【文章內(nèi)容簡介】 如： P20， 3Gr2Mo、 PMS、 SMⅠ、 SMⅡ等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大影響，但總體使用量仍較少。塑料模具標(biāo)準(zhǔn)模架、標(biāo)準(zhǔn)推桿和彈簧等越來越廣泛得到應(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)化程度的商品化程度一般在 30%以下，和國外先進(jìn)工業(yè)國家已達(dá)到 70%～ 80%相比，仍有差距。 （ 2） 我國塑料模具工業(yè)和今后的主要發(fā)展方向?qū)ǎ? ① 提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計水平及比例。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)展的一模多腔所致。 ② 在塑料模設(shè)計制造中全面推廣應(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)造良好的條件；基于網(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)計與成型過程的 3D分析將在我國塑料模具工業(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)用這項技術(shù)是塑料模具的一大變革。制訂 熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價廉高質(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)需要確定和控制，而且常用于較復(fù)雜的大型制品，模具設(shè)計和控制的難度較大，因此，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究開發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 （ 4） 開發(fā)新的成型工藝和快速經(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。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(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。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標(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)，提高商品化程度、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)件的規(guī)格品種。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 4 頁共 46 頁 （ 6） 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。 （ 7） 研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測量儀或三坐標(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、廉價的檢測設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。 塑料注射成型及其工藝的概述 注射成型又稱注射模塑或者注塑。它是熱塑性塑料制品成型的一種重要方法。也已成功地用于成型某些熱固性塑料制品。起加工的制品在塑料制品總量中約占 20%30%。制品的用途已擴(kuò)大到各個領(lǐng)域。 注塑成型模具就是將塑料先加在注塑機(jī)的加熱料筒內(nèi)，塑料受熱熔化后，在注塑機(jī)的螺桿或活塞的推動下，經(jīng)過噴嘴和模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔內(nèi)，塑料在其中固化成型 。 注射成型工作 原理 注射成型過程是指將顆粒或粉狀塑料從注塑機(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體后，由注射機(jī)柱塞或螺桿以一定的壓力與速度推動，以很大的流速通過噴嘴和模具的澆道注入溫度較低的閉合的模具型腔各處，經(jīng)一定時間的保壓冷卻、硬化定型得到所需形狀的塑料制品。然后開模，由頂出桿頂出制品，完成一個注射成型周期。 注射成型的必要條件 注射成型必須滿足以下三個必要條件 [3]： （ 1） 塑料必須以熔融的狀態(tài)被注入到模具的型腔中； （ 2） 注入的塑料熔體必須具有足夠的壓力和流動速度以完成充滿模具模腔； （ 3） 需要有符合制品形狀和尺寸并滿足成型工藝要求的模具。 注射成型工藝過程 注射成型工藝過程包括注射前的準(zhǔn)備、注射過程和制品的后處理三個主要階段，各個階段又可分為多個小階段，如圖 11 所示 [3]。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 5 頁共 46 頁 成型前的準(zhǔn)備粉、粒狀塑料（檢驗(yàn)、干燥） 注 射機(jī)（料筒清洗） 熔 融塑料 （ 塑化）注射保壓預(yù)熱嵌件 注射模 合（閉）模冷卻定型開（脫）模清模推出 推出去除澆注系統(tǒng)凝料、去毛刺退火、調(diào)濕等處理注射過程 制件的后處理 圖 11 注射成型工藝過程 首先是注射前的準(zhǔn)備階段，為了使注射成型順利進(jìn)行，保證塑件質(zhì)量，一般在注射之前要進(jìn)行原料預(yù)處理、清洗料筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等準(zhǔn)備工作。原料的預(yù)處理包括原料的檢驗(yàn)、著色和預(yù)熱干燥等過程。生產(chǎn)中如果需要改變塑料品種 、更換物料、調(diào)換顏色，或者發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)勒熱分解或降解反應(yīng)，均應(yīng)對注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗。注射成型前對嵌件進(jìn)行預(yù)熱可以避免嵌件周圍塑料層強(qiáng)度下降而出現(xiàn)裂紋缺陷，不過對于小嵌件在模內(nèi)易被塑料熔體加熱，所以可不預(yù)熱。選擇脫模劑是為了便于脫模，常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油。 其次是注射過程階段，完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。所謂塑化是指塑料在料筒中經(jīng)加熱達(dá)到粘流狀態(tài)并具有良好可塑性的全過程。塑化之后熔體內(nèi)的組分、密度、粘度和溫度分布都比較均勻，這樣才能保證塑料熔體在 下一注射充型過程中具有良好的流動性。注射充型過程是指是指柱塞或螺桿從料筒內(nèi)的計量位置開始，通過注射液壓缸和活塞施加高壓，將塑化好的塑料熔體經(jīng)過噴嘴和澆注系統(tǒng)快速進(jìn)入封閉型腔的過程。如圖 12 所示是注射成型周期內(nèi)用壓力傳感器測得的壓力隨時間變化的曲線圖。曲線 1 是料筒計量室中注射壓力隨時間變化的曲線；曲線 2 是噴嘴末端的壓力曲線；曲線 3是型腔始端（澆口處）的壓力曲線；曲線 4 是型 圖 12 注射成型壓力隨時間變化的曲線 腔末端的壓力曲線。圖中 CD 時間段是保壓階段，在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力 之下，熔體會繼續(xù)流入型腔內(nèi)以彌補(bǔ)熔體因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。 EF時間段是冷卻定型階段，在模具冷卻系統(tǒng)的作用下制品逐漸冷卻到具有一定的剛度和強(qiáng)度時脫模，脫模時制品內(nèi)存在著殘余壓力，若殘余壓力過大，會造成制品開裂、損傷和卡模等弊病。 O t A t B t C t D t E t Ft AFF 1EE 1t ADP 1P 2P CP C1C 1CBP Bt AP B1B 1P DP E3412時間 t壓力 P圖 1 2 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 6 頁共 46 頁 最后是制件的后處理階段，塑件成型過程中，由于塑化不均勻，或由于塑料在型腔中的結(jié)晶、定向以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或因其他原因使塑件不可避免地存在一些內(nèi)應(yīng)力而導(dǎo)致在使用過程中變形或開裂，因此應(yīng)該設(shè)法消除掉。消除內(nèi)應(yīng)力的方法有退火處理和調(diào)濕處理。 注塑模的概述 注塑模的結(jié)構(gòu)組成 注塑模是指注塑成型所有的模具。注塑模的結(jié)構(gòu)是由注塑機(jī)的形式、制品的復(fù)雜程度及模具內(nèi)的型腔數(shù)目所決定的，所以注塑模的結(jié)構(gòu)形式多種多樣，但大體上都是由定模和動模兩大部分組成的，定模安裝在注塑機(jī)的固定模板上，動模安裝在注塑機(jī)移動模板上。本文主要介紹的是典型的單分型面注塑模結(jié)構(gòu)，如圖 13 所示 [6]。 圖 13 典型單分型面注塑模結(jié)構(gòu) a) 合模 b) 開模 1定位圈； 2澆口套； 3凹模； 4型芯； 5推桿； 6拉料桿； 7推桿固定板； 8推板； 9動模座板； 10復(fù)位桿； 11動模墊板； 12動模板； 13導(dǎo)柱； 14導(dǎo)套； 15冷卻通道； 16定模板； 17定模座板 根據(jù)模具中各零件所起的作用，又可細(xì)分為以下基本的組成部分： （ 1） 定模機(jī)構(gòu)。定模機(jī)構(gòu)是安裝在注射機(jī)的固定模板上的部分型腔。由定位圈 澆口套 定模座板 1定模板 16 和凹模 3 組成一體，在注射機(jī)上固定不動。澆口套入口與注射機(jī)的噴嘴相聯(lián)，引入熔融塑料。 （ 2） 動模機(jī)構(gòu)。動模機(jī)構(gòu)是安裝在注射機(jī)的動模板上的部分型腔。由型芯 動模板 1導(dǎo)柱 1動模座板 9 和動模墊板 11 等組成一體，在注射機(jī)的鎖模裝置的驅(qū)動下往 復(fù)運(yùn)動。 （ 3） 澆注系統(tǒng)。澆注系統(tǒng)是將熔融塑料引向閉合模腔的通道。通常由主流道、冷料穴、分流道和澆口等組成。 （ 4） 導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置是用以保證動模和定模閉合時位置準(zhǔn)確。它由導(dǎo)柱 13 和導(dǎo)套 14 組成。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 7 頁共 46 頁 （ 5） 頂出機(jī)構(gòu)。頂出機(jī)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)制品脫模的裝置。常見有頂桿式、頂管式和推板式等。 （ 6） 抽芯機(jī)構(gòu)。當(dāng)制品上帶有側(cè)孔或側(cè)凹結(jié)構(gòu)時，在頂出機(jī)構(gòu)工作前，先要將作側(cè)向運(yùn)動的型芯從制品中抽出，該側(cè)向運(yùn)動是由抽芯機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。該機(jī)構(gòu)只在部分注塑模中才有設(shè)置。 （ 7） 冷卻和加熱裝置。加熱是為滿足注射成型工藝對模具溫度的要求，冷卻 為使熔料能在模具內(nèi)冷卻定型。一般凹模、型芯中通冷卻水、熱水、熱蒸汽等。 （ 8） 排氣系統(tǒng)。排氣系統(tǒng)是為了把型腔內(nèi)原有的空氣以及塑料受熱過程中產(chǎn)生的氣體排出，而在模具分型面（凹模、型芯相配合的接觸面又稱合模面）處開設(shè)排氣槽。 注塑模的分類 注塑模的分類方法很多，按所用注塑機(jī)的類型可分為臥式（或立式）注塑機(jī)用注塑模和直角式注塑機(jī)用注塑模；按模具型腔數(shù)目可分為單型腔和多型腔注塑模；按模具總體結(jié)構(gòu)特征分類，通常分為單分型面、雙分型面、帶活動鑲件、帶側(cè)向抽芯、自動脫螺紋、推出機(jī)構(gòu)在定模一側(cè)以及熱流道凝料等注 塑模，本課題采用的是帶內(nèi)側(cè)向抽芯的注塑模。 注塑模 CAE 技術(shù)的發(fā)展和在注塑模設(shè)計中的應(yīng)用 注塑模 CAE技術(shù)的發(fā)展 80 年代注塑模 CAE 技術(shù)開始從理論研究進(jìn)入實(shí)用化階段，開展了三維流動與冷卻分析并把研究擴(kuò)展到保壓、纖維分子取向以及翹曲預(yù)測等領(lǐng)域。進(jìn)入 90 年代后開展了流動、保壓、冷卻和應(yīng)力分析等注塑工藝全過程的集成化研究。 CAE 技術(shù)的出現(xiàn)，為注塑模設(shè)計提供了可靠的保證。傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計主要依靠設(shè)計人員的經(jīng)驗(yàn)，而注塑成型過程非常復(fù)雜，塑料熔體的流動性能千差萬別，制品和模具的結(jié)構(gòu)千變?nèi)f化，工藝 條件各不相同，成型缺陷各式各樣，模具設(shè)計往往需要反復(fù)的試模、修模才能投入生產(chǎn)，很少有一次成功的，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅要重新調(diào)整工藝參數(shù)，甚至要修改塑料制品和模具， 不但費(fèi)時費(fèi)力，而且降低了產(chǎn)品的開發(fā)速度。 利用注射模 CAE 技術(shù)可在模具制造之前 , 在計算機(jī)上對模具設(shè)計方案進(jìn)行分析和模擬來代替實(shí)際的試模 , 預(yù)測設(shè)計中潛在的缺陷 , 突破了傳統(tǒng)的在注塑機(jī)上反復(fù)試模、修模的束縛，為設(shè)計人員修改設(shè)計提供科學(xué)的依據(jù)。隨著人們對塑料制品的需求范圍不斷擴(kuò)大，各種大型的高精度、形狀復(fù)雜塑料制品在生產(chǎn)過程中也出現(xiàn)了反復(fù)試模、修模各種問題 ，這就需要我們不斷的發(fā)展 CAE技術(shù)，用 CAE 技術(shù)來解決在分模過程出現(xiàn)的問題，提高生產(chǎn)效率，減少廢品率。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）報告用紙 第 8 頁共 46 頁 注塑模 CAE 技術(shù)是根據(jù)塑料加工流變學(xué)和傳熱學(xué)的基本理論，建立熔體在模具型腔中的流動、傳熱的物理、數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計算理論構(gòu)造其求解方法，利用計算機(jī)可視化技術(shù)形象、直觀地模擬出實(shí)際成型中熔體的動態(tài)填充、冷卻過程的一門分析技術(shù)。利用注塑模 CAE 技術(shù)可以在模具制造前，模擬注塑過程（包括充填、保壓及冷卻）并及早發(fā)現(xiàn)問題，優(yōu)化模具設(shè)計和工藝條件設(shè)定，減少試模次數(shù)以提高生產(chǎn)效率，現(xiàn)已成為注塑加工技術(shù)的一個重要發(fā)展方 向。 注塑模 CAE技術(shù)在注塑模設(shè)計中的應(yīng)用 注塑模 CAE 技術(shù)借助于有限元法、有限差分法和邊界元等數(shù)值計算方法，分析型腔中塑料的流動、 保壓和冷卻過程，計算制品和模具的應(yīng)力分布，預(yù)測制品的翹曲變形，由此 分析工藝條件、材料參數(shù)及模具結(jié)構(gòu)對制品質(zhì)量的影響，達(dá)到優(yōu)化制品 、 模具結(jié)構(gòu)、優(yōu)選成型工藝參數(shù)的目的，如通過對澆注系統(tǒng)的平衡、 澆口的數(shù)量和位置、澆口的大小、熔接痕位置的預(yù)測，根據(jù)型腔各部分 溫度變化差異，測定注塑時的注塑壓力以及塑料在充填型腔時的壓力損失、熔料的溫度變化、注塑變化、剪切應(yīng)力、剪切速率等系列參 數(shù)。注塑模的 CAE 分析在注塑模設(shè)計中可應(yīng)用于型腔設(shè)計、澆口設(shè)計、流道設(shè)計、制品變形預(yù)測和冷卻系統(tǒng)設(shè)計，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化塑料制品設(shè)計、塑料模具設(shè)計和注塑工藝參數(shù)等功能。Moldflow 軟件在注塑模設(shè)計中的作用主要體現(xiàn)在以下三個方面，首先可以優(yōu)化塑料制品，得到制品