1、 本科 毕业 设计 (论文 ) （二零 届） 可视化注塑模具设计 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 在注射成型过程中 , 由于成型条件、成型模具、注射机、辅助设备及成型环境等多种因素的影响 , 注射制品会产生各种缺陷 , 使制品难以达到外 观和尺寸精度的要求 , 甚至引起制品的物理机械性能的下降。于是如何定性、定量地分析成型过程中所产生的缺陷 , 并在实际生产前予以考虑并提出相应对策 , 是制品设计时面临的重要课题。 而 通过可视化技术收集到的信息可以作为优化模具设计的重要依据 , 从而得到高质量的注射制品。 介绍了可视化技
2、术在注射充模过程研究中的应用。在国 内 外注射充模过程可视化模具基础上 ,通过对模具中玻璃 零件 形状的改进 、 采用插件形式的视窗 , 改善 了 可视化模具的观察环境 , 降低了整套模具的加工难度与成本 , 设计 了 一套经济实用的可视化模具。为注射充模过程 的可视化实验研究奠定了基础。 关键词： 可视化；注塑成型；模具 II A design of visualization mold for injection Abstract In the injection molding process, because forming conditions, molding, injection
3、 machine, auxiliary equipment and moulding environment and so on many kinds of factors, injection products will produce all sorts of defect, make the products can reach appearance and size accuracy requirement, and even cause products of the physical and mechanical properties of decline. So how to q
4、ualitative and quantitative analysis of the forming process of the defect, and produced in actual production shall be considered before and then puts forward appropriate countermeasures, faced is products design major task. And through visualization technology to collect information can be used as a
5、n important basis for optimizing mold design, thus get high quality injection products. Introduced the visualization technology research in injection mold filling process the application. At home and abroad, injection mold filling process visualization mould basis, through the improvement in the die
6、 and using glass shape the Windows, improve the plugin form of visual environment, reduces the mold observed a whole mold machining difficulty and cost, design and manufacture a set of economic and practical visualization mold. For injection mold filling process visual experiment laid a foundation.
7、Keywords: visualization technique； Injection molding； mold III 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 . 2 1.3可视化技术国内外发展现状 . 3 1.4课题研究的主要内容 . 4 2注塑成型可视化模具方案设计 . 5 2.1塑件工艺分析 . 5 2.2初选成型设备与注塑工艺规程编制 . 5 2.3可视化模具设计方案综述 . 6 2.4可视化模具设计方案的确定 . 10 2.5可视化模具设计的特点 . 10 3可视化注塑模具结构设计 . 13 3.1成型部分
8、零件的设计 . 13 3.2浇注系统的设计 . 15 3.3推出机构的设计 . 16 3.4模架部分的设计 . 18 3.5导向机构的设计 . 19 3.6排气系统的设计 . 20 3.7模具加热系统的设计 . 21 结论 . 22 参考文献 . 23 致谢 . 错误 !未定义书签。 可视化注塑模具设计 1 1 绪论 1.1 课题的来源 人类社会的进步与材料的使用密切相关。其中塑料是 20世纪才发展起来的一类新型材 料，是高分子材料中最大的一类，由于塑料具有品种多、性能各具特色、适应性广等优点，而且生产塑料所消耗的能量低，因此塑料工业的发展保持着旺盛的势头。目前，注塑成型技术己经广泛的应用到了
9、塑料制品的生产中 1,其中占很大比例的塑料制品是采用此项技术制成的。虽然注塑成型技术已经是一项比较成熟的技术，但是随着注塑制品在家电、汽车等高科技领域的应用，对制品的质量、性能及产品更新换代提出了更高的要求。但是高质量高精度高灵敏度的严格要求成为阻止塑料制品快速进入这些高尖领域的限制和束缚，如何提高注塑制品质量和性能成为该领域的 重要研究课题。注塑成型过程是一个高度非线性、时变性的多参数作用过程。由于此过程具有多个参数相互作用并随时间变化的特性，所以每个参数对最后制件质量的优劣都具有不同程度的影响。为了减少最终制件的质量缺陷、提高生产质量，需要对整个成型周期中工艺参数的值进行检测控制，使对最终
10、制件质量影响较大的工艺参数值能保持在最佳的工艺窗口内，从而确保最终制件质量达到最优 2。 高分子材料的成型方法主要有挤出成型、注塑成型、吹塑成型、压延成型、压制成型等，其中，注塑成型因可以生产和制造形状较为复杂的制品、易于与计算机技术结合、易 于实现自动化生产等优点，在高分子材料的成型加工中占有极其重要的位置 3。注塑成型可以一次成型结构复杂的制品 ,应用很广 4,但由于材料、成型工艺、模具设计、制品设计及设备等各方面的影响 ,注塑制品常会出现各种表观缺陷 ,如 :填充不足、凹陷与缩痕、变色与暗纹、熔接痕、银丝与剥层、乱流纹与喷射痕、无光泽与光泽不均匀、翘曲变形、表面划伤与龟裂等 5。 可视化
11、技术，是指对于高分子材料的实际成型过程，由固体到熔融态、混炼和分散举动、熔体冷却成型等全过程都可直接观察的一项研究方法。可视化方法是研究高分子材料加工成型过程 的重要手段。近 20年来它与 CAE相辅相成，推动着高分子材料加工成型科学与技术的快速发展。可视化方法对于发现加工成型过程中的某些未知现象，揭示成型缺陷的产生机理等方面有着不可替代的重要作用。当前对于注射成型过程的研究主要采取 CAE模拟的方法，通过计算机模拟整个注射过程并预测注射结果。但是由于数值模拟过程中对于物理、热学或其他性质的简化使得相关研究结果同实际结果存在一定的出入，而且有些充模成型规律在当前的 CAE模拟软件中还没有体现，
12、只有通过其他研究手段才能够得到验证，如利用可视化技术进行研究的注射充模的充填平衡 问题和喷射问题。在充分发挥可视化注塑模具设计 2 CAE数值模拟软件功能的基础上，对注射充模过程辅以可视化实验研究是很有意义的。通过可视化技术可以直接观察模腔内树脂流动过程，验证 CAE数值模拟结果，同时还能够明确各种注射成型缺陷的产生过程 6。 当前对于注射成型过程的研究主要采取 CAE 模拟的方法 , 通过计算机模拟整个注射过程并预测注射结果。但是计算机模拟要想做到同真实的注射充模过程完全一致是很困难的 , 而且有些充模成型规律在当前的 CAE 模拟软件中还没有体现 , 只有通过其他研究手段才能够得到验证 ,
13、如利用可视化技术进行研究注射充 模的充填平衡问题 。在充分发挥 CAE 数值模拟软件功能的基础上 ,对注射充模过程辅以可视化实验研究是很有意义的。可以通过可视化技术直接观察模腔内树脂流动过程 ,验证 CAE 数值模拟结果 , 同时还能够明确各种注射成型缺陷的产生过程。通过可视化技术收集到的信息又可以作为优化模具设计的重要依据 , 从而得到高质量的注射制品。 1.2 课题的意义 注塑制品的成型是一个非常复杂的多因素共同作用的动态过程 7。在注塑成型过程中，由于成型条件、成型模具、注射机、辅助设备及成型环境等多种因素的影响，塑料制品会产生各种缺陷，使制品 难以达到外观和尺寸精度的要求，甚至引起制品
14、的物理机械性能的下降。对于注射成型过程的研究可以采取CAE 模拟的方法，通过计算机模拟整个注射过程并预测注射结果。但是计算机模拟要想做到同真实的注射充模过程完全一致是很困难的，而且有些充模成型规律在当前的 CAE 模拟软件中还没有体现，只有通过其他研究手段才能够得到验证，如利用可视化技术进行研究注射充模的充填平衡问题。在充分发挥 CAE数值模拟软件功能的基础上，对注射充模过程辅以可视化实验研究是很有意义的。 注射充模的熔体流变情况决定着制品的微观和宏观结构 (取向、结晶，熔合均匀性等 )，这些又直接影响制品的物理机械性能 813，因此，研究塑料充模流动问题有着重要的实践和理论意义。对注塑成型过
15、程运用可视化方法尤其是动态可视化方法，可以发现加工成型过程中的某些未知现象，揭示成型缺陷的产生机理等，正是因为可视化技术在注塑成型过程中发挥的这些重要的作用，近年来受到国际学术界的高度重视。在可视化技术尚未出现之前，人们对模具内物料的流动情况一无所知。只能凭经验和简单的公式来推测其流动情况。现在有了可视化实验装置，我们就可以直观的观察注射成型的充模过程，发现缺陷的产生机理。有了可视化实验 研究条件，这些缺陷产生的机理便可以得到破解，从而找到避免缺陷产生的最佳方法，同时还可能发现注射成型过程中的某些未知现象。 可视化注塑模具设计 3 在本课题中，通过设计制造一套经济适用的很好的用于可视化实验的注
16、塑模具，为注射成型过程的可视化实验研究奠定了基础。 1.3 可视化技术国内外发展现状 可视化方法是研究高分子材料加工成型过程的重要手段。近 20 年来它与CAE 相辅相成，推动着高分子材料加工成型科学与技术的快速发展。可视化方法对于发现加工成型过程中的某些未知现象，揭示成型缺陷的产生机理等方面有着不可替代的重要作用，也越来越受到学术界 的高度重视。在可视化技术尚未出现之前，人们对模具内熔料的流动凭借现有的经验和简单的公式来推测其流动情况。现在有了可视化实验装置，我们可以直观的观察注射成型的充模过程，逐步发现缺陷的产生机理。同时通过可视化实验，可以更深入的理解这些塑料制品缺陷产生的机理，从而找到
17、避免缺陷产生的最佳方法，同时还可能发现注射成型过程中的某些未知现象 14。 注塑成型过程是一个包括合模锁紧、注射、保压、制品冷却和预塑化充模、开模顶出制品的连续性周期过程 15。其中，充模过程是注射成型的一个核心过程，充模的流动情况决定着 制品的微观和宏观结构 (取向、结晶、熔合均匀性等 )，这些又直接影响制品的物理机械性能，因此，研究注塑成型过程，尤其是充模流动问题有着重要的实践和理论意义。它有利于控制注塑制品的质量，使塑料制品注射成型工艺建立在可靠的理论基础上，摆脱靠经验和技艺式地解决问题，减少模具设计、工艺参数确定的盲目性。 然而，通常的注射模具是金属制的。不能直接看到充模的情况。了解充
18、模流动过程可采用如下几种方法 16。 (1)利用注射不足量法 (即注射不足全量的塑料，形成一充模不满的制品 )，逐步扩大注射量，得到一组注不满制品，用以进行流 动情况分析。 (2)进行双色注射或混入不熔填料，通过观察制品上的流痕花纹进行分析。 (3)脉冲着磁显影方式。它是将磁粉混入树脂原料当中，再通过浇口位置铁心产生的脉冲磁场使一部分磁粉着磁。得到制品以后将其切片放人磁场检测液中显影实现可视化的方法。 (4)在模腔不同部位装设测温、测压传感器，由温度，压力的变化，推算料流运动情况 ;或者用光纤传感器对树脂内部流动情况进行监测。 (5)以透明模进行观测。透明模法具有直观和能够详细看到物料充模流动
19、的动态过程的特点。国外早在五十年代就开展了这方面的工作，近年来国内有些学者 从事相关的研究。本课题即采用透明模具研究注塑成型过程。 前三种方法都属于静态可视化技术，最后一种方法属于动态可视化技术的范畴。 可视化注塑模具设计 4 1.4 课题研究的主要内容 本课题的主要任务是设计用于观察一次性相机的物镜 (见图 1.1)成型过程的可视化注射模具。 图 1.1相机物镜镜片 可视化注塑模具设计 5 2 注塑成型可视化模具方案设计 2.1 塑件工艺分析 (1)塑件的原材料为聚甲基丙酸甲脂（ PMMA） 性质： 非晶体聚合物， 92%光线穿透率，热变性温度介于 74 102 间 。 优点： 1、 高光学
20、透明性 ； 2、耐候性佳 ； 3、刚性佳 ； 4、易染色 。 缺点： 1、耐化性差 ； 2、长期时用温度最高 93 ； 3、应立集中处，较易碎化 。 用途 ： 灯罩、窗玻璃、标示牌、光学透镜、硬式隐形眼镜、汽车零件 。 (2)塑件便面质量分析 根据塑件外 形要求，塑件的凹凸面的粗糙度为 Ra0.012m。 (3)塑件结构工艺性分析 从图纸上分析，该塑件的外形为回转体，壁厚均匀，且符合最小壁厚要求。 塑件型腔较小，有凹凸面。 综上所述，该塑件可采用注塑成型加工。 2.2 初选成型设备与注塑工艺规程编制 (1)计算塑件的体积和重量 计算塑件的体积： V 145.35mm3 计算塑件的重量： =1.
21、2g/cm3 所以，塑件的重量为： W= V=145.35 1.2=0.17g 根据塑件形状及尺寸较小特点采用一模多腔的模具结构，考虑外形尺寸及注塑时所需的压力情 况，参考模具设计手册初选注塑机：日精 40T NC8000F。 (2)确定成型工艺参数 塑件注射成型工艺参数的确定 查常用热塑性塑料注射成型工艺表拟定工艺参数见下表，试模时可根据实际情况作适当调整。 填写注塑成型工艺卡，见表 2.1 可视化注塑模具设计 6 表 2.1注射成型工艺卡 2.3 可视化模具设计方案综述 （ 1）聚苯乙烯塑料注射充模观测实验装置 西北工业大学 405 教研室林德宽、马天保 16从 1978年开始建立注射充模的测试观测装置，并进行了一系列试验。下面是他们对聚苯乙烯塑料注射充模进行观测的实验方案 。他们利用玻璃透明模具在注塑机上采用银幕投影和高速摄影的方法直接观察熔料注射充模过程，整个实验装置如图 2.1所示。
