1、1绪论1 塑料模具的现状及发展我国塑料模具工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大的发展。模具水平有了较大提高。在大型模具方面已经生产大屏幕彩电塑壳注塑模具等。精密塑料模具方面 已经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。 在成型工艺方面：多材质塑料成型模、高效多色注塑模、抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气辅注射成型技术的使用更加成熟。热流道模具开始推广，有些企业的采用率达 20%以上 一般采用内热式或外热式热流道装置。少数单位还采用了具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。但总体上热流道的采用率达不道 10%与国外的 50%-60%相比差距较大。模具产品是工业产品制
2、造的基础，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。西方发达国家为了适应工业产品品种多、更新快、市场竞争激烈的局面，加强了对生产周期短、精度高、寿命长、成本低的模具产品的研究和开发，近十多年来，国外先进国家的模具技术水平得到了飞速发展。我国的模具行业近年来发展很快，据不完全统计，目前模具生产厂共有 2 万多家，从业人员约有 50 多万人，全年模具行业产值约 360 亿元，总量供不应求，出口约 2 亿美元，进口约 10 亿美元。当前，我国模具行业的发展具有如下特征：大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度快于行业总体发展水平；塑料模和压模成比例增长；专业模具厂家数量及
3、其生产能力增加较快；“三资”企业及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。我国模具总量虽然已位局世界第三，但设计制造水平总体上落后于德、美、日、法、意等发达国家，模具商品化和标准化程度也低于国际水平。全球制造业正以垂直整合的模式向中国及亚太地区在转移，中国正成为世界制造业的重要基地。制造业模式的变化，必将产生对新技术的需求，也必将导致 CAD 技术的发展。同时，由于网络技术的大面积的应用，将在更大程度上改变制造业的模式。作为产品制造的重要工艺装备、国民经济的基础工业之一的模具工业将直接面对竞争的第一线，模具工业除需要“高技艺”的从业人员外，还需要更多的“高技术”来保证。模具属单件生产，又是订单
4、生产。目前新产品的结构越来越复杂、质量要求越来越高、交货期越来越短，这就对模具设计和制造提出了更高的要求。一方面是新产品无经验可凭，另一方面又希望一次试模成功，以缩短周期、降低成本。 一个产品由设计到生产的过程大致如下：产品设计模具设计模具制造试模2产品生产。其中，模具设计起着特殊的作用，它要将产品设计的理念“实现化” ，一直到试模出合格制品，模具设计的任务才算完成和成功。3第1章 塑件的成型工艺性分析1 材料的选择该塑件为饮水机接水盒,它要与另外部件匹配使用，但没有太高的配合精度，所以从塑件的使用性能上分析，其必须具备有一定的综合机械性能,包括良好的机械强度，一定的弹性和耐油性，耐水性，化学
5、稳定性和电气性能。而符合以上性能的有多种塑料材料，从材料的来源以及材料的成本和调配颜色来看，ABS（丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物）比较适合。ABS是目前世界上应用最广泛的材料，它来源广，成本底，符合该塑件成型的特性。因此制作该塑件选用ABS塑料。表1.1.1 ABS的主要技术指标密度 比溶 吸水率 收缩率 热变形 温度1.021.16 0.80.98 0.2%0.4% 130160 0.3%0.8% 83103.抗拉强度 拉伸弹性 模量 弯曲强度 冲击强度 比体积50Mpa 1.8X107 80Mpa 11HB 9.7HB 0.860.96表1.1.2 ABS的注射工艺参数注射机类型 螺杆转数
6、 喷嘴形式 喷嘴温度螺杆式 5070 直通式 180190。料筒的温度 模具温度 注射压力 保压力190-200 200-220 170-190 5070 6090Mpa 30-60 Mpa注射时间 保压时间 冷却时间 成型周期3-5 S 1530 S 1030 S 3070S预热温度 预热时间 计算收缩率8085 23h 0308%ABS无毒，无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。密度为1.02-41.05g/cm3。ABS有极好的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降。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。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工
7、。经过调色可配成任何颜色。其缺点是耐热性不高，连续工作温度为70度左右，热变形温度约为90度左右。耐气候差，在紫外线作用下易变硬发脆。其成型特点：ABS在升温时黏度增高，所以成型压力较高，塑料上的脱模斜度稍大。ABS吸湿性强，含水量应小于 0.3，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥，成型前加工要进行干燥处理。流动性中等，溢边料0.04mm左右。易产生熔接痕，模具设计时应注意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，溶料温度及收缩率影响极小。ABS无定型塑料， 其品种很多， 各品种的机电性能及成型特性也各有差异， 应按品种确定成型方法及 成型条件。ABS成型收缩率
8、，拉伸模量，泊松比与刚的摩擦因素见下页表1.1.3.表 1.1.3 ABS成型收缩率，拉伸模量，泊松比与钢的摩擦因素塑料名称 成型收缩率/%拉伸模量E/X103Mpa泊松比U 与钢的摩擦系数fPE 1.5-3.5 0.212-0.98 0.49 0.23-0.5PP 0.4-3.0 1.6-6.2 0.43 0.49-0.51PS 0.2-0.8 1.4-8.9 0.38 0.45-0.75ABS 0.1-0.7 1.91-1.98 0.38 0.20-0.252 塑件的几何形式及结构分析(如下图示) 图 1.2.1 塑件里面图5图 1.2.2 塑件正面图2.1 脱模斜度脱模斜度取决于塑件的形
9、状，壁厚及塑料的性能和收缩率。本塑件由于型腔深度一般 ，但由于考虑到塑件跟饮水机其它部件配合使用，且配合精度不高，所以塑件两侧要有角度，所以要使塑件强行脱模的方式，而且往外偏有个小角度；本塑件要有足够的强度和刚度，才能经受推件杆的推力而不使塑件变形，该产品壁厚均匀：本产品取 1.5mm.表 1.2.1 塑料制品的脱模斜度脱模斜度塑料制品材料塑件外表面 塑件内表面ABS 塑料 40120 35122 壁厚塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。应该考虑尽量采用均匀壁厚，所以该塑件壁厚取为 1.5mm，可保证塑件的刚度、强度，可防止塑件产生内应力以及气泡、缩孔等各种质量缺陷。
10、表1.2.1 塑件壁厚选择塑料种类 制件最小壁厚 小型产品壁厚 中型产品壁厚 大型产品壁厚塑料 ABS 0.75 1.5 2 33.562.3 形状该塑件为壳状零件，内部结构对称，外形中等，形状简单，尺寸精度不算高，壁厚均为 1.5 mm,材料是 ABS 收缩率取 0.05%，净重约 42G，塑件外形长 160mm,宽60mm，高 40mm.由于塑件为壳形零件，且局部有凹槽，为了减小加工难度，降低制作成本，所以采用凸凹模。2.4 支承面塑件的支承面应充分保证其稳定性，一般不以塑件的整个底面作为支承面而将底面设计成凹凸形，或在凹入面增加加强肋。所以该塑件以凸边所在的面为支承面，这样可以达到整个底
11、平面的平直。2.5 圆角该塑件四周为过渡圆弧，可避免应力集中，增加强度和延长寿命，且圆角半径与壁厚的关系符合要求。2.6 加强肋为确保塑件制品的强度和刚度及避免塑件变形，故该塑件内部四周设计有加强肋。2.7.塑件精度的选择：该塑件外观质量要求稍高，参考表 39（精度等级的选用） ，该塑件为一般精度，故其精度等级为 7 级。另外，根据参考资料模具工程大典，成形表面粗糙度一般为 Ra0.10.2um,特殊要求的为 Ra0.0250.1um,配合表面Ra0.8um,其余表面 Ra1.66.3um。因此在设计时，要考虑粗糙度的选择。所该接水盒的外边面粗糙度为 Ra1.6 um，内表面为 3.26.3
12、um。第 2 章 设备的选择与校核为了保证注射质量和充分发挥设备的能力,应根据注射模一次成型的塑料体积和质量来初步确定注射机的类型。根据理论和在实际生产中的经验得出塑件和浇注道之间材料的总和应该在注射机理论注射量的 50%80%之间。 （初步估算浇注系统的质量为40g）初步选定注射机为 XS-ZY-2501250：1 型腔数量的确定因型腔数量与注射机的塑化速率、最大注射量及锁模量等参数有关，因此有任何一个参数都可以校核型腔的数量。一般根据注射机的最大注射量来确定型腔数量 ；n7n (Km -m )/m021式中 注射机最大注射量的利用系数，一般取 0.8；Km 注射机允许的最大注射量（g 或
13、cm） ；0m 浇注系统所需塑料质量或体积（ 或 ） ；2 g3cmm 单个塑件的质量或体积( 或 )。1 3由此可求出：n(0.8*270-40)/424.2.故取 n=4 满足设计要求。2 注射机参数的校核2.1 注射量校核模具型腔是否能充满与注射机允许的最大的注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需熔体总量在注射机实际的最大注射量范围内。根据生产经验，注射机的最大注射量是其允许最大注射量（额定注射量）的 80%，由此有：n m + m 80%m1204 42+400.8 270即 208216 (符合要求)2.2 塑件在分型面上的投影面积与锁模力的校核注射成型时，塑件在模具分型面上
14、的投影面积是影响锁模力的主要因素，其数值越大，需要的锁模力也就越大。如果这一数值超过了注射机允许使用的最大成型面积，则成型过程中将会出现涨模溢料现象。因此，设计注射模时必须满足下面关系：A=nA +A12A 单个塑件在模具分型面上的投影面积，该塑件为 9318.16mm ；1 2A 浇注系统在模具分型面上的投影面积,约为 A 的 0.20.5 倍，该设计取2 10.4；总的投影面积计算为：A=nA +A =49318.16+0.49318.16=409999.904410000 mm12 28锁模力的校核：F F =AP m型 型式中，F 注射机的额定锁模力为 1250KN；mP 模具型腔内塑
15、料熔体平均压力（Mpa ）,通常为 2040 Mpa ，此设计中型取 35 Mpa；所以 F =4100035=143.5 KN，则 F F （符合要求）型 m型故该注射机符合要求。其技术参数如下：XS-ZY-250 注射机主要技术参数单位 XS-ZY-250额定注射量 cm 250螺杆直径 mm 45注射压力 MPa 160注射速率 g/s 110塑化能力 g/s 18.9锁模力 kN 1250螺杆转速 r/min 10200拉杆内间距 mm 415415移模行程 mm 360模具最大厚度 mm 550模具最小厚度 mm 150型号项目9锁模形式 双曲肘喷嘴口直径 mm 3定位孔直径 mm
16、160喷嘴球半径 mm SR152.3 开模行程的校核开模取出塑件所需要的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于 XS-ZY-250 注塑机来说，其最大开模行程有注塑机曲轴机构的最大行程决定，于模具厚度无关。双分型面注射模，其开模行程按下式校核：SH +H + a +（510）mm12式中 S注塑机的最大开模行程（mm） ；H 塑件脱出距离（也可作为凸模高度） （mm） ；1H 塑件高度（mm） ；2a 中间板与定模的分开距离（mm） ；已知 H =70mm H =40 mm a=65 mm12所以 H +H + a +（510）=70+40+65+（510）=180185（mm）2又由于
17、 XS-ZY-250 卧式注塑机的移模行程为 360mm185 mm360mm所以开模行程也符合要求。2.4 脱模力 QQ=Lhp(fcos -sin )式中 L型芯或凸模被包紧部分的周长（cm） ；h被包紧部分的深度（mm） ；p由塑件收缩率产生的单位面积上的正压力，一般去 7.81.8Mpa;f摩察系数，一般取 0.1.2；脱模斜度（） 。而对于不通孔的壳型塑件脱模时，需克服大气压力造成的阻力（Q ）,H即 Q =1FH10F为垂直于推出型芯方向的投影面积（cm ） 。2并设大气压力为 0.09 Mpa，则 Q =FH所以，当不塑件对型芯的粘附力时，其总的脱模力（Q ）为总Q = Q+ Q
18、总 H计算时，为使脱模力（Q ）大于诸因素造成的阻力，仍须修正以确定脱模力。总由零件图得 L=42.663cm h=40mm p=9.8 Mpa f=1.5 =0.5 所以 Q =42.663409.8（0.15cos0.5 - sin0.5 ）+0.092362.55N总推杆推顶接触总面积 a=8 =401.92(mm )282则接触压力校核为= = Mpa5.88 Mpa =14 MpaaQ总 92.401536p由此可知，该模具推杆的推顶总面积是可行的。第 3 章 浇注系统和排溢系统的设计1 塑料制件在模具中的位置1.1 型腔数量及排列方法1）.有以上计算得出，型腔数为 4，即一模四件。
19、2）.此塑件结构比较对称，故塑件在模具型腔位置成对称布局。型腔的排列应遵循以下原则：当采用一模多腔时，型腔在模板上通常采用圆形排列，H 形排列，直线排列以及复合排列等。在设计时应遵循以下要点：尽可能采用平衡式排列，以便构成平衡式浇注系统，保证制品质量的均一和稳定。型腔布置和浇口开设部位应力求对称，以防止模具承受偏载而产生溢料现象。尽可能使型腔排列得紧凑，以便减小模具的外形尺寸。型腔的圆形排列所占的模板尺寸大，虽然有利于浇注系统的平衡，但加工困难，除圆形制品和一些高精度制品外，在一般情况下常用直线排列和 H 形排列。浇注系统的尺寸是否合理不仅对塑件性能、 结构、 尺寸、 内外在质量等影响效大， 而且
