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1 前 言 在討論注塑模設(shè)計之前 先要對國內(nèi)外的塑料模具工業(yè)的狀況 塑料模具工業(yè)的發(fā) 展方向有一個較清晰的了解 這也就使我們對本課題的意義有所了解 首先要對模具有 一個整體的認(rèn)識 模具是機(jī)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(jì)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(xiàng)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(dá)國家被稱為 點(diǎn)鐵成金 的 磁力工業(yè) 美 國工業(yè)界認(rèn)為 模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石 德國則認(rèn)為是所有工業(yè)中的 關(guān)鍵工業(yè) 日本模具協(xié)會也認(rèn)為 模具是促進(jìn)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(jìn)入富裕社會的原動力 日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達(dá)到13000億日元 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超過日本機(jī)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 目前在國民經(jīng)濟(jì)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(jī) 汽車 儀器儀表 機(jī)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(jī) 收錄機(jī) 洗衣機(jī) 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(qiáng)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(kuò)大 預(yù)計今后隨著微型電子計算機(jī)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(jì)所有部門 尤其在國防和尖端科學(xué)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 3 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(diǎn)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(jī)電產(chǎn)品 更能獲得價廉物美的經(jīng)濟(jì)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 2 業(yè)也隨之迅速發(fā)展 在我國 隨著國民經(jīng)濟(jì)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(fù)雜 長壽命模具需求的增長將遠(yuǎn)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(yù)計到2005年汽車年產(chǎn)量將達(dá)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(jī) 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(jī)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2010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(dá)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 在中國 人們已經(jīng)越來越認(rèn)識到模具在制造中的重要基礎(chǔ)地位 認(rèn)識到模具技 術(shù)水平的高低 已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)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(jì) 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(jī)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(jī)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(jī)電有限公司和煙臺北極星I K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(dá)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(dá) 到了標(biāo)準(zhǔn)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(dá)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(dá) 10 30萬次 淬火鋼模達(dá)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 高效多色注射模 鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機(jī) 構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計方面也取得較大進(jìn)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(jī)外殼以及一 些厚壁零件的模具上運(yùn)用氣輔技術(shù) 一些廠家還使用了C MOLD氣輔軟件 取得較好的效 果 如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設(shè)備及技術(shù) 熱流道模具開始推廣 3 有的廠采用率達(dá)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(jìn)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(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD CAM 系統(tǒng) 如美國EDS 的UG II 美國 Parametric Technology公司的SolidWorksngineer 美國 CV公司的CADS5 英國Deltacam公 司的DOCT5 日本HZS公司的CRADE 以色列公司的 Cimatron 美國AC Tech 公司的C Mold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(jìn) 雖花 費(fèi)了大量資金 但在我國模具行業(yè)中 實(shí)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(jìn)行計算機(jī)模擬 取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益 促進(jìn)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(xué)開發(fā)的注塑模 HSC5 0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(jī)上應(yīng)用且 價格較低等特點(diǎn)為進(jìn)一步普及模具CAD CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件 1 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(biāo) 準(zhǔn)模架 標(biāo)準(zhǔn)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)元件 但目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度和商品化程度一般在30 以下 和國外先進(jìn)工 業(yè)國家已達(dá)到70 80 相比 仍有很大差距 3 技術(shù)比較見表 1 表1 國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表 項(xiàng)目 國內(nèi) 國外 注塑模型腔精度 0 005 0 01mm 0 02 0 05mm 型腔表面粗糙度 Ra0 01 0 05 um Ra0 20 um 非淬火鋼模具壽命 10 60萬次 10 30萬次 淬火鋼模具壽命 160 300萬次 50 100萬次 熱流道模具使用率 80 以上 總體不足10 標(biāo)準(zhǔn)化程度 70 80 小于30 中型塑料模生產(chǎn)周期 一個月左右 2 4個月 目前 全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元 我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名 位居第三位 僅次于日本和美國 雖然近幾年來 我國模具工業(yè)的技術(shù)水平己取得了很 大的進(jìn)步 但總體上與工業(yè)發(fā)達(dá)的國家相比仍有較大的差距 2 4 我國模具工業(yè)起步晚 底子薄 與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比有很大的差距 但在國家產(chǎn)業(yè) 政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟(jì)政策的支持和引導(dǎo)下 我國模具工業(yè)發(fā)展迅速 據(jù)統(tǒng) 計 我國現(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 2000年總產(chǎn)值為270億元 占世界總量的5 但從總體上看 自產(chǎn)自用占主導(dǎo)地位 商品 化模具僅為1 3左右 國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應(yīng)求 特別是精密 大型 復(fù)雜 長壽命模具 仍主要依賴進(jìn)口 目前 就整個模具市場來看 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 以上 因此 近年來我國模具發(fā)展的重點(diǎn)放在精密 大型 復(fù) 雜 長壽命模具上 并取得了可喜的成績 模具進(jìn)口逐漸下降 模具技術(shù)和水平也有長 足的進(jìn)步 近年來 模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快 主要表現(xiàn)為 大型精密 復(fù)雜 長壽命等中高檔模具及模具標(biāo)準(zhǔn)件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品 塑料模和壓鑄模 比例增大 專業(yè)模具廠數(shù)量增加較快 其能力提高顯著 三資 及私營企業(yè)發(fā)展迅速 尤其是 三資 企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍 股份制改造步伐加快 等等 從地區(qū)分 布來說 以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū) 南方 的發(fā)展快于北方 目前發(fā)展最快 模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江 這2個省的模 具產(chǎn)值已占全國總量的六成以上 江蘇 上海 山東 安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢也很好 我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三 但設(shè)計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達(dá)國家 落后許多 其差距主要表現(xiàn)在下列六方面 1 國內(nèi)自配率不足80 中低檔模具供過于求 中高檔模具自配率不足60 2 企業(yè)組織結(jié)構(gòu) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu) 技術(shù)結(jié)構(gòu)和進(jìn)出口結(jié)構(gòu)都不夠合理 3 模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進(jìn)水平低許多 而模具生產(chǎn)周期卻要比 國際先進(jìn)水平長許多 4 開發(fā)能力弱 經(jīng)濟(jì)效益欠佳 我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低 水平也較低 不重視 產(chǎn)品開發(fā) 在市場中常處于被動地位 5 模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率低 6 與國際先進(jìn)水平相比 模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后 1 縱觀發(fā)達(dá)國家對模具工業(yè)的認(rèn)識與重視 我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工 業(yè)發(fā)展滯后的直接原因 模具技術(shù)水平的高低 決定著產(chǎn)品的質(zhì)量 效益和新產(chǎn)品開發(fā) 能力 它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志 因此 模具是國家重點(diǎn)鼓勵 與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品 現(xiàn)代模具是多學(xué)科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分 是國 5 民經(jīng)濟(jì)的裝備產(chǎn)業(yè) 其技術(shù) 資金與勞動相對密集 提高模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和模具標(biāo)準(zhǔn)件 的使用率 模具標(biāo)準(zhǔn)件是模具基礎(chǔ) 其大量應(yīng)用可縮短模具設(shè)計制造周期 同時也顯著 提高模具的制造精度和使用性能 大大地提高模具質(zhì)量 早在1989年 在國務(wù)院頒布的 關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定 中 模具被列為機(jī) 械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位 1997年以來 又相繼把模具及其加工技術(shù)和設(shè)備列入 當(dāng) 前國家重點(diǎn)鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè) 產(chǎn)品和技術(shù)目錄 和 鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄 經(jīng)國務(wù) 院批準(zhǔn) 從1997年開始對部分模具企業(yè)實(shí)行了增值稅返還70 的優(yōu)惠政策 所有這些國家 對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持 1 在科技發(fā)展中 人是第一因素 因此我們要特別注重對知識的更新與學(xué)習(xí) 實(shí)現(xiàn)產(chǎn) 學(xué) 研相結(jié)合 培養(yǎng)更多的模具人才 搞好技術(shù)創(chuàng)新 提高模具設(shè)計制造水平 在制造 中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) 逐步走向網(wǎng)絡(luò)化 智能化環(huán)境 實(shí)現(xiàn)模具企業(yè)的敏 捷制造 動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成 我國模具工業(yè)一個完全信息化的 充滿著朝氣和希望而 又實(shí)實(shí)在在的新時代即將到來 塑料工業(yè)是世界上增長最快的工業(yè)之一 自1927年聚氯乙烯塑料問世以來 隨著高 分子化學(xué)技術(shù)的發(fā)展 各種性能的塑料 特別是聚酰胺 聚甲醛 ABS 聚碳酸酯 聚砜 聚苯醚 氟塑料等工程塑料發(fā)展迅速 其速度超過了聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯與聚苯 乙烯等四種通用塑料 使塑件在工業(yè)產(chǎn)品與生活用品方面獲得廣泛的應(yīng)用 以塑料代替 金屬的實(shí)例 比比皆是 塑料有著一系列金屬所不及的優(yōu)點(diǎn) 諸如 重量輕 耐腐蝕 電氣絕緣性好 易于造型 生產(chǎn)效率高與成本低廉等 但也存在許多自身的缺陷 諸如 抗老化性 耐熱性 抗靜電性 耐燃性及比機(jī)械強(qiáng)度低于金屬 但隨著高分子合成技術(shù) 材料改性技術(shù)及成型工藝的進(jìn)步 愈來愈多的具有優(yōu)異性能的塑料高分子材料不斷涌現(xiàn) 從而促使塑料工業(yè)飛躍發(fā)展 塑料的塑料增多 新的工程塑料品種的增加 塑料成型設(shè)備 成型工藝技術(shù)和模具 技術(shù)水平的發(fā)展 為塑件的應(yīng)用開拓了廣闊的領(lǐng)域 目前 塑件已深入到國民經(jīng)濟(jì)的各 個部門中 特別是在辦公機(jī)器 照相機(jī) 汽車 儀器儀表 機(jī)械制造 航空 交通 通 信 輕工 建材業(yè)產(chǎn)品 日用品以及家用電器行業(yè)中的零件塑料化的趨勢不斷加強(qiáng) 并 且陸續(xù)出現(xiàn)全塑產(chǎn)品 據(jù)報道 美國塑料工業(yè)已變?yōu)槿赖谒膫€最大的工業(yè) 每年的塑 料消耗量已經(jīng)超過鋼材 在全世界按照體積和重量計算塑件的消耗量也超過了鋼材 我 國的塑料工業(yè)發(fā)展也很快 特別是近20年 產(chǎn)量和品種都大大增加 許多新穎的工程塑 料也已投入批量生產(chǎn) 塑件1990年達(dá)到536 8萬噸 居世界第四位 如今 我國塑料工業(yè) 已形成了相當(dāng)規(guī)模的完整體系 它包括塑料的生產(chǎn) 成型加工 塑料機(jī)械設(shè)備 模具加 6 工以及科研 人才培養(yǎng)等 塑料工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)的各個部門中發(fā)揮了愈來愈大的作用 在信息社會和經(jīng)濟(jì)全球化不斷發(fā)展的進(jìn)程中 模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向 著更大型 更精密 更復(fù)雜及更經(jīng)濟(jì)快速方面發(fā)展 技術(shù)含量不斷提高 模具生產(chǎn)向著 信息化 數(shù)字化 無圖化 精細(xì)化 自動化方面發(fā)展 模具企業(yè)向著技術(shù)集成化 設(shè)備 精良化 產(chǎn)品品牌化 管理信息化 經(jīng)營國際化方向發(fā)展 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是 CAD CAM CAE的廣泛應(yīng)用及其軟件的不斷先進(jìn)和 CAD CAM CAE技術(shù)的進(jìn)一步集成化 一體化 智能化 PDM 產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理 CAPP 計 算機(jī)輔助工藝設(shè)計管理 KBE 基于知識工程 ERP 企業(yè)資源管理 MIS 模具制造管理 信息系統(tǒng) 及Internet平臺等信息網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用 高速 高精加工技術(shù)的 發(fā)展與應(yīng)用 超精加工 復(fù)合加工 先進(jìn)表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 快速 成型與快速制模 RP RT 技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用 熱流道技術(shù) 精密測量及高速掃描技術(shù) 逆向工程及并行工程的發(fā)展與應(yīng)用 模具標(biāo)準(zhǔn)化及模具標(biāo)準(zhǔn)件的發(fā)展及進(jìn)一步推廣應(yīng) 用 優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用 模具自動加工系統(tǒng)的研制與應(yīng)用 虛擬技 術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應(yīng)用 塑料模具設(shè)計與制造技術(shù)的發(fā)展與塑料工業(yè)的發(fā)展息息相關(guān) 由于塑件的制造是一 項(xiàng)綜合性技術(shù) 圍繞塑件成型生產(chǎn)將用到有關(guān)成型塑料 成型設(shè)備 成型工藝 成型模 具及模具制造等發(fā)面知識 所以這些知識便構(gòu)成了塑件成型生產(chǎn)的完整系統(tǒng) 它大致可 包括產(chǎn)品設(shè)計 塑料的選擇 塑件的成型 模具設(shè)計與制造四個主要環(huán)節(jié) 在上述四個 環(huán)節(jié)中 模具設(shè)計與制造是實(shí)現(xiàn)最終目標(biāo) 塑件使用的重要手段之一 模具是塑件生產(chǎn)的重要工藝裝備之一 模具以其特定的形狀通過一定的方式使原料成 型 不同的塑料成型方法使用著不同的模塑工藝和原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)個不相同的塑料模具 塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低 模具因素占80 一副質(zhì)量好的注射?？梢猿尚蜕习?萬次 壓縮模大約可以生產(chǎn)25萬件 這些都同模具設(shè)計和制造有很大的關(guān)系 在現(xiàn)代塑 件生產(chǎn)中 合理的模塑工藝 高效的模塑設(shè)備 先進(jìn)的塑料模具和制造技術(shù)是必不可少 的因素 尤其是塑料模具對實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求 塑件的使用要求和造型設(shè)計起著重 要的作用 高效的全自動設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才可能發(fā)揮其效能 產(chǎn)品 的生產(chǎn)和更新都是以模具的設(shè)計制造和更新為前提 隨著國民經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的各個部門對塑 件的品種和產(chǎn)量需求愈來愈大 產(chǎn)品更新?lián)Q代周期愈來愈短 用戶對塑件質(zhì)量的要求愈 來愈高 因而對模具設(shè)計與制造的周期和質(zhì)量提出了更高的要求 促使塑料模具設(shè)計和 制造技術(shù)不斷向前發(fā)展 從而也推動了塑料工業(yè)生產(chǎn)高速發(fā)展 可以說 模具設(shè)計與制 造水平標(biāo)志著一個國家工業(yè)化發(fā)展的程度 7 第一章 塑料制件的設(shè)計 塑料制件主要是根據(jù)使用要求進(jìn)行設(shè)計 要想獲得優(yōu)質(zhì)的塑件 塑件本身必須具有 良好的工藝性 這樣不僅可使成型工藝得以順利進(jìn)行 而且能得到最佳的經(jīng)濟(jì)效益 澆注系統(tǒng)的設(shè)計注塑模具采用一模一腔的形式設(shè)計 注塑機(jī)頂出形式為中心頂出 因此塑件采用中心位置進(jìn)料 同時也方便注塑件四周均勻進(jìn)料便于最后的注塑成型 考 慮到注塑件如從型腔內(nèi)部進(jìn)料 模具結(jié)構(gòu)將會變得相當(dāng)復(fù)雜 為不影響注塑件的外表質(zhì) 量選用點(diǎn)澆口進(jìn)料形式 同時采用拉料板進(jìn)行澆口廢料的脫模形式 通過采用點(diǎn)澆口進(jìn) 料形式從產(chǎn)品的正面中心位置進(jìn)料 保證塑料熔料在注射成型過程中能夠均勻的填充到 模具的型腔中 從而保證注塑件的整體質(zhì)量 塑料的設(shè)計原則是在保證使用性能 物理性能 力學(xué)性能 耐熱性能和耐腐蝕性能 的前提下 盡量選用價格低廉和成型性能較好的塑料 同時還應(yīng)力求結(jié)構(gòu)簡單 壁厚均 勻 成型方便 在設(shè)計塑件時 還應(yīng)該考慮其模具的總體結(jié)構(gòu) 使其模具易于加工制造 模具的抽芯結(jié)構(gòu)和推出結(jié)構(gòu)簡單 塑件形狀有利于模具分型 排氣 補(bǔ)縮和冷卻 此外 在塑件成型后盡量不再進(jìn)行機(jī)械加工 本塑件是一種新型的加熱缸體 其材料采用的是聚丙烯 PP 生產(chǎn)類型為大批量 生產(chǎn) 8 1 1 塑件材料的性能 1 1 1 塑件材料的使用性能 聚丙烯密度小 強(qiáng)度 剛性 硬度 耐熱行均優(yōu)于HDPE 可在100 左右使用 具有 優(yōu)良的耐腐蝕性 良好的高頻絕緣性 不受濕度影響 但低溫變脆 不耐磨 易老化 適于制作一般機(jī)械零件 耐腐蝕零件和絕緣零件 1 1 2 塑件材料的加工特性 1 結(jié)晶性塑料 吸濕性小 可能發(fā)生熔體破裂 長期余熱金屬接觸已發(fā)生分解 2 流動性極好 溢邊值0 03mm左右 3 冷卻速度快 澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)的散熱應(yīng)適度 4 成型收縮范圍大 收縮率大 已發(fā)生縮孔 凹痕 變形 取向性強(qiáng) 5 注意控制成型溫度 料溫低時取向性明顯 尤其低溫高壓時更明顯 模具溫度 低于50 以下塑件無光澤 已產(chǎn)生熔接痕 流痕 90 以上時易發(fā)生翹曲 變形 6 塑件應(yīng)壁厚均勻 避免缺口 尖角 以防止應(yīng)力集中 1 1 2 塑件材料的物理性能 熱性能 密度 g cm 3 0 90 0 91 質(zhì)量體積 cm 3 g 1 10 1 11 吸水率 24h 0 01 0 03 熔點(diǎn) 170 176 熔融指數(shù) g 10min 230 維卡針入度 140 150 熱變形溫度 102 115 線膨脹系數(shù) 10 5 9 8 比熱容 J kg K 1930 熱導(dǎo)率 W m K 0 126 1 1 3 塑件材料的力學(xué) 電氣性能 屈服強(qiáng)度 Mpa 7 9 抗拉強(qiáng)度 Mpa 37 斷裂伸長率 200 抗彎強(qiáng)度 Mpa 67 彎曲彈性模量 Gpa 1 45 抗壓強(qiáng)度 Mpa 56 無缺口 78 沖擊韌度 KJ m 2 有缺口 3 5 4 8 布氏硬度 HBS 8 65 電阻率 m 10 14 擊穿電阻 Kv mm 30 介電常數(shù) 10 6Hz 2 02 2 6 耐電弧性 s 125 185 1 1 4 塑件材料的化學(xué)性能 日光及氣候影響 不含穩(wěn)定劑時表面迅速變色 發(fā)脆 若添加康氧化 劑時會改善其抗大氣老化性能 耐酸性 60 以下中等濃度的酸類無影響 強(qiáng)酸及高濃度氧 化劑能引起破壞 對水和無機(jī)鹽溶液穩(wěn)定 耐堿性 對堿類穩(wěn)定 耐油性 對多數(shù)油類穩(wěn)定 能吸收少量的礦物油 植物油 耐有機(jī)溶劑 室溫下不溶于有機(jī)溶劑 超過80 能溶于苯 甲苯 等芳香烴及氯化烴中 于溶劑長期接觸不產(chǎn)生脆性 1 1 5 塑件材料的成形條件 注塑成型機(jī)類型 螺桿式 密度 g cm 3 0 90 0 91 計算收縮率 1 0 2 5 溫度 80 100 預(yù)熱 時間 h 1 2 10 后段 160 180 中段 180 200料筒溫度 前段 200 220 模具溫度 90 100 注塑壓力 MPa 80 130 注塑時間 20 90 高壓時間 0 5 冷卻時間 20 90 成形時間 s 總周期 40 190 螺桿轉(zhuǎn)速 r min 28 方法 紅外線燈或鼓風(fēng)烘箱 溫度 140 145后處理 時間 h 4 1 2 塑件的體積與重量 計算塑件的質(zhì)量是為了選用注射機(jī)及確定型腔數(shù) 1 計算塑件的體積 3121907546mhblV 22 467333 8l44 152 06mhbV 3125 46R 27 3 3238 89mhV 338765421 19 0 8 231 4 62 467cVV 2 計算塑件的重量 根據(jù)設(shè)計手冊可查得聚丙烯 PP 的密度為 0 9 dm 故 3 11 塑件的重量為 gVW1 024 39 0 1 3 塑件工藝分析及結(jié)構(gòu)設(shè)計 若要將聚合物加工成具有一定功能用途的塑料制件 除了要選用合適的塑料材料外 還必須考慮塑料制件的加工工藝性 影響成形件誤差的主要原因是塑料收縮率的波動 模具使用的磨損 成形制品脫模后的收縮 模具制造及裝配的誤差 為了便于脫模 并防止脫模后刮傷制品表面 要求有一定的脫模斜度 脫模斜度的 大小取決于塑料的收縮率 制品的形狀及厚度 制品上所有的角均采用圓角過渡 既安 全又改善了熔體在型腔的流動性 有利于充型 避免出現(xiàn)熔合線 1 3 1 塑件成形方法 熱塑性塑料的成形方法主要有擠塑成形 注塑成形 壓塑成形 澆注成形等 本塑 件采用注塑成形方法 1 3 2 塑件的結(jié)構(gòu)和尺寸精度及表面質(zhì)量分析 1 結(jié)構(gòu)分析 從零件圖上分析 該零件總體形狀為長方形 在寬度方向的一側(cè)有兩個 10 5 的圓 孔 在高度為15mm的圓錐凸臺上有一直徑為 4 的圓孔 因此 模具設(shè)計時必須注意設(shè) 置側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu) 該零件屬于中等復(fù)雜程度 2 尺寸精度分析 該零件的所有尺寸都未注公差尺寸 由表2 5常用材料塑件公差登記和選用 GB T14486 1993 可選得聚丙烯PP的未注公差尺寸等級為MT5級 由以上分析可見 該零件的尺寸精度要求不高 對應(yīng)的模具相關(guān)的零件的尺寸加工可以保證 3 表面質(zhì)量分析 該零件的表面除要求沒有缺陷 毛刺 內(nèi)部不得有導(dǎo)電雜質(zhì)外 沒有特別的表面質(zhì)量要求 故比較容易實(shí)現(xiàn) 綜上分析可以看出 注射時在工藝參數(shù)控制得較好的情況下 零件的成型要求可以 得到保證 1 3 3 注塑成形塑件工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計 在注塑成形塑件設(shè)計過程中應(yīng)該盡量避免凸凹臺 然而本塑件側(cè)壁上有凸臺和圓孔 所以其成形模具中必須設(shè)計側(cè)向抽芯結(jié)構(gòu) 1 脫模斜度 塑件在模具注塑成形過程中 塑料從熔融狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)狀態(tài)將會產(chǎn)生一定量的尺 12 寸收縮 從而使塑件緊緊的包圍在模具型芯或型腔中的凸起部分 為此必須考慮塑件內(nèi) 外壁有足夠的脫模斜度 查塑料模具設(shè)計及制造表2 11得熱塑性塑料PP的脫模斜度為 型腔 25 45 型芯 20 45 綜合考慮本塑件的工藝特性 塑件內(nèi)表面和外表面的脫模斜度都選為30 2 塑件壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素 是塑件設(shè)計時必須考慮的問題之一 塑件的壁厚 要求盡量分布均勻否則會導(dǎo)致塑件各部分固化收縮不均勻 易在塑件上產(chǎn)生氣孔 裂紋 以及內(nèi)應(yīng)力及變形等缺陷 塑件的壁厚與流程有關(guān) 因?yàn)楦鞣N塑料在其常規(guī)工藝參數(shù)下 流程大小還與塑件壁 厚成正比 壁厚則其流程長 查模具設(shè)計大典表8 5 8 由壁厚與流程關(guān)系式計算相應(yīng)的 塑件最小壁厚 1 4mmminS6 0 51 L6 0 514873 式中 最小壁厚 mm i L 流程 mm 熱塑性塑料PP的壁厚一般為0 6 7 6mm 而從塑件的壁厚來看 最大處是6 最小 處是3 75 塑件的壁厚在材料允許的范圍之內(nèi)且較均勻 有利于零件的成型加工 第二章 總體設(shè)計方案的確定 2 1 分型面的選擇 選擇分型面時 通常應(yīng)考慮以下幾項(xiàng)基本原則 1 便于塑件的脫模 1 在開模時塑件應(yīng)盡可能留于下?；騽幽?nèi) 2 應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯 3 應(yīng)合理安排塑件在型腔中的方位 2 考慮塑件的外觀 3 保證塑件尺寸精度的要求 4 有利于防止溢料和考慮飛邊在塑件上的部位 5 有利于排氣 6 考慮脫模斜度對塑件尺寸的影響 13 7 盡量使成型零件便于加工 圖2 1 分型面的選擇 根據(jù)零件和形狀結(jié)構(gòu) 制品的形狀位置按零件的深度方向要與注塑機(jī)的開模具方向 平行 并且低部朝向定模 注塑口在低部 使的制品上表面較光滑 而且注塑點(diǎn)也比較 隱蔽 該塑件為缸體類零件 表面質(zhì)量無特殊要求 塑件外觀和尺寸精度要求都不高 選擇如圖2 1所示的分型面 脫模過程中塑件冷卻包緊于型芯 留于動模 便于塑件脫模 此外 還可降低模具的復(fù)雜程度和便于側(cè)抽芯 2 2 排氣方式的確定 在注塑過程中 需要排出的氣體主要有兩種 一是澆注系統(tǒng)和模腔內(nèi)的氣體 二是 熔體分解放出的氣體和模具受熱放出的氣體 常見的排氣方式有 1 排氣槽排氣 2 分型面排氣 3 推桿間隙排氣 4 粉末燒結(jié)合金塊排氣 5 強(qiáng)制排氣 在該設(shè)計中 由于制品的結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜 可采分型面 推桿間隙 側(cè)向抽芯間隙等排 氣 凹模是用于成形制品外表面的成形零件 它的主要形式有整體式和組合式 在此設(shè) 計中采用的是整體式結(jié)構(gòu) 凸模是用來成形制品內(nèi)表面的成形零件 因?yàn)樵撝破返膬?nèi)表 面不是很復(fù)雜 所以采用組合式 即通過過盈配合裝配在動模板上 然后在將凸模與動 模板的組合體固定在動模墊板上 2 3 型腔數(shù)目和排列方式的確定 該制品最大高度為48mm 最大長度為146mm 最大寬度74mm 重量約為102 1g 制品結(jié) 構(gòu)相對簡單 但是側(cè)向有凹槽和凸臺 所以要采用側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu) 對制品的尺寸 外形 結(jié)構(gòu)等方面考慮 采用一模一腔 這樣可以使模具結(jié)構(gòu)相對簡單 制品尺寸精度得以提 高 而且可以使制品一次注塑成型 在本設(shè)計中采用單型腔 與多型腔相比有如下優(yōu)點(diǎn) 14 1 塑料制件的形狀和尺寸始終一致 2 工藝參數(shù)易于控制 3 模具結(jié)構(gòu)簡單緊湊 設(shè)計自由度比較大 4 單型腔還具有制造成本低 制造周期短等優(yōu)點(diǎn) 本塑件在注射時采用一模一件 即模具只需要一個型腔 綜合考慮澆注系統(tǒng) 模具 結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度等因素 將型腔置于模具中心 左右對稱 使得注塑壓力分布均勻 將抽 芯部位置于左部 2 4 注塑機(jī)的選擇 計算一次注塑所需的模料體積 該模具為一模一腔 澆注系統(tǒng)體積粗略估計為2 3cm 則一次注塑所需的塑料為 315 42 3cmV 理論注塑量為 30 8 根據(jù)理論注塑量初步選擇XS ZY 125型塑料注塑成型機(jī) 其主要技術(shù)參數(shù)如下 理論注塑容量 cm3 192 螺桿直徑 mm 42 注射壓力 MPa 1500 注射行程 mm 160 注射方式 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速 r min 10 140 鎖模力 KN 900 移模行程 mm 300 拉桿內(nèi)間距 mm 3602 最大模具厚度 mm 300 最小模具厚度 mm 200 模具定位孔直徑 mm 100 噴嘴球半徑 mm SR12 噴嘴孔直徑 mm 4 15 第三章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計及計算 注塑澆注系統(tǒng)是將注塑機(jī)料筒內(nèi)的熔融塑料從噴嘴高壓噴出的穩(wěn)定而順暢地充入并 同時充滿型腔的各個空間的通道 它在充模及固化過程中還將注射壓力平衡地傳遞到型 腔的各個部位以獲得填充殷實(shí)完整質(zhì)量優(yōu)良的塑件 注塑模具的澆注系統(tǒng)通常由主流道 澆口套和定位環(huán)等部分組成 3 1 流道設(shè)計 主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處 它將注塑機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分 流道或型腔中 主流道的形狀為圓錐形 以便于熔體的流動和開模時主流道凝料的順利 拔出 主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間由于主流道與高溫塑料熔體及 16 注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸 所以在注射模中主流道部分常設(shè)計成可拆卸更換的澆口套 澆口 套結(jié)構(gòu)形式見附圖 為了使凝料順利拔出 主流道的小端直徑 應(yīng)稍大于注射機(jī)噴嘴直徑 通常為Dd 式 9 2 mdD 1 5 0 7 主流道入口的凹坑球面半徑 也應(yīng)大于注射機(jī)噴嘴球頭半徑 通常為2R 式 9 2 R 1 2 8 由上章可知 代入上面兩式得 md4 21mD5 4 5 0 R32 取 5 14 m 主流道的半錐角 通常為 過大的錐角 會產(chǎn)生湍流或渦流卷入空氣 過小的 2 1 錐角使凝料脫模困難 還會使充模時熔體的流動阻力過大 本澆注系統(tǒng)中 選擇主流道 的半錐角為1 5 3 2 澆口設(shè)計 澆口是連接流道與型腔之間的一段細(xì)短通道 是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分 起著控制料 流速度 補(bǔ)料時間及防止倒流等作用 常用的澆口類型有直澆口 側(cè)澆口 點(diǎn)澆口等幾種形式 本模具澆注系統(tǒng)采用直接澆口形式 這種澆口由主流道直接進(jìn)料 故熔體的壓力損 失小 成型容易 且有利于補(bǔ)縮和排氣 還使得模具結(jié)構(gòu)簡單 制造方便 但由于澆口 處熔體固化慢 容易造成成型周期長 產(chǎn)生過大的殘余應(yīng)力 在澆口處以產(chǎn)生裂紋 澆 口凝料切除后制品上的疤痕較大 3 3 流動比校核 在確定塑料制件的澆口位置時 還應(yīng)該考慮塑料的允許的最大流動距離比 簡稱流 動比 流動比是指融體在型腔內(nèi)流動的最大長度與相應(yīng)的型腔厚度之比 17 當(dāng)澆注系統(tǒng)和型腔尺寸各處不等時 流動比計算公式為 K 式 9 2 nitL1 2805 374817523 KptL 20 式中 K 流動比 流動路徑各段長度 iLm 流動路徑各段的型腔厚度 it 流動路徑的總段數(shù)n 允許的流動比 PP為280 Kp 第四章 成型零件設(shè)計 4 1 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 4 1 1 凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計 本模具采用一模一件的結(jié)構(gòu)形式 考慮加工的難易程度和材料的價值利用等因素 凹模擬采用整體嵌入式結(jié)構(gòu) 其結(jié)構(gòu)形式見附圖 4 1 2 型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計 型芯主要是于凹模相結(jié)合 構(gòu)成模具的型腔 其型芯的結(jié)構(gòu)形式見附圖 18 4 2 成型零件工作尺寸計算 該成型零件工作尺寸計算時均采用平均尺寸 平均收縮率 平均制造公差和平均磨 損量來進(jìn)行計算 在計算成型零件型腔和型芯的尺寸時 塑件和成型零件的尺寸均按單向極限制 如 果塑件的公差時雙向分布的 則應(yīng)按這個要求加以換算 而孔中心矩尺寸則按公差帶對 稱分布的原則進(jìn)行計算 查表9 4 4可知聚丙烯材料的成型收縮率為S 1 0 2 5 故平均收縮率 S 1 0 2 5 2 1 75 查表9 4 5取模具制造公差 cp 3 m 4 2 1 凹模的徑向尺寸計算 凹模是成型塑件外形的模具零件 其工作尺寸屬包容尺寸 在使用過程中凹模的磨 損會使包容尺寸逐漸的增大 所以 為了使得模具的磨損留有修模的余地以及裝配的需 要 在設(shè)計模具時 包容尺寸盡量取下限尺寸 尺寸公差取上偏差 凹模的徑向尺寸計算公式 式9 4 mxdSDcpm 01 10 式中 凹模徑向名義尺寸 最小尺寸 m 所采用的塑料的平均成型收縮率 cpS 制品的名義尺寸 最大尺寸 d 成型零件工作尺寸的修正系數(shù) 可由表9 4 7查得 x 制品公差 負(fù)偏差 模具制造公差 取塑件相應(yīng)尺寸公差的1 3 1 6 m 尺寸 04 12 48 0 3 4 10061356 12 75 mxdSDcpm 尺寸 04 16 19 48 0 3 4 10075156 1 mxdSDcpm 尺寸 086 7 29 0 3 86 00475 1 mxdSDcpm 尺寸 086 47 29 0 3 86 0018475 47 mxdSDcpm 尺寸 024 5 R 08 3 24 009247 51 mxdSDcpm 尺寸 02 R 07 3 20 08915 2 mxdSDcpm 尺寸 024 6 08 3 24 009457 61 mxdSDcpm 尺寸 028 7 09 3 28 00367 51 mxdSDcpm 4 2 2 凹模的深度尺寸計算 凹模的深度尺寸計算公式 式 9 4 mxhSHcpm 01 12 20 式中 凹模深度名義尺寸 最小尺寸 mH 制品高度名義尺寸 最大尺寸 其它同上 h 尺寸 064 8 21 0 3 64 004985 8 7 mxhScpm 尺寸 02 07 3 20 0916 25 mxhSHcpm 尺寸 038 15 13 0 3 8 00455 7 mxhSHcpm 4 2 3 型芯的徑向尺寸計算 型芯的徑向尺寸計算公式 式 9 4 01mxDSdcpm 11 式中 型芯徑向名義尺寸 最大尺寸 m 制品的名義尺寸 最小尺寸 其它同上 D 尺寸 28 1034 043 03 28 1061756 1 5 mxDSdcpm 尺寸 74 026 025 03 74 0366 71 mxDSdcpm 21 尺寸 4 02 015 03 4 0626 2 7 mxDSdcpm 尺寸 3 051 01 03 2 03865 75 mxDSdcpm 尺寸 24 0 08 03 24 0247 51 mxDSdcpm 尺寸 24 05 R 08 03 24 02657 5 1 mxDSdcpm 尺寸 20 R 07 03 2 01925 mxDSdcpm 4 2 4 型芯的高度尺寸計算 型芯的高度尺寸計算公式 式 9 4 01mxHShcpm 13 式中 型芯高度名義尺寸 最大尺寸 m 制品孔深名義尺寸 最小尺寸 其它同上 22 尺寸 64 0 021 03 64 0455 4 7 mxhSHcpm 尺寸 4 019 015 03 4 0896 9 7 mxhSHcpm 尺寸 24 0 08 03 24 02146 4 75 mxhSHcpm 4 2 5 型孔之間的中心距尺寸計算 型孔之間的中心距尺寸計算公式 式 9 4 21mcpmLS 14 式中 模具中心矩名義尺寸 mL 制品制品中心矩名義尺寸 其它同上 尺寸 43 0572 14 07 368 52 mcpmLS 4 2 6 成型中心邊矩尺寸計算 在此型腔中 三個成型中心矩尺寸 14 0 19 5 75 0 11 在型腔磨損后均變大 故按公式3 14計算 公式為 23 241mcpmLS 尺寸 9 014 06 2314638 024 1 75 mcpmS 尺寸 075 04 8 5624 0 75 1 mcpmLS 4 3 成型零件的力學(xué)計算 在塑料模過程中 型腔主要承受塑料熔體的壓力 在塑料熔體的壓力作用下 型腔 將產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力及應(yīng)變 如果型壁厚和底版厚度不夠 當(dāng)行型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過型5材 料的許用應(yīng)力時 型腔即發(fā)生強(qiáng)度破壞 與此同時 剛度不足則發(fā)生過大的彈性變形 從而產(chǎn)生溢料和影響塑件尺寸及成型精度 也可能導(dǎo)致脫模困難等 因此 有必要建立 型腔強(qiáng)度和剛度的科學(xué)的計算方法 尤其對重要的 塑件精度要求高的和大型塑件的型 腔 不能單憑經(jīng)驗(yàn)確定凹模側(cè)壁和底版厚度 而應(yīng)通過強(qiáng)度和剛度的計算來確定 型腔 剛度和強(qiáng)度計算的依據(jù)歸納為如下幾個方面 1 成型過程不發(fā)生溢料 當(dāng)型腔內(nèi)受塑料熔體高壓作用下 模具成型零件產(chǎn)生彈 性變形而在某些分型面和配合面可能產(chǎn)生足以溢料的間隙 這是 應(yīng)根據(jù)塑料的粘度不 同 在不產(chǎn)生溢流的情況下 將允許的最大間隙 作為塑料模型腔的剛度條件 2 保證塑件的精度要求 型腔側(cè)壁及其底版應(yīng)有較好的剛度 以保證在型腔受到 熔體高壓作用時不產(chǎn)生過大的 使塑件超差的彈性變形 此時 型腔的允許變形量 受 塑件尺寸和公差值的限制 一般取塑件允差值的1 5 左右 或0 025 以下 m 3 保證塑件順利脫模 型腔的剛度不足 模塑成型時變形大 不利用塑件脫模 當(dāng)變形量大于塑件的 收縮值時 塑件將被型腔包緊而難以脫模 此時 型腔的允許變形 量 受塑件收縮值限制 即 式中S為塑件材料的成型收縮率 t為塑件的 t 24 壁厚 在一般情況下 其變形量不得大于塑料的收縮量 m 4 型腔力學(xué)計算的特征和性質(zhì) 隨型腔尺寸及結(jié)構(gòu)特征而異 對大尺寸型腔 一 般以剛度計算為主 對小尺寸型腔 因在發(fā)生大的彈性變形前 其內(nèi)應(yīng)力往往已超過材 料許用應(yīng)力 當(dāng)以強(qiáng)度計算為主 其力學(xué)計算的尺寸分界值取決于型腔的形狀 型腔內(nèi) 熔體的最大壓力 模具材料的許用應(yīng)力及型腔允許的變形量等 當(dāng)以強(qiáng)度計算和剛度計 算 算出的型腔尺寸 取大者為型腔壁厚尺寸 剛度條件通常是保證不溢料 但當(dāng)塑件 精度要求較高的應(yīng)按塑件精度要求確定剛度條件 4 3 1 凹模型腔側(cè)壁厚度計算 凹模型腔為矩形整體式型腔 根據(jù)矩形整體式型腔的計算公式 式 3 3 4 ECpah 29 式中 型腔側(cè)壁厚度 hm C 系數(shù) 由L a值選定 查塑料模設(shè)計及制造表3 9 P 型腔內(nèi)熔體的壓力 一般取25 45MPa a 型腔側(cè)壁受熔體壓力部分的高度 m E 彈性模量 鋼材取2 1 10 MPa 5 允許變形量 m 在高壓下 型腔側(cè)壁將發(fā)生彎曲 使側(cè)壁與底板產(chǎn)生縱向間隙 為防止溢料 應(yīng)根據(jù)不同塑件的最大不同溢料間隙決定 查塑料模設(shè)計及制造表3 8 得允許變形值 0 025 0 04 取0 035 L a 142 48 2 98 查表3 9可知C 0 93 代入公式計算 mh9 2035 1 24893 綜合模具結(jié)構(gòu) 暫取 35 m 4 3 2 凹模底板厚度計算 根據(jù)底板厚度的剛度公式可得底板厚度 式 3 3 4 EpbCH 25 30 式中 常數(shù) 有底板內(nèi)壁邊長比L b值選定 查表3 10 其它同上 C L b 142 71 2 0 查塑料模設(shè)計及制造表3 10得 0 0277C 代入公式計算 mH6 1503 1 274635 暫取 m20 第五章 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu)設(shè)計 5 1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)是利用導(dǎo)柱和導(dǎo)套之間的配合來保證模具的對合精度 導(dǎo)向結(jié)構(gòu)的設(shè) 計內(nèi)容包括 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的機(jī)構(gòu)設(shè)計 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的配合 導(dǎo)柱和導(dǎo)套的數(shù)量和布置等 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的作用 1 導(dǎo)向 上模和下模合模時 首先是導(dǎo)向零件相接觸 引導(dǎo)上下模準(zhǔn)確合模 避 免凸模和型芯進(jìn)入型腔 以保證不損壞成型零件 2 定位 避免模具接觸時錯位而損壞模具 并且在模具閉合后使型腔保持正確的 形狀 不至于由于位置的偏移而引起零件壁厚不均勻 3 承受一定的側(cè)向壓力 塑料注入型腔過程中會產(chǎn)生單向側(cè)面壓力 或由于成型 設(shè)備精度的限制 使導(dǎo)柱在工作中承受一定的側(cè)壓力 5 1 1 導(dǎo)柱設(shè)計 GB T4169 5 1984 26 1 導(dǎo)柱直徑 表 9 5 1 導(dǎo)柱直徑 d 與模板外形尺寸關(guān)系 m 模板外形尺寸 150 150 2 00 200 2 50 250 3 00 300 4 00 導(dǎo)柱直徑 d16 16 18 18 20 20 25 25 30 根據(jù)動模板尺寸 選定導(dǎo)柱直徑 25 40153 dm 2 導(dǎo)柱配合精度 導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用間隙配合H7 f7 表面粗燥度為Ra0 4 導(dǎo)柱固定部m 分配合精度采用過渡配合H7 k6 表面粗糙度Ra0 8 3 材料 導(dǎo)柱必須具有足夠的抗彎強(qiáng)度 且表面要耐磨 芯部要堅(jiān)韌 因此導(dǎo)柱的材料選用 碳素工具鋼 T8A 淬火處理 硬度50 55HRC 4 導(dǎo)柱的長度通常高出凸模端面 6 8mm 以免在導(dǎo)柱還未導(dǎo)正時 凸模就先進(jìn)入型 腔與其碰撞而破壞 為了便于導(dǎo)柱順利進(jìn)入導(dǎo)套 導(dǎo)柱的端面應(yīng)該設(shè)計成錐形 5 1 2 導(dǎo)套設(shè)計 GB T4169 2 1984 導(dǎo)套是與安裝在另一半模上的導(dǎo)柱相配合 用以確定動定模的相對位置 保證模具 運(yùn)動導(dǎo)向精度的圓套形零件 導(dǎo)套有直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套兩種形式 本設(shè)計中采用帶頭導(dǎo)套 導(dǎo)套的材料選為 T8A 淬硬 HRC50 55 導(dǎo)套內(nèi)外圓柱面表面粗燥度都取為 Ra0 8 導(dǎo)套孔的滑動部分m 按 H7 f6 間隙配合 導(dǎo)套外徑按 H7 k6 過渡配合 5 2 定位機(jī)構(gòu)設(shè)計 為了便于模具在注射機(jī)上安裝以及模具澆口套與注射劑的噴嘴孔精確定位 應(yīng)在模 具上 通常在定模上 安裝定位圈 用于與注射機(jī)定位孔匹配 定位圈除了完成澆口與 噴嘴孔的精確定位外 還可以防止?jié)部谔讖哪＞邇?nèi)滑出 定位圈有標(biāo)準(zhǔn)定位圈和特殊定位圈兩種 本設(shè)計中采用特殊定位圈 定位圈的材料 選用 45 中碳鋼 經(jīng)正火處理 硬度為 250 280HBS 27 第六章 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 注塑成形每一循環(huán)中 塑料制品必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出 完成 脫出制品的裝置稱為脫模結(jié)構(gòu)也稱推出機(jī)構(gòu) 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計原則 1 保證塑件不因頂出而變形損壞及影響外觀 這是對脫模機(jī)構(gòu)最基本的要求 在設(shè) 計時必須正確分析塑件對模具黏附力的大小和作用位置 以便選擇合適的脫模方式和恰 當(dāng)?shù)耐瞥鑫恢?使塑件平穩(wěn)的脫出 同時推出位置應(yīng)盡量選擇在塑件的隱蔽處 使塑件 外表面盡量不留推出痕跡 2 為使推出機(jī)構(gòu)簡單 可靠 開模時應(yīng)使塑件留于動模 以利于注塑機(jī)移動部分的 頂桿推出塑件 3 推出機(jī)構(gòu)運(yùn)動要準(zhǔn)確 靈活 可靠 無卡死與干涉現(xiàn)象 機(jī)構(gòu)本身應(yīng)該有足夠的 剛度 強(qiáng)度和耐磨性 28 6 1 脫模力的計算 將制品從包緊的型芯上脫出時所需克服的阻力稱為脫模力 此外 理論分析和實(shí)驗(yàn) 證明 脫模力的大小還與制品的厚薄及幾何形狀有關(guān) 脫模力計算公式為 式 9 6 bceQ 1 式中 制品對型芯包緊的脫模阻力 N cQ 使封閉殼體脫模所需克服的真空吸力 N 這里0 1單位 b bQbA1 0 aMP 為型芯的橫截面積 A 2m 本課題中 制品對型芯包緊的脫模阻力 可按薄壁矩形盒類制品收縮脫模力的實(shí)用c 計算式 9 6 23 計算 公式為 式 9 6 thTEfQjfcc 12K 23 式中 塑料的拉伸彈性模量 E MPa 脫模斜度系數(shù) K 脫模系數(shù) cf 塑料的線性膨脹系數(shù) 1 軟化溫度 fT 脫模頂出時的制品溫度 j 制品厚度 tm 脫模方向型芯高度 h 由中國模具大典表9 6 2確定有關(guān)PP材料制品的脫模力計算參數(shù) MPa103 E 0 45 108 60 由圖9 6 4 在 處得 0 95 15C08 7 cffTj K 由制品結(jié)構(gòu)可知 0 bQ 矩形邊長為 按公式 9 6 25 計算當(dāng)量折算直徑 ml134 b63 由 20可知該制品屬于薄ldk 5 98 5 0 21 625 4 98 tdk 29 壁矩形盒 由式 9 6 23 可得 NthTEfQjfcce5 439 4 6018 3 108 7012 K5 6 2 推出機(jī)構(gòu)形式的確定 常用得推出機(jī)構(gòu)形式有 推桿推出機(jī)構(gòu) 推管推出機(jī)構(gòu) 推件板推出機(jī)構(gòu) 推塊推 出機(jī)構(gòu) 聯(lián)合推出機(jī)構(gòu)及其他特殊推出機(jī)構(gòu) 本制品為深腔薄壁的容器塑件 其上表面 不允許有推桿痕跡 故采用推件板推出機(jī)構(gòu) 這種推出機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是 脫模力大而均勻 運(yùn)動平穩(wěn) 無明顯的推出痕跡 且不必另設(shè)復(fù)位機(jī)構(gòu) 在合模過程中推件板依靠合模力 的作用回到初始位置 但該制品是非圓環(huán)形塑件 推件板與型芯的配合部位加工較困難 6 3 推出零件尺寸的確定 6 3 1 確定推件板厚度 推件板厚度計算公式為 式 9 6 3 10 54 PeEBQLh 38 式中 推件板厚度 hm 兩推桿作用在推件板長度方向的距離 0L m 推件板寬度 B 脫模力 N eQ 推件板材料彈性模量 鋼材一般取 E MPa510 2 MPa 推件板中心允許變形量 1 5 1 10 制品在被推出方向上的P i i 尺寸公差 取 160 125 0LmB 按SJ1372公差數(shù)值表 已知制品的精度等級為5級 查表8 5 57 得 62 05 m 故 將數(shù)據(jù)代入公式得 P062 1 0 30 mEBQLhPe 12 03 6 0125 439 16054 54 0 3 3 1 取推件板厚度為14 m 6 3 2 確定推桿直徑 根據(jù)壓桿穩(wěn)定公式可得推桿直徑 的公式 m 式 9 6 34 412 nEQlKde 式中 推桿最小直徑 d 安全系數(shù) 通常取 1 5 2 K 推桿長度 lm 脫模力 N eQ 推桿數(shù)目 n 鋼材的彈性模量 E 根據(jù)模架結(jié)構(gòu)形狀尺寸 初步確定推桿長度為 135 4 代入公式得 lmnnEQlKde 9 610 245 3541412 取推桿直徑為10 m 由式 9 6 35 進(jìn)行強(qiáng)度校核 3 91065422 dnec MPa T8A的 故 10 符合要求 0scm 第七章 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計 7 1 側(cè)向分型和抽芯機(jī)構(gòu)的類型 由于本塑件的側(cè)壁有一伸長的凸出圓柱和兩個圓柱孔 它們均垂直于脫模方向 阻礙了成型后塑件從模具中脫出 因此 成型小凹槽和凸臺的零件必須做成活動的 型芯 即必須設(shè)置側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu) 分型和抽芯機(jī)構(gòu)按動力來源可以分為手動 機(jī)動 氣動或液壓三大類 本套模 具采用機(jī)動抽機(jī)構(gòu)中的斜銷分型抽芯機(jī)構(gòu) 31 機(jī)動側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)的方法是開模時依靠注塑機(jī)的開模力 通過傳動零件將 側(cè)型芯抽出 機(jī)動抽芯機(jī)構(gòu)具有較大的抽芯力 抽芯距大 生產(chǎn)率高 操作簡單等 優(yōu)點(diǎn) 7 2 抽拔距的確定 抽拔距是指側(cè)型芯從成型位置抽到不防礙制品取出時側(cè)型芯在抽拔方向所移動 的距離 一般抽拔距應(yīng)大于制品的側(cè)孔深度或凸臺高度的2 3 m 抽拔距的計算公式為 2 3 1Sm 式中 分開拼合凹模所需的抽拔距 S 側(cè)凹分開至不影響制品脫模的距離 1 本塑件上三處圓孔位于塑件的同一側(cè) 將三處側(cè)向型芯置于同一滑塊上 其中 最大孔深為19 則根據(jù)公式 9 7 1 可得 2 3 19 2 3 21 22 1Smm 取 21 7 3 抽拔力的計算 塑料制品在冷凝時收縮會對型芯產(chǎn)生包緊力 抽芯機(jī)構(gòu)所需要的抽拔力 必須 克服因包緊力所引起的抽拔阻力及機(jī)械滑動的摩擦力 才能把活動型芯抽拔出來 在抽拔過程中 開始抽拔的瞬時 使制品與側(cè)型芯脫離所需的抽拔力稱為起始抽拔 力 以后為了使側(cè)型芯抽到不妨礙制品推出的位置時 所需的抽拔力稱為相繼抽拔 力 前者比后者大 因此 計算抽拔力以計算起始抽拔力為準(zhǔn) 7 3 1 影響抽拔力的因素 1 側(cè)型芯成型部分的表面積及幾何形狀 型芯成型表面積越大 越復(fù)雜 其 包緊力也越大 所需的抽拔力也越大 2 塑料的收縮率 塑件的收縮率越大 對型芯的包緊力也越大 所需的抽拔 力也越大 3 制件的壁厚 包容面積相同 形狀相似的制品 薄壁制品收縮小 抽拔力 也小 相反 厚壁制品抽芯力大 4 塑料對型芯的摩擦系數(shù) 塑料對型芯的摩擦系數(shù)與塑料特性 型芯的脫模 斜度 型芯表面的粗糙度 潤滑條件及型芯表面加工的紋向有關(guān) 摩擦系數(shù)越大 抽拔力越大 32 5 在制品同一側(cè)面同時抽芯的數(shù)量 在制品同一側(cè)面有兩個以上型芯 采用 抽芯機(jī)構(gòu)同時抽芯時 由于制品孔間距的收縮較大 所以抽拔力也大 6 成型工藝參數(shù) 注射壓力 保壓時間 冷卻時間對抽拔力影響較大 當(dāng)注 塑壓力小 保壓時間短 抽拔力較小 冷卻時間長 制品收縮基本完成 則包緊力 大 所以抽芯拔也大 7 3 2 抽拔力的計算 抽拔力的計算與脫模力的計算相同 于是有 式 9 6 13 N thTEfQjfcc3 82 192 6018 3 10 74510 5 NAbb 2 則 Qce 6 83518 7 4 斜導(dǎo)柱的設(shè)計 斜導(dǎo)柱側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊 制造方便 動作可靠 適用于這種抽拔力與抽芯 距不大的分型機(jī)構(gòu) 7 4 1 斜導(dǎo)柱的受力分析和強(qiáng)度的計算 中國模具設(shè)計大典P442 1 受力分析 斜導(dǎo)柱有一定的安裝斜角 隨著安裝斜角 的增大 所需要的開模力P和斜導(dǎo) 柱受到的法向分力隨之增大 但如果 角過小 會使機(jī)構(gòu)處于自鎖狀態(tài) 也不能開 模 本套模具中的斜導(dǎo)柱的安裝斜度為22 取鋼材零件之間摩擦系數(shù) 0 1 由于斜導(dǎo)柱采用的是T10A制造 需用彎曲應(yīng)f 力 彎曲作用力由 中國模具設(shè)計大典 式 9 7 20 得MPapb15 NffQN 9 82cos1 02tan1 0683costn22 2 斜導(dǎo)柱的強(qiáng)度計算 當(dāng)斜導(dǎo)柱從制品中抽拔時 法向力N使斜導(dǎo)柱受到力臂Lc的彎曲力矩 固定端 的最大彎矩 在危險截面上的最大彎曲應(yīng)力 式中 為斜cLM max zWMmaxax z 導(dǎo)柱的抗彎截面模量 由于斜導(dǎo)柱采用的是圓形截面所以 3 31 02dz 33 斜導(dǎo)柱的直徑計算 中國模具設(shè)計大典公式9 7 18 mNldpb 3 151569 8010 3 4 式中 為斜銷的有效長度 取 在4l Sl 05 62sin si 4 ml564 這里取斜導(dǎo)柱的直徑為16 m 斜導(dǎo)柱的強(qiáng)度條件式為 MPadNlWMpbz 15316 0598 34maxax 式中 危險截面上的最大彎曲應(yīng)力 ax 最大彎矩 m 斜導(dǎo)柱的抗彎截面模量 z 許用彎曲應(yīng)力 pb 7 4 2 斜銷長度和最小開模行程計算 斜銷的長度應(yīng)根據(jù)抽拔距 斜銷直徑及其斜角的大小確定 其計算公式為 m SdhDlllL1 54 102sinta216cos752tan0 5 n54321 式中 斜銷總長度 L 斜銷固定部分