1、 1 注塑模 课程设计（论文）说明书题目 放大镜注塑模的设计 系 别 机械工程学院 专 业 材料成型及控制工程 班 级 08 材料成型本科班 学 号 108203010008 学生姓名 刘 飞 起讫日期 2011-11-20-2011-11-26指导教师 白 杨 职称 讲 师教研室主任 周 青 日 期 2011-11-29 2 江西蓝天学院教务处印制目 录第一章 绪论11.1 模具工业在国民经济中的重要地位11.2 塑料成型在工业生产中的重要性 31.3 国内外 CAD/CAM/CAE 技术的应用和对模具发展的意义41.4 塑料成型技术在国内外的发展趋势6第二章塑件的结构分析 72.1 塑件材
2、料的性能 72.2 塑件的结构分析 8第三章塑件的模具设计 93.1 塑件分型面的设计与型腔排布 93.1.1 分型面的设计 103.1.2 型腔的布置 103.2 塑件浇注系统的设计 123.2.1 主流道设计 123.2.2 分流道的设计 133.2.3 浇口的设计 3 133.2.4 冷料穴的设计 143.3 模具推出机构的设计143.4 水路的设计153.5 模架的选择17第四章绘制模具总装图184.1 模具装配图184.2 模具零件图19参考文献 20第一章 绪论1.1 模具工业在国民经济中的重要地位模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在
3、电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中，6080%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件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，是其他加工制造方法所不能比拟的。模具又是“效益放大器” ，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，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。从以下四个方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。4 第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如：属于高新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级进冲
4、模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品(包括通讯产品)的发展，没有精密模具也不行。不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。例如：形状误差小于 0.10.3 的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。因此可以说，许多高精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企业，已经被命名为“高新技术企业”。第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域。用信息技术带动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键环节。CADCAECAM 技术在模具工业中的应用，快速原型制
5、造技术的应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。在 1998 年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。1998 年 11 月召开的中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推进关键设备的国产化。将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民
6、经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。第四，模具工业地位之重要，还在于国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。这几年，我国每年要进口近 10 亿美元的模具。我国石化工业一年生产 500 多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，5 才能用于生产和生活的消费。生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具;生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑
7、料模具成形。从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要1.2 塑料成型在工业生产中的重要性所 谓 注 塑 成 型 （ Injection Molding） 是 指 ， 受 热 融 化 的 材 料 由 高 压 射入 模 腔 ， 经 冷 却 固 化 后 ， 得 到 成 形 品 的 方 法 。 该 方 法 适 用 于 形 状 复 杂 部 件 的批 量 生 产 ， 是 重 要 的 加 工 方 法 之 一 。 注 射 成 型 过 程 大 致 可 分 为 以 下 6 个阶 段 “合 模 -注 射 -保 压 -冷 却 -开 模 -制 品 取 出 ”， 上 述 工 艺 反 复 进 行 ， 就
8、 可 连 续生 产 出 制 品 。注 塑 成 型 机 可 分 为 合 模 装 置 与 注 射 装 置 。 合 模 装 置 主 要 作 用 是 实 现 模 具开 闭 以 及 顶 出 制 品 。 合 模 装 置 可 分 为 如 图 所 示 的 连 杆 式 和 直 接 利 用 油 压 实 行合 模 的 直 压 式 。塑料工业是一门新兴的工业，是随着石油工业发展应用而生的。我国塑料工业起步较晚，20 世纪 40 年代只有酚醛和赛璐珞两种塑料，年产量仅200t。20 世纪 50 年代末，万吨级聚氯乙烯装置的投产，使塑料工业有了两次跃进，与此同时塑料成型加工机械和工艺方法也得到迅速发展，各种加工工艺都已齐
9、全。所料作为一种新的工程材料，由于其不断被开发与应用，加之成型工艺不断成熟与完善，极大地促进了塑料成型模具的开发与制造。随着工业塑料制件和日用塑料制件的品种和需求量日益增加，而且产品的更新换代周期也越来越短，对塑料的产量和质量提出了越来越高的要求。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部门发展的重要基础之一。塑料模是指用产品质量和经济效益的提高。近年来，我国各行各业对模具工业的发展十分重视，在重点支持技术改造的产业、产品中，把模具制造列为机械工业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，即要尽快提高我国模具工业的整体技术水平并迎
10、头赶上发达国家的模具技术水平。1.3 国内外 CAD/CAM/CAE 技术的应用和对模具发展的意义模具CAD/ CAE/ CAM 技术是改造传统模具生产方式的关键技术, 是一项高科技、高效益的系统工程。它以计算机软件的形式, 为用户提供一种有效地辅6 助工具, 使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成型工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CA D/ CAE/ CAM 技术之所以发展迅速、应用广泛,深受广大设计人员的欢迎, 是因为它具有以下几方面的优势 4 , 5 : 提高模具制造的综合质量。CAD/CAE/ CAM 系统中, 制造所需数据直接取自系统数据库, 并经系统内部直接传送,
11、 速度快、错误少。模具制造广泛采用数控机床, 精度高、自动化程度高, 通过采用CA D/ CAE/ CAM 技术生产的模具, 精度和尺寸协调一致性得到进一步提高, 对于型腔几何形状复杂的大型模具质量保证, 效果尤为明显; 节省设计时间、缩短生产周期、提高劳动生产率。模具产品更新频繁的形势下, 生产周期成为产品赖以生存的重要条件。采用CAD/ CAE/ CAM 技术可以大大缩短模具设计制。造周期, 模具设计时间可以( 小时)或( 分钟)计算; 有利于实现设计方案的优化。提高模具设计水平是提高模具质量的重要环节, 采用CAD/ CAE/ CAM 技术可以通过计算机检索来继承前人的经验积累, 采用一
12、系列优化设计程序, 通过人机交互, 反复修改, 发挥出设计者最大的才智, 并利用计算机模拟成型, 增大设计可靠性; %有利于提高产品的标准化。CAD/ CAE/ CAM技术要求模具设计过程、生产制造过程和工艺条件的标准化, 通过信息的集成, 使产品的设计、制造过程形成一个有机的整体; & 有利于发挥设计人员的创造性。CAD/ CAE/ CAM 技术通过计算机查阅设计模具时所需数据及图表, 速度快、精度高、不易出错, 用于自动绘图和编程, 可以使技术人员从繁冗的计算、绘图和NC编程工作中解放出来, 使其可以从事更多的创造性劳动。1.4 塑料成型技术在国内外的发展趋势目前, 随着全球创新技术能力的
13、提高和网络计算环境的普及, 针对高质量产品及高生产效率的市场要求, 最大限度地提高模具制造业的应变能力, 满足用户需求, 模具CAD/ CAE/ CAM 技术的发展总体上朝着集成化、网络化、标准化、专业化、开放性、虚拟化、专业化和智能化方向发展。1) 集成化CAD/ CAE/ CAM 系统集成化, 可以消除分散应用CA D、CAE、CAM 单项技术所形成的( 信息孤岛)现象, 最大限度地将计算机辅助设计所产生的实体模型被后续的分析、加工、工艺和仿真所利用。7 2) 网络化随着计算机网络技术的不断完善, CAD/ CAE/CAM 系统的网络化已成为不可阻挡的发展趋势。网络化可以充分发挥系统的总体
14、优势, 使一个项目在多台计算机上协作完成, 节省了大量的人力物力财力。借助现有的网络, 用户可用高性能的PC 机代替昂贵的工作站, 不同设计人员可以通过网络交流设计数据,同时对模具的设计与制造进行操作和评价。3) 标准化随着CAD/ CAE/ CAM 系统的集成和网络化, 为保障数据传递、转化过程中不丢失, 使模具CAD/CAE/ CAM 软件系统内部信息交流成为整体, 真正意义上实现模具制造信息传递的畅通, 建立产品数据转换标准STEP 对企业发展尤为必要。4) 开放性CAD/ CAM/ CAE 系统目前广泛建立在开放式操作系统Window s 和UNIX 平台上, 为最终用户提供二次开发环
15、境, 甚至这类环境可开发其内核源码, 使用户可定制自己的应用程序。5) 虚拟化虚拟制造( VM) 以仿真技术、信息技术、虚拟现实技术为支撑, 对产品设计、工艺规划、加工制造等生产过程进行统一建模。现已在国外模具工业中有成功的应用,如美国的Foundry Service 公司采用VM 技术对整个工艺生产过程进行仿真, 根据仿真结果优化设备参数后,成功地完成了生产系统的改造, 节约了大量资金。6) 专业化针对性的开发专用模具CAD/ CAE/ CAM 系统软件, 或根据模具生产企业自身的特点对软件系统进行二次开发, 这样才有可能发挥出软件的最大潜能, 充分利用好企业自身的设备, 制造出高质量的模具
16、产品。如日本UNISYS 株式会社的塑料模设计和制造系统CADCEU S 等。7) 智能化随着计算机辅助设计系统智能化程度提高, 原来繁琐的操作逐渐被计算机智能化处理取代。如将KF( Know ledge Fusion) 引入CAD/ CAE/ CAM 系统, 使8 其具有专家的经验和知识, 具有专家的推理方式和控制策略, 以及智能化的视觉、听觉、语言的处理能力, 从而达到设计自动化的目的。第二章 塑件结构分析2.1 塑件的材料性能材料：PS。基本特性：大多数商业用的 PS 都是透明的、非晶体材料。 PS具有非常好的几何稳定性、热稳定性、光学透过特性、电绝缘特性以及很微小的吸湿倾向。它能够抵抗
17、水、稀释的无机酸，但能够被强氧化酸如浓硫酸所腐蚀，并且能够在一些有机溶剂中膨胀变形。典型的收缩率在 0.40.7%之间。要求：镜面处光滑透明。外表无毛刺。9 此放大镜采用的材料是 PS。如图一所示：图一 塑件PS 成型特点为：1 无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热胀系数大，易产生应力开裂。2 流动性较好，溢边值为 0.03mm 左右。3 塑件壁厚应均匀，不宜有嵌件（如有嵌件应预热） ，缺口、尖角，各面应圆滑连接。4 可用螺杆或柱塞式注射机加工，喷嘴可用直通式或自锁式。5 宜用高料温，模温、低注射压力，延长注射时间有利于降低内应力，防止缩孔、变形（尤其对厚壁塑件） ，但是料温高易出现银丝
18、，料温低或脱模剂多则透明性差。PS 成型的事宜模温为 80左右，温度过高会产生翘曲现象。所以，该材料的成型件的壁厚应均匀，脱模斜度不易过小。6 可采用各种形式进料口，进料口与塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度宜取 2以上，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂、变形。2.2 塑件的结构分析塑件的尺寸精度分析：该塑件尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺10 寸， 该塑件外形简单，壁厚均匀，无特殊要求。采用一模两腔的型腔分布在一定程度上可以提高模具的生产效率，避免钢材的无为浪费，为企业节约生产成本。该塑件生产类型为大批量，而模具的设计要求需要冷却系统，模具应用冷却水冷却，冷却要均匀，缩短成
19、型周期，提高生产效率。第三章 塑件的模具设计3.1 塑件分型面的选择及型腔排布3.1.1 分型面的选择模具上用以取出塑件和凝料的可分离的接触表面称为分型面。分型面的设计在注射模的设计中占有很重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模11 具的整体结构、工艺操作的难易程度以及模具的制造等有很大的影响。选择分型面的原则有：1 分型面应选择在塑件外形的最大轮廓处。2 分型面的选择应有利于塑件的留模及脱模。3 保证塑件的精度要求。4 满足塑件外观的要求。5 便于模具的制造。6 减小成型面积。7 增强排气效果。8 应使侧抽芯行程较短。分型面按其形状来分有：平直分型面，倾斜分型面，阶梯分型面，曲面分型面
20、，瓣合分型面。分型面的位置及形状如图二所示：图二 分型面的位置及形状该塑件为放大镜，外形质量表面有一定的要求，为便于生产，有利于排除模具型腔内的气体。因为分型面取在塑件外形的最大轮廓处，能使塑件顺利地12 脱模。因此下图三所示的布局最为合理：图三 分型面布局3.1.2 型腔的布局型腔的布置若按分流道的布置特点，可分为平衡式布置和非平衡式布置。要考虑塑件材料本身自有的属性，有课题要求知道本塑件材料采用 PS 料，其成形性和流动性较好，适宜采用一模多腔的型腔分布。制件在型腔中的方位选择是否合理，将直接影响模具总体结构的复杂程度。考虑到模具整体结构的平稳性，型腔的布置通常也要遵循对称平衡等原则，根据
21、本塑件精度要求不是特别高、结构不是很复杂的结构特点，采用一模两腔，这既能满足实际生产的需要又提高了效率节约了资源。一般应尽量避免与开合模方向垂直或倾斜的侧向分型和抽芯，同时还需考虑制件的精度和质量的影响、浇口的设置、生产批量、成型设备及自动化程度等因素。由于塑件外形是对称的，结构简单，不需要侧向分型，所以型腔排列方式有左右对称及左右反对称，为了便于流道的设计，所以只有左右反对称排列的型腔。如图四所示：13 图四 型腔布局3.2 塑件浇注系统的设计3.2.1 主流道设计主流道是浇注系统中从注射机喷嘴与模具相接触的部位开始，到分流道为止的塑料熔体的流动通道。普通流道的组成：主流道、分流道、浇口、冷
22、料井。其设计要点如下：1 热量及压力损失要少；2 结合型腔布局的考虑；3 利于型腔内空气的排放；4 适应塑料的成型工艺性能； 5 防止型芯变形和嵌件移动；6 保证塑件外观质量；7 降低成本，提高效率。喷嘴如下图五所示14 图五 喷嘴3.2.2 分流道的设计分流道是熔料从主流道注入型腔前的过渡部位，其作用是通过流道截面及方向变化使熔料平稳转换流向注入型腔。分流道的形状及尺寸应满足在相等截面积时其周长为最小的要求，从而减少熔料散热面积和摩擦阻力。分流道的截面形状一般可分为圆形、梯形、U 形、半圆形及矩形等。如图六所示：图六 分流道截面形状由上图各流道的优缺点结合塑件的特征可以选择圆形，其表面积可使
23、热量和压15 力损失达到最小。3.2.3 浇口的设计浇口是流道与型腔之间最短的一段距离，能够增加和控制塑料进入型腔的流速并封闭装填在型腔内的塑料。浇口分类：（1）非限制性浇口；（2）限制性浇口限制性浇口的形式有很多种类型，常用有以下类型：点浇口、潜伏式浇口、侧浇口、中心浇口。浇口位置的选择原则：a 尽量缩短流动距离；b 浇口应开设在塑件壁最后处；c 必须尽量减少或避免熔接痕；d 应有利于型腔中气体的排出；e 避免产生喷射和蠕动；f 不在承受弯曲或冲击载荷的部位设计浇口；g 浇口位置的选择因注意塑件外观质量。如图七所示，本塑件采用的是侧浇口，塑料流通过浇口进入型腔一段很细，到脱模的时候可以很方便
24、的分离。 图七 浇口3.2.4 冷料穴的设计定义：用一个井穴将主流道延长以接受冷料，防止冷料进入浇注系统的流16 道和型腔，把这一用来容纳注射间隔所产生的冷料的井穴称为冷料穴。作用：冷料穴除了具有容纳冷料的作用以外，同时还具有在开模时将主流道和分流道的冷凝料钩住，使其保留在动模一侧，便于脱模的功能。冷料井一般开设在主流道对面的动模板上（也即塑料流动的转向处） ，其标称直径与主流道大端直径相同或略大一些，深度约为直径的 11.5 倍，最终要保证冷料的体积小于冷料井的体积，冷料井有六种形式，常用的是端部为 Z字形和拉料杆的形式，具体要根据塑料性能合理选用。本塑件采用端部为 Z 字形拉料杆形式的冷料
25、穴，如下图八所示，是最常用地一种形式，开模时主流道凝料被拉料杆拉出。图八 Z 字形拉料杆的冷料穴3.3 模具推出机构的设计 推出机构：把塑料制品从模具的成型零件上脱出的机构。 1.推出机构的分类：按其推出动作的动力来源分为手动推出机构、机动推出机构、液压和气动推出机构。按其推出零件的类别可分为：推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、凹模或成型推杆推出机构、多元综合推出机构等。2.推出机构的设计原则：（1）推出机构应尽量设在动模一侧；（2）保证17 塑件不应推出而变形损坏；（3）机构简单动作可靠；（4）良好的塑件外观，推出塑件的位置应尽量设在塑件的内部，以免推出痕迹影响塑件的外观质量；（5
26、）合模时的正确复位。3.在一次脱模中，常用推杆脱模机构，因为推杆加工方便，滑动阻力小，可以在产品任意位置配置，跟换方便，脱模效果好，在实际生产中广泛采用。本塑件结构简单，应将推杆设置在塑件对型芯包裹较紧处。即可在每个产品上设置，顶面圆柱形推杆，如下图九所示：图九 推杆推杆的分布位置如下图十所示：图十 推杆的分布及形状3.4 水路的设计1.温度调节的重要性 注射模的温度对塑料溶体的充模流动、固化定型、生产效率及塑件的形状和尺寸精度都有重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型具有良好的产品质量和较高的生产率。注射模的温度对塑料熔体的充模流动、固化定型、生产效率
27、及塑件的形状和尺寸精度都有十分重要的影响。注射模中设置温度调节系统的目的，就是要通过控制模具温度，使注射成型时能使模具获得良好的产品质量和较高的生产18 率 一般塑件受成型条件的影响的质量因素有四个：尺寸精度、形状精度、表面质量和力学性能。2.冷却系统的设计原则如下： 1）冷却水道应尽量多、截面尺寸应尽量大；2）冷却水道至型腔表面距离应尽量相等；3）浇口处加强冷却；4）冷却水道出、入口温差应尽量小；5）应避免将冷却水道开设在塑件熔接痕处，并注意干涉及密封等问题；6）冷却水道应便于加工和清理；7）冷却系统的布置应先于脱模机构；8）合理地确定冷却管道的直径中心距以及型腔壁的距离；本塑件属于中等深度
28、的塑件，其冷却系统如图十一所示：图十 冷却水道分布图3.5 模架的选择1模架 模架是注射模的骨架和基体，通过它将模具的各个部分有机的联系成为一个整体19 按模具总体结构特征分类可分为:单分型面注射模、双分型面注射模、带有侧向分型与抽芯机构的注射模、带有活动成型零件的注射模、机动脱螺纹的注射模以及无流道注射模。此塑件结构简单，宜用单分型面注射模具。其结构如图十一所示：图十一 模架20 第四章 绘制模具总装图根据塑件的外形特点以及结构，确定其前后模的尺寸，并作出如下装配图十二：4.1 模具装配图图十二 装配图21 参考文献1 杨占尧 编 塑料注塑模结构与设计， 清华大学出版社 2004 年 9 月出版 2 张国强 编 注塑模设计与生产应用， 化学工业出版社 2005 年 4 月出版3 洪慎章 著 实用注塑模设计与制造，机械工业出版社 2010 年 1 月出版4 齐卫东 主编 简明 塑料模具设计手册， 北京理工大学出版社 2008 年 2 月出版5 俞芙芳 主编 塑料成型工艺与模具设计， 华中科技大学出版社 2007 年 9月出版
