塑料制件科研训练论文解读.docx

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塑料制件科研训练论文解读

绪论2

第一章　高聚物简介3

1.1高聚物的分类3

1.2高聚物的应用3

第二章塑料成型方法5

2.1塑料成型方法介绍5

2.2注射成型工艺过程5

第三章成型模具介绍7

3.1注射成型模具基本结构7

3.2注射成型模具分类7

第四章塑件工艺性分析9

4.1分析塑件的结构工艺性9

4.2注射机的选择9

第五章塑料垫片塑料制件注塑模具设计方案10

5.1设计原始材料10

5.2模具结构设计10

5.2.1确定型腔数目n10

5.2.2确定分型面10

5.2.3确定型腔的位置11

5.2.4确定浇注系统12

5.2.5确定脱模方式13

5.2.6冷却水道和导向结构的布置13

5.2.7确定凹模和凸模的结构及固定方式14

5.2.8确定排气方式14

5.2.9绘制模具的结构草图14

5.2.10校核模具与注射机有关的尺寸14

5.2.11其他模具尺寸的计算15

5.3绘制模具图15

第六章结论16

参考文献17

绪论

随着中国当前的经济形势的日趋好转，在实现中华民族的伟大复兴口号的倡引下，中国的制造业也日趋蓬勃发展；而模具技术已成为衡量一个国家制造业水平的重要标志之一，模具工业能促进工业产品生产的发展和质量提高，并能获得极大的经济效益，因而引起了各国的高度重视和赞赏。

整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。

一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。

在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。

加入WTO，给塑料模具产业带来了巨大的挑战，同时带来更多的机会。

由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/5～1/3，加入WTO后，国外同类产品对国冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。

近年来，塑料模具的产量和水平发展十分迅速，高效率、自动化、大型、长寿命、精密模具在模具产量中所占比例越来越大。

注塑成型模具就是将塑料先加在注塑机的加热料筒，塑料受热熔化后，在注塑机的螺杆或活塞的推动下，经过喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在其中固化成型。

本次课程设计的主要任务是塑料垫片注塑模具的设计，也就是设计一副注塑模具来生产塑料垫片产品。

通过此次设计，通过查阅大量资料、手册、标准、期刊等，结合教材上的知识对注塑模具的组成结构（成型零部件、浇注系统、导向部分、推出机构、排气系统、模温调节系统）有了系统的认识，丰富了自己的专业知识，为将来独立完成模具设计积累了经验。

第一章　高聚物简介

1.1高聚物的分类

高聚物，是由几百～几千个原子、彼此以共价键连结起来的大分子化合物，具有较大的分子量（5×103～106）。

此类化合物虽然分子量很大，但其化学组成、结构一般比较简单（蛋白质例外），通常是以简单的结构单元为链节，通过共价键重复结合而成高聚物。

如聚氯乙烯的形成与结构就是这样的。

（1）按分子主链的元素结构，可将高聚物分为碳链、杂链和元素有机三类。

（2）按材料的性质和用途分类，可将高聚物分为塑料、橡胶和纤维。

1.2高聚物的应用

工业方面 广泛用作机械工业的各种工件和零件,如工程塑料、耐磨材料、吸振材料（见高聚物吸振材料）等；电气工业的绝缘材料、导电塑料、导线等；采矿工业的坑道塑料柱架和选矿用的浮选剂、絮凝剂等;石油工业中的钻井柔杆及堵水剂、减阻剂、泥浆稳定剂等；化学工业中的耐腐蚀塑料管道、槽、罐以及涂料、胶粘剂（见高分子胶粘剂）等；在轻纺工业中，高聚物的应用有更广阔的前途，如人们的衣着服装现在几乎大部分由耐纶、涤纶和腈纶三大合成纤维制成；用高聚物制成的纸、人造皮革、木材代用塑料等日益增多；色彩鲜艳、质轻耐久的各种高聚物包装材料、装饰品、日用器皿等也大量应用。

　　农业方面 农用薄膜和塑料温室的应用，发展十分迅速。

帐篷、农渔用船艇、水利排灌管道、农用机械零部件、缆索等都有用高聚物制成的（见农用高聚物）。

　　交通运输、通信、建筑方面 各种车辆轮胎、管子、刹车片、车厢、船舶、飞机的各种部轻质构件，都广泛采用高聚物材料；用塑料和复合材料制造轻型飞机和汽车，也正在积极研究中。

通信用的信息转换及信息记录材料，主要包括光通信所用的导光纤维（见高分子导光纤维）、录像用材料、高敏感度的感光材料、热色记忆记录材料等也都使用高聚物材料。

建筑物的上下水道、室壁板、门窗、房梁及活动房屋、展览馆等都可用纤维增强塑料制成。

日本和中国近年都已建成玻璃纤维增强塑料的桥梁建筑。

高分子灌浆材料用于建筑物和构筑物的防渗堵漏、消除缺陷和增强基础等方面。

　　国防建设、尖端科学技术方面 特种高聚物和功能高分子具有耐高温、耐低温、高强度、高模量、高绝缘、耐腐蚀等特性，因此在兵器制造中可作为结构材料的辅助材料，如耐高温和耐低温的胶粘剂。

特种涂料（见高聚物涂料）和密封材料（见高分子密封材料）也都用特种高聚物制成。

无论在航空、航天飞行器，核设备，大型集成电路，以及军事装备的轻微型化等方面，高聚物材料是不可缺少的。

　　医药卫生方面 高聚物在这方面的应用发展很快,围很广,除了高聚物药物外，还用来制造人工脏器（如人工心脏、人工肾）、人工血液、人工血管、人工骨和关节、人工皮肤等（见）。

第二章塑料成型方法

2.1塑料成型方法介绍

（1）注射成型塑料的注射成型又称注塑成型。

注塑成型是使热塑性或热固性塑料先在加热加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。

（2）挤出成型挤出成型又称挤塑成型。

它是在挤出机过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。

（3）中空成型中空成型又称吹塑成型。

它是制造中空制件和管筒形薄膜的方法。

该法先用挤出机或注射机挤出或注射出管筒形状的熔融坯料，然后将此坯料放入吹塑模具，向坯料吹入压缩空气，使中空的坯料均匀膨胀直至紧贴模具壁，冷却定型后开启模具取出中空制件。

（4）压缩成型压缩成型又称压制成型。

该法把由上、下模（或凸、凹模）组成的模具安装在压力机的上、下模板之间爱你，将塑料原料直接加在敞开的模具型腔，再将模具闭合，塑料粒料（或粉料、预制坯料）在受热和受压的作用下充满闭合的模具型腔，固化定型后得到塑料制件。

（5）压注成型压注成型又称传递成型。

该法将塑料粒料或坯料装入模具的加料室，在受热、受压下熔融的塑料通过模具加料室底部的浇注系统（流道与浇口）充满闭合的模具型腔，然后固化成型。

（6）固相成型固相成型的特点是使塑料在低于熔融温度以下成型，在成型过程中塑料没有明显的流动状态。

该法多用于塑料板材的二次成型加工，如真空成型、压缩空气成型和压力成型。

2.2注射成型工艺过程

一、生产前的准备工作为了使注射成型生产顺利进行和保证塑件质量，生产前需要进行原料预处理、清洗料筒、预热嵌件和选择脱模剂等一系列准备工作。

二、塑化计量成型物料在注射机料筒经过加热、压实以及混合等作用以后，由松散的粉状或粒状固体转变成连续的均化熔体的过程称为塑化。

所谓计量是指能够保证注射机通过柱塞或螺杆，将塑化好的熔体定温、定压、定量地输出（即注射出）机筒所进行的准备动作，这些动作均需注射机控制柱塞或螺杆在塑化过程中完成。

三、注射充模柱塞或螺杆从机筒的计量位置开始，通过注射油缸和活塞施加高压，将塑化好的塑料熔体经过机筒前端的喷嘴和模具中的教主系统快速注入封闭模腔的过程称为注射充模。

注射充模又可细分为流动充模、保压补缩和倒流三个阶段。

四、冷却定型冷却定型从浇口冻结时间开始，是注射成型工艺过程的最后阶段。

在此阶段中需要注意的问题有模腔压力、制件密度、熔体在模的冷却情况以及脱模条件等。

第三章成型模具介绍

3.1注射成型模具基本结构

一、根据各部分所起的作用不同分类：

（一）浇注系统

将塑料由注射剂喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道、分流道、浇口、冷料穴等结构组成，由零件的浇注套、拉料杆等组成。

浇注系统的作用是使来自注射模喷嘴的塑料熔体平稳而顺利的充模、压实和保压。

（二）成型零件

是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件部形状）、型腔成型塑料外部形状）、成型杆、镶块等组成。

（三）结构零件

构成零件结构的各种零件，在模具中起安装、导向机构动作及等作用。

导向零件：

导柱、导套。

装配零件：

定位销、定模底板、定模板、动模板、动模垫板、模脚。

（四）推出机构

在开模过程中，需要有推出机构将塑件及其在流道的凝料推出或拉出。

推出机构由推杆、推出固定板、推板及主流道的拉料杆。

（五）其他机构

侧向分型抽芯机构、调温系统、排气槽、标准模架

二、根据其运动特点均可分为两大部分：

定模部分：

一部分留于模具机座的定模板上

动模部分：

随注射机动模板运动的部分

定模部分与动模部分闭合则可形成型腔和浇注系统

3.2注射成型模具分类

一、按注射机类型分：

立式注射机、卧式注射机、直角式注射机上用的模具

二、按注射模具的总体结构特征分：

1、单分型面注射模具

2、双分型面注射模具

3、带有活动镶件的注射模具

4、带侧向分型抽芯的注射模具

5、自动卸螺纹的注射模具

6、推出机构设在定模的注射模具

7、无流道凝料注射模具

第四章塑件工艺性分析

4.1分析塑件的结构工艺性

该塑件尺寸偏小，整体结构简单，精度要求相对较低，再结合其材料性能，故选一般精度等级：

五级

塑件工艺参数：

成型时间：

注射时间：

0s~3s模具温度：

20~60℃

保压时间：

15s~40s喷嘴温度：

180~190℃

冷却时间：

15s~30s保压压力：

30~40Mp

总周期：

40s~90s注射压力：

60~100Mp

4.2注射机的选择

选用注射机为国产的注射机XS-ZY-125卧式注塑机。

查表额定注射量为125cm3，注射压力为120MPa，锁模力为90×104N，注射方式为螺杆式，喷嘴球半径R为18mm，喷嘴口直径为4mm。

顶出形式是两侧设有顶杆。

注塑机的结构见附录图二。

第五章塑料垫片塑料制件注塑模具设计方案

5.1设计原始材料

塑料制件的形状及尺寸，见附录图一；

材料：

高密度聚乙烯（HDPE）。

5.2模具结构设计

5.2.1确定型腔数目n

确定型腔数目的方法有：

根据锁模力、根据最大注射量、根据制品精度要求、根据经济性等，在设计时应根据实际情况决定采用哪一种方法，并综合考虑确定型腔数目。

按照所用注射机的最大注射量V（cm3）初定型腔数目n：

n=

式中：

K——注射机最大注射量的利用系数，一般取0.8

VP————注射机最大注射量，cm3

V2——浇注系统凝料量，cm3，初选V2=14cm3

V1——单个塑件体积，cm3

注射机型号选XS-ZY-125

n=

=8.6取n=8

5.2.2确定分型面

由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统设计、塑件结构工艺性及尺寸精度、嵌件的位置塑件的推出、排气等多种因素的影响，因此，在选择分型面时应遵循以下的原则：

（1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处

（2）分型面的选择应有利于塑件是顺利脱模

（3）分型面的选择应保证塑件的精度要求

（4）分型面的选择应满足塑件外观质量要求

（5）分型面的选择应便于模具的加工制造

（6）分型面的选择应有利于排气

除了上述这些基本原则以外，分型面的选择还要考虑到型腔在分型面上的投影面积的大小以避免接近或超过所选用注射机的最大注射面积而可能产生溢流现象。

图形如4-1所示：

图5-1分型面示意

即采用单分型面注射模还是双分型面注射模，比较可知单分型面是注射模具中简单的一种，应优先考虑。

5.2.3确定型腔的位置

型腔的不知实际上是模具结构总体方案的规划和确定。

因为一旦型腔布置完毕，浇注系统的走向和类型便已确定。

冷却系统和推出机构在布置型腔时也必须给予充分的注意，若冷却管道布置与推杆孔、螺杆孔发生冲突时要在型腔布置中进行调节，当型腔、浇注系统、冷却系统、推出机构的初步位置决定后，模板的外形尺寸基本上就已确定，从而可以选择合适的标准模架。

在多模型腔中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两类，在制件形状和性能要求不十分严格的情况下，模具加工的难易程度就成了模具结构设计所考虑的主要因素，现采用平衡式布置。

在实际的多型腔模具设计与制造中，对于精度要求较高、物理与力学性能要求均衡稳定的塑料制件，应尽量采用平衡式布置的形式。

型腔布置如图5-2所示：

图5-2型腔布置示意

5.2.4确定浇注系统

浇注系统的平衡及浇口位置和尺寸是浇注系统的设计重点。

浇注系统往往决定了模具的类型，如采用侧浇口，一般选用单分型面的两板式模即可，如采用点浇口，往往就得选用双分型面的三板式模具，以便分别脱出流道凝料和塑料制品。

主流道计算

主流道设计要点如下：

1主流道通常设计成圆锥形，其锥角α=2~4°，对流动性较差的塑料可取α=3~6°，以便于凝料从主流道中拔出。

2为防止主流道与喷嘴处溢料，喷嘴与主流道对接处紧密对接，主流道对接处应制成半球形凹坑，其半径R2=R1+（1~2）mm,其小端直径d2=d1+（0.5~1）mm。

3为减小料流转向过渡时的阻力，主流道大端呈圆角过渡，其圆角半径r=1~3mm。

4为保证塑料良好成型的前提下，主流道长度L应尽量短，否则将增多流道凝料，且增加压力损失，使塑料降温过多而影响注射成型。

5由于主流道与塑料熔体及喷嘴反复接处和碰撞，因此常将主流道制成可拆卸的主流道衬套（浇口套），便于用优质钢材加工和热处理。

6当浇口套与塑料接触面很大时，其受到模腔塑料的反压增大，从而易退出模具，将定位环和衬套分开设计。

由注射机的公称注射量V=125cm3，查表得注射时间t=1.6s

主流道体积流量qv=

=

=78cm3/s

根据生产经验，当主流道的切变速率γ=5×103（s-1）时，制件质量好。

由γ-qv-Rn关系曲线才，差得主流道小端当量半径Rn=2.5mm,则小端直径d取5mm；取主流道锥角α=2°，主流道长度L根据结构设定，取L=60mm。

凹坑深度h=3~5mm。

主流道结构示意图如图所示：

图5-3流道形状及其与注射机喷嘴的关系

1-定模板2-浇口套3-注射机喷嘴

5.2.5确定脱模方式

在确定脱模方式时首先要确定制品和流道凝料留在模具的哪一侧，必要时要设计强迫滞留的结构，然后再决定是采用推杆式还是推件板结构。

特别要注意确定侧凹制品的脱模方式，因为当决定采用侧抽芯结构时，模板的尺寸就得加大，在型腔配置时要留出侧抽芯结构的位置。

由于采用的是单分型面注射模，所以开模后必须保证制件和凝料滞留在模具的动模侧。

另外，该制件属于薄壁壳体类，应优先采用推件板脱模结构。

5.2.6冷却水道和导向结构的布置

（1）冷却水道

为了简化模具加工，将冷却水道设计成直通的，分别开设在凹模固定板和凸模固定板上，冷却水道、推杆和导向结构的分布位置不得相互干涉，更不能影响模具的刚度和强度。

（2）导向结构

①合模导向结构设计

（a）导柱：

导柱一般有带头导柱和肩导柱两种形式，优先选用带头导柱。

（b）导套：

导套有直导套和带头导套两种形式。

（c）导柱与导套的配合。

（d）导柱和导套的配合。

（e）导柱数量：

采用两个。

②推出导向结构

5.2.7确定凹模和凸模的结构及固定方式

（1）凹模：

凹模采用整体嵌入式，这样不但省去了凹模垫板，也有利于开设分流道。

凹模的固定，除采用静配合外，还采用螺钉底部固定，防止凹模镶块松动脱落或凹模转动。

（2）凸模：

凸模采用固定板固定。

5.2.8确定排气方式

由于型腔较浅，制件形状简单对称，注射成型产生的气体，可以通过分型面和各零件的配合间隙排出，故不需要单独设置排气装置。

5.2.9绘制模具的结构草图

5.2.10校核模具与注射机有关的尺寸

因为每副模具只能安装在与其适应的注射机上使用，因此必须对模具上与注射机有关的尺寸进行校核，以保证模具在注射机上正常工作。

（1）注射量校核

（2）锁模力校核

为使注射时模具不被塑料熔体顶开，则锁模力应为

F≥KPA（kg）

式中：

F为锁模力

P为模腔压力

K为安全系数，一般取1~2，取K=2

A为塑料熔体在模具分型面上的总投影面积

（3）注射压力校核

注射机的注射压力必须大于或等于塑料熔体注射充模时的压力，否则将会造成塑料熔体充不满型腔，甚至根本不能成型等现象。

（4）模具安装尺寸校核

a）主流道衬套和定位圈尺寸符合注射机喷嘴和注塑机定位孔尺寸。

b）动模与定模的模脚尺寸与注塑机移动和固定模板上的螺钉孔大小及布置位置应相适合。

当用螺钉直接固定时，螺脚上的通孔应与模板上的螺钉孔完全吻合；当用压板固定时，只要模脚附近有螺钉孔就行。

c）装模高度的校核

d）模具长宽尺寸校核

（5）开模行程校核

（6）顶出装置校核

（7）流动距离比校核

塑料熔体在流动过程中，如果流动距离过长、流动通道过薄，就会造成熔体温度降低而不能充满整个模腔。

这个因素是用熔体流动通道的最大流动长度和厚度之比来考虑的，称之为流动距离比。

5.2.11其他模具尺寸的计算

（1）成型零件工作尺寸计算

计算容：

成型零件工作部分尺寸计算

计算方法：

按平均收缩率法

（2）凹模侧壁厚度及底厚计算

（3）凸模垫板厚度计算

（4）推件板厚度计算

（5）顶出杆直径计算

（6）冷却系统计算

5.3绘制模具图

5.3.1绘制模具装配图

5.3.2绘制部分零件图