塑料端蓋注塑模具設(shè)計(jì)2
塑料端蓋注塑模具設(shè)計(jì)2,塑料,注塑,模具設(shè)計(jì)
塑料端蓋模具設(shè)計(jì)
說(shuō)明書(shū)
設(shè) 計(jì) 題 目 ：
設(shè) 計(jì) 者：
班 級(jí)：
指 導(dǎo) 教 師：
摘 要
模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)注塑模具的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)提出了質(zhì)量好、制造精度高、研發(fā)周期短等越來(lái)越高的要求，能否適應(yīng)這種需求已成為模具生產(chǎn)企業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素。模具技術(shù)是融合機(jī)械工程、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、自動(dòng)控制、數(shù)控技術(shù)等學(xué)科為一體的綜合性學(xué)科。
本文中針對(duì)塑料端蓋注射模具制定出合理的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，其中包括成型部分及其零部件設(shè)計(jì)，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)，脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)等。根據(jù)分析，設(shè)計(jì)了一套塑料注射模具，并對(duì)模具以及主要零件進(jìn)行了CAD繪圖。
關(guān)鍵字：注射模具，澆注系統(tǒng)，脫模機(jī)構(gòu)，冷卻系統(tǒng)
目 錄
摘 要 II
目 錄 III
第1章 前言 1
第2章 塑件的工藝分析 2
2.1塑件的工藝性分析 2
2.2材料特點(diǎn) 3
2.3塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 5
2.3.1結(jié)構(gòu)分析 5
2.3.2尺寸精度分析 6
2.3.3表面質(zhì)量分析 6
2.4 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量 6
2.5 注塑機(jī)的初選 6
第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7
3.1 注射模具分型面的選擇 7
3.1.1 分型面的基本形式 7
3.1.2 分型面選擇的基本原則 7
3.1.3 分型面的選擇 7
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 8
3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成 8
3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì) 8
3.2.3 分流道的設(shè)計(jì) 10
第4章 成型零件的設(shè)計(jì) 13
4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 13
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14
4.3 成型零件的尺寸確定 14
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.3 成型零件的尺寸確定 15
第5章 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 17
第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 19
第7章 排氣系統(tǒng) 20
第8章 成型設(shè)備有關(guān)參數(shù)校核 21
第9章 模具特點(diǎn)和工作原理 22
總 結(jié) 24
參考文獻(xiàn) 25
第1章 前言
塑料制品的成型是塑料成為具有實(shí)用價(jià)值制品的重要環(huán)節(jié)。塑料成型方法已達(dá)40多種。其中最重要的是注射，擠出，吹塑和壓制等。它們幾乎占了整個(gè)塑料成型的85%；其中注射尤為突出，占塑料成型的30%以上。注射模具成形是熱塑性塑料成型的一種方法，幾乎所有的熱塑性塑料都可以用此方法成型，有些熱固性塑料也可以用注射模塑成型。
先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展使人們不再單純地依賴(lài)產(chǎn)品圖或產(chǎn)品樣件來(lái)設(shè)計(jì)制作模具,逆向工程技術(shù)的應(yīng)用使產(chǎn)品的圖片、照片或影像資料,甚至產(chǎn)品模具本身,都可以作為模具的設(shè)計(jì)依據(jù)。逆向工程技術(shù)特別在消化、吸收國(guó)外先進(jìn)模具技術(shù)方面具有突出的優(yōu)勢(shì), 由此還帶來(lái)設(shè)計(jì)思路上的變化,有時(shí)可以先設(shè)計(jì)模具型腔,然后據(jù)此再完善產(chǎn)品設(shè)計(jì)圖樣。
25
第2章 塑件的工藝分析
該塑件是塑料端蓋產(chǎn)品，其零件圖如圖所示。生產(chǎn)類(lèi)型為大批量生產(chǎn)。
圖2.1 塑料端蓋圖
2.1塑件的工藝性分析
該材料為PVC
PVC為無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味的乳白色高結(jié)晶的聚合物，密度只有0. 90--"0. 91g/cm3，是目前所有塑料中最輕的品種之一。它對(duì)水特別穩(wěn)定，在水中的吸水率僅為0. 01%，分子量約8萬(wàn)一15萬(wàn)。成型性好，但因收縮率大(為1%~2.5%）.厚壁制品易凹陷，對(duì)一些尺寸精度較高零件，還難于達(dá)到要求，制品表面光澤好，易于著色。
聚丙烯的結(jié)晶度高，結(jié)構(gòu)規(guī)整，因而具有優(yōu)良的力學(xué)性能。聚丙烯力學(xué)性能的絕對(duì)值高于聚乙烯，但在塑料材料中仍屬于偏 低的品種，其拉伸強(qiáng)度僅可達(dá)到30 MPa或稍高的水平。等規(guī)指數(shù)較大的聚丙烯具有較高的拉伸強(qiáng)度，但隨等規(guī)指數(shù)的提高，材料的沖擊強(qiáng)度有所下降，但下降至某一數(shù)值后不再變化。
溫度和加載速率對(duì)聚丙烯的韌性影響很大。當(dāng)溫度高于玻璃化溫度時(shí)，沖擊破壞呈韌性斷裂，低于玻璃化溫度呈脆性斷裂，且沖擊強(qiáng)度值大幅度下降。提高加載速率，可使韌性斷裂向脆性斷裂轉(zhuǎn)變的溫度上升。聚丙烯具有優(yōu)異的抗彎曲疲勞性，其制品在常溫下可彎折106次而不損壞。
但在室溫和低溫下，由于本身的分子結(jié)構(gòu)規(guī)整度高，所以抗沖擊強(qiáng)度較差。聚丙烯最突出的性能就是抗彎曲疲勞性，俗稱(chēng)百折膠
2.2材料特點(diǎn)
無(wú)毒、無(wú)味，密度小，強(qiáng)度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯,可在100℃左右使用。具有良好的電性能和高頻絕緣性且不受濕度影響，但低溫時(shí)變脆，不耐磨、易老化。適于制作一般機(jī)械零件、耐腐蝕零件和絕緣零件。常見(jiàn)的酸、堿等有機(jī)溶劑對(duì)它幾乎不起作用，可用于食具。
聚丙烯具有許多優(yōu)良特性：
1、相對(duì)密度小，僅為0.89-0.91，是塑料中最輕的品種之一。
2、良好的力學(xué)性能，除耐沖擊性外，其他力學(xué)性能均比聚乙烯好，成型加工性能好。
3、具有較高的耐熱性，連續(xù)使用溫度可達(dá)110-120℃。
4、化學(xué)性能好，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學(xué)藥品不反應(yīng)。
5、質(zhì)地純凈，無(wú)毒性。
6、電絕緣性好。
7、聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好。
它有很多優(yōu)點(diǎn)但也有缺點(diǎn)：
1、制品耐寒性差，低溫沖擊強(qiáng)度低。
2、制品在使用中易受光、熱和氧的作用而老化。
3、著色性不好。
4、易燃燒。
5、韌性不好，靜電度高，染色性、印刷性和黏合性差
PP的注塑工藝參數(shù)
料筒溫度
喂料區(qū)
30~50℃(50℃)
?
區(qū)1
160~250℃(200℃)
?
區(qū)2
200~300℃(220℃)
?
區(qū)3
220~300℃(240℃)
?
區(qū)4
220~300℃(240℃)
?
區(qū)5
220~300℃(240℃)
?
噴嘴
220~300℃(240℃)
括號(hào)內(nèi)的溫度建議作為基本設(shè)定值，行程利用率為35%和65%，模件流長(zhǎng)與壁厚之比為50：1到100：1
熔料溫度 220～280℃
料筒恒溫 220℃
模具溫度 20～70℃
注射壓力 具有很好的流動(dòng)性能，避免采用過(guò)高的注射壓力80～140MPa(800～1400bar)；
一些薄壁包裝容器除外可達(dá)到180MPa (1800bar)
保壓壓力 避免制品產(chǎn)生縮壁，需要很長(zhǎng)時(shí)間對(duì)制品進(jìn)行保壓(約為循環(huán)時(shí)間的30%)；約為注射壓力的30%～60%
背壓 5～20MPa(50～200bar)
注射速度 對(duì)薄壁包裝容器需要高的注射速度(帶蓄能器)；中等注射速度往往比較適用于其它類(lèi)的塑料制品
螺桿轉(zhuǎn)速 高螺桿轉(zhuǎn)速(線(xiàn)速度為1.3m/s)是允許的，只要滿(mǎn)足冷卻時(shí)間結(jié)束前完成塑化過(guò)程就可以
計(jì)量行程 0.5～4D(最小值～最大值)；4D的計(jì)量行程為熔料提供足夠長(zhǎng)的駐留時(shí)間是很重要的
殘料量 2～8mm，取決于計(jì)量行程和螺桿轉(zhuǎn)速
預(yù)烘干 不需要；如果貯藏條件不好，在80℃的溫度下烘干1h就可以
回收率 可達(dá)到100%回收
收縮率 1.2～2.5%；收縮程度高；24h后不會(huì)再收縮(成型后收縮)
澆口系統(tǒng) 點(diǎn)式澆口或多點(diǎn)澆口；加熱式熱流道，保溫式熱流道，內(nèi)澆套；澆口位置在制品最厚點(diǎn)，否則易發(fā)生大的縮水
機(jī)器停工時(shí)段 無(wú)需用其它材料進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的清洗工作；PP耐溫升
料筒設(shè)備 標(biāo)準(zhǔn)螺桿，標(biāo)準(zhǔn)使用的三段式螺桿；對(duì)包裝容器類(lèi)制品，混合段和切變段幾何外形特殊(L：D＝25：1)，直通噴嘴，止逆閥
塑件精度要求,塑件工作要求不高，故選普通精度：４級(jí)
2.3塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析
2.3.1結(jié)構(gòu)分析
從零件圖上分析，該零件總體形狀為圓形。因此,模具設(shè)計(jì),該零件屬于中等復(fù)雜程度.
2.3.2尺寸精度分析
從塑件的壁厚上來(lái)看,壁厚最大處為3.5mm,壁厚均勻,，在制件的轉(zhuǎn)角處設(shè)計(jì)圓角，防止在此處出現(xiàn)缺陷，由于制件的尺尺寸中等。
2.3.3表面質(zhì)量分析
該零件的表面除要求沒(méi)有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有雜質(zhì)外，沒(méi)有什么特別的表面質(zhì)量要求，故比較容易實(shí)現(xiàn)。
綜上分析可以看出,注塑時(shí)在工藝控制得較好的情況下,零件的成型要求可以得到保證.
2.4 計(jì)算塑件的體積和質(zhì)量
計(jì)算塑件的質(zhì)量是為了選用注塑機(jī)及確定模具型腔數(shù)。
計(jì)算塑件的體積：V=46.87cm
計(jì)算塑件的質(zhì)量：根據(jù)設(shè)計(jì)手冊(cè)可查得ABS的密度為ρ=1.06kg/dm
塑件質(zhì)量：M=Vρ＝50g(通過(guò)3D軟件測(cè)量得到)
2.5 注塑機(jī)的初選
根據(jù)塑件的計(jì)算重量或體積，選擇設(shè)備型號(hào)規(guī)格，確定型腔數(shù)當(dāng)未限定設(shè)備時(shí)，須考慮以下因素：
采用一模兩件的模具結(jié)構(gòu)，考慮其外形尺寸，注塑時(shí)所需壓力和工廠(chǎng)現(xiàn)有設(shè)備等情況，初步選用注塑機(jī)XS—ZY—125型。
第3章 分型面選擇和澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 注射模具分型面的選擇
3.1.1 分型面的基本形式
分型面的形式由塑料的具體情況而定，但大體上有平面式分型面、階梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、綜合式分型面。
3.1.2 分型面選擇的基本原則
選擇分型面的基本原則：（1）保持塑料外觀(guān)整潔；（2）分型面應(yīng)有利于排氣；（3）應(yīng)考慮開(kāi)模是塑料留在動(dòng)模一側(cè)；（4）應(yīng)容易保證塑件的精度要求；（5）分型面應(yīng)力求簡(jiǎn)單適用并易于加工；（6）考慮側(cè)向分型面與主分型面的協(xié)調(diào)；（7）分型面應(yīng)與成型設(shè)備的參數(shù)相適應(yīng)；（8）考慮脫模斜度的影響[11]。
3.1.3 分型面的選擇
1、確定成型位置
由于塑件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,所以不用設(shè)計(jì)小型心,型腔直接開(kāi)設(shè)在定模板和中間板上.采用兩排各8個(gè)型腔分布.
2、確定分型面
采用單分型面注射模,從AA分型面一次分型,如下圖所示:
圖3.1 分型面
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
3.2.1 澆注系統(tǒng)的組成
澆注系統(tǒng)是將熔融的塑料從成型設(shè)備噴嘴進(jìn)入模具型腔所經(jīng)的通道，它包括主流道、分流道、澆口及冷料。在設(shè)計(jì)注射模具的澆注系統(tǒng)應(yīng)注意以下幾項(xiàng)原則[12]。
（1）根據(jù)所確定的塑件型腔數(shù)設(shè)計(jì)合理的澆注系統(tǒng)布局。
（2）根據(jù)塑件的形狀和大小以及壁厚等諸多因素，并結(jié)合選擇分型面的形式選擇澆注系統(tǒng)的形式及位置。
（3）應(yīng)盡量的縮短物料的流程和便于清除料把，以節(jié)省原料，提升注射效率。
（4）應(yīng)根據(jù)所選用塑件的成型性能，特別是它的流動(dòng)性能，選擇澆注系統(tǒng)的截面積和長(zhǎng)度，并使其圓滑過(guò)渡以利于物流的流動(dòng)。
3.2.2 注射模具主流道的設(shè)計(jì)
主流道是熔融塑料由成型設(shè)備噴嘴先經(jīng)過(guò)的部位，它與成型設(shè)備噴嘴在同一軸心線(xiàn)上。由于主流道與熔融成型設(shè)備噴嘴反復(fù)接觸、碰撞，一般澆口不直接開(kāi)設(shè)在定模上，為了制造方便，都制成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式在定模板上[13]。
（1）主流道的設(shè)計(jì)
主流道是指澆注系統(tǒng)中從成型設(shè)備噴嘴與模具接觸處開(kāi)始到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。主流道的形狀與尺寸對(duì)塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間有較大的影響，因此，必須使熔體的溫度降和壓力損失最小。
（2）主流道尺寸
在臥式或立式成型設(shè)備上使用的模具中，主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能從澆口套中順利拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角 為2o～6o。小端直徑d比成型設(shè)備噴嘴直徑大0.5mm～1 mm。由于小端的前面是球面，其深度為3mm～5 mm，成型設(shè)備噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面半徑大1mm～2mm。流道的表面粗糙度值Ra為0.08 。
（3）主流道澆口套
主流道澆口套一般采用碳素工具鋼如T8A、T10A等材料制造，熱處理淬火硬度53HRC—57HRC。
澆口套的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T8A，并應(yīng)進(jìn)行淬火處理，為了防止成型設(shè)備噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應(yīng)低于成型設(shè)備噴嘴的硬度。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o左右的圓錐孔。澆口套于成型設(shè)備的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于成型設(shè)備噴嘴是球面，半徑是固定的，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設(shè)備噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡。為了便于澆注凝料從主流道中取出，主流道采用α為3o～6o度左右的圓錐孔，對(duì)流動(dòng)性較差的塑料也可取得稍大一些，但過(guò)于大則容易引起注射速度緩慢，并容易形成渦流。
澆口套與塑料注射區(qū)直接接觸時(shí)，其出料端端面直徑應(yīng)盡量選得小些。澆口套于成型設(shè)備的噴嘴頭的接觸球面必須吻合，由于成型設(shè)備噴嘴是球面，所以為使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出，應(yīng)使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設(shè)備噴嘴端的凸面接觸良好，圓錐孔的小端直徑則大于噴嘴的內(nèi)孔直徑，球面與主流道孔應(yīng)以清角連接，不應(yīng)有倒拔痕跡，以保證主流道凝料順利脫模[14]。
定位環(huán)是模體與成型設(shè)備的定位裝置，它保證澆口套與成型設(shè)備的噴嘴對(duì)中定位，定位環(huán)的外徑應(yīng)與成型設(shè)備的定位孔間隙配合。澆口套端面應(yīng)與定模相配合部分的平面高度一致。成型設(shè)備SZ-63／400的噴嘴球半徑為18 mm，噴嘴孔徑為2 mm。所以要使?jié)部谔锥嗣娴陌记蛎媾c成型設(shè)備噴嘴的端凸球面接觸良好，凹球面半徑取19 mm，圓錐孔的小端直徑則應(yīng)大于噴嘴口內(nèi)徑，取3 .2mm，如圖3.2。
圖3.2 澆口套
主流道垂直于分型面。為了讓主流道凝料能順利從澆口中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐角為 3o。小端直徑d比成型設(shè)備噴嘴直徑大0.5－1mm。由于小端的前面是球面，其深度為3－5mm，取值為5mm，成型設(shè)備噴嘴的球面在該位置與模具接觸并且貼合，因此要求主流道球面半徑比噴嘴球面大1－2mm。
3.2.3 分流道的設(shè)計(jì)
分流道是將熔融塑料從主流道截面及其方向的變化，平穩(wěn)進(jìn)入單腔中的進(jìn)料澆口或主流道進(jìn)入多腔的澆口的通道，它是主流道與澆口的中間連接部分，起分流和轉(zhuǎn)換方向的作用，通常分流道設(shè)置在分型面的成型區(qū)域內(nèi)。
在注射過(guò)程中，熔融的塑料在流經(jīng)分流道時(shí)，應(yīng)是它的壓力損失以及熱量損失最小，而以分流道中產(chǎn)生的凝料最少為原則，分流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)總體歸納如下：
分流道的形狀要考慮分流道的截面積與其周邊長(zhǎng)度的比最大為好，這樣可以減少熔料的散熱面積和摩擦阻力，減少壓力損失。
在可能情況下，分流道的長(zhǎng)度應(yīng)盡量的短，以減少壓力損失，避免模體過(guò)大影響成本，在多型腔模具中和型腔的分流道長(zhǎng)度盡量相等，以達(dá)到注射大時(shí)壓力傳遞的平衡，保證塑料盡可能同時(shí)均勻的充滿(mǎn)各個(gè)型腔。在有些情況下分流道長(zhǎng)度不能相等時(shí)，則應(yīng)在澆口處作必要的補(bǔ)救措施，如果分流道較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在其末端設(shè)置冷料穴，放置冷料和空氣進(jìn)入模腔[15]。
在滿(mǎn)足注射成型工藝的前提下，分流道的截面積應(yīng)盡量的小，但分流道的截面積過(guò)小會(huì)降低注射速度，使填充時(shí)間延長(zhǎng)，同時(shí)可能出現(xiàn)缺料、焦燒、皺紋、縮孔等塑件缺陷，而分流道過(guò)大則增大冷卻時(shí)間應(yīng)比型腔中塑件的冷卻時(shí)間要短，才不影響注射時(shí)的效率。因此在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采用較小的截面積，以便于在試模是為不要的修正留有余地。
分流道和型腔的分布是排列緊湊，距離合理，應(yīng)采用軸對(duì)稱(chēng)或中心對(duì)稱(chēng)，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積。最好使型腔和分流道在分型面上的總投影面積的幾何中心和鎖緊力的中心相重合。
在分流道上的轉(zhuǎn)向次數(shù)盡量少，在轉(zhuǎn)向處應(yīng)圓滑過(guò)渡，不能有尖角，這些都是為了減小壓力損失，有利于物料的流動(dòng)。
當(dāng)分流道設(shè)在定模一側(cè)或分流道延伸較長(zhǎng)時(shí)，應(yīng)在澆口附近或分流道的交叉處設(shè)置鉤料桿，以便于在開(kāi)模時(shí)在鉤料桿的作用下首先從定模中拉出分流道的凝料，并與塑料一起頂出。
分流道的內(nèi)表面不必要求很光，一般表面粗糙度取1.6μm即可，這樣可以在分流道的摩擦阻力下使料流外層的流動(dòng)小些，使其分流道的冷卻皮層固定，有利于熔融塑料的保溫。
在總體分布中，應(yīng)綜合考慮冷卻系統(tǒng)的方式和布局，并留出冷卻水路的空間。
a．分流道的形狀和尺寸
分流道開(kāi)設(shè)在定模板上，其截面形狀為半圓形，底部以圓角相連。分流道為二次分流道，具體形狀如圖三。
b、分流道的表面粗糙度
由于分流道與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有內(nèi)部的熔體流動(dòng)狀態(tài)比較理想，因此分流道表面粗糙度要求不太低，一般Ra取1.6μm左右，這可增加對(duì)外層塑料熔體的阻力，使外層塑料冷卻皮層固定，形成絕熱層。
c、分流道在分型面上的布置形式
分流道在分型面上的布置形式與行腔在分型面上的布置形式密切相關(guān)。由于行腔呈矩形形狀分布，則分流道一般采用“非”字狀分布。
4.4.3、澆口的設(shè)計(jì)
此套模具采用的是點(diǎn)澆口的形式，點(diǎn)澆口是一種截面尺寸很小的澆口。這種澆口由于前后兩端存在較大的壓力差，可較大程度地增加塑料熔體的剪切速率并產(chǎn)生較大的剪切熱，從而導(dǎo)致容體的表現(xiàn)粘度下降，流動(dòng)性增加，有利于型腔的充填。
第4章 成型零件的設(shè)計(jì)
4.1 模具型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型腔大體有以下幾種結(jié)構(gòu)形式：整體式、整體組合式、局部組合式和完全組合式。
型腔由整塊材料制成，用臺(tái)肩或螺栓固定在模板上。它的主要優(yōu)點(diǎn)是便于加工，特別是在多型腔模具中，型腔單個(gè)加工后，在分別裝入模板，這樣容易保證各型腔的同心度以及尺寸精度要求，并且便于部分成型件進(jìn)行處理等。
型腔由整塊材料制成，但局部鑲有成型嵌件的局部組合式型腔。局部組合式型腔多于型腔較深或形狀較為復(fù)雜，整體加工比較困難或局部需要淬硬的模具。
完全組合式是由多個(gè)螺栓拼塊組合而成的型腔。它的特點(diǎn)是，便于機(jī)加工，便于拋光研磨和局部熱處理。節(jié)約優(yōu)質(zhì)鋼材。這種形式多用于不容易加工的型腔或成型大面積塑件的大型型腔上。這里選擇整體式型腔。
在塑料注射模具的注射過(guò)程中，型腔從合模到注射保證過(guò)程中受到高壓的沖擊力，因此模具型腔應(yīng)該有足夠的硬度和剛度，總的來(lái)說(shuō)，型腔所承受的力大體有合模時(shí)的壓應(yīng)力、注射過(guò)程中塑料流動(dòng)的注射壓力、澆口封閉前一瞬間的壓力保證和開(kāi)模時(shí)的壓應(yīng)力，但型腔所承受的力主要是注射壓力和保證壓力，并在注射過(guò)程中總是在變化。在這些壓力作用下，當(dāng)型腔的剛度不足時(shí)，往往會(huì)產(chǎn)生彈性變形，導(dǎo)致型腔向外膨脹，它將直接影響塑件的質(zhì)量和尺寸精度。所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)要首先考慮使型腔的壁厚和底板厚度都有足夠的強(qiáng)度和剛度，以保證型腔在注射過(guò)程中產(chǎn)生超過(guò)規(guī)定限度的彈性變形。因此型腔壁厚和底板的計(jì)算和選擇是十分重要的。
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復(fù)合式、局部組合式、完全組合式。
4.3 成型零件的尺寸確定
（1）型腔側(cè)壁厚度的計(jì)算
按強(qiáng)度計(jì)算
其壁厚S按下列公式計(jì)算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：S=4mm
（2）底板厚度的計(jì)算
按強(qiáng)度計(jì)算
其壁厚H按下面公式計(jì)算
式中 [σ]— 型腔材料的許用應(yīng)力，[σ]=156.8MPa
p—型腔內(nèi)單位平均壓力，P=38.4MPa
r—型腔內(nèi)半徑，r=10mm
代入公式得：H=5.5mm
4.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
型芯的結(jié)構(gòu)形式大體有：整體式、整體復(fù)合式、局部組合式、完全組合式。
4.3 成型零件的尺寸確定
（1）型腔尺寸計(jì)算
型腔的各部分尺寸一般都是趨于增大尺寸，因此應(yīng)選擇塑件公差△的1/2，取負(fù)偏差，再加上-1/4△的磨損量，而型芯深度則再加上-1/6的磨損量，這樣的型芯的計(jì)算尺寸的表述如下。
（a）型腔的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中 D0—型芯的最小基本尺寸；
—塑件的最大基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率，S=0.02；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的徑向尺寸：
（b）型腔的深度根據(jù)尺寸的計(jì)算公式
式中 —型腔深度的最小尺寸；
—塑件的最大基本小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選?。?
根據(jù)公式計(jì)算得型腔的深度尺寸：
（2）型芯尺寸的計(jì)算
型芯的各部尺寸除特殊情況外都是趨于縮小尺寸,因此應(yīng)選擇塑件公差的1/2,取正偏差,再加上+1/4的磨損量,而型芯高度則加上+1/6的磨損量.型芯的計(jì)算尺寸表達(dá)如下。
（a）型芯的徑向尺寸的計(jì)算式：
式中 —型芯的最大基本尺寸；
—塑件的最小基本尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選??；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的徑向尺寸：
（b）型芯的高度尺寸的計(jì)算：
式中 —型芯高度的最大尺寸；
—塑件內(nèi)形深度的最小尺寸；
S—塑件的平均收縮率；
△—塑件的公差，取八級(jí)精度；
δ—模具制造公差，按1/4△選取；
根據(jù)公式計(jì)算得型芯的高度尺寸：
第5章 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
頂出機(jī)構(gòu)的分類(lèi)：按驅(qū)動(dòng)方式分類(lèi)可分為：手動(dòng)頂出、機(jī)動(dòng)頂出、啟動(dòng)頂出。
按模具結(jié)構(gòu)分類(lèi)可分為：一次頂出、二次頂出、螺紋頂出、特殊頂出。
（1）推出機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)組成
在注射成形的每個(gè)周期中，將塑料制品及澆注系統(tǒng)凝料從模具巾脫出的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為推出機(jī)構(gòu)，也叫頂出機(jī)構(gòu)或脫模機(jī)構(gòu)。推出機(jī)構(gòu)的動(dòng)作通常是由安裝在成型設(shè)備上的機(jī)械頂桿或液壓缸的活塞桿來(lái)完成的。
結(jié)構(gòu)組成：由推出、復(fù)位和導(dǎo)向零件組成。
（2）結(jié)構(gòu)分類(lèi)
手動(dòng)推出、機(jī)動(dòng)推出、液壓或氣動(dòng)推出。
（3）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求
塑件留在動(dòng)模,塑件在推出過(guò)程中不變形、不損壞,不損壞塑件的外觀(guān)質(zhì)量,合模時(shí)應(yīng)使推出機(jī)構(gòu)正確復(fù)位,動(dòng)作可靠。
（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（a）推桿推出機(jī)構(gòu)
推桿推出機(jī)構(gòu)是整個(gè)推出機(jī)構(gòu)中最簡(jiǎn)單、最常見(jiàn)的一種形式。由于設(shè)置推桿的自由度較大，而且推桿截面大部分為圓形，容易達(dá)到推桿與模板或型芯上推桿孔的配合精度．推桿推出時(shí)運(yùn)動(dòng)阻力小，推出動(dòng)作靈活可靠，因此在生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。 但是因?yàn)橥茥U的推出面積一般比較小，易引起較大局部應(yīng)力而頂穿塑件或使塑件變形，所以很少用于脫模斜度小和脫模阻力大的管類(lèi)或箱類(lèi)塑件。
（b）推管推出機(jī)構(gòu)
推管推出機(jī)構(gòu)是用來(lái)推出圓筒形、環(huán)形塑件或帶有孔的塑件的一種特殊結(jié)構(gòu)形式，其脫模運(yùn)動(dòng)方式和推桿相同。由于推管是一種空心推桿，故整個(gè)周邊接觸塑件，推出塑件的力量均勻，塑件不易變形，也不會(huì)留下明顯的推出痕跡。
（c）推件板的推出機(jī)構(gòu)
凡是薄壁容器、殼形塑件以及表面不允許有推出痕跡的塑料制品，可采用推件板推出．推件板推出機(jī)構(gòu)義稱(chēng)頂板頂出機(jī)構(gòu)，它由一塊與型芯按一定配合精度相配合的模板和推桿組成。
特點(diǎn)：推件板推出的特點(diǎn)是頂出力均勻，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，且推出力大。但是對(duì)于截面為非圓形的塑件，其配合部分加工比較困難。
（d）活動(dòng)嵌件及凹模推出機(jī)構(gòu)
有一些塑件由于結(jié)構(gòu)形狀和所用材料的關(guān)系，不能采用推桿、推管、推件板等簡(jiǎn)單推出機(jī)構(gòu)脫模時(shí)，可用成形嵌件或型腔帶出塑件。
（5）頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則：
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀(guān)，這是在選擇頂出形式和頂出位置時(shí)必須考慮到的問(wèn)題。一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
注射設(shè)備的頂出裝置都設(shè)計(jì)在動(dòng)模一側(cè)，因此，在一般情況下開(kāi)模時(shí)，盡量設(shè)計(jì)使塑件留在動(dòng)模一側(cè)，以便于頂出塑件。這在分型面的選擇時(shí)就應(yīng)充分考慮。
在實(shí)踐中如果出現(xiàn)塑件并沒(méi)有留在動(dòng)模側(cè)的情況時(shí)，可設(shè)法增加動(dòng)默一側(cè)的阻力，一是將型芯的脫模斜度變小，或增加型芯的表面粗糙度，或者在不影響塑件使用的前提下，在型芯側(cè)面人為的開(kāi)設(shè)橫凹槽、凹窩等脫模障礙，以增大動(dòng)模的阻力。在特殊情況下必須使塑件留在定模時(shí)可采用定模頂出機(jī)構(gòu)。
塑件在成型頂出后，一般都留有頂出痕跡，但應(yīng)盡量使頂出的殘留痕跡不影響塑件的外觀(guān)，這是在選擇頂出形式和頂出位置時(shí)必須考慮到的問(wèn)題。一般頂出機(jī)構(gòu)應(yīng)設(shè)在塑件的內(nèi)表面以及不顯眼的位置。
頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長(zhǎng)的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無(wú)卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
頂出裝置力求均勻分布，頂出力作用點(diǎn)應(yīng)在塑件承受頂出力最大的部件，盡量避免頂出力作用于最薄的部位，防止塑件在頂出過(guò)程中的變形和損傷。
頂出零件應(yīng)有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性能，使其在相當(dāng)長(zhǎng)的運(yùn)作周期內(nèi)平穩(wěn)順暢，無(wú)卡滯現(xiàn)象，并力求制造方便，容易維修。
第6章 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
塑料在生產(chǎn)過(guò)程中由于需要對(duì)熔融的塑料流體進(jìn)行冷卻，塑料制件不能有太高的溫度（防止出模后制件發(fā)生翹曲，變形）冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)可按下式進(jìn)行計(jì)算：
設(shè)該模具平均工作溫度為60°，用20°的常溫水作為模具的冷卻介質(zhì)，其出口溫度為30°，產(chǎn)量為（1分鐘2模）1000g/h。
求塑件在硬化時(shí)每小時(shí)釋放的熱量為Q3，查有關(guān)文獻(xiàn)得尼龍1010的單位熱流量為Q2=314.3～398.1J/g ,取Q2=350J/g：Q3=WQ2=1008g/h×350J/h=352800J
求冷卻水的體積流量V
V=WQ1/Pc1(T1－T2)
=140cm3
溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件的質(zhì)量影響主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：變形尺寸精度 力學(xué)性能 表面質(zhì)量
在選擇模具溫度時(shí)，應(yīng)根據(jù)使用情況著重滿(mǎn)足制件的質(zhì)量要求。
在注射模具中溶體從200 C,左右降低到60C左右，所釋放的能量5％以輻射，對(duì)流的方式散發(fā)到大氣中，其余95％由冷卻介質(zhì)帶走，因此注射模的冷卻時(shí)間只要取決與冷卻系統(tǒng)的冷卻效果。模具的冷卻時(shí)間約占整個(gè)循環(huán)周期的2/3?？s短循環(huán)周期的冷卻時(shí)間是提高是提高生產(chǎn)效率的關(guān)鍵。在冷卻水冷卻過(guò)程中，在湍流下的熱傳遞是層流的10—20倍。在此我選擇湍流。 如表五：
冷卻水道直徑
d/（mm）
最低流量v
/（m/s）
流量
qv/（m/min）
12
1.10
7.4×10
第7章 排氣系統(tǒng)
在注塑模具的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須考慮排氣結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，否則，熔融的塑料流體進(jìn)入模具型腔內(nèi)，在填充模具的型腔過(guò)程中同時(shí)要排出型強(qiáng)及流道原有的空氣，氣體如不能及時(shí)排出會(huì)使制件的內(nèi)部有氣泡， 除此以外，塑料熔體會(huì)產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時(shí)排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會(huì)引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強(qiáng)度下降，甚至充模不滿(mǎn)甚至?xí)a(chǎn)生很高的溫度使塑料燒焦，從而出現(xiàn)廢品。
排氣方式有兩種：開(kāi)排氣槽排氣和利用合模間隙排氣。
由于塑料端蓋注塑模是小型鑲拼式模具，可直接利用分型面和鑲拼間隙進(jìn)行排氣，而不需在模具上開(kāi)設(shè)排氣槽。
第8章 成型設(shè)備有關(guān)參數(shù)校核
1、模具閉合高度的確定
根據(jù)支承與固定零件中提供的數(shù)據(jù)確定：定模座板H1=25mm ，上固定板H2=20mm 下固定板H3=25mm支承板H4=32mm動(dòng)模座板H5=25mm，墊塊H6=50mm
H=H1+H2+H3H+H4+H5+H6+H7
=25+20+25+32+25+50=177mm
2、 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核
本模具的外形尺寸為340㎜×255㎜，XS—Z—125型注射機(jī)模板最大安裝尺寸為500㎜×500㎜；故能滿(mǎn)足模具的安裝要求。
經(jīng)驗(yàn)證，XS—Z—250型注射機(jī)能夠滿(mǎn)足使用要求，故可以采用
第9章 模具特點(diǎn)和工作原理
1、模具的特點(diǎn)：
該模具是兩板模，設(shè)計(jì)了1 個(gè)水平分型面。設(shè)計(jì)了定距拉桿， A 分
型面是為了取出制件。該模具一模2件，節(jié)省了成本，降低了制造周期，提高了生產(chǎn)效率。
2、模具的工作過(guò)程
模具裝配試模完畢后，模具進(jìn)入正式工作狀態(tài)，其基本工作過(guò)程如
下。
（1）對(duì)塑料進(jìn)行烘干，并裝入料斗。
（2）清理模具型芯、型腔，并噴上脫模劑，進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱。
（3）合模、鎖緊模具。
（4）對(duì)塑料進(jìn)行預(yù)塑化，注射裝置準(zhǔn)備注射。
（5）注射過(guò)程包括充模、保壓、倒流、澆口凍結(jié)后的冷卻和脫模。
（6）脫模過(guò)程。制件的推出同一般注塑模具推出方式相同，即由注
塑機(jī)推桿推動(dòng)模具推板，從而推動(dòng)推件桿將之間頂出。
總結(jié)
總 結(jié)
這次課程設(shè)計(jì)針對(duì)設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行了大量的工作，順利完成了課程設(shè)計(jì)中所提出的各項(xiàng)任務(wù)，達(dá)到了課程設(shè)計(jì)的目的。
通過(guò)此課程設(shè)計(jì)，掌握了模具設(shè)計(jì)的方法和步驟，并結(jié)合具體的零件進(jìn)行了具體的設(shè)計(jì)工作，包括確定型腔的數(shù)目、選擇分型面、確定澆注系統(tǒng)、脫模方式、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、注射模成型零件尺寸的計(jì)算等。
課程設(shè)計(jì)進(jìn)行三維造型繪制；完成塑件注射模具方案設(shè)計(jì)和相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算；最后完成模具加工，掌握了完整的工程設(shè)計(jì)過(guò)程，工程設(shè)計(jì)應(yīng)用能力得到了鍛煉和提高。
參考文獻(xiàn)
[1] 申長(zhǎng)雨，陳靜波等. 塑料型材擠初模具 CAE 技術(shù)[M]. 模具工業(yè)出版社，2001(7).
[2] 易際明，彭浩哥，吳莉華. Pro/ENGINEER Wildfire 模具設(shè)計(jì)與數(shù)控加工[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，2004.3.
[3] 李迎春，杜栓麗，申開(kāi)智. 聚丙烯(PP)塑料注塑模具點(diǎn)澆口大小的研究[J]. 華北工學(xué)院學(xué)報(bào)，1998 年第 19 卷第 1 期(總第 61 期)：30～34.
[4] 付永剛. 注塑模 CAD 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的理論研究及應(yīng)用[J]. 西安理工大學(xué)碩士論文，2000.3.
[5] 陳志剛. 塑料模具設(shè)計(jì)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002.1.
[6] 劉法謙，燕立唐，胡海青，等. CAE 在彩電后殼澆注系統(tǒng)中的應(yīng)用，現(xiàn)代塑料加工應(yīng)用[J]，2002.6，第 14 卷第 3 期：19～22.
[7] 李德群，肖祥芷. 模具 CAD/CAE/CAM 的發(fā)展概況及趨勢(shì)[J]. 模具工業(yè)，2005（07).
[8] 張祥杰. Pro/ENGINEER Wildfire模具設(shè)計(jì)[M]. 中國(guó)鐵道出版社，2004：35～188.
附錄
外文資料
TEMPERATURE CONTROL
P. H. J. Ingham
Marketing Manager ,Eurotherm Ltd,Worthing,Sussex,UK
SUMMARY
Commercial plastic materials are organically based and are therefore heatsensitive .Accurate temperature control of melt processes such as injection moulding is therefore necessary if problems caused by thermal degradation are to be avoided.
The injection moulding process is considered form a temperature controlriewpoint and some of the control methods or techniques are described.since it should not be forgotten that good temperature control can lend to materials and energy savings.
1 INTRODUTION
The injection moulding process is concerned with the efficient conversion of plastics raw material into moulded product of acceptable standards.Some of ths parameters which determine acceptability are weight,dimensions,colour and stenght,all of which can be affected by the conditions under which the material is processed.Having established by the conditions for thwese parameters so as to deermine acceptability,limits can be set for the conditions under which the material is processed.One of the most important parameters contributing to the correct operation of an injection moulding machine is temperature.All plastics materials can be correctly processed only within a certain range of temperatures which varies from materialFor some mateials and mould types the band isvery small and for others it can be quite wide.
Any attempt to define the limits within which the product is acceptable determines the need for some form of control.There are a number of types of control which,if applied correctly,can lead to adequate performance.Significant material and energy savings can be achieved by correctly pplying the right type of control equipment.The reliability of the system and the degree of operator supervision required also depend very largely on the balance struck between initial cost and performance.
It is the purpose of this chapter to examine the injection moulding machine from a temperature control viewpoint and to outline some of the control methods can be used ,together with advantages and disadvantages.
2 THE PROCESS
2.1 Machine Zoning
From a control viewpoint,an injection moulding machine consists of a number of zones (each equipped with a means of measauring the temperature) and a controller,which compares the measured value of the set-point and controls the heat input to the zone in such a way as to remove any different between the heat input to the zone in such a way as to remove any difference between the tow. Yu dividing the machine into a number of zones the different temperature requirements of different zones and their different heat input needs can most easily be met (Fig.1).
For this purpose a typical small machine may have three or four barrel zones and a nozzle one. The zones nearest to the material feed hopper are where the plastic is melted and thus require fairly large heat inputs. However, in the zones hearest to the nozzle, the heat produced, by the rise in pressure needed to force the plastic into the mould, means that relatively little additional heat input is requied when the machine is running. Indeed, if the machine cycle very short, with some materials it may be that more heat is generated than required to maintain the temperature, which will then rise uncontrollably mless some form of additional cooling is applied.
2.2 Thermocpuple Location
Considering again the barrel zones:these consist of a metal arrel with wall thickness sufficient to withstand the high pressures produced during the mjection cycle. The most common form of heating is electrical and is ipplied using band heaters strapped around the barrel (Fig.2). A controller of any kind can only control the temperature at the point of measurement. Ideally this will be as deep into the barrel wall as possible, since it is the temperature of the plastic which is required and not that of the barrel. Plastic is a poor thermal conductor and depending on whether the net heat dow is into or out of the plastic, a thermocouple deep into the barrel wall will register a temperature above or below the actual temperature. If the measuring element is shallow or on the barrel surface, the difference between the measured and actual melt temperatures can be very large. For any given conditions of operation there will be a more or less fixed difference between the melt and measured temperatures and acceptable produce may be produced. If ,however, the conditions, e.g. machine speed or ambient temperature, change, this may give rise to a melt temperature which does not result in the production of acceptable product. It is therefore important to place the thermocouple as close to the melt as possible , i.e. deep the barrel.
2.3 Temperature Overshoot
The resultant system of an electrical band heater strapped around a thick walled barrel with a deep thermocouple is typical of most plastics processing machinery and present a number of control problems. Not only must stable control be achieved during normal running of the machine but acceptable start-up performance must also be achieved. The machine must be brought to its normal operating temperature as quickly as possible and preferably with no overshoot. (Overshoot is said to occur if the temperature is rising or falling at such a rate as it reaches set-point that it does not stop there but continues past by some amount before returning towards set-point again; see Fig.4.)
The basic cause of temperature overshoot in the system is multiple heattransfer lags, i.e. where the heat generated electrically first raises the temperature of the heater thermal mass and is then conducted from the second thermal mass to a third and so on, until the heat reaches the point of measurement which, as stated already, is as near as possible to the point in the process to be controlled.
In the simplest cast of multiple heat transfer only two thermal masses would be significantly involved, namely those of the heater and the load. If the thermal mass of each is about the same, this tends to represent about the worst case for overshoots (and hence controllability). Poor heat transfer from heater to load worsens the situation, since the heater temperature (during start-up, for example)can then become very much higher than the load temperature; when the power to the heater is cut off the final temperature reached (ignoring heat losses and assuming equal thermal masses for heater and load) will be the mean of their respective temperatures at the instant when the power is cut off. Thus ,the overshoot in load temperature increases as the heat transfer becomes worse.
A particularly bad case of overshoot (and controllability) occurs where heat is transferred through a considerable thickness of heat-conducting material. This is exactly the situation which is presented by an injection machine barrel with deep set thermocouple. This sort of heat transfer represents in effect an infinite order multiple heat transfer: several minutes can elapse between switch-on of power and a significant change in thermocouple temperature. In fact the response has almost the appearance of a delay (i.e. transport lag ) although there is really a considerable difference between this heart-transfer lag and a true delay. During the time of the heart-transfer lag, heat is being fed into the barrel, so that even if the source of heat were switched off at the instant the deep thermocouple began to respond, the thermocouple temperature would continue to rise as the heat energy already fed in distributed itself evenly throughout the thickness of the barrel wall.
A large part of the total lag can in practice be caused by the heart-transfer lag which occurs with a resistance heater. From the heater element thermal mass, via electrical insulation, to the outer surface of the barrel. For the lag through the barrel wall(or for any similar from the heat transfer) doubling the heart-transfer distance results in four times the lag. Iron, from which most injection machines are made, is a rather poor material for heat transfer: for example similar lag are obtained in aluminium and iron when the distance in aluminium is five times greater.
3. METHODS OF CONTROLLING TEMPERATURE
3.1 Measuring the Temperature
The first item in the control system to consider is the measuring element, of which there are tow basic electrical types: active and passive.
The active type are thermocouples. There are formed by the junction of tow dissimilar metals and give an output voltage proportional to the difference in temperature between the thermocouple and the point of measurement (Fig.3). The fact that the millivolt output of the thermocouple in relation to temperatures is non-linear and that it depends on a stable reference temperature for comparison purposes are factors ， Which must be taken into account in the controller. Thermocouples are very robust mechanically. (This is an obvious advantage in the environment of the moulding shop.) They also exhibit good repeatability from example to example of the same type. The two most common types used in plastic processing are both base metal thermocouples and these are nickel chrome/nickel aluminium (Type K) and iron/jconstantan (Type J).
The passive types rely on having a resistance which varies with temperature in a known manner and thus, when fed from a constant current upon temperature. Such elements do not require a reference temperature to be generated by the controller. The commonest are the platinum resistance thermometer (which occupies a larer volume than a thermocouple and is more fragile)and the thermistor(which operates on the same principle and has the same disadvantages).
The thermocouple is by far the most common measuring elcment used in practice. The siting of the thermocouple will depend upon the degree of control required, as will the choice of controller.
3.2 ON/OFF Control
The simplest form of controller provides ON/OFF control of load power. The measured temperature is compared with the set-point and if it is too low, power is applied to the load; if it is too high the power is switched off. In practice there will be a small amount of hysteresis in the controller (mainly so that spurious noise signals on the thermocouple and effects due to mains regulation should not result in rapid ON/OFF chattering of the load power control relay). If the thermocouple and heater are in very close proximity, i.e. there is no appreciable lag, the temperature will cycle with an amplitude somewhat in excess of the controller hysteresis and with the natural period of the system. There will inevitably be some overshoot on start-up because full power will be applied to the load until the set and actual temperatures become equal and any stored energy in the heater will continue to be transferred to the load even after switch-off. It can be seen that if the thermocouple is deep in the barrel (thus measuring the melt temperature more closely) the system lags will be considerably increased and the temperature cycling will be of a longer period and will become much larger. Similar comments apply to the start-up overshoot.
Thus ,in the least demanding circumstances, an ON/OFF controller with a shallow thermocouple may give acceptable results. However, with the large heaters required to give short start-up overshoot will probably be unacceptable for all but the least demanding situations and will be worse if account is taken of correct siting of the thermocouple.
The natural period of the system results from a combination of heater power and location, sensor location, and the thermal mass of the system.
3.3 Proportional Control (P only)
If we take an ON/OFF controller and force the switching of the output within the controller itself (with variable mark: space ratio)at a rate which is higher than the natural period, then we have proportional control. As the measured temperature approaches the set temperature, the relay will switch off(for a short time) the power supplied to the load. This point, at which just less than full power is applied to the load, is the lower edge of the ‘proportional band’. As the actual temperature approaches the set temperature more closely, less and les power is applied to the load until, when the two become equal, the power input is zero. It is general for the proportional band to be downscale of the set-point, i.e. at set-point the power fed to the load is zer..
The proportional band is usually defined as a percentage of the controller set-point scale span. Since the power applied to the load is proportional to the error or difference between actual and measured temperature (a so-called error-actuated system),it follows that if any power is required to maintain the temperature there must be some error in the system. This error is known as offset or droop (Fig.5). Since, on start-up, the load power will first be switched off at a temperature below the set-point, the resultant overshoot will be reduced. With a sufficiently large proportional band and sufficiently rapid cycling of the output power (compared to the system’s natural frequency) the oscillations in temperature will cease eventually. However, this does not necessarily mean that there will be no sart-up overshoot in temperature, but only that the subsequent oscillation will decay to zero amplitude.
英文翻譯
注塑模的溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)
商用塑料是最常用的，但它是熱敏感性材料。如果說(shuō)因熱引起的問(wèn)題是可以避免的，那么象注塑模中熔化過(guò)程中精確的溫度控制就是有必要的。]
從溫度控制的觀(guān)點(diǎn)和一些控制方法和技術(shù)的角度來(lái)考慮（這些方法和技術(shù)因不應(yīng)忘記而被敘述），好的溫度控制能節(jié)約和熱能。
一、介紹
注射模過(guò)程曾引起一次會(huì)議的討論，這次會(huì)議為模制產(chǎn)品的塑料原材料制定了可行性標(biāo)準(zhǔn)。一些可行性參數(shù)是重量，尺寸，顏色和強(qiáng)度。所有這些參數(shù)都受材料制造環(huán)境的影響。為了決定其可行性，為這些參數(shù)已經(jīng)建立了相應(yīng)的公差。對(duì)注射機(jī)的正確操作起作用的眾多參數(shù)中，最重要的一個(gè)參數(shù)是溫度，所有的塑料產(chǎn)品的制造都只有在特定的溫度范圍內(nèi)。這個(gè)特定的溫度范圍因材料而異。一些材料的這個(gè)溫度范圍相當(dāng)寬，而另一些材料的這個(gè)范圍卻相當(dāng)窄。
為使產(chǎn)品在允許溫度限制范圍內(nèi)，需要某些形式的溫度控制。如果應(yīng)用正確，這里有大量的類(lèi)型能導(dǎo)致正確控制形式的操作。通過(guò)正確的應(yīng)用控制設(shè)備。能節(jié)省貴重的塑料和能量。系統(tǒng)的現(xiàn)實(shí)性和操作者監(jiān)管要求的程度，也很大程度上依賴(lài)于最新消耗，運(yùn)輸消耗，工作費(fèi)用三者之間的平衡。
這章的目的是從溫度控制的角度來(lái)檢查注射模具和列舉一些常用的溫控方法以及其優(yōu)點(diǎn)。
二、 過(guò)程
2·1 模具的分類(lèi)
從控制的角度來(lái)說(shuō)，一個(gè)注射模具由許多分區(qū)和一個(gè)控制部分組成（每一個(gè)分區(qū)有一種測(cè)量溫度的方法），控制器比較兩者之間的不同測(cè)量?jī)r(jià)值和控制兩者之間的不同，而用某種方法輸入到這個(gè)分區(qū)的熱移走。通過(guò)劃分模具的分區(qū)，能使這些分區(qū)更容易認(rèn)識(shí)，不同的分區(qū)，要求有不同的溫度和不同的熱輸入（如圖1）為了達(dá)到這個(gè)目的，一個(gè)典型的小模具就可以有3～4個(gè)桶型區(qū)和噴管區(qū)。這些離主流道襯套最近的區(qū)域是塑料要求熔化的地方。因此要求有相當(dāng)大的熱量進(jìn)給。然而，在離主流道襯套最遠(yuǎn)的澆口處，通過(guò)增加注射壓力，使塑料和澆口之間產(chǎn)生摩擦熱。這意味著，當(dāng)模具在工作時(shí)只需要相當(dāng)小的熱量輸入。如果機(jī)器的循環(huán)周期非常短。某些材料在制造過(guò)程中比被要求的熱量產(chǎn)生更多的熱量，為了保持溫度，就需要采用某些形式的冷卻方式應(yīng)用。
2·2 熱電偶的安裝
再考慮這些桶型區(qū)：一個(gè)型腔應(yīng)具有足夠的壁厚。用以承受足夠的壓力。最平常的加工方法是電加熱和使用一個(gè)帶狀的加熱片貼在型腔周?chē)ㄈ鐖D2），在任何類(lèi)型的一個(gè)控制器都只能控制一個(gè)點(diǎn)的測(cè)量溫度的測(cè)試，而且盡可能貼近型腔。因?yàn)槲覀冃枰氖撬芰系臏囟?，而不是型腔的溫度，塑料是熱的不良?dǎo)體。依靠純熱進(jìn)去塑料，如果熱電偶安放在型腔的表面或非常淺，那么測(cè)量值和實(shí)際值之間將會(huì)有非常大的差異。
任何給出的操作環(huán)境都或多或少的存在實(shí)際值和測(cè)量值之間的差異。然而如果環(huán)境變化，如模具的運(yùn)動(dòng)速度和周?chē)沫h(huán)境溫度變化，這都可以影響到工件的熔化溫度。因此，熱電偶的安裝位置要盡可能的靠近型腔的內(nèi)壁。
2·3溫度過(guò)調(diào)量
一個(gè)具有一個(gè)熱電偶的加熱片貼在一個(gè)深孔型腔的壁上。它的合模系統(tǒng)是最典型的塑料加工機(jī)械，而且存在著大量的控制問(wèn)題，不僅在正常的模具工作期間必須完成穩(wěn)定的控制，而且可行的合理的初始操作也必須完成機(jī)械可以在不用調(diào)節(jié)時(shí)盡可能完美而迅速地使它達(dá)到正常的操作溫度（如果溫度上升或下降，以某一頻率。就是說(shuō)它經(jīng)過(guò)那點(diǎn)，但不停留在那點(diǎn)，而是在它返回那點(diǎn)時(shí)繼續(xù)通過(guò)一定數(shù)量的點(diǎn)。在這種情況下，過(guò)量調(diào)節(jié)就出現(xiàn)了。如圖4）
在系統(tǒng)中引起過(guò)量調(diào)節(jié)的基本原因是，多個(gè)熱傳導(dǎo)滯后等產(chǎn)生的殘余熱量。首先，引起受熱物體的溫度上升，然后，傳遞給第二個(gè)受熱物體，同時(shí)使第二個(gè)物體溫度上升，然后從第二個(gè)受熱物體傳遞給第三個(gè)受熱物體。以次類(lèi)推直到熱在傳遞過(guò)程中達(dá)到控制溫度的點(diǎn)附近。
舉一個(gè)最簡(jiǎn)單的多個(gè)熱傳遞的例子，如果兩個(gè)受熱體，如果每個(gè)受熱體都是一樣的，那將是過(guò)調(diào)量中最糟的。一種情況，沖加熱到裝入的差的熱傳遞使環(huán)境變?cè)?，因?yàn)榧訜釡囟龋ㄈ缭陂_(kāi)始時(shí)的溫度）。將使最終裝入溫度遠(yuǎn)高于其本身。當(dāng)加熱電源切斷時(shí)，最終溫度就達(dá)到了。（忽略溫度損失和假設(shè)加熱熱量和吸收熱量相等）。這將意味著最終電源切斷時(shí)，最終各方面的溫度。因此，過(guò)調(diào)量作為過(guò)調(diào)量作為熱傳遞在裝入溫度上升時(shí)變地更糟。
在特別糟的過(guò)調(diào)量（可控制）的情況出現(xiàn)在熱傳遞通過(guò)熱導(dǎo)體材料的深處，這是實(shí)際的環(huán)境。這個(gè)環(huán)境是一個(gè)具有深的安裝電熱偶的注射模具環(huán)境。這套熱傳遞系統(tǒng)抽繪一個(gè)無(wú)限次續(xù)的多熱傳遞系統(tǒng)的影響。在打開(kāi)電源和在熱電偶中的一次重要轉(zhuǎn)變之間需要幾分鐘的時(shí)間。實(shí)際上，這反映的是一種延時(shí)的表現(xiàn)（如傳導(dǎo)滯后），雖然熱傳導(dǎo)滯后和真正的延時(shí)之間存在著差異，在熱傳導(dǎo)滯后和真正的延時(shí)之間存在著差異，在熱傳導(dǎo)滯后的時(shí)間中，熱進(jìn)給到型腔，以至于熱源被切斷的瞬時(shí)深的熱電偶開(kāi)始反應(yīng)，當(dāng)熱能已經(jīng)進(jìn)給通過(guò)整個(gè)型腔壁后來(lái)完全地分配本身。
總的滯后的大部分，可以是由于發(fā)生在熱阻傳導(dǎo)體的熱傳導(dǎo)滯后引起，熱阻傳導(dǎo)體從熱的基本發(fā)熱體，經(jīng)過(guò)電隔離在型腔外表，因?yàn)闇笸ㄟ^(guò)型腔壁（或任何一個(gè)類(lèi)似的熱傳導(dǎo)）兩倍的熱傳導(dǎo)距離而產(chǎn)生了四倍的滯后。大多數(shù)注射模具制造用的鋼材對(duì)熱傳導(dǎo)是相當(dāng)差的材料。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：當(dāng)在鋁中的距離比在鐵中大五倍時(shí)。在鐵和鋁中能得到相同的熱滯后。
三、 溫度控制的方法
3·1溫度的測(cè)量
在控制系統(tǒng)中，首先要考慮的一條是測(cè)量的元素，它有兩種基本的電子測(cè)量類(lèi)型：主動(dòng)的和被動(dòng)的類(lèi)型。
主動(dòng)類(lèi)的是熱電偶，它由兩種不同金屬片和一個(gè)外部電壓組成。這個(gè)外部電壓與熱電偶和測(cè)量點(diǎn)之間的不同溫度相稱(chēng)（如圖3）；熱電偶的毫伏輸出電壓與溫度不成線(xiàn)性關(guān)系，它依賴(lài)一個(gè)作為比較目的的穩(wěn)定的參考溫度，這一事實(shí)都是在控制器里必須考慮的因素，熱電偶具有相當(dāng)強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性（這在模具工廠(chǎng)的環(huán)境中是相當(dāng)有利的）。這些因素也表現(xiàn)好的重復(fù)性。從例子到相同的類(lèi)型的例子，兩個(gè)最常用在塑料加工過(guò)程的例子都是金屬熱電偶的基本組合材料，它們是鎳鉻/鎳鋁合金（類(lèi)型K）和鋼/銅合金（類(lèi)型J）。
無(wú)源類(lèi)熱電偶，存在一種阻力，這種阻力使溫度不同于眾所周知的那種方式。因此，當(dāng)在恒流電源的作用下，這種阻力將產(chǎn)生電壓，這個(gè)電壓依賴(lài)于所通過(guò)的材料的溫度。最常用的是鉑阻熱電偶（這種熱電偶比以前講的普通熱電偶具有更大的容量，并且更容易碎。）和熱敏電阻（它是用同樣的原理進(jìn)行工作具有同樣多的不利條件）。
熱電偶是在實(shí)踐中被大量使用的最常用的測(cè)量工具。熱電偶的定線(xiàn)將依賴(lài)于要求控制的度數(shù)和所選的溫度控制器。
3·2控制器的開(kāi)關(guān)
控制器的最簡(jiǎn)單的形式提供負(fù)載電源開(kāi)關(guān)的控制，測(cè)得的溫度與安裝點(diǎn)比較，假如溫度太低，負(fù)載電源將參與工作，假如溫度太高，負(fù)載電源見(jiàn)被切斷，在實(shí)際中，在控制器中有一些磁滯現(xiàn)象。如果熱電偶和加熱器非常接近，那么這就不存在滯后，溫度將以某種振動(dòng)進(jìn)行循環(huán)。這個(gè)振幅是由控制起的滯后和系統(tǒng)的自然周期引起，因?yàn)槿β实碾娫丛谝蟮臏囟群蛯?shí)際溫度相等之前一直提供負(fù)載，所以在開(kāi)始時(shí)有一定的過(guò)調(diào)量是不可避免的。很明顯，如果熱電偶在型腔壁的深層（因此測(cè)量的熔化溫度更接近）。系統(tǒng)的滯后增大，溫度的循環(huán)周期將變長(zhǎng)，振幅將變大，也同樣在開(kāi)始時(shí)有一個(gè)過(guò)調(diào)量。
因此，一個(gè)具有線(xiàn)的熱電偶開(kāi)/關(guān)控制器可以得出所接受到的結(jié)果，這是起碼的要求。然而具有大的熱電偶的開(kāi)/關(guān)控制器要求有一個(gè)更短的啟動(dòng)時(shí)間。如果計(jì)算考慮了這個(gè)熱電偶的正確安放位置，那么這個(gè)啟動(dòng)時(shí)間過(guò)短將可能是對(duì)于所有控制器來(lái)說(shuō)是不接受和更糟的。除這起碼的要求。
這套系統(tǒng)的自然時(shí)期來(lái)源于一個(gè)熱電偶能量與位置的聯(lián)合作用，傳感器的位置和系統(tǒng)的熱量集中區(qū)域三個(gè)因素。
3·3比例的控制（僅僅是P的控制）
如果我們使用一個(gè)開(kāi)/關(guān)控制器，并且迫使輸出量轉(zhuǎn)換。在控制器內(nèi)部本身有一個(gè)頻率，這個(gè)頻率高于自然時(shí)期的，然后我們將要進(jìn)行一個(gè)比例的控制問(wèn)題。當(dāng)測(cè)量的溫度接近安放點(diǎn)的溫度時(shí)，繼電器將在短時(shí)間內(nèi)切斷提供負(fù)載電源，在比最大電源電壓少一些的這個(gè)點(diǎn)是比例帶的最低邊緣，當(dāng)實(shí)際溫度接近安放點(diǎn)的溫度時(shí)，越來(lái)越少的電源電壓進(jìn)給量，直到兩者完全相同時(shí)，電源輸入量將變成零?？偟囊痪湓?huà)來(lái)說(shuō)，對(duì)于比例帶到安放點(diǎn)呈降低的比例趨勢(shì)。例如在安放點(diǎn)的電量進(jìn)給為零。
比例帶的定義就是一個(gè)控制器安放點(diǎn)的范圍段的一個(gè)百分率。因?yàn)殡娫簇?fù)載的誤差是成比例的，或是實(shí)際溫度與測(cè)量溫度之間存在著差異（一個(gè)所謂的誤差一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)），這產(chǎn)生的后果將是假如任何電源要求保持溫度，這將使在系統(tǒng)中產(chǎn)生某些錯(cuò)誤，這個(gè)誤差就是眾所周知的偏差和下降（如圖5）。然而在開(kāi)始上升階段，在溫度還低于安放點(diǎn)時(shí)，負(fù)載電源將被關(guān)掉，短期內(nèi)的結(jié)果將降低，用一個(gè)足夠大的比例帶和足夠快的外部輸出電壓的循環(huán)（與系統(tǒng)本身的自然頻率相比）溫度的波動(dòng)將最終停止。然而，這并不意味著這里沒(méi)有上升的過(guò)調(diào)量，而僅僅只是意味著在此以后的波動(dòng)將減小到振幅為零。
收藏