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1 1 引言 1 1 模具生產(chǎn)的重要性 模具生產(chǎn)水平的高低已成為衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品水平高低的重要標(biāo)志 因?yàn)?模具在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益 和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力 隨著我國(guó) 加入 WTO 我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機(jī)遇和挑戰(zhàn) 我國(guó)的模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關(guān)注 模具式工業(yè)生產(chǎn) 的基礎(chǔ)工藝裝備 也已經(jīng)取得了共識(shí) 在電子 汽車(chē) 電機(jī) 電器 儀器 儀 表 家電和通信等產(chǎn)品中 60 80 的部件都要依靠模具成型 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)效率和低消耗 是其它 加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效率放大器 用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品 價(jià)值 往往是模具自身價(jià)值的幾十倍 上百倍 目前全世界模具年產(chǎn)值約為 1000 億美元 日 美等工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè) 近幾年 我國(guó)模具工業(yè)一直以每年 15 左右的增長(zhǎng)速度發(fā)展 2009 年 我國(guó)模具總產(chǎn)值 超過(guò) 800 億元人民幣 1 2 我國(guó)塑料模具技術(shù)現(xiàn)狀 1 塑料模 今年來(lái) 我國(guó)塑料模有很大的進(jìn)步 在大型塑料模方面 已能生產(chǎn) 34 英 寸大屏幕彩電塑殼模具 6kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具及汽車(chē)保險(xiǎn)桿和整體 儀表板等塑料模具 在精密塑料模具方面 已能生產(chǎn)多型腔小模數(shù)齒輪模具和 600 腔塑封模具 還能生產(chǎn)厚度僅為 0 08mm 的 1 模 2 腔的航空杯模具和難度較 高的塑料門(mén)窗擠出模等 內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置得以采用 少數(shù)單位采用 了具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具 完全消除了制件的澆口痕跡 氣體輔助注射技術(shù)已成功得到應(yīng)用 在精度方面 塑料模具制造精度可達(dá) 0 02 0 05mm 國(guó)外可達(dá) 0 005 0 01mm 分型面接觸間隙為 0 02mm 模板的彈性 變形為 0 05mm 型面的表面粗糙度值為 Ra0 2 0 25 g 塑料模具壽命已達(dá) 100 萬(wàn)次 國(guó)外可達(dá) 300 萬(wàn)次 模具制造周期仍比國(guó)外長(zhǎng) 2 4 倍 這些標(biāo)志著模 具總體水平的參數(shù)指標(biāo)與國(guó)外相比尚有較大差距 2 模具 CAD CAE CAM 2 模具 CAD CAE CAM 技術(shù)是改造傳統(tǒng)模具生產(chǎn)方式的關(guān)鍵技術(shù) 能顯著縮短 模具設(shè)計(jì)與制造周期 降低生產(chǎn)成本 提高生產(chǎn)質(zhì)量 它使技術(shù)人員能借助于 計(jì)算機(jī)對(duì)產(chǎn)品 模具結(jié)構(gòu) 成形工藝 數(shù)控加工及成本等進(jìn)行設(shè)計(jì)和優(yōu)化 以 生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表 陸續(xù)引僅了相當(dāng)數(shù)量的 CAD CAM 系統(tǒng) 實(shí)現(xiàn)了 CAD CAM 集成 并采用了 CAE 技術(shù)對(duì)成型過(guò)程進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬等 數(shù)控加工的 使用率也越來(lái)越高 取得了一定的經(jīng)濟(jì)效益 促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具 CAD CAE CAM 技術(shù)的發(fā)展 近年來(lái) 我國(guó)自開(kāi)發(fā)的有上海交大的沖裁模 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)絡(luò)模具工程研究中心的沖壓 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 為進(jìn)一步普及模具 CAD CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好條件 目前 我國(guó)計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)軟件開(kāi)發(fā) 尚處于較低水平 需要知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的積累 3 模具標(biāo)準(zhǔn)件 模具標(biāo)準(zhǔn)件對(duì)縮短模具制造周期 提高質(zhì)量 降低成本 能起很大作用 因此 模具標(biāo)準(zhǔn)件越來(lái)越廣泛地應(yīng)得到采用 模具標(biāo)準(zhǔn)件主要有冷沖模架 塑 料模架 推桿和彈簧等 新型彈性元件如氮?dú)鈴椈梢嘁言谕茝V應(yīng)用中 4 模具材料與熱處理 模具材料的質(zhì)量 性能 品種和供貨是否及時(shí) 對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命 以及經(jīng)濟(jì)效益有著直接的重大影響 近年來(lái) 國(guó)內(nèi)一些模具鋼生產(chǎn)企業(yè)已相繼 建成和引進(jìn)了一些先進(jìn)工藝設(shè)備 使國(guó)內(nèi)模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善 模具鋼質(zhì)量有較大程度的提高 但國(guó)產(chǎn)模具鋼鋼種不全 不成系列 多品種 精料化 制品化等方面尚待解決 另外 還需要研究適應(yīng)玻璃 陶瓷 耐火磚 和地磚等成型模具用材料系列 模具熱處理使關(guān)系能否充分保證模具鋼性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 國(guó)內(nèi)大部分企業(yè) 在模具淬火時(shí)仍采用鹽熔爐或電爐加熱 由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴(yán) 處理 質(zhì)量不高 而且不穩(wěn)定 直接影響模具使用壽命和質(zhì)量 近年來(lái) 真空熱處理 爐開(kāi)始廣泛用于模具制造 1 3 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì) 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 1 模具軟件功能集成化 3 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(shí)個(gè)功能模塊采 用同一數(shù)據(jù)模型 以實(shí)現(xiàn)信息的綜合管理與共享 從而支持模具設(shè)計(jì) 制造 裝配 檢驗(yàn) 測(cè)試及生產(chǎn)管理的全過(guò)程 達(dá)到實(shí)現(xiàn)最佳效益的目的 如英國(guó) Deleam 公司的系列化軟件就包括了曲面 實(shí)體幾何造型 復(fù)雜形體工程制圖 工業(yè)設(shè)計(jì)高級(jí)渲染 塑料模設(shè)計(jì)專(zhuān)家系統(tǒng) 逆向工程系統(tǒng)及復(fù)雜形體在線測(cè)量 系統(tǒng)等 集成化程度高的軟件還包括 Pro E UG 和 CATIA 等 2 模具設(shè)計(jì) 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)已越來(lái)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(jì) 分析 制造的三維化 無(wú)紙化要求新一代模具軟件以立體的 直觀 的感覺(jué)來(lái)設(shè)計(jì)模具 所采用的三維數(shù)字化模型能方便地用于產(chǎn)品的 CAE 分析 模具可制造性評(píng)價(jià)和數(shù)控加工 成形過(guò)程模擬及信息的管理與共享 如 Pro E UG 和 CATIA 等軟件具備參數(shù)化 基于特征 全相關(guān)等特點(diǎn) 從而使模具 并行工程成為可能 另外 Cimatran 公司的 Moldexpert Deleam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專(zhuān)業(yè)注射模設(shè)計(jì)軟件 可進(jìn)行交互式 3D 型腔 型芯設(shè)計(jì) 模架配置及典型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 澳大利亞 Moldflow 公司的三 維真實(shí)感流動(dòng)模擬軟件 Moldflow Advisers 已經(jīng)受到用戶廣泛的好評(píng)和應(yīng)用 面向制造 基于知識(shí)的智能化功能是衡量模具軟件先進(jìn)性和實(shí)用性的重要標(biāo)志 之一 如 Cimatron 公司的注射模專(zhuān)家軟件能根據(jù)脫模方向自動(dòng)產(chǎn)生分型線和分 型面 生成與制品相對(duì)應(yīng)的型芯和型腔 實(shí)現(xiàn)模架零件的全相關(guān) 自動(dòng)產(chǎn)生材 料明細(xì)表和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進(jìn)行智能化加工參數(shù)設(shè)定 加工結(jié)果校 驗(yàn)等 3 模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化趨勢(shì) 隨著模具在企業(yè)競(jìng)爭(zhēng) 合作 生產(chǎn)和管理等方面的全球化 國(guó)際化 以及 計(jì)算機(jī)軟硬技術(shù)的迅速發(fā)展 模具軟件應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)是使 CAD CAE CAM 技術(shù)跨地區(qū) 跨企業(yè) 跨院所在整個(gè)行業(yè)中推廣 實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源 的重新整合 使虛擬設(shè)計(jì) 敏捷制造技術(shù)成為可能 美國(guó)在其 21 世紀(jì)制造企 業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實(shí)現(xiàn)汽車(chē)工業(yè)敏捷生產(chǎn) 虛擬工程方案 使汽車(chē) 開(kāi)發(fā)周期從 40 個(gè)月縮短到 4 個(gè)月 2 模具檢測(cè)和加工設(shè)備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 4 1 模具向著精密 復(fù)雜 大型的方向發(fā)展 對(duì)檢測(cè)設(shè)備的要求越來(lái)越 高 目前國(guó)內(nèi)廠家使用較多的有意大利 美國(guó) 日本等國(guó)的高精度三坐標(biāo)測(cè)量 機(jī) 并具有數(shù)字化掃描功能 實(shí)現(xiàn)了從測(cè)量實(shí)物 建立數(shù)學(xué)模型 輸出工程圖紙 模具制造全過(guò)程 成功實(shí)現(xiàn)了逆向工程的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 2 數(shù)控電火花加工機(jī)床 日本沙迪克公司采用直線電機(jī)伺服器驅(qū)動(dòng)的 AQ325L AQ550LIS WEDM 具有 驅(qū)動(dòng)反應(yīng)快 傳動(dòng)及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點(diǎn) 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(dòng)編程專(zhuān)家系統(tǒng) 另外有些 EDM 還采 用混粉加工工藝 微精加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術(shù) 3 高速銑削機(jī)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(diǎn) 因而在模具加工中日益受到重視 HSM 主 要用于大 中型模具加工 如汽車(chē)覆蓋件模具 壓鑄模 大型塑料模等曲面加 工 4 模具自動(dòng)加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術(shù)的迅速發(fā)展 國(guó)外已出現(xiàn)了模具自動(dòng)加工系統(tǒng) 這也是我國(guó) 長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的目標(biāo) 模具自動(dòng)定位夾具或定位盤(pán) 有完整的機(jī)具 刀具數(shù)控庫(kù) 有完整的數(shù)控柔性同步系統(tǒng) 有質(zhì)量檢測(cè)控制系統(tǒng) 3 快速經(jīng)濟(jì)制模技術(shù)的廣泛應(yīng)用 縮短產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期是贏得市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)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(jì)制模技術(shù)具有制模周期短 成本較底的特點(diǎn) 精度和壽命又能 滿足生產(chǎn)需求 是綜合經(jīng)濟(jì)效益比較顯著的模具制造技術(shù) 快速原型制造 RPM 技術(shù)是集精密機(jī)械制造 計(jì)算機(jī)技術(shù) NC 技術(shù) 激 光成型技術(shù)和材料科學(xué)與一體的新技術(shù) 是當(dāng)前最先進(jìn)的零件及模具成型方法 之一 RPM 技術(shù)可直接或間接用于模具制造 具有技術(shù)先進(jìn)的概念設(shè)計(jì)到制造 完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時(shí)間的 1 3 和成本的 1 4 左右 現(xiàn)在是多品種 少批量生產(chǎn)的時(shí)代 到下一個(gè)世紀(jì) 這種生產(chǎn)方式占工業(yè) 5 生產(chǎn)的比例將達(dá) 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面 制品的花樣變化頻繁 均要求模具的生產(chǎn)周期越快越好 因此 開(kāi)發(fā)快速經(jīng)濟(jì) 模具越來(lái)越引起人們的重視 例如 研制各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制 造 或其中填充金屬粉末 玻璃纖維等 的簡(jiǎn)易模具 中 低熔點(diǎn)合金模具 噴涂成型模具 快速模架 快速凸模等也將日益發(fā)展 另外 采用計(jì)算機(jī)控制 和機(jī)械手操作的快速換模裝置 快速試模技術(shù)也會(huì)得到發(fā)展和提高 4 模具材料及表面處理技術(shù)的研究 因選材料和用材不當(dāng) 致使模具過(guò)早失效 大約占失效模具的 45 以上 在整個(gè)模具價(jià)格構(gòu)成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 因此 選用優(yōu) 質(zhì)鋼材和應(yīng)用的表面處理技術(shù)來(lái)提高模具的壽命就顯得十分必要 對(duì)于模具鋼 來(lái)說(shuō) 要采用電渣重熔工藝 努力提高鋼的純凈度 等向性 致密度和均勻性 及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼 如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速 鋼等 粉末高速鋼解決原來(lái)高速鋼冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的一次碳化物粗大和偏析 從而影響材質(zhì)的問(wèn)題 其碳化物微細(xì) 組織均勻 沒(méi)有材料方向性 因此 它 具有韌性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長(zhǎng)年使用尺寸穩(wěn)定等特點(diǎn) 特別對(duì)形 狀復(fù)雜的沖件及高速?zèng)_壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 是一種很有發(fā)展前途的 鋼材 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產(chǎn)品精細(xì)化 制品化 盡量縮短供貨時(shí)間亦是 重要發(fā)展趨勢(shì) 熱處理和表面處理是能否充分發(fā)展模具鋼材性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié) 模具熱處理 的主要趨勢(shì)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(kuò)散向 CVD PVD PVCD 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(shí)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(duì)激光強(qiáng)化 輝光離子氮化技術(shù)及電鍍 刷鍍 防腐 強(qiáng)化等技術(shù)也日益受到重視 5 模具研磨拋光將向自動(dòng)化 智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工中未能很好解決的難題之一 模具表面的質(zhì)量對(duì)模具 使用壽命 制件外觀拋光為主 不僅效率低 約占整個(gè)制造周期的 1 3 且工 人勞動(dòng)強(qiáng)度大 質(zhì)量不穩(wěn)定 制約了我國(guó)模具加工向更高層次發(fā)展趨勢(shì) 日本 已研制了數(shù)控研磨機(jī) 可實(shí)現(xiàn)三維曲面模具研磨拋光的自動(dòng)化 智能化 另外 6 由于模具型腔形狀復(fù)雜 任何一種研磨拋光方法都有一定局限性 應(yīng)發(fā)展特種 研磨與拋光 如擠壓磨 電化學(xué)拋光 超聲波拋光以及復(fù)合拋光工藝與裝備 以提高模具表面質(zhì)量 6 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將日漸廣泛 使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質(zhì)量和降低模 具制造成本 因此 模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛 為此 首先要制定統(tǒng)一 的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn) 其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn) 提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量 降低成本 再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種 發(fā)展和完善聯(lián)銷(xiāo)網(wǎng) 保證供 貨迅速 7 壓鑄模 擠壓模及粉末鍛模比例增加 隨著汽車(chē) 車(chē)輛和電機(jī)產(chǎn)品向輕量化發(fā)展 壓鑄模的比例將不斷提高 對(duì)壓 鑄模的壽命和復(fù)雜程度也將提出越來(lái)越高的要求 同時(shí)擠壓模及粉末鍛模比例 也將有不同程度的增加 而且精度要求也越來(lái)越高 8 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 在成形 型 工藝方面 主要有沖壓模具多功能復(fù)合化 超塑性成形 型 塑性精密成形 型 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 型 技術(shù)等 另一方面 隨著先進(jìn)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(jì) 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(diǎn)的柔性制造技術(shù) 創(chuàng)造最佳管理和效益的團(tuán) 隊(duì)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(biāo)準(zhǔn)件 通用件的分工協(xié)作生產(chǎn)模式 適 應(yīng)可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求的綠色設(shè)計(jì)與制造等 7 2 電磁繼電器外殼注塑模具設(shè)計(jì) 2 1 制品工藝性分析 本制品是電磁繼電器外殼 材料選用透明 PS 其形狀如圖 圖 2 1 圖 2 2 制品的形狀 尺寸和精度要求與注射成型工藝和模具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性稱(chēng)為制 8 品的工藝性 現(xiàn)在的注射生產(chǎn) 幾乎能成型所有正式形狀和尺寸的塑料件 但科 學(xué)地設(shè)計(jì)注塑件并非易事 設(shè)計(jì)者必須熟悉注射材料和工藝 了解注射機(jī)和模 具 注意注塑件與金屬零件在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別 必須考慮塑料熔體在模具流道和 模具形腔內(nèi)的流動(dòng)充模特性 考慮塑件冷卻固化中存在收縮 取向和殘余應(yīng)力 注塑件必須采用薄壁件的組合形體 保證壁厚均勻 必須考慮模具結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化 和脫模的可行 該制品的特點(diǎn)是輕薄 小巧 表面質(zhì)量 尺寸精度要求較高 故制品設(shè)計(jì)時(shí)要考慮以下幾個(gè)方面 1 在保證制品使用要求的前提下 應(yīng)力求使用價(jià)格低廉和成型性能較好 的塑料 同時(shí)還應(yīng)力求制品形狀 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和壁厚均勻 注塑性的壁厚是塑料件結(jié)構(gòu)的最基本要素 其他的形體和尺寸如圓角等 都是以壁厚為參照 注塑件的壁厚均勻的薄板組合的形體 如果壁厚不均勻 會(huì)使塑料熔體的充模速率與冷卻收縮不均勻 由此產(chǎn)生許多質(zhì)量問(wèn)題 如凹陷 真空泡 翹曲 甚至開(kāi)裂 壁厚均勻一致是注塑件設(shè)計(jì)的重大原則 通常熱塑 性之間的壁厚在 1 5mm 范圍選擇 本制品平均壁厚為 0 8mm 另外 在取較小 的壁厚時(shí)還要考慮制品在脫模頂出過(guò)程中 塑件變形損傷的限制和制品在使用 裝配堅(jiān)固時(shí)的強(qiáng)度和剛度 2 制品的脫模斜度 在確定脫模斜度過(guò)程中 要注意下面三點(diǎn) 第一 在必須保證塑件尺寸精 度 脫模斜度造成的制品尺寸誤差必須必須限制在該尺寸精度的公差之內(nèi) 第 二 為避免或減少脫模力過(guò)大而損傷注塑件 對(duì)于收縮較大 形狀復(fù)雜 對(duì)型 芯包緊較大的塑件 應(yīng)考慮較大的脫模斜度 第三 為使塑件在開(kāi)模后仍留在 動(dòng)模一側(cè)的的型芯上 可以考慮塑件的內(nèi)表面脫模斜度取略大于外表面 一般 情況 塑件沿脫模方向的脫模斜度為 1 1 5 塑件沿脫模方向有幾個(gè)孔使脫 模阻力較大時(shí) 宜采用 4 5 的斜度 該制品為 PS 材料 由于制品在型芯側(cè)有 較多凸臺(tái)與凹孔 內(nèi)表面的脫模斜度取 1 5 表 2 1 常用塑料成型的脫模斜度推薦值 塑料 種類(lèi) 脫模斜度 塑料種 類(lèi) 脫模斜度 9 凹模 型腔 凸模 型 芯 凹模 型 腔 凸模 型 芯 聚酰 胺 25 40 20 40 ABS 40 1 2 0 35 1 聚乙 烯 25 45 20 45 聚碳酸 酯 35 1 30 50 聚苯 乙烯 35 1 30 30 1 聚甲醛 35 1 3 0 30 1 有機(jī) 玻璃 35 1 30 30 1 氯化聚 醚 25 45 20 45 3 轉(zhuǎn)角處以圓角過(guò)渡 在塑件設(shè)計(jì)過(guò)程中 為了避免應(yīng)力集中 提高塑件強(qiáng)度 改善塑件的流動(dòng) 情況 便于脫模 塑件除了使用上要求必須采用尖角外 其余所有轉(zhuǎn)角處均應(yīng) 盡可能采用圓角過(guò)渡 一般采用 R0 5mm 就能使塑件的強(qiáng)度大為增強(qiáng) 在塑件 結(jié)構(gòu)無(wú)特殊要求時(shí) 各連接處的圓角半徑均不應(yīng)小于 0 5 1mm 采用圓角過(guò)度 時(shí) 其外壁 R 0 5mm 還應(yīng)注意 在分型面上 在頂桿和推塊的運(yùn)動(dòng)配合表面 上 通常不設(shè)置圓角 以防止漏料和飛邊 本制品由于壁厚平均只有 0 8mm 故 采用較小圓角 R 0 2mm 4 選擇合適的精度 注塑件的設(shè)計(jì)圖用公差標(biāo)明尺寸和形狀位置精度 這關(guān)系到塑料制品裝配 時(shí)的互換性和使用性能 也關(guān)系到模塑工程的經(jīng)濟(jì)性 本品為高檔產(chǎn)品 因此 表面和尺寸精度要求較高 但是過(guò)分強(qiáng)調(diào)精度會(huì)給模具生產(chǎn)和加工帶來(lái)不必要 的麻煩 本制品采用 3 級(jí)精度 查參考文獻(xiàn) 6 表 2 3 得公差值為 0 26mm 5 設(shè)計(jì)制品時(shí)還應(yīng)考慮成型進(jìn)的分子取向問(wèn)題 除特殊要求應(yīng)盡量避免 出現(xiàn)明顯的各向異性 6 設(shè)計(jì)出的制品形狀應(yīng)利于模具分型 排氣 補(bǔ)縮和冷卻 同時(shí)在成 型以后最好不要在進(jìn)行機(jī)械加工 2 2 PS 的加工工藝及成型性能 化學(xué)和物理特性 10 大多數(shù)商業(yè)用的 PS 都是透明的 非晶體材料 PS 具有非常好的幾何穩(wěn)定 性 熱穩(wěn)定性 光學(xué)透過(guò)特性 電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向 它能夠抵 抗水 稀釋的無(wú)機(jī)酸 但能夠被強(qiáng)氧化酸如濃硫酸所腐蝕 并且能夠在一些有 機(jī)溶劑中膨脹變形 典型的收縮率在 0 4 0 7 之間 注塑模工藝條件 干燥處理 除非儲(chǔ)存不當(dāng) 通常不需要干燥處理 如果需要干燥 建議干燥條 件為 80 2 3 小時(shí) 熔化溫度 180 280 對(duì)于阻燃型材料其上限為 250 模具溫度 40 50 注射壓力 200 600Mpa 注射速度 建議使用快速的注射速度 流道和澆口 可以使用所有常規(guī)類(lèi)型的澆口 典型用途 產(chǎn)品包裝 家庭用品 餐具 托盤(pán)等 電氣 透明容器 光源散射器 絕 緣薄膜等 2 3 分型面的選擇 在注射模具中 用于取出塑料件或澆注系統(tǒng)凝料的面 通稱(chēng)為分型面 常 見(jiàn)的取出塑料件的主分型面與開(kāi)模方向垂直 也有采用與開(kāi)模方向一致的分型 面 分型面大都是平面 也有傾斜面 曲面或階梯面 分型面的選擇不僅關(guān)系到塑料件的正常成型和脫模 而且還關(guān)系到模具的 結(jié)構(gòu)與制造成本 在選擇分型面時(shí) 應(yīng)遵守以下原則 1 分型就選擇在塑料件的最大截面處 2 盡可能將塑件留在動(dòng)模一側(cè) 3 有利于保證塑料件的尺寸精度 4 有利于保證塑料件的外觀質(zhì)量 5 考慮滿足塑料件的要求 6 長(zhǎng)型芯應(yīng)位于開(kāi)模方向 7 盡量減少塑料件在合模平面上的投影面積 以減少所需的鎖模力 11 8 有利于排氣 應(yīng)將分型面置于熔體充模流動(dòng)的末端 9 有利于簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu) 10 非平面分型面的選擇 就有利于型腔加工和脫模方便 基于以上原則 該制品的分型面選擇在制品的下底面 如圖 圖 2 3 2 4 型腔數(shù)目的確定 最經(jīng)濟(jì)型腔數(shù)的確定 實(shí)質(zhì)上是注塑件的生產(chǎn)成本核算 但在注射模設(shè)計(jì) 初始方案決定階段 由于澆注系統(tǒng)等技術(shù)參數(shù)尚屬未知 型腔數(shù)的確定只能根 據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算預(yù)測(cè) 在模具設(shè)計(jì)完成后 可根據(jù)這個(gè)方法再細(xì)化 進(jìn)行生產(chǎn) 總成本和每個(gè)塑料制品成本的核算 考慮到本制品體積較小 且需要在兩側(cè)側(cè) 抽 導(dǎo)致模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 經(jīng)過(guò)綜合分析 宜采用一模兩腔 2 5 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)的作用 是將塑料熔體順利地充滿到模腔深處 以獲得外形輪廓 清晰 內(nèi)在質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑料制品 因此要求充模過(guò)程快而有序 壓力損失小 熱量損失小 排氣條件好 澆注系統(tǒng)中凝料容易與制品分離或切除 2 5 1 澆注系統(tǒng)的組成 本模具的澆注系統(tǒng)由主流道 分流道 側(cè)澆口和冷料穴組成 1 主流道 主流道是連接注射機(jī)的噴嘴與分流道的一段通道 通常和注射機(jī)的噴嘴在 同一軸線上 斷面為圓形 帶有一定的錐度 12 2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道 一般開(kāi)在分型面上 起分流和轉(zhuǎn)向的 作用 多型腔模具中應(yīng)具有一定設(shè)置的分流道 3 澆口 指分流道末端與型腔入口之間狹窄且短小的段流道 它的功能是使塑料熔 體加快流速注入模腔內(nèi) 并有序地填滿型腔 且對(duì)補(bǔ)縮有控制的作用 2 5 2 澆注系統(tǒng)的布置 在多型腔模中 分流道的的布置有平衡式和非平衡式兩類(lèi) 一般以平衡式 布置為佳 平衡式布置就是從主流道末端到各個(gè)型腔的分流道 其長(zhǎng)度 斷面 形狀和尺寸都是對(duì)應(yīng)相等的 這種設(shè)計(jì)可使塑料均衡地充滿各個(gè)型腔 考慮到 本模具采用一模兩腔 模流動(dòng)距離較長(zhǎng)且制品的尺寸精度和表面精度要求較高 故分流道應(yīng)采用平衡式布置 2 5 3 主流道的設(shè)計(jì) 主流道的設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下 1 便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹 主流 道設(shè)計(jì)成圓錐形 其錐角為 2 4 對(duì)流動(dòng)性差的凝料 也可取 3 6 過(guò)大會(huì)造 成流速減慢 易成渦流 內(nèi)壁粗糙度為 Ra0 63um 2 主流道大端呈圓角 其半徑常取 r 1 3mm 以減少料流轉(zhuǎn)向過(guò)渡時(shí)的 阻力 3 在成型良好的情況下 主流道的長(zhǎng)度盡量短 否則將會(huì)使主流道的凝 料增多 且增加壓力損失 使塑料熔體降溫過(guò)多而影響注射成型 4 為了使熔融塑料從噴嘴完全進(jìn)入主流道而不溢出 應(yīng)使主流道與注射 機(jī)的噴嘴緊密對(duì)接 主流道對(duì)接設(shè)計(jì)成半球形凹坑 其半徑 r r 1 2mm 凹 坑深度常取 3 4mm 5 由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞 所以主流道 部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道襯套 以便先用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)加工和熱處理 如 大端兼作定位環(huán)則圓盤(pán)突出定模端面的 H 5 10mm 也常有將模具定位環(huán)與主流 道襯套分開(kāi)設(shè)計(jì)的 本模具安裝在臥式的注射機(jī)中 故主流道垂直于分型面 且呈圓錐形 具 13 有 2 的錐角 其大端直徑為 6 8mm 小端直徑大于噴嘴直徑的 3mm 它的長(zhǎng)度 取決于定模板及脫流道板的厚度 由于主流道要與高濁的塑料和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞 所以模具的主流道部 分常設(shè)計(jì)成可拆卸的澆口套 以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材單獨(dú)進(jìn)行加工和熱處理 本模 具采用的澆口套如圖 2 4 所示 圖 2 4 2 5 4 分流道的設(shè)計(jì) 常用的分流道的斷面形狀有圓形 矩形 梯形 U 字形和六角形等 要減 少流道內(nèi)的壓力損失 希望流道的截面大 表面積小 以減少傳熱損失 因此 可用流道的截面積與周長(zhǎng)之比來(lái)表示流道的效率 其中圓形截面的效率最高 即表面最小 本模具的分流道采用 U 形分流道 分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體方案和澆口的位置 從輸送熔體時(shí)的 減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā) 應(yīng)力求縮短 對(duì)于壁厚 小于 3mm 質(zhì)量在 200g 以下的制品 可用以下經(jīng)驗(yàn)公式確定分流道的直徑 mm7 3 4LWD 式中 D 各級(jí)分流道的直徑 mm W 流經(jīng)該分流道的熔體重量 g L 流過(guò) W 熔體的分流道長(zhǎng)度 mm 由于本制品的材料為 PS 密度為 1 05g cm3 用測(cè)出制品的體積為 W 2 879g L 在這里取 10mm 那么 其修正系數(shù)為mD82 07 19642 f 1 2 則分流道直徑為 D D f 0 98mm 但 PS 允許的最小分流道直徑為 3 2mm 分流道直徑取 3 5mm 14 2 5 5 澆口的設(shè)計(jì) 澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道 它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 澆口的形狀 數(shù)量 尺寸和位置對(duì)制品的質(zhì)量影響很大 澆口的主要作用有兩 點(diǎn) 一是塑料熔體流經(jīng)的通道 二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間 澆口有 點(diǎn)澆口 潛伏式澆口 側(cè)澆口 重疊式澆口 扇形澆口等多種形式 由于側(cè)澆 口保壓補(bǔ)縮作用較好 且不易產(chǎn)生塑件殘余應(yīng)力變形 翹曲 易成型薄壁 復(fù) 雜形狀的塑件 所以本制品采用側(cè)澆口比較好 值得注意的是 側(cè)澆口注射壓力損計(jì)模失大 融料流速高 對(duì)殼型塑件排 氣不便 易產(chǎn)生熔接痕 缺料 縮孔 氣孔等弊病 在設(shè)計(jì)的時(shí)候要盡量不讓 這些弊病產(chǎn)生 2 6 注塑機(jī)的選擇 選擇合適的注塑機(jī)是注塑加工進(jìn)行的的前提 在選擇注塑機(jī)時(shí)要以下列參 數(shù)校核為依據(jù) 2 6 1 最大注塑量 注塑模集一次成型的塑料重量 制品和流道凝料之和 應(yīng)在注塑機(jī)理論注 射量的 10 80 之間為宜 既能保證制品質(zhì)量 又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力 則選 在 50 80 之間為好 柱塞式注塑機(jī)按一次注射聚苯乙烯 PS 塑料的最大克數(shù)為標(biāo)準(zhǔn) 螺桿式注塑機(jī)的最大注射量通常以螺桿在料筒內(nèi)最大推進(jìn)容積 M mm 3 來(lái) 表示 本模具所采用的是螺桿式注塑機(jī) 計(jì)算零件的體積 質(zhì)量是為了選擇注 塑機(jī) 本次設(shè)計(jì)的制品的體積和投影面積由 UG 直接得出 投影面積為 560mm2 體積為 2741mm3 澆道的體積計(jì)算如下 冷料穴和主流道的體積 分流道體積 212 68 mm 2 流道總體積 373 02 mm 2 每次注射體積 5855 mm 2 PS 密度為 1 05g cm3 則制品的質(zhì)量為 M V 6 15g 則注射量為 V 注 V 80 7 68g 15 2 6 2 注射壓力 注射加工時(shí)所需注射壓力與塑料品種 制品的開(kāi)關(guān)及尺寸 注塑機(jī)類(lèi)型 噴嘴及模具流道的阻力等因素有關(guān) 選擇的注塑機(jī)的注射壓力為必須大于成型 制品所需的注射壓力 根據(jù)經(jīng)驗(yàn) 成型所需注射壓力范圍如下 1 制品形狀簡(jiǎn)單 熔體流動(dòng)性好 壁厚者 所需注射壓力一般小于 70Mpa 2 制品形狀一般 精度要求一般 熔體流動(dòng)性好者 所需注射壓力通常 選 70 100Mpa 3 制品形狀一般 有一定的精度要求 熔體粘度中等 如改性 PE PS 所需注射壓力選 100 140Mpa 4 制品壁薄 尺寸大 壁厚不均 精度要求高 熔體粘度高者 注射壓 力選為 100 140 Mpa 綜合分析 本制品的注射壓力應(yīng)選為 100Mpa 2 6 3 鎖模力 鎖模力為注塑機(jī)鎖模裝置用于夾緊模具的力 所選的注塑機(jī)的鎖模力必須 大于由高壓熔體注入模腔而產(chǎn)生的脹模力 脹模力等于制品和流道系統(tǒng)在分型 面上的投影面積與型腔壓力的乘積 即 ton 10qFKT 式中 T 注射機(jī)的額定鎖模力 F 塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 cm 2 q 熔融塑料在模腔內(nèi)的壓力 kg cm 2 K 安全系數(shù) 通常取 1 1 1 2 型腔壓力因塑料品種 制品復(fù)雜程度和精度不同而不同 如表 2 2 2 3 所 示 表 2 2 常用塑料選用的型腔壓力 Mpa LDPE HDPE MDPE PS AS ABS PMMA CA 10 15 20 35 15 20 30 30 30 35 本模具的型腔壓力取為 20Mpa A 為 560mm2 則所選的注塑機(jī)鎖模力應(yīng)大于 K P 腔 A 1000 13 44 kN 16 表 2 3 不同制品選用的型腔壓力 Mpa 條件 易成型塑 件 普通塑件 高粘度塑 件 高精 度塑件 特高粘度 塑件 高 精度塑件 型腔壓力 25 30 35 40 舉例 PE PS 等 壁厚均勻 日用品 薄壁容器 ABS POM 等機(jī)器零 件 高精 度塑件 高精度機(jī) 器零件 2 6 4 模板尺寸的確定 在成型過(guò)程中型腔和動(dòng)模板的底部都會(huì)因受到壓力而變形 如果這種變形 太大則會(huì)影響制品的精度 所以這些地方的厚度有一定的要求 考慮到需要設(shè) 置水道和安裝較多的滑塊 故模板的厚度取大一些 其尺寸如下 定模板 長(zhǎng) 寬 高 160 100 40 動(dòng)模板 長(zhǎng) 寬 高 160 100 25 模架一般都是采用標(biāo)準(zhǔn)模加 因定模板和動(dòng)模板的尺寸確定 故可根據(jù)其尺寸 選擇模架 本設(shè)計(jì)采用國(guó)標(biāo) A2 100 160 44Z1GB T12556 1990 模架 由模架規(guī)格可取其它值如下 定模固定板 長(zhǎng) 寬 高 160 100 16 動(dòng)模固定板 長(zhǎng) 寬 高 160 100 16 頂桿固定板 長(zhǎng) 寬 高 160 58 10 該模具的總厚度為 180mm 根據(jù)上面的參數(shù)可選注塑機(jī)機(jī)型為 XS Z30 25 表 2 4 注塑機(jī)機(jī)型及其參數(shù) 注 射 部 分 鎖 模 部 分 螺 桿 直 注 射 容 注 射 壓 注 射 速 注 射 方 鎖 模 力 移 模 行 拉 桿 間 最 大 模 最 小 模 頂 出 行 頂 出 力 17 徑 量 力 率 式 程 距 厚 厚 程 mm 3cmMpa g s kN mm mm mm mm mm kN 30 30 116 38 柱 塞 式 25 0 160 235 180 60 140 12 2 6 5 模具安裝尺寸的校核 注射模具安裝尺寸的需校核項(xiàng)目有 噴嘴尺寸 定位圈尺寸 模具外形尺 寸 1 噴嘴尺寸 注射模主流道襯套始端凹坑的球面半徑 R 應(yīng)大于注射噴嘴球頭半徑 r 以 保證同心和緊密接觸 通常 R r 0 5 1 mm 主流道孔小端直徑 D 應(yīng)大于注塑 機(jī)噴嘴直徑 d 通常取 D d 0 5 1 mm 2 模具外形尺寸 模具長(zhǎng)寬尺寸應(yīng)與注塑機(jī)的拉桿內(nèi)間距相適應(yīng) 以保證模具至少能從一個(gè) 方向穿過(guò)拉桿間的空間安裝在注塑機(jī)上 模具厚度必須在所選注塑機(jī)的最大模厚和最小模厚之間 本模具的厚度為 180mm 在所選的注塑機(jī)的要求之內(nèi) 3 模具的固定尺寸 注塑機(jī)固定及移動(dòng)模板上有許多不同間距的螺釘孔和 T 型槽 用于固定 模具 模具的固定方法有兩種 第一 螺釘直接固定 本模具采用此法 此時(shí) 模具動(dòng) 定模固定板上的螺釘過(guò)孔及其間距必須與注塑機(jī)模板臺(tái)面上對(duì)應(yīng)的螺 孔一致 第二 壓板固定 只需模具動(dòng) 定模固定板附近有螺孔即可 2 6 6 開(kāi)模行程校核 本模具為雙分型面注塑模 其開(kāi)模行程按下式校核 S H 1 H2 5 10 式中 S 注塑機(jī)的最大開(kāi)模行程 mm H1 制品的脫出距離 18 H2 包括流道凝料在內(nèi)的制品高度 mm 該處 H 1 33mm H 2 51mm H1 H2 5 89 S 140mm 故此模具滿足該注塑機(jī)的技術(shù)要求 2 7 側(cè)抽芯與側(cè)向分型機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 當(dāng)制品上具有與開(kāi)模方向非一致的孔或側(cè)壁有凹凸形狀時(shí) 必須首先將成 型這部分的型芯或型腔脫離制品 才能將整個(gè)制品從模具中脫出 通常將這種 型芯或型腔稱(chēng)為側(cè)抽芯或側(cè)型腔 并加工成可動(dòng)形式 開(kāi)模時(shí)推動(dòng)側(cè)抽芯外移 脫離制品 合模時(shí)推動(dòng)側(cè)型芯復(fù)位的機(jī)構(gòu)稱(chēng)為抽芯機(jī)構(gòu) 這類(lèi)模具脫出制品的 運(yùn)動(dòng)有兩種情況 第一 開(kāi)模時(shí)首先完成側(cè)向分型和抽芯 然后推出制品 第 二種是側(cè)向抽芯與制品的推出同步 本模具使用了滑塊外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu) 抽芯機(jī)構(gòu) 本設(shè)計(jì)采用斜銷(xiāo)側(cè)抽機(jī)構(gòu) 由滑塊及滑塊定位裝置等組成 其 特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊 制造方便 動(dòng)作安全可靠 開(kāi)模時(shí) 動(dòng)定模分離 使得滑塊受到斜銷(xiāo)對(duì)其的作用力 沿導(dǎo)軌向外分離 完成抽芯動(dòng)作 本模具所采用的抽芯機(jī)構(gòu)如圖所示 圖 2 5 2 8 排氣問(wèn)題 從某種角度而言 注塑模也是一種轉(zhuǎn)換裝置 即塑料進(jìn)入模腔的同時(shí) 必 須轉(zhuǎn)換出型腔內(nèi)空氣和從物料中逸出揮發(fā)性氣體 排氣系統(tǒng)是注塑模設(shè)計(jì)的重 19 要組成部分 排氣和排氣槽設(shè)計(jì)不合理將會(huì)產(chǎn)生下述的弊病 1 增加熔體充模流動(dòng)阻力 使型腔不能充滿 塑料制品棱邊不清 2 在制品上呈現(xiàn)明顯可見(jiàn)的流動(dòng)痕跡和熔合縫 其力學(xué)性能降低 3 滯留氣體使制品產(chǎn)生銀紋 氣孔等表面質(zhì)量缺陷 4 型腔內(nèi)氣體受到壓縮后產(chǎn)生瞬時(shí)局部高溫 使塑料熔體分解變色 甚 至碳化燒焦 5 由于排氣不良 減低了充模速度 延長(zhǎng)了注塑成型周期 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法 1 面排氣是最簡(jiǎn)便的方法 排氣效果與分型面的接觸精度有關(guān) 2 氣孔的配合間隙排氣 必要時(shí)對(duì)頂桿作排氣的結(jié)構(gòu)措施 3 合金顆粒燒結(jié)塊滲導(dǎo)排氣 燒結(jié)塊有足夠的承壓能力 設(shè)置在制品的 隱蔽處 并須開(kāi)設(shè)排氣通道 4 開(kāi)設(shè)冷料穴 有貯留冷料前也滯留了少量氣體 5 大型模具 可利用鑲拼的成型零件的縫隙排氣 本制品除了一個(gè)型芯成型其內(nèi)腔外 還有放多成型孔 可在其分型面開(kāi)設(shè) 深 0 025 0 1mm 寬 1 5 1 6 的排氣槽 利用定模和動(dòng)模的微動(dòng) 頂桿與頂桿 孔的配合間隙逸氣 2 9 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是保證動(dòng)定?；蛏舷履：夏r(shí) 正確定位和導(dǎo)向的零件 合模導(dǎo) 向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種形式 本模具采用導(dǎo)柱導(dǎo)向定位 如圖 所示 20 圖 2 6 2 9 1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 1 定位作用 模具閉合后 保證動(dòng)定模或上下模位置正確 保證型腔的形狀和尺寸精確 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)在模具裝配過(guò)程中也起了定位作用 便于裝配和調(diào)整 2 導(dǎo)向作用 合模時(shí) 首先是導(dǎo)向零件接觸 引導(dǎo)動(dòng)定模準(zhǔn)確閉合 避免型芯先進(jìn)入型 腔造成成型零件損壞 3 承受一定的側(cè)向壓力 塑料熔體在充模過(guò)程中可能產(chǎn)生單向側(cè)壓力 或者由于成型設(shè)備精度低的 影響 使導(dǎo)信隨了一定的側(cè)向壓力 以保證模具的正常工作 若側(cè)向壓力很大 時(shí) 不能單靠導(dǎo)柱來(lái)承擔(dān) 需增設(shè)錐面定位機(jī)構(gòu) 2 9 2 模架的選擇 通過(guò)制品尺寸 注射機(jī)技術(shù)參數(shù)的比較 本模具選用國(guó)標(biāo) A2 100 160 44Z1GB T12556 1990 其中各標(biāo)準(zhǔn)件都已給出 2 9 3 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 1 導(dǎo)柱 導(dǎo)柱的結(jié)構(gòu)形式 如圖所示 本模具采用的帶頭導(dǎo)柱是所選模架中已給出的這種形式 其結(jié) 構(gòu)較為簡(jiǎn)單 用于精度不高 生產(chǎn)批量大的模具 導(dǎo)柱與導(dǎo)套相配合 導(dǎo)柱固 定孔的直徑與導(dǎo)柱固定孔直徑相等 兩孔可同時(shí)加工 確保同軸度的要求 21 圖 2 7 導(dǎo)柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求 長(zhǎng)度 導(dǎo)柱導(dǎo)向部分的長(zhǎng)度應(yīng)比凸模端面高出 6 12mm 以避免出現(xiàn)導(dǎo)柱 未導(dǎo)正方向而型芯先進(jìn)入型腔 形狀 導(dǎo)柱端面應(yīng)做成錐面形或半球形 以使導(dǎo)柱順利地進(jìn)入導(dǎo)向孔 材料 導(dǎo)柱應(yīng)具有硬面而耐磨的表面 堅(jiān)韌而不易折斷的內(nèi)芯 因此多 采用 P20 鋼經(jīng)滲碳淬火處理或 T8 T10 鋼經(jīng)淬火處理 硬度為 50 55HRC 導(dǎo)柱 固定部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 微米 導(dǎo)向部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 0 4 微米 數(shù)量及布置 導(dǎo)柱應(yīng)合理均布在模具分型面的四周 導(dǎo)柱中心至模具邊緣應(yīng)有足夠的距 離 以保證模具高度 導(dǎo)柱中心到模具邊緣距離通常為導(dǎo)柱直徑的 1 1 5 倍 為確保合模時(shí)只能按一個(gè)方向合模 導(dǎo)柱的布置可采用等直徑導(dǎo)柱不對(duì)稱(chēng)布置 或不等直徑導(dǎo)柱對(duì)稱(chēng)布置 導(dǎo)柱既可設(shè)置在動(dòng)模一側(cè) 也可以設(shè)置在定模一側(cè) 應(yīng)根據(jù)模具結(jié)構(gòu)來(lái)確定 在不影響脫模取件的條件下 導(dǎo)柱通常設(shè)置在型芯高 出分型面較多的一側(cè) 配合精度 導(dǎo)柱固定端與模板之間一般采用 H7 m6 或 H7 k6 的過(guò)度配合 導(dǎo)柱的導(dǎo)向 部分通常采用 H7 f7 的間隙配合 2 導(dǎo)套 導(dǎo)套的結(jié)構(gòu)形式 本模具所采用的結(jié)構(gòu)形式如圖所示 為帶頭導(dǎo)柱 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單 用于精度 較高的場(chǎng)合 導(dǎo)套的固定孔便于與導(dǎo)柱的固定孔同時(shí)加工 22 圖 2 8 導(dǎo)套結(jié)構(gòu)的技術(shù)要求 形狀 為使導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套 在導(dǎo)套的前端應(yīng)倒圓角 導(dǎo)柱孔最好作成通孔 以利于排出孔內(nèi)空氣及殘?jiān)鼜U料 如模板較厚 導(dǎo)柱孔必須作成盲孔時(shí) 可在 盲孔的側(cè)面打一小孔排氣 材料 導(dǎo)套用與導(dǎo)柱相同的材料或銅合金等耐磨材料制造 其硬度一般應(yīng)低于導(dǎo) 柱硬度 以減少磨損 防止導(dǎo)柱或?qū)桌?導(dǎo)柱固定部分和導(dǎo)滑部分的表面 粗糙度一般為 Ra0 8 微米 固定形式及配合精度 可用 H7 m6 或 H7 k6 配合鑲?cè)肽０?2 10 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 在注射成型的這一循環(huán)中 塑件必須由模具型腔中取出 完成取出塑件這 個(gè)動(dòng)作的機(jī)構(gòu)就是頂出機(jī)構(gòu) 也稱(chēng)為脫模機(jī)構(gòu) 2 10 1 頂出機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)方式 1 手動(dòng)脫模 手動(dòng)脫模就是當(dāng)模具分型后 用人工操縱頂出機(jī)構(gòu) 如手動(dòng)拉桿 取出塑 件 對(duì)一些不帶孔的扁平塑件 由于它與模具的粘附力不大 在模具結(jié)構(gòu)上可 不設(shè)頂出機(jī)構(gòu) 而直接用手或鉗子夾出塑件 使用這種方式時(shí) 生產(chǎn)效率低 2 機(jī)構(gòu)脫模 利用注塑機(jī)的開(kāi)模動(dòng)力 分型后塑件隨動(dòng)模一起移動(dòng) 達(dá)到一定位置時(shí) 脫模機(jī)構(gòu)被機(jī)床上固定不動(dòng)的頂桿頂住 不再隨脫模機(jī)構(gòu)移動(dòng) 此時(shí)脫模機(jī)構(gòu) 動(dòng)作 把塑件從動(dòng)模上脫下來(lái) 本模具采用的是這種頂出方式 3 液壓或氣動(dòng)頂出 23 在注塑機(jī)上設(shè)有頂出油缸 由它帶動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)脫模 或設(shè)有專(zhuān)門(mén)的氣 源和氣路 通過(guò)型腔里微小的頂出氣孔 靠壓縮空氣吹出塑件 這兩種頂出方 式的頂出力可以控制 氣動(dòng)頂出時(shí)塑件上還不留頂出痕跡 但需要增設(shè)專(zhuān)門(mén)的 液動(dòng)或氣動(dòng)裝置 4 塑件的頂出機(jī)構(gòu) 成型帶螺紋的塑件時(shí) 脫模前需靠專(zhuān)門(mén)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)先將螺紋型芯或型苤脫 離塑件 然后再將塑件從動(dòng)模上頂下 脫螺紋機(jī)構(gòu)也有手機(jī)和機(jī)動(dòng)兩種形式 2 10 2 頂出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)原則 1 頂出機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)要準(zhǔn)確 可靠 靈活 無(wú)卡死現(xiàn)象 機(jī)構(gòu)本身要有足 夠的剛度和強(qiáng)度 足以克服脫模阻力 2 保證頂出過(guò)程中塑件不變形 這是對(duì)頂出機(jī)構(gòu)的最基本要求 在設(shè)計(jì) 時(shí)要正確估計(jì)塑件對(duì)模具粘附力和所在位置 合理的設(shè)置頂出機(jī)構(gòu) 使頂出力 能均勻合理地分布 要讓塑件平穩(wěn)地從模具中脫出而不會(huì)產(chǎn)生變形 頂出力中 大部分是用來(lái)克服因塑料品種 性能以及塑件的幾何形狀復(fù)雜程度 型腔深度 壁厚還有模具溫度 頂出時(shí)間 脫模斜度 模具成型零件的表面粗糙度有關(guān) 其影響因素較為復(fù)雜 很難準(zhǔn)確地進(jìn)行計(jì)算 一般原則是塑料的收縮率越大 塑件壁越厚 型芯尺寸越大 形狀越復(fù)雜 型腔深度越深 脫模斜度越小 模 具溫度越低 冷卻時(shí)間越長(zhǎng) 成型零件表面粗糙度越大 其對(duì)模具的包緊力越 大 此時(shí)就應(yīng)選擇頂出力較大的頂出方式 3 頂出力的分布應(yīng)盡量靠近型芯 因型芯處包緊力最大 且頂出面積 應(yīng)盡可能大 以防塑件被破壞 4 頂出力應(yīng)作用在不易使其產(chǎn)生變形的部位 如加強(qiáng)筋 凸緣 厚壁處 等 應(yīng)盡量避免使頂出力作用在塑件平面位置上 5 若頂出部位需設(shè)在塑件使用或裝配或基準(zhǔn)面上時(shí) 為不影響尺寸和 使用 一般使頂桿與塑件接觸部分處凹進(jìn) 0 1mm 左右 而頂出桿端面則應(yīng)高于 基準(zhǔn)面 否則塑件表面會(huì)出現(xiàn)突起 影響基準(zhǔn)面的平整和外觀 2 10 3 頂出行程 頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離 5 10mm 即 h 5 10mm 在成型一些 24 形狀簡(jiǎn)單且脫模斜度較大大桶形制品 也可使頂出行程為制品厚度的 2 3 本 制件為長(zhǎng)方體 體積小 于是取 5mm 由于制件的最大高度為 33mm 其頂出行 程為 38mm 為保險(xiǎn)起見(jiàn) 實(shí)際取 40mm 2 10 4 頂出位置的設(shè)置 正確的頂出位置 應(yīng)設(shè)置在脫模阻力大的地方 盒類(lèi)零件 由于包緊力的 作用 側(cè)面的脫模阻力最大 所以應(yīng)在四周多布置一些頂桿 當(dāng)塑件各處脫模 阻力相同時(shí) 頂桿應(yīng)均勻布置 使塑件脫模時(shí)受力均勻 頂桿不宜于設(shè)在塑最 薄處 以免塑件變形或損壞 對(duì)于冷料穴 下面應(yīng)設(shè)頂桿 其余在型芯附近設(shè) 置 有筒形的地方用頂管頂出 本模具的頂出位置如圖所示在其中一腔中頂出 位置如圖所示 且齊是平均分布在制品兩邊 制品是對(duì)稱(chēng)的 由于制品頂出方向面積小 故設(shè)置 4 個(gè)頂出桿 圖 2 9 2 10 5 脫模力的計(jì)算 要將塑件從模腔中推出 必須克服推力所遇到的脫模阻力 因此 塑件脫 模時(shí)必須有一個(gè)足夠大的脫模力 計(jì)算脫模力可用下式計(jì)算 F AP fcosa sina 式中 F 脫模力 N a 脫模斜度取 1 A 塑件包容型腔的面積 UG 計(jì)算為 3905mm 2 f 塑件對(duì)鋼的摩擦系數(shù) 通常通常通常取為 0 1 0 3 取 0 2 P 塑件對(duì)型芯的包緊力 取 P 8 12 Mpa 取 12Mpa 則脫模力為 F 9566N 25 2 10 6 導(dǎo)向裝置 對(duì)大型模具設(shè)計(jì)的頂桿數(shù)量較多或由于塑件頂出部位面積的限制 頂桿必 須做成細(xì)長(zhǎng)形時(shí)以及頂出機(jī)構(gòu)受力不均勻時(shí) 脫模力的總重心與機(jī)床頂桿不重 合 頂出后 頂出板可能發(fā)生傾斜 造成頂桿彎曲或折斷 此時(shí)應(yīng)考慮設(shè)置導(dǎo) 向裝置 一般采用導(dǎo)柱也可加上導(dǎo)套到到實(shí)現(xiàn)導(dǎo)向 導(dǎo)柱與導(dǎo)向孔或?qū)椎呐浜祥L(zhǎng)度不應(yīng)小于 10mm 當(dāng)動(dòng)模墊板支撐跨度大 時(shí) 導(dǎo)柱還可兼起輔助支撐作用 2 10 7 頂桿的形式 本模具所采用的頂桿形式如圖所示 材料為 T8A 頭部淬火 硬度要達(dá)到 HRC50 以上 圖 2 8 2 11 復(fù)位機(jī)構(gòu)的設(shè)置 脫模機(jī)構(gòu)在完成塑件頂出后 為進(jìn)行下一個(gè)循環(huán) 要求它必須回復(fù)到最初 始位置 目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位兩種形式 1 復(fù)位桿復(fù)位 本模具采用復(fù)位桿復(fù)位 除推板脫模外 其他脫模形式一般均需該復(fù)位裝 置 這是因?yàn)轫敆U或頂管頂出動(dòng)作后 相對(duì)動(dòng)模已經(jīng)前移了一個(gè)距離 在合模 后單靠定模板的推頂無(wú)法使頂桿或頂管回復(fù)到最初位置 定模板上的型腔端面 與動(dòng)模上的型芯端面之間存在著相當(dāng)于塑件壁厚的空間 而且還可能碰傷模具 型腔 所以必須另設(shè)置裝置 復(fù)位桿也叫回程桿或反頂桿 模具閉合手 它的端面剛好和分型面齊平 它與頂桿一起固定在頂出板上 實(shí)現(xiàn)頂出后 復(fù)位桿的位置就高出分型面了 模具閉合后 定模板端面推頂復(fù)位桿連同整個(gè)頂出裝置一起回歸復(fù)位 復(fù)位桿 一般 2 4 根 本模具設(shè)置 4 根 其位置在模具型腔和澆注系統(tǒng)的范圍之外 由 于第閉模一次 復(fù)位桿端面都要和定模板發(fā)生一次碰撞 為了避免變形 復(fù)位 桿端面和與其相接觸的定模部分都應(yīng)淬火或在定模板的相應(yīng)鑲嵌淬火鑲塊 若 產(chǎn)生批量不大或?qū)λ芗叽缇纫蟛桓邥r(shí) 復(fù)位桿淬火即可 而定模板不淬 26 火 2 彈簧復(fù)位 彈簧復(fù)位也是脫模機(jī)構(gòu)的簡(jiǎn)單復(fù)位方式 彈簧裝在頂出析與動(dòng)模墊板之間 頂出塑件時(shí) 彈簧被壓縮 合模后 只要注塑機(jī)的頂桿一離開(kāi)模具頂出板 彈 簧的彈力就將頂出機(jī)構(gòu)彈回原位 這點(diǎn)與復(fù)位桿復(fù)位不同 使用復(fù)位桿時(shí)必須 等到復(fù)位桿與定模板接觸時(shí) 才能起復(fù)位作用 也只有當(dāng)模具完全閉合時(shí) 復(fù) 位動(dòng)作才全部完成 所以彈簧復(fù)位屬于一種先行復(fù)位機(jī)構(gòu) 2 12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 在注射成型中 模具的溫度直接影響到成型塑件的質(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 所以對(duì)模具的溫度的要求也不同 表 2 5 列出了常用的熱塑性塑料在注射成型時(shí)所需的模溫 表 2 5 常用塑料成型時(shí)所需的模溫 材料 模溫 C 材料 模溫 C 材料 模溫 C PP PE PS PA 55 65 40 60 40 60 40 60 ABS PMMA PVC POM 40 60 40 60 30 60 40 60 PC PPO PSU CPT 80 100 100 120 100 120 40 100 對(duì)于任何一塑件制品 模溫波動(dòng)較大都是不利的 過(guò)高的模溫會(huì)使塑件在 脫模后發(fā)生變形 若延長(zhǎng)冷卻時(shí)間又會(huì)使生產(chǎn)率下降 過(guò)低的模溫會(huì)降低塑料 的流動(dòng)性 使其難于充滿模腔 增加制品的內(nèi)應(yīng)力和明顯的熔合縫等缺陷 對(duì)于要求模溫較低的塑料 如聚苯乙烯和聚乙烯 由于模具不斷地被注入 的熔融塑料加熱 模溫升高 單靠模具本身自然散熱不能使其保持較低的溫度 因此 必須加設(shè)冷卻裝置 對(duì)于要求模溫較高的塑料 如聚苯醚 成型出的塑件容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力和表 面瑕疵 故應(yīng)該采用較高的模溫 另個(gè) 當(dāng)型芯的形狀比較復(fù)雜時(shí) 脫模比較 困難 也應(yīng)采用較高的模溫 由于模具與機(jī)床模板緊密接觸 自然散失熱量較 大單靠注入高溫塑料來(lái)回執(zhí)模具是不夠的 因此必須設(shè)置加熱裝置 降低模溫的最實(shí)用的方法是在型腔周?chē)蛐托緝?nèi)部開(kāi)設(shè)以冷卻通道 然后 27 通過(guò)冷卻介質(zhì) 根據(jù)實(shí)驗(yàn) 塑件帶給模具的有 5 由輻射與對(duì)流到大氣中 其余 95 要由冷卻介質(zhì) 一般為水 帶走 質(zhì)量?jī)?yōu)良的塑件應(yīng)滿足以下六個(gè)要求 即收縮率小 變形小 尺寸穩(wěn)定 機(jī)械強(qiáng)度高 耐應(yīng)力開(kāi)裂性好和表面質(zhì)量好 模溫對(duì)以上各項(xiàng)的影響分述如下 1 采用較低的模溫可以減少塑料制品的成型收縮率 特別對(duì)結(jié)晶型塑料 的影響更大一些 因?yàn)樵谳^低的模溫下成型出的塑件結(jié)晶底較低 而結(jié)晶度越 高時(shí)收縮率越大 較低的結(jié)晶度可以降低收縮率 2 模溫均勻 冷卻時(shí)間短 注射速度快可以減少塑件的變形 其中均勻 一致的模溫尤為重要 但是由于塑件形狀復(fù)雜 再加上充滿順序先后不同 以 致常常出現(xiàn)冷卻不均勻的現(xiàn)象 為了改變這種情況 可將冷卻水先通和模溫最 高的地方 3 塑件不宜采用過(guò)低的模溫 因?yàn)槟貙?duì)充模速度影響較大 模溫過(guò)低 會(huì)造成成型不滿產(chǎn)生冷接縫 對(duì)其強(qiáng)度影響較大 4 塑件表面粗糙度影響最大的因此除型腔加工精度之處就是模具溫度 提高模溫能大大改善塑件的表面質(zhì)量 本制品為薄壁件 平均厚度為 1mm 且充模距離較長(zhǎng) 為了能順利充模和 提高制件表面質(zhì)量 經(jīng)過(guò)綜合考慮之后 在模具中加冷卻水道 圖 2 10 對(duì)模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 1 據(jù)塑料的品種 確定溫度調(diào)節(jié)是采用冷卻方式還是冷卻方式 2 希望模溫均一 塑料各部同時(shí)冷卻 以提高生產(chǎn)率和塑件質(zhì)量 3 采用低的模溫 快速大流量通水冷卻 一般效果比較好 28 4 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)要做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 加工容易 成本低廉 2 13 模具的工作原理 開(kāi)模時(shí) 動(dòng)模板開(kāi)始運(yùn)動(dòng) 與定模分離 在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中 開(kāi)模力通過(guò)動(dòng)模板 和動(dòng)模板底板作用于滑塊 迫使滑塊在動(dòng)模板的導(dǎo)滑槽內(nèi)向外移動(dòng) 完成抽芯 動(dòng)作 同時(shí) 利用拉料桿對(duì)制品的拉力 分型后塑件隨動(dòng)模一起移動(dòng) 達(dá)到一 定位置后 脫模機(jī)構(gòu)被機(jī)床上固定不動(dòng)的頂桿頂住 不再隨脫模機(jī)構(gòu)移動(dòng) 此 時(shí)脫模機(jī)構(gòu)動(dòng)作 把塑件從動(dòng)模上脫下來(lái) 這樣在頂出過(guò)程中不損傷制品而使 其順利脫模 合模時(shí) 合模系統(tǒng)帶動(dòng)模朝著定模方向移動(dòng) 首先 復(fù)位桿首先和定模板 接觸 然后在分型面處閉合 其閉合精度由頂出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)柱和導(dǎo)套和動(dòng) 定模 上的導(dǎo)柱導(dǎo)套保證 3 結(jié)論 經(jīng)過(guò) 3 個(gè)月的磕磕絆絆 解決了許許多多難題后 我的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于完成 了 這個(gè)過(guò)程雖然艱辛但卻使我受益匪淺 首先 一個(gè)正確的設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)順序能起到事半功倍的效果 在設(shè)計(jì)初 期 由于沒(méi)有任何設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 面對(duì)著設(shè)計(jì)一個(gè)模具所要考慮的方方面面 我感 到非常茫然 忙活了好幾天依然一無(wú)所獲 但經(jīng)過(guò)查閱大量資料及在同學(xué)幫助 29 下 終于理清思路 讓工作步入正軌 其次 要熟悉模具的運(yùn)動(dòng)規(guī)律及模架結(jié)構(gòu) 我的設(shè)計(jì)方案作過(guò)幾次打更改 都是由于對(duì)模具的運(yùn)動(dòng)沒(méi)掌握好而造成的 當(dāng)時(shí)設(shè)計(jì)上的失誤有 機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)干 涉 無(wú)法取出殘余料 抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)錯(cuò)誤 這次的設(shè)計(jì)還鞏固了以往在課堂上所學(xué)到的各方面的知識(shí) 使其更系統(tǒng)化 而且整個(gè)設(shè)計(jì)的過(guò)程使得這些理論和實(shí)踐相結(jié)合 提高了我解決實(shí)際問(wèn)題的能 力 同時(shí) 查閱大量的資料擴(kuò)充了我模具方面的知識(shí) 也使我查閱資料的速度 及準(zhǔn)確性大大提高 5 參考文獻(xiàn) 1 秦蕊 塑料模具設(shè)計(jì) 西北工業(yè)大學(xué)出版社 1988 12 2 唐志玉編 大型注塑模設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 成都科技大學(xué)出版社 1987 3 于華編 注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)及實(shí)例 機(jī)械工業(yè)出版社 1999 5 4 塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè) 編寫(xiě)組 塑料模設(shè)計(jì)手冊(cè) 第三版 機(jī)械工業(yè)出版社 2002 年 8 月 5 張文華 塑膠模具設(shè)計(jì)制圖實(shí)務(wù) 航空工業(yè)出版社 1999 年 5 月 6 丁浩 塑料工業(yè)實(shí)用手冊(cè) 下冊(cè) 化學(xué)工業(yè)出版社 1996 3 7 王以華 李明堯 榮焯 陸鎮(zhèn)毅 現(xiàn)代模塑成形手冊(cè) 上海交通大學(xué)出版 社 1993 3 30 8 楊可楨 程光蘊(yùn) 機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ) 高等教育出版社 第四版 1999 4 9 德 G 曼格斯 P 墨蘭 李玉泉 譯 張蔭朗 校 塑料注射成型模具的 設(shè)計(jì)與制造 中國(guó)輕工業(yè)出版社 1993 2 10 邱建新 李發(fā)根等 模具工業(yè)發(fā)展終述 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2003 12 11 周永泰 模具產(chǎn)品目前水平及今后發(fā)展趨勢(shì) 1998 2 12 周雄輝 現(xiàn)代模具設(shè)計(jì)制造理論 上海交通大學(xué)出版社 2000 年