机械毕业设计（论文）-闹钟后盖注塑模设计-新【全套图纸】.doc

中南林业科技大学本科毕业设计 闹钟后盖注塑模设计 1 引言2全套图纸，加153893706 模具是机械制造业中技术先进、影响深远的重要工艺装备,具有生产效率高、材料利用率高、制件质量优良、工艺适应性好等特点,被广泛应用于汽车、机械、航天、航空、轻工、电子、电器、仪表等行业。现代模具工业有“不衰亡工业”之称。世界模具市场总体上供不应求，市场需求量维持在600亿到650亿美元，同时，我国模具产业也迎来了新一轮的发展机遇。近几年，我国模具产业总产值保持13%的年增长率。2005年中国模具工业产值达到610亿元,增长率保持在25%的高水平,行业的生产能力约占世界总量的10%,仅次于日本、美国而位列世界第三。目前，中国17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。由此可见，模具制造技术对国民经济的发展已经并将继续作出重大的贡献。随着我国经济的腾飞，对这种生产技术的发展及专业技术人才的需求，也将与日俱增。因此，模具生产技术，已经成为我国国民经济的基础之一。 模具制造产业是制造产业之一，而制造产业标志着一个国家的综合国力及技术水平。因此发展模具制造产业是国家经济建设中的重点项目。我国的模具工业的发展，日益受到人们的重视和关注，在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通信等产品中，60%-80%的零部件都要依靠模具成形（型）。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和代消耗，是其它加工制造方法所不能比拟的。模具不是批量生产单产品，它具有单件生产和对特定用户的依赖特性。就模具行业来说，引进国外先进技术，不能采用通常的引进产品许可证和技术转让等方式，而主要是引进已经商品化了的CAD/CAM/CAE软件和精密加工设备，引进国外模具先进制造理念、引进国外模具先进制造人才，利用中外模具联合设计、聘请国外专家等途径发展自己的民族模具工业等。模具的CAD/CAM/CAE及CAD/CAM/CAE的集成，涉及面广、集多种学科与工程技术于一体，是综合型、技术密集型产品。现代化的模具要实现数字化设计、数字化制造、数学化管理、数字化生产流程，没有模具的数字化，就没有现代模具。随着计算机软件的发展和进步，CAD/CAE/CAM 技术也日臻成熟，其现代模具中的应用将越来越广泛。可以预料不久的将来，模具制造业将从机械制造业中分离出来，而独立成为国民经济中不可缺少的支柱产业，与此同时，也进一步促进了模具制造技术向集成化、智能化、益人化、高效化方向发展。因此，大力发展模具工业可以促进我国更快的走向工业化国家。2 中国模具产业现状 模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到20世纪80年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇模具企业的发展也相当迅速。 虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口几种于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。 中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成型分析及结构改进、多功能符合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。 近年，模具行业结构调整和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；三资及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。2.1 塑料模具行业发展趋势 整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在总量供不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求，市场竞争激烈，还有一些技术含量不太高的中档塑料模具也有供过于求的趋势。根据业内专家预测，今年中国塑料模具市场总体规模将增加13%左右，到2005年塑料模具产值将达到460亿元，模具及模具标准件出口将从现在的9000多万美元增长到2005年的2亿美元左右，产值在增长，也就意味着市场在日渐扩大。相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，所以中国塑模市场的前景一片辉煌，这是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在。据悉目前全世界年产出模具约650亿美元，其中塑料模具约为260亿美元。我国1999年模具总产值245亿元其中塑料模具约为82亿元，2000年近100亿元。七类塑料模具中，注塑模具所占比例很大，约占全部塑料模具的80%左右。塑料模具的主要用户是家用电器行业、汽车、摩托车行业、电子音像设备行业、办公设备行业、建筑材料行业、信息产业及各种塑料制品行业等。目前国内年需塑料模具约130-140亿元，真中有30多亿元仍靠进口，进口量最多的塑料模具有汽车摩托车饰件模具、大屏幕彩电壳模具、冰箱洗衣机模具、通讯及办公设备塑壳模具、塑料异型材模具等。大学三年的学习即将结束，毕业设计是其中最后一个实践环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。从市场情况来看，塑料模具生产企业应重点发展那些技术含量高的大型、精密、复杂、长寿命模具，并大力开发国际市场，发展出口模具。随着中国塑料工业，特别是工程塑料的高速发展，可以预见，中国塑料模具的发展速度仍将继续高于模具工业的整体发展速度，未来几年年增长率仍将保持20%左右的水平。经过近几年的发展，塑料模具的开发、创新和企业管理等方面已显示出一些新的发展趋势：（1）在模具的质量、交货周期、价格、服务四要素中，已有越来越多的用户将交货周期放在首位。要求模具公司尽快交货，这已成为一种趋势。企业千方百计提高自己的适应能力、提高技术水准、提高装备水平、提高管理水平及提高效率等都是缩短模具生产周期的有效手段。（2）大力提高开发能力，将开发工作尽量往前推，直至介入到模具用户的产品开发中去，甚至在尚无明确用户对象之前进行开发，变被动为主动。目前，电视机和显示器外壳、空调器外壳、摩托车塑件等已采用这种方法，手机和电话机模具开发也已开始尝试。这种做法打破了长期以来模具厂只能等有了合同，才能根据用户要求进行模具设计的被动局面。（3）随着模具企业设计和加工水平的提高，模具的制造正在从过去主要依靠钳工的技艺转变为主要依靠技术。这不仅是生产手段的转变，也是生产方式的转变和观念的上升。这一趋势使得模具的标准化程度不断提高，模具精度越来越高，生产周期越来越短，钳工比例越来越低，最终促进了模具工业整体水平不断提高。中国模具行业目前已有10多个国家级高新技术企业，约200个省市级高新技术企业。与此趋势相适应，生产模具的主要骨干力量从技艺型人才逐渐转变为技术型人才是必然要求。当然，目前及相当长一段时间内，技艺型人才仍十分重要，因为模具毕竟难以完全摆脱对技艺的依靠。（4）模具企业及其模具生产正在向信息化迅速发展。在信息社会中，作为一个高水平的现代模具企业，单单只是CAD/CAM的应用已远远不够。目前许多企业已经采用了CAE、CAT、PDM、CAPP、KBE、KBS、RE、CIMS、ERP等技术及其它先进制造技术和虚拟网络技术等，这些都是信息化的表现。向信息化方向发展这一趋向已成为行业共识。（5）随着人类社会的不断进步，模具必然会向更广泛的领域和更高水平发展。现在，能把握机遇、开拓市场，不断发现新的增长点的模具企业和能生产高技术含量模具企业的业务很是红火，利润水平和职工收入都很好。因此，模具企业应把握这个趋向，不断提高综合素质和国际竞争力。（6）发达工业国家的模具正加速向中国转移，其表现方式为：一是迁厂，二是投资，三是采购。中国的模具企业应抓住机遇，借用并学习国外先进技术，加快自己的发展步伐。2.2 技术开发趋势(1).模具将趋向大型化、高精密度、多功能复合型等方向发展，在未来的模具市场中，塑料模具和压铸模的发展速度将高于冲压模，它们在模具总量中的比例将逐步提高；精密、大型、复杂、长寿命模具的需求增速将高于模具总量发展速度.(2).热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高，由于热流道模具存在缩短制件成型周期、节省塑料原料、减少废品，提高产品质量和消除后续工序，有利于生产自动化在热流道模具成型过程中，塑料熔体温度在流道系统里得到准确地控制。塑料可以更为均匀一致的状态流入各模腔，其结果是品质一致的零件。热流道成型的零件浇口质量好，脱模后残余应力低，零件变形小。(3)模具三维设计地位得以巩固,模具的三维设计是数字化模具技术的重要内容，是实现模具设计、制造和检验一体化的基础。模具三维设计除了有利于实现集成化制造外，另一个优点就是便于干涉检查，可进行运动干涉分析，解决了二维设计中的一个难题。(4)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，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。(5).在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天，“绿色模具”的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续发展这一趋向。 2.3 近十年我国塑料模具工业的发展状况整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量技术和能力等方面都有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距仍很大。一些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年仍需大量进口。在未加入世贸组织之前从我国的模具出口情况可以明显的看出，我国模具行业已经进入快速发展阶段具体情况如图1，2005年是03年出口额的两倍，07年又将近有05年的两倍，年增长率超过40。在我国的出口模具中，塑料橡胶模具是出口量最大的产品，占据了出口总量的70左右。图1-1 我国模具行业历年出口情况由于中国塑料模具以中低档产品为主，产品价格优势明显，有些甚至只有国外产品价格的1/51/3，加入WTO后，国外同类产品对国内冲击不大，而中国中低档模具的出口量则加大；在高精模具方面，加入WTO前本来就主要依靠进口，加入WTO后，不仅为高精尖产品的进口带来了更多的便利，同时还促使更多外资来中国建厂，带来国外先进的模具技术和管理经验，对培养中国的专业模具人才起到了推动作用。 2.4 国内塑料模具产业面对的主要问题 中国塑料模具行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题。（1）发展不平衡，产品总体水平较低。虽然个别企业的产品已达到或接近国际先进水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面的粗糙度、生产周期、寿命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。包括生产方式和企业管理在内的总体水平与国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。（2）工艺装备落后，组织协调能力差。虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已经比较先进，有些三资企业的装备水平也并不落后于国外，但大部分企业的工艺装备仍比较落后。更主要的是，企业组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。（3）大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少；更重要的是观念落后，对创新和开发不够重视。模具企业不但要重视模具的开发，同时也要重视产品的创新。（4）供需矛盾短期难以缓解。近几年，国产塑料模具国内市场满足率一直不足74%，其中大型、精密、长寿命模具满足率更低，估计不足60%。同时，工业发达国家的模具正在加速向中国转移，国际采购越来越多，国际市场前景看好。市场需求旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。（5）体制和人才问题的解决尚需时日。在社会主义市场经济中，竞争性行业，特别是像模具这样依赖于特殊用户、需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已显得越来越不适应。人才的数量和素质也跟不上行业的快速发展。2.5 部分先进模具技术(1) 模具CAD技术 计算机辅助几何造型是用计算机及图形工具表示描述物体形状，设计几何形状，模拟物体动态处理过程的一门技术。它的主要内容有曲面造型、实体造型、曲面与实体的表示分析与运用。计算机辅助几何造型技术是计算机辅助几何设计、计算机图形学、微分几何、程序设计等多门学科交叉。其理论和运用研究在最近几年取得了很大进展，从而促进了相关学科的理论与运用的发展。 计算机图形学是研究用数学计算机来生成、显示和处理图形的原理、方法和技术的一门新兴学科。它是20世纪60年代才形成和发展的一门新兴边缘学科。其发展紧密地围绕着对图形的真实感这两大目标的追求。 所谓图形的实时性是指计算机图形实时快速生成、显示、变换、分析和综合等，而图形的真实感是指计算机所生成的图形反映客观世界的逼真程度。显然，CG技术的发展水平受到硬软件两方面技术的同时制约。CG与CAD技术的日益密切结合已成为当今技术领域的一项重要的内容，计算机辅助几何造型就CG在三维空间的一个具体而又十分重要的应用领域。它以研究如何用计算机系统来表示、处理、分析和输出设计对象的三维形体作为主要内容，是CAD/CAM集成系统的核心技术，也是真正实现CAD的基础之一。(2) 数控加工技术与CAM编程 数控，国家标准定义为“用数字化信号对机床运动及其加工过程进行控制的一种方法”。定义中的“机床”，不仅指金属切削机床，还包括其他各类机床，如线切割机床等。数控机床是金属密集度及自动化程度很高的机电一体化加工装备。它是按国际或国家甚至生成厂家规定的数字和文字编码方式，把各种机床位移量、运转系数、辅助功能（如刀具变换、切削液自动供停等）用数字、文字符号表示出来，通过能识别并处理这些符号的数字控制系统变成电信号，继而利用相关的电气元部件实现我们要求的机械动作，从而完成加工任务。国际信息处理联盟第五技术委员会对数控机床的定义是：数控机床是一种装有程序控制系统的机床，该系统能逻辑地处理具有特定代码或其他符号编码指令规定的程序。 日本从1952年开始研究数控机床，1956年富士通公司研制成数控转塔式冲床。1957年东京工人研制出数控车床雏形铣床。同时，富士通公司还将油压脉冲马达和代数运算脉冲补偿电路运用在数控机床上，使数控性能大幅度升高，稳定性能大为增加。1956年富士通公司研制出全集成电路化的数控装置。使NC变得更有效、更有效、更可靠、更小型和更经济。 从20世纪70年代起，布线程序控制器的一体化，就有可能用灵活的软件代替任务专一的硬件。通过不断扩大存储器容量，把单一程序甚至整个程序库存入控制器中通过手动输入可直接在机床上对控制器进行校正。随着加工中心的出现，以及CNC技术、信息技术、网络控制技术和系统工程的发展，单机数控自动化逐步走向计算机控制的多机制造系统自动化。20世纪60年代末出现的DNC系统，就是使用一台较大型的计算机控制和管理多台数控机床，能进行多种、多工序的自动加工。之后，以此为控制基础，出现了包括加工、组合、检查在自动化程度和规模上不同的多种层次和级别的柔性制造系统即FMS，使得数控机床为组成现代机械制造生产系统的基本设备。(3) 模具设计制造过程智能化集成技术 CAD/CAM系统的开发均从计算机图形学开始，这在CAD系统中是显然的。在CAM系统中则是把本应属于工艺问题的过程简化为几何问题进行处理，即把刀具也作为一个几何体并用其几何特征与待加工体进行运算求得出相应的刀位轨迹，实质上等同于CAD系统。但是，实际生产过程是无法简化的，许多在CAD/CAM系统中被忽略的问题终归要突显出来并解决。例如，在冲压模具设计过程中冲压工序的制订及相应工序件的设计；在注射模具设计过程中浇注系统、热交换系统的设计；在模具制造中刀具及相应切削参数的选择等等，对这些问题处理得好坏将直接影响模具设计制造的成败。CAD/CAM系统固然为我们设计制造复杂的模具提供了便利有效的工具，但如果无法利用一些比较传统的方法更有效更便捷的工具对这些设计制造方案进行工艺可行性评价，那么CAD/CAM技术强大的功能将大打折扣。因此，计算机辅助工艺仿真系统的开发与运用无疑起到了锦上添花的功效。 工艺仿真系统可以让我们用较短的时间和较低的成本对模具设计制造方案的工艺性进行评价，如果不可行，则可以快速进行修正优化。例如，我们可以利用板料成型仿真软件对冲压模具工序件设计进行工艺性评价，可以利用加工仿真软件对数控加工工艺过程进行过切或碰撞检测等等。这样，我们不必一直等到试模或数控加工过程再来评判设计方案的好坏，可以大大地缩短开发周期和降低开发成本。(4) 模具设计反向工程 随着计算机辅助几何设计的理论和技术的发展和应用，以及CAD/CAM/CAE集成系统的开发和商业化，产品实物或模型首先通过扫描测量以及各种先进的数据处理手段获得产品的几何信息，然后充分利用CAD/CAM编程，就可数控加工出产品的数学几何模型，经过适当的工程分析、结构从产品-再设计-产品的过程。这种实物测量反求技术始于用油泥模型设计汽车、摩托车外形，并借助仿形技术完成零部件的设计制造；现已广泛应用于产品改型、模具翻制等生产活动中；特别是对于具有复杂曲面外形的产品，以类似的方法进行设计，可以大大缩短参评的开发周期，提高产品与样件的相似度，是消化、吸收先进技术而改造和开发各种新产品的重要手段，它成为反向工程的主要内容。 反向工程称为逆向工程或反求工程，是相对于传统的产品设计流程即所谓的正向工程而提出的。正向工程是泛指常规的从概念设计到模具模型设计再到成品的生产制造过程。反向工程常指从现有模型经过一定的手段转化为概念模型和工程设计模型，如利用三坐标测量机的测量数据对产品进行数学模型重构，或者直接将这些离散数据转化成NC程序进行数控加工而获得成品的过程，是对已有产品的再设计、再创造的过程。正向工程与反向工程的本质区别在于对“设计从哪里开始”这一问题的回答。在正向过程中，设计是从为了实现某一功能要求的概念开始的，这时，设计者首先要对产品进行功能分析，在满足功能要求的前提下选择合适的结构组合成一个产品雏形，在根据各种约束条件（几何约束、整体协调性、人机工程、美学要求等等）来修正这一雏形，直到产品定型为止，其难点或关键在于对所有设计产品的使用要求要了如指掌，并能找到合理的物化过程和物化结构。 反向工程更多的是一种几何实现的设计过程，即产品设计是从模型数字化的实现过程开始的，往往是对已有产品的仿制或仅仅做局部有限的改动，而对产品的功能要求则不作主要因素考虑，其难点或关键在于模型的重构技术，这里的模型重构是指对已有模型进行合理几何表达的方法。对于以规则几何体为主要的产品，可采用手工测绘或利用一些辅助设备如三坐标测量仪等对几何关键点进行测量，给出产品的几何表达即可；对于以不规则的自由曲面为主的产品，目前一般的做法是利用三坐标测量机对产品进行扫描，再借助一些CAD/CAM系统软件对扫描的点云数据进行处理，最终重构出满足一定几何精度的新的产品数学几何模型。(5) 模具快速原型制造(RPM)技术 快速原型制造技术在20世纪80年代后期源于美国，最近20年来世界制造技术领域的一次重大突破。RPM是机械工程、计算机技术、数控技术及材料科学等技术的集成，它能将已具数学几何模型的设计迅速、自动地物化为具有一定结构和功能的原型或零件。分层制造技术、实体自由形状制造技术、直接CAD制造、桌面制造、即时制造与RPM具有相似的内涵。 RPM技术获得零件的途径不同于传统的材料去除或材料变形方法，而是在计算机控制下，基于离散/堆积原理采用不同方法堆积材料最终完成零件的成型与制造的技术。从成型角度看，零件可视为由点、线或面的叠加而成，即从CAD模型中离散得到点、面的几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到几何信息，再与成型工艺参数信息结合，控制材料有规律、精确地由点到面，由面到体地堆积零件。从制造角度看，它根据CAD造型生成零件三维几何信息，转化成相应的指令传输给数控系统，通过激光束或其他方法使材料逐层堆积而形成原型或零件，无需经过模具设计制造环节，极大地提高了生产效率，大大降低生产成本，特别是极大得缩短生产周期，被誉为制造业中的一次革命。3 塑料模具3.1 塑料模具简介一种用于压塑、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。按成型方法分类塑料模具可分为：(1)注射成型：是先把塑料加入到注射机的加热料筒内，塑料受热熔融，在注射机螺杆或柱塞的推动下，经喷嘴和模具浇注系统进入模具型腔，由于物理及化学作用而硬化定型成为注塑制品。 (2)压缩成型：俗称压制成型，是最早成型塑件的方法之一。 压缩成型是将塑料直接加入到具有一定温度的敞开的模具型腔内，然后闭合模具，在热与压力作用下塑料熔融变成流动状态。由于物理及化学作用，而使塑料硬化成为具有一定形状和尺寸的常温保持不变的塑件。(3)挤塑成型：是使处于粘流状态的塑料，在高温和一定的压力下，通过具有特定断面形状的口模，然后在较低的温度下，定型成为所需截面形状的连续型材的一种成型方法。 (4)压注成型：亦称铸压成型。 是将塑料原料加入预热的加料室内，然后把压柱放入加料室中锁紧模具，通过压柱向塑料施加压力，塑料在高温、高压下熔化为流动状态，并通过浇注系统进入型腔逐渐固化成塑件。(5)中空成型：是把由挤出或注射制得的、尚处于塑化状态的管状或片状坯材趋势固定于成型模具中，立刻通入压缩空气，迫使坯材膨胀并贴于模具型腔壁面上，待冷却定型后脱模，即得所需中空制品的一种加工方法。3.2 注射模的基本结构 通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。(1) 成型部件 包括凹模、凸模、各种成型芯，都是成型制品内、外表面或上、下端面、侧孔、侧凹和螺纹的零件。(2) 浇注系统 浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。浇注系统的设计直接关系着塑件的成型质量和生产效率。因此，对浇注系统的设计是注射模具设计的重点工作。(3) 导向部件 包括导柱和导套,用以确定模具或推出机构运动的相对位置。(4) 脱模机构 在开模过程中，需要有推出机构将塑件及其在流道内的凝料推出或拉出。推出机构由推杆和推出固定板、推板及主流道的拉料杆组成。推出固定板和推板夹持住推杆。在推板中一般还固定有复位杆，复位杆在动模和定模合模时使推出机构复位。(5) 侧向分型抽芯机构 在注射成型中，当塑件具有与开模方向不一致的孔或在侧壁有凹凸形状时，一般都必须将成型侧孔或侧凹的零件做成可活动的结构，在塑件脱模前，一般都需要侧向分型和抽芯才能取出塑件，完成侧向活动型芯的抽出和复位的这种机构就叫做侧向抽芯机构。侧向抽芯机构包括斜导柱、滑块、楔紧块、滑块定位装置、侧型芯和抽芯液压缸等。(6) 调温系统 模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求，以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。为了满足注塑工艺对模具温度的要求，需要有调温系统对模具的温度进行调节。对于热塑性塑料用注塑模，主要是设计冷却系统使模具冷却。模具冷却的常用办法是在模具内开设冷却通道，利用循环流动的冷却水带走模具的热量；模具的加热除可用冷却水通道引入热水或蒸汽外，还可在模具内部和周围安装电加热元件。(7)排气系统1)排气系统的设计 在注射成型过程中，模具内除了型腔和浇注系统中原有的空气外，还有塑料受热或凝固产生的低分子挥发气体，这些气体若不能被熔融塑料顺利的排出型腔，则可能因填充时气体被压缩而产生高温，引起塑件局部碳化烧焦或使塑件熔接不良而引起塑件强度降低，甚至阻碍塑料填充等。为了使这些气体从型腔中及时排出，在设计模具时必须考虑排气的问题。 排气方式有开设排气槽排气和利用模具分型面或模具零件的配合间隙处自然排气等。因利用模具分型面或配合间隙自然排气不需开设专门的排气槽，设计和加工都比较方便，故大多数情况下都采用这种排气方式。 当塑件尺寸较大或成型时产生的气体较多或塑件上有局部薄壁时，应考虑开设排气槽。若型腔最后填充部位不在分型面上，其附近又无可供排气的推杆或可活动型芯时，可在型腔相应部位镶嵌烧结的多空金属块以供排气。2)引气系统的设计 对于一些大型生壳形塑件，注塑成型后，整个型腔被塑料充满，型腔内气体被排除，此时塑件的内腔表面与型芯表面之间基本上形成真空，塑件难以脱模，如果采取强行脱模，势必使塑件发生变形或损坏。因此，在这种情况下必须设置引气装置。常见的引气形式有：镶拼式间隙引气，气阀式引气。(8) 标准模架 为了减少繁重的模具设计与制造工作量，注射模大多采用了标准模架结构，它一般由定位圈、定模座板、定模板、动模板、动模垫板、动模底座、推出固定板、推板、推杆、导柱等零部件组成。4 热塑性高分子材料的选择4.1 中国高分子材料发展回顾 人类的生活和社会的发展总是离不开材料，而新材料的出现又推动生活和社会的发展。人们使用及制造材料虽已有几千年的历史，但材料成为一门科学材料科学，仅有30多年的时间，此为一门新兴学科，是一门集众多基础学科与工程应用学科相互交叉、渗透、融合的综合学科，因而对于材料科学的研究，具有深远的意义。 我国高分子科学的形成、发展和我国高分子工业的形成及提高似乎是各行其路的。虽然中国高分子科学在人才培养、特殊高分子材料的研究开发及少数几项工业技术(例如中国科学院长春应用化学研究所研究的三元镍系顺丁橡胶合成技术,中国科学院化学研究所的降温母粒生产衣用聚丙烯纤维的技术等)的创造方面,为中国高分子工业的发展做出了贡献，但就整体而言，中国高分子科学的发展对中国高分子工业推动作用的潜力尚未发挥出来。 高分子材料的发展大致经历了三个时期，即：天然高分子的利用与加工，天然高分子的改性和合成，高分子的工业生产(高分子科学的建立)。 随着生产和科学技术的发展，对材料提出各种各样新的要求。高分子材料的发展总趋势是提高性能，发展功能。但总的来说，今后高分子材料发展的主要趋势是高性能化、高功能化、复合化、精细化和智能化。(1)高性能化为了满足航空和航天、电子信息、汽车工业、家用电器等多方面技术领域的需要，要求材料的机械性能、耐热性、耐久性、耐腐蚀性等性能进一步提高。因此高性能材料的开发和研究是高分子材料科学近年来发展的一个主要方面。高分子材料高性能化研究主要包括单一高分子材料的高性能化，通过改性技术实现高性能化以及与高性能材料研究并行的高分子材料试验评价技术的研究。(2)高功能化功能高分子是高分子材料科学中充满活力的新领域，目前虽处于发展的初期，但正十分广泛而活跃地进行研究、开发、创新，并且已在深度和广度上取得进展，出现了一大批各种各样的高功能高分子材料。主要包括电磁功能高分子材料，光学功能高分子材料，物质传输、分离功能高分子材料，催化功能高分子材料，生物功能高分子材料和力学功能高分子材料等。例如像金属那样导电的导电性高聚物，能吸收大量水分的吸水性树脂，用于制造大规模集成电路的光刻胶，作为人造血管和人造心脏等原料的医用高分子材料等等。(3)复合化复合材料可以克服单一材料的缺点，发挥各自组成材料的优点，扩大材料的应用范围，提高材料的经济效益。复合材料是材料的发展方向。复合材料与高分子材料紧密相关。高分子树脂是结构复合材料的最主要的基体材料，许多高性能的增强材料也是由高分子材料所构成。玻璃纤维增强树脂复合材料，当前已大规模的生产和应用，占高聚物基复合材料的绝大部分，主要用于交通运输、建筑、船舶、家电等领域，而今后仍会有所发展。(4)精细化近年来电子信息技术迅猛发展，这就要求所用的原材料及采用的加工工艺技术，进一步向高纯化、超净化、精细化、功能化方向发展。例如超大规模集成电路用光致抗蚀剂，目前光刻工艺分辨率可达12m，研究水平接近0.1m。为了发展亚微米级（0.01m）和纳米级（0.001m）的超细光刻工艺，除了要发展适于波长更短的光源（紫外光、电子束、X射线等）曝光的新型光致抗蚀剂外，还必须改进光刻工艺。属于高科技领域，目前基本上正处于探索阶段。(5)智能化材料智能化是一项富有挑战性的重大课题。智能材料是使材料本身带有所具有的高级功能，例如具有预知预告、自我诊断、自我修复、自我增值、认识和识别能力、刺激反应性、环境应答性等种种特性，对环境条件的变化能做出合乎要求的答应。例如要开发事先能预告疲劳、裂缝和寿命的材料；对应环境变化、折光率、透光率、反射率会作相应变化的光学材料；根据人体的状态，控制和调节释放药剂的微胶囊材料；根据生物体生长或治愈的情况，或继续生长或发生分解的血管、人工骨等医用材料等等。从功能材料到智能材料这是材料科学的一次飞跃，它将是新材料、分子、原子级工程技术、生物技术和人工智能多方面知识渗透、融合的产物。4.2 中国高分子物理的研究高分子物理的学科发展线索是,研究高分子的多层次运动(链段运动、分子链运动)、多层次相互作用、多层次结构(高分子链节结构、序列结构、各种凝聚态结构)，各种结构因素对聚合物材料性能及功能的影响，以及进行上述工作的手段(新仪器)研究和新方法研究。近年来，在我国高分子物理研究领域也出现了一些新的生长点。例如，高分子流体在振动剪切力作用下分子链的运动及非线性黏弹性行为研究、在外场(温度、剪切力、超声波等)作用下聚合物体系特殊凝聚态、特殊相态的控制形成研究。这些新生长点的特点是，把高分子物理研究从“静态”引向了动态”，即在以往理想条件下”高分子物理问题研究的基础上，向更接近实际情况(例如成型加工过程中的情况)下的高分子物理问题研究靠近，这是值得我们思考的方向。4.3 中国高分子工程的研究 高分子工程研究包含两个部分，即高分子成型加工，和聚合反应工程。高分子工程的主要研究线索是，研究在外场(剪切力、振动力、温度、压力等)作用下，高分子的链运动、相态及结构的变化规律和控制条件，从而发展聚合物成型的新方法和新技术(聚合物成型加工领域)，以及研究高分子化合物工业规模合成中的尺度效应及工艺特点，从而发展工业合成的新技术、新设备、新流程(聚合反应工程领域)。近年来在我国高分子成型研究领域出现了一些新的生长点，比如聚合物振动剪切成型原理及设备研究、聚合物成型过程中的形态控制研究、聚合物复合体系的微波增容技术研究等。这些工作不仅是提高高分子材料性能的新成型技术，更主要的是在学科上把高分子成型研究引向了深层次，为高分子成型研究的创新提供了新思路。4.4 常用部分高分子材料性能通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说，要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。该塑件对材料的要求首先必须是塑料的流动性，其次是成型难易和经济性问题，以下是对几种流动性能较好材料的性能对比，如表3-1所示。 表3-1 常用高分子材料的特性性能参数ABS PC PMMA拉伸强度/MPa51.9 6672弯曲强度/MPa11095113断裂伸长率/%280100落球冲击强度J/m16422洛氏硬度（M）11582101氧指数（OI） 18.124.917.3热变形温度/ 85134100维卡软化点/105153120马丁耐热温度/112体积电阻率/cm10102.1101010吸水率% 0.050.131.19透光度/%88929393雾度% 30.90.9折射率 1.5921.5861.492和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2所示。表3-2 常用高分子材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途ABS（非结晶型）透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好 成型性能好，成型前需干燥，注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂因流动性好，适宜用点浇口或侧浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件小于70应用广泛，如电器外壳、汽车仪表盘、日用品等有机玻璃（非结晶型）透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解收缩率取0.3580透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等聚碳酸酯（非结晶型） 透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，不耐碱，酮，酯耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件脱模斜度2 130脆化温度为100齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等5 塑件成型工艺性分析 闹钟后盖注射模具设计中的零件形状较复杂，要保证制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难以程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构。闹钟后盖的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。闹钟后盖的注塑材料首先选用ABS，闹钟的后盖绝大部分的决定了闹钟的重心的位置的所在。要很好的处理后盖壁厚的均匀，成型后收缩率的不一致，这样就必须有效的控制模具温度来调节收缩率。本毕业设计为一闹钟后盖，如图4-1所示。塑件结构比较复杂，塑件质量要求是不允许有裂纹、变形缺陷，脱模斜度30-1；塑件材料为ABS，生产批量为大批量，塑件公差按模具设计要求进行转换。 图4-1闹钟后盖三维图5.1 闹钟后盖原料（ABS）的成型特性丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。(1) 使用性能 综合性能好，冲击强度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀鉻，适合制作一般机械零件、减摩零件、传动零件好和机构零件。(2)成型性能1）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，应按品种来确定成型方法及成型条件。2）吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），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。4）模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑件表面呈现白色痕迹。(3)ABS性能ABS无毒、无味，外观呈象牙色半透明，或透明颗粒或粉状。密度为1.051.18g/3,收缩率为0.4%0.9%,弹性模量值为0.2Gpa,泊松比值为0.394，吸湿性250。 (4)力学性能ABS有优良的力学性能，其冲击强度极好，可以在极低的温度下使用；ABS的耐磨性优良，尺寸稳定性好，又具有耐油性，可用于中等载荷和转速下的轴承。ABS的耐蠕变性比PSF及PC大，但比PA及POM小。ABS的弯曲强度和压缩强度属塑料中较差的。ABS的力学性能受温度的影响较大。 (5)热学性能 ABS的热变形温度为93118，制品经退火处理后还可提高10左右。ABS在-40时仍能表现出一定的韧性，可在-40100的温度范围内使用。 (6)电学性能ABS的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在大多数环境下使用。 (7)环境性能ABS不受水、无机盐、碱及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯代烃中，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。ABS的耐候性差，在紫外光的作用下易产生降解；于户外半年后，冲击强度下降一半。(8)ABS的主要性能指标 其性能指标见下表 表4-1 ABS的性能参数密 度(g/ )1.021.08计算收缩率 (%)：0.40.7吸水率(%)：0.20.4熔点（）：130160热变形温度（）：90108拉伸弹性模量（Mpa）：1.4抗弯强度（Mpa）：80硬度（HB）：11体积电阻率 ：9.7屈服强度（Mpa）50比热容/j.（kg.)11470 弯曲弹性模量/Mpa1.4拉伸强度（Mpa）38抗压强度/Mpa53击穿电压（KV/mm）：6.95.2 ABS的注射成型过程及工艺参数(1) 注射成型过程 1) 成型前的准备。干燥处理：ABS材料具有吸湿性，要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为8090下最少干燥2小时。材料温度应保证小于0.1%。 熔化温度：217237；建议温度：230。 模具温度：5080。（模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低）。 2）注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇注系统进入模具的型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五个阶段。 3）塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为6075，处理时间为1620s(2）注射工艺参数1)注射机：螺杆式，螺杆转速为30r/min2)预热温度()： 80-85 3)料筒温度（）：前段180-200 中段165-180 后段150-1704)喷嘴温度（）： 170-1805)模具温度()：50-806）注射压力（MPa）： 60-1007）成型时间（s）：18.5（注射时间1.2, 辅助时间8 ,冷却时间9.3）6 塑件的要求6.1 塑件的分析图4-1为设计的闹钟后盖的三维立体图，该产品形状为薄壁型零件，精度及表面粗糙度要求高，不允许有明显的熔接痕、飞边等工艺痕迹，需要一定的配合精度要求。从整体结构分析：制品表面积较大、高度适中但是壁薄、零件的曲面复杂，型腔、型芯加工困难。从整体工艺性分析：根据制品外观要求与结构特定要求选择浇口位置在零件侧部，制品薄而大要求冷却必须均匀而充分，脱模力合理要求顶出机构顶出均匀。6.2 塑件的表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。本塑件对表面质量要求一般。6.3 塑件的尺寸精度尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，以及需要保证上下盖的配