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畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書
（2012 屆）
題目（中文）： 空調(diào)蝸輪塑料模設(shè)計
（英文）：The plastic mould Design of Air-conditioning worm wheel
系 部 機械工程系
專業(yè)班級 機械設(shè)計制造及其自動化
學(xué)生姓名
學(xué) 號
指導(dǎo)教師
系負(fù)責(zé)人 (簽章)
日 期： 年 月 日
一、畢業(yè)設(shè)計（論文）的主要內(nèi)容與具體要求
1背景
隨著中國經(jīng)濟和社會的飛速發(fā)展，對汽車外觀和內(nèi)部裝飾的要求越來越高。汽車的內(nèi)飾件主要是塑料件，因此注塑模具的質(zhì)量是影響汽車內(nèi)飾的重要因素，研究汽車內(nèi)飾件的模具設(shè)計具有現(xiàn)實意義。
本設(shè)計要求采用ug軟件進(jìn)行空調(diào)蝸輪塑料模具設(shè)計。通過對空調(diào)蝸輪進(jìn)行零件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、抽芯機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、工作原理的分析，來完成整個注塑模具的設(shè)計。
2任務(wù)
根據(jù)三維模型設(shè)計該零件的塑料模，完成塑料模的三維及二維裝配圖、成型零件的零件圖；并選擇注塑機型號；編寫型腔曲面加工的數(shù)控程序；撰寫設(shè)計說明書；翻譯外文資料。
3工作環(huán)境
計算機、UG軟件、AutoCAD軟件、塑料模設(shè)計手冊、數(shù)控加工工藝手冊
4成果形式
二維裝配圖1張(A1)，零件圖2張（A4）,說明書1份，型腔數(shù)控加工程序清單。
5按時完成總裝圖、部件裝配圖、零件工作圖，總量達(dá)到校系規(guī)定要求。編寫設(shè)計計算說明書，字?jǐn)?shù)、格式符合校系規(guī)定。編寫開題報告。翻譯規(guī)定字?jǐn)?shù)的外文資料。
二、畢業(yè)設(shè)計（論文）進(jìn)度安排
起訖日期
工作內(nèi)容
備 注
第1周—第2周
第3周—第4周
第5周—第6周
第7周—第8周
第9周—第10周
第11周—第12周
檢索文獻(xiàn)資料，外文翻譯。
編寫開題報告。
確定模具結(jié)構(gòu)方案。
確定主要結(jié)構(gòu)尺寸及結(jié)構(gòu)，畫出總裝配圖草圖。
畫出正式裝配圖，畫出零件工作圖。
整理編寫設(shè)計計算說明書。
準(zhǔn)備答辯及參加答辯
三、所需的資料和主要參考文獻(xiàn)
[1]葉久新.塑料成型工藝及模具設(shè)計.北京：機械工業(yè)出版社，2009
[2]塑料模具技術(shù)手冊編委會.塑料模具技術(shù)手冊[M].北京.機械工業(yè)出版社，1997
[3]王孝培.塑料成型工藝及模具簡明手冊[M].北京：機械工業(yè)出版社，2000
[4]洪慎章.實用注塑成型及模具設(shè)計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2006
[5]中國模具設(shè)計大典編委會.中國模具設(shè)計大典：第2卷[M].南昌：江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003
注：1. 本任務(wù)書一式兩份，須雙面打印。由指導(dǎo)教師填寫并經(jīng)所在系審核確認(rèn)后交系部；
2. 本任務(wù)書一份須與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計（論文）一并存檔，另一份系部存檔；
3. 指導(dǎo)教師、學(xué)生可各執(zhí)一份復(fù)印件，供檢查論文進(jìn)度時使用。
課題：空凋蝸輪塑料模設(shè)計
材料：ABS
收縮率：1.005
模數(shù)：一出二
產(chǎn)品尺寸：75.21x55x9.15
脫模斜度：1°
型腔尺寸：35x120x190
型芯尺寸：40x120x190
模架型號: CI-2735-A70-B80-C80
模架尺寸：350x320x280
單個投影面積：2097mm2
單個質(zhì)量：8.9g
總投影面積：2097x2+150=4344
鎖模力：4344x30x1.1*0.001=143KN
總注塑量:8.9*2+5=22.8g
模架類型：大水口模架，兩板模
澆注系統(tǒng)：側(cè)進(jìn)澆
成型系統(tǒng)：前后模仁成型，行位抽芯
排氣系統(tǒng)：分型面自然排氣
冷卻系統(tǒng)：前后模仁環(huán)繞式冷卻水路
頂出系統(tǒng)：頂針頂出，普通頂針和有托頂針
抽芯系統(tǒng)：倒扣距離：1.22
滑塊斜度：20°斜導(dǎo)柱配合
零件分析：該塑件為空凋蝸輪，產(chǎn)品尺寸：75.21x55x9.15，中間為φ55mm圓形實體結(jié)構(gòu)，包含同心圓Φ25.3mm空心結(jié)構(gòu)，圓環(huán)區(qū)域含有骨位與120°渦輪直齒，圓環(huán)外含有35°扇形尖角結(jié)構(gòu)。渦輪直齒部分含有兩個成倒扣的小圓柱，直徑均小于Φ1mm，長度為1.22mm，此處需要進(jìn)行抽芯機構(gòu)的設(shè)計，將其中一個倒扣排位與模具水平或垂直方向?qū)R，另一個倒扣做斜向抽芯。
本設(shè)計中，只要注塑機滿足的最小模具安裝大于320X350X280即可，因為模具產(chǎn)品投影面積小，質(zhì)量小，所以鎖模力和注塑量要求很低。模具的模架較大，主要是因為行位占用較大空間導(dǎo)致整體模具結(jié)構(gòu)外形尺寸大。
注塑機：海天160XB
HTF海天注塑機技術(shù)參數(shù) 2
型號
參數(shù)
單位
160×2B
螺桿直徑
mm
45
理論注射容量
cm3
320
注射重量PS
g
291
注射壓力
Mpa
159
注射行程
mm
201
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~230
料筒加熱功率
KW
9.3
鎖模力
KN
1600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
455×455
允許最大模具厚度
mm
500
允許最小模具厚度
mm
180
移模行程
mm
420
移模開距(最大)
mm
920
液壓頂出行程
mm
140
液壓頂出力
KN
33
液壓頂出桿數(shù)量
PC
5
油泵電動機功率
KW
18.5
油箱容積
l
240
機器尺寸(長×寬×高)
m
5.4×1.45×2.05
機器重量
t
5
最小模具尺寸(長×寬)
mm
320×320
體積 = 8.4362158e+03 公厘^3
曲面面積 = 1.0749380e+04 公厘^2
密度 = 1.0500000e-03 公斤 / 公厘^3
質(zhì)量 = 8.8580265e+00 公斤
根據(jù) PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)邊框確定重心:
X Y Z -7.1188328e+02 -8.8319219e+01 6.2189884e+02 公厘
相對于PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)系統(tǒng)邊框之慣性。 (公斤 * 公厘^2)
慣性張量:
Ixx Ixy Ixz 3.4980197e+06 -5.5729283e+05 3.9208791e+06
Iyx Iyy Iyz -5.5729283e+05 7.9170384e+06 4.8630304e+05
Izx Izy Izz 3.9208791e+06 4.8630304e+05 4.5624718e+06
重心的慣性(相對 PRT_CSYS_DEF 坐標(biāo)系統(tǒng)邊框) (公斤 * 公厘^2)
慣性張量:
Ixx Ixy Ixz 3.0105321e+03 -3.6233786e+02 -7.4099555e+02
Iyx Iyy Iyz -3.6233786e+02 2.0730821e+03 -2.2955795e+02
Izx Izy Izz -7.4099555e+02 -2.2955795e+02 4.3254158e+03
主慣性力矩 (公斤 * 公厘^2)
I1 I2 I3 1.8530494e+03 2.8959185e+03 4.6600621e+03
從PRT_CSYS_DEF 定向至主軸的旋轉(zhuǎn)矩陣:
0.40967 -0.81730 -0.40519
0.88883 0.45759 -0.02434
0.20531 -0.35017 0.91391
從PRT_CSYS_DEF 定向至主軸的 ROTATION ANGLES(度):
相對 x y z 的夾角 1.526 -23.903 63.378
相對主軸的回旋半徑：
R1 R2 R3 1.4463554e+01 1.8081093e+01 2.2936511e+01 公厘
畢業(yè)設(shè)計（論文）開題報告
設(shè)計（論文）題目
空凋蝸輪塑料模設(shè)計
學(xué)生姓名
學(xué) 號
專業(yè)、班級
系 部
機械系
指導(dǎo)教師姓名
一、課題的作用和意義
自汽車空調(diào)問世以來，主要采用氟利昂CFC-12(R12)為制冷劑。由于氟利昂對大氣臭氧層的破壞作用，1997年12月，在日本召開的氣候變化框架條約第三次締約方會議上，明確規(guī)定了限制排放的6種氣體，HFC被包括在內(nèi)。
車用蝸輪制冷無氟空調(diào)是一種既不用R12，也不用HFC-134a或其他替代化學(xué)物的空調(diào)裝置，從而徹底滿足了環(huán)保要求。所以，隨著對空調(diào)的要求提高，對空調(diào)蝸輪的要求也逐步提高，保證環(huán)保的前提下，還要提高空調(diào)自身的制冷性。本課題提出了對空調(diào)蝸輪塑料模的設(shè)計，具體通過對空調(diào)蝸輪零件結(jié)構(gòu)、模具結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、抽芯機構(gòu)、冷卻系統(tǒng)、工作原理的分析，來完成整個注塑模具的設(shè)計。對改善和提高空調(diào)性能具有重要意義。
二、國內(nèi)外的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢等情況
現(xiàn)階段蝸輪空調(diào)具有很多優(yōu)點，比如體積小、環(huán)保、重量小，效率高等。由于氟利昂禁用的問題，空調(diào)蝸輪越來越備受青睞。與此同時，蝸輪制冷設(shè)備在國內(nèi)外都有了較快的發(fā)展，并具有教廣闊的前景。與其配套的塑料模具行業(yè)發(fā)展也具有較好前景。
近年來，以安徽、河北為代表的黃三角地區(qū)塑料模具發(fā)展速度相當(dāng)快。據(jù)國際模具及五金塑膠產(chǎn)業(yè)供應(yīng)商協(xié)會負(fù)責(zé)任羅百輝介紹，塑料模具在整個模具行業(yè)中所占的比重約為30%，隨著汽車、家電、電子通訊、各種建材的迅速發(fā)展，預(yù)計未來的模具市場中，塑料模具總量的比例仍將逐步提高，且發(fā)展大于其他模具。
全球主要模具生產(chǎn)國包括亞洲地區(qū)的日本、韓國與大陸，以及美洲地區(qū)的美國、歐洲地區(qū)的德國。技術(shù)先進(jìn)國家如日本、美國、德國等，對于高精度與復(fù)合性模具開發(fā)，不論在設(shè)計能力或制造技術(shù)上，均有領(lǐng)先的地位，同時也擁有訓(xùn)練精良的技術(shù)研發(fā)人才。
盡管中國模具工業(yè)發(fā)展迅速，但在模具制造周期、模具精度、壽命和生產(chǎn)能力等方面，與國際平均水平和發(fā)達(dá)國家仍有差距，這些差距都是我國急需解決的問題。國內(nèi)模具材料的熱處理技術(shù)、材質(zhì)的微量元素的控制技術(shù)及冶煉技術(shù)均有待提高，國內(nèi)的模具零件標(biāo)準(zhǔn)化率約為20%，這些技術(shù)都存在或大或小的不足。在加工設(shè)備、模具制造工藝
和測量技術(shù)上，我國和德國，日本相比都存在較大差距。工業(yè)發(fā)達(dá)國家模具加工在線檢測已普遍應(yīng)用，這方面我們的差距也很大。
三、設(shè)計方案與計劃
1、 方案：
1）塑料分析：根據(jù)空調(diào)蝸輪所需要的力學(xué)性能以及工藝性能，綜合價格等因素來確定熟料材料。2）模架的選擇：通過UG對零件的綜合分析后確定相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)模架。3）注塑機的選擇：通過分析確定最大注塑量、最大注塑壓力、最大鎖模力、最大成型面積、安裝尺寸等來確定注塑機。 4）分型面的確定：分型面的選擇關(guān)系著整個設(shè)計的成敗，通過對制件的機構(gòu)分析選擇一個正確的分型面，以及排布好型腔位置。5）澆注系統(tǒng)的設(shè)置：根據(jù)制件的形狀結(jié)構(gòu)等特點，在經(jīng)濟的情況下還得確保產(chǎn)品的質(zhì)量，這部分主要設(shè)計主流道、分流道、澆口和冷卻系統(tǒng)。6）脫模機構(gòu)的設(shè)計。7）模具型腔設(shè)計計算。8）排氣系統(tǒng)的設(shè)計：為了保證產(chǎn)品質(zhì)量必須設(shè)置需要的排氣系統(tǒng)，避免產(chǎn)生氣泡，熔接痕等。9）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)：根據(jù)冷卻時間，冷卻面積以及冷卻水體積等因素設(shè)計溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)。10）模具與注射機有關(guān)參數(shù)的校核。
2、 計劃：
第一周 查找資料，外文資料翻譯，擬開題報告
第二周—第五周 確定設(shè)計方案、開題分析三維模型，初選注塑機，材料等
第六周—第八周 確定模具結(jié)構(gòu)，完成設(shè)計，完成開模3D圖，繪制2D總裝配圖以及若干2D零件圖
第九周—第十周 編寫型腔曲面加工數(shù)控程序；完成模擬仿真
第十一周—第十二周 撰寫設(shè)計說明書，準(zhǔn)備答辯
學(xué)生姓名 _____________（簽名）
日期： 年 月 日
指導(dǎo)教師評語：（建議填寫內(nèi)容：對學(xué)生提出的方案給出評語，明確是否同意開題，提出學(xué)生完成上述任務(wù)的建議、注意事項等）
指導(dǎo)教師 _____________（簽名）
日期： 年 月 日
注：1. 本開題報告，須雙面打印。由學(xué)生填寫并經(jīng)指導(dǎo)老師審核、評價；
2. 本開題報告一式兩份，一份須與學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計（論文）一并存檔，一份作系部存檔用。
3
摘 要
根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，選擇塑件制件尺寸。本模具采用一模兩件，側(cè)澆口進(jìn)料，注射機采用海天160XB型號，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計。
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；模具設(shè)計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖，注射機的選擇
English the mold
According to the requirements of plastic products, understand the use of plastic parts, plastic parts of the process, size and accuracy of technical requirements, select the size of plastic parts. The mould adopts two pieces in one die, the side gate feeding, injection machine with Haitian 160XB types, equipped with a cooling system, CAD and UG draw 2D assembly drawing and parts drawing, choose reasonable mold processing method. Attach the instruction, the system uses the brief text, the concise sketch map and the computation and so on analysis the plastic parts, thus makes the reasonable mold design.
Key words: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG 3D map drawing, the choice of injection machine
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 3
1.1 塑料簡介 3
1.2 注塑成型及注塑模 3
第2章 塑料材料分析 5
2．1 塑料材料的基本特性 5
2．2 塑件材料成型性能 5
2．3 塑件材料主要用途 5
第3章 塑件的工藝分析 7
3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3．2 塑件尺寸及精度 8
3．3 塑件表面粗糙度 9
3．4 塑件的體積和質(zhì)量 9
第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 10
4．1、注射成型工藝過程分析[5] 10
4．2 澆口種類的確定 10
4．3 型腔數(shù)目的確定 11
4．4 注射機的選擇和校核 11
4.4.1 注射量的校核 11
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 12
4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 12
第5章 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
5．1 分型面的設(shè)計 14
5．2 型腔的布局 14
5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 15
5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 15
5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 15
5．3．3 主流道的設(shè)計 15
5．3．4 分流道的設(shè)計 17
5．3．5 澆口的設(shè)計 17
5．3．6 冷料穴的設(shè)計 17
5．4 注射模成型零部件的設(shè)計[7] 18
5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 19
5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
5．6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 20
5．6．1 脫模機構(gòu)的選用原則 20
5．6．2 脫模機構(gòu)類型的選擇 20
5．6．3 推桿機構(gòu)具體設(shè)計 20
5．7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 21
5．7．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 21
5．7．2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計規(guī)則 22
5．8 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 22
5．8．1 模架的選用 22
5．9 側(cè)向抽芯機構(gòu)類型選擇………………………………………………………………… 224
第6章 模具材料的選用 23
6．1 成型零件材料選用 28
6．2 注射模用鋼種 28
總結(jié) 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)
作 者： 學(xué) 號：
學(xué) 院：
專 業(yè)：
題 目：
指導(dǎo)者：
評閱者：
30
摘 要
根據(jù)塑料制品的要求，了解塑件的用途，分析塑件的工藝性、尺寸精度等技術(shù)要求，選擇塑件制件尺寸。本模具采用一模兩件，側(cè)澆口進(jìn)料，注射機采用海天160XB型號，設(shè)置冷卻系統(tǒng)，CAD和UG繪制二維總裝圖和零件圖，選擇模具合理的加工方法。附上說明書，系統(tǒng)地運用簡要的文字，簡明的示意圖和和計算等分析塑件，從而作出合理的模具設(shè)計。
關(guān)鍵詞：機械設(shè)計；模具設(shè)計；CAD繪制二維圖；UG繪制3D圖，注射機的選擇
English the mold
According to the requirements of plastic products, understand the use of plastic parts, plastic parts of the process, size and accuracy of technical requirements, select the size of plastic parts. The mould adopts two pieces in one die, the side gate feeding, injection machine with Haitian 160XB types, equipped with a cooling system, CAD and UG draw 2D assembly drawing and parts drawing, choose reasonable mold processing method. Attach the instruction, the system uses the brief text, the concise sketch map and the computation and so on analysis the plastic parts, thus makes the reasonable mold design.
Key words: mechanical design; mold design; CAD drawing two-dimensional map; UG 3D map drawing, the choice of injection machine
目 錄
摘 要 I
第1章 緒論 3
1.1 塑料簡介 3
1.2 注塑成型及注塑模 3
第2章 塑料材料分析 5
2．1 塑料材料的基本特性 5
2．2 塑件材料成型性能 5
2．3 塑件材料主要用途 5
第3章 塑件的工藝分析 7
3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 7
3．2 塑件尺寸及精度 8
3．3 塑件表面粗糙度 9
3．4 塑件的體積和質(zhì)量 9
第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 10
4．1、注射成型工藝過程分析[5] 10
4．2 澆口種類的確定 10
4．3 型腔數(shù)目的確定 11
4．4 注射機的選擇和校核 11
4.4.1 注射量的校核 11
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 12
4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 12
第5章 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計 14
5．1 分型面的設(shè)計 14
5．2 型腔的布局 14
5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 15
5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 15
5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 15
5．3．3 主流道的設(shè)計 15
5．3．4 分流道的設(shè)計 17
5．3．5 澆口的設(shè)計 17
5．3．6 冷料穴的設(shè)計 17
5．4 注射模成型零部件的設(shè)計[7] 18
5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計 18
5．4．2 成型零部件工作尺寸的計算 19
5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計 19
5．6 脫模機構(gòu)的設(shè)計 20
5．6．1 脫模機構(gòu)的選用原則 20
5．6．2 脫模機構(gòu)類型的選擇 20
5．6．3 推桿機構(gòu)具體設(shè)計 20
5．7 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 21
5．7．1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 21
5．7．2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計規(guī)則 22
5．8 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 22
5．8．1 模架的選用 22
5．9 側(cè)向抽芯機構(gòu)類型選擇………………………………………………………………… 224
第6章 模具材料的選用 23
6．1 成型零件材料選用 28
6．2 注射模用鋼種 28
總結(jié) 29
致謝 30
參考文獻(xiàn) 31
第1章 緒論
模具制造是國家經(jīng)濟建設(shè)中的一項重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)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(chǎn)的最終產(chǎn)品的價值，往往是模具自身價值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。
1.1 塑料簡介
塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學(xué)穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機材料發(fā)展成為各個部門不可缺少的一種化學(xué)材料，在國民經(jīng)濟中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。
1.2 注塑成型及注塑模
將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度較高、易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設(shè)備價格及模具制造費用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機的一些基本知識，注射機是注射成型的主要設(shè)備，依靠該設(shè)備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進(jìn)行注射。?注射機為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機架系統(tǒng)等組成。
注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時間后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制品。
注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。
注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料品種、塑件的復(fù)雜程度和注射機的種類等很多因素有關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)都是由動模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機的固定板上，動模部分安裝在注射機的移動模板上，在注射成型過程中它隨注射機上的合模系統(tǒng)運動。注射成型時動模部分與定模部分由導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導(dǎo)向機構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)、推出機構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。
注射模、塑料原材料和注射機通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達(dá)到所要求的質(zhì)量。注射機和模具結(jié)構(gòu)確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。
注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因為影響成型條件的因素太多，有制品形狀、模具結(jié)構(gòu)、注射裝備、原材料、電壓波動及環(huán)境溫度等。
塑料模具的設(shè)計不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用計算機輔助工程（CAE）技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個階段，即開發(fā)/設(shè)計階段（包括產(chǎn)品設(shè)計、模具設(shè)計和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。
傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計人員憑經(jīng)驗與直覺設(shè)計模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。
目前國際市場上主要流行的，運用范圍最廣的注射模流動模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學(xué)的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。
采用CAE技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計算機上對整個注射成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時修改制件和模具設(shè)計，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對傳統(tǒng)模具設(shè)計方法的一次突破，而且對減少甚至避免模具返修報廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟意義[3]。
第2章 塑料材料分析
2．1 塑料材料的基本特性
ABS是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合理學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使ABS有良好的加工性和染色性能。ABS價格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。
ABS無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，、不透明，密度為1.02--1.05。既有較好的抗沖擊強度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機鹽、堿、酸類對ABS幾乎沒有影響， ABS不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長期接觸會軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會溶解或形成乳濁液。ABS表面受冰醋酸，植物油等化學(xué)藥品的侵蝕時會引起應(yīng)力開裂， ABS有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70左右，熱變形溫度約為93耐氣候性差，在紫外線作用下ABS易變硬發(fā)脆。
ABS的性能指標(biāo)：
密度 1.02——1.05（），收縮率 ，熔點，彎曲強度80Mpa，拉伸強度3549Mpa，拉伸彈性模量1.8Gpa，彎曲彈性模量1.4Gpa，壓縮強度1839Mpa，缺口沖擊強度1120，硬度6286HRR，體積電阻系數(shù)，收縮率 范圍內(nèi)。ABS的熱變形溫度為93118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高10℃左右。ABS在-40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在-40100℃的溫度范圍內(nèi)使用。
2．2 塑件材料成型性能
ABS易吸水，使成型塑件表面出現(xiàn)斑痕、云紋等缺陷。因此，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；ABS在升溫時黏度增高，黏度對剪切速率的依賴性很強，因此模具設(shè)計中大都采用點澆口形式，成型壓力較高，塑件上的脫模斜度宜稍大；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)該注意盡量減小澆注系統(tǒng)對料流的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響及小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在5060，要求塑件光澤和耐熱時，模具溫度應(yīng)控制在6080。ABS比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。。
2．3 塑件材料主要用途
ABS在機械工業(yè)上用來制造空調(diào)渦輪、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用ABS制造汽車擋泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管等，還可用ABS夾層板制小轎車車身。ABS還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。
第3章 塑件的工藝分析
在模具設(shè)計之前需要對塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。
圓柱空調(diào)渦輪如圖所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求不高。
圖（1）3D視圖
3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）、脫模斜度
由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時，雖然脫模方便，但會影響制品尺寸精度，并浪費原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，塑件材料ABS的型腔脫模斜度為0.35～130/，型芯脫模斜度為30/～1
（2）、塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計塑件時必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時的熔體流動、固化定型時的冷卻速度和時間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因為壁厚太大不僅會使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準(zhǔn)確性。選擇壁厚時應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為3左右。（3）、塑件的圓角
為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。
該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為1。
（4）、孔
塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時，會使熔體流動困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計孔時，應(yīng)盡量采用簡單孔型。由于型芯對熔體有分流作用，所以在孔成型時周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強度降低，故設(shè)計孔時孔時孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強度和剛度。
3．2 塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動性和注射機規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為ABS，流動性較好，適用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級確定精度等級。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn)[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用MT3級精度，未注采用MT5級精度。
3．3 塑件表面粗糙度
塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時給以拋光復(fù)原。
該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.2，內(nèi)部為0.4。
3．4 塑件的體積和質(zhì)量
本次設(shè)計中，塑件的質(zhì)量和體積采用3D測量，在UG軟件中，使用塑模部件驗證功能，可以測得塑件的質(zhì)量（ABS的密度為1.05），即可以得出該塑件制品的體積為質(zhì)量為89克。
第4章 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定
4．1、注射成型工藝過程分析[5]
根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為：
第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。
（1）、成型前對原材料的預(yù)處理
根據(jù)注射成型對物料的要求，檢驗物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)，對原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。
（2）、料筒的清洗
在初用某種塑料或某一注射機之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時，都需要對注射機（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。
柱塞式注射機料筒的清洗常比螺桿式注射機困難，因為柱塞式料筒內(nèi)的存料量較大而不易對其轉(zhuǎn)動，清洗時必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對空注射法清洗。
（3）、脫模劑的選用
脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因為此脫模劑除聚酰胺塑料外，一般塑料都可使用。
第二步: 注射成型過程
完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個步驟，但實際上是塑化成型與冷卻兩個過程。
第三步：制件的后處理
注射制件經(jīng)脫?；驒C械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為ABS，就采用退火處理1～3小。
4．2 澆口種類的確定
注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機噴嘴開始到型腔為止的塑料流動通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計的好壞對塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計恰當(dāng)與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。
由于本設(shè)計中空調(diào)渦輪塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。側(cè)澆口直接在中間的圓端面處進(jìn)，空調(diào)渦輪組裝后，澆口被遮擋起來。
側(cè)澆口主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。
4．3 型腔數(shù)目的確定
因為本設(shè)計中采用側(cè)澆口，且塑件的尺寸不大，為提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模二腔，進(jìn)行加工生產(chǎn)。
4．4 注射機的選擇和校核
由于采用一模二腔，需要至少注射量為8.9x2=17.8g，流道水口廢料5g，總注塑量達(dá)到22.8g，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機為海天160XB。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為：
海天HTF160XB
HTF海天注塑機技術(shù)參數(shù) 2
型號
參數(shù)
單位
160×B
螺桿直徑
mm
45
理論注射容量
cm3
320
注射重量PS
g
291
注射壓力
Mpa
159
注射行程
mm
201
螺桿轉(zhuǎn)速
r/min
0~230
料筒加熱功率
KW
9.3
鎖模力
KN
1600
拉桿內(nèi)間距(水平×垂直)
mm
455×455
允許最大模具厚度
mm
500
允許最小模具厚度
mm
180
移模行程
mm
420
移模開距(最大)
mm
920
液壓頂出行程
mm
140
液壓頂出力
KN
33
液壓頂出桿數(shù)量
PC
5
油泵電動機功率
KW
18.5
油箱容積
l
240
機器尺寸(長×寬×高)
m
5.4×1.45×2.05
機器重量
t
5
最小模具尺寸(長×寬)
mm
320×320
4.4.1 注射量的校核
模具設(shè)計時，必須使得在一個注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為：
式中 --型腔數(shù)量
--單個塑件的體積（）
--澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（）
本設(shè)計中：n=1 8.9 =5
M=2×8.9+5=22.5g
注塑機額定注塑量為22.5g
注射量符合要求
4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核
注射成型時塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機所允許的最大成型面積，則成型過程中會出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。
式中 n --型腔數(shù)目
--單個塑件在模具分型面上的投影面積
--澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積
n=2 =2097 =150
=2×2097+150=4344
注射成型時為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力。即：
（）P < F
式中： P—塑料熔體對型腔的成型壓力（MPa）
F—注射機額定鎖模力（N）
其它意義同上
根據(jù)教科書表5-1，型腔內(nèi)通常為20-40MPa，一般制品為24-34MPa，精密制品為39-44MP
（）P=4344×30×1.1=14300N=143KN<1600KN
鎖模力符合要求
4．4．3、模具與注射機安裝模具部分相關(guān)尺寸校核
（1）、模具厚度（閉合高度）
模具閉合高度必須滿足以下公式
式中 --注射機允許的最大模厚
--注射機允許的最小模厚
本設(shè)計中模具厚度為280mm 180
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