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制作压电陶瓷/聚合物复合注塑莱斯利J. Bowen和肯尼思W.法国,材料Systems公司53 Hillcrest路,康科德,硕士01742摘要 在材料研究实验室,宾州州立大学研究已经证明改进水听器表现的潜力使用压电的制陶艺术/聚合物合成物. 为这些合成物,材料系统有成本效益的制造业技术正追求一制陶艺术的制造接近注射模塑. 本文简要概述主要特征的陶瓷注塑成型工艺, 接着介绍的方式和方法可以被用来制造压电陶瓷/聚合物复合材料. 性能和应用注塑压电陶瓷与常规加工材料.简介压电的制陶艺术/聚合物合成物给予关于单相陶瓷和聚合物阶段制陶艺术压电的材料在遥感和实际应用两方面设计多技能和表现优势。这些合成物已经在以及发展的海军应用高分辨医学超声中找出使用. 在过去13年对许多实验室进行了已建成组合配置和评价. 全球最成功的组合,指定1-3复合冈维尔的五线谱l 有一个连在尺寸上陶瓷相(压电纤维)控制在一个三维连通有机高分子阶段. 水听器人物优异这种复合材料可取得超过一万倍以上的固体压电陶瓷 由适当选择的阶段性特征和复合结构在宾夕法尼亚州立复合材料l进行手工调挤压压电陶瓷棒在跳汰及封装 环氧树脂,然后切片到适当的厚度和极化的陶瓷. 除了展现优越的技术性能,这种材料, 在宾夕法尼亚州工作的突出困难,编造1-3复合材料的大规模 甚至为原型的目的. 这些措施包括:1） 把许多的许多PZT纤维排成一排在包装期间经过聚合物和支撑要求.2） 2)在滑行期间电介质故障,起源于遭遇在一典型大阵列.中一根或更多有缺陷纤维的重要可能性的高发生.过去五年已做了一些尝试,以简化装配过程1-3传感器与 有意提高制造业的可行性,并降低材料成本. 早期从事固体切丁块压电陶瓷成为理想的配置和回填土的空间内的一种高分子 相. 这项技术已广泛接受了超声医学业生产高频传感器2. 最近, 纤维材料股份有限公司已证明适用其织造工艺纤维复合材料向大会压电陶瓷复合材料 3. 另勘探技术涉及复制的多孔面料有适当的连通4.为极其好刻度合成物,纤维,大约25到100 pn和超过五一个尺寸与另一个尺寸之比有直径需要来遭遇装置表现目标. 因此,这些困难被附加挑战用形成没有缺点和处理在大数量中极其好纤维构成了. 最近,研究人员在西门子公司已表明很细尺度复合材料可以产生一个逃犯模具技术. 但是,这种方法需要制作一个新的模具,每部分5.本文描述了一种新方法,压电复合材料的制备,即:陶瓷注射成型. 陶瓷注射成型技术是一种有成本效益的制备方法双方海军的压电陶瓷/聚合物复合材料的制备超细 规模压电复合材料,例如那些需要高频医用超声和无损评价. 注塑成型过程中,克服困难,装配为主的陶瓷纤维复合成换用网状预成型品陶瓷纤维 阵列. 除了这方面的优势, 这一进程使得有可能建造复合传感器具有更复杂的陶瓷元件几何比原先设想 导致更大的灵活性,设计为改进的声阻抗匹配和横向模式取消加工工艺注塑广泛应用于塑料业作为一种手段,快速大量生产,形状复杂,在 成本低. 应用陶瓷一直最成功的小型截面形状,例如: 螺纹指南,及大型复杂形状不需要烧结密度高,如涡轮叶片铸造刀片. 最近,这一进程已展开调查,作为生产工艺热发动机涡轮部件6,7图1:注射模塑过程路线.注塑成型用于PZT成型见图1. 注的热点热塑性混合陶瓷粉及有机结合成一个冷却结晶 复杂的形状,可以形成与方便与快捷通常与塑料成型. 防范措施,如硬面临的金属接触面,这些都是重要的,以尽量减少金属污染的加剧和成型机器. 陶瓷的粘结剂必须拆除非破坏性地,使成为必要高固体量,严格控制粘结剂,拆除过程中, 和正确装夹. 一旦粘结剂是拆掉,随后射击 极化和环氧包封过程类似于常规pzti聚合物复合1. 因此,过程具有以下优点替代加工路线:复杂 近净形能力处理许多纤维同时发生; 快速吞吐量(通常每秒); 兼容性与统计过程控制; 低的材料浪费; 灵活应变传感器设计(允许变化压电元件间距和形状); 成本低,在中度到高度卷. 总的来说,由于高的初始成本,工装, 陶瓷注射成型是最好的应用复杂形状零件需要低成本高产量制造和评价采取这种办法,编造1-3压电复合载在图2a, 它说明了压电陶瓷预制棒的概念,光纤定位是实现以共同塑造积分陶瓷基地. 聚合物后封装在陶瓷拆除磨. 除了处理许多纤维 这预制棒做法使广大纬度在选择压电陶瓷元件几何形状的综合性能优化. 工具的设计是成功的重要注塑压电陶瓷复合材料. 办法列于图2b用途形工具刀片允许改变部分设计,又不过分更换工具成本. 图2c显示了个体预制棒配置,能够形成较大的阵列图2:预制棒的方法综合加工.在实践中, 材料成型参数必须优化整合注塑模具设计实现完整的预制弹射后 成型. 关键参数,包括:压电/粘合剂比,压电元件直径和锥形,基地PZT的厚度,刀具表面光洁度, 而塑造的一部分弹射机制设计. 为了评价这些工艺参数,又不过分工具成本 工具设计,仅有两排19PZT的每一分子已经通过实验目的. 每一行包含有三个 (0,1和2度)和两个直径(0.5lmm). 容纳成型收缩, 大小坯维持在5ox50mm以尽量剪过的最外层纤维在 冷却部分的成型周期.图3:注射塑造1-3混合成的预成型品.图3显示绿色陶瓷预制装配使用此工具配置. 看到所有的PZT分子赶出完好无损后成型,包括具有无纵一端渐渐变细变尖方便弹射. 慢热空气已被认为是一种合适的方法有机结合搬迁. 最后,烧出预制棒烧结在气氛97-98%的理论密度. 没有遇到任何问题与控制体重烧结过程中,这些组合坯 即使是这些优秀的尺度,比表面积高预制棒是为高频超声波.图4:扫描电子显微镜对所塑造(上)以及烧结(下)面压电纤维.图4说明了表面为成型和烧结纤维 显示驻留浅褶皱系大约宽十所特征的注塑成型过程. 纤维呈现轻微开槽沿其长度,由于喷出的工具. 图5显示的能力近净成型模具制作非常精细规模预制棒; 压电元件尺寸只有30pm性已经显现. 等离子烧结面这些元素显示了压电陶瓷微观结构致密,均匀.为了展示裁员的办法,为复合材料, 复合材料约10体积%了PZT-5H纤维和spurrs环氧树脂材料环氧灌封奠定了对 注塑成型及烧结纤维整齐之后磨走了压电陶瓷股票用来塑造复合预制棒. f 5-26显示复合材料制成的鲜混合pzt/粘合剂混合物和重用材料. 循环中的复杂化,并塑造材料似乎是完全可行的,结果大大提高材料的利用率图5:细2-2级复合材料组成的近余量成形(上显微照片). 由于烧结面(下显微照片).为了展示裁员的办法,为复合材料, 复合材料约10体积%了PZT-5H纤维和环氧树脂材料环氧灌封奠定了对 注塑成型及烧结纤维整齐之后磨走了压电陶瓷股票用来塑造复合预制棒. f 5-26显示复合材料制成的混合pzt/粘合剂混合物和重用材料. 循环中的复杂化,并塑造材料似乎是完全可行的,结果大大提高材料的利用率.表1比较了压电及介电性能的注塑压电陶瓷标本所报道的压了PZT-5H 样品制备的粉末的厂商. 当烧结条件,适合了PZT-5H制定,压电和介电性能比较两种材料. PZT-5H制定预计将特别敏感铁污染的注塑设备, 言下之意,这些测量是这种污染是微不足道,在这注塑压电材料.概要陶瓷注射成型技术已被证明是一种可行的工艺制备两种压电陶瓷和压电陶瓷/聚合物换能器. 电气性能注塑压电陶瓷媲美备传统的粉末紧迫, 但没有证据的有害影响来自金属污染引起的接触套汇和成型设备. 用陶瓷注塑造复合坯 然后打下了预制棒,形成较大复合阵列.结束语这项工作是由办事处的海军研究的指导下,斯蒂芬e.newfield. 作者要感谢洪女士范用于技术援助, 而威博士shrout的材料研究实验室,西恩. 州立大学电气测量.参考文献l R. E. Newnham et al, 复合材料压电换材料工程卷, 2,pp. 93-106,1980年12月.2 C. Nakaya et al, IEEE Ultrasonics Symposium Proc., Oct. 16-18, 1985, p 6343 S. D. Darrah,大面积压电复合材料,proc. 该adpa会议上活跃的材料和结构,弗吉尼亚州亚历山,11月4日至8日,1991年版. g.knowles物理研究所出版,pp139-142.4A. Safari and D. J. Waller,细尺度压电纤维/高分子复合材料 会上adpa会议上活跃的材料和结构,弗吉尼亚州亚历山,11月4日至8日,1991年.5 U. Bast, D. Cramer and A. Wolff, A New Technique for the Production of Piezoelectric Composites with 1-3 Connectivity, Proc. of the 7th CIMTEC, Montecatini, Italy, June 24-30, 1990, Ed. P. Vincenzini, Elsevier, pp 2005-201 5.6 G. Bandyopadhyay and K. W. French,Fabrication of Near-net Shape Silicon Nitride Parts for Engine Application, J. Eng. for Gas Turbines And Power,7J. Greim et al, Injection Molded Sintered Turbocharger Rotors, Proc. 3rd. Int. Symp. on Ceramic Materials and Components for Heat Engines, Las Vegas, Nev., pp. 1365-1375, Amer. Cer. Soc. 1989/ J. BowenW.,Systems53 Hillcrest,01742 ,/. ,. , /. . /. 13. ,1-3l (). l ,. , ,1-3 . : PZT侭. 2),. ,1-3 ,. . 2. , 3. 漰4. ,25100 pn. ,. ,. ,5. ,縴,:. / 縴,. , . , ,迹 , . ,: ,. ,6,7 1:. PZT1. ,. ,. , . , pzti1. ,: ; (); ; ; (仯); ,. , ,1-3縴2a, ,. . . . 2b,. 2c, 2:. , . ,:/,PZT, . , ,19PZT. (0,12)(0.5lmm). , 5ox50mm . 3:1-3. 3. PZT,. . ,97-98%. , ,. 4:()(). 4 . ,. 5; 30pm. ,. İ, 10%PZT-5H“spurrs . f 5-26pzt/. , 5:2-2(). (). İ, 10%PZT-5H“ . f 5-26pzt/. ,. 1缰PZT-5H . ,PZT-5H,. PZT-5H豸, ,. /. , 豸. ,. ,e.newfield. , shrout,. . l R. E. Newnham et al, “绻“, 2,pp. 93-106,198012. 2 C. Nakaya et al, IEEE Ultrasonics Symposium Proc., Oct. 16-18, 1985, p 634 3 S. D. Darrah,“縴“,proc. adpa,1148,1991. g.knowles,pp139-142. 4A. Safari and D. J. Waller,“/ “adpa,1148,1991. 5 U. Bast, D. Cramer and A. Wolff, “A New Technique for the Production of Piezoelectric Composites with 1-3 Connectivity,“ Proc. of the 7th CIMTEC, Montecatini, Italy, June 24-30, 1990, Ed. P. Vincenzini, Elsevier, pp 2005-201 5. 6 G. Bandyopadhyay and K. W. French,“Fabrication of Near-net Shape Silicon Nitride Parts for Engine Application,“ J. Eng. for Gas Turbines And Power, 7J. Greim et al, “Injection Molded Sintered Turbocharger Rotors,“ Proc. 3rd. Int. Symp. on Ceramic Materials and Components for Heat Engines, Las Vegas, Nev., pp. 1365-1375, Amer. Cer. Soc. 1989 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第页毕业设计（论文）任务书班 级 机电2班 学生姓名 庄 勇 学 号 20030346 发题日期： 2007 年 3 月25 日 完成日期： 6 月23 日题 目 通用手机电池充电器外壳注塑模设计及编程 1、本论文的目的、意义意义模具设计工件是需要非常专业的知识和多年的经验才能胜任的。随着我国机械行业的飞速发展，模具设计工程师越来越短缺。已经严重制约了模具行业的健康发展。在广东、浙江、上海、江苏等地找到五年以上设计经验的模具工程非常困难，而刚刚毕业的模具专业的学生又远远不能满足企业的需要。通过本次毕业设计实践， 采用CAD/CAM(MasterCAM、UG、Per/E)技术可以使设计者从繁沉计算和绘图工件中得到解脱。采用人机结合，各尽所长，充分发挥其人的创造思维能力，控制设计过程，使模具设计趋于合理化。而计算机则发挥其计算分折和储存信息的能力。两者结合，发挥各自的优势，有利于获得最优的设计成果，缩短开发周期。采用CAE技术，可以实现在计算机上“试模”，即对整个注射过程进行仿真分折;抱括“填充、保压、冷却、纤维取向，结构应力和收缩，以及整个塑料封装成型和热固性塑料流动分折”预测未来产品可能纤维出现的缺陷，对存在的问题在设计阶段予以解决，直至提出最优的设计参数，使一次试模成为可能;实现并行工程，从而可以加快产品的开发进程，降低试模成本，提高生产效率。 2、学生应完成的任务 1、塑件制品分折;2、注塑机的确定 ;3、 模具设计的有关计算; 4、模具结构设计 ;5、注塑机的参数校核; 6、模具凹凸模零件加工艺 ;7 、后置处理及计算机编程;8、后附翻译和实习报告 3、论文各部分内容及时间分配：（共 12 周）第一部分 注塑模具设计资料收集 (1 周) 第二部分塑件制品分折、注塑机的确定 ( 1周) 第三部分模具设计的有关计算 (3 周)第四部分 模具结构设计 ( 4周) 第五部分模具凹凸模零件加工艺、后置处理及计算机编程 ( 2周)评阅及答辩 ( 1周)备 注 参考文献：洪慎章塑料成型及模具设计机械工业出版社，2006年;唐海翔UG NX2注塑模具设计清华大学出版社，2005年 模具结构设计 模具设计与制造技术教育丛书编委会编 机械工业出版社 20005年 注塑模设计与制造实战 宋满仓 黄银国 机械工业出版社 2005年 指导教师：张敬 2007 年 4 月 10 日审 批 人： 年 月 日 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第1页摘 要摘 要分析了手机充电器外壳的工艺特点，介绍了手机充电器外壳上盖注射模结构及模具的工作过程。重点介绍了手机充电器外壳注射模结构的设计方法。分析和阐述了模具型芯零件及各标准件的选材、热处理工艺，手机充电器外壳的塑件的结构要素，塑件的尺寸公差和精度的选择，塑件的体积和质量的计算方法以及注射机的选择和校核。此手机充电器外壳注射模设计的结构特点是点浇口形式的单分型面的注射模。该模具结构设计巧妙，操作方便，使用寿命长，塑件达到技术要求。关键词：手机充电器外壳；注射模；型芯；型腔AbstractHas analyzed the handset battery charger outer covering craft characteristic, introduced the handset battery charger outer covering top head injection mold structure and the mold work process. Introduced the handset battery charger outer covering injection mold structure design method with emphasis. Analyzed and elaborated the mold core components selection, the heat treatment craft, the handset battery charger outer covering model the member, model the size common difference and the precision choice, model a volume and the quality computational method. This handset battery charger outer covering injection mold designs the unique feature is the runner form three minute profiles injection molds, is lateral pulls out the coreinjection mold. After production confirmation, this mold structural design ingenious, the ease of operation, the service life is long, models to achieve the specification.Key words: handset battery charger outer；covering injection mold；slide；core.目 录第1章 绪 论- 1 -1.1 模具工业在国民经济中的地位- 1 -2.2 国模具技术的现状及发展趋势- 1 -第2章 塑件工艺分析- 3 -2.1 塑件的结构要素- 3 -2.1.1 ABS的使用性能- 3 -2.1.2 ABS材料的成形特点- 3 -2.1.3 ABS的成型工艺- 4 -2.2 注射成型工艺- 4 -第3章 塑件几何形状的设计- 6 -3.1 塑件几何形状的设计- 6 -3.1.1 脱模斜度- 6 -3.1.2 加强筋- 6 -3.1.3 塑件的圆角- 7 -3.1.4 塑件的壁厚- 7 -3.1.5 孔- 7 -3.1.6 支承面- 7 -3.2 塑件尺寸公差与精度- 7 -第4章 分型面及型腔数目的确定- 9 -4.1 型腔分型面及型腔数目- 9 -4.2 型腔、型芯的结构- 9 -4.2.1 型腔的结构设计- 10 -4.2.2 型芯的结构设计- 10 -第5章 注射机的选取和校核- 11 -5.1 根据型腔数选择注射机- 11 -5.1.1 根据塑件形状估算其体积和重量- 11 -5.1.2 选择注射机- 11 -5.2 校核注射机有关工艺参数- 12 -5.2.1 注射量的校核- 12 -5.2.2 锁模力的校核- 12 -5.2.3 开模行程的校核- 13 -第6章 成型零件的设计- 13 -6.1 成型零件的结构设计- 13 -6.1.1 凹模的结构设计- 14 -6.1.2凸模和型芯的结构设计- 14 -6.2 成型零件工作尺寸的计算- 14 -6.2.1凹模与凸模工作尺寸- 15 -6.2.2凹模与凸模尺寸计算- 15 -6.2.3型腔的强度设计- 16 -第7章 浇注系统的设计- 17 -7.1 主浇道的设计- 17 -7.2 分浇道的设计- 17 -7.3 浇口的设计- 18 -7.4 冷料穴的设计- 18 -第8章 结构零件的设计- 19 -8.1 脱模机构的设计- 19 -8.1.1 机构的设计原则- 19 -8.1.2 脱模机构分类- 19 -8.2 脱模机构的导向与复位- 20 -8.2.1导向零件- 20 -8.2.2 复位零件- 20 -第9章 塑料模具钢的选用- 21 -9.1 塑料模具材料应具有的性能- 21 -9.2 模具选材原则- 21 -第10章 模具结构及其工作过程- 24 -9.1 模架的选择- 24 -9.2 模具工作过程- 24 -结 论- 26 -致 谢- 27 -参 考 文 献- 28 - () 2 20030346 2007 3 25 6 23 1 CAD/CAM(MasterCAMUGPer/E)CAE; 2 1;2 ;3 ; 4 ;5; 6 ;7 ;8 3 12 (1 ) ( 1) (3 ) ( 4) 岿 ( 2) ( 1) 磬2006;衶UG NX2廪磬2005 20005 2005 2007 4 10 () 1 繫 Abstract Has analyzed the handset battery charger outer covering craft characteristic, introduced the handset battery charger outer covering top head injection mold structure and the mold work process. Introduced the handset battery charger outer covering injection mold structure design method with emphasis. Analyzed and elaborated the mold core components selection, the heat treatment craft, the handset battery charger outer covering model the member, model the size common difference and the precision choice, model a volume and the quality computational method. This handset battery charger outer covering injection mold designs the unique feature is the runner form three minute profiles injection molds, is lateral pulls out the core injection mold. After production confirmation, this mold structural design ingenious, the ease of operation, the service life is long, models to achieve the specification. Key words: handset battery charger outercovering injection moldslidecore. 1? ? ?- 1 - 1.1 ?- 1 - 2.2 ?- 1 - 2? ?- 3 - 2.1 ?- 3 - 2.1.1 ABS?- 3 - 2.1.2 ABS?- 3 - 2.1.3 ABS?- 4 - 2.2 ?- 4 - 3 ?- 6 - 3.1 ?- 6 - 3.1.1 ?- 6 - 3.1.2 ?- 6 - 3.1.3 ?- 7 - 3.1.4 ?- 7 - 3.1.5 ?- 7 - 3.1.6 ?- 7 - 3.2 繫?- 7 - 4? 漰?- 9 - 4.1 漰?- 9 - 4.2 ?- 9 - 4.2.1 ?- 10 - 4.2.2 ?- 10 - 5? ?- 11 - 5.1 ?- 11 - 5.1.1 ?- 11 - 5.1.2 ?- 11 - 5.2 ?- 12 - 5.2.1 ?- 12 - 5.2.2 ?- 12 - 5.2.3 ?- 13 - 6? ?- 13 - 6.1 ?- 13 - 6.1.1 ?- 14 - 6.1.2?- 14 - 6.2 ?- 14 - 6.2.1?- 15 - 6.2.2?- 15 - 6.2.3?- 16 - 7? ?- 17 - 7.1 ?- 17 - 7.2 ?- 17 - 7.3 ?- 18 - 7.4 ?- 18 - 8? ?- 19 - 8.1 ?- 19 - 8.1.1 ?- 19 - 8.1.2 ?- 19 - 8.2 ?- 20 - 8.2.1?- 20 - 8.2.2 ?- 20 - 9? ?- 21 - 9.1 ?- 21 - 9.2 ?- 21 - 10 乤?- 24 - 9.1 ?- 24 - 9.2 ?- 24 - ? ?- 26 - ? ?- 27 - ?- 28 - 西南交通大学本科毕业设计(论文) 第1页1 前言1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。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。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.2 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。1.3 我国模具工业的现状自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50（中国台湾：40），塑料模具约占33（中国台湾：48），压铸模具约占6（中国台湾：5），其他各类模具约占11（中国台湾：7）。中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（19611981），成长期（19811991），成熟期（19912001）三个阶段。萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在80年代前期，美国塑料产量就已达2000万吨之多，1986年增至23l0万吨，占全球总产量8100吨的28.5，此后美国塑料产量继续呈现稳定增长之势，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分别增加到2710万吨、2810万吨、3010万吨、3410万吨、4000万吨和4360万吨，占世界总产量的比例从1996年起提高到30以上。2001年美国塑料产量为4170万吨，其中以聚乙烯为最多，达1500多万吨。其次分别是氯乙烯650万吨、聚丙烯720万吨、聚苯乙烯对酞酸脂320万吨、聚苯乙烯280万吨。国内塑料消费量(产量+进口量一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量2001年为4280万吨。美国人均塑料消费量也是很高的，2000年为159公斤，2001年略减为155公斤 ，居全球第3位。美国现有各种大小塑料企事业单位1万多家，其中职工人数少于50人的占总数的53，50l00人的占21，100500人的占23，超过500人的占近4，职工总数近90万人。在美国塑料制品加工业的就职人数达110万，2001年的出货金额为2150亿美元，人均出货金额为195美元。 德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，上世纪90年代初的1991年、1992年和1993年，德国塑料产量都为990多万吨，1994年增达超过1000万吨的1110万吨1998年达近1300万吨，1999年为近1400万吨，2000年增至1550万吨，超过日本为世界第2大塑料生产国，2001年上升为1580万吨，2002年已过1600万吨。2001年德国生产的种种塑料原料中，聚乙烯为285万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯125万吨)，氯乙烯175万吨，聚丙烯160万吨。德国2001年的国内塑料消费量为1280万吨，其中聚乙烯265万吨，聚丙烯155万吨氯乙烯152万吨。德国人均塑料消费量2001年为160公斤，在世界上仅少于比利时的172公斤，高于美国的155公斤，排在世界第2位。德国塑料制品加工业的职工总计有近30万人，2001年的出货金额为360亿美元，人均126美元。德国塑料制品加工企业中职工少于50人的占44，50100人的占28，100500人的占25，500人以上的占4。 中国塑料工业多年持续高速增长，1991年产量仅为250万吨，1995年增为350万吨，1998年超过700万吨，到2002年已增达约1400万吨，超过日本而成为世界第3大塑料原料生产国。中国今年塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过2500万吨。其中包装塑料制品今年需求量将超过850万吨，工程塑料制品需求量将达400万吨左右，建材塑料制品需求量将达300万吨以上，农用塑料制品需求量将在500万吨左右，日用塑料制品需求量约为80万吨左右。 日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第2大塑料生产国。一直到1997年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在70年代中期就已达500多万吨，1987年突破1000万吨，1991年达约1300万吨，1992年和1993年因受日本经济下滑的影响，产量略有减少，分别降至1258和1225万吨。从1994年起产量再度增长，1994年、1995年和1996年分别回升到1300万吨、1400万吨和1470万吨，1997年的产量又比上年增长3.7，达到1521万吨，首次超过1500万吨。但这种增势在1998年受到遏制，产量大幅度减少。1998年，日本塑料产量为1390万吨，比上年减少了8.7。1999年和2000年日本塑料产量分别回升到1432万吨和1445万吨，但仍远未恢复到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料产量再度下降至1400万吨以下的1364万吨和1361万吨。2002年日本塑料(原料)产量减为1361万吨。而中国则增为1366万吨，日本又退居第4位。 韩国塑料产量增长十分迅速，1986年超过200万吨，1990年增达300万吨，1992年突破500万吨，1994年、1996年和1997年分别上升到600多万吨、700多万吨和800多万吨，1998年产量增至850万吨，1999年突破900万吨，2001年达1200万吨，跻身于世界5大塑料生产国之列。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001年产量为340万吨(低密度聚乙烯160万吨，高密度聚乙烯180万吨)，聚丙烯以238万吨排在第2位，其次分别是聚酯161万吨、氯乙烯124万吨、ABSAS树脂86万吨、聚苯乙烯77万吨。韩国国内塑料消费量2001年420万吨，只相当于产量的1/3略高。人均塑料消费量2001年为106公斤，韩国塑料制品加工业的职工总数2001年为3.1万人，出货金额为85亿美元，人均276美元。 塑料产量位居世界前10名的国家和地区还有法国660万吨、比利时600万吨、中国台湾598万吨、加拿大432万吨和意大利385万吨(均为2001年产量)。1.5 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，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（约122CM）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板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。1 塑件工艺分析1.1 塑件的结构要素其内腔存在很多孔和凸台，结构较复杂。该塑件为手机允电器外壳，要求有一定的强度、刚度、耐热和耐磨损等性能。同时作为手机充电器，必须满足绝缘性。结合以上要求以及经济因素，故该塑件采用ABS塑料。 (1)脱模斜度。脱模斜度足为了便于塑件的脱模，以免在脱模过程中擦伤制品表面，其大小取决于塑料的收缩率。脱模斜度的取向要根据塑件的内外型尺寸而定。塑件内孔以型心小端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状扩大方向标出，塑件外形以型腔大端为准，尺寸符合图纸要求，斜度沿形状减小方向标出。要求开模后塑件留在型芯上，塑件表面的脱模斜度应小于外表面的脱模斜度。根据ABS的性能，型芯的脱模斜度取1。(2)加强筋。为了使塑件有一定的强度和刚度，又能避免因壁过厚而产生成型缺陷，在塑件中部的凹坑与外壁之间增设两个加强筋，厚度2mm。(3)塑件的圆角。为了防止塑件转角外产生应力集小，需要在塑件的转角处或内部连接处采用圆角过渡，内外径均取R5mm。塑件形状工艺性非常复杂，没有一个规则的外表面，里面又有很多螺钉柱和加强筋，使得脱模力增大，塑件的下平面又有仅1mm的台阶，采用推板推出必然导致螺钉柱拉断，使得注塑工艺无法进行。所以，在螺钉柱和加强筋附近必须设有推杆，以便推出塑件。(4)塑件的壁厚。塑件壁厚对塑件的成型、冷却及变形会产生较大的影响。塑件壁厚不均，会导致各个部分固化收缩不均匀，易产生气孔、裂纹、内应力等缺陷。根据手机充电器外壳的材料，结构、强度等方面的要求，壁厚取2mm。(5)孔。制品上各种孔的位置应尽可能设置在不减弱制品的机械强度的部位，孔的形状也应力求不增加模具制造工艺的复杂性。(6)支承面。以制品的整个底面作为支承面是不合理的，因为制品稍许翘曲或变形就会使底面不平。通常采用凸起的边框或底脚(三点或四点)来作支承。当制品底部有加强筋时，筋的端部应低于支承面约O.5mm左右。 1.2 塑件尺寸公差与精度该制品长140mm，宽80mm，最高60mm，重83.6g，其粗糙度值为RaO.06mm。影响塑件公差的主要因素是：模具制造误差及磨损误差，尤其是成型零件的制造和装配误差以及使用中的磨损、塑料收缩的波动、注射工艺条件的变化、塑件制品的形状和飞边厚度的波动、脱校斜度及成型后制品的尺寸变化。手机充电器外壳上盖的塑件选用的尺寸精度等级为6级，公差为GB1800-79尺小公差数值。2 模具设计要点2.1 方案的确定方案一：1模2腔，购塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的上表面，使用定距拉杆加导柱和弹簧，确保第一次分型面在定模座板和中间板之间分开，凝料先被拉断。第二次分型而在动模板和中间板之间分开，以便取出制品。这样分型有利于模具加工、注射、排气、脱模，同时使得操作简单方便。方案二：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。浇口设在零件的下表面，浇口道从推杆旁边进去，即做成潜伏浇口。但由于制品较高，流道太长，容易有浇注不足的现象发生。使用定距拉板分型自动脱落凝料和制品。但制品是壳体，下表面有台阶，而且多加两块推板使得本来就很长的流道加长，浇注不足的可能性就更大。方案三：1模2腔，两塑件平行放置，方向相反以便侧向抽芯。仪用热流道，可以消除废料的产生，但流道过长加热较复杂，而且ABS塑料流动性较好易产生涎流现象，改用PP等其它符合热流道的塑料，不仅塑性能不能满足制件功能要求，而且增加生产成本。结合塑件注射可行性和经济性，对比以上3个方案，本次设计选择方案一。 2.2 确定型腔分型面及型腔数目模具上用以取出制品及浇注系统凝料的可分离的接触表而称为分型面，在制品设计时，必须要考虑成型时分型面的形状和位置，否则无法用模具成型。因侧向合模锁紧力较小，故对于投影画较大的大型制品，应将投影面积大的分型面放在动、定模的合模主平面上，而将投影面积较小的分型面作为侧向分型面。本模具的分型而选择在塑件的大平面处。采用1模2腔结构。2.3 型腔、型芯的结构(1)型腔的结构设计：本设计采用嵌入式型腔结构。该结构广泛应用于中小型塑件的模具中。加工方法可采用普通机加工、数控机床、电火花、电铸成型等方法。将一个整体型腔嵌入到型腔固定板中，嵌入的型腔材料可用低碳钢或低碳合金钢，渗碳淬火后抛光。(2)型芯的结构设计：型芯是用来成型塑料制品的内表面的成型零件。本模具中型芯采用组合式型芯结构。采用该种结构可节省优质模具钢，便于机加工和热处理，也便于动模和定模位置精度，即有利于型芯冷却和排气的实施。2.4 浇口的设计浇口是浇注系统的关键部分，浇口的形状、数量、尺寸和位置对塑件的质量影响很大。其主要作用有两个：一是塑料熔体流经的通道；二是浇口的适时凝固可控制保压时间。在点浇口的限制性断面前加工出圆弧，有利于延缓浇口处熔体冻结，对向型腔中补料有利。根据制品的结构要求，本设计采用点浇口形式。点浇口的参数：由推荐值取点浇口直径d=1.2mm，浇门长度L=1mm。2.5 冷料穴的设计当分流道设计得比较长时，其末端留有冷料穴。其作用是收集塑料熔体的前锋冷料，以防前锋冷料堵塞浇口或进入型腔，造成充模不足或影响制品的熔接强度或形成冷疤等缺陷。常用的冷料穴主要有带工形拉料杆的冷料穴、带推杆的倒锥形冷料穴，带推杆的圆形冷料穴、带拉料杆的球头形冷料穴、带椎杆的菌形冷料穴、主浇道延长式冷料穴。本次设计采用的是带工形拉料杆的冷料穴，其特点是容易加工，而且有利于脱模时除去浇道口废料，如图3所示。 3 模具结构及其工作过程模具的分型面选择在塑件的大平面处，1模2件。为减少浇口疤痕，采用点浇口注射。模具的结构如图4所示。 1动模座板 2 8 12 21 24 26 31 36螺钉 3 14 18导柱 4 16导套 5垫块 6支撑板 7凸模板 9凹模板 10限位拉板 11限位圆柱销 13 28弹簧 15定模座板 17凸模型芯镶块 19推杆固定板 20推板 22 23推杆 25限位挡块 27弹簧垫圈 29滑块 30楔块 32斜导柱圆定板 33斜导柱 34定位圏 35浇口套 37拉料杆 38复位杆 39限位钉由于模具的凸模部分存在很多孔和凸台，本设计凹模采用整体式凹模结构。凸模采用组合式凸模结构，比较紧凑。针对侧向抽芯距离比较短的情况，设计了二次分型滑动抽芯结构。注射成型后，先从II而进行一次分型，完成侧向抽芯动作，当限位圆柱销碰到限位拉板的端头时开始从-面二次分型，目的是拉断点浇口，塑件包紧在凸模型芯上，当运动到一定距离时，然后注射机推动推杆固定板，推杆发生作用，推出塑件脱落。同时拉料杆将凝料推出自动脱落。模具的工作过程：注射成型后，开模时，在弹簧13和凝料拉料杆37的拉紧作用下，从II面一次分型，定模底板15与凹棋板9分开，凝料留在凹模板9一侧；凹模板9带动滑块29后移，在斜导柱33的作用下，滑块29在凸模板7上沿着导轨作横向移动从而完成侧向抽芯动作。当限位圆柱销11的端头碰到限位拉板的端头时凹模板9停止不动，一次分型结束，滑块29与凸模板7继续运动，开始从而二次分型，首先拉断点浇口，在塑件包紧凸模的包紧力作用下，塑件随着凸模型芯17继续运动。当运动到一定距离时，注射机的顶杆推动推杆固定板19，带动推杆将塑件推出动模，同时拉料杆37将疑料推出。模具合模时，动模运动到分型面使型芯和型腔啮合。推杆22、23和复位杆38首先复位；继续运动，当滑块29在楔块30和斜导柱33的作用下，产生相对运动，压制滑块29沿导轨产生横向运动，迫使滑块复 位，当凹模板9、和定模座板15完全啮合时，结束合模。开始下一个工作循环过程。4 注塑成型的准备4.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。 图4-1 注塑成型压力时间曲线（1）物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3），由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。（3）制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。4.2 注塑成型工艺条件1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS料与温度的经验数据如表3-1所示。表4-1 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/热变形温度 /后段中段前段1.82MPA0.45MPA15021017023019025024025057565962）压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.427.5MPA。3）时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如表4-2所示。表4-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表4-3所示。表4-3 制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（r/min） 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50喷嘴温度() 230 后段温度() 150210中段温度() 170230 前段温度() 190250 注射压力MPa 90 保压力MPa 80注射时间s 1.5 保压时间 s 5冷却时间s 20 其他时间s 3成型周期s 30 成型收缩(%) 0.6干燥温度() 6080 干燥时间() 13 后处理温度70，保温时间2小时。4.3注塑机的选择4.3.1 注塑机简介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。4.3.2 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,我们将这种压力称为注射压力.(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表3-4所示。表4-4 注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.(8)空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.4.3.3选择注塑机由注射量选定注射机.由PRO/E建模分析得（材料密度取）:总体积V=79.6cm；总质量M=83.6g；流道凝料V=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数,根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量为:V=79.61.5=119.43 cm；实际注射质量为M=1.5M=83.651.5=125.40g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： 0.8V V （31） V= V/0.8 =119.430.8=149.29 cm；结合上面的计算，初步确定注塑机为表3-5所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ-250/160,主要技术参数如下。表4-5 国产注射机SZ-160/1000技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)415x385理论注射容积（cm）314移模行程(mm)280螺杆(柱塞)直径(mm)50最大模具厚度(mm)400注射压(MP)147最小模具厚度(mm)205注射速率(g/s)227锁模形式(mm)液压塑化能力(g/s)21模具定位孔直径(mm)120螺杆转速(r/min)10-200锁模力(KN)16004.4 注射机的校核4.4.1 最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量（包括流道凝料质量）应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%80%。 V =119.43 cm； V314 cm； =41.3%满足要求。4.4.2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力：FK AP （33）1.223010 804.6 KN 满足要求。 式中 F注塑机额定锁模力：1000KN； K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2；P型腔压力，取P=30MP ；A塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和； 3.4.3 塑化能力的校核 由3.2.3初定的成型周期为30秒计算，实际要求的塑化能力为即：=8.36（g/s），小于注塑机的塑化能力21（g/s），说明注射机能完全满足塑化要求。4.4.4 定位圈尺寸校核注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。4.4.5 模具外形尺寸校核注塑模外形尺寸应小于注塑机工作台面的有效尺寸。模具长宽方向的尺寸要与注塑机拉杆 间距相适应，模具至少有一个方向的尺寸能穿过拉杆间的空间装在注塑机的工作台面上。4.4.6模具厚度校核模具厚度必须满足下式：H H H （34） 205300400 满足要求。式中 H所设计的模具厚度 301 mm； H注塑机所允许的最小模具厚度205mm；H注塑机所允许的最大模具厚度400 mm；4.4.7 模具安装尺寸校核注塑机的动模板，定模板台面上有许多不同间距的螺钉孔或“T”形槽，用于安装固定模具。模具固定安装方法有两种：螺钉固定，压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具常用这种方法），模具动，定模板上的螺孔及其间距，必须与注塑机模板台面上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中，小模具多用这种方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有较大的灵活性。该模具外形尺寸为300400属中，小型模具，所以采用压板固定法（一般认为当尺寸在500500内为中，小模具）。4.4.8 开模行程校核所选注塑机为全液压式锁模机构，最大开模行程受模具厚度影响。此时最大开模行程S等于注塑机移动、固定模板台面之间的最大距离减去模具厚度。SH+H+（510）mm （35）280 15+67+10 28092 满足要求。 式中 S注塑机移模行程280 mm；H推出距离15 mm；H流道凝料与塑件高度67 mm。5 浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。5.1主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如下：主要参数： 锥角=3；内表面粗糙度Ra=0.63；小端直径D=d+(0.51)mm；半径R=R+(12)mm；材料T8A；由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。5.2分流道 分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上，起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表5-1所示。表5-1流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm塑料名称分流道断面直径 mmABS，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513分流道的断面形状有圆形，矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率，其中圆形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。在该模具上取圆形断面形状，直径为6mm。6. 模架的确定 6.1模架的选用注塑模模架国家标准有两个，即GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者适用于模板尺寸为BL560mm900mm；后者的模板尺寸BL为（630mm630mm）（1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。（1）模仁尺寸的确定因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所以为了给冷却系统留有足够的空间，该设计取模仁的大小为180302 mm。（2）凸、凹模尺寸的确定凸、凹模受力的作用，其尺寸需要进行强度或刚度校核来确定。根据4.3.3的计算结果，只要凹模长边的宽度满足12 mm就可以达到刚度要求，理论上只要取大于12 mm的值就满足设计要求，但考虑到导柱和导套、螺钉、冷却水孔等对模架强度、刚度的削弱作用，实际生产中都取比理论值大得多的值，在本设计中，在长度方向，取模仁到模具边的单边宽度为45 mm，在宽度方向，取模仁到模具边的单边宽度为49 mm（实际生产中宽度方向的边值一般比长度方向的边值大）。所以凸、凹模尺寸为270400 mm。（3）模具高度尺寸的确定各块板的厚度已经标准化，所需要的只是选择，如何选择合理的厚度，这里有两个尺寸需要注意：凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型时型腔中有很大的成型压力，当塑件和凝料在分型面上的投影面积很大时，若凸模底板厚度不够，则极有可能使模架发生变形或者破坏，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能确定，为了安全，取底板厚度为50 mm，。凹模的底板因为是与注塑机的工作台接触的，所受的力传递到工作台上，所以凹模底板的厚度同样只要留有走冷却系统的空间就可以，该设计取凹模底板厚度为30 mm。推板推出距离；在分模时塑件一般是黏结在型芯上的，需要推杆或推板推出一定的距离才能脱离型芯，该塑件的高度为60 mm左右，黏结在型芯上的尺寸约55 mm左右，所以当推出距离为55 mm时就能使塑件和型芯分离。如果C板（即模脚）的高度太小，则推出的距离不够而使塑件不能脱离型芯，如图所示：需要满足关系：Hh1h2h3h0 HC板高度；h1挡销高度；h2推板厚度；h3推杆固定板厚度； h推出距离； 完成了以上的工作，确定模具尺寸为270400 mm，A板厚度70 mm，B板厚度80 mm，C板厚度100mm，为了保证凸、凹模不碰伤，A板和B板之间取1 mm间隙。 7.导向与定位机构注射模的导向机构主要有导柱导向和锥面定位两种类型。导柱导向机构用于动、定模之间的开合模导向和脱模机构的运动导向。锥面定位机构用于动、定模之间的精密对中定位。导柱：国家标准规定了两种结构形式，分为带头导柱和有肩导柱，大型而长的导柱应开设油槽，内存润滑剂，以减小导柱导向的摩擦。若导柱需要支撑模板的重量，特别对于大型、精密的模具，导柱的直径需要进行强度校核。导套：导套分为直导套和带头导套，直导套装入模板后，应有防止被拔出的结构，带头导柱轴向固定容易。 设计导柱和导套需要注意的事项有：1）合理布置导柱的位置，导柱中心至模具外缘至少应有一个导柱直径的厚度；导柱不应设在矩形模具四角的危险断面上。通常设在长边离中心线的1/3处最为安全。导柱布置方式常采用等径不对称布置，或不等直径对称布置。2）导柱工作部分长度应比型芯端面高出68 mm，以确保其导向与引导作用。3）导柱工作部分的配合精度采用H7/f7，低精度时可采取更低的配合要求；导柱固定部分配合精度采用H7/k6；导套外径的配合精度采取H7/k6。配合长度通常取配合直径的1.52倍，其余部分可以扩孔，以减小摩擦，降低加工难度。4）导柱可以设置在动模或定模，设在动模一边可以保护型芯不受损坏，设在定模一边有利于塑件脱模。8.顶出系统设计 注射成型每一循环中，塑件必须准确无误地从模具的凹模或型芯上脱出，完成脱出塑件的装置称为脱模机构，也称顶出机构。脱模机构的设计一般遵循以下原则：1）塑件滞留于动模边，以便借助于开模力驱动脱模装置，完成脱模动作。2）由于塑件收缩时包紧型芯，因此推出力作用点尽量靠近型芯，同时推出力应施于塑件刚性和强度最大的部位。3）结构合理可靠，便于制造和维护。本设计使用简单的推杆和推板脱模机构，因为该塑件的分型面简单，结构也不复杂，采用推简单的脱模机构可以简化模具结构，给制造和维护带来方便。在对脱模机构做说明之前，需要对脱模力做个简单的计算。9.脱模力的计算对建模进行受力分析，如图所示：F制件对型芯的包紧力（N）； F、FF的垂直和水平分量（N）； FF的反作用力（N）； F沿凸模表面的脱模力（N）；F沿制件出模方向所需的脱模力（N）；脱模斜度；F= Fcos;F= F= Fsin;F= F= Fcos;F=( FF) cos =( FcosFsin) cos = Fcos( cossin) 所以，脱模力的计算公式为： F= Fcos( cossin) 又 F=Lh 式中 L凸模成型型部分的截面周长； h模被制件包紧部分的高度；制件对凸模的单位包紧力，其数值与制件的几何特点及塑料的性质有关，一般可取812MPa;F LhDh =3.1411010510910 15543(N) 式中 D取的是塑件的平均宽度，D=110，取D=110mm。 注：脱模斜度为1，所以F F由于以上所计算得的只是一腔的脱模力，所以总的脱模力为： F=2 F=215543=31086（N）；10.推杆脱模机构10.1推杆脱模机构推杆脱模机构是最简单、最常用的一种形式，具有制造简单、更换方便、推出效果好等特点。推杆直接与塑件接触，开模后将塑件推出。推杆的截面形状；可分为圆形，方形或椭圆形等其它形状，根据塑件的推出部位而定，最常用的截面形状为圆形；推杆又分为普通推杆和成型推杆两种，前者只是起到将塑件推出的作用，后者不仅如此还能参与局部成型，所以，推杆的使用是非常灵活的。1）推杆尺寸计算：本设计采用的是推管和推杆推出，在求出脱模力的前提下可以对推杆或推管做出初步的直径预算并进行强度校核。本设计采用的是圆形推杆，圆形推杆的直径由欧拉公式简化为：d=k() =1.5() = 4.91 mm d推杆直径； n推杆的数量，n取31（把推管当作推杆）L推杆长度（参考模架尺寸，估取L=150）； E推杆材料的弹性模量，取E=2.110MPk安全系数，取k=1.5； F总的脱模力，F=33324（N）；实际推杆尺寸直径为5 mm，推管直径为7 mm，可见是符合要求的。但为了安全起见，再对其进行强度校核，强度校核公式为： d 3mm 满足强度要求。 推杆材料的许用压应力, =150Mpa。2）推杆的固定形式：推杆的固定形式有多种，但最常用的是推杆在固定板中的形式，此外还有螺钉紧固等形式。3）推出机构的导向：当推杆较细或推杆数量较多时，为了防止因塑件反阻力不均匀而导致推杆固定板扭曲或倾斜折断推杆或发生运动卡滞现象，需要在推出机构中设置导向零件，一般称为推板导柱。4）推出机构的复位：脱模机构完成塑件的顶出后，为进行下一个循环必须回复到初始位置，目前常用的复位形式主要有复位杆复位和弹簧复位。本设计采用弹簧复位机构，弹簧复位机构是一种最简单的复位方式。推出时弹簧被压缩，而合模时弹簧的回力就将推出机构复位。5）推杆与模体的配合：推杆和模体的配合性质一般为H8/f7或H7/f7，配合间隙值以熔 推杆的安装图 料不溢料为标准。配合长度一般为直径的1.52倍，至少大于15mm，推杆与推杆固定板的孔之间留有足够的间隙，推杆相对于固定板是浮动的。10.2推板脱模机构设计 高壳、薄壁类塑料制品（如罩子、壳体等）和小型多孔塑料制品常用推板脱模机构。为了减小推出过程中推件和型芯的摩擦，在推板和型芯之间应留有0.2-0.25mm的间隙，其配合面一般宜设计成单边斜度为10度左右的锥面。配合锥面不但可以减小运动摩擦，而且还能起到辅助定位的作用，以防止因推板偏心而出现的溢料。在这里的设计中，塑件的脱模斜度比较小.推板与塑件的接触部分一般需有一定的硬度和表面粗糙度要求，若采用整体全部淬硬，会因淬火变形而影响推板上孔德位置精度，因此对批量较大、精度要求较高的塑件成型，还要将推板设计成局部镶嵌的组合形式。对于圆筒形塑件，其推板一般采用同心圆周分布的数根推杆推动。本模具中就采用了四根推杆推动推板的组合形式，结构详见推板的零件图。推板的厚度可根据刚度计算来确定，则推板厚度可按下式计算。 式中 推板的厚度（mm） 脱模力（N） 推杆轴线到推板中心距离（mm） K与R/r相关的系数，查表可取K=0.0877。 E推板钢材弹性模量（MPa） 推板中心所允许的最大变量（mm）一般取塑件在被推出方向上尺寸公差的1/101/5经计算得11.0637mm在这里取得=16mm。详细尺寸见零件图11. 抽芯机构设计 当塑料制品侧壁带有通孔、凹槽、凸台时，塑料制品不能直接从模具内脱出，必须将成型侧孔、凹槽、及凸台的成型零件做成活动的，称为活动型芯。完成活动型芯抽出和复位的机构叫作抽芯机构。本设计中的杯托手柄部分就要用到侧向抽芯。因为有侧抽机构的注射模，其可动零件多，动作复杂，因此，侧抽机构的设计应以可靠、简单、灵活和高效为准。11.1确定抽芯机构形式 杯托的生产属于大批量的，故设计的侧抽芯机构应首先考虑可靠耐磨，灵活方便。根据模具的结构形式、抽芯部位的结构特点（抽芯距、抽芯成型面积等），综合分析比较后，采用斜导柱抽芯和斜滑块抽芯都可以，但在次模具结构中，为使模具结构简单，便于加工制造，采用斜导柱抽芯较合适。斜导柱抽芯机构是由与开模方向成一定角度的斜导柱和滑块所组成。为了保证抽芯动作平稳可靠，必须有滑块定位及闭锁装置等。 在一般情况下斜导柱固定在定模上，但有时根据塑料制品的结构形状、分型面及浇注系统等各方面的要求，斜导柱也有固定在动模上的。在本模具设计中，根据上述分析就采用将斜导柱也有固定在动模上的方案。 斜导柱固定在动模上的抽芯机构如下所示： 开模时，装在导柱固定板上的斜导柱使滑块向左移动，抽出型芯，使模具沿分型面分开。11.2斜导柱抽芯的结构尺寸 把型芯从塑料制品成型位置抽到不妨碍塑料制品脱出的位置，即型芯在抽拔方向的距离，称为抽芯距。抽芯距应等于成型孔深度加上2-3mm。 1）抽芯距的计算： =78x =22.12mm 抽芯距（mm） 斜导柱完成抽芯所需的行程（mm） 斜导柱的倾斜角，一般取。在这里我取的是。 抽芯距的计算 滑块的结构形式根据上面公式由图可得抽芯距s=22mm。这里滑块镶在凹模内，所以型芯部分的结构形式及尺寸由塑料零件的结构尺寸决定，如图可得滑块型芯部分的尺寸。滑块的具体结构及尺寸详见零件图。2）脱模力计算 塑料制品在冷却时包紧型芯产生包紧力，若要将型芯抽出，必须克服由包紧力引起的摩擦阻力，这种力叫做脱模力。在开始抽芯瞬间所需的脱模力最大。根据各种因素的影响，脱模力计算如下： =76.5810(0.2) =183.6NF脱模力
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