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盒蓋零件的注射模設(shè)計(jì)
機(jī)械工程及自動化專業(yè) 毛建永
指 導(dǎo) 老 師 張躍
摘要 介紹基于本論文根據(jù)工程實(shí)際的需要完成盒蓋的注射模具設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中采用聚甲醛塑料注射而成型，成型方式為一模兩腔，該論文具體分析了產(chǎn)品的工藝性，確定了所采用塑料的工藝參數(shù)和所采用的成型設(shè)備，確定了模具制作的總體方案，分析并解決了模具的總體結(jié)構(gòu)和各工作部分的具體結(jié)構(gòu)，并進(jìn)行了一些必要的尺寸計(jì)算和強(qiáng)度的校核。該論文還對分型面、澆注系統(tǒng)和脫模機(jī)構(gòu)進(jìn)行了分析設(shè)計(jì)，完成了模具工程圖設(shè)計(jì)，最后進(jìn)行了主要零件加工工藝設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞 注射模 成型 工藝性 設(shè)計(jì)
1 引言
1.1 注射模具CAD系統(tǒng)
一個(gè)完善的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)應(yīng)包括以下幾部分：
(1) 注塑制品構(gòu)造
(2) 模具概念設(shè)計(jì)
(3) CAE分析
(4) 模具評價(jià)
(5) 模具詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
(6) CAM[1]
2 盒蓋設(shè)計(jì)及其成型工藝的分析
2.1 塑件分析
圖2.1 所示是盒蓋零件。
圖2.1 盒蓋零件
該塑件為薄壁類零件，且壁厚均勻。盒蓋本身具有一定的深度，表面光滑，在模具設(shè)計(jì)和制造上要有良好的加工工藝，確保成型零件具有一定的光潔度。盒蓋頂部為一方孔，左右對稱還各有一個(gè)小孔，所以需要用側(cè)抽芯成型。
2.2 塑料的選材及性能分析
盒蓋零件用于配合使用，所以耐磨性要突出，綜合機(jī)械性能要好，且要經(jīng)濟(jì)。具備這些條件的塑料是首選，這里我們選用聚甲醛（POM）。
（1）力學(xué)性能和剛性好，接近金屬材料，是替代銅、鑄鋅、鋁等金屬材料的理想材料。
（2）耐疲勞性和耐蠕變性極好。
（3）耐磨損、自潤性和摩擦性好，與UHMWPE、PA、F4一起稱為四大耐磨塑料材料。
（4）熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性高，電絕緣性優(yōu)良。
2.3 POM塑料的注射過程及工藝
注射成型過程:
（1）成型前準(zhǔn)備，對POM進(jìn)行干燥。POM是吸水率較低的塑料，干燥條件一般用烘箱加熱，溫度為90℃～100℃,時(shí)間4小時(shí),料層厚度30毫米。
（2）注射過程，塑料在注射機(jī)內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，起過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻5個(gè)階段。
POM的注射工藝參數(shù):
（1）螺桿類別：標(biāo)準(zhǔn)螺桿（直 通 式 噴 嘴）
（2）螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)：30
（3）注射機(jī)料筒溫度:
前段 170℃～190℃
中段 180℃～200℃
后段 170℃～190℃
（4）噴嘴溫度：170℃～180℃。
（5）模具溫度：90℃～100℃。
（6）注射壓力:80MP～120MP。
（7）注射速度: 高速注射。
（8）保壓壓力: 30MP～50MP
（9）成型時(shí)間:
注射時(shí)間:2s～5s
保壓時(shí)間:20s～90s
冷卻時(shí)間:20s～60s
總周期:50s～160s
（10） 后處理: 脫模后應(yīng)將塑件放在90℃ 左右的熱水中緩冷或用整形夾具冷卻[2]。
3 盒蓋模具設(shè)計(jì)方案的比較與確定
3.1 分型面方案的優(yōu)化確定
(1）分型面選擇方案一：如圖3.1所示，開模時(shí)在塑件中間的外形最大輪廓處A一A面分開。
(2）分型面選擇方案二：如圖3.2所示，開模時(shí)在塑件底下的外形最大輪廓處A一A面分開。
根據(jù)工程和生產(chǎn)實(shí)際分析，分型面采用方案二是比較好的，能在成形的基礎(chǔ)上保證塑件的加工精度，方案一容易在分型面處產(chǎn)生飛邊，影響外表面的光滑度。
圖3.1 分型面位置
圖3.2 分型面位置
3.2 型腔數(shù)量以及排列方式的優(yōu)化確定
根據(jù)設(shè)計(jì)要求采用一模兩腔。
型腔排列方式比較確定：
(1) 排列方案一：如圖3.3所示。
圖3.3 型腔排列方式一
(2）排列方案二：如圖3.4所示。
圖3.4 型腔排列方式二
采用方案一結(jié)構(gòu)更復(fù)雜和更多的制造工時(shí),增加了成本,且不易實(shí)現(xiàn)，經(jīng)過比較該套模具型腔的排列方式采用方案二。
4 模具詳細(xì)設(shè)計(jì)
4.1 注塑機(jī)選型
選定型號為XS一ZY一125型臥式注射機(jī)，其主要技術(shù)參數(shù)見表4.1。
表4.1 XS一ZY一125型注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)
螺桿直徑/mm
42
拉桿內(nèi)間距/mm
260x290
注射行程/mm
115
最大模具厚度/mm
300
額定注射量/
125
最小模具厚度/mm
200
注射速度 /(g/s)
100
頂出桿根數(shù)
1
噴嘴直徑/mm
4
噴嘴圓弧半徑/mm
12
額定注射壓力/MP
120
頂出中心孔直徑/mm
30
鎖模力/KN
900
開模行程/mm
270
4.2 模具澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和澆口的設(shè)計(jì)
（1）主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，屬易損件，對材料要求比較嚴(yán)，因而模具主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
（2）定位圈的設(shè)計(jì)與固定
由于該模具主流道比較長，定位圈和襯套設(shè)計(jì)成分體式。
4.3 成型零件工作尺寸的設(shè)計(jì)和計(jì)算
設(shè)計(jì)成型零件時(shí)，應(yīng)根據(jù)塑料的特性和塑件的結(jié)構(gòu)及使用要求，確定型腔的總體結(jié)構(gòu)，選擇分型面和澆口位置，確定脫模方式、排氣部位等，然后根據(jù)成型零件的加工、熱處理、裝配等要求進(jìn)行成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，計(jì)算成型零件的工作尺寸，對關(guān)鍵的成型零件進(jìn)行強(qiáng)度和剛度校核。
工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分的尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔深度和型芯高度尺寸和中心距尺寸等。
POM的成型收縮率為1.2%～3.0%所以平均收縮率取 s=2.1%。塑件尺寸公差按SJ1372一78標(biāo)準(zhǔn)中的7級精度成型。
4.4 模架的確定和標(biāo)準(zhǔn)件的選用
根據(jù)前面型腔的布局以及互相位置尺寸，再根據(jù)成型零件尺寸結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)模架，選用基本型為A4型的標(biāo)準(zhǔn)模架，模架如圖4.1所示。
1-動模座板；2-內(nèi)六角螺釘；3-墊塊；4-支承板；5-彈簧；6-頂銷；7-內(nèi)六角螺釘；8-動模板；9-推件板；10-鑲塊；11-型芯；12-定位銷；13-彈簧；14-定模座板；15-定位圈；16-內(nèi)六角螺釘；17-澆口套；18-內(nèi)六角螺釘；19-定模板；20-型腔；21-滑塊；22-斜導(dǎo)柱；23-拉料桿；24-內(nèi)六角螺釘；25-推桿固定板；26-推板；27-推件桿；28-導(dǎo)套；29-導(dǎo)柱；30-導(dǎo)套；
圖4.1 模架
4.5 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
當(dāng)在注射成型的塑件上與開合模方向不同的內(nèi)側(cè)或外側(cè)有孔、凹穴或凸臺時(shí)，塑件就不能直接由推桿等推出機(jī)構(gòu)推出脫模，此時(shí)，模具上成型該處的零件必須制成可側(cè)向移動的活動型芯，以便在塑件脫模推出之前，先將側(cè)向成型零件抽出，然后在把塑件從模內(nèi)推出，否則就無法脫模[3]。
4.6 冷料井的設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道的對面的下凹模板上，其作用是存放料流前端的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而形成接縫；開模時(shí)能將主流道中的凝料拉出。冷料井的尺寸稍大于主流道大端的直徑。 采用底端帶有推桿的冷料井，這類冷料井的底部有一根拉料桿組成，推料桿裝于推桿型芯推板上。注射模采用Z型冷料井，結(jié)構(gòu)如圖4.13所示。
圖4.2 冷料井
5 模具裝配
塑料模具的總裝過程因模具結(jié)構(gòu)的不同而不同,但其主要的總裝配順序不變,具體如下:
(1）確定裝配基準(zhǔn)。
(2）安裝導(dǎo)柱導(dǎo)套和型芯、型腔并使間隙均勻。
(3）安裝側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)和推出機(jī)構(gòu)等。
(4）其他零件的裝配。
(5）檢驗(yàn)、試模[4]。
6 模具工作過程
模具裝配試模完畢之后,模具進(jìn)入正式工作狀態(tài),其基本工作過程如下：
(1）對塑料POM進(jìn)行烘干,并裝入料斗。
(2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。
(3）合模、鎖緊模具。
(4）對塑料進(jìn)行預(yù)塑化，注射裝置準(zhǔn)備注射。
(5）注射過程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
(6）開模時(shí)，開合模系統(tǒng)帶動動模部分后移，斜導(dǎo)柱逼使側(cè)抽芯滑塊移動側(cè)向抽芯，當(dāng)斜導(dǎo)柱脫離動模部分時(shí)，固定在定模部上的定位銷剛好卡住滑塊，防止斜滑塊與定模部分分離，使之順利的留在定模恰當(dāng)?shù)奈恢?，有利于順利合模與復(fù)位；抽芯完成同時(shí)；隨著繼續(xù)開模，塑件脫離型腔同時(shí)主流道凝料在拉料桿的拉力作用下與澆口套分離；接著推出機(jī)構(gòu)工作，推板在注射機(jī)頂桿的作用下，帶動塑件推桿工作，把塑件從主型芯上推出來，從而完成了塑件與模具的分離；最后將塑件取出完成自動脫模。
(7）塑件的后處理。
6 結(jié)束語
本次設(shè)計(jì)是我們大學(xué)四年所學(xué)知識做的一次總測驗(yàn)，是鍛煉也是對自己四年來所學(xué)知識及運(yùn)用知識能力的檢驗(yàn)。
通過此設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
從測繪塑件圖紙，到完成CAD造型設(shè)計(jì)；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；模具成型零件CAD造型設(shè)計(jì)；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過程，學(xué)會了從生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，針對實(shí)際課題解決實(shí)際問題，掌握了綜合使用各種設(shè)計(jì)手冊、圖冊、資料的方法，提高了電腦繪圖水平，為以后我的工作奠定了基礎(chǔ)。
參 考 文 獻(xiàn)
[1] 張春吉，唐躍. CAD/CAE技術(shù)在塑料模具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用，2004,16(1）：34～35.
[2] 王加龍. 塑料注塑工[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.
[3] 肖國容. 注塑模具側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)知識庫與推理機(jī)的研究[D].浙江：浙江大學(xué)，1999.
[4] 劉華剛主編. 模具鉗工操作技能[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008.