放大镜注塑模具设计说明doc 30页.docx
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放大镜注塑模具设计说明doc30页
放大镜注塑模具设计说明（doc30页）
摘要...........................................................Ⅰ
PMMAtract.....................................................Ⅱ
前言............................................................1
第一章绪论.......................................................2
1.1注塑模具发展的概况..........................................3
1.2注塑模具发展的国内外现状...................................3
1.3塑料模具的特点.............................................3
1.4注塑模具设计的要求及程序...................................4
1.5本文的主要研究工作................................4
第二章制件结构的设计工艺性.....................5
2.1制件结构设计................................................5
2.2结构工艺性分析.............................................7
2.3外壳材料的选择.............................................7
2.4小结.......................................................8
第三章注射机的型号选择.....................................8
3.1注塑机成型参数计算......................................8
4.7.2冷却水道回路的布置........................................25
4.8成型设备的校核............................................264.9小结.....................................................26
结论..........................................................28
参考文献.........................................................29
前言
随着社会的发展，人们对生活产品的要求也越来越广。
其中包括种类丰富的塑料产品，例如：
一些电器材料、厨房用具、生活用品。
不但种类多而且小形状多样。
注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计，最大程度的满足了用户的需求。
因此注塑模具设计成了当今社会发展必不可缺少的行业。
目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢铁，成为当前人类使用的第一大类材料。
我国的塑料工业正在飞速发展，塑料制品的应用已经深入到国民经济的各个部门，塑料制品与模具设计是塑料工程中的重要组成部分，是塑料工业中不可缺少的环节。
塑料成型模具是成型塑料制品的工具。
从2003年我国模具进口的海关统计资料可知,塑料模具占据了模具进口总量的57%,而注塑成型模具在整个塑料模具中占有很大的比例.注塑成型模具设计的好坏,决定着注塑成型制件的质量优劣及成品率高低,也就是说,是否能加工出优质价廉的塑料制件,在很大程度上要靠注塑成型模具设计的合理性和先进性来保证.
现代塑料制件生产中,合理的注塑成型工艺,先进的注塑成型模具及高精度,高效率的注塑设备是当代塑料成型加工中必不可少的三个重要因素,缺一将一事无成.本文以放大镜为例，介绍了注塑模具设计流程，该流程包括工艺分析，选择注塑机，确定成型方案，最后对该注塑机进行必要的工艺参数校核。
下面就对该实例进行详细论述。
第一章绪论
1.1注塑模具设计发展的概况
模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。
没有模具，就没有高质量的产品。
用模具加工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。
因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。
因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。
根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业品零件粗加工的75％、精加工的50％都是由模具成型完成的。
目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35％以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步
模具在现代生产中，是生产各种工业产品的重要工艺装备，它以其特定的形状通过一定的方式使原材料成型。
塑料模是指用于成型塑料制品的模具，它是型腔模的一种类型，其地位与重要性正日益被人们所认识。
随着塑料工业的飞速发展，以及通用塑料与工程塑料在强度和精度方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断地扩大，如：
家用电器、仪器仪表、建筑器材、汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。
由于在工业产品中，一个设计合理的塑件往往能代替多个传统金属结构件，加上利用工程塑料特有的性质，可以一次成型非常复杂的形状，并且还能设计成卡装结构，成倍地减少整个产品中的各种紧固件，大大地降低了金属材料消耗量和加工及装配工时，因此，近年来工业产品塑料化的趋势不断上升。
注塑成型是塑料加工中最普遍采用的方法。
该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的。
由于注塑成型加工不仅产量多，而且适用于多种原料，能够成批、连续地生产，并且具有固定的尺寸，可以实现生产自动化、高速化，因此具有极高的经济效益。
随着工业生产的迅速发展，注塑模具设计可以根据人们的具体要求进行产品的尺寸设计，设计一副能够生产所给塑件、结构合理、能保证制品的精度、表面质量的模具产品，最大程度的满足了用户的需求。
塑料模具工业在国民经济发展过程中发挥着越来越重要的作用。
近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。
1.2注塑模具设计国内外发展趋势
为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要，模具的标准化工作十分重要，目前我国模具标准化程度只达到了20%。
注射模方面关于模具零件、模具技术条件和标准模架等已经制定了一些国家标准标。
比如，2005年中国模具工业产值达到610亿元,增长率保持在25%的高水平,行业的生产能力约占世界总量的10%,仅次于日本、美国而位列世界第三。
我国注塑模具产品的质量和生产工艺水平,总体上比国际先进水平低许多,而模具生产周期却要比国际先进水平长许多。
因此注塑模具设计成了我国当今社会发展必不可缺少的行业。
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置；精密标准模架，精密导向件系列；标准模板及模具标准件的先进技术和等向性标准化模块等。
1.3塑料模具的特点
热塑性塑料注射模的特点是由塑料原材料的特性所决定的，最主要的有两点：
一是注射时塑料熔体的充模流动特性，二是模腔内塑料冷却固化时的收缩行为，这两点决定了注射模的特殊性和设计难度。
由于塑料熔体属于粘弹体，熔体流动过程粘度随剪切应力、剪切速率而变化，流动过程中大分子沿流动方向产生定向；冷却固化过程中塑料的收缩非常复杂，模腔内各部位、各方向收缩率不同，不同种类、牌号的塑料收缩率有很大差异。
基于上述特点，设计注塑模首先要充分了解所加工的塑料原材料的特性，使设计的模具合理适用，并可在设计中有效利用塑料特性，如点浇口模具用于塑料铰链制品。
塑料注射成型模具主要用于成型热塑性塑料制件，近年来在热固性塑料的成型中也得到了日趋广泛的应用。
由于塑料注射成型模具的适用性比较广，而且用这种方法成型塑料制件的内在和外观质量均较好，生产效率特别高，所以塑料注射模具已日益引起人们的重视
1.4注塑模具设计的要求及程序
1.4.1基本要求
（1）合理地选择模具结构；
（2）正确地确定模具成型零件的尺寸；
（3）设计的模具应当制造方便；
（4）充分考虑塑件设计特色，尽量减少后加工；
（5）设计的模具应当效率高、安全可靠；
（6）模具零件应耐磨耐用；
（7）模具结构要适应塑料的成型特性。
1.4.2基本程序
（1）调研、消化原始资料；
（2）选择成行设备；
（3）拟订模具结构方案；
（4）方案的讨论与论证；
（5）绘制模具装配草图；
（6）绘制模具的装配图；
（7）绘制零件图；
（8）编写设计说明书。
1.5本文的主要研究工作
本文的主要工作是：
本论文根据以上资料分析，主要内容包括设计说明书一份，放大镜注塑模具设计2D图纸一套。
具体为：
（1）放大镜材料的选择。
（2）模具的结构分析与设计包括：
型腔数目及排布、分型面的选
择与浇注系统的设计、成型零部件的工作尺寸计算、导柱导向机构的设计、推出机构的设计、冷却系统设计等。
具体研究的问题有：
（1）塑料收缩率的确定；
（2）模具型芯尺寸计算；
（3）分型面的选择对外观的影响；
（4）型腔数目排布；
（5）冷却系统的设计；
（6）推出机构的设计；
（7）温度调节系统设计：
第二章制件结构的设计工艺性分析外壳材料的选择
2.1制件结构的设计
塑件的2d图，如图2-1所示，制件外表面要求美观。
图2-1放大镜
2.2材料的选择
干燥处理：
PMMA具有吸湿性因此加工前的干燥处理是必须的。
建议干燥条件
PMMA
为90C、2~4小时。
熔化温度：
240~270C。
模具温度：
35~70C。
注射速度：
中等
化学和物理特性PMMA具有优良的光学特性及耐气侯变化特性。
白光的穿透性高达92%。
PMMA制品具有很低的双折射，特别适合制作影碟等。
PMMA具有室温蠕变特性。
随着负荷加大、时间增长，可导致应力开裂现象。
PMMA具有较好的抗冲击特性。
由于PMMA表面硬度不高、易擦毛、抗冲击性能低、成型流动性能差等缺点，PMMA的改性相继出现。
如甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯、丁二烯的共聚，PMMA与PC的共混等。
超级透明PMMA材料主要用于手机保护屏，该产品分为有硬化涂层，没有硬化涂层两种.其特点是透光率极好，没有杂质，静电保护膜，表面硬化厚后硬度可达5-6H以上.目前特别推荐用于硬化处理的PMMA材料，国内称为生板。
压克力性能
透明度优良，有突出的耐老化性；
它的比重不到普通玻璃的一半，抗碎裂能力却高出几倍；它有良好的绝缘性和机械强度；对酸、碱、盐有较强的耐腐蚀性能；且又易加工；可进行粘接、锯、刨、钻、刻、磨、丝网印刷、喷
PMMA
砂等手工和机械加工，加热后可弯曲压模成各种压克力制品。
物理性能
聚甲基丙烯酸甲酯（Polymethylmethacrylate，简称PMMA，英文Acrylic），又称做压克力或有机玻璃，在香港多称做阿加力胶，具有高透明度，低价格，易于机械加工等优点，是平常经常使用的玻璃替代材料。
设计新颖、工艺先进、色调高雅、造型美观。
1.PMMA的密度比玻璃低：
PMMA的密度大约在1150-1190kg/m3，是玻璃（2400-2800kg/m3）的一半；
2.PMMA的重量较轻：
PMMA的密度为1.19g/cm3，同样大小的材料，其重量只有普通玻璃的一半，金属铝（属于轻金属）的43%。
3.PMMA的机械强度较高：
有机玻璃的相对分子质量大约为200万，是长链的高分子化合物，而且形成分子的链很柔软，因此，有机玻璃的强度比较高，抗拉伸和抗冲击的能力比普通玻璃高7～18倍。
有一种经过加热和拉伸处理过的有机玻璃，其中的分子链段排列得非常有次序，使材料的韧性有显著提高。
用钉子钉进这种有机玻璃，即使钉子穿透了，有机玻璃上也不产生裂纹。
这种有机玻璃被子弹击穿后同样不会破成碎片。
因此，拉伸处理的有机玻璃可用作防弹玻璃，也用作军用飞机上的座舱盖。
4.PMMA的熔点较低：
PMMA的熔点约130–140°C（265–285°F）比玻璃约1000度的高温低很多。
5.PMMA的透光率较高
6.可见光：
PMMA是目前最优良的高分子透明材料，透光率达到92%，比玻璃的透光度高[1]。
7.紫外光：
石英能完全透过紫外线，但价格高昂，普通玻璃只能透过0.6%的紫外线，但PMMA却能透过73%。
PMMA不能滤除紫外线（UV）。
紫外光会穿透PMMA，部份制造商[2]在PMMA表面进行镀膜，以增加其滤除紫外光的效果和性质。
另一方面，在照射紫外光的状况下，与聚碳酸酯相比，PMMA具有更佳的稳定性
8.红外线：
PMMA允许小于2800nm波长的红外线通过。
更长波长的IR，小于25,000nm时，基本上可被阻挡。
存在特殊的有色PMMA，可以让特定波长IR透过，同时阻挡可见光，（应用于远程控制或热感应等）。
化学性能
聚甲基丙烯酸甲酯为无色液体，具有香味，沸点101℃，密度为0.940克/厘米3（25℃）。
工业上是先用丙酮氰醇法或异丁烯催化氧化法制出甲基丙烯酸，然后酯化而得。
它容易聚合,需要在5℃以下存放,或加入0.01%左右的对苯二酚阻聚剂来保存。
使用前将其蒸馏，把阻聚剂分出。
聚甲基丙烯酸甲酯能溶于自身单体、氯仿、乙酸、乙酸乙酯、丙酮等有机溶剂。
由于它能溶于自身单体中，它的本体聚合物非常透明（见本体聚合）。
它的铸板聚合物的数均分子量一般为2.2×104，相对密度为1.19～1.20，折射率为1.482～1.521，吸湿度在0.5%以下，玻璃化温度为105℃。
它的抗拉强度为6～7千克力/毫米2,耐压强度为12～14千克力/毫米2,耐冲击性比聚苯乙烯好；透光性很好，并能透过90%以上的紫外线（普通玻璃几乎不透过紫外线）；耐光老化性优异，在户外放置数年而不着色；它还有不易破碎的特点。
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压克力板与有机玻璃
"有机玻璃"源自英文OrganicGlass。
近年来在某些地区将所有的透明
'有机玻璃'
塑料制成的板材统称为有机玻璃，其实这是错误的，压克力是专指纯聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料，而把PMMA板材称作有机玻璃。
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压克力板之特性与优点
采用新型聚脂材料,经热曲成型或平面镶边,金属托底内置光源,极具视觉冲击力。
耐侯性:
面板涂覆高浓度紫外线吸收剂,金属底座喷涂进口汽车漆
压克力具有高透明度
可保长久耐侯,永不褪色,使用年限长达5～8年。
耐久性：
产品对内置光源具有良好的保护，延长光源产品使用寿命。
合理性:
合理性设计,防雨防潮;开启式结构,便于维修。
耐冲击性:
是玻璃产品的200倍,几乎没有断裂的危险。
透光性:
高达93%,透光极佳、光线柔和、璀璨夺目。
耐燃性:
不自燃并具自熄性。
美观性:
工艺精美,全字体呈镜面效果,底座无褶皱,无接缝,所有铆固件不外露。
节能性:
透光性能好，相应减少光源产品,省电电,降低使用成本。
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2.3结构工艺性分析
（1）塑件的尺寸精度分析
此零件尺寸精度按照MT5计算。
（2）塑件的表面质量分析
该塑件表面要求较高。
（3）塑件的结构工艺性分析
1.壁厚分析
壁厚比较均匀
2.脱模角度分析
该注塑零件壁厚比较均匀，其脱模斜度查参考文献中的有塑件内表面35′~1°，塑件外表面40′~1°20′。
（4）塑件的生产批量
塑件的生产类型对注射模具结构、注射模具材料使用均有重要的影响。
在大批量生产中，由于注射模具价格在整个生产费用中所占的比例较小，提高生产率注射模具寿命问题比较突出，所以可以考虑使用自动化程度较高、结构复杂、精度寿命高的模具。
如果是小批量生产，则应尽量采用结构简单、制造容易的注射模具，以降低注射模具的成本。
该塑件产量达10万件，生产类型属于大批量生产，可以考虑采用一模多腔、快速脱模以及成型周期不宜太长的模具，同时模具造价适当控制。
2.4小结
这一章主要讲解了放大镜工艺性分析，材料的选择。
通过对放大镜的工艺性分析知道了塑件的结构对模具精度的要求。
另外塑料材料有多种比如；PMMAV、PMMA、PMMA等其中PMMA的性能最好大学生信息网
第三章注射机的型号选择和校核
3.1注塑机成型参数计算
（5）初选注射机
i）计算塑件体积和重量
通过估算可获得产品质量约为12g。
ii）根据塑件本身的几何尺寸形状及生产批量确定型腔数目
由于该塑件尺寸有一般精度要求，不宜采用太多型腔数目，所以考虑采用一模4腔，型腔平衡布置在型腔板两侧，以方便浇口排列和模具的平衡。
如图
iii）确定注射成型的工艺参数
根据该塑件的结构特点和PMM大学生信息网A的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见表2-3。
工艺参数
内容
工艺参数
内容
预热和干燥
温度80～90℃
成型时间/s
注射时间
20～90
时间2h
保压时间
0～5
料筒温度/℃
后段
150～170
冷却时间
20～120
中段
165～180
总周期
50～220
前段
180～200
螺杆转速/（r/min）
30r/min
喷嘴温度/℃
170～180
后处理
方法
红外线灯烘箱
模具温度/℃
50～80
温度/℃
70
注射压力/MPa
600～1000
时间/h
2～4
表2-3
iv）确定模具温度及冷却方式
PMMA为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。
所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在60-80℃.
v）确定成型设备
由于塑件采用注射成型加工，使用一模4腔，因此可计算出一次注射成型过程所用塑料量为：
W=6ω+ω
=6×12+6=78g.
根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑料品种、塑件结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考塑料模具设计与制造P69表2-8，初选XS-ZY-125型柱塞式注射机。
记录下XS-ZY-125型螺杆式注射机的主要参数，见表2-4.
序号
主要技术参数项目
参数数值
1
额定注射量/cm
125
2
注射压力/MPa
120
3
锁模力/KN
900
4
动、定模模板最大安装尺寸/（mm×mm）
428×458
5
最大模具厚度/mm
300
6
最小模具厚度/mm
200
7
最大开合模行程/mm
300
8
喷嘴前端球面半径/mm
12
9
喷嘴孔直径/mm
4
10
定位圈直径/mm
100
表2-4
3.2小结
这一章主要完成了以下任务，塑件体积的估算、注塑机选择、注塑机的校核。
通过估算体积可以算出塑件的重量，通过估算重量来选择注塑机的型号。
第四章模具结构的分析与设计
4.1总体结构大学生信息网
由于制品结构外观要求较严，，用四根导柱导套组成导向部件来确保动模与定模合模时能正确对中。
成型部件由凹模和模板整体式，凸模与下模板镶嵌式，由于镶件比较长，避免在成型中损坏，所以在另外一端，也要进行定位，增加它的刚度和强度，合模后便组成了模具的行腔，凸模固定板用螺钉从背部固定，以便于拆装更换，提高整个模具的寿命。
总体结构如图４-１所示。
图4-1模具结构图
4.2行腔数目及排布大学生信息网
（1）
项
可选方案
方案分析
结论
行型腔布局
1.一模一腔，生产效率低，不利于大批量生产
。
模具材料利用率低，造成材料浪费
×
行型腔布局
1.一模4腔，生产效率高
2.模具结构紧凑
3.零件分布对称，利于形成流动平衡的浇注系统
√
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、h行排列、直线排列、及复合式排列等。
型腔的排列要基于塑件的形状和大小来确定，型腔的布置和浇口的开设要力求对称，而且是用一模4腔的设计，这样可以防止模具承受偏载而产生溢料现象，型腔排列宜紧凑，减轻模具重量，基于以上条件在这里选择h行排列如
4.3分型面的选择及浇注系统的设计大学生信息网
4.3.1分型面的设计
模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触面称为分型面。
分型的设计将影响到塑件的质量，模具的整体结构。
（1）分型面的形式：
注射模有一个分型面，也有多个分型面，分型面的形状应尽可能简单，以便于模具的制造和塑件的脱模。
分型面的位置主要有如图4-3所示，分型面的形状如图4-4所示。
图4-3分型面的位置大学生信息网
图4-4分型面的形状
（2）分型面的选择原则
①分型面应选择在塑件的最大轮廓处，这样能使塑件顺利脱模。
②一般模具的脱模机构设置在动模一侧，模具开模后塑件在应该停留在动模一侧，以便塑件脱出。
如图4-5所示：
③分型面的选择要保证塑件的精度要求塑件光滑的一面不应该设计成分型面，以避免影响外观。
④分型面的选择还应该考虑到模具的侧向抽拔距，由于模具侧向分型是由机械式分型机构来完成的，所以抽拔距都比较小，选择分型面应将抽芯或分型距离长的方向置于开合模的方向将小抽拔距作为侧向分型或抽芯。
⑤分型面作为主要的排气渠道，应将分型面设计在熔融料的流动末端，以利与模具型腔内气体的排出。
4.3.2排气系统的设计大学生信息网
从某种角度而言，注塑模也是一种置换装置。
即塑料熔体注入模腔同时，必须置换出型腔内空气和从物料中逸出的挥发性气体。
排气系统是注塑模具设计的重要组成部分。
由于塑件的体积较大，且属于薄壁件，型腔不深，分型面较长，顶杆和小型芯有较多，故不需另外增设排气槽，利用分型面、顶杆以及小型芯等的配合间隙排气即可，其间隙约为0.03mm，试模后若排气不顺则可另外增设排气槽。
4.3.3浇注系统的设计
主流道与注射机的高温喷嘴反复接触碰撞，故应设计成独立可拆卸更换的浇口套，采用优质钢材制作，并经热处理提高硬度，定位圈与浇口套分开设计，如图3-3所示。
（1）主浇道的设计
查资料得到XS-ZY-125型柱塞式注射机与喷嘴有关尺寸：
喷嘴前端球面半径SR
=12mm，喷嘴孔直径d
=4mm，定位圈直径为φ100毫米。
为保证模具主流道与喷嘴的紧密接触，避免溢料，主流道与喷嘴的关系为：
SR=SR
+（1-2）,d=d
+0.5。
因此，取主流道球面半径SR=14mm（取标准值），主流道的小端直径d=4.5mm。
为了便于将凝料从主流道中拔出，应将主流道设计成圆锥形，其斜度2°～4°，取2°，
计算其大端直径约为φ10mm;为避免模内
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