气压瓶盖注塑模-模具结构与工艺设计.doc

气压瓶盖注塑模气压瓶盖注塑模模具结构与工艺设计模具结构与工艺设计 摘要摘要 我的任务是气压瓶盖注射模模具结构与工艺设计，主要根据塑件设计模具结构 与工艺。塑件尺寸较大、形状较为复杂而且精度较高，所以采用了一模一腔的形式， 塑件有侧嘴，需要采用侧抽芯结构，本模具的难点是完成制品内侧凸筋的抽芯。本产 品可用于热水壶上，使用更加便捷。 关键词：关键词：塑料模具；气压瓶盖；型腔；侧抽芯 Pressure cap injection mold - mold structure and process design Abstract My task is air bottle injection mould structure and process design - plastic parts, mainly based on the design of die structure and technology. Plastics dimension large, complex shapes and high precision, so using the form of a cavity, plastics have side by side, need the mould structure, the core of difficulty is finished products inside of core-pulling convex. This product can be used for hot pot, use more convenient. key words ：injection mould；barometric bottle cap；cavity；core- drawing 目录目录 1 章 诸论1 1.1 塑料模具现状及发展趋势.1 1.1.1 模具制造技术现状及其发展 .1 1.1.2 我国塑料模的现状 .3 1.1.3 塑料模具钢的开发概况 .5 1.1.4 塑料模发展趋势 .6 1.1.5 塑料成型模具的分类 .9 1.2 塑件的结构设计10 1.2.1 功能结构设计10 1.2.2 工艺结构设计10 1.2.3 造型结构设计11 小结 .11 2 章 塑件的结构分析与成型工艺设计.12 2.1 塑件的结构分析12 2.1.1 塑件的外型分析 12 2.1.2 塑件材料(ABS)分析 .12 2.1.3 ABS 的性能和成型特点 13 2.1.4 确定塑件收缩率 16 2.1.5 壁厚的确定 16 2.1.6 塑件的脱模斜度 17 2.1.7 圆角的设计 17 2.1.8 侧向活动镶件设计 17 2.1.9 孔的设计 18 2.2 注射模设计与成形工艺18 2.2.1 注射模简介 18 2.2.2 注射模组成 18 2.3 注射成形工艺19 2.3.1 注射成形前的准备 19 2.3.2 注射过程 19 2.3.3 塑料制品的后处理 21 2.4 塑件的工艺分析21 2.4.1 注射成型原理 22 小结 .23 3 章 塑料注射模具的设计.24 3.1 注射模结构选取24 3.1.1 型腔数目的确定 24 3.1.2 分型面的设计 25 3.1.3 型腔的配置 26 3.2 浇注系统的设计26 3.2.1 浇注系统的简介 26 3.2.2 浇注系统的分类及组成 27 3.2.3 浇注系统设计的原则 27 3.2.4 主流道的设计 28 3.2.5 分流道的设计 29 3.2.6 浇口的设计 30 3.2.7 冷料穴 31 小结： .32 4 章 抽芯机构设计.33 4.1 概述33 4.1.1 抽芯机构的分类 33 4.1.2 抽芯距的计算 33 4.2 斜导柱抽芯机构设计 .33 4.2.1 斜导柱抽芯的工作原理 34 4.2.2 斜导柱抽芯机构设计原则34 4.3 斜导柱、滑块、锁紧块的设计34 4.3.1 斜导柱 34 4.3.2 滑块 37 4.3.3 导滑槽 37 4.3.4 导滑槽定位装置 37 4.3.5 锁紧块 38 4.3.6 防止斜导柱、滑块抽芯机构中的干扰措施 38 4.4 内侧抽芯结构38 4.5 推出机构设计38 4.5.1 推杆结构设计 39 4.5.2 推板结构设计 39 4.6 脱模机构的设计原则与选用40 4.6.1 脱模机构的设计原则 40 4.7 合模导向机构设计40 4.8 导柱导向机构的设计40 4.8.1 导向机构 40 4.8.2 导柱的形式41 4.8.3 导套机构和精度要求 41 4.8.4 导柱、导套在模板上的布置 41 4.9 排溢系统的设计42 4.10 成型零件的设计.42 4.10.1 型腔结构设计 .43 4.10.2 凸模与型芯结构设计 .44 4.11 成型零部件设计的计算依据.44 4.11.1 模具分型面及其类型 .44 4.11.2 成型零件的结构形式 .45 4.12 成型零件的强度计算.47 4.12.1 凹模壁厚计算 .47 4.12.2 动模垫板厚度计算 .48 4.13 支撑零部件的设计.48 小结： .49 5 章 塑料注射模其它设计.50 5.1 选标准模架50 5.2 成型零件材料选用50 5.3 注射模钢种的选用50 5.4 最大注射压力的校核51 5.5 最大注塑量的校核51 5.6 塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核51 5.6.1 分型面上的投影面积校核 51 5.6.2 锁模力校核 52 5.7 模具与注塑机安装部分相关尺寸校核52 5.8 开模行程校核53 5.9 脱模力的计算53 5.10 模具冷却系统的设计.54 5.10.1 冷却装置的设计原则 .55 5.10.2 冷却装置的选用 .55 5.10.3 冷却回路的计算 .56 小结： .59 6 章 模具加工工艺设计.60 6.1 机加工工艺简述60 6.1.1 生产过程和工艺过程 60 6.1.2 机械加工工艺过程的组成 60 6.2 型腔零件图及加工工艺规程62 6.3 型芯零件图及加工工艺规程62 小结： .63 7 章 塑料模具的装配工艺设计 64 7.1 型腔凹模与动、定模板的装配64 7.2 型芯与固定板的装配64 7.3 装配步骤64 小结66 总结总结 .67 参考文献参考文献 .68 致谢 .69 附录 A：图纸清单70 1 1 章章 诸论诸论 1.11.1 塑料模具现状及发展趋势塑料模具现状及发展趋势 1.1.11.1.1 模具制造技术现状及其发展模具制造技术现状及其发展 1 1、现状、现状 模具的特点决定了模具工业的快速发展，模具制造水平是衡量一个国家机 械制造业水平的重要标志。 我国已经具备制造大型、精密、复杂、长寿命模具的能力。如：硬质合金 多工位级进模，步距精度0.005mm,成形表面粗糙度达 0.4-0.1m,镶件的重 复定位精度0.005mm,互换性好,模具寿命达 1 亿冲次,具有自动冲切、叠压、 铆合、扭角、计数分组和安全保护功能。又如：大型的塑料模，重达 10 吨以上， 尺寸精度为 0.01mm,型腔 Ra=0.1m,模具寿命达 30 万次以上。达到国际同类模 具产品的技术水平。 2 2、发展状况、发展状况 （1） 制造设备水平的提高促进模具制造技术的发展 先进的模具加工设备拓展了机械加工模具的范围，提高了加工精度，降低 了表面粗糙度，大大提高了生产效率。如：数控仿形铣床、加工中心、精密坐 标磨床、数控坐标磨床、数控电火花成形机、慢走丝线切割、精密电加工机床、 三坐标测量机、挤压研磨机、激光快速成形机等。 （2） 模具新材料的应用促进模具制造技术的发展 模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素，目前 我国模具寿命仅为发达国家的 1/5-1/3，而其中材料和热处理原因占 60以上。 随着新型优质模具钢的不断开发（如：65Nb、LD1、HM1、GR 等）以及热处理工 艺和表面强化处理工艺的进一步的完善和发展， （如：组织预处理、高淬低回、 低淬低回、低温快速退火等热处理工艺以及化学热处理、气相沉积、渗金属、 电火花强化等新工艺、新技术） 。都将极大地促进和提高模具制造技术的快速发 展。 （3）模具标准化程度的提高促进模具制造技术的发展 模具的标准化程度是模具技术发展的重要标志，目前我国的标准化程度约 占 30，而发达国家为 7080，标准化促进了模具的商 品化，商品化推动 了模具生产的专业化。从而提高模具制造质量，缩短制造周期，降低 制造成本， 也促进新材料、新技术的应用。 （4）模具现代设计和制造技术促进了模具制造技术的发展 CAD/CAM/CAE 技术的发展，使模具设计与制造向着数字化方向发展，尤其 在成形零件方面软件（如 UG、Pro/E）的广泛应用，实现了模具设计与制造的 一体化，极大的提高了模具制造技术和制造水平，也是未来模具制造技术的主 要发展方向。 3 3、发展趋势、发展趋势 社会快速发展，产品不断增多，更新换代加快，模具质量和生产周期尤为 重要，从而决定了模具制造技术的发展趋势： （1）粗加工向高速加工发展 （2） 成形表面的加工向精密、自动化方向发展 （3） 光整加工向自动化方向发展 （4）反向制造工程制模技术的发展 以三坐标测量机和快速成形技术为代表的反向制模技术是以复制为原理的 制造技术，是模具制造技术的又一重要发展方向，特别适用于多品种、小批量、 形状复杂的模具制造。 （5）模具 CAD/CAM/CAE 技术将有更快的发展 从模具结构设计模具工作状态的模拟自动加工程序的生成自 动化加工、自动检测。实现设计到制造的一体化是模具制造业发展的必然趋势。 4 4、模具制造工艺的内容、模具制造工艺的内容 制造工艺设计转化为产品的过程。 制造工艺的内容：研究制造的可能性和如何制造，如何以低成本、短周期 制造高精度、高质量、长寿命的模具。 模具制造的主要经济技术指标：成本、周期、质量。三个指标的最佳必须 从设计、制造和使用综合考虑： （1） 设计必须满足使用要求，同时制造的可行性； （2） 制造必须保证设计要求，同时制约设计，指导使用； （3） 使用应该了解设计与工艺，合理设计制品简化模具结构以便于制造。 影响制造的主要因素： 表面加工有难易：外与内；规则与异型；型孔与型腔。 精度 表面粗糙度和装饰 型孔和型腔的数量 热处理 5 5、模具生产和制造工艺的特点、模具生产和制造工艺的特点 模具是专用工艺装备，模具生产是单件或多品种生产，与一般机械产品生 产相比，有如下特点： （1） 单件、多品种：采用通用机床和通用工量具，减少专用二级工具， 工序相对应集中，简化管理减少周转，保证质量和进度。 （2）制造质量要求高：尺寸精度和形位公差一般0.01mm 左右， Ra0.8m （3） 形状复杂:工作零件多为二维或三维的复杂曲面(尤其是型腔)，加工 难度大。 （4）材料硬度高：淬火合金钢或硬质合金。 （5） 成套性生产。 （6）生产周期短：市场决定产品，更新换代快。 （7） 必须进行试模与修整: 模具设计的经验性较多，有些尺寸必须经过试模决定。还要考虑前后工序 模具的关系。 1.1.21.1.2 我国塑料模的现状我国塑料模的现状 1 1、模具业发展现状、模具业发展现状 模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和 市场竞争力的重要手段，已越来越受到各工业部门的重视。随着工业技术不断 向前发展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越 高，使用寿命越来越长。为了满足这些要求，国内外都在模具材料的研究和开 发上作了巨大的努力，也在这方面取得了不少成果。 目前世界上模具工业的年产值约为 680 亿美元。我国 2004 年模具产值为 530 亿元，模具出口 4.91 亿美元，同时还进口 18.13 亿美元。我国已成为世界 上净出口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精 密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外 先进国家相比，仍有很大差距，特别是模具寿命低的问题非常突出。如：国外 硅钢片冲模总使用寿命在 500 万次以上，而国内一般为 50 万-60 晚次，最高 150 万次。国内热锻模使用寿命 50 万次，国内只有 3-5 万次。国外热锻模使用 寿命 12000 次以上，国内一般为 3000-5000 次。影响模具寿命的因素较多，但 模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。 国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研制出许多高性能模具 钢，但大多数是上世纪 70-80 年代研制的，因种种原因，真正使用的量较少， 钢种也不多。每年使用量不足 1 万吨。故在生产上使用的仍然是老钢种为主， 如冷模用 CrWMn、Crl2、Crl2MoV 等，热模用 3CrW8V、6542 等，另外，由于模 具钢的改锻效果差、选材与热处理不当等原因，也造成模具的寿命低。现从塑 料模具钢方面，扼要分析国内模具钢的研究开发情况。 近年来，中国塑料模具发展速度相当快。目前，塑料模具在整个模具行业 中所占比重约为 30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材迅速发展， 预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速 度将快于其他模具。以汽车工业为例，随着汽车产销量高速增长，汽车模具潜 在市场十分巨大。据介绍，在生产汽车时，各种功能性零部件都要靠模具成型， 仅制造一款普通轿车约需 200 多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、 方向盘等所需的大中型塑料模具，从模具行业生产能力看，目前满足率仅约 50%。 在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋，预计 2010 年全国塑料 门窗和塑管普及率将达到 30%50%，塑料排水管市场占有率将超过 50%，都会 大大增加对模具的需求量。应该说，塑料模具的应用潜力是不可低估的。专家 预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎。 全国塑料加工业区域分布相类似，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居 前列， 浙 江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到 70。现在，这 3 个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织 模具产品的开发制造。 然而由于塑料零配件形状复杂、设计灵活，对模具材料、设计水平及加工 设备均有较高要求，并不是人人都可以轻易涉足的。专家认为，目前中国与国 外水平相比还存在较大差距，眼前需尽快突破制约模具产业发展的三大瓶颈： 一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度；二是塑模企业应向园区发展，加快 资源整合；三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上，否则塑料模具发 展将受到制约。 专家指出，面对国外先进技术与高质量制品的挑战，中国塑模企业不仅要 加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设 和产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水 准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。 1.1.31.1.3 塑料模具钢的开发概况塑料模具钢的开发概况 塑料模具钢是国内发展得较滞后，到目前为止仍未成完整系列的钢种。国 内常用的塑料模具钢仍然是含 0.4-0.6%碳的碳素结构钢，如 45 和 40Cr，另外 再以 TIOA、GCr15、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Cr12MoV 等作补充。二 十世纪九十年代以后，国内先后开发了十余种新型塑料模具钢。 预硬化型塑料模具钢 3Cr2Mo 是国内较早开发的塑料模具钢，与 AISIP20 相当，目前已在许多钢厂生产。在使用时，一般是先进行预硬处理，然后再进 行切削加工。该钢适用于制造大、中型精密塑料模具，如：电视机、洗衣机壳 体等塑料模具，并已获得较大量应用。另外，也可用于制造锌合金压铸模具。 除 3Cr2Mo 钢外，国内先后开发的 5CrNiMnMoVSCa（简称 5NiSCa）、 8Cr2MnWMoVS （简称 8Cr2）40CrMnVBSCa（简称 P20BSCa）、Y55CrNiMnMoV（代 号 SMI）等是易切削型预硬塑料模具钢，此类钢不仅适用于制造大、中型精密 注塑模具，还可用于制造精密冷作模具。 时效硬化型塑料模具钢 根据制造高精度、复杂塑料模具的需要，国内先后 开发了几种时效硬化型塑料模具钢，如 10Ni3MnCuAI（代号 PMS）、 25CrNi3MoAI、Y20CrNi3IMnMo（代号 SM2）、 06Ni6CrMoVTiA1（代号 06）等。 此类钢切削加工性能好，加工后再时效处理，由于时效温度低，时效过后模具 变形很小，所以适用于制造高精度、复杂的热塑性塑料模具。 10Ni3MnCuAI，代号 PMS，该钢具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度可 达 Ra0.05um，适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制品模具，如 光学仪器镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。 Y20CrNi3AIMnMo，代号 SM2，含 0.1左右的 S，切削加工性能得到了改善， 是一种易切削型时效塑料模具钢。 当较大批量地生产聚氯乙烯、氟化塑料、阻 燃塑料等塑料制品时，模具需要耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀，为此需在模 具表面镀铬或直接采用耐腐蚀钢。 国内开发的耐腐蚀塑料模具钢 OCr16Ni4Cu3Nb（代号 PCR）属于马氏体沉淀硬化不锈钢，该钢在含有氟、氯等 离子的腐蚀性介质中的耐蚀性明显优于 17-4PH（OCr17Ni4Cu4），适用于制造 含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。 3.4 非调质塑料模具钢 非 调质钢在锻、轧后即可达到预硬，不需再进行调质处理，为改善切削加工性能， 有些钢种还添加了适量的 P、S 和 Ca。国内对非调质塑料模具钢的开发较晚， 25CrMnVTiSCaRE （代号 FT）、2Cr2MnMoVS 和 2Mn12CrVCaS 即是近几年开发的 新钢种。锻、轧空冷后，FT 钢 100mm 圆钢的硬度可以达到 HRC30-35 1.1.41.1.4 塑料模发展趋势塑料模发展趋势 1 1、注塑模、注塑模 CADCAD 的实用化的实用化 随着人类社会的进步和高技术不断发展，世界各国对塑料模设计技术给予 了高度重视和关注，不惜投入重金进行研究和开发，塑料模 Mold-Flow 或 C- Flow 软件和塑料模 Mold-Cool 或 C-Cool 软件等已经商品化，注射模 CAD 正向 实用化阶段迈进。 我国政府对注射模 CAD 实用化进程亦十分重视。 “八五”期间投巨资进行研 究和开发，除建立“大型薄壁深腔注射模具制造技术” （广州塑料模具厂） 、 “多 型腔小模数齿轮精密模具制造技术”(青岛北极星集团)和“实用 CAD/CAM 技术 在精密注射模具中的应用”3 项国家重点企业开发项目外，还专门组织了“八 五”国家重点技术攻关项目“注射模 CAD/CAM/CAE 集成系统研究” ，该项目含八 个子课题复杂曲面几何造型图像软件研制；多轴数控加工变成软件研制； 注射用塑料性能数据库研制；流动仿真模拟分析软件研制；模温分析模 拟软件研制；模具应力应变计算分析软件研制；CAD/CAM/CAE 集成系统研 制；注射模具设计实用专家系统软件研制。 目前，美国 PSP 公司的 IMES 专家系统，能帮助模具设计人员用专家的知识 解决注射模的质量问题。德国 IKV 研究所的 CADMOULD 系统，可用于注射模的流 动、冷却分析、力学性能校核。澳大利亚 MOLDFLOW 公司的注射模 CAE 软件 MF，具有流动模拟、冷却分析、翘曲变形和应力分析功能。 2 2、挤塑模、挤塑模 CADCAD 的开发的开发 挤塑模设计与制造，发达国家已广泛地应用了 CAD/CAM 技术，尤其是 CAE 的应用，极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。我国向此发展，势在必行。 根据国家“八五”重点科技攻关项目“注射模 CAD/CAM/CAE 集成系统”开发中 的成功经验及技术实力，国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模 CAD/CAM/CAE 集成系统”课题，正在拟议与讨论之中。预计该课题将面临一下 难题： （1）挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。为此，必须强化 CAD 部分的三 维曲面造型功能。 （2）CAE 分析的结果显示问题。要求它是一个实用、开放的数据库系统， 但由于塑料熔体的弹性行为，迄今尚无行之有效的三维形变理论能予以准确描 述。为此，该部分必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作，是 一项艰巨、复杂、系统性很强的庞大工程。 （3）须建立 3 轴至 5 轴数控铣和 2 轴至 4 轴的线切割模块，为此，在 CAM 部分需开发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。 （4）在统计分析的基础上，确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在 CAD/CAM 方面的共同点与不同点，从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能， 增加哪些适用于挤塑模加工的功能。 3 3、压缩模、压缩模 CADCAD 探索探索 压缩模及传递模是历史悠久、正在工业上发挥了重要作用的一类塑料模具， 一些发达国家，如加拿大、美国等已在在这方面作了大量研究和探索工作，预 计不久将会有压缩模 CAD 实用软件问世，我国已在这方面做研究和探索工作。 4 4、塑料模专用材料研究和开发、塑料模专用材料研究和开发 在“八五”期间，国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪 钢铁厂等单位，研究和开发塑料模专用系列钢。无疑，这一开发与研究工作， 必将继续扩大和完善。大致可分为以下五类： （1）基本型。如 55 钢，使用硬度小于 20HRC，切削加工性能好，但模具 表面粗糙度差，使用寿命短，但已被预硬钢所代替 （2）预硬化型。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢， 淬透性高，加工性能好，调质后的使用硬度为 2535HRC,属最大的通用型塑料 模具钢，如美国的 P20 钢 （3）时效硬化型这类钢是在中、低碳钢中加入 Ni、Cr、Al、Cu、Ti 等 合金元素，耐磨性和腐蚀性优于预硬钢，经过时效处理后，硬度可高达 4050HRC这类钢的典型牌号，如美国的 P21、日本的 NAK55 等，多用于复杂、 精密塑料模具，或大批量生产的长寿命模具。 （4）热处理硬化型。这类塑料模具钢如美国的 D2、日本的 PD613、PD555 等，模具表面能达很高的镜面，并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具， 精加工后进行淬火、回火处理，使用硬度可达 5060HRC。 （5）马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、 高韧性、超镜面的高级塑料模，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。这类 钢如美国的 PS、日本的 HAP 和 ASP 钢，均是采用粉末冶金法制造的模具钢。 5 5、工程数控化、工程数控化 机械技术与电子技术的密切结合，日益更多地采用了数控数显、计算机程 序控制的加工方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在质量上、效率上产 生一个新的飞跃激光成形技术在塑料模型腔加工中已获得巨大的成功。汕头 大学模具中心的抄数系统，属当今国内最先进的塑料模具加工设备。 6 6、塑件功能设计、塑件功能设计 不同塑件其使用功能不同。塑件可单独使用，也可与其它零件组合起来使 用，不论是何种情况，塑件在形状、尺寸、表面质量、物力机械性能等方面， 均有一定的指标要求，因此，塑件设计者必须根据塑件的使用功能、使用环境、 受力状况、使用特点等，正确选择塑料材料，设计其几何结构，确定其几何尺 寸与精度及各种性能指标要求，力求设计出价廉物美、坚固耐用、令人喜爱的 塑件来。 塑件的基本结构有工艺结构、功能结构及造型结构三部分组成。其中功能 机构设计是核心，工艺结构和造型结构设计是在满足功能结构设计基础上进行 的设计。在设计塑件时应当把这三种结构的设计有机地结合起来，已达到较好 的设计效果。 1.1.51.1.5 塑料成型模具的分类塑料成型模具的分类 不相同的塑料成型方法，要求使用不同原理和结构特点的成型模具。按成 型加工方法的不同，塑料成型模具分为以下几类： （1）注塑成型模具：塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，然后在注塑 机螺杆或活塞的推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，最后在型腔 中硬化定型，这就是注射成型的简单过程，而注塑成型所用的模具就叫注塑成 型模具。注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，不过近年来亦越来越多用 于热固性塑料的成型。注塑成型在塑料制品的成型中占有极大的比例，因而塑 料成型模具的生产中约有一大半都是注塑模具。 （2）挤出成型模具：又叫作机头。让处于粘流状态的塑料在高温高压下通 过具有特定截面形状的口模，然后在较低温度下冷却定型，用来生产具有所需 截面形状的连续型材的成型方法叫挤出成型，而用于塑料挤出成型的模具就叫 挤出成型模具。 （3）中空制品吹塑成型模具：把挤出或注塑出来的尚处于塑化状态的管状 坯料，趁热放入模具成型腔内，立即在坯料中心通入压缩空气，使管坯膨胀并 紧贴在模具型腔壁上，冷却硬化后就成了中空制品。这种成型方法所用的模具 就是中空制品吹塑成型模具。 （4）真空或压缩空气成型模具：这是一个单独的阴模或阳模。将预先制成 的塑料片材四周紧压在模具周边上，加热使其软化，然后在紧靠模具的一面抽 真空，或在反面充压缩空气，让塑料片材紧贴在模具上；冷却定型后就得到了 制品。这种成型方法的模具受力较小，要求不高，甚至可以用非金属材料制作。 （5）压制成型模具：简称压模。将塑料原料直接加入敞开的模具型腔中， 再将模具闭合，塑料在热与压力的作用下成为流动状态并充满型腔；然后由于 化学或物理变化使塑料硬化定型，这种方法就叫压制成型，而所用的模具叫作 压制成型模具。这种模具大多用于热固性塑料的成型加工，也有用于热塑性塑 料的。另外还有不加热的冷压成型压制模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。 （6）压铸成型模具：又称传递成型模具。将塑料原料加入预热的加料室， 然后向压柱施加压力，塑料在高温高压下熔融，并通过模具的浇注系统进入型 腔，逐渐硬化成型，这种成型方法叫作压铸成型，所用的模具叫压铸成型模具。 这种模具多用于热固性塑料的成型。 除此之外，还有泡沫塑料成型模具、玻纤增强塑料低压成型模具等等。 1.21.2 塑件的结构设计塑件的结构设计 1.2.11.2.1 功能结构功能结构设计设计 塑件设计的核心问题，是要保证其使用功能要求。在充分分析塑件使用功 能的基础上确定塑件的整体结构、各组成部分几何形状、尺寸、材质和外观要 求及强度等。塑件的结构，应在满足其功能要求的前提下，力求简单、可靠。 因为简单的塑件结构容易满足其功能要求，达到经济、适用、安全的目的。 在设计塑件时，应当了解它是单独使用，还是与其它零件组合起来使用， 在使用过程中它的主要功能和辅助功能是什么。如果它是与其它零件组合起来 使用，那么它的哪些部分、结构形状、尺寸受其它零件制约、不可变动，哪些 部分可通过直观判断、试验后加以修正。 1.2.21.2.2 工艺结构工艺结构设计设计 要想获得合格的塑料制件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件 的结构工艺性。只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具 结构，达到提高生产率和降低成本的目的。 在塑件功能结构设计的基础上，为实现加工制造的可能性和简捷性，必须 进行工艺结构设计。因此，在设计塑件时，要选择合适的材料，以保证在使用 过程中的可靠性及加工过程中的可行性，用以确定成型方法及成型工艺对塑件 提出的工艺结构要求。 塑件工艺结构设计的主要内容如下：塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度， 内外表面结合处，加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设 计成圆角。塑件壁厚要均匀，加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计 要保证其强度，利于其成型和脱模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求，与塑 件连接牢固性要求，成型时便与在模具中装固，成型后容易从模具中脱出。塑 件表面的花纹、图案、文字、符号等的设计要考虑成型与脱模、使用中的损伤、 模具加工等问题。此外处于塑件外形轮廓最大部分得分型线痕迹，不影响其工 作特性及表观质量。 因此在塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能，又要熟悉材 料的性能特点，成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计，才能保证塑 件顺利成型、脱模，确保塑件质量，避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、 银纹、等一系列成型缺陷，增强塑件的使用中的可靠性及持久性。 1.2.31.2.3 造型结构造型结构设计设计 塑件造型设计是指按照美的法则，如对比与调合、概括与简单、对称与平 衡，安定与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、 色彩及其相互的结合进行设计，通过视觉给人以美的感觉。工业制品的结构设 计，是一门技术与艺术相结合的多元交叉科学。 塑件制品种类繁多，外形也千奇百怪。对于这些制品，都要通过外部造型 设计加以装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下，总是喜欢购置外形 美观的制品，因为外形设计独特的制品更容易吸引观众的眼球。 对于单独使用的塑件或壳体制品，一定要认真的进行造型设计，以满足其 使用机能要求，是现代制品设计的根本目的，满足人的心理需要是制品使用功 能设计的根本依据。 “实用、经济、美观”是制品造型设计的基本原则。使人们 在使用塑件时有一种美的享受，同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安 全、可靠、舒适。 小结 ： 本章主要介绍了塑料注射模的现状和发展趋势。塑料的工艺特性和成形特 点等，还介绍了模具生产制造的特点和模具的功能结构、工艺结构、造型结构 的一些情况。 2 2 章章 塑件的结构分析与成型工艺设计塑件的结构分析与成型工艺设计 2.12.1 塑件的结构分析塑件的结构分析 2.1.12.1.1 塑件的外型分析塑件的外型分析 塑件如图 2.1 所示. 图 2.1 塑件图 塑件是气压瓶盖的主视图。塑件侧边有通孔，因此要选用侧向抽芯的模具 结构。因为有侧向抽芯，所以最合适的结构就是采用一模一件的结构来设计。 从结构看，该塑件可用于热水壶气压瓶盖等。 2.1.22.1.2 塑件材料塑件材料(ABS)(ABS)分析分析 选材在设计过程中是个关键步骤，对于指定部件的选材，最主要的是考虑 部件的功能和决定部件功能的有关材料性能，同时还要考虑诸如部件的特点和 禁忌、使用时的外界条件、临界条件、使用寿命和使用方式、维修方法、制品 尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、生产数量、生产速度、成本、原料来源和经 济效益等等。这些因素包括两方面，一方面是使用环境介质和环境条件，如构 件承受的负荷和自重，冲击和振动等机械作用的影响；接触的气体、液体、固 体及化学药品；曝露的大气环境 (气温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气 体等)的影响；贮存环境条件和长期贮存的的影响；此外，除静态破坏影响外， 还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩等引起的变形、应力松弛以及反复应变而 引起的疲劳，高应变率引起的力学性能变化等等。另一方面是搬运、勤务处理 或操作时，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑 这些因素才能明确所要求的综合性能。 该塑料制品选用 ABS 塑料成型，ABS 是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体 的三元共聚物，ABS 具有较高的强度、硬度、耐热性及耐化学腐蚀性；具有弹 性和较高的冲击强度；它具有优良的介电性能及成型加工性能等综合性的优良 性能，且价格便宜，原料易得。综上所述，所以选用 ABS 材料。 2.1.32.1.3 ABSABS 的性能和成型特点的性能和成型特点 1 1、 ABSABS 的基本特性的基本特性 ABS 是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯 3 种单体合成的。每种单体都具有不同 性能：丙烯腈有高强度、热稳定性及化学稳定性，使 ABS 有良好的耐化学腐蚀 性及表面硬度；丁二烯具有坚韧性、抗冲击特性，使 ABS 坚韧；苯乙烯具有易 加工、高光洁度、高强度，使 ABS 有良好的加工和染色性能。 ABS 无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击 强度，且在低温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对 ABS 几乎无影响， 在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，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 表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会 引起应力开裂。ABS 有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。经过调色可 配成任何颜色。其缺点是耐热性不高， 性能：综合性能较好，冲击韧度、力学性能较高，尺寸稳定而化学性、电 气性能良好；易于成形和机械加工，与此相反 372 有机玻璃的熔接性良好，可 作双色成形塑件，且表面可镀铬。 用途：适于制作一般机械零件、减摩耐摩零件、传动零件以及化工、电器、 仪表等零件。 2 2、 成形特性成形特性 1）无定形塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也有差异，应 按品种确定成形方法及成形条件。 2） 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。 3） 流动性中等，溢边料 0.04mm 左右（流动性比聚苯乙烯、AS 差，但比 聚碳酸脂,聚氯乙烯好） 。 4） 比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗 冲击型树脂，料温更宜取高） 。料温对物性影响较大，料温过高易分解（分解温 度为 250左右，比聚苯乙烯易分解） ，对要求精度较高塑件，模温宜取 5060，要求光泽及耐热型料宜取 6080。注射压力应比聚苯乙烯高， 一般用柱塞式注射机时料温为 180230，注射压力为 100140MPa，螺杆 式注射机则取 160230，70100MPa 为宜。 5） 模具设计时要注意浇注系统，分流道及浇口截面要大，选择好进料口 位置、形式，推出力过大机械加工时塑料件表面呈现“白色”痕迹（但热水中 预热可消失） ，在成型时的脱模斜度2，收缩率取0.5。 ABS 的成型条件，见表 2.2 说明：该成形条件为加工通用级 ABS 料时所用，苯乙烯-丙烯腈共物（即 AS）成形条件与上相似。 表表 2.2 ABSABS 的成型条件的成型条件 注射成型机类型螺杆式 密度（ ）1.031.07 计算收缩率0.30.8 温度()8085 预热 时间(s)23 后段()150170 中段()165180 料筒温度 前段()180200 喷嘴温度()170180 模具温度 1()5080 注射压力(MPa)60100 注射时间(s)2090 高压时间(s)05 冷却时间(s)20120 成型时间 总周期(s)50220 螺杆转速（r/min）30 适用注射机类型螺杆式、柱塞式均可 方法红外线灯、烘箱 温度（）70后处理 时间（h）24 3 3、主要用途、主要用途 ABS 虽未列入五大通用塑料(因为 HDT=80 左右,未大于 100)，但是它的使 用量远远超过五大类通用工程塑料中任何一种。1998 年全世界的消费量已达到 342.7 万吨，1998 年我国的消费量达到 114 万吨，占全球总消费量的 33%，所 以一般把 ABS 称作亚工程塑料。 一、ABS 的应用领域 由于 ABS 具有综合 的良好性能以及良好的成型加工性，所以在广泛的应用领域中都有它的足迹， 择要介绍下： 1、汽车工业 汽车工业中有众多零件是用 ABS 或 ABS 合金制造的，如上海的桑塔纳轿车， 每辆车用 ABS11kg,占汽车中所用塑料位列第三。在其它车辆中，ABS 的使用量 也颇惊人。2000 年我国就汽车用 ABS 的量就达到 3.5 万吨，预测到 2010 年， 此值将达到 6 万吨，轿车中主要零部件使用 ABS 的就有仪表板用 PC/ABS 作骨架， 表面再复以 PVC/ABS 制成的薄膜。此外，车内装饰件大量使用了 ABS，如手套 箱、杂物箱总成是用耐热 ABS 制成，门槛上下饰件、水箱面罩用 ABS 制成，尚 有其它零件也是使用 ABS 制作。 2、办公室机器 办公室设备机器需要有漂亮的外观，有良好的手感，如电话机外壳、存储 器外壳以及计算机、传真机、复印机中都大量使用了 ABS 制作的零件。 3、家用电器 由于 ABS 有高的光泽和易成型性，塑后低的收缩率，所以在家电和小家电 中更有着广泛着的市场，如电视机，有些厂家大屏幕电视机的前后壳体使用阻 燃 ABS 制成，家用传真机、音响、VCD 中也大量使用，电风扇、空调、冷气机、 吸尘器中也使用了很多 ABS 制作的零件，厨房用具也大量使用了 ABS 制作的零 件。 4、玩具 许多漂亮的玩具、组合式的智力开发玩具也可使用 ABS 来制作，此外通讯、 广播事业中也有 ABS 的市场。 2.1.42.1.4 确定塑件收缩率确定塑件收缩率 模具型腔和型芯的加工尺寸除了计算基本尺寸之外，还有一个加工公差的 问题。按照惯例，模具的加工公差为塑件公差的 1/3。但由于塑料收缩率范围和 稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。即由 收缩率范围较大或收缩率稳定较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否 则就可能出现大量尺寸超差的废品。 由于该制件制件精度要求不高，故考虑成型收缩率为塑料的平均收缩率 0.5。 2.1.52.1.5 壁厚的确定壁厚的确定 塑件壁厚对成型工艺的影响很大。合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑 件的壁厚首先决定于塑件的使用要求，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复 杂塑件难以充满型腔。塑件壁厚的最小尺寸应满足以下几方面要求：具有足够 的强度和刚度;脱模时能经受推出机构的推出力而不变形；能承受装配时的紧固 力。壁厚过大，不但造成原料的浪费，对热塑性塑料则增加了冷却时间，降低 了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。由于 同一塑料零件的壁厚应尽可能一致，设计要求给出圆盒外壳和槽的壁厚为 2.5mm，查表得属于范围内可取。 2.1.62.1.6 塑件的脱模斜度塑件的脱模斜度 为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，设计时应考虑塑件 的内外壁具有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑料性能、收缩率的大小、塑 件的几何形状有关。 塑件冷却时的收缩会使它包紧住模具的型芯或型腔中的凸起部分，因此， 为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设 计时，必须使塑件内外表面留有足够的脱模斜度，在模具上即称为脱模斜度。 脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。查表得到 ABS 所需的脱模 斜度为一般塑件外表面 40120,塑件内表面 301，因此取型芯和型 腔的脱模斜度均为 1 2.1.72.1.7 圆角的设计圆角的设计 在塑件的设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的 流动情况和便于脱模，在塑件各内外表面的转角连接处，均应采用圆弧过渡。 此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致应力集中而开裂。塑件无特殊要求 时,各连接处均应有半径不小于 0.51mm 的圆角，一般外圆弧半径 R1 均为壁厚 t 的 1.5 倍。故外圆角为半径设为 5mm，内圆角半径为 3mm。 2.1.82.1.8 侧向活动镶件设计侧向活动镶件设计 塑件侧向有斜通嘴，本身塑件壁有向外的倾斜角度，按塑件上下脱模不行， 所以采用带侧柱和斜抽芯滑块固定在一起的两个半圆环活动镶件，并用斜销来 完成镶件的推出和复合运动。 采用活动镶件结构形式的模具，其优点不仅省去了斜导柱、滑块等复杂结 构的设计与制造，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本，更主要的是 在某些无法安排斜滑块等结构的场合，便可采用活动镶件形式。活动镶件在模 具中应有可靠的定位，与塑件还应牢固的连接，它与安装孔之间一般有 35mmH8/f8 配合，然后在下部制出 35的斜度。另外为了使活动镶件在 没有完全到位而发生事故时减少对型腔的损坏，活动镶件的硬度应略低于型腔 的硬度。 2.1.92.1.9 孔的设计孔的设计 在设计塑件中孔的位置时，应不致影响到塑件的强度，并应尽量不增加模 具制造的复杂性。此塑件上侧壁上有两个通孔，所以采用带锥度的圆柱成型。 2.22.2 注射模设计与成形工艺 2.2.12.2.1 注射模简介注射模简介 塑料注射成形所用的模具称为注射成形模具，简称注射模。塑料的注射成 形过程是借助于注射机内的螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定得 压力和速率注射到闭合的模具型腔内，经冷却、固化。定型后开模而获得制品。 2.2.22.2.2 注射模组成注射模组成 注射模由动模和定模两部分组成。动模安装在注射机的移动工作台上，定 模安装在注射机的固定工作台面上。动模和定模闭合后已塑化的塑料通过浇注 系统注入到模具型腔中冷却、固化和定型。通常要求注射模分开后，制品滞留 在动模一侧，由设置在动模内的脱模机构将制品从模内推出。 （1） 成形零部件：指构成模具型腔、直接与塑料熔体相接触并成形制品 的模具零件或部件。 （2） 浇注系统 （3） 导向和定位机构 （4） 脱模机构 （5） 侧向分型抽芯机构 （6） 温度调节系统 （7） 排气系统 2.32.3 注射成形工艺 包括成形前的准备、注射过程和制品的后处理。 2.3.12.3.1 注射成形前的准备注射成形前的准备 1 1、原料的检验和预处理、原料的检验和预处理 在成型前应对原料进行外观和工艺性能检验，包括色泽、粒度及均匀性、 流动性、热稳定性、收缩性、水分含量。必要时应对塑料的工艺性能进行测试。 ABS 吸水性强，必须要进行干燥处理。 2 2、嵌件的预热、嵌件的预热 成型前对金属嵌件预热也是一种有效的措施。嵌件的预热应根据塑料的性 能和嵌件的大小而定。斜销滑块算是比较大的嵌件，所以要进行预热，预热的 温度可达 150C.以减小塑料熔体与金属嵌件之间的温度差。 3 3、料筒的清洗或拆换、料筒的清洗或拆换 在注射成型前，如果注射机料筒中残存的塑料不同或颜色不一致时，一般 要进行清洗。对于螺杆式注射机通常使用直接换料清洗，通过连续对空注射， 直至排尽同内残料；常用的清洗剂有硬脂酸锌、硅油、蓖麻油等。 4 4、脱模剂的选用、脱模剂的选用 为了使制品容易从模具内脱出，还需要对某些模具的型腔喷涂脱模剂。常 用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。本例脱模剂选用液体石蜡脱模剂。 2.3.22.3.2 注射过程注射过程 注射的过程包括：加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模。但就塑料注射 成型中的实质变化来说，是塑料的塑化和熔体充满型腔与冷却定型两大过程。 1 1、加料、加料 加料是指塑料原料由注射机料斗落入到料筒内的过程。在一定时间内定量 将塑料加入到料筒中，以保证操作稳定塑料塑化均匀，最终获得良好的塑性。 若加料过多，受热时间过长容易引起物料的热降解，同时注射机的损耗功率增 多；若加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压力降低，难于补缩， 塑件容易产生收缩，凹陷及机械强度降低等缺陷。 2 2、塑料的塑化、塑料的塑化 塑化指塑料在料筒内加热，由固体粉料或粒料转换成粘流态，并使其具有 良好可塑性的均匀熔化过程。塑化进行得如何关系到塑料制品得产品质量。对