防护罩塑料成型工艺与模具设计-圆筒件带侧孔注塑模具【含9张CAD图纸+PDF图】
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防护罩塑料成型工艺与模具设计1绪 论 目前，我国塑料技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在塑料模基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1 国内模具的现状和发展趋势1.1.1 国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：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一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2 国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: (1)模具日趋大型化； (2)在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； (3)模具扫描及数字化系统； (4)在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；(5)提高模具标准化水平和模具标准件的使用率； (6)发展优质模具材料和先进的表面处理技术； (7)模具的精度将越来越高； (8)模具研磨抛光将自动化、智能化； (9)研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程； (10)开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其它加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水准的高低，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并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。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水准比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3 防护罩塑料成型工艺与模具设计在进行设计之前，设计者应该明确自己要设计的事项，要以设计任务书为依据设计模具。根据设计书的内容，设计者应熟悉塑件的几何形状、明确使用要求。然后对塑件进行成型工艺性的检查，以确认塑件各个细节是否符合注塑成型的工艺条件，这可以利用一些塑料CAE分析软件辅助分析。在对工艺性分析之后，利用CAD软件进行塑件的型芯型腔造型，确定其收缩率和分型面。将塑件的型芯型腔设计完毕之后，根据塑件的参数，选取合适的模架。接下来的工作就是对模具的浇道系统、冷却或加热系统、模具其它构件的设计，根据前面的设计，选择合理的注射机，最后绘制模具的设计图。随着CAD/CAM技术在模具领域的发展，传统的模具设计正在发生着重大变化，每个公司也有自己实际的一套操作手册。但总的来说，设计的基本过程和内容，均与传统的设计基本相同。 2. 塑件的工艺分析2.1塑件的分析塑件如图1所示。图1 塑件图产品名称：防护罩产品材料：ABS产品数量：较大批量生产塑件尺寸：如图1所示2.1.1 塑件材料ABS的使用性能 综合性能较好，冲击韧度、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电气性能良好；易于成形和机械加工，与有机玻璃的熔接性良好，可作双色成形塑件，且表面可镀铬。适于制作一般机械零件、减摩耐磨零件、传动零件和电信结构零件。2.1.2 塑件材料ABS的加工特性 (1)无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成形特性也各有差异，应按品种确定成形方法及成形条件。 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。 (2)流动性中等，溢边料0.04 mm左右（流动性比聚苯乙烯，AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 (3)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。注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180230，注射压力为100140 MPa，螺杆式注塑机则取160220，70100 MPa为宜。 (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（但在热水中加热可消失）。脱模斜度宜取2以上。2.2 塑件的成型工艺参数确定查手册得到ABS塑料的成型工艺参数：适用注射机类型 螺杆式密度 1.01 1.07 g/cm3；收缩率 0.3 0.8 % ；预热温度 80C 85C，预热时间 2 3 h ；料筒温度 后段150C170C，中段165C180C，前段180C200C；喷嘴温度 170C 180C；模具温度 50C 80C； 注射压力 60 100 MPa ；成型时间 注射时间20 90s ，保压时间0 5s ，冷却时间20 120s 。3. 模具的基本结构及模架选择3.1 模具的基本结构3.1.1 确定成型方法塑件采用注射成型法生产。为保证塑件表面质量，使用点浇口成型，因此模具应为双分型面注射模（三板式注射模）。3.1.2 型腔布置塑件形状较简单，重量较轻，生产批量较大。所以应使用多型腔注射模具。考虑到塑件的侧面有10mm的圆孔，需侧向抽芯，所以模具采用一模二腔、平衡布置。这样模具尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。其布置如图2所示。图2 型腔布置3.1.3 确定分型面塑件分型面的选择应保证塑件的质量要求，本实例中塑件的分型面有多种选择，如图3所示。图3（a）的分型面选择在轴线上，这种选择会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件表面质量。同时这种分型面也使侧向抽芯困难；图3（b）的分型面选择在下端面，这样的选择使塑件的外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件大部分外表面光滑，仅在侧向抽芯处留有分型面痕迹。同时侧向抽芯容易，而且塑件脱模方便。因此塑件选择如图3（b）所示的分型面。 （a） （b） 图3 分型面选择3.1.4 选择浇注系统塑件采用点浇口成型，其浇注系统如图4所示。点浇口直径为0.8mm，点浇口长度为1mm，头部球R1.52 mm。分流道采用半圆截面流道，其半径R为3 3.5mm。主流道为圆锥形，锥角为6，上部直径与注射机喷嘴相配合，下部直径6 8 mm。图4 点浇口浇注系统3.1.5 确定推出方式由于塑件形状为圆壳形而且壁厚较薄，使用推杆推出容易在塑件上留下推出痕迹，不宜采用。所以选择推件板推出机构完成塑件的推出，这种方法结构简单、推出力均匀，塑件在推出时变形小，推出可靠。3.1.6 侧向抽芯机构塑件的侧面有10mm的圆孔，因此模具应有侧向抽芯机构，由于抽出距离较短，抽出力较小，所以采用斜导柱、滑块抽芯机构。斜导柱装在定模板上，滑块装在推件板上。3.1.7 模具的结构形式 模具结构为双分型面注射模，如图5所示。图5 双分型面注射模模具结构1拉杆 2导套 3定模板（中间板） 4螺钉 5推件板 6复位杆 7动模板 8支承板 9推杆固定板 10推板 11垫块 12动模座板 13导柱 14导套 15导套 16定模做板 17脱出板 18导套 19导柱 20限位螺钉3.1.8 选择成型设备 选用G54-S200/400型卧式注射机，其有关参数为：额定注射量 200/400 cm3 ；注射压力 109 MPa ；锁模力 2540 kN ；最大注射面积 645 cm2 ；模具厚度 165 406 mm ；最大开合模行程 260 mm ；喷嘴圆弧半径 18 mm ；喷嘴孔直径 4 mm ；拉杆间距：290368 mm 。3.2 选择模架3.2.1 模架的结构模架的结构如图6所示。图6 模架3.2.2 模架安装尺寸校核 模具外型尺寸为，长300 mm、宽250 mm、高345 mm，小于注射机拉杆间距和最大模具厚度，可以方便地安装在注射机上。4 模具结构、尺寸的设计计算4.1 模具结构设计计算4.1.1 型腔结构见装配图所示，型腔由定模板4、定模镶件26和滑块19共三部分组成。定模板4和滑块19构成塑件的侧壁，定模镶件26成型塑件的顶部，而且点浇口开在定模镶件上，这样使加工方便，有利于型腔的抛光。定模镶件可以更换，提高了模具的使用寿命。4.1.2 型芯结构见装配图所示，型芯由动模板16上的孔固定。型芯于推件板18采用锥面配合，以保证配合紧密，防止塑件产生飞边。另外，锥面配合可以减少推件板在推件运动时与型芯之间的磨损。型芯中心开有冷却水孔，用来强制冷却型芯。4.1.3 斜导柱、滑块结构 见装配图。4.1.4 模具的导向结构为了保证模具的闭合精度，模具的定模部分与动模部分之间采用导柱1和导套2导向定位。推件板18上装有导套6，推出时，导套6在导柱1上运动，保证了推件板的运动精度。定模座板上装有导柱30，为点浇口凝料推板24和定模板4的运动导向。4.2 模具成型尺寸设计计算 取ABS的平均成型收缩率为0.6 %，塑件未注公差按照SJ1372中8级精度公差值选取。塑件尺寸如图1所示。4.2.1 型腔径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /3；取x=0.75。(1)40+0.26 40.26-0.26 (2)R25+0.94 R25.94-0.94 4.2.2 型腔深度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /3；取x=0.5。(1)50+1.2 51.2-1.2 (2)45+1.2 46.2-1.2 4.2.3 型芯径向尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /3；取x=0.75。(1)36.8+0.26 36.8+0.26 (2)10+0.52 10+0.524.2.4 型芯高度尺寸 模具最大磨损量取塑件公差的1 / 6；模具的制造公差z = /3；取x=0.5。(1)48.4+1.2 48.4+1.2 (2)15+0.68 15+0.68 4.3 模具加热、冷却系统的计算4.3.1 模具加热 一般生产ABS材料塑件的注射模具不需要外加热。4.3.2 模具冷却模具的冷却分为两部分，一部分是型腔的冷却，另一部分是型芯的冷却。型腔的冷却是由在定模板（中间板）上的两条10mm的冷却水道完成，如图7所示。图7 定模板冷却水道型芯的冷却如图8所示，在型芯内部开有16mm的冷却水孔，中间用隔水板2隔开，冷却水由支承板5上的10mm冷却水孔进入，沿着隔水板的一侧上升到型芯的上部，翻过隔水板，流入另一侧，再流回支承板上的冷却水孔。然后继续冷却第二个型芯，最后由支承板上的冷却水孔流出模具。型芯1与支承板5之间用密封圈3密封。图8 型芯的冷却1型芯 2隔水板 3密封圈 4动模板（型芯固定板） 5支承板5. 模具主要零件图及加工工艺规程5.1 模具定模板（中间板）零件图及加工工艺规程定模板（中间板）零件图如图9所示。图9 定模板（中间板）零件图定模板（中间板）的加工工艺：（1）以基准角定位，加工52+0.02mm和40.31+0.09mm的型腔孔，可以采用坐标镗床或加工中心完成。（2）以基准角定位，加工宽32mm、长40mm、深25mm及宽10mm、深20.66-0.23mm的装配侧滑块孔，可以采用铣床或加工中心完成。（3）以基准角定位，加工宽32mm、长20mm、深40mm的斜楔装配孔及其上的M8螺钉沉孔，可以采用铣床和钻床完成。（4）钳工研配侧滑块和斜楔。（5）将侧滑块装入定模板侧滑块孔内锁紧固定，共同加工15mm的斜导柱孔，可以采用铣床或钻床完成。（6）以基准角定位，加工4-16mm孔，可以采用钻床或铣床完成。（7）加工2-10mm冷却水孔，由钻床或深孔钻床完成。5.2 模具侧滑块零件图及加工工艺规程侧滑块零件图如图10所示。图10 侧滑块零件图侧滑块加工工艺如下：（1）加工外形尺寸，由铣床或加工中心完成。（2）钳工研配，首先与推件板研配侧滑块的滑道部分，要求滑动灵活，无晃动间隙；其次研配侧滑块与型芯及定模板的配合，要求配合接触紧密，注射成型时不产生飞边；最后研配斜楔，要求斜楔在注射成型时锁紧侧滑块。（3）与定模板配钻斜导柱孔。（4）加工侧滑块的两个3mm定位凹孔。5.3 模具动模板（型芯固定板）零件图及加工工艺规程动模板（型芯固定板）零件图如图11所示。图11 动模板（型芯固定板）零件图动模板（型芯固定板）加工工艺如下：（1）以基准角定位，加工50+0.02mm和60mm的型芯固定孔，可以采用坐标镗床或加工中心完成。（2）以基准角定位，加工4-21mm孔，可采用镗床或钻床完成。（3）钳工装配型芯。6 模具总装图及模具的装配、试模6.1 模具总装图图12为模具的总体装配图。图12 模具图1导柱 2导套 3拉杆 4定模板（中间板） 5螺钉 6导套7复位杆 8动模座板 9螺钉 10推板 11推杆固定板 12垫块 13支承板 14密封圈 15隔水板 16动模板（型芯固定板） 17定位珠 18推件板 19侧滑块 20斜楔 21斜导柱 22型芯 23螺钉 24脱出板 25定模座板 26定模镶件 27拉料杆 28定位圈 29浇口套 30导柱 31导套 32导套 33限位螺钉6.2 模具的安装试模试模是模具制造中的一个重要环节，试模中的修改、补充和调整是对于模具设计的补充。6.2.1 试模前的准备试模前要对模具及试模用的设备进行检验。模具的闭合高度，安装与、于注射机的各个配合尺寸、推出形式、开模距、模具工作要求等要符合所选设备的技术条件。检查模具各滑动零件配合间隙适当，无卡住及紧涩现象。活动要灵活、可靠，起止位置的定位要正确。各镶嵌件、紧固件要牢固，无松动现象。各种水管接头、阀门、附件、备件要齐全。对于试模设备也要进行全面检查，即对设备的油路、水路、电路、机械运动部位、各操纵件和显示信号要检查、调整，使之处于正常运转状态。6.2.2 模具的安装及调试 模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地，并安装在指定注射机的全过程。模具安装在注射机上要注意以下方面：(1)模具的安装方位要满足设计图样的要求。(2)模具中有侧向滑动结构时，尽量使其运动方向为水平方向。(3)当模具长度与宽度尺寸相差较大时，应尽可能使较长的边与水平方向平行。(4)模具带有液压油路接头、气路接头、热流道元件接线板时，尽可能放置在非操作一侧，以免操作不方便。模具在注射机上的固定多采用螺钉、压板的形式，如图13所示。一般采用4- 8块压板，对称布置。图13模具固定1压板 2螺钉 3模具 4注射机模板模具安装于注射机上之后，要进行空循环调整。其目的在于检验模具上各运动机构是否可靠、灵活，定位装置是否能够有效作用，要注意以下方面：(1)合模后分型面不得有间隙，要有足够的合模力。(2)活动型芯、推出及导向部位运动及滑动要平稳、无干涉现象，定位要正确、可靠。(3)开模时，推出要平稳，保证将塑件及浇注系统凝料推出模具。(4)冷却水要畅通，不漏水，阀门控制正常。6.2.3 试模模具安装调整后即可以进行试模。(1)加入原料 原料的品种、规格、牌号应符合产品图样中的要求，成型性能应符合有关标准的规定。原料一般要预先进行干燥。(2)调整设备 按照工艺条件要求调整注射压力、注射速度、注射量、成型时间、成型温度等工艺参数。(3)试模 采用手动操作，试模注射出样件。6.2.4 检验通过试模可以检验出模具结构是否合理；所提供的样件是否符合用户的要求；模具能否完成批量生产。针对试模中发现的问题，对模具进行修改、调整、再试模，使模具和生产出的样件满足客户的要求，即可交付生产使用。结束语毕业设计作为三年大学学习中极为重要的一部分，是衡量一个学生专业课水平的重要标志。毕业设计是我们所学课程的一次系统而深入的综合性的总复习，是一次理论联系实践的训练，也是我们步入工作前的一次检验。就我个人而言，通过这次毕业设计，使我学习到了许多知识，对模具的设计与制造有了极为深刻的认识，是一次由理论向实践的飞跃，回顾一个多月的设计生活，让我感慨颇深，主要体会有以下几点：1. 扎实的基础课，专业课是模具设计的基础由于以前所学的课程难免有些理解不深，遗忘等，而本次设计又或多或少的用到了这些知识，从而迫使我认真扎实的学习了以前的课程，并加深了对这些课程的理解、真正有一种温故而知新的感觉，如机械制图中的各种线型的特点应用，材料力学中的应力校核，热处理中各种材料与热处理性能，公差配合与测量技术中公差的正确选用，模具的加工与制造技术。塑料模具的设计与制造步骤，模具材料的正确选用等。2. 理论与实践相结合的重要性以前的学习中，基本上是纯理论的学习，虽然有金工实习、毕业实习等实践的体味，但却停留在表面上，没有进行过真正的设计，从而使理论与实践严重脱节，而现在我们是在经历了金工实习、毕业实习后的一次真正的练兵。我认真回顾了以前所见所学的塑料模知识，在脑海里反复了思考了塑料模的步骤，然后开始到图书馆查数据作设计。在作设计的过程中，我才真正感觉到眼高手低的含义，同时也“窥一斑而知全豹”，自己的学习中的不足和薄弱环节暴露无遗，但是在老师们的帮助下以及自己的努力下，我终于克服了重重困难，使设计得以顺利的进行。通过向老师们请教，我了解到设计要面向企业，面向市场的原则，毕业设计正是对实践能力的一次强有力的训练，是我们独立工作的前凑，将对我们以后的工作产生深远的影响。3. 对模具设计中的安全性，经济性加深了认识在设计工作中，要不断对安全性进行分析，从操作者的角度进行设计，在设计中，需要考虑到模具的成本问题，经济
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