【正文】 獨立分析問題和解決問題的能 力，為畢業(yè)后從事模具設計等相關工作奠定良好的基礎。通過對塑件結構分析，利用輔助設計軟件 AutoCAD 進行注塑模具設計，并用 Pro/ENGINEER 軟件對罩殼進行三維造型。 注塑模具設計是本課題的主要內(nèi)容，主要繪制了模具裝配圖、型芯、滑塊及重要零部件零件圖，對整個設計過程進行了詳細的說明。而模具生產(chǎn)是多品種小批量生產(chǎn)，乃至 單件生產(chǎn) 。為解決這一問題，首先要普及 CAD 技術，利用現(xiàn)代的 CAD/CAM/CAE技術，才是經(jīng)濟、快捷的模具開發(fā)設計制造手段，也是其今后的發(fā)展方向。用模具加工的零件，具有質(zhì)量好、生產(chǎn)率高、成本低、節(jié)約材料等一系列優(yōu)點。模具技術已成為衡量一個國家機械制造水平的重要標志之一。目前，美國、德國、日本等工業(yè)發(fā)達國家模具工業(yè)產(chǎn)值均已超過其機床總產(chǎn)值；我國臺灣地區(qū)的模具工業(yè)也以每年 35%以上的年增長率迅速發(fā)展；我國大陸地區(qū)模具工業(yè)近幾年更是飛速地發(fā)展，尤其是塑料模具，在模具設計和制造水平上都有了很大進步。隨著塑料模具設計工業(yè)的迅速發(fā)展以及塑料制品在航空、電子、機械 、船舶和汽車等工業(yè)部門的推廣應用，產(chǎn)品對模具的要求越來越高，傳統(tǒng)的塑料模具設計方法已無法適應產(chǎn)品更新?lián)Q代和提高質(zhì)量的要求。注塑模計算機模擬技術正朝著與 CAD/CAE 整體集成化方向發(fā)展，注塑模 CAD 所構造的幾何模型為實現(xiàn)注塑模 CAE 技術提供了基 2 本的幾何拓撲信息和特征信息，注塑模 CAE 的目標是通過對塑料材料性能的研究和注射成型工藝過程的模 擬和分析，為塑料制品的設計、材料的選擇、模具設計、注射成型工藝的制定及注射成型工藝過程的控制提供科學依據(jù)。但隨著塑料制品應用的日益廣泛，人們對其在精度、形狀、功能和成本等方面提出了更高的要求，因而在傳統(tǒng)注塑成型技術的基礎上，又發(fā)展出了一些新的注射成型工藝，如氣體輔助注射、多點進料注射、層狀注射、熔芯注射、低壓注射等，以滿足不同領域的需求。 國外注塑模具制造行 業(yè)的最基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡化。模具企業(yè)在技術上實現(xiàn)了專業(yè)化，在模具企業(yè)生產(chǎn)管理方面，也越來越多地采用以設計為主、按工藝流程安排加工的專業(yè)化生產(chǎn)方式，降低了對模具工人技術全面性的要求，強調(diào)更專業(yè)化。例如我國工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差，雖然部分企業(yè)經(jīng)過近幾年的技術改造，工藝裝備水平已比較先進，但大部分企業(yè)仍比較落后。另外，我國供需矛盾一時難以解決。市場需求旺盛，生產(chǎn)發(fā)展一時還難以跟上，供不應求的局面還將持續(xù)一段時間。當今世界模具工業(yè)的基本格局是以日、美及歐洲各工業(yè)化國家作為世界模具技術發(fā)展的領頭羊，占據(jù)了世界模具市場的半壁江山，他們擁有現(xiàn)代的設計方法和先 進的模具制造設備，特別是近幾年這些國家把 CAD/CAE 系統(tǒng)作為模具工業(yè)發(fā)展的臂翼，其發(fā)展如日中天。要提高我國的模具技術水平，必須在以下方面加大努力： 1)開發(fā)大型、精密、復雜的模具，實現(xiàn)模具國產(chǎn)化； 3 2)發(fā)展 CAD/CAM/CAE 等先進模具設計和制造技術； 3)實現(xiàn)模具標準化、專業(yè)化、商品化生產(chǎn)； 4)加大人才培養(yǎng)的力度，使他們盡快掌握模具設計和制造的先進技術。 塑件原料的材料特性、成型性能與工藝參數(shù) ABS 化學名稱：丙烯腈 —丁二烯 —苯乙烯共聚物丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚 物 是由 丙烯 腈 ，丁 二烯 和苯 乙 烯組 成的 三元 共 聚物 。 ABS 通常為淺黃色或乳白色的粒料非結晶性樹脂。 塑件材料特性 (1)一般性能 塑料 ABS 無毒、無味，外觀呈象牙色半透明，或透明顆?；蚍蹱睢? (2)力學性能 塑料 ABS 有優(yōu)良的力學性能，其沖擊強度非常好，可以在極低的溫度下使用；塑料 ABS 的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉速下的軸承。 (4)環(huán)境性能 塑料 ABS 不受水、無機鹽、堿和多種酸的影響，但可溶于醛類、酮類及氯代烴中，受冰乙酸、植物油等侵蝕會產(chǎn)生應力而開裂。 6 塑件材料注塑工藝 ABS 樹脂是在聚苯乙烯樹脂改性的基礎上發(fā)展起來的三元共聚物。 ABS 樹脂具有三種組份的綜合性能、 A 可以提高耐油性、耐化學腐蝕性，從而具有一定的表面硬度； B 使 ABS呈現(xiàn)橡膠態(tài)的韌性，提高了沖擊韌性； S 使 ABS 塑料呈現(xiàn)出較好的流動性，使之具有熱塑性塑料成型加工的良好性能。我廠生產(chǎn)的各類型號電冰箱的內(nèi)膽及各種塑料制品中， ABS 注塑制品占電冰箱塑料制品總數(shù)的 88%以上。 (1)計算單個塑件的體積。計算塑件的質(zhì)量是為了選擇注射機及確定型腔數(shù)。 iM =Vρ==(g) 塑件形狀較簡單，質(zhì)量較小，生產(chǎn)批量小。同時，考慮到塑件尺寸，模具結構尺寸大小的關系，以及制造費用和各種成本費用的因素。型腔布置采用左右對稱平衡式排列。 澆注系統(tǒng)冷凝料的質(zhì)量 (取塑件總體積的 —1 倍 [1]，這里取 )。 總V =2V+ 澆V =2+= 3cm (32) 根據(jù)注射量，初選螺桿式注射機，選擇 G54S200/400 型號，滿足注射量小于或等于注射劑允許的最大注射量 80%的要求 [2]， G54S200/400 型號注射機主要參數(shù)如下邊 表 31 注塑機技術規(guī)范及特性 型號 G54S200/400 螺桿 (柱塞 )直徑 / mm 55 最大理論注射容量 / g (或 cm3) 200/400 型號 G54S200/400 注射壓力 /MPa 109 鎖模力 / kN 2540 最大注射面積 / cm2 645 最大模具厚度 H/mm 406 最小模具厚度 H1/mm 165 模板最大距離 L0/mm 260 模板行程 L1/mm 666 噴嘴圓弧半徑 R/mm 18 噴嘴孔徑 d/mm 4 噴嘴移動距離 mm 310 推出形式 動模板沒設推板，開模時，模具推桿固定板上的推桿通過動模板與推板相碰，機械推出塑件。設有裝模用墊板可進一步調(diào)節(jié)模具允許高度范圍。為保證塑件表面質(zhì)量，使用點澆口成型，因此模具應為雙分型面注射模 (三板式注射模 )。 1n ≤imaxM MKM 澆? (33) 式中 M——注塑成型塑件單件的質(zhì)量或體積； M 澆 ——澆注系統(tǒng)及飛邊的質(zhì)量或體積； Mmax——注射機的最大注射量； K ——注射機注射量的理論利用系數(shù)，一般取 ； n1——型腔數(shù)。注塑模有一個分型面和多個分型面的模具。分型面的形狀有平面和曲面等。 1)塑件在型腔中放置方位的確定； 2)分型面形狀的確定； 3)分型面位置的選擇。 分型面的確定 塑件分型面的選擇應保證塑件的質(zhì)量要求，如圖 33 所示。同時，側向抽芯容易，而且塑件脫模方便。 A AAA(a) (b) 圖 33 分型面選擇 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)設計是注塑模具設計的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響注射成型的效率和質(zhì)量。 11 (1)必須了解塑料的工藝特性。分析澆注系統(tǒng)在充模、保壓補縮和倒流各階段中型腔內(nèi)塑料的溫度、壓力變化情況，以便設計出適合塑料工藝特性的理想澆注系統(tǒng)，保證塑件的質(zhì)量。澆注系統(tǒng)應順利的引導熔體充滿型腔，料流快而不紊亂，并能把型腔內(nèi)的氣體順利排出。在滿足各型腔充滿的前提下 ,澆 注系統(tǒng)容積盡量小 ,以減少塑料的耗量。為此澆注系統(tǒng)流程應盡量短 ,斷面尺寸盡可能大 ,盡量減少彎析 ,表面粗糙度要低。 (1)主流道尺寸 為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設計成圓錐形，其錐角 ?為 2176。小端直徑 d 比注射機噴嘴直徑大 ~1mm。流道的表面粗糙度值 Ra 為 [4]。其尺寸為噴嘴半徑 0R =18mm，噴嘴直徑 0d =4mm。 取主流道球面半徑； R=20mm。 為便于凝料取出，主流道采用 α=6176。 (2)主流道澆口套 主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如 T8A、 T10A 等材料制造，熱處理淬火硬度為 53～ 57HRC[3]。澆口套與定位圈可以設計成整體形式，用螺釘固定于定模座板上，一般只用于小型注射模；澆口套與定位圈也可以設計成兩個零件的形式，以臺階的方式固定在定模座板上。 定位圈在模具安裝調(diào)試時應插入注射機定模板的定位孔內(nèi)，用于模具與注射機的安裝定位。 R20Φ 6176。同時，也應盡量使模具機構簡單。 點澆口又稱針點澆口，是一種截面尺寸很小的澆口，因此又稱小澆口。同時，由于高速摩擦生熱，熔體溫度升高，黏度下降，這使熔體的流動性提高，有利于型腔的充填。點澆口澆注系統(tǒng)脫模時，澆口與制品自動分開，這便于實現(xiàn)塑料件生產(chǎn)過程的自動化。 13 但是，點澆口也有一些不足之處，如對注射壓力要求高，模具結構復雜，不適合高粘度和對剪切速率不敏感的塑料熔體等。 根據(jù)塑件外觀質(zhì)量的要求以及型腔的安放方式，進料的位置設計在塑件的球頭頂部。 查表 32 可知點澆口尺寸的要求 ， 依次設計點澆口直徑為 ，點澆口長度設計為 1mm，頭部半徑 2mm，錐角 6176。 表 32 點澆口直徑直徑尺寸 分流道設計 分流道是指將從主流道來的塑料沿分型面引入各個型腔的那一段流道，因此它開設在分型面上。其中圓形、六邊形，需在動模和定模兩邊同時開槽組合而成；其余斷面可以單開在定模一邊或動模一邊。按照經(jīng)驗，根據(jù)成型條件不同，梯形小邊長也可在 5～ 10mm 內(nèi)選取。 (2)分流道的長度 根據(jù)型腔在分型面上的排布情況，分流道可分為一次分流道、兩次分流道甚至三次分流道。分流道的長度根據(jù)型腔的多少和型腔的大小而定。 (3)分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度數(shù)值不能太小，一般 Ra 值為 左右，這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻，皮層固定，形成絕熱層。該模具的分流道布置為平衡式布置。點澆口直徑為 ，點澆口長度為 1mm，頭部球 R 為 2mm，錐角 ? 為 6176。主流道為圓錐形，下部直徑為 Φ8mm。塑件側壁有一 Φ10的孔，需呀用側向抽芯機構。 該塑件屬于薄殼類塑件，塑件側壁有 Φ10 的側孔，在開模及脫模過程中不會形成真空負壓的現(xiàn)象，因此不需要設計引氣系統(tǒng)。由于型腔直接與高溫高壓的塑料相接觸，它的質(zhì)量 15 直接關系到制件質(zhì)量，因此要求它有足夠的強度、剛度、硬度、耐磨性，以承受塑料的擠壓力和料流的摩擦力，有足夠的精度和適當?shù)谋砻娲植诙?(一般 Ra在 )，以保證塑料制品表面的光亮美觀、容易脫模 [5]。按結構不同可分為：整體式型腔結構、組合式型腔結構。按組合方式不同，組合式型腔結構可分為整體嵌入式、局部鑲嵌式、側壁鑲嵌式和四壁拼合式等形式。 型芯的設計 成型塑件內(nèi)表面的零件稱為型芯，主要分為主型芯、小型芯等。 主型芯按結構可分為整體式和組合式兩種形式。組合式主型芯結構，是將型芯單獨加工后再嵌入模板中 [5]。 (2)在設計型芯結構時，應注意塑料的飛邊不能影響脫模取件。小型芯單獨制造后，再嵌入模板中。這種結構當配合不緊密時有可能被拔出來，如在型芯的下部鉚接，則可克服上述缺點。對于細而長的型芯，為了便于制造和固定，常將型芯下段加粗或?qū)⑿⌒托咀龅妮^短。 主型芯是一個整體式型芯，由動模板上的孔固定，型芯與推件板采用錐面配合以保證配合緊密，防止塑件產(chǎn)生飛邊。 側型芯其結構如圖 37 所示。斜導柱裝在定模扳上，滑塊裝在推件板上 [5]。合模后采用嵌入式楔緊塊進行鎖緊，開模后采用彈簧拉桿進行定位，這樣簡化了模具結構。如圖 38 所示。但是不能大太多，以免浪費材料和削弱結構強度和剛度。此處選 8mm。斜導柱強度足夠，無需計算 (3) 斜導柱傾斜角 斜導柱傾斜角選擇要綜合考慮抽芯距和斜導柱的直徑，但是一般范圍為12～ 15176。 (4) 斜導柱 直徑 因為側向抽芯面積不大，所以抽芯力不大。但是考慮到滑塊較高，所以選擇直徑為 15mm的斜導柱 [5]。斜導柱的總長度與抽芯距、斜導柱的直徑和傾斜角以及斜導柱固定板的厚度等有關。 4L 的計算： 4L =S/sinα=8/sin15176。 (36) 18 321 LLL ?? 的確定： 321 LLL ?? 主要由模板厚度、側向抽芯形式和斜導柱規(guī)格決定的。 綜合以上計算，斜導柱總長 zL 要 95mm 左右， (斜導柱球頭長度 5L 取 4mm)。 滑塊寬度和長度的選取要考慮導滑孔 [5]。標注Ｂ的位置基本不受力，尺寸選擇小一點，一般選擇 10mm ,如圖 310 所示。 A 和 B 都選 10mm左右，并進行規(guī)整。 滑塊壓緊角要比斜導柱傾斜角大，這樣才不會卡死滑塊。 滑塊導軌高度一般選擇 3mm、 5mm、 7mm、 8mm。雖然滑塊不大，但是相對滑塊本身來說高度較高，故導軌厚度選擇 7mm。 (1)斜導柱的結構設計 斜導柱工作端的端部可以設計成錐臺形或半球形 [3]。 19 A Φ A B B 圖 310 滑塊寬度與長度的選擇 在特殊情況下，為了使滑塊的運動滯后于開模動作，便于分型面先打開一定的縫隙，讓塑件與凸模之間先松動之后再驅(qū)動滑塊做側抽芯，即抽芯動作滯后于開模動作，這時斜導柱與滑塊上斜導孔之間的間隙可放大至 2~3mm。 4010 .715 04010 0