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骨輪零件塑料成型工藝及注塑模具設(shè)計(jì)
第一章.緒 論
在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，國(guó)防建設(shè)和科學(xué)技術(shù)，交通運(yùn)輸，石油化工，機(jī)械電子，郵政通信，建筑旅游，醫(yī)療衛(wèi)生，環(huán)境保護(hù)，家用電器，教育文化，體育藝術(shù)等各個(gè)領(lǐng)域，塑料制品已經(jīng)無(wú)處不在，在目光難及的人造衛(wèi)星，宇宙飛船上，塑料制品占其體積的一半，甚至塑制人體器官也離不開塑料.
“塑料模具設(shè)計(jì)”課程是該專業(yè)的一門專業(yè)課，通過(guò)“塑料模具設(shè)計(jì)”課的學(xué)習(xí)，能夠讓我們對(duì)“塑料模具設(shè)計(jì)與制造”這門課有了進(jìn)一步的了解，使我們更加清晰的知道塑料注射模的發(fā)展?jié)摿?。通過(guò)“塑料注射模畢業(yè)設(shè)計(jì)”的學(xué)習(xí)，使我了解到塑料行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)及發(fā)展前景。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料注射模已經(jīng)成為制造塑料制造品的主要手段之一，且發(fā)展成為最有前景的模具之一。實(shí)際上，塑料制品是目標(biāo)，塑料注射模是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的一種手段，所以不能“孤立地為模具而只考慮模具”，應(yīng)從系統(tǒng)工程角度出發(fā)，把塑料注射模作為塑料注射成型加工系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，這樣在設(shè)計(jì)和制造塑料注射模時(shí)，就應(yīng)把這個(gè)系統(tǒng)中的其它環(huán)節(jié)作為塑料注射模設(shè)計(jì)與制造的考慮因素.
1.1 塑料模的發(fā)展歷史
我國(guó)發(fā)展塑料工業(yè)從50年代末開始，60年代石油工業(yè)的發(fā)展，促進(jìn)了塑料工業(yè)的飛速發(fā)展。70年代引進(jìn)成套設(shè)備，使聚乙烯、聚丙烯等材料的生產(chǎn)不僅產(chǎn)量增加而且質(zhì)量上了新臺(tái)階。特別是近幾年，我國(guó)的注射成型設(shè)備也可以自主開發(fā)。注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法，該方法適合用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的。由于注射成型加工不僅常量多而且適用多種原料，能夠成批，連續(xù)地生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、高速化。因此，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。但是，我國(guó)在成型工藝方面發(fā)展的確與國(guó)外還有著較大的差距。單就從模具標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化方面看，就有著很大的差距。目前，先進(jìn)國(guó)家象美國(guó)、德國(guó)、日本等國(guó)家的標(biāo)準(zhǔn)化達(dá)70%，專業(yè)化達(dá)80%。而我國(guó)僅為20%和5%。至2002年，全球所生產(chǎn)的塑料制品超過(guò)1.65億噸之多.塑料已經(jīng)成為在鋼鐵，木材，水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料.[6]
1.2 塑料模具的類型
塑料模有很多種，包括注射模，壓縮模，傳遞模，擠出模，中空吹塑模等多種塑料成型模具.在上述各種塑料模具中，由于注射模具具有高效，精密，可成型各種復(fù)雜制品，工藝先過(guò)等諸多其它成型模具所不及的特點(diǎn)而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的模塑成型工藝裝備.所以在骨輪塑料模的設(shè)計(jì)中采用注塑模.主要設(shè)計(jì)的內(nèi)容有:合理地選擇模具結(jié)構(gòu)；正確地確定模具成型零件的尺寸；設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)制造方便；充分考慮設(shè)計(jì)特色盡量減少后加工；設(shè)計(jì)的模具應(yīng)當(dāng)效率高，安全可靠；模具零件應(yīng)耐磨耐用;模具結(jié)構(gòu)要適應(yīng)塑料的成型特性.[1]
1.3 課程設(shè)計(jì)的目的
1.了解了聚合物的物理性能，流動(dòng)特性，成型過(guò)程中的物理化學(xué)變化及塑料組成分類及性能；2.了解塑料成型的其本原理和工藝特點(diǎn)，正確分析成型工藝對(duì)模個(gè)的要求；3.能掌握各種成型設(shè)備對(duì)各類模具的要求；4.掌握各類成型模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算方法，能設(shè)計(jì)中等復(fù)雜程度的模具；5.具有初步分析解決成型現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)問(wèn)題的能力，包括具有初步分析成型缺陷產(chǎn)生的原因和提出克服的辦法；6.使之能滿足與此專業(yè)相關(guān)的企業(yè)，事業(yè)單位對(duì)就業(yè)者的要求，并為學(xué)習(xí)者的進(jìn)步發(fā)展和創(chuàng)業(yè)打下較為牢固的基礎(chǔ)。
1.4 課程設(shè)計(jì)的要求
學(xué)習(xí)本課程的要求是理論聯(lián)系實(shí)際在學(xué)習(xí)好，相關(guān)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和基本設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，還必須具備實(shí)際動(dòng)手的能力即掌握上機(jī)操作，生產(chǎn)塑料制品的基本技能和用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)塑料制品和塑料模具的技能.
1.5 課程設(shè)計(jì)的意義
本課程設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的為一骨輪塑件制品，，而且選用注塑成型的方法，一方面比較適合塑料原材料的成型性能特點(diǎn)，另一方面用注塑成型方法加工的塑料制品，不僅可以成型其制品的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，而且制品精度高，質(zhì)量好，注塑成型的生產(chǎn)率也高.通過(guò)這次設(shè)計(jì)，可以真實(shí)的感覺(jué)到不論在專業(yè)知識(shí)，還是在基礎(chǔ)知識(shí)方面，我的能力都有了很大的提高和進(jìn)步.一方面可以把平時(shí)所學(xué)的知識(shí)融會(huì)貫通，另一方面.可以使設(shè)計(jì)出來(lái)的東西有創(chuàng)新的特點(diǎn).同時(shí)在蘇老師的身上，我還學(xué)到一種治學(xué)精神.
第2章 塑料工藝設(shè)計(jì)
本節(jié)根據(jù)一個(gè)塑件的模塑成型要求,綜合介紹塑件的注塑成型工藝的選擇,成型模具的設(shè)計(jì)程序,模具主要零部件的加工工藝規(guī)程的編制及模具裝配與試模的工藝方法等內(nèi)容.[3]
2.模塑工藝規(guī)程的編制
由零件圖可知：本設(shè)計(jì)的塑件是一個(gè)骨輪線架，而且本塑件所采用的材料為聚甲醛，生產(chǎn)類型為大批量生產(chǎn)。
圖1塑件圖
2.1塑件的工藝分析
2.1.1塑件的原材料分析。本材料采用共聚甲醛。屬于熱塑性材料。該塑料從使用性能上講有以下特點(diǎn)：
a．結(jié)晶性熔融范圍很窄。熔融或凝固速度快，結(jié)晶化速度快，料溫稍低于熔融溫度即發(fā)生結(jié)晶化，流動(dòng)性下降。
b．熱敏性強(qiáng)，極易分解，一般在240℃是發(fā)生分解，(在200℃中滯留30上也會(huì)發(fā)生分解),分解時(shí)產(chǎn)生刺激性，腐蝕性氣體。
c．流動(dòng)性中等，溢邊值為0．04左右，流動(dòng)性對(duì)溫度變化不敏感，對(duì)注射壓力變化敏感。
d．結(jié)晶度高，結(jié)晶化時(shí)體積變化大，成型收縮范圍大，收縮率大，
e．吸濕性低，水分對(duì)成型影響極小，一般可不干燥處理，但為了防止樹脂表面粘附水分，加工前可進(jìn)行干燥并起預(yù)熱作用，特別是對(duì)大面積薄壁塑件，改善塑件表面光澤有較好效果。
f．摩擦因數(shù)低，彈性高，塑件表面可帶皺紋花樣，但易產(chǎn)生表面缺陷，如毛斑，折皺，熔接痕，縮孔，凹痕等弊病。
綜合性能良好，加工方便，減摩，耐摩，耐疲勞性能優(yōu)異，制品彈性，剛性，尺寸穩(wěn)定性好，可用手尺寸要求穩(wěn)定的，配合表面要求高的零部件。[2]
2．1．2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
a.結(jié)構(gòu)分析。從零件圖上分析，本制品為一個(gè)圓柱形。在寬度方向有一個(gè)內(nèi)側(cè)。在高度方向有一個(gè)厚度為3的翻邊。因此，模具設(shè)計(jì)時(shí)必須設(shè)置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，該零件屬于中等復(fù)雜程度。
b.尺寸精度分析。該零件重要尺寸，如, , 等。尺寸精度為MT3（GB/T14486-1993）級(jí)。次重要尺寸，如，，， 等尺寸精度為MT4（GB/T14486-1993）級(jí)。由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。
從模具的壁厚上來(lái)看，壁厚為3,而且各處都一致，均勻的壁厚有利于制件的成型。
c.表面質(zhì)量分析。本制品要求零件表面無(wú)銀絲，起泡，縮孔，折皺等現(xiàn)象，還要達(dá)到外觀光滑，聞不到刺激性的氣味。其它，沒(méi)有很高的要求，所以可以很容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出，注塑是在工藝參數(shù)控制的較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。
2．2 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù) ；
計(jì)算塑件的體積：（過(guò)程略）；
計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得聚甲醛的密度故塑件的質(zhì)量為：
由上面的分析可得，本模具應(yīng)用一模一腔的結(jié)構(gòu)，既考慮了注塑機(jī)的最大的注塑量和本材料的各項(xiàng)性能因素，還有結(jié)構(gòu)的尺寸因素。同時(shí)考慮其外形，注塑時(shí)所需壓力和工廠現(xiàn)在設(shè)備等情況，初步先用注塑機(jī)為G54-S200/400。
2．3 塑件注塑工藝參數(shù)的確定
查找相關(guān)文獻(xiàn)和參考工廠實(shí)際應(yīng)用的情況，共聚甲醛的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：（試模時(shí)，可根據(jù)實(shí)孫情況作適當(dāng)調(diào)整）[5]
注塑機(jī)型： 螺桿式；
密度： 1.41～1.43；
計(jì)算收縮率： 1.2～3.0；
預(yù)熱：溫度℃： 80～100℃；
時(shí)間h： 3～5；
料筒溫度： 后段溫度：160～170℃；
中段溫度：170～180℃；
前段溫度：180～190℃；
噴嘴溫度： 170～180℃；
模具溫度： 90～120℃；（通過(guò)模溫調(diào)節(jié)液來(lái)控制）
注射壓力/MPa： 80～130；
注射速度： 50％（在盡量長(zhǎng)，工藝允許的時(shí)間內(nèi)填充）
注射時(shí)間： 20～90；
保壓時(shí)間： 0～5；
冷卻時(shí)間： 20～60；
總周期： 50～160 ；
螺桿轉(zhuǎn)速： 28r/min；
螺桿背壓/MPa： 0.6；
噴嘴孔徑： 4；
噴嘴形式：逆向倒錐形的直通式；（為了避免物料與模具接觸時(shí)發(fā)生固化堵住通道，同時(shí)也防止產(chǎn)生流涎，并能減少制品的變形）
后處理：紅外線燈，鼓風(fēng)烘箱100～110℃；
8～12h；
余料量：4；(過(guò)大容易增大注射壓力損失,并延長(zhǎng)物料受熱時(shí)間,從而收起降解)。
在成型過(guò)程中要盡量使料充分結(jié)晶，還要盡量避免料二次結(jié)晶，繼續(xù)收縮，從而影響制件的精度。 注塑時(shí)可用螺桿式和柱塞式成型，長(zhǎng)徑比18，壓縮比2～3，計(jì)量的長(zhǎng)度4～5。
第三章．注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注塑模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面選擇，模具型腔數(shù)目的確定，型腔的排列方式，冷卻水道布局，澆口位置設(shè)置，模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等內(nèi)容。[7]
3．1分型面的選擇
在設(shè)計(jì)中，只有選擇分型面的位置，然后才能去設(shè)計(jì)其他生產(chǎn)條件及生產(chǎn)批量所需的機(jī)械化和自動(dòng)化程度等細(xì)節(jié)方面的問(wèn)題。
所以說(shuō)，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)，應(yīng)根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來(lái)選擇分型面。所以要求選取的分型面位置不會(huì)使塑件卡在型腔無(wú)法取出，也同時(shí)要做到塑件在動(dòng)定模打開的時(shí)候，盡可能滯留在動(dòng)模一側(cè)。
由于本塑件為一個(gè)骨輪制品，總體形狀為圓柱形。表面質(zhì)量沒(méi)有其它的特殊要求，制品的形狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單對(duì)稱，且垂直于軸線方向，綜上考慮，選擇如圖2-2所示的分型方式既可以降低模具的復(fù)雜程度，減少模具加工難度又于成型后取出制件，故所以選擇所示的分型方式。
圖2 分型面的選擇
3．2確定型腔的排列方式
由于本塑料的形狀和尺寸決定，還同時(shí)考慮澆注系統(tǒng)，模具復(fù)雜程度，和注塑機(jī)的注射量等因素，采用一模一腔的形式. 圖3 澆口的分布
3．3澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3．3．1主流道設(shè)計(jì)
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得G54-S200/400 型注塑機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸
噴嘴前端孔徑：4；
噴嘴前端球面半徑：18；
根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：
；
取主流道球面半徑；
取主流道的小端直徑5；
主流道截面積的大小最先影響塑料熔體的流速和充模時(shí)間，主流道出口端應(yīng)有圓角，圓角半徑約為2.0。表面粗糙度小于Ra0。63～1。25，主流道進(jìn)口端與噴嘴頭部做成凹下的球面，以便與噴嘴頭部的球面半徑匹配，否則會(huì)造成漏料，給脫下主流道帶來(lái)困難。
為了便于將凝料從主流道中撥出，將主流道設(shè)計(jì)為圓錐形，其錐角可選2～4o，經(jīng)換算得主流道大端直徑D＝7。小端直徑D=5。為使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道出料端設(shè)計(jì)半徑r=5的圓弧過(guò)渡。主流道長(zhǎng)度選60。
主流道襯套設(shè)計(jì)：主流道先用B型襯套，其材料要選用優(yōu)質(zhì)鋼材（T8A），熱處理后硬度為53～57HRC。與定模的配合為H7/m6。
定位環(huán)設(shè)計(jì)：定位環(huán)秘注塑機(jī)定模固定板中心的定位孔相配合,其作用是為了使主流道與噴嘴和料筒對(duì)中.
3．3．2分流道設(shè)計(jì)
分流道的形狀及尺寸，應(yīng)根據(jù)塑件的體積，壁厚，形狀的復(fù)雜程度，注塑速率，分流道長(zhǎng)度等因素來(lái)確定。本塑件的形狀不算太復(fù)雜，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的排列方式可知分流道的長(zhǎng)度較短，雖然理論上來(lái)講，分流道以圓形為好，但為了便于加工模具，可采用梯形分流道。分流道尺寸為：
b2=3/4b1=6,h=2/3b1=5；
選用b1=8；
分流道的分支和拐角要盡量少，要平衡或?qū)ΨQ地分布，拐角處要高分流道冷料穴。[2]
3．3．3拉料桿的設(shè)計(jì)：由于本模具采用脫件板脫模機(jī)構(gòu),所以采用端頭為球形的拉料桿,球形拉料桿的球頭和細(xì)頸部分伸到冷料井內(nèi).動(dòng),定模打開時(shí)將主流道凝料拉向動(dòng)模一側(cè),頂出行程中,脫件板將塑件從主型芯上脫下的同時(shí)也將主流道從球頭上脫下.
3．3．4澆口設(shè)計(jì)
根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用針尖澆口也就是點(diǎn)澆口比較合適，點(diǎn)澆口截面一般為圓形，其直徑選為1.5。
澆口與模腔接合處采取倒角或圓弧，以避免澆口順開模拉斷時(shí)損壞制品，同時(shí)本制品尺寸較大，可以使用多個(gè)點(diǎn)澆口進(jìn)料方式。澆口尺寸：
圖4澆口的尺寸
l=2；
D=5；
D1=5；
=4o；
c=R0。3；
d=nK=2；
3．4抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
該骨輪制品塑件有一內(nèi)側(cè)凹，并且垂直于脫模方向，阻礙成型后塑件從模具中脫出。因此，成型內(nèi)側(cè)必須做成活動(dòng)的型芯就必須要設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)。
本模具選用斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)。
3．4．1確定抽芯距 抽芯距要保證側(cè)向瓣合模塊完全退到骨架臺(tái)肩之外才能將制品頂出脫模。
；
；
；
其中：S為設(shè)計(jì)抽芯距；
Sc為臨界抽芯距；
3．4．2斜導(dǎo)柱傾角
斜導(dǎo)柱的傾斜角是斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)主要技術(shù)數(shù)據(jù)之一，它與抽撥力和抽撥距有直接關(guān)系，一般取＝15o～25o，在本模具中選?。?0o。
的大小對(duì)斜銷的有效長(zhǎng)度,抽撥距和受力情況等起決定性作用。
3．4．3斜導(dǎo)柱的尺寸
斜導(dǎo)柱直徑的確定：斜導(dǎo)柱直徑主要受彎曲力影響。
斜導(dǎo)柱的直徑取決于抽撥力及其傾斜角度,可按設(shè)計(jì)資料的有關(guān)公式進(jìn)行計(jì)算,本模具經(jīng)驗(yàn)估值,取斜導(dǎo)柱的直徑為；
3．4．4斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度計(jì)算
斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度計(jì)算參考如圖。其總長(zhǎng)度與斜導(dǎo)柱直徑傾角,抽撥距,以及斜導(dǎo)柱固定板尺寸有關(guān)；
L總=L1+L2+L3+L4+L5
=D/2tan+h/cos+s/sin+d/2tan+(10～15)
=88
取D=30,
L4為斜導(dǎo)柱的有效長(zhǎng)度；
3．4．5斜導(dǎo)柱形狀
斜導(dǎo)柱頭部可以做成半球形或錐臺(tái)形,但應(yīng)注意錐臺(tái)的斜角必須大于斜導(dǎo)柱傾角,以避免工作長(zhǎng)度(L)脫離滑塊斜孔之后,斜導(dǎo)柱頭部仍有驅(qū)動(dòng)作用,為了減小斜導(dǎo)柱與滑塊斜孔之間的摩擦,可在斜導(dǎo)柱外部圓輪廓上銑出出兩個(gè)對(duì)稱平面。
3．4．6斜導(dǎo)柱的材料及安裝配合
斜導(dǎo)柱與導(dǎo)柱一樣,可用45鋼或碳素工具鋼,也可用20鋼滲碳(熱處理要求硬度55HRC。表面粗糙度Ra小于0.63～1.25。斜導(dǎo)柱與固定板之間采用過(guò)渡配合。H7/m8配合。由于斜導(dǎo)柱在模具工作過(guò)程中主要用于驅(qū)動(dòng)側(cè)向滑塊的導(dǎo)滑等問(wèn)題均與斜導(dǎo)柱的安裝配合關(guān)系不大,斜導(dǎo)柱與滑塊斜孔之間可用較松的間隙配合H11/b11。[8]
3．4．7滑塊,滑槽設(shè)計(jì)
滑塊是斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)中的最重要零部件,其上安裝有側(cè)向型芯或成型鑲塊注射成型的可靠性都要由它的運(yùn)動(dòng)精度保證。
其結(jié)構(gòu)形式采用組合配合結(jié)構(gòu)。既可節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材,又可使加工方便,結(jié)構(gòu)如圖。
側(cè)向抽芯過(guò)程中,滑塊必須在滑槽內(nèi)運(yùn)動(dòng),并要求運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)且有一定精度,為使模具結(jié)構(gòu)緊湊,降低模具裝配的復(fù)雜程度,先用整體式結(jié)構(gòu)。
當(dāng)滑塊完成抽撥動(dòng)作后,其滑動(dòng)部分仍有全部或部分留在滑槽內(nèi)。 滑槽對(duì)滑塊的導(dǎo)滑部位采用間隙配合,特性為H8/g7。H8/h8。
3．4．8定位裝置設(shè)計(jì)和導(dǎo)滑長(zhǎng)度
定模裝置在開模過(guò)程中用來(lái)保證滑塊停留在剛剛脫離斜導(dǎo)柱的地方,不可能發(fā)生任何移動(dòng),以避免再次合模時(shí)斜導(dǎo)柱不能準(zhǔn)確地插進(jìn)滑塊的斜孔。滑塊的定位裝置采用彈簧與臺(tái)階的組合方式。導(dǎo)滑長(zhǎng)度是根據(jù)抽芯距的長(zhǎng)度來(lái)決定的。由計(jì)算抽芯距可得導(dǎo)滑長(zhǎng)度為30.
3．4．9壓緊塊設(shè)計(jì)
壓緊塊的工作部分一般都是斜楔面,為了保證斜楔面能在合查勘時(shí)壓緊滑塊而又能在開模時(shí)又能迅速脫開。以避免壓緊塊影響斜導(dǎo)柱對(duì)滑塊的驅(qū)動(dòng)楔角’一般都比斜導(dǎo)柱傾角大一些。使模具開模時(shí),壓緊楔塊起到讓位作用。
選取23o.
3．5成型零部件設(shè)計(jì)
注塑模閉合時(shí),成型零件構(gòu)成成型塑料制品的型腔,成型零件主要包括凹模,凸模,型芯,鑲拼塊件,各種成型桿與成型環(huán)。其中。成型零件的結(jié)構(gòu),才料和熱處理的選擇以及加工工藝性,是影響模具工作壽命的主要因素。
成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),要以成型符合質(zhì)量要求的塑料制品為前提,但必須考慮金屬零件的加工性及模具制造成本。[4]
3．5．1凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凹模是成型塑料外表面的成型零件,考慮模具加工的復(fù)雜程度,及材料的利用因素,采用鑲拼結(jié)構(gòu),有利于排氣系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的加工,對(duì)改善工藝性有明顯好處,根據(jù)本制件分流道貌岸然與澆口的設(shè)計(jì)要求分流道均設(shè)在凹模鑲塊上，如圖所示：
圖5 凹模的結(jié)構(gòu)
3．5．2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
凸模是用來(lái)成型塑料制品的內(nèi)表面的成型零件,同時(shí)與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具型腔?？紤]模具型腔和材料的有效利用和加工方便等因素,選用組合式凸模。其圖如下：
圖6 凸模的結(jié)構(gòu)
3．5．3成型零部件的材料選擇
要求機(jī)械加工性能良好,拋光性能良好,耐磨性能和抗疲勞性能良好。而且具有耐腐蝕性能。綜上考慮選P20。
第四章．模具設(shè)計(jì)的有關(guān)計(jì)算
成型零件工作尺寸計(jì)算時(shí)要考慮制品的尺寸公差,所成型塑料的收縮率,溢料飛邊厚度,塑料制品脫模,模具制造的加工條件及可達(dá)到的水平等因素,采用平均尺寸,平均收縮率,平均制造公差和平均磨損量。[2]
查表得到POM的收縮率為1.2%～3.0%,同時(shí)考慮到工廠的現(xiàn)在設(shè)備和條件,模具制造公差.
Scp=(1.2+3.0)%/2=2.1%。
查表得聚甲醛的一般尺寸公差等級(jí)為MT4。
176IT5=0.92； 114IT4=0.50；60IT4=0.32m；3IT4=0.12；
4．1型腔的計(jì)算
徑向尺寸176：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.92≈0。31；
=(176+176×2.1%-3/4×0.92)
=175
徑向尺寸114：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.50≈0.17；
=(114+114×2.1%-3/4×0.50)
=113.9
式中：LM------凹模徑向公稱尺寸()；
Ls----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
深度尺寸60：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.32≈0.106；
=(60+60×2.1%-3/4×0.32)
=59.9
深度尺寸40：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.4≈0.13；
=(40+40×2.1%-3/4×0.4)；
=39.8
深度尺寸3：
HM=(Hs+HsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.12=0.04；
=(3+3×2.1%-3/4×0.12)
=2.92
式中：HM------凹模徑向公稱尺寸()；
Hs----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
----制品公差；
--模具制造公差；
4．2型芯的尺寸計(jì)算
徑向尺寸：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.35≈0.117
=(170+170×2.1%-3/4×0.35)
=170
徑向尺寸：
LM=(Ls+lsScp%-3/4)；
=1/3=1/3×0.3=0.1
=(108+108×2.1%-3/4×0.3)
=108
式中：LM------凹模徑向公稱尺寸()；
Ls----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
深度尺寸60：
HM=(Hs+HsScp%+2/3)；
=1/3=1/3×0.32≈0.106
=(60+60×2.1%+2/3×0.32)
=60.3
深度尺寸17：IT4=0。28
HM=(Hs+HsScp%+2/3)；
=1/3=1/3×0.28≈0.093
=(17+17×2.1%+2/3×0.28)
=17.2
式中：HM------凹模徑向公稱尺寸()；
Hs----制品徑向公稱尺寸()；
Scp---塑料平均收縮率(%)；
---制品公差；
---模具制造公差；
4.3型腔側(cè)壁厚和底板厚度計(jì)算
4.3.1凹模鑲塊型腔側(cè)壁厚度計(jì)算
由于本模具采用的是組合式圓形型腔,為了避免因強(qiáng)度不夠產(chǎn)生變形,甚至開裂損壞,同時(shí)還要避免因剛度不足產(chǎn)生撓曲變形,才能脫?；虍a(chǎn)生大量飛邊溢料,從而降低制品精度.本制品的尺寸較大,所以按剛度條件計(jì)算：
S=R-r=31
式中: P—成型壓力(模腔壓力)；
R—型腔外圓半徑；
r—型腔內(nèi)圓半徑；
--泊松比；
E—鋼材的彈性模量；
[]-型腔允許變形量；
第五章.模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
注塑模溫對(duì)于塑料熔體的充模流動(dòng)。固定成型,生產(chǎn)效率以及制品形狀和尺寸精度都有重要影響。若模溫過(guò)低,則會(huì)影響塑料的流動(dòng)性,產(chǎn)生較大的流動(dòng)剪切力,使塑件內(nèi)應(yīng)力較大,還會(huì)出現(xiàn)冷流痕,銀絲,注不滿等缺陷。
5．1加熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)：由于聚甲醛需要使用轉(zhuǎn)高的模溫,而且塑件的要求在80℃以上,所以要選用加熱裝置。本模具采用的加熱方式選用為加熱板中插入電熱棒加熱。
由表查得,加熱棒d1=20。允許偏差0.12。蓋板直徑14.5,槽深3,長(zhǎng)度200。
5．2冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)： ?冷卻系統(tǒng)是否需要可做如下設(shè)計(jì)計(jì)算：
設(shè)定平均工作溫度為80℃,用20℃常溫水作為模具冷卻介質(zhì),出口溫度為30℃,產(chǎn)量為0.26kg/h。
(1) 求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量Q3,查得聚甲醛單位熱流量為41。9×10
Q3=WQ2=0.26×41.9×10=10.89×10J/kg
(2) 求冷卻水的體積流量V
V=
=
=0.4310m
由體積流量V查表可知所需的冷卻水管直徑非常小。
由上述計(jì)算可知,因?yàn)槟＞呙糠昼娝璧睦鋮s水體積流量很小,所以可以不設(shè)冷卻系統(tǒng),依靠空冷的方式冷卻模具即可。
第六章.其它結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
6．1排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：在塑料熔體填充注射模腔的過(guò)程中,模腔內(nèi)除了原有空氣外,還有塑料含有水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣。[2]
塑料局部過(guò)熱分解產(chǎn)生的低分子,揮發(fā)性氣體,塑料助劑揮發(fā)所產(chǎn)生的氣體,如不將其排出模具外,將會(huì)影響制件質(zhì)量,所以在模具中開設(shè)排氣槽,
排氣槽可以做成彎曲狀,其截面由細(xì)到粗逐漸加大,這樣可以降低塑料熔體從排氣槽溢出時(shí)的動(dòng)能還能降低塑料熔體溢出時(shí)的流速以防發(fā)生事故。盡量開在塑料熔體最后才能填充的板腔部位如流道的終端。還在盡量設(shè)在分型面上,可以使排氣槽溢出的塑料飛邊隨制品一起脫模。
通常開設(shè)的位置,在試模以后才能確定下來(lái),主要尺寸為：
排氣槽深度為0.01～0.03；
寬度為1.5～6；
6．2頂出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：頂出脫模機(jī)構(gòu)是注射模的重要功能之工,它由一系列頂出零件和輔助零件組成,可以具有不同的頂出動(dòng)作。同時(shí)要保證,制品留在動(dòng)模一側(cè),方便手動(dòng)取出或自重脫落,還有不因頂出而損壞制品。頂出機(jī)構(gòu)還要簡(jiǎn)單,不應(yīng)增加模具復(fù)雜程度。頂出零件要有足夠的強(qiáng)度,剛度和硬度。
分析本塑件,由于制品底面積較大,而且不允許有頂出痕跡,所以選用推板頂出脫模機(jī)構(gòu),主要特點(diǎn)是頂出脫模力大而均勻,運(yùn)動(dòng)平穩(wěn),不需要設(shè)置復(fù)位裝置。
所選用的推桿的形式和尺寸為:(GB/T4196.1-1984)。
由于本塑料的特點(diǎn),采用二次頂出,即二次分型,以方便取出凝料.所以在定模座板和定模板之間增加一個(gè)限位塊,也就是一個(gè)限位拉桿.其尺寸為。
6．3.對(duì)合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)：對(duì)合導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功能是保證動(dòng)。定模部分能夠準(zhǔn)確對(duì)合。使分別加工在動(dòng)模和定模上的成型表面在模具閉合形成形狀和尺寸準(zhǔn)確的腔體。從而保證塑件形狀,壁厚和尺寸準(zhǔn)確。避免發(fā)生碰撞和干涉。[2]
本模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu),由于成型制件的主型芯多裝在動(dòng)模一側(cè),所以把導(dǎo)柱和主型芯安裝在同一側(cè),合模時(shí)可起保護(hù)作用。同時(shí)本導(dǎo)向機(jī)構(gòu)具有定位準(zhǔn)確,導(dǎo)向精確,并具有足夠的剛度,強(qiáng)度及耐磨性。
導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)采用有肩導(dǎo)柱I型；導(dǎo)柱10025(I)GB/T-20鋼 4169。5-1984；
導(dǎo)套尺寸： 30(I)-20鋼GB/T 4169。02-1984；帶肩導(dǎo)套安裝需要墊板。裝入模板復(fù)以墊板即可。
6．4.模具閉合高度的確定： 模具的閉合高度主要是由定模座板,動(dòng)模座板,推件板,墊板,型芯固定板,型腔固定板等幾塊模板組成,同時(shí)，考慮到制件尺寸較大，所以選用355系列的模架，所選用的尺寸如下：[2]
定模座板： 35545025；
動(dòng)模座板： 35545025；
墊塊： 3556380；(GB/T4169.6-1984)
推件板： 35540010；
固定板： 35540020；
型腔固定板： 35540060；
動(dòng)模固定板： 35540020；
支承板： 35540015；
因而模具的閉合高度：
H=25+25+80+10+20+60+20+15=255
本模具的外形尺寸為355450255。G54-S200/400型注塑機(jī)模板的最大安裝尺寸為532634。故能滿足模具的安裝要求。[1]
由上述計(jì)算模具的閉合高度H=255, G54-S200/400型注塑機(jī)所允許模具的最小厚度Hmin=165,最大厚度Hmax=406,即模具滿足該安裝條件。
Hmin≤ H ≤Hmax
經(jīng)查資料G54-S200/400型注塑機(jī)的最大開模行程S=260,滿足塑件頂出要求。
S≥H1 + H2 +(5～10) ,
=67+60+10
=137
此外,由于側(cè)分型抽芯距較短,不會(huì)過(guò)大增加開模距離,注塑機(jī)的開模行程足夠。
經(jīng)驗(yàn)證。 G54-S200/400型注塑機(jī)能滿足使用要求,所以可以采用。
第七章 繪制模具總裝圖和非標(biāo)零件工作圖
本模具的總裝圖如圖所示.非標(biāo)零件圖如圖所示.
本模具的工作原理：模具安裝在注塑機(jī)上，定模部分固定在注塑機(jī)的定模板上，動(dòng)模固定在注塑機(jī)的動(dòng)模板上。合模后，注塑機(jī)通過(guò)噴嘴將熔料經(jīng)流道注入型腔，經(jīng)保壓，冷卻后塑件成型。注塑完成，模具打開，動(dòng)模部分隨動(dòng)模板一起運(yùn)動(dòng)漸漸將第一個(gè)分型面打開，凝料被拉出流道板外。與此同時(shí)在斜導(dǎo)柱的作用下，側(cè)型芯逐漸脫離塑件，做側(cè)向運(yùn)動(dòng)。開模到一定距離，限位拉桿起作用，從第二個(gè)分型面分型，斜導(dǎo)柱完成側(cè)向抽芯動(dòng)作，當(dāng)分型面打開到150時(shí)，動(dòng)模部分停止運(yùn)動(dòng)，在注塑機(jī)頂出裝置作用下，推動(dòng)推桿運(yùn)動(dòng)將塑件頂出。合模時(shí)，隨著分型面的閉合側(cè)型芯滑塊復(fù)位至型腔，同時(shí)復(fù)位桿對(duì)推桿進(jìn)行復(fù)位。
第八章 注塑模主要零件加工工藝規(guī)程的編制
在此僅對(duì)凹模滑塊，型芯固定板的加工工藝進(jìn)行分析。
（1）上凹?；瑝K。上凹?；瑝K加工工藝過(guò)程見表1-1
表1-1 上凹?；瑝K的加工工藝過(guò)程
序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
2
鍛料
鍛到尺寸
3
熱處理
退火到28~35HRC
4
刨磨
刨六面到尺寸
5
平磨
磨六面尺寸，并保證上，下平面四面垂直度0.02/100。
6
銑削
以上底面為基準(zhǔn)銑型腔，長(zhǎng)寬要分別達(dá)到圖給尺寸。深度達(dá)到20。
7
鉗工
修銼兩個(gè)臺(tái)階兩端R10和R1。
8
熱處理
淬火到要求
9
平磨
磨尺寸到,磨到,保證各面垂直, 垂直度0.02/100.
10
鉗工
將本件壓入上固定板
11
平磨
與上固定板配磨,使本件與上固定板下下齊平,且使型腔深度
12
鉗工
研型腔到Ra0.1.
（2）下固定板
序號(hào)
工序名稱
工序內(nèi)容
1
下料
切割鋼板至尺寸
2
刨削
刨六個(gè)面至尺寸
3
熱處理
調(diào)質(zhì)處理到20~25HRC
4
平磨
磨六個(gè)面至尺寸,保證上下平面和側(cè)面垂直, 垂直度0.01/100
5
鉗工
劃線以上平面為基準(zhǔn),劃各中心孔線;以及斜導(dǎo)槽中心線線;鉆穿孔線;
6
鉗工
與下墊板配合加工,同時(shí)鉆的光孔,
7
銑削
模具組合件鉆鏜斜銷孔到所要求尺寸.
結(jié) 論
塑料模具產(chǎn)業(yè)近年來(lái)在我國(guó)發(fā)展很快，隨之而來(lái)的是日益激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，加入WTO后，外資模具廠家進(jìn)入國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，要在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出，發(fā)展模具標(biāo)準(zhǔn)件、實(shí)施模具的專業(yè)化生產(chǎn)至關(guān)重要。
發(fā)展模具標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)縮短模具設(shè)計(jì)制造周期、降低模具生產(chǎn)成本、提高模具質(zhì)量都具有十分重要的意義，如果能夠?qū)崿F(xiàn)模具標(biāo)準(zhǔn)件的專業(yè)化生產(chǎn)和商品化供應(yīng)，將能極大地促進(jìn)我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展。
國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家模具標(biāo)準(zhǔn)化程度為70％～80％，而我國(guó)只有30％左右。 如能廣泛應(yīng)用模具標(biāo)準(zhǔn)件，將會(huì)縮短模具設(shè)計(jì)制造周期25％～40％，并可減少由于使用者自制模具件而造成的工時(shí)浪費(fèi)。應(yīng)用模具CAD／CAM技術(shù)設(shè)計(jì)模具已較為普遍，推廣使用模具標(biāo)準(zhǔn)件，能夠?qū)崿F(xiàn)部分資源共享，這會(huì)大大減少模具設(shè)計(jì)的工作量和工作時(shí)間，對(duì)于發(fā)展CAD／CAM技術(shù)、提高模具的精密度有重要意義。
以往的模具即使只損壞了一個(gè)部件，也將無(wú)法使用。由于不是標(biāo)準(zhǔn)件，市場(chǎng)上很難有相應(yīng)產(chǎn)品，要到生產(chǎn)廠家去更換部件，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。而如果采用標(biāo)準(zhǔn)件，則可以很方便的維修、更換，這將大大提高模具的使用壽命。[4]
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)所設(shè)計(jì)的塑料制品為一骨輪塑件，現(xiàn)在的塑料發(fā)展是相當(dāng)?shù)目欤呀?jīng)成為在鋼鐵、本材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料，而且在某一方面還由于自己的特點(diǎn)代替金屬等材料.制件的主要特點(diǎn)是質(zhì)量較輕，但卻有良好的電絕緣性能和耐腐蝕性能.同時(shí)所選用的成型方法為注射成型，因?yàn)樵诟咚侔l(fā)展中，注射模具有高效、精密、可成型各種復(fù)雜制品，工藝先進(jìn)等諸多其它成型模具所不及的特點(diǎn)而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的模塑成型工藝裝備.在高速度的發(fā)展中，注射模又將其它成型模具的優(yōu)點(diǎn)吸納，融合和發(fā)展，形成了更加完善、更加優(yōu)越也更加先進(jìn)的一種新的成型技術(shù)。本次設(shè)計(jì)中由于制件有側(cè)凹，所以采用了斜導(dǎo)柱側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)，相對(duì)來(lái)說(shuō)，增加了模具加工的復(fù)雜程度，但原則上還是本著加工和制造為主要來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量減少能增加模具復(fù)雜結(jié)構(gòu)的零部件.
同時(shí)，制品表面相對(duì)而言較大，為避免在點(diǎn)澆口附近的剪切速率過(guò)高，易造成分子高度定向，增加局部應(yīng)力.甚至開裂現(xiàn)象；而當(dāng)排氣不良時(shí)，也易造成澆口部位塑料燒焦，在塑料件品上產(chǎn)生黑色條斑及黑點(diǎn)，所以設(shè)計(jì)時(shí)采用了多點(diǎn)澆口，即在成型制品的表面上設(shè)計(jì)4個(gè)對(duì)稱分布的澆口。以分布應(yīng)力，緩解集中。
通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我自己可以感覺(jué)的到，不論在專業(yè)知識(shí)，還是在基礎(chǔ)知識(shí)方面，我的能力都有了很大的提高和進(jìn)步，一方面可以把一時(shí)所掌握的知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通；另一方面，可以使設(shè)計(jì)出來(lái)的東西有創(chuàng)新的特點(diǎn)，同時(shí)，在蘇老師的指導(dǎo)和批評(píng)下，我還學(xué)會(huì)了一種一絲不茍的求學(xué)精神，那是致學(xué)的精神。在設(shè)計(jì)中 我達(dá)到課程所要求的：即在學(xué)習(xí)好相關(guān)的基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)知識(shí)和基本設(shè)計(jì)方法的同時(shí)，還具備了實(shí)際動(dòng)手的能力即掌握上機(jī)操作、生產(chǎn)塑料制品的基本技能和用計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)塑料制品和塑料模具的技能。
雖然設(shè)計(jì)中經(jīng)過(guò)了仔細(xì)的計(jì)算和驗(yàn)證，仍然會(huì)有不足之處，希望老師能給予批評(píng)和指正。
謝 辭
在蘇老師的指導(dǎo)和監(jiān)督下,終于完成了這次設(shè)計(jì) . 雖然設(shè)計(jì)成果已經(jīng)畫上了完滿句號(hào)。但是,他以淵博的軟硬件知識(shí)給我很多無(wú)私的幫助和指導(dǎo)；他認(rèn)真實(shí)干的科研精神給了我很多啟發(fā)；他誠(chéng)實(shí)直爽的性格給我留下了美好的印象。他那嚴(yán)于治學(xué)的態(tài)度和認(rèn)真細(xì)致的精神將成為我以后的人生歷練中的一個(gè)榜樣。希望老師能在以后的工作中創(chuàng)造出更多的科研成果,培育出更多的桃李.
感謝本專業(yè)同學(xué)楊天柱,蘇獻(xiàn)超等同學(xué)對(duì)于我設(shè)計(jì)中給予大量的幫助,是他們給予我信心和力量.
感謝家人給予我三年以來(lái)默默無(wú)聞的支持,是他們給予生活的力量.
參 考 文 獻(xiàn)
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