性，提高制造精度而采用拼鑲結(jié)構(gòu)。 b、可以選擇耐磨性好的鋼材，鋼材的耐磨性與其所含的合金元素有關(guān)，單大致上與硬度成比例。 d、由于拼鑲件的尺寸容易測(cè)量，能進(jìn)一步提高加工精度。 （ 2）零件的加工方法受到限制 （ 3）冷卻回路不易設(shè)置，成型周期難以縮短。 d、考慮排氣效果的拼鑲件。澆注系統(tǒng)是指從模具進(jìn)料口開始到模腔 口的流道部分。 澆口設(shè)計(jì) 澆口的形狀、尺寸有利于塑件成型，不會(huì)出現(xiàn)充模不足或過剩現(xiàn)象；澆口的位置有利于排氣；不會(huì)使成型件出現(xiàn)各種明顯的缺陷；制品中的氣孔、殘余應(yīng)力、彎曲和尺寸變化應(yīng)在允許的范圍內(nèi)；澆口殘留痕跡應(yīng)盡量不影響制品的外觀；熔料流經(jīng)澆口時(shí)，不應(yīng)出現(xiàn)熔料性能惡化現(xiàn)象。若主流道太大，其主流道塑料體積增大，回收冷料多，冷卻時(shí)間增長(zhǎng)，使包藏的空氣增多，如果排氣不良，易在塑料制品內(nèi)造成氣泡或組織松散等缺陷，影響塑料制品質(zhì)量，同時(shí)也易造成進(jìn)料時(shí)形成旋渦及冷卻不足，主流道外脫模困難；若主流道太小，則塑料河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 在流動(dòng)過程中的冷卻面積相應(yīng)增加，熱量損失增大，粘度提高，流動(dòng)性降低，注射壓力增大，易造成塑料制品成形困難