压盖塑料注塑模具设计

青岛科技大学本科毕业设计（论文）1前言大学四年的学习即将结束，毕业设计是最后一个环节，是对以前所学的知识及所掌握的技能的综合运用和检验。随着我国经济的迅速发展，采用模具的生产技术得到愈来愈广泛的应用。在完成大学四年的课程学习和课程、生产实习的基础上，我熟练地掌握了机械制图、机械设计、机械原理等方面的知识，对机械制造、加工的工艺有了一个全面、系统的理解，达到了学习的目的。塑料是近代兴起的一门新兴产业，在人民生活、工业生产、国防等多方面都得到了越来越大的应用。塑料制件在工业中应用日趋普遍，这是由于它的一系列特殊的优点所决定的。塑料密度小、质量轻，所以有“以塑代钢”的优点。塑料强度高，绝缘性能好，介电损耗低，是电子工业不可缺少的原材料；塑料的化学稳定性高，对酸、碱和许多化学药品都有很好的耐腐蚀能力；塑料还有很好的减摩、耐磨及减震、隔音性能也较好。因此，塑料跻身于金属、纤维材料和硅酸盐三大传统材料之列，在国民经济中，塑料制件已成为各行各业不可缺少的重要材料之一。模具技术集合了机械、电子、化学、光学、材料、计算机、精密监测和信息网络等诸多学科，是一个综合性多学科的系统工程。模具技术的发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济的方向发展，尤其是结合了计算机辅助系统之后，模具产品的技术含量不断提高，模具制造周期不断缩短，模具生产朝着信息化、无图化、精细化、自动化的方向发展，模具企业向着技术集成化、设备精良化、管理信息化、经营国际化的方向发展。在塑料模具中注射模具是应用最广泛、类型最多、结构最复杂的一种。在现代塑料制件的生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少的三项重要因素，尤其是塑料模具对实现塑料加工工艺要求，满足塑料制件的使用要求，降低塑料制件的成本起着重要的作用。一副好的注塑模可成型上百万次，这与模具的设计、模具材料及模具的制造有着很大的关系。由于工业塑件和日用塑料制品的品种的需求量很大，对塑料模具也提出了越来越高的要求，因此促进塑料模具生产不断向前发展。压盖塑料注塑模具设计21绪论1.1塑料注射模具简介模具是塑料成型加工的一种重要的工艺装备，同时又是原料和设备的“效益放大器”，模具生产的最终产品的价值，往往是模具自身价值的几十倍、上百倍。因此，模具工业已成为国民经济的基础工业，被称为“工业之母”。模具生产技术的高低，已成为衡量一个国家产品制造技术的重要标志。塑料成型加工及模具技术不仅随着高分子材料合成技术的提高、成型设备成型机械的革新、成型工艺的成熟而进步，而且随着计算机技术、数值模拟技术等在塑料成型加工领域的渗透而发展。注射成型也称为注塑成型，其基本原理就是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注射机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段保压冷却定型时间后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制品。采用这种方法既可以生产小巧的电子器件和医疗用品，也可以生产大型的汽车配件和建筑构件，生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产效率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和良好的发展前景。据统计，注射制品约占所有塑料制品总产量的30%，全世界每年生产的注射模数量约占所有塑料成型模具数量的50%。早期的注射成型方法主要用于生产热塑性塑料制品，随着塑料工业的迅速发展以及塑料制品的应用范围不断扩大，目前的注射成形方法已经推广应用到热固性塑料制品和一些塑料复合材料制品的生产中。例如，日本的酚醛（热固性塑料）制品生产过去基本上依靠压缩和压注方法生产，但目前已经有70%被注射成型所取代。注射成型方法不仅广泛应用于通用塑料制品生产，而且就工程塑料而言，它也是一种最为重要的成型方法。据统计，在当前的工程塑料制品中，80%以上都要采用注射成型的方法生产。随着塑料材料技术和注塑成型加工技术的不断进步，塑料注塑加工行业得以持续发展。塑料加工是将原材料变为制品的关键环节，只有迅速的发展塑料加工业，才可能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的制品，在国民经济的各领域发挥作用。青岛科技大学本科毕业设计（论文）31.2国内外塑料模具现状我国塑料模具的质量、技术和制造能力近年来发展很快，有些已达到或接近国际水平。随着改革开放政策的不断深入，国外先进制造技术的不断引进，模具CAD/CAM/CAE技术在塑料模的设计制造上应用已越来越普遍，特别是CAD/CAM技术的应用较为普遍，已经取得了很大成绩。目前，使用计算机进行产品零件造型分析、模具主要结构及零件的设计、数控机床加工的编程已成为精密、大型塑料模具设计生产的主要手段。应用电子信息工程技术进一步提高了塑料模的设计制造水平。这不仅缩短了生产前的准备时间，而且还为扩大模具出口创造了良好的条件，也相应缩短了模具的设计和制造周期。此外，气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，热流道技术的应用更加广泛，精密、复杂、大型模具的制造水平有了很大提高，模具寿命及效率不断提高，同时还采用了先进的模具加工技术和设备。这些先进技术的发展对我国塑料模具设计制造水平的提高起到了重大的作用。然而，由于我国模具制造基础薄弱，各地发展极不平衡，其中广东、江苏昆山、浙江宁波等沿海一带模具工业最为发达，但内地模具工业基本上还是空白。而且从总体上来看，与国际先进水平相比差距还很大。主要表现在以下方面：塑料模具生产技术水平不高，与国外先进水平相差甚远；我国塑料模制造企业设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率比国外低很多，且设备不配套、利用率低的现象十分严重；开发能力低，在市场上处于被动地位，创造的经济效益方面，国内有些企业是微利甚至亏损；国内外模具企业管理上的差距十分明显；我国塑料模具市场总体上供不应求，特别是大型、复杂、长寿命塑料模产需矛盾十分明显。1.3模具的发展趋势随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。虽然模具种类繁多，但其发展重点应该是既能满足大量需要，又有较高技术含量，特别是目前国内尚不能自给，需大量进口的模具和能代表发展方向的大型、精密、复杂、长寿命模具。模具标准件的种类、数量、水平、生产集中度等对整个模具行业的发展有重大影响。因此，一些重要的模具标准件也必须重点发展，而且其发展速度应快于模具的发展速压盖塑料注塑模具设计4度，这样才能不断提高我国模具标准化水平，从而提高模具质量，缩短模具生产周期，降低成本。由于我国的模具产品在国际市场上占有较大的价格优势，因此对于出口前景好的模具产品也应作为重点来发展。根据上述需要量大、技术含量高、代表发展方向、出口前景好的原则选择重点发展产品，而且所选产品必须目前已有一定技术基础，属于有条件、有可能发展起来的产品。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，高精度、高效率、自动化、精密、高寿命仍然是模具发展必然的趋势。从技术上来说，主要有以下几个方面：（1）CAD/CAM/CAE技术将全面推广；（2）快速原型制造（RPM）、高铣削加工、热流道技术、气体辅助注射技术、高压注射成型及相关技术将得到更好的发展；（3）开发新的模具材料，如采用粉末冶金及喷射成型工艺制作出硬制合金、陶瓷及复合材料；（4）模具表面强化热处理新技术应用，如我国研制的PMS镜面塑料模具，就是在低级材料中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元素后，经过毛坯淬火与回火处理，使其硬度≤30HRC，然后加工成型，再进行时效处理，使模具硬度上升到40~50HRC，从而大大提高了模具的使用寿命。用模具生产制件所具备的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比拟的。振兴和发展我国塑料模具工业，特别是注射模具将越来越受到人们的重视。青岛科技大学本科毕业设计（论文）52塑料制件及材料的分析2.1.塑料制件结构的设计2.1.1塑件形状及结构的设计原则1塑料制件主要是根据使用要求进行设计，由于塑料有其特殊的物理机械性能，因此在设计塑件时要充分发挥其性能优点。在满足使用要求的前提下，塑件形状应尽可能地做到简化模具结构，符合成型工艺要求。塑料制件主要是根据使用要求进行设计，塑件设计原则是在保证使用性能、物理性能、力学性能、电气性能、耐化学腐蚀性能和耐热性能等的前提下，尽量选用价格低廉和成型性能好的塑件。同时还应力求结构简单，壁厚均匀，成型方便。在设计塑件时，还应考虑其模具的总体结构，使模具型腔易于制造，模具抽芯和推出机构简单。塑件设计时应注意以下事项：（1）塑料的物理机械性能，如强度、刚性、韧性、弹性、对应力的敏感性；（2）塑料的成型工艺性，如流动性；（3）塑件形状应有利于冲模流动、排气、补缩，同时能适应高效冷却硬化；（4）塑件在成型以后的收缩情况及各向收缩率的差异；（5）模具的总体结构，特别抽芯与脱出塑件的复杂程度；（6）模具零件的形状及其制造工艺；对于流动性差、收缩率大、易变形、精度要求高、形状复杂、内应力不平衡的制品，其尺寸都不易过大。制品的配合表面按需要选取，非配合表面精度可低一些。模具粗糙度低于制品1~2个等级，塑件常用脱模斜度为1~1.5°，当塑件有特殊要求时，斜度可设计为外表面5′，内表面10~20′，塑件上有凸起或加强筋时，单边应有4~5°的斜度，侧壁有花纹时4~6°的脱模斜度。2.1.2压盖结构的设计及分析本设计塑料制件为压盖，外形如图2－1所示：压盖塑料注塑模具设计6图2－1塑料制品Fig.2-1plasticproduct（1）从结构上分析，该制品的结构比较简单，但是考虑到塑件应有一定的厚度，壁厚太薄熔料充满型腔时的流动阻力大，会出现缺料现象，而壁厚太厚塑件内部又会产生气泡，外部会产生凹陷等现象，同时还增加了成本，壁厚不均还造成收缩不均，因此塑件的壁厚一般取1~4mm为宜，此塑件壁厚为3mm；（2）从尺寸精度分析，该制品除了配合尺寸要求精度较高外，其他尺寸精度要求相对较低，，一般精度等级，对应的模具相关零件的尺寸加工可以保证；（3）从表面质量分析，该零件表面质量要求较高，外表面不得有熔接痕、气痕、飞边等缺陷产生.。综合分析可以看出，注射时在工艺参数控制的较好的情况下，该制品的成型要求可以得到保证。2.2塑料制件材料的选用分析塑料可分为两种：热固性塑料和热塑性塑料；其中热塑性塑料又分为四大类：烃类塑料（非极性塑料）、含有极性基团的乙烯基类塑料、工程塑料和纤维素类塑料。2.2.1塑件材料的选用原则塑料制件的选材应考虑以下几个方面2：青岛科技大学本科毕业设计（论文）7（1）塑料的力学性能，如强度，刚性，韧性，弹性，弯曲性能，冲击性能以及对应力的敏感性；（2）塑件的物理性能，如对使用环境温度变化的适应性，光学特性，绝热或电气绝缘的程度，精加工和外观的完美程度；（3）塑件的化学性能，如对接触物（水、溶剂、油、药品）的耐性，卫生程度以及使用上的安全等；（4）必要的精度，收缩率的大小以及各项收缩率的差异；本设计中压盖选用ABS树脂作为材料,即丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。2.2.2ABS性能和特点ABS树脂是流动性中等的热塑性材料。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性、韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度3。ABS无毒、无味，呈微黄色，成型的塑料件有较好的光泽。有极好的冲击强度，且在低温下也不迅速下降。水、无机盐、碱、酸类对ABS几乎无影响，在酮、醛、酯、氯代烃中会溶解或形成乳浊液，不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS表面受冰醋酸、植物油等化学药品的侵蚀会引起应力开裂。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工。表2－1ABS的综合性能Tab.2-1ABSsynthesisnature压盖塑料注塑模具设计8表2－2ABS的技术指标Tab.2-2ABSqualification2