購買設(shè)計請充值后下載，，資源目錄下的文件所見即所得，都可以點開預覽，，資料完整，充值下載就能得到。。?！咀ⅰ浚篸wg后綴為CAD圖，doc,docx為WORD文檔，【有不明白之處，可咨詢QQ:1304139763】
Microsystem Technologies 10 2004 531 535 Springer Verlag 2004 DOI 10 1007 s00542 004 0387 2 Replication of microlens arrays by injection molding B K Lee D S Kim T H Kwon B K Lee D S Kim T H Kwon however flow rate has the similar effect to PC It might be reminded that packing time does not affect the replicability if a gate is frozen since frozen gate prevents material from flowing into the cavity Therefore the effect of packing time disappears after a certain time depending on the processing conditions Fig 4a c leftside Surface profiles of microlens PC with diameter of 300 m a effect of packing pressure b effect of flow rate c effectof packing time Fig 5a c rightside Surface profiles of microlens PMMA with diameter of 300 m a effect of packing pressure b effect of flow rate c effect of packing time 4 2 Surface roughness Averaged surface roughness Ra values of 300 m diameter microlenses and the mold insert were measured by an atomic force microscope Bioscope AFM Digital Instruments The measurements were performed around the top of each microlens and the measuring area was 5 m 5 m Figure 6 shows AFM images and measured Ra values of microlenses PMMA replicas of microlens have the lowest Ra value 1 606 nm It may be noted that AFM measurement indicated that Ra value of injection molded microlens arrays is smaller than the corresponding one of the mold insert The reason for the improved surface roughness in the replicated microlens arrays is not clear at this moment but might be attributed to the reflow caused by surface tension during a cooling process It may be further noted that the Ra value of injection molded microlens arrays is comparable with that of fine optical components in practical use Fig 6 AFM images and averaged surface roughness Ra values of the mold insert and injection molded 300 m diameter microlenses a Nickel mold insert b PS c PMMA d PC 4 3 Focal length The focal length of lenses can be calculated by a wellknown equation as follows 12 nfR where f nl R1 and R2 are focal length refractive index of lens material two principal radii of curvature respectively For instance focal lengths of the molded microlenses were approximately calculated as 1 065 mm with R1 0 624 mm and R2 11 for 200 m diameter microlens 1 130 mm with R1 0 662 mm and R2 for 300 m microlens and 2 580 mm with R1 1 512 mm and R2 for 500 m microlens according to Eq 1 These calculations were based on an assumption that microlenses are replicated with PC nl 1 586 and have the identical shape of the mold insert It might be mentioned that the geometry of the molded microlens might be inversely deduced from an experimental measurement of the focal length 5 Conclusion The replication of microlens arrays was carried out by the injection molding process with the nickel mold insert which was electroplated from the microlens arrays master fabricated via a modified LIGA process The effects of processing conditions were investigated through extensive experiments conducted with various processing conditions The results showed that the higher packing pressure or the higher flow rate is the better replicability is achieved In comparison the packing time was found to have little effect on the replication of microlens arrays The injection molded microlens arrays had a smaller averaged surface roughness values than the mold insert which might be attributed to the reflow induced by surface tension during the cooling stage And PMMA replicas of microlens arrays had the best surface quality i e the lowest roughness value of Ra 1 606 nm The surface roughness of injection molded microlens arrays is comparable with that of fine optical components in practical use In this regard injection molding might be a useful manufacturing tool for mass production of microlensarrays References 1 Ruther P Gerlach B Go ttert J Ilie M Mu ller A O mann C 1997 Fabrication and characterization of microlenses realized by a modified LIGA process Pure Appl Opt 6 643 653 2 Popovic ZD Sprague RA Neville Connell GA 1988 Technique for monolithic fabrication of microlens array Appl Opt27 1281 1284 3 Beinhorn F Ihlemann J Luther K Troe J 1999 Micro lens arrays generated by UV laser irradiation of doped PMMA Appl Phys A68 709 713 4 Moon S Lee N Kang S 2003 Fabrication of a microlens array using micro compression molding with an electroformed mold insert J Micromech Microeng 13 98 103 5 Ong NS Koh YH Fu YQ 2002 Microlens array produced using hot embossing process Microelectron Eng 60 365 379 6 Lee S K Lee K C Lee SS 2002 A simple method for microlens fabrication by the modified LIGA process J Micromech Microeng 12 334 340 7 Kim DS Yang SS Lee S K Kwon TH Lee SS 2003 Physical modeling and analysis of microlens formation fabricated by a modified LIGA process J Micromech Microeng 13 523 531 8 Bauer W Knitter R Emde A Bartelt G Go hring D Hansjosten E 2002 Replication techniques for ceramic microcomponents with high aspect ratio Microsyst Technol 7 85 90 微透鏡陣列注塑成型的復制 B K Lee D S Kim T H Kwon 樸航科技大學 POSTECH 機械工程學院 San 31 Hyoja Dong Nam Gu Pohang 790 784 Korea 電子郵箱l thkwon postech ac kr 摘要 微透鏡陣列注塑成型 可作為一種非常重要的大量生產(chǎn)技術(shù) 因此我們在近來的研究中非常關(guān)注 為了進 一步了解注塑成型在不同的加工條件下對可復制的微透鏡陣列剖面的影響 如流量 填料壓力和填料時間 對 3 種 不同的高分子材料 PS PMMA 和 PC 進行了大量的試驗 鎳金屬模具嵌件微陣列就是利用改良的 LIGA 技術(shù)電鍍主 裝配的顯微結(jié)構(gòu)制造的 在表面輪廓得到測量的前提下 研究工藝條件對可復制的微透鏡陣列的影響 實驗結(jié)果表 明 填料壓力和流速對注射模塑的終產(chǎn)品的表面輪廓有重要的影響 原子力顯微鏡測量表明 微透鏡陣列注塑 成型的平均表面粗糙度值小于模具嵌件成型 并在實際運用中 能與精細的光學元件相媲美 1 說明 微型光學產(chǎn)品 如微透鏡或微透鏡陣列已廣泛應用于光學數(shù)據(jù)存儲 生物醫(yī)學 顯示裝置等各 個光學領(lǐng)域 微透鏡和微透鏡陣列不僅在實踐應用上 而且在微型光學的基礎(chǔ)研究上都是非常重要 的 有幾種微透鏡或微透鏡陣列的制作方法 如改良的 LIGA 技術(shù) 1 光阻回流進程 2 紫外激 光照射 3 等 還有復制技術(shù) 如注塑模壓成型 4 和熱壓 5 技術(shù) 這種方法對于減少大規(guī)模生產(chǎn) 的微型光學產(chǎn)品的成本尤為重要 由于其優(yōu)越的生產(chǎn)和再生產(chǎn)能力 只要注塑成型過程中能很好的 復制微觀結(jié)構(gòu) 那么肯定是最適合于降低大量生產(chǎn)成本的方法 基于這點 檢查注塑成型能力并確定成型加工條件是注塑成型微觀結(jié)構(gòu)過程中最重要的步驟 在本次研究中 我們考察了工藝條件對可復制的微透鏡陣列的注射成型的影響 微透鏡陣列是用之 前介紹過 6 7 的改良的 LIGA 技術(shù)來編制的 注塑成型實驗采用的是一種鍍鎳金屬模具 來探討了 幾種不同工藝條件對成型的影響 通過對微透鏡陣列的表面輪廓測量 用來分析工藝條件產(chǎn)生的影 響 最后 利用原子力顯微鏡 AFM 測量微透鏡的表面粗糙度值的大小 2 模具嵌件的制造 利用改良的 LIGA 技術(shù) 6 在一個有機玻璃板上制造出具有幾種不同直徑微透鏡陣列 此種技 術(shù)是先用 X 光照射有機玻璃板 然后再進行熱處理兩部分構(gòu)成的 X 射線照射引起有機玻璃分子質(zhì) 量的減少 同時降低了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 并因此導致凈含量的增加 在熱循環(huán)的作用下 微透鏡發(fā) 生微膨脹 7 利用 7 中提出的方法 結(jié)合改良的 LIGA 技術(shù)可以預測微透鏡形狀的變化過程 在試驗中使用的微透鏡陣列 有 500 m 2 2 陣列 300 m 2 2 和 200 m 5 5 的直徑陣列 高分別是 20 81 m 17 21 m 和 8 06 m 采用改良的 LIGA 技術(shù)制造微透鏡陣列作為一個主要的技 術(shù) 用來制作鍍鎳的金屬模具的注塑成型 另一些特殊材料 因為它們的強度不夠或熱性能差而不 能直接進行微細加工 當作模具或金屬模具使用 如硅 光阻劑或高分子材料 盡量使用具有良好 機械性能和熱性能的金屬材料 因為它們能在可復型加工過程中經(jīng)受高壓力和不斷變化的溫度 因 此 為了利用這種復制技術(shù)進行大批量生產(chǎn) 我們選擇使用金屬模具材料而不是有機玻璃硅晶體 一些特殊技術(shù) 如低壓注塑成型 8 技術(shù) 應該作為良好的復制加工方法被采納 電鍍模具的最終大小為 30 mm 30 mm 3mm 鍍鎳金屬模具所具有的微透鏡陣列如圖 1 所示 圖 1 鍍鎳模具嵌件的制造 a 直接觀察 b 直徑為 200 m 的微透鏡陣列電子顯微鏡圖像 c 直徑為 300 m 的微透鏡陣列電子顯微鏡圖像 3 注塑成型實驗 傳統(tǒng)注塑機 Allrounders 220 M Arburg 多用做實驗機 注塑模具設(shè)計的模架就是利用一塊框 形支撐板固定鍍鎳模具 如圖 2 所示 圖 2 注塑模具實驗中使用的模架和嵌件 用修改的微透鏡陣列確定模具零件孔形加強板 在這次實驗中 是一塊矩形板 的外部形狀 模架本身已含有傳輸系統(tǒng) 如注射口 流道及澆口 通過支撐板 模具流道和滑動的模具表面將熔 融聚合物引入模腔 用這種方法設(shè)計的模架 能夠使模具零件更換起來簡單容易 不過 有時候 也使用具有特定孔徑形狀的支撐板 實驗主要用三種普通高分子材料 PS 615APR 陶氏化學 有機玻璃 IF870 LG MMA 和 PC Lexan 141R 進行注塑成型 這些高分子材料通常在光學元件上使用 它們有不同的折射率 PS PMMA 和 PC 的折射率分別為 1 600 1 490 和 1 586 能生產(chǎn)出具有不同的光學特性的產(chǎn)品 例如 具有相同的幾何尺寸卻有不同的焦距的光學元件 通過改變每個高分子材料的流速 充填壓力和充填時間獲得 7 種加工條件進行注塑成型試驗 此外 為了檢查是否能可再生產(chǎn) 同一實驗往往需要重復三次 可能有人會指出 實驗中沒有考慮 模具溫度的影響 這是因為溫度效應相對來說不是主要因素 而且微透鏡陣列曲率半徑比其他微觀 結(jié)構(gòu)的高寬縱橫比大 正是因為較大的微觀結(jié)構(gòu)高寬縱橫比 使我們目前研究的溫度效應更加可靠 并計劃在將來實驗時進行單獨報告 因此 在這項研究中 我們保持模具溫度不變 而流速 充 填壓力和充填的時間都變化的情況下 能更清楚的觀察其產(chǎn)生效果 表 1 詳細的列出了三種高分子 材料 PC PMMA 和 PS 在其他加工條件都保持不變 將模具溫度分別設(shè)定為 80 70 和 60 的情 況下的實驗結(jié)果 表 1 注塑模具實驗中詳細的工藝條件 序號 流 速 cc s 充填時間 s 充填壓力 MPa 1 12 0 5 0 10 0 2 12 0 5 0 15 0 3 12 0 5 0 20 0 4 12 0 2 0 10 0 5 12 0 10 0 10 0 6 18 0 5 0 10 0 PS 7 24 0 5 0 10 0 1 6 0 10 0 10 0 2 6 0 10 0 15 0 3 6 0 10 0 20 0 4 6 0 5 0 10 0PMMA 5 6 6 0 9 0 15 0 10 0 10 0 10 0 續(xù)表 1 序號 流 速 cc s 充填時間 s 充填壓力 MPa 7 12 0 10 0 10 0 1 6 0 5 0 5 0 2 6 0 5 0 10 0 3 5 5 0 10 0 15 0 5 0 6 6 0 6 0 9 0 5 0 5 0 PC 7 12 0 5 0 5 0 可能有人會指出 我們的實驗沒有考慮型腔出現(xiàn)真空狀態(tài)時的情況 其實大可不必擔心 因為 在本研究中的注射階段 大曲率半徑的微透鏡陣列不會把空氣引入到型腔中 4 討論和結(jié)果 在詳細討論實驗結(jié)果之前 認真思考一下 可能有助于總結(jié)為什么流速 充填壓力和充填時間 在這項研究中被選為不同的加工條件 影響復制的質(zhì)量 就流速而言 可能存在一個最佳流速 而 在完成充填之前 流速太小會使得熔融聚合物過冷卻 從而可能導致所謂的短暫的不連續(xù)現(xiàn)象 而 過高的流速增大了壓力面積 這是不可取的 充填階段是一般要求 是要在冷卻時能夠彌補熱熔融聚合物的體積收縮 因此 在這個階段 應有足夠的熔融聚合物流入型腔并控制產(chǎn)品的尺寸精度 越高的充填壓力 越長的充填時間 將 使更多的材料持續(xù)不斷的流向型腔 然而 過高的充填壓力 有時可能造成不均勻的密度分布 從而產(chǎn)生劣質(zhì)的光學質(zhì)量 過長的充填時間 不利于在各自澆口處的冷凝 并且會阻止熔融聚合物 流入型腔 因此 我們需要研究不同的充填壓力和充填時間所產(chǎn)生的影響 4 1 表面輪廓 圖 3 所示的是用電子顯微鏡 SEM 掃描的不同注塑微透鏡的直徑的 PMMA 圖像 a 以及不同 材料的圖像 b 代表性的模具表面輪廓以及所有注塑微陣列都是通過三維輪廓測量系統(tǒng) NH 3N Mitaka 測定的 圖 3 注塑模具的微透鏡陣列和微透鏡的電子顯微鏡圖像 a PMMA 微透鏡陣列 b 不同材料直徑為 300 m 微透鏡陣列的注塑模具 作為一個可復制陣列的測量工具 我們已經(jīng)確定了在模具與相應的模具嵌件分開的微陣列之 間輪廓的相對高度偏差 所有的微透鏡陣列相對偏差值列在表 2 中 具體見表所示 表 2 表面輪廓相對偏差 相對偏差 直徑 m 1 2 3 4 5 6 7 PS 200 300 500 7 62 5 86 2 38 7 59 2 03 0 38 2 08 2 86 0 51 5 61 1 47 8 66 6016 1 47 11 44 4 29 1 47 5 73 1 95 PMMA 200 300 500 7 20 5 77 0 66 1 31 5 60 1 62 3 88 6 45 3 98 5 80 5 95 2 80 0 97 5 95 0 72 8 53 6 68 0 90 4 86 2 62 0 72 PC 200 300 500 23 02 6 20 0 93 16 05 4 96 5 09 16 87 2 66 1 86 19 66 4 53 1 88 33 97 4 78 6 96 18 67 1 79 2 43 2 94 4 15 1 55 值得一提的是 高分子材料的塑性會影響其重復使用性能 因此在研究中 三種高分子材料總 的相對誤差是各不相同的 PC 是三種聚合物中最難注塑成型的材料 在直徑最小的例子中產(chǎn)生最大 的相對偏差 那都是意料之中的事 在這種特殊情況下 充填時間并不對偏差產(chǎn)生顯著影響 最好 的解決方法是采用相對低的流速和充填壓力 PS 和 PMMA 最小的直徑的相對偏差要比 PC 小的多 從表 2 可以看出 直徑越大 相對偏差越小 當然 在注射和保壓階段 直徑大的微透鏡陣列 容易比直徑小的更容易填補 不管是在什么加工條件下和使用什么材料 大直徑的微透鏡陣列一般 都能得到較好的復型 研究發(fā)現(xiàn)直徑 500 m 的 PS 最好復型 一般而言 與 PMMA 和 PC 相比較 PS 具有良好的成型性能 根據(jù)表 2 的數(shù)據(jù) 在考察最小的直徑的 PS 和 PMMA 的相對偏差時 可能會有人提出一些消極的 觀點 認為偏差過大 但是在這些數(shù)據(jù)中可以得到 高度上的絕對偏差在 0 1 m 左右 這是在測量 系統(tǒng)誤差范圍以內(nèi) 所以 在解讀復型實驗數(shù)據(jù)時可以忽略這些消極的觀點 直徑為 300 m 的 PC 和 PMMA 微透鏡表面輪廓分別如圖 4 和圖 5 所示 正如之前所述 在圖 4 所示的 PC 中 越高的充填壓力或越高流速復制微透鏡時效果越好 而充填時間在這些復型例子中只 起一點作用 如圖所示 對于 PMMA 來說 充填壓力和充填時間的作用微不足道 然而 流速對于 PC 也有類似的效果 它可以提醒我們注意如果一個澆口凍結(jié)了 并阻止材料流入型腔時 充填時間 并不影響復型 因此 經(jīng)過一段時間后 充填時間的影響 主要取決于加工條件 圖 4 直徑為 300 m 的 PC 微透鏡表面輪廓 圖 5 直徑為 300 m 的 PMMA 微透鏡表面輪廓 a 充填壓力的影響 b 流速的影響 a 充填壓力的影響 b 流速的影響 c 充填時間的影響 c 充填時間的影響 4 2 表面粗糙度 直徑 300 m 的微透鏡和模具嵌件的平均表面粗糙度 Ra 的值 是用原子力顯微鏡 Bioscope AFM 數(shù)字儀表 測量的 測量了每個微透鏡頂點周圍面積為 5 m 5 m 區(qū)域 圖 6 所示的是原子 力顯微鏡圖象和所測量的微透鏡 Ra 的值 PMMA 微透鏡復型具有最低的 Ra 值 為 1 606nm 通過 AFM 的測量表明 注塑成型微透鏡陣列的 Ra 值比相對應的模具嵌件要小 因此 現(xiàn)在還不清楚如 何改善可復制微透鏡陣列的表面粗糙度 也許可以從冷卻過程的回流而造成的表面張力入手 它可 能會進一步得出 在實際運用中 微透鏡陣列注塑成型的平均表面粗糙度值能與精細的光學元件相 媲美 圖 6 直徑為 300 m 的模具嵌件和注塑模具微透鏡的原子力顯微鏡 AFM 圖像 和平均表面粗糙度 Ra 值 a 鍍鎳模具嵌件 b PS c PMMA d PC 4 3 焦距 焦距可以通過下面這個著名的等式計算得出 12 nfR 式中 f nl R1 和 R2 分別指焦距 透鏡材料的折射率 兩個主曲率半徑 比如 根據(jù)等式可 以計算得出 直徑為 200 m 的模具微透鏡的焦距大約為 1 065mm 其中 R1 0 624mm 和 R2 直徑 300 的微透鏡大約為 1 130mm 其中 R1 0 662mm 和 R2 直徑 500 m 的微透鏡大約為 2 580mm 其中 R1 1 512mm 和 R2 1 這些計算結(jié)果是基于假設(shè)與模具嵌件具有相同形狀的 PC nl 1 586 可復型的微透鏡而得到的 所以由此推導出的幾何尺寸可能與實驗所測量的焦距相反 5 總結(jié) 通過使用改良的 LIGA 技術(shù)電鍍鎳金屬模具嵌件 改變各種加工條件進行大量的實驗 研究工 藝條件對可復型的微透鏡的注塑成型過程的影響 結(jié)果顯示越高的充填壓力或越高流速 能得到越 好的可復型效果 相比之下 充填時間對微透鏡陣列復型的影響卻很小 也許是因為冷卻階段回流的表面張力造成的 注射成型微透鏡陣列比模具嵌件有更小的平均表 面粗糙度值 PMMA 復型的微透鏡陣列具有最好的表面質(zhì)量 即最低粗糙度值 Ra 1 606 nm 在實 際應用中 注塑成型微透鏡陣列的表面粗糙度能與精密的光學元件相媲美 就憑這一點 注塑成型 將成為大規(guī)模生產(chǎn)微透鏡陣列的一個有用方法 6 參考文獻 1 Ruther P Gerlach B Go ttert J Ilie M Mu ller A O mann C 1997 Fabrication and characterization of microlensesrealized by a modified LIGA process Pure Appl Opt 6 643 653 2 Popovic ZD Sprague RA Neville Connell GA 1988 Techniquefor monolithic fabrication of microlens array Appl Opt27 1281 1284 3 Beinhorn F Ihlemann J Luther K Troe J 1999 Micro lens arrays generated by UV laser irradiation of doped PMMA Appl Phys A68 709 713 4 Moon S Lee N Kang S 2003 Fabrication of a microlens array using micro compression molding with an electroformed mold insert J Micromech Microeng 13 98 103 5 Ong NS Koh YH Fu YQ 2002 Microlens array produced using hot embossing process Microelectron Eng 60 365 379 6 Lee S K Lee K C Lee SS 2002 A simple method for microlens fabrication by the modified LIGA process J Micromech Microeng 12 334 340 7 Kim DS Yang SS Lee S K Kwon TH Lee SS 2003 Physical modeling and analysis of microlens formation fabricated by a modified LIGA process J Micromech Microeng 13 523 531 8 Bauer W Knitter R Emde A Bartelt G Go hring D Hansjosten E 2002 Replication techniques for ceramic microcomponents with high aspect ratio Microsyst Technol 7 85 90 1 螺紋蓋注塑模設(shè)計 緒論 塑料制件主要是靠成型模具獲的 而它的質(zhì)量是靠模具的正確結(jié)構(gòu)和模具成 型零件的正確形狀 精確尺寸及較低的表面粗糙度來保證的 由于塑件成型工藝 的飛速發(fā)展 模具的結(jié)構(gòu)也日益趨于多功能化和復雜化 這對模具的設(shè)計工作提 出了更高的要求 雖然 塑料制件的質(zhì)量與許多因素有關(guān) 但合格的塑料制件首 先取決于模具的設(shè)計與制造的質(zhì)量 其次取決于合理的成型工藝 通過畢業(yè)設(shè)計應達到的目的和要求 目的 了解聚苯乙烯的物理性能 流動 性 成型過程中的物理 化學變化及塑料的組成 分類及性能 了解塑料成型的 基本原理和工藝特點 正確分析成型工藝對模具的要求 能掌握各種成型設(shè)備對 各類模具的要求 掌握各類成型模具的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計計算方法 具有初步分析 解決成型現(xiàn)場技術(shù)問題的能力 包括具有初步分析成型缺陷產(chǎn)生的原因和提出克 服辦法的能力 其基本要求 合理地選擇模具結(jié)構(gòu) 正確地確定模具成型零件的尺寸 設(shè)計 的模具應當制造方便 充分考慮塑件設(shè)計特色 盡量減少后加工 設(shè)計的模具應 當效率高 安全可靠 模具零件應耐磨耐用 模具結(jié)構(gòu)要適應塑料的成型特性 模具設(shè)計水平的高低 加工設(shè)備的好壞 制造力量的強弱 模具質(zhì)量的優(yōu)劣 直接影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代 影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益 的提高 美國工業(yè)界認為 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 日本則稱 模具是促 進社會繁榮富裕的動力 事實上在儀器儀表 家用電器 交通 通訊和輕工業(yè) 等各行業(yè)的產(chǎn)品零件中 有 70 以上是采用模具加工而成的 工業(yè)先進的發(fā)達國 家 其模具工業(yè)產(chǎn)值早已超過機床行業(yè)的產(chǎn)值 據(jù) 1991 年統(tǒng)計 日本模具工業(yè) 已實現(xiàn)了高度的專業(yè)化 標準化和商品化 在全國一萬多家企業(yè)中 生產(chǎn)塑料模 和生產(chǎn)沖壓模的企業(yè)各占 40 新近統(tǒng)計的韓國模具工業(yè)情況表明 全國模具專 業(yè)廠中生產(chǎn)塑料模的占 43 9 新加坡全國有 460 家企業(yè) 60 生產(chǎn)塑料模 從 以上事實可以看出 由于塑料成型工業(yè)的發(fā)展 到目前為止 塑料模具已處于同 沖壓模具并駕齊驅(qū)的地位 1 理想的模具結(jié)構(gòu)能充分發(fā)揮成型設(shè)備的能力 如合理的型腔數(shù)目和自動化水 平等 在絕對可靠的條件下使模具本身的工作最大限度地滿足塑件的工藝技術(shù) 要求 如塑件的幾何形狀 尺寸精度 表面光潔度等 和生產(chǎn)經(jīng)濟要求 成本低 效率高 使用壽命長 節(jié)省勞動力等 由于影響因素很多可先從以下幾個方面 做起 按塑件形狀的形狀結(jié)構(gòu)合理確定其成型位置 因成型位置在很大程度上影 2 響模具結(jié)構(gòu)的復雜性 根據(jù)塑件的形狀大小 結(jié)構(gòu)特點 尺寸精度 批量大小以 及模具制造的難易 成本高低等確定型腔的數(shù)量與排列方式 分型面的位置要有 利于模具加工 排氣 脫氣 脫模 塑件的表面質(zhì)量及工藝操作等 考慮開模 分型的方法和順序 拉料桿 推桿等脫模零件的組合方式 合模導向與復位機構(gòu) 的設(shè)置以及側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的選擇與設(shè)計 如何將模具的各個組成部分通過 支撐塊 模板 銷釘 螺釘?shù)戎闻c連接零件 按照使用與設(shè)計要求組合成一體 獲得模具的總體結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)方案的擬定 是設(shè)計者工作的基本環(huán)節(jié) 它既是設(shè)計者的構(gòu)思過程 也 是設(shè)計對象的胚胎 設(shè)計者應將其結(jié)果用簡圖和文字加以描繪與記錄 作為設(shè)計 的依據(jù)與基礎(chǔ) 以上所體現(xiàn)的各個方面 都與模具設(shè)計有著非常密切的關(guān)系 一副設(shè)計合 理的模具 就有 85 成功的希望 其余就得靠設(shè)備和模具制造工人的熟練程度來 達到 所以 提高塑料注射模具的設(shè)計水平就顯得尤為重要 本套模具在設(shè)計的 中 結(jié)合前人的設(shè)計經(jīng)驗和這幾年模具發(fā)展新成果 采用了很多更具合理的模具 結(jié)構(gòu) 例如 本套模具在開始模具設(shè)計之前 考慮了多種設(shè)計方案 衡量了每種 方案的優(yōu)缺點 從中選擇一種最具合理方案 本模具采用最新的三板模結(jié)構(gòu) 及 模具在開模過程中有二次分型 采用這些新型結(jié)構(gòu) 不僅使模具更具簡單化 而 且還因為這些零件都一標準化 縮短了加工周期 節(jié)約了大量成本 本模具在設(shè)計時遇到的問題及解決的方法 此模具采用的是點澆形式 為了 將澆注系統(tǒng)的凝料取出 要增加一個分型面 模具第一次分型僅將主流道凝料取 出 待主分型面打開后 塑件和流道凝料就會被一起頂出 為實現(xiàn)順序脫模采用 了主流道型定距拉緊機構(gòu) 本模具采用的是模外手工脫螺紋的方式 在開模時塑 件和螺紋型芯易留在定模 為保證螺紋型芯留在動模 設(shè)置了一個卡環(huán)裝置 這 種模具結(jié)構(gòu)簡單 但為保證生產(chǎn)的連續(xù)性 需要多個螺紋型芯以便循環(huán)使用 以 及機外的輔助取芯機構(gòu) 3 第 1 章 模塑工藝規(guī)程的編制 該塑件是一個螺紋蓋 其零件圖如下圖所示 本塑件的材料采用 PS 生產(chǎn)類 型為小批量生產(chǎn) 635M01 圖 1 1 1 塑件的工藝性分析 1 1 1 塑件的原材料分析 塑件的材料采用 PS 即聚苯乙烯 屬于熱塑性塑料 聚本乙烯是苯乙烯聚合 而成的 合成方法有本體聚合 溶液聚合和乳液聚合 PS 分子主鏈是含有本基側(cè) 基的飽和 鏈 分子結(jié)構(gòu)不對稱 加之本環(huán)體積的影響 使大分子鏈不易發(fā)生旋 轉(zhuǎn) 因而具有較大的剛性 并且難以形成有序的結(jié)構(gòu) 因此 PS 是典型的非晶態(tài) 線型高分子化合物 制造各種塑料制品 PS 其分子量通常在 45000 70000 范圍 聚苯乙烯是僅次于聚乙烯和聚乙烯的第三大塑料品種 無色透明 無毒無味 落 地時發(fā)出清脆的金屬聲 密度為 1 05kg cm 它的力學性能與聚合方法 相對 2 分子量大小 定向度和雜質(zhì)量有關(guān) 聚苯乙烯熔點較低 約 90 具有較寬的熔融溫度范圍 其熔體充模流動性 好 加工成型性很好 聚本乙烯制品以注塑為主大約用在電氣儀表零件文教用品 工藝美術(shù)品 發(fā)泡成型生產(chǎn)的發(fā)泡 PS 廣泛應用作包裝材料 保溫裝璜制品 其 他塑料成型方法也有所應用 但不普通 具有很小的吸水率 在潮濕環(huán)境中形狀 和尺寸的變化很小 適用于制造要求尺寸穩(wěn)定的制品如儀表殼體等 聚苯乙烯的 4 缺點就是脆性大 形狀復雜 制品成型后存在較大內(nèi)應力時 常會在使用中自行 開列 為了改善它的脆性加入少量丁二烯可明顯降低脆性 提高沖擊韌性 成型特點 流動性和成型型優(yōu)良 成品率高 但易出現(xiàn)裂紋 成型塑件的脫 模斜度不宜過小 但頂出要均勻 由于熱膨脹系數(shù)高 塑件不宜有嵌件 否則因 兩者的熱膨脹系數(shù)相差太大導致開裂 塑件壁后應均勻 宜用高料溫 高模溫 低注射壓力成型并延長注射時間 以防止縮孔及變形 降低內(nèi)應力 但料溫過高 容易出現(xiàn)銀絲 因流動性好 模具設(shè)計中大多采用點澆口形式 因具有良好的可 塑流動性及較小的成型收縮率 是成型工藝性最好的塑料品種之一 容易制造形 狀復雜的制品 1 1 2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 1 1 2 1 結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析 該零件總體形狀為圓形 在塑件內(nèi)部有一 段內(nèi)螺紋 塑件總高度為 15mm 螺紋高為 5mm 為了防止塑件使螺紋型心一起 轉(zhuǎn)動 保證塑件表面質(zhì)量 增加塑件的外形美觀 對塑件表面加以裝飾 在塑件 表面設(shè)置了花紋 這可遮掩成型過程中在塑件表面上形成的疵點 絲痕 波紋等缺陷 其目的 是為了增大么擦力 便于工作時施力 該塑件采用了圓形截面的花紋 采用較普 通 由標準查的花紋的半徑為 3mm 高度為 0 8R 塑件花紋的設(shè)計應與脫模方 向一致 并且有適當?shù)拿撃Ｐ倍?因此模具設(shè)計時要有螺紋型心 又因為沒有凸 起或側(cè)凹故不用設(shè)置側(cè)向分型抽心機構(gòu) 該零件屬于中等復雜程度 1 1 2 2 尺寸精度分析 由塑件的零件圖可知 該塑件的尺寸屬于未標注公差尺 寸 又因該塑件采用聚苯乙烯 所以該塑件的尺寸精度等級為 IT5 級 GB T14486 1993 螺紋的公差等級取 IT7 級 由以上分析可見 該零件的 3 尺寸精度為一般精度 對應的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以保證 塑件壁厚均勻 有利于零件的成型 1 1 2 3 表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷 毛刺 內(nèi)部不得有導電雜 質(zhì)外 沒有特別表面質(zhì)量要求 故比較容易實現(xiàn) 一般情況下 模具粗糙度低于 制品 1 2 個等級 塑料制品的粗糙度一般在 Ra0 2 0 8 之間 綜上分析可以看出 注塑時 在工藝參數(shù)控制得好的情況下 零件的成型要 求可以得到保證 1 2 計算塑件的體積和質(zhì)量 計算塑件的體積和質(zhì)量主要是為了選用注塑機及確定模具型腔 5 塑件體積計算 V V1 V 2 V 3 V 4 V 5 5200mm3 塑件質(zhì)量計算 W V 5200 1 05310 6g 1 3 選用成型設(shè)備 注射模是安裝在注射機上的 模具與注射機應當相互適應 這樣關(guān)系到塑件 的質(zhì)量 均勻性及有效的成型周期 一副模具放在許多型號和規(guī)格的注射機上使 用 均可能取得令人滿意的效果 但是惟有包括該模具預想的量 鎖模力 注射 速度和總的循環(huán)操作的機型才能取得最佳的效果 選擇注射機時 必須保證制品 的注射量小于注射機允許的最大注射量 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗 制品注射量一般不超過 注射機的最大注射量的 80 此模具采用一模兩腔 考慮其外形尺寸 塑件所需 的壓力和工廠現(xiàn)有的設(shè)備 初步選用注塑機為 XS Z 60 4 1 4 注射量的校核 模具型腔能否充滿與注塑機允許的最大注塑量密切相關(guān) 設(shè)計模具時應保證 注塑模內(nèi)所需熔體總量在注射機實際的最大注射量 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗 注射機的最 大注射量是允許最大注射量的 80 經(jīng)計算 滿足使用要求 1 5 注射壓力校核和鎖模力校核 注射壓力的校核是檢驗注射機的最大注射壓力能否滿足制品成型的需要 注 射壓力的大小與制品復雜程度 模具結(jié)構(gòu) 塑件品種 注射速度流動比 噴嘴及 模具流道系統(tǒng) 以及注射機類型等因素有關(guān) 聚苯乙烯的注射壓力為 60 110MPa 而 XS Z 60 型注射機的注射壓力為 122Mpa 故滿足注射壓力 5 的需要 注射成型時 模具所需的鎖模力與塑件在水分型面上的投影面積有關(guān) 為了 可靠地鎖模 不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象 應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 nA1 A2 P F 經(jīng)計算滿足上式要求 故滿足使用要求 塑件工藝參數(shù)的確 6 通過查找相關(guān)文獻和參考工廠實際應用的情況 聚苯乙烯的成型工藝參數(shù) 可作如下選擇 試模時 可根據(jù)實際情況作適當調(diào)整 注塑溫度包括料筒溫度和噴嘴溫度 料筒溫度 后段溫度 t1 選用 150 前段溫度 t2 選用 180 噴嘴溫度 選用 165 注射壓力 選用 88Mpa 注射時間 選用 35s 保壓 選用 40 保壓時間 選用 10s 冷卻時間 選用 40s 成型收縮率 0 4 0 8 7 第 2 章 注塑模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 注射模的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要包括 分型面選擇 模具型腔數(shù)目的確定 型腔的排 列方式 冷卻水道布局 澆口位置設(shè)置 模具工作零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 推出機構(gòu)的 設(shè)計等內(nèi)容 2 1 分型面的選擇 將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分 這些可以分離的部分的 接觸面分開時 能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料 當成型時又必須接觸封閉 這樣 的接觸表面稱為模具的分型面 分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素 它與模 具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切關(guān)系 并直接影響著塑件熔體的流動充模 性及塑件的脫模 因此 分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵 如何確定分型面 需要考慮的因素很復雜 由于分型面受到塑件在模具中的 位置 澆口位置的設(shè)計 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度 推出方法 模具的制造 排 氣 操作工藝等多種因素的影響 因此選擇分型面時應綜合分析比較 選出較為 合理的方案 考慮到分型面應選在塑件外形最大輪廓處 有利的留模方式 應保 證塑件的精度要求 滿足塑件的外觀質(zhì)量要求和對成型面積的影響及排氣效果 根據(jù)分型面的選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面 該塑件為螺紋蓋 表面 無特殊要求 該零件的高度為 15mm 且垂直于軸線的截面形狀 比較簡單和規(guī) 范而且有利于脫模 為了將澆注系統(tǒng)凝料取出 要增加一個分型面 因此該模具 采用二次分型 可降低模具的復雜程度 減少模具加工難度又便于成型后出件 2 2 確定型腔的排列方式 在設(shè)計實踐中 有先確定注射機型號 再根據(jù)所選用的注射機的技術(shù)規(guī)范及 塑件的經(jīng)濟要求計算能夠選取的型腔數(shù)目 也有根據(jù)經(jīng)驗先確定型腔數(shù)目 然后 根據(jù)生產(chǎn)條件 如注射機的有關(guān)技術(shù)規(guī)范等進行校核計算 看選定的型腔數(shù)目是 否滿足要求 此設(shè)計采用的是后者 由于型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān) 因而型腔的排布在多型腔模具設(shè) 計中加以綜合考慮 型腔的排布應使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力總均等地 8 分得所需的足夠的壓力 以保證塑件被熔體同時均勻地充滿每個型腔 使各型腔 的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定 這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短 同時 采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等 合理的型腔排布可以避免 塑件尺寸的差異 應力形成及脫模困難等問題 本塑件在只射時采用一模兩腔 即模具需要兩個型腔 綜合考慮澆注系統(tǒng)模 具結(jié)構(gòu)的復雜程度等因素 擬采用下圖所示的型腔排列方式 這便于成型和脫模 圖 2 2 3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機噴嘴出來后 到達型腔之前在模具中所流經(jīng) 的通道 其作用是將熔融狀態(tài)的塑料從噴嘴處平穩(wěn)的引入模具型腔 并在熔體充 填和固化定型的過程中 將注射壓力和保壓力傳遞到塑料制品各部位 以獲得組 織致密 外形清晰 表面光潔和尺寸精確的塑料制品 澆注系統(tǒng)可分為普通澆注 系統(tǒng)和無流道澆注系統(tǒng)兩大類 澆注系統(tǒng)的設(shè)計是注射模具設(shè)計的一個很重要的 環(huán)節(jié) 它對獲得優(yōu)良性能的理想外觀的塑料制件以及最優(yōu)良的成型效率有直接的 影響 是模具設(shè)計工作者十分重視的技術(shù)問題 在設(shè)計澆注系統(tǒng)時應考慮下列有關(guān)因素 塑件的成型特性 制品大小及形狀 模具成型制品的型腔數(shù) 制品外觀 注射機安裝模板的大小 成型效率 冷料等 澆注系統(tǒng)由主流道 分流道 澆口和冷料穴等部分組成 2 3 1 主流道設(shè)計 主流道是指從注射機噴嘴與模具接觸引到分流道為止的一段料流通道 負責 將塑料熔體從噴嘴引入模具 當模具閉和后 注射機噴嘴壓緊模具主流道襯套 并封緊注射機與模具之間的間隙 熔體材料直接從料筒流入主流道 根據(jù)設(shè)計手冊查的 XS Z 60 型注射機噴嘴的有關(guān)尺寸 噴嘴前端孔徑 d0 4mm 噴嘴前端球面半徑 R0 12mm 6 注射機噴嘴頭的球面半徑 R1 與模具主流道始端的球面半徑必須吻合 以防 9 止高壓塑料熔體從縫隙中溢出 根據(jù)模具主流道與噴嘴的關(guān)系 R R0 1 2 mm D d0 0 5 1 mm 取主流道球面半徑 R 13mm 取主流道小端直徑 d 4 5mm 為了便于將凝料從主流道中拔出 將主流道設(shè)計圓錐形 其斜度為 1 3 經(jīng)換算得主流道大端直徑 D 8 5mm 為了使熔料順利進入分流道 可在主流 道出料端設(shè)計半徑 r 5mm 的圓弧過度 主流道部分在成型過程中 其小端入口出與注射機噴嘴及一定溫度 壓力的 塑料熔要冷熱交替地反復接觸 屬易損件 對材料的要求高 因而模具的主流道 部分常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套 以便有效地選用優(yōu)質(zhì)鋼單獨進行加工和 熱處理 采用 T10A 熱處理要求淬火 53 57HRC 主流道襯套設(shè)置在模具的對 稱中心線上 并盡可能保證與相聯(lián)接的注射機噴嘴為同一軸心線 襯套長度應與 定模配合部分的厚度一致 主流道出口處的端面不得突出在分型面上 否則不僅 會造成溢料 而且還會壓壞模具 襯套與定模之間的配合采用 H7 m6 其結(jié)構(gòu) 所示 圖 3 2 3 2 分流道設(shè)計 在多型腔或單型腔多澆口時應設(shè)置分流道 分流道是指主流道未流與澆口之 間這段塑料熔體的流動通道 它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔 之前 通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)的過度段 因此要求所設(shè)計的分 流道應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài) 使塑料熔體盡快地流經(jīng)分 流道 充滿型腔 并且流動過程中壓力損失盡可能的小 能將塑料熔體均衡地分 配到各個型腔 分流道的截面形狀一般可分為圓形 梯形 U 形 半圓形及矩形 等 分流道截面形狀及尺寸應根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu) 所用塑料的工藝特性 成型工藝 條件及分流道的長度 塑件的體積 壁厚形狀的復雜程度等因素來確定 由理論 10 分析可知 圓形截面的流道總是比任何其他截面的流道可取 因為在相同截面的 情況下 其比表面積最小 因此從流動性 傳熱性等方面考慮 圓形截面是分流 道比較理想的形狀 本塑件的形狀不復雜 熔體填充型腔比較容易 根據(jù)型腔的 排列方式 可知分流道的長度較短 為了便于加工起見 選用截面形狀為半圓形 的分流道 查表得 R 4mm 7 分流道的長度 要盡可能短且少彎折 便于注射過程中最經(jīng)濟地使用原材料 和注射機的能耗 減少壓力損失和熱量損失 一般 1 2 5 D 此分流道取 16mm 分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻 只有 中心部位的塑料熔體較為理想 因而分流道的內(nèi)表面的粗糙度 Ra 并不要求很低 一般取 1 6um 左右即可這樣表面稍不光滑 有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定 從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差 以保證熔體流動時具有適宜的剪 切速度和剪切熱 2 3 3 澆口設(shè)計 澆口亦稱進料口 是連接分流道與型腔的通道 除直接澆口外 它是澆注系 統(tǒng)中截面積最小部分 但卻是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 根據(jù)塑件的成型要求及型腔的排列方式 選用點澆口較為理想 澆口尺寸一 般根據(jù)經(jīng)驗確定 取其下限 然后在試模時加以修正 澆口斷面積與分流道端面 積之比約為 0 03 0 09 端面積為圓形 查表可知 直徑 d 一般在 0 8 2 0 范圍 內(nèi)選取 常用直徑是 0 8 1 5mm 初選尺寸為 d 1mm 澆口長度應盡可能短 對減小塑料熔體流動阻力和增大流速均有利 通常澆口長度 L 可取 0 7 2 0mm 初選 1 5mm 澆口與型腔及分流道的連接處應做成 R0 5 的圓角 以防制品與澆口部分凝料分離時剝傷制品 為有利于熔體流動 澆口與分流道的 接合應平穩(wěn)過渡用小圓弧光滑連接 有時還需修改澆口的尺寸 無論采用什么形式的澆口 其開設(shè)的位置 對塑 件的成型性能及成型質(zhì)量影響均很大 因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高塑件 質(zhì)量的重要環(huán)節(jié) 同時澆口位置的不同還會影響模具結(jié)構(gòu) 總之 如果要使塑件 具有良好的性能和外表 要是塑件的成型在技術(shù)上可行 經(jīng)濟上合理 一定要認 真考慮澆口位置的選擇 一般選擇澆口位置時 需要根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)工藝及特征 成型質(zhì)量和技術(shù)要求 并綜合考慮塑料熔體在模內(nèi)的流動特性 成型條件等因素 綜合考慮 該塑件的澆口位置選在塑件的上端面 2 3 4 冷料穴的設(shè)計 11 冷料穴一般設(shè)在主流道末端 其標稱直徑與大端直徑相同或略大一些 深度 約為直徑的 1 1 5 倍 最終要保證冷卻的體積小于冷料穴的體積 由于該塑件 的塑性好 采用帶球頭拉料桿的冷料穴 它使用于推件板脫模的拉料桿形式的冷 料穴 拉料桿固定在動模板上 其球頭直徑為 8 5mm 深度為 9mm 其冷料穴 的作用是收集每次注射成型時流動熔體前端的冷料頭 避免了這些冷料進入到型 腔影響制品質(zhì)量 或防止這些冷料堵塞澆口造成制品缺料 2 3 5 排氣系統(tǒng)的設(shè)計 當塑料熔體填充型腔時 必須順序推出型腔及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱 或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體 如果型腔內(nèi)因各種原因而產(chǎn)生的氣體不被排除干 凈 一方面會在塑件上形成氣泡 接縫 表面輪廓不清及充填缺料等成型缺陷 另一方面氣體受壓 體積縮小而產(chǎn)生高溫會導致塑件局部炭化或燒焦 同時積存 的氣體還會產(chǎn)生反向壓力而降低充模速度 因此設(shè)計型腔時必須考慮排氣問題 排氣的方式有利用配合間隙排氣 在分型面上開排氣槽排氣 利用排氣塞排氣 強制性排氣 本模具屬小型模具的簡單型腔 利用推桿 活動型心與模板的配合 間隙進行排氣 其間隙為 0 04mm 8 2 3 6 成型零部件設(shè)計 成型零部件在注射過成中 直接與塑料熔體接觸 需要受高溫 壓力及塑料 熔體的沖擊和摩擦作用 長期工作之后 容易發(fā)生磨損 變形和斷裂 設(shè)計注射 模時應針對塑料制品的結(jié)構(gòu)特點 生產(chǎn)批量 使用要求以及模具的使用壽命等 合理確定成型零部件的結(jié)構(gòu) 滿足精度 粗糙度 剛度及強度的要求 2 3 5 1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本模具采用一模兩件的結(jié)構(gòu)形式 考慮加工的難易程 度和材料的見價值利用等因素 凹模采用整體式結(jié)構(gòu) 該結(jié)構(gòu)的特點是牢固 使 用不易發(fā)生變形 不會使塑件產(chǎn)生拼接線痕跡 但由于加工困難 熱處理不方便 因此常用在形狀簡單的中小型模具上 可在型板上直接加工出型腔 模具一般不 進行熱處理 根據(jù)本模具分流道與澆口的設(shè)計要求 分流道與澆口均設(shè)在凹模上 凹模上 的階梯孔用于安放型芯 2 3 5 2 凸模結(jié)構(gòu)設(shè)計 凸模主要是與凹模相結(jié)合構(gòu)成模具的型腔 按其結(jié)構(gòu)可 分為整體式和組合式兩種 該模具中采用整體式結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)牢固但不便加工 消 耗的模具鋼較多 主要用于工藝或試驗或小型模具上的形狀簡單的型芯 此塑件 12 需要兩個型芯 一是螺紋型芯 用于成型塑件底部的內(nèi)螺紋 另一個是小型芯 用于成型塑件頂部的小孔 螺紋型芯 在設(shè)計時必須考慮塑件收縮率 表面粗糙度要小 螺紋始端和末 端按塑料螺紋結(jié)構(gòu)要求設(shè)計 以防止從塑件上擰下時 拉毛塑料螺紋 安裝在模 具上 成型時要可靠定位 不能因合模振動或料流沖擊而移動 開模時能與塑件 一道取出并便于裝卸 螺紋型芯在模具上安裝連接時 采用 H8 f8 配合 將型 芯作成圓柱形的臺階來定位 利用外圓柱面配合 防止塑料注入螺紋型芯下沉 螺紋型芯的非成型端應制成方形 以便在模外用于工具將其旋入 成型塑件上小孔的型芯 單獨制造成臺階式的 再嵌入模板中 安裝在模具 上時 用臺肩固定 上面用墊板壓緊 是常用的形式 且牢固可靠 13 第 3 章成型零件工作尺寸的計算 成型零件工作尺寸是指成型零件上直接構(gòu)成塑件的尺寸 主要有型芯和型腔 的深度尺寸和型芯的高度尺寸 型芯和型芯之間的位置尺寸等 任何塑料制件都 有一定的幾何形狀和尺寸要求 在模具設(shè)計時 應根據(jù)塑件的尺寸及精度等級確 定模具成型零件的工作尺寸及精度等級 影響塑件尺寸精度的因素 相當復雜 其影響因素有 塑件收縮率 模具成型零件的制造誤差 模具成型零件的摩損 模具安裝配合的誤差 這些影響因素應作為確定成型零件工作尺寸的依據(jù) 本設(shè) 計中成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸 平均制造公差和平均磨損量來進 行計算的 查文獻 表 14 1 得 聚苯乙烯的收縮率為 S 0 4 0 8 故平均收縮率 9 為 Scp 0 4 0 8 2 0 6 考慮到工廠模具制造的現(xiàn)有的條件 模具制造公 差取 3 z 3 1 型腔的工作尺寸計算 由公差等級 可查的各尺寸的上 下偏差 35 10 026 026 15 026 839 012 6 由計算公式 LM LS L SSCP 43 Z 0 35 35 0 6 0 195 87 0 35 015 087 LM LS L SSCP 43Z 0 14 39 8 39 8 0 6 0 195 087 39 84 087 HM HS H SSCP 32Z 0 15 15 0 6 0 13 67 0 14 88 067 HM HS H SSCP 32 Z 0 6 6 0 6 0 03 4 0 6 04 式中 L M 凹模徑向尺寸 S CP 塑料的平均收縮率 L S 塑件尺寸 凹模制造公差 z 塑件公差值 H S 凹模深度尺寸 3 2 小型芯的計算 塑件的尺寸 6 12 0 02 計算公式 LM LS L SSCP 430Z 6 6 0 6 0 09 04 6 126 04 HM HS H SSCP 320Z 2 2 0 6 0 013 03 式中 L M 凸模徑向尺寸 H M 塑件低部高度 3 3 螺紋型芯的計算 15 螺紋連接的種類很多 配合性質(zhì)也各不相同 影響塑件螺紋連接的因素比較 復雜 目前尚無塑料螺紋的統(tǒng)一標準 也沒有成熟的計算方法 因此要滿足塑件 螺紋配合的準確要求是比較難的 螺紋型芯的工作尺寸屬于型芯類尺寸 為了提 高成型后塑件的旋入性能 適當?shù)脑黾勇菁y型芯的徑向尺寸 由于螺紋中徑是決 定螺紋配合性質(zhì)的最重要參數(shù) 它決定著螺紋的可旋入性和連接的可靠性 所以 計算中的模具螺紋大 中 小徑的尺寸均以塑件螺紋中徑公差為依據(jù) 螺紋型芯的中徑尺寸的計算 dM 中 dS 中 dS 中 SCP 中 0中 29 350 29 350 0 6 0 212 03 29 74 03 螺紋型芯的外徑尺寸的計算 dM 外 d S 外 d S 外 SCP 中 0中 30 30 0 6 0 212 04 30 3 04 螺紋型芯的內(nèi)徑尺寸的計算 dM 內(nèi) dS 內(nèi) dS 內(nèi) SCP 中 0中 28 97 28 97 0 6 0 212 04 29 35 04 螺紋型芯高度的計算 塑件尺寸 5 12 0 HM hs h sScp 320 5 5 0 6 0 08 04 5 11 04 式中 16 dM 中 螺紋型芯中徑名義尺寸 d S 外 塑件螺紋外徑名義尺寸 dS 中 塑件螺孔中徑名義尺寸 dS 內(nèi) 塑件螺孔內(nèi)徑名義尺寸 dM 外 螺紋型芯外徑名義尺寸 d M 內(nèi) 螺紋型芯內(nèi)徑名義尺寸 3 4 型腔側(cè)厚壁和底板厚度的計算 注射模在其工作過程中需要承受注射壓力 保壓力 鎖模力和脫模力等各種 外力 如果這些外力過大 注射模及其成型零部件會產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞 導致整個模具失效 因此 設(shè)計成型零部件時 應進行強度校核 另外 在外力 作用比較大時 即使模具產(chǎn)生塑性變形或斷裂破壞 也有可能產(chǎn)生較大的彎曲變 形 引起成型零部件在它們的對接面或貼合面處出現(xiàn)較大的間隙 因此而發(fā)生溢 料及飛邊現(xiàn)象 導致制品無法滿足技術(shù)要求 因此同過強度和剛度計算來確定型 腔壁厚 尤其對重要的精度高的或大型模具的型腔更不能單憑經(jīng)驗來確定型腔側(cè) 壁和底板厚度 但理論分析和實踐證明模具對強度和剛度的要求并非同時兼顧 對小尺寸型腔強度不足是主要問題 應按強度條件計算 原則是 寧可有余而不 可不足 3 4 1 型腔側(cè)壁厚度的計算 整體式型腔的側(cè)壁可以看作是封閉的厚壁圓筒 根據(jù)整體式圓形型腔側(cè)厚壁 計算公式進行計算 h r 12 MP h mm h 20mm16 式中 r 凹模型腔內(nèi)半徑 材料的許用應力 120MPa H 凹模側(cè)壁厚度 PM 模腔壓力 選定值 PM 40MPa 3 4 2 凹模底板厚度的計算 根據(jù)整體式型腔底板厚度的計算公式進行計算 H PMr43 21 式中 17 PM 40MPa r 30mm 120MPa P 考慮模具的整體結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào)取 H 15mm 第 4 章 成型零件材料的選用 成型零件選用要求如下 機械加工性良好 要選用易于切削且加工后能得到 高精度零件的鋼種 拋光性能良好 注塑模成型零件工作表面 多需拋光達到鏡 面 要求鋼材硬度 35 40HRC 過硬表面會使拋光困難 鋼材顯微組織應均勻致 密 耐磨性和抗疲勞性能好 注塑模不僅受高壓塑料熔體沖刷而且還受冷熱溫度 交變的應力的作用 具有耐磨性能 選用鋼種 應按塑料制品 生產(chǎn)批量 塑料物料品種及塑料精度與表面質(zhì)量 要求確定 根據(jù)零件材料選用原則 凹模的材料選用 1Cr13 熱處理采用淬火 硬度可 達 54 58HRC 小型芯采用 T10A 熱處理采用淬火 硬度也可達 54 58HRC 螺紋型芯采用 Cr12 熱處理采用淬火 硬度可達 54 58HRC 1 18 第 5 章 合模導向機構(gòu)設(shè)計 導向機構(gòu)是保證定模或上下模合模時正確定位和導向的零件 合模導向機構(gòu) 主要有導柱導向和錐面定位兩種形式 通常采用導柱導向定位 該模具采用導柱 導向定位 導柱導向機構(gòu)的零件是導柱和導套 該模具采用帶頭導柱結(jié)構(gòu)簡單 加工方便 小批量生產(chǎn)一般不需要用導套 是導柱直接與模板中的導向孔配合 因此該模具采用導柱直接與模板中的導向孔 配合 導柱前端應作成錐臺形 以使導柱順利進入導向孔 導柱應有硬而耐磨的 表面 堅韌不易折斷的內(nèi)芯 因此采用 20 鋼經(jīng)滲碳淬火處理 硬度為 50 55HRC 導柱表面部分粗糙度 Ra 為 0 8um 導向部分表面粗糙度 Ra 為 0 4um 導柱應合理均勻分布在模具分型面四周 導柱中心到模具邊緣應有足夠 的距離 以保證模具強度 為確定和模時只能按一個方向合模 導柱固定端與模 板之間采用 H7 m6 的過渡配合 導柱導向部分通常采用 H7 h7 的配合 19 第 6 章 脫模頂出機構(gòu)設(shè)計 此模具采用模外手動脫模 開模后只需在螺紋型芯上施加一頂出力 將型芯 和塑件一起推出 然后在機外將螺紋型芯取出 所以此模具采用推桿頂出機構(gòu) 6 1 推出機構(gòu)設(shè)計 因為此模具設(shè)計采用手動推出機構(gòu) 而手動推出 一般在開模后 塑件留在 定模 螺紋型芯又是一個活動型芯 所以螺紋型芯也很容易留在定模 為了保證 螺紋型芯和塑件留在動模一側(cè) 便于由推出機構(gòu)推出 因此設(shè)置一個由環(huán)形拉簧 和卡環(huán)組成的卡環(huán)裝置 在模具打開時 由于彈簧的拉力 將活動螺紋型芯留在 了動模 推出原理是利用杠桿來實現(xiàn)的 用圓柱銷將杠桿固定在墊塊和推板上 開模時 手板動杠桿 杠桿推動推板 推板又帶動推桿將螺紋型芯和塑件一起頂 出 合模時扳動杠桿使推桿復位 裝入螺紋型芯 然后合模 20 6 2 脫模機構(gòu)設(shè)計 帶螺紋制品的脫模機構(gòu)通常制品的內(nèi)螺紋依靠螺紋型芯成型 由于螺紋具有 側(cè)向凹溝槽 所以帶螺紋的制品需要特殊的脫模機構(gòu) 該模具采用模外手動脫模 的方式 注射前先將活動型芯以一定的配合在模內(nèi)安放定位 然注射后分型脫模 活動型芯隨塑件一起推出模外 然后用手工的方法 將活動型芯 從塑件內(nèi)取下 準備下次注射使用 但是又因為點澆口在模具的定模部分 為了將澆注系統(tǒng)凝料 取出 要增加一個分型面 這種結(jié)構(gòu)的澆注系統(tǒng)是人工取出 因此模具結(jié)構(gòu)簡單 但是生產(chǎn)率低 勞動強度大 第 7 章 其他結(jié)構(gòu)零件設(shè)計 7 1 推桿 推桿應有足夠的剛性 以承受彈簧的拉力 為此只要條件允許 盡可能使用 大直徑推桿 直徑由標準查得初選 16 其形狀為圓形截面的推桿 尾部用臺肩 的形式 推桿直徑與模板上的推桿孔采用 H8 f7 的配合 推桿固定端與推板采 用單邊 0 5mm 的間隙 其固定方法采用軸肩墊板連接 材料選用 T10 熱處理后 硬度達 50HRC 工作端配合部分的表面粗糙度 Ra0 6um 其長度為 L 50 20 10 40mm 其圖如下 圖 4 7 2 復位桿 21 為了使推出元件合模后能回到原來的位置 推桿固定板上同裝有復位桿 常 用的復位桿均采用圓形截面 一般每副模具設(shè)置四根復位桿 其位置設(shè)在推桿固 定板的四周 以便推出機構(gòu)合模時復位平穩(wěn) 復位桿端面與所在動模分型面平齊 材料選用 T8A 查標準初選復位桿直徑為 10 其長度為 L 50 20 25 20 75mm 836R0 51410 圖 5 7 3 模板設(shè)計 由文獻查得模板尺寸為 160mm 200mm GB T4169 81984 材料為 45 鋼 7 4 墊塊設(shè)計 由標準查得墊塊尺寸為 32mm 200mm 50mm GB T4169 6 1984 材料 選用 Q235 7 5 支撐柱 由標準查得支撐柱的尺寸為 32 63mm GB T4169 10 1984 材料采用 45 鋼 7 6 推板 12536 圖 6 22 由標準查得推板尺寸為 73 125 16mm GB T4169 7 1984 材料采用 45 鋼 第 8 章 模具加熱與冷卻系統(tǒng)的計算 注射成型過程中 模具的溫度對塑料熔體的充模流動 固化成型 生產(chǎn)率 制品的形狀和尺寸精度 機械強度 應力開裂和表面質(zhì)量等均有影響 為保證制 品質(zhì)量和較高的生產(chǎn)率 模具溫度必須適當 穩(wěn)定 均勻 本塑件在注射成型時不要求有太高的模溫 因而在模具上可不設(shè)加熱系統(tǒng) 是否需要冷卻系統(tǒng)可作如下計算 設(shè)定模具平均工作溫度為 40 用 20 的常溫水作為模具冷卻介質(zhì) 其出 口溫度為 30 產(chǎn)量為 初算每 2 分鐘 1 套 0 3 h 8 1 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量 求塑件在硬化時每小時釋放的熱量 Q3 查表的聚苯乙烯的單位熱量為 27 104J 12 Q3 WQ2 0 3 27 104J 8 2 求冷卻水的體積流量 求冷卻水的體積流量 V V 203 187 406 3 421 tPWQC 0 27 m3 min4 由體積流量 V 查表可知所需的冷卻水管直徑非常小 由上述計算可知 因為模具每分鐘所需的冷卻體積流量很小 故可不設(shè)冷卻 系統(tǒng) 依靠空冷的方式冷卻模具即可 23 第 9 章 模具閉合高度的確定 由前面的設(shè)計中 確定的出 定模板 H1 25mm 上固定板 H2 20mm 凹模 板 H3 32mm 動模板 H4 16mm 支撐板 H5 20mm 動模座板 H6 20mm 根據(jù)推出行程和推出機構(gòu)的尺寸確定墊塊 H7 63mm 因而確定模具閉合高 度 H H1 H2 H3 H4 H5 H6 H7 25 20 32 16 20 20 63 196mm 24 第 10 章 注射機有關(guān)參數(shù)的校核 本模具的外形尺寸為 250 200 196mm XS Z 60 型注射機模板最大安 裝尺寸為 350mm 280mm 故能滿足模具的安裝要求 由上述計算模具的閉合高度 H 190mm XS Z 60 型注射機所允許模具的 最小厚度 Hmin 70mm 最大厚度 Hmax 200mm 即模具滿足安裝條件 Hmin H Hmax 開模行程的校核 經(jīng)查資料 XS Z 60 型注射機的最大開模行程 S 180mm 滿足頂出塑件要 求 S H 1 H 2 a 5 10 mm 15 32 10 40 92mm 經(jīng)驗證 XS Z 60 型注射機能滿足使用要求 故可采用 25 第 11 章 繪制模具總裝圖和非標準件零件工作圖 本模具總裝圖如圖所示 本模具的工作原理 模具安裝在注射機上 定模部分固定在注射機的定模板 上 動模板固定在注射機的動模板上 合模后 注射機通過噴嘴將熔料經(jīng)流道注 入型腔 經(jīng)保壓 冷卻后塑件成型 開模時 動模部分隨動模板一起運動漸漸從 分型面打開 此時鎖鉤 17 在彈簧 18 的作用下使支撐板 5 動模板 6 及定模板 7 成閉鎖狀態(tài) 所以分型面只能沿 面分型 當螺母 3 限制住定模板后 繼續(xù) 開模時 鎖鉤 17 被強行脫開支撐板 從而使 面分型 為保證螺紋型芯 10 在開模時被帶往動模 1 設(shè)置可由環(huán)形拉簧 11 及卡環(huán) 12 組成的卡環(huán)裝置 頂出動作為手動頂出 頂出時扳動杠桿 14 由推板帶動推桿 13 將螺紋型芯 10 借同制品同時頂出 然后用扳手卸掉螺紋型芯 合模前 扳動杠桿 14 使推桿 13 復位 裝入螺紋型芯 10 然后合模 26 第 12 章 結(jié)論 畢業(yè)設(shè)計是我學完大學全部課程之后 進行的一次系統(tǒng)的 綜合性的總復習 也是參加工作前的一次綜合性訓練 它直接關(guān)系到我今后的模具設(shè)計能力 在此次設(shè)計過程中 收集整理有關(guān)制件設(shè)計 成型工藝 成型設(shè)備 機械加 工 特種工藝等有關(guān)資料 讓我了解了塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計是一門實踐性很強 的課程 它的主要內(nèi)容都是在生產(chǎn)實踐中逐步積累和豐富起來的 通過對資料的 查閱和對塑件制圖的消化 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 如 塑件的原材料表面形狀 顏色與透明度 使用性能與要求 塑件的 幾何結(jié)構(gòu) 斜度等情況 熔接痕 縮孔等成型缺陷出現(xiàn)的可能與允許程度 澆口 頂桿等可以設(shè)置的部位 有無涂裝 電鍍 膠接 鉆孔等后加工等 此類情況對 塑件設(shè)計均有相應要求 分析工藝資料 了解所用的塑料的物理性能 成型特性以及工藝參數(shù) 如材 料與制件必須的強度 剛度 彈性 所用塑料的結(jié)晶性 流動性 熱穩(wěn)定性 材 料的密度 比熱容 收縮率 成型溫度 成型壓力 成型周期等 并注意收集與 模具設(shè)計計算有關(guān)的資料與參數(shù) 在選擇成型設(shè)備這一過程中 通過查閱有關(guān)資料 我學到了模具與設(shè)備必須 配套使用 因為多數(shù)情況下都是根據(jù)成型設(shè)備的種類進行模具設(shè)計 為此 在設(shè) 計模具之前 首先要選擇好成型設(shè)備 這就需要了解各種成型設(shè)備的規(guī)格 性能 與特點 以注塑機來說 如注射容量 鎖模力 注射壓力 模具安裝尺寸 頂出 方式與距離 噴嘴直徑與噴嘴球面半徑 定位孔尺寸 模具最大與最小厚度 模 板行程等 都將影響到模具的結(jié)構(gòu)尺寸與成型能力 同時還應初估模具外形尺寸 判斷模具能否在所選的注射機上安裝與使用 此模具的澆口設(shè)計采用的是點澆口形式 這樣設(shè)計的優(yōu)點是根據(jù)塑料的流動 特性來設(shè)計的 聚苯乙烯的流動性大 而點澆口的截面小 長度短 使從流道來 的熔融塑料以最快的速度進入并充滿型腔 快速冷卻封閉 脫模后塑件上的澆口 殘痕不明顯 不需要再修正澆口痕跡 但采用這種澆口時 常常要在模具上增加 一分型面 以便澆口凝料脫模 該模具頂出機構(gòu)為手動推出 而手動推出 一般 在開模后 塑件留在定模 螺紋型芯又是一個活動型芯 所以螺紋型芯也很容易 27 留在定模 為了保證螺紋型芯和塑件留在動模一側(cè) 便于由推出機構(gòu)推出 因此 設(shè)置一個由環(huán)形拉簧和卡環(huán)組成的卡環(huán)裝置 在模具打開時 由于彈簧的拉力 將活動螺紋型芯留在了動模 推出原理是利用杠桿來實現(xiàn)的 用圓柱銷將杠桿固 定在墊塊和推板上 開模時 手板動杠桿 杠桿推動推板 推板又帶動推桿將螺 紋型芯和塑件一起頂出 合模時扳動杠桿使推桿復位 裝入螺紋型芯 然后合模 該模具采用模外手動脫模的方式 注射前先將活動型芯以一定的配合在模內(nèi)安放 定位 然注射后分型脫模 活動型芯隨塑件一起推出模外 然后用手工的方法 將活動型芯從塑件內(nèi)取下 但由于螺紋型芯和塑件的接觸面積大 拆卸難 因而 增加了勞動強度 為了保證生產(chǎn)的連續(xù)性 螺紋型芯應有備件 以供循環(huán)適用 28 致謝 在過去近三年的學習中 我學完了模具專業(yè)中所學的理論知識 在畢業(yè)前夕 又通過畢業(yè)設(shè)計的這一實踐性環(huán)節(jié) 進行已學知識的全面總結(jié)和應用 鞏固了過 去所學的基礎(chǔ)課和專業(yè)課知識 通過這次畢業(yè)設(shè)計 使我深深認識到理論與實踐 相結(jié)合的重要性 平時在學習中所注意不到的細節(jié)性問題 往往成為設(shè)計工作中 難以克服的難點 在這幾個月的設(shè)計中 不僅促使我重新溫習了三年來的專業(yè)基 礎(chǔ)課 而且也使我掌握了很多在課本上學不到的東西 同時提高了我的綜合能力 的培訓及擴大了對模具領(lǐng)域的新知識學習 這些都為我以后的工作打下了堅實的 基礎(chǔ) 強化了所學知識 增強了動手能力 更深切地體會了 溫故而知新 的長 遠意義 還有獨立解決問題的能力的提高 這些是本次畢業(yè)設(shè)計留給我的最寶貴 的財富 本設(shè)計的完成得益于河南機電高等?？茖W校材料工程系各位老師的指導和幫 助 特別是楊占堯老師的親切指導與幫助 在此對各位老師表示我最崇高的敬意 和由衷的感謝 真心的說一聲 你們辛苦了 謝謝 同時 在設(shè)計過程中也 得到了許多同學的熱心幫助和支持 才使的論文能夠得以順利的完成 在此再一 次向所有給予我?guī)椭椭С值睦蠋熀屯瑢W表示最衷心的感謝 由于本人水平有限和實踐經(jīng)驗的欠缺 在此次設(shè)計中難免會出現(xiàn)錯誤和不妥 之處 懇請各位老師同學批評指正 29 參考文獻 1 屈華昌 塑料成型工藝與模具設(shè)計 機械工業(yè)大學出版社 1996 4 2 楊占堯 塑料注塑模結(jié)構(gòu)與設(shè)計 清華大學出版社 2004 3 王孝培 塑料成型工藝及模具簡明手冊 機械工業(yè)出版社 2000 4 李海梅等 塑料成型及模具設(shè)計實用技術(shù) 化學工業(yè)出版社 2002 5 黃雁等 塑料模具制造技術(shù) 華南理工大學出版社 2003 6 賈潤禮等 實用注塑模設(shè)計手冊 中國輕工業(yè)出版社 2000 7 劉昌祺 塑料模具設(shè)計 機械工業(yè)出版社 199814 8 美 J B 戴姆著主編 注射模具與模具成型實用手冊 沈金堂譯 化學 工業(yè)出版社 1987 9 唐志玉 塑模具設(shè)計師指南 國防工業(yè)出版社 1996 6 10 薛彥成主編 公差配合與技術(shù)測量 機械工業(yè)出版社 2004 6 11 金國珍主編 工程塑料 北京 機械工業(yè)出版社 2001 1 12 org Menges Walter Michacli Paul Mohren 注射模具制造工程 化 德 學工業(yè)出版社 2003 30