绪论模具作为重要的生产工艺装备,在现代工业的规模生产中日益发挥着重在作用;通过模具进行产品生产具有优质、高效、节能、节材、成本低等显著特点,在汽车、机械、电子、轻工、家电、通信、军事和航空航天等领域获得了广泛应用,对塑料模具的需求越来越大,对产品质量要求越来越高,用不可代替;塑料模具是当今工业生产中利用特定的形状,通过一定的方式来成型塑料制品的工艺装配或工具,它属于型腔模的范畴;通常情况下,塑件质量的优劣及生产效率的高低,其模具的因素约占80%,然而模具的质量好坏又直接与模具的设计与制造有很大的关系随着国民经济的领域的各个部门对塑件的品种和产量需求愈来愈大,产品更新换代周期也和质量提出了更高的要求,这就促使塑料模具设计和制造技术不断向前发展,从而也推动了塑料工业以及机械加工工业的告诉发展,可以说,模具技术,特别是设计与制造大型,精密,长寿命的模具技术便成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志;模具在世界上占有的比列大,我作为一个学模具专业的学生,应在学完所学的知识之后来很好的进行模具设计;我们进行设计之前,不许具备机械制图,公差与技术测量,机械原理及零件,模具材料及热处理,模具制造技术,塑料制品成型工艺及模具设计等方面必要的基础知识和专业知识,并且通过教学和生产实习,初步了解塑料制品的生产过程,熟悉多种塑料模具的典型结构;近几年来,我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步,但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距;例如,精密加工设备还很少,许多先进的技术如CAD/CAE/CAM技术的普及率还不高,特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要;纵观发达国家对模具工业的认识与重视,我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因;模具技术水平的高低,决定着产品的质量、效益和新产品开发能力,它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志;目前,我国模具工业的当务之急是加快技术进步,调整产品结构,增加高档模具的比重,质中求效益,提高模具的国产化程度,减少对进口模具的依赖;现代模具技术的发展,在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备,更重要的是生产技术的管理等;21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化;追求的目标是提高产品的质量及生产效率,缩短设计及制造周期,降低生产成本,最大限度地提高模具行业的应变能力,满足用户需要;在科技发展中,人是第一因素,因此我们要特别注重人才的培养,实现产、学、研相结合,培养更多的模具人才,搞好技术创新,提高模具设计制造水平;在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术,逐步走向网络化、智能化环境,实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成;模具类型塑料模具分类的方法很多,按照塑料制作的成型方法不同可分为以下几类：注射模,压缩模,挤出模,压注模;本次设计主要是注射模,又叫注塑模,注射成型是根据金属压铸成型原理发展起来的,首先将粒状或粉末状的塑料原料加入到注射机的料筒中,经过加热熔融成粘流态,然后在柱塞或螺杆的推动下,以一定的流速通过料筒前端的喷嘴和模具的浇注系统,注射入闭合的模具型腔中,经过一定的时间后,模具在模内硬化成型,近几年来,热固性塑料注射成型的应用也在逐渐增加;塑料制件主要是靠成型模具获得的,而它的质量是靠模具的正确结构和模具成型零件的正确形状,精确尺寸及较低的表面粗糙度来保证的;由于塑料成型工艺的飞速发展,模具的结构也日益趋于多功能和复杂化,这对模具的设计工作提出了更高的要求;虽然模具制作的质量与许多因素有关,但合格的塑料制作首先取决于模具的设计与制造的质量,其次取决与合理的成型工艺;塑料成型加工技术发展很快,塑料模具的各种结构也在不断的创新,我们在学习成型的同时,还应注意了解塑料模具的新技术、新工艺和新材料的发展动态,学习和掌握新知识,为振兴我国的塑料成型加工技术做出贡献;塑料成型工艺分析1、制品的分析制品的设计要求本次设计制品的用途是线盒盖,该制品结构形状较简单,形状尺寸小,壁厚均匀,基本对称,精度要求中等;制品的生产批量本制品为大批量生产,为了缩短周期,提高生产率,制品使用一模四腔和全自动化生产,浇口形式可采用侧浇口;该塑件很小,壁不厚,因此只采用一个点进料,都可以满足充满型腔,利用模具的顶出机构,将制品推出模腔,再利用拉料杆和二次脱模机构使制品流道凝料脱落;为了提高生产率,制品在模具中直接成型;制品成型设计该制品使用二次分型机构,采用点浇口形式,虽然其他的浇口形式还有直接浇口、侧浇口、扇形浇口、薄片式浇口、环行浇口、轮辐浇口、爪形浇口、潜伏浇口、护耳浇口等,但他们都不容易在开模时实现自动切断,而点浇口就具有这个优点,而且其留于塑件的疤痕较小,不影响塑件外观;2、注射成型工艺的设计塑料制品分析本制品采用ABS为原料苯乙烯—丁二烯—丙烯氰共聚物;ABS主要技术指标：表1-1 热物理性能表1-2 力学性能表1-3 电气性能1无定性料,流动性中等,比聚苯乙烯、AS差,但比聚氯乙烯好,溢边值为0.04 mm左右;2吸湿性强,必须充分干燥,表面要求光泽的塑料须经长时间的预热干燥;3成型时宜取高料温,但料温过高易分解分解温度≥250℃,对精度较高的塑料,模温宜取50～60℃,对光泽要求较高的耐热塑料模温宜取注射压力高于聚苯乙烯;用柱塞式注射机成型时,料温为60～80℃,180～200℃,注射压力为1000～1400MPa,用螺杆式注射机成型时,料温为160～220℃,注射压力为700～1000×10MPa;4 ABS的其他成型工艺参数注射机类型：螺杆式制品收缩率：～%预热温度：80～85℃时间：2～3 h料筒温度：后段 150～170℃中段 165～180℃前段180～200℃喷嘴温度：170～180℃模具温度：50～80℃注射压力：60～100 MPa成型时间：注射时间20～90 s 保压时间0～5 s冷却时间20～120 s 总周期50～220 s螺杆转速：30 r/min适用注射机类型：螺杆、柱塞均可后处理方法：红外线灯、鼓风烘箱温度70℃时间2～4 h制品成型方法及工艺流程本制品采用注射成型,工艺流程包括模前准备,模塑成型和后处理及二次加工工艺流程步骤如下：1预热ABS吸湿性强,必须充分干燥,表面要求光泽的塑料须经长时间的预热干燥;2注射注射过程包括加料、塑化、注射冷却和脱模几个步骤;加料由于注射成型是一个间歇过程,因而须定量加料,以保证操作稳定,塑料塑化均匀,最终获得良好的塑件;加料过多;受热的时间过长等容易引起物料的热降解,同时注射及功率损耗增多；加料过少,料筒内缺少传压介质,型腔中塑料融化压力降低,难于补料,容易引起塑件出现收缩、凹陷、空洞等缺陷;塑化加入的塑料在料筒中进行加热,由固体颗粒转化成粘流态,并且受到良好的剪切力作用;通过料筒对物料加热,使聚合物分子松弛,出现由固体向液体转变；一定的温度使塑料得到变形、熔融和塑化的必要条件,螺杆的剪切作用能在塑料中产生更多的摩擦热,促进了塑料的塑化,因而螺杆式注射机对塑料的温度尽量均匀一致,还有使热分解物的含量达到最小值,并且能提供上述质量的足够的熔融塑料以保证产生连续并顺利的进行,这些要求与塑料的特性、工艺条件的控制及注射机的塑化装置的结构等密切相关;注射不论何种形式的注射机,注射的过程可分为充模,保压倒流,浇口冻结后的冷却和脱模等几个阶段;塑件的后处理注射成型的塑件经脱模或机械加工之后,常需要进行适当的后处理以消除存在的内应力,改善塑件的性能和提高尺寸稳定性;其主要方法是退火和调湿处理;退火处理是将注射塑件在定温的加热液体介质或热烘箱中静置一段时间,塑料制件的氧化,加快吸湿平衡速度的一种处理方法,其目的是使制作的颜色、性能以及尺寸得到稳定;本次设计采用退火后处理;工艺流程图解：成型工艺条件注射成型的核心问题,就是采用一切措施得到塑化良好的塑料;熔体,并把它注射到型腔中去,在控制条件下冷却定型,使塑件;达到所要求的质量,影响注射成型工艺的重要参数是塑化流动和;冷却的温度、压力以及影响的各个作用时间;1注射成型过程需要控制的温度有料筒温度,喷嘴温度和模具温度等;前两个温度主要影响塑件的塑化和流动,而后一个温度主要是影响塑件的流动和冷却,料筒温度的选择与各种塑料的特性有关;每种塑料都具有不同的粘流态温度,为了保证塑件溶体的正常流动不使物料发生质分解,料筒最合适的温度范围应在粘流态温度和热分解温度之间;柱塞式和螺杆式柱塞注射机由于其塑化过程不同,因而选择料筒也不同,通常后者选择的温度低一点,料筒温度在70～93℃之间,喷嘴温度稍低于料筒温度,在65～90℃之间,模温在要求塑件光泽时控制在60～80℃之间;2压力包括塑化压力和注射压力两种,他们直接影响塑料的塑化和塑料质量;塑化压力是指背压,是指采用螺杆式注射机时,螺杆头部熔体在螺杆转动后退时所受到的压力,塑化压力在保证塑件质量的前提下越低越好,其具体数值时随所用塑料的品种而异的,但通常很少超过20MP,注射压力是指柱塞式螺杆头部对塑件熔体所施加的压力;在注射机上常用表压指示注射压力的大小,一般在40～130MP之间;其作用式克服塑料熔体从料筒流向型腔的流动阻力,给予熔体一定的充型速率以及对熔体进行压实等;3完成一次注射成型过程所需要的时间称成型周期,成型周期直接影响到劳动生产率和注射机使用率,因此在生产中,在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期中各个阶段的有关时间,一般生产中,充模时间为3～5S,保压时间为20～25S,冷冲压时间一般在30～120S;3 注射机的选用注射机的选用包括两方面的内容：一是要确定注射机的型号,使塑料、塑件、注射模、注射工艺等所要求的注射机的规格参数点在所选注射机的规格参数可调范围之内,即要满足所需的参数在额定的范围之内；二是调整注射机的技术参数至所需的参数点;注射机的两种类型的优缺点采用卧式注射机的优点是注射部分和锁模部分在同一水平线上,工作位置低,操作方便,稳定性好,顶出后塑件可以自动脱落,是应用广泛的注射机,适用于大、中、小个各型注射机,但唯一的缺点是占地面积大;采用立式注射机的优点是占地面积小,缺点是操作位置高,对于注射量大的注射机,势必使注射机高度增加,操作台升高,操作不方便,注射机的工作稳定性也减小;因此,立式注射机多限于小型注射机;选用注射机按流量选择注塑机,选择SZ—40/32立式注射机,表为该注射机的技术参数;模具结构的设计1、塑件成型位置及分型面的选择分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面,分型面的位置影响着成型零部件的结构形状,型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关;分型面的选择应注意以下几点：1不影响塑件外观,尤其是对外观有明确要求的制品；2有利于保证塑件的精度要求；3有利于模具加工,特别是型腔的加工；4有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计;5便于制件的脱模,尽量使塑件开模时留在动模一边.6分型面应有利于侧向抽心；7分型面应取塑件尺寸最大处；8拔模斜度小或塑件较高时,为了便于脱模,可将分型面选在塑件的中间部位;2、型腔的排列形式及流道布局的确定型腔数目确定方法常见的有四种：1根据经济性确定型腔树木2根据注射机的额定锁模力确定型腔树木3根据注射机的最大注射量确定型腔数目4根据制品精度确定型腔数目对于高精度制品,由于多型腔模具难以使各型腔的成型条件均匀一致;故通常推荐型腔数目不超过6个,本设计为四型腔注射模;型腔数量的确定该制品精度要求不高,属于小零件,又要大量的生产,为了考虑生产效率和模具制造费用低点,给公司带来更多的效益,因此本设计初步拟定于一模八腔模具的形式生产;根据注射机的最大注射量确定型腔数目,即只要满足下式,就符合要求 210.8G W n W -≤ 式中：n —型腔数目G —注射机的最大注射量,g ；W 1—单个制品的质量,g ；W 2—浇注系统的质量,g ；210.8G W W -0.8600.910.64 1.421.4228.36⨯⨯-⨯⨯== 28.36＞4,因此一模四腔符合要求;型腔的排列在设计时要注意以下几点1尽可能采用平衡式排列确保制品的质量的均一和稳定2型腔布置与浇口开设部位应力求对称,以便防止模具承受偏载而产生溢料现象,尽量使型腔排的紧凑,以便减少模具的外形尺寸;该塑件侧面有一个梯形槽,需要有侧向抽心,为了便于抽心及节省流道凝料,因此采用下列的型腔排列及流道布局;型腔的排列及流道布局3、 浇注系统的设计浇注系统通常由主流道 分流道 浇口料穴等组成;浇注系统是塑料容体由注射机的喷嘴向模具型腔的流动通道;因此它应该保证容体迅速顺利有序地充满型腔各处,获得外观清晰,内在优良的塑料件;对于浇注系统设计的具体要求有：①重点考虑型腔布局;②热量及压力损失要小,为此浇注系统流程应尽可能短,截面尺寸应尽可能大,弯折尽量少,表面粗糙度要低;③均衡进料,即分流道尽可能采用平衡式布置;④塑料耗量要少,满足各型腔充满的前提下,浇注系统容积尽量小,以减少塑料耗.⑤消除冷料,浇注系统应能收集温度较低的“冷料”;⑥排气良好;⑦防止塑件出现缺陷,避免熔体出现充填不足或塑件出现气孔、缩孔、残余应力;⑧保证塑件外观质量;⑨较高的生产效率;⑩塑料熔体流动特性;4、主流道的设计主流道是指连接注射机喷嘴与风流道或型腔的进料通道;负责将塑料溶体从喷嘴引入模具,其形状,大小直接影响塑料的流速及填充时间;主流道是塑料容体进入模具型腔时经过的部分,它将注射机的喷嘴注出的塑料容体导入分流道或型腔;其形状为圆锥形,便于容体顺利地向前流动,开模时主流道凝料又能顺利拉出来;主流道的尺寸直接影响到塑料容体的流动速度和充填时间;由于主流道要与高温塑料和喷嘴反复接触和碰撞,通常不直接开在定模板上,而是将它单独设计成主流道衬套镶入定模板内;主流道的尺寸①半锥角一般在1°～3°内选取,主流道带锥度是为了在模具打开时使主流道凝料容易脱离定模;本设计选取锥度为3°;②主流道径向尺寸的小端与喷嘴连接的一端应大于喷嘴口孔径～㎜;当主流道与喷嘴同轴度有偏差时,可以防止主流道凝料不易从定模一侧拉下来;D=d+～1㎜式中：d—注射机喷嘴口直径D—浇口套进料口直径③凹球面半径R应比喷嘴球径1R大1～2㎜,可以；保证注射过2程中喷嘴与模具紧密接触,防止两球面之间产生间隙而使容体充入这间隙中,妨碍主流道凝料顺利从定模上拉出;④主流道内壁的表面粗糙度R在以下,主流道的长度L一般根据a模板的厚度而定,为了减少压力损失和物料损耗;应尽可能减少主流道的长度,一般控制在60mm以内;主流道出口处的圆角半径较小,一D般取r=18⑤主流道上开设浇口套;将主流道开设在一个专用零件主流道衬套上而不是直接加工在定模板上的方法较好,因为主流道的表面粗糙度和硬度要求一般都比定模板高,可以选用较好的钢材;损坏后也容易更换,一般选用T8或T10制作,淬火硬度为50～55HRC,浇口套的形式如下图a b c e f g浇口套的形式（a）是浇口套和定位圈做成一体,仅适用于小型模具；（b）采用螺钉将定位圈和定模座板连接,防止浇口套受容体的反压力而脱出,是常用结构；（c）用定位圈的凸肩将其压在注射机的固定板下,当浇口套端面尺寸较小时,仅靠注射机喷嘴的推力就能将浇口套压紧,也是常用结构；（d）通过浇口套上挖出凹坑来减少主流道的长度；（e）直接在定模座板上开主流道,适用用于小型模具的小批生产,上述几种情况适用与注射机为球面的情况;（f）用于喷嘴头为平面的结构,优点是接触面积大,密封好容体不外溢,缺点是对注射机的精度要求很高；本设计采用b图的结构5、分流道的设计分流道是指主流道与模具型腔浇口之间的一段流道,在多型腔或单型腔多浇口塑件尺寸大时应设置分流道,分流道是指主流道末端与浇口之间这一段塑料熔体的流动通道;它是浇注系统中熔融状态的塑料由主流道流入型腔前,通过截面积的变化及流向变换以获得平稳流态的过渡段;因此分流道设计应满足良好的压力传递和保持理想的充填状态,并在流动过程中压力损失尽可能小,能将塑料熔体均衡地分配到各个型腔;分流道的布置常用塑料的分流道直径列于下表,由表可见,对于流动性极好的塑料,当分流道很短时,其直径可小到2mm左右；对于流动性差的塑料,分流道直径可以大到13mm；大多塑料所用分流道的直径为6mm～10mm;在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式;平衡式布置是指分流道到各型腔浇口的长度、断面形状、尺寸都相等的布置形式;它要求各对应部分的尺寸相等,这种布置可实现均衡送料和同时充满型腔的目的,使成型的塑件力学性能基本一致;但是这种布置使分流道较长;非平衡式布置是指分流道到各个型腔浇口的长度相等的布置;这种布置使塑料进入各个型腔有先后顺序,因此不利于均衡送料,但对型腔数量多的模具,为不使流道过长,也常采用;为了达到同时充满型腔的目的,各个浇口的断面尺寸要制作得不相同,在试模的时候要多修改才能实现;a b分流道的平衡布置示意图分流道的非平衡布置示意图本设计中为了成型的塑件力学性能基本一致,采用图a结构,分流道的平衡布置;6、浇口的设计浇口亦称进料口,是连接分流道与型腔的通道,除直接浇口外,它是浇注系统中截面最小的部分,但却是浇注系统的关键部分,浇口的位置、形状及尺寸对塑件性能和质量的影响很大;浇口的主要作用：➢型腔充满后,熔体在浇口处首先凝结,防止其倒流；➢易于切除浇口尾料；➢对于多型腔模具,用以控制熔接痕的位置;当塑料熔体通过浇口时,剪切速率增高,同时熔体的内摩擦加剧,使料流的温度升高,黏度降低,提高流动性能,有利于充型,但是浇口尺寸过小会使压力增大,凝料加快,补缩困难,甚至形成喷射现象, 影响塑件质量;浇口类型的选择浇口是典型的矩形截面浇口,有以下优点:①浇口的位置一般都在分型面上,从塑件的外侧进料;②塑件容易形成熔接纹、缩孔,凹陷等缺陷,注射压力损失较大,对壳体件排气不良;③截面形状简单,加工方便;④位置选择灵活,去除浇口方便,痕迹小;⑤广泛用于两板式多型腔模具以及断面尺寸较小的塑件;本设计采用侧浇口的结构形式;浇口位置的选择模具设计时,浇口的位置及尺寸要求比较严格,初步试模后还需进一步修改浇口尺寸,无论采用何种浇口,其开设位置对塑件成型性能及质量影响很大,因此合理选择浇口的开设位置是提高质量的重要环节,同时浇口位置的不同还影响模具结构;总之要使塑件具有良好的性能与外表,一定要认真考虑浇口位置的选择,通常要考虑以下几项原则：①避免制件上产生喷射等缺陷②浇口应开设在塑件截面最厚处；③有利于塑件熔体流动；④有利于型腔排气；⑤考虑塑件使用时的载荷状况；⑥减少或避免塑件的熔接痕；⑦考虑分子取向对塑件性能的影响；⑧考虑浇口位置和数目对塑件成型尺寸的影响；⑨防止将型芯或嵌件挤歪变形;下图为本设计塑所选的浇口位置浇口位置浇注系统的平衡对于中小型塑件的注射模具己广泛使用一模多腔的形式,设计应尽量保证所有的型腔同时得到均一的充填和成型;一般在塑件形状及模具结构允许的情况下,应将从主流道到各个型腔的分流道设计成长度相等、形状及截面尺寸相同型腔布局为平衡式的形式,否则就需要通过调节浇口尺寸使各浇口的流量及成型工艺条件达到一致,这就是浇注系统的平衡;显然,我们设计的模具是平衡式的,即从主流道到各个型腔的分流道的长度相等,形状及截面尺寸都相同;7、冷料穴的设计冷料穴的作用是储存因两次注射间隔而产生的冷料头以及塥体流动的前锋冷料,以防止溶体冷料进入型腔;冷料穴一般设在主流道的末端,冷料穴底部常作成曲折的钩行或下陷的凹槽,使冷料穴兼有分模时将主流道衬套中拉出,并留在动模一侧的作用;在完成一次注射循环的间隔,考虑到注射机喷嘴和主流道入口这一小段熔体因辐射散热而低于所要求的塑料熔体的温度,从喷嘴端部到注射机料筒以内约10－25mm的深度有个温度逐渐升高的区域,这时才达到正常的塑。
