【正文】 維與二維相結(jié)合達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，肯定會(huì)遇到很多困難和許多疑惑，但是在指導(dǎo)教師李老師的悉心指導(dǎo)和自己的努力下，克 服了所有的困難，完滿的完成本次畢業(yè)設(shè)計(jì)，給大學(xué)生活畫上一個(gè)圓滿的句號(hào)。由于我的水平有限，缺乏實(shí)際的模具設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)中肯定會(huì)存在錯(cuò)誤和不妥之處，敬請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 2 頁(yè) 模具工業(yè)在國(guó)民生產(chǎn)中的作用 模具技術(shù)是衡量一個(gè)國(guó)家制造水平的重要標(biāo)志之一。模具技術(shù)能促進(jìn)工業(yè)產(chǎn)產(chǎn)品的發(fā)展和質(zhì)量的提高，并獲得極大的經(jīng)濟(jì)效益。模具是效益的放大器，用模具生產(chǎn)的產(chǎn)品的價(jià)值往往是模具價(jià)值的幾十倍、上百倍。在美國(guó)模具被稱為點(diǎn)鐵成金的磁力工業(yè)，德國(guó)則認(rèn)為其是所有工業(yè)中的關(guān)鍵工業(yè)，日本則認(rèn)為模具工業(yè)是促進(jìn)社會(huì)繁榮富裕的動(dòng) 力。 模具工業(yè)在我國(guó)幾經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)工業(yè)之一。國(guó)名經(jīng)濟(jì)的五大支柱產(chǎn)業(yè) —— 機(jī)械、電子、汽車、石油化工和建筑都要求模具工業(yè)的發(fā)展相適應(yīng)，都需要大量模具，特別是汽車、電動(dòng)機(jī)、電器、家電和通信等類產(chǎn)品中 60%80%的零部件都依靠模具成型。 塑料模具工業(yè)的現(xiàn)狀 塑料模具技術(shù)是一門涉及面廣、技術(shù)綜合性強(qiáng)的精密基礎(chǔ)工藝裝備技術(shù)，包括：各類模具設(shè)計(jì)、制造、保管、修理、調(diào)試、標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化生產(chǎn)、“四新”即：新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備的開發(fā)與推廣應(yīng)用??等方方面面，涉及到冶金、材料、理 化、計(jì)量、摩擦與潤(rùn)滑、機(jī)械、電子、機(jī)電一體化、計(jì)算機(jī)等多門學(xué)科以及鑄、鍛、熱處理、有削及無削加工、檢測(cè)等有關(guān)工種，是一個(gè)要由上述眾多學(xué)科和工種共同打造的龐大的系統(tǒng)工程。 我國(guó) 塑料模工業(yè) 從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面 ， 已能生產(chǎn) 48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保 險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具 。精密塑料模具方面，已能生產(chǎn) 照相機(jī)塑料件模具 、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具 。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展 ， 氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達(dá) 20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水 平的高難度針閥式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進(jìn)水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率達(dá)不到 10%，與國(guó)外的50～ 80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面， CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 3 頁(yè) 新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的 CAD/CAM 系統(tǒng)。這些系統(tǒng)和軟件的引進(jìn)，雖花費(fèi)了大量資金，但在我國(guó)模具行業(yè)中，實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM的集成，并能支持 CAE 技術(shù)對(duì)成型過程，如充模和冷卻等進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)和推動(dòng)了我國(guó)模具 CAD/CAM 技術(shù)的發(fā)展。 近年來，國(guó)內(nèi)已較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如 :P 3Cr2Mo、 PMS、 SMⅠ 、 SMⅡ 等，對(duì)模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應(yīng)用，并且出現(xiàn)了一些國(guó)產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30%以下，和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到 70%80%相比，仍有很大差距。 塑料模具工業(yè)的發(fā)展趨勢(shì) 模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來的模具市場(chǎng)中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中 的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來越高的要求是正常的 。 因此， 塑料模的未來發(fā)展趨勢(shì)主要為以下幾個(gè)方面： （ 1） 提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多控所致。 （ 2） 在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用 CAD/CAM/CAE 技術(shù)。 CAD/CAM 技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具 CAD/CAM 技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件 ?；诰W(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE 一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM 系統(tǒng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題 。CAD/CAM 軟件的智能化程度將逐步提高 。塑料制件及模具的 3D 設(shè)計(jì)與成型過程的 3D 分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。 （ 3） 推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量，并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源，所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂熱流道元器件的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件 ，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 4 頁(yè) 制，而且其常用于較復(fù)雜的 大型制品，模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動(dòng) 分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。 （ 4） 開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式 。 （ 5） 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使 用率。我國(guó)模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國(guó)外差距甚大，在一定程度上制約著我國(guó)模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。 （ 6） 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對(duì)于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 （ 7） 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測(cè)量?jī)x或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模 CAD/CAM 的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。 （ 8） 大力發(fā)展快速制造成形和快速制造模具技術(shù) 。 （ 9） 逐步推廣高速銑削在模具 業(yè)務(wù)的應(yīng)用 。 （ 10） 進(jìn)一步研究開發(fā)模具的拋光技術(shù)和設(shè)備 。 山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 5 頁(yè) 第 二 章 塑件 的 成型工藝性 分析 塑件材料的選用與性能分析 材料的選擇 塑料成型原料的選取應(yīng)從加工性能、力學(xué)性能、熱性能、物理性能等多方面因素考慮來選取合適的塑料進(jìn)行生產(chǎn)，本次設(shè)計(jì)材料的選擇是根據(jù)材料特性進(jìn)行選擇的。 根據(jù)塑料受熱后表現(xiàn)的性能和加入各種輔助料成分的不同可分為熱固性材料和熱塑性材料，通過比較分析可以看出熱固性塑料主要用于壓塑、擠塑成型，而熱塑性塑料還適合注塑成型，本次設(shè)計(jì)為注塑設(shè)計(jì)， 所以采用熱塑性塑料 [1]。 熱塑性塑料還分為很多種，如聚乙稀、聚丙稀、聚氯乙烯、聚苯乙烯和 ABS 等等，為了選到合適的塑件 材料，通過對(duì)塑件的分析和查閱有關(guān)資料可選擇 ABS 和聚乙烯。 以下是 兩者的對(duì)比： 1）材料特性 ABS 具有 較大的機(jī)械強(qiáng)度和良好的綜合性能 ；而聚乙烯 結(jié)晶部分多時(shí)，塑料硬度高 、 韌性大 、 抗拉強(qiáng)度高，但整體尺寸變小，耐沖擊強(qiáng)度及斷裂強(qiáng)度底。 2） 成型工藝特點(diǎn) ABS 的吸濕性和對(duì)水分子的敏感性較大，在加工前必須進(jìn)行充分的干燥和預(yù)熱。原料控制水分在 %以下 ； 聚乙烯制件最顯著的特點(diǎn)是收縮率大，這與材 料的可結(jié)晶性和模具溫度有關(guān)。定型后塑件在強(qiáng)的收縮牽引作用下，可令制件變形和翹曲。 3） 注射溫度 ABS 塑料的溫度與熔融粘度的關(guān)系比較獨(dú)特，在達(dá)到塑化溫度后在繼續(xù)盲目升溫，必將 ABS 的熱降解 ； 聚乙烯的注射溫度一般在 120～ 310℃之間，溫度超過 300℃時(shí)，收縮率會(huì)明顯增大。 4） 注射速度及壓力 ABS 采用中等注射速度效果較好，注射時(shí)需要采用較高的注射壓力，其溢邊料為 左右。并需要調(diào)配好保壓壓力和保壓時(shí)間 ； 聚乙烯的注射壓力一般選擇在 ～ 之間。注射速度不易過快，以保證結(jié)晶程度高 。 5） 模具溫度 ABS 的模具溫度相對(duì)較高，一般調(diào)節(jié)在 75～ 85℃ ； 由于模具溫度對(duì)收縮率影響很大，因此要經(jīng)常保持模具相對(duì)恒定的溫度，一般在 40～ 80℃之間。 經(jīng)以上兩種備選材料的性能對(duì)比，并考慮到制件的使用環(huán)境，本設(shè)計(jì)采用 ABS山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 6 頁(yè) 材料。由于材料的吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于 % ，所以原料應(yīng)充分干燥。 ABS 的 性能分析 使用性能： ①綜合性能良好，沖擊韌度、力學(xué)強(qiáng)度較高，且要低溫下也不迅速下降。 ②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學(xué)性和電氣性能良好。 ③水、無機(jī)鹽、堿、酸對(duì) ABS 幾乎無影響。 ④尺 寸穩(wěn)定，易于成型和機(jī)械加工，與 372 有機(jī)玻璃的熔接性良好，經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色，且可作雙色成型塑件，且表面可鍍鉻。 成型性能： ①無定型塑料，其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，應(yīng)按品種確定成型方法及成型條件。 ②吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于 ％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長(zhǎng)時(shí)間預(yù)熱干燥。 ③流動(dòng)性中等，溢邊料 左右（流動(dòng)性比聚苯乙烯、 AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。 ④比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對(duì)耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高）。料溫對(duì) 物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度為 250 176。C 左右比聚苯乙烯易分解），對(duì)要求精度較高的塑件，模溫宜取 50—— 60 176。 C，要求光澤及耐熱型料宜取 60—— 80 176。 C。注射壓力應(yīng)比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機(jī)時(shí)料溫為 180—— 230 176。 C，注射壓力為 100—— 140 MPa，螺桿式注塑機(jī)則取 160—— 220 176。 C， 70—— 100 MPa 為宜。 ⑤易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減小澆注系統(tǒng)對(duì)斜流的阻力，模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進(jìn)料口位置、形式。摧出力過大或機(jī)械加工時(shí)塑件表面呈“白 色”痕跡（但在熱水中加熱可消失）。 ⑥ ABS 在升溫時(shí)粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取 1 176。以上。 ⑦在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。 3. ABS 注射成型工藝參數(shù) （ 1）注射機(jī)：螺桿式 （ 2）螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min）： 30—— 60（選 30） 山 東 華 宇 工 學(xué) 院 畢 業(yè) 用 紙 第 7 頁(yè) （ 3）預(yù)熱和干燥：溫度（176。 C） 80—— 85 時(shí)間 (h) 2—— 3 （ 4）密度（ g/ cm179。） :—— （ 5）材料收縮率（℅）： —— （ 6）料筒溫度（176。 C）：后段 150—— 157 中段 165—— 180 前段 180—— 200 （ 7）噴嘴溫度（176。 C）： 170—— 180 （ 8）模具溫度（176。 C）： 50—— 80 （ 9）注射壓力（ MPa） ： 70—— 100 （ 10）成形時(shí)間（ S）：注射時(shí)間 20—— 90