1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 I 摘 要 电加热方式的快速热循环注塑技术提高了塑件表面的质量要求，降低了生产成本，是一种无熔痕、高光洁度的塑料成型技术。 本次设计完成了对 MP4电加热模具的总体方案设计，即对其进行工艺性上的分析，注塑机的选择，模具总体布局，加热、冷却方式的确定以及成型周期的分析。并对此模具进行了型腔和型芯的工作尺寸计算，浇注系统的设计，主流道的设计以及顶出机构的设计与校核。 在设计过程中，对注塑模具的电加热和冷却方式进行了研究，
2、 研究 了合理的模具温度控制方式，完成注塑成型模具的设计，利用 Pro/e完成所有毕业设计相关的三维设计及利用 AutoCAD完成二维工程图。 关键词： 电加热；快速热循环；注塑模具； Pro/e； AutoCAD； II The fast thermal cyclings injection mould of electric heating mode and its design of equipment Abstract The fast thermal cyclings injection technology of electrical heating mode is to heat
3、 the moulds surface temperature up to over the plastic glass-transition temperature(GTT) by using electrical bar at the stage of heating. When the cavitys surface temperature meets the technological requirements, the designer stops heating to make the cavity enter into the maintanance phase of high
4、temperature. The design has completed the overall design of MP4 electric heating mold. That is, on analysis of its process, the choice of injection molding machine, the overall layout of mold, heating, cooling method and the analysis of the molding cycle. As well as calculating the cavity and core s
5、ize of this mold, designing the gating system, the design of main channel and the top of the body have also been designed and verified. In the process of design, the designer has studied for the electrical heating of injection mould and the type of cooling. Morever, he has studied a mode to control
6、a reasonable temperature of mould and finished the design of injection mould. In addition, he has completed all of the three-dimension design that related to the graduation design by using Proe, and finished the two-dimension engeering drawing by using AutoCAD. Keywords: electrical heating ; fast th
7、ermal cycling ; injection mold ; Proe；AutoCADIII 目录 摘 要 . I Abstract . II 1 绪论 . 1 1.1课题的来源 . 1 1.2课题的意义 . 1 1.3国内外发展现状 . 3 1.4课题研究的主要内容 . 4 2 MP4电加热模具的总体方案设计 . 5 2.1引言 . 5 2.2塑件的工艺性分析 . 5 2.2.1MP4盖零件图 . 5 2.2.2尺寸精度分析 . 5 2.2.3表面质量分析 . 5 2.3注塑机的选择 . 6 2.4模具总体布局 . 6 2.4.1分型面的选择 . 6 2.4.2确定型腔的排列方式 . 7
8、 2.5加热、冷却方式的确定 . 8 2.6成型周期的分析 . 8 3电加热模具的设计计算和校核 . 10 3.1 引言 . 10 3.2 型芯和型腔工作尺寸计算 . 10 3.3 浇注系统的设计 . 12 3.4 主流道的设计 . 13 3.5 顶出机构的设计与校核 . 14 3.5.1顶出机构的计算 . 14 3.5.2 顶出机构的校核 . 15 总结 . 16 参考文献 . 18 致谢 . 错误 !未定义书签。 附录 . 20 附录图 1装配图 . 20 附录图 2前模仁 A. 20 附录图 3前模仁 B. 20 IV 附录图 4 后模仁 . 20 附录图 5底板 . 20 附录图 6
9、支架 . 20 附录图 7定模板 . 20 附录图 8下热板 . 20 附录图 9定位环 . 20 附录图 10顶针板 A. 20 附录图 11顶针板 B. 20 附录图 12浇口 . 20 附录图 13面板 . 20 附录图 14斜顶 . 20 附录图 15上热板 . 20 电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 模具工业在我国占有着重要的地位，早在 1989年 3月，国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定，就把模具列为机械工业技术改造序列的第一位，1997 年和 2000 年国家计委发布的当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录以及 1997 年 7月
10、科技部发布的当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南（目录），模具及与模具有关的多项高新技术及设备均被列入其中。在 “ 十一五 ” 期间，又相继出台了多 项政策法规，支持模具工业的发展。如国务院关于加快振兴装备制造业的若干意见（国发（ 2006） 8号文件）建立了中小模具企业发展的专项基金制度，关于提高部分机电产品出口退税率的通知（财税（ 2008） 177 号文件）制定了有利于模具产业持续发展的税收政策。 注塑模在塑料模具中用量最大，涉及面广，约占整个塑料成型模具的 60%1。注塑成型技术具有生产效率高、成本低、产品多样化等特点 ,是塑料制品的主要成型方法之一。然而 ， 随着家电、通讯、
11、电子、汽车、光电等行业的迅速发展 ，人们对塑料制品提出了壁厚更薄、结构更复杂、 表面更美观、强度更高等方面的要求 ， 传统注塑成型技术已经很难满足这种发展的需求。 快速热循环注塑工艺 (Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)2，又称高光无熔痕技术，是一种无熔痕、高光洁度的塑料成型技术，能够取消喷涂工艺，降低生产成本，减少环境污染，提高产品品质，其生产的塑件课直接进入产品装配阶段，显著缩短了塑件的生产流程，是一种前景广阔的绿色注塑工艺。 快速热循环注塑工艺 (Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)采取动态模温控制方法 ， 在加热阶段加热模具表面到很高的
12、 温度 ， 使得熔体可以在高模温下充模 ，从而提高熔体的充模能力和流动能力 ； 在冷却阶段采用低温冷却介质快速冷却塑件 ， 以缩短成型周期。利用该技术 ， 可在保证生产效率的前提下 ， 生产外观优越的塑料制品 ， 例如 ： 无熔接痕、无流痕、高光泽度等。此外 ， 快速热循环注塑技术还可应用于薄壁件和具有微结构的塑料制件的成型 3。 1.2 课题的意义 快速热循环注塑成型技术， 又 称高光无熔痕注塑技术，是一种无熔痕、高光洁度的 绿色注塑 成型新工艺 ， 是当前注塑成型技术中研究开发的前沿问题。国内外 众多 研究者及企业针对其中的关键技术 与 工艺 、关键 装备 及控制 系统 等进行 了较深入
13、的研究与开发。 常见的注塑 成型 工艺过程可分为模具闭合、注塑装置前移、注射充模、保电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 2 压预塑、注射装置后退、开模顶出、取件等 7 个阶段，其工艺循环过程如图 1所示。 取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取模 具 温 度 保持 基 本 稳 定图 1 常规注塑成型循环示意图 快速热循环注塑的工艺过程与常规注塑基本一致，所不同的是增加了模具加热和冷却两个工作过程，如图 2 所示。从图 2 中可以看出，根据模具温度的变化情况，可将整个注塑过程分为加热、高温保持、冷却和低温保持等 4 个 工作阶段。另外，模具加热可以与开模取件、合模等工艺过程并
14、行，从而可以减少模具升温对注塑成型周期的影响 4。 取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取取加 热 阶 段低 温 保 持高 温 保 持冷 却 阶 段图 2 快速热循环注塑成型示意图 从图 2 可见，动态模温控制是快速热循环注塑工艺的关键技术。 在快速热循环注塑过程中，模具必须快速 地 加热 或 冷却到注塑周期中指定的温度 。 温度及其在型腔表面分布的一致性 将 严重影响生产效率和零件的质量，如果加热 或电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 3 冷却后型腔表面的温度低或者分布不均匀就容易产生熔接痕、流痕。因此对型腔表面的温度要求非常严格以获得高品质的塑 料制品。模具型腔表面的温度
15、分布要尽可能一致 ， 加热时间必须足够短，以确保生产效率。 模具的快速冷却一般可以利用高速流动的低温冷却介质将热量带走，或直接采用自然空冷的方法也 可满足工艺要求。因此， 在现有的研究开发中， 较多 地集中在 模具的快速加热方法 上 。模具的快速加热则有很多方式，例如蒸汽加热、电加热、电磁感应加热、红外加热、热传导加热等 5。但总的来说，可以将其分为内部加热和外部加热两大类。 1.3 国内外发展现状 我国塑料模具工业起步较晚，底子薄，与工业发达的国家相比存在很大的差距。但在国家产业政策和与之配套的一系 列国家经济政策的支持和改革开放政策方针引导下，我国注塑模得到迅速发展，高效率、自动化、大型、
16、微型、精密、无流道、气体辅助、高寿命模具在整个塑料模具中占所占的比重越来越大。 我国模具生产厂中多数是自产自配的工模具车间（分厂），自产自配比例高达 60%左右，而国外模具超过 70%属商品模具。专业模具厂大多 “ 大而 ” 、 “ 小而全 ” 的组织形式，而国外大多是 “ 小而专 ” 、 “ 小而精 ” 。国内大型、精密、复杂、长寿命的模具占总量比例不足 30%，而国外在 50%以上 。 日本的模具产能约占全球的 40%，居世界第一位，每年向国外出口大量模具 。随着模具工业全球化布局的发展，模具行业在美国工业总产值中所占的比重呈现出不断下降的态势，但是美国模具在全球模具的高端产品仍然占据重要
17、地位。 目前，国内外对 快速热循环注塑工艺 (Rapid Heat Cycle Molding,RHCM)这项技术研究甚少。近两年，日本富士、韩国三星和 LG、荷兰飞利浦和美国 GE相继推出了该项技术。在我国，海信集团自主开发了该项技术，并成功应用于大型液晶平板电视机面板 6的注塑生产，并建成了注塑生产线，得到了很好的应用。该新工艺的关键技术主要包括材料、工艺、模具和控制系统，其中 模具表面温度的动态控制是高光无熔痕注塑工艺的关键技术之一。 Yao7,8,9等提出了一种利用感应加热实现模温动态控制的方法，并通过实验和模拟的方法研究了模腔表面温度的响应速度及均匀性。 Chen10等主要研究了感应
18、加热下模具表面温度的稳定性问题 , 并研究了动态模温控制对于制件品质的影响。 Jansen等 11分别提出并设计了一种具有加热层和绝热层的注塑模具，利用加热层良好的导热性和绝热层的热绝缘作用，实现模具型腔表面的快速升温。 Lin等 12通过在模具中植入加热单元，实现了透镜的高温注塑生产。 Wang13等提出一种新的动态电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 4 电加热模具温度控制系统。在这种系统中，型腔表面可以加热到高于 250 ，并具有相对较好的一致温度，可满足一些特殊材料的温度要求，如工程聚合物，纤维增强聚合物的快速热 循环 工艺过程。 Rhee14， Kan15等提出了一种实现模温的动
19、态监控方法，并设计了相关装置，实现了模温的实时监控。 1.4 课题研究的主要内容 对快速热循环高光注塑成型技术进行研究，并针对 MP4 外观进行高光无熔痕的注塑模具设计。 对注塑模具的电加热和冷却方式进行研究，研究合理的模具温度控制方式，完成注塑成型 模具的设计。 电加热方式的快速热循环注塑模具及装置设计 5 2 MP4 电加热模具的总体方案设计 2.1 引言 本章是对电加热方式的注塑模具进行总体方案设计。主要工作是对塑件的工艺性分析，注塑机的选择，模具总体布局，加热、冷却方式的分析以及成型周期的分析。 2.2 塑件的工艺性分析 2.2.1MP4 盖零件图 零件图如图 3 所示：图显示了零件的上表面和下表面，表面要求质量较高。 图 3.塑件 MP4盖零件图 2.2.2 尺寸精度分析 从零件图上分析，该零件的形状比较简单 ,但三侧面都有圆孔，模具设计时须设置侧向分型面等复杂机构，该零件的主要尺寸精度为 3级。由以 上分析可见，该零件的尺寸精度要求不是很高，对应模具相关零件的尺寸加工可以保证。 从塑件厚度上来看 ,厚度为 4mm,塑件均匀 ,比较容易注射成型。 2.2.3 表面质量分析 该零件的表面粗糙度为 Ra0.8um，要求不得有毛刺，没有其他特别的表面质量要求，故比较容易实现。
