【正文】 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)材料之一，已廣泛應(yīng)用于國民經(jīng) 濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域 ， 并且 直接影響著塑料制品的質(zhì)量、性能與生產(chǎn)周期 。注塑模成型與信息技術(shù)緊密相連。 2 第一章 概論 模具 在工業(yè)生產(chǎn)中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。 。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車工業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術(shù)水平高，勞動成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn) 周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。 現(xiàn)代模具行業(yè)是技術(shù)，資金密集性的行業(yè)，模具行業(yè)的發(fā)展，可以帶動制造業(yè)的蓬勃發(fā)展。 代模具制造中的新技術(shù) 隨著計(jì)算機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步， CAD/CAE/CAM 技術(shù)也日臻成熟，其現(xiàn)代模具中的應(yīng)用將越來越廣泛。 模具制造技術(shù)將向集成化、智能化、益人化、高效化方向發(fā)展。 模具制造技術(shù)迅速發(fā)展，已成為現(xiàn)代制造技術(shù)的重要組成部分。具體表現(xiàn)在模具的 CAD/CAM 技術(shù)，模具的激光快速成型技術(shù)，模具的精密成形技術(shù)，模具的超精密加工技術(shù)，模具在設(shè)計(jì)中采3 用有限元法、邊界元法進(jìn)行流動、冷卻、傳熱過程的動態(tài)模擬技術(shù)，模具的 CIMS 技術(shù)，已在開發(fā)的模具 DNM 技 術(shù)以及數(shù)控技術(shù)等先進(jìn)制造技術(shù)方面。羅百輝表示，高速銑削加工技術(shù)仍是當(dāng)前的熱門話題，它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向發(fā)展，成為第三代制模技術(shù)。 最近，日本三菱公司推出了 EDSCAN8E 電火花創(chuàng)成加工機(jī)床又有新的進(jìn)展。為了確認(rèn)加工形狀有無異?；驓埲?， CAM 系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)仿真加工。目前歐共體已規(guī)定沒有 “CE” 標(biāo)志的機(jī)床不能進(jìn)入歐共體市場，同時(shí)國際市場也越來越重視安全防護(hù)技術(shù)的要求。 新一代模具 CAD/CAM 軟件技術(shù) 4 目前，英、美、德等國及我國一些高等院校和科研院所開發(fā)的模具軟件，具有新一代模具 CAD/CAM 軟件的智能化、集成化、模具可制造性評價(jià)等特點(diǎn)。這些知識經(jīng)過了系統(tǒng)化和科學(xué)化的整理，以特定的形式存儲在工程知識庫中并能方便地被模具所調(diào)用。 新一代模具軟件以立體的思想、直觀的感覺來設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，所生成的三維結(jié)構(gòu)信息能方便地用于模具可制造性評價(jià)和數(shù)控加工，這就要求模具軟件在三維參數(shù)化特征造型、成型過程模擬、數(shù)控加工過程仿真及信息交流和組織與管理方面達(dá)到相當(dāng)完善的程度并有較高集成化水平。 模具可制造性評價(jià)功能在新一代模具軟件中的作用十分重要，既要對多方案進(jìn)行篩選，又要對模具設(shè)計(jì)過程中的合理性和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行評估，并為模具設(shè)計(jì)者提供修改依據(jù)。新一代軟件還應(yīng)有面向裝配的功能，因?yàn)槟＞叩墓δ苤挥型ㄟ^其裝配結(jié)構(gòu)才能體現(xiàn)出來。 先進(jìn)的快速模具制造技術(shù) （ 1）、激光快速成型技術(shù) (RPM)發(fā)展訊速，我國已達(dá)到國際水平，并逐步實(shí)現(xiàn)商品化。 5 清華大學(xué)最先引進(jìn)了美國 3D公司的 SLA250(立體光刻或稱光敏樹脂激光固化 )設(shè)備與技術(shù)并進(jìn)行開發(fā)研究，經(jīng)幾年努力，多次改進(jìn)，完善、推出了 “M RPMS型多功能快速原型制造系統(tǒng) ”( 擁有分層實(shí)體制造 SSM、熔融擠壓成型 MEM)，這是我國自主知識產(chǎn)權(quán)的世界唯一擁有兩種快速成形工藝的系統(tǒng) (國家專利 )，具有較好的性能價(jià)格比。吉林工大承擔(dān)了有關(guān)無模成形的國家重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目，已自主設(shè)計(jì)并制造了具有國際領(lǐng)先水平的無模多點(diǎn)成形設(shè)備。 （ 3） 樹脂沖壓模具首次在國產(chǎn)轎車的試制中得到成功應(yīng)用。 為我國轎車試制和小批量生產(chǎn)開辟了一條新途徑，屬國內(nèi)首創(chuàng)。 （ 4） 現(xiàn)場化的模具檢測技術(shù)精密模具的發(fā)展對測量的要求越來越高。新一代三座標(biāo)測量機(jī)基本上都具有溫度補(bǔ)償及采用抗振材料，改善防塵措施，提高環(huán)境適應(yīng)性和使用可靠性，使其能方便地安裝在車間使用，以實(shí)現(xiàn)測量現(xiàn)場化的特點(diǎn)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國（未包括香港、臺灣、澳門）現(xiàn)有模具生產(chǎn)廠近 2萬家，從業(yè)人員約 50 萬人， “ 九五 ” 期間的年增長率為 13%， 2021 年總產(chǎn)值為 270 億元，占世界總量的 5%。目前，就整個(gè)模具市場來看，進(jìn)口模具約占市場總量的 20%左右，其中，中高檔模具進(jìn)口比例達(dá) 40%。 目前，我國的模具正處在告訴增長時(shí)期，尤其是塑料模具近年來發(fā)展相當(dāng)快， 2021 年已猛增到 140 億元左右。預(yù)測塑料建材件模具需求量將增長較快。 雖然我國模具總量目前已達(dá)到相當(dāng)規(guī)模，模具水平也有很大提高，但設(shè)計(jì)制造水平總體上落后于德、美、日、法、意等工業(yè)發(fā)達(dá)國家許多。其中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率只有50%左右。專業(yè)模具廠大多是 “ 大而全 ” 、 “ 小而全 ”的組織形式，而國外大多是 “ 小而專 ” 、 “ 小而精 ” 。 2021 年，模具進(jìn)出口之比為 ﹕ 1，進(jìn)出口相抵后的凈進(jìn)口額達(dá) 億美元，為世界模具凈進(jìn)口量最大的國家。 (4) 開發(fā)能力較差，經(jīng)濟(jì)效益欠佳 我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例低，水平較低，且不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中經(jīng)常處于被動地位。 7 造成上述差距的原因很多，除了歷史上模具作為產(chǎn)品長期未得到應(yīng)有的重視，以及多數(shù)國有企業(yè)機(jī)制不能適應(yīng)市場經(jīng)濟(jì)之外，還有下列幾個(gè)原因： ① 國家對模具工業(yè)的政策支持力度還不夠 雖然國家已經(jīng)明確頒布了模具行業(yè)的產(chǎn)業(yè)政策，但配套政策少，執(zhí)行力度弱。模具企業(yè)進(jìn)行技術(shù)改造引進(jìn)設(shè)備要繳納相當(dāng)數(shù)量的稅金，影響技術(shù)進(jìn)步，而且民營企業(yè)貸款十分困難。由于模具企業(yè)效益欠佳及對科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)重視不夠，科研單位和大專院校的眼睛盯著創(chuàng)收，導(dǎo)致模具行業(yè)在科研開發(fā)和技術(shù)攻關(guān)方面投入太少，致使模具技術(shù)發(fā)展步伐不大，進(jìn)展不快。 雖然國內(nèi)許多企業(yè)已引進(jìn)許多國外先進(jìn)設(shè)備，但總體的裝備水平比國外許多企業(yè)低很多。 ④ 專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化程度低，協(xié)作能力差 由于長期以來受 “ 大而全 ”“ 小而全 ” 影響，模具專業(yè)化水平低，專業(yè)分工不細(xì)致，商品化程度低。模具企業(yè)之間協(xié)作不暢，難以完成較大規(guī)模的模具成套任務(wù)。 ⑤ 模具材料及模具相關(guān)技術(shù)落后 8 模具材料性能、質(zhì)量和品種問題往往會影響模具質(zhì)量、壽命及成本，國產(chǎn)模具鋼與國外進(jìn)口鋼材相比有較大差距。 我國模具行業(yè)的發(fā)展趨勢 [1] 模具日趨化。 10 年前精密模具的精度一般為 5微米，現(xiàn)已達(dá)到 23 微米。 多功能復(fù)合模具將進(jìn)一步發(fā)展。 隨著塑料成型工藝的不段發(fā)展與改進(jìn)，氣輔模具及適應(yīng)高壓注塑成型等工藝的模具也將隨之發(fā)展。模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用將極大地影響模具制造周期，還能提高模具的質(zhì)量和就降低模具制造成本。 隨著車輛和電機(jī)等產(chǎn)品向輕量化發(fā)展，壓鑄模的比例將不斷提高。 以塑代鋼、以塑代木的進(jìn)程一步加快，塑料模具的比例將不斷增大。 模具 技術(shù)含量將不斷提高。 塑件的修正：對于塑件的精度、壁厚、拔模斜度、圓角等不合理之處加以更正說明，在不影響使用的前提下提出合理可行性 的更正 措施，以利于工業(yè)生產(chǎn) 。 查表 213[3]知：當(dāng) s 0~1? ? 時(shí)，塑件能得到的高精度為 MT2 級 ，一般精度為 MT3 級，未注公差為 MT5 級。 脫模斜度設(shè)計(jì) 由于注塑件在開模冷卻時(shí)會產(chǎn)生收縮，對型芯產(chǎn)生一個(gè)包緊力， 所給標(biāo)準(zhǔn)塑件沒有設(shè)置脫模斜度， 使得塑件脫模困難 ，過大的推出力推出時(shí)易拉壞插傷塑件。 表 22 單邊脫模斜度推薦值 [3] 脫模高度 \mm 18~30 30~50 50~80 ABS 39。130? 39。115? 和39。 在模具模型下進(jìn)行拔模檢測結(jié)果如 圖 22所示 ： 10 圖 22 分析： 內(nèi)表面全為負(fù)角，外表面全為正角，可正常拔模。 表 23 ABS 的建議壁厚值 [3] 單位： mm 最大壁厚 常用壁厚 最小壁厚 厚度檢測結(jié)果如 圖 23 至 圖 28所示： 圖 23 11 圖 24 圖 25 圖 26 12 圖 27 圖 28 分析結(jié)果：只在 凸臺處出現(xiàn)厚度偏大，其余都滿足厚度要求 ,所以塑件壁厚合理 。通常塑件理想的內(nèi)圓角半徑應(yīng)有壁厚的 1/4 以上 [3]。 13 修正后的產(chǎn)品圖 14 第三章 模具結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì) 分型面位置的確定 分型面的選擇原則 [1]： （ 1）便于塑件脫模 ，盡量使塑件開模時(shí)留在動模一側(cè) 。 （ 3）有 利于保證塑件的精度要求。 （ 5） 便于嵌件的安裝 。 圖 31 型腔數(shù)量和排列方式的確定 型腔數(shù)量的確定 模具型腔數(shù)量的確定要綜合考慮塑件的技術(shù)質(zhì)量要求、產(chǎn)品的生產(chǎn)數(shù)量、塑料的種類、塑件的形狀、塑件的加工成本、注塑機(jī)的額定最設(shè)量和鎖模力等因素。單型腔模具宜用于大型或精度要求較高的塑件的注塑成型，多型腔模具特別使用于精度要求不是很高、結(jié)構(gòu)較易沖型的中小型塑件的大批生產(chǎn)。 綜合塑件的尺寸，考慮到模具制造費(fèi)用、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低一些，這里初步擬定采用一模四腔的模具 成型。 圖 32 型腔排列方式 脫模機(jī)構(gòu)方案的 確定 塑件結(jié)構(gòu)分析： 該塑件的側(cè)壁帶有對稱布置的側(cè)孔，需通過可側(cè)向移動的側(cè)型芯來15 成型側(cè)孔，以便在脫模之前先抽掉側(cè)向成型零件 。 （ 2）由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大的部位 以 保證塑件不因推出而變形損壞 。 常用的 推出方式有推桿推出、推板推出、氣壓推出 ，其中 推桿脫模機(jī)構(gòu) 最為常用 ，采用推桿脫模機(jī)構(gòu)可以簡化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來方便。 圖 33（滑塊外側(cè)抽芯）脫模機(jī)構(gòu) 1 方案 1： 如 圖 33 合模時(shí)彈簧處于鎖緊狀態(tài)，開模后動模往后退時(shí)，滑塊在壓縮彈簧的作用下向外側(cè)滑動完成側(cè) 抽芯，然后在頂桿的作用下將塑件頂出；合模時(shí)，通過定模側(cè)契緊塊與滑塊的斜面作用使滑塊向內(nèi)側(cè)滑動直至合模完畢，整個(gè)過程都能自動開合模，工人勞動強(qiáng)度小，且側(cè)型芯伸入到凸模一段長度，避免了橫線飛邊，減少了成型后的加工余量。這種脫模機(jī)構(gòu)不能實(shí)現(xiàn)自動化操作，加大了工人的勞動強(qiáng)度。整個(gè)過程能夠自動開合模，運(yùn)動平穩(wěn)，模具尺寸相對較小；但和其它脫模機(jī)構(gòu)相比多了兩塊板，所以模具高度增加，成型后塑件有不易修整的飛邊，加工余量相對加大。 機(jī)構(gòu) 1的模具尺寸比機(jī)構(gòu)稍大，但模具高度明顯減小 ； 避免了 橫向飛邊，成 型后塑件的加工余量小 。 所以 方案 1是本次設(shè)計(jì)的最優(yōu)方案 。 （ a） 圖形式 ：成型時(shí) 孔的 A 端會產(chǎn)生不易修整的飛邊，孔深時(shí)型芯易彎曲 ； (b)圖形式 ： 避免 了 橫向飛邊 的產(chǎn)生，減小成型后塑件的加工余量 ； 提 高了型芯的強(qiáng)度和剛度 。 圖 36 滑塊設(shè)計(jì) (1)抽芯距設(shè)計(jì)： 因側(cè)型芯長度為 7mm,理論上而言抽芯距只需要 7mm 即可 ， 為了安全起見，側(cè)向抽芯距離通常比塑件上的側(cè)孔深度大 2~3mm,所以 這里將抽芯距設(shè)計(jì)成 9mm。一般分為三個(gè)階段的工作。 對于吸濕性強(qiáng)的塑料 ， 應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥 ， 若有嵌件 ， 還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù) ， 對模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱 ， 以避免收縮應(yīng)力和裂紋 ， 有的塑料制品還需要選用脫模劑 ， 以利于脫模 。圖中 t0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（ t=t1）時(shí)，熔體壓力迅速上升 ， 達(dá)到最大值 P0。 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 。從螺桿開始后退到結(jié)束 （ 時(shí)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20 內(nèi)的壓力迅速下降 。 其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素 。故 有的塑件需要進(jìn)行后處理 ， 常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種 。 調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為 121℃ ，加熱溫度為 100～ 121℃ ） ，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān) ， 通常取 2～9小時(shí) 。 ② 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min）： 30。 ④ 料筒溫度（ t/℃ ） ； 后段 150～ 170； 中段 165～ 180； 前段 180～ 200。 ⑥ 模具溫度（ t/℃ ） ： 50～ 80。 ⑧ 保壓壓力（ MPa）： 40～ 50。 注：螺桿帶止回環(huán)。 表 41 ABS 的主要技術(shù)指標(biāo) [4] 密度 ρ/(g/ cm179。 比體積 υ/（ dm179。 416 拉桿內(nèi)間距 /mm 410? 410 螺桿直徑 /mm 48 移模行程 /mm 360 注射壓力 / MPa 141 最大模具