【正文】 ） 學(xué)會(huì) 優(yōu)化設(shè)計(jì)方案 （ 3） 講究和提高工作效率 工藝分析 任務(wù)及要求 1． 產(chǎn)品名稱： 基于 UG 的殼體零件的數(shù)控加工與編程 2． 材料 ： 鋁制合金 3． 數(shù)量 ： 中 批量生產(chǎn) 4． 制品圖樣 如圖 所示 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 4 5． 尺 寸 ： 圖 所示 圖 零件 產(chǎn)品樣圖 塑件 原 材料 的成型 特性 分析 ABS 是聚苯乙烯的改性產(chǎn)品，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的工程塑料。ABS 具有突出的力學(xué)性能，堅(jiān)固、堅(jiān)韌、堅(jiān)硬；具有一定的化學(xué)穩(wěn)定性 和良好的介電性能；具有較好的尺寸穩(wěn)定性，易于成型和機(jī)械加工，成型塑件表面有較好的光澤，經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色，表面可鍍鉻。 ABS 可采用注射、擠出、壓延、吹塑、真空成型、電鍍、焊接及表面涂飾等多種成型方法 使用 ABS 注射成形塑料制品時(shí)，由于其熔體黏度較高，所需的注射成型壓力較高，因此塑件對(duì)型芯的包緊力較大，故塑件應(yīng)采用較大的脫模斜度。 ABS 易吸水，成形加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理。 查有關(guān)手冊(cè)得到 ABS 塑料的成型工藝參 數(shù)如下 : 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 5 密度 ～ ； 收縮率 %～ %； 預(yù)熱溫度 80～ 85℃ ，預(yù)熱時(shí)間 12h； 料筒溫度 后段 150～ 170℃ ，中段 165～ 180℃， 前段 180～ 200℃； 模具溫度 50～ 80℃ ； 注射壓力 60～ 100MPa； 成型時(shí)間 注射時(shí)間 20～ 90s， 高壓時(shí)間 0～ 5s,冷卻時(shí)間 20～ 150s。下表 所列為塑件主要尺寸的公差要求。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 6 3． 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 ⑴ 從圖紙看，該塑件外形為四方殼罩，圓角過渡且無尖角存在，壁厚均勻，且符合最小壁厚要求。 ⑶ 內(nèi)部有四個(gè)均勻分布的加強(qiáng)肋，可增加塑件的強(qiáng)度，減小塑件變形。 左右的斜度，底部等處有 的圓角過渡。 ⑸ 為使塑件順利脫模，可在塑件內(nèi)部及加強(qiáng)肋處增設(shè) 1176。 的拔模斜度。 2． 根據(jù)塑件本身的幾何形狀及生產(chǎn)批量確定型腔數(shù)目 由于該塑件兩側(cè)面分別有側(cè)孔和內(nèi)凸，加上塑件尺寸有一般精度要求，外表面有高光潔要求，不易采用太多型腔數(shù)目，所以考慮采用一模兩腔，型腔平衡布置在型腔板兩側(cè)，一方便側(cè)抽實(shí)現(xiàn)、澆口排列和模具的平衡。 表 塑件的注射成型工藝參數(shù) 工藝參數(shù) 內(nèi)容 工藝參數(shù) 內(nèi)容 溫度 80～ 90℃ 3 ～南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 7 預(yù)熱和干燥 成型時(shí)間 /s 注射時(shí)間 5 時(shí)間 2h 保壓時(shí)間 15～ 30 料筒溫度/℃ 后段 180～ 200 冷卻時(shí)間 15～ 30 中段 210～ 230 總周期 40～ 70 前段 200～ 210 螺桿轉(zhuǎn)數(shù) /（ r/min） 30～ 60 噴嘴溫度/℃ 180～ 190 后處理 方法 紅外線燈烘箱 模具溫度/℃ 60～ 80℃ 溫度 /℃ 70 注射壓力/MPa 70～ 90 時(shí)間 h 2 ～4 3． 確定模具溫度及冷卻方式 ABS 為非結(jié)晶型塑料，流動(dòng)性中等，壁厚一般，因此在保證順利脫模的前提下應(yīng)盡可能降低模溫，以縮短冷卻時(shí)間，從而提高生產(chǎn)率。 確定成型設(shè)備 由于塑件采用注射成型加工，使用一模兩腔分布，因此可計(jì)算出一次注 射 成 型 過 程 中 所 用 塑 料 量 為 : W = 2w + w廢 料 =2+20 ％=。記錄下 SZY300 型螺桿注射機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)，如下表 所示。所以應(yīng)使用多型腔注射模具。這樣模具尺寸較小，制造加工 方便，生產(chǎn)效率高，塑件成本低。 圖 型腔的排列方式 分型面的設(shè)計(jì) 塑件分型面的選擇應(yīng)保證塑件的質(zhì)量要求，不論塑件的結(jié)構(gòu)如何以及 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 10 采用何種設(shè)計(jì)方法，都必須首先確定分型面，因?yàn)槟＞呓Y(jié)構(gòu)很大程度上取決于分型面本課題中塑件的分型面有多種選擇，為保證塑件能順利分型，主分型面應(yīng)首先考慮選擇在塑件外形的最大處。 A B C 圖 主分型面的選擇方案 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為了使塑料熔體順利充填模具型腔，必須將澆注系統(tǒng)和型腔內(nèi)的空氣以及塑料在誠(chéng)信過程中產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體順利地排除模外。注射模通常采用以下 3 種排氣方式，利用配合間隙排氣；在分型面上開設(shè)排氣槽；利用排氣塞排氣。分型面上開設(shè)排氣槽的形狀與尺寸如下圖 所示。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 11 圖 分型面上的排氣槽 塑料品種 深度 h 塑料品種 深度 h 聚乙烯（ PE） 聚酰胺（ PA） 聚丙烯（ PP） ～ 聚碳酸酯（ PC） ～ 聚苯乙烯（ PS） 聚甲醛（ POM） ～ ABS 丙烯酸共聚物 圖 分型面上的排氣槽深度 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口、冷料穴四部分組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)如下 圖 所示圖。 在臥式或立式注射機(jī)上使用的模具中，主流道垂直于分型面?！?6176。計(jì)算其大端直徑約為 φ10mm；為了避免模內(nèi)的高壓塑料產(chǎn)生過大的反壓力，配合段直徑 D 不宜過大，取 D=25mm；同時(shí)為了使熔料順利進(jìn)入分流道，在主流道出料端設(shè)計(jì) R2 的圓弧過渡；為了補(bǔ)償在注射機(jī)噴嘴沖擊力作用下澆口套的變形，將澆口套的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)得比模板厚度短 ；澆口套外圓盤軸肩轉(zhuǎn)角半徑 R 宜大一些，取 R=3mm，以免淬火開裂和應(yīng)力集中。澆口套定位圈采用H9/f9 的配合。 主流道與注射機(jī)的高溫噴嘴反復(fù)接觸碰撞，故應(yīng)設(shè)計(jì)成獨(dú)立可拆卸更換的澆口套，采用優(yōu)質(zhì)鋼材制作，并經(jīng)過熱處理提高硬度，定位圈與澆口套分開設(shè)計(jì)，如下圖 所示。因此，取主流道球面半徑 SR=14mm（取標(biāo)準(zhǔn)值），主流道的小端直徑 d=。 分流道是主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動(dòng)通道。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量減少流動(dòng)過程中的熱量損失與壓力損失。通常分流道的截面形式有圓形、梯形、 U 形、半圓南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 14 形及矩形等幾種形式，如下圖 所示 。 圖 分流道的截面形狀 分流道截面尺寸視塑料品種、塑件尺寸、 成型工藝條件以及流道的長(zhǎng)度等因素來確定。本課題設(shè)計(jì)中分流道的截面形狀選擇梯形截面分流道，梯形截面分流道的尺寸可按以下公式確定 m L? 23hb? 式中 b 一梯形大底邊寬度， mm； m 一塑件的質(zhì)量， g； L 一分流道的長(zhǎng)度， mm； h 一梯形的高度， mm。分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短，且彎折少，以便減少壓力損失和熱量損失，節(jié)約塑料的原材料和降低能耗。 圖 分流道的長(zhǎng)度尺寸 ⑵ 分流道在分型面上的布置形式 分流道的布置形式與型腔的排列形式相一致，遵循排列盡量緊湊，縮小模板尺寸；盡量使流程短，對(duì)稱布置，使?jié)q模力的中心與注射機(jī)鎖模力的中心相一致的原則。 本案例中采用 U 形斷面分流道，在一塊模板上，切削加工容易實(shí)現(xiàn)，且比表面積不大，熱量損失和阻力損失不太大。 圖 分流道的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道與型腔的熔體通道。 按澆口截面尺寸大小的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，澆口可分為限制性澆口和非限制性澆口兩大類。對(duì)于多型腔模具，調(diào)節(jié)澆口的尺寸，還可以使非平衡布置的型腔達(dá)到同時(shí)進(jìn)料的目的，提高塑件的均一質(zhì)量。非限制性澆口是整個(gè)澆注系統(tǒng)中截面尺寸最大的部位，它主要對(duì)大中型筒類、殼類塑件型腔起引料和進(jìn)料后的施壓作用。從塑件的底側(cè)中部進(jìn)料，去除凝料時(shí)不會(huì)在塑件 的外壁留下澆口痕跡，不影響塑件的外觀。這種澆口可以根據(jù)塑件的形狀特征選擇其位置，加工和修正方便，因此它是應(yīng)用較廣泛的一種澆口形式，普遍使用與中小型塑件的多型腔模具，且對(duì)各種塑料的成型適應(yīng)性強(qiáng)。 側(cè)澆口寬度和側(cè)澆口深度尺寸計(jì)算的 經(jīng)驗(yàn)公式如下： b= A t=（ ～ ） δ 式中 b— 側(cè)澆口的寬度， mm； A— 塑件外側(cè)表面面積， 2mm ； t— 側(cè)澆口深度， mm； δ— 側(cè)澆口處塑件的壁厚， mm。 冷料穴是澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成之一。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 18 圖 多型腔模具分型面上的冷料穴 ； ； ； ； ； 次分流道 冷料穴的作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒冷料，以免這些冷料注入型腔注入型腔，既影 響熔體充填的速度，又影響成型塑件的質(zhì)量。 主流道拉桿，是推桿形式的拉料桿，固定在推桿固定板上，其中 Z 字形拉料桿是其典型結(jié)構(gòu)為本課題所選擇的，如下圖 中所示，工作時(shí)依靠 Z 字形鉤將主流道凝料拉出澆口套，推出時(shí)，推出機(jī)構(gòu)帶動(dòng)拉料桿將主流道凝料推出模外，推出后由于鉤子的方向性而不能自動(dòng)脫落，需要人工取出。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 20 圖 冷卻通路設(shè)計(jì) 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 成型零件直接與高溫高壓的塑料接觸，它的質(zhì)量直接影響塑件的質(zhì)量。 1． 凹模（型腔）設(shè)計(jì) 采用組合式凹模，放在定模板一側(cè)，主要是從節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具鋼 材料 、方便熱處理、方便日后的更換維修方面考慮。 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 21 圖 組合式凹模結(jié)構(gòu) （型芯）設(shè)計(jì) 型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也采用組合式，可節(jié)省貴重模具鋼，減少加工工作量。如下圖 所示。 塑件成型后的收縮率變化與塑件的品種、塑件的形狀、尺寸、壁厚、成型工藝條件、模具的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān)，所以確定準(zhǔn)確的收縮率是很難的。 模具成型零件的制造精度是影響塑件尺寸精度的重要因素之一。一般成型零件工作尺寸制造公差值 取塑件公差值△的 1/3～ 1/4 或取 IT7～ IT8 級(jí)作為制造公差。 模具的成型零件由于配合間隙的變化，會(huì)引起塑件的尺寸變化。模具安裝配合間隙的變化而引起塑件的尺寸誤差用 來表示。 塑件的成型誤差應(yīng)小于塑件的公差值，即 ??? 在一般情況下，塑料收縮率波動(dòng)、成型零件的制造公差和長(zhǎng)興零件的磨損是影響塑件尺寸和精度的只要原因。 本課題中塑件的成型零件尺寸均按平均值法計(jì)算， 查有關(guān)手冊(cè)得 ABS的 收 縮 率 為 ％～ ％ ， 故 平 均 收 縮 率( 0 .4 0 .7 ) / 2 =0 .5 5 =0 .0 0 5 5 CPS ?? ％ ％，根據(jù)塑件尺寸公差要求，模具制造公差取 z= /3? ? ，成型零件尺寸計(jì)算如下表 所示 。 強(qiáng)度不足，會(huì)使模具發(fā)生塑性變形，甚至破碎，因此，強(qiáng)度計(jì)算的條件是滿足受力狀態(tài)下的許用應(yīng)力。剛度計(jì)算的條件可以從以下幾個(gè)方面來考慮： ⑴ 防止溢料 當(dāng)高壓熔體注入型腔時(shí)，型腔的某些配合面產(chǎn)生間隙，間隙過大則會(huì)產(chǎn)生溢料，如下圖所示。各種塑料的最大不溢料間隙值如下表 。下表 為保證塑件尺寸精度的剛度條件的經(jīng)驗(yàn)公式。 上述要求在設(shè)計(jì)模具時(shí)，以這些條件中最苛刻的（即允許的最小變形量）為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。 表 凹模的側(cè)壁厚和底板的厚度的計(jì)算公式 類型 圖 部位 按強(qiáng)度計(jì)算 按剛度計(jì)算 南京工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（論文） 27 矩 矩形型腔 凹 模 整整體式 側(cè)壁 當(dāng) 1 ?時(shí)， ? ?? ?2 12pl Was ??? 當(dāng) 1 ?時(shí)， ? ?? ?2131p H W as ? ?? ? ?413 cpHs E ?? 底