注射闹钟后盖模具结构设计
注射闹钟后盖模具结构设计
1 前言:四年的大学生活即将结束。最后的这次毕业设计是对以前所学知识的一个很好的学习和总结，是对所学专业知识的一个综合运用，对我们即将走上工作岗位上能交好地适应本职工作有着重要意义，是一个必不可少的环节。 本次的实习内容大概可分为三个阶段：第一阶段是在发课题后进行分析和消化，进行一些必要的计算工作，确定零件的成型工艺方案，搜集并整理有关资料，为毕业设计工作准备；第二阶段是去实训楼了解模具的工作原理和零件的加工工艺。通过几次对试模现场的观察，使我对模具在设计与加工过程中可能产生的缺陷和本质问题有了一定的了解和进一不的掌握。大大地丰收了我的实践经验，第三阶段在设计室进行毕业设计，将前两个阶段搜集的资料和实践知识运用到实际当中去，在设计中更能善于发现问题，解决问题，学以至用，从而达到实习的真正目的。
模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。
对塑料模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均达到要求的优质制品。以模具的使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理，制造容易，成本低。
模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、浇口和排气系统以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的机械性能、外面质量、表面光洁度、气泡、烧焦都有十分重要的影响
塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在批量生产塑料制品时，应尽量减少开模，合模具和取制件过程中的手工劳动，为些常采用自动开合模和自动顶出机构。在全自动生产是还要保证制件能自动从模具上自动脱落。
模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制作模具的费用是昂贵的。一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模具约能生产二十五万件。当批量生产不大时，模具费用在制品成本中所占的比例将是很大的，所以此时应尽可能采用结构合理而简单的模具，以降低成本，如我们这次眼睛盒的设计。
现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具必不可少的三项重要因素，尤其是塑料 模具对实现塑料加工工艺要求。塑料缺件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效率，产品的生产和更新都是以牙的制造和更新为前提。由于工业塑件和日用塑料制品的品和要求很大，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此促使塑料模具具生产不断向前发展。
2 塑件分析
图2-1塑件的基本尺寸
图2-2 塑件的三维图
1. 塑件尺寸精度分析：由图2-1得知产品尺寸是80X50X9，该塑件尺寸精度无特殊要求，所在尺寸均为自由尺寸。
2. 塑件表面质量分析：该塑件表面粗糙度无特殊要求，我们取Ra0.8度。而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
3. 产品壁厚：壁厚最小0.8mm，最大处1.3mm，较均匀，有利于零件的成型。
4. 脱模斜度：由塑料成型工艺与模具设计P53页可知，其型腔脱模具斜度一般为35´~1°20´,型芯脱模斜度为35´~40´。
5. 体积 = 36000mm^3
6. 塑件颜色：蓝色。 7. 塑件经济性：万能充提前实现了中国数亿手机用户的愿望。这个以两根可调节金属接触弹片，加一个固定电池的透明夹子，看起来比较简单的设计，却何以成为数以千万中国手机用户的必备配件。
8. 塑件外观：外观较简单，制造成型较易。有斜顶机构脱模。
9. 塑件材料：PC 化学名：称聚碳酸酯。
3 塑料材料的成型特征与工艺参数
PC塑料的工艺特点如下： ①属无定型塑料，Tg为149～150℃；Tf为215～225℃；成型温度为250～310℃；相对平均分子质量为2～4万。②热稳定性较好，并随相对分子质量的增大而提高。 ③流变特性接近牛顿液体，表观粘度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，随相对平均分子质量的增大而增大。无明显的熔点，熔体粘度较高。PC分子链中有苯环，所以，分子链的刚性大。④PC的抗蠕变性好，尺寸稳定性好；但内应力不易消除。⑤PC高温下遇水易降解，成型时要求水分含量在0.02％以下。 ⑥制品易开裂。在成型前，PC树脂必须进行充分干燥。干燥方法可采用沸腾床干燥(温度120～130℃，时间1～2h)、真空干燥(温度110℃，真空度96kPa以上、时间10～25h)、热风循环干燥(温度120～130℃，时间6h以上)。
为防止干燥后的树脂重新吸湿，应将其置于90℃的保温箱内，随用随取，不宜久存。成型时料斗必须是密闭的，料斗中应设有加热装置，温度不低于100℃、对无保温装置的料斗，一次加料量最好少于半小时的用量，并要加盖盖严。判断干燥效果的快速检验法，是在注塑机上采用“对空注射”。如果从喷嘴缓慢流出的物料是均匀透明、光亮无银丝和气泡的细条时，则为合格。此法对一般塑料均适用。
PC的熔体粘度比PA、PS、PE等大得多，流动性较差。熔体的流动特性接近于牛顿流体，熔体粘度受剪切速率影响较小，而对温度的变化十分敏感，因此，成型时只要调节加工温度，就能有效地控制PC的表现粘度。成型温度的选择与树脂的相对平均分子质量及其分布、制品的形状与尺寸、注塑机的类型等有关，一般控制在250～310℃范围内。
注塑用料，宜选用相对平均分子质量稍低的树脂，MFR为5～7g/10min；对形状复杂或薄壁制品。成型温度应偏高，为285～305℃；而厚壁制品，成型温度稍低，为250～280℃。不同的注塑机，成型温度也不一样。螺杆式为260～285℃，柱塞式为270～310℃。料筒温度的设定是用前高后低的方式，靠近料斗一端的后料筒温度要控制在PC的软化温度以上，即大于230℃，以减少物料阻力和注射压力损失。尽管提高成型温度有利熔体充模。但不能超过230℃，否则，PC会发生降解，使制品颜色变深，表面出现银丝、暗条、黑点、气泡等缺陷，同时，物理力学性能也会显著下降。喷嘴温度为260～310℃，两种类型的注塑机喷嘴的温度控制有所不同。
模具温度对制品的力学性能影响很大，随着模温的提高．料温与模温间的温差变小，剪切应力降低，熔体可在模腔内缓慢冷却，分子链得以松弛，取向程度减小，从而减少了制品的内应力，但制品的冲击强度、伸长率显著下降，同时会出现制品脱模困难。脱模时易变形，并延长了成型周期，降低生产效率；而模温较低，又会使制品的内应力增加。因此，必须控制好模温。
通常，PC的模温为80～120℃。普通制品控制在80～100℃，而对于形状复杂、薄壁及要求较高的制品，则控制在100～120℃，不允许超过其热变形温度。成型PC厚壁制品时，模具温度的控制显得特别重要。例如，在成型简支梁冲击试验样条(厚度为10mm)时，如果模具不进行控制温度，则成型的样条内部缩孔很多，也很大。此时，模具如果没有设置加热装置，则可采用简易的方法将模具主流道加热。该简易的方法就是在一根铁丝上系上棉花球，蘸上工业酒精，加热主流道，这样，虽不能消除缩孔，但缩孔的数量大为减少。程度大为减轻。当然，这是一种没有办法的办法，是一种土办法，不推荐使用。因为这样，容易使模具主流道变形和氧化。尽管注塑时注射压力对熔体强度和流动性影响较小，但由于PC熔体粘度高、流动性较差，因此，注射压力不能太低，一般控制在80～120MPa，采用柱塞式注塑机时，注射压力应为100～150MPa；而对于薄壁长流距、形状复杂、浇口尺寸较小的制品，为使熔体顺利、及时充模，注射压力要适当提高至120～150MPa。
PC注塑工艺控制的总的原则是：高料温，低压力。保压压力大小和保压时间长短直接影响制品的质量。保压压力过小，则补缩作用小，制品内部会因收缩而形成气泡，制品表面也会出现凹痕；保压压力过大。在浇口周围易产生较大的内应力。保压时间长，制品尺寸精度高、收缩率低、表面质量良好，但增加了制品中的内应力，延长了成型周期。保压压力为80～100 MPa。如前所述方法——用火加热主流道，延长浇口中熔体的凝固时间，以增加补缩作用。PC注射成型时，可提高背压压力。注射速率对制品的性能影响不大。但从成型角度考虑，注射速率不宜太慢，否则进入模腔内的熔体易冷凝而导致充模不足，即使充满了，制品表面包易出现波纹、料流痕等缺陷；注射速率也不宜太快，以防裹入空气和出现熔体破裂现象。
生产中，一般采用中速或慢速，最好采用多级注塑。注塑时，速度没定为慢→快→慢，这样可大大提高制品质量。螺杆转速不可太高，一般为30～60 r/min。嵌件需预热到200℃，至少也要有120℃，一般为110～130℃。再生料的再生次数不超过3次，用量为20％左右。PC是透明性塑料，成型时一般不推荐使用脱模剂，以免影响制品透明度。对脱模确有困难的制品，可使用硬脂酸或硅油类物质作脱模剂，但用量要严格控制。PC制品中应尽量避免使用金属嵌件。若确需使用金属嵌件时，则必须先把金属嵌件预热至200℃左右后，再置人模腔中进行注塑，这样可避免因膨胀系数的悬殊差别，在冷却时发生收缩不一致而严生较大的内应力，使制品开裂。减小内应力的方法，除了在制品造型设计时避免缺口、锐角、厚薄悬殊以及采用正确的成型工艺参数等外，最好是对制品进行热处理，热处理温度控制在125～135℃(树脂Tg以下10～20℃)，处理时间为2h左右，制品越厚处理时间越长。一般壁厚小于5mm的制品，时间为8h；大于20mm的制品、时间为24h。
制品的内应力大小可通过偏振光检验法和溶剂浸渍法。偏振光检验法适用各种透明制品，它是利用PC的透明性，把制品置于偏振光镜片之间，从镜上观察制品表面彩色光带面积，以彩色光带面积的大小来确定制品内应力大小，如果观察到的彩包光带面积大，说明制品内应力大；溶剂浸渍法是工厂中普遍采用的一种检测手段，该法是将PC制品浸入某些溶剂(如苯、四氯化碳、环己烷、乙醇、甲醇等)之中，以制品发生开裂破坏所需的时间，来判断应力的大小，时间越长则应力越小。如果浸渍5～15 s就开裂，说明内应力很大；如果浸渍1～2min不出现裂纹，说明内应很小，这种制品在使用过程一般不会开裂。
4 设备的选择
4.1 依据最大注射量初选设备
通常保证制品所需注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%，否则就会造成制品的形状不完整、内部组织疏松或制品强度下降等缺陷；而过小，注射机利用率偏低，浪费电能，而且塑料长时间外于高温状态可导致塑料分解和变质，因些，应注意注射机能处理的最小注射量，最小注射量应大于额定注射量的20%。
4.1.1 计算塑件的体积
利用Pro/E软件画出实体零件，然后利用该软件的“分析”→“质量属性” →就可以查到该零件的体积是：V=6.359cm^3
4.1.2 计算塑件的质量
计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔数。查得ABS的密度是（g/cm3），采用一模两腔，加上凝料的质量（初步估算为8g）。
M=V ρ=6.550(g)
塑件成型每次需要的注射量。
2M+8=21.1(g)
根据注射量，查塑料成型工艺与模具设计P82页表5-2选择XS—ZY—125 型号的柱塞式注射机，满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%。 设备主要参数如表4-1所于。
1 前言:四年的大学生活即将结束。最后的这次毕业设计是对以前所学知识的一个很好的学习和总结，是对所学专业知识的一个综合运用，对我们即将走上工作岗位上能交好地适应本职工作有着重要意义，是一个必不可少的环节。 本次的实习内容大概可分为三个阶段：第一阶段是在发课题后进行分析和消化，进行一些必要的计算工作，确定零件的成型工艺方案，搜集并整理有关资料，为毕业设计工作准备；第二阶段是去实训楼了解模具的工作原理和零件的加工工艺。通过几次对试模现场的观察，使我对模具在设计与加工过程中可能产生的缺陷和本质问题有了一定的了解和进一不的掌握。大大地丰收了我的实践经验，第三阶段在设计室进行毕业设计，将前两个阶段搜集的资料和实践知识运用到实际当中去，在设计中更能善于发现问题，解决问题，学以至用，从而达到实习的真正目的。
模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。
对塑料模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等方面均达到要求的优质制品。以模具的使用角度，要求高效率、自动化、操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理，制造容易，成本低。
模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、浇口和排气系统以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的机械性能、外面质量、表面光洁度、气泡、烧焦都有十分重要的影响
塑料加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在批量生产塑料制品时，应尽量减少开模，合模具和取制件过程中的手工劳动，为些常采用自动开合模和自动顶出机构。在全自动生产是还要保证制件能自动从模具上自动脱落。
模具对塑料制品的成本也有相当的影响。除简易模具外，一般来说制作模具的费用是昂贵的。一副优良的注射模具可生产制品百万件以上，压制模具约能生产二十五万件。当批量生产不大时，模具费用在制品成本中所占的比例将是很大的，所以此时应尽可能采用结构合理而简单的模具，以降低成本，如我们这次眼睛盒的设计。
现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具必不可少的三项重要因素，尤其是塑料 模具对实现塑料加工工艺要求。塑料缺件使用要求和造型设计起着重要作用。高效的全自动的设备也只有装上能自动化生产的模具才能发挥其效率，产品的生产和更新都是以牙的制造和更新为前提。由于工业塑件和日用塑料制品的品和要求很大，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此促使塑料模具具生产不断向前发展。
2 塑件分析
图2-1塑件的基本尺寸
图2-2 塑件的三维图
1. 塑件尺寸精度分析：由图2-1得知产品尺寸是80X50X9，该塑件尺寸精度无特殊要求，所在尺寸均为自由尺寸。
2. 塑件表面质量分析：该塑件表面粗糙度无特殊要求，我们取Ra0.8度。而塑件内部没有较高的表面粗糙度要求。
3. 产品壁厚：壁厚最小0.8mm，最大处1.3mm，较均匀，有利于零件的成型。
4. 脱模斜度：由塑料成型工艺与模具设计P53页可知，其型腔脱模具斜度一般为35´~1°20´,型芯脱模斜度为35´~40´。
5. 体积 = 36000mm^3
6. 塑件颜色：蓝色。 7. 塑件经济性：万能充提前实现了中国数亿手机用户的愿望。这个以两根可调节金属接触弹片，加一个固定电池的透明夹子，看起来比较简单的设计，却何以成为数以千万中国手机用户的必备配件。
8. 塑件外观：外观较简单，制造成型较易。有斜顶机构脱模。
9. 塑件材料：PC 化学名：称聚碳酸酯。
3 塑料材料的成型特征与工艺参数
PC塑料的工艺特点如下： ①属无定型塑料，Tg为149～150℃；Tf为215～225℃；成型温度为250～310℃；相对平均分子质量为2～4万。②热稳定性较好，并随相对分子质量的增大而提高。 ③流变特性接近牛顿液体，表观粘度受温度的影响较大，受剪切速率的影响较小，随相对平均分子质量的增大而增大。无明显的熔点，熔体粘度较高。PC分子链中有苯环，所以，分子链的刚性大。④PC的抗蠕变性好，尺寸稳定性好；但内应力不易消除。⑤PC高温下遇水易降解，成型时要求水分含量在0.02％以下。 ⑥制品易开裂。在成型前，PC树脂必须进行充分干燥。干燥方法可采用沸腾床干燥(温度120～130℃，时间1～2h)、真空干燥(温度110℃，真空度96kPa以上、时间10～25h)、热风循环干燥(温度120～130℃，时间6h以上)。
为防止干燥后的树脂重新吸湿，应将其置于90℃的保温箱内，随用随取，不宜久存。成型时料斗必须是密闭的，料斗中应设有加热装置，温度不低于100℃、对无保温装置的料斗，一次加料量最好少于半小时的用量，并要加盖盖严。判断干燥效果的快速检验法，是在注塑机上采用“对空注射”。如果从喷嘴缓慢流出的物料是均匀透明、光亮无银丝和气泡的细条时，则为合格。此法对一般塑料均适用。
PC的熔体粘度比PA、PS、PE等大得多，流动性较差。熔体的流动特性接近于牛顿流体，熔体粘度受剪切速率影响较小，而对温度的变化十分敏感，因此，成型时只要调节加工温度，就能有效地控制PC的表现粘度。成型温度的选择与树脂的相对平均分子质量及其分布、制品的形状与尺寸、注塑机的类型等有关，一般控制在250～310℃范围内。
注塑用料，宜选用相对平均分子质量稍低的树脂，MFR为5～7g/10min；对形状复杂或薄壁制品。成型温度应偏高，为285～305℃；而厚壁制品，成型温度稍低，为250～280℃。不同的注塑机，成型温度也不一样。螺杆式为260～285℃，柱塞式为270～310℃。料筒温度的设定是用前高后低的方式，靠近料斗一端的后料筒温度要控制在PC的软化温度以上，即大于230℃，以减少物料阻力和注射压力损失。尽管提高成型温度有利熔体充模。但不能超过230℃，否则，PC会发生降解，使制品颜色变深，表面出现银丝、暗条、黑点、气泡等缺陷，同时，物理力学性能也会显著下降。喷嘴温度为260～310℃，两种类型的注塑机喷嘴的温度控制有所不同。
模具温度对制品的力学性能影响很大，随着模温的提高．料温与模温间的温差变小，剪切应力降低，熔体可在模腔内缓慢冷却，分子链得以松弛，取向程度减小，从而减少了制品的内应力，但制品的冲击强度、伸长率显著下降，同时会出现制品脱模困难。脱模时易变形，并延长了成型周期，降低生产效率；而模温较低，又会使制品的内应力增加。因此，必须控制好模温。
通常，PC的模温为80～120℃。普通制品控制在80～100℃，而对于形状复杂、薄壁及要求较高的制品，则控制在100～120℃，不允许超过其热变形温度。成型PC厚壁制品时，模具温度的控制显得特别重要。例如，在成型简支梁冲击试验样条(厚度为10mm)时，如果模具不进行控制温度，则成型的样条内部缩孔很多，也很大。此时，模具如果没有设置加热装置，则可采用简易的方法将模具主流道加热。该简易的方法就是在一根铁丝上系上棉花球，蘸上工业酒精，加热主流道，这样，虽不能消除缩孔，但缩孔的数量大为减少。程度大为减轻。当然，这是一种没有办法的办法，是一种土办法，不推荐使用。因为这样，容易使模具主流道变形和氧化。尽管注塑时注射压力对熔体强度和流动性影响较小，但由于PC熔体粘度高、流动性较差，因此，注射压力不能太低，一般控制在80～120MPa，采用柱塞式注塑机时，注射压力应为100～150MPa；而对于薄壁长流距、形状复杂、浇口尺寸较小的制品，为使熔体顺利、及时充模，注射压力要适当提高至120～150MPa。
PC注塑工艺控制的总的原则是：高料温，低压力。保压压力大小和保压时间长短直接影响制品的质量。保压压力过小，则补缩作用小，制品内部会因收缩而形成气泡，制品表面也会出现凹痕；保压压力过大。在浇口周围易产生较大的内应力。保压时间长，制品尺寸精度高、收缩率低、表面质量良好，但增加了制品中的内应力，延长了成型周期。保压压力为80～100 MPa。如前所述方法——用火加热主流道，延长浇口中熔体的凝固时间，以增加补缩作用。PC注射成型时，可提高背压压力。注射速率对制品的性能影响不大。但从成型角度考虑，注射速率不宜太慢，否则进入模腔内的熔体易冷凝而导致充模不足，即使充满了，制品表面包易出现波纹、料流痕等缺陷；注射速率也不宜太快，以防裹入空气和出现熔体破裂现象。
生产中，一般采用中速或慢速，最好采用多级注塑。注塑时，速度没定为慢→快→慢，这样可大大提高制品质量。螺杆转速不可太高，一般为30～60 r/min。嵌件需预热到200℃，至少也要有120℃，一般为110～130℃。再生料的再生次数不超过3次，用量为20％左右。PC是透明性塑料，成型时一般不推荐使用脱模剂，以免影响制品透明度。对脱模确有困难的制品，可使用硬脂酸或硅油类物质作脱模剂，但用量要严格控制。PC制品中应尽量避免使用金属嵌件。若确需使用金属嵌件时，则必须先把金属嵌件预热至200℃左右后，再置人模腔中进行注塑，这样可避免因膨胀系数的悬殊差别，在冷却时发生收缩不一致而严生较大的内应力，使制品开裂。减小内应力的方法，除了在制品造型设计时避免缺口、锐角、厚薄悬殊以及采用正确的成型工艺参数等外，最好是对制品进行热处理，热处理温度控制在125～135℃(树脂Tg以下10～20℃)，处理时间为2h左右，制品越厚处理时间越长。一般壁厚小于5mm的制品，时间为8h；大于20mm的制品、时间为24h。
制品的内应力大小可通过偏振光检验法和溶剂浸渍法。偏振光检验法适用各种透明制品，它是利用PC的透明性，把制品置于偏振光镜片之间，从镜上观察制品表面彩色光带面积，以彩色光带面积的大小来确定制品内应力大小，如果观察到的彩包光带面积大，说明制品内应力大；溶剂浸渍法是工厂中普遍采用的一种检测手段，该法是将PC制品浸入某些溶剂(如苯、四氯化碳、环己烷、乙醇、甲醇等)之中，以制品发生开裂破坏所需的时间，来判断应力的大小，时间越长则应力越小。如果浸渍5～15 s就开裂，说明内应力很大；如果浸渍1～2min不出现裂纹，说明内应很小，这种制品在使用过程一般不会开裂。
4 设备的选择
4.1 依据最大注射量初选设备
通常保证制品所需注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%，否则就会造成制品的形状不完整、内部组织疏松或制品强度下降等缺陷；而过小，注射机利用率偏低，浪费电能，而且塑料长时间外于高温状态可导致塑料分解和变质，因些，应注意注射机能处理的最小注射量，最小注射量应大于额定注射量的20%。
4.1.1 计算塑件的体积
利用Pro/E软件画出实体零件，然后利用该软件的“分析”→“质量属性” →就可以查到该零件的体积是：V=6.359cm^3
4.1.2 计算塑件的质量
计算塑件的质量是为了选择注射机及确定模具型腔数。查得ABS的密度是（g/cm3），采用一模两腔，加上凝料的质量（初步估算为8g）。
M=V ρ=6.550(g)
塑件成型每次需要的注射量。
2M+8=21.1(g)
根据注射量，查塑料成型工艺与模具设计P82页表5-2选择XS—ZY—125 型号的柱塞式注射机，满足注射量小于或等于注射机允许的最大注射量的80%。 设备主要参数如表4-1所于。
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