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1、第一章 绪论1.1塑料模具的现状及发展模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各领域发展的重要基础工业之一。塑料模具是用于成型塑料的模具，它是型腔模具的一种类型。1.1.1 国外模具发展及水平模具是工业生产的基础工艺装备。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成型。用模具生产所表现出来的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其它加工方法所不能比拟的。模具生产技术水平的高低，己成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志。近年来由于汽车、建筑、家用电器、食品、医药等产业对注射制品日益增长的需要，推动了注射成型技术水平的发展
2、，主要表现在以下几个方面：（1）模具CADCAMCAE技术模具CADCAMCAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实现了数字建模、产品设计、仿真分析、测试直至数控加工的产品研发全过程的一体化。随着模具生产中软、硬件技术的不断发展，采用CADCAMCAE技术以实现模具设计与制造的一体化和建立模具制造柔性加工系统是模具设计和制造的发展方向。（2）高寿命和快速经济模具为了适应大批量生产的需要，研究人员正在从模具结构设计、模具材料及热处理、模具表面强化、模具制造等方面提高模具寿命。当前研究和应用模具钢（如仿美国生产的预硬钢P20、国产的易切削预硬钢5NiSCa等）以及模具表面强化新技术，使塑料模具的
3、精度和寿命大大提高。同时，为了适应多品种、少批量生产，开发快速经济模具越来越引起人们的重视。如各种超塑性材料制作的模具、中低熔点合金模具等。（3）微型化、超大型化和精密化塑件的日趋大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔（如塑封模已达到一模几百腔）使模具日趋大型化。同时随着零件微型化以及模具结构发展的要求，精密模具的精度已由原来的5um提高到2um3um，今后有些模具的加工精度公差要求在1um以下，这就要求发展超精加工技术。（4）模具标准化和专业化生产模具标准化和标准件的专业化生产是现代模具设计与制造的基础，是提高模具质量、缩短模具制造周期的根本措施，也是模具的发展方向。目前在工业技术先进的国
4、家，中小型冲模、塑料注射模、压铸模等模具标准件使用覆盖率已达8090。而我国只有30左右，但已经制定了冲压模、塑料注射模及压铸模等模具的国家标准。在沿海工业发达的地区，模具制造企业已采用了国际通用的模具标准及相应的标准件。（5）模具制造先进设备和技术现在高速、精密、数控、自动化的模具加工设备更新发展很快，数控铣床、加工中心和各种数控电加工机床的广泛应用，对保证塑料模具的加工精度和缩短加工周期起了关键性的作用。同时，模具加工的新技术、新工艺不断涌现，如快速成型（RPM）技术、高速铣削加工技术以及三维曲面模具研磨抛光工艺与技术等，都进一步促进了模具制造技术的发展。（6）高速扫描及数字化系统英国雷尼
5、绍公司的模具扫描系统，已在我国200多家模具厂中得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的产品所需的诸多功能，大大缩短了研制制造周期（扫描速度最高可达3m/min）。该系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用。随着模具高速扫描及数字化系统的发展，今后“逆向工程”和“并行工程”将得到更广泛的应用【1】。1.1.2国内模具技术发展及水平中国的模具企业大都是中小企业，从作坊式的企业成长起来，甚至目前仍有许多模具企业是作坊式的管理，在模具交货期、成本、质量的控制方面问题层出不断。面对激烈的市场竞争，落后的管理手段和水平，使模具企业中的管理和技术人员只有疲于奔命。因此，模具制
6、造企业要提高管理水平，具备快速反应和及时调整的能力，没有一套先进的管理系统实现管理的信息化是很难做到的。通过信息化建设，实现模具制造。所谓信息化的模具企业，就是在模具企业应用INTERNET、ERP等信息化技术，把模具企业上下游业务过程，技术沟通过程，以及模具企业内部业务管理过程，以IT形式固定下来，最终提高模具企业的经营管理水平，提高模具企业运转的效率。目前，CAD/CAM技术的推广已由“甩图板”阶段跨入到了深化应用阶段。CAPP技术的应用，可以大大提高企业工艺编制的效率和准确性；PDM系统的应用，可以对产品开发数据进行有效的管理；MIS/ERP系统的应用，则可以从根本上降低企业的成本，提高
7、生产和管理效率7,9。这些系统之间实现信息的集成和功能上的配合，并逐步实现企业的全面信息化，已成为CAD/CAM技术深化应用的主题,是模具发展的第二次变革。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括：（1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计制造水平；（2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；（3）大力发展快速制造成形和快速制造模具技术；（4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；（5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；（6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；（7）逐步推广高速铣削在模具加工的应用；（8）进一步研究开发模具的抛光技术和
8、设备；（9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；（10）开发新的成形工艺和模具【2、3】。第一章 塑件工艺分析2.1塑件的原始材料分析：材料为丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS塑料），骨架塑件如图1：图1：塑件图ABS是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成，收缩率为0.3%0.8%。ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。从使用性能上看，该塑料具有极好的抗冲击强度，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。从成型性能上看，该塑料在升温时粘度增高，所以成型压力较高，故塑件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；ABS易
9、产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少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。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在5060，而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制在6080【1】。2.2塑件的结构、尺寸精度及表面质量分析2.2.1结构分析从零件图上分析，该零件总体形状为回转体，在一个直径为176mm高为20mm的圆柱中间有一个直径为114mm高为40mm，然后留壁厚为3mm。该塑件有凹槽，因此，模具设计时必须设置侧向分型抽心机构，该零件属于中等复杂程度。2.2.2尺寸精度分析该塑件所有尺寸的精度为MT5级，对塑件的尺寸精度要求不高，对应的模具相关零件的尺寸加工
10、可以保证。从塑件的壁厚上来看，该塑件的所有壁厚均匀，都为3mm，有利于塑件的成型。2.2.3表面质量分析对该塑件表面没有什么要求，故比较容易实现。综合以上分析，注射时在工艺参数控制的好的情况下，零件的成型要求可以得到保证。2.3明确塑件生产批量该塑件要求大批量生产。2.4估算塑件的体积和重量按照图2近似计算体积：图2：零件图塑料体积塑件重量式中为塑料密度(ABS的密度为r)2.5分析塑件的成型工艺参数干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前干燥处理。建议干燥条件为8090C下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%【4】。熔化温度：210280；建议温度：245。模具温度：2570。（
11、模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。注射压力：5070MPa。注射速度：中高速度。根据塑件形状及尺寸采用一模一件的模具结构，考虑外形尺寸及注射时所需的压力情况，参考模具设计手册初选螺杆式注射机：XS-Z-60。第三章 确定模具结构方案3.1脱模原理制品为骨架。该模具采用斜导柱抽心机构来实现垂直分型动作。锁紧锲与定模板做成整体，确保凹模滑块14的定位锁紧。工作原理：模具分流道与侧浇口开设在垂直分型面上，并由骨架凸翼腔底进料。开模时，分型面分型，斜导柱带动凹模滑块做垂直分型面分型（侧抽芯）。最后，由推板推出塑件制品。如图3：图3：模具结构原理图3.2确定型腔数量及布局形式该塑件的
12、外形尺寸达到176mm，尺寸较大，故该塑件在注射时采用一模一件，即模具需要一个型腔,如图4。图4：塑件的布局3.3选择分型面分型面的形式由塑料的具体情况而定，但大体上有平面式分型面、阶梯式分型面、斜面式分型面、曲面式分型面、综合式分型面。选择分型面的基本原则：（1）便于塑件脱模；（2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。确定分型面位置如图5：图5：分型面位置3.4注塑机的选择3.4.1注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机，这是注塑成型工艺技术的一大突破，目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%；注塑机的产量占整个塑料机械产量的5
13、0%。成为塑料成型设备制造业中增长最快，产量最多的机种之一。注塑机的分类方式很多，目前尚未形成完全统一标准的分类方法。常用的说法有：（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。3.4.2注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装置的基本尺寸，开合模速度,空循环时间等。这些参数是设计，制造，购买和使用注塑机的主要依据。（1）公称注塑量：指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的
14、最大注射量，反映了注塑机的加工能力。（2）注射压力：为了克服熔料流经喷嘴，浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力。（3）注射速率：为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。（4）塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量。塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调，若塑化能力高而机器的空循环时间长，则不能发挥塑化装置的能力，反之则会加长成型周期。（5）锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力，在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。（6）合模装置的基本尺寸
15、：包括模板尺寸，拉杆空间，模板间最大开距，动模板的行程，模具最大厚度与最小厚度等。这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。（7）开合模速度：为使模具闭合时平稳，以及开模，推出制件时不使塑料制件损坏，要求模板在整个行程中的速度要合理，即合模时从快到慢，开模时由慢到快在到停。（8）空循环时间：在没有塑化，注射保压，冷却，取出制件等动作的情况下，完成一次循环所需的时间【5、6】。3.4.3注射成型机的计算（1）注射容量国产标准注射机的标准规定，以注射机注射聚甲醛时在对空注射条件下，注射机螺杆或柱塞做一次最大行程所能达到的最大容量。注射容量是选择注射机的重要参数，它在一定程度上反映了注射机的注射能力，标志着注射机能成型最大体积的塑料制品。确定了单个塑件的体积（质量）和模孔数量就可以大体上计算出多模塑件的总体积，再加上浇注系统中主流道、分流道、浇口、冷井的体积，即是一模塑料的总体积Vm。 式中，成型零件与浇注系统体积总和，； 注射机最大注射容量，；估算： =23.14524=528 ，取整约为500；（2）最大成型面积最大注射面积是指塑料在模具在分型面上所允许成型的最大投影面积，也就是说
