毕业论文（设计）：DVD注塑模具设计.doc

- 1 - DVDDVD 注塑模具设计注塑模具设计 摘要及关键词摘要及关键词 【摘要摘要】本论文的主要内容为 DVD 门注塑模的设计。首先获得产品部件的外型实体模型 （原外型设计运用 UG 建模） ，进行数据交换后存为 STEP 文件,然后利用 Pro/ENGINEER2001 重新测量建立.prt 文件，然后综合运用 EMX4.1 模块完成模具的设计，再进行 CAE 分析， 主要是用 Moldflow Plastic Advisers 对其进行模流分析，通过不断分析改进和修整，使 设计达到要求；通过所有检验后，用 AutoCAD2006 完成注塑模具非标准零件的零件图和模 架的装配图。 【关键词关键词】注塑模、DVD 门、Pro/ENGINEER2001、EMX4.1、Moldflow Plastic Advisers 第一章第一章 绪绪 论论 第一节、第一节、前 言 作为工业生产基础工艺装备的模具，在国民经济中占有重要的地位，模具技术也已 成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一。 在第十一五规划中指出，模具是工业生产的基础工艺装备，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发展与之相适应。 模具因其生 产效率高、产品质量好、材料消耗低、生产成本低而获得广泛应用，与其他加工制造业 所无法比拟的。从工业产品生产行业看，模具是现代工业，特别是汽车、摩托车、航空、 仪表、仪器、医疗器械、电子通讯、兵器、家用电器、五金工具、日用品等工业必不可 少的工艺装备。据资料统计，利用模具制造的零件数量，在飞机、汽车、摩托车、拖拉 机、电机、电器、仪器仪表等机电产品中占 80%以上；在电脑、电视机、摄像机、照相 机、录像机、传真机、电话及手机等电子产品中占 85%以上；在电冰箱、洗衣机、空调、 微波炉、吸尘器、电风扇、自行车、手表等轻工业产品中占 90%以上；在了弹、枪支等 兵器产品中占 95%以上。 我国模具工业在政府十分重视及关怀下，并提出相应的优惠政策进行模具技术开发， 在模具工业中大量采用先进技术和设备，努力提高模具设计和制造水平，取得显著的经 济效益。另外，从资料获悉，目前，美国、日本、德国等发达国家的模具总产值都已超 过机床总产值。模具技术的进步极大地促进了工业产品的生产发展，模具是“效益放大 器” ，用模具生产最终产品的价值将超过自身价格的几十倍乃至百倍及上千倍。 据各国报导，模具工业在欧美等工业发达国家被称之“点铁成金”的“磁力工业” ， - 2 - 如今世界模具工业的发展速度超过了新兴的电子工业，已实现了模具专业化、标准化和 商业化，因而深受赞誉。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石” ，日本称模具 工业为“进入富裕社会的原动力” ，在德国，被冠之以“金属加工业中的帝王”之称号， 而欧盟一些国家称“模具就是黄金” ，新加坡政府则把模具工业作为“磁力工业” ，中国 模具权威经理称为“模具是印钞机” 。可见模具工业在世界各国经济发展中具有重要的 显著地位。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。 第二节、我国模具行业发展概述第二节、我国模具行业发展概述 近年来，我国模具行业一直保持着良好的发展势头，这种势头是否还会延续下去， 这是业内人士十分关注的问题。笔者认为，我国模具行业尽管面临着在中低端产品领域 国内企业竞争日趋剧烈以及在中高端产品领域国外或外资企业压力日益增大的局面，但 经过近年来的持续发展，实力已大大增强，完全有能力变压力为动力，继续保持平稳发 展。 一、有利因素一、有利因素 优惠政策为模具行业提供了良好的发展环境。在国家产业政策和有关配套政策导向 之下，近年来已有不少地方相继出台了一些支持当地模具工业发展的优惠政策，有的见 诸于文件，有的见诸于行动，都已收到很好的效果。同时，模具工业的快速发展也促进 了当地经济的繁荣。随着各地之间交流活动的日益频繁，相信对模具工业发展有利的政 策，及因此而带来的良好的发展环境将有进一步发展。 模具行业内部体制改革和机制转换加速，产业结构渐趋合理，并且加强了管理，提 高了水平。为了适应形势，我国模具行业近几年来加快了体制改革和机制转换步伐， “三资”和民营企业已占行业主导地位，装备水平和产品水平有了较大的提升，管理有 了很大进步。许多企业已应用了 CAD/CAM/CAE 一体化技术、三维设计技术、 ERP 和 IM3 等信息管理技术以及高速加工、快速成型、虚拟仿真及网络技术等许多高新技术，不少 企业已提出了“生产专业化、产品品牌化、企业现代化、市场国际化”等企业发展战略。 通过各种质量体系认证的企业一年比一年多。 规模经济产生效益，模具集群生产发展迅速。在“小而精专”的专业化不断发展的 同时，近年来，规模效应已被愈加重视。除了把企业做强做大，使规模经济产生效益之 外，模具集群生产也不断显示其优越性，因而“模具城” 、 “模具园区” 、 “模具生产基地” 等各种集群生产形式在全国迅速发展。据不少企业反映，集群生产与分散生产相比，至 少有下列好处：市场更广阔了，协作更方便了，生产成本降低了，相互交流多了，优惠 政策享受到了。目前全国年产 1 亿元以上模具的企业已有 40 多个，超过 3000 万元以上 的企业已有 200 多个，具有一定规模的“模具城”已有近十个，正在建设或正在筹建的 还有十多个。这些模具集聚生产基地的建设，对我国模具工业的发展起到了积极的促进 作用。 - 3 - 许多企业开始认识到了“品牌”和“专利”的重要性，自主创新的资金投入力度和 能力不断提高。长期以来模具一直处于“后方”和“被动”的地位，因此也很少有 “品牌”和“专利” 。随着市场经济的发展，近年来企业越来越重视“品牌”和“专利” 。 有些企业已认识到了创新研发的重要性，投入力度提高很快。据中国模具工业协会了解 到的情况，近年不少企业在创新研发方面的投入与销售收入的比例达到 5%左右，个别企 业甚至达到 8%至 10%。 模具技术含量不断提高，属于高新技术产品的模具越来越多。据了解，目前已被国 家有关部门列入中国高新技术产品出口目录的已有四种模具。其实已经有不少模具 的技术含量超过了这四种模具，例如汽车零部件级进模具、精密多工位级进模具、轿车 大型复杂覆盖件冲压模具、自动化汽车内饰件浇注模具、高强度板热压成型模具等。随 着高新技术的发展，越来越多的模具生产企业被各级政府有关部门认定为高新技术企业。 据中国模协初步统计，目前模具行业国家级高新技术企业有 7 家，省、市级高新技术企 业已有近百家。 国际模具资本向我国转移的趋势十分明显，模具出口前景很好。由于我国模具特别 是中、低档模具在国际市场上存在着较大的价格优势，有的模具价格甚至只有国际市场 的几分之一，再加上我国有较低廉的优质劳动力资源及较好的技术基础和基础配套设施， 因此近年来外商在我国模具行业的投资额一年比一年大，到我国采购模具的跨国公司也 越来越多。 二、不利因素二、不利因素 虽然我国模具行业已经驶入发展快车道，但由于在精度、寿命、制造周期及能力等 方面，与国际水平和工业先进国家相比尚有较大差距，所以还不能满足我国制造业发展 的需求。特别是在精密、大型、复杂、长寿命模具方面，仍旧供不应求。因此，每年尚 需大量进口。 现阶段模具原材料价格和人员工资不断上涨，但模具价格却不涨反落，致使模具企 业利润不断下降，部分企业出现亏损，亏损额增大。据中国模具工业协会对全国 270 个 主要模具生产企业调查，2005 年产值利润率比上年下降了 2.1 个百分点，销售收入利润 率比上年下降了 3.1 个百分点。全国规模以上企业全年亏损额 2005 年达 2.6 亿元，大幅 增加【7】。这一趋势，还在延续。 对外资的依存逐年增大。我国加入世贸组织已过 6 年，外贸高速发展，我国经济对 外贸的依存度从 30%上升到 70%。同时，近年来，正是外资大量进入我国的时期，随着 对外开放政策的不断扩大和深化，外资在我国模具行业的投资也越来越多，致使对外资 的依存度也逐年增大。例如广东省是我国模具第一大省，其产能约占全国的 40%左右。 该省的模具产能中，外资企业已占 60%左右，合资企业约占 10%左右。该省模具出口约 占全国的 50%左右，其中由外资、合资企业出口的也占其出口量的多数【7】。对外资和 外贸依存度大，会对行业安全，乃至整个国家的经济安全产生重大影响。 人才紧缺日益突出。虽然近年来我国模具行业职工队伍发展迅速，估计目前已达近 百万人，但仍然跟不上行业发展需求。一是总量不足，二是素质不够，适应不了行业发 展的需求。根据有关资料，全国模具行业从业人员约缺口 30 万50 万人，其中工程技 - 4 - 术人员约占 20%。目前尤其紧缺的是高素质和高水平的模具企业管理人员和中高层技 术人员及高级技术工人。 市场竞争加剧。我国模具市场竞争在不断加剧，其表现是模具产品价格连年走低。 中高档模具市场上主要是我国重点骨干企业与境外企业及境内“三资”企业的竞争，中 低档模具市场上主要是民营企业之间的竞争。有的已经是进入无序状态，到了扰乱正常 市场秩序的地步。由于过低价格所必然造成的低质量，已严重影响一些企业的生存，迫 使某些企业加速调整其定位，少数企业面临被淘汰局面也是不足为奇的。 虽然近几年模具出口增幅每年大于进口增幅，但所增加的绝对量仍是进口大于出口， 致使模具外贸逆差一年比一年大。模具外贸逆差增大主要有两方面原因：一是国民经济 持续高速发展，特别是汽车企业的高速发展带来了对模具旺盛需求，有些高档模具国内 的确生产不了，只好进口，但也确实有一些国内可以生产的模具也在进口，这与我国现 行的关税政策及项目审批制度有关。二是对模具出口鼓励不够。 当前全球制造业转移的规模不断加大，速度也不断加快，并正向深度和广度延伸， 而我国的模具制造业正是承接转移的较为理想之地。加之“十一五”期间，国家将继续 大力支持我国模具工业的发展，在多重有利条件下，我国内模具行业的未来将展现出一 派美好景色。 第三节、第三节、21 世纪模具发展趋势世纪模具发展趋势 加入 WTO 后的中国，全球制造业正以垂直整合的模式向亚太地区转移，我国正成 为世界制造业的重要基地，据权威报告，中国已成为世界第一制造大国。目前，在参与 世界产品市场的激烈竞争下，各行业产品的品种和数量不断增加，换型加快，对产品质 量、样式和外观也不断提出新要求，使模具需求量增加，对模具质量要求也越来越高， 模具技术直接影响制造业的发展、产品更新换代和产品竞争能力。因此，迅速提高模具 技术水平已成为当务之急。例如：日本汽车、计算机、电视机、手机等产品的品种，数 量，质量在国际市场占有优势地位，其重要原因之一就是日本模具技术居于世界领先水 平。 为了解决高精度、长寿命、高效的复杂型腔结构的现代模具，其发展趋势主要有如 下三方面： 1.模具材料及表面处理技术 模具工业要上水平，材料应用是关键。因选材和用材不当，致使模具过早失效，大 约占失效模具的 45%以上。 在模具材料方面，常用冷作模具钢有 CrwMn、Cr12、Cr12MoV 和 W6Mo5 Cr4V2，新型冷作模具钢有 65N6、012A1、CG- 2、LD、GD、GM 等；常用新型热作模具钢有美国 H13、瑞典 QRO 80M、QRO 90 SUPREME 等；常用塑料模具钢有预硬钢（P20、SM1、B30） 、时效硬化型钢 （P21、PMS、SM2、日本 NAKS5 等） 、热处理硬化型钢（MnCrWV、日本 S-STAR、瑞 典一胜百 S-136 等） 、粉末模具钢（日本 DEX40 等） 。多工位精密冲模硬质合金 （YG20、YG25 等）及钢结硬质合金（TLW50、GW50 等） 。 在模具表面处理方面，其 主要趋势是：渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如 TD 法）发展；由一般扩散向 - 5 - CVD、PVD、PVCD、离子渗入、离子注入等方向发展；可采用的镀膜有： T:C、T:N、T:CN、T:AN、CrN、Cr7C3、W2C 等， 同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前对激光强化、辉光离子氮 化技术也日益受到普遍重视【9】。 2.模具设计与制造技术 当代模具的设计与制造技术广泛采用计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） ，设计过 程程序化和自动化，使用程序、模拟成形过程、采用交互式设计方法，发挥人和计算机 的各自特长。数据库和计算机网络技术使设计人员拥有大量资料和信息。设计与制造之 间的直接传输便于设计中的反复修正改变。 先进设计和加工方法的日益普及，为高质 量、短周期地开发模具并且保证模具有足够长的使用寿命，提供了技术保证，为模具工 业发展奠定了坚实基础。模具设计与加工方法的发展主要有以下三方面： （1）模具软件功能集成化 模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数 据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试 及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的。如英国 Delcem 公司的系列化软件就 包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、塑料模设计专家系统、复杂形体 CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统等。集成化软件较高的软件还包括： UG、CATIA 和 PRO/E 等。 （2）快速原型法和快速制模技术（RPM/RMT） 该技术被称为自数控技术以来的又一次革命，尤其对模具工业的发展起到了极大的 推动作用。它是一项集激光、材料、信息及控制等技术于一体的先进制造技术，其突出 特点就是能直接根据产品的 CAD 数据快捷地制造出具有一定结构和功能的原型甚至产 品，而不需要任何工装夹具，面迭加形成三维实体。 RPM 技术与 RMT 技术的结合， 将是传统快速制模具技术进一步深入发展的方向。RPM 技术与陶瓷型精密铸造相结合， 为模具型腔精铸成型提供了新途径。应用 RPM/RMT 技术从模具的概念设计到制造完成， 仅为传统加工方法所需时间的 1/3 和成本的 1/4 左右，因而具有广阔的发展前景。如美 国 DTM 公司的 Rapid Tool 专利技术，它能在 510 天内制造生产用的注塑模，可注塑 零件 5 万件以上，属于直接用于批量生产的模具。 （3）高速铣削技术 高速铣削是目前切削技术中应用最多的一种工艺技术，是一种以高主轴转速、快速 进给 、较小的切削深度和间距为加工特征的高效、高精度数控加工方式。高速铣削具 有工件温度低、切削力小、加工平稳、质量好、效率高（为普遍铣削加工的 510 倍） 及可加工硬质材料（60HRC）等诸多优点，因而在模具加工中日益受到重视。高速铣 削机床（HSM）一般主要用于大、中型模具加工，如汽车覆盖件模具、变速箱体压铸模、 大型注塑模等曲面加工，其曲面加工精度可达 0.01mm。国外高速加工机床主轴最高转 速已超过 100000R/min，快速进给速度可达 120m/min，加速度可达 12g，换刀时间可 提高到 12s【9】。 3.专业化生产及标准化 专业化生产是现代化工业生产的重要特征之一，国外工业先进的国家模具专业化生 - 6 - 产已达 75%以上。美、日两国的模具厂，80%是 10 人以下的小工厂，90%是 20 人以下 小而专的企业。一般一个模具专业厂只生产 12 种模具。这种专业化小模具厂易于管 理，反应灵活，易于提高产品质量和经济效率，有较强的竞争力。 标准化是实现模具专 业化生产的基本前提，能系统提高整个模具行业技术水平和经济效益，是机械制造业的 深层次发展必由之路。国外企业都极为重视模具的标准化，我国的模具标准化程度不足 30%，而且标准品种少、质量低、交货期长，严重阻碍模具的合理流向和效能发挥，需 大力制订标准化规范。 总之，随着模具技术的迅速发展及机械各类产品的多样化、复杂 化，模具应用的广度和深度将不断向纵深发展，模具需求增长速度将继续高于国民经济 总体发展的速度，供小于求的被动状态将大有改变。因此，在模具设计与制造中，采用 新技术、新工艺、新设备可持续发展模具工业，更将成为所有企业得以占据市场制高点 的必由之路。 第二章第二章 CAD 在注塑模具行业中的应用在注塑模具行业中的应用 第一节、第一节、CAD 发展概况发展概况 CAD 即计算机辅助设计的英文简称(Computer Aided Design)。计算机的应用，使得 设计人员在设计过程中，能充分发挥计算机的强大算术逻辑运算功能、大容量信息存储 与快速信息查找的能力，完成信息管理、数值计算、分析模拟、优化设计和绘图等项任 务；而设计人员集中精力进行有效的创造性思维，从而更好地完成从设计方案的提出、 评介、分析模拟与修改到具体设计实现的设计全过程.对于机械行业来讲，通用的 CAD 件是 AutoCAD，但 AutoCAD 是一种通用的绘图软件，对机械行业针对性差，不过幸运 的是，AutoCAD 是个开放性软件，可以对它进行二次开发，如采用 Autolisp，ADS，ARX 甚至采用 VB 语言等，现今的高华 CAD、天目 CAD 就是在该软 件的基础上开发的机械专业 CAD。由于二次开发的深入，加强了参数化设计、智能化设 计等，这样充分发挥了计算机的强大的搜索功能和运算功能。 世界上第一套塑料模具 CAD 软件是澳大利亚 MOLDFLOW 公司于 1976 年推出井以 公司名字命名的 MOLDFLOW。目前 MOLDFLOW 已经发展得比较完善，实现了对注塑 过程的模拟、设计原理的应用和精确计算，并逐步优化模拟过程，使设计工程师在产品 设计阶段可以在计算机上“制造”塑料产品，并能灵活地适应市场需求的变化。应用 MOLDFLOW 公司的技术已经在世界范围内成功地设计出了上万副模具。继 MOLDFLOW 之后美国康奈尔大学、德国的亚森(Aachen)技术大学、美国的 C. V.公司、 MCAP 公司、日本的 CAD-M 公司等也相继开发了塑料模具 CAD/CAM 系统。第一套塑 料模具 CAD/CAM 经过数年努力研制而成，于 1982 年推出，它就是后来称为 GRAFTEK 的系统。塑料模具 CAD/CAM 的应用带来了巨大的社会效益和经济效益。据 报导，美国 Protety pe 在 EMX 模块中自动创建模 架并标准零件。 (5)干涉检验：检查模具中的冷却水道、过孔、以及顶出或者抽芯机构间是否有干涉现 象，生干涉现象，立即修正。 (6)模具工程图的生成：通过 Pro/E 绘制模具图，并生成明细表。 2、毕业设计构成 （1）打印文档： 设计说明书一份，字数不少于 15000 字； （2）设计图纸： 电脑绘制模具装配图 A0 图一张； 非标准零件图 A3 图纸 5 张。 (3)电子文档： 用 pro/engineer 等软件绘制塑件 3D 模型； 二维 CAD：总装图和零件图； Word 文档：设计说明书。 3、工作方案 （1）分析零件的成形工艺性。 （2）创建塑料制件的 3D 模型，制品的基本参数的计算及注射机的选用，模具类型及 结构的确定。 （3）利用模具设计软件完成模具的模仁设计和浇注系统设计。 （4）用模具设计软件进行标准模架的选择，脱模机构、冷却水道和模具成型零件的设 计。 （5）完成模具主要模具图的输出，绘制型腔、型芯及重要零件图。 - 45 - 目录 1 前言 .7 2 塑件的工艺分析 .11 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 .11 2.2 分析塑件的结构工艺性 16 2.3 工艺性分析 16 3.塑件成型的基本过程 17 4 注射机的选择 .18 4.1 塑件体积的计算 18 4.2 计算塑件的质量：.19 4.3 注射机选择.20 5 浇注系统的设计 .21 5.1 主流道的设计.22 5.2 分型面的选择设计原则 23 5.3 浇口的设计 23 6 确定主要零件结构尺寸选模架、成型零部件的设计 25 6.1 型腔、型芯工艺尺寸计算.25 6.2 模架的选择.27 7 导向机构的设计 .28 - 46 - 7.1 导柱的设计.29 7.2 导套及导向孔的结构设计.29 7.3 导柱（导套）在模板上的布置.30 7.4 推出机构的设计.31 7.4.1 推件力的计算.31 8 冷却系统的设计 .33 8.1 冷却水回路布置的基本原则： 33 8.2 确定冷却水道直径 34 9、模具排气槽的设计 .34 9.1 排气槽的作用与设计.35 10 校核 36 10.1 注射机有关工艺参数的校核36 10.2 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核36 11 模具的安装试模 .37 参考文献 38 致 谢 .39 - 47 - 塑料盖注塑模具设计 摘 要：本次毕业设计的题目是：塑料盖的塑件注射模。本次设计主要是通过对塑件 的形状、尺寸及其精度的要求来进行注射成型工艺的可行性分析。塑件的成型工艺性主 要包括塑件的壁厚，斜度和圆角以及是否有抽芯机构。通过以上的分析来确定模具分型 面、型腔数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结构，例如是 采用整体式还是镶拼式，以及它们的定位和固紧方式。此外还分析了模具受力，脱模机 构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。最后绘制完整的模具装配总图和 主要的模具零件图并撰写模具说明书。 关键词：分型面、浇口、型腔，型芯，镶块，脱摸力 Abstract：This graduate that design is:The Plastic cover injects the mold.This design primarily passeses to piece viability assessment for request for of shape, size and its accuracy coming proceeding injecting type craft.the piece the wall for of type craft primarily including the piece is thick, slope and circle angle and whether to have core-pulling or not mechanism.Pass the above analysis to come the certain molding tool cent the type the surface, type the number, gate the form, place the size;The among them and most important is a certain type core and the construction of the type , for example adopt the whole the type of type still , and their fixed position and tight way of .In addition and still analyzed the molding tool to suffer force, mold that design that the design of the pattern draw mechanism, match the design etc. to lead to the mechanism, cooling system.Finally draw the production that complete molding tool assemble the general drawing sum the soil and establishment of prinipal molding tool parts type zero the parts process the craft process the card. Key words: parting line,the gate, slide block, heel block, core- pulling, core-pulling distance, gate. 1 前言 - 48 - 本次的设计是毕业生的最后一次设计，是我们对以前所学的理论知识和技能的一 次综合性训练。模具设计是一项很复杂的工作，它要求我们在掌握理论知识的基 础上要有更好的实践经验。设计一付好的模具，其中牵涉到许多的内容，一套模 具有好多种方案，在进行的比较中需要考虑的内容包括对塑件成型工艺的分析， 如何确定分型面、型腔数目以及选择注射机型号。确定模具的总体结构、型腔型 芯的结构，同时还考虑了模具制造工艺的可行性以及模具制造的经济性；浇注系 统的设计，确定浇口形式及位置大小；确定主流道，分流道和冷料穴的形式及尺 寸；脱模机构的设计，脱模力的计算；侧向分型及抽芯机构的设计，导向机构的 设计，冷却系统的设计。 本次毕业设计课题是塑料盖的塑件注射模。本次设计主要是通过对塑件的形状、 尺寸及其精度的要求来进行注射成型工艺的可行性分析。塑件的成型工艺性主要 包括塑件的壁厚，斜度和圆角以及是否有抽芯机构。通过以上的分析来确定模具 分型面、型腔数目、浇口形式、位置大小；其中最重要的是确定型芯和型腔的结 构，例如是采用整体式还是镶拼式，以及它们的定位和固紧方式。此外还分析了 模具受力，脱模机构的设计，合模导向机构的设计，冷却系统的设计等。最后绘 制完整的模具装配总图和主要的模具零件图并撰写模具说明书。 1.1 国际国内塑料成型模具发展概况 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，年均增速为 13%，2003 年我国模具工业产值为 375 亿， 至 2007 年我国模具总产值约为 525 亿元，其中塑料模约 35%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盘等塑料模具，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模具有限公司制造多腔 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 - 49 - 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 0.02mm0.05mm，表面粗糙度 Ra0.2m，模具质量、寿命明显提高了，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，具体数据见表 1-1。 表 1-1 国内外塑料模具技术比较表 项目国外国内 注塑模型腔精度0.0050.01mm0.020.05mm 型腔表面粗糙度Ra0.010.05m Ra0.20m 非淬火钢模具寿命1060 万次1030 万次 淬火钢模具寿命160300 万次50100 万次 热流道模具使用率80%以上总体不足 10% 标准化程度7080%小于 30% 在模具行业占有量3040%2530% 成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模 机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青 岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在 2934 英寸电 视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了 C-MOLD 气辅软件，取得较好的效果。如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设 备及技术。热流道模具开始推广，有的厂采用率达 20%以上，一般采用内热式或 外热式热流道装置，少数单位采用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到 10%，与国外的 50%80%相比，差距较大。 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，主要有北航华正软 件工程研究所开发的 CAXA 系统、华中科技开发的注塑模 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低等特点， 为进一步普及模具 CAD/CAM 技术创造了良好条件。 - 50 - 近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如： P20，3Gr2Mo、PMS、SM、SM等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影 响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得 到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准 化程度的商品化程度一般在 30%以下，和国外先进工业国家已达到 70%80%相比， 仍有差距。 1.21.2 我国模具设计技术今后发展方向我国模具设计技术今后发展方向 （1）提高大型、精密、复杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模 成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模 多腔所致。 （2）在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。CAD/CAM 技术已发展 成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降 低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络 的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无 法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM 软件的智能化程度将逐步提 高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发 挥越来越重要的作用。 （3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流 道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和 节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的 国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助 注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业 中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数 需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大， 因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料 件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 （4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 （5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标 准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展， - 51 - 为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首 先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高 商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品 种。 （6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必 要。 （7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标 扫描仪实现逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的关键技术之一。研究和应用多样、调整、 廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 2 塑件的工艺分析 2.1 分析塑件使用材料的种类及工艺特征 该塑件为板状壳体，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保 成型零件具有一定的光洁度。该产品的注塑材料选用 ABS，要求大批量生产，所 以我们设计模具时采取一出四的设计思想。其二维形状如图所示： - 52 - 图 一 该塑件材料选用丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体的接枝共聚合产物（ABS） ， 取它们英文名的第一个字母命名（A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯） 。 它是一种强度高、韧性好、综合性能优良的树脂，用途广泛，常用作工程塑料。 工业上多以聚丁二烯胶乳或苯乙烯含量低的丁苯橡胶为主链，与丙烯腈、苯乙烯 两种单体的混合物接枝共聚合制得。实际上它往往是含丁二烯的接枝聚合物与丙 烯腈苯乙烯共聚物 SAN(或称 AS)的混合物。近年来也有先用苯乙烯、丙烯腈 两种单体共聚，然后再与接枝共聚的 ABS 树脂以不同比例混合，以制得适应不 同用途的各种 ABS 树脂。20 世纪 50 年代中期已开始在美国工业化生产。 ABS 工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚 的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的 肉桂气味，但无熔融滴落现象。 ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、 耐磨性、抗化学药品性、染色性，散热性（现在 ABS 工程塑料的工艺已经很成 熟了，笔记本电脑只要内部结构设计合理，同样可以有出色的散热效果。) ABS 工程塑料的缺点：热变形温度较低，可燃，耐候性较差但 ABS 有良好的耐 化学腐蚀及表面硬度 ，有良好的加工性和染色性能。 - 53 - ABS 无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为 1.021.05g/cm。ABS 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。水、无机盐、碱和酸类对 ABS 几乎无影响。ABS 不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS 有一定的硬度 和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS 的缺点是耐热性 不高，连续工作温度为 70C 左右，热变形温度为 93C 左右，且耐气候性差，在 紫外线作用下易发脆。ABS 在升温时粘度增高，所以成型压力高，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 易产生熔接痕， 模具设计时应注意尽量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。运用软件对该产品放入缩水率后，其造型如图所示： 图 2 - 54 - 图 3 工业生产方法 可分两大类：一类是将聚丁二烯或丁苯橡胶与 SAN 树脂在辊筒上 进行机械共混，或将两种胶乳共混，再共聚；另一类是在聚丁二烯或苯乙烯含量 低的丁苯胶乳中加入苯乙烯和丙烯腈单体进行乳液接枝共聚，或再与 SAN 树脂 以不同比例混合使用。 结构、性质和应用 在 ABS 树脂中，橡胶颗粒呈分散相，分散于 SAN 树脂连续 相中。当受冲击时，交联的橡胶颗粒承受并吸收这种能量，使应力分散，从而阻 止裂口发展，以此提高抗撕性能。 接枝共聚合的目的在于改进橡胶粒表面与树脂相的兼容性和粘合力。这与游离 SAN 树脂的多少和接枝在橡胶主链上的 SAN 树脂组成有关。这两种树脂中丙烯 腈含量之差不宜太大，否则兼容性不好，会导致橡胶与树脂界面的龟裂。 用途：汽车配件（仪表板、工具舱门、车轮盖、反光镜盒等） ，收音机壳，电话 手柄、大强度工具（吸尘器，头发烘干机，搅拌器，割草机等） ，打字机键盘， 娱乐用车辆如高尔夫球手推车以及喷气式雪橇车等。 比重:1.05 克/立方厘米 燃烧鉴别方法：连续燃烧、蓝底黄火焰、黑烟、浅金盏草味 溶剂实验：环已酮可软化，芳香溶剂无作用 特点： 综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好. 与 372 有机玻璃的熔接性良好,制成双色塑件,且可表面镀铬,喷漆处理. 有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。 流动性比 HIPS 差一点，比 PMMA、PC 等好，柔韧性好。 用途：适于制作一般机械零件,减磨耐磨零件,传动零件和电讯零件. 同 PVC（聚氯乙烯）一样在屈折处会出现白化现象。 成型特性： 无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间 预热干燥 80-90 度,3 小时。 宜取高料温,高模温,但料温过高易分解(分解温度为270 度).对精度较高的 塑件,模温宜取 50-60 度,对高光泽.耐热塑件,模温宜取 60-80 度。 如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变 - 55 - 入水位等方法。 如成形耐热级或阻燃级材料，生产 3-7 天后模具表面会残存塑料分解物， 导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。 ABS 主要技术指标： 表 2-1 热物理性能 密度(g/ cm)1.02105比热容(Jkg-1K-1) 12551674 导热系数(Wm-1K- 110-2) 13.831.2 线膨胀系数(10-5K-1) 5.88.6 滞流温度(C) 130 表 2-2 力学性能 屈服强度（MPa） 50 抗拉强度(MPa) 38 断裂伸长率() 35 拉伸弹性模量(GPa) 1.8 抗弯强度(MPa) 80 弯曲弹性模量(GPa) 1.4 抗压强度(MPa) 53 抗剪强度(MPa) 24 无缺口 261 冲击韧度 (简支梁式) 缺 口 11 布氏硬度 9.7R121 表 2-3 电气性能 表面电阻率（） 1.21013 体积电阻率（m） 6.91014 击穿电压（KV/mm） 介电常数（106Hz） 3.04 介电损耗角正切（106Hz） 0.007 耐电弧性(s) 5085 2.2 分析塑件的结构工艺性 - 56 - 该塑件尺寸较小，整体结构较简单.有平面和圆角以及少量的曲面构成。除 了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，但表面粗糙度要求 较高，再结合其材料性能，故选一般精度等级： 5 级。 2.3 工艺性分析 为了提高成型效率，本设计采用侧浇口。该浇口的分流道位于模具的分型面 处，浇口为侧交口，分流道采取平衡式分流道。 塑件的工艺参数： 注塑机类型：螺杆式 喷嘴形式： 通用式 料筒一区 150170 料筒二区 180190 料筒三区 200210 喷嘴温度 180190 模具温度 5070 注塑压 60100 保压 4060 注塑时间 25 保压时间 510 冷却时间 515 周期 1530 后处理 红外线烘箱 温度（70） 时间（0.31） - 57 - 3.塑件成型的基本过程 注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入 料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体-熔体用柱塞或螺杆作为加压 工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约 2085mpa） ，溶入模具的型腔中经过 冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。 a 塑化过程塑化过程 现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料 斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的 摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完 成的。 b 充模过程充模过程 熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充 满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。 充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且 粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此 充模过程的关键问题-浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代 的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。 c 冷却凝固过程冷却凝固过程 热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即： 塑化注射充模固化成型 加热理论上绝热散热 热交换效果的好坏决定了塑件的质量，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在 现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。 d 脱模过程脱模过程 塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模 机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千 变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。因此，脱模机构的设计也是注射 模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也 - 58 - 有商品供应。 由 a 至 d 形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件 4 注射机的选择 4.1 塑件体积的计算 图 4 塑件图体积证明 零件塑件的体积 V=11.1cm 3 浇注系统的体积：V2=20cm 3 可有三维软件 UG 的测量体功能测出分流道的塑料 的体积 塑件与浇注系统的总体积为 V=11.1*4+20=64.4cm 3 4.2 计算塑件的质量： 查手册取密度 =1.05g/cm 3 - 59 - 塑件体积：V=64.4cm 3 塑件质量：根据有关手册查得：=1.05g/cm 3 所以，塑件的重量为： M=V=64.4cm 3 1.05 g/cm 3 =67.62g 4.3 注射机选择 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 50%.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。 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