【文章內(nèi)容簡介】 模具有一個整體的認識。模具是機械、汽車、電子、 通訊、 家電等 工業(yè) 產(chǎn)品的 基礎(chǔ)工 藝裝 備之一 。作 為工業(yè) 基礎(chǔ)， 模具的質(zhì) 量、精 度、壽 命對 其他工 業(yè)的發(fā) 展起 著十分 重要 的作用 ，在國 際上被稱為 “ 工業(yè)之母 ” ，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作 用。 模具工業(yè)是制 造業(yè)中的一 項基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè) ，是技術(shù)成果 轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ) ，同時本 身又是 高新技 術(shù)產(chǎn) 業(yè)的重 要領(lǐng)域 ，在 歐美等 工業(yè) 發(fā)達國 家被稱 為“ 點鐵成金 ” 的 “ 磁力工業(yè) ” ； 美國工業(yè) 界認為 “ 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 ”。 德國則認為是所有工業(yè)中的 “ 關(guān)鍵工業(yè) ” 。 日本模具協(xié)會也 認為 “ 模具是促進社會繁榮富裕的動力 ” ，同時也是 “ 整個工業(yè)發(fā)展的 秘密 ” ，是 “ 進入富裕社會的原動力 ” 。 日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到 13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值 9000 億日元。如今，世界模具工業(yè) 的發(fā)展甚 至己超 過了新 興的 電子工 業(yè)。在 模具 工業(yè)的 總產(chǎn) 值中 ， 沖壓模 具約占 50%，塑料模具約占 33%，壓 鑄 模 具 約 占 6%， 其 它 各 類 模 具約 占11%[1]。 塑料模具工業(yè) 是隨塑料工 業(yè)的發(fā)展而 發(fā)展的。塑料 工業(yè)是一門 新興工業(yè) 。自塑 料問世 后的 幾十年 以來， 由于 其原料 豐富 、制作 方便和 成本低廉 ，塑料 工業(yè)發(fā) 展很 快，它 在某些 方面 己取代 了多 種有色 金屬、 黑色金屬 、水泥 、橡膠 、皮 革、陶 瓷、木 材和 玻璃等 ，成 為各個 工業(yè)部 門不可缺少的材料 [2]。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 3 目前在 國民經(jīng) 濟的各 個部 門中都 廣泛地 使用 著各式 各樣 的塑料 制品 。 特別是在 辦公設(shè) 備、照 相機 、汽車 、儀器 儀表 、機械 制造 、交通 、電信 、輕工、 建筑業(yè) 產(chǎn)品、 日用 品以及 家用電 器行 業(yè)中的 電視 機、收 錄機、 洗衣機、 電冰箱 和手表 的殼 體等零 件，都 已經(jīng) 向塑料 化方 向發(fā)展 。近幾 年來由于 工程塑 料制件 的強 度和精 度等得 到很 大的提 高， 因而各 種工程 塑料零件 的使用 范圍正 在不 斷擴大 ，預計 今后 隨著微 型電 子計算 機的普 及和汽車 的微型 化，塑 料制 件的使 用范圍 將會 越來越 大， 塑料工 業(yè)的生 產(chǎn)量也將 迅速增 長，塑 料的 應(yīng)用將 覆蓋國 民經(jīng) 濟所有 部門 ，尤其 在國防 和尖端科 學技術(shù) 領(lǐng)域中 占有 越來越 重要的 地位 。目前 ，世 界的塑 料產(chǎn)量 已超過有色金屬產(chǎn)量的總和。 塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎(chǔ)裝備。 用塑料模 具生產(chǎn)的主要優(yōu)點是制造簡 便、材料利用高 、生產(chǎn)率 高、產(chǎn) 品的尺 寸規(guī) 格一致 ，特別 是對 大批量 生產(chǎn) 的機電 產(chǎn)品， 更能獲得 價廉物 美的經(jīng) 濟效 果。塑 料模具 的現(xiàn) 代設(shè)計 與制 造和現(xiàn) 代塑料 工業(yè)的發(fā) 展有極 密切的 關(guān)系 。隨著 塑料工 業(yè)的 飛速發(fā) 展， 塑料模 具工業(yè) 也隨之迅速發(fā)展。 在我國 ，隨著 國民 經(jīng)濟的 高速發(fā) 展， 模具工 業(yè)的 發(fā)展也 十分 迅速。 1999年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為 330 億元，今后幾年 仍將以每年 10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年 10%的增幅 。 汽車、摩 托車行業(yè)的模具需求將占國 內(nèi)模具市場的一半左右。 1999 年，國內(nèi)汽 車年產(chǎn)量為 183 萬輛，保有量 為1500 萬輛，預計到 2020 年 汽車年產(chǎn)量將達 600 萬輛 。僅汽車行業(yè)就將 需要各種塑料件 36 萬噸，而 目前的生產(chǎn)能力僅為 20 多萬噸，因此發(fā)展空間十分 廣闊。 家用電 器， 如彩電 、冰箱 、洗 衣機、 空調(diào) 等，在 國內(nèi)的 市場很大。目前，我國的彩電 的年產(chǎn)量己超過 3200 萬臺 ，電冰箱、洗衣 機和空調(diào)的年產(chǎn)量均超過了 100 萬臺。 家用 電器行業(yè)的飛速發(fā)展使之對 模具的需求量極大。 到 2020 年 ，在建筑與建 材行業(yè)方面，塑料門窗的普 及率為 30%，塑料管的普及率 將達到 50%，這 些都會大 大增加對模具的需求量。其 它發(fā)展 較快的 行業(yè) ，如電 子、通 訊和 建筑材 料等 行業(yè)對 模具的 需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用 我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)現(xiàn)狀及地區(qū)分布 在中國 ，人們 已經(jīng) 越來越 認識 到模具 在制 造中的 重要 基礎(chǔ)地 位，認 畢業(yè)設(shè)計（論文） 4 識到模 具技術(shù) 水準的 高低 ，已成 為衡量 一個 國家制 造業(yè) 水平高 低的重 要標志， 并在很 大程度 上決 定著產(chǎn) 品質(zhì)量 、效 益和新 產(chǎn)品 的開發(fā) 能力。 我國塑料 模工業(yè) 從起步 到現(xiàn) 在，歷 經(jīng)半個 多世 紀，有 了很 大發(fā)展 ，模具 水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) l8 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、 6. 5kg 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險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 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 機電有 限公 司和煙 臺北極 星 模具有限公司制造的多腔 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 軟件， 糾正了 由于 成型收 縮造 成的齒 形誤差 ，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為 0. 08mm 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 0. 02 ~ 0. 05mm，表面 粗糙度 Ra0. 2 u m，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達 10~30 萬次，淬火鋼模 達 50 ~100 萬次， 交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 成型工 藝方面 ，多 材質(zhì)塑 料成 型模、 鑲件 互換結(jié) 構(gòu)和 抽芯脫 模機構(gòu)的創(chuàng)新 設(shè)計方 面也取 得較 大進展 。氣體 輔助 注射成 型技 術(shù)的使 用更趨 成熟，如 青島海 信模具 有限 公司、 天津通 信廣 播公司 模具 廠等廠 家成功 地在 29~34 英寸電 視機外殼以及一些厚壁零 件的模具上運用氣輔技術(shù)， 一些廠家還使用了 CMOLD 氣輔軟件 ，取得較好的效果 。熱流道模具開始 推廣，有的 廠采用率達 20%以上，一般采用內(nèi) 熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位 采用具 有世界 先進 水平的 高難度 針閥 式熱流 道模 具。但 總體上 熱流道的采用率不到 10%,與國外的 50~80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面， CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的 CAD/CAM 系統(tǒng)，如美 國EDS 的 UG II、美國 Parametric Technology 公司的 Pro/Engineer、美 國CV 公司的 CADS英國 Deltacam 公司的 DOCT日本 HZS 公司的 CRADE、以色列公司的 Cimatron、美國 ACTech 公司的 CMold 及 澳 大 利 亞Moldflow 公司的 MPA 塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了 CAD/CAM 的集成，并能 支持 CAE 技術(shù)對成 型過程，如充模和冷卻等 進行計算機模擬，取得了一 定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模 具 CAD/CAM 技術(shù) 的發(fā)展。近年來 ，我國自主開發(fā)的塑料模 CAD/CAM 系統(tǒng)有 了 很大發(fā)展，主要有北航華正 軟件工程研究所開發(fā)的 CAXA 系統(tǒng)、華中科技大學開發(fā)的注塑模 系統(tǒng)及 CAE 軟件等 ，這 些軟件具有適應(yīng)國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上 畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 應(yīng)用且價格較低等特點為進一步普及模具 CAD/CAM 技術(shù)創(chuàng)造了良好條件。 近年來，國內(nèi)己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如 :P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、 SM II 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 準模架 、標 準推桿 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)組件 。但目 前我國模具標準化程度和商品化程度一般在 30%以下，和國外先進工業(yè)國 家已達到 70%80%相比，仍有很大差距。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 6 第 2章 塑件及其 工藝分析 塑件產(chǎn)品圖及其材料 手壓自充式 LED 手電筒扇形齒輪的工作原理 本 設(shè) 計 產(chǎn) 品出自于手壓 自充式 LED 手電筒如圖 21 所示 圖 21 畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 操作說明： 將產(chǎn)品置于手中，把卡鉤推向尾端，發(fā)電推柄會自動彈出。 將電源轉(zhuǎn)換開關(guān)置于下端（出廠默認端）。 用手反復握壓發(fā)電推柄，即可產(chǎn)生電勢，點亮 LED 燈。 將發(fā)電推柄歸位，用卡鉤卡住。 將電源轉(zhuǎn)換開關(guān)置于上端，此時內(nèi)置電源供電，點亮 LED 燈。 使 用完 畢，請 將發(fā)電 推柄 歸位， 用卡鉤 卡住， 電源 轉(zhuǎn) 換開 關(guān)置于 下端 驅(qū)動扇形齒輪塑料件如圖 22 所示 圖 22 的工作 原理是 由發(fā)電 推柄 帶動驅(qū) 動扇形 齒輪 ，再由 驅(qū)動 扇形齒 輪傳動 給內(nèi)部大 齒輪， 再由內(nèi) 部大 齒輪傳 動內(nèi)部 小齒 輪，內(nèi) 部小 齒輪繞 有線圈 ，線圈轉(zhuǎn)動切割磁場線而發(fā)電。 手壓自充式 LED 手電筒扇形齒輪材料的選擇 由于手壓自充式 LED 手電筒驅(qū)動扇形齒輪的工作要求，所以有一定的耐磨性，抗疲勞性，初選材料有尼龍料 PA 或者聚甲醛 POM。 根據(jù)產(chǎn)品的外形尺寸以及性能要求本設(shè)計扇形齒輪模數(shù)ｍ =1,分度 畢業(yè)設(shè)計（論文） 8 圓直徑 d=80，齒 數(shù) z=80,壓力 角ɑ =20176。 ， 因為齒輪的齒距比較小，而POM 的收 縮率相 對比 較大， 故成 型尺寸 精度 難以保 證，所 以本 設(shè)計選 用PA6。 塑件成型工藝分析 干燥處理：由于 PA6 很容易吸收水分，因此加工前的干燥特別要注意。如 果材料 是用防 水材 料包裝 供應(yīng)的 ，則 容器應(yīng) 保持 密閉。 如果濕 度大于 %，建議在 80℃以 上的熱空氣中干燥 16 小時。如果材料已經(jīng)在空氣中暴露超過 8 小時，建議進行 105℃， 8 小時以上的真空烘干。 熔化溫度： 230~280℃，對于增強品種為 250~280℃。 橡膠技術(shù)網(wǎng) , `39。 ^amp。 M。 \% D K 模具溫 度： 80~90℃。模具溫度很顯著地 影響結(jié)晶度，而結(jié)晶度又影響著 塑件的 機械特 性。 對于結(jié) 構(gòu)部件 來說 結(jié)晶度 很重 要，因 此建議 模具溫度為 80~90℃。對于薄 壁的，流程較長 的塑件也建議施用較高的模 具溫度。 增大模 具溫度 可以 提高塑 件的強 度和 剛度， 但卻 降低了 韌性。 如果壁厚大于 3mm，建議使用 20~40℃的低溫模具 。對于玻璃增強材料模 具溫度應(yīng)大于 80℃。 注射壓力：一般在 75~120MPa 之間（取決于材料和產(chǎn)品設(shè)計）。 流道和澆口 :由于 PA6 的凝固時間很短 ，因此澆口的位 置非常重要。澆 口孔徑不要小于 *t（這里 t 為塑件厚度） 。如果使用熱流道，澆口尺寸應(yīng)比使 用常規(guī) 流道小 一些 ，因為 熱流道 能夠 幫助阻 止材 料過早 凝固。 如果用潛入式澆口，澆口的最小直徑應(yīng)當是 。 因為塑件的許多質(zhì)量特性都要受到吸濕性的影響，因此使用 PA6 設(shè)計 產(chǎn)品時要充分考慮到這一點。為了提高 PA6 的機械特性，經(jīng)常加入各種各樣的改 性劑。 玻璃就 是最 常見的 添加劑 ，有 時為了 提高 抗沖擊 性還加 入合成橡膠，如 EPDM 和 SBR 等。 畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 PA6 的收縮率在 1%到 %之間。加入玻璃 纖維添加劑可以使收縮率降低到 %（但和流程相 垂直的方向還要稍高一些）。成型組裝的收 縮率主要 受材料 結(jié)晶 度 和吸 濕性影 響。實 際的 收縮率 還和 塑件設(shè) 計、壁 厚及其它工藝參數(shù)成函數(shù)關(guān)系。 查 《塑料材料與配方》可知 PA6 系列成型收 縮 率 名 稱 及描述 成型收 縮 率 % 備 注 15%玻 纖 增 強 PA6 PA6G15 20%玻 纖 增 強 PA6 PA6G20 30%玻 纖 增 強 PA6 PA6G30 40%玻 纖 增 強 PA6 PA6G40 50%玻 纖 增 強 PA6 PA6G50 2