蓋子零件注射模設(shè)計(jì)【一模兩腔】【側(cè)抽芯】【說明書+CAD】

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級(jí)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 課題名稱：模 具 設(shè) 計(jì) 專 業(yè)：數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用 設(shè) 計(jì) 人 指導(dǎo)老師: 職 稱： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師評(píng)閱書 指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)（①基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；②獨(dú)立解決實(shí)際問題的能力；③研究?jī)?nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；④取得的主要成果及創(chuàng)新點(diǎn)；⑤工作態(tài)度及工作量；⑥總體評(píng)價(jià)及建議成績(jī)；⑦存在問題；⑧是否同意答辯等）： 成 績(jī)： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)答辯及綜合成績(jī) 答 辯 情 況 提 出 問 題 回 答 問 題 正 確 基本 正確 有一般性錯(cuò)誤 有原則性錯(cuò)誤 沒有 回答 答辯評(píng)語(yǔ)成績(jī)： 答辯小組組長(zhǎng)簽字： 年 月 日 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評(píng)定成績(jī)： 學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日 蓋子注塑模具設(shè)計(jì) 專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化　　作者：　　指導(dǎo)教師： 摘要：塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。 本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，并對(duì)模具強(qiáng)度要求做了說明；最后介紹了當(dāng)今世界上最為普及的三維CAD/CAM系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)軟件PRO/ENGNEER的PROGRAM模塊，對(duì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。 通過本設(shè)計(jì)，可以對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對(duì)PROGRAM的學(xué)習(xí)，可以建立較簡(jiǎn)單零件的零件庫(kù)，從而有效的提高工作效率。 關(guān)鍵詞：塑料模具；參數(shù)化；鑲件；分型面 The plastic injection modle design of cover The major:Machine design ＆ Manufacturing and Automation Author: ZhangJianhua Tutor: LeePengnan Abstract: plastic industry is in the world grows now one of quickest industry classes, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design; Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request; Finally introduced now in the world the most popular three dimensional CAD/CAM system standard software PRO/ENGNEER's PROGRAM module, and led the wrap to the guide pillar to carry on the parametrization design. Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work; Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus effective enhancement working efficiency. Key word: The plastic mold;the parametrization; inlays;divides the profile 五、進(jìn)度安排： 第1~3周 實(shí)習(xí)，資料查詢，寫實(shí)習(xí)報(bào)告，方案設(shè)計(jì)，相關(guān)資料的翻譯 第4、5周 總體方案設(shè)計(jì)，包括各種方案的比較與設(shè)計(jì)，說明它們各種的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍 第6、7周 接頭裝置、罐籠門和罐內(nèi)阻車器等零部件設(shè)計(jì)，包括材料選擇、加工與熱處理工藝 第8、9周 CAD圖繪制 第10~13周 PLC控制系統(tǒng)硬件選擇和流程圖；軟件書寫與調(diào)試； 第14周 完成設(shè)計(jì)說明書初稿和圖紙，自己修改，指導(dǎo)老師初評(píng)； 第15 周 最后修改說明書與圖紙 第16、17周 CAD出圖，說明書打印裝訂，交畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書、圖紙和電子文檔，準(zhǔn)備答辯 第18周 畢業(yè)答辯 目 錄 緒論-----------------------------------2 第1章 對(duì)塑料成型模具設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí)---------------3 1.1 模具工業(yè)現(xiàn)狀------------------------4 1.2 發(fā)展模具的積極意義--------------------4 1.3 我國(guó)的模具將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢(shì)------------5 第2章 設(shè)計(jì)過程---------------------------7 2.1 塑料成型制品的分析---------------------------7 2.2 注射成型工藝的設(shè)計(jì)---------------------------8 2.3 注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范-----------------------------12 第3章 模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)-------------------------------14 3.1 注射機(jī)的鎖模力-------------------------------14 3.2 成型零件的設(shè)計(jì)-------------------------------16 第4章 模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì)-----------------------------17 4.1 導(dǎo)柱和導(dǎo)套---------------------------------- 17 4.2 推桿、復(fù)位桿及拉料桿-------------------------17 4.3 限位釘、墊塊---------------------------------18 4.4 定位圈與澆口套-------------------------------18 4.5 模板-----------------------------------------18 4.6 擋塊、限位塊---------------------------------18 參考資料-------------------------------19 體會(huì)與感受--------------------- 19 緒 論 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域，在歐美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家被稱為“點(diǎn)鐵成金”的“磁力工業(yè)”。美國(guó)工業(yè)界認(rèn)為“模具工業(yè)是美國(guó)工業(yè)的基石”；德國(guó)則認(rèn)為是所有工業(yè)中的“關(guān)鍵工業(yè)”；日本模具協(xié)會(huì)也認(rèn)為“模具是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng)力”，同時(shí)也是“整個(gè)工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力”。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到13000億日元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過日本機(jī)床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至已超過了新興的電子工業(yè)。 　　我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對(duì)模具工業(yè)提出了越來越高的要求，預(yù)計(jì)到2005年，僅汽車行業(yè)將需要各種塑料制件36萬(wàn)噸；電冰箱、洗衣機(jī)和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過1000萬(wàn)臺(tái)；彩電的年產(chǎn)量已超過3000萬(wàn)臺(tái)。 　　近年來，我國(guó)的模具工業(yè)一直以每年13%左右的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。據(jù)預(yù)測(cè)，我國(guó)模具行業(yè)在“十五”期間的增長(zhǎng)速度將達(dá)到13%～15%。模具鋼的需求量也將以年12%的速度遞增，全國(guó)年需求量約70萬(wàn)噸左右，而國(guó)產(chǎn)模具鋼的品種只占現(xiàn)有國(guó)外模具鋼品種的60%，每年進(jìn)口模具鋼約6萬(wàn)噸。我國(guó)每年進(jìn)口模具約占市場(chǎng)總量的20%左右，已超過10億美元，其中塑料與橡膠模具占全部進(jìn)口模具的50%以上；沖壓模具占全部進(jìn)口模具約40%。 　　目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國(guó)模具工業(yè)的產(chǎn)值在國(guó)際上排名位居第三位，僅次于日本和美國(guó)。雖然近幾年來，我國(guó)模具工業(yè)的技術(shù)水平已取得了很大的進(jìn)步，但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備還很少，許多先進(jìn)的技術(shù)如CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率還不高，特別是大型、精密、復(fù)雜和長(zhǎng)壽命模具遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行業(yè)的發(fā)展需要。 　　縱觀發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)模具工業(yè)的認(rèn)識(shí)與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個(gè)國(guó)家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志。目前，我國(guó)模具工業(yè)的當(dāng)務(wù)之急是加快技術(shù)進(jìn)步，調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，增加高檔模具的比重，質(zhì)中求效益，提高模具的國(guó)產(chǎn)化程度，減少對(duì)進(jìn)口模具的依賴。 現(xiàn)代模具技術(shù)的發(fā)展，在很大程度上依賴于模具標(biāo)準(zhǔn)化、優(yōu)質(zhì)模具材料的研究、先進(jìn)的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)、專用的機(jī)床設(shè)備，更重要的是生產(chǎn)技術(shù)的管理等。21世紀(jì)模具行業(yè)的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡(luò)化。追求的目標(biāo)是提高產(chǎn)品的質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)及制造周期，降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具行業(yè)的應(yīng)變能力，滿足用戶需要?？梢姡磥砦覈?guó)模具工業(yè)和技術(shù)的主要發(fā)展方向?qū)⑹牵? 　——大力普及、廣泛應(yīng)用CAD/CAE/CAM技術(shù)，逐步走向集成化。現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造不僅應(yīng)強(qiáng)調(diào)信息的集成，更應(yīng)該強(qiáng)調(diào)技術(shù)、人和管理的集成。 　　——提高大型、精密、復(fù)雜與長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，逐步減少模具的進(jìn)口量，增加模具的出口量。 　 ——在塑料注射成型模具中，積極應(yīng)用熱流道，推廣氣輔或水輔注射成型，以及高壓注射成型技術(shù)，滿足產(chǎn)品的成型需要。 　　——提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ)，其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計(jì)制造周期，同時(shí)也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。我國(guó)模具商品化、標(biāo)準(zhǔn)化率均低于30%，而先進(jìn)國(guó)家均高于70%，每年我們要從國(guó)外進(jìn)口相當(dāng)數(shù)量的模具標(biāo)準(zhǔn)件，其費(fèi)用約占年模具進(jìn)口額的3%～8%。 　　——發(fā)展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技術(shù)，迅速制造出產(chǎn)品的原型與模具，降低成本推向市場(chǎng)。 　　——積極研究與開發(fā)模具的拋光技術(shù)、設(shè)備與材料，滿足特殊產(chǎn)品的需要。 　　——推廣應(yīng)用高速銑削、超精度加工和復(fù)雜加工技術(shù)與工藝，滿足模具制造的需要。 　　——開發(fā)優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)，提高模具的可靠性。 　　——研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)、逆向工程與并行工程，最大限度地提高模具的開發(fā)效率與成功率。 在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重人才的培養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)、學(xué)、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設(shè)計(jì)制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡(luò)化、智能化環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動(dòng)態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。 第一章 對(duì)塑料成型模具設(shè)計(jì)的認(rèn)識(shí) 隨著工業(yè)的發(fā)展，模具所占的地位越來越重要，尤其是塑料模具，其應(yīng)用更加廣泛，技術(shù)含量更高，我們每天都在享用這它帶來的成果。 塑料制件在工業(yè)中的應(yīng)用日趨普遍，這是由于他們具有一系列特殊優(yōu)點(diǎn)所決定的。塑料密度小，質(zhì)量輕，大多數(shù)塑料密度在1.0－1.4之間，相當(dāng)于鋼材密度的0.11和鋁材的0.5左右，即在同樣的體積下，塑料制件要比金屬制件輕得多，這就是以塑代鋼的優(yōu)點(diǎn)。 模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門的重要基礎(chǔ)之一，塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔的一種類型。模具設(shè)計(jì)水平的高低，加工設(shè)備的好壞，制造力量的強(qiáng)弱，模具質(zhì)量的優(yōu)劣，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，影響著產(chǎn)品的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益的提高。 5模具工業(yè)現(xiàn)狀 由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國(guó)大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個(gè)概念。模具工業(yè)主要生產(chǎn)能力分散在各部門主要產(chǎn)品廠內(nèi)的工模具車間，所生產(chǎn)的模具基本自產(chǎn)自用。據(jù)粗略估計(jì)，產(chǎn)品廠的模具生產(chǎn)能力占全國(guó)模具生產(chǎn)能力的75％，他們的裝備水平較好，技術(shù)力量較強(qiáng)，生產(chǎn)潛力較大，但主要為本廠產(chǎn)品服務(wù)，與市場(chǎng)聯(lián)系較少，經(jīng)營(yíng)機(jī)制不靈活，不能發(fā)揮人力物力的潛力。模具專業(yè)廠全國(guó)只有二百家左右，商品模具只占總數(shù)的20％左右，模具標(biāo)準(zhǔn)件的商品率也不到20％。由于受舊管理體制的影響較深，缺乏統(tǒng)籌規(guī)劃和組織協(xié)調(diào)，存在著“中而全”，“小而全”的結(jié)構(gòu)缺陷，生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟(jì)效益較差。 一、 發(fā)展模具的積極意義 中國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，為模具工業(yè)的發(fā)展提供了廣闊的空間。模具行業(yè)在今后的發(fā)展中，首先要更加注意其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的戰(zhàn)略性調(diào)整，使結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精密度高的高檔模具得到更快的發(fā)展。我們的模具行業(yè)要緊緊地跟著市場(chǎng)的需求來發(fā)展。沒有產(chǎn)品的需求、產(chǎn)品的更新?lián)Q代，就沒有模具行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步，也就沒有模具產(chǎn)品的上規(guī)模、上檔次。如汽車生產(chǎn)中90%以上的零部件，都要依靠模具成形，在珠三角和長(zhǎng)三角，為汽車行業(yè)配套的模具產(chǎn)值增長(zhǎng)達(dá)40%左右。 其次，要積極推進(jìn)中西部地區(qū)模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，努力縮小發(fā)達(dá)地區(qū)和不發(fā)達(dá)地區(qū)的差距。中西部很多地區(qū)已經(jīng)意識(shí)到模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對(duì)制造業(yè)的重要作用。如陜西、四川、河北等模具生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模、技術(shù)水平都有了很大的發(fā)展。 第三，要積極推進(jìn)模具企業(yè)特別是國(guó)有企業(yè)的體制創(chuàng)新，轉(zhuǎn)換經(jīng)營(yíng)機(jī)制，大力發(fā)展混合所有制經(jīng)濟(jì)，明晰產(chǎn)權(quán)和完善法人治理結(jié)構(gòu)。充分發(fā)掘企業(yè)發(fā)展的內(nèi)在動(dòng)力。要積極推進(jìn)中、西部工業(yè)基礎(chǔ)較好地區(qū)的制造業(yè)大中型企業(yè)主輔分離，使其模具車間、分廠在不太長(zhǎng)的時(shí)間里，采用多種有效實(shí)現(xiàn)形式，轉(zhuǎn)換機(jī)制，大力發(fā)展產(chǎn)權(quán)明晰、獨(dú)立自主經(jīng)營(yíng)，適應(yīng)市場(chǎng)運(yùn)作和模具生產(chǎn)快速反應(yīng)的現(xiàn)代專業(yè)模具企業(yè)，培養(yǎng)能代表行業(yè)水平的“龍頭”企業(yè)，帶動(dòng)地區(qū)產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。 二、 我國(guó)的模具將呈現(xiàn)十大發(fā)展趨勢(shì) 一是模具日趨大型化。這是由于用模具成型的零件日漸大型化 和高生產(chǎn)效率要求發(fā)展的“一模多腔”所造成的。 二是模具的精度將越來越高。10年前精密模具的精度一般為5微米，現(xiàn)在已達(dá)到2-3微米，不久1微米精度的模具將上市。這要求超精加工。 三是多功能復(fù)合模具將進(jìn)一部發(fā)展。新型多功能復(fù)合模具除了沖壓成型零件外，還擔(dān)負(fù)疊壓、攻絲、鉚接和鎖緊等組裝任務(wù)，對(duì)鋼材的性能也要求越來越高。 四是熱流道模具在塑料模具中的比重也將逐漸提高。由于采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)約制作的原材料，因此熱流道技術(shù)的應(yīng)用在國(guó)外發(fā)展很快，許多塑料模具廠所生產(chǎn)的塑料模具一半以上采用了熱流道技術(shù)，有的廠家使用率達(dá)到80%以上，效果十分明顯。熱流道模具在我國(guó)也已生產(chǎn)，有些企業(yè)使用率上升到20%—30%。 五是隨著塑料成型工藝的不斷改進(jìn)與發(fā)展，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具將隨之發(fā)展。這類模具要求剛性好，耐高壓，特別是精密模具的型腔應(yīng)淬火，澆口密封性好，模溫能準(zhǔn)確控制，所以對(duì)模具鋼的性能要求很強(qiáng)。 六是標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日益廣泛。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，且還能提高模具的質(zhì)量和降低模具制造成本。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用在“十五”期間必將得到較大的發(fā)展。 第2章 設(shè)計(jì)過程 塑料模具分類的方法很多，按照塑料制作的成型方法不同可分為以下幾類： 注射模，壓縮模，擠出模，氣動(dòng)成型模 本次設(shè)計(jì)主要是注射模，又叫注塑模，注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展起來的，首先將粒狀或粉末狀的塑料原料加入到注射機(jī)的料筒中，經(jīng)過加熱熔融成粘流態(tài)，然后在柱塞或螺桿的推動(dòng)下，以一定的流速通過料筒前端的噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)，注射入閉合的模具型腔中，經(jīng)過一定的時(shí)間后，模具在模內(nèi)硬化成型，近幾年來，熱固性塑料注射成型的應(yīng)用也在逐漸增加。 塑料制件主要是靠成型模具獲得的，而它的質(zhì)量是靠模具的正確結(jié)構(gòu)和模具成型零件的正確形狀，精確尺寸及較低的表面粗糙度來保證的。由于塑料成型工藝的飛速發(fā)展，模具的結(jié)構(gòu)也日益趨于多功能和復(fù)雜化，這對(duì)模具的設(shè)計(jì)工作提出了更高的要求。雖然模具制作的質(zhì)量與許多因素有關(guān)，但合格的塑料制作首先取決于模具的設(shè)計(jì)與制造的質(zhì)量，其次取決與合理的成型工藝。塑料成型加工技術(shù)發(fā)展很快，塑料模具的各種結(jié)構(gòu)也在不斷的創(chuàng)新，我們?cè)趯W(xué)習(xí)成型的同時(shí)，還應(yīng)注意了解塑料模具的新技術(shù)、新工藝和新材料的發(fā)展動(dòng)態(tài)，學(xué)習(xí)和掌握新知識(shí)，為振興我國(guó)的塑料成型加工技術(shù)做出貢獻(xiàn)。 一、 塑料成型制品的分析 1、 制品的設(shè)計(jì)要求 本次設(shè)計(jì)制品的用途是塑料瓶蓋，形狀較復(fù)雜，但基本對(duì)稱，精度要求中等。 2、 制品的生產(chǎn)批量 本制品為大批量生產(chǎn)，為了縮短周期，提高生產(chǎn)率，制品使用一模兩腔和全自動(dòng)化生產(chǎn)，利用模具的頂出機(jī)構(gòu)，將制品推出模腔，再利用拉料桿和二次脫模機(jī)構(gòu)使制品流道凝料脫落。為了提高生產(chǎn)率，制品在模具中直接成型。 3、 制品成型設(shè)計(jì) 按照與以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，該瓶蓋制品使用二次分型機(jī)構(gòu)，采用點(diǎn)澆口形式，雖然其他的澆口形式還有直接澆口、側(cè)澆口、扇形澆口、薄片式澆口、環(huán)行澆口、輪輻澆口、爪形澆口、潛伏澆口、護(hù)耳澆口等，但他們都不容易在開模時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切斷，而點(diǎn)澆口就具有這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，而且其留于塑件的疤痕較小，不影響塑件外觀。 4、 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在塑件中間有兩個(gè)用于翻蓋時(shí)起旋轉(zhuǎn)固定作用的半圓球，如果設(shè)計(jì)一抽芯機(jī)構(gòu)用于該球的成型，則在抽出時(shí)易于產(chǎn)生干涉現(xiàn)象，而且由于該處的尺寸形狀比較小，模具的抽芯機(jī)構(gòu)制造比較困難，對(duì)模具的制造工藝要求比較高，從而影響了模具的成本，為了簡(jiǎn)化該處抽芯問題，考慮到制品是塑料制品，具有一定的收縮性，同時(shí)為了更好的控制制造成本，將模具機(jī)構(gòu)合理的簡(jiǎn)化，故本機(jī)構(gòu)不采用側(cè)向抽芯，改為由頂桿直接將模具頂出。 5、 制品的質(zhì)量和體積 塑件質(zhì)量：m=10.5 g ABS密度：=1.04 g/cm 所以 V=m/=10.09 cm 二、 注射成型工藝的設(shè)計(jì) 1、塑料制品分析 本制品采用ABS為原料（模具與制造簡(jiǎn)明手冊(cè)P272）苯乙烯—丁二烯—丙烯氰共聚物。 （1） 無定性料，流動(dòng)性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚氯乙烯好，溢邊值為0.04 mm左右。 （2） 吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑料須經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱干燥。 （3） 成型時(shí)宜取高料溫，但料溫過高易分解（分解溫度≥250℃），對(duì)精度較高的塑料，模溫宜取50～60℃，對(duì)光澤要求較高的耐熱塑料模溫宜取60～80℃，注射壓力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射機(jī)成型時(shí)，料溫為180～200℃，注射壓力為1000～1400MPa，用螺桿式注射機(jī)成型時(shí)，料溫為160～220℃，注射壓力為700～1000×10MPa。 （4） ABS的其他成型工藝參數(shù) 注射機(jī)類型：螺桿式 制品收縮率：0.3～0.8% 預(yù)熱溫度：80～85℃ 時(shí)間：2～3 h 料筒溫度： 后段 150～170℃ 中段 165～180℃ 前段 180～200℃ 噴嘴溫度：170～180℃ 模具溫度：50～80℃ 注射壓力：60～100 MPa 成型時(shí)間： 注射時(shí)間20～90 s 保壓時(shí)間0～5 s 冷卻時(shí)間20～120 s 總周期50～220 s 螺桿轉(zhuǎn)速：30 r/min 適用注射機(jī)類型：螺桿、柱塞均可 后處理方法：紅外線燈、鼓風(fēng)烘箱 溫度70℃ 時(shí)間2～4 h 2、制品成型方法及工藝流程 本制品采用注射成型，工藝流程包括模前準(zhǔn)備，模塑成型和后處理及二次加工工藝流程步驟如下： （1）預(yù)熱 ABS吸濕性強(qiáng)，必須充分干燥，表面要求光澤的塑料須經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱干燥。 （2）注射 注射過程包括加料、塑化、注射冷卻和脫模幾個(gè)步驟。 l 加料 由于注射成型是一個(gè)間歇過程，因而須定量（定容）加料，以保證操作穩(wěn)定，塑料塑化均勻，最終獲得良好的塑件。加料過多。受熱的時(shí)間過長(zhǎng)等容易引起物料的熱降解，同時(shí)注射及功率損耗增多；加料過少，料筒內(nèi)缺少傳壓介質(zhì)，型腔中塑料融化壓力降低，難于補(bǔ)料，容易引起塑件出現(xiàn)收縮、凹陷、空洞等缺陷。 l 塑化 加入的塑料在料筒中進(jìn)行加熱，由固體顆粒轉(zhuǎn)化成粘流態(tài)，并且受到良好的剪切力作用。通過料筒對(duì)物料加熱，使聚合物分子松弛，出現(xiàn)由固體向液體轉(zhuǎn)變；一定的溫度使塑料得到變形、熔融和塑化的必要條件，螺桿的剪切作用能在塑料中產(chǎn)生更多的摩擦熱，促進(jìn)了塑料的塑化，因而螺桿式注射機(jī)對(duì)塑料的溫度盡量均勻一致，還有使熱分解物的含量達(dá)到最小值，并且能提供上述質(zhì)量的足夠的熔融塑料以保證產(chǎn)生連續(xù)并順利的進(jìn)行，這些要求與塑料的特性、工藝條件的控制及注射機(jī)的塑化裝置的結(jié)構(gòu)等密切相關(guān)。 l 注射 不論何種形式的注射機(jī)，注射的過程可分為充模，保壓倒流，澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模等幾個(gè)階段 （3）塑件的后處理 注射成型的塑件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工之后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚硪韵嬖诘膬?nèi)應(yīng)力，改善塑件的性能和提高尺寸穩(wěn)定性。其主要方法是退火和調(diào)濕處理。退火處理是將注射塑件在定溫的加熱液體介質(zhì)或熱烘箱中靜置一段時(shí)間，塑料制件的氧化，加快吸濕平衡速度的一種處理方法，其目的是使制作的顏色、性能以及尺寸得到穩(wěn)定。本次設(shè)計(jì)采用退火后處理。 工藝流程圖解： 3、成型工藝條件 注射成型的核心問題，就是采用一切措施得到塑化良好的塑料 熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件 達(dá)到所要求的質(zhì)量，影響注射成型工藝的重要參數(shù)是塑化流動(dòng)和 冷卻的溫度、壓力以及影響的各個(gè)作用時(shí)間。 （1）注射成型過程需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。前兩個(gè)溫度主要影響塑件的塑化和流動(dòng)，而后一個(gè)溫度主要是影響塑件的流動(dòng)和冷卻，料筒溫度的選擇與各種塑料的特性有關(guān)。每種塑料都具有不同的粘流態(tài)溫度，為了保證塑件溶體的正常流動(dòng)不使物料發(fā)生質(zhì)分解，料筒最合適的溫度范圍應(yīng)在粘流態(tài)溫度和熱分解溫度之間。 柱塞式和螺桿式柱塞注射機(jī)由于其塑化過程不同，因而選擇料筒也不同，通常后者選擇的溫度低一點(diǎn)，料筒溫度在70～93℃之間，噴嘴溫度稍低于料筒溫度，在65～90℃之間，模溫在要求塑件光澤時(shí)控制在60～80℃之間。 （2）壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種，他們直接影響塑料的塑化和塑料質(zhì)量。塑化壓力是指背壓，是指采用螺桿式注射機(jī)時(shí)，螺桿頭部熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力，塑化壓力在保證塑件質(zhì)量的前提下越低越好，其具體數(shù)值時(shí)隨所用塑料的品種而異的，但通常很少超過20MP，注射壓力是指柱塞式螺桿頭部對(duì)塑件熔體所施加的壓力。在注射機(jī)上常用表壓指示注射壓力的大小，一般在40～130MP之間。其作用式克服塑料熔體從料筒流向型腔的流動(dòng)阻力，給予熔體一定的充型速率以及對(duì)熔體進(jìn)行壓實(shí)等。 （3）完成一次注射成型過程所需要的時(shí)間稱成型周期，成型周期直接影響到勞動(dòng)生產(chǎn)率和注射機(jī)使用率，因此在生產(chǎn)中，在保證質(zhì)量的前提下，盡量縮短成型周期中各個(gè)階段的有關(guān)時(shí)間，一般生產(chǎn)中，充模時(shí)間為3～5S，保壓時(shí)間為20～25S，冷沖壓時(shí)間一般在30～120S。 三、 注射機(jī)的技術(shù)規(guī)范 1、 注射機(jī)的選用 注射機(jī)的選用包括兩方面的內(nèi)容：一是要確定注射機(jī)的型號(hào)，使塑料、塑件、注射模、注射工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)點(diǎn)在所選注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)可調(diào)范圍之內(nèi)，即要滿足所需的參數(shù)在額定的范圍之內(nèi)；二是調(diào)整注射機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需的參數(shù)點(diǎn)。 塑件的直徑：d=66 mm 所以塑件的投影面積s=П×(d/2)=3.14×(66÷2)≈3419.46 mm 澆道凝料的質(zhì)量大約為20 g，澆注系統(tǒng)的投影面積大約為300 mm l 擬定一次成型8個(gè)塑件 （1）注射量的校核 根據(jù)公式K×G=Q+Q’ K—注射機(jī)公稱質(zhì)量注射量(g） G—注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.75～0.85 Q—塑件的質(zhì)量(g） Q’—澆注系統(tǒng)等廢料的質(zhì)量(g） 所以所需注射機(jī)的注射量K=(Q+Q’)/G=(2.5×8+20)÷0.85 ≈47.1 g （2）鎖模力的校核 鎖模力必須大于模具在模具在開模方向得投影面積上的總注射壓力。根據(jù)要求，鎖模力不小于總注射壓力的1.2倍，即要取一安全系數(shù)，以保證安全生產(chǎn)。 所以F≥A×P×S F—注射機(jī)的鎖模力（KN） P—型腔單位面積的注射壓力（MPa），ABS的壓力值約為80MPa S—型腔（包括澆注系統(tǒng)）的投影面積（mm） A—安全系數(shù)，本設(shè)計(jì)取1.4 即F≥)≈15000 KN 根據(jù)要求選得的注射機(jī)型號(hào)為SZ—250/1250，但該注射機(jī)過于龐大，能源損耗大，用于生產(chǎn)本次設(shè)計(jì)塑件不合理，故修改生產(chǎn)方案。 l 擬定一次成型4個(gè)塑件 （1）注射量的校核 根據(jù)公式K×G=Q+Q’?得K=(Q+Q)/G=(2.5×4+20)÷0.85 =25.5 g （2）鎖模力的校核 根據(jù)公式F≥A×P×S 得F≥1600 根據(jù)要求選得的注射機(jī)型號(hào)為SZ—100/630，該型號(hào)的注射機(jī)比較經(jīng)濟(jì)合理，故本設(shè)計(jì)采用該注射機(jī)。 2、 注射機(jī)的確定 本次設(shè)計(jì)采用螺桿式注射機(jī)，型號(hào)是SZ-300/160 它的主要參數(shù)為： 理論注射容積：300 cm 螺桿直徑：45mm 注射壓力：150 MPa 注射速率：145g/s 塑化能力：82 g/s 螺桿轉(zhuǎn)速：0～180 r/min 鎖模力：1600KN 拉桿內(nèi)間距：450×450 mm 移模行程：L=380mm 模具定位孔直徑：160 mm 最大模具厚度：Hmax=450 mm 最小模具厚度：Hmin=250 mm 模具噴嘴球半徑：R=20mm ⒋ 三 模具結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì) ㈠. 導(dǎo)柱和導(dǎo)套 用于動(dòng)模與定模間或推出機(jī)構(gòu)零件的定位和導(dǎo)向. ⒈ 導(dǎo)柱 導(dǎo)柱具有與動(dòng)模之間的導(dǎo)向作用,同時(shí)也具有保護(hù)模具的作用.導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分應(yīng)具有較好的滑動(dòng)性能, 一般應(yīng)沒有潤(rùn)滑油槽. 其硬度應(yīng)在50HRC以上, 采用銅為原料,經(jīng)淬火后導(dǎo)柱的滑動(dòng)配合部分在進(jìn)行磨消加工,表面粗糙度到達(dá)Ra 0.63μm. ⒉導(dǎo)套 通常在模板上鑲配導(dǎo)套以減少導(dǎo)柱滑動(dòng)部分的磨損. 采用錫青銅為原料. ㈠ 推桿.復(fù)位桿及拉料桿 ⒈ 推桿 推桿用于推出塑件的桿類零件, 通稱為推桿.要求外觀無傷痕, 裂紋及銹斑等缺陷. 配合部分需進(jìn)行加工, 表面粗糙度到達(dá)Ra 0.63μm以下. 推桿前端部分淬火后硬度到達(dá)55HRC以上. ⒉ 復(fù)位桿也稱回程桿, 它是用于使推出機(jī)構(gòu)復(fù)位的桿類零件. 復(fù)位桿用材料與加工要求與推桿相同. ⒊ 拉料桿 用于拉出主流道凝料或分流道凝料的一類桿狀零件. 通稱為拉料桿. 根據(jù)其功能作用的不同,又可分為主道拉料桿和分道拉料桿兩種. 主道拉料桿是用來從澆口套中拉出主流道凝料的零件. 分道拉料桿是用來拉出針點(diǎn)澆口并使之與模塑件斷開的桿類零件,其前端形狀視樹脂種類不同兒異. ㈡ 定位圖與澆口套 ⒈ 定位圖 定位圖的作用是使注射機(jī)的噴嘴與模具主流澆口保持同心. 定位圖為標(biāo)準(zhǔn)型與特殊型兩種. 由于此此模具為普通模具.因此選甲標(biāo)準(zhǔn)型. ⒉ 澆口套 通常澆口套與定位圖是配合使用的. 澆口套是塑料熔體熔入模具的入口,其尺寸與注塑機(jī)噴嘴尺寸有關(guān). 本模具選用標(biāo)準(zhǔn)澆口套中的A 型. ㈢ 限位釘, 墊塊 ⒈ 限位釘 限位釘安裝在動(dòng)模板上,用于確定推板下限位置. ⒉ 墊塊 墊塊用以決定推出模塑件的距離,調(diào)節(jié)高度一類塊狀零件. ㈣ 斜銷, 側(cè)滑塊, 導(dǎo)滑槽 ⒈ 斜銷 斜銷是用于驅(qū)動(dòng)側(cè)滑塊進(jìn)行側(cè)向分型或的構(gòu)件.選其傾斜角為20°,淬火后硬度在55HRC以上,并須進(jìn)行磨削加工. ⒉ 側(cè)滑塊 側(cè)滑塊通常有側(cè)型芯 ,滑動(dòng)部分及本體組成,其硬度在40HRC以上. ⒊ 導(dǎo)滑槽 導(dǎo)滑槽是用于支撐側(cè)滑塊進(jìn)行抽芯運(yùn)動(dòng)的機(jī)構(gòu) ㈤ 模板. 模板于固定凹凸槽,各類桿件,導(dǎo)柱和導(dǎo)套等各類成型零件的板類.多用45＃開鋼制造,為拉提高模具壽命,加工后須要淬火. ㈥ 擋塊, 彈簧, 限位塊 ⒈ 擋塊 它是用于在模具開模以后,防止側(cè)滑塊由于抽芯力的作用而脫離模具整體,一般將其固定在動(dòng)模板上. ⒉ 彈簧 彈簧它是用于在模具開模以后, 防止側(cè)滑塊向塑件而破壞塑件的抽芯,將它固定在擋板塊的雙頭螺栓柱上. ⒊ 限位塊 限位塊是用來定位側(cè)滑塊,一般將其固定在定模板上整體加工出來. 參考資料 在設(shè)計(jì)過程中所查閱的書籍如下： 《模具設(shè)計(jì)于制作技術(shù)基礎(chǔ)》 《典型模具設(shè)計(jì)圖例》 《實(shí)用塑料注射模設(shè)計(jì)與制造》 《機(jī)械原理》 《機(jī)械基礎(chǔ)》 體會(huì)與感受(宋小2號(hào)) （通過畢業(yè)設(shè)計(jì)自己的體會(huì)和感受，在哪些方面有經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)和提高。） 在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我從指導(dǎo)老師身上學(xué)到了很多東西。老師認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作態(tài)度，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)精神和深厚的理論水平都使我收益匪淺。他無論在理論上還是在實(shí)踐中，都給與我很大的幫助，使我得到不少的提高這對(duì)于我以后的工作和學(xué)習(xí)都有一種巨大的幫助，感謝他耐心的輔導(dǎo) 。 在設(shè)計(jì)期間由于模具設(shè)計(jì)是第一次有點(diǎn)無從下手的感覺，上學(xué)期學(xué)過《塑料模具的設(shè)計(jì)》一課，對(duì)模具的結(jié)構(gòu)不是太陌生，再加上老師的指導(dǎo)，數(shù)據(jù)的來源較快，畫圖的工作量太大，使我有些招架不住。還好由于我平時(shí)CAD學(xué)得還行，再加上系里同學(xué)提供方便，在這么多人的關(guān)心下，我的進(jìn)展很快，草圖在一天內(nèi)完成，兩天內(nèi)也完成了繪圖的三分之一，一周內(nèi)完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。一學(xué)期的任務(wù)讓我在一周內(nèi)完成了，工作量可想而知，但我沒有因?yàn)闀r(shí)間短而忽略了設(shè)計(jì)質(zhì)量。在老師的指導(dǎo)下，我精心的查手冊(cè)，認(rèn)真的計(jì)算和驗(yàn)算著每一個(gè)數(shù)據(jù)，并根據(jù)我所設(shè)計(jì)的零件的特性，找出了比較完整的設(shè)計(jì)方案，并得到了指導(dǎo)老師得認(rèn)可。嚴(yán)格的按照要求繪圖，終于在答辯之前完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)。 總之，畢業(yè)設(shè)計(jì)期間，我體驗(yàn)到了許多以前少能體驗(yàn)到的東西。 21 畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)外文資料翻譯 系 別 電信息系系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 班 級(jí) B070203 姓 名 李 勇 學(xué) 號(hào) B0706011 外文出處 ScienceDirect International Journal of Machine Tools & Manufacture 47 (2007) 740–747 附 件 1. 原文； 2. 譯文 分析快速成型注塑模具加工程序 Sadegh Rahmati, Phill Dickens 摘要 隨著全球市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的日益激烈，企業(yè)壓力增加，不斷調(diào)低產(chǎn)品生產(chǎn)周期。由于交貨時(shí)間和工具加工成本趨于下降的趨勢(shì),所以現(xiàn)代工具制造廠必須在壓力下快速、準(zhǔn)確、以較低成本來生產(chǎn)產(chǎn)品?？s短生產(chǎn)原型產(chǎn)品是時(shí)間加快新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。快速成型模具生產(chǎn)當(dāng)中，特別使用快速成型技術(shù)制造注塑模具裝配可節(jié)約生產(chǎn)成本并減少時(shí)間。在本文中,快速成型技術(shù)是用來直接生產(chǎn)快速注射模這種短期生產(chǎn)工具。對(duì)快速成形工具成功注射的數(shù)量及其性能進(jìn)行評(píng)價(jià)分析?？焖俪尚铜h(huán)氧工具能抵抗注射壓力、注射溫度以及500次注射次數(shù)。對(duì)注射過程中工具失效機(jī)制調(diào)查得知工具的失效是由于過度的彎曲應(yīng)力或是因?yàn)橛捎诩羟袘?yīng)力過大而造成的。 2006年愛思唯爾出版社有限公司版權(quán)所有。 介紹 設(shè)計(jì)降低生產(chǎn)新部件時(shí)間的方法,因?yàn)楫a(chǎn)品的交貨時(shí)間拖很久的話無法滿足客戶需求[1,2]。設(shè)計(jì)能力提高、產(chǎn)品品種增加、交貨時(shí)間縮短，以及產(chǎn)量降低，均是快速模具技術(shù)發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力,生產(chǎn)期間，加工時(shí)間和生產(chǎn)成本明顯有所降低[3 - 5]。與此同時(shí),快速成型模具加工技術(shù)正在不斷提高,并在制造商企業(yè)內(nèi)越來越受歡迎 [6 - 8]。在諾丁漢大學(xué)研發(fā)的快速成型注塑模具工具方面占有兩種優(yōu)勢(shì)。 第一種是在在應(yīng)力和溫度的極端條件下針對(duì)工具的設(shè)計(jì)可提供資料數(shù)據(jù),并能從不同的測(cè)試中獲取數(shù)據(jù), 類似于真實(shí)情況[9]。第二種是研發(fā)一種理論分析快速成型注塑模具過程的方法 [10]。這證明可使用少量的快速成型注塑模具成功生產(chǎn)五百個(gè)以上數(shù)量的工具零件。 作者：S. Rahmati的郵箱，rahmati@rapidtoolpart.com。英國(guó)拉夫堡大學(xué)快速生產(chǎn)研究小組的負(fù)責(zé)人和教授。 實(shí)驗(yàn)方法 在構(gòu)建快速成型注塑模具工具過程當(dāng)中，根據(jù)光固化快速成型250型號(hào)快速成型機(jī)上的CAD數(shù)據(jù)，直接將環(huán)氧樹脂殼層嵌入到模具當(dāng)中。這些嵌入物正好通過鋼框架插入到鋼模具當(dāng)中，模具背面用鋁粉或是鋁薄片和環(huán)氧樹脂的混合物填充(圖1)。這些混合物額外增加了嵌入物力量并使模具具有散熱特點(diǎn)。使用50噸的巴頓菲爾注塑機(jī)測(cè)試快速成型工具，生產(chǎn)聚丙烯和丙烯腈丁二烯苯乙烯零件。如圖2 彈簧澆注系統(tǒng) 快速成型模具 上內(nèi)模 腔鋼框架 模后填充材料 鐵心用鋼框架 頂出 針 快速成型模具下內(nèi)膜 圖1：快速成型模具工具鑲件橫截面 圖2：從快速成型工具取出后的模具狀態(tài) 模具加工過程當(dāng)中，測(cè)出型腔模具溫度和壓力，利用不同的熱電偶控制熔體溫度，以盡可能地確保型腔狀態(tài)保持一致。使用光學(xué)顯微鏡或是掃描電子顯微鏡檢測(cè)兩種模具斷裂樣本。裂縫的立方體用于橫截面和斷裂面的研究。裂縫當(dāng)中嵌入模具材料的立方體，使用鑄造材料鑄好，切割然后使用光學(xué)顯微鏡將其拋光，以便于檢測(cè)?？墒?，使用掃描電子顯微鏡研究立方體斷裂面和模心，導(dǎo)致快速成型模具工具出現(xiàn)失效機(jī)理。 注射壓力分析 在噴射器底部放上測(cè)壓軟件來檢測(cè)壓力剖面（如圖3）。 澆道套 模制 澆鑄道 噴射器內(nèi)角 模腔邊 噴射器中間 噴射器 測(cè)壓元件 模蕊側(cè)  噴射器中間 測(cè)壓元件電纜 圖3：噴射器和測(cè)壓元件的位置 在頂針施加的壓力將轉(zhuǎn)移到放置在噴射器另一末端的測(cè)壓元件上。取五個(gè)頂針其中的三個(gè),其中一放在噴射器中間，另外兩個(gè)放在噴射器拐角處，測(cè)量壓力。所有的測(cè)壓元件與數(shù)據(jù)記錄器連接，并用電腦操作。在注射過程中記錄的變化電壓轉(zhuǎn)換成為壓力。結(jié)果如圖4描繪所示，在噴射器中間達(dá)到最大噴射壓力1650 psi （11.4兆帕), 在噴射器拐角壓力下降到約1300psi(9兆帕)。 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面 Corner Pressure 1 Middle Pressure Corner Pressure 3 0 3 6 9 12 15 18 21 24 時(shí)間 (秒) 圖4. 快速成形環(huán)氧樹脂模具型腔三個(gè)地方的壓力剖面。 快速成型環(huán)氧樹脂模具工具相關(guān)溫度和材料的研究 圖5記錄了在周期時(shí)間內(nèi)的典型實(shí)際溫度，在開始下一次注射前，溫度達(dá)到451攝氏足夠在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成使模具冷卻過程。為了計(jì)算抗?jié)q強(qiáng)度和剪切應(yīng)力，需準(zhǔn)備標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣品，規(guī)格按照ISO527測(cè)量剪切應(yīng)力，按照ISO179檢測(cè)沖擊強(qiáng)度。 120 100 80 60 40  模心1 模心2 模心3 模心4 型腔1 型腔2 型腔3 型腔4 20 0 0 100 200 300 400 500 600 時(shí)間 秒) 圖5：環(huán)氧樹脂模具工具內(nèi)逐次循環(huán)溫度變化 沖擊強(qiáng)度平均值被測(cè)定為28.4 kJ/m2 ，不同溫度平均值如圖6描繪所示。環(huán)氧樹脂拉力和剪切力測(cè)試結(jié)果如圖7所示。 100 90 沖擊強(qiáng)度 80 70 60 50 40 30 20 10 20 30 40 50 60 70 80 90 溫度 (攝氏度) 圖6：飽和環(huán)氧樹脂的不同溫度下相關(guān)的沖擊強(qiáng)度。 70 70 60 60 抗拉強(qiáng)度(MPa) 50 剪切應(yīng)力(MPa) 50 40 40 30 30 20 20 10 10 0 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 溫度 (°C) 圖7：快速成型環(huán)氧樹脂5170型號(hào)模具的相關(guān)溫度下的最大抗拉強(qiáng)度和最大剪切應(yīng)力 失效機(jī)理分析 當(dāng)塑膠被注入到在型腔時(shí),型腔內(nèi)突然壓力上升, 在成型周期期間內(nèi)腔壓力達(dá)到最高(圖4)。這種壓力表現(xiàn)出核心特征,這可能導(dǎo)致工具斷裂,如果超過材料的極限抗拉強(qiáng)度極限抗撓曲強(qiáng)度，圖8顯示了在注塑期間各種可能發(fā)生的情況,。在8(a),沒有失敗,8(b)中出現(xiàn)一個(gè)彎曲故障，8(c)有一個(gè)剪切破壞。瞬間彎曲應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致過程失敗,或是裂紋擴(kuò)展，疲勞失效。 立方體 模制 流動(dòng)方向 旋轉(zhuǎn)點(diǎn) 熔體壓力傳感器 熔體壓力傳感器 (a) (b) (c) 圖8：注射期間發(fā)生不同情況下示意圖，(a) 沒有失敗; (b) 玩去破壞; (c) 剪切失敗. 在注射過程中抗彎失敗 觀察到絕大多數(shù)失敗的情況是在彎曲應(yīng)力上。出現(xiàn)彎曲故障時(shí)注射壓力克服了工具的抗彎強(qiáng)度,致使繞軸點(diǎn)旋轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致斷裂(圖8(b))。如果注射壓力超出了快速成型模具工具的抗彎強(qiáng)度這種情況可能會(huì)出現(xiàn),但通常抗彎失敗是由于使用次數(shù)過多 (圖9)。表1記錄了快速成型模具立方體的抗彎強(qiáng)度的相關(guān)理論計(jì)算。 Z Y X軸方向的彎曲應(yīng)力 X a h Y Y 中性軸 塑性流動(dòng) 圖9立方體壓力參量和迎風(fēng)氣流示意圖 表 1 快速成型模具立方體彎曲應(yīng)力 慣性矩 力矩 彎曲應(yīng)力 40 1攝氏度 撓曲強(qiáng)度 （m4) (N m) (Mpa) (Mpa) 立方體1 108 x 10—12 1.687 46.85 65.0 然而,在實(shí)踐當(dāng)中,產(chǎn)生了數(shù)以百計(jì)的快速成型模具工具零件失效情況,過高地估計(jì)理論模型的彎曲應(yīng)力。這兩個(gè)理由，第一，最小寬高比為10時(shí)彎曲應(yīng)力方可承擔(dān),而實(shí)驗(yàn)當(dāng)中高寬比為四。第二, 在注射過程中注射壓力施加應(yīng)該在在立方體的前面,但是現(xiàn)實(shí)中這種壓力施加在熔壓方塊的后面。 疲勞裂紋擴(kuò)展 圖10是一幅拍攝在實(shí)際故障發(fā)生前的制模斷面圖，圖中顯示的是在后續(xù)注射制模時(shí)真實(shí)的逆裂紋方向，也就是裂紋產(chǎn)生的相反方向。圖11顯示了一個(gè)簡(jiǎn)單的立方體的抗彎失敗圖,而圖10是經(jīng)過大量的鏡頭拍攝得到的。在快速成型模具工具在設(shè)置應(yīng)力集中時(shí)發(fā)生裂紋萌生,如尖銳的角度和階梯(此為快速成型模具工具零件固有性質(zhì))。 圖10：制模過程失敗前產(chǎn)生的多余的裂紋 圖11：抗彎失敗后裂紋擴(kuò)展圖 裂縫破壞的跡象如圖12所示,能看到在破裂面條紋形式排列,每條裂紋都代表裂紋擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)。 圖12 掃描式電子顯微鏡下觀察到的斷裂面上的真實(shí)條紋 剪切破壞 剪切破壞在熔體流動(dòng)的方向剪切時(shí)出現(xiàn)。圖13展示了快速成型模具立方體的剪切斷面圖。值得注意的是,快速成形模具立方體是通過塑料流動(dòng)堆積而成的表2記錄了剪切應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果, 在操作期間產(chǎn)生快速成型工具的最大剪切應(yīng)力，均低于快速成型工具工具的抗剪強(qiáng)度。此外, 在表2最后一列所示注射溫度超過401攝氏度時(shí)快速成型工具可以被制做成功。圖14,描繪立方體各點(diǎn)最大剪切應(yīng)力的剪切應(yīng)力與平均剪切應(yīng)力比較，以及最大剪切應(yīng)力各點(diǎn)拋物曲線情形。 表 2 快速成型模具立方體個(gè)點(diǎn)剪切應(yīng)力 剪切面積 AS (mm2) 剪切力 V (N) 剪切應(yīng)力 tave (Mpa) 剪切強(qiáng)度（40 1攝氏度） (Mpa) 最高溫度 (1C) 立方體1 36 421.64 11.71 24.3 65.3 立方體2 2 30 421.64 14.05 24.3 61.5 立方體3 3 24 421.64 17.57 24.3 55.9 立方體4 18 421.64 23.42 24.3 46.4 ? ? N.A. 圖14：最大立方體底部剪切壓力分布圖 結(jié)論 該技術(shù)成功的關(guān)鍵是快速成形工具必須有極低的導(dǎo)熱系數(shù)和較短的注射時(shí)間 (圖15)。這兩個(gè)因素是快速成型注塑模具成功的關(guān)鍵, 可大多情況下都被忽略了。 圖15：注射期間壓力與溫度相關(guān)分布圖 工作的結(jié)果可歸納如下: ?使用環(huán)氧樹脂過以生產(chǎn)超500個(gè)零件，并且使用外間空氣冷卻型腔到451攝氏度。 ?在注射過程中工具的失效歸因于塑料溫度。 ?在注射過程中在工具韌性不好,或在工具溫度過高時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)失敗。 ?經(jīng)驗(yàn)和理論計(jì)算確認(rèn),在注射過程中大多是由于抗彎曲應(yīng)力失效而失敗。減少了長(zhǎng)寬比的特征會(huì)降低工具抗彎曲失敗的現(xiàn)象。 ?在注射過程中很少可能由于彎曲破壞而導(dǎo)致剪切應(yīng)力失效，由于快速成形工具要求特定條件，溫度超過401攝氏度才能注射。 參考文獻(xiàn) 1. [1] D. Chen, F. Cheng，《工業(yè)技術(shù)一體化的產(chǎn)品和工藝開發(fā)過程使用快速成型和工作細(xì)胞仿真技術(shù)雜志》16(1)(2000)。 2. J.A. McDonald, C.J. Ryall, D.H. Wimpenny快速原型個(gè)案資料，專業(yè)工程出版，英國(guó)，2001。 3. M.A. Evans, R.I. Campbell，使用快速成型模型比較評(píng)估工業(yè)設(shè)計(jì)和加工技術(shù)研討會(huì)，快速樣機(jī)成型雜志 9（5）（2003） 4. A. Venus, S. Crommert,快速成型注塑模具工業(yè)生產(chǎn)，快速原型法，容積2（2）。美國(guó)迪爾伯恩市1996。 5. Y. Li, M. Keefe, E.P. Gargiulo,研究直接加工快速成型模具工具，第六快速成形制造方法歐洲會(huì)議，諾丁漢,英國(guó),1997年7月,ISBN:0-9519759-7-8，頁(yè)數(shù)：253-266。 6. P. 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