【文章內(nèi)容簡介】 基于 UG NX 線軸注射模三維設(shè)計 》 —— 王昌、白永軍 ，其主要介紹了 UG NX V1． 0 零件建模模塊中的旋轉(zhuǎn)、拉伸、草圖、陣列、打孔、倒圓等實體特征和一些曲面特征，構(gòu)造出塑料線軸的三維數(shù)據(jù)模型，在此基礎(chǔ)上，逐步完成了線軸的注射模設(shè)計。 《 ABS 材料零件的注塑工藝和模具 設(shè)計 》 —— 萬傳偉，其中對 ABS 材料與模具相關(guān)的工藝性分析對我的模具設(shè)計有借鑒意義。 通過了解這些論文，我對 這副模具需要考慮的問題 有了一定的認識，同時也為我設(shè)計 這副模具的結(jié)構(gòu)提供了很大的啟發(fā)作用。 本章小結(jié) 從介紹國內(nèi)外注塑模具的最新動態(tài)我引入了此次畢業(yè)設(shè)計的題目和設(shè)計要求。作為一名學(xué)習(xí)機械工程及自動化專業(yè)模具方向大四學(xué)生，我覺得 通過認真完成畢業(yè)設(shè)計不僅是對以前學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)課知識的綜合與應(yīng)用，這 是對我今后的學(xué)習(xí)和工作打下基礎(chǔ) ；同時模具設(shè)計的過程充滿挑戰(zhàn)和樂趣 。 畢業(yè)設(shè)計要求我們學(xué)會解決問題，這不同于以前 為考試而 復(fù)習(xí)，其中會遇到很多沒武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 4 有遇到過的問題。這要求我們不要畏難，要給自己制定計劃，把設(shè)計工作細化，各個擊破。同時，在培養(yǎng)自己獨立解決問題的同時，我也要多通過老師、書籍、網(wǎng)絡(luò)資源和同學(xué)們等途徑找到解決問題的方法。 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 5 2 塑料制件分析 和工藝方案選擇 塑料制件分析 材料 分析 本設(shè)計中塑件為繞線軸，其工作環(huán)境是在高速軸上快速繞線，所以其強度要求較高，選用通用 ABS 塑料。 ABS 樹脂是指由丙烯腈（ A）、丁二烯 （ B）和苯乙烯（ S）組成的三元共聚物及其改性樹脂。它具有原料來源廣，價格較低，易于成 型加工及沖擊性能優(yōu)良等優(yōu)點。 ABS 基本性能如表 21 所示。 密度 ～ ／ cm3 熔點 130～ 160℃ 熱分解溫度 ＞ 260℃ 平衡吸水率 ～ ％ 耐磨性、自潤滑性和耐溶劑性 良好 拉伸強度 38Mpa 伸 長 率 35% 彎曲強度 80Mpa 缺口沖擊強度 ， R121(KJ／ m2) 表 21 ABS材料特性 圖 ABS 塑料應(yīng)力 應(yīng)變曲線 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 6 ABS 屬無定性聚合物 ,無明顯熔點 ,受熱 260℃ 以上開始出現(xiàn)分解 ,通常 ABS 的成型溫度控制在 250℃以下。 ABS 樹脂熔體粘度適中，其流動性比聚酰胺 (PA)稍差，但比聚碳酸酯 (PC)要好，且熔體的冷卻固化速度較快。提高料筒溫度和增高注射壓力都能使ABS 樹脂的熔體流動性得到改善。 由于 ABS 樹脂含有氰基等強極性基團，所以吸水性較大。在加工前應(yīng)對其進行預(yù)干燥，使其含水率降至 %以下。常用的干燥方法為循環(huán)鼓風(fēng)干燥 ,也可采用烘箱干燥 。 ABS 樹脂注射成型通常采用螺桿式注射機。螺桿類型以單頭、等距、漸變、全螺紋、帶止回環(huán)為宜，螺桿長徑比為 20，壓縮比為 ～ 。噴嘴可選用 通用式 。 ABS 注射 溫度應(yīng)低些，以防止發(fā)生分解。對薄壁、長流程、小澆口的制品或耐熱，阻燃 ABS 注射壓力要高些；對厚壁、大澆口的制品則可低些。此外為了獲得內(nèi)應(yīng)力較小的制品，保壓壓力不宜過高。 ABS 塑料的成型特性： ① 流動性不好； ② 制件性能穩(wěn)定 ； ③ 內(nèi)澆口處表面外觀不好，熔接痕 顯著 ； ④ 升溫時制件精度高，因此就采用高注射壓力、高溫模具 ； 設(shè)計 ABS 塑料模具應(yīng)注意的事項 : ① 設(shè)計 分流道、 澆口時，要考慮其流動性不好這一特性。為了做得稍大一些，采用護耳 澆口是適應(yīng)的 ； ② 因為熔接痕顯著，所以要考慮進料口位置 ； ③ 因為是高壓成型，所以脫模斜度要選 2176。以上； 成型收縮率選 %以上。 塑件的結(jié)構(gòu)分析 塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對成型工藝方法的適應(yīng)性。在塑料生產(chǎn)過程中 ,一方面成型會對塑件的結(jié)構(gòu)、形狀、尺寸精度等諸方面提出要求 ,以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度 ,保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品 。另一方面 ,模具設(shè)計者通 過對給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進行分析 ,弄清塑件生產(chǎn)的難點 ,為模具設(shè)計和制造提供依據(jù) 塑件設(shè)計的基本原則： （ 1）考慮塑料的物理性能，加強度、剛性、韌性、彈性及吸水性，以及對應(yīng)力的敏感性。 （ 2）考慮塑料的成型工藝性，如流動性，收縮率等。 （ 3）塑件的形狀應(yīng)有利沖模流動、排氣、補縮，同時適應(yīng)高效冷卻及硬化。（熱塑性塑料制品）或者快速受熱固化（熱固性塑料制品）。 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 7 （ 4）塑件在成型后收縮情況及各向收縮率的差異。 （ 5）模具的總體結(jié)構(gòu)，特別是抽芯與脫出制件的復(fù)雜程度。 （ 6）模具零件的形狀及制造工藝。 塑料線軸主要是用 來纏繞各種不銹鋼絲，各種金屬絲線制品 ,以及各種塑料絲線制品。 其 適用范圍： I． 用于光纖光纜、數(shù)據(jù)通信電纜的串聯(lián)線、對絞、成纜等生產(chǎn)過程中的收、放線； II． 射頻電纜、電線電纜的高編機收線，高絞機收、放線，擠出機收、放線，纏繞機收、放線等； III． 同樣適合國內(nèi)外，引進生產(chǎn)線高速收線工序。 圖 繞線軸三維實體 繞線軸的結(jié)構(gòu) 特點： 一 、 加強筋 1. 加 強筋的主要作用是在不增加壁厚的情況下，加強塑件的強度和剛度，避免塑件翹曲變形。參考 【 1】 P42頁， 得到 加強筋的設(shè)計要求 。 2. 加強筋不宜太厚。加強筋的厚度應(yīng)小于塑件厚度，且加強筋與塑件連接處應(yīng)采用圓弧過渡。 3. 加強筋斷面高度不應(yīng)超過塑件高度，通常低于 。 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 8 4. 加強筋設(shè)計得矮一些，多一些為好。盡量采用高度較矮的加強筋代替孤立的高筋，兩筋的中心距應(yīng)大于兩倍的壁厚。 5. 加強筋的設(shè)置方向應(yīng)與受力方向一致，并盡可能與熔體流動方向一致。 本塑件 兩端面直徑有 130mm， 且為了增強塑件的強度，在兩端面都設(shè)置了許多加強筋。 二、 側(cè)凹 中間繞線部分直徑為 60mm，使整個塑件有側(cè)面內(nèi)凹，于是需要在模具中設(shè)置側(cè)抽芯機構(gòu)。 三、脫模斜度 脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定。塑料件內(nèi)孔以型芯小端為準，尺寸符合圖紙要求，斜度沿形狀擴大方向標出；塑料件外形以型腔大端為準，尺寸符合圖紙要求，斜度沿形狀減小方向標出。 為了便于從模具行腔中取出塑件或塑件中抽出型芯，在塑件的相關(guān)部位要設(shè)計合理的脫模斜度，并且脫模斜度要去 2176。 以上。 四、孔 塑料件上常用的孔由通孔、盲孔、自攻螺紋孔和形狀 復(fù)雜的孔。這些孔不宜設(shè)計時常采用幾個凸起的支腳或凸邊作為支撐，凸 起高度一般取 ～ 在設(shè)計模具是應(yīng)考慮零件上的孔是否能夠一次性成型，如果不能一次性注射成型應(yīng)考慮在完成注射加工后再采用其他加工方法將孔加工到要求尺寸。本零件可以一次直接成型。 塑件上既有通孔又有盲孔，對于通孔，其成型方法有三種：一端固定（見圖 （ a）） ，大小對接（見圖 （ b）） ，一端固定另一端導(dǎo)向支撐（見圖 （ c） ） （ a） （ b） （ c） 圖 孔的成型方法 分析本塑件的特點，我采用的成型孔的方法為 一端固定另一段導(dǎo)向支撐。 五、壁厚 塑件的壁厚對塑件質(zhì)量影響很大，參考 【 2】 ，壁厚應(yīng)該滿足以下要求： 壁厚要均勻，厚薄相差不能太大，一般不超過 3倍，且厚薄連接處應(yīng)采用適當?shù)慕Y(jié)構(gòu)緩慢過渡。 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 9 壁厚不能太薄。因為壁厚太薄不僅強度和剛度差、易變性，而且在成型時因流動阻力大，不易充滿，因此，應(yīng)根據(jù)塑料的流動性來確定塑件的最小壁厚。 壁厚不能太厚。因為壁厚太厚不僅會造成塑料浪費，產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹痕等缺陷，同時會由于冷卻慢，成型周期長，生產(chǎn)率降低，而且還可能削弱其強度。若塑件的強度不夠時，可采用設(shè)置加強筋的方法來提高其 強度，這是塑件壁厚設(shè)計最常用的、最有效的方法。 一般塑件壁厚 （ mm） 為 對于熱塑性 小件 δ=1～ 2 大件 δ=～ 對于熱固性 小件 δ=～ 大件 δ=3～ 8 本零件的壁厚為 3mm，符合熱塑性塑料制品的最小壁厚 ，因此不需要對塑件壁厚進行修改 。 六、圓角 塑件除了使用要求采用的尖角之外 ，其余所有轉(zhuǎn)角處均應(yīng)盡可能采用圓弧過渡，因制件尖角處易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或者受沖擊震動時會發(fā)生破裂，甚至在脫模過程中由于塑模內(nèi)應(yīng)力而開裂。一般內(nèi)圓角取 r=，外圓角取 R=。特別需要注意的是，若分型面上的圓角阻礙塑件的脫模，則不能采用圓角，而應(yīng)采用尖角。 尺寸精度 和表面質(zhì)量 分析 塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件的尺寸與產(chǎn)品圖中尺寸的符合程度，及所獲得塑件尺寸的準確度。 影響塑件尺寸精度的主要因素 ① 塑料收縮率不定（有一定的變化范圍） ② 模具制造誤差和磨損 ③ 成型工藝條件變化（溫度、壓力、時間） ④ 存在脫模斜度 ⑤ 時效 考慮到制件是在高速軸上旋轉(zhuǎn)繞線所以對其尺寸精度和表面粗糙度要求較高。選擇一般精度等級，考慮到 ABS 材料， 根據(jù)材料模塑件公差等級和選用， 查 【 1】 表 32 為 MT3。 塑件的表面粗糙度直接由模具的粗糙度決定。 塑件的外觀要求越高，表面粗糙度應(yīng)越低。塑件的表面粗糙度 Ra 一般為 ～，而模具的表面粗糙度要比塑件低 1～ 2 級。 一般情況下要求型腔比型芯精細，個別情況要求型腔和型芯表面粗糙度相同。模具在使用過程中，由于磨損而使表面粗糙度不斷增大，應(yīng)隨時給予 拋光復(fù)原，才能保證塑件表面質(zhì)量。 武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 10 工藝方案分析 注塑成型簡介 注塑成型又稱為注射成型或注射模塑，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除了極少數(shù)幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料均可由此法成型塑件。注塑成型可成型各種形狀、滿足眾多要求的塑件。注塑成型已成功的應(yīng)用于某些熱固性塑件，甚至橡膠制品的工業(yè)生產(chǎn)中。 注射成型的過程是，將粒狀或粉狀塑料從注射機的 料斗送入加熱的料筒，經(jīng)加熱塑化成熔融狀態(tài)，由螺桿（或柱塞）施壓而通過料筒端部的噴嘴注入低溫的、閉合的模具型腔中，經(jīng)冷卻硬化而保持型腔所賦予的形狀，開模取出塑件。由于注塑成型具有成型周期短，能一次成型形狀復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件；對各種塑料均有良好的適應(yīng)性，生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點，因而注射成型是一種技術(shù)經(jīng)濟先進的成型方法。 從本塑件技術(shù)上沒有特殊的成型要求，所以采用注塑成型即可。 注塑成型工藝內(nèi)容 完整的注射工藝過程，按其先后順序應(yīng)包括：成型前的準備、注射 過程、塑件的后處理等： （ 1） 成型前的準備 ；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況， 有無雜質(zhì)等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。 由于 ABS 為 吸濕性強的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 （ 2）注射過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注射過程如圖 所示。圖中 T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻 ；當模腔充滿熔體（ T=T1）時，熔體壓力迅 速 上升，達到最大值P0。從時間 T1 到 T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從 T2 到 T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高 ， 會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中， 塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。 （ 3） 塑件的 后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復(fù)雜，武漢科技 大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計 11 再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同， 塑件 內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴重時會開裂。 故 有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性 ，溫度一般 控制 在塑件使用溫度以上的 10～ 20度 ，或塑料的 熱變形溫度以下 10～ 20度； 調(diào)濕處理是 將剛脫模的塑件放在熱水中 ， 以隔絕空氣，防止對塑料制件的氧化，加快吸濕平衡速度的一種后處理方法。 主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 。 調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸