【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 、 CFlow、 DYNAFORM、 Optris和 MAGMASOFT 等 CAE 軟件 。 日本的模具產(chǎn)能約占全球的 40%，居世界第一位，每年向國(guó)外出口大量模具 。 模具行業(yè)在美國(guó)工業(yè)總產(chǎn)值中所占的比重呈現(xiàn)出不斷下降的態(tài)勢(shì)，但是美國(guó)模具在全球模具的高端產(chǎn)品仍然占據(jù)著重要地位。德國(guó)擁有世界領(lǐng)先的汽車、船舶等制造技術(shù)，受上游行業(yè)需求影響，德國(guó)模具在世界上具有較為重要的地位。 所以在 許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低； 塑料與塑料模具概述 塑料的優(yōu)缺點(diǎn) 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力條件下具有流動(dòng)性，可以被模塑成型為一定的幾何形狀和尺寸，并在成型固化后保持其既得形狀不發(fā)生變化。 組成：聚合物合成樹脂（ 40%—— 100%）。 輔助材料：增塑劑 填充劑 穩(wěn)定劑 潤(rùn)滑劑 著色劑 發(fā)泡劑 增強(qiáng)材料 除了上述助劑外，塑料中還可加入阻燃劑、發(fā)泡劑、抗靜電劑等 。輔助材料作用：改善材料的使用性能與加工性能，節(jié)約樹脂材料（貴）。 作為日常用品，塑料的用途已經(jīng)廣為人知，但由于它們的一些特殊優(yōu)點(diǎn)，塑料在工業(yè)中的應(yīng)用也已 經(jīng)非常普遍，主要有以下幾個(gè)方面： 1 密度小、質(zhì)量輕 2 比強(qiáng)度高 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 6 3 絕緣性能好、介電損耗低 4 化學(xué)穩(wěn)定性高 5 減摩、耐磨性能好 6 減振、隔音性能好 塑料的缺點(diǎn)： 1耐熱性差，高溫下強(qiáng)度下降； 2有的塑料燃燒時(shí)，釋放處刺激性、腐蝕性等有害氣體； 3導(dǎo)熱差，膨脹系數(shù)大，高溫下易變形； 4在日光、大氣、高溫作用下產(chǎn)生老化； 5有的塑料制品，機(jī)械強(qiáng)度低。 從精度方面講，塑料制品的使用范圍也受到一定限制。換句話說就是，如果采用成型加工的方法生產(chǎn)塑料制品，要達(dá)到某一精度所遇到的加工難度要比金屬制品 成形時(shí)來得大。因此，在目前的塑料成型加工行業(yè)中，塑料制品的精度（即公差等級(jí)）有其自己?jiǎn)为?dú)的標(biāo)準(zhǔn)。 塑料的組成 塑料是以聚合物為主體，添加各種助劑的多組分材料。根據(jù)不同的功能，塑料所用的助劑可分為：增 塑劑、穩(wěn)定劑、潤(rùn)滑劑、填充劑、增強(qiáng)劑、交聯(lián)劑、著色劑、發(fā)泡劑等 。 塑料的分類 根據(jù)合成樹脂在受熱后所表現(xiàn)的性能不同來劃分，一般分為熱塑性塑料和熱固性塑料兩大類。 常見的熱塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯 (PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、 ABS、有機(jī)玻璃 (聚甲基丙烯酸酯 )、聚甲醛 (POM)、聚酰胺 (PA)(尼 龍 )、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯 — 丙烯腈 (SAN)等。常見的熱固性塑料有酚醛樹脂、環(huán)氧樹脂(EP)、氨基樹脂、醋酸樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯、聚氨基甲酸酯 (PUR)等。 若按塑料的用途分類，又可分為通用塑料和工程塑料兩大類。 塑料制品與塑料模具 塑料制品 塑料制品就是塑料用各種不同的模具和各種不同的成型工藝制造出來的，具有一定形狀，一定使用功能和一定使用價(jià)值的產(chǎn)品。到目前為止，塑料已經(jīng)成鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 7 為在鋼鐵、木材、水泥之后的第四大工業(yè)基礎(chǔ)材料。 塑料模具 塑料模具是 一種用于壓塑、擠塑、 注射、吹塑和低發(fā)泡成型的組合式塑料模具，它主要包括由凹模組合基板、凹模組件和凹模組合卡板組成的具有可變型腔的凹模，由凸模組合基板、凸模組件、凸模組合卡板、型腔截?cái)嘟M件和側(cè)截組合板組成的具有可變型芯的凸模。模具凸、凹模及輔助成型系統(tǒng)的協(xié)調(diào)變化?？杉庸げ煌螤?、不同尺寸的系列塑件。 塑料模具包括：注射模（也稱注塑模）、壓縮模、傳遞模、擠出模 中空吹塑模、真空成型模、壓縮空氣成型模、旋轉(zhuǎn)成型模、發(fā)泡成型模 、 空氣輔助成型模 、 水輔助成型模等多種塑料成型模具。 在上述各種塑料模具中，由于注射模具有高效精密、可成型各種復(fù)雜 制品，工藝先進(jìn)等諸多其它成型模具所不及的特點(diǎn)，而成為塑料制品成型工藝中最重要的并且起主導(dǎo)作用的是模塑成型工藝裝備。 塑料的注塑成型 注塑成型的簡(jiǎn)單過程為：將粒狀或粉狀塑料經(jīng)注塑機(jī)的料斗加到加熱的料筒內(nèi)，塑料受熱熔融，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的壓力推動(dòng)下，經(jīng)噴嘴進(jìn)入模具型腔，塑料充滿型腔，經(jīng)冷卻硬化定型，脫模后而得到具有一定形狀的塑件 。 塑料的成型方法有注塑、擠壓、吹塑、發(fā)泡膨脹、壓縮、壓延、熱成型等，其中應(yīng)用最廣泛的是壓延、擠壓和注塑成型三種。 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 8 第二章 注塑模結(jié)構(gòu) 注 塑成型原理及注塑過程 注 (射模 )塑 (或稱注射成型 )是塑料先在注塑機(jī)的加熱料筒中受熱熔融，而后由柱塞或往復(fù)式螺桿將熔體推擠到閉合模具的模腔中成型的一種方法。它不僅可在高生產(chǎn)率下制得高精度，高質(zhì)量的制品，而且可加工的塑料品種多和用途廣，因此注塑是塑料加工中重要成型方法之一。 注塑成型工藝過程包括成型前的準(zhǔn)備，注射過程和塑件的后處理。 注射模具 結(jié)構(gòu)組成及 典型結(jié)構(gòu) 一般認(rèn)為，注塑模由八部份組成。 1 成型零部件 2 合膜導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 3 澆注系統(tǒng) 4 頂出脫模機(jī)構(gòu) 5 側(cè)向分型與側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu) 6 排氣機(jī)構(gòu) 7 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 8 支撐零 部件 注塑模具典型結(jié)構(gòu) ： 兩板模（大水口）：分流道開設(shè)在分型面上。 三模版（細(xì)水口）：多個(gè)分型面，包括垂直分型和水平分型面。應(yīng)用： 1） 細(xì)點(diǎn)入水的單型腔或多型腔。 2） 側(cè)向分型抽芯在定模一側(cè)。 3） 塑件結(jié)構(gòu)特殊，需要順序分型。 斜頂、滑塊模，活動(dòng) 鑲 塊：塑件帶有內(nèi)側(cè)凹凸槽或螺紋。 牙?；蜣D(zhuǎn)苛模：塑件有內(nèi)、外螺紋（注意產(chǎn)品要防轉(zhuǎn)動(dòng)） 定模設(shè)頂出機(jī)構(gòu)：產(chǎn)品開模后留于定模，前模設(shè)有頂出機(jī)構(gòu)：拉桿，拉板，液壓系統(tǒng)。 熱流道模具：節(jié)省塑料，提高生產(chǎn)效率，自動(dòng)化生產(chǎn)，塑件質(zhì)量高， 生產(chǎn)批量大。 熱 塑性塑料注射模的特點(diǎn) 由于所成型的制品材料的不同，成型時(shí)模具溫度也各不相同。因此，有的模具要進(jìn)行冷卻降溫，而有的模具則需要加熱升溫。 常用熱塑性塑料成型時(shí)的模具溫度可見表 21 所示。 模具所需溫度，一般 地 ，在注射成型時(shí)由射入模具的高溫塑料傳導(dǎo)而得，不需另外加熱升溫。當(dāng)連續(xù)注射成型一段時(shí)間后，模具超過所需的范圍，則需冷卻降溫。當(dāng)模具溫度要求超過 100℃時(shí)，比如成型聚砜制品時(shí)，要求模具溫度達(dá)到 130℃～ 150℃，尤其是在南方的冬季，成型車間無空調(diào)、室溫較低時(shí)，鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 9 模具的冷卻水道改為注入 50℃～ 100℃的水或油為模具 加熱升溫就非常必要了。 表 21 常用熱塑性塑料成型時(shí)的模具溫度 塑料名稱 縮寫 模具溫度 塑料名稱 縮寫 模具溫度 醋酸纖維素 CA 20— 80 氯化聚醚 CPT 80— 110 聚氯乙烯 (硬 ) PVC 30— 60 聚碳酸酯 PC 90— 110 聚苯乙烯 PS 32— 65 聚甲醛共聚 POM 90— 120 改性聚甲基丙烯酸甲酯 PMMA 40— 60 聚三氟氯乙烯 F3 110— 130 尼龍 1010 N1010 40— 80 聚全氟乙丙烯 F46 110— 130 苯乙烯 丁烯 丙烯睛共聚 ABS 50— 80 聚苯醚 PPO 110— 150 低壓聚乙烯 PE 60— 70 聚砜 PSF 130— 150 塑料是在注射機(jī)料筒內(nèi)加熱、在恒溫中塑化成為熔融狀態(tài)的粘流體后射入模具內(nèi)的。料筒溫度和模具溫度都是可以調(diào)節(jié)的，但調(diào)好后是恒定的，其溫差一般在 3℃～ 5℃ 之間。料筒溫度由控溫系統(tǒng)控制（模具由控溫機(jī)控制）。鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 10 第三章 塑件設(shè)計(jì)及分析 制品材料性能 本塑件采用 ABS 材料，下面對(duì)其成型特性進(jìn)行分析。 ABS 的成型特性與工藝參數(shù) 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 樹脂微黃色或白色 不透明，是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐熱，耐化學(xué)腐蝕，丁二烯使聚合物具有優(yōu)越的柔性，韌性；苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動(dòng)性。因此 ABS 樹脂具有突出的力學(xué)性能和良好的綜合性能。同時(shí)具有吸濕性強(qiáng)，但原料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好，塑件盡可能偏大的脫模斜度。 ABS 塑料主要的性能指標(biāo)： 密度 () —— 收縮率 % ~ 熔 點(diǎn) ℃ 130~160 熱變形溫度 45N/cm 65~98 彎曲強(qiáng)度 Mpa 80 拉伸強(qiáng)度 MPa 35~49 拉伸彈性模量 GPa 彎曲彈性模量 Gpa 壓縮強(qiáng)度 Mpa 18~39 缺口沖擊強(qiáng)度 kJ/㎡ 11~20 硬 度 HR R62~86 體積電阻系數(shù) Ωcm 1013 擊穿電壓 15 介電常數(shù) ABS 的注射成型工藝參數(shù) : 注塑機(jī)類型：螺桿 式 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 11 噴嘴形式： 通用式 料筒一區(qū) 150—— 170 料筒二區(qū) 180—— 190 料筒三區(qū) 200—— 210 噴嘴溫度 180—— 19 模具溫度 50—— 70 注塑壓 60—— 100 保壓 40—— 60 注塑時(shí)間 2—— 5 保壓時(shí)間 5—— 10 冷卻時(shí)間 5—— 15 周期 15—— 30 后處理 紅外線烘箱 溫度（ 70） 時(shí)間（ —— 1） 收縮率 ABS 具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，流動(dòng)性好，易于成型，成型收縮率小 ，理論計(jì)算收縮率為 %，溢料值為 ，比熱容較低，在模具中凝固較快，模塑周期短，制件尺寸穩(wěn)定，表面光澤 3． 2 制件分析 制品形狀 摩托車轉(zhuǎn)向燈蓋的結(jié)構(gòu)、尺寸如圖 所示。從外形上看，該制品幾乎為圓弧狀，在其倆側(cè)有兩個(gè)圓形的內(nèi)孔。 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 12 尺寸精度 根據(jù)制品圖可知，該制品的復(fù)雜程度一般。重要尺寸包括： 80mm、 70mm、20mm、 R84mm、 5mm 等，尺寸精度為 3～ 5 級(jí)。制品壁厚最大處為 ，最小處為 ，壁厚雖不是很均勻，但整體較薄，有利于成形。 表 面質(zhì)量 該制品的外表要求光滑、無毛刺，沒有其他特殊要求，是比較容易實(shí)現(xiàn)的。 通過以上分析可知，制品的總體要求不是很高，加工和成形都可以得到保證。 本次設(shè)計(jì)塑件如圖 31 所示。 圖 31 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 13 第四章 成型件設(shè)計(jì) 成型件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 注塑模具閉合時(shí) ,成型零件構(gòu)成了成型塑料制品的型腔。成型零 件主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件、各種成型桿與成型環(huán)。成型零件承受高溫高壓塑料熔體的沖擊和摩擦。在冷卻固化中形成了塑件的形體、尺寸和表面。在開模和脫模時(shí)需克服與塑件的粘著力。在上萬次、甚至幾十萬次的注塑周期，成型零件的形狀和尺寸精度、表面質(zhì)量及其穩(wěn)定性，決定了塑料制品的相對(duì)質(zhì)量。成型零件在充模保壓階段承受很高的型腔壓力，作為高壓容器，它的強(qiáng)度和剛度必須在容許值之內(nèi)。成型零件的結(jié)構(gòu)、材料和熱處理的選擇及加工工藝性，是影響模具工作壽命的主要因素。 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凹模又名陰模，是成型塑件外表面的部 件。在注射成型中，因多裝在注射機(jī)的定壓板（或叫靜壓板）上，所以，習(xí)慣上叫定模（或叫定模）； 凹模按照其結(jié)構(gòu)的不同可以分為： (1)整體結(jié)構(gòu)的凹模； (2)整體鑲?cè)虢Y(jié)構(gòu)的凹模； (3)局部鑲拼結(jié)構(gòu)的凹模； (4)四壁鑲拼結(jié)構(gòu)的凹模； (5)兩瓣組合結(jié)構(gòu)的凹模； (6)螺紋型環(huán)結(jié)構(gòu)的凹模。 整體結(jié)構(gòu)的凹模，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易于制造，牢固，不易變形。制品上無鑲拼結(jié)構(gòu)留下的拼接痕，成型制品的外觀質(zhì)量較好，制造中省去了鑲拼組合所需的工時(shí)和費(fèi)用。相同的鋼材截面尺寸、比強(qiáng)度較高。 整體結(jié)構(gòu)的凹模適于形狀比較簡(jiǎn)單或形狀雖比較復(fù)雜 但可用仿形機(jī)床等特殊加工方法加工出來，精度要求不高，使用壽命可成型幾千至一萬左右次的中、小型模具?；谡w結(jié)構(gòu)凹模的這些特點(diǎn)和塑件形狀及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)的凹模采用整體結(jié)構(gòu)的凹模，材料選用 45鋼調(diào)質(zhì)加工。凹模結(jié)構(gòu)見圖 41。 鄭州信息科技職業(yè)學(xué)院 14 41凹模結(jié)構(gòu)示意圖 凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 凸模又名陽(yáng)模，是成型內(nèi)表面的部件，在注射成型中，通常多裝在注射機(jī)的動(dòng)壓板上，所以，習(xí)慣上叫動(dòng)模。由于注射成型中常常讓塑件留在凹模上，所以，凸模上裝有 頂出機(jī)構(gòu)，以便塑件脫模。 凸?？梢苑譃椋? （ 1）整體結(jié)構(gòu)的凸模； （ 2）整體鑲?cè)虢Y(jié)構(gòu)的凸模； （ 3）鑲拼組合結(jié)構(gòu)的凸模三種。 由源文件零件圖可知有 兩 個(gè)圓孔。故采用整體結(jié) 構(gòu)的凸模，見圖 42。 圖 42凸模結(jié)構(gòu)示意圖 成型件的材料選擇 （ 1） 機(jī)械加工性能良好