【正文】 、 互換性測量技術(shù)基礎(chǔ) 、模具材料及熱處理、模具制造工藝、材料成型工藝 、 計(jì)算機(jī)輔助 設(shè)計(jì) (Pro/E) 等先修課程的知識， 培養(yǎng)我們綜合分析和解決 塑料模具設(shè)計(jì)及加工問題 的獨(dú)立工作能力， 進(jìn)一步鞏固、加深和拓寬所學(xué)的知識。 （ 2） 培養(yǎng)我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想、設(shè)計(jì)構(gòu)思和創(chuàng)新思維，掌握簡單塑料模具設(shè)計(jì)的一般程序規(guī)范和方法。 （ 3） 培養(yǎng)我們樹立正確的設(shè)計(jì)思想和使用技術(shù)資料、國家標(biāo)準(zhǔn)等手冊、圖冊工具書進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，數(shù)據(jù)處理，編寫技術(shù)文件等方面的工作能力， 為將來自己從事本專業(yè)工作打下一個良好的實(shí)踐基礎(chǔ)。 （ 4） 培養(yǎng)我們進(jìn)行調(diào)查研究，面向?qū)嶋H，面向生產(chǎn)，向工人和技術(shù)人員學(xué)習(xí)的基本工作態(tài)度，工作作風(fēng)和工作方法。 我國塑料模具 發(fā)展趨勢分析 隨著塑料成型加工機(jī)械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。從模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)角度來看，模具的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個方面： （ 1） 加深理論研究 在模具設(shè)計(jì)中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計(jì)已經(jīng)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段逐漸向理論計(jì)算方面以發(fā)展。 （ 2） 高效率、自動化 大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)，如高效冷卻以縮短成型周期；各種能可靠地自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機(jī)構(gòu)；熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等。高速自動化的塑料 成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對提高 2 生產(chǎn)效率，降低成本起了很大作用。 （ 3） 大型、超小型及高精度 由于模料應(yīng)用的擴(kuò)大，塑料制件已應(yīng)用到建筑、機(jī)械、電子、儀器、儀表等各個工業(yè)領(lǐng)域，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工，熱處理變小、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料。 （ 4） 革命模具制造工藝 為了更新產(chǎn)品花式和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，除大力發(fā)展高強(qiáng)度、高耐磨性的材料外，同時又重視簡易制模工藝研究。 （ 5） 標(biāo)準(zhǔn)化 開展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，使模板， 導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具。 （ 6） 開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（ CAD/CAM） 我國塑料 模具工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀(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。如天津榮天和機(jī)電有限公司和煙臺北極星 Ⅰ.K 模具有限公司制造多腔 VCD 和 DVD 齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件 的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達(dá)到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新 的齒輪設(shè)計(jì)軟件，糾正了由于成型收縮造成齒形誤差，達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為 的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達(dá) ～ ，表面粗糙度 Ra ，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達(dá) 10～ 30 萬次，淬火鋼模達(dá) 50～ 1000萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 近年來我國通過引進(jìn)國際的先進(jìn)技術(shù) 和加工設(shè)備，使塑料模具的制造水平比十年前進(jìn)了一大步，然而由于基礎(chǔ)薄弱、對引進(jìn)技術(shù)的吸收、掌握，尚有一段距離，而且發(fā)展也十分不平衡，因而，我國塑料模具總體水平與世界先進(jìn)技術(shù)尚有一定差距。塑料成型模具可分為三大類，即注射成型模具、中空成型模具和擠出成型模具。我國現(xiàn)在的制造水平，以注射成型模具為最高，中空成型具為最低，如化妝品用瓶子的吹塑模具，無論從造型以及質(zhì)量上遠(yuǎn)不能適應(yīng)出口要求。 從注塑工藝來說，氣體輔助注射成型、結(jié)構(gòu)泡沫成型、反應(yīng)注射成型、共注射 3 成型、推 拉成型、注射 壓縮成型、低壓注射成型、交變注射成型、 熔芯注射成型、動態(tài)保壓注射成型等引入了模內(nèi)反應(yīng)、發(fā)泡、振動和氣輔等關(guān)鍵技術(shù)，大大豐富了傳統(tǒng)注塑工藝的內(nèi)容，使塑料的流動特性、制品的力學(xué)性能、外觀質(zhì)量都得到有效的控制。當(dāng)然，這些新型注塑工藝所要求的注塑機(jī)和模具系統(tǒng)等機(jī)械、壓力和電氣系統(tǒng)控制也有別與傳統(tǒng)注塑機(jī)。 近年來，國內(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)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系 統(tǒng)元件。但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在 30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到 70%80%相比，仍有很大差距。 當(dāng)今，中國塑料工業(yè)已步人世界塑料先進(jìn)大國的行列，塑料機(jī)械與模具、塑料制品與應(yīng)用，塑料樹脂與助劑，總的生產(chǎn)量和消費(fèi)量都分別躍居世界的第一、第二、第三位，為世人所關(guān)注。因?yàn)?，從此結(jié)束了我國塑料工業(yè)長期 利用國產(chǎn)裝備生產(chǎn)高精密塑料制品的歷史 !宣告我國塑料制品行業(yè)已真正步入精密化、微型化時代！ 設(shè)計(jì)任務(wù) 先實(shí)際測量聲控開關(guān)面板的尺寸，利用 AutoCAD 繪制三視圖，再對塑 件進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，確定型腔的布局，設(shè)置合理的澆注系統(tǒng)和分型面，綜合考慮其結(jié)構(gòu)特征選用適當(dāng)?shù)牟牧喜⒋_定其性能參數(shù)。運(yùn)用 PRO/E 繪制開關(guān)面板的三維實(shí)體模型，并用PRO/E生成與之對應(yīng)的凸、凹模具。設(shè)計(jì)塑件模具的和模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、脫模推出機(jī)構(gòu)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)并進(jìn)行校核，再根據(jù)模具設(shè)計(jì)手冊設(shè)計(jì)支撐零部件，選擇標(biāo)準(zhǔn)模具框架，運(yùn)用 PRO/E 繪制各個零件的三維實(shí)體模型并將其裝配，再生成裝配爆炸視圖和開模效果圖。 4 1 聲控開關(guān)面板的設(shè)計(jì)及其選材 實(shí)際測量及 CAD 三視圖 用游標(biāo)卡尺等測量工具實(shí)際測量 聲控開 關(guān)面板尺寸 ，畫出測繪草圖。然后，用計(jì)算機(jī)繪出 聲控面板的工程圖 。（如圖 11 所示） 圖 11 聲控面板工程圖 5 材料選擇及其性能參數(shù) 塑料的品種很多，分類方式也各不相同，通常把塑料按照合成樹脂的分子結(jié)構(gòu)和受熱時的行為分類和按塑料的應(yīng)用范圍分類。前者分為 （ 1） 熱塑性塑料， （ 2） 熱固性塑料。后都分為 （ 1） 通用塑料 （ 2） 工程塑料 （ 3） 特種塑料。 由于聲控開關(guān)面板需長期暴露在室外，所以對其材料的耐熱性、耐低溫性、耐腐蝕性有較高要求，并要求其具有一定的抗沖擊性。同時要求其具有易加工和表面光澤性優(yōu)良等特點(diǎn)。經(jīng) 過仔細(xì)分析丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 （ ABS） 塑料為最佳選擇（以下簡稱 ABS）。 ABS 樹脂為微黃色或白色不透明顆粒料，無毒無味；具有突出的力學(xué)性能和良好的綜合性能。 ABS 有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用。 ABS 的耐磨性優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性。 ABS 的熱穩(wěn)定性好，不易出現(xiàn)降解現(xiàn)象，其熱變形溫度為 93~118℃，制品經(jīng)退火處理后還可提高 10℃左右。ABS 在 40℃時仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在 40~100℃的溫度范圍內(nèi)使用。 ABS 的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟取穸群皖l率 的影響，可在大多數(shù)環(huán)境下使用。且 ABS 不受水、無機(jī)鹽、堿及多種酸的影響。由于是吸濕性塑料，其流動性稍差，成型前需要干燥，用紅外線烘箱 70℃烘 2～ 4 小 時。 ABS 塑料廣泛用于制造汽車內(nèi)飾件、電器外殼、手機(jī)、電話機(jī)殼、儀表盤、容器等，也可生產(chǎn)板料、管料等產(chǎn)品。 以下是其注塑成型條件： 料筒溫度： 180～ 260℃ 注塑壓力： 49～ 196Mpa 模具溫度： 50～ 70℃ 比重 : 克 /立方厘米 成型收縮率： ～ 性質(zhì)如下： 密度： ～ （ g/cm3 ） 拉伸強(qiáng)度： 3234～ 5782 /Pa 104 拉伸彈性模量： 1568～ 2940 / Pa 105 沖擊韌性： 300～ 4700 /（ N m/cm2 ） 6 透明度：半透明 三維造型及塑件的結(jié)構(gòu)、表面質(zhì)量和尺寸精度分析 三維造型 ： 運(yùn) 用 PRO/ENGINEER 軟件對 聲控開關(guān)面板 進(jìn)行三維實(shí)體建模，來生成直觀的實(shí)體模型。 其三維實(shí)體建模設(shè)計(jì)操作流程為：運(yùn)用拉伸、混合、抽殼等命令初步建立塑件模型→運(yùn)用拔模命令創(chuàng)建拔模特征→運(yùn)用倒圓角命令創(chuàng)建殼體的圓角特征→ 運(yùn)用收縮命令對塑件按比例收縮。其三維實(shí)體模型如下圖所示： 圖 12 聲控開關(guān)面板塑件圖（正面） 7 圖 13 聲控開關(guān)面板塑件圖（正面） 圖 14 聲控開關(guān)面板塑件圖（背面） 8 結(jié)構(gòu)分析 ： 該塑件的結(jié)構(gòu)形狀較為簡單，無過多曲面；但圓角特征較多，并有孔位 10 處，內(nèi)表面凸臺 3 處、加強(qiáng)筋兩處，分型面設(shè)定時較為困難?？傮w為正方形，長、寬均為 86mm，高為 9mm，壁厚均勻。 表面質(zhì)量分析 該塑件的表面除要求沒有缺陷﹑毛刺，內(nèi)部不得有導(dǎo)電雜質(zhì)外，沒有什么特別的表面質(zhì)量要求 ，故比較容易實(shí)現(xiàn)。 綜上分析可以看出 ,注塑時在工藝控制得較好的情況下 ,零件的成型要求可以得到保證 . 尺寸精度分析 該塑件重要尺寸，如最頂部的 52*68 凸臺、上方的 39*16 通孔均需與其他零件相配合，尺寸精度取一般精度，查表得 ABS 標(biāo)注公差尺寸的一般精度為 MT3 級（ GB/T14486— 1993）。其他次要尺寸的精度等級定為 MT5 級（ GB/T14486— 1993）。由以上分析可見，該零件的尺寸精度中等偏上，對應(yīng)的模具相關(guān)尺寸加工可以得到保證。 制件尺寸選用尺寸精度 MT4 級（ GB/T14486— 1993） ,零件的尺寸精度中等，對應(yīng)的模具相關(guān)零件的尺寸加工可以得到保證。 從塑件的壁厚來看，壁厚較均勻，有利于制件的成型。 計(jì)算塑件體積和質(zhì)量 該產(chǎn)品材料為 ABS塑料，其密度為 ～ （ g/cmm3 ） ，收縮率為 ～ ，計(jì)算其平均密度為 （ g/cm3 ）； 平均收縮率為 。 計(jì)算塑件體積： 使用 Pro/e 軟件對塑件三維模型進(jìn)行分析得塑件體積為 塑V = 計(jì)算塑件質(zhì)量： 由公式 塑V = 塑V?? = =。 9 2 選擇注塑機(jī) 根據(jù)計(jì)算及原材料的注射成型參數(shù)初選注塑機(jī)為 SZ258/110， 參數(shù)如下表： 機(jī)型 SZ258/110 注射容量 258mm179。 注射重量 277g 注射壓力 注射行程 162mm 噴嘴凸球半徑 18mm 噴嘴直徑 4mm 鎖模力 1100KN 鎖模行程 340mm 開模行程 700mm 模板尺寸 600*560 導(dǎo)柱間 距 410*370 最小容模厚度 150mm 最大容模厚度 360mm 頂出力 頂出行程 80mm 定位環(huán)直徑 110mm 表 21 注塑機(jī)參數(shù) (其有關(guān)參數(shù)的校核待設(shè)計(jì)完澆注系統(tǒng)、選好標(biāo)準(zhǔn)模架后進(jìn)行 ) 10 3 型腔數(shù)的確定和布局 塑件的生產(chǎn)屬中等批量生產(chǎn)，宜采用多型腔注塑模具，其型腔個數(shù)與注塑機(jī)的塑化能力，最大注射量以及合模力等參數(shù)有關(guān)，此外還受制件精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性等因素影響，有上述參數(shù)和因素可按下列方法確定模腔數(shù)量。 （ 1） 按注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)量 N1 N1≤ (FPm B)/Pm A 其中： F 注塑機(jī)的鎖模力 N Pm 型腔內(nèi)的平均壓力 MPa A 每個制件在分型面上的面積（㎜ 2 ） B 流道和澆道在分型面上的投影面積（㎜ 2 ） 在模具設(shè)計(jì)前為未知量，根據(jù)多型腔模具的流動分析 B為（ ～ ） A，常取B=，熔體內(nèi)的平均壓力取決于注射壓力，一般為 25～ 40MPa實(shí)際所需鎖模力應(yīng)小于選定注塑機(jī)的名義鎖模力，為保險(xiǎn)起見常用 ，則： N1≤（ *） /30*A=（ *110000030**86*86） /30*86*86 =（個） （ 2） 注射機(jī)注塑量確定型腔數(shù)目 N2 N2=（ － C） /V 其中： G 注射機(jī)的公稱注塑量（㎜ 3 ） V 單個制件體積 （㎜ 3 ） C 流道和澆口的總體積（㎜ 3 ） 生產(chǎn)中每次實(shí)際注塑量應(yīng)為公稱注塑量的 倍，同時流道和澆道的體積為未知量，據(jù)統(tǒng)計(jì)每個制品所需澆注系統(tǒng)是體積的 ～ 1 倍，現(xiàn)取 C= 則： N2=（ 258） / =（個） 從以上討論可以看到模具的型腔個數(shù)必須取 N1， N2中的較小值，在這里可以選取的個數(shù)是 1， 2， 3，個，而本次設(shè)計(jì)采用一模多腔結(jié)構(gòu)，并考慮到型腔的布局，故采用一模兩件的方案。即 N=2 模具型腔數(shù) 目確定后，應(yīng)考慮型腔的布局。由于 該 塑件輕而小，只需盡量保證 11 各型腔從總壓力中均等分得所需的型腔壓力，同時均勻充滿，并均衡補(bǔ)料，以保證各塑件的性能、尺寸盡可能一致。型腔和澆注系統(tǒng)投影面積的中心應(yīng)盡量接近注射機(jī)鎖模力的中心，一般與模板中心重合。選擇型腔 兩 點(diǎn)對稱分布。 （如下圖所示） 圖 31 型腔布局