【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、低成本 、 高產(chǎn)出 [5]。 整體來(lái)說，我國(guó)塑料模具無(wú)論是在數(shù)量上，還是質(zhì)量、技術(shù)和能力等方面都有了很大進(jìn)步，但 與 西方發(fā)達(dá)國(guó)家相比，差距仍很大。 國(guó)內(nèi)對(duì)于 在一些大型、精密、復(fù)雜 的中高檔塑料模具 仍需 依靠 大量進(jìn)口。 而對(duì)于一些低檔的塑料模具卻供過 于求 。 我國(guó)注塑模具 發(fā)展存在的問題 盡管 目前國(guó)內(nèi)模具行業(yè)十分流行 ，模具設(shè) 計(jì)制造 已形成一個(gè)行業(yè)。但是 我國(guó)模具行業(yè)缺乏技術(shù)人員，存在品種少 、 制造周期長(zhǎng) 、 壽命短 、 品種少、 供不應(yīng)求的狀況。一些大型 、 精密 、 復(fù)雜的模具還 不能自行制造，需要每年花幾百萬(wàn) 、 上千萬(wàn)美元從國(guó)外進(jìn)口，制約了工業(yè)的發(fā) 展速度 [6]。 為了提高模具企業(yè)的設(shè)計(jì)水平 ,我們目前正在向 信息化轉(zhuǎn)型， 中國(guó)模具協(xié)會(huì)向全國(guó)模具行業(yè)推薦適合于模具企業(yè)用的 CAD/CAM 系統(tǒng)。但國(guó)內(nèi)優(yōu)秀的 CAD/CAM 系統(tǒng)很少，只有少數(shù)適 合模具行業(yè)應(yīng)用。而 從國(guó)外購(gòu)買具有 強(qiáng)大的三維曲面造型能力 ， 強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助制造能力 ， 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理能力 的軟件 等， 價(jià)格昂貴，一般企業(yè)難以支 持 [7]。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 除了 許多高新技術(shù)及軟件應(yīng)用技術(shù)都要依靠進(jìn)口，自主開發(fā)的 CAD 等輔助軟件質(zhì)量不高，人才缺乏外， 有的是憑師傅經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)計(jì)和加工 , 因此模具結(jié)構(gòu)比較落后 [8] 。在制度管理方面，國(guó) 內(nèi)大多數(shù)模具企業(yè)都是一些中小型的企業(yè)，不具備一定的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力，還沿用過去作坊式管理模式，真正實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化企業(yè)管理的還不多 。 國(guó)外 塑料模具 的發(fā)展 趨勢(shì) 目前，國(guó)外的注塑機(jī)發(fā)展主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 微型化與大型化 目前在塑料模具的微型化方面達(dá)到的成績(jī)有： 萬(wàn)分之一克的注射制品成型加工技術(shù)裝備與直 徑為 1mm 的塑料管生產(chǎn)設(shè)備 ；在醫(yī)學(xué)方面，用于替代人體血管的直徑小于 的塑料管生產(chǎn)設(shè)備，已為一些國(guó)家在研發(fā)中。當(dāng)然，大型化也是今后產(chǎn)品的發(fā)展方向之一。 目前， 用于 小轎車車身板生產(chǎn)用的 8000kN 合模力的注射機(jī) ， 2020mm 的塑料管以及 寬 10m 的片材 等 大型塑料制品生產(chǎn)設(shè)備已 有商品出現(xiàn)。但是，工業(yè)用各種大型塑料制品的生產(chǎn)需求仍很明顯，比方說 洲際長(zhǎng)途輸液輸氣超大直徑塑料管的生產(chǎn) 。 個(gè)性化 隨著模具的發(fā)展，塑料機(jī)械的機(jī)型、功能、規(guī)格劃，已經(jīng)不能完全滿足市場(chǎng)的需求。在實(shí)際生產(chǎn)中 ， 塑料制 品 生產(chǎn) 要求經(jīng)常變化 。比如， 有時(shí)要求 注射機(jī) 行程最大、 注射量小的卻要求 大合模力 大或者 大合模力 卻是小注射量 。這不僅要求 企業(yè)在 技術(shù)人才、技術(shù)創(chuàng)新方面要具有過硬 的實(shí)力， 同時(shí) 也要求企業(yè)能 準(zhǔn)確及時(shí)的 把握客戶的個(gè)性化需求 [9]。 節(jié)能化 節(jié)能降耗已經(jīng)成為注塑機(jī) 主要的 研發(fā) 趨勢(shì)， 未來(lái)在全電動(dòng)、兩板式注塑機(jī)方面的開發(fā)成為國(guó)際主流 。 本 設(shè)計(jì) 的 研究 內(nèi)容要求 及 目 的 本設(shè)計(jì)的研究?jī)?nèi)容 （ 1）活動(dòng)圈 塑件注射成型的工藝分析與參數(shù)設(shè)計(jì)； （ 2）凸模、凹模等重要工作零件的設(shè)計(jì)； （ 3）導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、脫模機(jī)構(gòu)、抽芯機(jī)構(gòu)和 模具 溫 度 調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算； （ 4）編制主要零件 (凸模、凹模等 ) 的加工工藝； （ 5）繪制主要零件圖 及 總裝配圖 。 本設(shè)計(jì)的研究要求 （ 1）達(dá)到塑件精度要求； 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 （ 2）要使注塑模結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單合理； （ 3）流道設(shè)計(jì)合理，可保證產(chǎn)品質(zhì)量并且又節(jié)約生產(chǎn)原材料； （ 4）了解 POM 的性能、特性和設(shè)計(jì)時(shí)的要求。 本 設(shè)計(jì) 的研究目的 （ 1） 檢驗(yàn) 本科專業(yè) 理論知識(shí)掌握情況，將理論與實(shí)踐結(jié)合。 （ 2） 初 步掌握進(jìn)行模具設(shè)計(jì)的方法 、 過程，為將來(lái)走向工作崗位進(jìn)行科技開發(fā)工作 打好基礎(chǔ)。 （ 3） 培養(yǎng) 個(gè)人的 動(dòng)手能 力 、 思維 創(chuàng)新能力 和 計(jì)算機(jī) 及各種軟件的 運(yùn)用能力。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 第 2 章 塑件結(jié)構(gòu)分析及材料特性 塑件的特點(diǎn) 塑件平面圖及三維產(chǎn)品圖 圖 塑件平面圖及尺寸 圖 塑件立體圖 塑件的成型工藝分析 該塑件為活動(dòng)圈，外形結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，形狀不太規(guī)則 ，壁厚不均勻，平均壁厚約在4mm 左右，但塑件外形尺寸不大，熔體流程不長(zhǎng)，綜合考 慮比較適合于注塑成型。在精度要求方面，按要求取 4 級(jí)的高精度計(jì)算，一般材料注塑成型后會(huì)包裹在型芯上，所以為了能讓塑件完整脫出，凸模與凹模上都必須有一定的脫模斜度，根據(jù)資料查詢得， 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 凹模斜度為 1 度，型芯斜度為 度 [10]。 材料 POM 的特點(diǎn) POM 的性能分析 聚甲醛 POM 為 熱塑性結(jié)晶聚合物 ， 被譽(yù)為 “超鋼 ”或 “賽鋼 ”。均聚甲醛的熔融溫度為 180℃ 左右。 POM 堅(jiān)韌有彈性，在低溫下仍有很好的抗蠕變性，幾何穩(wěn)定性和抗沖擊性。 POM 可分為：均聚物和共聚物。均聚物材料具有很好的延展強(qiáng)度，抗疲勞強(qiáng)度，但 不易于加工。共聚物材料有很好的熱穩(wěn)定性，化學(xué)穩(wěn)定性并且易于加工，吸水性小。POM 的高結(jié)晶程度導(dǎo)致它有相當(dāng)高的收縮率，可高達(dá)到 2%~%，對(duì)于各種不同的增強(qiáng)型材料有不同的收縮率。 POM 聚甲醛的性能：表面光滑，有光澤，表面硬度大，吸水率低，剛性好，韌性好，彎曲強(qiáng)度，耐疲勞性強(qiáng)度高，良好的滑動(dòng)性，耐磨性非常優(yōu)異，電性能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，產(chǎn)品的尺寸精度高，可在 40176。C 到 100176。C 溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用，良好的耐油，耐過氧化物性能。不耐酸 耐強(qiáng)堿和不耐月光紫外線的輻射 [10]。 表 POM 的性能指標(biāo) 密度 /g/cm179。 屈服強(qiáng)度 / MPa 69 比體積 /cm179。/g 拉伸強(qiáng)度 / MPa 60 吸水率 (%) ～ 拉伸彈性模量 / MPa 10179。 熔點(diǎn) / 176。 c 180～ 200 抗彎強(qiáng)度 / MPa 104 計(jì)算收縮率 (%) ～ 抗壓強(qiáng)度 / MPa 69 比熱容 /J/(kg. 176。 c) 1470 彎曲彈性模量 / MPa 10179。 POM 的注射成型過程及工藝參數(shù) （ 1） 注射過程 1） 注塑成型前期的準(zhǔn)備 檢驗(yàn) POM 的色澤、粒度和均勻度等特性。聚 甲醛是一種結(jié)晶性塑料，原料一般不干燥或短時(shí)間干燥（ 100C? ,1~2h） 。 2）注射成型過程分析 塑料由料斗進(jìn)入到注射機(jī)料筒內(nèi)，經(jīng)過加熱、熔化后達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)，再經(jīng)過注塑機(jī)螺桿傳輸?shù)阶⑺軝C(jī)噴嘴口出，最后經(jīng)模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔后成型，其過程可分為充模、加壓、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 3）塑件的后處理 處理介質(zhì)為水與空氣，處理溫度為 60～ 75℃，處理時(shí)間 25s 左右。 注射工藝參數(shù)如表 。 表 注射工藝參數(shù) 螺桿式注塑機(jī) 轉(zhuǎn)速為 40～ 50r/min 噴嘴溫度（℃） 190～ 215 模具溫度（℃） 80～ 110 注射壓力（ MP） 100 料筒溫度（℃） 前 195～ 215 中 180～ 205 后 150～ 180； 成型時(shí)間（ s） 40 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 第 3 章 注射機(jī)型號(hào)的選擇 注射量的計(jì)算 注射量包括了塑件的體積，澆注系統(tǒng)凝料體積量。對(duì)于塑件的體積可以通過相關(guān)三維軟件分析計(jì)算，或者對(duì)于規(guī)則的塑件可直接計(jì)算，而澆注系統(tǒng)的凝料體積則只能憑借經(jīng)驗(yàn)估算。 1） 通過三維軟件建模設(shè)計(jì)分析得： 塑件體積 ： V=179。 塑件質(zhì)量 ： M=Vρ = = 圖 塑件體積分析 2） 澆注系統(tǒng)凝料體積 由于還沒有設(shè)計(jì)到澆道，尚不能夠確定其體積，但是可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式即可按照塑件體積的 ～ 1 倍來(lái)估算澆注系統(tǒng)的體積，此處取 。 3V V 1 0. 5 2 7 0. 11 3c m? ? ? ?總 （ ） 3） 注射機(jī)的確定 根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)公式，對(duì)于注塑機(jī)的注入模具型腔中的塑料總質(zhì)量可以按以下公式估算 。 3VV 8 7 .6 4 c m0 .8??總公 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 根據(jù)以上的計(jì)算，初步選定公稱注射量為 100cm179。， SZ100/80 型注射機(jī) 。 注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù)及其校核 注塑機(jī)的相關(guān)參數(shù) 選定注塑機(jī)后，每一型號(hào)注塑機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)都可在參考資料中找到，對(duì)于本次選定的 SZ160/100 型號(hào) ，其技術(shù)參數(shù)如表 。 表 SZ160/100 型注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù) 序號(hào) 主要技術(shù)參數(shù)項(xiàng)目 參數(shù)數(shù)值 1 理論注塑容量 /cm179。 100 2 注射壓力 /MPa 170 3 鎖模力 /kN 800 4 螺桿轉(zhuǎn)速 /(r/min) 0～ 200 5 最大模具厚度 /mm 300 6 最小模具厚度 /mm 170 7 模板行程 /mm 305 8 噴嘴前端球面半徑 /mm 12 9 噴嘴孔直徑 /mm 3 10 鎖模形式 雙曲肘 11 模具定位孔直徑 /mm 100 12 拉桿內(nèi)間距 /mm 320 320 注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 1）注射壓力校核 材料 POM 注射壓力為 85～ 100MP ，這里取 90MP，注射壓力安全系數(shù)1k =～ ，此處取 1k =， 1k 90=117170MP =p公 。 所以，注射機(jī)注射壓力合格。 2）鎖模力的校核 設(shè)塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積分別為 A塑 , A澆 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 通過三維軟件的分析計(jì)算可以得到 A塑 = A澆 = A塑 = 所以 ， 總的投影面積 A總 =n（ A塑 + A澆 ） =2 A塑 = mm2 3) 模具型腔內(nèi)的脹型力 F F=A總 p模 = 50= 由 表 可得 ,注塑機(jī)的公稱鎖模力為 1000kN，鎖模力的安全系數(shù)為 ~ 之間，這里取 。 F= = 800kN,所以注塑機(jī)鎖模力合格。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 第 4 章 型腔結(jié)構(gòu)及澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 分型面的選擇 分析該塑件可知， 活動(dòng)圈為一圓筒形塑件，對(duì)于塑件分型面的選擇有兩種方式，如圖 。 圖 塑件分型面選擇 分型面選 在 BB 處 ， 為 塑 件截面的最大投影處，開模時(shí)有利于塑件保留在動(dòng)模一側(cè)而便于脫模，也便于側(cè)向抽芯，但如果分型面在此，會(huì)加長(zhǎng)了主流道的長(zhǎng)度，讓主流道過長(zhǎng)可能不利于塑件的成型，而選擇在 AA 處，則不存在此類問題，而且熔料由上 而下，可以減少保壓壓力，成型性好。 除此之外，還能保證塑件上下圓筒的同軸度，提高塑件的成型質(zhì)量。 所以 ， 綜合考慮選擇分型面在如 圖所示的 AA 處。 型腔數(shù)目的確定 本次塑件要求是 4 級(jí)的工件精度，而且活動(dòng)圈的產(chǎn)量為中批量，所以可以采用一模多腔的結(jié)構(gòu)生產(chǎn) 。 由于經(jīng)過上面生產(chǎn)方案的分析，采用的是哈夫式的成型模具，再結(jié)合塑件的尺寸，我們選用一模兩腔的形式，其排列方式為一條直線，如 圖所示 。 長(zhǎng)沙學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 圖 型腔布置 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 本模具設(shè)計(jì)是一模兩腔，對(duì)稱直線排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形式，推出機(jī)構(gòu)擬采用推桿推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，流道采用對(duì)稱平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面邊上。因此，定模部分不需要 單獨(dú)開設(shè)分型面取出凝料，動(dòng)模部分需要添加型芯固定板、支撐板。 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 主流道的設(shè)計(jì) 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注塑機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或者型腔。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動(dòng)和開模時(shí)主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸大小直接影響到成型的時(shí)間與速度，又其與注塑機(jī)噴嘴反復(fù)的接觸，會(huì)造成磨損，因此設(shè)計(jì)中常設(shè)計(jì)成可更換的澆口套。 1) 主流道的長(zhǎng)度 小型模具 L 主應(yīng)盡量小于 60mm，本次設(shè)計(jì)初選 進(jìn)行設(shè)計(jì) 主流道小端直徑 ： d=注射機(jī)噴嘴口直徑 +(~1)=3+=，錐角 ? =4 。 主流道球面半徑 ： R=注射機(jī)噴嘴球半徑 +（ 1~2） =10+ 2= 12mm。 球面的配合高度 ： h=3mm。 主流道大端直徑 ： D=2Ltan? ≈ 6mm ? =4 。 2）主流道的凝料體積 2 2 3V R + r + R r = 4 5 .2 5 ( 3 .5 3 .5 1 .7 5 1 .7