材料專業(yè)課程設(shè)計(jì)--塑料模具課程設(shè)計(jì)說明書

1、<p>　　第1章 設(shè)計(jì)任務(wù)及工藝分析</p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　此次設(shè)計(jì)內(nèi)容包括零件（如圖1-1所示）的工藝分析，模具類型和結(jié)構(gòu)形式、成型工藝條件、分型面等的確定，工藝計(jì)算（即注射量、注射壓力、鎖模力的校核，成型部分工藝計(jì)算、繪制模具裝配圖、編寫設(shè)計(jì)說明書），成型部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[1-3]。</p>

2、<p><b>　　圖1-1零件圖</b></p><p>　　1.2 材料工藝分析</p><p>　　苯乙烯是指有苯乙烯單體經(jīng)自由基縮聚反應(yīng)合成的聚合物，英文名稱為Polystyrene，簡(jiǎn)稱PS[4-7]。 </p><p>　　普通聚苯乙烯樹脂為無毒、無臭、無色的透明顆粒，似玻璃狀脆性材料。其制品具有極高的透明度，

3、透光率可達(dá)90%以上，收縮率為0.6%，電絕緣性能好，易著色，加工流動(dòng)性好，剛性好及耐化學(xué)腐蝕性好等。普通聚苯乙烯的不足之處在于性脆，沖擊強(qiáng)度低，易出現(xiàn)應(yīng)力開裂，耐熱性差及不耐沸水等。聚苯乙烯質(zhì)地硬而脆，無色透明，可以和多種染料混合，密度為1.04~1.06g/cm3。 </p><p>　　改性PS，即高抗沖聚苯乙烯，密度為1.05g/cm3，熔融溫度℃，熱分解溫度300℃。盡管改性PS的沖擊強(qiáng)度比P

4、S的沖擊強(qiáng)度高出很多，但其綜合性能還是不如ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯塑料）、PC/ABS（聚碳酸酯和丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物）。其沖擊性能在工程塑料中還是比較低的。因此，我們?cè)谑褂脮r(shí)應(yīng)注意對(duì)制件的沖擊性能的檢驗(yàn)。</p><p>　　1.2.2 塑件注塑工藝參數(shù)的確定</p><p>　　查相關(guān)手冊(cè)得到PS塑件的成型工藝參數(shù):</p><p>　　

5、密度：1.04~1.06g/cm3；</p><p>　　收縮率：0.5%～0.6%； </p><p>　　預(yù)熱溫度：60～75℃，預(yù)熱時(shí)間2h； </p><p>　　料筒溫度：后段140～160℃，中段170～190℃；        </p>&

6、lt;p>　　模具溫度：32～65℃；    </p><p>　　注射壓力：60～110MPa； </p><p>　　成型時(shí)間：注射時(shí)間15～45s，高壓時(shí)間0～3s，冷卻時(shí)間15～16s，總周期40～120s；</p><p>　　螺桿轉(zhuǎn)速：48/r.min-1。</p><p>

7、　　第2章 注射成型方案的確定</p><p><b>　　2.1 結(jié)構(gòu)工藝性</b></p><p>　　在設(shè)計(jì)塑件時(shí)，應(yīng)考慮原材料的成型工藝性，在保證制件使用要求的前提下，應(yīng)力求制件性狀，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壁厚均勻。在設(shè)計(jì)制件形狀和結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮如何使他們成型，考慮其模具的總體結(jié)構(gòu)，使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，制件的結(jié)構(gòu)形狀應(yīng)有利于分型，排氣，補(bǔ)縮和冷卻，制件成型前后的工作量

8、應(yīng)盡量小，技術(shù)要求應(yīng)盡量放低，同時(shí)成型后不在機(jī)械加工，設(shè)計(jì)出合理的模具結(jié)構(gòu)，以防止成型時(shí)產(chǎn)生氣泡，縮孔和凹陷，以降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)率，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益[8-11]。</p><p>　　2.1.1 尺寸精度分析 </p><p>　　塑件的尺寸精度是指所獲得的塑件尺寸（如圖2-1所示）與產(chǎn)品圖中尺寸相符合程度，即所獲得塑件尺寸的準(zhǔn)確度。塑件的尺寸精度與模具的制造精度，模具

9、的磨損程度，塑件收縮率的波動(dòng)及成型時(shí)工藝條件的變化，塑件成型后的時(shí)效變化和模具的結(jié)構(gòu)形式等有關(guān)，因此，塑件的尺寸精度往往不高，應(yīng)在保證使用要求的前提下盡可能選用低精度等級(jí)。</p><p><b>　　圖2-1 零件圖</b></p><p>　　表2-1 塑件精度表（SJ1372—78）</p><p>　　注：（1）其它材料可按加工尺寸穩(wěn)定

10、性，參照上表2-1選擇精度等級(jí)。</p><p>　?。?）1、2級(jí)精度為精度技術(shù)級(jí)，只有在特殊條件下采用。</p><p>　?。?）選用精度等級(jí)時(shí)應(yīng)考慮脫模斜度對(duì)尺寸公差的影響。</p><p>　　由于該塑件上尺寸公差均為未注尺寸公差。查表2-1可知PS材料的制件為標(biāo)注公差等級(jí)按MT5計(jì)算。由圖2-1可知，型芯尺寸有116mm，61mm，78mm，mm，R8m

11、m，R5mm，2mm；型腔尺寸有120mm，80mm，65mm，R10mm。以上分析可見，該零件的尺寸精度不高，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證。從零件的壁厚上來看，壁厚為2mm，比較均勻，有利于成型。</p><p>　　2.1.2 表面質(zhì)量分析</p><p>　　該零件的表面除要求沒有缺陷、毛刺、內(nèi)部不得有導(dǎo)電介質(zhì)。除此外沒有特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。 <

12、;/p><p>　　綜上分析可以看出，注塑時(shí)在工藝參數(shù)控制得較好的情況下，零件的成型要求可以得到保證。</p><p>　　2.1.3 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量與注射機(jī)選擇</p><p>　　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)。在Pro/E軟件中畫出制件圖，分析其質(zhì)量屬性，可以查詢出塑件的體積：mm3 </p><p>　　計(jì)算塑件的質(zhì)

13、量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)查得PS的密度為g/cm3，在這里選取1.05。故零件的質(zhì)量為：M=VP =70791.8×1.05×10=74.33g </p><p>　　根據(jù)所算出的單個(gè)塑件質(zhì)量，查表2-2可初選注射機(jī)為XS-ZY-160/250。</p><p>　　表2-2 常用國(guó)產(chǎn)注射機(jī)的規(guī)格和性能</p><p><b&

14、gt;　　2.2 型腔數(shù)目</b></p><p>　　最經(jīng)濟(jì)數(shù)目的確定，實(shí)質(zhì)上是注塑件生產(chǎn)成本懂得經(jīng)濟(jì)核算，但在注塑設(shè)計(jì)初始方案階段，由于澆注系統(tǒng)等技術(shù)參數(shù)尚不可知，下述型腔數(shù)的確定是一種估算的預(yù)測(cè)方法，一些參數(shù)要憑經(jīng)驗(yàn)來假定，在模具設(shè)計(jì)完成后，可根據(jù)這個(gè)方法再化，進(jìn)行生產(chǎn)成本和每個(gè)塑件成本的核算[12-15]。</p><p>　　影響最經(jīng)濟(jì)型腔的因素，有技術(shù)參數(shù)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

15、兩個(gè)方面技術(shù)參數(shù)有鎖模力，最小和最大注塑量，塑化能力，模板尺寸的和流速參數(shù)，這里只考慮注射機(jī)鎖模力和最大注射量?jī)蓚€(gè)參數(shù)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是從制品尺寸精度和經(jīng)濟(jì)效果考慮，對(duì)一模多腔整體嵌入式的注射模，影響型腔的重要因素有如下四個(gè)： </p><p><b>　　1.注射劑鎖模力；</b></p><p><b>　　2.注射劑注射量；</b></

16、p><p><b>　　3.塑件精度；</b></p><p>　　4.經(jīng)濟(jì)習(xí)慣的限制。</p><p>　　按初選的注射機(jī)XS-ZY-160/250，可選注射量為160cm3。所以按照注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目，型腔數(shù)目根據(jù)公式可得，即 ： </p><p><b>　　(2-1 )</b>

17、;</p><p>　　式中，k—注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；</p><p>　　—注射機(jī)最大注射量， cm3或g；</p><p>　　—注射系統(tǒng)凝料量，一般取總體積或質(zhì)量的0.5~1，cm3或g；</p><p>　　—單個(gè)塑件的體積或質(zhì)量，cm3或g。</p><p><b>　　根據(jù)公

18、式計(jì)算，得：</b></p><p>　　綜上計(jì)算，模具采用一模一腔。</p><p>　　2.2.1 最大注射量校核</p><p>　　最大注射量是指注射機(jī)在對(duì)空注射的條件下，注射螺紋或柱塞作一次最大注射行程時(shí)，注射裝置達(dá)到的最大注射量。設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)滿足注射成型塑件所需的總注射量小于所選注射機(jī)的最大注射量，即：</p><p&g

19、t;<b>　　(2-2)</b></p><p>　　式中，n—型腔數(shù)量；</p><p>　　—單個(gè)塑件的體積或質(zhì)量，cm3或g；</p><p>　　—注射系統(tǒng)凝料量，一般取總體積或質(zhì)量的0.5~1，cm3或g；</p><p>　　—注射機(jī)最大注射量，cm3或g；</p><p>　　k—

20、注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；</p><p>　　柱塞式注射機(jī)的允許最大注射量是以一次注射量聚苯乙烯的最大質(zhì)量（g）為標(biāo)準(zhǔn)的；螺桿式注射機(jī)以體積（cm3）表示最大注射量。</p><p><b>　　根據(jù)公式計(jì)算，得：</b></p><p>　　綜上，注射成型塑件所需的總注射量小于所選注射機(jī)的最大注射量，符合要求。</p&

21、gt;<p>　　2.2.2 鎖模力的校核</p><p>　　所謂最大注射面積即模具分型面上允許的制件最大投影面積，作用在該面積上的型腔總壓力應(yīng)小于注射機(jī)所允許的鎖模力，不然會(huì)鎖模不等于而意料。即：</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，—型腔總壓力，KN；</p><p&

22、gt;　　F—注射機(jī)所允許的鎖模力，KN。</p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　=AP (2-4)</p><p>　　式中，A—制件最大投影面積；</p><p>　　P—平均模腔壓力，可查相關(guān)手冊(cè)。</p><p&g

23、t;　　故注射機(jī)所需的鎖模力 KN</p><p>　　查手冊(cè)，PS的平均模腔壓力在60~100MPa之間，這里選用100MPa。</p><p>　　所以，=(=754.86KN</p><p>　　綜上計(jì)算，注射機(jī)所允許的鎖模力大于成型所需的鎖模力，符合要求。 </p><p>　　2.2.3 最大注射壓力的校核</p>

24、<p>　　塑料成型所需要的注射壓力是由塑料品種、注射機(jī)類型，噴嘴形式以及澆注系統(tǒng)的壓力損失等因素決定的。對(duì)于粘度較大的塑料品種以及形狀細(xì)薄、流程長(zhǎng)的塑件，注射壓力應(yīng)取大些。由于柱塞式注射機(jī)的壓力損失比螺桿式大，所以一注射壓力也應(yīng)去大些。注射壓力的校核是核定注射機(jī)的額定壓力是否大于成型時(shí)所需的注射壓力。常見的塑料注射成型時(shí)所需的注射壓力見表：</p><p>　　表2-3 常用塑料注射成型時(shí)所需

25、的型腔壓力/MPa</p><p>　　因?yàn)檫x擇的注射機(jī)是XS-ZY-160/250，查表2-2可知，它的額定注射壓力160MPA，查2-3表知，PS注射成型時(shí)所需的型腔壓力在15～20MPa之間，所以注射機(jī)壓力滿足要求。</p><p><b>　　2.3分型面的確定</b></p><p>　　分型面是動(dòng)、定模具的分界面，即打開模具取出澆注

26、系統(tǒng)凝料的面。分型面的位置影響著成型零件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切聯(lián)系。 </p><p>　　實(shí)際的模具結(jié)構(gòu)基本上有三種情況：型腔完全在動(dòng)模一側(cè)；型腔完全在定模一側(cè)；型腔各有一部分分別在動(dòng)、定模中。分型面的選取不僅關(guān)系到塑件的正常成型和脫模，而且涉及模具結(jié)構(gòu)與制造成本。一般來說，分型面的總體選擇原則是：保證塑件質(zhì)量，便于制品脫模和簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)。具體包括以下幾條：</p>

27、<p><b>　　1.塑件脫模方便；</b></p><p><b>　　2.模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；</b></p><p><b>　　3.型腔排氣順利；</b></p><p><b>　　4.確保塑件質(zhì)量；</b></p><p><b

28、>　　5.無損塑件外觀；</b></p><p><b>　　6.合理利用設(shè)備。</b></p><p>　　塑件分型面的選擇應(yīng)保證塑件的質(zhì)量要求，該塑件的分型面的位置如圖2-2所示。其中該圖所示的分型面有兩個(gè)，選擇在上（A—A）與（B-B）上，這樣的選擇使塑件外表面可以在整體凹模型腔內(nèi)成型，塑件外表面光滑，塑件的脫模也方便。</p>

29、<p><b>　　圖2-2 分型面</b></p><p>　　2.3.1主流道設(shè)計(jì)</p><p>　　根據(jù)表2-2查得XS-ZY-160/250型注塑機(jī)噴嘴的有關(guān)尺寸: </p><p>　　噴嘴前端孔徑：mm </p><p>　　噴嘴前端球面半徑：mm </p>

30、;<p>　　根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系：   </p><p>　　mm (2-5)</p><p>　　mm (2-6)</p><p>　　所以取主流道（如圖2-3所示

31、）球面半徑R=14mm 取主流道小端直徑d=φ5mm。</p><p>　　為了方便將凝料從主流道中拔出，將主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角一般取20～40，為了使熔料順利進(jìn)入分流道，可在主流道端設(shè)計(jì)成半徑r=4.5mm的圓弧過渡。</p><p><b>　　圖2-3 主流道</b></p><p>　　2.3.2 主流道澆口套設(shè)計(jì)&#

32、160;</p><p>　　由于注射成型時(shí)主流道要與高溫熔料熔體和注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以一般都不將主流道直接開在定模上，而是將單獨(dú)開在一個(gè)嵌套中，然后再將此套嵌入定模內(nèi)，該嵌套成為澆口套。澆口套的長(zhǎng)度應(yīng)與定模部分的厚度一致，主流道出口處的端面不得突出在分型面上，否則不僅會(huì)造成溢料，而且還會(huì)壓壞模具。采用澆口套以后不僅對(duì)主流道的加工和熱處理以及本身的選材等工作帶來很大的方便，而且在主流道壓壞后，也便于修磨

33、與更換，這樣顯然降低了成本，提高了效率。澆口套一般選用T8鋼，也可以選用優(yōu)質(zhì)合金鋼等等，T8鋼熱處理后硬度為50～55HRC，澆口套（如圖2-3所示）與定模板的配合一般選用H7/m6。</p><p>　　2.3.3 澆口設(shè)計(jì) </p><p>　　澆口是熔融塑料經(jīng)分流道注入型腔的進(jìn)料口，是流道與型腔之間的連接部分，也是注射模澆注系統(tǒng)的最后部分，其作用為：是從分流道來的

34、熔融塑料以最快的速度進(jìn)入并充滿型腔;型腔充滿后澆口能迅速冷卻封閉，防止型腔內(nèi)還未冷卻的熔融塑料回流。澆口截面積要小，長(zhǎng)度要短，根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式，選用點(diǎn)澆口較為理想。</p><p>　　第3章 成型部分設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1 成型部分工藝計(jì)算</p><p>　　模具工作尺寸確定的原則是，外形尺寸采用單向負(fù)偏差，基本尺寸為最大值；內(nèi)形尺寸

35、采用單向正偏差，基本尺寸為最小值；中心距尺寸采用雙向等值正、負(fù)偏差，基本尺寸為平均值。 </p><p>　　成型零部件工作尺寸公差值可取塑件公差的1/3～1/6，根據(jù)目前機(jī)械制造和裝配的技術(shù)水平，一般將IT7～I(xiàn)T8級(jí)作為模具制造公差。成型小型塑件時(shí)，模具制造公差和成型零部件的磨損，是影響塑件尺寸精度的主要因素，和?不能忽略，可取、、X=3/4。</p><p>　　(1)型腔

36、徑向尺寸的就算</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中，—模具型腔徑向基本尺寸；</p><p>　　—塑件外表面的徑向基本尺寸；</p><p><b>　　—塑料平均收縮率；</b></p><p>　　—塑件外表面徑向基本尺寸的公差。&

37、lt;/p><p>　　(2)型芯徑向尺寸的計(jì)算</p><p><b>　　(3-2)</b></p><p>　　式中，—模具型芯徑向基本尺寸；</p><p>　　—塑件外內(nèi)面的徑向基本尺寸；</p><p>　　—塑件外表面徑向基本尺寸的公差；</p><p><

38、b>　　—模具制造公差。</b></p><p>　?。?）中心距尺寸計(jì)算:</p><p><b>　　(3-3)</b></p><p><b>　　標(biāo)注制造公差后得：</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><

39、p>　　式中，—模具中心距基本尺寸</p><p>　　—塑件中心距基本尺寸</p><p>　　塑件未標(biāo)注的公差可查表3-1得：</p><p>　　表3-1 塑件公差數(shù)值表</p><p>　　注：標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的數(shù)值以塑件成型后或經(jīng)過必要的處理后，在相對(duì)濕度為65%，溫度為20OC環(huán)境放置 24小時(shí)后，以塑件和量具溫度為200C時(shí)

40、進(jìn)行測(cè)量為準(zhǔn)。</p><p><b>　　型芯徑向尺寸： </b></p><p><b>　　型腔徑向尺寸：</b></p><p>　　中心距尺寸計(jì)算：Cmmm</p><p>　　3.2 成型部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)&#

41、160;</p><p>　　型芯是成型整體內(nèi)形的模具零件。材料選擇Cr12。利用組合式凸模，方便，容易加工、更換，成型制品不會(huì)帶有現(xiàn)拼接縫的溢料痕跡，但形狀復(fù)雜時(shí)，加工困難，優(yōu)質(zhì)模具材料的消耗量較大，主要用于大、中型塑料制品。熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到58～62HRC。其結(jié)構(gòu)形式如圖3-1、3-2所示：</p><p><b>　　圖3-1 型芯1</b></p>

42、;<p><b>　　圖3-2 型芯2</b></p><p>　　3.2.2型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　因模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工的難易程度和材料的價(jià)值利用等因素，材料選擇Cr12。本副模具的型腔結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于制造，在這里采用整體式型腔結(jié)構(gòu)。這樣不僅易于制造，制品上無鑲拼結(jié)構(gòu)留下的拼接痕，制品質(zhì)量較好；而且模具牢固，不易變形，制造中省

43、去了鑲拼組合所需的工時(shí)和費(fèi)用。相同的鋼寸，比強(qiáng)度較高。熱處理后硬度應(yīng)達(dá)到58HRC～62HRC。型腔采用整體式如圖3-3所示。</p><p><b>　　圖3-3 型腔</b></p><p><b>　　小 結(jié)</b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是學(xué)習(xí)其中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，是對(duì)以前所學(xué)的知識(shí)及所掌握的技能的綜合運(yùn)用

44、和檢驗(yàn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，采用模具的生產(chǎn)技術(shù)得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。在完成這次課程設(shè)計(jì)后，我熟練地掌握了機(jī)械制圖、機(jī)械設(shè)計(jì)、塑料注射模結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)等專業(yè)基礎(chǔ)課和專業(yè)課方面的知識(shí)，對(duì)機(jī)械制造、加工的工藝有了一個(gè)系統(tǒng)、全面的理解，達(dá)到了學(xué)習(xí)的目的。對(duì)于模具設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)踐性非常強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題，我們進(jìn)行了大量的實(shí)習(xí)。經(jīng)過在洛陽中國(guó)一拖的生產(chǎn)實(shí)習(xí)，我對(duì)于模具的設(shè)計(jì)步驟有了一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，豐富了各種模具的結(jié)構(gòu)和動(dòng)作過程方面的知識(shí)，而對(duì)于模具的制造工藝

45、更是有了更大的突破。在指導(dǎo)老師的協(xié)助和講解下，同時(shí)在模具拆裝實(shí)驗(yàn)中，親手拆裝了一些典型的模具實(shí)體，明確了模具的一般工作原理、制造、加工工藝。設(shè)計(jì)中，充分利用和查閱各種資料，并與同學(xué)進(jìn)行充分討論，盡最大努力完成了本次課程設(shè)計(jì)。 在設(shè)計(jì)的過程中，雖有一定的困難，但在老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，圓滿的完成本次課程設(shè)計(jì)任務(wù)。在這次塑料模課程設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了很多知識(shí)，認(rèn)識(shí)到設(shè)計(jì)模具既是一件簡(jiǎn)單的事情，又是一件不簡(jiǎn)單的事情，在設(shè)計(jì)中會(huì)遇

46、到很多模棱兩可的事情，有時(shí)候都無從下手，但是不要放棄，</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 屈華昌，塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)，北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.</p><p>　　[2] 賈潤(rùn)禮，實(shí)用注塑模設(shè)計(jì)手冊(cè)，北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2000.</p><p>　　[3] 王興天

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51、yung-Pil，Cha， Baeg-Soon . A Study on the Occurrence Cause of Flashing in the Thin-Wall Overmolding Using Mold Rapid Heating-Cooling Technology[J].Advanced Science Letters.2012，14（1）：54-59</p><p>　　[15] Musao