化工仪器上盖注射模毕业设计说明书Word格式文档下载.docx
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1引言
模具制造是国家经济建设中的一项重要产业，振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。
“模具是工业生产的基础工艺装备”也已经成为广大业内人士的共识。
在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。
用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。
模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。
模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域。
1.1塑料简介
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力下具有流动性。
可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状而不发生变化。
塑料有很多优异性能，广泛应用于现代工业和日常生活，它具有密度小，质量轻，比强度高，绝缘性能好，介电损耗低，化学稳定性高，减摩耐磨性能好，减振隔音性能好等诸多优点。
另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射及耐瞬时烧蚀等特殊性能[1]。
塑料以从代替部分金属、木材、皮革及无机材料发展成为各个部门不可缺少的一种化学材料，在国民经济中，塑料制作已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
1.2注塑成型及注塑模
将塑料成型为制品的生产方法很多，最常用的有注射，挤出，压缩，压注，压延和吹塑等。
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，几乎的有的热塑性塑料都可以采用此方法成型。
它具有成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精度较高、易于实现全自动化生产等一系列优点。
因此广泛用于塑料制件的生产中，其产口占目前塑料制件生产的30%左右。
但注射成型的设备价格及模具制造费用较高，不适合单件及批量较小的塑料件的生产。
要了解注射成型和注射模，首先得了解注射机的一些基本知识，注射机是注射成型的主要设备，依靠该设备将粒状塑料通过高压加热等工序进行注射。
注射机为热塑性或热固性塑料注射成型所用的主要设备，按其外形可分为立式、卧式、直角式三种，由注射装置、锁模装置、脱模装置，模板机架系统等组成。
注射成型是根据金属压铸成型原理发展而来的，其基本原理是利用塑料的可挤压性和可模塑性。
首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过料筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。
注射成型生产中使用的模具叫注射模，它是实现注射成型生产的工艺装备。
注射模的种类很多，其结构与塑料品种、塑件的复杂程度和注射机的种类等很多因素有关，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成的。
定模部分安装在注射机的固定板上，动模部分安装在注射机的移动模板上，在注射成型过程中它随注射机上的合模系统运动。
注射成型时动模部分与定模部分由导柱导向而闭合。
一般注射模由成型零部件、合模导向机构、浇注系统、侧向分型与抽芯机构、推出机构、加热和冷却系统、排气系统及支承零部件组成[2]。
注射模、塑料原材料和注射机通过注射成型工艺联系在一起。
注射成型工艺的核心问题就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量。
注射机和模具结构确定以后，注射成型工艺条件的选择与控制便是决定成型质量的主要因素。
注射成型有三大工艺条件，即：
温度、压力、时间。
在成型过程中，尤其是精密制品的成型，要确立一组最佳的成型条件决非易事，因为影响成型条件的因素太多，有制品形状、模具结构、注射装备、原材料、电压波动及环境温度等。
塑料模具的设计不但要采用CAD技术，而且还要采用计算机辅助工程（CAE）技术。
这是发展的必然趋势。
注塑成型分两个阶段，即开发/设计阶段（包括产品设计、模具设计和模具制造）和生产阶段（包括购买材料、试模和成型）。
传统的注塑方法是在正式生产前，由于设计人员凭经验与直觉设计模具，模具装配完毕后，通常需要几次试模，发现问题后，不仅需要重新设置工艺参数，甚至还需要修改塑料制品和模具设计，这势必增加生产成本，延长产品开发周期。
目前国际市场上主要流行的，运用范围最广的注射模流动模拟分析软件有澳大利亚的MOLDFLOW、美国的CFLOW、华中科技大学的H-FLOW等。
其中MOLDFLOW软件包括三个部分：
MOLDFLOWPLASTICSADVISERS（产品优化顾问，简称MPA），MOLDFLOWPLASTICSINSIGHT（注射成型模拟分析，简称MPI），MOLDFLOWPLASTICSXPERT（注射成型过程控制专家，简称MPX）。
2塑料材料分析
2.1塑料材料的成型特性
塑料的密度小、质量轻，对于力求减轻自重的机械设备如车辆、船舶、飞机、航天而言，具有重要意义；
比强度和比刚度高，虽然塑料的绝对强度不如金属高，但因其密度小，所以比强度和比刚度，尤其是以各种高强度纤维状、片状及粉状得金属或非金属增强的塑料，其比强度和比刚度比一般钢材要高出2倍左右；
化学稳定性好，绝大多数塑料都具有良好的耐酸、碱、盐、水和气体的性能，并在一般条件下不于其他物质发生化学反应；
电气性能优良，几乎所有的塑料都具有优越的电气绝缘性能和极低的介质损耗性能；
减摩、耐磨和自润滑性好；
成型和着色性能好，塑料在一定的条件下具有良好的可塑性，这为其成型加工创造了有利的条件，塑料的着色比较容易，而且着色范围广，可根据需要染成各种颜色；
光学性能好并且具有多种防护性能。
2.2塑件材料成型性能
塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣，同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。
PA1010成型性能主要有：
聚酰胺1010（Polyamide1010）简称PA1010是工程技术中广泛应用的一种热塑性塑料，是含有酰胺基的结晶性的线型高聚物。
它的抗拉强度、硬度高，耐磨性和自润滑性很突出，其耐磨性高于作轴承的铜及铜合金，并有很好的耐冲击性能，疲劳强度与铸铁、铝合金相当；
聚酰胺1010耐弱碱和大多数盐类，但不耐强酸和氧化剂；
它不溶于普通的有机溶剂和油脂，但会被甲酚、苯酚、浓硫酸溶解；
聚酰胺1010的耐热性不高，长期使用温度不超过80℃。
聚酰胺1010熔融温度范围较窄，熔点较高，熔点为200～210℃；
由于聚酰胺1010的吸水性大，所以难以制造精度高、尺寸稳定的产品，成型前必须预热烦躁；
聚酰胺的热稳定性较差，预热干燥时会氧化，熔融状态易分解，加上成型收缩率范围及收缩率大，易产生缩孔、凹痕、变形等缺陷。
以上这些都给成型工艺带来一定困难。
在成型时必须采取相应措施以保证成型工艺顺利进行，保证塑料制品的质量。
聚酰胺1010熔融状态粘度低，流动性好，有利成型薄壁制品，但必须严格控制成型温度和正确设计模具，以免产生流涎和溢料。
熔融的聚酰胺1010的冷却速度对其结晶度及制品性能有明显的影响，故应严格控制模具温度及冷却系统。
聚酰胺1010具有优良的机械性能，在工程上用作减摩耐磨零件及传动件，如轴承、齿轮、凸轮、滑轮、衬套、铰链等；
制造电器、仪表、电子设备中的骨架、垫圈、支架、外壳等零件；
还可用作阀座、密封圈、单丝、薄膜及日用品。
表1PA1010的性能指标
密度g·
㎝-3
1.04
体积电阻（Ω·
㎝）
1014～1015
相对粘度
1.9～2.3
拉伸强度/MPa
>
=42
熔点/℃
200～210
抗弯强度/MPa
=78
收缩率（﹪）
2～2.2
冲击韧度kJ/m2
=20
热变形温度/℃
45
表面电阻（Ω）
2.3塑件材料成型条件
确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近，只有这样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效率和经济效益。
PA1010的注射工艺条件参数见表2、3。
表2PA1010的注射工艺参数
注射机类型
预热温度℃
喷嘴温度℃
料筒温度℃
模具温度℃
前段
后段
螺杆式
100～110
210～210
210～230
190～210
40～80
表3PA1010的注射工艺参数
注射压力MPa
成型时间S
冷却时间S
成型周期
S
后处理介质
后处理温度℃
后处理时间S
40～100
20～90
20～120
45～220
热水浴或
鼓风烘箱
70
2～4
3塑件的工艺分析
在模具设计之前需要对塑伯的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
电动机外壳如图
（1）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构几何形状有点不规则，外轮廓线由圆弧和直线组成。
图1化工仪器上盖平面视图
3．1塑件的结构设计
3.1.1脱模斜度
由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。
为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。
脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。
斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。
通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5
，根据文献[1]，塑件材料PA的型腔脱模斜度为25
～45/
，型芯脱模斜度为20/～45/。
PA1010的流动性好，为使注射充型流畅，取其脱模斜度为1°
。
3.1.2塑件的壁厚
塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。
塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。
一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。
因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。
但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。
选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。
塑件壁厚一般在1～4
，最常用的数值为2～3
该化工仪器上盖壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2
塑件上的法兰盘壁厚为
0.8㎜。
3.1.3塑件的圆角
为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。
在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1
的圆角。
一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。
3.2塑件尺寸及精度
塑料制品外形尺寸的大小主要取决于塑料品种的流动性和注射机规格，在一定的设备和工艺条件下流动性好的塑料可以成型较大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比较小。
从节约材料和能源的角度出发，只要能满足制品的使用要求，一般都应将制品的结构设计的尽量紧凑，以便使制品的外形尺寸玲珑小巧些。
该塑件的材料为PA1010，流动性较好，适用于不同尺寸的制品。
塑件的尺寸精度直接影响模具结构的设计和模具的制造精度。
为降低模具的加工难度和模具的制造成本，在满足塑件要求的前提下尽量把塑件的尺寸精度设计得低一些。
由于塑料与金属的差异很大，所以不能按照金属零件的公关等级确定精度等级。
根据我国目前的成型水平，塑件尺寸公差可以参照文献[1]表2-4国家标准塑件尺寸公差（GB/T14486-1993）的塑料制件公差数值标准来确定。
根据文献[1]，选用一般精度等级以及图纸要求的未注公差等级，PA的精度等级一般为四级，图纸要求的未注公差等级为七级，可在文献中查到相应的公差值。
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。
这除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等疵点来保证外，主要是取决于模具型腔表面粗糙度。
塑料制品的表面粗糙度一般为Ra0.02～1.25
之间，模腔表壁的表面粗糙度应为塑件的1/2，即Ra0.01～0.63
模具在使用过程中由于型腔磨损而使表面粗糙度不断增加，所以应随时给以抛光复原。
3.4塑件的体积和质量
通过Pro/E建模分析得塑件质量属性如图2所示：
塑件体积：
V塑=28.951cm3
塑件质量：
m塑=ρV塑…………………………………………………………
（1）
m塑=1.04×
9.44g=30.1g
塑件的正面投影面积：
S=304.5㎜2
图2塑件的Pro/E建模
4注射成型工艺方案及模具结构的分析和确定
4.1注射成型工艺过程分析
根据塑件的结构、材料及质量，确定其成型工艺过程为：
第一步：
为使注射过程顺利和保证产品质量，应对所用的设备和塑料作好以下准备工作。
1）成型前对原材料的预处理
根据注射成型对物料的要求，检验物料的含水量，外观色泽，颗粒情况并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标，对原材料进行适当的预热干燥，PA1010材料吸水率较高，成型前一般必须进行预热和干燥。
用80℃热风干燥约5～6h。
2）料筒的清洗
在初用某种塑料或某一注射机之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注射机（主要是料筒）进行清洗或拆换。
柱塞式注射机料筒的清洗常比螺杆式注射机困难，因为柱塞式料筒内的存料筒较大而不易对其转动，清洗时必须拆卸清洗或者采用专用料筒。
对螺杆式通常是直接换料清洗，也可采用对空注射法清洗。
3）脱模剂的选用
脱模剂是使塑料制件容易从模具中脱出而敷在模具表面上的一种助剂。
一般注射制件的脱模，主要依赖于合理的工艺条件与正确的模具设计。
在和产上为了顺利脱模，常用的脱模剂有：
硬脂酸锌，液体石蜡（白油），硅油，对PA材料，除硬脂酸锌外，其他脱模剂均可使用。
第二步:
注射成型过程
完整的注射过程表面上共包括加料、塑化、注射入模、稳压冷却和脱模几个步骤，但实际上是塑化成型与冷却两个过程。
第三步：
制件的后处理
注射制件经脱模或机械加工后，常需要进行适当的后处理，目的是为了消除存在的内应力，以改善和提高制件的性能及尺寸稳定性。
制件的后处理主要有退火和调湿处理。
该塑料制件材料为PA1010，采用在油、水、盐水介质中处理4h。
凡在潮湿环境下使用的应进行调湿处理，在100～120℃水中加热2～8h。
4.2分型面位置的确定
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，它们的接触表面分开时能够取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面称为分型面，它是决定模具结构的重要因素，每个塑件的分型面可能只有一种选择，也可能有几种选择。
合理地选择分型面是使塑件能完好的成型的先决条件。
选择分型面时，应从以下几个方面考虑：
1）分型面应选在塑件外形最大轮廓处；
2）使塑件在开模后留在动模上；
3）分型面的痕迹不影响塑件的外观；
4）浇注系统，特别是浇口能合理的安排；
5）使推杆痕迹不露在塑件外观表面上；
6）使塑件易于脱模。
综合考虑各种因素，并根据本模具制件的外观特点，受用平面分型面，并选择在塑件的最大平面处，开模后塑件留在动模一侧，如图3所示
图3分型面的位置
4.3型腔数目的确定
型腔数量的确定该塑件采用的精度较低，并且为大批量生产，可采取一模多腔的结构形式。
同时，考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费等因素，初步定为一模两腔结构形式。
4.4浇口种类的确定
注射模的浇注系统是指模具中从注射机喷嘴开始到型腔为止的塑料流动通道。
其作用是将塑料熔体充满型腔并使注射压力传递到各个部分。
浇注系统设计的好坏对塑件性能、外观及成型难易程度影响很大。
它由主流道、分流道、浇口及冷料穴组成。
其中浇口的选择与设计恰当与否直接关系到制品能否完好的成型。
由于本设计中塑件化工仪器上盖外表面质量要求较高，不允许出现裂纹和变形缺陷，所以选用点浇口。
当熔体通过点浇口时，有很高的剪切速率和摩擦，产生热量，提高熔体的温度和降低熔体粘度，有利于熔体的流动，从而能获得外形清晰、表面光泽的塑料制品。
塑料制品的浇口在开模时即被拉断，浇口痕迹呈圆点状，不明显，所以点浇口可开在塑件表面及任何位置，并不影响制品的外观。
点浇口一般开在塑件顶部，因其注射流程短，拐角小，排气条件又好，因此很容易成型。
适用于外观要求较高的壳类，或盒类塑件的单腔模、多腔模等各种模具，适用比较广泛。
4.5注射机的选择和校核
注射量的计算
通过三维软件建模设计分析计算得
V塑=28.951㎝3
m塑==1.04×
28.951g=30.1g
式中，ρ参考文献[1]表4-44可取1.04g/㎝3。
浇注系统凝料体积的初步估算
浇注系统的凝料在设计之前是不能确定准确地数值，但是可以根据经验按照塑件体积的0.2～1倍来估算。
由于本次采用流道简单并且较短，因此浇注系统的凝料按塑件体积的0.2倍计算，故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为
V总=V塑（1+0.2）×
2………………………………………………
（2）
V总=28.951×
1.2×
2=69.48㎝3
选择注射机
根据第二步计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积V总=69.48㎝3，并结合文献[1]式（4-18）则有：
V=V总/0.8…………………………………………（3）
V=69.48/0.8㎝3=86.85㎝3
根据以上的计算，初步选定公称注射量为100㎝3，注射机型号为SZ-100/60立式注塑成型机，其主要技术参数见表4。
表4注射机主要技术参数
理论注射量／㎝3
100
拉杆内直径／㎜
500×
440
螺杆柱塞直径／㎜
35
移模行程／㎜
260
注射压力／Mpa
150
最大模具厚度／㎜
340
锁模力／kN
600
最小模具厚度／㎜
10
喷嘴口直径／㎜
4
喷嘴球半径／㎜
12
注射机的相关参数的校核
注射压力校核。
查文献[1]表4-1可知，PA1010所需注射压力为90MPa～101MPa，这里取P0=100MPa，该注射机的公称注射压力P公=150MPa，注射压力安全系数K1=1.25～1.4，这里取K1=1.3，则：
K1P0=1.3×
100=130MPa<
P公。
所以，注射机压力合格。
锁模力校核
塑件在分型面上的投影面积
A塑=482Π+10×
17+8.52Π/4-32Π/2-6×
17/2………………………（4）
A塑=7452.86㎜3
浇注系统在分型面上的投影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇数值，可以按照多型腔模的统计分析来确定。
A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A浇的0.2～0.5倍。
由于本设计的浇道较简单，分流道相对较短，因此流道凝料投影面积可以适当取小些。
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