毕业设计（论文）光盘架塑件结构设计

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1、目 录1 绪论11.1题目背景及目的11.2国内外的研究现状21.3展望41.4概述52 产品设计内容62.1塑件材料的选择62.2塑件材料的性能62.2.1一般性能62.2.2力学性能62.2.3热学性能62.2.4电学性能62.2.5环境性能72.2.6 PP的加工特性72.3 PP注塑制品72.4 纯PP材料的综合性能参数72.5 聚丙烯的改性82.6 成型塑件的主要缺陷及消除措施103 光盘架的结构设计图113.1 结构113.2 结构工艺124 模具设计内容134.1 选择分型面134.2 确定型腔数目144.3 注射机的选择144.4 注射机的校核144.4.1锁模力的校核144.

2、4.2开模行程的校核155 浇注系统的设计165.1 浇注系统165.1.1主流道的设计165.1.2分流道的设计175.1.3浇口的设计175.2 排气结构的设计195.3 模架及合模导向机构的选择195.3.1合模导向机构的设计205.3.2导柱的设计215.3.3导套设计216 脱模推出机构的设计226.1 结构分析226.2 冷却系统的设计计算226.2.1冷却装置的作用236.2.2注射机每小时注射量236.2.3塑件在固化时每小时释放的热量Qt236.2.4冷却水的体积流量Qv236.2.5却管道直径d246.2.6冷却水在管道内的流速v246.2.7管道孔壁与冷却介质间传热系数k

3、246.2.8冷却管道总传热面积A246.2.9模具应开设的孔数n246.3 脱模力的计算256.4 成型零件的尺寸及公差计算267 模具的试模与修模277.1 模具的试模与修模277.2 成型缺陷27结论28参考文献29致谢301绪论1.1题目背景及目的光盘即高密度光盘(Compact Disc)， 从信息存储的角度看，CD完全可以看成一种新型的纸。一张小小的塑料圆盘，其直径不过12厘米（5英寸），重量不过20克，而存储容量却高达600多兆字节。如果单纯存放文字，一张CD相当于15万张16开的纸，足以容纳数百部大部头的著作。但是，CD在记录信息原理上却与纸大相径庭，CD盘上信息的写入和读出都

4、是通过激光来实现的。激光通过聚焦后，可获得直径约为1微米的光束。据此，荷兰飞利浦(Philips)公司的研究人员开始使用激光光束来进行记录和重放信息的研究。1972年，他们的研究获得了成功，1978年投放市场。最初的产品就是大家所熟知的激光视盘（LD, Laser Vision Disc）系统。第一张商业化的CD只读光盘自1982年问世后的近二十年来，CD只读光盘作为光存贮类产品在各行业中都得到了广泛的应用。产品类别也从单一的CDDA光盘逐渐发展到CDROM电脑用光盘等多个格式。第一，这首先得益于信息产业的高速发展，导致信息量的成倍增加；第二，得益于光盘产品在贮存容量、快速查询、长期保存及存贮

5、密度上比原各类记录介质有明显的优势；第三，得益于形成了一套CD只读光盘与光盘驱动器等的相互适应性标准，使得光盘的各技术指标可适合于不同种类的光驱或播放设备的对光盘的使用要求，而文件格式可适用于不同电脑操作系统的应用要求。从上世纪90年代以来, 随着电子信息技术快速地向数字化、网络化和智能化发展 , 数字技术将信息社会推进了数字时代。随着信息技术的数字化发展 , 信息记录技术由磁记录向磁光、光、半导体记录发展 , 记录介质也由磁性介质 (磁带、磁盘、磁卡)向磁光介质 (磁光盘)、光介质 (光盘、光带、光卡) 和固态介质发展。发展的目标向高密度化、大容量化、高性能化和小型化迈进。光记录是从 70

6、年代初发展起来的一项高新信息存储技术。随着数字技术应用领域的扩展 , 计算机的普及和网络技术的进步, 对图、文、声像等数据量庞大的数字化处理 , 需要高密度记录技术和大容量的记录介质。仅经过20多年的发展光记录技术和记录介质由 LD 发展到 CD , 再到 DVD , 最近又推出了更大容量的蓝光光盘系列。以 CD 光盘为代表的光记录介质具有记录密度高、容量大、随机存取、保存寿命长、稳定可靠和使用方便等一系列特点 , 特别适用于大数据量信息的存储和交换。光记录技术不仅能满足信息社会海量数据存储的需要 , 而且能同时存储图、文、声像等多种信息 , 改变了传统的信息记录、传输与管理方式。近年来 ,

7、由于 CD R光盘价格低廉 , 存储读取的方便、可靠得到了广大用户的认可 , 再加上刻录机价格的降低 , 促使了CD R光盘成为人们普遍使用的记录媒体。而随着光盘的大量普及和应用，伴随着发展的便是光盘架的发展，由于光盘数量的增多，其光盘架的款式和形状也日益的多样化起来。光盘架的发展让CD的存储和收藏更加方便和保障。1.2国内外的研究现状CD R起初作为专业用的记录介质 , 用于广播素材的保存和特级音库等 , 随着电子信息技术的发展 , CD R的应用扩大到信息存储的各个领域 ,在文档资料电子化方面扮演着重要角色。CD R写入的信息不可修改 , 保密性、安全性强 , 因而现在广泛用于政府文件的保

8、存 , 医疗系统病历 X 光片等医疗资料的保管 , 企业财会票据类的保存等 ,珍贵文史资料、法律政局等特别需要防范篡改的资料也要用 CD R 保存。可录CD即CD-R光盘，可由用户自行将声音、文字、图像等录入光盘并永久保存，可用各种格式一次或分段刻录，并能在CD机、VCD机和CD-ROM光驱上播放和检索。自90年代问世以来，CD-R光盘技术在文件、档案的永久保存以及计算机游戏、软件和信息的分配等方面得到了越来越广泛的应用，并迅速进入家庭，成为消费性光电子产品，市场潜力巨大，是当前市场上最热门的光盘产品之一。和简单的CD、VCD及CD-ROM光盘的复制生产技术不同，CD-R光盘的生产工艺十分复杂

9、，难度极高，其关键技术和原材料由发达国家的少数大公司所垄断。至去年年底，我国还不具备自行开发生产CD-R光盘的能力。中科院院士干福熹教授领衔的中国科学院上海光学精密机械研究所光盘实验室在过去进行“一次写入光盘”和“有机光存储材料”研究的基础上，联合深圳市先科企业集团共同承担了国家计委的国家重点科技攻关项目的“5寸可录CD光盘生产工艺开发研究”专题。经过科技人员一年多的努力，在CD-R光盘存储材料的选择、多层膜的结构设计、光存储薄膜的制备以及CD-R光盘摆动伺服槽的误码测试技术等方面开发出具有自主知识产权的技术。在深圳市先科企业集团投资500多万美元建立年产150万片CD-R光盘生产线上，用自制

10、染料完成了CD-R光盘批量生产定型实验，批量试生产的成品率及产品性能均达到国际先进水平，所生产的CD-R光盘能进行2倍速和4倍速刻录。目前，该生产线可以大批量生产能进行4倍速刻录的CD-R光盘，成品率达80%以上，光盘性能和使用寿命均达到国际先进水平。欧、美、日等发达国家正在大力推行公共文书的电子化 , 需要的介质首选CD R。信息存储介质存储数据的可靠性一直是人们普遍关注的问题。光盘的记录层是由有机染CD R料甩涂而成的 这种介质性能危害性对存储信息的,可行性具有直接的影响。在我们日常的使用环境下 CD R 具有较高的可靠性 但在一些特殊环境下诸如盐雾腐蚀严重的沿海和舰船 经常出现高温、高湿

11、的南方、严寒的北方以及灰尘较多的地区则对CD R盘的工作可靠性提出了挑战。最近中国人民大学的专业人员也对各种不同牌号的 CD进行了在湿热、光照条件下的老化试验研究,得到了一些值得参考的结果:在高温高湿的条件下进行的老化实验中得到光盘老化寿命差异很大,另外从理论上说:金的反射层性能稳定, 应有更长的数据存档寿命,却没有达到理想的结果。实验表明光盘的生产工艺对光盘的寿命非常重要 , 如果盘片的洗边不好 , 腊克未干燥 , 油墨与腊克的配合不当等因素都可能造成盘片耐高温高湿性能变差。日本东京大学的研究团队已经发现一种材料，可以用来制造更便宜、容量更大得多的超级光盘，可以储存的容量是目前一般DVD的5

12、千倍。这种材料平常是能导电的黑色金属状态，在受到光的点击后会转变成棕色的半导体。这是一种透明的新型氧化钛，在室温下受到光的照射，能够任意在金属和半导体之间转变，因而产生储存数据的功能。 容量是蓝光光盘的1千倍，而蓝光光盘的容量则是一般DVD的5倍。一般来说，一张DVD容易为4.7G，一张蓝光光盘容量为25G。最新的蓝光协会表示，新蓝光光盘容量可以达到128G。但是东京大学的最新光盘容量将达25000G，也就是所谓的25T。2003 年度我国可录光盘生产线的总量将超过 300 条的规模 , 其中主要的是 CD R 光盘生产线。由于光盘生产设备和技术更新速度十分快 , 新增生产线大多是生产周期快、

13、成品率高、工艺成熟的最新生产线 , 产能比老的生产线有很大提高2003年度我国 CD R 光盘的产能与 2003 上半年相比翻了一番以上。2004 年我国内地 CD R 光盘产能还会继续增长。由于 CD R 光盘生产的利润有限 , 占 CD R光盘世界市场的 70 %左右的台湾地区光盘企业把相当部分的 CD R 生产线改造为DVDR生产线 , 他们缩小了的 CD R 生产线产能空缺将由内地新增生产线补充。世界可录光盘市场正在迅速发展 , 2003 年世界CD R光盘市场需求超过 70 亿张 , 2004 年可能达到 100 亿张。由于存储容量更大的DVDR光盘的技术和市场开始成熟 , DVDR

14、 光盘刻录机价格逐步被用户接受 , DVDR 光盘的需求将迅速上升而 CD R光盘需求则趋于饱和甚至开始下降。我们收纳CD、VCD、DVD等光盘通常都使用CD架或光盘盒来保存，但光盘数太多时，寻找起来就十分麻烦。最近在日本上市了一种很有创意的智能型光盘盒，它通过USB接口和电脑相连，并借助软件驱动光盘盒，只需在电脑上输入一个光盘号，就可以调出你所需要的光盘了。由于每个光盘盒储存光盘容量较大，同时又能与多台同类的光盘盒相连，因此，可以任意检索和取出各种光盘，实在是方便之极 。 1.3展望由于产品行业标准制定和厂商设计均是以普通商业 (民用环境下) 作为目标 , 因此将这些产品拿来直接在特殊的恶劣

15、环境中使用 , 不可避免地将暴露出工作性能下降 , 可靠性变差 , 甚至不能使用等问题。因此 , 为了保证 CD R 光盘在军事及其它恶劣环境下胜任工作必须采取适当的保护措施是非常必要的。全球刻录型DVD 光驱发货量超上年4 倍日本电子信息技术工业协会公布了 2003 年显示器、打印机以及磁存储设备等信息设备发货业绩的调查结果。记录型DVD光驱发货数量比上年大幅增加 ,2003 年全球市场的发货数量达到2292 万台 ,相当于上年的416 %;日本市场的发货数量达到 593 万台 ,相当于上年的 362 %。并预测 ,2006 年记录型DVD光驱的全球市场规模将达到 8800 万台 ,其市场份

16、额将超过 CDRRW光驱。全球各种光驱的发货数量达到 2 亿 2200 万台 ,其中日本市场的发货数量达到 2006 万台。显示器方面 ,液晶显示器替换 CRT显示器的步伐加快。液晶显示器在全球市场的发货数量 5045 万 7000 台 ,相当于上年的 166 %;在日本国内达到 618 万 7000 台 ,相当于上年的 134 %。由于电脑需求恢复 ,全球和日本国内的硬盘(HDD)发货数量均比上年增加。全球的发货数量达到2 亿5327 万台 ,其中面向日本国内的发货数量达到 2386 万台。1.4概述本设计主要是完成光盘盒的产品设计及其注射模具设计。首先要根据产品性能选择合适的塑料材料，再根

17、据塑件材料的特点、结构特征和模塑成型工艺，选择合适的成型机械，并依据公称注射量等进行校核，其次设计其注射成型模具，可从现有的标准件和推荐部件出发，选择合适的零部件，还要考虑模具的维护和使用寿命，初步设计出模具模型，并进行仔细校核。设计时使用计算机绘图，软件采用Pro/Engineer wildfire和Auto CAD2007。此光盘架设计不同于通常空间立式大存放光盘架，产品市场地位于学生电脑桌旁实用装饰型光盘架，采用外观简约大方设计，采用8张标准CD存放力求小巧占用空间最小化，采用黑色外观设计以求对电脑桌和谐搭配。产品设计在满足外观和使用要求的基础上实现成本最低化。产品外形设计上在满足光盘存

18、放的要求下减少相应尺寸设计，这样既节省材料节约成本又节省光盘架摆放占用的空间，也使产品更美观。本设计的难点主要有两个。一是型腔抽真空结构，由于塑件壁厚较薄，流径比较大，如不将型腔抽成真空，熔料难以充模。而抽真空前又要将型腔内部有缝隙的地方密封，否则外界空气会从缝隙中进入，使型腔达不到真空状态；二是顺序脱模结构，为提高生产自动化程度，本模具设计采用的是双分型面结构。在定模座板与定模底板之间增设压缩弹簧和限位导柱可使模具先从浇注系统分型面处脱模并定距导向。2产品设计内容2.1塑件材料的选择 从产品性能要求来看，该产品对塑件材料要求不高，因此综合成本及力学性能等方面考虑，选用PP（聚丙烯）材料。2.

19、2塑件材料的性能 2.2.1一般性能 PP塑料为白色蜡状固体，外观类似，但比PE更轻、更透明，易燃，氧指数仅为18。离火继续燃烧，火焰上黄下蓝，有少量黑烟，有熔融滴落，有石油气味。PP成纤性能好，用于丙纶生产。PP膜吸水性和气体透过率低，适于作防潮包装。PP制品表面无极性，难以粘合和印刷，作为包装材料需进行表面处理。 2.2.2力学性能 PP的力学性能与分子量和结晶度有关。分子量低、结晶度高、球晶尺寸大时，制品的刚性大而韧性低。 PP的力学性能较好，其拉伸强度超过PE和PS，并且受温度影响不大。PP的低温抗冲击性能差。并与结晶度，球晶尺寸和分子量等因素有关。PP制品对缺口敏感，在设计制品时应避

20、免尖角出现，以免引起应力集中。PP有突出的抗弯曲疲劳性能，用它制成的铰链经过7000次折叠弯曲不损坏。PP抗蠕变性能较好，经纤维增强改性后可用作工程塑料。2.2.3热学性能PP的耐热性良好，制品可耐100热水煮沸，可在100120下长期使用，可用作热水管道；PP的耐低温性不好，在-520即脆化；PP的线膨胀系数为塑料中较大的，热导率中等。 2.2.4电学性能PP为非极性聚合物，电绝缘性优良，耐电弧性好，电性能受湿度、温度和频率影响小，可用作海底电缆的绝缘材料。 2.2.5环境性能：PP具有良好的耐化学腐蚀性，常温下可耐除强氧化剂、浓硫酸及浓硝酸等以外的酸，碱，盐类水溶液及大多数有机溶剂。但低分

21、子量的脂肪烃，芳香烃，卤代烃等可使PP溶胀。PP耐应力开裂性较好。 PP耐候性不好，叔碳原子上的氢易发生氧化作用，对紫外线照射敏感，故需加入抗氧化剂和光稳定剂。2.2.6 PP的加工特性PP熔体的粘度不大，对温度变化不敏感，属于比较容易加工的塑料。PP的吸水率低，加工前无需干燥处理。 PP熔体为非牛顿流体，粘度对温度敏感性较小，而随剪切速率增大而迅速下降。 PP制品极易结晶，成型收缩率大，在设计模具和确定工艺条件时需注意。PP在加工过程中易产生取向，造成各向异性。 PP制品进行退火处理可消除内应力，并改善冲击强度。 PP在高温下对氧特别敏感，为防止加工过程中发生热降解，需加入抗氧化剂。PP可用

22、注塑、挤出及吹塑等方法成型。2.3PP注塑制品 PP注塑制品可占一半左右以普通PP为原料；汽车配件电器外壳等以增强或增韧的PP为原料。 薄膜类制品占PP用量的10左右。其透明性和表面光泽接近玻璃纸，但柔性不好，强度高，可用作重包装膜；透氧率低，适于高级衣物、药品及香烟的包装。 PP中空制品透明性和力学性能较好。2.4纯PP材料的综合性能参数 表2.1纯PP材料的综合性能参数项目数值相对密度0.900.91吸水率/%(24h)0.010.03收缩率/%1.03.0熔点/170176热变形温度/ (1.85MPa)102拉伸强度/ MPa37弯曲强度/ MPa67.5冲击强度/(kJ/m2) 无缺

23、口78 有缺口3.54.8硬度8.65HBS R95105体积电阻率/cm1061020介电强度/(kV/mm)24维卡软化点/1102.5聚丙烯的改性由于聚丙烯的耐磨性不够高，成形收缩率较大，低温呈脆性，热变形温度亦较低等缺点。因此对聚丙烯进行改性，可改善聚丙烯的物理、化学、加工性能。聚丙烯材料中通常都要添加抗氧剂，且在树脂生产过程中造粒加入。其它各种添加剂如光稳定剂，着色剂，填充剂，增强剂，阻燃剂等，它们有的已在树脂造粒时加入，构成了不同的树脂牌号，因而选择适当牌号树脂即可满足某种使用要求；有的则在制品成型前根据需要添加。为了达到长期的抗氧稳定性，通常使用链终止剂和过氧化物分解剂增效混合物

24、。由于聚丙烯的加工温度较聚乙烯高，抗氧化性较差，所以对着色剂的要求应更高一些。长期在户外使用的聚丙烯制品应加有光稳定剂填充剂和增强剂由其本身的物理结构及其在复合材料中所起的作用来区别。按照传统的观念，塑料材料中使用填充剂的首要目的是增加容量，降低材料成本，故又称增量剂。增强剂掺入塑料后，可与树脂牢固粘合，显著提高材料的力学强度。聚丙烯的填充材料包括碳酸钙，云母，木屑，滑石粉和玻璃纤维增强材料等。改性的方法：1. 交联PP：PP的交联方法与PE基本上一样，有化学交联和辐射交联。但对于PP，辐射交联的同时降解也十分严重，因此辐射交联的效果很有限，所以一般采用化学交联。通过交联可以提高PP的力学性能

25、和耐热性能。2. 共聚改性（丙烯/乙烯）无规共聚物：对酸，碱，醇和许多种无机化学介质都有较好的耐腐蚀性，并且与表面活性剂和醇类接触不易发生环境应力开裂，但液态烃，含氯有机化合物和氧化性强酸能使其表面发生银纹或发生溶胀。主要用于生产透明度和冲击强度好的薄膜，中空吹塑和注塑制品。其初始热合温度较低，乙烯含量高的共聚物在共挤出薄膜或复合薄膜中作为特殊热合层得到广泛应用。由于该共聚物中含有较多的可萃取物和无规聚丙烯，因而如果用于生产食品包装材料，要注意是否符合有关卫生法规。（丙烯/乙烯）嵌段共聚物 既有较好的刚性，又有好的低温韧性，其主要用途为制造大型容器，周转箱，中空吹塑容器，机械零件，电线电缆包覆

26、制品，也可用于生产薄膜等产品。 接枝聚丙烯接枝聚丙烯的性能与接枝聚合所用的聚丙烯种类，接枝链段的种类及长短和数量，接枝聚合物的分子量和分子量分布等有关。在聚丙烯分子链上接枝弹性链段，可以提高聚丙烯的冲击强度和低温性能，接枝适当的极性基团，可以改善聚丙烯的粘结性能，染色性能，抗电性能等。3.纳米改性PP近年来，随着填料粒子的表面处理技术，特别是填料粒子的超微细化开发和应用，聚合物的填充改性已经从最简单的增量增强转到增韧增强上来；从单纯注重力学性能的提高，转到开发功能性复合材料上来。与传统的PP共混相比，纳米PP复合材料具有更好的刚性，保持了良好的低温冲击性能。填充5%的纳米填料与填充25%的滑石

27、粉达到相当的刚性，而PP纳米复合材料还具有尺寸稳定性高，较低的热膨胀率。用纳米硅基氧化物改性的PP可以代替PA6，且其电阻率、吸水率、屈挠度、刚性均达到或超过PA6标准值。无机纳米粒子填充聚合物日前正成为各国研究开发的热点。4. 增强改性PP纤维状材料加入到塑料中，可以显著提高塑料材料的强度，故称之为增强改性。大径厚比的材料可以显著提高塑料材料的弯曲模量（刚性），也可以将其称之为增强改性。玻璃纤维是主要的增强材料，可以显著提高PP塑料的拉伸强度。玻纤含量一般不超过40%，一般认为在纤维长度大于0.2mm时有改性效果，其玻纤的直径在十几个微米时效果较好。玻纤含量增大时，增强PP的加工流动性相应下

28、降，但仍属流动性较好的塑料。由于玻纤增强PP可以提高机械强度和耐热性，且玻纤增强PP的耐水蒸汽性、耐化学腐蚀性和耐蠕变性都很好，在许多场合可以作为工程塑料使用，如风扇叶片、暖风机格栅、叶轮泵、灯罩、电炉和加热器外壳等等。2.6成型塑件的主要缺陷及消除措施1) 缺陷缺料（注射量不足）、气孔、溢料飞边、熔接痕强度低、表面硬度和强度不足。2）消除措施加大主流道、分流道、浇口，加大喷嘴，增大注射压力，提高模具温度。3光盘架的结构设计图3.1结构据光盘结构以及材料性能，所设计的产品结构如下图示： 图3.1 光盘盒的结构图 图3.2 光盘盒的2D视图3.2结构工艺1、塑件尺寸公差按SJ1372-8级制造。

29、2、塑件表面质量要求：外表面粗糙度为0.8m，内表面粗糙度为1.6m。3、脱模斜度：45。4模具设计内容4.1选择分型面模具上用于取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触面通称为分型面。根据塑件的结构和形状，分型面选择是否合理对于塑件质量、模具制造、使用性能均有很大的影响，它决定了模具的结构型式，是模具设计的重要环节。模具设计是应根据制品的结构形状、尺寸精度、浇注系统型式，推出方式、排气方式及制造工艺等多种因素，全面考虑，合理选择。因此，分型面应遵循以下选择原则：（1）分型面应有利于脱模；（2）分型面应有利于保证塑料制品的外观和尺寸精度要求；（3）分型面应有利于成型零件的加工制造；（4）分型面应有

30、利于侧向抽芯等。且在选择分型面时一般要考虑以下因素：塑料制品的形状，尺寸和壁厚；塑料性能及填充条件；浇注系统的布局；成型效率及成型操作；排气及脱模；模具结构简单、使用方便、制造容易等。综合上述选择分型面的原则和影响选择分型面的因素，本结构件采用如下：如图所示，选择A-A面为分型面。并采用点浇口式浇口，即浇注系统处也设计一分型面。4.2确定型腔数目 由于塑件精度要求不高，故塑件尺寸采用一模两腔的结构。4.3 注射机的选择 考虑到塑件的脱模距离较长（约77mm），故模具厚度和模板行程都会相应地增加，因此初步选择注射机的型号为XS-ZY-500。 查得该型号注射机的主要技术规格如下： 表3-1 XS

31、-ZY-500型注射机主要技术规格螺杆直径（mm） 65注射容量（cm3）500注射压力（MPa）104锁模力（KN）3500最大注射面积（cm2）1000模具厚度（mm）最大450最小300模板行程（mm）700喷嘴球半径（mm）18孔直径（mm）7.5定位孔直径（mm）150+0.06顶出中心孔径（mm）150两侧孔径（mm）24.5孔距（mm）5304.4注射机的校核4.4.1锁模力的校核由FPm(nAz+Aj)F：锁模力（N）；n：型腔数目；Pm：塑料熔体在型腔内的平均压力（MPa）；Az：制品在分型面上的垂直投影面积（mm2）；Aj：浇注系统在分型面上的垂直投影面积（mm2）。Pm取

32、模腔平均压力：30MPa。Az/41382 1.50104mm2Aj2209.53/49.5322168 mm2所以 Pm(nAz+Aj)30（21.501042168）965040N965KN3500KN,故注射机可以满足锁模力的要求。4.4.2开模行程的校核该成型模具采用的是双分型面，即浇注系统部分也有个分型面。根据S=H1+H2+(510)mm H1：塑件脱模需推出的距离 mm H2：塑件高度（包括浇注系统凝料） mm则Smax=77+83+72+10240mm而注射机的最大开模行程是700mm，所以满足要求。5浇注系统的设计5.1浇注系统浇注系统是引导塑料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进

33、料通道，具有传质、传压和传热的功能，对塑件质量影响很大。它分为普通流道浇注系统和热流道浇注系统。浇注设计应考虑以下因素：塑料成型特性；排气良好；流程要短；防止型芯变形和嵌件位移；整修方便，保证塑件外观质量。一方面有利于模具的制造，可使塑件留在动模，便于脱模；另一方面保证外圆面的尺寸的精度。由于该模具采用的是双分型面点浇口的结构，故整个浇注系统包括主流道和分流道。5.1.1 主流道的设计分流道的布置形式分流道在分型面上的不只与前面所述的型腔排列密切相关，有多种不同的布置形式，但应遵循两方面原则：一方面排列紧凑、缩小模具版面尺寸；另一方面流程尽量短、锁模力力求平衡。该模具的流道布置形式采用平衡式布

34、置形式，只在瓣合模上开有分流道。该流道形式是由本模具结构形式所确定的，无其他最佳方案。分流道的形状及尺寸为了便于加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。工程设计中常采用圆形截面，加工工艺性好，且塑料熔体的热量散失、流动阻力均不大，对于本套模具，由于PP流动性好，为便于瓣合模上分流道的加工，瓣合模上采用圆形分流。分流道的表面粗糙度由于分流道中与模具接触的外层塑料迅速冷却，只要中心部分的塑料熔体的流动状态较理想，因此分流道的内表面粗糙度并不要求很低一般取，这样表面稍不光滑，有助于增大塑料熔体的外层流动阻力。避免熔流表面滑移，使中心层具有较高的剪切速率。1、主流道截面设计成圆锥形；2、锥角在24范

35、围内取3；3、凹坑球半径R2比喷嘴球头半径R1大12mm，取R220mm；4、主流道小端直径比注射机喷嘴直径约大0.51mm，取d8.5mm。故主流道的相关尺寸如下：图3.2 主流道剖面图5.1.2分流道的设计为减少热量损失以及便于加工，分流道截面采用“U”形截面，其各尺寸为：图3.3 分流道截面图5.1.3浇口的设计浇口是连接流道与型腔之间的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部位。浇口的形状、位置和尺寸对塑件的质量影响很大。浇口的截面积通常为分流道的面积的0.7倍0.9倍，浇口的面积形状多为矩形和圆形两种，浇口的长度为。浇口的具体尺寸一般根据经验确定，取其下限值，然后在试模中逐步调试修正。浇

36、口的选用，浇口可分为限制性和非限制性浇口两种。 限制性浇口一方面通过截面积的突然变化，使分流道输送来的塑料熔体的流速产生加速度，提高剪切速率，使其成为理想的流动状态，迅速而均衡地充满型腔，另一方面改善塑料熔体进入型腔时的流动特性，调节浇口尺寸，可使多型腔同时充满，可控制填充时间、冷却时间及塑件表面质量，同时还起着封闭型腔防止塑料熔体倒流，并便于浇口凝料与塑件分离的作用。模具设计时，浇口的位置及尺寸要求比较严格，初步试模后还需进一步修改浇口尺寸，无论采用何种浇口，其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大，因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节，同时浇口位置的不同还影响模具结构。总之要使塑件

37、具有良好的性能与外表，一定要认真考虑浇口位置的选择，通常要考虑以下几项原则：1、尽量缩短流动距离。2、浇口应开设在塑件壁厚最大处。3、必须尽量减少熔接痕。4、应有利于型腔中气体排出。5、考虑分子定向影响。6、避免产生喷射和蠕动。7、浇口处避免弯曲和受冲击载荷。8、注意对外观质量的影响为了增加凝料在型腔内的充模能力，采用点浇口的形式。凝料在点浇口处横截面突然变小，剪切速率迅速上升，粘度随之下降，同时料温也会升高，进一步地降低了凝料粘度，达到提高充模能力的目的。其各尺寸为： 图3.4 浇口剖面图5.2 排气结构的设计热塑性塑料模具排除的气体量比较少，可利用模具分型面的间隙排气，利用拉料杆与模板之间

38、的间隙排气和用侧型芯运动间隙排气。若排气不良，会造成以下问题：（1）型腔内的气体受压缩将产生很大的背压，阻止塑料熔体正常快速充模；（2）气体压缩所产生的热量可能使塑料烧焦；（3）气体在一定的压缩程度下会渗入塑料制件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷。对于该套模具是属于小型模具，排气量小，而且分型面比较多，因此本设计不单独开设排气槽。由于该塑件壁厚较薄（1mm），且流径比较大，在注射成型中，因为气体受压缩将产生很大的背压，加之凝料容易在薄壁上凝固，使得塑料熔体难以充模。气体在一定的压缩程度下会渗入塑件内部，造成气孔、组织疏松等缺陷，故应设计排气结构。具体方法是：先将分型面处间隙、推管与型芯处间隙、推

39、管与动模处间隙密封起来，以防止气体进入型腔。再于动模板的分型面处开一条环形槽，并在槽上钻孔将气体排出。其截面图为：图3.5 排气系统剖面图5.3 模架及合模导向机构的选择由前面型腔的布局以及相互的位置尺寸，再根据成型零件尺寸结合标准模架，选用结构形式为A2型，模架尺寸为 的标准模架可符合要求。1)定模底板（） 定模底板是模具与注射机连接固定的板，材料是45钢。通过内六角螺钉与模套连接；定位圈通过内六角圆柱螺钉与其连接；定模底板与浇口套为配合。2）模套（）瓣合模通过举行导滑槽在模套中滑动，以完成侧向分型和合模复位。材料为45钢。起上的导柱孔与导柱为配合。为有利于合模时压紧，模套厚度应稍小于瓣合模

40、厚度。根据塑件大小及型腔数，参照3P147，选择模架为：A2-355450-53-Z1 GB/T12556补充：1、考虑到定模导套固定的需要，在定模板与定模座板处增加一块35545025的定模底板； 2、为减少模具厚度，在满足顶出行程的条件下，将C板（支撑板）的高度改为140mm。5.3.1合模导向机构的设计当采用标准模架时，因模架本身带有导向装置，一般情况下，设计人员只要按模架规格选定即可。若需采用精密导向定位装置，则须由设计人根据模具机构进行具体设计。1. 导向零件应合理地均匀分布在模具的周围或靠近边缘的部位，其中心至模具边缘应有足够的距离，以保证模具的强度，防止压入导柱和导套后变形。2.

41、采用4个带头导柱来给模具定位导向，导柱标准参照GB4169.4-84，导套标准参照GB4169.3-84。规格：基本尺寸d32mm，导柱长度L160mm，材料为T8A，淬火热处理，HRC5458。与之相配合的导套长度L100mm，材料为T8A，淬火热处理，导柱与导套之间的配合为H7/f7。3.在合模时，应保证导向零件首先接触。4.上下模套采用合并加工时，可确保同轴度的要求。5.3.2导柱的设计1. 该模具采用带头导柱，不加油槽2. 为使导柱顺利地进入导向孔，导柱端部常做成圆锥形或球形的先导部分3. 导柱的直径应根据模具尺寸来确定，应保证具有足够的抗弯强度（该导柱直径由标准模架可知为）。4. 导

42、柱安装形式，导柱固定部分与模板按配合，导柱滑动部分按或的间隙配合。5. 导柱的工作部分的表面粗糙度为。6. 导柱的长度必须比上模套端面高度高出。7. 导柱应具有坚硬而耐磨的表面、坚韧而不易折断的内芯。多采用低碳钢经渗碳淬火处理或碳素工具钢T8A、T10A经淬火处理，硬度为50HRC以上或45钢经调质、表面淬火、低温回火，硬度为50HRC以上。5.3.3导套设计 导套与安装在另一半模上的导柱相配合，用以确定动定模的相对位置，保证模具运动导向精度的圆套形零件。导套常用的结构形式有两种：直导套（）、带头导套（）。1. 结构形式：采用带头导套（I型）导套的端面应倒角，导柱孔最好做成通孔，利于排出孔内剩

43、余空气。2. 导套孔的滑动部分按或间隙配合，表面粗糙度为。3. 导套的外径与模板的一端采用配合。4. 导套材料可用淬火钢或铜（青铜合金）等耐磨材料制造，该模具中采用T8A。6脱模推出机构的设计6.1结构分析1、 从塑件的结构上来看，由于塑件收缩后对型芯的包紧力较大，因此在型芯处设置一推管推出。而考虑到塑件外围收缩后对凸台也有一定的包紧力，因此为了防止塑件发生翘曲变形，在每个凸台两端都增设推杆推出。其分部如图所示：图3.6 推杆分部图2、 为了提高自动化程度，本模具采用了双分型面。因此在定模部分采用了4根限位导柱，同时限位导柱兼起定位导向的作用。3、 浇注系统凝固料由手动取出。6.2冷却系统的设

44、计计算冷却水道设计原则如下：在模具设计时冷却系统的布置应先于脱模机构，以保证足够的空间来布置冷却回路；合理确定冷却管道的直径、中心距以及与型腔壁的距离；降低进水与出水的温度差；浇口处应加强冷却；应避免将冷却管道开设在塑件熔合部位，并注意干涉及密封等问题；冷却水道应便于加工和清理。一般注射到模具内的塑料温度为左右，而塑件固化后从模具型腔中取出时其温度在以下。热塑性塑料在注射成型后，必须对模具进行有效的冷却，使熔融塑料的热量尽快的传给模具，以使塑料冷却定型并可迅速脱模。对于粘度低、流动性好的塑料（如聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、尼龙66等），因为成型工艺要求模温不太高，所以常用常温水进行冷却。PP的成

45、型温度和模具温度分别为，用常温水对模具进行冷却。6.2.1冷却装置的作用1、防止塑件脱模变形；2、缩短成型周期；3、使结晶性塑料冷凝形成较低的结晶度，以得到柔软性，扰曲性，伸长率较好的塑件。6.2.2注射机每小时注射 一次注射量V=nVzVjVz：单个塑件的体积；Vj：整个浇注系统的体积；通过计算机模型分析得：Vz23cm3， Vj17.4cm3所以 V22317.463.4 cm3一次注射量重量mV0.9063.457.1g成型周期取T15s，每小时注射的次数N=3600/15=240次每小时注射的质量wNm24057.113.7KG6.2.3塑件在固化时每小时释放的热量Qt查5表1-1得单

46、位质量PP在注射成型温度下的总热容为q59104J/kg。Qtwq13.759104 8.1106 J/h。6.2.4冷却水的体积流量Qv用常温水（20）作为冷却介质，其出口温度为35Qv= Qt/C1（t1t2）8.1106 /9001926（35-20）0.31m3/h 5.110-3 m3/min6.2.5却管道直径d 根据 Qv5.110-3 m3/min查5表9-1得d8mm。6.2.6冷却水在管道内的流速vV4Qv/d245.110-3 /（810-3 ）2601.6m/s6.2.7管道孔壁与冷却介质间传热系数k查5表9-1得f7.0 （平均水温为27.5）K=4.187103f（

47、v）0.8/d0.2 4.1871037.0（9001.6）0.8/0.0080.2 2.6107 J/(m2h)6.2.8冷却管道总传热面积A假设模具的平均温度是60A60Qt/k（t）=608.1106 /2.6107 (6027.5)0.037 m26.2.9模具应开设的孔数n NA/dl=0.037/0.0080.453.3因此根据型腔特点，在动、定模板上各开设两个冷却管道，即可满足要求。 冷却管道开设的位置，开设在型腔合理的位置。本设计中由于型腔没有使用镶块结构， 只是中间使用了一根型芯组件。但由于每个型腔分布了六根推杆，因此开设冷却管道的时候应考虑到推杆的排布。在动模板上，冷却管道

48、的开设位于推杆之间，但不与推杆干涉，如下图所示：图3.7 冷却管道在动模板上布置图定模板上，冷却管道可以不受推杆的影响，但由于中心有型腔，因此两根管道的间隔较动模板上的宽些。如下页图所示：图3.7 冷却管道在定模板上布置图6.3脱模力的计算脱模力：塑件在模腔内冷却时包紧型芯。产生包紧力，因此脱模力必须克服包紧力和摩擦力阻力。开模时的瞬间所需要脱模力为最大。影响因素：塑件包紧的断面形状大小，壁的薄厚，塑料的收缩率，刚性，对成型零件的摩擦系数，成型工艺上的注射压力，开模时间及脱模斜度型芯的加工纹向等等。脱模力Q=Ahq（cossin）Q：脱模力（公斤）A：活动型芯被塑件包紧的断面形状周长（cm）h

49、：成型部分深度（cm）q：单位面积的挤压力，一般取80120公斤/厘米2：摩擦系数取0.1-0.2：脱模斜度（度）Q1.2573.147.854100（0.15cos0.75sin0.75） 428公斤6.4成型零件的尺寸及公差计算由于塑件材料PP硬度不高，因此计算模具尺寸时只考虑收缩率，而不考虑磨损情况。即：模具尺寸塑件尺寸/（1S） S为PP平均收缩率，1.52.5，取2公差取1/5。 为塑料制件尺寸按SJ1372-8级制造时的公差。型腔径向尺寸为上偏差；型腔深度尺寸为上偏差；型芯径向尺寸为下偏差；型腔高度尺寸为下偏差；本塑件尺寸中没有中心尺寸。7 模具的试模与修模 7.1模具的试模与修模

50、虽然是在选定成型材料、成型设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后，进行试模试验，看成型的制件质量如何。发现缺陷以后，进行排除错误性的修模。 塑件出现不良现象的种类居多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺条件方面的原因，二者往往交织在一起。在修模前，应当根据塑件出现的不良现象的实际情况，进行细致地分析研究，找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变，所以一般的做法是先变更成型条件，当变更成型条件不能解决问题时，才考虑修理模具。 修理模具更应慎重，没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能再作大的改造

51、和恢复原状。试模中所获得的样件是对模具整体质量的一个全面反映。以检验样件来修正和验收模具，是塑料模具这种特殊产品的特殊性。7.2成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。1. 各工作系统坚固可靠，活动部分灵活平稳，动作相互协调，定位起止正确，保证正常稳定工作，满足成型要求和塑件质量及生产效率。2. 脱模良好，塑件流落方向符合设计要求。3. 成型条件不要太荷刻，便于掌握投产。4. 各主要受力零件有足够的强度各刚性。5. 模具安装平稳性好，

52、调整方便，工作安全。6. 加料，取件方便安全。7. 模具的附件使用性能好。结论由于有了一次课程设计的经验，再加上这次的课题不是很难，但限于本人的模具知识和经验，有些结构还不敢确定，且有很多不合理的地方，做出来的产品缺陷比较多。因此，在指导老师的建议下和细心帮助下，进行了各类尝试以及资料的查阅参考，最终确定采用一模两腔结构，顺利完成设计。通过此次设计，我对模具的总体结构设计及零部件的设计，浇注系统，冷却系统，脱模机构都有了更深的认识，同时也对模具加工的可行性、经济性、可修改性等有了初步的了解，也进一步加深了自己对塑料制品设计的认识。由于本人的知识和经验有限，这次设计难免有些错误之处，恳请指正。在

53、这次设计中，我在自己已学知识的基础上，通过去图书馆、上网等途径查阅多本模具类的书籍做为参考资料来完成这次课程设计，不但使我巩固并丰富了模具设计类的知识，而且增长了模具方面的知识，尤其在Pro/E、Auto CAD软件的绘图能力上有了进一步的提高，锻炼了将理论知识转变为实践运用解决实际问题的能力，进一步认识到产品及模具设计必须时刻考虑成本最低化。设计过程中，我得到了老师和许多同学的帮助与支持，尤其是赖旭东老师的精心指导，在此，我对这些老师和同学们表示衷心的感谢！参考文献1 徐佩弦编著.塑料制品与模具设计M.北京：中国轻工业出版社.2001：125-127.2 美M.J.戈登（小）著.苑会林译.塑

54、料制品工业设计M.2005.3 李思良，王易凡.无限长塑料链条注射模设计J.模具工业，2000，（7）：32-33.4 张克惠主编.塑料材料学M.西安.西北工业大学出版社.2006:29-40.5 王国全 王秀芬编著.聚合物改性M.北京.中国轻工业出版社.2008：55-586 申开智主编.塑料成型模具M.北京.中国轻工业出版社.2009：34-160.7 黄虹主编.塑料成型加工与模具M. 北京：化学工业出版社. 2003：81.8 四川大学、北京化工大学、天津轻工业学院合编.塑料成型模具M. 北京：中国轻工业出版社. 2000:146-155.9 广东工业大学内部教材.塑料模具设计手册Z.2

55、005：53-58.10 冯开平,左宗义主编.画法几何与机械制图M.广州. 华南理工大学出版社.2003:4,167.11 伍先明,王群,庞佑霞,张厚安编.塑料模具设计指导Z.北京. 国防出版社2006:67-71.12 P. Lv, Z. Wang, K. Hu and W. Fan, Polym Degrad Stab 90 , pp.2005: 523534.13 B. Schartel, U. Braun, V. Schwarz and S. Reinemann, Polymer 44, ppM.2003: 62416250.14 Xu,Zhihai(Zhejiang Univ) .

56、Analysis on the injection molding of plastic optical-elementsN . Guangxue Jishu/Optical Technique, n 4, July 20, 1995 .致谢本毕业设计论文的顺利完成，首先得益于我的导师赖旭东的亲切关怀和悉心指导。他严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。从课题的选择到设计的最终完成，赖老师都始终给予我细心的指导和不懈的支持，赖老师平日里工作繁多，但在我做毕业设计的每个阶段，从查阅资料到设计草案的确定和修改，中期检查，后期详细设计，装配草图等整个过程中都给予了我

57、悉心的指导，在此对赖老师致与深深的谢意。同时感谢黄伟昌、罗结明、刘明高等同学的帮助，他们在我遇到困难都给予我及时和细心的帮助。此外，我要感谢我们学院给我授课的各位老师，正是由于他们的传道、授业、解惑，让我学到了许多专业知识，并从他们身上学到了求知治学、为人处事的良好习惯。我也要感谢我的母校广东工业大学，是她提供了良好的学习环境和生活环境，让我的大学生活丰富多姿，为我的人生留下精彩的一笔。伴随毕业设计的完成，四年的大学求学路程也即将画上一个标记，一路上同学真心相伴，老师悉心教导，学校提供的锻炼与成长机会，都让自己的人生有了一段丰富的的学习成长旅程。在即将离别校园走向社会，我更加精神饱满充满信心，在此，再一次感谢大学的同学和老师们，谢谢你们。31