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1、打火机塑胶支撑件热流道型注塑模设计【摘要】打火机的诞生改变了人们很多的生活习惯，而一次性打火机由于它特殊的情况（价格、方便性等等）更加得到人们的喜欢,所以在我们的生活中被普遍使用。其中塑胶支撑件是连接打火机按键与发火装置的关键部位。本文叙述了其注塑模具 设计的一般流程，包括塑胶件的工艺分析；模具具体结构的设计；及模具各种2D 、3D工程图的绘制；热流道技术；注塑成型设备的选择；相关参数的计算与说明等等。相比其他注塑模设计，本文采用目前模具设计中先进的热流道技术，包括 喷嘴的设计、流道板的具体参数的选择与设计等等。在整个设计工作中，本文主要运用3D软件SolidWorks2006 来完成，此外还
2、利用了Moldflow软件对塑件进行模流分析。【关键词】热流道；注塑模设计；SolidWorks2006 ；Moldflow；CAD【教师点评】该同学毕业设计的产品为市场上广泛使用的一次性打火机塑胶件用注塑模具， 应用近年来逐渐兴起的热流道技术， 该同学在 现场实际调研的基 础上，努力 钻研模具设计技术、规范和方法，在毕业设计过程中，该 同学积极进取，努力工作，并与课题组其他学生紧密协同，圆满完成了各项预定的任务。所完成模具设计技术文件质 量高，完整 规范，获得模具毕业设计组相关指导教师的较高评价。1.前言1.1 打火机简介1.1.1 打火机的发展历程打火机的诞生可以追溯到人类学会取火的阶段，
3、自从两根木棍之间擦出的火花在非洲、亚洲和欧洲大陆上闪现以来，人类历史产生上最早的“打火机”。随着科技的发展,人们发明了电打火，把这种技术用在打火机上最成功的是日本。日本在打火机发展历史中还有两个最重要的贡献是真正意义上的防风打火机与一次性打火机的制造发明。一次性打火机于 20 世纪 7080 年代在日本诞生，它的出现改变了人们的生活方式，很快在全球流行开来。80 年代初欧洲的 BIC 公司、瑞典火柴公司发明了一种免调节火苗的新技术，以后来居上的姿态，很快在市场上占据主动，上演了打火机历史上一段长盛不衰的神话，20 多年来始终占据着世界领先地位。90 年代上海光明火柴厂首先引进日本技术，掀开了中
4、国生产一次性打火机的历史篇章。1.1.2 我国打火机的现状与发展目前, 我国已形成了以温州为代表的金属外壳打火机生产基地和以宁波慈溪、余姚为代表的塑料电子打火机生产基地。我国每年打火机的产量在 100 亿只左右，年销售额 70 亿元人民币左右，约占世界打火机生产量的 70左右 1。面对中国的打火机行业的实际情况，欧美等发达国家筑起了技术性贸易壁垒，严重打击我国打火机的对外贸易。为突破这种堡垒，促进我国的外贸发展，我国打火机生产企业必须严格加强标准化管理，从实际出发，以提高产品质量为重点，逐步建立起适应我国市场经济体制要求和国际市场竞争需要的比较完整的企业标准化管理体制和标准化工作运行机制，使标
5、准化工作贴近市场、服务市场，全面地把企业标准提高到符合生产要求和使用要求的水平，并采取了积极的应对措施。在不断提升自己的实力后，通过切磋等方式，制定属于我们国家自己的行业规范，保护自己应有的利益。1.2 塑料注塑模技术1.2.1 塑料及其应用塑料是以高分子合成树脂为主要成分的材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既有的形状不发生变化。目前，塑料的品种已达 300 多种，常见的约 30 多种。按照其加工性能的不同可分热塑性塑料和热固性塑料。常用的塑料有 PE、PP、PS、PMMA、ABS 等等。本文设计的支撑件用到的材料就是 ABS
6、，它属于热塑性塑料。相对与其他加工材料，塑料具有特殊的物理力学性能和化学稳定性能，以及优良的成型加工性能，这些特殊优点主要有以下几个方面：1.塑料的密度小、质量轻，塑料的密度约为 0.92.3g/ ,而大多数在 1.01.4 g/3cm，所以在同样体积下，塑料制品要比金属制品轻得多；3cm2.由于塑料的密度小，所以其强度比较高；塑料的绝缘性比金属材料好，介电损耗低；3.生产实践和科学试验表明，绝大多塑料的化学稳定性都很高；4.由于塑料是由聚合物高分子组成，柔韧性要比金属大很多，所以其减震、隔音性能好。除了以上所说的几点，许多塑料还都具有绝热、防水、防潮、防透气等特殊性能。作为日常用品，塑料的用
7、途已经广为人知。1.2.2 注塑成型工艺简介塑料在成型加工过程中表现出的一系列特性，也就是塑料的成型工艺特性，与塑料的品种、模具结构等密切相关，设计者必须对塑料的成型工艺有充分的了解，这样才有利于合理地选择设计模具，达到控制产品质量的目的。塑料模塑成型的方法有很多，它主要的成型方法有注塑成型、吹塑成型、挤压成型、压缩成型、热成型等。其中注塑成型是塑料加工中被广泛应用的方法之一，主要优点是可以制造各种结构复杂、尺寸精密的成型制件、对各种塑料的成型适应性强、成型周期短、可多腔成型等。注塑成型又称注射成型，其成型的简单过程为：利用注塑机将粒状或粉状的塑料原料熔融后，通过喷嘴和模具的浇注系统使其快速进
8、入温度较低的模具内，充满后经过保压和冷却固化，形成与模腔形状一致的塑料制品，然后开启模具取出制件。注塑成型在塑料制件成型中占有很大比重，约占塑料制品总量的2030，世界上注塑模具产量约占塑料成型模具总产量的50。用于注塑成型的通用塑料主要是PS、PE、PP、ABS四种。其中ABS塑料属于高强度塑料，在注塑成型前需要预先干燥 3 4。1.2.3 热流道注塑模具技术热流道注塑成型于 20 世纪 50 年代问世，经历了一段较长时间的推广以后，其市场占有率逐年上升，80 年代中期，美国的热流道模具占注塑模具总数的 15%17%，欧洲为12%15%，日本约为 10%。但到了 90 年代，美国生产的塑料注
9、塑模具中热流道模具占 40%以上，在大型制品的注射模具中则占 90%以上 5。热流道注塑模具是无流道凝料注塑模具中最常见的一种，通常分为绝热流道注塑模具和加热流道注塑模具两种，也可以分为单型腔热流道模具、多型腔热分流道模具(外加热)、阀式浇口热流道模、内加热的热分流道模具等四种。传统注塑成型中，滞留在浇注系统内的熔体冷却固化后作为废料,增加原材料消耗，降低了材料的利用率，增大注射机的能耗。热流道注塑成型作为传统注塑成型一个重要发展方向,其最大特点在于浇注系统内的塑料不会凝固,也不会随制件脱模,整个注塑过程可实现自动化，从而大大提高了材料利用率；使长流程流道成为可能，保证多型腔注塑生产的一致性，
10、提高了制件的精度；浇注系统更人性化，通过温度控制可实现充模过程的平衡。尽管在很多方面，热流道模具与冷流道模具相比有显著的优点，但热流道模具也存在一些缺点与不足。概括起来有以下几点。1.模具的总体成本上升。由于热流道模具的元件价格比较贵，所以热流道模具成本可能会大幅度增高。如果制件为小批量生产，成本价格贵是影响热流道模具广泛使用的主要问题之一。2.热流道模具制作工艺要求高。由于热流道模具需要精密的加工机械作保证，所以热流道系统与模具的配合要求极为严格，否则在生产过程中会出现很多严重问题，如喷嘴与浇口相对位置不好导致制品质量严重下降等。 3.温度控制系统的精确要求很高。4.热辐射难以控制，热流道系
11、统最大的毛病就是流道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。 5.与冷流道模具相比，热流道模具的生产操作与维修比较复杂，对这方面的技术人员要求较高 6。由于快速自动化注塑成型工艺的发展，热流道注塑模具正在我国逐渐推广使用。在 20世纪 70 年代，我国已经有热流道技术的应用，从 20 实际 90 年代开始，已相继创建了不少热流道装备的经营企业。虽然目前我国的热流道模具技术有了很大的进步，但是在模具设计和模具加工工艺、制造精度、表面粗糙度、加工模具的复杂程度以及模具的制造周期和使用寿命方面等与国外相比差距十分明显。此外，模具工业的整体设备水平也存在相对落后和利用率低、高素质的模具技术人才缺乏等现象
12、。针对当前国内热流道模具存在的情况，我国的热流道模具工业主要发展趋势要包括以下几个方面：热流道元件的小型化、标准化、系列化；提高热流道模具材料的耐磨性和耐热性；开发更精密的温控装置，以便快速安全的启动和操作；提高封合技术，防止模具泄露等等 7。1.3我国塑料模具技术现状与发展方向从 20 世纪 80 年代以来，我国模具工业发展迅速，平均每年的增长速度均为 13% ，在1999 年我国模具工业产值为 245 亿，到 2000 年我国模具总产值为 260270 亿元，其中塑料模具占 30%左右。在未来的模具市场中，塑料模具在模具总量中的比例还将逐步提高。 我国塑料模具工业从起步发展到现在，历经半个
13、多世纪，从总体来说，各个方面都有了很大发展，模具水平有了较大提高。根据各种显示数据的表明，我国模具市场的总体趋势是稳定提升的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将继续高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。在未来的发展中，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具将成为主流，这类模具的发展将高于总量发展的速度，其中国产化的占有率也会提高；在塑料模具设计制造中全面推广应用 CAD/CAE/CAM 技术，先进的 CAD/CAE/CAM 技术对提高模具生产效率和质量起到了直接的作用；推广和应用热流道技术、气辅注塑成型技术和高压注塑成型技术，随着生产的快速自动化要求，这类先进的成型技术将得到越来越多的关
14、注和应用；开发新的塑料成型工艺和快速经济模具，随着塑料工业的发展和进步，要求模具的生产周期大大缩短和经济实用；提高塑料模具标准化水平和标准件的使用率，由于现代工业的分工越来越细，模具行业也要提高模具的标准化，方便模具各零件的生产加工和使用，缩短模具的生产周期；应用优质模具材料和先进的表面处理技术；研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程等 8。1.4 毕业设计的任务参考市面上的一次性打火机，设计打火机塑胶支撑件，包括塑件设计、工艺性分析CAE、确定收缩率和分型面、浇道系统的设计、冷却系统的设计与计算、模具结构件设计、干涉分析(动态碰撞检查)、零部件加工工艺方案制订、注塑设备选择、绘制模具设计图纸
15、等。为满足大批量自动化生产的需要，该制件的设计选用热流道型注塑模具。完成以上内容后要求打印模具的装配图纸和模具成型部分的零件图纸，并完成符合相关规定、规范的毕业论文和提供完整的模具设计电子图档。1.5 制品资料1.5.1 制品的实物图这次设计的制件是一次性打火机上的一个部件，制件的参考实物图如图 1 所示。1.5.2 制品的市场调查市场上，不同公司生产的或同一公司生产的不同型号的一次性打火机，制件会存在差异。经过市场上调查，找到一些打火机的样品，如图 2 所示，在样品中可以看到有些一次性打火机支撑件与这次设计的制件的实物图存在差异，主要是由于设计者设计的打火机的外观与功能的不同。如图 1 制品
16、的参考实物图图 2 市场上的部分一次性打火机1.5.3 制品三维模型根据制品的实物几何特征和尺寸，利用 CAD 软件 SolidWorks20069的三维模型中心模块进行制件的三维造型，得到的制品 3D 效果如图 3 所示，由于经过自己的设计，所以用SolidWorks2006 构建出来的效果图与制品的实物图会存在差异。图 3 制品的 3D 视图1.5.4 制品零件图并利用 SolidWorks2006 软件的三维模型中心模块，将构建的制品 3D 模型图转换为 2D视图，如图 4 所示。图4 制品的零件示意图2.热流道注塑模具设计2.1 概述注塑模具的设计是塑料模具工业中的一个重要的环节，模具的质量直接影响生产制品的优劣。注塑模具分为动模和定模两大部分，定模部分安装在注塑机的固定座板上，动模部分安装在注塑机的移动座板上。注塑生产时，定模与动模两大部分闭合，塑料通过喷嘴进入模具的型腔内，开模时，定模与动模两大部分分离，顶出机构讲制件顶出，完成一次制件注塑过程
