2519 電動助力車電池盒蓋注塑模設計及數(shù)控加工程序設計

2519 電動助力車電池盒蓋注塑模設計及數(shù)控加工程序設計,電動,助力車,電池,盒蓋,注塑,設計,數(shù)控,加工,程序設計 畢業(yè)設計開題報告設計題目 電動助力車電池盒蓋注塑模設計及數(shù)控加工程序設計學生姓名 徐福強 學號 0732108000 專業(yè) 數(shù)控技術一、課題的目的意義：塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大意義塑料制品的應用日漸廣泛,為塑料模具提供了一個廣闊的市場,同時對模具也提出了更高的要求。隨著電動車的迅速發(fā)展，對電動車電池盒的設計要求會進一步的提高，因此需要設計的電動車電池盒造型美觀、實用等更好的性質來滿足日益增長的需求。二、近年來國內外研究現(xiàn)狀：1、國內方面：80 年代以來，在國家產業(yè)政策和與之配套的一系列國家經濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為 13%，在未來的模具市場中，塑料制件在模具總量中的比例還將逐步提高。 經過半個世紀的發(fā)展，模具水平有了較大提高。由于他的抗腐蝕、廉價等優(yōu)秀品質，被應用于我國現(xiàn)代化建設的各個領域。精密塑料模具方面，已能生產醫(yī)療塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。成型工藝方面，多材質塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結構和抽芯脫模機構的創(chuàng)新方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、采用內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達不到 10%，與國外的 50%～80%相比，差距較大。 在制造技術方面，CAD/CAM/CAE 技術的應用水平上了一個新臺階，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的 CAD/CAM 系統(tǒng)，這些系統(tǒng)和軟件的引進，實現(xiàn)了 CAD/CAM 的集成，并能支持 CAE 技術對成型過程，取得了一定的技術經濟效益，促進和推動了我國模具 CAD/CAM 技術的發(fā)展。2、國外方面：我國模具生產廠中多數(shù)是自產自配的工模具車間（分廠），自產自配比例高達 60%左右，而國外模具超過 70%屬商品模具。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”。國內大型、精密、復雜、長壽命的模具占總量比例不足 30%，而國外在 50%以上。注塑成型是最大量生產塑料制品的一種成型方法，二十多年來，國外的注塑模 CAD技術發(fā)展相當迅速。70 年代已開始應用計算機對熔融塑料在圓形、管形和長方形型腔內的流動情況進行分析。80 年代初，人們成功采用有限元法分析三維型腔的流動過程，使設計人員可以依據(jù)理論分析并結合自身的經驗，在模具制造前對設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質量。近十多年來，注塑模 CAD 技術在不斷進行理論和試驗研究的同時，十分注意向實用化階段發(fā)展，一些商品軟件逐步推出，并在推廣和實際應用中不斷改進。三、設計方案的可行性分析和預期目標：可行性分析：堅持很好地全部閱讀指導教師指定的參考資料、文獻，并閱讀了較多的自選資料和較多的外文資料，積極開展調研論證,此外，還充分利用時間，提前學習專業(yè)軟件，能夠熟練運用 CAD 軟件進行設計、分析、加工等操作，使產品提前得到的方案可行性設計。預期目標：使用 UG 軟件將設計完成的塑料制品調入到模具設計模組當中，進行裝配和型腔排布，再進行注塑模具、型腔、型芯滑塊等成型零件的設計，最后完成二維工程三視圖。四、所需要的儀器設備、材料：UG 、AUTOCAD,、手工繪圖工具、測量工具。五、課題分階段進度計劃：序號 起止日期 工 作 內 容 階段成果1 2011.3.23--20114.5 調研階段，獲取感性認識。 完成模具方面知識的大體情況、完成英語翻譯2 2011.4.6--2011.4.19 確定設計總體方案 。 繪制裝配草圖3 2011.4.20--2011.4.26 理論計算和分析階段。 完成零件的尺寸要求。4 2011. 4.27--2011.5.24 繪制圖紙和程序設計階段。 完成圖紙的繪制5 2011.5.25—2011.6.7 按學校要求撰寫畢業(yè)設計說明書。 畢業(yè)論文撰寫6 2011.6.8—2011.6.14 答辯 仔細檢查，減少不必要的錯誤。72011.6.15—20111.6.19根據(jù)答辯結果修改相關資料，并整理上交歸檔。改正錯誤。指導教師意見：簽字：2011 年 月 日前 言1目 錄摘 要 .......................................................................................................... IABSTRACT（英文摘要） ............................................................................ Ⅱ目 錄 .......................................................................................................... Ⅲ第一章 引 言 ............................................................................................. 11.1 模具工業(yè)在國民經濟中的地位 .................................................................... 11.2 各種模具的分類和占有量 ........................................................................... 11.3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 ................................................................................... 21.4 世界五大塑料生產國的產能狀況 ............................................................... 31.5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 ............................................................... 4第二章 塑料的工藝分析 ............................................................................... 72.1 塑件成形工藝分析 ......................................................................................... 72.2 電池盒蓋原料（ABS）的成型特性與工藝參數(shù) ......................................... 8第三章 注塑設備的選擇 ............................................................................... 93.1 估算塑件體積 ................................................................................................. 93.2 選擇注射機 ..................................................................................................... 93.3 模架的選定 ..................................................................................................... 103.4 最大注射壓力的校核 ..................................................................................... 10第四章 塑料件的工藝尺寸的計算 ................................................................ 124.1 型腔的徑向尺寸 ............................................................................................. 124.2 型芯的計算 ..................................................................................................... 134.3 模具型腔壁厚的計算 ..................................................................................... 13第五章 澆注系統(tǒng)的設計 ............................................................................... 145.1 主流道的設計 ................................................................................................. 145.2 冷料井的設計 ................................................................................................. 155.3 分流道的設計 ................................................................................................. 155.4 澆口的選擇 ...........................................................................................19第六章 分型面的選擇與排氣系統(tǒng)的設計 ..................................................... 216.1 分型面的選擇塑件成形工藝分析 ................................................................. 216.2 排氣槽的設計 ................................................................................................. 21前 言2第七章 合模導向機構的設計 ....................................................................... 22第八章 脫模機構的設計 ............................................................................... 23第九章 溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計 ....................................................................... 2391 模具冷卻系統(tǒng)的設計 ...................................................................................... 249.2 模具加熱系統(tǒng)的設計 ..................................................................................... 25第十章 模具的裝配 ...................................................................................... 2510.1 模具的裝配順序 ........................................................................................... 2610.2 開模過程分析 ............................................................................................... 27第十一章 典型零件的數(shù)控加工程序 ............................................................. 28結論 ............................................................................................................. 33參考資料 ...................................................................................................... 34致 謝 ........................................................................................................... 34前 言3摘 要塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大意義。本設計介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結構與工作原理，對注塑產品提出了基本的設計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程，并對模具強度要求做了說明；最后介紹了當今世界上最為普及的三維 CAD/CAM 系統(tǒng)標準軟件 PRO/ENGNEER 的 PROGRAM 模塊，對導柱和導套進行了參數(shù)化設計。通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理；通過對 PROGRAM 的學習，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。關鍵詞：塑料模具；參數(shù)化；鑲件；分型面前 言4SummaryThe plastics products to have already with daily life wait the aspect to acquire the extensive application at the industry, agriculture, national defense. Especially in the electronic industry then and particularly for outstanding. Electronics product that the outer shell spare parts that exaltation is mostly plastics function that request the high quantity. Type craft with product the design.The plastics products of the type method is a lot of. Among them most of inject, die-casting to compatibly press type etc. But inject the mold, extrude, extrude roughly share type total amount of 60% above inject the type is divided in to add the material, meltdown plastics, and inject to make piece to cool off with make the piece to take off the mold to wait five steps. Certainly if make use off the electricity control. Can realize half auto or automatic homework.. Because inject the mold the type`s extensive suitable for use, exactly the basic point of departure of my this design.前 言5第一章 前 言1.1 模具工業(yè)在國民經濟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。用模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在 1989 年 3 月中國政府頒布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中 60％~90％的產品的零件，組件和部件的生產加工。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，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005 年將達到170 種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有 80％的模具需要更換。中國摩托車產量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計，中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型，1000 多個型號。單輛摩托車約有零件 2000 種，共計 5000 多個，其中一半以上需要模具生產。一個型號的摩托車生產需 1000 副模具，總價值為 1000 多萬元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場。目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設備，提高模具加工質量，縮短生產周期，溝通外貿渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義。1.2 各種模具的分類和占有量模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因為他前 言6們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。（1）沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具總數(shù)的 50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃瑳_孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復合模，連續(xù)模。（2）鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛?？煞譃轭A鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。（3）塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的35％，而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。（4）壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的 6％。（5）粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論） ，塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。Ⅱ自 20 世紀 80 年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。20 世紀 90 年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產值在 1990 年僅 60 億元人民幣，1994 年增長到 130 億元人民幣，1999 年已達到 245 億元人民幣，2000 年增至 260~270 億元人民幣。今后預計每年仍會以 10℅~15℅的速度快速增長。1.3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀目前，我國 17000 多個模具生產廠點，從業(yè)人數(shù)五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數(shù)千家，成為我國國內知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康前 言7佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。在模具工業(yè)的總產值中，企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占 50℅（中國臺灣：40℅） ，塑料模具約占33℅（中國臺灣：48℅） ，壓鑄模具約占 6℅（中國臺灣：5℅） ，其他各類模具約占 11（中國臺灣：7℅） 。中國臺灣模具產業(yè)的成長，分為萌芽期（1961——1981） ，成長期（1981——1991） ，成熟期（1991——2001）三個階段。萌芽期，工業(yè)產品生產設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業(yè)等產品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。1981 年——1991 年是臺灣模具產業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自 1982 年起，臺灣地區(qū)就將模具產業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍” ，大力推動模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關工業(yè)產品的外銷策略，全力發(fā)展整體經濟。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流。從 1985 年起，模具產業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等 CAD/CAM 技術，所以臺灣模具業(yè)接觸 CAD/CAM/CAE/CAT 技術的時間相當早。成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下，1994 年，1998 年，由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃”與“工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃” ，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產業(yè)升級，朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具。1997 年 11 月間臺灣憑借模具產業(yè)的實力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協(xié)會會員，。整體而言，臺灣模具產業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。1.4 世界五大塑料生產國的產能狀況美國塑料(原料)的產量多年來一直雄居各國之首。早在 80 年代前期，美國塑料產量就已達 2000 萬噸之多，1986 年增至 23l0 萬噸，占全球總產量 8100噸的 28.5％，此后美國塑料產量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢，1988 年、1990 年、1992 年、1994 年、1996 年和 1998 年分別增加到 2710 萬噸、2810 萬噸、3010萬噸、3410 萬噸、4000 萬噸和 4360 萬噸，占世界總產量的比例從 1996 年起提前 言8高到 30％以上。2001 年美國塑料產量為 4170 萬噸，其中以聚乙烯為最多，達1500 多萬噸。其次分別是氯乙烯 650 萬噸、聚丙烯 720 萬噸、聚苯乙烯對酞酸脂 320 萬噸、聚苯乙烯 280 萬噸。國內塑料消費量(產量+進口量一出口量)，美國也是全球最多的。美國的全部塑料消費量 2001 年為 4280 萬噸。美國人均塑料消費量也是很高的，2000 年為 159 公斤，2001 年略減為 155 公斤 ，居全球第 3 位。美國現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位 1 萬多家，其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53％，50~l00 人的占 21％，100~500 人的占 23％，超過 500 人的占近 4％，職工總數(shù)近 90 萬人。在美國塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達 110 萬，2001 年的出貨金額為 2150 億美元，人均出貨金額為 195 美元。德國是世界最大的塑料(原料)生產國之一，上世紀 90 年代初的 1991 年、1992 年和 1993 年，德國塑料產量都為 990 多萬噸，1994 年增達超過 1000 萬噸的 1110 萬噸．1998 年達近 1300 萬噸，1999 年為近 1400 萬噸，2000 年增至1550 萬噸，超過日本為世界第 2 大塑料生產國，2001 年上升為 1580 萬噸，2002 年已過 1600 萬噸。2001 年德國生產的種種塑料原料中，聚乙烯為 285 萬噸(低密度聚乙烯 160 萬噸，高密度聚乙烯 125 萬噸)，氯乙烯 175 萬噸，聚丙烯 160 萬噸。德國 2001 年的國內塑料消費量為 1280 萬噸，其中聚乙烯 265 萬噸，聚丙烯 155 萬噸．氯乙烯 152 萬噸。德國人均塑料消費量 2001 年為 160 公斤，在世界上僅少于比利時的 172 公斤，高于美國的 155 公斤，排在世界第 2位。德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近 30 萬人，2001 年的出貨金額為 360億美元，人均 126 美元。德國塑料制品加工企業(yè)中職工少于 50 人的占44％，50~100 人的占 28％，100~500 人的占 25％，500 人以上的占 4％。中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長，1991 年產量僅為 250 萬噸，1995 年增為350 萬噸，1998 年超過 700 萬噸，到 2002 年已增達約 1400 萬噸，超過日本而成為世界第 3 大塑料原料生產國。中國今年塑料制品市場將持續(xù)走強，在包裝、工程、建材、農用和日用塑料制品等各個領域都將有較大幅度的增長，需求量將超過 2500 萬噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過 850 萬噸，工程塑料制品需求量將達 400 萬噸左右，建材塑料制品需求量將達 300 萬噸以上，農用塑料制品需求量將在 500 萬噸左右，日用塑料制品需求量約為 80 萬噸左右。日本在很長的時期內都是僅次于美國的世界第 2 大塑料生產國。一直到1997 年，日本塑料產量曾經連續(xù)多年增長，年產量在 70 年代中期就已達 500多萬噸，1987 年突破 1000 萬噸，1991 年達約 1300 萬噸，1992 年和 1993 年因受日本經濟下滑的影響，產量略有減少，分別降至 1258 和 1225 萬噸。從 1994年起產量再度增長，1994 年、1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬噸、1400萬噸和 1470 萬噸，1997 年的產量又比上年增長 3.7％，達到 1521 萬噸，首次超過 1500 萬噸。但這種增勢在 1998 年受到遏制，產量大幅度減少。1998 年，前 言9日本塑料產量為 1390 萬噸，比上年減少了 8.7％。1999 年和 2000 年日本塑料產量分別回升到 1432 萬噸和 1445 萬噸，但仍遠未恢復到 1997 年的水平。2001年和 2002 年日本塑料產量再度下降至 1400 萬噸以下的 1364 萬噸和 1361 萬噸。2002 年日本塑料(原料)產量減為 1361 萬噸。而中國則增為 1366 萬噸，日本又退居第 4 位。韓國塑料產量增長十分迅速，1986 年超過 200 萬噸，1990 年增達 300 萬噸，1992 年突破 500 萬噸，1994 年、1996 年和 1997 年分別上升到 600 多萬噸、700 多萬噸和 800 多萬噸，1998 年產量增至 850 萬噸，1999 年突破 900 萬噸，2001 年達 1200 萬噸，躋身于世界 5 大塑料生產國之列。韓國塑料原料產品中以聚乙烯居首，2001 年產量為 340 萬噸(低密度聚乙烯 160 萬噸，高密度聚乙烯 180 萬噸)，聚丙烯以 238 萬噸排在第 2 位，其次分別是聚酯 161 萬噸、氯乙烯 124 萬噸、ABS·AS 樹脂 86 萬噸、聚苯乙烯 77 萬噸。韓國國內塑料消費量2001 年 420 萬噸，只相當于產量的 1/3 略高。人均塑料消費量 2001 年為 106公斤，韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2001 年為 3.1 萬人，出貨金額為 85 億美元，人均 276 美元。塑料產量位居世界前 10 名的國家和地區(qū)還有法國 660 萬噸、比利時 600 萬噸、中國臺灣 598 萬噸、加拿大 432 萬噸和意大利 385 萬噸(均為 2001 年產量)。1.5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢20 世紀 80 年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以 15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經了半個多世紀，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 48"（約 122CM）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，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。前 言10盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口 10 多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。（2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。（3）推廣 CAD/CAM/CAE 技術；模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。（4）重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。第二章 塑料的工藝分析一、塑件材料的選擇及其結構分析1、塑件（手機外殼）模型圖：2、塑件材料的選擇：選用 ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物） 。3、色調：黑色。4、生產批量：大批量。5、塑件的結構與工藝性分析：（1）結構分析塑件為手機外殼的上半部分，應有一定的結構強度，由于中間有手機的按鍵及手機顯示屏，后面有與后蓋聯(lián)接的塑料倒扣，所以應保證它有一定的裝配精度；由于該塑件為手機外殼，因此對表面粗糙度要求不高。（2）工藝性分析精度等級：采用 5 級低精度脫模斜度：塑件外表面 40?－1°20? 塑件內表面 30?－1° （脫模斜度不包括在前 言11塑件的公差范圍內，塑件外形以型腔大端為準，塑件內形以型芯小端為準。 ）二、ABS 的注射成型工藝1、注射成型工藝過程（1）預烘干--→ 裝入料斗--→ 預塑化--→注射裝置準備注射--→ 注射--→保壓--→冷卻--→脫模 --→ 塑件送下工序（2）清理模具、涂脫模劑--→合模--→ 注射2、ABS 的注射成型工藝參數(shù)（1）注射機：螺桿式（2）螺桿轉速（r/min）：30——60（選 30）（3）預熱和干燥：溫度（°C） 80——85時間 (h) 2——3（4）密度（g/ cm?）:1.02 ——1.05（5）材料收縮率（℅）：0.3——0.8（6）料筒溫度（°C）：后段 150——157中段 165——180前段 180——200（7）噴嘴溫度（°C）：170 ——180（8）模具溫度（°C）：50 ——80（9）注射壓力（MPa）：70——100（10）成形時間（S ）：注射時間 20——90高壓時間 0——5冷卻時間 20——120總周期 50——220（11）適應注射機類型：螺桿、柱塞均可（12）后處理：方法 紅外線燈、烘箱溫度（°C） 70時間（h） 2——4三、ABS 性能分析1、使用性能：前 言12①綜合性能良好，沖擊韌度、力學強度較高，且要低溫下也不迅速下降。②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化學性和電氣性能良好。③水、無機鹽、堿、酸對 ABS 幾乎無影響。④尺寸穩(wěn)定，易于成型和機械加工，與 372 有機玻璃的熔接性良好，經過調色可配成任何顏色，且可作雙色成型塑件，且表面可鍍鉻。2、成型性能：①無定型塑料，其品種很多，各品種的機電性能及成型特性也各有差異，應按品種確定成型方法及成型條件。②吸濕性強，含水量應小于 0.3％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應要求長時間預熱干燥。③流動性中等，溢邊料 0.04mm 左右（流動性比聚苯乙烯、AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好） 。④比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫（對耐熱、高抗沖擊和中抗沖擊型樹脂，料溫更宜取高） 。料溫對物性影響較大、料溫過高易分解（分解溫度為250 °C 左右比聚苯乙烯易分解） ，對要求精度較高的塑件，模溫宜取 50——60 °C，要求光澤及耐熱型料宜取 60——80 °C。注射壓力應比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑機時料溫為 180——230 °C，注射壓力為 100——140 MPa，螺桿式注塑機則取 160——220 °C，70——100 MPa 為宜。⑤易產生熔接痕，模具設計時應注意盡量減小澆注系統(tǒng)對斜流的阻力，模具設計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式。摧出力過大或機械加工時塑件表面呈“白色 ”痕跡（但在熱水中加熱可消失） 。⑥ABS 在升溫時粘度增高，塑料上的脫模斜度宜稍大，宜取 1 °以上。⑦在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。3、ABS 主要技術指標：表 1-1 熱物理性能密度(g/ cm?) 1.02—1．05 比熱容(J·kg-1K-1) 1255—1674導熱系數(shù)(W·m-1·K-1×10-2)13.8—31.2線膨脹系數(shù)(10-5K-1)5.8—8.6前 言13滯流溫度(°C) 130 表 1-2 力學性能屈服強度（MPa） 50 抗拉強度(MPa) 38斷裂伸長率(﹪) 35 拉伸彈性模量(GPa) 1.8抗彎強度(MPa) 80 彎曲彈性模量(GPa) 1.4抗壓強度(MPa) 53 抗剪強度(MPa) 24無缺口 261沖擊韌度(簡支梁式) 缺 口 11布氏硬度 9.7R121表 1-3 電氣性能表面電阻率（Ω） 1.2×1013 體積電阻率（Ω·m） 6.9×1014擊穿電壓（KV/mm） \ 介電常數(shù)（106Hz ） 3.04介電損耗角正切（106Hz）0.007 耐電弧性(s) 50—85四、ABS 成型塑件的主要缺陷及消除措施：主要缺陷：缺料、氣孔、飛邊、出現(xiàn)熔接痕、塑件耐熱性不高（連續(xù)工作溫度為 70°C 左右熱變形溫度約為 93°C） 、耐氣候性差（在紫外線作用下易變硬變脆）。消除措施：加大主流道、分流道、澆口、加大噴嘴、增大注射壓力、提高模具預熱溫度。第二章 模具結構形式的擬定一、確定型腔數(shù)量及排列方式一般來說，精度要求高的小型塑件和中大型塑件優(yōu)先采用一模一腔的結構；對于精度要求不高的小型塑件（沒有配合精度要求） ，形狀簡單，又是大批量生產時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產效率大為提高。型腔的數(shù)目可根據(jù)模型的大小情況而定。該塑件對精度要求不高，為低精度塑件，再依據(jù)塑件的大小，采用一模兩型的前 言14模具結構。二、模具結構形式的確定1.多型腔單分型面模具：塑件外觀質量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結構。2.多型腔多分型面模具：塑件外觀質量要求高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結構。該塑件外觀質量要求不高，是尺寸精度要求較低的小型塑件，因此可采用多型腔單分型面的設計。從塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出機構的設置以及澆口的位置。分型面為單分型面垂直分型。最常用的澆口形式有：第一是側澆口。這種澆口形式注射工藝工人比較熟悉，在制造上加工比較方便，但不得因素是澆道流程長，熱量損耗大，因此容易產生明顯的拼料痕跡。如果要得到改善，則需加大澆道尺寸，但隨之澆道部份的回料增多。其次塑料的進料口部分需去毛刺，這樣既增加了去毛刺的工時，又損壞了周圍的美觀。第二是點澆口。塑料注射時，在點澆口以高速注入型腔，一部份動能轉變?yōu)闊崮?，因此塑料在會合時的熱量損耗比側澆口少，所以會合處熔合較好，熔接痕不太明顯。其缺點是塑件的正面將留下點燒口的痕跡，影響塑件的美觀，并且為了取出點澆口的澆道剩料，型腔必須移動。由于型腔重量較大，所以不方便移動。第三種是綜合上述兩種澆口形式的優(yōu)缺點，采用剪切澆口。因為塑件側壁距離橫澆道較遠，因直接在側壁進料是很難實現(xiàn)的，因此又增設了工藝輸助澆口，從而使?jié)沧⑾到y(tǒng)進一步完善。這種澆口形式主要有以下優(yōu)點：一是塑件表面無澆口痕跡，并且外表面無明顯的熔接痕，所以外觀質量較好。二是澆口的位置和數(shù)量可視塑件的質量而增加、減少或改變澆口的位置、模具修改也比較方便。三是在塑件頂出的同時，澆口剪斷并脫落，可節(jié)省去毛刺工序，并有得于機床自動化。從塑料流程盡量一致的原則出發(fā)，采用了兩個剪切澆口處都設有頂桿，用以切斷剪切澆口，其工藝輔助澆口可手工去除。第三章 注塑機型號的確定除了模具的結構、類型和一些基本參數(shù)和尺寸外，模具的型腔數(shù)、需用的注射前 言15量、塑件在分型面上的投影面積、成型時需要的合模力、注射壓力、模具的厚度、安裝固定尺寸以及開模行程等都與注射機的有關性能參數(shù)密節(jié)相關，如果兩者不相匹配，則模具無法使用，為此，必須對兩者之間有關數(shù)據(jù)進行較核，并通過較核來設計模具與選擇注射機型號。一、有關塑件的計算1、體積 = 3.9420934 （cm?） 曲面面積 = 8.7216837 （cm2 ）密度 = 1.05 (g/ cm?）質量 = 4.1391980 (g)二、注射機型號的確定根據(jù)塑件的體積初步選定用 XS-Z-60（臥式）型注塑機。SZ-60/40（臥式）型注塑機的主要技術規(guī)格如下表： 表 3-1 注塑機的主要參數(shù)理論注射容積(cm?） 60 螺桿直徑(mm) 30注射壓力(MPa) 180 注射速率(g/s) 70塑化能力(g/s) 35 螺桿轉速(r/min) 0—200鎖模力(kN) 400 拉桿有較距離(mm) 220×300移模行程(mm) 250 模具最大厚度(mm) 250模具最小厚度(mm) 150 鎖模形式 雙曲肘模具定位孔直徑(mm) ￠80 噴嘴球半徑(mm) SR10噴嘴口孔徑(mm) ￠3 模板尺寸(mm) 200×315三、注射機及型腔數(shù)量的校核1、主流道的體積約為：V(cm?) = 3.14×0.632×2.5 = 3.9882、分流道與澆口的體積約為：V(cm?) = 13×1.1304 = 14.69523、該模具總共需填充塑件的體積約為：V(cm?) = 2 × 3.9420934 + 3.988 + 14.6952 = 26.5672前 言16四、注射機及參數(shù)量的校核1、注射量的校核注射機一個注射周期內所需注射量的塑料熔體的總量必須在注射機額定注射量的 80%以內。在一個注射成形周期內，需注射入模具內的塑料熔體的容量或質量，應為制件和澆注系統(tǒng)兩部份容量或質量之和，即V = nVz + Vj或 M = nmz + mj式中 V（m）——一個成形周期內所需射入的塑料容積或質量(cm?或 g） ；n ——型腔數(shù)目Vz（mz）——單個塑件的容量或質量 (cm?或 g） 。Vj（mj）——澆注系統(tǒng)凝料和飛邊所需塑料的容量或質量(cm?或 g） 。故應使nVz + Vj ≤ 0.8Vg或 nmz + mj ≤ 0.8mg式中 Vg（mg）——注射機額定注射量(cm?或 g） 。根據(jù)容積計算nVz + Vj = 26.5672 ≤0.8Vg可見注射機的注射量符合要求2、型腔數(shù)量的確定和校核型腔數(shù)量與注射機的塑化率、最大注射量及鎖模力等參數(shù)有關，此外，還受塑件的精度和生產的經濟性等因數(shù)影響。可根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù) n式中 K——注射機的最大注射量的得用系數(shù)，一般取 0.8；mN——注射機允許的最大注射量；m 2——澆注系統(tǒng)所需塑料的質量或體積（g 或 cm?） ；m 1——單個塑件的質量或體積（g 或 cm?） 。所以需要 n=2 符合要求前 言173、塑件在分型面上的投影面積與鎖模力校核注射成型時，塑件在模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素，其數(shù)值越大，需要的鎖模力也就越大。如果這一數(shù)值超過了注射機允許使用的最大成型面積，則成型過程中將會出現(xiàn)溢漏現(xiàn)象。因此，設計注射模時必須滿足下面關系：nA1 + A2 ﹤ A式中 A——注射機允許使用的最大成型面積(mm2）其他符號意義同前。注射成型時，模具所需的鎖模力與塑件在水平分型面上的投影面積有關，為了可靠地鎖模，不使成型過程中出現(xiàn)溢漏現(xiàn)象，應使塑料熔體對型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機額定鎖模力，即：(nA1 + A2)p ﹤ F 式中符號意義同前。所以需要 2×40×95+9×80=83200﹤A 查得 ABS 的平均成型壓力為30（cm2/MPa）（2×4×9.5+0.9×8）×30=83.2×30=2.5﹤F 符合要求4、最大注射壓力校核注射機的額定注射壓力即為它的最高壓力 pmax,應該大于注射機成型時所調用的注射壓力，即：pmax﹥Kp0 很明顯，上式成立，符合要求。5、模具與注射機安裝部份的校核噴嘴尺寸 注射機頭為球面，其球面半徑與相應接觸的模具主流道始端凹下的球面半徑相適應。模具厚度 模具厚度 H（又稱閉合高度）必須滿足：Hmin﹤H﹤Hmax式中 Hmin——注射機允許的最小厚度，即動、定模板之間的最小開距；Hmax——注射機允許的最大模厚。前 言18注射機允許厚度 150﹤H﹤250 符合要求。6、開模行程校核開模行程 s（合模行程）指模具開合過程中動模固定板的移動距離。注射機的最大開模行程與模具厚度無關，對于單分型面注射模：Smax ≥ s = H1 + H2 + 5—10mm式中 H1——摧出距離（脫模距離） （mm） ；H2——包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度（mm ） 。開模距離取 H1 = 20包括澆注系統(tǒng)凝料在內的塑件高度取 H2 = 40余量取 8 則有：Smax ≥ s = 20+20+28 =68 符合要求。第四章 分型面位置的確定分型面是決定模具結構形式的重要因素，它與模具的整體結構和模具的制造藝有密切關系，并且直接影響著塑料熔體的流動特性及塑料的脫模。一、 分型面的形式該塑件的模具只有一個分型面，垂直分型。二、 分型面的設計原則由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設計、塑件的結構工藝性及精度、形狀以及摧出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析。選擇分型面時一般應遵循以下幾項基本原則：① 分型面應選在塑件外形最大輪廓處② 確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模③ 保證塑件的精度④ 滿足塑件的外觀質量要求⑤ 便于模具制造加工⑥ 注意對在型面積的影響⑦ 對排氣效果前 言19⑧ 對側抽芯的影響在實際設計中，不可能全部滿足上述原則，一般應抓住主要矛盾，在此前提下確定合理的分型面。三、 分型面的確定第五章 澆注系統(tǒng)的形式和澆口的設計澆注系統(tǒng)是指凝料熔體從注射機噴嘴射出后到達型腔之前在模具內流經的通道。澆注系統(tǒng)分為普通流道的澆注系統(tǒng)和熱流道的澆注系統(tǒng)兩大類。澆注系統(tǒng)的設計是注射模具設計的一個很重要的環(huán)節(jié)，它對獲得優(yōu)良性能和理想外觀的塑料制件以及最佳的成型效率有直接的影響。該模具采用普通流道澆注系統(tǒng)，普通澆注系統(tǒng)一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。一、澆注系統(tǒng)的尺寸是否合理不僅對塑件性能、結構、尺寸、內外在質量等影響效大，而且還在與塑件所用塑料的利用率、成型效率等相關。對澆注系統(tǒng)進行整體設計時，一般應遵循如下基本原則：① 了解塑料的成型性能和塑料熔體的流動性。② 采用尺量短的流程，以減少熱量與壓力損失。③ 澆注系統(tǒng)的設計應有利于良好的排氣。④ 防止型芯變形和嵌件位移。⑤ 便于修整澆口以保證塑件外觀質量。⑥ 澆注系統(tǒng)應結合型腔布局同時考慮。⑦ 流動距離比和流動面積比的校核。二、主流道的設計主流道的形狀和尺寸最先影響著塑料熔體的流動速度及填充時間，必須使熔體的溫度降低和壓力降最小，且不損害其把塑料熔體輸送到最“遠” 位置的能力。在臥式注射機上使用的模具中，主流道垂直于分型面，為使凝料能從其中順利拔出，需設計成圓錐形，錐角為 2°——6°。前 言201、主流道的尺寸（1） 主流道小端直徑 主流道小端直徑 d = 注射機噴嘴直徑 + 2 ～ 3= 3 + 2 ～ 3 取 d = 5（mm） 。（2） 主流道的球半徑主流道的球半徑 SR = 10 + 1 ～ 2 取 SR = 12（mm） 。（3） 球面配合高度球面配合高度為 3 ～ 5 取 3（mm） 。（4） 主流道長度主流道長度 L，應盡量小于 60mm， ，上標準模架及該模具結構，取L = 32（mm）（5） 主流道錐度主流道錐角一般應在 2°——6°，取 α = 4°，所以流道錐度為 α/2=2°。（6） 主流道大端直徑主流道大端直徑 D = d+2Ltg（α/２） （α=4°）≈ 6.3（mm）（7） 主流道大端倒圓角倒角 D/8 ≈ 0.6（mm）根據(jù)以上數(shù)據(jù)和注射機的有關參數(shù)，設計出主流道如下圖：圖 5-1 主流道形式2、主流道襯套的形式主流道部分在成型過程中，其小端入口處與注射機噴嘴及一定溫度、壓力的塑料熔要冷熱交換地反復接觸，屬易損件，對材料要求較高，因而模具的主流道部分常設計成可拆卸更換的襯套式（俗稱澆口套） ，以便有效地選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理。一般采用碳素工具鋼如 T8A、T10A 等，熱處理要求淬火 53 ～ 57 HRC。主流道襯套應設置在模具對稱中心位置上，并盡可能保證與相聯(lián)接的注射機噴嘴同一軸心線。圖 5-2 主流道的位置主流道襯套的形式有兩種：一是主流道襯套與定位圈設計成整體式，一般用于前 言21小型模具；二是主流道襯套與定位圈設計成兩個零件，然后配合在固定在模板上。該模具尺寸較小，主流道襯套可以選用整體式。 三、冷料井的設計在完成一次注射循環(huán)的間隔，考慮到注射機噴嘴和主流道入口這一段熔體因輻射散熱而低于所要求的塑料熔體的溫度，從噴嘴端部到注射機料筒以內約10～25mm 的深度有個溫度逐漸升高的區(qū)域，這時才達到正常的塑料熔體溫度。位于這一區(qū)域內的塑料的流動性能及成型性能不佳，如果這里相對較低的冷料進入型腔，便會產生次品。為克服這一現(xiàn)象的影響，用一個井穴將主流道延長以接收冷料，防止冷料進入澆注系統(tǒng)的流道和型腔，把這一用來容納注射間隔所產生的冷料的井穴稱為冷料井（冷料穴） 。1、 主流道冷料井的設計主流道冷料井設計成帶有摧桿的冷料井，底部由一根摧桿組成，摧桿裝于摧桿固定板上，與摧桿脫模機構連用。冷料井的孔設計成倒錐形，便于將主流道凝料拉出。當其被摧出時，塑件和流料凝道能自動墜落，易于實現(xiàn)自動化操作。2、分流道冷料井的設計當分流道較長時，可將分流道的端部沿料流前進方向延長作為分流道冷料井，以儲存前鋒冷料，其長度為分流道直徑的 1.5～2 倍。四、分流道的設計該模具為一模兩腔的結構，應設置分流道。分流道的設計應能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經分流道充滿型腔，并且流動過程中壓力損失及熱量損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個型腔。1、 分流道的截面面形狀常用分流道的截面面形狀有圓形、梯形、U 字形和六角形等。要減少流道內的壓力損失，則希望流道的截面積大，流道的表面積小，以減少傳熱損失，因此可用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率。圓形截面效率最高（即比表面最?。?，由于正方形流道凝料脫模困難，實際使用側面具有斜度為 5°～ 10°的梯形流道。淺矩形及半圓形截面流道，由于其效率低（比表面大） ，通常前 言22不采用，當分型面為平面時，可采用梯形或 U 字型截面的分流道。從上述分析，為了減少流道的熱量損失考慮到流道的效率，該模具分流道截面采用圓型截面。2、 分流道的截面尺寸分流道的截面尺寸應根據(jù)塑件的成形體積、塑件壁厚、塑件形狀、所用塑料的工藝性能、注射速率以及分流道的長度等因素來確定。（1）對于壁厚小于 3mm,質量在 200g 以下的塑件，可用下述公式確定分流道的直徑：D = 0.2654W L 其中 D——流道直徑（mm） ；W——塑件的質量（g） ；L——分流道的