1、 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 1 页 小波纹手轮的压缩模设计 1 绪论 1.1 课题背景及目的 塑料是 20 世纪才发展起来的新材料，目前世界上塑料的体积产量已经赶上和超过了钢材，成为当前人类使用的一大类材料。我国塑料工业发展迅速 ,塑料制品的应用进一步深入国民经济的各部门。塑料工程通常指的是塑料制造和塑料工程改造、塑料模具及产品加工。塑料制品和塑料模具设计是一个重要的部分工程 ,在塑料行业中是一个不可缺少的环节。 1.2 国内外研究状况 模具工业是重要的基础工业。模 具工业水平高低已经成为衡量一个国家制造业水平的重要标志 ,也是一个国家的工业产品保持国际竞争力的重要保证之一。各种材
2、料广泛应用于各种模具的加工工业 ,如金属制品成型模具、锻造模具 ,铸造模具 ,非金属模具制品成型玻璃模具、陶瓷模具、塑料模具等。 塑料成型模具是成型塑料制品的工具。模具可以高效、操作方便、应用和实现自动化水平。要求模具结构合理 ,容易生产且低成本。也有足够的使用寿命。塑料成型产品是塑料材料的加工产品为主要结构 ,也称为塑料制品、简单地称为塑件。各种压力等壳 ,支架，机座 ,结构组件、配件、传动部分、装饰等 ;塑 料部件的主要成型加工方法是塑料加工、塑料成型各种塑料原材料 (粉、粒形、熔化或分散 )塑化的要求或加热熔融塑料的状态 ,在一定压力下通过所需的模具形状 (如挤压模模具或填写所需的模具型
3、腔形状 ,等待冷却定型后 ,获得所需的形状 ,尺寸和性能的塑料零件制造过程。 近年来 ,出现了许多塑料成型工艺的新方法。如注射成型技术方面无流道凝料注射成型、热固性塑料注射成型。精密注塑成型产品的尺寸公差控制在 10 到 1微米 ,其产品主要用于电子、仪表等行业。在成型微型零件而言 ,德国的研发使注入体积只有 0.1 克的微注射成型机 ,可以产生 0.05 克微 型塑料部件 (如手表轴等 )。非常大的注射机的使用可以形成大型塑料部件 ,目前 ,法国人有注射量是 170 公斤的大注射机 ,锁模力 150 锰。美国和日本分别产生注入量是 100 公斤和 96 公斤的大注射机。我国海天集团作为销售世
4、界最大的注射机制造商能够生产注塑量 80公斤 ,锁模力 80 mn 的超级大型注射机。 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 2 页 塑料模具的结构 ,性能 ,质量影响塑料零件的质量和成本。其次 ,塑料成型过程中 ,模具结构对操作难易程度有很大影响的 ,在大规模生产的生产塑料部件时 ,应尽可能减少开、合模及取塑件过程中的手工操作 ,尽可能使用自动开合模和自动弹射机构。除 了简单的，一般模具制造模具费很高 ,小批量时制模成本比例塑料部件的成本将会非常大 ,这时应该使用尽可能简单和合理的模具结构 ,降低成本。 1.3 课题研究方法 随着经济的快速发展 ,现代工业产品不断在高性能和多样化的方向发展
5、,在模具制造业使用当前先进的数控凸轮技术。在模具加工过程中 ,使用的凸轮加工技术可以明显缩短模具制造周期 ,对模具加工前模拟切割 ,不断优化和完善加工精密模具制造 ,以减少成本。热水器使用 Delcam 软件模拟窗口盖模具自动编程和处理 ,然后对该模具进行了制造。在制造过程中使用当前先进的高速切削加工方法 ,在同 一台机床上来完成粗加工和高速精加工。比传统的制造周期缩短 ,项目处理时间只是在传统的处理时间的 40%。电极用量为传统加工的三分之一、制造成本节约 25%。项目设计缩短了生产周期，提高了设计和制造的精度和效率 ,降低生产和开发成本 ,使用先进的处理方法。使用 CAD / CAM 进行
6、模具设计和制造为模具设计和制造提供了一种可行的方法。 1.4 论文构成及研究内容 本次毕业设计的主要内容是小波纹手轮的压缩模设计，在设计过程中会用到CAD/CAM 技术，小波纹手轮是基于人机工程学原理而设计的国家标准件，根据材质不同有铝合金件和塑 料件等，此次任务的主要零件材料为酚醛树脂塑料，主要工作有：经查表确定零件尺寸、运用 CAD 绘制零件图、装配图、压力机和模具装配示意图、拆画零件图、用 P/roe 分模、确定上下模、确定压力机型号、计算确定模架、编写设计说明书及论文。 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 3 页 2 塑料的概述及零件工艺分析 2.1 塑料的概述 塑料是一种单体为原料
7、 ,通过添加聚合和缩聚反应的聚合 (高分子 )高分子化合物 ,俗称塑料 (塑料 )或树脂 (树脂 )。可以自由改变成分及形体样式 .塑料的主要成分是树脂。树脂一词最初是指植物和动物分泌产生的脂质 ,同时也提高了技术处理和使用性 能 ,因此被广泛应用于现代工业生产。目前 ,石油是制造合成树脂的主要原料。合成树脂有聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、酚醛树脂、聚氯乙烯 (PVC)等。 树脂成型的塑化剂 ,可以提高流动性 ,提高塑料添加剂的柔顺性。它的效果是降低聚合物分子之间的作用力。如 PVC 只有常见的硬聚氯乙烯 (PVC)塑料 ,添加适量增塑剂 ,可制成软聚氯乙烯 (PVC)膜或人造皮革。稳定剂 ,抗缓
8、慢塑料材料变质。添加目的是防止或抑制树脂外部因素如热、光、氧气和模具和生产质量变化和性能下降。它的作用是使树脂高分子链在加热交联反应 ,形成艰苦的和稳定的网状结构。 填充剂 ,也被称为填料 ,是一个重要的但不是必要的成分在塑料中。塑料可分为热固性和热塑性 ,前者不可重新塑造使用 ,后者可以重复生产。塑料聚合物结构 ,有两种基本类型 :第一种是体型结构 ;第二个是线型结构。塑料是一种重要的有机合成高分子材料 ,应用非常广泛。主要特点 :(1)大部分的塑料光、化学稳定性 ,不会生锈 ;(2)良好的耐冲击性 ;(3)具有良好的透明度和耐磨性 ;(4)绝缘性好 ,导热性低 ;(5)通用成形性、着色好
9、,加工成本低参加一些塑料溶于溶剂。 根据不同的物理和化学性质，可以将塑料分成两大部分，热固性塑料和热塑性塑料两 种类型，前者不可再重复塑造，后者可重复生产。热固性塑料 :第一次加热时可以软化流动，人热到一定温度产生化学反应 -交联固化而变硬，这种变化是不可逆的，此后再次加热时已不能再变软流动了。正是借助这种特性进行成型加工，利用第一次加工时的塑化流动，在压力下充满型腔，进而固化成为确定形状和尺寸的制品。热塑性塑料 (热 ):是指热量融化 ,可以流模具冷却后成型后 ,后再加热又会熔化的塑料 ;可以使用加热和冷却 ,使其产生可逆的改变 固体 (液体 ),就是所谓的物理变化。可以热软、冷却硬化、软化
10、和硬化并维持一定的形状一遍又一遍。溶于某 种溶剂 ,易熔可溶的性质。缺陷通常黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 4 页 是机械强度不高 ,但通过添加填料 ,制成层压材料或模压材料来提高其机械强度。 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 5 页 2.2 零件工艺分析 图 2.1 小波纹手轮零件图及三维图 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 6 页 该小波纹手轮材料为 PF 酚醛塑料，属于热固性塑料，最大外形尺寸 100mm 最大高度 28mm 为了增加塑件的强度，中心有金属嵌件，嵌件为外径 20mm 深度 18mm 带有锥销孔，中 心有 M12 的螺纹孔。要求批量生产，初步选定压缩成型。 2
11、.3 原材料分析 本次毕业设计的小波纹手轮的材质及为热固性塑料酚醛树脂。 酚醛树脂为主要原料制成的热固性塑料 ,如酚醛模塑料 (俗称电木 ),有一个坚固耐用的阻力 ,尺寸稳定 ,耐除了强碱的其他化学品 ,根据不同的目的和要求 ,可用于耐热品种、石棉或其他热包装 ;至于抗震品种 ,可用于各种适当的纤维或橡胶密封垫和一些高韧性材料的增韧剂。还可以使用苯胺、环氧树脂、聚氯乙烯、聚乙烯酰基胺 . 表 2.1 常见热固性塑料的比容、压缩比 塑料名称 比容 压缩比 酚醛塑料（粉状） 2.6 2.8 2.3 2.7 氨基塑料（粉状） 2.5 3.0 2.2 3.0 碎布塑料（片状） 3.0 6.0 5.0
12、10.0 体积比： V=2.6-2.83cm/g 压缩比： K=2.5-3.5 密度： P=2.2g/3cm收缩率 Q=0.6%-1% 塑料性能与模具结构形式的关系 塑料的密度和比容 应根据塑料的密度、比容与制品体积的关系来确定加料室的结构形式及体积大小。 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 7 页 图 2.2 压缩成型过程 示意图 2.4 模塑方法选择 酚醛塑料既可以用压缩成型也可以用注射成型，材料的压缩性能优良，并且批量要求不是很高，故采用压缩成型更加经济实惠。 压缩模塑流程：预热、压制，无需后处理。 2.5 工艺参数的确定 查阅资料可以确定工艺参数： 预热温度： 130-150 预热时
13、间： 4-8min 成型压力： 30MPa 成型温度： 150 -165 保压时间： 0.8-1（ min/mm） 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 8 页 3 确定模具结构方案 模具采用凸凹模配合，由于凸模轮廓复杂，因此采用镶拼式模具，查表确定该模具材料采用典型的模具 钢 3Cr2W8V，该模具钢硬度 HB 小于 220，密度3/35.8 cmg，属于耐热热作模具钢，一般用于热挤压模和各种锻造模。热固性塑料压缩成型需要高温作业，因此要组装加热管，还需要压力机提供压力。 3.1 压缩模具的设计 按照模具在压力机上的固定形式可以将其分为以下几类： 移动式压缩模具 压缩模具如图 1.2 所示。
14、 图 3.1 移动式压缩模图 1凸模（上模） ;2导柱 ;3凹模（加料室） ;4 型芯 ;5 下凸 模 ;6、 7侧型芯 ;8凹模拼块 固定式压缩模具 固定式压缩模具如图 3.2 所示。 模具的特点是 :上模一起加热板固定在液压机的通用移动梁上，下模固定在工作台上。脱模 ,液压推杆推出机构将产品推出。由于开模具 ,夹紧和剥离等过程进行在液压机中 ,因此生产率高、操作简单、劳动强度小、模具寿命长、但结构复杂、成本高，且安放嵌件不方便。这种模具适用于批量较大或尺寸较大的塑料成型部分。 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 9 页 图 3.2 固定式压缩模 1 上模座板 ;2 螺钉 ;3 上凸模 ;
15、4 加料腔（凹模） ;5、 10 加热板 ;6 导柱 ;7 型芯 ; 8 下凸模 ;9 导套 ;11 推杆 ;12 支承钉 ;13 垫块 ;14 下模座板 ;15 推板 ;16 拉杆 ; 17 推杆固定板 ;18 侧型芯 ;19 型腔固定板 ;20 承压板 （ 2）垂直分型面的压缩模具 垂直分型面的半溢式压缩模具如图 3.3（ b）所示。 （ a） (b) (c) 黄河科技学院毕业设计 (论文 ) 第 10 页 图 3.3 按分型面特征分类 1 型芯 2 凸模 3 截锥形凹模（两半） 4 模 套 按模具加料室的形式分类 溢式压缩模具 溢式压缩模具如图 3.4 所示。 模具工作的时候 ,因为没有
16、匹配部分在凹凸模之间 ,完全定位销定位 ,因此加压之后多余的塑料会从分型面溢出变成飞边。圆形表面是挤压表面 ,其宽度 B是狭窄的 ,以减薄塑料飞边。夹紧压缩原材料时 ,挤压的夹紧表面没有完全封闭的。所以部分经常低密度 ,力学性能如强度不高。特别是模具迅速缩小 ,会引起过度的进给速率增加 ,浪费原材料 ,减少产品的密度。溢式压缩模具结构简单、成本低、耐用 (强度 )之间没有摩擦 ,容易取出塑料零件 ,通常可以使用压缩空气吹出塑料 零件。 图 3.4 溢式压缩模 半溢式压缩模具 半溢式压缩模具很容易操作 ,当加料时只需简单测量 ,产品的高度是由腔高度 h决定 ,可以实现每个模块基本一致 ,它主要用于压缩模塑粉塑料。用它成型带有小嵌件的塑件比用溢式压缩模具好，因为后者常需用预压物压缩成型，容易引起嵌件破碎。 图 3.5 半溢式压缩模 图 3.6 不溢式压缩模 不溢式压缩模具 不溢式压缩模具如图 3.6 所示。
