塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计

塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计摘 要:注射成形是将粉状塑料从注射机料斗送入已加热的料筒，经加热熔融后，受柱塞或螺杆的推动，熔融塑料通过料筒前端的喷嘴快速注入闭合塑模中，经冷却（热塑性塑料）定型或加热（热固性塑料）定型后，开启模具取出制品。 阅读设计任务书，明确设计任务，准备设计资料。塑件在模具中的成型位置，分型面和型腔数量的确定，浇注系统形式和浇口的设计，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，排出系统和温度调节系统的设计和模架选择。协调好各个零件之间的装配关系，用CAD绘制装配图及各零件图。整理和编写课程设计说明书。关键词：注射机；模具；注射成型；目 录引 言 1第一章 绪 论 21.1我国古代模具技术已达到较为先进的水平 21.2中国模具行业现状分析及发展预测 21.2.1模具行业现状 21.2.2未来冲压模具制造技术发展趋势 31.3中国模具行业十一五发展目标和重点 51.3.1.未来发展目标 51.3.2.主要发展重点： 61.4本设计的研究工作和意义 7第二章 制品工艺分析 9第三章 工艺方案分析及成型工艺参数的确定 123.1工艺方案分析比较及选择 123.2成型工艺参数的确定 13第四章 设备的初步选择 144.1注塑所需体积计算 144.2锁模力的计算 154.3型腔数目的确定 154.4设备的选择 16第五章 模具结构设计 175.1分型面、排气方式的确定 175.1.1.分型面的选择 175.1.2.排气方式的确定 175.2浇注系统设计 185.3成形零件结构设计 195.4导向和定位机构设计 195.5脱模机构设计 205.6温度调节系统设计 20第六章 成型零件的尺寸计算和强度、刚度校核 216.1成形零件的工作尺寸计算 216.1.1.型腔的工作尺寸计算: 226.1.2.型芯的工作尺寸计算: 226.2刚度和强度的校核 23第七章 注塑机有关参数的校核 247.1开模行程的校核 247.2安装参数的校核 247.2.1定位圈尺寸 247.2.2最大与最小模厚 247.2.3喷嘴尺寸 25第八章 模具选材和加工制造 26第九章 试 模 27参考文献 29谢 辞 29附件:（英译汉） 31第 51 页 共 59 页引 言塑料是20世纪才发展起来的新材料，也是一门新兴工业。目前，世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会使用的一大类材料。只有迅速地发展塑料加工业，才能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国明经济各领域充分地发挥作用。随着塑料制品日益广泛的应用，在注塑成型过程中起着重要作用的模具越来越受到重视。除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具的控制，所以如何高质量，简明、快捷和规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺优越性、扩大注塑制品应用的首要问题。在本章中将介绍注塑模具的组成、类型和设计程序等方面的内容。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。注塑成型工艺及其模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计算机技术、快速造型技术、数值模拟、数字化应用技术等在注塑成型加工领域的渗透而发展。注塑成型作为一种重要的成型加工方法，我们不难发现，在机械、化工、汽车、邮电通信、仪器仪表、文体医卫、军事国防、家电等都具有广泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和广阔的发展前景。塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计第一章 绪 论1.1我国古代模具技术已达到较为先进的水平据文选记载模具技术起源于远古中国，从对铸陶技术到青铜器的考古，充分说明了我国古代采用模型塑造产品的技术已经达到较先进的水平。1986年在四川广汉三星堆发掘出两个大型商代祭祀坑，出土了近千件精美绝纶的珍贵文物。大小各异的青铜人头，神秘怪诞的青铜面具表明：商代的我国已开始使用模具来成型青铜雕像。特别是到春秋战国时期，各种农作器具、战争武器的制作，使模具技术的运用渐趋成熟。1998年底，教研工作者经过科学勘探，发现了秦陵地下宫城军备库陪葬坑：从出土的秦剑、铍、矛、戈、戟、车马器构件、锛箭头及其它军用装备显示，秦国青铜兵器的铸制技术、铸制规模及铸后的机械加工技术已达到较为先进的水平，铸模为秦始皇叱咤风云，一统中国立下了汉马功劳。1.2中国模具行业现状分析及发展预测1.2.1模具行业现状改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷建立了自己的模具制造中心；中外合资和外商独资的模具企业现已有几千家。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面做出了贡献。例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。虽然中国模具工业在过去十多年中取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。1.2.2未来冲压模具制造技术发展趋势模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。达到这一要求急需发展如下几项：(1)全面推广CAD/CAM/CAE技术模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。(2)高速铣削加工国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。 (3)模具扫描及数字化系统高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。(4)电火花铣削加工 电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工(像数控铣一样)，因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。预计这一技术将得到发展。(5)提高模具标准化程度我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。国外发达国家一般为80%左右。(6)优质材料及先进表面处理技术 选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。模具热处理的发展方向是采用真空热处理。模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积(TiN、TiC等)、等离子喷涂等技术。(7)模具研磨抛光将自动化、智能化模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。(8)模具自动加工系统的发展 这是我国长远发展的目标。模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。1.3中国模具行业十一五发展目标和重点在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。1.3.1.未来发展目标以2005年全国模具产值600亿元为基础，按“十一五”期间年均增速12%15%及20102020年期间年均增速10%左右测算，总量目标为：按年均增速12%推算，2010年约1000亿元，2020年约2600亿元。按年均增速15%推算，2010年约1200亿元，2020年约3100亿元。经过“十一五”努力，使我国模具水平到2010年时进入亚洲先进水平的行列，再经过10年的努力，2020年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。2010年时的几项具体目标：1)模具精度达到0.001mm；模具生产周期比现在缩短30%左右。2)机床数控化率和CAD/CAM技术应用率比现在提高1倍。3)骨干企业基本实现信息化管理，通过ISO9000等质量管理体系认证。4)高水平模具比例要有较大提高。大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约30%提高到2010年的40%和2020年的50%以上。5)国产模具国内市场占有率从目前不足80%，2010年要达到85%以上，2020年要达到90%以上。6)模具出口以2010年模具出口10亿美元，2020年模具出口2530亿美元为目标。7)要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。模具标准件使用覆盖率从目前的约45%提高到2010年的60%，2020年的70%以上。8)模具商品化程度从目前的45%左右达到2010年的55%和2020年的65%左右。1.3.2.主要发展重点：1)汽车覆盖件模具冲压模具占模具总量的40%以上。汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。今后,中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。争取到2010年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。2)精密冲压模具多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。这两种模具，国内已有相当基础，并已引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。对于为超大规模集成电路配套、为引线脚100以上及间隙0.2mm以下的引线框架配套、为精度5mm以上的精密微型连接件配套、为1.6mm以下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子枪等配套的精密模具是发展的重中之重。为汽车覆盖件及其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。3)大型及精密塑料模具塑料模具占模具总量近40%，而且这个比例还在不断上升。塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，“十一五”期间应重点发展。4)主要模具标准件目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少。这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。氮气缸和热流道元件国内至今无正规的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织规模化生产。5)其他高技术含量的模具占模具总量近8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。镁合金压铸模和真空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。这些高技术含量的模具在“十一五”期间也应重点发展。1.4本设计的研究工作和意义此次模具设计的塑件为一盒形件，塑件材料为ABS，无须侧抽芯机构。经分析，此模具虽无须侧抽芯机构，但此塑件空较多，型芯图较复杂。本模具采用一模两件，左右对称布置。注塑成型模具的工作过程如下：塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔融后，在注塑机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具型腔内固化定型，这就是注塑成型的简单过程。注塑成型所用的模具叫注塑模具。注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但近年来也越来越多的用于热固性塑料成型。注塑成型在塑料制件中占有很大比重，世界塑料成型模具产量中的约半数以上为注塑模具。近年来发展了一种在注塑成型时在注入塑料熔体后，立即向制件内部充入惰性气体进行保压的气体辅助注塑成型方法及其模具，它能生产壁厚的和壁厚相差悬殊的注塑制品，能获得更加优良的制品的外观和性能，同时还能减轻制品的重量，节约原材料。此次设计介绍了底盒塑件的注塑成型工艺及注塑模具的设计、注塑模具设备选择、模具材料及热处理等内容.此次设计具体内容如下：制品工艺性分析；工艺方案分析及成型工艺参数的确定；设备的初步选择；模具结构设计；成型零件的尺寸计算和刚度、强度校核；注塑机有关参数的校核；模具装配图的绘制；模具零件图的绘制；编写设计说明书一篇和外文翻译一篇。此次设计过程中参考了大量的文献资料，得到了老师与同学的帮助，在此一并表示感谢。此次设计涉及较多的专业知识，由于本人水平有限，故存在大量不足之处。敬请各位老师批评指正。第二章 制品工艺分析本制品为仪表盖塑料体，带有两空，本不是很复杂，但由于公差使得制作稍有困难。其塑件的图形如下所示： 图1. 塑件图制品工艺分析图1 制件图: 本制品的原材料为ABS。ABS是三元共聚物，因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。ABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点。此外，表面还可镀铬，成为塑料涂金属的一种常用材料。吸湿性强，含水量应小于0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。流动性中等，溢边料0.04mm左右。料温对物性影响较大、料温过高易分解(分解温度为250左右)，对要求精度较高塑件模温宜取5060，要求光泽及耐热型料宜取6080。一般用柱塞式注射机时料温为180230，注射压力为100140Mpa，螺杆式注射机则取160220，注射压力为60100MPa。其熔化温度为210280，密度为1.031.07 。避免因尖角引起的应力集中，改善流动充模特性，制品内外表面的交接转折处都设计成了圆角，且圆角半径为R2R3。 第三章 工艺方案分析及成型工艺参数的确定3.1工艺方案分析比较及选择塑料加工的基本方法大致可以分为七大类：压塑成形、传递成形、注塑成形、挤出成形、吹塑成形、热成形、铸塑成形。根据成形加工方法的不同，可以采用多种方法生产制品。下面对两种主要的加工方案做个分析比较。方案1：采用注射成形注射成形是将粉状塑料从注射机料斗送入已加热的料筒，经加热熔融后，受柱塞或螺杆的推动，熔融塑料通过料筒前端的喷嘴快速注入闭合塑模中，经冷却（热塑性塑料）定型或加热（热固性塑料）定型后，开启模具取出制品。几乎所有的热塑性塑料和部分热固性塑料都可以用注射成形。方案2：采用传递成形传递成形是将一定量的塑料压塑粉或料坯放到料室中加热熔融，然后用柱塞（或称压柱）对加料室内塑料熔体加压将料块快速压入已闭合的热型腔内，当熔体充满型腔后，再经适当保压和固化，即可取出制品。热固性塑料和热塑性塑料都可以采用传递成形方法成形制品。方案3：采用压塑成形压塑成形是塑料在一型腔中，通过加压且通常需要加热的成形方法。热固性塑料和热塑性塑料都可以用压塑成形，但主要用于热固性塑料。压塑成形的主要优点是使用的设备和模具比较简单；适用于流动性较差的塑料；可模压较大和较厚的制品；制件收缩率小；各向性能比较均匀。它的主要缺点是生产周期长、效率低；劳动强度大，尤其是移动式模具；制品常有较厚的溢边，不能模压要求尺寸精度准确性较高的制品。采用方案3，由于热塑性塑料模压时模具需要交替加热与冷却，生产周期长，效率低，不适合于大批量生产制品。采用方案2成形制品时由于热塑性塑料的固化时间长，生产周期长，也不适应生产该制品。与方案2、3两种成形方法相比，注射成形具有成形周期短，能一次成形外形复杂、尺寸精确的制品，生产效率高，易于自动化；注塑机为单机操作，更换原料及模具均很方便，是一种经济高效的成形方法。由此可见，方案1是成形制品的最好方案。3.2成型工艺参数的确定注塑过程包括加料、加压、塑化、注射、保压冷却和脱模等几个步骤，其中最重要的是塑化、注射和模塑三个阶段。ABS塑料成型工艺参数如表1所示。料筒温度/C前段180220中段165180后段150170成形时间/s注射时间2090保压时间05冷却时间20120成型周期50220喷嘴温度/C170180模具温度/C5080注射压力/MPa60100后处理/温度()70后处理/温度()70表1. ABS成型工艺参数第四章 设备的初步选择4.1注塑所需体积计算 图2. 塑件图由上图，计算注塑所需体积： V注成型塑件及浇注系统所需注射总体积由0.8CV注C注射机最大注射，cm3；V注成型塑件及浇注系统所需注射总体积则，C70.236cm4.2锁模力的计算流道凝料(包括浇口)在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式：(为每个塑件在分型面上的投影面积)，用进行估算： 查塑件所需的注射压力100-130Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则 其中A塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm）;单个塑件在分型面上的投影面积（mm）;流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm）;模具所需的锁模力（N）;塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。4.3型腔数目的确定影响型腔数目的重要因素有：注射机的锁模力；注射机的注射量；制品精度以及经济性等。以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的80%。根据塑件精度考虑，一般多型腔时制造精度低，塑件精度也低。根据塑件形状及进料口位置考虑，选用单型腔模。根据塑件产量考虑，对试制或小批量塑件宜采取单型腔或少型腔。综上所述，本模具设计为一模二件。4.4设备的选择经计算，制品与流道中塑料的总体积约为56cm，由于每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，注塑机注射量必须大于70.236cm。本模具为一模两件，可由所需的塑料体积确定注塑机的型号。综合考虑制品的外形尺寸、注射时所需压力等情况，可初步选用型号为SZ100/630的注射机。该型号注射机基本参数如表2所示：表2. 卧式注塑机(SZ100/630)结构形式卧式理论注射容量/ cm3105螺杆直径/mm35注射压力/MPa164.5拉杆内向距/mm370*320锁模力/KN630最大开模行程/mm270最大模具厚度/mm300最小模具厚度/mm150喷嘴球半径/mm15移模行程/mm270塑化能力/mm11.8注射速率/(g/s)80喷嘴孔直径/mm4定位孔直径/mm125第五章 模具结构设计注射模由动模和定模两部分组成。动模安装在注射机的移动工作台面上，定模安装在注射机的固定工作台面上。动模与定模闭合后已塑化的塑料通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。根据制品结构特点可初步确定，要设计的模具由七大系统组成：1、成形零部件；2、浇注系统；3、导向与定位机构；4、脱模机构；5、温度调节系统；6、排气系统。下面分别就上述部分进行设计。5.1分型面、排气方式的确定5.1.1.分型面的选择选择分型面时，应该尽量考虑选择在制品的最大截面处，并使制品留在动模一侧以便于脱模，还要有利于简化模具结构和便于排气。同时，还应考虑以下几种因素：分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处；取分型面时最好把要求同心的部分放在模具分型面的同一侧；有侧孔的制件，当采用自动侧向分型抽芯时，分型面应考虑将抽芯或分型距离长的一边放在动定模开模方向。通过综合考虑，选择制品的下表面作为分型面，详见装配图。5.1.2.排气方式的确定当塑料熔体注入型腔时，如果型腔内原有气体、蒸汽等不能顺利地排出，将在制品上形成气孔、银丝、表面轮廓不清，型腔不能完全充满等弊病，同时还会因气体压缩而产生高温，引起流动前沿物料温度过高，黏度下降，容易从分型面溢出，发生飞边，重则灼伤制件，使之产生焦痕。该制品的尺寸不大，精度要求一般，可直接利用分型面的微小间隙排气，同时也能利用推杆与孔的间隙排气，而不必再开设专门的排气槽。为了增加分型面的排气效果，可增加分型面的粗糙度，并使加工的刀痕或磨削痕顺着排气方式。5.2浇注系统设计浇注系统是引导塑料从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能，对制品质量影响很大。模具为一模两件，其浇注系统由主流道、分流道组成。主流道与喷嘴接触处多作成半球形的凹坑，二者应紧密地配合，避免高压塑料熔体溢出，凹坑球半径应该比喷嘴球头半径大12mm。主流道小端直径应比注塑机喷嘴孔径约大0.51mm，常取48mm，视制品大小及补料要求而定。大端的锥角不宜太大，一般取2。6。由于主流道与注塑机的高温喷嘴反复接触和碰撞，所以设计成独立的主流道衬套，选用优质钢材制作并经热处理提高硬度。主流道衬套要求承受交变力，其外圆盘直径不能太大，以避免肩部弯矩过大，配合段的直径不宜过大，以免注入模具内的塑料产生过大的反压力，使主流道衬套后退，甚至将连接螺钉拉短。台阶转角应大些，以免淬火开裂或应力集中。为补偿在注塑机喷嘴冲击力作用下主流道衬套变形，可以将它的长度设计得比模板厚度短0.02mm。如下图所示：图3. 浇口套主流道小径：d=d1+1=5凹坑半径：R=r+2=17主流道大径：D=d+2Ltag/2=5+2*50*tan4/2=8.5d1-注射机喷嘴孔直径r-注射机喷嘴球头半径-流道锥度，=4 主流道与注塑机喷嘴在同一轴线上，物料在主流道中不改变方向。由于采用的是卧式注塑机，因此主流道应垂直于分型面。为了便于流道凝料的拔出，主流道设计成具有4锥角，内壁有Ra0.8m的粗糙度。因为主流道较长，为避免在模板间的拼缝处溢料，以致主流道凝料无法脱出，必须采用浇口套。浇口套与定位圈分开加工，用螺钉将定位圈和定模座板联接，以防止浇口套受到塑料熔体的反压力而脱出。5.3成形零件结构设计注射模具的成形零件是指构成型腔的模具零件，型腔、型芯。型腔用以形成制品的外表面，型芯用以形成成品的内表面。为便于机加工和热处理，型腔、型芯都采用整体式型腔和整体式型芯。型腔、型芯分别采用螺钉进行联接固定。5.4导向和定位机构设计塑料模闭合时为保证型腔形状和尺寸的正确性，应按一定的方向和位置合模，所以必须设有导向定位机构，即在模具型腔周围设有四对配合的导柱和导套。导向机构主要有导向、定位作用。采用带有台阶的直导柱，直径取25mm。导柱安装段与模板间采用H7/m6配合，导套与导柱间采用动配合H7/f6。导柱应具有硬而耐磨的表面，选用T10A钢渗碳处理HRC5358。导柱与模板间用轴肩和垫板联接。由于本制件对称，故导柱位置的布置方式采用四根直径相同的导柱对称布置。导套内孔与导柱之间为动配合H7/f6，外表面与模板孔采用H7/m6配合。导套材料采用T10A热处理HRC5358。为了便于模具在注射机安装以及模具浇口套与注射机的喷嘴孔的精确定位，应在定模上安装定位圈，用于与注射机定位孔匹配。采用H7/m6的配合，定位圈除完成浇口套与喷嘴孔的精确定位外，还可以防止浇口套从模内滑出。根据所选用的SZ100/630型注塑机，本副模具采用的定位圈的直径为125mm。5.5脱模机构设计 为了保证制品正确无误地从模具的型芯上脱出，模具必须设置脱模机构。脱模机构的设计应遵循以下原则：1、尽可能使制品留在动模一侧，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。2.产品不能因为顶出而变形或损伤。3、结构合理可靠，运动灵活，制造方便，更换容易，推杆具有足够的强度和刚度。4.机构尽量简单可靠，易加工。5.脱模行程要合理。综合考虑以上原则，该副模具采用简单脱模机构即可顺利取出制品。该脱模机构由以下零件组成：推杆、推杆固定板及推杆垫板。由于制品为方形薄壁塑件，故采用推杆推出结构，以保证其顺利推出，并不损伤其外观。5.6温度调节系统设计模具型腔壁的温度高低及其均匀性对成型速率和制品的质量影响很大，为了调节型腔的温度，需在模具内开设冷却系统，设置冷却水通道。在型芯和型腔的四周均匀地布置冷却水道。采用并流冷却，加强浇口处的冷却。尽量降低入水与出水的温度。第六章 成型零件的尺寸计算和强度、刚度校核6.1成形零件的工作尺寸计算 工作尺寸是指成形零件中与塑料熔体接触并决定制品几何形状的尺寸。按平均收缩率计算型芯、型腔查得公式如表3所示：尺寸类型计算公式X值型腔径向尺寸0.650.700.750.700.70型芯径向尺寸0.650.700.650.70型腔深度尺寸0.65型芯高度尺寸0.70表3. （单位mm）表中凹模径向名义尺寸；ABS平均成形收缩率，取=（0.004+0.007）/2=0.0055；d0制品的名义尺寸；制件公差；x修正系数；模具制造公差；型芯径向名义尺寸； D0制件的名义尺寸；型腔深度名义尺寸；型芯高度名义尺寸；h0制件高度名义尺寸；根据上述公式求成型零件工作尺寸。模具制造公差为IT11级，制件公差为MT5级（前文已叙述）6.1.1.型腔的工作尺寸计算:型腔径向尺寸（1）型腔径向尺寸（2）型腔径向尺寸（3）型腔深度尺寸6.1.2.型芯的工作尺寸计算:型芯径向尺寸（1）型芯径向尺寸（2）型芯径向尺寸（3）型芯高度尺寸6.2刚度和强度的校核在该成形零件中型腔和动模垫板是构成型腔的主要受力构件，强度不够会使模具发生塑性变形甚至破裂，而刚度不足则会使模具过大的弹性变形，造成熔体溢料的弊病，因此需要对它们的刚度和强度进行校核。该模具采用整体式型腔，零件壁薄尺寸较小，其强度和刚度足够。第七章 注塑机有关参数的校核进行模具设计时，为保证注射模能在指定的注射机上能够正常进行工作，应对注塑机的相关参数进行校核。7.1开模行程的校核注射机取出制件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模距离。模具属于单分型面模具，因此开模行程可按下式校核，即S+510（mm）式中 塑件脱模距离（mm） 塑件脱模高度（mm），包括浇注系统在内 S注塑机最大开模行程（mm） 510为保证取出塑件而增设的余量。查相关数据可知，S+510，注塑机的最大开模行程能够满足要求。7.2安装参数的校核为了使注射模具能顺利地安装在注射机上并生产出合格的制品，在设计模具时必须校核注射机上与模具安装有关的尺寸。7.2.1定位圈尺寸为了使模具主流道的中心线与注射机的喷嘴的中心线重合，模具定模板上凸出的定位圈应与注射机固定板上的定位孔呈较松动的间隙配合。7.2.2最大与最小模厚模具的总厚度应位于注射机可安装模具的最大模厚与最小模厚之间，即 式中 最小模厚（mm） 模具实际厚度（mm）最大模厚（mm）由前述可知道，模厚=250mm，又查相关数据可知，=300mm，=200mm，能满足使用要求。7.2.3喷嘴尺寸主流道始端的球面半径应比注射机喷嘴头部的球面半径大1-2mm，即 （mm）式中 喷嘴头部的球面半径（mm） 主流道始端的球面半径由前述可知，=17mm，查有关数据可知，=15mm，=17mm，所选用的注塑机能满足使用要求。通过上面对注射压力、开模行程、安装参数的校核，可知，所选用的SZ100/630型注塑机完全能满足成形制品的要求。第八章 模具选材和加工制造模具选材，主要是对模具中的成型零、部件即型腔和型芯的选材，它们的材质优劣，是决定一副模具的质量、寿命、加工和成本的决定性因素，也就直接决定了塑料制品的尺寸精度和表面粗糙度。用作注射成形零件的钢材，应具备如下性能：机械加工性能良好；抛光性能良好；耐磨性和抗疲劳性能好；具有耐腐蚀性。综合考虑上述性能要求和模具的经济性，型腔、型芯采用Cr12。为降低成本，模具中受力不大、形状简单的固定板、模板采用45钢。模具中的导柱、导套、浇口套要求硬度高，耐磨性好，因此选用碳素工具钢T10A。定位环、顶杆采用T10A，支架采用45钢。模具精度是影响塑料成型件精度的重要因素之一。模具精度与模具的加工方法密切相关。一般配合面要求达到Ra1.6m，各类板的上下表面由于平面易于加工，并为了保持平行度，一般采用Ra0.8m，模具型芯的形状比较复杂，尺寸精度要求教高，表面粗糙度最少要求达到Ra0.8m。第九章 试 模试模是根据塑料制品设计制造的模具在相应的注塑机上实际注塑检验的过程。它是模具制造过程中必不可少的一道重要工序。通过试模要达到三个目的： 1)验证模具所提供的制品能否达到设计质量要求，检验模具的生产实用性；2)找出模具自身仍存在的问题并予以修正，使模具得以进一步完善；3)寻求模具投入正常生产的最佳工艺参数。试模为模具最终验收提供了最重要的依据。试模过程主要包括三个方面。1.模具安装：模具安装主要遵循两个原则：第一要注意操作者的安全；第二要确保模具和设备在调试中不受损坏。模具安装包括预检、装模、紧固、校正顶杆顶出距离，调节闭模松紧度和接通冷却水管等。模具安装流程如下：1)预检 在模具装上注射机以前，根据图纸对其进行全面仔细检查。2)装模 模具吊装时注意安全。3)紧固 当模具定位圈压入注射机上固定模板的定位圈孔后，用极慢的速度闭模，然后上紧压板。每边压板为块。4)调整顶杆顶出距离 模具压稳后，慢慢开模，直到动模停止后退，然后调整顶杆位置。5)闭模松紧度的调整 为了防止塑件溢边，又保证型腔适当排气，装模时闭模松紧度调节很重要。6)接通冷却水管。2.试模：1)试模前，对设备的油路、水路以及电路等进行检查，并规定保养设备，作好开机准备。2)根据试模用原材料尽量与制品一致的原则，试模材料用ABS塑料。3)在开始试模时选择低压、低温、中速成型。然后按压力、速率、温度这样的先后顺序变动。3.试模结论 通过试模不仅要找出模具中存在的不合理问题，并予以修正使模具得意完善、而且要探索出最合理的工艺参数，为日后正常生产提供条件。因此，要对试模过程中的每一步内容进行详细记录，以便在试模结束后，得出总体结论，为下一步模具验收提供依据。参考文献1 周良德,朱泗芳等. 现代工程图学M. 长沙： 湖南科技出版社.20002 徐学林. 互换性与测量技术基础M. 长沙： 湖南大学出版社.20053 申开智. 塑料成型模具M. 北京： 中国轻工业出版社.20024 宋玉恒. 塑料注射模具设计实用手册M. 北京： 航空工业出版社.19955 郝广发. 塑料模具设计及制造M. 北京： 机械工业出版社.20016 王卫卫. 材料成型设备M. 北京： 机械工业出版社.19827 高为国. 模具材料M. 北京： 机械工业出版社.20048 王晓江. 模具设计与制造专业英语M. 北京： 机械工业出版社.2001 9 冯炳尧. 模具设计与制造简明手册M. 上海： 上海科学技术出版社.198510 伍先明. 塑料模具设计指导M.北京：国防工业出版社 2007 11 王树勋. 典型模具结构图册M.广州：华南理工大学出版社 2005 12 詹友刚. PRO/ENGINEER中文野火版2.0基础教程M清华大学出版社 13 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M.高等教育出版社.2001 14 塑料模设计手册M 机械工业出版社 第二版 15 王德文. 模具实用技术200例M.北京：冶金工业出版社.1990谢 辞经过半年的忙碌和工作，本次毕业设计已经接近尾声，作为一个本科生的毕业设计，由于经验的匮乏，难免有许多考虑不周全的地方，如果没有王老师的督促指导，以及一起工作的同学们的支持，想要完成这个设计是难以想象的。在这里首先要感谢我的老师。他平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料，设计草案的确定和修改，到详细设计，画装配草图等整个过程中，他都给予了我悉心的指导。我的设计较为复杂烦琐，但是老师们仍然细心地纠正图纸中的错误。除了敬佩老师们的专业水平外，他们的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下机械专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们，正是因为有了你们的支持和鼓励。此次毕业设计才会顺利完成。如果没有你们的大力帮助，想完成这个毕业设计真的是很困难的。最后感谢南华大学四年来对我的大力栽培。能在本次毕业设计中得到大家如此多的帮助，是设计工作能顺利完成的重要原因。在此再次对大家的热心支持表示衷心的感谢。 马仕绪 2009年5月23日附件:（英译汉）中文译文：土耳其J引擎环保科技25（2001）315-319研究理事会用作注塑成型的氧化锆基陶瓷的均匀原料的制备户瑟寅 斯.索伊坎，耶尔马兹 卡瑞卡斯撒卡里亚大学冶金和材料工程系，易森特皮,54187 ， 阿达帕啥-土耳其 1999年9月4日收到摘 要: 在这项研究中，一种新的制备注塑成型的氧化锆陶瓷的均匀原料的方法被发现并作出了详细的解释。混合均匀性可以通过测量在成型和为几个从不同批次中拿出的管样品部分脱脂而减轻体重后的绿色密度来大概估计得到。粮食结构的一烧结标本是研究用扫描电镜为包装的陶瓷颗粒。 关键词：原料；混合；注射成型；氧化锆导 言:陶瓷注射成型（ CIM）作为一个制造过程中形成的复杂和近净形部件在过去 的20年前就已经出现。在这个过程中，高浓度的陶瓷粉末与粘结剂混合形成一个温和的粘度原料。塑造原料在那种非常相似于以前所用的聚合物注射成型的设备中成型。成型后，粘结剂从组成物中摘除。然后该粘结块加热到烧结温度，以使产品达到最终的高密度。此成型过程是适用于范围广泛的建立和新兴材料，可以用来获得竞争的最后优势（商务部长埃文斯， 1996年）。 该陶瓷注射成型的加工步骤已有案可稽（木瓷肃地，1995年）不过，有关原料制备详情的资料很少。在选择了一个合适的粉末和粘结剂系统之后，对于陶瓷注射成型,首先处理的步骤将他们混合来准备一个适当的原料成型和随后的处理（德国， 1991年） 。粉末含量高的均匀原料要求在去除粘结剂和烧结之后收缩很少。原料应具有与一个非常薄层粘结剂分离的粒子。要做到这一点，粉末团聚要分散在粘结剂里（道琼工业指数， 1988年）。两种混合粘结剂与陶瓷粉末的方法已开发（卫浮， 1970年和德国， 1990年）。其一，陶瓷粉末在一个特定的热点,再加上有机粘结剂混合调均达到一致的高温。在第二种混合法中，有机粘结剂是溶解在一个合适的溶剂中和由此产生的解决方案是将其与陶瓷粉末在球磨机，或叶片式混合器中混合。然后溶剂通过在溶剂的沸点以上温度加热混合物一足够的时间后从混合物中分开。在本研究的目的是为了使用第一种方法准备好有细密纹理的晶氧化锆陶瓷的均匀原料。 实验材料:在本研究中，氧化锆-氧化镁（8）系统获选。用于本研究的粉体是高端氧化锆，和自然水菱镁矿（Mg-HC）作为氧化镁的来源。用Jeol JSM 6400扫描电子显微镜（SEM）观察到了粉末的粒子形状。一犁刀式LS130颗粒大小分析仪被用来测量粉末粒子的粒径分布。构成粘结剂系统的混合石蜡作为主要粘结剂和油酸作为表面活性剂。这粘结剂系统获选由于其熔化温度低，粘度低，易于减少约束力的进程。石蜡：油酸的比例按重量计算维持在一个接近95:5的值。每个组成部分的作用和性能的摘要列于表1 。 原料制备:对经过多种准备原料的方法进行了调查，如图1所示的混合程序获得通过。首先，氧化锆和Mg-HC粉末在室温下机械混合30分钟，然后粉末混合物干燥，以消除湿度然后移入一电炉在200C保温30分钟。同时，石蜡在80C融化在一个西格玛搅拌器（桑托斯公司，西班牙）中而油酸是补充。该混合粉末逐渐添加到聚合物熔体混合60分钟，形成均匀混合物。在形成真空后，粉末加聚合物的混合物凝固而最终形成颗粒小件,如图2所示。 表1.粉体和有机材料的角色和性质材料作用 来源熔点(C)氧化锆陶瓷粉末瑟皮瑞, 法国Mg-HC稳定剂默克公司，德国石蜡粘结剂默克公司，德国56-59油酸表面活性剂默克公司，德国10成型:典型的原料含有40的陶瓷粉末和60的粘结相。这些原料用五十吨急进型注塑机（弗罗林, 一个货币公司，英格兰316）来注射成型 ，使他们在一端封闭的氧化锆管里结束成型。管外径六毫米，内径4毫米，长度50毫米。 图2.粉末颗粒原料加聚合物的混合物密度和重量损失测量:一般，指数可用于量化混合程度,基于标准偏差或从混合物中现场抽取的样本在时间间隔上的差异。为此，样本的密度和重量损失须进行测量。一个基于阿基米德原则的汞位移法是用于密度测量和对结果与计算值进行比较。密度一致性是用来衡量均质性原料。原料的均匀性还可以从样品部分脱脂重量损耗测量后做出宏观的评估。此测试，样本嵌入一个铜框的ZrO2粉体,一起被放进一炉在130C保温5小时。在这个过程中，部分脱脂与芯吸机制毛细管行动同时发生。在测试的最后，样本被重新权衡去确定目前每一次粘结剂的数额。从原料混合物中计算偏离原来的粘结剂数额，以确定同质性的程度。 结果与讨论:扫描电镜研究，结果发现，氧化锆颗粒呈球形和Mg-HC颗粒呈鳞片型，如图3所示。粉末尺寸的大小分布如图4所示。氧化锆的平均粒径为1.3米，并不包含任何团聚。Mg-HC载弱团聚（ 10-17米）和其平均粒径约为1.5米。根据研究结果，这些粉末是适合注塑成型的过程的。a）b）图3.粉末的扫描电镜扫描， a）氧化锆和 b）Mg-HC绿色密度结果:用此方法准备原料很容易在120C左右使用冷模具注射成功。在成型温度下原料的粘度是足够的。设置时间20秒，足可让该管无失真和坚持从模具中退出。从不同批次所得的绿色密度列在表2。所有批次中的值非常相似由于混合原料。理论和测量样品的密度的最大差异小于3。这表明，粘结剂和陶瓷颗粒基本上是均匀混合。 微分重量分布（）粒子直径（微米） a）微分重量分布（ ）粒子直径（毫米） b）图4.粉末的颗粒大小分布， a）氧化锆和 b）Mg-HC表2.原料的密度测量结果为所提出的混合40 v/o的陶瓷粉末批次号 样品号 绿色密度 理论密度 密度差 （g/cm3） （g/cm3） （） 减重结果:部分脱脂结果列在表3 。所有分批的值表明，一个统一的粘结剂分布的规模大小被检查出， 即，二克的管。该脱脂速率为减轻的体重除以为三批在有限的范围内初始粘结剂的内容的样本改变量。最大的差异，在所有分批的脱脂率小于1和进行分批来自不同样本的价值互相接近。这是混合均匀结果。 微观结构评价:粘结剂已被完全拆掉和在1750C烧结，保温5小时的一个扫描电镜的标本显示在图5 。此镜揭示了在晶粒结构和晶粒尺寸方面陶瓷粒子的统一包装条款。表3.部分脱脂的结果使为氧化锆管的样本所作的原料含有40 v/o的陶瓷粉末批次号 样品号 脱脂速率() 平均脱脂速率() 差异()图5.扫描电镜的标本，由于同质包装的陶瓷颗粒，显示统一的晶粒尺寸。 结论:本研究的对象是产品小管的形状。这项研究的结果表明，该建议的制备原料的方法可用于大规模的工业应用。在原料制备过程中利用真空从最后的混合物消除空气。这使得成型步骤很容易。使用这种方法，原料无须任何隔离的粘结剂，可准备和注入。 鸣谢:作者非常感谢研究理事会-穆尼尔 比入瑟列基金会提供财政支持。 ReferencesDow, J.H., Sacks, M.D., Shenoy, A.V., “Dispersion of Ceramic Particles in Polymer Melts, Ceramic Transactions, Vol. 1A, Ceramic Powder Science, The Ame. Cer. Soc., Ohio, 380-388, 1988.Evans, J.R.G, Injection Moulding, Materials Science and Technology: A Comprehensive Treatment, Vol. 17A, Processin