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塑料 模具设计 说明书

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目 录绪论-2第1章 对塑料成型模具设计的认识-31.1 模具工业现状-41.2 发展模具的积极意义-41.3 我国的模具将呈现十大发展趋势-5第2章 设计过程-7 2.1 塑料成型制品的分析-72.2 注射成型工艺的设计-82.3 注射机的技术规范-12第3章 模具的结构设计-143.1 注射机的锁模力-143.2 成型零件的设计-16 第4章 模具结构零件设计-17 4.1 导柱和导套- 17 4.2 推杆、复位杆及拉料杆-17 4.3 限位钉、垫块-184.4 定位圈与浇口套-184.5 模板-184.6 挡块、限位块-18参考资料-19 体会与感受- 19绪 论 模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”。美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。日本模具产业年产值达到13000亿日元，远远超过日本机床总产值9000亿日元。如今，世界模具工业的发展甚至已超过了新兴的电子工业。 我国国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，预计到2005年，仅汽车行业将需要各种塑料制件36万吨；电冰箱、洗衣机和空调的年产量均超过1000万台；彩电的年产量已超过3000万台。近年来，我国的模具工业一直以每年13%左右的增长速度快速发展。据预测，我国模具行业在“十五”期间的增长速度将达到13%15%。模具钢的需求量也将以年12%的速度递增，全国年需求量约70万吨左右，而国产模具钢的品种只占现有国外模具钢品种的60%，每年进口模具钢约6万吨。我国每年进口模具约占市场总量的20%左右，已超过10亿美元，其中塑料与橡胶模具占全部进口模具的50%以上；冲压模具占全部进口模具约40%。 目前，全世界模具的年产值约为650亿美元，我国模具工业的产值在国际上排名位居第三位，仅次于日本和美国。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。 现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。可见，未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是：大力普及、广泛应用CAD/CAE/CAM技术，逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。 提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模具的出口量。 在塑料注射成型模具中，积极应用热流道，推广气辅或水辅注射成型，以及高压注射成型技术，满足产品的成型需要。 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于30%，而先进国家均高于70%，每年我们要从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的3%8%。 发展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技术，迅速制造出产品的原型与模具，降低成本推向市场。 积极研究与开发模具的抛光技术、设备与材料，满足特殊产品的需要。 推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺，满足模具制造的需要。 开发优质模具材料和先进的表面处理技术，提高模具的可靠性。 研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程，最大限度地提高模具的开发效率与成功率。 在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重人才的培养，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。第一章 对塑料成型模具设计的认识随着工业的发展，模具所占的地位越来越重要，尤其是塑料模具，其应用更加广泛，技术含量更高，我们每天都在享用这它带来的成果。塑料制件在工业中的应用日趋普遍，这是由于他们具有一系列特殊优点所决定的。塑料密度小，质量轻，大多数塑料密度在1.01.4之间，相当于钢材密度的0.11和铝材的0.5左右，即在同样的体积下，塑料制件要比金属制件轻得多，这就是以塑代钢的优点。模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门的重要基础之一，塑料模是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔的一种类型。模具设计水平的高低，加工设备的好坏，制造力量的强弱，模具质量的优劣，直接影响着许多新产品的开发和老产品的更新换代，影响着产品的质量和经济效益的提高。 5模具工业现状 由于历史原因形成的封闭式、“大而全”的企业特征，我国大部分企业均设有模具车间，处于本厂的配套地位，自70年代末才有了模具工业化和生产专业化这个概念。模具工业主要生产能力分散在各部门主要产品厂内的工模具车间，所生产的模具基本自产自用。据粗略估计，产品厂的模具生产能力占全国模具生产能力的75，他们的装备水平较好，技术力量较强，生产潜力较大，但主要为本厂产品服务，与市场联系较少，经营机制不灵活，不能发挥人力物力的潜力。模具专业厂全国只有二百家左右，商品模具只占总数的20左右，模具标准件的商品率也不到20。由于受旧管理体制的影响较深，缺乏统筹规划和组织协调，存在着“中而全”，“小而全”的结构缺陷，生产效率不高，经济效益较差。一、 发展模具的积极意义中国经济的持续高速发展，为模具工业的发展提供了广阔的空间。模具行业在今后的发展中，首先要更加注意其产品结构的战略性调整，使结构复杂、精密度高的高档模具得到更快的发展。我们的模具行业要紧紧地跟着市场的需求来发展。没有产品的需求、产品的更新换代，就没有模具行业的技术进步，也就没有模具产品的上规模、上档次。如汽车生产中90%以上的零部件，都要依靠模具成形，在珠三角和长三角，为汽车行业配套的模具产值增长达40%左右。其次，要积极推进中西部地区模具产业的发展，努力缩小发达地区和不发达地区的差距。中西部很多地区已经意识到模具产业的发展对制造业的重要作用。如陕西、四川、河北等模具生产企业的生产规模、技术水平都有了很大的发展。第三，要积极推进模具企业特别是国有企业的体制创新，转换经营机制，大力发展混合所有制经济，明晰产权和完善法人治理结构。充分发掘企业发展的内在动力。要积极推进中、西部工业基础较好地区的制造业大中型企业主辅分离，使其模具车间、分厂在不太长的时间里，采用多种有效实现形式，转换机制，大力发展产权明晰、独立自主经营，适应市场运作和模具生产快速反应的现代专业模具企业，培养能代表行业水平的“龙头”企业，带动地区产业链的发展。二、 我国的模具将呈现十大发展趋势一是模具日趋大型化。这是由于用模具成型的零件日渐大型化 和高生产效率要求发展的“一模多腔”所造成的。二是模具的精度将越来越高。10年前精密模具的精度一般为5微米，现在已达到2-3微米，不久1微米精度的模具将上市。这要求超精加工。三是多功能复合模具将进一部发展。新型多功能复合模具除了冲压成型零件外，还担负叠压、攻丝、铆接和锁紧等组装任务，对钢材的性能也要求越来越高。四是热流道模具在塑料模具中的比重也将逐渐提高。由于采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节约制作的原材料，因此热流道技术的应用在国外发展很快，许多塑料模具厂所生产的塑料模具一半以上采用了热流道技术，有的厂家使用率达到80%以上，效果十分明显。热流道模具在我国也已生产，有些企业使用率上升到20%30%。五是随着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注塑成型等工艺的模具将随之发展。这类模具要求刚性好，耐高压，特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模温能准确控制，所以对模具钢的性能要求很强。六是标准件的应用将日益广泛。模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用在“十五”期间必将得到较大的发展。 第2章 设计过程塑料模具分类的方法很多，按照塑料制作的成型方法不同可分为以下几类：注射模，压缩模，挤出模，气动成型模本次设计主要是注射模，又叫注塑模，注射成型是根据金属压铸成型原理发展起来的，首先将粒状或粉末状的塑料原料加入到注射机的料筒中，经过加热熔融成粘流态，然后在柱塞或螺杆的推动下，以一定的流速通过料筒前端的喷嘴和模具的浇注系统，注射入闭合的模具型腔中，经过一定的时间后，模具在模内硬化成型，近几年来，热固性塑料注射成型的应用也在逐渐增加。塑料制件主要是靠成型模具获得的，而它的质量是靠模具的正确结构和模具成型零件的正确形状，精确尺寸及较低的表面粗糙度来保证的。由于塑料成型工艺的飞速发展，模具的结构也日益趋于多功能和复杂化，这对模具的设计工作提出了更高的要求。虽然模具制作的质量与许多因素有关，但合格的塑料制作首先取决于模具的设计与制造的质量，其次取决与合理的成型工艺。塑料成型加工技术发展很快，塑料模具的各种结构也在不断的创新，我们在学习成型的同时，还应注意了解塑料模具的新技术、新工艺和新材料的发展动态，学习和掌握新知识，为振兴我国的塑料成型加工技术做出贡献。一、 塑料成型制品的分析1、 制品的设计要求本次设计制品的用途是塑料瓶盖，形状较复杂，但基本对称，精度要求中等。2、 制品的生产批量本制品为大批量生产，为了缩短周期，提高生产率，制品使用一模两腔和全自动化生产，利用模具的顶出机构，将制品推出模腔，再利用拉料杆和二次脱模机构使制品流道凝料脱落。为了提高生产率，制品在模具中直接成型。3、 制品成型设计按照与以往的设计经验，该瓶盖制品使用二次分型机构，采用点浇口形式，虽然其他的浇口形式还有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、薄片式浇口、环行浇口、轮辐浇口、爪形浇口、潜伏浇口、护耳浇口等，但他们都不容易在开模时实现自动切断，而点浇口就具有这个优点，而且其留于塑件的疤痕较小，不影响塑件外观。4、 抽芯机构的设计在塑件中间有两个用于翻盖时起旋转固定作用的半圆球，如果设计一抽芯机构用于该球的成型，则在抽出时易于产生干涉现象，而且由于该处的尺寸形状比较小，模具的抽芯机构制造比较困难，对模具的制造工艺要求比较高，从而影响了模具的成本，为了简化该处抽芯问题，考虑到制品是塑料制品，具有一定的收缩性，同时为了更好的控制制造成本，将模具机构合理的简化，故本机构不采用侧向抽芯，改为由顶杆直接将模具顶出。 5、 制品的质量和体积 塑件质量：m=10.5 g ABS密度：=1.04 g/cm 所以 V=m/=10.09 cm二、 注射成型工艺的设计1、塑料制品分析 本制品采用ABS为原料（模具与制造简明手册P272）苯乙烯丁二烯丙烯氰共聚物。（1） 无定性料，流动性中等，比聚苯乙烯、AS差，但比聚氯乙烯好，溢边值为0.04 mm左右。（2） 吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑料须经长时间的预热干燥。（3） 成型时宜取高料温，但料温过高易分解（分解温度250），对精度较高的塑料，模温宜取5060，对光泽要求较高的耐热塑料模温宜取6080，注射压力高于聚苯乙烯。用柱塞式注射机成型时，料温为180200，注射压力为10001400MPa，用螺杆式注射机成型时，料温为160220，注射压力为700100010MPa。（4） ABS的其他成型工艺参数注射机类型：螺杆式制品收缩率：0.30.8%预热温度：8085 时间：23 h料筒温度：后段 150170 中段 165180 前段 180200喷嘴温度：170180 模具温度：5080注射压力：60100 MPa成型时间：注射时间2090 s 保压时间05 s冷却时间20120 s 总周期50220 s 螺杆转速：30 r/min 适用注射机类型：螺杆、柱塞均可 后处理方法：红外线灯、鼓风烘箱 温度70 时间24 h2、制品成型方法及工艺流程 本制品采用注射成型，工艺流程包括模前准备，模塑成型和后处理及二次加工工艺流程步骤如下：（1）预热 ABS吸湿性强，必须充分干燥，表面要求光泽的塑料须经长时间的预热干燥。（2）注射 注射过程包括加料、塑化、注射冷却和脱模几个步骤。l 加料由于注射成型是一个间歇过程，因而须定量（定容）加料，以保证操作稳定，塑料塑化均匀，最终获得良好的塑件。加料过多。受热的时间过长等容易引起物料的热降解，同时注射及功率损耗增多；加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料融化压力降低，难于补料，容易引起塑件出现收缩、凹陷、空洞等缺陷。l 塑化加入的塑料在料筒中进行加热，由固体颗粒转化成粘流态，并且受到良好的剪切力作用。通过料筒对物料加热，使聚合物分子松弛，出现由固体向液体转变；一定的温度使塑料得到变形、熔融和塑化的必要条件，螺杆的剪切作用能在塑料中产生更多的摩擦热，促进了塑料的塑化，因而螺杆式注射机对塑料的温度尽量均匀一致，还有使热分解物的含量达到最小值，并且能提供上述质量的足够的熔融塑料以保证产生连续并顺利的进行，这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制及注射机的塑化装置的结构等密切相关。l 注射不论何种形式的注射机，注射的过程可分为充模，保压倒流，浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段（3）塑件的后处理 注射成型的塑件经脱模或机械加工之后，常需要进行适当的后处理以消除存在的内应力，改善塑件的性能和提高尺寸稳定性。其主要方法是退火和调湿处理。退火处理是将注射塑件在定温的加热液体介质或热烘箱中静置一段时间，塑料制件的氧化，加快吸湿平衡速度的一种处理方法，其目的是使制作的颜色、性能以及尺寸得到稳定。本次设计采用退火后处理。 工艺流程图解： 3、成型工艺条件 注射成型的核心问题，就是采用一切措施得到塑化良好的塑料熔体，并把它注射到型腔中去，在控制条件下冷却定型，使塑件达到所要求的质量，影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和冷却的温度、压力以及影响的各个作用时间。（1）注射成型过程需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。前两个温度主要影响塑件的塑化和流动，而后一个温度主要是影响塑件的流动和冷却，料筒温度的选择与各种塑料的特性有关。每种塑料都具有不同的粘流态温度，为了保证塑件溶体的正常流动不使物料发生质分解，料筒最合适的温度范围应在粘流态温度和热分解温度之间。柱塞式和螺杆式柱塞注射机由于其塑化过程不同，因而选择料筒也不同，通常后者选择的温度低一点，料筒温度在7093之间，喷嘴温度稍低于料筒温度，在6590之间，模温在要求塑件光泽时控制在6080之间。 （2）压力包括塑化压力和注射压力两种，他们直接影响塑料的塑化和塑料质量。塑化压力是指背压，是指采用螺杆式注射机时，螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，塑化压力在保证塑件质量的前提下越低越好，其具体数值时随所用塑料的品种而异的，但通常很少超过20MP，注射压力是指柱塞式螺杆头部对塑件熔体所施加的压力。在注射机上常用表压指示注射压力的大小，一般在40130MP之间。其作用式克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等。 （3）完成一次注射成型过程所需要的时间称成型周期，成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率，因此在生产中，在保证质量的前提下，尽量缩短成型周期中各个阶段的有关时间，一般生产中，充模时间为35S，保压时间为2025S，冷冲压时间一般在30120S。三、 注射机的技术规范 1、 注射机的选用注射机的选用包括两方面的内容：一是要确定注射机的型号，使塑料、塑件、注射模、注射工艺等所要求的注射机的规格参数点在所选注射机的规格参数可调范围之内，即要满足所需的参数在额定的范围之内；二是调整注射机的技术参数至所需的参数点。塑件的直径：d=66 mm所以塑件的投影面积s=(d/2)=3.14(662)3419.46 mm浇道凝料的质量大约为20 g，浇注系统的投影面积大约为300 mml 拟定一次成型8个塑件（1）注射量的校核根据公式KG=Q+Q K注射机公称质量注射量(g） G注射机最大注射量的利用系数，一般取0.750.85 Q塑件的质量(g） Q浇注系统等废料的质量(g）所以所需注射机的注射量K=(Q+Q)/G=(2.58+20)0.8547.1 g（2）锁模力的校核 锁模力必须大于模具在模具在开模方向得投影面积上的总注射压力。根据要求，锁模力不小于总注射压力的1.2倍，即要取一安全系数，以保证安全生产。 所以FAPS F注射机的锁模力（KN） P型腔单位面积的注射压力（MPa），ABS的压力值约为80MPa S型腔（包括浇注系统）的投影面积（mm） A安全系数，本设计取1.4 即F)15000 KN 根据要求选得的注射机型号为SZ250/1250，但该注射机过于庞大，能源损耗大，用于生产本次设计塑件不合理，故修改生产方案。l 拟定一次成型4个塑件（1）注射量的校核根据公式KG=Q+Q得K=(Q+Q)/G=(2.54+20)0.85 =25.5 g（2）锁模力的校核 根据公式FAPS 得F1600 根据要求选得的注射机型号为SZ100/630，该型号的注射机比较经济合理，故本设计采用该注射机。2、 注射机的确定本次设计采用螺杆式注射机，型号是SZ-300/160它的主要参数为：理论注射容积：300 cm 螺杆直径：45mm注射压力：150 MPa 注射速率：145g/s塑化能力：82 g/s 螺杆转速：0180 r/min锁模力：1600KN 拉杆内间距：450450 mm移模行程：L=380mm 模具定位孔直径：160 mm最大模具厚度：Hmax=450 mm 最小模具厚度：Hmin=250 mm模具喷嘴球半径：R=20mm 三 模具结构零件设计. 导柱和导套 用于动模与定模间或推出机构零件的定位和导向. 导柱 导柱具有与动模之间的导向作用,同时也具有保护模具的作用.导柱的导向部分应具有较好的滑动性能, 一般应没有润滑油槽. 其硬度应在50HRC以上, 采用铜为原料,经淬火后导柱的滑动配合部分在进行磨消加工,表面粗糙度到达Ra 0.63m. 导套通常在模板上镶配导套以减少导柱滑动部分的磨损. 采用锡青铜为原料. 推杆.复位杆及拉料杆 推杆 推杆用于推出塑件的杆类零件, 通称为推杆.要求外观无伤痕, 裂纹及锈斑等缺陷. 配合部分需进行加工, 表面粗糙度到达Ra 0.63m以下. 推杆前端部分淬火后硬度到达55HRC以上. 复位杆也称回程杆, 它是用于使推出机构复位的杆类零件. 复位杆用材料与加工要求与推杆相同. 拉料杆 用于拉出主流道凝料或分流道凝料的一类杆状零件. 通称为拉料杆. 根据其功能作用的不同,又可分为主道拉料杆和分道拉料杆两种.主道拉料杆是用来从浇口套中拉出主流道凝料的零件.分道拉料杆是用来拉出针点浇口并使之与模塑件断开的杆类零件,其前端形状视树脂种类不同儿异. 定位图与浇口套 定位图定位图的作用是使注射机的喷嘴与模具主流浇口保持同心. 定位图为标准型与特殊型两种. 由于此此模具为普通模具.因此选甲标准型. 浇口套 通常浇口套与定位图是配合使用的. 浇口套是塑料熔体熔入模具的入口,其尺寸与注塑机喷嘴尺寸有关. 本模具选用标准浇口套中的A 型. 限位钉, 垫块 限位钉 限位钉安装在动模板上,用于确定推板下限位置. 垫块 垫块用以决定推出模塑件的距离,调节高度一类块状零件. 斜销, 侧滑块, 导滑槽 斜销斜销是