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模具的發(fā)展
一 模具在工業(yè)生產(chǎn)中的地位
模具是大批量生產(chǎn)同形產(chǎn)品的工具，是工業(yè)生產(chǎn)的主要工藝裝備。
采用模具生產(chǎn)零部件，具有生產(chǎn)效率高、質(zhì)量好、成本低、節(jié)約能源和原材料等一系列優(yōu)點，用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。已成為當代工業(yè)生產(chǎn)的重要手段和工藝發(fā)展方向。現(xiàn)代經(jīng)濟的基礎(chǔ)工業(yè)?，F(xiàn)代工業(yè)品的發(fā)展和技術(shù)水平的提高，很大程度上取決于模具工業(yè)的發(fā)展水平，因此模具工業(yè)對國民經(jīng)濟和社會發(fā)展將起越來越大的作用。1989年3月國務(wù)院頒布的《關(guān)于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，把模具列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位、生產(chǎn)和基本建設(shè)序列的第二位(僅次于大型發(fā)電設(shè)備及相應(yīng)的輸變電設(shè)備)，確立模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入了《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務(wù)院批準，從1997年到2000年，對80多家國有專業(yè)模具廠實行增值稅返還70%的優(yōu)惠政策，以扶植模具工業(yè)的發(fā)展。所有這些，都充分體現(xiàn)了國務(wù)院和國家有關(guān)部門對發(fā)展模具工業(yè)的重視和支持。目前全世界模具年產(chǎn)值約為600億美元，日、美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過機床工業(yè)，從1997年開始，我國模具工業(yè)產(chǎn)值也超過了機床工業(yè)產(chǎn)值。
據(jù)統(tǒng)計，在家電、玩具等輕工行業(yè)，近90％的零件是綜筷具生產(chǎn)的；在飛機、汽車、農(nóng)機和無線電行業(yè)，這個比例也超過60％。例如飛機制造業(yè)，某型戰(zhàn)斗機模具使用量超過三萬套，其中主機八千套、發(fā)動機二千套、輔機二萬套。從產(chǎn)值看，80年代以來，美、日等工業(yè)發(fā)達國家模具行業(yè)的產(chǎn)值已超過機床行業(yè)，并又有繼續(xù)增長的趨勢。據(jù)國際生產(chǎn)技術(shù)協(xié)會預(yù)測，到2000年，產(chǎn)品盡件粗加工的75%、精加工的50％將由模具完成；金屬、塑料、陶瓷、橡膠、建材等工業(yè)制品大部分將由模具完成，50％以上的金屬板材、80％以上的塑料都特通過模具轉(zhuǎn)化成制品。
二 模具的歷史發(fā)展
模具的出現(xiàn)可以追溯到幾千年前的陶器和青銅器鑄造，但其大規(guī)模使用卻是隨著現(xiàn)代工業(yè)的掘起而發(fā)展起來的。
19世紀，隨著軍火工業(yè)(槍炮的彈殼)、鐘表工業(yè)、無線電工業(yè)的發(fā)展，沖模得到廣泛使用。二次大戰(zhàn)后，隨著世界經(jīng)濟的飛速發(fā)展，它又成了大量生產(chǎn)家用電器、汽車、電子儀器、照相機、鐘表等零件的最佳方式。從世界范圍看，當時美國的沖壓技術(shù)走在前列——許多模具先進技術(shù)，如簡易模具、高效率模具、高壽命模具和沖壓自動化技術(shù)，大多起源于美國；而瑞士的精沖、德國的冷擠壓技術(shù)，蘇聯(lián)對塑性加工的研究也處于世界先進行列。50年代，模具行業(yè)工作重點是根據(jù)訂戶的要求，制作能滿足產(chǎn)品要求的模具。模具設(shè)計多憑經(jīng)驗，參考已有圖紙和感性認識，對所設(shè)計模具零件的機能缺乏真切了解。從1955年到1965年，是壓力加工的探索和開發(fā)時代——對模具主要零部件的機能和受力狀態(tài)進行了數(shù)學(xué)分橋，并把這些知識不斷應(yīng)用于現(xiàn)場實際，使得沖壓技術(shù)在各方面有飛躍的發(fā)展。其結(jié)果是歸納出模具設(shè)計原則，并使得壓力機械、沖壓材料、加工方法、梅具結(jié)構(gòu)、模具材料、模具制造方法、自動化裝置等領(lǐng)域面貌一新，并向?qū)嵱没姆较蛲七M，從而使沖壓加工從儀能生產(chǎn)優(yōu)良產(chǎn)品的第一階段。
進入70年代向高速化、啟動化、精密化、安全化發(fā)展的第二階段。在這個過程中不斷涌現(xiàn)各種高效率、商壽命、高精度助多功能自動校具。其代表是多達別多個工位的級進模和十幾個工位的多工位傳遞模。在此基礎(chǔ)上又發(fā)展出既有連續(xù)沖壓工位又有多滑塊成形工位的壓力機—彎曲機。在此期間，日本站到了世界最前列——其模具加工精度進入了微米級，模具壽命，合金工具鋼制造的模具達到了幾千萬次，硬質(zhì)合金鋼制造的模具達到了幾億次p每分鐘沖壓次數(shù)，小型壓力機通常為200至300次，最高為1200次至1500次。在此期間，為了適應(yīng)產(chǎn)品更新快、用期短(如汽車改型、玩具翻新等)的需要，各種經(jīng)濟型模具，如鋅落合金模具、聚氨酯橡膠模具、鋼皮沖模等也得到了很大發(fā)展。
從70年代中期至今可以說是計算機輔助設(shè)計、輔助制造技術(shù)不斷發(fā)展的時代。隨著模具加工精度與復(fù)雜性不斷提高，生產(chǎn)周期不斷加快，模具業(yè)對設(shè)備和人員素質(zhì)的要求也不斷提高。依靠普通加工設(shè)備，憑經(jīng)驗和手藝越來越不能滿足模具生產(chǎn)的需要。90年代以來，機械技術(shù)和電子技術(shù)緊密結(jié)合，發(fā)展了NC機床，如數(shù)控線切割機床、數(shù)控電火花機床、數(shù)控銑床、數(shù)控坐標磨床等。而采用電子計算機自動編程、控制的CNC機床提高了數(shù)控機床的使用效率和范圍。近年來又發(fā)展出由一臺計算機以分時的方式直接管理和控制一群數(shù)控機床的NNC系統(tǒng)。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機也逐步進入模具生產(chǎn)的各個領(lǐng)域，包括設(shè)計、制造、管理等。國際生產(chǎn)研究協(xié)會預(yù)測，到2000年，作為設(shè)計和制造之間聯(lián)系手段的圖紙將失去其主要作用。模具自動設(shè)計的最根本點是必須確立模具零件標準及設(shè)計標準。要擺脫過去以人的思考判斷和實際經(jīng)驗為中心所組成的設(shè)計方法，就必須把過去的經(jīng)驗和思考方法，進行系列化、數(shù)值化、數(shù)式化，作為設(shè)計準則儲存到計算機中。因為模具構(gòu)成元件也干差萬別，要搞出一個能適應(yīng)各種零件的設(shè)計軟件幾乎不可能。但是有些產(chǎn)品的零件形狀變化不大，模具結(jié)構(gòu)有一定的規(guī)律，放可總結(jié)歸納，為自動設(shè)計提供軟件。如日本某公司的CDM系統(tǒng)用于級進模設(shè)計與制造，其中包括零件圖形輸入、毛坯展開、條料排樣、確定模板尺寸和標準、繪制裝配圖和零件圖、輸出NC程序(為數(shù)控加工中心和線切割編程)等，所用時間由手工的20%、工時減少到35小時；從80年代初日本就將三維的CAD／CAM系統(tǒng)用于汽車覆蓋件模具。目前，在實體件的掃描輸入，圖線和數(shù)據(jù)輸入，幾何造形、顯示、繪圖、標注以及對數(shù)據(jù)的自動編程，產(chǎn)生效控機床控制系統(tǒng)的后置處理文件等方面已達到較高水平；計算機仿真(CAE)技術(shù)也取得了一定成果。在高層次上，CAD／CAM／CAE集成的，即數(shù)據(jù)是統(tǒng)一的，可以互相直接傳輸信息．實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化。目前．國外僅有少數(shù)廠家能夠做到。
三 我國模具工業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
由于歷史原因形成的封閉式、“大而全”的企業(yè)特征，我國大部分企業(yè)均設(shè)有模具車間，處于本廠的配套地位，自70年代末才有了模具工業(yè)化和生產(chǎn)專業(yè)化這個概念。生產(chǎn)效率不高，經(jīng)濟效益較差。模具行業(yè)的生產(chǎn)小而散亂，跨行業(yè)、投資密集，專業(yè)化、商品化和技術(shù)管理水平都比較低。
據(jù)不完全統(tǒng)計，全國現(xiàn)有模具專業(yè)生產(chǎn)廠、產(chǎn)品廠配套的模具車間（分廠）近17000家，約60萬從業(yè)人員，年模具總產(chǎn)值達200億元人民幣。但是，我國模具工業(yè)現(xiàn)有能力只能滿足需求量的60％左右，還不能適應(yīng)國民經(jīng)濟發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)需要的大型、精密、復(fù)雜和長壽命的模具還主要依靠進口。據(jù)海關(guān)統(tǒng)計，1997年進口模具價值6.3億美元，這還不包括隨設(shè)備一起進口的模具；1997年出口模具僅為7800萬美元。目前我國模具工業(yè)的技術(shù)水平和制造能力，是我國國民經(jīng)濟建設(shè)中的薄弱環(huán)節(jié)和制約經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的瓶頸。
3.1 模具工業(yè)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的現(xiàn)狀
??按照中國模具工業(yè)協(xié)會的劃分，我國模具基本分為10大類，其中，沖壓模和塑料成型模兩大類占主要部分。按產(chǎn)值計算，目前我國沖壓模占50％左右，塑料成形模約占20％，拉絲模（工具）約占10％，而世界上發(fā)達工業(yè)國家和地區(qū)的塑料成形模比例一般占全部模具產(chǎn)值的40％以上。
我國沖壓模大多為簡單模、單工序模和符合模等，精沖模，精密多工位級進模還為數(shù)不多，模具平均壽命不足100萬次，模具最高壽命達到1億次以上，精度達到3～5um，有50個以上的級進工位，與國際上最高模具壽命6億次，平均模具壽命5000萬次相比，處于80年代中期國際先進水平。
我國的塑料成形模具設(shè)計，制作技術(shù)起步較晚，整體水平還較低。目前單型腔，簡單型腔的模具達70％以上，仍占主導(dǎo)地位。一模多腔精密復(fù)雜的塑料注射模，多色塑料注射模已經(jīng)能初步設(shè)計和制造。模具平均壽命約為80萬次左右，主要差距是模具零件變形大、溢邊毛刺大、表面質(zhì)量差、模具型腔沖蝕和腐蝕嚴重、模具排氣不暢和型腔易損等，注射模精度已達到5um以下，最高壽命已突破2000萬次，型腔數(shù)量已超過100腔，達到了80年代中期至90年代初期的國際先進水平。
3.2 模具工業(yè)技術(shù)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國模具工業(yè)目前技術(shù)水平參差不齊，懸殊較大。從總體上來講，與發(fā)達工業(yè)國家及港臺地區(qū)先進水平相比，還有較大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技術(shù)設(shè)計與制造模具方面，無論是應(yīng)用的廣泛性，還是技術(shù)水平上都存在很大的差距。在應(yīng)用CAD技術(shù)設(shè)計模具方面，僅有約10%的模具在設(shè)計中采用了CAD，距拋開繪圖板還有漫長的一段路要走；在應(yīng)用CAE進行模具方案設(shè)計和分析計算方面，也才剛剛起步，大多還處于試用和動畫游戲階段；在應(yīng)用CAM技術(shù)制造模具方面，一是缺乏先進適用的制造裝備，二是現(xiàn)有的工藝設(shè)備（包括近10多年來引進的先進設(shè)備）或因計算機制式（IBM微機及其兼容機、HP工作站等）不同，或因字節(jié)差異、運算速度差異、抗電磁干擾能力差異等，聯(lián)網(wǎng)率較低，只有5%左右的模具制造設(shè)備近年來才開展這項工作；在應(yīng)用CAPP技術(shù)進行工藝規(guī)劃方面，基本上處于空白狀態(tài)，需要進行大量的標準化基礎(chǔ)工作；在模具共性工藝技術(shù)，如模具快速成型技術(shù)、拋光技術(shù)、電鑄成型技術(shù)、表面處理技術(shù)等方面的CAD/CAM技術(shù)應(yīng)用在我國才剛起步。計算機輔助技術(shù)的軟件開發(fā)，尚處于較低水平，需要知識和經(jīng)驗的積累。我國大部分模具廠、車間的模具加工設(shè)備陳舊，在役期長、精度差、效率低，至今仍在使用普通的鍛、車、銑、刨、鉆、磨設(shè)備加工模具，熱處理加工仍在使用鹽浴、箱式爐，操作憑工人的經(jīng)驗，設(shè)備簡陋，能耗高。設(shè)備更新速度緩慢，技術(shù)改造，技術(shù)進步力度不大。雖然近年來也引進了不少先進的模具加工設(shè)備，但過于分散，或不配套，利用率一般僅有25%左右，設(shè)備的一些先進功能也未能得到充分發(fā)揮。
缺乏技術(shù)素質(zhì)較高的模具設(shè)計、制造工藝技術(shù)人員和技術(shù)工人，尤其缺乏知識面寬、知識結(jié)構(gòu)層次高的復(fù)合型人才。中國模具行業(yè)中的技術(shù)人員，只占從業(yè)人員的8%~12%左右，且技術(shù)人員和技術(shù)工人的總體技術(shù)水平也較低。1980年以前從業(yè)的技術(shù)人員和技術(shù)工人知識老化，知識結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)現(xiàn)在的需要；而80年代以后從業(yè)的人員，專業(yè)知識、經(jīng)驗匱乏，動手能力差，不安心，不愿學(xué)技術(shù)。近年來人才外流不僅造成人才數(shù)量與素質(zhì)水平下降，而且人才結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)了新的斷層，青黃不接，使得模具設(shè)計、制造的技術(shù)水平難以提高。
3.3 模具工業(yè)配套材料，標準件結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
?近10多年來，特別是“八五”以來，國家有關(guān)部委已多次組織有關(guān)材料研究所、大專院校和鋼鐵企業(yè)，研究和開發(fā)模具專用系列鋼種、模具專用硬質(zhì)合金及其他模具加工的專用工具、輔助材料等，并有所推廣。但因材料的質(zhì)量不夠穩(wěn)定，缺乏必要的試驗條件和試驗數(shù)據(jù)，規(guī)格品種較少，大型模具和特種模具所需的鋼材及規(guī)格還有缺口。在鋼材供應(yīng)上，解決用戶的零星用量與鋼廠的批量生產(chǎn)的供需矛盾，尚未得到有效的解決。另外，國外模具鋼材近年來相繼在國內(nèi)建立了銷售網(wǎng)點，但因渠道不暢、技術(shù)服務(wù)支撐薄弱及價格偏高、外匯結(jié)算制度等因素的影響，目前推廣應(yīng)用不多。
模具加工的輔助材料和專用技術(shù)近年來雖有所推廣應(yīng)用，但未形成成熟的生產(chǎn)技術(shù)，大多仍還處于試驗摸索階段，如模具表面涂層技術(shù)、模具表面熱處理技術(shù)、模具導(dǎo)向副潤滑技術(shù)、模具型腔傳感技術(shù)及潤滑技術(shù)、模具去應(yīng)力技術(shù)、模具抗疲勞及防腐技術(shù)等尚未完全形成生產(chǎn)力，走向商品化。一些關(guān)鍵、重要的技術(shù)也還缺少知識產(chǎn)權(quán)的保護。
我國的模具標準件生產(chǎn)，80年代初才形成小規(guī)模生產(chǎn)，模具標準化程度及標準件的使用覆蓋面約占20%，從市場上能配到的也只有約30個品種，且僅限于中小規(guī)格。標準凸凹模、熱流道元件等剛剛開始供應(yīng)，模架及零件生產(chǎn)供應(yīng)渠道不暢，精度和質(zhì)量也較差。
3.4 模具工業(yè)產(chǎn)業(yè)組織結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀
??我國的模具工業(yè)相對較落后，至今仍不能稱其為一個獨立的行業(yè)。我國目前的模具生產(chǎn)企業(yè)可劃分為四大類：專業(yè)模具廠，專業(yè)生產(chǎn)外供模具；產(chǎn)品廠的模具分廠或車間，以供給本產(chǎn)品廠所需的模具為主要任務(wù)；三資企業(yè)的模具分廠，其組織模式與專業(yè)模具廠相類似，以小而專為主；鄉(xiāng)鎮(zhèn)模具企業(yè)，與專業(yè)模具廠相類似。其中以第一類數(shù)量最多，模具產(chǎn)量約占總產(chǎn)量的70%以上。我國的模具行業(yè)管理體制分散。目前有19個大行業(yè)部門制造和使用模具，沒有統(tǒng)一管理的部門。僅靠中國模具工業(yè)協(xié)會統(tǒng)籌規(guī)劃，集中攻關(guān)，跨行業(yè)，跨部門管理困難很多。
模具適宜于中小型企業(yè)組織生產(chǎn)，而我國技術(shù)改造投資向大中型企業(yè)傾斜時，中小型模具企業(yè)的投資得不到保證。包括產(chǎn)品廠的模具車間、分廠在內(nèi)，技術(shù)改造后不能很快收回其投資，甚至負債累累，影響發(fā)展。
雖然大多數(shù)產(chǎn)品廠的模具車間、分廠技術(shù)力量強，設(shè)備條件較好，生產(chǎn)的模具水平也較高，但設(shè)備利用率低。
我國模具價格長期以來同其價值不協(xié)調(diào)，造成模具行業(yè)“自身經(jīng)濟效益小，社會效益大”的現(xiàn)象?！案赡＞叩牟蝗绺赡＞邩藴始?，干標準件的不如干模具帶件生產(chǎn)的。干帶件生產(chǎn)的不如用模具加工產(chǎn)品的”之類不正常現(xiàn)象存在。
四 模具的發(fā)展趨勢
4.1 模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三維化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展
?1模具軟件功能集成化
模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全，同時各功能模塊采用同一數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)信息的綜合管理與共享，從而支持模具設(shè)計、制造、裝配、檢驗、測試及生產(chǎn)管理的全過程，達到實現(xiàn)最佳效益的目的。如英國Delcam公司的系列化軟件就包括了曲面/實體幾何造型、復(fù)雜形體工程制圖、工業(yè)設(shè)計高級渲染、塑料模設(shè)計專家系統(tǒng)、復(fù)雜形體CAM、藝術(shù)造型及雕刻自動編程系統(tǒng)、逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測量系統(tǒng)等。集成化程度較高的軟件還包括：Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。國內(nèi)有上海交通大學(xué)金屬塑性成型有限元分析系統(tǒng)和沖裁模CAD/CAM系統(tǒng)；北京北航海爾軟件有限公司的CAXA系列軟件；吉林金網(wǎng)格模具工程研究中心的沖壓模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)等。
2模具設(shè)計、分析及制造的三維化
?? 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計已越來越不適應(yīng)現(xiàn)代化生產(chǎn)和集成化技術(shù)要求。模具設(shè)計、分析、制造的三維化、無紙化要求新一代模具軟件以立體的、直觀的感覺來設(shè)計模具，所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的CAE分析、模具可制造性評價和數(shù)控加工、成形過程模擬及信息的管理與共享。如Pro/ENGINEER、UG和CATIA等軟件具備參數(shù)化、基于特征、全相關(guān)等特點，從而使模具并行工程成為可能。另外，Cimatran公司的Moldexpert，Delcam公司的Ps-mold及日立造船的Space-E/mold均是3D專業(yè)注塑模設(shè)計軟件，可進行交互式3D型腔、型芯設(shè)計、模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計。澳大利亞Moldflow公司的三維真實感流動模擬軟件MoldflowAdvisers已經(jīng)受到用戶廣泛的好評和應(yīng)用。國內(nèi)有華中理工大學(xué)研制的同類軟件HSC3D4.5F及鄭州工業(yè)大學(xué)的Z-mold軟件。面向制造、基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志之一。如Cimatron公司的注塑模專家軟件能根據(jù)脫模方向自動產(chǎn)生分型線和分型面，生成與制品相對應(yīng)的型芯和型腔，實現(xiàn)模架零件的全相關(guān)，自動產(chǎn)生材料明細表和供NC加工的鉆孔表格，并能進行智能化加工參數(shù)設(shè)定、加工結(jié)果校驗等。
3模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢
?? 隨著模具在企業(yè)競爭、合作、生產(chǎn)和管理等方面的全球化、國際化，以及計算機軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)使得在模具行業(yè)應(yīng)用虛擬設(shè)計、敏捷制造技術(shù)既有必要，也有可能。美國在其《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》中指出，到2006年要實現(xiàn)汽車工業(yè)敏捷生產(chǎn)/虛擬工程方案，使汽車開發(fā)周期從40個月縮短到4個月。
4.2 模具檢測、加工設(shè)備向精密、高效和多功能方向發(fā)展
1模具檢測設(shè)備的日益精密、高效
?? 精密、復(fù)雜、大型模具的發(fā)展，對檢測設(shè)備的要求越來越高。現(xiàn)在精密模具的精度已達2～3μm，目前國內(nèi)廠家使用較多的有意大利、美國、日本等國的高精度三坐標測量機，并具有數(shù)字化掃描功能。如東風汽車模具廠不僅擁有意大利產(chǎn)3250mm×3250mm三坐標測量機，還擁有數(shù)碼攝影光學(xué)掃描儀，率先在國內(nèi)采用數(shù)碼攝影、光學(xué)掃描作為空間三維信息的獲得手段，從而實現(xiàn)了從測量實物→建立數(shù)學(xué)模型→輸出工程圖紙→模具制造全過程，成功實現(xiàn)了逆向工程技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。這方面的設(shè)備還包括：英國雷尼紹公司第二代高速掃描儀(CYCLON SERIES2)可實現(xiàn)激光測頭和接觸式測頭優(yōu)勢互補，激光掃描精度為0.05mm，接觸式測頭掃描精度達0.02mm。另外德國GOM公司的ATOS便攜式掃描儀，日本羅蘭公司的PIX-30、PIX-4臺式掃描儀和英國泰勒·霍普森公司TALYSCAN150多傳感三維掃描儀分別具有高速化、廉價化和功能復(fù)合化等特點。
2數(shù)控電火花加工機床
?? 日本沙迪克公司采用直線電機伺服驅(qū)動的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驅(qū)動反應(yīng)快、傳動及定位精度高、熱變形小等優(yōu)點。瑞士夏米爾公司的NCEDM具有P-E3自適應(yīng)控制、PCE能量控制及自動編程專家系統(tǒng)。另外有些EDM還采用了混粉加工工藝、微精加工脈沖電源及模糊控制(FC)等技術(shù)。
3高速銑削機床(HSM)
?? 銑削加工是型腔模具加工的重要手段。而高速銑削具有工件溫升低、切削力小、加工平穩(wěn)、加工質(zhì)量好、加工效率高(為普通銑削加工的5～10倍)及可加工硬材料(<60HRC)等諸多優(yōu)點。因而在模具加工中日益受到重視。瑞士克朗公司UCP710型五軸聯(lián)動加工中心，其機床定位精度可達8μm，自制的具有矢量閉環(huán)控制電主軸，最大轉(zhuǎn)速為42000r/min。意大利RAMBAUDI公司的高速銑床，其加工范圍達2500mm×5000mm×1800mm，轉(zhuǎn)速達20500r/min，切削進給速度達20m/min。HSM一般主要用于大、中型模具加工，如汽車覆蓋件模具、壓鑄模、大型塑料等曲面加工，其曲面加工精度可達0.01mm。
4.3 快速經(jīng)濟制模技術(shù)
?? 縮短產(chǎn)品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一。與傳統(tǒng)模具加工技術(shù)相比，快速經(jīng)濟制模技術(shù)具有制模周期短、成本較低的特點，精度和壽命又能滿足生產(chǎn)需求，是綜合經(jīng)濟效益比較顯著的模具制造技術(shù)，具體主要有以下一些技術(shù)?！?
1快速原型制造技術(shù)(RPM)。它包括激光立體光刻技術(shù)(SLA) ；疊層輪廓制造技術(shù)(LOM) ；激光粉末選區(qū)燒結(jié)成形技術(shù)(SLS) ；熔融沉積成形技術(shù)(FDM) 和三維印刷成形技術(shù)(3D-P)等。
? 2表面成形制模技術(shù)。它是指利用噴涂、電鑄和化學(xué)腐蝕等新的工藝方法形成型腔表面及精細花紋的一種工藝技術(shù)。
??3澆鑄成形制模技術(shù)。主要有鉍錫合金制模技術(shù)、鋅基合金制模技術(shù)、樹脂復(fù)合成形模具技術(shù)及硅橡膠制模技術(shù)等。
??4冷擠壓及超塑成形制模技術(shù)。
??5無模多點成形技術(shù)。
??6 KEVRON鋼帶沖裁落料制模技術(shù)。
7模具毛坯快速制造技術(shù)。主要有干砂實型鑄造、負壓實型鑄造、樹脂砂實型鑄造及失蠟精鑄等技術(shù)。
??8其他方面技術(shù)。如采用氮氣彈簧壓邊、卸料、快速換模技術(shù)、沖壓單元組合技術(shù)、刃口堆焊技術(shù)及實型鑄造沖模刃口鑲塊技術(shù)等。
?4.4 模具材料及表面處理技術(shù)發(fā)展迅速
模具工業(yè)要上水平，材料應(yīng)用是關(guān)鍵。因選材和用材不當，致使模具過早失效，大約占失效模具的45%以上。在模具材料方面，常用冷作模具鋼有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火鋼(如日本的AUX2、SX105V(7CrSiMnMoV)等；常用新型熱作模具鋼有美國H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；常用塑料模具用鋼有預(yù)硬鋼(如美國P20)、時效硬化型鋼(如美國P21、日本NAK55等)、熱處理硬化型鋼(如美國D2，日本PD613、PD555、瑞典一勝白136等)、粉末模具鋼(如日本KAD18和KAS440)等；覆蓋件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V鑄鐵等，大型模架用HT250。多工位精密沖模常采用鋼結(jié)硬質(zhì)合金及硬質(zhì)合金YG20等。在模具表面處理方面，其主要趨勢是：由滲入單一元素向多元素共滲、復(fù)合滲(如TD法)發(fā)展；由一般擴散向CVD、PVD、PCVD、離子滲入、離子注入等方向發(fā)展；可采用的鍍膜有：TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理發(fā)展。另外，目前對激光強化、輝光離子氮化技術(shù)及電鍍(刷鍍)防腐強化等技術(shù)也日益受到重視。
4.5 模具工業(yè)新工藝、新理念和新模式逐步得到了認同
?? 在成形工藝方面，主要有沖壓模具功能復(fù)合化、超塑性成形、塑性精密成形技術(shù)、塑料模氣體輔助注射技術(shù)及熱流道技術(shù)、高壓注射成形技術(shù)等。另一方面，隨著先進制造技術(shù)的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高，在模具行業(yè)出現(xiàn)了一些新的設(shè)計、生產(chǎn)、管理理念與模式。具體主要有：適應(yīng)模具單件生產(chǎn)特點的柔性制造技術(shù)；創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神，精益生產(chǎn)；提高快速應(yīng)變能力的并行工程、虛擬制造及全球敏捷制造、網(wǎng)絡(luò)制造等新的生產(chǎn)哲理；廣泛采用標準件通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式；適應(yīng)可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保要求的綠色設(shè)計與制造等。
總結(jié)
總結(jié)進入21世紀，在經(jīng)濟全球化的新形勢下，隨著資本、技術(shù)和勞動力市場的重新整合，我國裝備制造業(yè)在加入WTO以后，將成為世界裝備制造業(yè)的基地。而在現(xiàn)代制造業(yè)中，無論哪一行業(yè)的工程裝備，都越來越多地采用由模具工業(yè)提供的產(chǎn)品。為了適應(yīng)用戶對模具制造的高精度、短交貨期、低成本的迫切要求，模具工業(yè)正廣泛應(yīng)用現(xiàn)代先進制造技術(shù)來加速模具工業(yè)的技術(shù)進步，滿足各行各業(yè)對模具這一基礎(chǔ)工藝裝備的迫切需求。
畢業(yè)設(shè)計說明書(論文)
作 者： 學(xué) 號：
學(xué)院（系、部）：
專 業(yè)： 數(shù)控加工與模具設(shè)計
題 目： 分油套塑料模具設(shè)計
指導(dǎo)者：
評閱者：
摘要
從塑料材料的性能分析，根據(jù)塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。通過對塑件工藝性的分析和對模具生產(chǎn)條件及制造水平的掌握。開始進行模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計。其中模具的結(jié)構(gòu)設(shè)計過程包括：型腔的數(shù)目和位置的確定，模具的總體結(jié)構(gòu)形式設(shè)計，動模及定模成形零件尺寸的確定，澆注系統(tǒng)形式及尺寸的確定，脫模方式的確定，調(diào)溫及排氣系統(tǒng)的確定,模具結(jié)構(gòu)各部分完成以后，便開始繪制模具的結(jié)構(gòu)草圖，根據(jù)具體尺寸校核注射模具及注射機的有關(guān)尺寸，并對工藝參數(shù)進行核定和計算。之后進行初步的審查對所存在的問題進行確定和修正，然后繪制模具總裝配圖，按裝配圖繪制成型零件及所有需要加工的零件工作圖，同時考慮零件的加工工藝。
關(guān)鍵字：成型工藝；結(jié)構(gòu)設(shè)計；試模
Abstract
From the plastic material performance analysis, according to models a basic shape and the size obtain, reasonably selects the injection to take shape the method. Though to models a technological analysis and to the mold working condition and manufacture level grasping, formulates the formed craft card. In formulates after the formed craft card, starts to carry on the mold the structural design. Mold structural design process includes. The cavity number and the position determination, the mold overall structural style design, moves the mold and decides the mold forming components size the determination ,pours the system andthe size determination, the drawing of PA66tterns mode determination after, adjusts warm and the exchaust gas completes, then starts to draw up the mold the structure schematic diagram, according to the specific size examination injection mold and the injection computer relatedsize, and carries on the checking and the computation to the craft PA66rameter. Carries on the determination and the revision afterward, then the plan mold assembly drawing, takes shape the components and all needs to process, simultaneously considers the components the processing craft.
Keyword: takes shape the craft； the structural design.
目錄
摘要 2
ABSTRACT 3
目錄 V
前言 1
第二章 塑件的分析 3
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析 3
2.1.1 塑件及塑件材料的特點 3
2.1.2 影響塑件尺寸精度的因素 4
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析 5
2.2.1 工藝性分析 5
2.2.2 材料的選擇 5
2.2.4 PA66的注射成型工藝參數(shù) 6
2.3 塑料成型工藝的種類 7
2.3.1 注射成型 7
2.3.2 壓縮成型 7
2.3.3 壓住成型 7
2.3.4 擠出成型 8
第三章 注塑機的選擇與校核 9
3.1 注塑機的選擇 9
3.1.1 由公稱注射量選定注射機 9
3.1.2 由鎖模力選定注射機 9
3.2 注塑機的校核 10
3.2.1 型腔數(shù)目的確定及校核 10
3.2.2 鎖模力的校核 10
3.2.3 開模行程的校核 11
第四章 澆注系統(tǒng) 12
4.1 分型面的確定 12
4.1.1 分型面的選擇原則 12
4.1.2 分型面的決定 13
4.2 澆注系統(tǒng)的定義 13
4.3 主流道的設(shè)計 14
4.4 分流道的設(shè)計 15
4.5 拉料桿與冷料穴的設(shè)計 16
4.6 澆口的設(shè)計 16
4.7 澆注系統(tǒng)的計算 18
4.7.1 剪切速率的校核 18
4.7.2 主流道剪切速率校核 18
4.7.3 澆口剪切速率的校核 18
4.8 排溢系統(tǒng)設(shè)計 19
第五章 成型零件設(shè)計 20
5.1 凹模的工作尺寸計算 20
5.2 型腔壁厚、支撐板厚度的確定 20
第六章 頂出系統(tǒng) 23
6.1 模具對脫模機構(gòu)的要求 23
6.2 脫模力的計算 23
6.3 頂管的設(shè)計 25
第七章 溫度系統(tǒng) 27
7.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響 27
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 28
7.2.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則 28
7.2.2 冷卻回路的確定 28
7.3 冷卻系統(tǒng)的計算 28
第八章 導(dǎo)向系統(tǒng) 32
8.1 導(dǎo)柱的設(shè)計 32
8.2 導(dǎo)向孔與導(dǎo)套 33
8.3 導(dǎo)柱的數(shù)量和布置 33
第九章 抽芯系統(tǒng)設(shè)計 35
9.1 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的分類 35
9.2 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設(shè)計 36
第十章 模具開合模動作過程 38
總結(jié)與展望 39
參考文獻 40
致謝 41
附錄 42
①產(chǎn)品網(wǎng)格劃分 42
②澆注系統(tǒng)的設(shè)計 43
③注塑工藝參數(shù)的設(shè)定 44
④ 模擬結(jié)果分析 45
VIII
前言
本文以分油套為對象，詳細介紹其注射模設(shè)計過程。設(shè)計中主要用PRO/ENGINEER軟件，根據(jù)制件的零件圖進行零件的三維造型，采用模具專家系統(tǒng)EMX，提高了設(shè)計效率。通過Autocad完成工程圖的制作，從塑料材料的性能分析，根據(jù)塑件的基本形狀和尺寸入手，合理選擇注射的成型方法。根據(jù)注塑的額定注塑量我們可以確定模具的型腔為一模一腔，制件圓周方向有12個側(cè)孔，無法直接脫模，所以我們需要設(shè)計側(cè)抽芯機構(gòu)，利用轉(zhuǎn)盤帶動滑塊來同時完成12個側(cè)孔的抽芯，最后當主流道余料全部被拉出后，再利用推桿推出機構(gòu)完成塑件的推出。
需要分析的問題是：塑料在型腔內(nèi)的注射過程中流動情況，溫度壓力變化情況、注塑件殘余應(yīng)力等, 根據(jù)分析檢查模具結(jié)構(gòu)、流動狀態(tài)、產(chǎn)品質(zhì)量等問題。如是否存在澆注系統(tǒng)不合理, 流道和澆口位置尺寸是否不當, 型腔平衡以及產(chǎn)品的翹曲變形等。設(shè)計完成后，最后通過Autocad完成工程圖的制作。
1塑料制品和注射成形在模具業(yè)的重要地位
塑料制品具有原料來源豐富,價格低廉,性能優(yōu)良等特點。它在電腦、手機、汽車、電子、汽車、電機、電器、儀器儀表、家電和通訊產(chǎn)品制造中具有不可替代的作用，應(yīng)用極其廣泛。
注射成形是成形熱塑件的主要方法，因此應(yīng)用范圍很廣。注射成形是把塑料原料放入料筒中經(jīng)過加熱熔化，使之成為高黏度的流體，用柱塞或螺桿作為加壓工具，使熔體通過噴嘴以較高壓力注入模具的型腔中，經(jīng)過冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。
塑料注射成形工藝的最大特點是復(fù)制，能夠復(fù)制出所需任意數(shù)量的可直接使用或稍作處理即可使用的制品，是一種適宜大批量生產(chǎn)的工藝。雖然在設(shè)備上投入較大，但是可以生產(chǎn)制品的數(shù)量非常大，實屬一種經(jīng)濟快捷的生產(chǎn)方式，因此得到廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。
2模具在我國的發(fā)展歷程
過去在我國工業(yè)中，模具長期未受到重視。改革開放以來，塑料成形、家用電器、儀表、汽車等行業(yè)進入大批量生產(chǎn)，模具工業(yè)有了一定的發(fā)展。隨著現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的需要，塑料制品在工業(yè)、農(nóng)業(yè)和日常生活等各個領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，質(zhì)量要求也越來越高。當今社會的進步和發(fā)展，使原有的商品已經(jīng)不能滿足人們對物質(zhì)的需求，然而有些商品的制造必須依靠模具才能夠生產(chǎn)加工出來，因此，模具的發(fā)展與人們的生活關(guān)系越來越緊密，如我們使用的電腦、手機、汽車等產(chǎn)品都要依靠模具。在塑料制品的生產(chǎn)中，高質(zhì)量的模具設(shè)計、先進的模具制造設(shè)備、合理的加工工藝、優(yōu)質(zhì)的模具材料和現(xiàn)代化的成形設(shè)備等都是成形優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。
我國模具工業(yè)雖然有了長足的發(fā)展，取得了巨大進步，但是我們也要清醒地看到，我國模具工業(yè)總體水平比工業(yè)發(fā)達國家要落后很多，這與我國制造業(yè)發(fā)展的要求相比差距還很大；我們的企業(yè)技術(shù)裝備還比較落后，勞動生產(chǎn)率也較低；模具生產(chǎn)專業(yè)化、商品化、標準化程度也不夠高；模具產(chǎn)品主要還是以中低檔為主，技術(shù)含量較低，高中檔模具多數(shù)要依靠進口，產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整的任務(wù)很重；人才緊缺，管理滯后的狀況依然突出，等等?？梢姡覈＞吖I(yè)的發(fā)展任重而道遠。
3前景展望
我國進入實施國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進入一個關(guān)鍵時期。在這一時期，模具行業(yè)的主要任務(wù)是，在黨中央關(guān)于把我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進一步推進改革，調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場，苦練內(nèi)功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個新臺階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè)強國的宏偉目標而奮斗。
我國進入實施國民經(jīng)濟和社會發(fā)展的第十一個五年規(guī)劃期，模具工業(yè)的發(fā)展也將進入一個關(guān)鍵時期。在這一時期，模具行業(yè)的主要任務(wù)是，在黨中央關(guān)于把我國建設(shè)成為創(chuàng)新型國家的戰(zhàn)略思想指引下，進一步推進改革，調(diào)整結(jié)構(gòu)，開拓市場，苦練內(nèi)功，提升水平，使我國模具工業(yè)在整體上再上一個新臺階。不斷提升模具制造水平，振興我國裝備制造業(yè)，為實現(xiàn)把我國建設(shè)成為制造業(yè)強國的宏偉目標而奮斗。
第二章 塑件的分析
2.1 塑件結(jié)構(gòu)分析
塑件的分析是對所要成型的產(chǎn)品有個初步的了解，在接受設(shè)計任務(wù)書以后就要對塑料的品種、批量的大小、尺寸精度與技術(shù)條件，產(chǎn)品的功用及工作條件有個整體概念，以便在設(shè)計模具時優(yōu)選各種方式來成型塑件。仔細閱讀塑件制品零件圖，從制品的塑料品種，塑件形狀，尺寸精度，表面粗糙度等各方面考慮注塑成型工藝的可行性和經(jīng)濟性，必要時，要與產(chǎn)品設(shè)計者探討塑件的材料種類與結(jié)構(gòu)修改的可能性。
2.1.1 塑件及塑件材料的特點
本產(chǎn)品是一個塑料件。如圖所示
圖2.1 分油套零件圖
1開模方向
由零件的三維圖分析，外表面的表面質(zhì)量是比較重要的，再根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)分析得到，產(chǎn)品的外表面應(yīng)該在定模上，在產(chǎn)品的分型面設(shè)置推出機構(gòu)，所以開模方向應(yīng)沿零件的Z軸。
2零件壁厚
是根據(jù)零件的工作要求、擺放位置和化學(xué)和流動特性確定的。
3脫模斜度
根據(jù)產(chǎn)品的外型，結(jié)合產(chǎn)品的工作條件、工藝特點，為提高產(chǎn)品的生產(chǎn)效率和表面質(zhì)量，脫模斜度設(shè)置為1°。
4圓角
塑件在面與面之間都設(shè)計了圓角過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應(yīng)力集中，提高塑件強度，而且可以改善物料的流動狀態(tài)，降低充模阻力，便于充模。
5側(cè)面12個直徑5的孔
由于塑件有12個不同方向的角度的孔所以必須用側(cè)抽芯，考慮到外觀較嚴，所以可以采用轉(zhuǎn)盤，作為驅(qū)動力，來驅(qū)動滑塊運動，實現(xiàn)抽芯。
2.1.2 影響塑件尺寸精度的因素
1和模具直接有關(guān)系:模具的形式或基本結(jié)構(gòu)；模具的加工制造誤差；模具的磨損、變形、熱膨脹。
2和塑料有關(guān)的原因:塑料的標準收縮率的變化；塑料的成型收縮、流動性、結(jié)晶化程度的差異；再生塑料的混合、著色劑等添加劑的影響；塑料中的水分以及揮發(fā)和分解氣體的影響。
3和成型工藝有關(guān)的原因： 由于成型條件變化造成的成型收縮率的波動；成型操作變化的影響；脫模頂出時的塑料變形，彈性恢復(fù)。
4和成型后實效有關(guān)的原因： 周圍溫度、濕度不同造成的尺寸變化；塑料的塑性變形及因為外力作用產(chǎn)生的蠕變、彈性恢復(fù)；殘余應(yīng)力、殘余變形起的變化。
5塑件的尺寸公差：本塑件在使用上不需要采用高精度等級，但為了不影響塑件的美觀，也不能采用低精度等級。同時，考慮到該材料的性能和成型工藝特點，經(jīng)查表《模具設(shè)計與制造手冊》，精度等級選為4級。
2.2 塑件材料的選擇與工藝性分析
2.2.1 工藝性分析
塑料是以高分子量的合成樹脂為主要成分。它在一定的溫度和壓力的條件下具有可塑性，能夠流動變形，其被塑造成制品之后，在一定的使用環(huán)境條件之下，能保持形狀、尺寸不變，并滿足一定的使用性能要求的材料。塑料中的必要和主要成分是樹脂，樹脂是由高分子物質(zhì)所組成，它是通過聚合反應(yīng)而制成的，所以又叫聚合物或稱高聚物。塑料的主要成分是合成樹脂，并加入填料、增塑劑、燃料、穩(wěn)定劑等各種輔料組成。其多組成分有：樹脂、填充劑、增塑劑、穩(wěn)定劑、潤滑劑、固化劑、著色劑、抗靜電劑、發(fā)泡劑、阻燃劑等。
塑料具有：1質(zhì)量輕；2化學(xué)穩(wěn)定優(yōu)越；3電絕緣性能好；4比強度高；5減摩、耐磨性能優(yōu)良，自潤滑性好；6成型加工方便；7粘結(jié)性能好；8光學(xué)性能好；9著色性能較強；10導(dǎo)熱率低的特性。
但是在目前塑料的應(yīng)用中，塑料也存在著一些缺點，使其應(yīng)用受到一定限制。一般塑料的機械強度均不如金屬。塑料成型時收縮率較高。塑料對溫度的敏感性遠比金屬或其它非金屬材料的大，塑料的使用溫度范圍遠較其它材料的窄。塑料若長期受載荷作用，即使溫度不高，其形狀會產(chǎn)生“蠕變”，塑料這種漸漸產(chǎn)生的塑件流動是不可塑的，導(dǎo)致塑件尺寸精度喪失。所以，在選擇塑料時要注意揚長避短。
塑料按照受熱后的表現(xiàn)性能，可以分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。前者的特點是在一定的溫度下，經(jīng)過一定時間加熱、加壓或加入硬化劑后，發(fā)生化學(xué)反映而硬化。硬化后的塑料化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，質(zhì)地堅硬，不溶于溶劑，加熱也不再軟化，如果溫度過高就分解。后者的特點為受熱后發(fā)生物態(tài)變化，由固體軟化或者熔化成粘流體狀態(tài)，但冷卻后又可變硬而成為固體。且過程可以多次反復(fù)，塑料本身的分子結(jié)構(gòu)則不發(fā)生變化。熱塑性塑料和熱固性塑料的性能對比如下表。
2.2.2 材料的選擇
聚酰胺纖維又稱尼龍（Nylon），簡稱PA66，是分子主鏈上含有重復(fù)酰胺基團—[NHCO]—的熱塑性樹脂總稱。
尼龍用途廣泛，因此，在汽車、機械部構(gòu)、通訊、紡織、造紙工業(yè)等方面應(yīng)用相當廣泛，隨著社會發(fā)展的日新月異，人民對尼龍的需求越來越大。特別是尼龍作為結(jié)構(gòu)性材料，對尼龍的強度、耐熱性、耐寒性等多方面的性能提出了更高的要求。尼龍也有其自身不足。特別是PA6、PA66兩大品種來說，與PA46、PAl2等品種比具有很高的價格優(yōu)勢，雖某些性能不適用于相關(guān)行業(yè)發(fā)展。因此，必須針對一應(yīng)用特定領(lǐng)域，通過提高其某些性能，來擴大其應(yīng)用的領(lǐng)域。
2.2.3 尼龍材料特點
優(yōu)點：
1機械強度、韌性好；
2耐疲勞性能突出；
3表面光滑，耐磨；
4耐腐蝕；
5無毒；
6耐熱。
7有較好電氣性能，具有較好的電絕緣性。
8重量輕，易染色，易成形。
缺點：
1計較易吸水。
2耐光較差。
3不耐強酸、氧化劑等。
4設(shè)計技術(shù)要求并較嚴。
2.2.4 PA66的注射成型工藝參數(shù)
1密度（g/ cm3）：1.36;
2計算收縮率（%）：0.3～0.7;
3摩擦系數(shù)：1.3;
4彎曲彈性模量E：8000 (MPA66)3.0×103N/cm3;
5適用注塑機類型：螺桿式、柱塞式均可。
6后處理:利用油、水、鹽水均可，在溫度為90～100℃時，放置4小時。
2.3 塑料成型工藝的種類
2.3.1 注射成型
注射成型又稱為注射模塑或注塑成型，是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。除極少數(shù)幾種熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料均可用此法成型塑件。注射模塑可成型各種形狀、滿足眾多要求的塑件。注射成型已成功地應(yīng)用于某些熱固性塑件、甚至橡膠制品的工業(yè)生產(chǎn)中。
注射成型的過程是，將粒狀或粉狀塑件從注射機的料斗送入加熱的料筒，經(jīng)加熱塑化成熔融狀態(tài)，由螺桿（或柱塞）施壓而通過料筒頂端部的噴嘴注入低溫的、閉合的模具型腔中，經(jīng)冷卻硬化而保持模腔所賦予的形狀，開模取出塑件。由于注射成型具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精確、帶有金屬或非金屬嵌件的塑件；對各種塑料均有良好的適應(yīng)性；生產(chǎn)效率高，易于實現(xiàn)全自動化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點，因而注射成型是一種技術(shù)經(jīng)濟先進的成型方法。
2.3.2 壓縮成型
壓縮成型又稱為壓制成型、壓縮模塑或模壓成型。壓縮成型技術(shù)主要用于成型熱固性塑料制品；也可用于熱塑性塑料制品的熱料冷壓成型；也可用于將原料放在模內(nèi)，施以一定的壓力，先加熱后冷卻定型的成型；還可用于粉料的冷壓成型等。
2.3.3 壓住成型
壓住成型又稱為傳遞成型，壓住模具用于成型熱固性塑料制品，模具具有單獨的加料室，成型時先將型腔閉合，并預(yù)熱到成型溫度，將熱固性塑料加入模具的加料室，利用壓柱施壓，塑料在高溫高壓下轉(zhuǎn)變成黏流態(tài)并以一定的速度通過澆注系統(tǒng)，進型腔，經(jīng)保溫保壓一段時間塑料交聯(lián)固化，當達到最佳性能時即開模取出塑件。
壓住成型工藝過程和壓縮成型基本相同，他們的主要區(qū)別在于：壓縮成型過程是先加料后閉模，而壓住成型則一般要求先閉模后加料。
2.3.4 擠出成型
擠出成型也稱為擠塑成型。它在熱塑性塑料加工領(lǐng)域中，是一種變化多、用途廣、占比重頗大的加工方法。擠出成型是將塑料在旋轉(zhuǎn)的螺桿于料筒之間進行輸送、壓縮、熔融塑化，定量地通過處于擠塑機頭部的口模和定型裝置，生產(chǎn)出連續(xù)型材的加工工藝。
除了以上幾種外，塑料成型工藝還有氣動擠出成型系列：中空成型、真空成型和壓縮空氣成型。
第三章 注塑機的選擇與校核
3.1 注塑機的選擇
3.1.1 由公稱注射量選定注射機
塑件的體積:V=25.461cm3
塑件的質(zhì)量：M=1.36gx25.461=34.63g
流道凝料V’=0.2V ；
根據(jù)實際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8V公≧ V實
3.1.2 由鎖模力選定注射機
F鎖F脹=A分·P型 =·P型 式（3.1）
=1/4×3.14×1122×25×10
=246.18 （KN）
式中 F鎖:注射機的鎖模力（N）； A分:塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；P型:型腔壓力，取P型=25MP ； D取的是塑件的最大直徑。
結(jié)合上面兩項的計算，初步確定注塑機為國產(chǎn)注射機SZ-320/1250，其主要技術(shù)參數(shù)如下表所示。
表3-1國產(chǎn)注射機SZ-320/1250技術(shù)參數(shù)表
特性
內(nèi)容
特性
內(nèi)容
結(jié)構(gòu)類型
臥
拉桿內(nèi)間距(mm)
910×910
理論注射容積（cm）
816
移模行程(mm)
360
螺桿(柱塞)直徑(mm)
48
鎖模力(KN)
1600
注射壓(MP)
1410
螺桿轉(zhuǎn)速(r/min)
10~200
注射速率(g/s)
660
鎖模形式(mm)
雙曲肘
塑化能力(g/s)
22.2
模具定位孔直(mm)
150
最小模具厚度(mm)
150
噴嘴球半徑(mm)
18
最大模具厚度（mm）
950
噴嘴口直徑（mm）
6
3.2 注塑機的校核
3.2.1 型腔數(shù)目的確定及校核
根據(jù)市場經(jīng)濟及生產(chǎn)效率的要求，本模具采用一模一腔型腔結(jié)構(gòu)，即型腔數(shù)目。因型腔數(shù)量與注射機的塑化速率、最大注射量及鎖模量等參數(shù)有關(guān)，因此有任何一個參數(shù)都可以校核型腔的數(shù)量。一般根據(jù)注射機料筒塑化速率確定型腔數(shù)量；
式（3.2）
式中——注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取0.8；
——注射機最大注塑量，g；
——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量，；
——單個塑件的質(zhì)量，。
式中、、也可以為注射機最在注射體積（cm3）、澆注系統(tǒng)凝料體積（cm3）、單個塑件的體積（cm3）。
估算澆注系統(tǒng)的體積：0.2V=15.28cm3
故取滿足我們設(shè)計要求。
3.2.2 鎖模力的校核
注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關(guān)，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢料現(xiàn)象，應(yīng)使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模離，即：
式（3.3）
式中為單個塑件在分型面上的投影面積，mm2;
為澆注系統(tǒng)在分型面上的投影與型腔不重疊部分的面積，mm2；
P為塑料熔體在型腔中的成型壓力，MPA66;
為注塑機的額定銷模力,N。
3.2.3 開模行程的校核
注射機開模行程是有限的，開模行程應(yīng)該滿足分開模具取出塑件的需要。因此，塑料注射成型機的最大開模距離必須大于取出塑件所需的開幕距離。為了保證開模后既能取出塑件又能取出流道內(nèi)的凝料，對于雙分型面注射模具，需要滿足下式：
式（3.4）
式中—模具開模行程；
—推出距離
—塑件高度；
—定模板與中間板之間的分開距離。
則<500mm
小于注射機最大開合模行程，故滿足要求。
第四章 澆注系統(tǒng)
4.1 分型面的確定
模具上用以取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面稱為分型面，也叫合模面。
4.1.1 分型面的選擇原則
1符合塑件脫模：為使塑件能從模具內(nèi)取出，分型面的位置應(yīng)設(shè)在塑件斷面最大尺寸的部位。
2分型面的數(shù)目和形狀：通常只采用一個與開模運動方向相垂直的分型面。確定分形面應(yīng)以模具制造及脫模方便為原則。
3 型腔的選擇：盡量防止形成側(cè)孔和側(cè)凹，以避免采用較復(fù)雜的模具結(jié)構(gòu)。
4確保表面質(zhì)量：分型面盡量不要選擇塑件光滑的外表面，避免影響塑件的外觀質(zhì)量;將塑件要求同軸度的部分放在分型面的同一側(cè)。以確保塑件的同軸度;要考慮減小造成塑件大、小端的尺寸差異要求等。
5有利于塑件脫模：由于模具的脫模機構(gòu)通常設(shè)置在動模一側(cè)，故盡可能使開模后塑件留在動模一側(cè)。
6考慮側(cè)向軸拔距：一般機械式分型 抽芯機構(gòu)的側(cè)向軸拔距都較小，因此選擇分型面的時應(yīng)將抽芯或分型距離長的方向置于動、定模的開合模方向上，即將短軸拔距作為側(cè)向分型或抽芯。并注意將側(cè)抽芯放在動模邊，避免定模抽芯。
7鎖緊模具的要求：側(cè)向合模鎖緊力較小，故對于投影面積較大的大型塑件，應(yīng)將投影面積大的方向放在動、定模的合模方向上，而將投影面積小較小的方向作為側(cè)向分型面。
8有利于排氣：當分型面作為主要排氣渠道時，應(yīng)將分型面設(shè)計在塑料的流動末端，以利于排氣。
9模具零件易于加工。
4.1.2 分型面的決定
模具設(shè)計中，分型面的選擇很關(guān)鍵，它決定了模具的結(jié)構(gòu)。分型面與模具的整體結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件的脫模和模具的制造工藝等有關(guān)，因此分型面的選擇是注射模設(shè)計中的一個關(guān)鍵步驟。
將模具適當?shù)胤殖蓛蓚€或幾個可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當成型時又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結(jié)構(gòu)的重要因素，每個塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。
應(yīng)根據(jù)分型面選擇原則和塑件的成型要求來選擇分型面。該塑件表面質(zhì)量無特殊要求，結(jié)構(gòu)也比較間單，固選平直分型面。如何確定分型面，需要考慮的因素比較復(fù)雜。由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)設(shè)計、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件位置形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應(yīng)綜合分析比較，從幾種方案中優(yōu)選出較為合理的方案。
4.2 澆注系統(tǒng)的定義
定義：指由注射機噴嘴中噴出的塑料進入型腔的流動通道，使塑料熔體平穩(wěn)有序的填充型腔，并在填充和凝固過程中把注射壓力充分傳遞到各個部分，以獲得組織緊密的塑件。
分類：普通澆注系統(tǒng)：冷流道（本模具采用）
無流道凝料澆注系統(tǒng)：熱流道、絕熱流道
普通澆注系統(tǒng)設(shè)計原則：
了解塑料的成型性能和塑料的流動性。
要保證塑件的質(zhì)量，避免常見的充填問題。
盡量減少停滯現(xiàn)象；盡量避免熔接痕；盡量避免過度保壓和保壓不足；盡量減少流向雜亂。
1盡量減少及縮短澆注系統(tǒng)的斷面和長度。
2盡可能做到同步填充。
3便于修整澆口以保證制件外觀。
4.3 主流道的設(shè)計
澆注系統(tǒng)是引導(dǎo)塑料熔體從注射機噴嘴到模具型腔的進料通道，具有傳質(zhì)、傳壓和傳熱的功能，對塑件質(zhì)量影響很大。它分為普通流道澆注系統(tǒng)和熱流道澆注系統(tǒng)。
該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，包括主流到，分流到、冷料穴，澆口。
1主流道的設(shè)計
主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主要的形狀為圓錐形，以便于熔體的流動和開模是主流道凝料的順利拔出
主流道尺寸
主流道小端直徑 D=注射機噴嘴直徑+（0.5～1）
=3+（0.5～1），取D=4
主流道球面半徑SR0=注射機噴嘴球頭半徑+（1～2）
=15+(1～2)，取SR0=17
球面配合高度h=3～5mm，取h=3mm
主流道長度L=40mm
主流道大端直徑D′=D+2Ltanα=4+2×40×tan2°=6.79，取D′=7mm
澆口套總長LO=L+h+2=45mm
2主流道襯套的形式
主流道小端入口處于注塑機噴嘴反復(fù)接觸，屬于易損件，對材料要求較嚴格，因而模具主流道部分設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套形式即澆口套，以便有效的選用幼稚鋼材進行單獨加工和熱處理，常采用碳素工具鋼，如T8A、T10A等，熱處理硬度為50HRC～55HRC。
圖5-1主流道襯套
4.4 分流道的設(shè)計
分流道是指主流道末端與澆口之間的一段塑料熔體的流動通道。分流道的作用是改變?nèi)垠w流向，使其以平穩(wěn)的流態(tài)均衡地分配到各個型腔。設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失。
分流道的形狀及尺寸，應(yīng)根據(jù)塑件的體積、壁厚、形狀的復(fù)雜程度、注射速率、分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算太復(fù)雜，熔料填充型腔比較容易。根據(jù)型腔的放置方式可知分流道的長度不長，為了便于加工起見，選用形狀為圓形分流道，查《塑料模設(shè)計手冊》得R=3mm。
塑料迅速冷卻，只有內(nèi)布的熔體流動比較理想，因此分流道表面粗糙度一般取Ra1.6mm
如下圖所示:
圖5.2 分流道
4.5 拉料桿與冷料穴的設(shè)計
冷料穴是為儲存因熔體與低溫模具接觸而在料流前鋒產(chǎn)生得冷料而設(shè)置的，這些冷料如果進入型腔將減慢熔體填充速度，最終影響制品的成型質(zhì)量。冷料穴一般設(shè)置在主流道的末端，分流道較長時，分流道的末端也應(yīng)設(shè)冷料穴。
一般情況下，主流道冷料穴圓柱體的直徑為5~6mm，深度為5~6mm。對于大型制品，冷料穴的尺寸可適當加大。對于分流道冷料穴，其長度為1~1.5倍的流道直徑。
冷料穴的分類：1底部帶推桿的冷料穴，由于加工方便，故常使用。2推板推出的冷料穴，這種拉料桿專用于制品以推板或推塊脫模得模具中。3無拉料桿的冷料穴，對于具有垂直分型面的注塑模（兩邊抽芯的哈夫模），冷料穴至于左右兩半模的接觸面上，開模時分型面左右分開，制品與前鋒冷料一起拔出，冷料穴不必設(shè)置拉料桿。4分流道冷料穴一般采用以形式
4.6 澆口的設(shè)計
模具設(shè)計時，澆口的位置及尺寸要求比較嚴格，初步試模后還需進一步修改澆口尺寸，無論采用何種澆口，其開設(shè)位置對塑件成型性能及質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口的開設(shè)位置是提高質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)，同時澆口位置的不同還影響模具結(jié)構(gòu)。總之要使塑件具有良好的性能與外表，一定要認真考慮澆口位置的選擇，通常要考慮以下幾項原則：
1盡量縮短流動距離。
2澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁厚最大處。
3必須盡量減少熔接痕。
4應(yīng)有利于型腔中氣體排出。
5考慮分子定向影響。
6避免產(chǎn)生噴射和蠕動。
7澆口處避免彎曲和受沖擊載荷。
8注意對外觀質(zhì)量的影響。還應(yīng)該考慮的因素有：
①不要將澆口置于高壓力區(qū)域；
②盡量避免或減少熔合線；
③盡量使熔合線遠離高壓力區(qū)域；
④對于增強型塑料，澆口位置決定零件的保壓性能 ；
⑤提供足夠的排氣口以避免空氣存集。
考慮到特殊的注塑過程，如下所示：
圖5.3 澆口的的形式
4.7 澆注系統(tǒng)的計算
4.7.1 剪切速率的校核
生產(chǎn)實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5.8×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質(zhì)量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗公式表示：
式（5.1）
式中q——體積流量（CM/S）；
R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。
4.7.2 主流道剪切速率校核
Q=0.8Q /T =338.2÷1.5=225.5 （CM/S）
T注射時間：T=2.5（S）；
R主流道的平均當量截面半徑： Rn= =0.538（cm）
d 主流道小端直徑 ，d=0.63 （CM）；d主流道大端直徑，d=1.36（CM）
5×10＜1.47×10＜5×10 (滿足條件)
4.7.3 澆口剪切速率的校核
其中：澆口面積S=/4×(D22-D12),當量面積S=R所以R=7mm。
單從計算上看，交口剪切速率偏小。但由于模具比較特殊，為一模4腔，無分流道，壓力損失少，進料速度快，成型比較容易，傳遞壓力好，所以澆口的剪切速率是合適的。
從以上的計算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。
4.8 排溢系統(tǒng)設(shè)計
當塑件熔體填充型腔時，必須順序排出型腔中及澆注系統(tǒng)內(nèi)的空氣及塑料受熱或凝固產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體。注射成型時的排氣通常有如下四種方式進行。1利用配合間隙排氣 2在分型面上開設(shè)排氣槽排氣 3利用所有排氣塞排氣 4強制性排氣
本塑件采用第一種，其具體深度可按下表3選取取0.03mm
表5.4 分型面上排氣槽深度(mm)
塑料
深度h
塑料
深度h
聚乙烯PP
0.02
尼龍PA66
0.01
聚丙烯PE
0.01~0.02
聚碳酸酯ABS
0.01~0.03
聚苯乙烯PS
0.02
聚甲醛POM
0.01~0.03
ABS
0.03
丙烯酸共聚物
0.03
第五章 成型零件設(shè)計
模具中確定塑件幾何形狀和尺寸精度的零件稱為成型零件。成型零件包括凹模、型芯、鑲塊、成形桿和成型環(huán)等。成型過程中成型零件受到塑料熔體的高壓作用，料流的沖刷，脫模時與塑件間發(fā)生摩擦。因此，成型零件要求有正確的幾何形狀、較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度，此外還要求成型零件具有合理的結(jié)構(gòu)和良好的加工工藝性，具有足夠的強度、剛度和表面硬度。
在計算型腔和型芯工作尺寸之前，對塑件各重要尺寸應(yīng)按機械設(shè)計中最大實體原則進行轉(zhuǎn)化，即塑件外形尺寸（名義尺寸）為最大尺寸，其公差△為負值；塑件的內(nèi)腔尺寸（名義尺寸）為最小值，其公差△為正值；中心距尺寸為公稱尺寸，其公差為正負△/2。
5.1 凹模的工作尺寸計算
凹模的徑向尺寸計算公式：
L=[Ls(1+k)-X△]0+δ 式(5.1)
式中 ：Ls——塑件外型徑向公稱尺寸；
K——塑料的平均收縮率；
△——塑件的尺寸公差；
δ——模具制造公差，取塑件相應(yīng)尺寸公差的1/3~1/6。
凹模的深度尺寸計算公式：
H=[Hs(1+k)-X△]+δ0 式（5.2）
式中:Hs——塑件高度方向的公稱尺寸。
經(jīng)查得ABS的收縮率K=0.5%；塑件未注尺寸公差，所以按MT5B類公差選取，查模塑件尺寸公差表的其單項公差為1.34。
5.2 型腔壁厚、支撐板厚度的確定
塑料模具型腔在成型過程中受到塑料熔體的高壓作用，應(yīng)具有足夠的強度和剛度，如果型腔和側(cè)壁厚度過薄可能因強度不夠而產(chǎn)生塑料變形甚至破壞；也可能因剛度不足而產(chǎn)生保壓變形，導(dǎo)致溢料飛邊，降低塑件尺寸精度并影響順利脫模。
型腔壁厚、支撐板厚度的確定從理論上講是通過力學(xué)的強度及剛度公式進行計算的。由于注塑成型受溫度、壓力、塑料特性及塑件復(fù)雜程度的影響，所以理論計算并不能完全真實的反映結(jié)果。通常在模具設(shè)計中，型腔及支撐板厚度不通過計算確定，而是憑經(jīng)驗確定。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表如下：
表5-1 壁厚S的經(jīng)驗數(shù)據(jù)
型腔壓力/MPA66
型腔側(cè)壁厚度S/mm
<29(壓塑)
0．14L+12
<49（壓塑）
0．16L+15
<49（注塑）
0．20L+17
表5-2 支撐板h厚度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)
b/mm
b=L/m
b=1.5L/mm
b=2L/mm
<102
(0.12-0.13)b
(0.10-0.11)b
0.08b
＞102-
300
(0.13-0.15)b
(0.11-0.12)b
(0.08-0.09)b
模具設(shè)計時上表查到得數(shù)據(jù)只是作為驗證性的數(shù)據(jù)。選擇標準模架后，需要結(jié)合塑件具體尺寸來驗證型腔壁厚和支撐板厚度的合理性。
第六章 頂出系統(tǒng)
6.1 模具對脫模機構(gòu)的要求
注塑模必須設(shè)有準確可靠的脫模機構(gòu)，以便在每一循環(huán)中將塑件從型腔內(nèi)或型芯上自動地脫出模外，本課題選用簡單的推桿脫模機構(gòu)，以及斜滑桿內(nèi)側(cè)抽芯時，起到推出塑件的作用。
1結(jié)構(gòu)優(yōu)化、運行可靠，機構(gòu)盡可能簡單，零件制造方便，配換容易。機構(gòu)動作要準確可靠、運行靈活、機構(gòu)本身具有足夠的剛度合強度，以抵抗脫模阻力。
2不影響制件外觀，不造成塑件變形破壞，推塑件的位置盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或隱蔽處，以免損壞塑件外觀，要保證塑件在脫模過程中不變形、不擦傷。因此本課題在正確分析脫模力的大小和集中的部位，從而選擇脫模方式和推頂位置如圖，使脫模力得到均勻合理的分布。
3脫出機構(gòu)應(yīng)便于使塑件留在動模，模具的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證塑件在開模過程中留在具有脫模裝置的半模即動模上。
6.2 脫模力的計算
脫模力是從動模一側(cè)主型芯上脫出制 品所需施加的外力，它包括型芯包緊力、真空吸力、粘附力和脫模機構(gòu)本身的運動阻力。包緊力是指制品在冷卻過程中，因體積收縮而產(chǎn)生的對型芯的包緊力。真空吸力是指封閉的殼類制品在脫模時與型芯之間形成真空，與大氣壓壓差產(chǎn)生的阻力。粘附力是指脫模時，制品表面與模具鋼材表面之間所產(chǎn)生的吸附力。
脫模力是注射模脫模機構(gòu)設(shè)計的重要依據(jù)。但脫模力的計算與測量十分復(fù)雜，對于任意形狀的殼類制品只能將其簡化為圓筒形或矩形進行近似計算。
脫模力 由兩部分組成，即
式（7.1）
式中—制品對型芯包緊的脫模阻力（N）；
—使封閉殼體脫模需克服的真空吸力（N），
式（7.2）
這里0.1的單位為MPA66,為型芯的橫截面積。
由資料3，P403的具體參數(shù)和公式進行計算
由于
塑件為厚壁制品
對于厚壁圓筒制品
取型芯脫模斜度為，
塑料的平均成形收縮率，
塑料的拉伸彈性模量（MPA66），
又真空吸力
抽拔力
6.3 頂管的設(shè)計
注射成型的每一循環(huán)中，塑件必須準確無誤的從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置成為脫模機構(gòu)，也稱為推出機構(gòu)。
6.3.1脫模推出機構(gòu)的設(shè)計原則
塑件推出是注射成型過程中的最后一個環(huán)節(jié)，推出質(zhì)量的好壞將最后決定塑件的質(zhì)量，因此，塑件的推出是不可忽視的。在設(shè)計推出脫模機構(gòu)時，應(yīng)遵循下列原則。
1推出機構(gòu)應(yīng)盡量設(shè)置在動模一側(cè)；
2保證塑件不因推出而變形損壞；
3機構(gòu)簡單、動作可；
4良好的塑件外觀；
5合模時的準確復(fù)位。
6.3.2塑件推出的基本方式選擇
由于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)所限制，因此用推板推出，能夠更好的推出塑件
6.3.3頂管布局
圖6-1 頂管
第七章 溫度系統(tǒng)
7.1 溫度調(diào)節(jié)對塑件質(zhì)量的影響
在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為200℃左右，熔體固化成為塑件后，從60℃左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對于要求較低模溫（一般小于80℃）的塑料，如本設(shè)計中僅需要設(shè)置冷系統(tǒng)即可，因為可以通過調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。
模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。
注射模的溫度對于塑料熔體的充模流動、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對于任一個塑料制品，模具溫度波動過大都是不利的。過高的模溫會使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時間又會使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會降低塑料的流動性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應(yīng)力和明顯的熔接痕等缺陷。冷卻系統(tǒng)的外形結(jié)構(gòu)如圖所示
圖7-1注射成形機的典型冷卻系統(tǒng) 圖7-2與模板連接之冷卻孔道
設(shè)計冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當而有效率的冷卻。冷卻孔道應(yīng)使用標準尺寸，以方便加工與組裝。設(shè)計冷卻系統(tǒng)時，模具設(shè)計者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設(shè)計參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動速率與熱傳性質(zhì)。
7.1.1冷卻管路的位置與尺寸
塑件壁厚應(yīng)該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設(shè)置是在凸模塊與凹模塊內(nèi)，設(shè)在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。
7.2 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
7.2.1 冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則
1在設(shè)計冷卻系統(tǒng)應(yīng)先于推出機構(gòu)。
2注意凹模和型芯的熱平衡，要把注意力放在型芯的冷卻上。
3對于簡單模具，可先測量冷卻水出入口的溫差，然后計算冷卻水的流量。
4冷卻管道直徑、保證湍流的流速以及維持這一流速所需的壓力降便已夠。
5但對于復(fù)雜而精密的模具，則應(yīng)做詳細計算。
6對于大批量生產(chǎn)的普通塑件，可采用快冷以或得較短的循環(huán)注射周期。
7.2.2 冷卻回路的確定
定模冷卻回路從定模墊板引水進去。
動模冷卻回路 由于動模自身的結(jié)構(gòu)特點，我們采用從動模墊板引水，由于水是由下而上流如，因此我們采用直孔隔板式冷卻方法。多個與型芯底面相垂直的管道與底部的橫向管道形成冷卻回路，同時為了使冷卻水沿著冷卻回路流動，在每一個直管道中均設(shè)置了隔板。最后，我們應(yīng)該注意水管的密封問題，以免漏水。一般，冷卻管道應(yīng)避免穿過鑲塊，否則在接縫處漏水。
7.3 冷卻系統(tǒng)的計算
一般注射模具內(nèi)的塑料熔體溫度為200度左右，而塑件從模具型腔中取出時其溫度在60度以下，所以熱塑性塑料在注射成型后，必須對模具進行有效的冷卻，以便使塑件可靠冷卻定型并迅速脫模，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
7.3.1冷卻系統(tǒng)的設(shè)計原則：
盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡。
冷卻水孔的數(shù)量約多，孔徑約大，則對塑件的冷卻效果約均勻。根據(jù)經(jīng)驗，一般冷卻水孔中心線與型腔壁的距離應(yīng)為冷卻水孔直徑的1～2倍（常位12～15mm），冷卻水孔中心距約為水孔直徑的3～5倍，水孔直徑約為8～12mm。
盡可能使冷卻水孔至型腔表面的距離相等，當塑件壁厚均勻時，冷卻水孔與型腔表面的距離應(yīng)處處相等。當塑件壁厚不均勻時，壁厚處應(yīng)強化冷卻、水孔應(yīng)靠近型腔、距離要小，但也不應(yīng)小于10mm。
澆口處加強冷卻。一般在注射成型時，澆口附近溫度最高，距澆口越遠溫度越低，因此要加強澆口處的冷卻。即冷卻水從澆口附近流入。
應(yīng)降低進水與出水的溫差。如果進水與出水溫差過大，將使模具的溫度分布不均勻，尤其對流程很長的大型塑件，料溫越流越低，對于矩形模具，通常沿模具寬度方向開設(shè)水孔，使進水與出水溫差不大于5℃。
合理選擇冷卻水道的形式。對于收縮大的塑件應(yīng)沿收縮方向開設(shè)冷卻水孔。
合理確定冷卻水管的接頭的位置。為不影響操作，進出口水管接頭通常設(shè)在注射機背面的模具的同一側(cè)。
冷卻系統(tǒng)的水道應(yīng)盡量避免與模具上其它機構(gòu)（如推桿孔、小型芯孔等）發(fā)生干涉現(xiàn)象，設(shè)計時要通盤考慮。
冷卻水管進出接頭應(yīng)埋入模板內(nèi)，以免模具在搬運過程中造成損壞。最好在進口和出口處分別打出標志，如“IN”（進口）和“OUT”（出口）等。
通常對于中小型模具以及對塑件制品要求不太嚴格時，一般可忽略空氣對流，輻射以及與注射機接觸傳走的熱量，同時也忽略高溫噴嘴頭向模具的接觸傳給型腔的熱。所謂簡單計算就是以塑料熔體釋放出的熱量Q為總熱量，全部由冷卻介質(zhì)傳走。
計算單位時間內(nèi)從型腔中散發(fā)出的總熱量（Q總=Q1）：
1計算每次需要的注射量（Kg或cm3）
G=nG件+G澆n=2
=3.4x10-3x2+0.334x0.91x10-3
=0.007Kg
2確定生產(chǎn)周期（s）
t=t注 + t冷 + t脫
=60s（式中數(shù)值查表得）
3求使用的塑料單位熱流量Qs（Kj/Kg）
查表得單位熱流量 590～690 Kj/Kg
4求每小時需要注射的次數(shù)
N=3600/60=60次
5求每小時的注射量（Kg/h）
W=N.G
=60x0.007
=0.42Kg/h
6求從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量（Kj/h）
Q總=Q1=N.G.Qs=W.Qs=0.42 x 600=252 Kj/h
7.3.2求冷水的體積流量（m3/min）
V=q.v=Q/60 / ρ1.C1（T出 – T進） 式（7.1）
式中，ρ為水密度 103Kg/m3，C1為水的比熱熔 C1=4.187J/（Kg.℃），T出為水管出口設(shè)定溫度，T進為水管進口設(shè)定溫度，實驗表明1/3的熱量是凹模帶走，其余2/3有型芯帶走，也有資料說前者帶走40%而后者帶走60%。Q實為凹模帶走的熱量，但在這里是以簡單的計算公式來計算Q的總量，因此也把Q凹模帶走的熱量當做Q總量（Kj/h）取ΔT=T進-T出=5℃
Q.v=1/3 x 252/60 / [10x4.187x5]℃
=6.67x10-3m3/min
如下表所示，冷卻水管的最低流速是1.32v（m/s）
冷卻水管的的直徑應(yīng)該是10mm
表8-3 冷卻水管的參數(shù)
冷卻水管直徑d（mm）
最低流速v（m/s）
冷卻水體積流量v（m3/min）
8
1.66
5.0 x 10-3
10
1.32
6.2 x 10-3
12
1.10
7.4 x 10-3
15
0.87
9.2 x 10-3
20
0.66
12.4 x 10-3
第八章 導(dǎo)向系統(tǒng)
本設(shè)計采用導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)，導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)向孔之間的配合來保證模具的對合精度。導(dǎo)柱導(dǎo)向機構(gòu)設(shè)計內(nèi)容包括：導(dǎo)柱和導(dǎo)套的典型結(jié)構(gòu)：導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔的以及導(dǎo)柱的數(shù)量和布置等。任何一副模具在定、動模之間都設(shè)置有導(dǎo)向機構(gòu)。其功用是：
1定位作用：合模時維持動定模之間的一定方位，合模后保持模腔的正確形狀。
2導(dǎo)向作用：合模時引導(dǎo)動模按序閉合，防止損壞型芯，并承受一定的側(cè)向力。
3承載作用：采用推件板脫模或三板式模具結(jié)構(gòu)，導(dǎo)柱有承受推件板和定模型腔板的重載荷作用。
4保持運動平穩(wěn)作用：對于大、中型模具的脫模機構(gòu)，有保持機構(gòu)運動靈活平穩(wěn)的作用。
8.1 導(dǎo)柱的設(shè)計
導(dǎo)柱設(shè)計要點如下：
1導(dǎo)柱的直徑視模具大小而定，但必須具有足夠的抗彎強度，且表面要耐磨，芯部要堅韌，因此導(dǎo)柱的材料多采用低碳鋼（20）滲碳淬火，或用碳素工具鋼（T8、T10）淬火處理，硬度為50~55HRC。
2導(dǎo)柱的長度通常應(yīng)高出凸模端面6~8mm,以免在導(dǎo)柱未導(dǎo)正時凸模先進入型腔與其碰撞而損壞。
3導(dǎo)柱的端部常設(shè)計成錐形或半球形，便于導(dǎo)柱順利地進入導(dǎo)向孔。
4導(dǎo)柱的配合精度。導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔通常采用間隙配合H7/f6，或H8/f8，而導(dǎo)柱與安裝孔則采用過渡配合H7/m6,或H7/k6，配合部分表示粗糙度為Ra＝0.8同時需要注意，要采用適當?shù)墓潭ǚ椒ǚ乐箤?dǎo)柱從安裝孔中脫出。
5導(dǎo)柱直徑尺寸按模具模板外形尺寸而定。模板尺寸越大，導(dǎo)柱間中心距應(yīng)越大，所選導(dǎo)柱直徑也越大。
8.2 導(dǎo)向孔與導(dǎo)套
為了保證導(dǎo)向精度和檢修方便，導(dǎo)向孔一般采用鑲?cè)雽?dǎo)套的形式。導(dǎo)向孔的設(shè)計要點如下：
1導(dǎo)向孔最好為通孔，否則導(dǎo)柱進入未通的導(dǎo)向孔時，孔內(nèi)空氣無法逸出，產(chǎn)生反壓力，給導(dǎo)柱運動造成阻力。若受模具結(jié)構(gòu)限制，導(dǎo)向孔必須做成盲孔時，則應(yīng)在盲孔側(cè)壁增設(shè)透氣孔式透氣槽
2為使導(dǎo)柱比較順利地進入導(dǎo)索，在導(dǎo)套前端就應(yīng)倒有圓角。通常導(dǎo)套采用淬火鋼或銅等耐磨材料制造，但其硬度應(yīng)低于導(dǎo)柱的硬