【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 如： P20， 3Gr2Mo、 PMS、 SMⅠ、 SMⅡ等，對(duì)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(lái)越廣泛得到應(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)化程度的商品化程度一般在 30%以下，和國(guó)外先進(jìn)工業(yè)國(guó)家已達(dá)到 70%～ 80%相比，仍有差距。 （ 2） 我國(guó)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(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)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(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(lái)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(jiàn)端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM系統(tǒng)無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)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(guò)程的 3D分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)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(chē)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(jì)和控制的難度較大，因此，開(kāi)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)研究開(kāi)發(fā)高壓注射成型工藝與模具也非常重要。 （ 4） 開(kāi)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(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。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 4 頁(yè)共 46 頁(yè) （ 6） 應(yīng)用優(yōu)質(zhì)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。 塑料注射成型及其工藝的概述 注射成型又稱(chēng)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(gè)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(dòng)下，經(jīng)過(guò)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(guò)程是指將顆?；蚍蹱钏芰蠌淖⑺軝C(jī)的料斗送進(jìn)加熱的料筒中，經(jīng)過(guò)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(dòng)，以很大的流速通過(guò)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(shí)間的保壓冷卻、硬化定型得到所需形狀的塑料制品。然后開(kāi)模，由頂出桿頂出制品，完成一個(gè)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(gè)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(dòng)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(guò)程 注射成型工藝過(guò)程包括注射前的準(zhǔn)備、注射過(guò)程和制品的后處理三個(gè)主要階段，各個(gè)階段又可分為多個(gè)小階段，如圖 11 所示 [3]。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 5 頁(yè)共 46 頁(yè) 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(kāi)（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(guò)程 制件的后處理 圖 11 注射成型工藝過(guò)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(guò)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(guò)程中出現(xiàn)勒熱分解或降解反應(yīng)，均應(yīng)對(duì)注射機(jī)的料筒進(jìn)行清洗。注射成型前對(duì)嵌件進(jìn)行預(yù)熱可以避免嵌件周?chē)芰蠈訌?qiáng)度下降而出現(xiàn)裂紋缺陷，不過(guò)對(duì)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(guò)程階段，完整的注射過(guò)程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個(gè)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(guò)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(guò)程中具有良好的流動(dòng)性。注射充型過(guò)程是指是指柱塞或螺桿從料筒內(nèi)的計(jì)量位置開(kāi)始，通過(guò)注射液壓缸和活塞施加高壓，將塑化好的塑料熔體經(jīng)過(guò)噴嘴和澆注系統(tǒng)快速進(jìn)入封閉型腔的過(guò)程。如圖 12 所示是注射成型周期內(nèi)用壓力傳感器測(cè)得的壓力隨時(shí)間變化的曲線圖。曲線 1 是料筒計(jì)量室中注射壓力隨時(shí)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(shí)間變化的曲線 腔末端的壓力曲線。圖中 CD 時(shí)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(huì)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(shí)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(shí)脫模，脫模時(shí)制品內(nèi)存在著殘余壓力，若殘余壓力過(guò)大，會(huì)造成制品開(kāi)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(shí)間 t壓力 P圖 1 2 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè)共 46 頁(yè) 最后是制件的后處理階段，塑件成型過(guò)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(guò)程中變形或開(kāi)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(dòng)模兩大部分組成的，定模安裝在注塑機(jī)的固定模板上，動(dòng)模安裝在注塑機(jī)移動(dòng)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(kāi)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(dòng)模座板； 10復(fù)位桿； 11動(dòng)模墊板； 12動(dòng)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(dòng)。澆口套入口與注射機(jī)的噴嘴相聯(lián)，引入熔融塑料。 （ 2） 動(dòng)模機(jī)構(gòu)。動(dòng)模機(jī)構(gòu)是安裝在注射機(jī)的動(dòng)模板上的部分型腔。由型芯 動(dòng)模板 1導(dǎo)柱 1動(dòng)模座板 9 和動(dòng)模墊板 11 等組成一體，在注射機(jī)的鎖模裝置的驅(qū)動(dòng)下往 復(fù)運(yùn)動(dòng)。 （ 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(dòng)模和定模閉合時(shí)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(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè)共 46 頁(yè) （ 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(jiàn)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(shí)，在頂出機(jī)構(gòu)工作前，先要將作側(cè)向運(yùn)動(dòng)的型芯從制品中抽出，該側(cè)向運(yùn)動(dòng)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(duì)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(guò)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(chēng)合模面）處開(kāi)設(shè)排氣槽。 注塑模的分類(lèi) 注塑模的分類(lèi)方法很多，按所用注塑機(jī)的類(lèi)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(lèi)，通常分為單分型面、雙分型面、帶活動(dòng)鑲件、帶側(cè)向抽芯、自動(dòng)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(jì)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(kāi)始從理論研究進(jìn)入實(shí)用化階段，開(kāi)展了三維流動(dòng)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(cè)等領(lǐng)域。進(jìn)入 90 年代后開(kāi)展了流動(dòng)、保壓、冷卻和應(yīng)力分析等注塑工藝全過(guò)程的集成化研究。 CAE 技術(shù)的出現(xiàn)，為注塑模設(shè)計(jì)提供了可靠的保證。傳統(tǒng)的注塑模具設(shè)計(jì)主要依靠設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)，而注塑成型過(guò)程非常復(fù)雜，塑料熔體的流動(dòng)性能千差萬(wàn)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(jì)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(wèn)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(shí)費(fèi)力，而且降低了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度。 利用注射模 CAE 技術(shù)可在模具制造之前 , 在計(jì)算機(jī)上對(duì)模具設(shè)計(jì)方案進(jìn)行分析和模擬來(lái)代替實(shí)際的試模 , 預(yù)測(cè)設(shè)計(jì)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(jì)人員修改設(shè)計(jì)提供科學(xué)的依據(jù)。隨著人們對(duì)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(guò)程中也出現(xiàn)了反復(fù)試模、修模各種問(wèn)題 ，這就需要我們不斷的發(fā)展 CAE技術(shù)，用 CAE 技術(shù)來(lái)解決在分模過(guò)程出現(xiàn)的問(wèn)題，提高生產(chǎn)效率，減少?gòu)U品率。 桂林電子科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁(yè)共 46 頁(yè) 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(dòng)、傳熱的物理、數(shù)學(xué)模型，利用數(shù)值計(jì)算理論構(gòu)造其求解方法，利用計(jì)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(dòng)態(tài)填充、冷卻過(guò)程的一門(mén)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(guò)程（包括充填、保壓及冷卻）并及早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，優(yōu)化模具設(shè)計(jì)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(gè)重要發(fā)展方 向。 注塑模 CAE技術(shù)在注塑模設(shè)計(jì)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(jì)算方法，分析型腔中塑料的流動(dòng)、 保壓和冷卻過(guò)程，計(jì)算制品和模具的應(yīng)力分布，預(yù)測(cè)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(duì)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(guò)對(duì)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(cè)，根據(jù)型腔各部分 溫度變化差異，測(cè)定注塑時(shí)的注塑壓力以及塑料在充填型腔時(shí)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(jì)中可應(yīng)用于型腔設(shè)計(jì)、澆口設(shè)計(jì)、流道設(shè)計(jì)、制品變形預(yù)測(cè)和冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化塑料制品設(shè)計(jì)、塑料模具設(shè)計(jì)和注塑工藝參數(shù)等功能。Moldflow 軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的作用主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面，首先可以?xún)?yōu)化塑料制品，得到制品