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1 摘 要 對(duì)滑蓋手機(jī)底殼注塑模進(jìn)行設(shè)計(jì) 首先通過(guò)測(cè)量 利用 Pro E 軟件進(jìn)行三維建模 并進(jìn)行初步模具設(shè)計(jì) 然后 分析塑件制品的工藝性 選擇制品材料并對(duì)材料性能進(jìn)行 分析 按照注射模具設(shè)計(jì)的一般步驟進(jìn)行相關(guān)計(jì)算 如注射機(jī)的選用 分型面和型腔 數(shù)量及布置的確定 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 成型零件的計(jì)算 抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)等 最后 根據(jù)以上計(jì)算和分析結(jié)果 在 CAD2008 環(huán)境下 繪制模具裝配圖和零件圖 關(guān)鍵詞 滑蓋手機(jī)底殼 注射模 模具設(shè)計(jì) 2 Abstract When it comes to the injection mold design of to slide phone pan to begin with establish the 3D model and initial mold of the toy chair using Pro E software in accordance with the actual measurements Then after the analysis of the manufacturability of plastic chair choose the material and analysis the characteristics of it The calculation about the mold is carried out in terms of the general steps of mold design such as the selection of injection machine determination of parting surfaces and layout and quantity of cavities the design of gating system the calculation of molding parts and core pulling mechanism etc Finally according to the above calculation and analysis assembly drawings and detail drawings are drafted with CAD2008 Keywords slide phone pan injection mold mold design 3 目錄 摘 要 I Abstract II 第一章 緒 論 1 1 1 引言 1 1 2 滑蓋手機(jī)底殼注塑模具設(shè)計(jì)的意義 1 1 3 采用注射模成形手機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn) 2 4 模具通用簡(jiǎn)單 制品成本較低 2 第二章 塑件成型工藝性分析 3 2 1 塑件的分析 3 2 1 1 外形尺寸 3 2 1 2 精度等級(jí) 3 2 1 3 脫模斜度 3 2 2 塑件的選材 4 2 3 ABS 5 2 4 PC 5 第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬定 6 3 1 分型面位置的確定 6 3 2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 6 3 2 1 型腔數(shù)量的確定 6 3 2 2 型腔排列形式的確定 6 3 2 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 6 第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定 8 4 1 注射機(jī)選用原則 8 4 2 注射機(jī)的初選 8 4 2 1 計(jì)算塑件的體積 8 4 2 2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 8 4 2 3 選擇注射機(jī) 8 4 3 型腔數(shù)量及注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 9 4 3 1 型腔數(shù)量校核 9 4 3 2 注射量的校核 9 4 3 3 注射壓力的校核 9 4 3 4 鎖模力的校核 9 第五章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 11 4 5 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 5 1 1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11 5 1 2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯 11 5 2 成型零件鋼材的選用 11 5 3 成型零件尺寸計(jì)算 11 5 4 成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 12 第六章 模架的選取 15 6 1 各模板尺寸的確定 15 6 2 模架各尺寸的校核 16 第七章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 7 1 主流道的設(shè)計(jì) 17 7 1 1 主流道的尺寸 17 7 1 2 主流道的凝料體積 17 7 1 3 主流道的當(dāng)量半徑 17 7 1 4 主流道剪切速率校核 17 7 2 分流道的設(shè)計(jì) 18 7 2 1 分流道的布置形式 18 7 2 2 分流道的當(dāng)量直徑 18 7 2 3 分流道的截面形狀 19 7 2 4 分流道截面尺寸 19 7 2 5 凝料體積 19 7 2 6 校核剪切率 19 7 2 7 分流道的表面粗糙度和脫模斜度 20 7 3 澆口的設(shè)計(jì) 20 7 3 1 澆口剪切速率的校核 20 7 4 冷料穴的設(shè)計(jì) 20 7 4 1 主流道冷料穴 20 第八章 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 22 8 1 脫模力的計(jì)算 22 8 2 推桿直徑 23 8 3 推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位 23 第九章 側(cè)向分型機(jī)構(gòu)與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 24 9 1 抽芯機(jī)構(gòu)抽芯距和抽芯力的計(jì)算 24 9 2 斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)抽芯力的計(jì)算 24 5 9 3 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 24 9 3 1 斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度及開模行程計(jì)算 24 9 3 2 斜導(dǎo)柱彎曲力計(jì)算 25 9 3 3 斜導(dǎo)柱橫截面尺寸的確定 25 9 4 滑塊 定位裝置的設(shè)計(jì) 26 9 4 1 滑塊的導(dǎo)滑形式 26 9 4 2 塊的定位裝置 26 9 5 楔緊塊的設(shè)計(jì) 27 第十章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28 第十一章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 第十二章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 30 12 1 加熱系統(tǒng) 30 12 2 冷卻系統(tǒng) 30 12 2 1 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量 W 30 12 2 2 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量 30sQ 12 2 3 計(jì)算冷卻水的體積流量 30Vq 12 2 4 確定冷卻水路的直徑 30d 12 2 5 冷卻水在管內(nèi)的流速 30v 12 2 6 求冷卻管壁與水交界處的膜傳熱系數(shù) 31h 12 2 7 計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱面積 A 31 12 2 8 計(jì)算模具所需冷卻水管的總長(zhǎng)度 L 31 12 2 9 冷卻水路的根數(shù) 31 12 2 10 冷卻水道的布置如圖 12 1 31 第十三章 模具圖 32 13 1 繪制模具裝配圖 32 13 2 零件圖的繪制 32 致 謝 33 參考文獻(xiàn) 34 附件 35 1 第一章 緒 論 1 1 引言 塑料工業(yè)近20年來(lái)發(fā)展十分迅速 早在十多年前塑料的年產(chǎn)量按體積計(jì)算已經(jīng)超 過(guò)鋼鐵和有色金屬年產(chǎn)量的總和 塑料制品在汽車 機(jī)電 儀表 航天航空等國(guó)家支 柱產(chǎn)業(yè)及與人民日常生活相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域中得到了廣泛地應(yīng)用 相應(yīng)地 塑料模具在整 個(gè)模具行業(yè)占有很重要的地位 根據(jù)國(guó)內(nèi)外模具市場(chǎng)的發(fā)展?fàn)顩r 有關(guān)專家預(yù)測(cè) 未 來(lái)我國(guó)的模具業(yè)經(jīng)行業(yè)調(diào)整后 塑料模具的比例將不斷增大 近年來(lái) 塑料模具的設(shè)計(jì) 與制造技術(shù)得到很快發(fā)展 特別是計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展及其在塑料模設(shè)計(jì)與制造中 的應(yīng)用 徹底改變了傳統(tǒng)的模具設(shè)計(jì)與制造方式 使塑料模技術(shù)得到了飛躍性的發(fā)展 塑料模具是用于成型具有一定形狀尺寸的塑料制品的成型工具 模具是塑件生產(chǎn) 的重要工藝裝備之一 不同的塑料成型方法使用著不同的成型工藝和原理及模具結(jié)構(gòu) 對(duì)塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低 除其他因素外 模具因素也是一個(gè)重要的因素 在現(xiàn)代塑件生產(chǎn)中 合理的模塑工藝 高效的模塑設(shè)備 先進(jìn)的塑料模具和制造技術(shù) 是必不可少的 尤其是塑料模具對(duì)實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求 塑件的使用要求和造型設(shè) 計(jì)等 具有重要作用 作為產(chǎn)品生命周期的重要一環(huán) 模具質(zhì)量的好壞直接影響產(chǎn)品 質(zhì)量 塑料模具設(shè)計(jì)與制造是一項(xiàng)綜合性的工作 塑件成型生產(chǎn) 涉及成型物料 成 型設(shè)備 成型工藝 成型模具及模具制造等各個(gè)方面 而這些便構(gòu)成了塑件成型生產(chǎn) 的系統(tǒng) 注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法 該方法適用于全部熱塑性塑料和部分 熱固性塑料 生產(chǎn)的塑料制品數(shù)量之大是其他成型方法望塵莫及的 由于注塑成型加 工實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)自動(dòng)化 高速化 因此具有極高的經(jīng)濟(jì)效益 注塑模具作為注塑成型的 主要工具之一 其質(zhì)量 精度 制造周期 將直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量 產(chǎn)量 成本及產(chǎn) 品的更新時(shí)間 同時(shí) 也代表企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的反應(yīng)能力和速度 1 2 滑蓋手機(jī)底殼注塑模具設(shè)計(jì)的意義 此滑蓋手機(jī)底殼結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 表面要求光滑 注塑成型時(shí) 需要優(yōu)化零件結(jié)構(gòu) 使其既滿足用戶使用要求 同時(shí)也降低生產(chǎn)成本 在 Pro E 環(huán)境下 對(duì)滑蓋手機(jī)底殼進(jìn) 行三維曲面建模 并對(duì)零件結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化 達(dá)到模具設(shè)計(jì)分模的要求 并使其加工制 造工藝簡(jiǎn)單化 這不僅有利于提高學(xué)生的 3D 建模能力 而且增強(qiáng)學(xué)生理論設(shè)計(jì)與實(shí)際 生產(chǎn)需求相結(jié)合的意識(shí) 要求學(xué)生繪制模具相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)裝配圖及零件圖 加強(qiáng)學(xué)生的 CAD 綜合繪圖能力 掌握生產(chǎn)中標(biāo)準(zhǔn)作圖方法和相關(guān)要求 2 1 3 采用注射模成形手機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn) 1 注射成形工藝可由機(jī)床自動(dòng)按照一定的程序完成 便于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化 生產(chǎn)效 率較高 適于大批量生產(chǎn) 2 注射一般可一次成形 減少了制品再加工程序 3 可以制作形狀較復(fù)雜的塑料制品 4 模具通用簡(jiǎn)單 制品成本較低 5 注射成形后的廢品及廢料可以重新加熱注射 故節(jié)約材料 6 操作易于掌握 不需要等級(jí)較高的技術(shù)操作 3 第二章 塑件成型工藝性分析 2 1 塑件的分析 2 1 1 外形尺寸 該塑件為滑蓋手機(jī)底殼 結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 外觀質(zhì)量要求較高 表面要求光滑 但外 觀尺寸不大 壁厚為 1mm 適合注射成型 其外形結(jié)構(gòu)如圖 2 1 和 2 2 所示 2 1 2 精度等級(jí) 影響塑件制品尺寸精度的因素是比較復(fù)雜的 如模具各部分的制造精度 塑料收 縮率 成型工藝及模具加工表面質(zhì)量等等 手機(jī)機(jī)殼屬于高精度的塑件 故本設(shè)計(jì)選 用 3 級(jí)的塑料精度 也就是公差等級(jí)為 IT8 2 1 3 脫模斜度 在塑件建模過(guò)程中 根據(jù)其外形特征 不同部位確定不同脫模斜度 以滿足成型 加工要求 圖 2 1 滑蓋手機(jī)底殼三視圖 4 圖 2 2 滑蓋手機(jī)底殼 3D 模型 2 2 塑件的選材 滑蓋手機(jī)底殼材料選擇 PC ABS PC ABS 合金在汽車 機(jī)械 家電 計(jì)算機(jī) 通訊器材 辦公設(shè)備等方面獲得了廣泛應(yīng)用 如移動(dòng)電話的機(jī)殼 手提式電腦的外殼 以及汽車儀表盤 板 等 資料顯示 PC ABS 已廣泛應(yīng)用于制造手機(jī)外殼 PC ABS 聚碳酸酯和丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物和混合物 PC ABS 合金具有 ABS 的加工性和 PC 的抗沖擊性 耐熱性 有優(yōu)異的流動(dòng)性 熱變形溫度可達(dá) 80 137 通常用于耐高溫的電器中 如移動(dòng)電話機(jī)的外殼 PC ABS 具有 PC 和 ABS 兩者的綜合特性 例如 ABS 的易加工特性和 PC 的優(yōu)良機(jī)械特性和熱穩(wěn)定性 二 者的比率將影響 PC ABS 材料的熱穩(wěn)定性 PC ABS 這種混合材料還顯示了優(yōu)異的流動(dòng) 特性 收縮率在 0 5 左右 5 2 3 ABS ABS 英文全稱為 acrylonitrile butadiene styrene copolymer 中文 丙烯腈 丁 二烯 苯乙烯共聚物 ABS 是在聚苯乙烯樹脂改性的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型工程 塑料 它是丙烯腈 丁二烯和苯乙烯三種單體的三元共聚物 具有綜合的優(yōu)良性能 堅(jiān)固 堅(jiān)韌 堅(jiān)硬 價(jià)格便宜 原料易得 因此發(fā)展很快 是目前產(chǎn)量最大 應(yīng)用 最廣的一種工程塑料 ABS 是微黃色或白色不透明粒料 無(wú)毒 無(wú)味 ABS 由于是三種組分組成的 故它有三種組分的綜合性能 而每一組分又在其中 起著固有的作用 丙烯腈可使 ABS 具有較高的強(qiáng)度 硬度 耐熱性及耐化學(xué)腐蝕性 丁二烯可使 ABS 具有彈性和較高的沖擊強(qiáng)度 苯乙烯則可使 ABS 具有優(yōu)良的介電性 能 因此 在機(jī)械性能方面 ABS 具有質(zhì)硬 堅(jiān)韌 剛性等特性 ABS 樹脂的缺點(diǎn)是耐熱性不高 耐低溫性不好 而且不耐燃 不透明 耐候性不 好 特別是耐紫外線性能不好 由于以上的綜合性能 因此廣泛用來(lái)制造電視機(jī) 收 音機(jī)的外殼 旋鈕 電話機(jī)殼 話筒 把手 鉸鏈 塑料銘牌等 ABS 的成型特性是 1 ABS 粒料表面極易吸濕 使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕 云紋等缺陷 為此成型 前必須進(jìn)行干燥處理 2 ABS 的比熱容比聚烯烴低 在注射機(jī)料筒中能很快加熱 因此塑化效率高 在模具中凝固也比聚烯烴快 故模塑周期短 3 ABS 樹脂的表現(xiàn)黏度強(qiáng)烈地依賴于剪切速率 因此模具設(shè)計(jì)中大都采用點(diǎn)澆 口形式 4 ABS 樹脂為非結(jié)晶形高聚物 所以成型收縮率小 5 ABS 樹脂的熔融溫度較低 熔融溫度范圍寬 流動(dòng)性好 有利于成型 2 4 PC PC 是聚碳酸酯的簡(jiǎn)稱 聚碳酸酯的英文是 Polycarbonate 簡(jiǎn)稱 PC 工程塑料 PC 是一種綜合性能優(yōu)良的非晶型熱塑性樹脂 具有優(yōu)異的電絕緣性 延伸性 尺寸穩(wěn) 定性及耐化學(xué)腐蝕性 較高的強(qiáng)度 耐熱性和耐寒性 還具有自熄 阻燃 無(wú)毒 可 著色等優(yōu)點(diǎn) 大規(guī)模工業(yè)生產(chǎn)及容易加工的特性也使其價(jià)格極其低廉 它的強(qiáng)度可以 滿足從手機(jī)到防彈玻璃的各種需要 缺點(diǎn)是和金屬相比硬度不足 這導(dǎo)致它的外觀較 容易刮花 但其強(qiáng)度和韌性很好 6 第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的擬定 3 1 分型面位置的確定 通過(guò)對(duì)塑件結(jié)構(gòu)分析 確保分型線不影響塑件外觀 也便于脫模 分型面形式為 曲面分型面 設(shè)在塑件脫模方向最大的投影邊緣部位 如圖 3 1 雙點(diǎn)畫線所示 圖 3 1 分型面形式與位置 3 2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 3 2 1 型腔數(shù)量的確定 滑蓋手機(jī)外觀質(zhì)量要求較高 生產(chǎn)量較大 考慮采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式 同時(shí) 考慮到塑件尺寸 模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系 以及制造費(fèi)用和各種成本費(fèi)等因素 初 步定為一模兩腔結(jié)構(gòu)形式 3 2 2 型腔排列形式的確定 多型腔模具型心可采用平衡式排列布置 且力求緊湊 并與澆口開設(shè)的部位對(duì)稱 由于該設(shè)計(jì)選擇的是一模兩腔 故采用直線對(duì)稱排列 如圖 3 2 所示 3 2 3 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 從上面分析可知 本模具設(shè)計(jì)為一模兩腔 對(duì)稱直線排列 根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀 推出機(jī)構(gòu)擬采用推桿推出的推出形式 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí) 流道采用對(duì)稱平衡式 澆口 采用點(diǎn)澆口 開設(shè)一個(gè)分型面 為便于分型和模具加工和結(jié)構(gòu)的考慮 在滑蓋手機(jī)底 殼兩側(cè)設(shè)置斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu) 7 圖 3 2 型腔布置圖 8 第四章 注射機(jī)型號(hào)的確定 4 1 注射機(jī)選用原則 模具只有與合適的注射機(jī)相配 生產(chǎn)才能正常進(jìn)行 因此在模具設(shè)計(jì)時(shí) 除了應(yīng) 當(dāng)了解注射成型的工藝過(guò)程外 還應(yīng)對(duì)所選用注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)規(guī)范和性能參數(shù)有全 面的了解 從模具設(shè)計(jì)的角度考慮 需了解的注射機(jī)技術(shù)規(guī)范的主要項(xiàng)目有 注射機(jī) 的類型 最大注射量 最大注射壓力 最大鎖模力 模具安裝尺寸及開模行程等 注射機(jī)的選用包括兩方面的內(nèi)容 一是確定注射機(jī)的型號(hào) 使塑料 塑件 注射 模及注塑工藝等所要求的注射機(jī)的規(guī)格參數(shù)在所選的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi) 二是調(diào) 整注塑機(jī)的技術(shù)參數(shù)至所需的參數(shù) 4 2 注射機(jī)的初選 4 2 1 計(jì)算塑件的體積 根據(jù)制件的三維造型 利用三維軟件直接求得塑件的體積為 5 8 塑件質(zhì)1V3cm 量 gcmgxVm496 12 8531 材料采用 PC ABS 查找 GE 公司網(wǎng)頁(yè)得知其密度 為 1 12g 3c 4 2 2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計(jì)之前是不能確定準(zhǔn)確數(shù)值 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的 0 2 1 倍估算 本次取 0 3 所以一次注入模具型腔塑料熔體的總體積為 3121 08 1523 8 0 cmxxVn 4 2 3 選擇注射機(jī) 根據(jù)第二步計(jì)算 一次注入模具型腔的塑料總質(zhì)量 15 08 結(jié)合 V3c3 0 8V 則有 33 85 10 58 cV 式中 V 一副模具所需塑料的體積 m 初步選定的型腔數(shù)量 n 單個(gè)塑件的體積 1 3c 澆注系統(tǒng)的體積 2 注射機(jī)公稱注射量 3 根據(jù)以上計(jì)算 初步選定公稱注射量為 60 注射機(jī)號(hào)為 XS Z 60 注射機(jī) 其3cm 主要技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表 4 1 9 表 4 1 注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù) 4 理論注射容量 3cm60 移模行程 mm 180 螺桿直徑 mm 38 最大模具厚度 mm 200 注射壓力 MPa 122 最小模具厚度 mm 70 鎖模力 kN 500 噴嘴口孔徑 mm 4 拉桿內(nèi)間距 mm 300X440 噴嘴球半徑 mm 12 4 3 型腔數(shù)量及注射機(jī)的相關(guān)參數(shù)的校核 4 3 1 型腔數(shù)量校核 式 4 39 2503 112xpAFn 4 所以 n 2 符合要求 4 3 2 注射量的校核 式 4 533121 48 08 1523 8 0 cmVcxxVn 所以 注射量合格 4 3 3 注射壓力的校核 查表 可知 PC 所需注射壓力 為 70 130MPa ABS 所需注射壓力 為 13 0p 0p 70 90MPa 取 80MPa 該注射機(jī)的公稱注射壓力 122MPa 注射壓力安全系數(shù)0p 1p 1 25 1 4 這里取 1 3 則 1k1k 式 4 48 0 x 6 所以注射壓力合格 式中 PP 成型所需壓力 MPa 注射機(jī)的公稱注射壓力 MPa 0p1p 4 3 4 鎖模力的校核 塑件在分型面上的投影面積 由三維軟件測(cè)量得 5500 1A2m 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 可以按照多型腔模的統(tǒng)計(jì)分析來(lái)確定 是2 2A 每個(gè)塑件在分型面上的投影面積 的 0 2 0 5 倍 這里取 1 210 A 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積 式 4 7 21 350 xAn 10 式中 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積 A 2m 每個(gè)塑件在分型面上的投影面積 1 2 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 2 模具型腔內(nèi)的脹型力 MPa 1F 13200 35N 462kN 式 4 8 Ap 式中 型腔的平均計(jì)算壓力值 MPa 查表 4 2 取 35 Mpa 查表 4 1 可得該p p 注射機(jī)的公稱鎖模力 500kN 2 式 4 9 1F2 所以 注射機(jī)鎖模力合格 對(duì)于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定 結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進(jìn)行 表 4 2 常用塑料注射時(shí)型腔的平均壓力 1 塑件特點(diǎn) 舉 例 型腔平均壓力 MPa 容易成型塑件 PE PP PS 等薄厚均勻的日用品 容 器類 25 一般塑件 在模溫較高下 成型壁薄容器類 30 中等粘度塑料及有精度要求的 塑件 ABS POM 等有精度要求的零件 如殼 體等 35 高粘度塑料及高精度 難充型 塑料 高精度的機(jī)械零件 如齒輪 凸輪等 40 11 12 第五章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及尺寸計(jì)算 模具中決定塑件的幾何形狀和尺寸的零件稱為成型零件 包括凹模 型芯 鑲塊 成型桿和成型環(huán)等 成型零件工作時(shí) 直接與塑件接觸 承受塑料熔體的高壓 料流 的沖刷 脫模時(shí)與塑件間還要發(fā)生摩擦 因此 成型零件要求有正確的幾何形狀 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(jié)構(gòu)合理 有較高的強(qiáng)度 剛度及較好的耐磨性能 5 1 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5 1 1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模是成型制品的外表面的成型零件 按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式 整 體嵌入式 組合式和鑲拼式四種 根據(jù)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu)分析 為便于加工 采用整體式 凹模 5 1 2 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型芯 凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件 通常可分為整體式和組合式兩種類型 通過(guò) 對(duì)塑件結(jié)構(gòu)分析可知 該塑件型芯有三個(gè) 一個(gè)是成型零件內(nèi)表面的大凸模 另外兩 個(gè)是成型滑蓋手機(jī)底殼兩側(cè)的側(cè)抽型芯 設(shè)計(jì)時(shí)將其放在動(dòng)模部分 5 2 成型零件鋼材的選用 根據(jù)對(duì)成型塑件的綜合分析 該塑件的成型零件要有足夠的剛度 強(qiáng)度 耐磨 性及良好的抗疲勞性能 同時(shí)考慮它的機(jī)械加工性能和拋光性能 又因?yàn)樵撍芗榇?批量生產(chǎn) 所以凹模選用 鋼 而對(duì)于成型內(nèi)部的型芯而言 需散發(fā)的熱量比VMCor12 較多 磨損也比較嚴(yán)重 因此也采用 鋼 or 5 3 成型零件尺寸計(jì)算 所謂成型零件的工作尺寸是指成型零件上直接用以成型塑件部分的尺寸 主要有 型腔和型芯的徑向尺寸 型腔的深度尺寸或型芯的高度尺寸等等 成型零件工作尺寸 的計(jì)算方法一般按平均收縮率 平均制造公差和平均磨損量來(lái)進(jìn)行計(jì)算 成型零件的 公差等級(jí)越低 其制造公差也越大 因而成型的塑件公差等級(jí)也就是越低 實(shí)驗(yàn)表明 成型零件的制造公差 一般可取塑件總公差的 1 3 即是 3 z z 第五章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)尺寸計(jì)算 13 查表得 PC ABS 的平均收縮率為 0 5 cpS 采用平均收縮法 計(jì)算公式如下 1 凹模 型腔 徑向尺寸 式 5 1zMcpsLLx 1 凹模 型腔 深度尺寸 式 zcpsHS 5 2 凸模 型芯 徑向尺寸 式 1zMcpsllx 5 3 凸模 型芯 深度尺寸 式 5 cpszhS 4 式中 系數(shù) 查表可知 一般在 0 5 0 8 之間 取 0 6 相應(yīng)尺寸制造公xx z 差 mm 制件公差 mm 下標(biāo) s m 分別代表塑件和模具 收縮率 S cp 取 0 5 根據(jù)制件精度等級(jí)為 IT8 可取塑件公差 的 1 3 1 6 z 為使公差規(guī)范化 通過(guò)查標(biāo)準(zhǔn)公差數(shù)值 6 確定各尺寸 并計(jì)算模具尺寸公差如表 5 1 所示 表 5 1 成型零件各尺寸計(jì)算結(jié)果 單位 mm 尺寸部位 塑件 尺寸 計(jì)算公式 模具尺寸規(guī)范公差sL 標(biāo)準(zhǔn) z ML 凹模徑 向尺寸 48 95 2 0 039 0 054 0 013 0 018 1zMcpsLSLx 48 216 0 013 95 643 0 018sH MH 凹模深度 尺寸 6 5 7 5 0 022 0 022 0 007 0 007 zMcpsHx 6 519 0 007 7 524 0 007sl Ml 型芯徑向 尺寸 46 93 2 0 039 0 054 0 013 0 018 1zMcpslSlx 46 253 0 013 93 698 0 018sH Mh 型芯深度 尺寸 5 5 6 5 0 018 0 022 0 006 0 007 1McpszhSHx 5 538 0 006 6 545 0 007 14 5 4 成型零件尺寸及動(dòng)模墊板厚度的計(jì)算 在塑料注射模注塑過(guò)程中 型腔所承受的力是十分復(fù)雜的 型腔所受的力有塑料 溶體的壓力 合模時(shí)的壓力 開模時(shí)的拉力等 其中最重要的是塑料溶體的壓力 在 塑料溶體的壓力作用下 型腔將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及變形 如果型腔厚度和底板厚度不夠 當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料的許用應(yīng)力時(shí) 型腔即發(fā)生強(qiáng)度破壞 與此同時(shí) 剛度不足則會(huì)發(fā)生過(guò)大的彈性變形 從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度 也可 能導(dǎo)致脫模困難等 所以 模具對(duì)強(qiáng)度和剛度都有要求 對(duì)于大尺寸型腔 剛度不足是主要矛盾 應(yīng)按剛度條件計(jì)算 對(duì)于小尺寸型腔 強(qiáng)度不足是主要矛盾 應(yīng)按強(qiáng)度條件計(jì)算 所以 本設(shè)計(jì)是按照強(qiáng)度條件來(lái)計(jì)算 圖 5 1 矩形凹模整體式 圖 5 2 矩形多型腔側(cè)壁結(jié)構(gòu) 在實(shí)際中 我們不是通過(guò)計(jì)算來(lái)確定型腔壁厚及支承板厚度 圖 5 1 圖 5 2 而 第五章 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)機(jī)尺寸計(jì)算 15 是憑經(jīng)驗(yàn)確定 查參考資料的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表可以得知 型腔側(cè)壁厚度 S 的經(jīng)驗(yàn)值為 S 0 2L 17 式 5 5 L 型腔長(zhǎng)邊的邊長(zhǎng) 底板厚度 T 的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) T 0 13b 式 5 6 取 b L 多腔模具的型腔于與型腔之間的壁厚 2 S 側(cè)壁厚度 S 的值為 S 0 2L 17 0 2 95 2 17 36 04mm 型腔于與型腔之間的壁厚 S30 底板厚度 T 的數(shù)據(jù) T 0 13b 0 13 95 2 12 376mm 通過(guò)以上的估算 最終取 S 36mm 30mm S T 15mm 16 17 第六章 模架的選取 根據(jù)型腔的布局可以看出 型腔分布尺寸為 220 4 48 又根據(jù)型腔側(cè)壁最小厚度 為 36mm 所以 凹模最小的尺寸為 292 4 120 22 5 模具的大小主要取決于塑件的大小和結(jié)構(gòu) 對(duì)于模具而言 在保證足夠強(qiáng)度和剛 度的條件下 結(jié)構(gòu)越緊湊越好 可以以塑件布置在推桿推出的范圍之內(nèi)及復(fù)位桿與型 腔保持一定距離為原則來(lái)確定模架大小 可以大致按下列經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)計(jì)算 式 6 1 210Wm 式 6 2 3tLld 式中 塑件在分型面上的投影寬度 mm 塑件在分型面上的投影長(zhǎng)度 mm 推板寬度 mm 2 復(fù)位桿在長(zhǎng)度方向的間距 mm tl 復(fù)位桿直徑 mm d 根據(jù)以上兩式求得 58mm 260 4mm 2Wtl 再考慮到凹模的尺寸 導(dǎo)柱 導(dǎo)套及連接螺釘布置應(yīng)占的位置和推出機(jī)構(gòu)等各方 面問(wèn)題 確定選用模架結(jié)構(gòu)為 P2 200 315 的形式 6 1 各模板尺寸的確定 A 板尺寸 A 板是定模型腔板 塑件高度為 7 5mm 再考慮凹模底部深度 T 15mm 考慮到其他情況 A 板厚度取為 mm32 B 板尺寸 B 板與 A 板相似 取為 25mm C 板 墊板 尺寸 墊塊 推出行程 推板厚度 推桿固定板厚度 5 10mm 15 16 12 5 5 10 48 5 53 5mm 選 C 板高為 63mm 經(jīng)過(guò)上述計(jì)算 模架尺寸已經(jīng)確定為模架結(jié)構(gòu)形式為 P2 型 其外形尺寸 寬 長(zhǎng) 高 200 315 175mm 如圖 6 1 所示 18 圖 6 1 模架 所以選擇標(biāo)準(zhǔn)模架 其尺寸參數(shù)如下 表 6 1 型標(biāo)準(zhǔn)模架尺寸 定模 A 200 315 32 導(dǎo)柱 16 動(dòng)模 B 200 315 25 閉合 高度 175 動(dòng)定模座板 240 315 20 推板 94 315 16 C 板 30 315 63 推桿固定 板 94 315 12 5 6 2 模架各尺寸的校核 模具平面尺寸 200 315 300 440 拉桿間距 校核合格 模具高度尺寸 175mm 100 1751 3 推桿尺寸校核合格 壓 8 3 推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位 脫模機(jī)構(gòu)完成塑件推出后 為進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)必須回復(fù)到初始位置 目前常用的 復(fù)位形式復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位 考慮到模具帶側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu) 采用彈簧復(fù)位 不僅 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單 還起到推桿先復(fù)位的作用 27 第九章 側(cè)向分型機(jī)構(gòu)與抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 于本塑件的側(cè)邊上有凹槽 因此需要設(shè)計(jì)側(cè)抽芯機(jī)構(gòu) 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)根據(jù) 動(dòng)力來(lái)源的不同 有機(jī)動(dòng) 液壓或氣動(dòng)以及手動(dòng)等三大類 本塑件采用機(jī)動(dòng)側(cè)向分型 與抽芯機(jī)構(gòu) 它是利用注射機(jī)開模力作為動(dòng)力 通過(guò)有關(guān)傳動(dòng)零件使力作用于側(cè)向成型 零件而將模具側(cè)向分型或把側(cè)向型芯從塑料制件中抽出 合模時(shí)又靠它使側(cè)向成型零 件復(fù)位 這類機(jī)構(gòu)雖然結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 但分型與抽芯不需手工操作 生產(chǎn)率高 而且 結(jié)構(gòu)緊湊 動(dòng)作安全可靠 加工制造方便 根據(jù)傳動(dòng)零件的不同 這類機(jī)構(gòu)可分為斜 導(dǎo)柱 彎銷 斜導(dǎo)槽 斜滑塊和齒輪齒條等許多不同類型的側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 本 次設(shè)計(jì)選用斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu) 9 1 抽芯機(jī)構(gòu)抽芯距和抽芯力的計(jì)算 一般情況下 側(cè)向抽芯距通常比塑件上的側(cè)孔 側(cè)凹的深度或側(cè)向凸臺(tái)的高度大 2 3mm 即 S h 2 3 3 5 2 5 6mm 式 9 1 斜導(dǎo)柱的傾斜角 取 02 9 2 斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)抽芯力的計(jì)算 抽芯力是指塑件處于脫模狀態(tài) 需要從與開模方向有一交角的方位抽出型芯 所 克服的阻力 當(dāng)原材料確定時(shí) 抽芯力的大小與模具結(jié)構(gòu)和塑件形狀密切相關(guān) 因此 計(jì)算抽芯力的方法與脫模力的計(jì)算相同 活動(dòng)型芯橫截面形狀為矩形 選用 8 1 公式 計(jì)算如下 式 9 NxfLhpQ1085 236 sinco 1 2 式 9 xf 1325 6 i 2 3 式中 是脫模力 N 28 9 3 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 9 3 1 斜導(dǎo)柱長(zhǎng)度及開模行程計(jì)算 斜導(dǎo)柱的長(zhǎng)度主要根據(jù)抽芯距 斜導(dǎo)柱直徑及傾斜角的大小而確定 其長(zhǎng)度 L 的 計(jì)算公式如下 其長(zhǎng)度 L 的計(jì)算公式為 29 式 9 4 12345tan 8 15 2cosinDdhSLL m 式中 L 斜導(dǎo)柱總長(zhǎng)度 m D 斜導(dǎo)柱固定部分大端直徑 h 是斜導(dǎo)柱固定板厚度 d 斜導(dǎo)柱直徑 是斜導(dǎo)柱的傾角 a 斜導(dǎo)柱的有效長(zhǎng)度 L4 斜導(dǎo)柱的伸出長(zhǎng)度 m L3 L4 斜導(dǎo)柱頭部長(zhǎng)度 常取 8 15 當(dāng)抽出方向與開模方向垂直時(shí) 斜導(dǎo)柱的有效長(zhǎng)度 為m 式 9 5 SL5 1720sin6i4 完成抽芯距所需最小開模行程 H 為 式 9 6 x cott 9 3 2 斜導(dǎo)柱彎曲力計(jì)算 抽出力方向與開模方向垂直時(shí) 彎曲力計(jì)算公式為 式 9 7 NxQN147 53 820cos 1 cos 0 2 式中 N 斜導(dǎo)柱所受彎曲力 N 抽拔阻力 N Q 是摩擦角 tanf 鋼材之間的摩擦因數(shù) 一般取 0 15 f f 9 3 3 斜導(dǎo)柱橫截面尺寸的確定 選用圓形截面的斜導(dǎo)柱 兩個(gè)椅腿共用一個(gè)斜導(dǎo)柱 其直徑 d mm 為 式 9 8 mxNLd7 5213 04 34 參考 1 附錄 F 選取標(biāo)準(zhǔn)斜導(dǎo)柱直徑 d 10mm D 14mm 經(jīng)過(guò)以上計(jì)算 利用公式 9 4 代入數(shù)據(jù)計(jì)算 L 47mm 斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)如圖 9 1 30 圖 9 1 斜導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)尺寸 斜導(dǎo)柱固定在定模板上 固定板之間用三級(jí)精度過(guò)渡配合為宜 為了防止在每一 次分型時(shí)側(cè)向抽芯時(shí)斜導(dǎo)柱往上移動(dòng) 在其固定端設(shè)置一塊墊板加以固定 9 4 滑塊 定位裝置的設(shè)計(jì) 9 4 1 滑塊的導(dǎo)滑形式 選用整體式滑塊 為保證滑塊在導(dǎo)滑槽中的活動(dòng)順利平穩(wěn) 不發(fā)生卡滯 跳動(dòng)等 現(xiàn)象 選用如圖 9 2 導(dǎo)滑形式 圖 9 2 滑塊的導(dǎo)滑形式 9 4 2 塊的定位裝置 為了保證在合模時(shí)斜導(dǎo)柱的伸出端可靠地進(jìn)入滑塊的斜孔 滑塊在抽芯后的終止 位置必須定位 即必須停在固定位置 如圖 9 3 31 9 5 楔緊塊的設(shè)計(jì) 因?yàn)殒i緊面積較大 所以滑塊采用整體式楔緊塊鎖緊 斜導(dǎo)柱傾斜角為 20o 鎖緊 塊的角度 斜導(dǎo)柱與固定板之間用三級(jí)精度過(guò)渡配合為宜 經(jīng)過(guò) 2 3 綜合尺寸設(shè)計(jì) 楔緊塊結(jié)構(gòu)如圖 9 4 圖 9 3 楔緊塊定位裝置 圖 9 4 滑塊的結(jié)構(gòu)圖 32 第十章 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)柱導(dǎo)向是指導(dǎo)柱與導(dǎo)套采用間隙配合 使導(dǎo)套在導(dǎo)柱上滑動(dòng) 配合間隙一般采 用 H7 h6 級(jí)配合 主要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套 采用標(biāo)準(zhǔn)模架 不需設(shè)計(jì) 根據(jù)模具和塑 件結(jié)構(gòu) 選用如圖 10 1 導(dǎo)柱和導(dǎo)套 圖 10 1 導(dǎo)柱和導(dǎo)套 33 第十一章 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 該套模具是屬小型模具 排氣量很小 而且設(shè)置多個(gè)斜頂和推桿推出 還有側(cè)抽 機(jī)構(gòu) 因此不需單獨(dú)開設(shè)排氣槽 34 第十二章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 1 加熱系統(tǒng) 由于該套模具的模溫要求在 100 以下 又是小型模具 所以無(wú)需設(shè)置加熱裝置 C 12 2 冷卻系統(tǒng) 一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為 200 左右 而塑件固化后從模具型腔中取出時(shí)C 其溫度在 60 以下 熱塑性材料在注射成型后 必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻 使熔融C 塑料的熱量盡快地傳給模具 以使塑料可靠冷卻定型并可迅速脫模 PC ABS 黏度低 流動(dòng)性好 成型溫度和模具溫度分別為模具溫度 230 300C 50 100 所以常用常溫水對(duì)模具進(jìn)行冷卻 暫取成型溫度 250 模具溫 度 60 冷卻時(shí)間為 5s 12 2 1 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量 W 塑料制品的體積 3658 12185 37 0cmxnV 塑分主 塑料制品的質(zhì)量 gcgxm4 7 6 15 塑件壁厚為 冷卻時(shí)間為 5s 注射時(shí)間為 0 5s 脫模時(shí)間為 9 5s 則注射周1 期 由此得每小時(shí)注射次數(shù) s 95 0t 脫冷注t 次20 3 N 單位時(shí)間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量 式 12 1 hkgxmW 46 954 1720 12 2 2 確定單位質(zhì)量的塑件在凝固時(shí)所放出的熱量 sQ PC ABS 的單位熱流量 的值為 600kJ kg sQ 12 2 3 計(jì)算冷卻水的體積流量 Vq 設(shè)冷卻水道入水口的水溫為 出水口的水溫 取水的密度20C 125C 水的比熱容 則根據(jù)可得 310 kgm 4 187 ckJg 式 12 2 min 087 46 60 321 xxWqsv 12 2 4 確定冷卻水路的直徑 d 當(dāng) 時(shí) 查表 4 30 1 可知 為了使冷卻水處于湍流狀態(tài) 取V3 21 in 模具冷卻水孔的直徑 0 008m 所以當(dāng) 可取 0 006m in 1023xqv d 49 12 2 5 冷卻水在管內(nèi)的流速 v 36 式 12 3 smxdxqvv 17 06 14362042 32 12 2 6 求冷卻管壁與水交界處的膜傳熱系數(shù) h 因?yàn)槠骄疁貫?查表 4 31 1 可得 6 6 則有 2 5C f 式 12 4 102 06 7 1 1874 187 4 0242 8 02 0 ChmkJxxdvfh 12 2 7 計(jì)算冷卻水通道的導(dǎo)熱面積 A 式 12 5 234 106 4 250 12 xxhWQAS 12 2 8 計(jì)算模具所需冷卻水管的總長(zhǎng)度 L 式 12 6 mxdAL20 06 143 3 12 2 9 冷卻水路的根數(shù) 設(shè)每條水路的長(zhǎng)度為 則冷卻水路的根數(shù)為 ml5 式 12 7 0312 lLx 7 由上述計(jì)算可以看出 一條冷卻水道對(duì)于模具來(lái)說(shuō)顯然是不合適的 因此根據(jù)具 體情況加以修改 為了提高生產(chǎn)效率 凹模和型芯都應(yīng)得到充分的冷卻 12 2 10 冷卻水道的布置如圖 12 1 圖 12 1 水道布置圖 37 第十三章 模具圖 13 1 繪制模具裝配圖 繪制總裝圖采用 1 1 的比例 先由型腔開始繪制 主視圖與其它視圖同時(shí)畫出 模具總裝圖應(yīng)包括以下內(nèi)容 1 模具成型部分結(jié)構(gòu) 2 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)形式 3 分型面及脫模機(jī)構(gòu) 4 外形結(jié)構(gòu)及所有連接件 定位 導(dǎo)向件的結(jié)構(gòu)及位置 5 標(biāo)注模具總體尺寸 6 按順序?qū)⑷苛慵蛱?hào)編出 并且填寫明細(xì)表 7 標(biāo)注技術(shù)要求和使用說(shuō)明 13 2 零件圖的繪制 由模具總裝圖拆畫零件圖的順序應(yīng)為 先內(nèi)后外 先復(fù)雜后簡(jiǎn)單 先成型零件 后結(jié)構(gòu)零件 1 圖形要求 視圖選擇合理 投影正確 布置得當(dāng) 2 標(biāo)注尺寸要求統(tǒng)一 集中 有序 完整 3 標(biāo)注技術(shù)要求 填寫標(biāo)題欄 38 致 謝 兩個(gè)多月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于結(jié)束了 兩耳不聞窗外事 一心只做畢業(yè)設(shè)計(jì) 其間 我拒絕了喜愛(ài)的電影 動(dòng)漫 全身心投入到畢業(yè)設(shè)計(jì)中 經(jīng)過(guò)兩個(gè)月的艱苦奮斗 終 于可以交上完整的答卷 畢業(yè)設(shè)計(jì)可以順利完成 除了我個(gè)人的努力與專心外 我特 別要感謝大學(xué)四年來(lái)所有老師的諄諄教誨 給我打下扎實(shí)的專業(yè)基礎(chǔ) 可以很好完成 畢業(yè)設(shè)計(jì) 感謝陳銀清老師的規(guī)范指導(dǎo) 既給予我自主設(shè)計(jì)的空間 同時(shí)又即時(shí)督促 完成設(shè)計(jì)進(jìn)度 同時(shí)還要感謝同學(xué) 為我提供一些參考資料 在設(shè)計(jì)說(shuō)明書的編寫與 修改中 給我提供相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范 并提醒我作相應(yīng)修改 正因有了你們的支持和幫助 此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才能順利完成 39 參考文獻(xiàn) 1 葉久新 王群 塑料成型工藝及模具設(shè)計(jì) M 第 1 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 2 黃曉燕 塑料模典型結(jié)構(gòu) 100 例 M 第 1 版 上?？茖W(xué)技術(shù)出版社 2008 3 洪慎章 典型塑料模具設(shè)計(jì)圖集 M 第 1 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2009 4 伍先明 五群 塑料模具設(shè)計(jì)指導(dǎo) M 第 1 版 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2006 5 鄒繼強(qiáng) 塑料模具設(shè)計(jì)參考資料匯編 M 第 1 版 北京 清華大學(xué)出版社 2005 6 黃鎮(zhèn)昌 互換性與測(cè)量技術(shù) 第 1 版 M 廣州 華南理工大學(xué)出版社 2009 7 洪慎章 實(shí)用注塑成型及模具設(shè)計(jì) M 第 1 版 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2006 8 屈華昌 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) M 第 2 版 北京 高等教育出版社 2007 9 楊予勇 塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì) M 第 1 版 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2009 10 李志剛 夏巨諶 中國(guó)模具設(shè)計(jì)大典 電子版 中國(guó)機(jī)械工程協(xié)會(huì) 2003 11 塑料模具設(shè)計(jì)師指南 M PDF 版 12 賈潤(rùn)禮 程志遠(yuǎn) 實(shí)用塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè) M 掃描版 PDF 13 黃鎮(zhèn)昌 互換性與測(cè)量技術(shù) M 第 1 版 廣州 華南理工大學(xué)出版社 2009 附件 譯文 1 模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計(jì) 摘要 在一系列方式中 傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法存在許多缺點(diǎn) 眾所周知 熱處理對(duì)模具起著非常 重要的作用 為了克服模具熱處理工藝存在的缺點(diǎn) 一種新的模具熱處理工藝并行設(shè) 計(jì)方法已經(jīng)被開發(fā)出來(lái)了 熱處理 CAD CAE 技術(shù)是集成了并行環(huán)境和有關(guān)模型而建 立的 這些調(diào)查研究可以顯著提高效率 降低成本 并保證產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到 R 和 D 級(jí) 關(guān)鍵詞 模具設(shè)計(jì) 熱處理 模具 傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)主要是依照自身實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)或依照部分實(shí)踐經(jīng)驗(yàn) 而不是制造工藝 在設(shè)計(jì)完成之前 模具方案通常要被一次又一次的改進(jìn) 于是有些缺點(diǎn)便出現(xiàn) 例如 開發(fā)時(shí)期長(zhǎng) 成本高和實(shí)際效果不明顯 由于對(duì)精確性 使用壽命 開發(fā)期和費(fèi)用的 嚴(yán)格要求 先進(jìn)的模具要求設(shè)計(jì)和制造得十分完善 因此越來(lái)越先進(jìn)的技術(shù)和創(chuàng)新方 法被應(yīng)用其中 例如并行工程 敏捷制造業(yè) 虛擬制造業(yè)同合作設(shè)計(jì)等 模具的熱處 理與模具設(shè)計(jì) 制造和裝配同樣重要 因?yàn)樗鼘?duì)模具的制造裝配和使用壽命又及其重 要的影響 模具設(shè)計(jì)與制造發(fā)展十分迅速 但是熱處理發(fā)展卻嚴(yán)重滯后它們 隨著模 具工業(yè)的發(fā)展 熱處理必須保證模具有良好的制造裝配和磨損耐熱性能 不切實(shí)際的 熱處理將導(dǎo)致模具材料過(guò)硬或過(guò)軟 同時(shí)影響模具裝配性能 傳統(tǒng)的熱處理工藝是按 照設(shè)計(jì)師提出的方法和特性制作出來(lái)的 這樣會(huì)使模具設(shè)計(jì)師和熱處理工藝師意見(jiàn)產(chǎn) 生分歧 而模具設(shè)計(jì)師卻不能充分地了解熱處理工藝和材料的性能 相反熱處理工藝 師卻很少了解模具的使用環(huán)境和設(shè)計(jì)思路 這些分歧將在很大程度上影響模具的發(fā)展 因此 如果把熱處理工藝設(shè)計(jì)放在設(shè)計(jì)階段之前 則縮短開發(fā)周期 減少花費(fèi)和保證 質(zhì)量等目標(biāo)將會(huì)被考慮 而且從串行到并行的發(fā)展模式也將會(huì)實(shí)現(xiàn) 并行工程是以計(jì) 算機(jī)集成系統(tǒng)作為載體 在開始以后 每個(gè)階段和因素都被看作如制造 熱處理 性 能等等 以避免出現(xiàn)錯(cuò)誤 并行模式已經(jīng)摒除了串行模式的缺陷 由此帶來(lái)了一場(chǎng)對(duì) 串行模式的革命 在當(dāng)前的工作中 熱處理被集成到了模具開發(fā)的并行環(huán)境中 同時(shí) 也正在進(jìn)行這種系統(tǒng)性和深入性究 1 熱處理下的并行環(huán)境 并行模式與串行模式存在根本的不同 見(jiàn)圖 1 對(duì)于串行模式 設(shè)計(jì)者大多考慮 的是模具的結(jié)構(gòu)與功能 但很難考慮相關(guān)的工藝 以致前者的錯(cuò)誤很容易蔓延到后面 與此同時(shí) 設(shè)計(jì)本門很少與裝配 預(yù)算會(huì)計(jì)和銷售部門溝通 這些問(wèn)題當(dāng)然會(huì)影響模 具的開發(fā)進(jìn)度和市場(chǎng)前景 然而在并行模式中 不但以上部門關(guān)系聯(lián)系密切 所有參 加模具開發(fā)的部門都與買家有密切的交流 這有助于協(xié)調(diào)各部門消除矛盾 提高工作 效率 同時(shí)降低成本 a b a 串行模式 b 并行模式 圖 1 基于摸具開發(fā)的串行工程與并行工程系統(tǒng)框架示意圖 并行環(huán)境下的熱處理工藝不是在方案和工件確定以后 而是在模具設(shè)計(jì)的時(shí)候制 定出來(lái)的 這樣的話 將有利于優(yōu)化熱處理工藝 充分利用材料 2 模具熱處理 CAD CAE 一體化 從圖 2 中可以看出 熱處理工藝的設(shè)計(jì)與模擬是一體化模式的核心 在信息輸入 產(chǎn)品模塊中后 經(jīng)熱處理工藝過(guò)程產(chǎn)生的熱處理 CAD 和熱處理 CAE 模塊將對(duì)于零件 圖 熱處理以后模擬溫度場(chǎng)的微觀結(jié)構(gòu)分析和可能出現(xiàn)的缺陷 例如過(guò)熱 燒傷 自 動(dòng)劃分網(wǎng)絡(luò) 如果優(yōu)化是根據(jù)立體視覺(jué)技術(shù)的結(jié)果重新出現(xiàn) 則這項(xiàng)熱處理工藝已經(jīng) 被審核 而且工具與夾具的 CAD 和 CAE 也集成于這種系統(tǒng)中 圖 2 并行工程熱處理 CAD CAE 一體化系統(tǒng)框架示意圖 以并行工程為基礎(chǔ)的集成模式可以與其它類似模式共享信息 這樣使熱處理工藝 得到優(yōu)化 并確保改工藝準(zhǔn)確 2 1 采用三維模型和立體視覺(jué)技術(shù)的熱處理 在形成模具的基礎(chǔ)上 材料 結(jié)構(gòu)和尺寸的問(wèn)題能通過(guò)熱處理三維模型盡快發(fā)現(xiàn) 出來(lái) 在熱處理過(guò)程中 模具加熱條件和相變條件是切合實(shí)際的 因?yàn)橥ㄟ^(guò)計(jì)算相變 熱力 相變動(dòng)力 相應(yīng)力 熱應(yīng)力 傳熱速度 流體動(dòng)力等已經(jīng)取得重要突破 例如 能進(jìn)行局部復(fù)雜表面和不對(duì)稱模具的三維熱傳導(dǎo)模型計(jì)算 和能進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的 MARC 軟件模型 計(jì)算機(jī)能夠在任何時(shí)間提交溫度 微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力的信息 并通過(guò) 連接溫度場(chǎng)微觀結(jié)構(gòu)領(lǐng)域和力場(chǎng)來(lái)顯示三維形式的全部改變過(guò)程 如果再加上這種特 性 則各部分性能都能通過(guò)計(jì)算機(jī)預(yù)見(jiàn) 2 2 熱處理工藝設(shè)計(jì) 由于對(duì)強(qiáng)度和硬度 表面粗糙度和模具熱處理變形的特殊要求 淬火介質(zhì)的種類 淬火溫度 回火溫度和時(shí)間等參數(shù)特性必須經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇 以及是否使用表面淬火 或化學(xué)熱處理 這種特性必須準(zhǔn)確的制定下來(lái) 自從計(jì)算機(jī)技術(shù)在最近幾十年迅速的 發(fā)展 難以進(jìn)行大型計(jì)算已經(jīng)成為過(guò)去 通過(guò)模擬和仔細(xì)考慮熱處理特性 熱處理后 的成本和所須時(shí)間 這些都并不難優(yōu)化熱處理工藝 2 3 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù) 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)在圖 3 中描述 數(shù)據(jù)庫(kù)是制定熱處理工藝的基礎(chǔ) 一般來(lái)說(shuō) 熱處 理數(shù)據(jù)庫(kù)分為材料數(shù)據(jù)庫(kù)和工藝數(shù)據(jù)庫(kù) 通過(guò)材料和工藝來(lái)預(yù)測(cè)特性已成為一種必然 的趨勢(shì) 盡管很難建立一個(gè)特性數(shù)據(jù)庫(kù) 但通過(guò)一系列的測(cè)試來(lái)建立數(shù)據(jù)庫(kù)是必要的 材料數(shù)據(jù)庫(kù)包括材料牌號(hào) 化學(xué)成分 性能和國(guó)內(nèi)外同級(jí)別目錄表 工藝數(shù)據(jù)庫(kù)包括 熱處理標(biāo)準(zhǔn) 種類 保溫時(shí)間和冷卻溫度 基于數(shù)據(jù)庫(kù) 熱處理工藝可以通過(guò)推理規(guī) 則創(chuàng)造出來(lái) 圖 3 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù) 2 4 熱處理工具和設(shè)備 在熱處理工藝確定以后 工具及設(shè)備 CAD CAE 系統(tǒng)傳送設(shè)計(jì)和制造的數(shù)值信息 來(lái)控制裝置 通過(guò)快速模具成型 可靠的工具和夾具都能被確定 整個(gè)程序通過(guò)網(wǎng)絡(luò) 傳送 不存在任何人為干擾 3 關(guān)鍵技術(shù) 3 1 溫度 微觀結(jié)構(gòu) 應(yīng)力和特性的聯(lián)系 熱處理程序是一個(gè)溫度 微觀結(jié)構(gòu)和應(yīng)力互相作用的程序 三方面都能影響材料 特性 見(jiàn)圖 4 在加熱和冷卻期間 當(dāng)微觀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變時(shí)熱應(yīng)力和相變遲早會(huì)出現(xiàn) 微 觀結(jié)構(gòu)溫度相變和溫度 微觀結(jié)構(gòu) 應(yīng)力特性相互影響 對(duì)相互作用的四個(gè)因素的調(diào) 查已經(jīng)取得很大的發(fā)展 但普通的數(shù)學(xué)模型還沒(méi)有建立 許多模型能很好的滿足測(cè)試 結(jié)果 但不能投入到實(shí)踐當(dāng)中 大部分模型的難點(diǎn)是用分析的方法處理的 同時(shí)數(shù)值 方法也運(yùn)用了 導(dǎo)致存在不準(zhǔn)確的計(jì)算 圖 4 熱處理工藝圖解 即使如此 把經(jīng)驗(yàn)方法與定性分析相比較 通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行熱處理模擬取得了 很大的進(jìn)展 3 2 模型的建立和融合 在模具的開發(fā)過(guò)程中 涉及到設(shè)計(jì) 制造 熱處理 裝配 維修等 它們應(yīng)該有 自己的數(shù)據(jù)庫(kù)和模型 它們通過(guò)事物的內(nèi)在聯(lián)系建立模型 互相串聯(lián)起來(lái) 盡管建立 和運(yùn)用動(dòng)態(tài)推理機(jī)制 但其目的在于完成優(yōu)化設(shè)計(jì) 產(chǎn)品模型和其它模型的聯(lián)系已被 建立 如果細(xì)小組織模型發(fā)生改變 則產(chǎn)品模型也將改變 事實(shí)上 它屬于數(shù)據(jù)庫(kù)與 模具之間的聯(lián)系 當(dāng)熱處理模型集成到系統(tǒng)以后 它已不再是一個(gè)孤立的單位 而是 一個(gè)部分 同時(shí)在系統(tǒng)中接近其它模型 在搜查后 熱處理數(shù)據(jù)庫(kù)的計(jì)算和推理能力 熱處理程序都被幾何模型 模具制造模型和預(yù)算所限制 這是通行的 如果這種限制 不服從 系統(tǒng)會(huì)發(fā)出解釋性的警告 所用設(shè)計(jì)的細(xì)小組織都是通過(guò)互連網(wǎng)連接的 3 3 各部分之間的管理和協(xié)調(diào) 復(fù)雜的模具需要其中各項(xiàng)目組之間密切合作 因?yàn)榭紤]到模具的開發(fā) 各部分都 存在缺點(diǎn) 它必須得到管理和協(xié)調(diào) 首先 各項(xiàng)目組應(yīng)該確定其本身的控制條件和資 源要求 同時(shí)了解不同環(huán)境下的工作程序 以避免發(fā)生沖突 其次 要提出開發(fā)計(jì)劃 和建立監(jiān)控機(jī)制 如果開發(fā)受到限制則可逐步排除 敏捷管理和協(xié)調(diào)有助于交流信息 提高效率和減少材料 同時(shí)這有利于激發(fā)人的 創(chuàng)造力 消除阻礙和制定出最好的方法 4 總結(jié) 熱處理 CAD CAE 技術(shù)已被集成到模具并行設(shè)計(jì)中去 同時(shí)熱處理已被制成圖 表 這有利于提高效率 較易發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并解決問(wèn)題 模型的開發(fā)已在同一個(gè)平臺(tái)運(yùn)行 在這個(gè)平臺(tái)中 當(dāng)熱處理工藝制定出來(lái)后 設(shè)計(jì)人員可獲得相關(guān)信息和轉(zhuǎn)讓部分信息到其它設(shè)計(jì)部門 制定出正確的開發(fā)計(jì)劃并按時(shí)調(diào)整可以極大縮短開發(fā)周期和降低成本 原文 李雄 張鴻冰 阮雪榆 羅中華 張艷 模具熱處理及其導(dǎo)向平行設(shè)計(jì) J 鋼鐵研究學(xué)報(bào)英文版 2006 13 1 40 43 74 譯文 2 基于注塑模具鋼研磨和拋光工序的自動(dòng)化表面處理 摘要 本文研究了注塑模具鋼自動(dòng)研磨與球面拋光加工工序的可能性 這種注塑模具鋼 PDS5 的塑性曲面是在數(shù)控加工中心完成的 這項(xiàng)研究已經(jīng)完成了磨削刀架的設(shè)計(jì)與制 造 最佳表面研磨參數(shù)是在鋼鐵 PDS5 的加工中心測(cè)定的 對(duì)于 PDS5 注塑模具鋼的最 佳球面研磨參數(shù)是以下一系列的組合 研磨材料的磨料為粉紅氧化鋁 進(jìn)給量 500 毫 米 分鐘 磨削深度 20 微米 磨削轉(zhuǎn)速為 18000RPM 用優(yōu)化的參數(shù)進(jìn)行表面研磨 表 面粗糙度 Ra 值可由大約 1 60 微米改善至 0 35 微米 用球拋光工藝和參數(shù)優(yōu)化拋光 可以進(jìn)一步改善表面粗糙度 Ra 值從 0 343 微米至 0 06 微米左右 在模具內(nèi)部曲面的 測(cè)試部分 用最佳參數(shù)的表面研磨 拋光 曲面表面粗糙度就可以提高約 2 15 微米到 0 0 07 微米 關(guān)鍵詞 自動(dòng)化表面處理 拋光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法 一 引言 塑膠工程材料由于其重要特點(diǎn) 如耐化學(xué)腐蝕性 低密度 易于制造 并已日漸取 代金屬部件在工業(yè)中廣泛應(yīng)用 注塑成型對(duì)于塑料制品是一個(gè)重要工藝 注塑模具的 表面質(zhì)量是設(shè)計(jì)的本質(zhì)要求 因?yàn)樗苯佑绊懥怂苣z產(chǎn)品的外觀和性能 加工工藝如 球面研磨 拋光常用于改善表面光潔度 研磨工具 輪子 的安裝已廣泛用于傳統(tǒng)模具的制造產(chǎn)業(yè) 自動(dòng)化表面研磨加工工 具的幾何模型將介紹 自動(dòng)化表面處理的球磨研磨工具將得到示范和開發(fā) 磨削速度 磨削深度 進(jìn)給速率和砂輪尺寸 研磨材料特性 如磨料粒度大小 是球形研磨工藝 中主要的參數(shù) 如圖 1 球面研磨過(guò)程示意圖 所示 注塑模具鋼的球面研磨最優(yōu)化參 數(shù)目前尚未在文獻(xiàn)得到確切的依據(jù) 圖 1 球面研磨過(guò)程示意圖 近年來(lái) 已經(jīng)進(jìn)行了一些研究 確定了球面拋光工藝的最優(yōu)參數(shù) 圖 2 球面拋 光過(guò)程示意圖 比如 人們發(fā)現(xiàn) 用碳化鎢球滾壓的方法可以使工件表面的塑性變 形減少 從而改善表面粗糙度 表面硬度 抗疲勞強(qiáng)度 拋光的工藝的過(guò)程是由加工 中心和車床共同完成的 對(duì)表面粗糙度有重大影響的拋光工藝主要參數(shù) 主要是球或 滾子材料 拋光力 進(jìn)給速率 拋光速度 潤(rùn)滑 拋光率及其他因素等 注塑模具鋼 PDS5 的表面拋光的參數(shù)優(yōu)化 分別結(jié)合了油脂潤(rùn)滑劑 碳化鎢球 拋光速度 200 毫米 分鐘 拋光力 300 牛 40 微米的進(jìn)給量 采用最佳參數(shù)進(jìn)行表面研磨和球面拋光的深度 為 2 5 微米 通過(guò)拋光工藝 表面粗糙度可以改善大致為 40 至 90 步距 研磨高度球磨研 磨 進(jìn)給速度 工作臺(tái) 進(jìn)給 研磨球 工作臺(tái) 研磨深 度 研磨表面 圖 2 球面拋光過(guò)程示意圖 此項(xiàng)目研究的目的是 發(fā)展注塑模具鋼的球形研磨和球面拋光工序 這種注塑模 具鋼的曲面實(shí)在加工中心完成的 表面光潔度的球研磨與球拋光的自動(dòng)化流程工序 如圖 3 所示 我們開始自行設(shè)計(jì)和制造的球面研磨工具及加工中心的對(duì)刀裝置 利用 田口正交法 確定了表面球研磨最佳參數(shù) 選擇為田口 L18 型矩陣實(shí)驗(yàn)相應(yīng)的四個(gè)因 素和三個(gè)層次 用最佳參數(shù)進(jìn)行表面球研磨則適用于一個(gè)曲面表面光潔度要求較高的 注塑模具 為了改善表面粗糙 利用最佳球面拋光工藝參數(shù) 再進(jìn)行對(duì)表層打磨 PDS 試樣的設(shè)計(jì)與制造 選擇最佳矩陣實(shí)驗(yàn)因子 確定最佳參數(shù) 實(shí)施實(shí)驗(yàn) 分析并確定最佳因子 進(jìn)行表面拋光 應(yīng)用最佳參數(shù)加工曲面 測(cè)量試樣的表面粗糙度 球研磨和拋光裝置的設(shè)計(jì)與制造 圖 3 自動(dòng)球面研磨與拋光工序的流程圖 二 球研磨的設(shè)計(jì)和對(duì)準(zhǔn)裝置 實(shí)施過(guò)程中可能出現(xiàn)的曲面的球研磨 研磨球的中心應(yīng)和加工中心的 Z 軸相一致 球面研磨工具的安裝及調(diào)整裝置的設(shè)計(jì) 如圖 4 球面研磨工具及其調(diào)整裝置 所示 電動(dòng)磨床展開了兩個(gè)具有可調(diào)支撐螺絲的刀架 磨床中心正好與具有輔助作用的圓錐 槽線配合 擁有磨床的球接軌 當(dāng)兩個(gè)可調(diào)支撐螺絲被收緊時(shí) 其后的對(duì)準(zhǔn)部件就可 以拆除 研磨球中心坐標(biāo)偏差約為 5 微米 這是衡量一個(gè)數(shù)控坐標(biāo)測(cè)量機(jī)性能的重要 標(biāo)準(zhǔn) 機(jī)床的機(jī)械振動(dòng)力是被螺旋彈簧所吸收 球形研磨球和拋光工具的安裝 如圖 5 a 球面研磨工具的圖片 b 球拋光工具的圖片 所示 為使球面磨削加工和拋光 加工的進(jìn)行 主軸通過(guò)球鎖機(jī)制而被鎖定 圖 4 球面研磨工具及其調(diào)整裝置 圖 5 a 球面研磨工具的圖片 b 球拋光工具的圖片 三 矩陣實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃 3 1 田口正交表 模柄 彈簧 工具可調(diào)支 撐 緊固螺釘 磨球 自動(dòng)研磨 磨球組 件 利用矩陣實(shí)驗(yàn)田口正交法 可以確定參數(shù)的有影響程度 為了配合上述球面研磨 參數(shù) 該材料磨料的研磨球 直徑 10 毫米 進(jìn)給速率 研磨深度 在次研究中電氣磨床 被假定為四個(gè)因素