周轉(zhuǎn)箱注塑模具設(shè)計(jì)【說明書+PROE】
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日期：2012 年 5 月3 日
畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
題 目 周轉(zhuǎn)箱注塑模具設(shè)計(jì)
指導(dǎo)教師 xxxxxxxxxxxxx
系 部 機(jī)電工程系
專 業(yè) wwwww與制造模具一班
姓 名 xxxxxxx
學(xué) 號(hào) xxxxxxxxxxxxxxx
2012年 5 月 3 日
周轉(zhuǎn)箱注塑模具設(shè)計(jì)
摘要：塑料周轉(zhuǎn)箱具有抗折，抗老化，承載強(qiáng)度大，拉伸，壓縮，撕裂，溫高，等特點(diǎn)。應(yīng)用熱流道技術(shù)、注射成型流動(dòng)分析軟件和液壓側(cè)向分型原理設(shè)計(jì)出周轉(zhuǎn)箱注射模，該模具結(jié)構(gòu)合理，動(dòng)作可靠，成型工藝容易控制，保證塑件質(zhì)量。利用熱流道技術(shù)設(shè)計(jì)注射模具能提高注射模具設(shè)計(jì)，制造的成功率，減少試模次數(shù)，減小修模量，提高塑件質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
關(guān)鍵詞： 注射模； 點(diǎn)澆口； 熱流道
目錄
1. 塑件原始資料的分析 ………………………………………………………………2
2. 塑件成型工藝規(guī)程編制……………………………………………………………3
2.1塑件工藝性分析………………………………………………………………3
2.1.1 原材料分析……………………………………………………………4
2．1.2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度，表面質(zhì)量分析……………………………4
2.2 注射量的計(jì)算 ……………………………………………………………4
2.3 最大注射壓力與模腔壓力的計(jì)算 ………………………………………5
2.4 鎖模力的計(jì)算………………………………………………………………5
2.5計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量……………………………………………………6
2.6 塑件注射工藝參數(shù)的確定…………………………………………………7
3. 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………8
3.1 分型面選擇…………………………………………………………………8
3.2 型腔的排列方式…………………………………………………………8
3.3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………8
3.3.1 澆口設(shè)計(jì)……………………………………………………………9
3.3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………10
3.4 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………11
3.4.1 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理…………………………………………………11
3.4.2 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………11
3.5 推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………………12
3.6 滑塊和導(dǎo)槽設(shè)計(jì)……………………………………………………………12
3.7 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)………………………………………………………13
4. 模具設(shè)計(jì)有關(guān)計(jì)算……………………………………………………………14
5. 模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算………………………………………………16
5.1 絕熱流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………16
5.2 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)………………………………………………………………16
6.注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核………………………………………………………18
6.1模具閉合高度…………………………………………………………18
6.2模具與注射機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸的校核…………………………………18
6.3 模具閉合高度校核…………………………………………………………18
6.4 開模行程校核………………………………………………………………18
6.4 工作原理……………………………………………………………………19
7.模具總圖………………………………………………………………………20
結(jié)論
參考文獻(xiàn)
致謝
周轉(zhuǎn)箱模具設(shè)計(jì)
引言 隨著CAD∕CAM技術(shù)的逐步推廣以及數(shù)控機(jī)床加工機(jī)床的不斷普及，Pro\E軟件已經(jīng)廣泛應(yīng)用與塑料注射模的設(shè)計(jì)與制造中，并起義顯示出優(yōu)越性，為模具設(shè)計(jì)模塊提供方便而實(shí)用的工具，可以在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行模型檢驗(yàn)、分型建立、模具裝配等過程。借助軟件可以對(duì)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、加工過程、熔體在模具中流動(dòng)情況及模具工作過程中的溫度分布情況等進(jìn)行分析、模擬、修改和優(yōu)化,將問題發(fā)現(xiàn)與正式之前,能大大縮短模具設(shè)計(jì)與制造周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量并降低生產(chǎn)成本。
塑料周轉(zhuǎn)箱以代替木質(zhì)周轉(zhuǎn)箱廣泛用于工廠生產(chǎn)車間中，，廣泛用于機(jī)械、汽車、家電、輕工、電子等行業(yè)，可用于盛放食品，清潔方便，零件周轉(zhuǎn)便捷、堆放整齊，便于管理。其合理的設(shè)計(jì)，優(yōu)良的品質(zhì)，適用于工廠物流中的運(yùn)輸、配送、儲(chǔ)存、流通加工等環(huán)節(jié)。 如啤酒周轉(zhuǎn)箱，牛奶周轉(zhuǎn)箱和生產(chǎn)車間大小周轉(zhuǎn)箱等。這些周轉(zhuǎn)箱生產(chǎn)尺寸大，需求量大，在原材料上選用流動(dòng)性較好，成本較低力學(xué)性能和耐熱性較好的高密度聚乙烯HDPE。
21世紀(jì)是環(huán)保世紀(jì)，環(huán)境問題日顯重要，資源、能源更趨緊張，塑料周轉(zhuǎn)箱將迎來新的機(jī)遇，也將經(jīng)受嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，為適應(yīng)新時(shí)代的要求，塑料周轉(zhuǎn)箱除要求能滿足市場包裝質(zhì)量和效益等日益提高的要求外，還進(jìn)一步要求其節(jié)省能源、節(jié)省資源。塑料周轉(zhuǎn)箱正向高機(jī)能、多功能性、環(huán)保適應(yīng)性、采用新型原材料，新工藝、新設(shè)備及拓寬應(yīng)用領(lǐng)域等方向發(fā)展。
1、塑件原始資料分析
當(dāng)前應(yīng)用于物流領(lǐng)域的周轉(zhuǎn)箱,如啤酒周轉(zhuǎn)箱、牛奶周轉(zhuǎn)箱、食品周轉(zhuǎn)箱、貨物周轉(zhuǎn)箱及各種生產(chǎn)車間用種類繁多工件周轉(zhuǎn)箱等已經(jīng)基本上采用塑料制造.通常這些周轉(zhuǎn)箱外形尺寸均較大,且要求較好的力學(xué)性能、耐低溫性能和耐候性。為了滿足這些要求,常用HDPE作為原料，并在塑件外表面四周和底部設(shè)計(jì)多條縱橫交錯(cuò)的加強(qiáng)筋，以增加其強(qiáng)度和剛度。對(duì)于箱類塑件的注射成型，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，往往會(huì)因?yàn)樗芗叽绱?、形狀?fù)雜而采用一模一腔的點(diǎn)澆口模具；四側(cè)壁外表面的多條加強(qiáng)筋形成的與開幕方向垂直的側(cè)凹則需要采用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)成型。采用點(diǎn)澆口使得模具需要采用三板式結(jié)構(gòu)、順序脫模機(jī)以及自動(dòng)脫澆口機(jī)構(gòu)等，模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜、外形尺寸大、鋼材耗用多、加工工時(shí)長、模具成本高。對(duì)這些問題，對(duì)周轉(zhuǎn)箱塑件的注射模具設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析研究。
技術(shù)要求： 1、未標(biāo)注圓角R=3；
2、材料低中壓聚乙烯HDPE；
3、零件表面不得有毛刺。
圖1.1 周轉(zhuǎn)箱塑件圖紙
圖1.2 周轉(zhuǎn)箱三維圖
2、塑件成型工藝規(guī)程編制
2.1 塑件工藝性分析
2.1.1 塑件原材料分析
該塑件的材料采用HDPE低中壓聚乙烯，HDPE為無毒、無味、無臭、的白色顆粒，熔點(diǎn)約130℃，熔化溫度220-260℃相對(duì)密度為0.941 -0.960g∕cm3,流動(dòng)性較好，具有良好的耐熱性和耐寒性，化學(xué)穩(wěn)定好，耐沖擊能力強(qiáng)，從成型的性能上看，該塑件材料熔體流動(dòng)性好，成型容易，但收縮率較大，約為1.5%-3.6%，還具有較強(qiáng)的剛性和韌性，機(jī)械強(qiáng)度好。HDPE是一種結(jié)晶度高、非極性的熱塑性材料。該塑料形狀大，凝固速度快，易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，且此塑料屬于熱敏性塑料，材料對(duì)溫度和壓力的變化都很敏感。HDPE的外表呈乳白色，在截面呈一定程度的半透明狀。HDPE具有優(yōu)良的耐大多數(shù)生活和工業(yè)化學(xué)品的特性，不吸濕具有良好的防水蒸汽性，HDPE具有很好的電性能，特別是絕緣介質(zhì)強(qiáng)度高，使其很實(shí)用與周轉(zhuǎn)箱，該塑件要具有極好的抗沖擊性，HDPE具有極好地沖擊性在常溫甚至在-40F的溫度下均如此很適合周轉(zhuǎn)箱的應(yīng)用。HDPE具有獨(dú)特的特性可以和添加劑和催化劑適當(dāng)結(jié)合。
2.1.2塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度、表面質(zhì)量分析
1）結(jié)構(gòu)分析：從圖上分析，該零件總體形狀為長方體，在兩邊有一個(gè)對(duì)稱分布的側(cè)凹槽尺寸為70X30，因此模具設(shè)計(jì)時(shí)要設(shè)置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)，塑件外表面四周和底部設(shè)計(jì)多條縱橫交錯(cuò)的加強(qiáng)筋，以增加其強(qiáng)度和剛度。
2）尺寸精度分析：該塑件的重要的尺寸有：60+0.16 5900+0.27 2000+0.19 300+0.16 700+0.16側(cè)凹的尺寸700+0.16×300+0.16，尺寸精度為MT3級(jí)。該零件的尺寸精度中等偏上，對(duì)應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸精度可以保證。
3）表面質(zhì)量分析：該零件的表面除要求沒有毛刺，內(nèi)部不能有導(dǎo)電雜質(zhì)外，沒有特別的表面質(zhì)量要求，因此比較容易實(shí)現(xiàn)。
2.2注射量的計(jì)算
注射量是是指注射機(jī)在對(duì)空注射的條件下，一次注射HDPE是所能達(dá)到的最大注射體積（或質(zhì)量）
螺桿式注射機(jī)注射其它塑料時(shí)的注射量計(jì)算：
n V1+V2≤0.8V3
V1為單個(gè)塑件的容積；
V2為澆注系統(tǒng)和飛邊所需要塑件容積;
V3為注射機(jī)額定注射量;
n為模具型腔數(shù);
對(duì)于規(guī)則的圖形可以通過相關(guān)的體積公式來實(shí)現(xiàn)，而對(duì)于一些復(fù)雜或不規(guī)則的實(shí)體圖形通過PRO/E來實(shí)現(xiàn)體積計(jì)算，對(duì)于該制品來說屬于不規(guī)則實(shí)體，因此，不能直接通過體積計(jì)算來計(jì)算體積，必須借助相關(guān)軟件來計(jì)算體積。這里，借助PRO/E來實(shí)現(xiàn)體積計(jì)算：
經(jīng)軟件計(jì)算V=3230400mm3 型腔數(shù)為1
2.3最大注射壓力與模腔壓力的計(jì)算
最大注射壓力是指注射過程中位于柱塞或螺桿前端的熔融塑料的壓力，用P表示。由于注射機(jī)類型、噴嘴形式、塑料流動(dòng)特性、澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和型腔的流動(dòng)阻力等影響因素，溶料進(jìn)入模腔時(shí)的壓力遠(yuǎn)小于最大注射壓力。
有效注射壓力：PA=K.P
K為壓力損失系數(shù)，一般取值范圍為（1/4-1/2）
選注射機(jī)——注射機(jī)的最大注射壓力為P≥PM/K
PM熔融塑料在型腔內(nèi)的壓力（20MPa-40MPa）在此取30MPa
P≥PM/K=30/(1/3)=90MPa
2.4鎖模力的計(jì)算
鎖模力是指注射過程中注射機(jī)能夠提供的防止模具打開的最大鎖緊力，用F表示。注射模從分型面張開的力應(yīng)小于注射機(jī)的額定鎖模力;
即： F≥PM(n A1+A2)
A1.A2為塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的垂直投影面積;
PM為塑料熔體在模腔中平均壓力取30MPa
N為模具型腔數(shù)為1
A1+A2=254152mm2
F≥PM(n A1+A2)=7624.6KN
2.5 塑件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機(jī)及確定型腔數(shù)，經(jīng)計(jì)算塑件的體積為3230400mm3;根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查到中低壓聚乙烯的密度ρ=0.960g／㎝3
故塑件的質(zhì)量為W=Ρv=3100.8g.
對(duì)于這類箱形塑件的注射成型，在模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，往往會(huì)因?yàn)樗芗叽绱?、形狀?fù)雜而采用一模一腔的點(diǎn)澆口模具，四側(cè)壁外表面的多條加強(qiáng)筋形成的與開模方向垂直的側(cè)凹則需要采用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)成型。采用點(diǎn)澆口
使得模具需要采用三板式結(jié)構(gòu)、順序脫模機(jī)構(gòu)、自動(dòng)脫模機(jī)構(gòu)，
采用一模一腔結(jié)構(gòu)，經(jīng)初步計(jì)算，型腔壓力為40MPa，鎖模力為7493KN，故選用SZ-3200／8000注射機(jī)。
注射機(jī)參數(shù)：
理論注射容積：3200cm3 螺桿厚度：105mm
注射壓力：165MPa 螺桿轉(zhuǎn)速：16-74r/min
鎖模力：8000KN 注射質(zhì)量：2855g
噴嘴球頭半徑：SR18mm 注射方式：螺桿式
最大模具厚度：1050mm 最小模具厚度：450mm
拉桿內(nèi)間距：970X970mm 模板最大開距：2025mm
最大成型面積：3800mm3 塑化能力：75g/s
模具定位孔直徑：Φ200H7 定位孔直徑：250mm
定位孔深度：50mm 注射速率：600g/s
模板行程：1000mm
2.6 塑件注射工藝參數(shù)確定
根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)并參考工廠實(shí)際應(yīng)用的情況，HDPE的成型工藝參數(shù)可作如下選擇：噴嘴溫度150-170℃ 模具溫度30-60℃
料筒溫度前段180-190℃ 中段180-200℃ 后段160-180℃
注射壓力70-100MPa 保壓壓力40-50MPa
注射時(shí)間0-5s 保壓時(shí)間15-60s 冷卻時(shí)間15-60s
成型周期40-140s
必須說明的是，上述工藝參數(shù)再試模時(shí)需作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。
3、 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
注射模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要包括：分型面選擇，模具型腔數(shù)目的確定及型腔的排列方式和冷卻水道布局，澆注系統(tǒng)形式，澆口位置，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)設(shè)計(jì)等內(nèi)容。
3.1分型面選擇
模具設(shè)計(jì)中分型面選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。該塑件對(duì)表面質(zhì)量無特殊要求。由于該工件周轉(zhuǎn)箱外形尺寸較大，因此宜選用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)。
為了使分型時(shí)塑料件能夠離開型芯而留在具有斜滑塊的定模型腔上，型芯的表面粗糙度等級(jí)應(yīng)取低一些、斜度取大一點(diǎn)，使塑料件與型芯之間的脫模阻力減小。為了減小澆注系統(tǒng)的高度，需將型芯設(shè)在動(dòng)模上、型腔設(shè)在定模上，以使塑料件留在動(dòng)模一邊。由于塑料件的外側(cè)壁上有側(cè)凹，可采用斜滑塊側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)來成型，型芯則由塊斜滑塊組成。動(dòng)定模分型后，塑料件脫離型芯而留在動(dòng)模型芯上，再有推件板推動(dòng)塑件脫模。
分型面的選擇原則：
1）分型面應(yīng)便于塑件脫模：
Ⅰ、在開模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模內(nèi)
Ⅱ、應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯
Ⅲ、應(yīng)合理安排塑件在型腔中的方位；
2）分型面的選擇應(yīng)保證塑件的質(zhì)量；
3）分型面的選擇應(yīng)有利于有利于排氣 ；
4) 避免模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜；
5）分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
6）應(yīng)有利于側(cè)向分型與抽芯；
7）應(yīng)有利于防止溢料；
8）應(yīng)盡量使成型零件便于加工；
．2 確定型腔的排列方式
因?yàn)樵撍芗叽绱?，形狀?fù)雜所以采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，這種排列方式的最大優(yōu)點(diǎn)是便于設(shè)置側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，對(duì)模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也比較簡單。
3．3 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
所謂注射模的澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動(dòng)通道。其作用是使塑件熔體平穩(wěn)而有序地充填到型腔中，以獲得組織致密、外形輪廓清晰的塑件。因此，澆注系統(tǒng)十分重要。而澆注系統(tǒng)一般可分為普通澆注系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩類。我們?cè)谶@里選用普通澆注系統(tǒng)，它一般是由主流道、分流道、澆口和冷料穴四部分組成。
3.3．1 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，它起著調(diào)節(jié)控制料流速度，補(bǔ)料時(shí)間，防止倒流及在多型腔中起著平衡進(jìn)料的作用。澆口位置的選擇應(yīng)注意以下問題：
（1）應(yīng)避免熔體破裂
（2）澆口應(yīng)設(shè)置在塑件最大壁厚處。
（3）應(yīng)有利于排氣
（4）應(yīng)有利于減少熔接痕和提高熔接痕強(qiáng)度，澆口數(shù)量越多，熔接痕也越多。
（5）防止型芯變形
（6）考慮塑件的收縮變形及分子取向與考慮塑件的外觀。
1）選1個(gè)澆口：在塑件底部外表面中心設(shè)一個(gè)澆口，澆口凝料與塑件可以從一個(gè)分型面取出模具結(jié)構(gòu)為兩板式，比較簡單。但工件周轉(zhuǎn)箱的長度為590mm 寬度為300mm，高度為200mm，經(jīng)計(jì)算，流動(dòng)比為250，接近HDPE 許用流動(dòng)比的最大值，可能會(huì)出現(xiàn)充不滿、缺料現(xiàn)象。借助注射成型流動(dòng)分析軟件進(jìn)行分析知，當(dāng)注射壓力為100MPa時(shí)，熔體充模時(shí)間為4.89s，但熔體到達(dá)塑件的長邊和短邊口部中點(diǎn)的時(shí)間差2s，型腔壓力差值達(dá)到36.5MPa，因此工件周轉(zhuǎn)箱選一個(gè)澆口注射成型時(shí)會(huì)出現(xiàn)較多的如填充時(shí)間不均，壓力損失大而分布不均，熔體的填充性不好，塑件質(zhì)量不易控制等問題，最終造成注射成工藝難以調(diào)節(jié)，成型塑件質(zhì)量較差，所以需要改變澆口設(shè)計(jì)方案以解決上述問題。
2）選2個(gè)澆口。為了減小流動(dòng)比和使?jié)部诘剿芗L、短邊口部中點(diǎn)的熔體流程相等，現(xiàn)增加1 個(gè)澆口。經(jīng)計(jì)算，兩澆口之間的距離為360mm，位置分布 如圖所示。改為雙澆口后，分流道的厚度較厚，由澆口到長邊中點(diǎn)的流程減短，熔體的流動(dòng)比減為210，小于HDPE 的許用流動(dòng)比，能使熔體充滿型腔。再用注射成型流動(dòng)分析軟件進(jìn)行分析知，在注射壓力仍為100MPa 的條件下，熔體充模時(shí)間為4.86s，熔體到達(dá)塑件長、短邊口部中點(diǎn)的時(shí)間幾乎無差別，型腔壓力差僅為9MPa，塑件的充填性能很好，不會(huì)出現(xiàn)缺料、澆不足以及溢邊等現(xiàn)象。注射成型時(shí)，通調(diào)整成型工藝，熔體能平衡充模，可得到優(yōu)質(zhì)塑件。
圖3.3.1澆口
經(jīng)比較，該模具決定選用2個(gè)澆口。
3.3.2 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
當(dāng)澆口位置和數(shù)量確定后，則應(yīng)當(dāng)考慮澆注系統(tǒng)類型對(duì)模具結(jié)構(gòu)的影響。
1）普通流道澆注系統(tǒng)。選用普通流道澆注系統(tǒng)，該模具只能采用點(diǎn)澆口。為了脫出澆口凝料，還必須增加1個(gè)分型面，則模具結(jié)構(gòu)為三板式，需采用順序脫模機(jī)構(gòu)。為了方便地脫出澆口凝料，還需要在定模上增加脫澆口凝料的推出機(jī)構(gòu)，這就使模具結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，制造成本高，工人取件操作繁雜，成型周期增長。
2）熱流道澆注系統(tǒng)。選用熱流道澆注系統(tǒng)，成型時(shí)對(duì)流道板進(jìn)行加熱，使流道內(nèi)物料一直保持熔融狀態(tài)，開模取件時(shí)，只取出塑件，而無流道凝料。這樣一來，澆口的數(shù)量對(duì)模具結(jié)構(gòu)無影響，模具仍可采用兩板式結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡化，加工容易，生產(chǎn)中工人取件操作也簡單，成型周期短，生產(chǎn)效率高，而且注射、保壓壓力傳遞好，塑件質(zhì)量高，因此決定選用熱流道澆注系統(tǒng)。
綜上所中述該模具用2個(gè)澆口，熱流道澆注系統(tǒng)。
3.4.抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
3.4.1抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原理
動(dòng)、定模分型時(shí)，滑塊設(shè)在定模上，側(cè)向分型時(shí)利用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，一邊帶動(dòng)塑件脫離凹模底板，一邊進(jìn)行側(cè)向分型。由于注射機(jī)前固定板上無頂出機(jī)構(gòu)，所以利用模具的斜導(dǎo)柱驅(qū)使側(cè)向分型機(jī)構(gòu)動(dòng)作，這時(shí)側(cè)向分型機(jī)構(gòu)一邊帶動(dòng)塑件脫離凹模底板，一邊實(shí)現(xiàn)側(cè)向分型。
3.4.2抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
由于塑件底部和四周存在側(cè)孔，所以本結(jié)構(gòu)采用斜導(dǎo)柱和滑塊抽出側(cè)型芯。把四個(gè)導(dǎo)柱固定在定模板上，而滑塊放在定模板的導(dǎo)滑槽內(nèi)。這樣，在A-A分型面開模的同時(shí)，即抽出了側(cè)芯又脫出了塑件，使塑件包裹在主型芯上，然后用托模板將塑件脫出。
1） 確定抽芯距： 抽芯距一般應(yīng)大于成型孔的深度，抽芯的安全系數(shù)3-5mm。
S抽=h+（3-5）
h為塑件側(cè)孔深度或側(cè)凸臺(tái)高度
所以S抽=33+（3-5）=37mm
2) 確定斜導(dǎo)柱傾角： 斜導(dǎo)柱的傾角是抽斜芯機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)之一，它與抽拔力以及抽芯距有直接關(guān)系。 斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)是利用斜導(dǎo)柱等零件把開模力傳給側(cè)型芯或側(cè)向成型塊，使之產(chǎn)生側(cè)向運(yùn)動(dòng)完成分型和抽芯動(dòng)作。這類側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，動(dòng)作安全可靠，加工制作方便，是設(shè)計(jì)和制造注射模側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)時(shí)常用的機(jī)構(gòu)，但它的抽芯力和抽芯距受模具結(jié)構(gòu)的限制。
斜導(dǎo)柱的傾角一般取α=15°-20° 本例中選取α=20°
抽拔力F=chp(φcosα-sinα)
式中α為側(cè)型芯的脫模斜度; φ為塑料的摩擦系數(shù),通常取0.15-0.2;h為側(cè)型芯成型部分的高度;c為側(cè)型芯成型部分的截面周長;p為塑件對(duì)側(cè)型芯單位面積的包裹力,一般取(0.8-1.2)X107Pa。
3）確定斜導(dǎo)柱的尺寸： 斜導(dǎo)柱的直徑取決于抽拔力及其傾斜角度，可按設(shè)計(jì)資料的有關(guān)公式計(jì)算，據(jù)查去斜導(dǎo)柱的直徑d=20mm。斜導(dǎo)柱的長度可根據(jù)抽芯距、固定端模板的厚度、斜導(dǎo)直徑及斜角大小決定。
3.5.推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
在注射成型的每一循環(huán)中，都必須使塑件從模具型腔中或型芯上脫出，模具中這種出塑件的機(jī)構(gòu)成為推出機(jī)構(gòu)。脫模機(jī)構(gòu)的分類分多，我們采用的是混合分類中的一種：推桿一次脫模機(jī)構(gòu)，因?yàn)榇藱C(jī)構(gòu)是最簡單、最為常用的一種，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等優(yōu)點(diǎn)，在生產(chǎn)實(shí)踐中比較實(shí)用和直觀。所謂一次脫模就是指在脫模過程中，推桿就需要一次動(dòng)作，就能完成塑件脫模的機(jī)構(gòu)。
設(shè)計(jì)脫模機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：
（1）結(jié)構(gòu)可靠：機(jī)械的運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)確、可靠、靈活，并有足夠的剛度和強(qiáng)度。
（2）保證塑件不變形、不損壞。
（3）保證塑件外觀良好。
（4）盡量使塑件留在動(dòng)模一邊，以便借助于開模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作。
周轉(zhuǎn)箱，箱體內(nèi)孔形狀簡單，這就使得型芯的形狀簡單，凹模的形狀復(fù)雜。因此在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)增大型芯的拔模斜度，減小表面粗糙度值；減小凹模底部加強(qiáng)筋的拔模斜度和增大其表面粗糙度值，并把側(cè)向分型機(jī)構(gòu)設(shè)在凹模底部一邊，脫模時(shí)，將塑件留在凸模上。該模具根據(jù)澆注系統(tǒng)的選擇，將型芯設(shè)在動(dòng)模，型腔設(shè)在定模，在動(dòng)、定模分型時(shí)，塑件留在動(dòng)模一側(cè)。再利用側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，一邊側(cè)向分型，一邊脫出塑件，用推桿推出托模板，使塑件包裹在主型芯上，然后用推件板將塑件脫出，實(shí)現(xiàn)塑件脫模。
圖3.5推件板
3.6 滑塊和導(dǎo)槽設(shè)計(jì)
1）滑塊和側(cè)型芯的連接方式設(shè)計(jì)。 本模具中側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)主要是用于成型零件的側(cè)向孔，由于側(cè)向孔尺寸較小，考慮到型芯強(qiáng)度和裝配問題，采用組合式結(jié)構(gòu)。型芯與滑塊的連接采用鑲嵌方式。
2）滑塊的導(dǎo)槽方式。 為了使模具結(jié)構(gòu)緊湊，降低模具裝配復(fù)雜程度，擬采用整體式滑塊和整體導(dǎo)向槽的形式。為提高滑塊的導(dǎo)向精度，裝配時(shí)可對(duì)導(dǎo)向槽和滑塊采用配磨、配研的裝配方法。
3.7成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
1)凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：本例中模具采用一模一腔的結(jié)構(gòu)形式，考慮加工難易程度和材料的價(jià)值利用等因素，凹模擬采用鑲嵌式結(jié)構(gòu)，本例分流道和澆口設(shè)計(jì)要求，分流道和澆口均設(shè)計(jì)在凹模鑲塊上。
2)凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：凸模主要是與凹模結(jié)合構(gòu)成模具型腔。由于本塑件尺寸較大，為了便于機(jī)械加工和節(jié)約貴重鋼材，將凸模單獨(dú)加工后，再鑲?cè)肽０逯小?
圖3.7-1定模板
圖3.7-2型腔 4、模具設(shè)計(jì)有關(guān)計(jì)算
本例中成型零件工作尺寸均采用平均計(jì)算。平均收縮率Scp，平均制造公差δ。
經(jīng)查表的HDPE的收縮率Smin=1.5%;Smax=3.6%,
故平均收縮率Scp=（1.5%+3.6%）/2=2.55%
考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有的條件，模具制造公差δz=Δ／3。
模具型芯和型腔工作尺寸計(jì)算。
凹模（型腔）徑向尺寸：
LS=59000.27
LM=(LS+LSSCP-3/4Δ)+ δz0
=(590+590x2.55%-3/4Δ)+0.27/30
=605.0640.090
凹模（型腔）深度尺寸：
HM=20000.19
HM=(HS+HSSCP-2/3Δ) + δz0
=(200+200X0.0225-2/3X0.19)0+0.19/4
=205.22700.045
凸模（型芯）高度尺寸：
hs =19400.19
Hm=(hs+hsscp-3/4Δ)0-δz
=（194+194x0.0255-3/4x0.19）0-0.045
=199.0820-0.045
凸模（型芯）徑向尺寸：
Ls=584 +0.270
Lm=(ls+lsscp-2/3Δ) 0-δz
=(584+584x0.0225-2/3x0.27)-0.27/3 0
=599.072-009 0
側(cè)型芯的徑向尺寸：
Ls=7000.16
Lm=(ls+lsscp32/3Δ) 0-δz
=(70+70x0.0255-2/3x0.16)0-0.16/3
=71.8910-0.05
側(cè)型芯的深度尺寸:
Hs=3000.16
Hm=(hs+hsscp-3/4Δ)0-δz
=(30+30x0.0255-3/4x0.16) 0-0.16/3
=30.8850-0.05
5、模具加熱和冷卻系統(tǒng)的計(jì)算
5.1絕熱流道澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
絕熱流道模具與普通模具相比，主要是澆注系統(tǒng)不同。其中關(guān)鍵問題是絕熱流道的設(shè)計(jì)。
設(shè)一個(gè)塑件的質(zhì)量約為W=1800g，注射時(shí)間為t=5s,查資料得HDPE熔體的比容積V=1.22cm3/g。
其普通主流道流率
QW=WV/L=1.22X1800/5=439.2 cm3/g
絕熱竹流道的平均直徑一般是普通主流道直徑的2-3倍
D主=1.27x3x=1.27x3x =29mm
考慮到分流道的流動(dòng)速度，使分流道的流率為主流道流速的1/2，則
Q分=239.2/2=219.6 cm3/g
分流道的直徑：
D分=1.27x3x =1.27x3x=23mm
由于主流道和分流道的截面尺寸和塑件的厚度相比，尺寸較大，澆注系統(tǒng)不冷卻，而塑件的型腔和型芯部分可以通過冷卻。所以，在冷卻過程中，澆注系統(tǒng)僅外層形成一層固體塑料的保溫層，內(nèi)芯層仍處于熔融狀態(tài)，只有長時(shí)間停機(jī)時(shí)，內(nèi)芯層的溶料才凝固，所以在處理模具結(jié)構(gòu)是必須從分流道初設(shè)計(jì)一個(gè)分型面，在正常工作時(shí)，此分型面與模具兩端的鉸鏈扣緊，不能打開。只有停機(jī)時(shí)，打開鉸鏈，才能清理出澆注系統(tǒng)凝料。
5.2 塑料模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
HDPE塑料的模具溫度為50-95℃。設(shè)定模具平均溫度為72.5℃，用22℃的水做模具的冷卻水質(zhì)，其出口溫度為25℃.需要除去的總熱量為：
Q=m1 [Cp(T1-T2)+L ]
式中，m1為單位時(shí)間注入模具的塑料質(zhì)量;
Cp為塑料質(zhì)量定壓熱容；
T1為塑料注射溫度;
T2為模具表面溫度：
L為塑料的熔化的潛熱。
則帶走熱量所需冷卻水質(zhì)量為：
M=Q/K(T3-T4)
式中， M為通過模具的冷卻水質(zhì)量；
K為傳熱系數(shù);
T3為出水溫度；
T4為如水溫度。
冷卻水直徑：
d=
式中；m為通過模具的冷卻水的質(zhì)量；
ρ冷卻液體的密度
l為冷卻水道長度：
d為冷卻水道直徑。
6、注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
6.1模具閉合高度的確定
根據(jù)支承與固定零件的設(shè)計(jì)中提供的數(shù)據(jù)，確定：
定模座板H1=50mm 定模板H2=250mm 動(dòng)模板H3=240mm
支撐板H4=30mm 動(dòng)模座板H5=50mm
根據(jù)推注行程和推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)尺寸確定墊塊H6=260mm
所以模具閉合高度：
H=H1+H2+H3+H4+H5+H6=880mm
6.2 模具與注射機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸的校核
為了使注射模具能夠順利安裝在注射機(jī)上并產(chǎn)生出合格的塑件，設(shè)計(jì)模具時(shí)，必須校核柱設(shè)計(jì)與模具安裝部分的相關(guān)尺寸，因?yàn)椴煌吞?hào)及尺寸的注射機(jī)，其安裝模具部分的形狀和尺寸各不相同。
模具閉合高度長寬尺寸要與注射機(jī)模板尺寸的拉桿距相適應(yīng)：
模具長X寬﹤拉桿面積 即 700X900＜970X970
故滿足要求。
6、3模具閉合厚度校核
本模具的閉合高度為H=880mm，SZ-3200/8000型注射機(jī)所允許的模具最小閉合高度為450mm，最大閉合高度為1050mm，即模具滿足：
Hmin≤H≤Hmax的安裝條件
6、4開模行程校核
開模行程是指模具開合模過程中，注射機(jī)移動(dòng)模板的移動(dòng)距離。選注射機(jī)時(shí)，其最大開模行程必須大于取塑件或其他要求時(shí)所需的開模距離。所選注射機(jī)為SZ-3200/8000型，其最大行程與模具厚度無關(guān)，故注塑機(jī)開模行程應(yīng)滿足下式：
S≥H1+H2+(5-10)mm
式中：S為注射機(jī)最大開模行程;
H1為推出距離，由模架可知，大小為260mm;
H2為包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，大小為300mm;
因?yàn)镾=1100mm
H1+H2+(5-10)=260+300+10=570＜S故滿足要求。
6.5 模具工作原理
模具冷卻到80℃左右，開始A-A分型，由于塑件在冷卻過程中的收縮，使之包裹在主型芯上，塑件隨主型芯一起運(yùn)動(dòng)，同時(shí)，兩邊的滑塊8在斜導(dǎo)柱18的作用下抽出側(cè)孔，當(dāng)脫模低板運(yùn)動(dòng)到注射機(jī)的頂出桿位置是，在頂桿作用下，脫模板17將塑件脫出，完成一個(gè)成型周期。
7、模具總圖
1- 澆口套； 2-定位壞； 3-定模座板； 4-推料板；5-定模固定板； 6-澆口； 7-型腔； 8-側(cè)型芯；9-支撐板； 10-墊塊； 11-螺釘； 12-推桿固定板； 13-動(dòng)模座板； 14-推板； 15-推桿；16-動(dòng)模板；
17-推件板； 18-斜導(dǎo)柱；19-冷卻水道；20-導(dǎo)套
3
結(jié)論
周轉(zhuǎn)箱塑件屬于大中型塑件，設(shè)計(jì)時(shí)利用PRO/E軟件進(jìn)行分析能提高模具設(shè)計(jì)制造的成功率，保證塑件質(zhì)量。采用熱流道技術(shù)，可優(yōu)化模具結(jié)構(gòu)，縮短成型周期。
該模具在設(shè)計(jì)、制造和成型加工中具有以下特點(diǎn)：
1） 簡化模具結(jié)構(gòu)，可以將三板式模具簡化兩板式模具。
2） 成型操作簡單，每次成型只須取出塑件，無流道凝料可取，塑件不用后處理，縮短了成型周期，提高生產(chǎn)率。
3） 減少了廢料生成，提高塑件質(zhì)量。
4） 流道部分不用增加熱源，利用塑料具有絕熱的性能和熱敏特性，就能達(dá)到式塑料在流道心部保持熔融狀態(tài)。
5） 降低模具生產(chǎn)成本。
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致 謝
三年的學(xué)習(xí)生活轉(zhuǎn)眼即逝，在外求學(xué)經(jīng)歷的坎坷使我慢慢成熟，對(duì)在過去的日子里曾給予過我鼓勵(lì)、幫助的人們我滿懷感激，時(shí)刻沒有忘記。所經(jīng)歷的一切將讓我倍加珍惜未來的生活。
整整一個(gè)月的時(shí)間我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)作品終于完成了。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的順利完成,我要大力感謝我們的指導(dǎo)老師——曹老師，她嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致治學(xué)態(tài)度、一絲不茍的工作作風(fēng)、淵博的學(xué)術(shù)知識(shí)、和藹大度的學(xué)者風(fēng)范一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣；她循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。我們對(duì)曹老師耐心細(xì)致的講解、給我們提供相關(guān)的材料表示大力的感謝?？梢哉f,沒有曹老師這位負(fù)責(zé)的指導(dǎo)老師,我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)也不可能這樣順利的完成。老師不僅從一開始就非常關(guān)注我們的設(shè)計(jì),而且在她很忙的情況下還幫我們指導(dǎo),我們對(duì)此衷心的感謝!同時(shí)還要感謝三年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師,沒有他們的培養(yǎng)也不可能有今天的我們順利完成。通過三年課程的認(rèn)真學(xué)習(xí)，我們?cè)诖嘶A(chǔ)上利用所學(xué)東西順利進(jìn)行并完成了設(shè)計(jì)。在此，對(duì)曹老師以及三年當(dāng)中對(duì)我進(jìn)行教育的各位老師，表示我最真誠的尊敬和最誠摯的感謝。
在此，感謝我們的指導(dǎo)老師——曹老師在百忙之中給予我們作品的悉心指點(diǎn)與幫助。感謝她為我們指點(diǎn)迷律、出謀劃策。同時(shí)，也感謝我們的這組的成員在這次設(shè)計(jì)中給予我的幫助！謝謝！
并向本文所參考的文獻(xiàn)的作者們表示我最真誠的謝意。
向在百忙之中評(píng)閱本方案并提出寶貴意見的各位評(píng)委老師表示最誠摯的謝意，同時(shí)向所有關(guān)心、幫助和支持我的老師和同學(xué)表示衷心的感謝，祝他們工作順利，萬事如意！
由于本人的學(xué)識(shí)水平、時(shí)間和精力有限，文中肯定有許多不盡人意和不完善之處，我將在以后的工作、學(xué)習(xí)中不斷以思考和完善。
最后向三年來教過我、幫助我的所有老師和關(guān)心我的同學(xué)表示我最真誠的謝意！
附錄
外文資料
TEMPERATURE CONTROL
P. H. J. Ingham
Marketing Manager ,Eurotherm Ltd,Worthing,Sussex,UK
SUMMARY
Commercial plastic materials are organically based and are therefore heatsensitive .Accurate temperature control of melt processes such as injection moulding is therefore necessary if problems caused by thermal degradation are to be avoided.
The injection moulding process is considered form a temperature controlriewpoint and some of the control methods or techniques are described.since it should not be forgotten that good temperature control can lend to materials and energy savings.
1 INTRODUTION
The injection moulding process is concerned with the efficient conversion of plastics raw material into moulded product of acceptable standards.Some of ths parameters which determine acceptability are weight,dimensions,colour and stenght,all of which can be affected by the conditions under which the material is processed.Having established by the conditions for thwese parameters so as to deermine acceptability,limits can be set for the conditions under which the material is processed.One of the most important parameters contributing to the correct operation of an injection moulding machine is temperature.All plastics materials can be correctly processed only within a certain range of temperatures which varies from materialFor some mateials and mould types the band isvery small and for others it can be quite wide.
Any attempt to define the limits within which the product is acceptable determines the need for some form of control.There are a number of types of control which,if applied correctly,can lead to adequate performance.Significant material and energy savings can be achieved by correctly pplying the right type of control equipment.The reliability of the system and the degree of operator supervision required also depend very largely on the balance struck between initial cost and performance.
It is the purpose of this chapter to examine the injection moulding machine from a temperature control viewpoint and to outline some of the control methods can be used ,together with advantages and disadvantages.
2 THE PROCESS
2.1 Machine Zoning
From a control viewpoint,an injection moulding machine consists of a number of zones (each equipped with a means of measauring the temperature) and a controller,which compares the measured value of the set-point and controls the heat input to the zone in such a way as to remove any different between the heat input to the zone in such a way as to remove any difference between the tow. Yu dividing the machine into a number of zones the different temperature requirements of different zones and their different heat input needs can most easily be met (Fig.1).
For this purpose a typical small machine may have three or four barrel zones and a nozzle one. The zones nearest to the material feed hopper are where the plastic is melted and thus require fairly large heat inputs. However, in the zones hearest to the nozzle, the heat produced, by the rise in pressure needed to force the plastic into the mould, means that relatively little additional heat input is requied when the machine is running. Indeed, if the machine cycle very short, with some materials it may be that more heat is generated than required to maintain the temperature, which will then rise uncontrollably mless some form of additional cooling is applied.
2.2 Thermocpuple Location
Considering again the barrel zones:these consist of a metal arrel with wall thickness sufficient to withstand the high pressures produced during the mjection cycle. The most common form of heating is electrical and is ipplied using band heaters strapped around the barrel (Fig.2). A controller of any kind can only control the temperature at the point of measurement. Ideally this will be as deep into the barrel wall as possible, since it is the temperature of the plastic which is required and not that of the barrel. Plastic is a poor thermal conductor and depending on whether the net heat dow is into or out of the plastic, a thermocouple deep into the barrel wall will register a temperature above or below the actual temperature. If the measuring element is shallow or on the barrel surface, the difference between the measured and actual melt temperatures can be very large. For any given conditions of operation there will be a more or less fixed difference between the melt and measured temperatures and acceptable produce may be produced. If ,however, the conditions, e.g. machine speed or ambient temperature, change, this may give rise to a melt temperature which does not result in the production of acceptable product. It is therefore important to place the thermocouple as close to the melt as possible , i.e. deep the barrel.
2.3 Temperature Overshoot
The resultant system of an electrical band heater strapped around a thick walled barrel with a deep thermocouple is typical of most plastics processing machinery and present a number of control problems. Not only must stable control be achieved during normal running of the machine but acceptable start-up performance must also be achieved. The machine must be brought to its normal operating temperature as quickly as possible and preferably with no overshoot. (Overshoot is said to occur if the temperature is rising or falling at such a rate as it reaches set-point that it does not stop there but continues past by some amount before returning towards set-point again; see Fig.4.)
The basic cause of temperature overshoot in the system is multiple heattransfer lags, i.e. where the heat generated electrically first raises the temperature of the heater thermal mass and is then conducted from the second thermal mass to a third and so on, until the heat reaches the point of measurement which, as stated already, is as near as possible to the point in the process to be controlled.
In the simplest cast of multiple heat transfer only two thermal masses would be significantly involved, namely those of the heater and the load. If the thermal mass of each is about the same, this tends to represent about the worst case for overshoots (and hence controllability). Poor heat transfer from heater to load worsens the situation, since the heater temperature (during start-up, for example)can then become very much higher than the load temperature; when the power to the heater is cut off the final temperature reached (ignoring heat losses and assuming equal thermal masses for heater and load) will be the mean of their respective temperatures at the instant when the power is cut off. Thus ,the overshoot in load temperature increases as the heat transfer becomes worse.
A particularly bad case of overshoot (and controllability) occurs where heat is transferred through a considerable thickness of heat-conducting material. This is exactly the situation which is presented by an injection machine barrel with deep set thermocouple. This sort of heat transfer represents in effect an infinite order multiple heat transfer: several minutes can elapse between switch-on of power and a significant change in thermocouple temperature. In fact the response has almost the appearance of a delay (i.e. transport lag ) although there is really a considerable difference between this heart-transfer lag and a true delay. During the time of the heart-transfer lag, heat is being fed into the barrel, so that even if the source of heat were switched off at the instant the deep thermocouple began to respond, the thermocouple temperature would continue to rise as the heat energy already fed in distributed itself evenly throughout the thickness of the barrel wall.
A large part of the total lag can in practice be caused by the heart-transfer lag which occurs with a resistance heater. From the heater element thermal mass, via electrical insulation, to the outer surface of the barrel. For the lag through the barrel wall(or for any similar from the heat transfer) doubling the heart-transfer distance results in four times the lag. Iron, from which most injection machines are made, is a rather poor material for heat transfer: for example similar lag are obtained in aluminium and iron when the distance in aluminium is five times greater.
3. METHODS OF CONTROLLING TEMPERATURE
3.1 Measuring the Temperature
The first item in the control system to consider is the measuring element, of which there are tow basic electrical types: active and passive.
The active type are thermocouples. There are formed by the junction of tow dissimilar metals and give an output voltage proportional to the difference in temperature between the thermocouple and the point of measurement (Fig.3). The fact that the millivolt output of the thermocouple in relation to temperatures is non-linear and that it depends on a stable reference temperature for comparison purposes are factors ， Which must be taken into account in the controller. Thermocouples are very robust mechanically. (This is an obvious advantage in the environment of the moulding shop.) They also exhibit good repeatability from example to example of the same type. The two most common types used in plastic processing are both base metal thermocouples and these are nickel chrome/nickel aluminium (Type K) and iron/jconstantan (Type J).
The passive types rely on having a resistance which varies with temperature in a known manner and thus, when fed from a constant current upon temperature. Such elements do not require a reference temperature to be generated by the controller. The commonest are the platinum resistance thermometer (which occupies a larer volume than a thermocouple and is more fragile)and the thermistor(which operates on the same principle and has the same disadvantages).
The thermocouple is by far the most common measuring elcment used in practice. The siting of the thermocouple will depend upon the degree of control required, as will the choice of controller.
3.2 ON/OFF Control
The simplest form of controller provides ON/OFF control of load power. The measured temperature is compared with the set-point and if it is too low, power is applied to the load; if it is too high the power is switched off. In practice there will be a small amount of hysteresis in the controller (mainly so that spurious noise signals on the thermocouple and effects due to mains regulation should not result in rapid ON/OFF chattering of the load power control relay). If the thermocouple and heater are in very close proximity, i.e. there is no appreciable lag, the temperature will cycle with an amplitude somewhat in excess of the controller hysteresis and with the natural period of the system. There will inevitably be some overshoot on start-up because full power will be applied to the load until the set and actual temperatures become equal and any stored energy in the heater will continue to be transferred to the load even after switch-off. It can be seen that if the thermocouple is deep in the barrel (thus measuring the melt temperature more closely) the system lags will be considerably increased and the temperature cycling will be of a longer period and will become much larger. Similar comments apply to the start-up overshoot.
Thus ,in the least demanding circumstances, an ON/OFF controller with a shallow thermocouple may give acceptable results. However, with the large heaters required to give short start-up overshoot will probably be unacceptable for all but the least demanding situations and will be worse if account is taken of correct siting of the thermocouple.
The natural period of the system results from a combination of heater power and location, sensor location, and the thermal mass of the system.
3.3 Proportional Control (P only)
If we take an ON/OFF controller and force the switching of the output within the controller itself (with variable mark: space ratio)at a rate which is higher than the natural period, then we have proportional control. As the measured temperature approaches the set temperature, the relay will switch off(for a short time) the power supplied to the load. This point, at which just less than full power is applied to the load, is the lower edge of the ‘proportional band’. As the actual temperature approaches the set temperature more closely, less and les power is applied to the load until, when the two become equal, the power input is zero. It is general for the proportional band to be downscale of the set-point, i.e. at set-point the power fed to the load is zer..
The proportional band is usually defined as a percentage of the controller set-point scale span. Since the power applied to the load is proportional to the error or difference between actual and measured temperature (a so-called error-actuated system),it follows that if any power is required to maintain the temperature there must be some error in the system. This error is known as offset or droop (Fig.5). Since, on start-up, the load power will first be switched off at a temperature below the set-point, the resultant overshoot will be reduced. With a sufficiently large proportional band and sufficiently rapid cycling of the output power (compared to the system’s natural frequency) the oscillations in temperature will cease eventually. However, this does not necessarily mean that there will be no sart-up overshoot in temperature, but only that the subsequent oscillation will decay to zero amplitude.
英文翻譯
注塑模的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
商用塑料是最常用的，但它是熱敏感性材料。如果說因熱引起的問題是可以避免的，那么象注塑模中熔化過程中精確的溫度控制就是有必要的。]
從溫度控制的觀點(diǎn)和一些控制方法和技術(shù)的角度來考慮（這些方法和技術(shù)因不應(yīng)忘記而被敘述），好的溫度控制能節(jié)約和熱能。
一、介紹
注射模過程曾引起一次會(huì)議的討論，這次會(huì)議為模制產(chǎn)品的塑料原材料制定了可行性標(biāo)準(zhǔn)。一些可行性參數(shù)是重量，尺寸，顏色和強(qiáng)度。所有這些參數(shù)都受材料制造環(huán)境的影響。為了決定其可行性，為這些參數(shù)已經(jīng)建立了相應(yīng)的公差。對(duì)注射機(jī)的正確操作起作用的眾多參數(shù)中，最重要的一個(gè)參數(shù)是溫度，所有的塑料產(chǎn)品的制造都只有在特定的溫度范圍內(nèi)。這個(gè)特定的溫度范圍因材料而異。一些材料的這個(gè)溫度范圍相當(dāng)寬，而另一些材料的這個(gè)范圍卻相當(dāng)窄。
為使產(chǎn)品在允許溫度限制范圍內(nèi)，需要某些形式的溫度控制。如果應(yīng)用正確，這里有大量的類型能導(dǎo)致正確控制形式的操作。通過正確的應(yīng)用控制設(shè)備。能節(jié)省貴重的塑料和能量。系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性和操作者監(jiān)管要求的程度，也很大程度上依賴于最新消耗，運(yùn)輸消耗，工作費(fèi)用三者之間的平衡。
這章的目的是從溫度控制的角度來檢查注射模具和列舉一些常用的溫控方法以及其優(yōu)點(diǎn)。
二、 過程
2·1 模具的分類
從控制的角度來說，一個(gè)注射模具由許多分區(qū)和一個(gè)控制部分組成（每一個(gè)分區(qū)有一種測量溫度的方法），控制器比較兩者之間的不同測量價(jià)值和控制兩者之間的不同，而用某種方法輸入到這個(gè)分區(qū)的熱移走。通過劃分模具的分區(qū)，能使這些分區(qū)更容易認(rèn)識(shí)，不同的分區(qū)，要求有不同的溫度和不同的熱輸入（如圖1）為了達(dá)到這個(gè)目的，一個(gè)典型的小模具就可以有3～4個(gè)桶型區(qū)和噴管區(qū)。這些離主流道襯套最近的區(qū)域是塑料要求熔化的地方。因此要求有相當(dāng)大的熱量進(jìn)給。然而，在離主流道襯套最遠(yuǎn)的澆口處，通過增加注射壓力，使塑料和澆口之間產(chǎn)生摩擦熱。這意味著，當(dāng)模具在工作時(shí)只需要相當(dāng)小的熱量輸入。如果機(jī)器的循環(huán)周期非常短。某些材料在制造過程中比被要求的熱量產(chǎn)生更多的熱量，為了保持溫度，就需要采用某些形式的冷卻方式應(yīng)用。
2·2 熱電偶的安裝
再考慮這些桶型區(qū)：一個(gè)型腔應(yīng)具有足夠的壁厚。用以承受足夠的壓力。最平常的加工方法是電加熱和使用一個(gè)帶狀的加熱片貼在型腔周圍（如圖2），在任何類型的一個(gè)控制器都只能控制一個(gè)點(diǎn)的測量溫度的測試，而且盡可能貼近型腔。因?yàn)槲覀冃枰氖撬芰系臏囟龋皇切颓坏臏囟?，塑料是熱的不良?dǎo)體。依靠純熱進(jìn)去塑料，如果熱電偶安放在型腔的表面或非常淺，那么測量值和實(shí)際值之間將會(huì)有非常大的差異。
任何給出的操作環(huán)境都或多或少的存在實(shí)際值和測量值之間的差異。然而如果環(huán)境變化，如模具的運(yùn)動(dòng)速度和周圍的環(huán)境溫度變化，這都可以影響到工件的熔化溫度。因此，熱電偶的安裝位置要盡可能的靠近型腔的內(nèi)壁。
2·3溫度過調(diào)量
一個(gè)具有一個(gè)熱電偶的加熱片貼在一個(gè)深孔型腔的壁上。它的合模系統(tǒng)是最典型的塑料加工機(jī)械，而且存在著大量的控制問題，不僅在正常的模具工作期間必須完成穩(wěn)定的控制，而且可行的合理的初始操作也必須完成機(jī)械可以在不用調(diào)節(jié)時(shí)盡可能完美而迅速地使它達(dá)到正常的操作溫度（如果溫度上升或下降，以某一頻率。就是說它經(jīng)過那點(diǎn)，但不停留在那點(diǎn)，而是在它返回那點(diǎn)時(shí)繼續(xù)通過一定數(shù)量的點(diǎn)。在這種情況下，過量調(diào)節(jié)就出現(xiàn)了。如圖4）
在系統(tǒng)中引起過量調(diào)節(jié)的基本原因是，多個(gè)熱傳導(dǎo)滯后等產(chǎn)生的殘余熱量。首先，引起受熱物體的溫度上升，然后，傳遞給第二個(gè)受熱物體，同時(shí)使第二個(gè)物體溫度上升，然后從第二個(gè)受熱物體傳遞給第三個(gè)受熱物體。以次類推直到熱在傳遞過程中達(dá)到控制溫度的點(diǎn)附近。
舉一個(gè)最簡單的多個(gè)熱傳遞的例子，如果兩個(gè)受熱體，如果每個(gè)受熱體都是一樣的，那將是過調(diào)量中最糟的。一種情況，沖加熱到裝入的差的熱傳遞使環(huán)境變?cè)悖驗(yàn)榧訜釡囟龋ㄈ缭陂_始時(shí)的溫度）。將使最終裝入溫度遠(yuǎn)高于其本身。當(dāng)加熱電源切斷時(shí)，最終溫度就達(dá)到了。（忽略溫度損失和假設(shè)加熱熱量和吸收熱量相等）。這將意味著最終電源切斷時(shí)，最終各方面的溫度。因此，過調(diào)量作為過調(diào)量作為熱傳遞在裝入溫度上升時(shí)變地更糟。
在特別糟的過調(diào)量（可控制）的情況出現(xiàn)在熱傳遞通過熱導(dǎo)體材料的深處，這是實(shí)際的環(huán)境。這個(gè)環(huán)境是一個(gè)具有深的安裝電熱偶的注射模具環(huán)境。這套熱傳遞系統(tǒng)抽繪一個(gè)無限次續(xù)的多熱傳遞系統(tǒng)的影響。在打開電源和在熱電偶中的一次重要轉(zhuǎn)變之間需要幾分鐘的時(shí)間。實(shí)際上，這反映的是一種延時(shí)的表現(xiàn)（如傳導(dǎo)滯后），雖然熱傳導(dǎo)滯后和真正的延時(shí)之間存在著差異，在熱傳導(dǎo)滯后和真正的延時(shí)之間存在著差異，在熱傳導(dǎo)滯后的時(shí)間中，熱進(jìn)給到型腔，以至于熱源被切斷的瞬時(shí)深的熱電偶開始反應(yīng)，當(dāng)熱能已經(jīng)進(jìn)給通過整個(gè)型腔壁后來完全地分配本身。
總的滯后的大部分，可以是由于發(fā)生在熱阻傳導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)滯后引起，熱阻傳導(dǎo)體從熱的基本發(fā)熱體，經(jīng)過電隔離在型腔外表，因?yàn)闇笸ㄟ^型腔壁（或任何一個(gè)類似的熱傳導(dǎo)）兩倍的熱傳導(dǎo)距離而產(chǎn)生了四倍的滯后。大多數(shù)注射模具制造用的鋼材對(duì)熱傳導(dǎo)是相當(dāng)差的材料。舉一個(gè)簡單的例子：當(dāng)在鋁中的距離比在鐵中大五倍時(shí)。在鐵和鋁中能得到相同的熱滯后。
三、 溫度控制的方法
3·1溫度的測量
在控制系統(tǒng)中，首先要考慮的一條是測量的元素，它有兩種基本的電子測量類型：主動(dòng)的和被動(dòng)的類型。
主動(dòng)類的是熱電偶，它由兩種不同金屬片和一個(gè)外部電壓組成。這個(gè)外部電壓與熱電偶和測量點(diǎn)之間的不同溫度相稱（如圖3）；熱電偶的毫伏輸出電壓與溫度不成線性關(guān)系，它依賴一個(gè)作為比較目的的穩(wěn)定的參考溫度，這一事實(shí)都是在控制器里必須考慮的因素，熱電偶具有相當(dāng)強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性（這在模具工廠的環(huán)境中是相當(dāng)有利的）。這些因素也表現(xiàn)好的重復(fù)性。從例子到相同的類型的例子，兩個(gè)最常用在塑料加工過程的例子都是金屬熱電偶的基本組合材料，它們是鎳鉻/鎳鋁合金（類型K）和鋼/銅合金（類型J）。
無源類熱電偶，存在一種阻力，這種阻力使溫度不同于眾所周知的那種方式。因此，當(dāng)在恒流電源的作用下，這種阻力將產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓依賴于所通過的材料的溫度。最常用的是鉑阻熱電偶（這種熱電偶比以前講的普通熱電偶具有更大的容量，并且更容易碎。）和熱敏電阻（它是用同樣的原理進(jìn)行工作具有同樣多的不利條件）。
熱電偶是在實(shí)踐中被大量使用的最常用的測量工具。熱電偶的定線將依賴于要求控制的度數(shù)和所選的溫度控制器。
3·2控制器的開關(guān)
控制器的最簡單的形式提供負(fù)載電源開關(guān)的控制，測得的溫度與安裝點(diǎn)比較，假如溫度太低，負(fù)載電源將參與工作，假如溫度太高，負(fù)載電源見被切斷，在實(shí)際中，在控制器中有一些磁滯現(xiàn)象。如果熱電偶和加熱器非常接近，那么這就不存在滯后，溫度將以某種振動(dòng)進(jìn)行循環(huán)。這個(gè)振幅是由控制起的滯后和系統(tǒng)的自然周期引起，因?yàn)槿β实碾娫丛谝蟮臏囟群蛯?shí)際溫度相等之前一直提供負(fù)載，所以在開始時(shí)有一定的過調(diào)量是不可避免的。很明顯，如果熱電偶在型腔壁的深層（因此測量的熔化溫度更接近）。系統(tǒng)的滯后增大，溫度的循環(huán)周期將變長，振幅將變大，也同樣在開始時(shí)有一個(gè)過調(diào)量。
因此，一個(gè)具有線的熱電偶開/關(guān)控制器可以得出所接受到的結(jié)果，這是起碼的要求。然而具有大的熱電偶的開/關(guān)控制器要求有一個(gè)更短的啟動(dòng)時(shí)間。如果計(jì)算考慮了這個(gè)熱電偶的正確安放位置，那么這個(gè)啟動(dòng)時(shí)間過短將可能是對(duì)于所有控制器來說是不接受和更糟的。除這起碼的要求。
這套系統(tǒng)的自然時(shí)期來源于一個(gè)熱電偶能量與位置的聯(lián)合作用，傳感器的位置和系統(tǒng)的熱量集中區(qū)域三個(gè)因素。
3·3比例的控制（僅僅是P的控制）
如果我們使用一個(gè)開/關(guān)控制器，并且迫使輸出量轉(zhuǎn)換。在控制器內(nèi)部本身有一個(gè)頻率，這個(gè)頻率高于自然時(shí)期的，然后我們將要進(jìn)行一個(gè)比例的控制問題。當(dāng)測量的溫度接近安放點(diǎn)的溫度時(shí)，繼電器將在短時(shí)間內(nèi)切斷提供負(fù)載電源，在比最大電源電壓少一些的這個(gè)點(diǎn)是比例帶的最低邊緣，當(dāng)實(shí)際溫度接近安放點(diǎn)的溫度時(shí)，越來越少的電源電壓進(jìn)給量，直到兩者完全相同時(shí)，電源輸入量將變成零。總的一句話來說，對(duì)于比例帶到安放點(diǎn)呈降低的比例趨勢。例如在安放點(diǎn)的電量進(jìn)給為零。
比例帶的定義就是一個(gè)控制器安放點(diǎn)的范圍段的一個(gè)百分率。因?yàn)殡娫簇?fù)載的誤差是成比例的，或是實(shí)際溫度與測量溫度之間存在著差異（一個(gè)所謂的誤差一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)），這產(chǎn)生的后果將是假如任何電源要求保持溫度，這將使在系統(tǒng)中產(chǎn)生某些錯(cuò)誤，這個(gè)誤差就是眾所周知的偏差和下降（如圖5）。然而在開始上升階段，在溫度還低于安放點(diǎn)時(shí)，負(fù)載電源將被關(guān)掉，短期內(nèi)的結(jié)果將降低，用一個(gè)足夠大的比例帶和足夠快的外部輸出電壓的循環(huán)（與系統(tǒng)本身的自然頻率相比）溫度的波動(dòng)將最終停止。然而，這并不意味著這里沒有上升的過調(diào)量，而僅僅只是意味著在此以后的波動(dòng)將減小到振幅為零。
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