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毕业设计说明书
深圳信息职业技术学院
毕业课程设计说明书
题目:
毕业(塑料模具)设计
专业:
信息控制与制造系
班级:
xx
姓名:
xx
指导老师:
xx
二零一零年十月二十四日
目录
第一部分前言
第二部分绪论
第三部分毕业设计要求
第四部分零件的工艺分析
第五部分产品工艺性与结构分析
第六部分模具结构设计
第七部分 浇注系统
第八部分型腔和型芯系统
第九部分抽芯系统
第十部分顶出系统
第十一部分冷却系统
第十二部分排气系统
前言
毕业设计是在修完所有课程之后,我们走向社会之前,检测我们所学知识的一次综合性设计。
在此次设计中,主要用到所学过的塑料成型工艺与模具模设计,以及机械设计、机械工程材料等方面的知识。
着重说明了制作一套塑料模的一般流程,即注射成型的分析、注射机的选择及相关参数校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。
其中模具结构的设计既是重点又是难点,主要包括成型位置的及分型面的选择,模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择,模具工作零件的结构设计,侧面分型及抽芯机构的设计,推出机构的设计,拉料杆的形式选择,排气方式设计,冷却系统的设计等。
通过本次毕业设计,使我更加了解模具设计的含义,以及懂得如何查阅相关资料和怎样解决在实际工作中遇到的实际问题,这为我们以后从事模具职业打下了良好的基础。
本次毕业设计也得到了指导老师和同学的帮助,在此一一表示感谢!
由于缺乏实践的经验,且水平有限,时间仓促。
设计过程中难免有错误和欠妥之处,恳请各位老师和同学批评、斧正。
在编写说明书过程中,我参考了《塑料模成型工艺与模具设计》、《模具课程设计指导书》和《机械工程材料》等有关教材。
引用了有关手册的公式及图表。
绪论
塑料成型在工业生产中的重要性
一、塑料及塑料工业的发展
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物,简称高聚物。
塑料其余成分包括增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、填料及其它配合剂。
塑料制件在工业中应用日趋普遍,这是由于它的一系列特殊的优点决定的。
塑料密度小、质量轻。
塑料比强度高;绝缘性能好,介电损耗低,是电子工业不可缺少的原材料;塑料的化学稳定性高,对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力;塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。
因此,塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列,在国民经济中,塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。
塑料工业的发展阶段大致分为一下几个阶段:
初创阶段30年代以前,科学家研制分醛、硝酸纤维和聚酰胺等热塑料,他们的工业化特征是采用间歇法、小批量生产。
发展阶段30年代,低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工业化生产,奠定了塑料工业的基础,为其进一步发展开辟了道路。
飞跃阶段50年代中期到60年代末,塑料的产量和数量不断增加,成型技术更趋于完善。
稳定增长阶段70年代以来,通过共聚、交联、共混、复合、增强、填充和发泡等方法来改进塑料性能,提高产品质量,扩大应用领域,生产技术更趋合理。
塑料工业向着自动化、连续化、产品系列化,以及不拓宽功能性和塑料的新领域发展。
我国塑料工业发展较晚。
50年代末,由于万吨级聚氯乙稀装置的投产和70年代中期引进石油化工装置的建成投产,使塑料工业有了两次的跃进,于此同时,塑料成型加工机械和工艺方法也得到了迅速的发展,各种加工工艺都已经齐全。
塑料由于其不断的被开发和应用,加之成型工艺的不断发展成熟于完善,极大地促进了成型模具的开发于制造。
随着工工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求的日益增加,而且产品的更新换代周期也越来越短,对塑料和产量和质量提出了越来越高的要求。
二、塑料成型在工业生产中的重要作用
模具是工业生产中重要的工艺装备,模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一。
塑料模是指用于成型塑料制件的模具,它是型腔模的一种类型。
模具设计水平的高低、加工设备的好坏、制造力量的强弱、模具质量的好坏,直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代,影响着产品质量和经济效益的提高。
美国工业界认为“模具工业是美国工业的基础”,日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的劳动力”。
近年来,我国各行业对模具的发展都非常重视。
1989年,国务院颁布了“当前产业政策要点的决定”,在重点支持改造的产业、产品中,把模具制造列为机械技术改造序列的第一位,它确定了模具工业在国民经济中的重要地位,也提出了振兴模具工业的主要任务。
三、塑料成型技术的发展趋势
一副好的塑料模具与模具的设计、模具材料及模具制造有很大的关系。
塑料成型技术发展趋势可以简单地归纳为一下几个方面:
模具的标准化为了适应大规模成批生产塑料成型模具和缩短模具制造周期的需要,模具的标准化工作十分重要,目前我国标准化程度只达到20%。
注射模具零部件、模具技术条件和标准模架等有一下14个标准:
当前的任务是重点研究开发热流道标准元件和模具温控标准装置;精密标准模架、精密导向件系列;标准模板及模具标准件的先进技术和等向标准化模块等。
加强理论研究
塑料制件的精密化、微型化和超大型化
新材料、新技术、新工艺的研制、开发和应用
各种新材料的研制和应用,模具加工技术的革新,CAD/CAM/CAE技术的应用都是模具设计制造的发展趋势。
四、CAD/CAM开发平台及其发展趋势
CAD/CAM技术从诞生至今已有三十多年的历史,历经二维绘图、线框模型、自由曲面模型、实体造型、特征造型等重要发展阶段,其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。
通过三十多年的努力,CAD/CAM技术在基础理论方面日趋成熟,同时推出了许多商品化系统,诸如Pro/Engineer,UGII,CATIA,SolidWorks等。
“美酒愈陈愈香”,但软件技术则不同,停止就意味着被淘汰,CAD/CAM系统的开发正伴随着计算机软硬件技术的高速发展向着更高、更深层次方向发展。
AD/CAM系统的开发主要可分为三种方式:
(1)完全自主版权的开发,一切需从底层做起;
(2)基于某个通用CAD系统的二次开发,如基于AutoCAD软件的二次开发;(3)基于CAD/CAM软件平台的开发,此类开发界于前两种方式之间,较二次开发可以更深入核心层,具有开发周期短、见效快、系统稳定性好和功能强等特点,当然平台的价格也很昂贵.当今比较流行的CAD/CAM平台很多,主要有ACIS,PARASOLID,CAS.CADE,Pelorus,DESIGNBASE等。
可以得知CAD/CAM开发平台向着更深、更高层次发展,同时不断融入计算机软件新技术,并呈现出开放化、多元化发展趋势。
CAD/CAM平台发展趋势概括如下:
(1)支持多种主流的计算平台,包括Windows95&NT,ApplePowerMacintosh、最流行的UNIX工作站(如Sun,SGI,DECAlpha,HP9000,IBMRS/6000等)。
(2)采用面向对象技术.对象具有封装性、多态性、继承性,使对象模块化、即插化,从而提高应用开发和软件维护效率,增强了代码的可重用性和互操作能力,最终达到改善应用整体质量的目标。
(3)采用软件组件技术与开放式结构。
基于组件的功能可为设计者提供很大程度的柔性,通过组件技术提供的功能模块,开发者可方便地把它嵌入到应用中,并能够快速适应前沿技术和扩展核心功能.采用组件技术的最好例证当属CAD软件新军SolidWorks.SolidWorks利用PARASOLID作为实体几何建模器,从开发到推出极其迅速,在很短的时间内就提供了优质的软件产品,而且从1995年推出至今,已成为很有竞争力的产品,这些均主要得益于它采用了组件技术.软件组件技术为开放奠定了基础,既然开放就应该统一标准.目前在软件技术领域有两个重要标准,即CORBA(CommonObjectRequestBrokerArchitecture)规范和IDL(InterfaceDefinationLanguage)规范.CORBA的目标是要使异构分布环境内的不同应用系统之间能够互操作,IDL则是一种用来定义组件如何与ORB交换信息的标准语言。
(4)支持混合维造型——线框、曲面、实体,在数据结构层采用统一的精确边界表示,支持流形与非流形拓扑,并在造型功能上做的越来越深入、广泛.如PARASOLID的复杂过渡处理、ACIS的可变形曲面、CAS.CADE的参数化和特征等功能。
(5)提供更用户化的功能。
传统的CAD/CAM平台只提供最基本的几何造型功能,如基本图形的绘制、基本体素的生成.当今的平台则提供更上层的功能,如特征造型、约束造型.而且在提供造型功能的同时,提供诸如显示、交互、产品数据管理等功能,即提供了一个集造型、可视化、交互、数据管理为一体的集成化开发环境。
这种集成开发环境可大大提高开发者的开发效率,更便于以CAD/CAM为核心的集成化、一体化产品的开发。
第二节塑料模具的分类
塑料模具的分类的方法很多,按照塑料制件的成型方法不同可以分为以下几类:
注射模(又称注塑模);
压缩模;
压注模;
挤出模;
气动成型模。
以上是常见的成型方法,还有泡沫塑料成型模、搪塑模、浇铸模、回转成型模、聚四氟乙稀压锭模等。
毕业设计的要求
通过这次毕业设计,应达到学院对毕业设计的要求,同时对于本专业具体的塑料注射模的设计,应达到如下目的:
一、基本要求
独立完成模具总装图一张
模具零件图(成型零件图2-3张)
模具成型零件工艺过程卡1-2张
毕业说明书(15-21张)
刻成光碟
二、能力要求
1.能够更深入了解聚合物的物理性能、流动性、成型过程中的物理、化学变化以及塑料的组成、分类及其性能。
2.更深入了解塑料成型的基本原理和工艺特点,正确分析成型工艺对模具的要求。
3.掌握各种成型设备对各类模具的要求。
4.掌握各类成型模具的结构特点及设计计算方法,能设计中等复杂模具。
5.具有分析、解决成型现场技术技术问题的能力,包括具有分析成型缺陷产生的原因和提出克服办法的能力。
在设计中熟练使用Pro-E和UG等3D造型软件和AutoCAD等2D绘图软件。
结合以前学过的各门课程,综合运用各种知识来完善这次毕业设计。
在设计过程中,还应该注意了解塑料模具的新工艺、新技术和新材料的发展动态,阅读外文资料,学习掌握新知识,更好地为本设计和振兴我国的塑料成型加工技术服务。
零件的工艺分析
一、材料的选择
本产品为G型SMT卡盒注塑模具设计,首先从它的使用性能上分析必须具备有一定的综合机械性能包括良好的机械强度,和一定的耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电器性能。
能满足以上性能的塑料材料有多种,但从材料的来源以及材料的成本考虑,ABS更适合些。
ABS是目前世界上应用最广泛的材料,它的来源广,成本低,符合塑料成型的经济性。
因此,在选用材料时,考虑选用ABS。
该材料件有较好的光泽。
密度为1.02~1.05g/cm3,ABS(抗冲)收缩率为0.3~0.8,ABS(耐热)收缩率为0.3~0.8。
ABS具有及好的抗冲击强度,且在低温下也不迅速降解。
有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。
水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响,在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液,不溶于大部分醇类及烃类溶剂,但与烃长期接触会软化溶胀。
ABS塑料表面受冰酸醋、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。
ABS有一定的硬度和尺寸稳定性,易于成型加工。
经过调色可配成任何颜色。
其缺点是赖热性不高,连续工作温度为70°C左右,热变形温度约为93°C左右。
耐气候性差,在紫外线作用下易变硬发脆。
根据ABS中三种组分之间的比例不同,其性能也略有差异,从而适应各种不同的应用。
根据应用不同可分为超高冲击型、高冲击型、中冲击型、低冲击型和耐热型等。
二、主要用途
ABS在机械工业上用来制造齿轮、泵叶轮、轴承、把手、管道、电机壳、仪表壳、仪表盘、水箱外壳等。
汽车工业上用ABS制造汽车挡泥板、扶手、热空气调节管、加热器等,还有用ABS夹层板制小轿车车身。
ABS还可以用来制作纺织器材、电器零件、文教体育用品、玩具、电子琴及收录机壳体、农药喷雾器及家具等。
三、成型特点
ABS在升温是粘度增高,所以成型压力较高,塑料上的脱模斜度宜稍大;ABS易吸水,成型加工前应进行干燥处理;易产生熔接痕,模具设计时应尽量减小浇注系统对料流的阻力;在正常的成型条件下,壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
要求塑件精度高时,模具温度可控制在50~60°C,要求塑件光泽和耐热时,应控制在60~80°C。
四、ABS注射参数
注射类型:
螺杆式
螺杆转速:
30~60r/min
喷嘴类型:
形式 直通式;温度 180~190°C
料筒温度:
前段 200~210°C;中段 210~230°C;后段 180~200°C
模具温度:
50~70°C
注射压力:
70~90MPa
保压力 :
50~70MPa
注射时间:
3~5S
保压时间:
15~30S
冷却时间:
15~30S
成型时间:
40~70S
产品工艺性与结构分析
一、尺寸的精度
影响尺寸精度的因素很多。
首先是模具的制造精度和模具的磨损程度,其次是塑料收缩率的波动及成型时工艺条件的变化、塑件成型后时效变化和模具结构形状等。
因塑件的尺寸精度往往不高,应在保证使用要求的前提下尽可能选用低精度等级。
塑件公差数值根据SJ1372-78塑料制件公差数值标准确定。
精度等级选用根据SJ1372-78选择,本零件配合要求不高,精度等级选择一般精度,为4级精度,无公差值者,按8级精度取值,如表1所示。
表1 塑件尺寸公差(㎜)
基本尺寸
精度等级
基本尺寸
精度等级
4
8
4
8
~3
0.12
0.48
>65~80
0.38
1.6
>3~6
0.14
0.56
>80~100
0.44
1.8
>6~10
0.16
0.61
>100~120
0.50
2.0
>10~14
0.18
0.72
>120~140
0.56
2.2
>14~18
0.20
0.80
>140~160
0.62
2.4
>18~24
0.22
0.88
>160~180
0.68
2.7
塑件冷却时收缩会使它紧紧包紧型芯或型腔中的凸起部分,因此,为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件,防止脱模时拉伤塑件,在设计时必须塑件内外表面沿脱模方向留有足够的斜度。
脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。
在不影响塑件的使用前提下,脱模斜度可以取大一些。
在开模后塑件留在型腔内,查表可知ABS的脱模斜度为:
型腔:
40ˊ~1°20ˊ;型芯:
35ˊ~1°。
如果开模后塑件留在型腔内时,塑件内表面的脱模斜度应大于塑件外表面的脱模斜度,即以上值反之。
在本次设计的塑件中,设ABS的脱模斜度为:
型腔:
1°,型芯:
50ˊ。
一般情况下,脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。
五、壁厚
塑件的壁厚对塑件的质量有很大的影响,壁厚过小成型时流动阻力大,大型塑件就难以充满型腔。
塑件壁厚的最小尺寸应满足一下几方面要求:
具有足够的强度和刚度;脱模时能够受推出机构的推出力而不变形;能够受装配时的紧固力。
查热塑性塑件最小壁厚及推荐壁厚可知,ABS制件最小壁厚为0.8㎜,中型塑件推荐壁厚为1㎜。
同一塑件的壁厚应尽可能一致,否则会因冷却或固化速度不同产生附加内应力,使塑件产生翘曲、缩孔、裂纹甚至开裂。
塑件局部过厚会出现凹痕,内部会产生气泡。
在要求必需有不同壁厚时,不同壁厚的比例不应超过1∶3,且应采用适当的修饰半径以减缓厚薄过渡部分的突然变化。
综上,根据塑件的使用性能要求,本塑件的壁厚取值本塑件的壁厚δ为1.5㎜。
六、圆角
塑件除了有使用要求的部位要采用尖角外,其它转角处都应用圆角过渡,这样才不会因在转角处应力集中,在受力或冲击震动时发生破裂,甚至在脱模过程中由于成型内应力而开裂,特别是在塑件的内角处。
通常,内壁圆角半径应是壁厚额一半,而外壁圆角半径为壁厚的1.5倍,一般圆角不小于0.5㎜。
。
塑件各个圆角半径参见塑件零件图。
模具结构设计
注射模具的典型结构有单分型注射模、双分型注射模、斜导柱侧向分型与抽芯注射模、斜滑块侧向抽芯注射模、带有活动镶件的注射模、定模带有推出装置的注射模等等。
跟据塑件的结构特征和使用要求,本模具采用双分型面结构,其中一个分形面是为了使浇注系统的冷凝料自动脱落下来,而另外一个分型面则是用于脱模了。
由于本塑件侧壁有2个与开模方向不一致的凹槽,所以必须首先将成型这部分的型芯脱离出件,才能将整个塑件从模具中脱出。
这种型芯通常称为侧型芯,并加工成可动形式。
这里考虑开模时侧向抽芯与分型与塑件的推出同步,故可采用斜滑块外侧抽芯机构。
这里采用斜导柱在定模上,滑块在动模上的注塑模结构。
斜滑块使用压条安装在动模凹槽内,可以沿凹槽滑动。
斜导柱固定在定模上。
斜导柱与滑块上的斜孔一般采用H8/f8或H8/f7的配合,在开模时,滑块随着动模沿斜导柱向外侧运动,脱离出件。
为了保证制品的精度(考虑到只靠导柱对斜滑块进行定位,怕强度不够,影响制品的尺寸精度)应为斜滑块设计定位装置。
这里采用限位块的形式,将它与斜滑块之间为斜面配合。
把限位块与定模做成整体式,这样在注塑是对滑块起到定位作用,从而保证了制品的尺寸精度。
一、型腔数量以及排列方式
本塑料制件为鼠标的外壳,生产的批量较大,为了提高生产效率,但又要保证产品的一致性,故不宜采用一模多腔的形式:
每增加一个型腔,由于型腔的制造误差和成型工艺误差的影响,塑件的尺寸精度要降低约4%~8%,因此多型腔模具(n>4)一般不能生产高精度的塑件。
因此,本模具可采用一模两腔的形式,其布局示意图如下:
二、初选注射机
注射模是安装在注射机上的,因此在设计注射模具时应该对注射机有关技术规范进行必要的了解,以便设计出符合要求的模具,同时选定合适的注射机型号。
从模具设计角度考虑,需要了解注射机的主要技术规范。
在设计模具时,最好查阅注射机生产厂家提供的有关“注射机使用说明书”上标明的技术规范,。
因为即使同一规格的注射机,生产厂家不同,其技术规格也略有差异。
本次设计的塑件在注射时采用一模两件,既模具需要两个型腔。
应设计要求,使用了细水口C型模架。
浇注系统
浇注系统的设计包括主流道设计,分流道截面形状及尺寸的确定,分流道的布置,浇口的形式及尺寸的确定,浇口位置的选择。
(1)主流道设计:
为了便于将凝料从主流道中拔出,将主流道设计成圆锥形,其斜度为1°~3°。
如图:
(2)分流道设计:
分流道的形状及尺寸,应根据塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率、分流道长度因素来确定的。
浇口设计:
根据塑件的成性要求及型腔的排列方式,选用侧浇口或细水口较为理想,如上图所示。
冷料穴的设计
冷料穴一般位于主流道对面的动模板上。
其作用就是存放料流前峰的“冷
料”,防止“冷料”进入型腔而形成接缝;此外,在开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出。
冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径,长度约为主流道大端直径。
冷料穴的形式有三种:
一种是与推杆匹配的冷料穴;二种是与拉料杆匹配的冷料穴;三种是无拉料杆的冷料穴。
我们这里选用与推出杆匹配的倒锥形冷料穴,其结构如图三:
1—定位圈2—冷料穴
3—推杆4—动模板
型腔和型芯系统
1、型腔数目的确定:
本次设计的塑件在注射时采用一模两件,既模具需要两个型腔。
2、型芯径向尺寸的计算
设塑件内型腔尺寸为ls,公差为正值“+Δ”,制造公差为负值“-δZ”,经过与上面凹模径向尺寸相似推理,可得:
3、型芯高度尺寸的计算
设制品孔深为hs,其公差为正值“+Δ”,制造公差为负值“-δZ”,同理可得:
凸模设计:
凸模(即型芯)是成型塑件内表面的成型零件,通常可非为整体式和组合式两种类型。
我们根据凹模的结构形式选择组合式凸模——整体装配式凸模,它是将凸模单独加工后与动模板进行装配而成。
抽芯系统
侧抽芯机构的设计
当塑件上具有外侧孔或内、外侧凹时,塑件不能直接从模具中脱出。
此时必须将成型侧孔或侧凹的零件做成活动的,这种零件称为侧型芯。
在塑件脱模前必须抽出侧型芯,然后再从模具中推出塑件,完成侧型芯的抽出和复位的机构称为侧向分型抽芯机构。
抽芯距是指侧型芯从成型位置抽到不防碍塑件取出位置时,侧型芯在抽拔方向所移动的距离。
顶出系统
在注射成型的每一循环中,都必须使塑件从模具型腔中或型芯上脱出,模具中这种出塑件的机构称为脱模机构。
为了保证注射模准确合模和开模,在注射模中必须设置导向机构。
导向机构的作用是导向、定位以及承受一定的侧向压力。
脱模机构的分类分多,我们采用的是混合分类中的一种:
推杆一次脱模机构,因为此机构是最简单、最为常用的一种,具有制造简单、更换方便、推出效果好等优点,在生产实践中比较实用和直观。
所谓一次脱模就是指在脱模过程中,推杆就需要一次动作,就能完成塑件脱模的机构。
它通常包括推杆脱模机构、推管脱模机构、脱模板脱模机构、推块脱模机构、多元联合脱模机构和气动脱模机构等。
冷却系统
1、冷却系统设计
塑料在成型过程中,模具温度会直接影响到塑料的充模、定型、成型周期和塑件质量。
所以,我们在模具上需要设置温度调节系统以到达理想的温度要求。
2、冷却系统设计原则
①、尽量保证塑件收缩均匀,维持模具的热平衡
②、冷却水孔的数量越多,孔径越大,则对塑件的冷却效果越均匀。
③、尽可能使冷却水孔至型腔表面的距离相等。
④、浇口处加强冷却。
⑤、应降低进水与出水的温差。
⑥、合理选择冷却水道的形式。
⑦、合理确定冷却水管接头位置。
⑧、冷却系统的水道尽量避免与模具上其他机构发生干涉现象。
⑨、冷却水管进出接头应埋入模板内,以免模具在搬运过程中造成损坏。
排气系统
在注射模试模生产中常会出现填充不足。
压缩空气灼伤、制品内部很高的内应力、表面流线和熔合线等现象。
对于这些现象除了应首先调整注塑工艺外,还要考虑模具浇口是否合理。
当注塑工艺和浇口这两个问题都排除以后;那么模具的排气就是主要的问题了,解决这一问题的主要手段是开设排气槽。
排气槽的作用
排气槽的作用主要有两点。
一是在注射熔融物料时,排除模腔内的空气;二是排除物料在加热过程中产生的各种气体。
越是薄壁制品,越是远离浇口的部位,排气槽的开设就显得尤为重要。
另外对于小型件或精密零件也要重视排气槽的开设,因为它除了能避免制品表面灼伤和注射量不足外,还可以消除制品的各种缺陷,减少模具污染等。
那么,模腔的排气怎样才算充分呢?
一般来说,若以最高的注射速率注射熔料,在制品上却未留下焦斑,就可以认为模腔内的排气是充分的。
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