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1、第一章 模具设计总述1.1 模具工业在国民经济中的地位模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生
2、产加工。模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80的模具需要更换。中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。单辆摩托车约有零件2000种，共计
3、5000多个，其中一半以上需要模具生产。一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。1.2 我国模具技术的现状及发展趋势80年代以来，在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速，年均增速均为13%，1999年我国模具工业产值为245亿，至2000年我国模具总产值预计为260-270亿元，其中塑料模约占30%左右。在未来的模具市场中，塑料模在模具总量中的比例还将逐步提高。我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大
4、屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。如天津津荣天和机电有限公司和烟台北极星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齿轮模具，所生产的这类齿轮塑件的尺寸精度、同轴度、跳动等要求都达到了国外同类产品的水平，而且还采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型收缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线齿形要求。还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等等。注塑模型腔制造精度可达0.020.05mm，表面粗糙度Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高
5、了，非淬火钢模寿命可达1030万次，淬火钢模达501000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。但是近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件，个别厂家还引进了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE软件，并成功应用于冲压模的设计中。在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如
6、美国EDS的UG、美国Parametric Technology公司的Pro/Emgineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航
7、华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数，所以，从减少进口、提高国产化率角度出发，这类高档模具在市场上的份
8、额也将逐步增大。建筑业的快速发展，使各种异型材挤出模具、PVC塑料管材管接头模具成为模具市场新的经济增长点，高速公路的迅速发展，对汽车轮胎也提出了更高要求，因此子午线橡胶轮胎模具，特别是活络模的发展速度也将高于总平均水平；以塑代木，以塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大；家用电器行业在“十五”期间将有较大发展，特别是电冰箱、空调器和微波炉等的零配件的塑料模需求很大；而电子及通讯产品方面，除了彩电等音像产品外，笔记本电脑和网机顶盒将有较大发展，这些都是塑料模具市场的增长点。加入世贸组织后，一些国家纷纷将制造业向我国转移，模具工业正面临空前的发展机遇。据上海模具工业协会透露，“九五”
9、期间，国内模具行业产值年增长幅度约为13%，高档模具比例提高，模具商业化程度提高近10%，模具行业的进出口比例趋向合理，进口量占市场总量的20%，金额近10亿美元，出口额已达1亿美元。 目前，世界模具市场总体上供不应求，市场量维持600亿650亿美元。我国汽车、家电、通讯等领域的高性能模具钢年需求约20万吨，其中相当一部分依靠进口。为尽快改变这种局面，去年底，上钢五厂与上海大学联合开发我国第一条精品模具钢专业生产线，达到国际先进水平，年产量可达3.8万吨，这个精品模具基地，将有力地促进汽车模具的国产化。据分析，未来我国模具的9大发展趋势是：1、模具日趋大型化。2、模具的精度将越来越高。10年前
10、精密模具的精度一般为5微米，现已达到2-3微米，1微米精度的模具也将上市。3、多功能复合模具将进一步发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能要求越来越高。4、热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。5、随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具也将随之发展。6、标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。7、快速经济模具的前景十分广阔。8、随着车辆和电机等产品向轻量化发展，压铸模的比例将不断提高。同时对压铸模的寿命和复杂程度也将提出越来
11、越高的要求。9、以塑代钢、以塑代木的进程进一步加快，塑料模具的比例将不断增大。由于机械零件的复杂程度和精度的不断提高，对塑料模具的要求也越来越高。第二章 各类塑料模具及其特点2.1 各种模具的分类和占有量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。（1）冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合
12、工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。（2）锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。（4）压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液
13、态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。2.2各类塑料模具结构塑料模是保证塑件形状、尺寸、精度和表面质量的主要工艺装备，塑料模种类繁多，可根据塑料类型、塑件结构、生产批量、成型方法和成型设备的不同，采用各种不同形式的模具。常见塑料模有压缩模、压注模、注射模、移动式、
14、固定式、单型腔、多型腔等。要掌握模具设计技术，必须认识和了解常见模具结构的工作原理、功能作用、技术要求、应用范围等内容，方能在实际生产中，正确选择和应用模具结构。下面分别介绍塑料模中常用的几类机构：图（1）是单分型面注塑模的典型结构。其工作原理是：开模时，动模后退，模具从分型面分开，塑件包紧在型芯 13 上随动模部分一起向左移动而脱离凹模14，同时，浇注系统 凝料在拉料杆10的作用下，和塑件制作一起向左移动。移动一定距离后，当注射机的顶杆接触推板9时，脱模机构开始动作，推杆 11推动塑件从型芯13上脱下来，浇注系统凝料同时被拉料杆推出。 图（1）技术要求：推杆与推杆孔之间一般采用H7/f8配合
15、，型芯与型芯孔采用了导柱和导套之间采用间隙配合一般采用H7/f7 的配合，型芯与动模板采用了间隙配合一般采用 H7/f6 的配合。模具上需设有冷却或加热装置。图（2）是双分型面注塑模。其工作原理是：开模时，动模后退，在弹簧2的作用下，流道板13同时向左移动，模具从 A-A 分型面分开。当A-A 分型面分开一定距离后，定距拉板1通过固定在流道板13上的限位销3将中间板拉住，使中间板停止运动。动模继续后退，此时 B-B 分型面分开。因塑料制件包紧在型芯16上，将浇口自行拉断，从A-A 分型面将浇注系统凝料取出。动模部分继续后退，注射机的推杆接触推板9时，脱模机构开始工作，11推动推件板5将塑件从型
16、芯16上脱下。功能及其作用：这种模具结构较复杂，重量大，成本高，主要用于采用点浇口的单型腔或多型腔注射模。 图（2）图（3）是侧向分型抽芯注射模。其工作原理：开模时，动模部分左移。侧型芯滑块3可在型芯固定板5上开设的导滑槽中滑动。动模左移时，在导滑槽的作用下，侧型芯滑块3在斜导柱 2 的作用下沿着斜导柱轴线方向移动，相对动模向模具外侧移动，进行抽芯动作。当斜导柱和侧型芯滑块脱开的时候，侧型芯滑块被定位，相对动模不再移动。动模继续左移，由推杆11将塑件从动模边顶出，浇注系统凝料同时被顶出。合模时，在斜导柱的作用下使侧型芯滑块复位，为防止成型时在料的压力作用下移位去由楔紧块对侧型芯滑块锁紧。脱模机
