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編號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 相 關 資 料 題目 塑料杯子的模具設計與加工 信 機 系 機 械 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923241 學生姓名 王 兵 指導教師 王士同 職稱 教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 目 錄 一 畢業(yè)設計 論文 開題報告 二 畢業(yè)設計 論文 外文資料翻譯及原文 三 學生 畢業(yè)論文 論文 計劃 進度 檢查及落實表 四 實習鑒定表 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 開 題 報 告 題目 塑料杯子的模具設計與加工 信 機 系 機 械 工 程 及 其 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923241 學生姓名 王 兵 指導教師 王士同 職稱 教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 課題來源 自擬題目 科學依據 包括課題的科學意義 國內外研究概括 水平和發(fā)展趨勢 應用前 景等 課題的科學意義 近幾年 我國塑料模具工業(yè)有了很大的發(fā)展 塑料制品在我們的日常生活 中扮演著越來越重要的角色 其種類也越來越多 制造加工也越來越精致美觀 在未來的模具市場中 塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具 在模具行業(yè)中的 比例也逐步提高 并且隨著注塑模具技術的發(fā)展 在工程機械和工業(yè)機械 電 子 汽車 加點 玩具等產品中 60 以上的零部件 可以依靠模具成型 水 杯是我們生活中一件必不可少的生活用品 塑料杯雖然看似簡單 但是其注塑 模具的設計制作所涉及的知識面與知識點較多 能比較全面的反應一些注塑模 具的設計特點 本體應用性強 知識面覆蓋較廣 并且來自生活 所以容易激 發(fā)我學習研究興趣 所以選擇了這個課題 國內外研究概括 水平和發(fā)展趨勢 模具是汽車 電子 電器 航空儀表 輕工塑料 日用品等工業(yè)部門及其 重要的工藝裝備 沒有模具 就沒有高質量的產品 模具不是一般的工藝設備 而是技術密集型的產品 工業(yè)發(fā)達國家把模具作為機械制造方面的高科技產品 來對待 他們認為 模具是發(fā)展工業(yè)的一把鑰匙 模具是一個企業(yè)的心臟 模 具是富裕社會的一種動力 目前 美國 日本 德國等工業(yè)發(fā)達國家模具工業(yè) 的產值均已超過機床工業(yè)總產值 美國模具總產值已超過 100 億美元 日本從 1957 年到 1984 年二十七年間 模具增長 100 倍 1987 年臺灣地區(qū)模具出口達 到一億兩千萬美元 香港的模具產值為 30 億港幣 我國的模具產值為 30 億元 國內當今注塑飛速發(fā)展 但是與國際水平卻相差很遠 從整體來看 中國 塑料模具無論是在說量上 還是在質量 技術和能力等方面都有了很多進步 但與國民經濟發(fā)展需求 世界先進水平相比 仍然差距很大 主要的缺陷明顯 的表現(xiàn)在精度不高 技術含量低 復雜程度低等缺點 嚴重的阻礙著國內電子 業(yè)的發(fā)展 一些大型 精密 復雜 長壽命的中高檔塑料模具每年仍需大量進 口 在總量供不應求的同時 一些低檔塑料模具卻供過于求 市場競爭激烈 還有一些技術含量不高的中高檔塑料模具也有供過于求的趨勢 因此中國塑料 模具行業(yè)和國外相近水平相比 主要存在以下問題 發(fā)展不平衡 產品總體水 平較低 工藝裝備落后 組織協(xié)調能力差 大多數企業(yè)開發(fā)能力弱 創(chuàng)新能力 明顯不足 供需矛盾短期難以緩解 體制和人才問題的解決尚需時日 這些都 嚴重的阻礙著國內電子業(yè)的發(fā)展 設計出好的產品卻無法做出是我國模具業(yè)的 最大不足 因此 注重科技含量 接住了國外的先進理論技術則尤為重要 大型化 高精密度 多功能復合型將是未來模具的發(fā)展發(fā)展方向 熱流道 模具在塑料模具中的比重逐漸提高 并且隨著塑料成型工藝的不斷改進與發(fā)展 氣輔模具及適應高壓注射成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展 其中精密 大型 復雜 長壽命模具等高檔塑料模具也會加大研制與開發(fā) 研究內容 1 分析水盆外形尺寸及其原料成型工藝性 2 水盆的基本參數的計算及成型設備的選用 3 型腔數目和分型面的確定 模具類型及結構的確定 4 成型零件工作尺寸的計算 模具結構草圖的繪制 5 模具和注射機技術參數的校核 6 模架的選用 推出機構的設計 導向機構的設計 7 澆注系統(tǒng)的設計 8 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 9 排氣系統(tǒng)的設計 擬采取的研究方法 技術路線 實驗方案及可行性分析 研究方法 1 收集和查閱有關本次設計的相關資料 2 分析設計制品的結構 初步完成該制品模具設計的基本結 3 學習和熟練掌握 AUTOCAD 和 UG 軟件 完成本次模具設計的 3D 開模圖和 2D 的總裝圖以及若干零件圖 4 對前面所有的設計過程進行小結 完成畢業(yè)論文的寫作 可行性分析 1 對 UG 軟件有一定的了解掌握 2 對注塑模具設計有一定的理論基礎 3 本模具結構合理 緊湊 簡單 符合生產要求 綜上所述 本模具的設計方案是一個較為可行的設計方案 研究計劃及預期結果 研究計劃 第 1 2 周 調研 圖書館查找與畢業(yè)設計有關資料 第 3 周 上網查找論文資料 第 4 10 周 撰寫開題報告 第 11 12 周 英文文獻資料的翻譯 第 13 14 周 熟悉 CAD 及 UG 軟件的使用 第 15 16 周 模具結構方案的確定和設計 第 17 周 開模 3D 圖完成 第 18 周 模具技術要求 訂料表的完成 第 19 周 2D 總裝圖的繪制及修改 第 20 周 若干零件圖的繪制及修改 第 21 周 完成熔體模擬流動分析 優(yōu)化模具設計結構 第 22 周 畢業(yè)論文的撰寫 第 23 周 畢業(yè)論文的撰寫 第 24 周 整理并修改論文 預期結果 1 通過查閱書籍學習注塑模具基本知識 并按照設計原則設計一套雙層滴斗 注塑模具 2 繪制整套模具二維裝配圖 3 繪制模具主要零件圖 4 用三維軟件完成模具的三維裝配動畫和工作原理動畫 5 完成畢業(yè)設計說明書一份 特色或創(chuàng)新之處 1 全部使用計算機輔助繪圖 使用 UG 軟件對模具型腔和型芯進行 3D 分模 杯子兩側中間采取向內凹 方便人們握住杯子 2 杯子直徑較大 還可以用做飯盒 3 杯子底側留有間隙 可成放咖啡 茶葉 4 兩個杯蓋 可調換使用 已具備的條件和尚需解決的問題 已具備的條件 1 查閱與注塑模具設計相關的文獻 2 用 Pro e 軟件來實現(xiàn)模具型腔和型芯的設計 演示分模過程 并分析成型件 的合理性 掌握三維軟件 完成水杯注塑模具的設計及理論計算 尚需解決的問題 1 注塑工藝參數的確定 在試模時依據實際情況作適當的調整 2 分型面的選擇 3 型腔數的確定 4 冷卻系統(tǒng)的設計 指導教師意見 指導教師簽名 年 月 日 教研室 學科組 研究所 意見 教研室主任簽名 年 月 日 系意見 主管領導簽名 年 月 日 題目 塑料水杯的模具設計與加工 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923241 學生姓名 王 兵 指導教師 王士同 職稱 教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計 論文 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設計 論文 塑料杯子的模具設計 與加工 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果 其內容除 了在畢業(yè)設計 論文 中特別加以標注引用 表示致謝的內容外 本畢 業(yè)設計 論文 不包含任何其他個人 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品 班 級 機械 95 學 號 0923241 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一 題目及專題 1 題目 機械設備模具的計算機設計與加工 2 專題 塑料杯子的模具設計與加工 二 課題來源及選題依據 本課題自選題目 近幾年 我國塑料模具工業(yè)有了很大的發(fā)展 塑料制品在我們的日常生 活中扮演著越來越重要的角色 其種類也越來越多 制造加工也越來越精致 美觀 在未來的模具市場中 塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具 在模具 行業(yè)中的比例也逐步提高 并且隨著注塑模具技術的發(fā)展 在工程機械和工 業(yè)機械 電子 汽車 加點 玩具等產品中 60 以上的零部件 可以依靠 模具成型 水杯是我們生活中一件必不可少的生活用品 塑料杯雖然看似簡 單 但是其注塑模具的設計制作所涉及的知識面與知識點較多 能比較全面 的反應一些注塑模具的設計特點 本體應用性強 知識面覆蓋較廣 并且來 自生活 所以容易激發(fā)我學習研究興趣 所以選擇了這個課題 三 本設計 論文或其他 應達到的要求 完成杯子的開模 并繪制開模圖 繪制出裝配零件圖 完成設計說明書一份 有分析比較和必要的計算 I 四 接受任務學生 機械 95 班 姓名 王 兵 五 開始及完成日期 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六 設計 論文 指導 或顧問 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 本文介紹了塑料水杯蓋的成型工藝 及模具成型結構對塑件質量的影響 澆注系統(tǒng)的 設計 頂出系統(tǒng) 模具成型部分和總裝結構的設計 通過對模具結構方案 模具工作過程 以及加工注意事項的詳細分析與論述 近年來 CAD CAM 技術已發(fā)展成為一項比較成熟 的共性技術 模具 CAD CAM 技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的 程度 塑料制件及模具的 3D 設計與成型過程的 3D 分析正在塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越 重要的作用 我感覺 UG 開模相對于 CAD 開模有相對簡單 2D 圖采用 CAD 制圖 開模 采用 UG 制圖 在設計中對模具的整體結構及模具非標準的零件經過分析 對其各種參數進行了校核 且繪制了圖紙 設計過程中 重點突出了造型設計 成型零件設計 模架設計三個重要工作 在設 計中用到了分流道側澆口澆注系統(tǒng) 在其中造型分模中遇到一定的困難 但是通過努力最終得以解決 這次設計是對塑件及模具 CAD CAM UG 的一次大膽嘗試 相信對實際生產會有一定的 指導意義 另外 本次杯子我選擇了增大杯子的內徑 上下上下兩個杯蓋 下杯蓋與杯底留有一 定的空間 可成放茶葉 咖啡 方便人們生活 大的杯徑可讓杯子多盛放東西 需要時還 可以用做飯盒 兩個不同的杯蓋還可以交換使用 本次設計以有內螺紋的杯蓋為主 杯體 為輔 關鍵詞 塑料水杯 塑料杯蓋 注塑模設計 CAD CAM III Abstract This paper introduces the forming process of plastic cups influence and mold structure on the quality of plastic parts the design of gating system the ejector design system molding part and final assembly structure the die structure scheme Detailed analysis and discusses the working process of the mould and processing notices try hard to let readers know the design process of injection mold In recent years CAD CAM technology has developed into a relatively mature technologies the technology of mould CAD CAM hardware and software the price has been reduced to small and medium sized enterprises generally acceptable degree 3D analysis of 3D design and molding process of plastic parts and mold is playing a more and more important role in the plastic mold industry But I feel UG mold mold is relatively simple compared to CAD 2D map using CAD drawing mold using UG mapping In the design of the overall structure of die and die on the non standard parts according to the analysis the various parameters of the check and the mapping of the drawings In the design process focused on the design the design of molding parts mold design are three important work the shunt side gate system used in the design of There are some difficulties in the other part but through hard work finally settled The design of plastic parts and mold CAD CAM UG is a bold attempt I believe there will be some guiding significance for practical production In addition the cup I chose the diameter of the cup up and down two cup cover a cup cover and a cup bottom have a certain space can be put in the tea coffee convenient for people living large cup size can let the cup to hold things when required can be used as a lunch box two different cup cover can also be used This design mainly with the internal thread of the cup cover Key words Plastic cup Plastic cup cover Injection mold design CAD CAM IV 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1 1 選題依據及意義 1 1 2 本課題在國內外的研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 中國模具工業(yè)概況 1 1 2 2 存在問題和主要差距 3 2 塑件的分析 4 2 1 塑件技術要求分析 4 2 1 1 塑件的幾何形狀 4 2 1 2 塑件的工藝結構 5 2 2 1 注塑成型工藝參數 5 2 2 2 注塑成型特點 8 2 3 HDPE 注射成型條件 8 3 模具型腔的設計 9 3 1 型腔數目的確定 9 3 2 注射機的選擇 9 3 2 1 額定注射量 9 3 2 2 鎖定鎖模力 10 3 2 3 額定注射壓力 10 3 2 4 G54 S200 400 型注射機與模具關系 10 3 2 5 合模導向機構設計 11 3 3 分型面的選擇 11 3 4 脫模斜度 12 3 5 成型零件的設計 12 3 6 型腔及型芯尺寸計算 12 3 6 1 型腔的尺寸計算 13 3 6 2 型芯尺寸的計算 15 3 7 排氣槽的設計 16 3 8 型腔的強度校核 16 3 8 1 材料選擇 16 3 8 2 強度校核 16 4 澆注系統(tǒng)的設計 18 4 1 澆注系統(tǒng)的分析 18 4 2 主澆道的設計 18 V 4 3 分流道的設計 18 4 4 澆口的設計 19 5 脫模機構的設計 21 5 1 脫內螺紋機構的設計 21 5 2 頂桿位置 21 5 3 頂桿的強度計算 22 6 模具結構的零件設計 23 6 1 零件尺寸設計要求 23 6 2 導柱 導套 23 6 3 定位圈與澆口套 23 6 4 推桿 24 6 5 限位釘 24 6 6 復位桿 24 6 7 螺釘及銷 24 7 模溫調節(jié)系統(tǒng)設計 25 7 1 型腔上的冷卻系統(tǒng)裝置 25 7 2 根據已布好的水道計算水量 25 8 總結與展望 28 8 1 總結 28 8 2 不足之處及未來展望 28 致謝 29 參考文獻 30 0 1 緒論 1 1 選題依據及意義 在畢業(yè)實習期間 通過觀察 詢問及老師的指導對注塑模有了近一步的了解 鑒于 此 以塑料水杯為塑件 進行注塑模設計 一個國家模具生產能力的強弱 水平的高低 直接影響著許多工業(yè)部門的新產品的 開發(fā)和舊產品的更新?lián)Q代 影響著產品質量和經濟效益的提高 采用模具生產制件具有 生產效益高 質量好 切削少 節(jié)約能源和原材料 成本低等一系列優(yōu)點 模具成型已 成為當代工業(yè)生產的重要手段 成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向 而注塑模又 是模具生產中采用最普遍的方法 世界塑料成型模具中 約 60 為注塑模 在國民經濟 中 模具工業(yè)已成為五大支柱產業(yè) 機械 電子 汽車 石油化工和建筑的基礎 隨著 社會的發(fā)展 它將發(fā)揮更加重要的作用 編 號 無錫太湖學院 畢 業(yè) 設 計 論 文 題目 塑料水杯的模具設計與加工 信 機 系 機 械 工 程 及 自 動 化 專 業(yè) 學 號 0923241 學生姓名 王 兵 指導教師 王士同 職稱 教授 職稱 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院本科畢業(yè)設計 論文 誠 信 承 諾 書 本人鄭重聲明 所呈交的畢業(yè)設計 論文 塑料杯子的模具設計 與加工 是本人在導師的指導下獨立進行研究所取得的成果 其內容除 了在畢業(yè)設計 論文 中特別加以標注引用 表示致謝的內容外 本畢 業(yè)設計 論文 不包含任何其他個人 集體已發(fā)表或撰寫的成果作品 班 級 機械 95 學 號 0923241 作者姓名 2013 年 5 月 25 日 無錫太湖學院 信 機 系 機械工程及自動化 專業(yè) 畢 業(yè) 設 計 論 文 任 務 書 一 題目及專題 1 題目 機械設備模具的計算機設計與加工 2 專題 塑料杯子的模具設計與加工 二 課題來源及選題依據 本課題自選題目 近幾年 我國塑料模具工業(yè)有了很大的發(fā)展 塑料制品在我們的日常生 活中扮演著越來越重要的角色 其種類也越來越多 制造加工也越來越精致 美觀 在未來的模具市場中 塑料模具的發(fā)展速度將高于其他模具 在模具 行業(yè)中的比例也逐步提高 并且隨著注塑模具技術的發(fā)展 在工程機械和工 業(yè)機械 電子 汽車 加點 玩具等產品中 60 以上的零部件 可以依靠 模具成型 水杯是我們生活中一件必不可少的生活用品 塑料杯雖然看似簡 單 但是其注塑模具的設計制作所涉及的知識面與知識點較多 能比較全面 的反應一些注塑模具的設計特點 本體應用性強 知識面覆蓋較廣 并且來 自生活 所以容易激發(fā)我學習研究興趣 所以選擇了這個課題 三 本設計 論文或其他 應達到的要求 完成杯子的開模 并繪制開模圖 繪制出裝配零件圖 完成設計說明書一份 有分析比較和必要的計算 I 四 接受任務學生 機械 95 班 姓名 王 兵 五 開始及完成日期 自 2012 年 11 月 12 日 至 2013 年 5 月 25 日 六 設計 論文 指導 或顧問 指導教師 簽名 簽名 簽名 教 研 室 主 任 學科組組長研究所所長 簽名 系主任 簽名 2012 年 11 月 12 日 II 摘 要 本文介紹了塑料水杯蓋的成型工藝 及模具成型結構對塑件質量的影響 澆注系統(tǒng)的 設計 頂出系統(tǒng) 模具成型部分和總裝結構的設計 通過對模具結構方案 模具工作過程 以及加工注意事項的詳細分析與論述 近年來 CAD CAM 技術已發(fā)展成為一項比較成熟 的共性技術 模具 CAD CAM 技術的硬件與軟件價格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的 程度 塑料制件及模具的 3D 設計與成型過程的 3D 分析正在塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越 重要的作用 我感覺 UG 開模相對于 CAD 開模有相對簡單 2D 圖采用 CAD 制圖 開模 采用 UG 制圖 在設計中對模具的整體結構及模具非標準的零件經過分析 對其各種參數進行了校核 且繪制了圖紙 設計過程中 重點突出了造型設計 成型零件設計 模架設計三個重要工作 在設 計中用到了分流道側澆口澆注系統(tǒng) 在其中造型分模中遇到一定的困難 但是通過努力最終得以解決 這次設計是對塑件及模具 CAD CAM UG 的一次大膽嘗試 相信對實際生產會有一定的 指導意義 另外 本次杯子我選擇了增大杯子的內徑 上下上下兩個杯蓋 下杯蓋與杯底留有一 定的空間 可成放茶葉 咖啡 方便人們生活 大的杯徑可讓杯子多盛放東西 需要時還 可以用做飯盒 兩個不同的杯蓋還可以交換使用 本次設計以有內螺紋的杯蓋為主 杯體 為輔 關鍵詞 塑料水杯 塑料杯蓋 注塑模設計 CAD CAM III Abstract This paper introduces the forming process of plastic cups influence and mold structure on the quality of plastic parts the design of gating system the ejector design system molding part and final assembly structure the die structure scheme Detailed analysis and discusses the working process of the mould and processing notices try hard to let readers know the design process of injection mold In recent years CAD CAM technology has developed into a relatively mature technologies the technology of mould CAD CAM hardware and software the price has been reduced to small and medium sized enterprises generally acceptable degree 3D analysis of 3D design and molding process of plastic parts and mold is playing a more and more important role in the plastic mold industry But I feel UG mold mold is relatively simple compared to CAD 2D map using CAD drawing mold using UG mapping In the design of the overall structure of die and die on the non standard parts according to the analysis the various parameters of the check and the mapping of the drawings In the design process focused on the design the design of molding parts mold design are three important work the shunt side gate system used in the design of There are some difficulties in the other part but through hard work finally settled The design of plastic parts and mold CAD CAM UG is a bold attempt I believe there will be some guiding significance for practical production In addition the cup I chose the diameter of the cup up and down two cup cover a cup cover and a cup bottom have a certain space can be put in the tea coffee convenient for people living large cup size can let the cup to hold things when required can be used as a lunch box two different cup cover can also be used This design mainly with the internal thread of the cup cover Key words Plastic cup Plastic cup cover Injection mold design CAD CAM IV 目 錄 摘 要 III ABSTRACT IV 目 錄 V 1 緒論 1 1 1 選題依據及意義 1 1 2 本課題在國內外的研究現(xiàn)狀 1 1 2 1 中國模具工業(yè)概況 1 1 2 2 存在問題和主要差距 3 2 塑件的分析 4 2 1 塑件技術要求分析 4 2 1 1 塑件的幾何形狀 4 2 1 2 塑件的工藝結構 5 2 2 1 注塑成型工藝參數 5 2 2 2 注塑成型特點 8 2 3 HDPE 注射成型條件 8 3 模具型腔的設計 9 3 1 型腔數目的確定 9 3 2 注射機的選擇 9 3 2 1 額定注射量 9 3 2 2 鎖定鎖模力 10 3 2 3 額定注射壓力 10 3 2 4 G54 S200 400 型注射機與模具關系 10 3 2 5 合模導向機構設計 11 3 3 分型面的選擇 11 3 4 脫模斜度 12 3 5 成型零件的設計 12 3 6 型腔及型芯尺寸計算 12 3 6 1 型腔的尺寸計算 13 3 6 2 型芯尺寸的計算 15 3 7 排氣槽的設計 16 3 8 型腔的強度校核 16 3 8 1 材料選擇 16 3 8 2 強度校核 16 4 澆注系統(tǒng)的設計 18 4 1 澆注系統(tǒng)的分析 18 4 2 主澆道的設計 18 V 4 3 分流道的設計 18 4 4 澆口的設計 19 5 脫模機構的設計 21 5 1 脫內螺紋機構的設計 21 5 2 頂桿位置 21 5 3 頂桿的強度計算 22 6 模具結構的零件設計 23 6 1 零件尺寸設計要求 23 6 2 導柱 導套 23 6 3 定位圈與澆口套 23 6 4 推桿 24 6 5 限位釘 24 6 6 復位桿 24 6 7 螺釘及銷 24 7 模溫調節(jié)系統(tǒng)設計 25 7 1 型腔上的冷卻系統(tǒng)裝置 25 7 2 根據已布好的水道計算水量 25 8 總結與展望 28 8 1 總結 28 8 2 不足之處及未來展望 28 致謝 29 參考文獻 30 無錫太湖學院學士學位論文 0 1 緒論 1 1 選題依據及意義 在畢業(yè)實習期間 通過觀察 詢問及老師的指導對注塑模有了近一步的了解 鑒于 此 以塑料水杯為塑件 進行注塑模設計 一個國家模具生產能力的強弱 水平的高低 直接影響著許多工業(yè)部門的新產品的 開發(fā)和舊產品的更新?lián)Q代 影響著產品質量和經濟效益的提高 采用模具生產制件具有 生產效益高 質量好 切削少 節(jié)約能源和原材料 成本低等一系列優(yōu)點 模具成型已 成為當代工業(yè)生產的重要手段 成為多種成型工藝中最有潛力的發(fā)展方向 而注塑模又 是模具生產中采用最普遍的方法 世界塑料成型模具中 約 60 為注塑模 在國民經濟 中 模具工業(yè)已成為五大支柱產業(yè) 機械 電子 汽車 石油化工和建筑的基礎 隨著 社會的發(fā)展 它將發(fā)揮更加重要的作用 1 2 本課題在國內外的研究現(xiàn)狀 模具生產技術水平的高低 已成為衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志 因 為模具在很大程度上決定著產品的質量 效益和開發(fā)能力 隨著我國加入 WTO 我國模 具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn) 我國的模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關注 模具是工業(yè)生產的基礎工藝裝 備 也已經取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀表 家電和通信等產品中 60 80 的零部件都要依靠模具成型 形 用模具生產制件所具備的高精度 高復雜程 度 高一致性 高生產率和低消耗 是其它加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效益 放大器 用模具生產的最終產品的價值 往往是模具自身價值的幾十倍 上百倍 目前 全世界模具年產值約為 600 億美元 日 美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產值已超過機床 工業(yè) 我國對模具工業(yè)的重視程度也提上日程 1998 年 3 月 國務院頒發(fā)的 關于當前 工業(yè)技術改造政策重要的決定 中 模具被列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位 生產 和基本建設序列的第二位 隨后的 1999 年和 2002 年 在國家計委和科技部發(fā)布的 當 前國家重點鼓勵發(fā)展的產業(yè) 產品和技術目錄 當前國家優(yōu)先鼓勵發(fā)展的高技術產品 產業(yè)化重點指南 目錄 及 當前國家鼓勵外商投資產業(yè)目錄 中 模具都被列入其中 這些都說明了模具在國民經濟中地位 1 2 1 中國模具工業(yè)概況 中國雖然在很早以前就制造和使用模具 但一直未形成產業(yè) 由于長期以來模具制 造一直作為保證企業(yè)產品生產的手段被視為生產后方 因此一直發(fā)展緩慢 1984 年成立 了這個模具工業(yè)協(xié)會 1987 年模具首次被列入機電產品目錄 當時全國共有生產模具的 廠點 6000 家 總產值約為 30 億元 隨著中國改革開放的日益深入 市場經濟進程的加 快 模具及其標準件 配套件作為產品 制造生產的企業(yè)大量出現(xiàn) 模具工業(yè)得到快速 發(fā)展 在市場競爭中 企業(yè)的模具生產技術提高很快 規(guī)模不斷發(fā)展 提高很快 1988 年至 1992 年 國家委托中國模協(xié)和機械院在全國范圍內組織了上百個模具企業(yè) 塑料杯子的模具設計與加工 1 和有關科研單位 大專院校 共同對模具關鍵技術進行攻關 取得了豐碩成果 這些成 果主要有 沖壓模具的設計制造技術 料模具的設計制造技術 鑄壓模具的設計制造技 術 鑄造模具的設計制造技術 模具表面處理技術模具材料 模具加工關鍵設備 模具 壽命研究等方面 由于這些成果的取得及推廣應用 使中國模具技術前進了一大步 七五 后期和 八五 期間 國家為模具工業(yè)加大了投入 分批分期改造了一批具有特 色專長的專業(yè)模具廠和模具標準件廠 引進了一大批模具加工關鍵設備及精密塑料模 級進模 精沖模等設計制造技術 這對提高中國模具技術及生產水平越到了推動作用 同時 許多大專院校開始設計模具專業(yè) 由前聯(lián)邦德國和日本援建及中國自己投資興辦 的模具技術培訓中心 也陸續(xù)建立模具技術發(fā)展及技術工人的培養(yǎng)開始步入軌道 1 20 世紀 90 年代以來 中國在汽車行業(yè)的模具設計制造中開始采用 CAD CAM 技術 國家科委 863 計劃將東風汽車公司作為 CIMS 應用示范點 由華中理工大學作為技術依托 單位 開發(fā)了汽車車身與覆蓋件模具 CAD CAM 軟件系統(tǒng) 在模具和設計制造中得到了 實際應用 取得了效益 現(xiàn)在 吉林大學和湖南大學也成功地開發(fā)出了汽車覆蓋件模具 的 CAD CAM 系統(tǒng) 并達到了較高水平 在生產中得到應用 收到良好效果 1994 年 國家在上海交通大學建立了模具 CAD 國家開發(fā)研究中心 在鄭州工學院建 立了橡塑模具國家工程研究中心 使中國模具 CAD CAE CAM 研究開發(fā)和應用工作得到 了進一步發(fā)展 新的成果不斷出現(xiàn) 由于 CAD CAE CAM 的應用 特別是 20 世紀 80 年代開始中國許多模具制造廠從國外引 進了許多軟件 包括沖壓模 級進模 塑料模 壓鑄模 橡膠模 玻璃模 擠壓模等相 應軟件 使中國模具設計制造水平有很大提高 也產生了較大的經濟技術和社會效益 但由于人才缺乏和基礎工作較差 引進的軟件未能很好應用及發(fā)揮其應有的效益現(xiàn)象普 遍存在 這是今后應十分重視和有待解決的問題 中國模具產業(yè)除要繼續(xù)發(fā)展生產能力外 更重要的是今后要重在行業(yè)內部結構的調 整及技術的發(fā)展方向上下更大的功夫 結構調整方向 主要是指企業(yè)結構的調整應向專 業(yè)化方向發(fā)展 產品結構中高檔模具發(fā)展 進出口結構向增加出口減少進口的方向發(fā)展 技術發(fā)展主要是精密塑料模 成型工業(yè)與模具結構的改進 中高檔汽車覆蓋件模具成型 分析及結構改進 多功能附和模具 符合加工 激光技術 高速切削 超精度加工及拋 光技術 快速成型及快速經濟模具在模具設計制造上的應用 總體來看 中國模具工業(yè) 將向數字化 信息化方向發(fā)展 中國模具工業(yè)協(xié)會現(xiàn)在是亞洲協(xié)會聯(lián)合會 FADMA 和國際模辦 ISTA 成員單位 負 責中國模具行業(yè)與國際同行的交流合作 該協(xié)會在中國沒成功地舉辦了許多次模具技術 國際會議 也多次成功地組織了國內模具界人士達到國外參加模具技術國際會議 近年 來 中國模具工業(yè)協(xié)會基本上每年都組織國內主要模具生產企業(yè)的廠長 經理 總工程 師和技術人員參與國際模具經貿等技術交流 參加國外的國際模具展覽會 這些國際交 往都促進了中國模具技術水平的提高和模具工業(yè)的發(fā)展 收到了很好的效果 由中國模具工業(yè)協(xié)會和上海貿易促會共同主辦的中國國際模具技術和設備展覽會 每逢 雙年 5 月 至 2004 年已成功舉辦了十屆 由于他的展覽規(guī)模 展品水平 展覽效果一屆 好于一屆 因此經國際展覽聯(lián)盟 UFI 考察和研究決定 自 1996 年第六屆開始 該展 無錫太湖學院學士學位論文 2 覽會已正式成為 UFI 成員 自此以后 展覽會發(fā)展情況更好 現(xiàn)在已成為國際模具技術 和經貿交流的盛會 促進了中國模具工業(yè)的發(fā)展 現(xiàn)在 中國已能生產精度達 2 m 的多工位級進模 壽命可達 2 億沖次以上 在大型 塑料模具方面 中國已能生產 34 英寸大屏幕彩電和 65 英寸背投影式電視的塑殼模具 10kg 大容量洗衣機全套塑料件模具及汽車保險杠 整體儀表板等塑料模具 在精密塑料 模具方面 中國已能生產照相機塑料件模具多行腔小模數齒輪模具及精度達 5 m 的 2560 腔塑封模具等 在大型精密復雜鑄模方面 國內已能生產自動扶梯整體踏板壓鑄模和汽 車后橋齒輪箱壓鑄模及汽車發(fā)動機殼體的鑄造模具 在汽車覆蓋件模具方面 國內已能 生產中高檔新型轎車的部分覆蓋件模具 子午線輪胎活絡模具 鋁合金和塑料門窗異材 擠出成型模 精鑄或樹脂快速成型拉延模等 也已達到相當高水平 可與進口模具媲美 近年來 模具行業(yè)結構調整和體制改革步伐加快了主要表現(xiàn)為 大型 精密 復雜 長壽命 中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產品 塑料模和壓鑄模比例增 大 專業(yè)模具廠數量及其能力增加較快 三資 及私營企業(yè)發(fā)展迅速 股份制改造步伐加 快等 從地區(qū)分布來說 以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中 西部地區(qū) 南方快于北方 目前 發(fā)展最快 模具生產最為集中的省份上廣大和浙江 江蘇 上海 安徽 山東等地區(qū)進年來發(fā)展也很快 1 2 2 存在問題和主要差距 目前 我國模具總量雖然已經達到了相當的規(guī)模 模具水平也有了很大提高 但設 計制造水平在總體上要比德 美 日 法 意等工業(yè)發(fā)達國家落后許多 也要比加拿大 英國 西班牙 葡萄牙 韓國 新加坡等國家落后 存在的問題和差距主要表現(xiàn)為以下 四方面 總量供不應求 國內的模具自己率只有 70 左右 其中 中低檔模具供過于求 中高檔模具自己率僅 50 企業(yè)組織結構 產品結構 技術結構和進出口結構不合理 國內模具生產廠中自 產自己率達 60 而國外 70 以上為商品模具 屬大型 精密 復雜 長壽模具的比例 不足 30 而國外大 50 以上 進出口之比 2004 年為 3 7 1 實進口達 13 2 億美元 為 凈進口量最大的國家 模具產品水平要比國際水平低很多 而許多模具的生產周期卻比國際水平長 開發(fā)能力較差 經濟效益欠佳 國內 每個職工平均每年制造 1 萬美元左右 而 國外每個職工每創(chuàng)造 15 20 甚至 25 30 萬美元 與國際水平相比 模具企業(yè)的管理落 后更甚于技術落后 塑料杯子的模具設計與加工 3 2 塑件的分析 2 1 塑件技術要求分析 塑件的技術要求包括幾何形狀 壁厚的均勻程度 工藝圓角 脫模斜度等 而這些 塑件上的要求是否能符合塑件工藝的要求就要重新分析 如果不符合塑件工藝要求的 就必須在不影響制品使用的前提下采取修改 2 2 1 1 塑件的幾何形狀 圖 2 1 塑件圖 圖 2 2 塑件圖 參照塑件 為整個保溫杯的蓋子和杯身 從中可以看出杯蓋為圓筒形帶內螺紋 螺紋 用于配合擰緊 杯身為長圓筒形帶外螺紋 由于杯蓋內螺紋需要用到齒輪脫內螺紋結構 杯身我們將設計成帶側抽結構 兩樣零件結構上不合適放在一套模里做出產品來 所以 無錫太湖學院學士學位論文 4 在這里我們采用上下兩蓋脫內螺紋為一套模具 杯身為另外一套 脫內螺紋結構比較復 雜 在這里我們以本套模具為主要論述點 詳細論述脫內螺紋結構的模具設計 所有尺 寸是按塑件公差等級 5 級控制的 即在模具制造中采用公差 IT5 級精度 還有其他一些尺 寸均不影響配合尺寸 也按 SJ 1732 T8 中的 7 級精度控制 1 2 1 2 塑件的工藝結構 從制品中測得壁厚約為 5 10mm 從圖中可以看出塑件上最小的圓角為 R5 而在 HDPE 中的塑件工藝圓角是 內圓角為 0 5T 外圓角為 1 5T 因此只要制件上的圓角于 此基準均可滿足要求 故選擇時可按其美觀去考慮選擇其相應的圓角尺寸 該制品的塑件材料為 HDPE 根據該材料的最小脫模斜度 10 以上 因為實際中還要 考慮其外觀線條及形狀的美觀可根據實際確定其脫模斜度只要小于最小脫模斜度就能滿 足塑件的制造工藝特性及技術要求 1 2 2 塑料成型特性 塑件材料為高密度聚乙烯 High Density Polyethylene 簡稱為 HDPE 是一種結晶 度高 非極性的熱塑性樹脂 原態(tài) HDPE 的外表呈乳白色 在微薄截面呈一定程度的半 透明狀 PE 具有優(yōu)良的耐大多數生活和工業(yè)用化學品的特性 某些種類的化學品會產生 化學腐蝕 例如腐蝕性氧化劑 濃硝酸 芳香烴 二甲苯 和鹵化烴 四氯化碳 該 聚合物不吸濕并具有好的防水蒸汽性 可用于包裝用途 HDPE 具有很好的電性能 特別 是絕緣介電強度高 使其很適用于電線電纜 中到高分子量等級具有極好的抗沖擊性 在常溫甚至在 40F 低溫度下均如此 HDPE 是一種結晶度高 非極性的熱塑性樹脂 高密度聚乙烯為無毒 無味 無臭的 白色顆粒 熔點約為 130 相對密度為 0 941 0 960 它具有良好的耐熱性和耐寒性 化 學穩(wěn)定性好 還具有較高的剛性和韌性 機械強度好 介電性能 耐環(huán)境應力開裂性亦 較好 熔化溫度 220 260 對于分子較大的材料 建議熔化溫度范圍在 200 250 之間 高密度聚乙烯是種白色粉末顆粒狀產品 無毒 無味 結晶度為 80 90 軟化點為 125 135 使用溫度可達 100 硬度 拉伸強度和蠕變性優(yōu)于低密度聚乙烯 耐磨性 電絕緣性 韌性及耐寒性均較好 但與低密度絕緣性比較略差些 化學穩(wěn)定性好 在室 溫條件下 不溶于任何有機溶劑 耐酸 堿和各種鹽類的腐蝕 薄膜對水蒸氣和空氣的 滲透性小 吸水性低 耐老化性能差 耐環(huán)境開裂性不如低密度聚乙烯 特別是熱氧化 作用會使其性能下降 所以 樹脂需加入抗氧劑和紫外線吸收劑等來提高改善這方面的 不足 高密度聚乙烯薄膜在受力情況下的熱變形溫度較低 這一點應用時要注意 2 2 1 注塑成型工藝參數 1 溫度 在注塑成型時需控制的溫度有料筒溫度 噴嘴溫度 模具溫度等 1 料筒溫度 料筒溫度應控制在塑料的粘流溫度 Tf 對結晶型塑料為熔點 Tm 和熱分解溫度 Td 之間 料筒溫度直接影響到塑料熔體充模過程和塑件的質量 料筒溫度高 有利于注射壓 力向模具型腔內傳遞 另外 使熔體粘度降低 提高流動性 從而改善成型性能 提高 塑料杯子的模具設計與加工 5 生產率 降低制品表面粗糙度 但料筒溫度過高 時間過長時 塑料的熱降解量增大 塑 件的質量會受到很大影響 2 噴嘴溫度 選擇噴嘴溫度時 考慮到塑料熔體與噴孔之間的摩擦熱能使熔體經 過噴嘴后出現(xiàn)很高的溫升 為防止熔體在直通式噴嘴可能發(fā)生的 流涎現(xiàn)象 通常噴嘴溫 度略低于料筒的最高溫度 但對于熱固性塑料一般都將噴嘴溫度的取值高于料筒溫度 這樣一方面使其自身具有良好的流動性 另一方面又能接近硬化溫度的臨界值 即保證 了注射成型 又有利于硬化定型 3 模具溫度 模具溫度主要影響塑料在型腔內的流動和冷卻 它的高低決定于塑 料的結晶性 塑件的尺寸與結構 性能要求以及其他工藝條件 熔料溫度 注射壓力及 注射速度 成型周期等 如對于熔體粘度高的非結晶型塑料應采用較高的模溫 塑件壁 厚大時模溫一般要高 以減小內應力和防止塑件出現(xiàn)凹陷等缺陷 對于熱固性塑料模具 溫度一般較高 通?？刂圃?150 220 度范圍 另外動模溫度有時還需要比定模高出 10 15 這樣會更有利于塑件硬化定型 模具溫度根據不同塑料的成型條件 通過模具的冷卻 或加熱 系統(tǒng)控制 對于要求模具溫度較低的塑料 如聚乙烯 聚苯乙烯 聚丙烯 ABS 塑料 聚氯乙 烯等應在模具上設冷卻裝置 對模具溫度要求較高的塑料 如聚碳酸脂 聚砜 聚甲醛 聚苯醚等應在模具上設加熱系統(tǒng) 2 壓力 注塑成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種 1 塑化壓力 塑化壓力又稱背壓 是注塑機螺桿頂部熔體在螺桿轉動后退時受到 的壓力 增加塑化壓力能提高熔體溫度 并使溫度分布均勻 但增加塑化壓力會降低塑 化速率 延長成型周期 甚至可能導致塑料的降解 一般操作中 塑化壓力應在保證塑 件質量的前提下越低越好 具體數值隨所選用的塑料品種而變化 通常很少超過 6 MPa 如聚酰胺塑化壓力必須較低 否則塑化速率將很快降低 注射熱固性塑料時一般塑化壓 力都比熱塑性塑料取的小 約為 3 4 5 2 MPa 并在螺桿啟動時可以接近于零 但要注意 的是 背壓力如果過小 物料易充入空氣 使計量不準確 塑化不均勻 2 注射壓力 注射壓力是指柱塞或螺桿頭部注射時對塑料熔體所施加的壓力 它 的作用 一是克服塑料熔體從料筒流向型腔時的阻力 保證一定的充模速率 二是對塑 料熔體進行壓實 注射壓力的大小 取決于塑料品種 注射機類型 模具澆注系統(tǒng)的結 構 尺寸與表面粗糙度 模具溫度 塑件的壁厚及流程大小等多種因素 近年來 采用 注塑流動模擬的計算機分析軟件 可對注射壓力進行優(yōu)化設計 總的來說 確定注射壓 力的原則是 對于熱塑性塑料 注射壓力一般在 40 130 MPa 之間 熔體粘度高 冷卻速度快 的塑料以及成型薄壁和長流程的塑件 采用高壓注射有利于充滿型腔 成型玻璃纖維增 強塑料時采用高壓注射有利于塑件表面光潔 其他均應選用低壓慢速注射為宜 但要提 醒的是 注射壓力過高 塑件易產生飛邊使脫模困難 另外使塑件產生較大的內應力 甚至成為廢品 注射壓力過低則易產生物料充不滿型腔 甚至根本不能成型等現(xiàn)象 對于熱固性塑料 由于熔料中填料較多 粘度較大 且在注射過程中對熔體有溫 無錫太湖學院學士學位論文 6 升要求 注射壓力一般要選擇大一些 常用范圍約為 100 170 MPa 在其他條件相同的情況下 柱塞式注塑機作用的注塑壓力應比螺桿式的大 因為 塑料在柱塞式注塑機料筒內的壓力損失比螺桿式的大 為了保證塑件的質量 對注射速度 熔融塑料在噴嘴處的噴出速度 常有一定的要 求 一般高壓注射時注射速度高 低壓注射時速度低 塑件的壁厚對注射速度取值的影 響很大 一般厚壁塑件采用較低的注射速度 反之則相反 型腔充滿后 注射壓力的作用在于對模內熔料的壓實 在生產中 壓實時的壓力等 于或小于注射時所用的注射壓力 如果注射和壓實的壓力相等 往往可使塑件的收縮率 減小 尺寸波動較小 但會造成脫模時的殘余應力較大 成型周期過長 對結晶型塑料 如聚甲醛 壓實壓力大可以提高塑料的熔點 使脫模提前進行 因而成型周期不一定增 長 如壓實壓力小于注射壓力 則塑件的性能及脫模與上述情況相反 3 時間 成型周期 完成一次注塑過程所需的時間稱為注塑成型周期 它包括以下幾部分 1 注射時間 注射時間包括充模時間 保壓時間和合模冷卻時間 其中保壓時間 和冷卻時間合計為總的冷卻時間 充模時間直接反比于充模速率 生產中約為 3 5s 保 壓時間就是對塑料的壓實時間 在整個注射時間中所占比例較大 約為 20 120 s 冷卻時 間以保證塑件脫模時不引起變形為原則 一般約為 30 120 s 生產中注射時間一般在 0 5 2min 厚大件可達 5 10 min 2 其他時間 輔助時間 包括開模 脫模 涂脫模劑 安放嵌件 合模等時間 成型周期直接影響勞動生產率和設備的利用率 因此 在生產中 在保證塑件質量 的前提下 應盡量縮短成型周期中各階段的時間 其中 注射時間和冷卻時間對塑件質 量起著決定性的作用 要根據實際情況合理選擇 3 常用塑料的注塑成型工藝參數見表 2 1 表 2 1 常用塑料的注塑工藝條件 塑 料 品 種 注射溫度 注射壓力 MP 成形收縮率 聚乙烯 180 280 49 98 1 1 5 3 5 硬聚氯乙烯 150 200 78 5 196 1 0 1 0 5 聚丙烯 200 260 68 7 117 7 1 0 2 0 聚苯乙烯 160 215 49 0 98 1 0 4 0 7 聚甲醛 180 250 58 8 137 3 1 5 3 5 聚酰胺 尼龍 66 240 350 68 7 117 7 1 5 2 2 ABS 236 260 54 9 172 6 0 3 0 8 聚碳酸酯 250 300 78 5 137 3 0 5 0 8 2 2 2 注塑成型特點 塑料杯子的模具設計與加工 7 注塑成型是塑料模塑成型的一種重要方法 生產中已廣泛應用 它具有以下幾方面的 特點 1 成型周期短 能一次成型外形復雜 尺寸精確 帶有金屬或非金屬嵌件的塑件 2 對成型各種塑料的適應性強 目前 除氟塑料外 幾乎所有的熱塑性塑料都可用 此種方法成型 某些熱固性塑料也可采用注塑成型 3 生產效率高 易于實現(xiàn)自動化生產 4 注塑成型所需設備昂貴 模具結構比較復雜 制造成本高 所以注塑成型特別適 合大批量生產 2 2 3 注塑成型設備 注塑機是利用塑料成型模具將熱塑性塑料或熱固性塑料原料制成塑料制件的注射成 型設備 也是應用最廣的塑料成型設備 2 2 4 注塑機結構組成 注射成型機通常由注射裝置 合模裝置 液壓傳動系統(tǒng) 電器控制系統(tǒng)等組成 注 射裝置使塑料均勻地塑化成熔融狀態(tài) 并以足夠的速度和壓力將一定量的熔料注射進模 具型腔 合模裝置也稱鎖模裝置 保證注射模具可靠地閉合 實現(xiàn)模具開 合動作以及 頂出制件 液壓和電器控制系統(tǒng)保證注射機按預定工藝過程的要求 如壓力 溫度 速 度和時間 和動作程序準確有效工作 2 3 HDPE 注射成型條件 注射機類型 螺桿式 比重 克 厘米 2 1 03 1 07 計算收縮率 0 3 0 8 預熱溫度 80 85 時間 小時 2 3 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 公斤 厘米 2 600 1000 公斤 厘米 2 成形時間 秒 注射時間 29 90 秒 高壓時間 0 5 秒 冷卻時間 20 120 秒 總周期 50 220 秒 螺桿轉速 30r min 適用注射類型 螺桿式 柱塞式 后處理 方法 紅外線燈 烘箱 溫度 70 時間 2 4 小時 無錫太湖學院學士學位論文 8 3 模具型腔的設計 3 1 型腔數目的確定 本套模具做上下兩個外蓋 需要脫內螺紋 綜合考慮生產效率和產品布局 采用兩 模一腔 圖 3 1 杯蓋型腔 3 2 注射機的選擇 為了保證正常的生產和獲得良好的塑件 在模具設計中要選擇合適的注射機 為此 必須了解注射機的性能與安裝模具關系 3 2 1 額定注射量 由公式校核 0 8C G 其中 C 為注射機最大注射量 G 為塑件和澆注系統(tǒng)的總重量 由 UG 測兩塑件體積基本一樣為 V 塑 124 0cm3 M 塑 117 8g 澆注系統(tǒng)體積 V 澆 2 3cm3 M 澆 2 2g 可以得到 G 124 2 2 2 250 2g 從而求得注射機的最大注射量為 17 6g 而根據此值可以選擇注射量與此相近的 但必須大于此值的注射機 故選用 G54 S200 400 型注射機 G54 S200 400 型注射機規(guī)范及特性 3 螺桿直徑 55mm 最大理論注射容量 200 400cm3 注射壓力 109MPa 鎖模力 2 5t 最大注射面積 645cm 3 最大模具厚度 H 406 mm 最小模具厚度 H1 206 mm 模板最大距離 L0 600 mm 噴嘴球面半徑 R 18 mm 噴嘴孔徑 d 4 mm 塑料杯子的模具設計與加工 9 噴嘴移動距離 210 mm 3 2 2 鎖定鎖模力 由鎖模力與成型面積的關系確定 4 平 均額 NFPK 3 1 其中 合模部分的鎖模力 N 額 K 安全系數 約為 1 1 2 F 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 mm 2 型腔的平均壓力 35Mpa平P 塑件與澆注系統(tǒng)的投影面積有 UG 計算約為 S 2 92cm 2 安全系數取 1 2 從上面可 得 噸額 13 09 235 1 P 額 注 射 機額 所以注射機的合模壓力足夠 3 2 3 額定注射壓力 如果只考慮注射機的最大注射量 最大成型面積和鎖模力來確定注射機是不夠的 有些塑件由于形狀及塑料的因素需要足夠的注射壓力 才能順利成型 為此 選用注射 機注射壓力必須大于成型所需的注射壓力即 成注 P 式中 P 注 由選得的注射機型號相關資料為 146Mpa 而 由塑料的成型條件可知為成P 146Mpa 由塑件的成型條件可知注射成型壓力 70 100Mpa 即 146Mpa 大于成 70 100Mpa 因此注射機能滿足成形條件要求 3 2 4 G54 S200 400 型注射機與模具關系 G54 S200 400 型注射機的閉合高度與模具關系 模具厚度與注射機閉合高度必須 滿足 從注射機規(guī)范及特性中可知模具厚度 700mm 不在 165 406mm 之間 大小 H 注射機的開模行程與模具的關系 這是考慮到模具在脫模時所需要的行程是否在 注射機的開模行程之間 確保塑件能順利取下 注射機的最大限度開模行程為 260mm 當模具開模頂出塑件的余量 5 10mm 即開模行程為 S H H 5 10 mm 才 能保證模具符合生產要求 注射機的拉桿間距與模具的關系 在考慮之前 應以最輕松的方法裝模 即保 8 證模具的縱橫兩向尺寸 每個尺寸都在拉桿間距之內 但在設計時其縱橫尺寸都大于拉 無錫太湖學院學士學位論文 10 桿間距 有兩種方法解決 一是臥放進再裝 二是拆掉水管后再放 但臥放的尺寸不能 大于拉桿的間距 定位孔的直徑 在模具上的定位圈尺寸應與注射機上的定位孔相配合 由注射機 的規(guī)范和特性得知定位孔徑為 所以在模具上應設置相應的定位圈與之配合 54 01 推出桿孔的位置 注射機中推桿為 22 孔距為 230mm 為兩側頂出 由此在模 具的動模板中應有相應的孔徑 23 25 的孔和孔距 230mm 相對應 噴嘴孔徑與球面半徑 為保證噴嘴與澆口套很好接觸不溢料 孔徑為 4mm 澆 口套的孔應大 0 5 1 球面半徑 R12 在澆口套中相應為 R13 R14 安裝螺孔的位置及孔徑 模具直接采用螺釘固定 或螺釘和壓板一起固定 但模 具中的安裝螺釘尺寸 應與注射機的螺孔相對應 通過以上校合可知 G54 S200 400 不滿足要求 我們需要選更大一型號的注塑機 XS ZY 1000 最大裝模高度可達 700mm 可知滿足要求 3 2 5 合模導向機構設計 注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型 導柱導向機構用于動 定 模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向 錐面定位機構用于動 定模之間的精密對 中定位 導柱 國家標準規(guī)定了兩種結構形式 分為帶頭導柱和有肩導柱 大型而長的導柱 應開設油槽 內存潤滑劑 以減小導柱導向的摩擦 若導柱需要支撐模板的重量 特別 對于大型 精密的模具 導柱的直徑需要進行強度校核 15 導套 導套分為直導套和帶頭導套 直導套裝入模板后 應有防止被拔出的結構 帶頭導柱軸向固定容易 設計導柱和導套需要注意的事項有 1 合理布置導柱的位置 導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度 導柱 不應設在矩形模具四角的危險斷面上 通常設在長邊離中心線的 1 3 處最為安全 導柱布 置方式常采用等徑不對稱布置 或不等直徑對稱布置 2 導柱工作部分長度應比型芯端面高出 6 8 mm 以確保其導向與引導作用 3 導柱工作部分的配合精度采用 H7 f7 低精度時可采取更低的配合要求 導柱固 定部分配合精度采用 H7 k6 導套外徑的配合精度采取 H7 m6 配合長度通常取配合直徑 的 1 5 2 倍 其余部分可以擴孔 以減小摩擦 降低加工難度 4 導柱可以設置在動?；蚨?設在動模一邊可以保護型芯不受損壞 設在定模一 邊有利于塑件脫模 3 3 分型面的選擇 分型面的位置直接影響模具使用制造及塑件質量 故必須合理選擇分型面 從以下 幾方面考慮 此模具分型面應使塑件開模時 留在型芯機構的那部分 而脫模機構在動 模部分 所以分型面是設在動模和定模分界面上 這樣的分型面有利于排氣 塑料杯子的模具設計與加工 11 圖 3 2 分型面 3 4 脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中會產生收縮 因此它在脫模前會緊緊地包住型芯或型腔 中的其它凸起部分 為了便于脫模 防止因脫模力過大拉傷制品表面 困此要脫模方向 平行的制品內外表面具有一定的脫模斜度 HDPE 材料的脫模斜度的選擇型腔為 1 20 型芯選 1 這值為最小值 有些地方為達到質量的美觀可以增大斜度值 3 5 成型零件的設計 塑件的成型零件 分型芯 型腔 其中型芯的結構較為復雜 型芯是成型整個大內 表面的 而在型芯里還有好幾個小型芯 用以成型內表面的細小結構 由塑件分析可知 塑件外表面光潔度 Ra 為 0 2mm 要求較高 對加工精度提出較高要求 型芯的結構形式 模具是采用兩模一腔的形式布置 為了加工內部的螺紋 型芯 采用頭部帶螺紋 下部帶齒輪的整體圓柱型芯 型腔結構形式 為了便于加工采用整體鑲入式 3 6 型腔及型芯尺寸計算 型腔的尺寸計算包括 型腔 型芯的長度 徑向 高度尺寸 中心距等 對配合部 分精度 相對要求高 成型零件工作尺寸的計算方法有兩種 一種平均法 一種為制品 公差法 由于兩種方法計算的結果非常接近 一般要求都采用平均法計算 以下計算尺 寸只是各成型零件的主要尺寸 其余尺寸不做詳細計算 未注尺寸公差按 SJ1372 78 查 得 其余尺寸計算方法可參考計算的過程 無錫太湖學院學士學位論文 12 3 6 1 型腔的尺寸計算 圖 3 3 型腔 計算型腔徑向尺寸必須以塑件的公稱尺寸到最大尺寸 而公差則為負偏差 如果塑 件上的尺寸不符合這一要求 則可以換算后再進行計算 6 HDPE 的平均收縮率 00 minax 2 412 S 3 2 凹模徑向尺寸的計算 3 3 9 40 17 043261 7 1mLSzscpm 式中 凹模徑向尺寸 1mL 塑件外形公稱尺寸 s 塑件的公差值 塑件尺寸公差根據 塑料模具技術手冊 中表 2 40 GB T14486 1993 模塑件尺 寸公差表取 MT2 B 級 由尺寸段決定值的大小 HDPE 的平均收縮率 塑料杯子的模具設計與加工 13 0 max6 241in S 3 4 凹模徑向尺寸的計算 3 5 8 34 12 0430261 1mLSzscpm 式中 凹模徑向尺寸 1mL 塑件外形公稱尺寸 S 塑件的公差值 塑件尺寸公差根據 塑料模具技術手冊 中表 2 40 GB T14486 1993 模塑件尺 寸公差表取 MT2 B 級 由尺寸段決定值的大小 制造公差 z z 3 塑件的平均收縮率 cpS 06 2 cpS 凹模深度尺寸的計算 3 6 15 40 3026 3 13 mLzscpm 式中 凹模的徑向尺寸 2L 塑件外形公稱尺寸 s 無錫太湖學院學士學位論文 14 3 6 2 型芯尺寸的計算 圖 3 4 型芯 HDPE 的收縮率為 1 2 4 0minax6 2 S L1 38 s 0 18 L2 34 75 s 0 18 06 3 sX制 01 01 118 2 s 制制 Xsm 3 7 127 038 s 制 X 3 8 03 03 2513 0 26 4 制 mL 塑料杯子的模具設計與加工 15 3 6 3 型芯高度的計算 h1 13 5 s 0 12 04 3 12 s 制 X 01 1 65 制s 3 7 排氣槽的設計 注射機是先閉模后進料的 再充模過程中 必須把型腔內的空氣完全的排除 才能 使其充模完全 如若某一局部排氣不良 則該部分的空氣被壓縮而升溫導致熔體熱分解 變色 色澤變焦黃 如果滯留在型腔內的氣體過多 還會形成空洞和充填不足的缺陷 所以應該設計出排氣槽 另外排氣槽的位置也要適當 本副模具根據結構及制品形狀 將排氣槽設置在分型面上的流料終端 同時還可通過頂桿與型芯的配合間隙來排氣的結 構如圖 3 4 所示 考慮排氣的同時還應考慮溢流 由于熔體在型腔內的流動路徑往往足夠 出現(xiàn)匯流現(xiàn)象 匯流時流體前面的溫度下降 粘度增大 往往不能很好的融合 造成分 離影響塑件的強度及外觀現(xiàn)象為避免這樣弊端 可在料流匯合處設置溢流槽排氣槽寬度 b 3 5mm 深度 h 小于 0 05 長度 l 0 7 1 0mm 此后可加深到 0 8 1 5mm 此副模具與排 氣槽不單獨設置 3 8 型腔的強度校核 3 8 1 材料選擇 在校核形腔強度之前先選擇型腔 型芯的材料 在模具用料中先要考慮模具的使用 壽命 塑件的尺寸精度 塑件的復雜程度及制度的外觀要求來考慮 模具對使用壽命跟塑件的生產批量有關 對于大批量選用優(yōu)質鋼 對于小批量要 求可以低些 此塑件批量為小批量生產 塑件尺寸精度在模具中 如果塑件精度高 其相應尺寸精度也高 而高精度產品 塑件尺寸極易受模具磨損的影響 為了模具的耐磨 就應提高對鋼材的要求 精度可以 低些 此塑件的精度較低 塑件的復雜程度 制件越復雜加工就越繁 為了有利于切削 最好是選用易切鋼 且在尺寸數目多時宜變形 此塑件并不復雜 制件的體積大小 制件 體積越大 切削量越大 體積小時 受到刀具的影響就 越大 宜選用質量均勻的鋼材 此塑件體積不大 制件的外觀要求 塑件的外表面要求表面粗糙度值為 Ra0 2 對鋼材提出了拋光 要求相對應該選用好的鋼材 從以上的五點分析中的前四點可知 可以選用較低的 45 號鋼材 但是從第五點中可 以看出 45 號鋼材的拋光性只能在表面粗糙度為 Ra0 4 故不符合要求 所以要放棄 45 號鋼 材 選用 40Cr 作模具鋼用 型芯 型腔均要采用 40Cr 8 3 8 2 強度校核 型腔是采用整體式鑲入型固定板中的 查得鑲拼式型腔的壁厚為 9 10mm 模套 無錫太湖學院學士學位論文 16 壁厚為 22 25mm 在此表中查找時是按型腔內短邊查找的 故模套強度只適用于短邊 而塑件長邊則按剛度計算的 由于模具采用兩腔相配 中間部分由于受壓力的作用可以相互抵消 故此處變形可 以忽略不計 只要留出澆注系統(tǒng)即可 不需要再作計算 支承板強度校核 其主要是防止型芯從固定板中松出 可以承受一定的成型壓力 由于模腳處于懸空狀態(tài) 由 塑料模設計手冊 表 2 5 21 直接查出 可以直接選用 塑料杯子的模具設計與加工 17 4 澆注系統(tǒng)的設計 4 1 澆注系統(tǒng)的分析 塑件外表面不允許有料疤 所以澆口不能設置在外表面上 由于塑件材料可以看出來 澆口形式可以設計成點澆口的形式 對塑件連接處可 以自動剪斷 這樣對于塑件的后道工序加工可以節(jié)省工時 綜合分析 采用側澆口 分流道設置在瓣合型腔的分型處 方便拿出流道料 側澆 口也由底部進入型腔 4 2 主澆道的設計 主澆道通常位于模具中心塑料熔體入口處 它將注射機噴嘴注出的塑料熔體按序順 利地向前流動 開模時主流道凝料又能順利的拔出 主流道的尺寸直接影響到塑料熔體 的流動速度和充模時間 甚至塑件的內在質量 熱塑性塑料的主流道 一般由澆口套構 成 如圖所示 4 1 所示 主流道始端直徑 D d 0 5 1 4 0 5 1 5mm 球面凹坑半徑 R2 R1 0 5 1 21mm 半錐角 2 盡可能縮短長度 L 小于 60mm 為佳 主流道內壁 粗糙度應在 R20 8 以下 拋光時應沿軸向進行拋光 產生側向凹凸面后 使主流道凝料難 以拔出 圖 4 1 主流道布置 4 3 分流道的設計 分流道主要是將來自主流道的熔融料以較快的速度送到澆口進行充模 同時在保證 充滿型腔的條件下 要求分流道的截面大小合適選擇澆道的形狀 應以能使融料的熱量 損失小 流動阻力小 比表面積小等為前提 在圓形 梯形和 V 形截面澆道形狀中 以 圓形為最好 但是加工比較困難點 如圖 4 2 所示 無錫太湖學院學士學位論文 18 圖 4 2 分流道布置 4 4 澆口的設計 澆口是分流道連通型腔的門戶 是整個澆注系統(tǒng)的關鍵之所在 在此模具中采用的 是小澆口形式 小澆口可以使?jié)部谇昂髢啥诵纬奢^大的壓力差 增加流速 能使充模容易 得到 外形清晰的制品 由于澆口的作用使得磨擦增大 有利于熔體的溫度有所補償 同時降低表面粘度 小澆口處熔體冷凝較快 當型腔充滿后 澆口因冷凝而封閉 使型腔內還處于熔 融狀態(tài)的塑料不能回流 同時可隔斷注射壓力對型腔內塑料的后續(xù)作用 可使塑料在無 壓力的狀態(tài)下固化收縮 澆口處的冷凝料與塑件相連 若澆口處小 可快速切除 且留下疤痕小 綜合上述的幾點分析 小澆口是適用的 尤其是采用了側澆口的澆注系統(tǒng) 有二級分 流道 對于溫度補償有著很大的作用 澆口的尺寸如圖 4 2 所示 4 5 冷料井 冷料井位于主流道下面的動模板上 如圖 4 3 所示處于分流道未端 其作用是捕集料 流前鋒的 冷料 防止 冷料 進入型腔而影響塑件質量 開模時又能將主流道中冷凝料拉 出 冷料井直徑宜稍大于主流道大端直徑 長度約為主流道大端直徑 塑料杯子的模具設計與加工 19 圖 4 3 冷料井 圖 4 4 杯蓋 無錫太湖學院學士學位論文 20 5 脫模機構的設計 5 1 脫內螺紋機構的設計 脫模機構是一次注射完成后 取出鑄件與澆注系統(tǒng)凝料的裝置 包括脫出和取出兩 個動作 及先將塑件與澆注系統(tǒng)凝料等與模具分離 在將塑件和塑料取出 設計原則 脫模機構的設置一般遵循以下原則 1 塑件滯留于動模邊 以便借助于開模了驅動脫模裝置完成脫模動作 2 由于塑件收縮時包緊型芯 因此托出力作用點盡量靠近型芯 同時推力應施于塑 料剛性和強度最大的部分 3 結合合理可靠 機械的運動準確 可靠 靈活 并有足夠的剛度和強度 便與制 造與維護 4 保證塑件不變形 不損受傷 保證塑件外觀良好 本設計采用簡單的推件板脫模 機構和成型塑件的脫模機構 結構運動如圖 5 1 因為該塑件的分型面簡單 結構也不復 雜 給制造和維護帶來方便 圖 5 1 脫內螺紋結構 5 2 頂桿位置 頂桿應設置于有效的位置 盡量靠近側邊 推桿孔與側邊距擬用 2mm 從而可 塑料杯子的模具設計與加工 21 以計算出澆注系統(tǒng)部分的計算 推桿采用 2 根 間距由于考慮型芯上設置冷卻水管將在 冷卻系統(tǒng)中確定推桿 推桿的活動行程 推桿的活動行程即頂出塑件和澆注系統(tǒng)所用的距離在模具中采 用了點澆口澆注系統(tǒng) 從前面計算可得出脫模分流道的行程為 H1 H 16 12 22mm 開模行程的計算 這與注射機開模形成有關 并已在注射機與模具關系中講到 其行程 S H H H 5 10 mm H 12mm H 22mm H 22mm 及12 12 S 12 22 32 16 10 92mm 因此 S 行程是滿足要求的 1 1 5 3 頂桿的強度計算 從上述脫模力的計算中可以得知 當內螺紋全部抽出來后已經全部脫模 所以在這 里我們只需要設置兩個小的推桿把塑件輕輕定出一下即可 而在本模具中設置有 2 根頂 桿 此模具的頂桿的強度就不用再作計算了 無錫太湖學院學士學位論文 22 6 模具結構的零件設計 6 1 零件尺寸設計要求 模具中決定幾何形狀和尺寸的零件成為成型零件 包括凹模 型芯 鑲塊 成行桿和成 形環(huán)等 成型零件工作時 直接與塑料接觸 塑料熔體的高壓 料留的沖刷 脫模時還 與塑件發(fā)生摩擦 因此成型零件要有正確的幾何形狀 較高的尺寸精度和較低的表面粗 糙度 此外成型零件還要求結構合理 有較高的強度 剛度及較好的耐磨性能 設計成 型零件時 應根據塑件的特性和塑件的結構及使用要求 確定型腔的整體結構 選擇分 型面和澆口位置 確定脫模方式 排氣部位等 然后根據成型零件的加工 熱處理 裝 配等成型與要求進行成型零件的