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南京理工大學泰州科技學院
畢業(yè)設(shè)計(論文)外文資料翻譯
系 部： 機械工程系
專 業(yè)： 機械工程及自動化
姓 名： 干瑞彬
學 號： 05010116
外文出處：Journal of Materials Processing
Technology 171 (2006) 259—267
附 件： 1.外文資料翻譯譯文；2.外文原文。
指導教師評語：
譯文語句通順，專業(yè)詞匯較準確，基本符合規(guī)范和畢業(yè)設(shè)計相關(guān)要求。
簽名：
年 月 日
附件1：外文資料翻譯譯文
注塑模具的設(shè)計及其熱分析
S.H. Tang ?, Y.M. Kong, S.M. Sapuan, R. Samin, S. Sulaiman
摘要：本文介紹注塑模具設(shè)計生產(chǎn)翹曲測試樣本以及為了獲得殘余熱應(yīng)力的影響在模具中執(zhí)行熱分析。這項技術(shù)、理論、方法在注射模具設(shè)計中必須被考慮運用。在商業(yè)計算機上使用13.0版本的計算機輔助設(shè)計軟件UG進行模具的設(shè)計。使用商用有限元分析軟件LUSAS分析家分析發(fā)現(xiàn)并揭示由于試樣的冷卻不均勻使塑件存在殘余熱應(yīng)力的分析報告。該軟件提供模型的溫度等高線分布圖并通過注塑周期時間響應(yīng)曲線繪制溫度變化曲線。結(jié)果表明與其它區(qū)域相比收縮更可能會發(fā)生在冷卻渠道附近。模具這種不平衡的冷卻效果有助于不同區(qū)域翹曲的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞：注塑模具 設(shè)計 熱分析
1． 引言
塑料工業(yè)被列為一個數(shù)十億美元的產(chǎn)業(yè)，是世界上增長最快的行業(yè)之一。在日常生活中幾乎所有的用品都離不開塑料，而大多數(shù)這些塑料都可以用注塑的方法生[ 1 ]。 眾所周知注塑成型加工是以較低的成本生產(chǎn)各種形狀復(fù)雜的幾何體產(chǎn)品 [ 2 ]。
注塑成型加工是一個循環(huán)過程。在注塑過程中有四個重要的階段。這四個階段是加料階段、保壓階段、冷卻階段和頂出頂出。塑料注塑成型加工首先是往注射機料斗中添加樹脂和適當?shù)奶砑觿⒓訜崴芰献⑸錂C的料斗到噴嘴部分[ 3 ]。在注射溫度下模具型腔充滿熱聚合物熔體，在模具型腔填滿后的保壓階段，更高壓力下更多的聚合物熔體裝入型腔，以補償前期聚合物凝固引起的收縮。接下來是模具的冷卻階段，塑件在排出前被冷卻到足夠的強度。最后一步是頂出階段，模具開模同時頂出塑件， 然后模具再次合上并開始下一個周期。
事實證明設(shè)計和制造理想性能的高分子注塑成型零件是一個昂貴的工程，包括反復(fù)修改加工，在模具設(shè)計任務(wù)中，設(shè)計模具明確附加幾何結(jié)構(gòu)，核心方面通常包括相當復(fù)雜的凸凹面[5]。
為了設(shè)計模具必須考慮許多重要的設(shè)計因素。這些因素分別是模具的尺寸、型腔數(shù)、型腔的布局、澆注系統(tǒng)、澆口系統(tǒng)、收縮和頂出機構(gòu)[ 6 ]。
在模具的熱分析中，其主要目的是分析影響殘余熱應(yīng)力或壓力對產(chǎn)品尺寸的影響。熱誘導應(yīng)力主要發(fā)生在注塑成型的冷卻階段，主要是因為其熱傳導性低以及熔融樹脂與模具之間的溫差。在冷卻期間產(chǎn)品的冷卻腔周圍溫度存在不均衡 [ 7 ]。
在冷卻時，冷卻管道附近的冷卻效果比遠離冷卻管道區(qū)域的冷卻效果好。不同的溫度導致不同的收縮，不同的收縮導致熱應(yīng)力而顯著的熱應(yīng)力可能會導致翹曲問題。因此，在冷卻階段對注射工件進行殘余熱應(yīng)力模擬分析是非常重要的[ 8 ] 。通過了解熱應(yīng)力的分布特點，可以預(yù)測殘余熱應(yīng)力引起的變形。
本文介紹了注塑模具設(shè)計生產(chǎn)翹曲試樣以及為了獲得殘余熱應(yīng)力影響而在模具中執(zhí)行熱分析。
2. 方法
2.1 設(shè)計翹曲測試樣本
本節(jié)說明了用于注塑模具的翹曲測試樣品的設(shè)計。很顯然翹曲的主要問題存在于產(chǎn)品的薄殼特征。因此，產(chǎn)品開發(fā)的主要目的是設(shè)計一個塑件，以確定注塑工件薄殼翹曲問題的有效因素。
翹曲測試樣本是薄殼塑料。樣本的總體尺寸長120mm，寬50mm,厚1mm. 用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）作為材料，在注射溫度為210℃，壓力為60MPa,持續(xù)3s時間生產(chǎn)翹曲測試樣本。圖1顯示了翹曲測試樣本的制作
圖1 翹曲測試樣本制作
2.2 翹曲測試樣本注塑模具的設(shè)計
本節(jié)介紹了設(shè)計生產(chǎn)翹曲測試標本時，在模具的設(shè)計方面和其他方面的考慮因素。用于生產(chǎn)翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。在模具設(shè)計時考慮了四個構(gòu)思，其中包括：
i. 三板式模具（構(gòu)思1 ）有一個型腔兩個分型面。由于成本高，所以不適用。
ii. 兩板式模具（構(gòu)思2 ）有一個型腔一個分型面但無澆注系統(tǒng)。由于單位時間內(nèi)注射生產(chǎn)量低，不適用。
iii. 雙板模具（構(gòu)思3 ）有一個分型面和兩個型腔，帶澆注和頂出系統(tǒng)。由于塑件的是薄殼的，頂桿可能破壞工件，所以不適用。
iv. 雙板模具（構(gòu)思4 ）有一個分型面和兩個型腔帶澆注系統(tǒng)，只用拉料桿為頂出機構(gòu)，避免頂出時破壞塑件。
翹曲測試樣本模具設(shè)計的第四個構(gòu)思被應(yīng)用。在模具設(shè)計中，還有許多因素需要考慮。
首先，根據(jù)注塑機使用的壓板尺寸設(shè)計模具。注塑機行程是有限的，通過兩個拉桿間的距離確定注射機的最大行程。注射機兩個拉桿間的距離為254mm，因此，最大模板寬度不應(yīng)超過254mm這個距離。此外在模具和兩連桿中留出4mm的間隙便于模具的拆裝。這最終使模具最大寬度250mm。250X250的標準模架最終被使用。其他有關(guān)模板的尺寸則列于表1
成分
規(guī)格（ mm ）寬×高度×厚度
頂端夾緊板
定模座板
動模座板
支承板
推桿固定板
推板
夾緊板底
250 × 250 × 25
200 × 250 × 40
200 × 250 × 40
37 × 250 × 70
120 × 250 × 15
120 × 250 × 20
250 × 250 × 25
模具已設(shè)計了夾緊壓力，鎖模力應(yīng)高于內(nèi)部腔力（反作用力）以避免飛邊的發(fā)生。
以提供的標準模架尺寸為根據(jù)，凹模的寬度和高度的分別是200和250毫米，使得模板上的這些尺寸有足夠的空間設(shè)計兩個水平的型腔，而凸模只需留有固定澆口套的空間以便注入溶融塑料。因此，在產(chǎn)品的表面只設(shè)計了一個分型面。在開模的時候，塑件和流道在分型面上被分開。
模具設(shè)計了直接澆口或側(cè)澆口。澆口位于流道和塑件之間。為了便于注入塑料澆口底部設(shè)計了一個20°的錐角斜度和0.5mm的壁厚。為了熔融塑料的流入，還設(shè)計了4mm寬，0.5mm厚的澆口。
在模具設(shè)計時，選定了拋物面類型的流道。在這種情況下，它的優(yōu)點是僅需簡單的加工模具凸模部分。然與圓形截面類型相比，這種類型的流道有不利之處，如更多的熱量損耗和廢料。這可能會導致熔融塑料更容易固化。所以在設(shè)計時應(yīng)縮短流道長度并增大流道直徑至少有6mm。
材料或熔融塑料在同一溫度同一壓力下同時被送到個模腔對于流道設(shè)計來說是很重要的一點?；谶@點，模腔的布局一般都是對稱的。
另一個設(shè)計方面是考慮到了氣孔設(shè)計。凹模和凸模配合面之間有非常好的修整，以防止飛邊的發(fā)生。然而當模具閉合時，可能會導致空氣閉于型腔內(nèi)，導致塑件注射不足或不完整。設(shè)計足夠多的通風孔以確保型腔內(nèi)的空氣可以被釋放，避免不完整的塑件發(fā)生。
為了讓冷卻更均勻，冷卻系統(tǒng)沿著模具型腔水平設(shè)置。在紊流的情況下，冷卻渠道提供了足夠的冷卻水冷卻模具。圖2顯示了在凸模上氣孔和冷卻管道的布局。
圖2 凸模上氣孔和冷卻管道的布局
在此模具設(shè)計中，頂出系統(tǒng)只由推桿固定板、拉料桿，澆口套組成。拉料桿設(shè)置與凸模的中心位置，在模具打開時不僅承擔拉著塑件到適當?shù)奈恢?，而且在頂出階段，作為推桿從模具中推出塑件。因為生產(chǎn)的產(chǎn)品僅有1毫米非常薄的，所以沒有額外推桿被使用或設(shè)置。在頂出階段額外的推桿可能會造成塑件產(chǎn)生孔或破壞塑件。
最后，為補償材料的收縮足夠的尺寸偏差被考慮。 圖3顯示三維實體造型，以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
圖3 三維實體造型以及利用UG開發(fā)的模具的線框模型
3．結(jié)果和討論
3.1塑件的制作生產(chǎn)及調(diào)整
從模具設(shè)計和制作的角度看，在試運行階段制作的翹曲測試樣本存在缺陷。該缺陷是注射不足，飛邊和翹曲。飛邊后來通過在型腔角上銑削額外的氣孔讓空氣排除的方法解決。同時，通過減小注塑機壓力減少了飛邊的產(chǎn)生。通過控制注射時間、注射溫度、熔融溫度等不同參數(shù)，控制翹曲變形。
經(jīng)過這些修改，模具在低成本的情況下生產(chǎn)出了高質(zhì)量的翹曲測試樣本，這些試樣還需要修整。圖4顯示修整后的模具，這是加工額外的排氣孔可以消去注射不足。
圖4 加工額外的排氣孔可以消去注射不足
3.2.模具和產(chǎn)品詳細分析
在塑料注射成型過程中，熔融ABS在210 ? C溫度下通過凹模上的澆口襯套直接注射到模具型腔，經(jīng)過冷卻，塑件就成型了。塑件的生產(chǎn)周期需要花35秒，包括20秒冷卻時間。
用于生產(chǎn)翹曲測試樣本材料的是ABS在注射溫度、時間、壓力分別為210℃，3秒和60MPa。用于生產(chǎn)翹曲測試樣本注塑模具的材料是AISI1050碳鋼。
運用有限元軟件分析材料性能在決定溫度上非常重要。表2列出了ABS以及AISI 1050碳鋼的性能。
模具分析主要是凹模和凸模，因為他們是形成塑件的地方。因此，使用13.5版本的商用有限元分析軟件LUSAS分析家研究不同時段溫度的分布。使用二維熱分析研究殘余熱應(yīng)力在不同區(qū)域?qū)δ＞叩挠绊憽?
由于對稱性，只要通過凸模的垂直斷面或在注射階段當凸凹模合在一起時的側(cè)面圖建立模型執(zhí)行熱分析。圖5所示的是模板的熱分析模型。
圖5 模具熱分析
建立模型包括分配各部分的性能以及模型的循環(huán)周期。這樣可以用有限元分析軟件用造型模擬模具模型進行分析，還可以繪制時間響應(yīng)曲線顯示再某段時間內(nèi)特定區(qū)域的溫差變化。
對試樣分析，使用13.5版本的LUSAS分析家進行雙向拉伸應(yīng)力分析。一般只需在試樣的一端施加拉力另一端則固定住，然后慢慢增加拉力一直到達塑性極限。圖6所示的是分析的負載模型。
圖6 負載模型分析的產(chǎn)品。
3.3. 模具及試樣分析的結(jié)果及討論
模具分析過程對不同時間段的熱量分布作了觀測。圖7所示是在一個完整的注塑周期中不同時間段的二維等高線熱量分布圖。
圖7 不同時段溫度分布圖
對模具進行二維分析后，可繪制出時間響應(yīng)曲線以分析殘余熱應(yīng)力對制件的影響。圖8所示是繪制時間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點。
圖8 繪制時間響應(yīng)曲線所選的節(jié)點
圖9到圖17顯示了在圖8中被標注的不同節(jié)點的溫度分布曲線
圖9節(jié)點284溫度分布
圖10 節(jié)點213溫度分
圖11 節(jié)點302溫度分布
圖12 節(jié)點290溫度分布
圖13 節(jié)點278溫度分布
圖14 節(jié)點1838溫度分布
圖15 節(jié)點1904溫度分布
圖16 節(jié)點1853溫度分布
圖17 節(jié)點1866溫度分布
從圖9—17中很顯然被選擇用來繪制曲線的每一個節(jié)點的溫度都是遞增的,也從室溫到高于室溫，然后再次溫度下保持一段時間。這些溫度上升是由于塑料溶液注入到了塑件的型腔內(nèi)造成的。
經(jīng)過一段時間后，溫度進一步上升直至達到最高溫度，然后保持在最高溫度下。由于保壓階段涉及高壓導致溫度上升。溫度保持不變直到冷卻階段開始，從而導致模具溫度減小到一個低值，然后保持該低值。繪制的曲線是不平滑的，因為注入熔融塑料的速率和冷卻速率是相應(yīng)的。繪制的曲線圖僅僅顯示了在周期內(nèi)溫度能達到的最大值。
冷卻階段是決定殘余熱應(yīng)力的最關(guān)鍵階段。這是因為冷卻階段，材料冷卻從上面到下面玻璃化轉(zhuǎn)變溫度。物質(zhì)的不均勻收縮可能產(chǎn)生熱應(yīng)力從而引起翹曲。
如圖9-17中所示冷卻階段后的溫度，很明顯在冷卻管道附近的塑件由于溫度減小的更多，塑件獲得了更好的冷卻而遠離冷卻管道區(qū)域的塑件冷卻效果差。冷卻效果好、冷卻速度快意味著在該區(qū)域發(fā)生更多的收縮。最遠的區(qū)域節(jié)點284，雖然遠離冷卻管道，但由于向空氣中散熱冷卻更快。
因此，冷卻通道設(shè)在產(chǎn)品型腔的中心，造成冷卻管道附近和其他區(qū)域間產(chǎn)生溫差。由于發(fā)生收縮使得在塑件的中心區(qū)域產(chǎn)生壓應(yīng)力以及由于發(fā)生不均衡的收縮導致翹曲。然而，在冷卻后不同節(jié)點的溫差很小，翹曲變形也不是很明顯。對設(shè)計師來說設(shè)計一副殘余熱應(yīng)力效果小和高效的冷卻系統(tǒng)是非常重要的。
對于產(chǎn)品分析,從被實行開始到分析塑料產(chǎn)品,在產(chǎn)品上不同載荷因素的狀態(tài)下的應(yīng)力分配情況可以通過觀察生成的二維曲進行線分析。圖18—21顯示了不同荷載增量下的等效應(yīng)力圖。
圖18 荷載增量1下的等效應(yīng)力圖
圖19 荷載增量14下的等效應(yīng)力圖
圖20 荷載增量16下的等效應(yīng)力圖
圖21 荷載增量23下的等效應(yīng)力圖
在關(guān)鍵的127節(jié)點，選定產(chǎn)品的最大拉應(yīng)力進行分析。應(yīng)力應(yīng)變曲線和應(yīng)力負載增量曲線。如圖22和23
圖22 應(yīng)力應(yīng)變曲線
圖23 應(yīng)力與負載增量曲線
參考負載應(yīng)力曲線如圖23,它很清楚表明產(chǎn)品在增加拉力載荷，直到它達到了23的負載因數(shù),這意謂產(chǎn)品能抵抗的1150 N的拉力。由圖23可知,對產(chǎn)品的固定端以施加最大應(yīng)力3.27 ×107 Pa時損壞可能發(fā)生在其附近區(qū)域。
該產(chǎn)品應(yīng)力分析資料十分有限，因為生產(chǎn)產(chǎn)品的目的是為了翹曲測試，所以沒必要進行拉伸負載分析。但是在未來，應(yīng)當確定產(chǎn)品情況，以便在其他各種負載情況下執(zhí)行進一步的分析。
4．結(jié)論
經(jīng)過翹曲測試試樣的分析確定影響翹曲的參數(shù)來設(shè)計的模具已經(jīng)使產(chǎn)品質(zhì)量達到最高。生產(chǎn)測試試樣所需的成本很低而且只需經(jīng)過很少的表面處理。
通過注塑模的熱分析得出殘余熱應(yīng)力對試樣的影響，對加載拉應(yīng)力的分析也可以預(yù)測到翹曲測試試樣所能承受的最大拉力。
鳴謝
作者要感謝馬來西亞博特拉大學工學部發(fā)行出版了本文。
參考文獻
附件2：外文原文（復(fù)印件）
邵陽學院畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
專業(yè)班級
學生姓名
學 號
課題名稱
酒瓶內(nèi)蓋塑料模具設(shè)計
設(shè)計(論文)
起止時間
課題類型
工程設(shè)計、應(yīng)用研究、開發(fā)研究、
軟件工程、理論研究、其他
課題性質(zhì)
真實
一、 課題研究的目的與主要內(nèi)容
研究目的： 綜合模具專業(yè)所學課程的理論和實踐知識，進行一次實際工件的工藝性分析,模具結(jié)構(gòu)及零件設(shè)計和模具工藝設(shè)計，培養(yǎng)和提高學生獨立解決模具設(shè)計和制造實際問題的能力。
主要內(nèi)容：
1、對實際工件進行工藝性能和生產(chǎn)的經(jīng)濟性分析。
2、進行模具結(jié)構(gòu)的分析和優(yōu)化,設(shè)計模具結(jié)構(gòu)。
3、對成形零件的選材、結(jié)構(gòu)和參數(shù)進行分析并優(yōu)化,設(shè)計整副模具的非標準零件。
4、對成形零件的制造工藝進分析,編制成形零件的工藝卡。
5、對模具的裝配工藝進行分析,編制模具的裝配工藝文件。
二、 基本要求
1、必須獨立完成畢業(yè)設(shè)計工作。
2、按制圖標準設(shè)計一套模具的裝配圖和有關(guān)的關(guān)鍵零件的零件圖，圖紙比例1∶1，圖紙工作折算成A4規(guī)格。
3、制訂模具的裝配工藝和關(guān)鍵零件的工藝，并編制出重要零件的工藝卡。
4、按學院畢業(yè)設(shè)計的書寫格式要求，撰寫設(shè)計說明書，用A4圖紙單面打印，裝訂成冊。
注：1、此表由指導教師填寫，經(jīng)各系、教研室主任審批生效；
2、此表1式3份，學生、指導教師、教研室各1份。
三、課題研究已具備的條件（包括實驗室、主要儀器設(shè)備、參考資料）
通過三年的學習時間，本人已經(jīng)積累了一定的相關(guān)經(jīng)驗，與此同時還在各種不同的課外書上學了多種經(jīng)驗和技巧。本人多次參加實習，包括金工實習，生產(chǎn)實習等，已有一定的實踐基礎(chǔ)。
具備的條件有：1.《塑料模具設(shè)計》 朱光力主編 清華大學出版社2.《模具制造工藝與設(shè)備》孫鳳勤主 華北航天工業(yè)學院出版社3.數(shù)控加工中心4.電火花和線切割5.《數(shù)控機床操作與編程培順教程》 劉雄偉主編 機械工業(yè)出版社
四、設(shè)計（論文）進度表
2月20日～2月24日：選定課題題目，交給指導老師，通過老師綜合分析和思考后，最后確定設(shè)計題目。
2月25日～2月28日：通過指導老師的指導，填好設(shè)計的開題報告，確定設(shè)計的主要內(nèi)容，。
3月1日～5月15日：在現(xiàn)有的基礎(chǔ)和條件下進行課題設(shè)計的寫作，獨立完成初稿。
5月16日～5月18日：交畢業(yè)設(shè)計初稿。
5月19日～5月22日：等待老師的返回稿，并不斷修改，以求滿足總要求，并于22日交修改稿。
5月22日～5月28日：通過指導老師的審定，交畢業(yè)設(shè)計定稿。
5月29日～6月3日：充分準備，進行畢業(yè)答辯。
五、教研室審批意見
教研室主任（簽名） 年 月 日
六、院（系）審批意見
院（系）負責人（簽名） 單位（公章） 年 月 日
指導教師（簽名） 學生（簽名）
內(nèi) 容 提 要
本模具為一個紅酒酒瓶內(nèi)蓋的注塑模具。設(shè)計分為整體裝配圖設(shè)計和所用各零件的設(shè)計。本設(shè)計從實際生產(chǎn)條件出發(fā)，結(jié)合相關(guān)理論給出了生產(chǎn)此類塑料制件的模具設(shè)計解決方案，涉及塑料的工藝性能、模具設(shè)計、以及機械設(shè)計等相關(guān)知識。
關(guān)鍵詞：
Abstract
This is the injection plastic mould ,which is the cover of one kind of wines. It inclouds installing drawing and parts of the total drawing ,under the circum stance of real produce mert and associated with referring theory knowledges such as the properties of plastic mould design, manchining manufacture, design of machinery,the designives one general kind of solution about manufacturing of plastic products by mould.
【Keywords】 Injection plastic mould Mould design
邵 陽 學 院
畢業(yè)設(shè)計(論文)
課 題 名 稱 酒瓶內(nèi)蓋塑料模具設(shè)計
學 生 姓 名 喻 俊 杰
學 號 0330719110
院(系)、專業(yè) 機械與能源工程學院 模具設(shè)計與制造專業(yè)
指 導 教 師 羅 玉 梅
職 稱 工 程 師
2006年 5月 13日
·11·
邵 陽 學 院
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告書
課 題 名 稱 酒瓶內(nèi)蓋塑料模具設(shè)計
學 生 姓 名 張 超
學 號 0440816146
院（系）、專業(yè) 機械與能源工程學院 04級模具設(shè)計與制造專業(yè)
指 導 老 師 彭 北 山
2008年 4月28日
一、 課題的來源、目的意義（包括應(yīng)用前景）、國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平
1、課題來源:
課題來源于我們?nèi)粘Ｉ钪械钠胀t酒酒瓶內(nèi)的一個內(nèi)蓋。經(jīng)過不斷的摸索和探討，我對紅酒酒瓶的內(nèi)蓋進行一個大概的設(shè)計。
2、目的意義:
目的是通過自己的設(shè)計能夠了解模具設(shè)計的總過程。通過此次的設(shè)計，能對塑料模具的設(shè)計、制造方面有更深的理解，能夠基本掌握模具設(shè)計的要點。在設(shè)計中充分運用各種設(shè)計輔助軟件，更加熟練的使用各種軟件計算數(shù)據(jù)，繪制設(shè)計所需要的各種設(shè)計圖。為以后的工作積累了更多的設(shè)計經(jīng)驗，也算對大學所學的知識的一個總結(jié)，并且知道塑料模具制品在我們?nèi)粘Ｉ钪械膹V泛性和重要性。
3、國內(nèi)外現(xiàn)狀及水平:
隨著機械工業(yè)（尤其是汽車、摩托車工業(yè)）、電子工業(yè)、（尤其是家電工業(yè)）、航空工業(yè)、儀器儀表工業(yè)和日常用品工業(yè)的發(fā)展，塑料成型制件的需求量越來越多，質(zhì)量要求也越來越高，這就要求成型塑件的模具的開發(fā)、設(shè)計與制造的水平也必須越來越高。因此，模具設(shè)計水平的高低、模具制造能力的強弱以及模具質(zhì)量的優(yōu)劣，都直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著各種產(chǎn)品的質(zhì)量、經(jīng)濟效益的增長以及整體工業(yè)水平的提高。
目前中國的主要塑料機械制造企業(yè)近400家，大、中企業(yè)200家左右，上規(guī)模的骨干企業(yè)有10家。新興塑料機械企業(yè)掌握高新技術(shù)，具有科技創(chuàng)新、制度創(chuàng)新、管理創(chuàng)新等一系列特點，已引起國內(nèi)外同行的注目。
塑料模具行業(yè)的更新?lián)Q代，技術(shù)創(chuàng)新也出現(xiàn)了前所未有的喜人變化。廣東汕頭地區(qū)大部分企業(yè)已全套引進德國、法國、意大利及我國臺灣省的最新計算機自動化模具加工技術(shù)，大大提高了模具技術(shù)性能、質(zhì)量檔次。
中國塑料機械雖然發(fā)展很快、生產(chǎn)品種也較多，基本上能供給國內(nèi)塑料原料加工與塑料制品加工、成型所需的一般技術(shù)裝備，個別產(chǎn)品也進入世界前列，但與工業(yè)發(fā)達國家如德國、日本、意大利相比，中國塑料機械還有一定差距，主要表現(xiàn)在品種少、能耗高、控制水平低、 性能不穩(wěn)定等方面。
目前中國塑料機械產(chǎn)品主要集中在通用的中小型設(shè)備上，技術(shù)含量低，20世紀80-90年代的低檔產(chǎn)品供大于求，機械制造能力過剩，企業(yè)效益下降。有的品種特別是超精大型高檔產(chǎn)品還是空白，仍需進口。據(jù)2001年統(tǒng)計，中國進口塑料機械使用外匯11.2億美元，而出口塑料機械創(chuàng)匯只有1.3億美元，進口遠大于出口。
在儀器儀表、家用電器、交通、通訊等各行各業(yè)中，有70%以上的產(chǎn)品是用模具來加工成型的。工業(yè)發(fā)達國家，其模具工業(yè)年產(chǎn)值早已超過機床行業(yè)的年產(chǎn)值。在日本、韓國等國家，其生產(chǎn)塑料模與生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)數(shù)量差不多相等；而在新加坡等國家，其生產(chǎn)塑料模的企業(yè)數(shù)量已大大超過生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)。我國的香港與深圳等地區(qū)，其模具工業(yè)主要是從事塑料模具的制造與塑料制件的生產(chǎn)。在江蘇省、浙江省、上海市及其以南地區(qū)，尤其在浙江省，從事塑料模制造與塑料制件開發(fā)的個體企業(yè)也日益增多。綜上所述，塑料成型工業(yè)在基礎(chǔ)工業(yè)中的地位和對國民經(jīng)濟的影響顯得日益重要。
二、 課題研究的主要內(nèi)容、研究方法或工程技術(shù)方案和準備采取的措施
（1）試驗研究的主要內(nèi)容：
1、 分析零件的工藝性,制定零件的工藝方案；
2、 確定模具的毛坯形狀、尺寸和注塑方式；
3、 確定模具內(nèi)型和結(jié)構(gòu)形式；
4、 進行必要的工藝計算；
5、 繪制模具總裝圖和非標準零件圖；
6、 撰寫設(shè)計說明書。
（3）研究方法：本項目的研究主要采用行動研究、評價研究、理論研究的方法，其中主要方法是理論研究。
（2）準備措施：
1、 找好設(shè)計的課題，并且分析課題的工藝性，通過查找有關(guān)資料計算出工藝尺寸；
2、 擬訂說明書和裝配總圖，繪出二維的裝配總圖，打印出說明書。
三、現(xiàn)有基礎(chǔ)和具備的條件
通過大學的學習，對模具的設(shè)計步驟和大概方法也得到了一定的掌握，對于本課題所設(shè)計的內(nèi)容和相關(guān)的問題也基本能解決。與此同時還在各種不同的課外書上學了多種經(jīng)驗和技巧。
本人多次參加實習和培訓，包括金工實習，生產(chǎn)實習，數(shù)控加工中心培訓，線切割培訓，CAD培訓等，已有一定的實踐基礎(chǔ)。
具備的條件有：
1.《塑料模具設(shè)計》 朱光力主編 清華大學出版社
2.《模具制造工藝與設(shè)備》孫鳳勤主編 華北航天工業(yè)學院出版社
3. 數(shù)控加工中心
4. 電火花和線切割
5.《數(shù)控機床操作與編程培順教程》 劉雄偉主編 機械工業(yè)出版社
四、總的工作任務(wù)進度安排以及預(yù)期結(jié)果
1.總的工作任務(wù)
通過自己所學的理論知識和專業(yè)知識結(jié)合圖書館的資料及手頭資料經(jīng)過老師的指導和同學之間的討論研究，在設(shè)計期間設(shè)計出自己所預(yù)期的課題。
2.進度安排：
4月20日～4月24日：選定課題題目，交給指導老師，通過老師綜合分析和思考后，最后確定設(shè)計題目。
4月25日～4月28日：通過指導老師的指導，填好設(shè)計的開題報告
確定設(shè)計的主要內(nèi)容，并發(fā)電郵交于指導老師處。
5月1日～5月15日：在現(xiàn)有的基礎(chǔ)和條件下進行課題設(shè)計的寫作，獨立完成初稿。
5月16日～5月19日：交畢業(yè)設(shè)計初稿。
5月20日～5月25日：等待老師的返回稿，并不斷修改，以求滿足總要求，并于22日交修改稿。
5月25日～5月30日：通過指導老師的審定，交畢業(yè)設(shè)計定稿。
5月31日～6月2日：充分準備，進行畢業(yè)答辯。
預(yù)期的結(jié)果：
在規(guī)定的時期內(nèi)完成任務(wù)，并在5月30日順利交畢業(yè)設(shè)計定稿，并努力爭取老師的好評,希望在答辯中能有出色的表現(xiàn)。
五、指導教師審查意見
指導教師（簽名）
年 月 日
六、教研室審查意見
教研室主任（簽名）
年 月 日
七、院（系）審查意見
院（系）主任（簽名）
年 月 日
備 注
8
目 錄
前 言 ………………………………………………………………………(1) 1 塑件的工藝性分析 ……………………………………………………(3) 1.1 產(chǎn)品技術(shù)要求 ………………………………………………………(3) 1.2 塑件工藝分析 ………………………………………………………(3) 1.3 材料收縮率 ………………………………………………………(4) 2 注塑模的設(shè)計要點 ……………………………………………………(5) 3 注塑模的設(shè)計 …………………………………………………………(6) 3.1 注塑模與注塑機的關(guān)系 …………………………………………(6) 3.2 分型面的設(shè)計 ………………………………………………………(8) 3.3 澆注系統(tǒng)與排溢系統(tǒng)的設(shè)計 ……………………………………(9) 3.4 成型零件的設(shè)計 …………………………………………………(13) 3.5 合模導向機構(gòu)的設(shè)計 ……………………………………………(16) 3.6 推出機構(gòu)的設(shè)計 …………………………………………………(18) 3.7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計 ……………………………………………(20) 3.8 模架的設(shè)計 …………………………………………………………(22) 4 模具裝配的工藝過程設(shè)計 …………………………………………(23) 4.1 模具總的裝配程序 ……………………………………………(23) 4.2 模具裝配的要點 …………………………………………………(23) 5 模具的安裝、調(diào)試及維護 ……………………………………………(26)設(shè) 計 總 結(jié) ………………………………………………………………(27)參 考 文 獻 ………………………………………………………………(28)致 謝 …………………………………………………………………(29)
邵陽學院畢業(yè)設(shè)計
前 言
大學三年時光轉(zhuǎn)瞬即逝。在驚嘆時光飛逝的同時，我們也面臨著畢業(yè)設(shè)計的來臨。畢業(yè)設(shè)計作為?？迫甑膶W業(yè)安排，是對大學三年所學知識的一場大檢測，是對大學三年專業(yè)知識的一次全面總結(jié)，也是在參加工作前對理論知識的進一步加強和鞏固，并進行的一次全面實踐 ，對模具設(shè)計的全過程的學習。
模具是工業(yè)生產(chǎn)中極為廣泛的主要工藝裝備，采用模具生產(chǎn)零部件，具有高效、節(jié)材、成本低、保證質(zhì)量等一系列優(yōu)點，是當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。許多現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和科技水平的提高，在很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平。因此，模具工業(yè)以成為國民經(jīng)濟的基礎(chǔ)之一。隨著中國當前的經(jīng)濟形勢的日趨好轉(zhuǎn)，在“實現(xiàn)中華民族的偉大復(fù)興”口號的倡引下，中國的制造業(yè)也日趨蓬勃發(fā)展；而模具技術(shù)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平的重要標志之一，模具工業(yè)能促進工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)的發(fā)展和質(zhì)量提高，并能獲得極大的經(jīng)濟效益，因而引起了各國的高度重視和贊賞。在日本，模具被譽為“進入富裕的原動力”，德國則冠之為“金屬加工業(yè)的帝王”，在羅馬尼亞則更為直接：“模具就是黃金”。可見模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中重要地位。我國對模具工業(yè)的發(fā)展也十分重視，早在1989年3月頒布的《關(guān)于當前國家產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，就把模具技術(shù)的發(fā)展作為機械行業(yè)的首要任務(wù)。
塑料以成為在鋼鐵、木材、水泥之后的第四代工業(yè)基礎(chǔ)材料，越來越廣泛地在各行各業(yè)應(yīng)用。其中注塑成型在塑料的各種成型工藝中所占的比例也越來越大。隨著社會的經(jīng)濟技術(shù)不斷發(fā)展，對注塑成型的制品質(zhì)量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接于模具設(shè)計和制造有關(guān)系，對注塑制品的要求就是對模具的要求。有人說，模具是現(xiàn)代工業(yè)之母。新的世紀已經(jīng)到來了，世界各國對模具生產(chǎn)技術(shù)非常重視，出現(xiàn)許多新工藝、新技術(shù)。從而促進模具制造技術(shù)的不斷提高和發(fā)展。一個國家模具生產(chǎn)能力的強弱、水平的高低，直接影響著許多工業(yè)部門的新產(chǎn)品更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。
塑料制品生產(chǎn)中先進合理的成型工藝、高效的設(shè)備、先進的模具是必不可少的重要因素。塑料模具對實現(xiàn)塑料成型工藝要求和塑件使用要求起著十分重要的作用。任何塑件的生產(chǎn)和更新?lián)Q代都是以模具更新為提前的，由于目前工業(yè)和民用塑件的產(chǎn)量猛增，質(zhì)量要求越來越高，因而導致了塑料模具研究、設(shè)計和制造技術(shù)的迅猛發(fā)展。近年來，塑料模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分迅速，高效率、自動化、大型、長壽命、精密模具在模具產(chǎn)量中所戰(zhàn)比例越來越大。注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型。
本次畢業(yè)設(shè)計的主要任務(wù)是紅酒酒瓶內(nèi)蓋注塑模具的設(shè)計。也就是設(shè)計一個注塑模具來生產(chǎn)酒瓶內(nèi)蓋產(chǎn)品，以實現(xiàn)自動化提高產(chǎn)量。針對酒瓶內(nèi)蓋的具體結(jié)構(gòu)，通過此次設(shè)計，使我對注塑模具設(shè)計有了較深的認識。同時，在設(shè)計過程中，通過查閱大量資料、手冊、標準，結(jié)合教材上的知識也對注塑模具的組成結(jié)構(gòu)（成型零部件、澆注系統(tǒng)、導向部分、推出機構(gòu)、排氣系統(tǒng)、模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)）有了系統(tǒng)的認識，拓寬了視野，豐富了知識，為將來獨立完成模具設(shè)計積累了一定的經(jīng)驗。
此次設(shè)計是在導師的帶領(lǐng)下通過同學的熱情幫助進行的首次畢業(yè)設(shè)計。在此，衷心感謝羅玉梅老師的悉心指導和身邊同學的熱心幫助！對于此次畢業(yè)設(shè)計，肯定難免存在很多的錯誤和漏洞，還敬請各位老師和同學給予耐心指正。謹表示感謝！
1 塑件的工藝性分析
1.1 產(chǎn)品技術(shù)要求
(1) 使用性能
此為酒瓶內(nèi)蓋，對于表面粗糙度的要求不高，但也不能有粗糙感。
(2) 外觀
平整，光滑，不能有制造缺陷，如氣泡、凹陷、燒焦、疤痕、銀紋等。
圖1-1 工件簡圖
1.2 塑件工藝分析
1.2.1. PE材質(zhì)簡介
據(jù)《注塑制品與注塑模具設(shè)計》（化學工業(yè)出版社 付宏生 劉京華 主編2003年辦版）介紹。聚乙烯無味，無毒、呈乳白色。密度為0.91～0.96g/cm3為結(jié)晶型塑料。聚乙烯有一定的機械強度，但和其他塑料相比其機械強度低，表面硬度差。
聚乙烯的絕緣性能優(yōu)異，常溫下聚乙烯不溶于任何一種已知的溶劑，并耐稀硫酸、稀硝酸和任何濃度的其他酸以及各種濃度的堿、鹽溶液。
聚乙烯有高度的耐水性，長期接觸水其性能可保持不變。聚乙烯透水氣性能較差，而透氧氣和二氧化碳以及許多有機物質(zhì)蒸汽的性能好。
聚乙烯在熱、光、氧氣的作用下會產(chǎn)生老化和變脆。一般高壓聚乙烯的使用溫度約在80℃左右，低壓聚乙烯為100℃左右。
聚乙烯能耐寒，在-60℃時仍有較好的機械性能，-70℃時仍有一定的柔軟性。
聚乙烯成型時，在流動方向與垂直方向的收縮率差異較大。注射方向的收縮率大于垂直方向的收縮率，易產(chǎn)生變形，并使塑件澆口周圍部位的脆性增加；聚乙烯收縮率的絕對值較大，成型收縮率也較大，易產(chǎn)生縮孔；冷卻速度慢，必須充分冷卻，且冷卻速度要均勻；質(zhì)軟易脫模，塑件有淺的側(cè)凹時可強行脫模。
1.3 材料收縮率
據(jù)《塑料注射模具設(shè)計實用手冊》（宋于恒 主編 航空工業(yè)出版社 1994） 表2－1聚乙烯（PE）1.5%～3.5%。
2 注塑模的設(shè)計要點
PE塑料它是屬于通用塑料，該產(chǎn)品是通過注塑成型的。它的原理是將顆?；蚍蹱钏芰蠌淖⑺軝C的料中送進加熱器中，經(jīng)加熱熔化，在受壓的情況下，把它注到成型的型腔中，再冷卻成型。注塑成型它的周期短，能成型復(fù)雜的、尺寸精確的制件。它的成型工藝過程包括如下：成型前的準備，注塑過程，塑件后處理。注塑過程它是一個比較關(guān)鍵的進程，各個步驟都要控制好，這對塑件的質(zhì)量和形狀起著至關(guān)重要的作用。注塑成型的核心問題是：就是采用措施得到良好的塑料熔體，并把它注塑到型腔中去，在控溫下，使塑件達到所要求的質(zhì)量。溫度、注塑壓力、時間是其最關(guān)鍵的工藝參數(shù)。
注塑模包括：成型零部件、合模導向機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)、推出機構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、支承零部件。只有處理好各個環(huán)節(jié)的制約關(guān)系，才能設(shè)計出一副較好的模具來，一副模具設(shè)計出來，把它裝在注塑機上，還要通過校核，才能投入生產(chǎn)。因此注塑模與注塑機的關(guān)系也是至關(guān)重要。
3 注塑模的設(shè)計
3.1 注射模與注射機的關(guān)系
注射模具是安裝在注射機上使用的。在設(shè)計模具時，除了應(yīng)掌握注射成型工藝過程外，還應(yīng)對所選用注射機的有關(guān)技術(shù)參數(shù)有全面的了解，以保證設(shè)計的模具與使用的注射機相適應(yīng)。
3.1.1. 注塑機的選用
塑件體積和質(zhì)量的確定：
V圓頂=πr2h=3.14×13×2×13=1061.32mm3
V圓柱1=πr12h=3.14×9×9×30=7630.2 mm3
V圓柱2=πr22h=3.14×8.2×8.2×30=6334 mm3
V蓋=V圓頂+V圓柱=1061.32+（7630.2～6334）=1061.32+1296.2=2357.5 mm3
m=ρv=2.358×（0.91～0.96）=2.15g～2.26g
根據(jù)前面的分析，塑件的形狀大小，塑件的結(jié)構(gòu)特征及模具最小厚度、最大厚度的估算值選用XS-ZS-22型注射機，該注射機的基本參數(shù)如下：
額定注射量為20cm3,
螺桿直徑D=20mm,
注射壓力75MPa
鎖模力 F=250KN，
拉桿內(nèi)間距 d=235mm,
開模行程 s=160mm,
模具最大厚度 d=180mm,
模具最小厚度 d=60mm,
噴嘴球半徑 d=SR12.
3.1.2. 型腔數(shù)目的確定
(1) m1澆注系統(tǒng)凝量的計算
該注射模采用點澆口
d=0.5～1.5mm， L=0.5～2mm， α=6°～15°， β=60°～90°，
V小圓柱=4.71 mm3
V圓臺=43.75 mm3
V澆=2×V圓臺+ V小圓柱=2×43.75+4.71=92.1 mm3
(2) 按注射機最大注射量確定型腔數(shù)量n得：
n≤(Kmp-m1)/m （3.1）
n≤(0.8×22-0.092)/2.358≤7
其中n是型腔數(shù)目，K是注射機的最大注射量的利用系數(shù)，取0.8，m是注射機的最大注射量(cm)，m1 是澆注系統(tǒng)的塑料的質(zhì)量體積。根據(jù)對塑件的精度要求及型腔的排布，n=4
3.1.3. 最大注射量的校核
nm+m1≤kmp （3.2）
4×2.358+0.092=9.5〈17.5
式中mp 是注射機充許的最大注射量(g或cm3)。
滿足nm1+m2≤80%mp，所以能保證注射模內(nèi)所需熔體總量在注射機的最大注射范圍內(nèi)。
3.1.4. 鎖模力的校核
當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生使模具分型面漲開的力，這個力的大小等于塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和乘以型腔的壓力，它應(yīng)小于注射機的額定鎖模力Fp，才能保證注射時不發(fā)生溢料現(xiàn)象即：
Fz=p(nA+A1)
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