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基于注塑模具鋼研磨和拋光工序的自動化表面處理
摘 要
本文研究了注塑模具鋼自動研磨與球面拋光加工工序的可能性，這種注塑模具鋼P(yáng)DS5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 的加工中心測定的。對于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: 自動化表面處理 拋光 磨削加工 表面粗糙度 田口方法
1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。 注塑成型對于塑料制品是一個重要工藝。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。
研磨工何模型將介紹。自動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?。┦乔蛐窝心スに囍兄饕膮?shù)，如圖1（球面研磨過程示意圖）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)。
步距
研磨高度
球磨研磨
進(jìn)給速度
工作臺
圖1 球面研磨過程示意圖
進(jìn)給
研磨球
工作臺
研磨深度
研磨表面
近年來 ，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。 拋光的工藝的過程是由加工中心和車床共同完成的。對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,潤滑、拋光率及其他因素等。注塑模具鋼P(yáng)DS5的表面拋光的參數(shù)優(yōu)化，分別結(jié)合了油脂潤滑劑，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。 通過拋光工藝，表面粗糙度可以改善大致為40％至90％。具(輪子)的安裝已廣泛用于傳統(tǒng)模具的制造產(chǎn)業(yè)。
圖2 球面拋光過程示意圖
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)的四個因素和三個層次。 用最佳參數(shù)進(jìn)行表面球研磨則適用于一個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自動球面研磨與拋光工序的流程圖
2球研磨的設(shè)計(jì)和對準(zhǔn)裝置
實(shí)施過程中可能出現(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。電動磨床展開了兩個具有可調(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)兩個可調(diào)支撐螺絲被收緊時，其后的對準(zhǔn)部件就可以拆除。研磨球中心坐標(biāo)偏差約為5微米, 這是衡量一個數(shù)控坐標(biāo)測量機(jī)性能的重要標(biāo)準(zhǔn)。 機(jī)床的機(jī)械振動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，主軸通過球鎖機(jī)制而被鎖定。
模柄
彈簧
工具可調(diào)支撐
緊固螺釘
磨球
自動研磨
磨球組件
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
3矩陣實(shí)驗(yàn)的規(guī)劃
3.1田口正交表
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因素，指定為從A到D（見表1實(shí)驗(yàn)因素和水平）。三個層次的因素涵蓋了不同的范圍特征,并用了數(shù)字1、2、3標(biāo)明。挑選三類磨料,即碳化硅,白色氧化鋁,粉紅氧化鋁來研究. 這三個數(shù)值的大小取決于每個因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果。選定L18型正交矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而研究四——三級因素的球形研磨過程。
表1實(shí)驗(yàn)因素和水平
因素
水平
1
2
3
A.
碳化硅
白色氧化鋁
粉紅氧化鋁
B.
50
100
200
C.研磨深度（μm）
20
50
80
D.
12000
18000
24000
3.2數(shù)據(jù)分析的界定
工程設(shè)計(jì)問題,可以分為較小而好的類型,象征性最好類型,大而好類型，目標(biāo)取向類型等。 信噪比(S/N)的比值，常作為目標(biāo)函數(shù)來優(yōu)化產(chǎn)品或者工藝設(shè)計(jì)。 被加工面的表面粗糙度值經(jīng)過適當(dāng)?shù)亟M合磨削參數(shù)，應(yīng)小于原來的未加工表面。 因此,球面研磨過程屬于工程問題中的小而好類型。這里的信噪比（S/N）,η,按下列公式定義:
η =?10 log 平方等于質(zhì)量特性
=?10 log 1
這里，
y——不同噪聲條件下所觀察的質(zhì)量特性
n——實(shí)驗(yàn)次數(shù)
從每個L18型正交實(shí)驗(yàn)得到的信噪比（S/N）數(shù)據(jù)，經(jīng)計(jì)算后，運(yùn)用差異分析技術(shù)(變異)和殲比檢驗(yàn)來測定每一個主要的因素。 優(yōu)化小而好類型的工程問題問題更是盡量使η最大而定。各級η選擇的最大化將對最終的η因素有重大影響。 最優(yōu)條件可視研磨球而待定。
4實(shí)驗(yàn)工作和結(jié)果
數(shù)控機(jī)床
電腦
這項(xiàng)研究使用的材料是PDS5工具鋼(相當(dāng)于艾西塑膠模具)， 它常用于大型注塑模具產(chǎn)品在國內(nèi)汽車零件領(lǐng)域和國內(nèi)設(shè)備。 該材料的硬度約HRC33(HS46)。 具體好處之一是, 由于其特殊的熱處理前處理，模具可直接用于未經(jīng)進(jìn)一步加工工序而對這一材料進(jìn)行加工。式樣的設(shè)計(jì)和制造,應(yīng)使它們可以安裝在底盤，來測量相應(yīng)的反力。 PDS5試樣的加工完畢后，裝在大底盤上在三坐標(biāo)加工中心進(jìn)行了銑削，這種加工中心是由鋼鐵公司所生產(chǎn)(中壓型三號),配備了FANUC-18M公司的數(shù)控控制器(0.99型)。用hommelwerket4000設(shè)備來測量前機(jī)加工前表面的粗糙度,使其可達(dá)到1.6微米。 圖6試驗(yàn)顯示了球面磨削加工工藝的設(shè)置。 一個由Renishaw公司生產(chǎn)的視頻觸摸觸發(fā)探頭，安裝在加工中心上，來測量和確定和原始式樣的協(xié)調(diào)。 數(shù)控代碼所需要的磨球路徑由PowerMILL軟件產(chǎn)。這些代碼經(jīng)過RS232串口界面，可以傳送到裝有控制器的數(shù)控加工中心上。
圖6
完成了L18型矩陣實(shí)驗(yàn)后，表2 （PDS5試樣光滑表層的粗糙度）總結(jié)了光滑表面的粗糙度RA值，計(jì)算了每一個L18型矩陣實(shí)驗(yàn)的信噪比（S/N）,從而用于方程（1）。通過表2提供的各個數(shù)值，可以得到四種不同程度因素的平均信噪比（S/N），在圖7中已用圖表顯示。
表2 PDS5試樣光滑表層的粗糙度
實(shí)驗(yàn)
序號
A
B
C
D
S/N(η(dB))
Mean
1
1
1
1
1
0.35
0.35
0.35
9.119
0.350
2
1
2
2
2
0.37
0.36
0.38
8.634
0.370
3
1
3
3
3
0.41
0.44
0.40
7.597
0.417
4
2
1
2
3
0.63
0.65
0.64
3.876
0.640
5
2
2
3
1
0.73
0.77
0.78
2.380
0.760
6
2
3
1
2
0.45
0.42
0.39
7.530
0.420
7
3
1
3
2
0.34
0.31
0.32
9.801
0.323
8
3
2
1
3
0.27
0.25
0.28
11.471
0.267
9
3
3
2
1
0.32
0.32
0.32
9.897
0.320
10
1
1
2
2
0.35
0.39
0.40
8.390
0.380
11
1
2
3
3
0.41
0.50
0.43
6.968
0.447
12
1
3
1
1
0.40
0.39
0.42
7.883
0.403
13
2
1
1
3
0.33
0.34
0.31
9.712
0.327
14
2
2
2
1
0.48
0.50
0.47
6.312
0.483
15
2
3
3
2
0.57
0.61
0.53
4.868
0.570
16
3
1
3
1
0.59
0.55
0.54
5.030
0.560
17
3
2
1
2
0.36
0.36
0.35
8.954
0.357
18
3
3
2
3
0.57
0.53
0.53
5.293
0.543
控制因素
信噪比
圖7 控制影響因素
球面研磨工藝的目標(biāo)，就是通過確定每一種因子的最佳優(yōu)化程度值，來使試樣光滑表層的表面粗糙度值達(dá)到最小。因?yàn)? log是一個減函數(shù)，我們應(yīng)當(dāng)使信噪比（S/N）達(dá)到最大。因此，我們能夠確定每一種因子的最優(yōu)程度使得η的值達(dá)到最大。因此基于這個點(diǎn)陣式實(shí)驗(yàn)的最優(yōu)轉(zhuǎn)速應(yīng)該是18000RPM，如表3（優(yōu)化組合球面研磨參數(shù)）所示。
表3 優(yōu)化組合球面研磨參數(shù)
因素
水平
白色氧化鋁
50mm/min
20μm
18000rpm
從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，適用于曲面光滑的模具，從而改善表面的粗糙度。選擇香水瓶為一個測試載體。對于被測物體的模具數(shù)控加工中心，由PowerMILL軟件來模擬測試。經(jīng)過精銑，通過使用從田口矩陣實(shí)驗(yàn)獲得的球面研磨優(yōu)化參數(shù)，模具表面進(jìn)一步光滑。緊接著,使用打磨拋光的最佳參數(shù)，來對光滑曲面進(jìn)行拋光工藝，進(jìn)一步改善了被測物體的表面粗糙度。(見圖 9)。模具內(nèi)部的表面粗糙度用hommelwerket4000設(shè)備來測量。模具內(nèi)部的表面粗糙度RA的平均值為2.15微米，光滑表面粗糙度RA的平均值為0.45微米，拋光表面粗糙度RA的平均值為0.07微米。被測物體的光滑表面的粗糙度改善了：(2.15-0.45)/2.15=79.1％，拋光表面的粗糙度改善了：(2.15-0.07)/2.15=96.7％。
拋光表面
Ra=0.07μm
內(nèi)部表面
Ra=2.15μm
光滑表面
Ra=0.45μm
圖8 被測物體表面粗糙度
5結(jié)論
在這項(xiàng)工作中,對注塑模具的曲面進(jìn)行了自動球面研磨與球面拋光加工，并將其工藝最佳參數(shù)成功地運(yùn)用到加工中心上。 設(shè)計(jì)和制造了球面研磨裝置(及其對準(zhǔn)組件)。通過實(shí)施田口L18型矩陣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，確定了球面研磨的最佳參數(shù)。對于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：材料的磨料為粉紅氧化鋁，進(jìn)給量料500毫米/分鐘，磨削深度20微米，轉(zhuǎn)速為18000RPM。通過使用最佳球面研磨參數(shù)，試樣的表面粗糙度Ra值從約1.6微米提高到0.35微米。應(yīng)用最優(yōu)化表面磨削參數(shù)和最佳拋光參數(shù)，來加工模具的內(nèi)部光滑曲面，可使模具內(nèi)部的光滑表面改善79.1％，拋光表面改善96.7％。
鳴謝
作者感謝中國國家科學(xué)理事會對本次研究的支持, NSC 89-2212-E-011-059。
購買后包含有CAD圖紙和論文,咨詢Q401339828
寧XX學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
底座注射注塑模具設(shè)計(jì)
所在學(xué)院
專 業(yè)
班 級
姓 名
學(xué) 號
指導(dǎo)老師
年 月 日
摘 要
隨著高性能工程塑料的不斷發(fā)展，各種塑料制品行業(yè)，該行業(yè)需要繼續(xù)增長，注射成型工藝越來越多地用于成形制造的產(chǎn)品的各種性能要求。注塑模具設(shè)計(jì)的質(zhì)量，對注塑機(jī)的生產(chǎn)效率直接影響成型，產(chǎn)品的質(zhì)量和成本。模具可以是一個很好的注射成型上百萬次，因?yàn)槠漭^長的壽命，在另一方面，降低了塑件的成型和模具成本，作為一個結(jié)果，一個好的更換，維修少，從而提高生產(chǎn)效率。為了滿足日益增長的工業(yè)需求和生活質(zhì)量的需要，應(yīng)繼續(xù)研究和開發(fā)，已被設(shè)計(jì)來提高注塑模具的性能，滿足各行各業(yè)的需求。
在本設(shè)計(jì)中，通過對一二點(diǎn)對底座，CAD模具設(shè)計(jì)和開發(fā)利用包括凸，凹模的設(shè)計(jì)，頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，注射機(jī)的選擇和校核，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，模具及其他工作選擇。在本設(shè)計(jì)中，重點(diǎn)設(shè)計(jì)了以成形件的凸，凹模的設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)的靈魂和冷卻設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)直接影響著塑件的成型質(zhì)量和生產(chǎn)效率[ 1 ]。因此，澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)工作的關(guān)鍵。同時，模具溫度對塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率有著直接的影響，對模具的凝固時間和收縮應(yīng)力，模具溫度的控制直接影響，從而影響模具和塑料件質(zhì)量的成型周期，和表面粗糙度。大小的凸，凹模尺寸，澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。通過這樣的設(shè)計(jì)，我們首先學(xué)習(xí)了解當(dāng)前的形勢和發(fā)展情況，中國塑料模具結(jié)構(gòu)和成型工藝的模具及注塑模具設(shè)計(jì)的基本原理。
關(guān)鍵詞：底座；注射模；設(shè)計(jì)；PA1010
31
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Abstract
With the development of high performance engineering plastics, plastic products industry, the industry needs to continue to grow, the injection molding process is more and more used in various performance requirements of the product manufacturing. The quality of injection mold design, the injection molding machine production efficiency directly affects molding, product quality and cost. Mold can be a very good injection molding millions of times, because of their longer life expectancy, on the other hand, reduces the cost of molding and mold plastic parts, as a result, a good replacement, repair, thereby improving the production efficiency. In order to meet the growing needs of the industry and the quality of life needs, should continue to research and development, has been designed to improve the performance of injection mold injection mold, to meet the needs of all walks of life.
In this design, through the one or two point of cover on the air conditioning remote control, the design and development of CAD die comprises a convex, concave mold design, the ejection mechanism design, selection and optimization of the injection machine, the design of gating system, cooling system design, mold and other work options. In this design, designed to focus on parts of the convex, concave mold design, gating system, cooling system. The gating system is the mold design of the soul and cooling design, the design of gating system directly affects the moulding quality and production efficiency [1]. Therefore, the design of gating system is the key of the injection mold design work. At the same time, mould temperature has a direct impact on the quality of plastic parts and production efficiency, solidification time and contraction on die stress, mold temperature control of a direct impact, thus affecting the molding cycle of molds and plastic parts quality, and surface roughness. The size of the convex, concave die size, design key points and system structure design of gating system and cooling system. Through this design, we first learn to understand the situation and the current development situation, basic principle of injection mold and die design China plastic mould structure and injection molding process.
Key Words: remote base, injection mold, design, PA1010
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目 錄
摘 要 II
Abstract III
目 錄 IV
第1章 緒論 1
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè) 1
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向 1
第2章 底座塑料模工藝設(shè)計(jì) 3
2.1底座塑件的工藝分析 3
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù) 3
2.1.2底座塑料的選材 4
2.1.3 PA1010材料成型特性 4
2.2注射成型基本過程 4
2.3底座的設(shè)計(jì)件 6
第3章 注射機(jī)的選擇和校核 8
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇 8
3.2注射機(jī)的校核 8
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核 8
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核 9
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核 9
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核 10
3.2.5注射機(jī)最大開模行程校核 10
3.3確定型腔數(shù)目和分模面的選擇 10
3.3.1確定型腔數(shù)目 10
3.3.2分模面的選擇 11
第4章 澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 12
4.1.1主流道的設(shè)計(jì) 12
4.1.2分流道的設(shè)計(jì) 12
4.1.3澆口設(shè)計(jì) 13
4.1.4冷料穴和拉料桿設(shè)計(jì) 14
4.1.5澆注系統(tǒng)的平衡 14
4.2排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 15
4.3.1設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的必要性 15
4.3.2冷卻系統(tǒng)尺寸計(jì)算 16
第5章 成型零件設(shè)計(jì) 17
5.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 17
5.2 成型零件的尺寸確定 18
第5章 其他零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
5.1脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 20
5.1.1脫模機(jī)構(gòu)的分類 20
5.1.2脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 20
5.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 21
5.2.1導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 21
5.2.2導(dǎo)柱的外形尺寸計(jì)算 21
5.2.3導(dǎo)向孔的設(shè)計(jì) 22
5.2.4導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 22
5.3定位圈 22
5.3.1定位圈的定義 22
5.3.2導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 22
5.4主流道襯套 23
5.5其他結(jié)構(gòu)零件設(shè)計(jì) 23
結(jié) 論 25
參考文獻(xiàn) 26
致 謝 27
第1章 緒論
第1章 緒論
1.1蓬勃發(fā)展的模具工業(yè)
從20世紀(jì)80年代早期的第二十世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機(jī)床產(chǎn)業(yè)中分離出來，和一個獨(dú)立的工業(yè)部門的發(fā)展，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的價值。然后，隨著模具技術(shù)的發(fā)展，模具行業(yè)也被廣泛用于航空航天，汽車，電子，儀器儀表，輕工，塑料制品，日用品等工業(yè)部門。在發(fā)達(dá)國家，人們認(rèn)為，沒有死亡，沒有高質(zhì)量的產(chǎn)品。模具享受“重點(diǎn)發(fā)展產(chǎn)業(yè)”；“一個企業(yè)的心“；”的美譽(yù)，富裕的社會的一種力量”。改革開放以來，在中國模具工業(yè)的發(fā)展也很迅速。近年來，15%的年增長率快速發(fā)展。模具企業(yè)如竹筍春雨，快速啟動后，發(fā)展。
隨著模具工業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，中國的模具技術(shù)水平較高，可以做成很大，反映現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)與制造水平的精密模具，模具的部分已達(dá)到國際先進(jìn)水平。雖然中國模具工業(yè)有了長足的進(jìn)步，對模具的部分已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量和質(zhì)量還不能滿足國內(nèi)市場的需求，大型，精密，復(fù)雜模具仍需要每年進(jìn)口1000000000美元。為了減少模具工業(yè)發(fā)達(dá)國家之間的差距，模具在中國正朝著大型，精密，復(fù)雜模具的開發(fā)；加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；推廣CAD／CAM／CAE技術(shù)的發(fā)展。
1.2塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀和技術(shù)的主要發(fā)展方向
（1）現(xiàn)狀
近年來，國外的塑料模具的發(fā)展速度也迅速增長，在許多國家（日本，德國，瑞士）塑料模具工業(yè)的發(fā)展是高于沖壓模具，塑料模具產(chǎn)值占1 / 2模具行業(yè)的整個經(jīng)濟(jì)。大量的塑料模具生產(chǎn)國外主要采用一模多腔，多層膜和多腔，多站多型腔模具，多層膜已發(fā)展到64×64腔，以及多層成型機(jī)模具的發(fā)展，塑料飲料瓶，杯數(shù)鞋模采用多站多腔模32腔，飲料瓶模具。一些日本和歐美國家的鋁模具生產(chǎn)，鋁的導(dǎo)熱系數(shù)比鋼，是鋼的三倍，注塑周期可縮短為25 ~ 30%，和模具，大大降低。
塑料模具的發(fā)展是隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，在我國起步比較晚，但是，發(fā)展非常迅速，特別是近幾年來，無論在質(zhì)量上有了很大的發(fā)展，技術(shù)和制造能力，取得了巨大的成就。中國30年的發(fā)展歷程，過去90年在海外的塑料模具的發(fā)展，現(xiàn)在有相當(dāng)規(guī)模。1987我有塑料產(chǎn)量已達(dá)2970000噸，居世界第五位?，F(xiàn)在，中國的塑料工業(yè)已形成完整的具有相當(dāng)規(guī)模，設(shè)計(jì)系統(tǒng)，塑料模具的設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，CAD技術(shù)，CAPA1010技術(shù)具有相應(yīng)的。塑料生產(chǎn)，加工，塑料機(jī)械及設(shè)備。模具工業(yè)以及科研等，都已發(fā)展都了一定規(guī)模。
（2）發(fā)展趨勢
隨著人類社會的不斷進(jìn)步不斷發(fā)展和高新技術(shù)，人們對產(chǎn)品的要求越來越高，這促使我們必須大力發(fā)展模具設(shè)計(jì)技術(shù)。塑料模具的設(shè)計(jì)技術(shù)的世界也給予了高度重視，投入了大量的研究和開發(fā)。在塑料模具的未來主要進(jìn)行了以下幾個方面的國際發(fā)展趨勢：
①在模具設(shè)計(jì)制造中全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑，實(shí)踐證明，CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。
②注射模CAD的實(shí)用化
塑料模Mold——Flow或C——Flow軟件和塑料模Mold——Cool或C——Cool軟件已經(jīng)商品化，注射模CAD正向?qū)嵱没较蜻~進(jìn)。我國政府對注射模CAD實(shí)用化進(jìn)程也十分重視。專門組織了“八五”國家重點(diǎn)技術(shù)攻關(guān)項(xiàng)目“注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。目前，美國PSP公司的IMES專家系統(tǒng)，能幫助模具設(shè)計(jì)人員用專家的知識解決注射模的問題。
③塑料模專用材料研究和開發(fā)
目前，塑料模鋼擁有的類型有：基本型、預(yù)硬化型、時效硬化型、熱處理硬化型、馬氏體時效鋼和粉末冶金模具鋼等鋼種。在“八五”期間，國家也組織了諸多鋼鐵廠單位大力研究和開發(fā)塑料模專用系列鋼，這將進(jìn)一步擴(kuò)大和完善塑料模鋼材。
④塑料模加工程控化
機(jī)械技術(shù)與電子技術(shù)的密切結(jié)合，日益更多地采用數(shù)控?cái)?shù)顯、計(jì)算機(jī)程序控制的加工方法，實(shí)現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模在質(zhì)量上、效率上產(chǎn)生一個新的飛躍。⑤模具研磨拋光自動化、智能化
模具表面的光整加工是模具加工中未能很好解決的難題之一。模具表面的質(zhì)量對模具使用壽命、制件外觀質(zhì)量等方面均有較大的影響,我國目前仍以手工研磨拋光為主,不僅效率低（約占整個模具周期的1/3),且工人勞動強(qiáng)度大,質(zhì)量不穩(wěn)定,制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展。因此,研究拋光自動化、智能化是重要的發(fā)展趨勢。日本已研制了數(shù)控研磨機(jī),可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具的自動化研磨拋光。
第2章 底座塑料模工藝設(shè)計(jì)
2.1底座塑件的工藝分析
2.1.1塑料材料的性能及基本成型工藝參數(shù)
塑料是在室溫下為高分子聚合物的高彈態(tài)。這是樹脂（聚合物）為主要成分，改善其加工性能的添加劑的使用性能，在一定的溫度，壓力，溶劑的影響，模具可成型為一定形狀和塑料零件的尺寸，并能保持一類的材料，在正常的溫度和壓力，在形式的多樣性，并具有不同的性能不同的塑料。塑料一般具有重量輕，低密度的優(yōu)點(diǎn)，比強(qiáng)度高，電，熱，聲和優(yōu)良的絕緣性能，耐腐蝕性能和光學(xué)性能強(qiáng)，耐磨性強(qiáng)，優(yōu)秀的。塑料成型過程中在許多方面的性能特點(diǎn)，一些操作相關(guān)，一些特性直接影響成型方法及工藝參數(shù)的選擇。熱塑性塑料，成型工藝參數(shù)包括收縮期，流動性，相容性，吸濕性和熱靈敏度和熱力學(xué)性質(zhì)，結(jié)晶度和取向
2.1.2底座塑料的選材
塑料材料是根據(jù)材料的選擇和使用，為空調(diào)遙控器后，他不需要一個很大的負(fù)載，其工作溫度不高，因此要求的耐熱性不高。根據(jù)需要和條件看，一般塑料結(jié)構(gòu)材料能滿足他們的要求，因此在材料的空調(diào)遙控器蓋材料的選擇。為塑料材料的一般結(jié)構(gòu)，主要是在高，低密度聚乙烯，聚丙烯，聚碳酸酯，ABS，聚甲基丙烯酸甲酯，高抗沖聚苯乙烯樹脂，玻璃鋼和丙烯晴共聚物等。但塑件注射模設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)在優(yōu)良的初步選擇注塑成型材料，低密度聚乙烯，聚丙烯，ABS，聚碳酸酯和其他四種材料作為原材料制造底座。
2.1.3 PA1010材料成型特性
①無定形塑料,流動性中等,吸濕性小, 一般不需要很大程度上干燥，也能獲得較好的表面質(zhì)量塑料零件。
②高料溫,高模溫,材料分解溫度為>270度，對精度要求較高的塑件,模溫宜取50-60度,對高光澤度高，耐熱塑件,模溫宜取60-80度。
③如出現(xiàn)水紋，需提高材料的流動性，采取高料溫、高模溫，或者改變澆口位置等方法。
2.2注射成型基本過程
圖2.1. 注射成型基本過程
生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作一般是為了使注射成型生產(chǎn)順利進(jìn)行和保證制件質(zhì)量，在生產(chǎn)前進(jìn)行的包括原料的預(yù)處理、清洗機(jī)筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等準(zhǔn)備工作。
1、原料的預(yù)處理
原料的預(yù)處理包括三個方面：一是質(zhì)量檢驗(yàn)，造型材料的分析。這一部分包括材料，水含量測試的顏色，紋理，無雜質(zhì)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性，收縮率。粉狀物料，在注塑前還將制成小丸的要求。兩個，著色。根據(jù)塑件成型的產(chǎn)品需求，成型材料中添加一個顏色或顏色的材料，以達(dá)到所需的顏色。粉狀或粒狀熱塑性塑料的著色，用直接法和間接法兩種方法實(shí)現(xiàn)。前者稱為著色的方法，它是天然的彩色塑料著色劑和精細(xì)的簡單混合粉末可直接用于成型，或其他用于塑化成型。該方法比較簡單，容易操作。間接染色方法相比是更困難的，它需要使用被稱為“塑料粒子、彩色塑料顆粒高的顏料濃度色母比例稱重放入攪拌機(jī)，攪拌，然后發(fā)送到成型設(shè)備的使用。其步驟簡單，容易染色的分散均勻，色澤明亮的部分和沒有顏料粉塵污染，并能實(shí)現(xiàn)自動著色工藝。但因?yàn)樗呛唵魏妥匀坏牟噬芰项w?；旌?，沒有混合功能或只成型設(shè)備的混合功能很差，所以當(dāng)成型顏色均勻性高的產(chǎn)品不需要使用顏色形成材料。三，預(yù)熱和干燥。對材料的吸濕性和粘性的水性強(qiáng)，預(yù)熱干燥適當(dāng)根據(jù)水的要求允許的注射成型工藝，以在材料和揮發(fā)水分太多出去，成型后的產(chǎn)品以防止氣泡和裂紋缺陷，而且可以避免注水時間的降解。但是，吸濕性和粘性的水是不強(qiáng)的材料，如果包裝是更好的可以不預(yù)熱干燥。
2、清洗料筒
如果你需要在塑料制品的生產(chǎn)，改變顏色或更換，更換材料在熱分解或降解反應(yīng)時間形成的過程中發(fā)現(xiàn)，對注塑機(jī)清洗桶的需要。通常，筒柱塞式機(jī)庫存量大，必須拆卸清洗機(jī)筒，螺桿機(jī)筒，可用于清潔空氣噴射的方法。
3、預(yù)熱嵌件
本程序主要用于塑料插入，因?yàn)榻饘俸退芰鲜湛s率不同，導(dǎo)致插入周圍的塑料易收縮應(yīng)力和裂縫，為了防止這種現(xiàn)象的發(fā)生，在成型前可插入的預(yù)熱溫度，減少它融化的塑料在成型，避免或全塑性收縮應(yīng)力和裂紋插入的抑制作用。
4、選擇脫模劑
常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液體石蠟（白油）和硅油等。其中除了硬脂酸鋅不能用于聚先胺外，這三種脫模劑對于一般塑料均可使用，尤其是硅油的脫模效果是最好的，只要對模具施用一次，即可以長效脫模，但是價格昂貴。硬脂酸鋅通常多用于高溫模具而液體石蠟多用于中低溫模具。另外，對于含有橡膠的軟制品或透明制品不宜采用脫模劑，否則將影響制品的透明度。
加料：計(jì)量將粒料和粉料加入料斗，通過料斗進(jìn)入注射機(jī)料筒，物料一般是在注射機(jī)的料筒中塑化。通過對塑化計(jì)量的計(jì)算設(shè)定好后，物料在設(shè)定的計(jì)量中塑化完全，即粒料和粉料變成塑料熔體后，注射模閉合，注射機(jī)注射充模。
注射充模：注射充模一般劃分為流動充模、保壓補(bǔ)縮和倒流三個階段。注流指的過程中熔體注射將好的塑料進(jìn)入模腔。在注射壓力注射過程中隨時間而變化，流動期，噴射壓力、噴嘴壓力迅速上升，而腔（柵極端子）壓力接近于零，所以注射壓力主要是用來克服阻力，熔體在模腔中的思想。在填充過程中，熔體流入模腔，模腔壓力的急劇增加，注射壓力和噴嘴的壓力將增加到最大，然后停止變化，注射壓力對熔體起兩個作用，一是克服在模具型腔的液流，二是壓實(shí)熔融程度。包裝料，夾持進(jìn)給階段從熔體充滿型腔在機(jī)筒螺桿回現(xiàn)在開始。壓力定義為熔體的注射壓力，模腔的壓實(shí)過程，喂養(yǎng)是注塑機(jī)的包裝工藝，模具型腔逐漸開始空冷熔體由于成型收縮，美聯(lián)儲的行動。反在機(jī)筒柱塞或螺桿后退（即解除保羅的壓力），熔體在澆口和流道流動方向相反的方向。
冷卻：冷卻凍結(jié)時間開始從大門，放行產(chǎn)品到目前為止，這是注射成型過程的最后階段。在這個階段，有問題的注模腔壓力，冷卻部分的密度，熔體在模和脫模條件。
的后處理部分：從模具零件，在塑性成形過程中熔體的流動行為的溫度和壓力是非常復(fù)雜的，再加上不均勻的熔體流動前沿和冷卻速率不同填充塊后，往往會出現(xiàn)一些結(jié)晶，部分不均勻取向和收縮，產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶，取向和收縮應(yīng)力，脫模后的變形的影響，還可使機(jī)械零件
可轉(zhuǎn)換的光學(xué)性能，和表面質(zhì)量，甚至開裂，需要解決一系列我們必須作出相應(yīng)的處理問題。
當(dāng)這個過程完成后我們將推出的產(chǎn)品，卸料，清洗模具，可總回筒重新塑化注射成型周期，開始循環(huán)。
2.3底座的設(shè)計(jì)件
該塑件經(jīng)測量所得，其基本幾何值為：
密度：p=0.9g/cm3；
體積：V=21cm3；
質(zhì)量：M=18.9g；
長度：L=150mm；
塑件平均寬度：B=60mm；
投水平投影面積：S=73.4cm2；
制件表面積：S=194.3cm2
第3章 注射機(jī)的選擇和校核
第3章 注射機(jī)的選擇和校核
3.1注射機(jī)規(guī)格的選擇
注射機(jī)為塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可以分為立式、臥式、直角式三種注射機(jī)。按塑料在料筒中的塑化方式分可以分為，柱塞式和螺桿式兩種注射機(jī)。
在此我們通過假設(shè)的模腔數(shù)目初步確定注射機(jī)的規(guī)格。初步設(shè)計(jì)模腔個數(shù)為兩個，PA1010材料的密度p為p=0.9g/cm3（0.9~0.91）。通過測量所得出塑件的體積（V）和質(zhì)量（M）以及水平投影面積（S）分別為V=21cm3、M=18.9g、S=73.4cm2。一模設(shè)計(jì)兩個模腔，那么每次注射機(jī)的注射量必須大于：2M= 2×21cm3=42cm3。根據(jù)注射機(jī)的最大注射量初步選擇型號為XS?Z?60的注射機(jī)，其工藝參數(shù)如下：
螺桿直徑/mm：φ38
注射容量cm3：60
注射壓力/105Pa：122
鎖模力/10KN：500
最大成型面積/cm2：130
模板最大行程/mm：180
定位孔直徑/mm： 55mm
模具厚度/mm：（最大）：200（最小）：70
噴嘴：（球半徑/mm）：12（孔直徑/mm）：φ4
3.2注射機(jī)的校核
3.2.1注射機(jī)注射容量的校核
模具設(shè)計(jì)時，必須是得在一個注射成型周期內(nèi)所需注射的塑件料溶體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)，且在一個注射成型周期內(nèi)，需注射入模具內(nèi)的塑料溶體的容量和質(zhì)量，應(yīng)為制件和澆注系統(tǒng)兩部分容量和質(zhì)量之和，即V=nVn+Vj或M=nMn+Mj
式中：V（M）——一個成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積和質(zhì)量，cm3或g；
n—— 型腔數(shù)目；
Vn（Mn）——單個塑件的容量或質(zhì)量，cm3或g；
Vj（Mj）——澆注系統(tǒng)凝料的容量和質(zhì)量，cm3或g；
故應(yīng)使0.8Vn+Vj≤0.8Vg或M=0.8Mn+Mj≤0.8Mg式中：Vg（Mg）——注射機(jī)額定注射量，cm3或g；將數(shù)據(jù)代入以上不等式（取其中之一的質(zhì)量不等式來對注射量進(jìn)行校核）得：M=nMn+Mj=2×18.9+5.5=43.3g≤0.8Mg=0.8×60=48g滿足要求上式中的：
Mj=M主流道+M橫澆道+M分流道+M澆口+M拉料鉤≈5.5g
由于為制件所選的材料為PA1010，該材料非熱敏性材料，所以只需對其進(jìn)行最大注射量即可，不必對其進(jìn)行最小注射量的校核。
3.2.2注射機(jī)注射壓力的校核
注射壓力的校核是校驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿足制品的成型要求。只有在注射機(jī)額定的注射壓力內(nèi)才能調(diào)整出某一制件所需要的注射壓力，因此注射機(jī)的最大注射壓力要大于該制件所要求的注射壓力。制件成型時所需要的注射壓力，與塑料品種、注射機(jī)類型、噴嘴形狀、制件形狀的復(fù)雜程度和澆注系統(tǒng)等因素有關(guān)系?？梢愿鶕?jù)塑料的成型工藝參數(shù)數(shù)據(jù)來確定制品成型時所需要的注射壓力。根據(jù)塑料成型工藝參數(shù)表查得PA1010材料的成型注射壓力在（70~120Mpa）之間，而我們所選擇的注射機(jī)的額定注射壓力為119Mpa，在其設(shè)定的注射壓力之間，滿足工藝要求。
3.2.3注射機(jī)鎖模力的校核
當(dāng)高壓的塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機(jī)軸向的很大的推力，該推力的大小必須小于注射機(jī)的鎖模力，否則在注射成型時會因鎖模不緊而發(fā)生溢邊跑料現(xiàn)象。型腔內(nèi)塑料熔體的壓力（MPa）值可根據(jù)以下經(jīng)驗(yàn)公式算得：P=KPo
式中：P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力 （MPa）
Po —— 注射壓力（MPa）
K —— 壓力損耗系數(shù) 0.2~0.4
將數(shù)據(jù)代入上式得：P=KPo=(0.2~0.4)×119MPa=23.8MPa~47.6MPa
在該次設(shè)計(jì)中，并基于PA1010這種塑料上我們?nèi)⌒颓恢腥垠w的平均壓力為：P=30MPa再由公式T=PS計(jì)算推力大小。
式中：T —— 塑料熔體在注射機(jī)軸向上的推力（MPa）
P —— 型腔內(nèi)塑料熔體的壓力，在此我們?nèi)=30MPa
S —— 制件與澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積（cm2）
將數(shù)據(jù)代入該公式得：T=PS=30MPa×73.4cm2≈220.2KN≤500KN滿足要求經(jīng)校核合格。
3.2.4注射機(jī)模具厚度校核注射機(jī)模具厚度校核
注射機(jī)規(guī)定的模具的最大與最小厚度是指模板閉合后達(dá)到規(guī)定鎖模力時動模板到定模板的最大與最小距離。所以，所設(shè)計(jì)的模具的厚度必須要在注射機(jī)規(guī)定的模具最大與最小厚度范圍內(nèi)，否則將不可能獲得規(guī)定的鎖模力，當(dāng)模具厚度小時，可以加墊板。根據(jù)要求模具的厚度必須滿足Hmin
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