【文章內(nèi)容簡介】 83。32323233343536 緒論 模具是利用其特定的形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用者各種模具。據(jù)統(tǒng)計，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中，60%~90%的工業(yè)產(chǎn)品需要使用模具，模具工業(yè)已經(jīng)成為工業(yè)發(fā)展的基礎，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和研制在很大程度上都依賴于模具生產(chǎn)，特別是汽車、摩托車、輕工、電子、航空等行業(yè)尤為突出。而作為制造業(yè)基礎的機械行業(yè)，根據(jù)國際生產(chǎn)技術學會的預測，21世紀機械制造工業(yè)的零件，其粗加工的75%和精加工的50%都將依靠模具完成。因此，模具工業(yè)已經(jīng)成為國民經(jīng)濟的重要基礎工業(yè)。模具工業(yè)發(fā)展的關鍵是模具技術的進步。模具作為一種高附加值和技術密集型產(chǎn)品，其技術水平的高低已成為衡量一個國家制造水平的重要標志之一。世界上許多國家，特別是一些工業(yè)發(fā)達國家都十分重視模具技術的的開發(fā)，大力發(fā)展模具工業(yè)，積極采用先進技術和設備，提高模具制造水平，并且取得了顯著地經(jīng)濟效益。不論在經(jīng)濟繁榮時期還是在經(jīng)濟蕭條時期，模具工業(yè)都不可或缺。經(jīng)濟發(fā)展快時產(chǎn)品暢銷，自然要求模具能跟上；而經(jīng)濟發(fā)展滯緩時期，產(chǎn)品不暢銷，企業(yè)必然千方百計開發(fā)新產(chǎn)品，這樣同樣會對模具帶來強勁需求。因此，模具工業(yè)別稱為不衰的工業(yè)。目前，世界模具市場仍供不應求， 近幾年，世界模具市場總量已超過700億美元，其中美國、日本、法國、瑞士的夠一年出口模具約占本國模具總產(chǎn)值的1/3。因此研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有這特別重要的意義。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”，日本吧模具譽為“進入富裕社會的原動力”，德國則冠之為“加工工業(yè)中的帝王“，在歐美其他一些發(fā)達國家，模具被稱為“磁力工業(yè)”。由此可見模具工業(yè)在各國國民經(jīng)濟中的重要地位。 塑料模具是當今工業(yè)生產(chǎn)中利用特定的形狀，通過一點的方式呈現(xiàn)塑料制品的工藝設備或工具，它屬于型腔模的范疇。通常情況下，塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，其模具因素約占80%。然而模具的質(zhì)量還壞有直接與模具的設計與制造有很大的關系。隨著國民經(jīng)濟領域的各個部門對塑件的品種和產(chǎn)量需求愈來愈大，產(chǎn)品的更新?lián)Q代俞來愈短，用戶對塑件的質(zhì)量要求愈來愈高，因而對模具設計與制造的周期和質(zhì)量提出了更高的要求，這就促使塑料模具設計和制造技術不斷向前發(fā)展，從而推動了塑料工業(yè)以及機械加工工業(yè)的高速發(fā)展。 塑料模的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 在塑料成型生產(chǎn)中，先進的模具設計、高質(zhì)量的模具制造、幼稚的模具材料、合理的加工工藝和現(xiàn)代化的成型設備等是成型優(yōu)質(zhì)塑件的重要條件。一副優(yōu)良的的注射模模具可以成型上百萬次，這與上述因素有很大的關系。中國塑料膜工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀，有了很大的發(fā)展，模具水平有了很大的提高，在大型模具方面已能生產(chǎn)48″（約122cm）大屏幕彩電塑殼注射模具，精密塑料模方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具，多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的點加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制造急速，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設計制造周期等方面做出了貢獻。盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。如下表： 從塑料成型模具的設計理論、設計實踐和制造技術出發(fā)，塑料成型技術大致有以下幾個方面的發(fā)展趨勢：（1） 推廣塑料膜CAD/CAE/CAM技術的集成化21世紀模具CAD/CAM的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和網(wǎng)絡化。追求的目標是提高產(chǎn)品質(zhì)量及生產(chǎn)效率，縮短設計及制造周期。降低生產(chǎn)成本，最大限度地提高模具制造業(yè)的應變能力，滿足用戶的需求。下圖是CAD/CAE/CAM集成化的工作流程圖：（2） 加強塑料模標準化應用 模具標準化程度及標準零件的制造規(guī)模與范圍，常可標志一個國家的工業(yè)化程度。使用標準模架及標準零件，可節(jié)省金屬材料30%降低成本25%對于模具工業(yè)的發(fā)展具有十分重要的戰(zhàn)略意義。（3） 大力發(fā)展快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。 （4） 發(fā)展優(yōu)質(zhì)模具材料和采用先進的熱處理和表面處理技術，優(yōu)質(zhì)的模具材料和先進的表面處理技術的使用可以有效的提高模具的使用壽命、塑料制件成型質(zhì)量和降低加工成本等。塑件分析塑件的分析是對所要成型的產(chǎn)品有個初步的了解，在接受設計任務書以后就要對塑料的品種、批量的大小、尺寸精度與技術條件，產(chǎn)品的功用及工作條件有個整體概念，以便在設計模具時優(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)品設計者探討塑件的材料種類與結(jié)構(gòu)修改的可能性。本設計塑件是工廠提供，本產(chǎn)品是一個錐形塑料件。如圖所示 1. 材料名稱：聚丙烯（PP ）2. 生產(chǎn)綱領：中小批量生產(chǎn)3. 尺寸精度：一般精度聚丙烯的分子結(jié)構(gòu)為典型的主體規(guī)整結(jié)構(gòu)，為結(jié)晶聚合物，其分子量為10~50萬，~179。 成型收縮率：~% 成型溫度：160~220℃ 。 特點：無毒無味，密度小，強度、剛度、硬度耐熱性均優(yōu)于低壓聚乙烯，可在100176。左右使用。具有良好的電性能高頻絕緣性不受濕度的影響，但低溫時變脆，不耐磨、易老化。適于制作一般機械零件，耐腐蝕零件和絕緣零件。常見的酸見有機溶劑對它幾乎不起作用，可用于食具。 成型熱性：1. 吸濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。2. 流動性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔，凹痕，變形。3. 冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)影緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低溫高壓是容易取向，模具溫度低于50176。時塑件不光滑易產(chǎn)生熔接痕，90176。以上易發(fā)生翹曲變形。4. 塑料壁厚須均勻，避免缺膠，尖角，以防應力集中。（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)品的外表面應該在定模上，在產(chǎn)品的分型面設置推出機構(gòu)，所以開模方向應沿零件的Z軸。（2）、收縮率%～%，在設計本產(chǎn)品時，結(jié)合產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)工藝特點和材料的特性，在本設計中，%。（3）、零件壁厚，是根據(jù)零件的工作要求、擺放位置和PP的化學和流動特性確定的。（4）、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，脫模斜度設置為1176。（5）、圓角塑件在面與面之間都設計了圓角過渡，這樣不僅可以避免塑件尖角處的應力集中，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。（6）、塑件尺寸精度分析、影響塑件尺寸精度的因素①和模具直接有關系: 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。④和成型后實效有關的原因： 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；殘余應力、殘余變形起的變化。（7） 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《模具設計與制造手冊》，精度等級選為3級。 計算塑件的體積和質(zhì)量 計算塑件的體積和質(zhì)量是為了選用注塑機，提高設備利用率，確定模具型腔數(shù)。經(jīng)UG計算塑件體積為：（）體積 V= 曲面面積S = mm2質(zhì)量 M= g 注射成型工藝注射成型工藝過程包括成型前的準備、注射過程和塑件的后處理三個部分。 查資料得：塑料PP注射機類型螺桿式螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）30~60噴嘴溫度170~190前段溫度180~200中段溫度200~220后段溫度160~170模具溫度40~80注塑壓力（M Pa）70~120保壓壓力（M Pa）50~60注射時間（s）0~5保壓時間（s）20~60冷卻時間（s）15~50 成型周期（s） 40~120成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。　塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結(jié)時為止。其中，塑料凝結(jié)時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。注射機是注射成型的設備，注射模是安裝在注射機上生產(chǎn)的。注射機選用得是否合理，直接影響模具結(jié)構(gòu)的設計，因此，在進行模具設計時，必須對所選用活動注射機的相關技術參數(shù)有全面的了解注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,制造,購買和使用注塑機的主要依據(jù).(1)公稱注塑量：指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力.(2)注射壓力：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力.(3)注射速率：為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度.常用的注射速率如表所示: 注射量與注射時間的關系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射時間/S 1 3 5（4)塑化能力：,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期.(5)鎖模力：注塑機的合模機構(gòu)對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開.(6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,.(7)開合模速度：為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停.(8)空循環(huán)時間：在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間（1）塑件及澆道凝料的總?cè)萘浚w積或重量）應小于注射機額定容量（體積或容量）；（2）模具成型時需用的注射壓力應小于所選用注射機的最大注射壓力；（3）模具型腔注射時所產(chǎn)生的壓力必須要小于注射機的鎖模力；（4）模具的閉模高度應在注射機最大，最小閉合高度之間；（5）模具脫模取出朔件所需的距離應小于所選注射機的開模行程；（6）模具的外形尺寸及安裝尺寸必須與所選注射機模板適應，既模具最大外形尺寸安裝時應不受拉桿間距的影響，模具安裝用的定位環(huán)尺寸應與機床定位孔直徑相配合；模具的模板各安裝孔應與注射機固定模板的安裝孔相對應、機床噴嘴孔徑和球面半徑應與模具進料孔相對應，注射機的開模行程應滿足脫件條件。 由工程注射量初選注射機（）:塑件體積為：體積V1 = 考慮到澆注系統(tǒng)及泄露，查閱《模具實用技術設計實用手冊》及《塑料模具設計》，流道凝料V’= (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個未知數(shù),()來估算,塑件越大則比例可以取的越小)；實際注射體積為:V =；實際注射質(zhì)量為M =ρ ●V=, 即： ≧ V V0 = V / ==（2）由鎖模力選定注射機F鎖≥F= AP = 50=（KN）式中F鎖—注射機的鎖模力（N）； A —塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和，由UG軟件分析得A=。 P—型腔壓力，取P=50MP ；結(jié)合上面兩項的計算，:額定注射量（cm）60最大成型面積（mm2）130螺桿直徑(mm)38最大開合模行程(mm)180注射壓力(MPa)122最大模具厚度(mm)200注射行程（mm）170最小模具厚度(mm)70注射方式柱塞式