塑料模具设计的意义

【摘要】塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类。因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理.绪论一、模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。、模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％～90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。二、各种模具的分类和占有量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔使材料成型。(1)冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50％以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。(2)锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型时所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。(3)塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35％，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。(4)压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6％。(5)粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。三、我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。(1)注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。(2)加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。(3)推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。(4)重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。塑件工艺性分析零件名称：塑料仪表盖（如图）生产批量：大批量材料：聚甲醛（POM）平面图立体图一、塑件原材料分析1、聚甲醛的工艺特性干燥处理：如果材料储存在干燥环境中，通常不需要干燥处理熔化温度：均聚物材料为190～230℃，共聚物材料为190～210℃模具温度：80～105℃，为了减小成型后收缩率可选用高一些的模具温度注射压力：80～130MPa注射速度：中等或偏高的注射速度注射成型机类型：螺杆式流道和浇口:可以使用任何类型的浇口，如果使用隧道形浇口，则最好使用较短的类型。对于均聚物材料，建议使用热注嘴流道，对于共聚物材料既可使用内部的热流道也可使用外部热流道。化学和物理特性:POM是一种坚韧有弹性的材料，即使在低温下仍有很好的抗蠕变特性、几何稳定性和抗冲击特性。POM既有均聚物材料也有共聚物材料。均聚物材料具有很好的延展强度、抗疲劳强度，但不易于加工。共聚物材料有很好的热稳定性、化学稳定性并且易于加工。无论均聚物材料还是共聚物材料，都是结晶性材料并且不易吸收水分。收缩率：POM的高结晶程度导致它有相当高的收缩率，可高达到1.2％～3.0％。对于各种不同的增强型材料有不同的收缩率。2、塑件的尺寸塑件尺寸的大小受制于以下因素：a)取决于用户的使用要求b)受制于塑件的流动性c)受制于塑料熔体在流动充填过程中所受到的结构阻力3、塑件尺寸公差标准影响塑件尺寸精度的因素主要有：a)塑料材料的收缩率及其波动b)塑件结构的复杂程度c)模具因素（含模具制造、模具磨损及寿命、模具的装配、模具的合模及模具设计的不合理所可能带来的形位误差等）d)成型工艺因素（模塑成型的温度T、压力p、时间t及取向、结晶、成型后处理等）e)成型设备的控制精度等其中，塑件尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动及模具制造误差，题中没有公差值，则我们按未注公差的尺寸许偏差计算，查表取MT5。4、塑件的表面质量塑件的表面质量包括塑件缺陷、表面光泽性与表面粗糙度，其与模塑成型工艺、塑料的品种、模具成型零件的表面粗糙度、模具的磨损程度等相关。模具型腔的表面粗糙度通常应比塑件对应部位的表面粗糙度在数值上要低1～2级。二、注塑成型的准备1、注塑成型工艺条件(1)温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS料与温度的经验数据如下表所示：料筒温度/℃喷嘴温度/℃模具温度/℃热变形温度/℃后段中段前段1.82MPa0.45MPa150～210170～230190～250240～2505～7565～96(2)压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。(3)时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为3～5秒，保压时间一般为20～120秒，冷却时间一般为30～120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如下表所示：制件壁厚/mm成型周期/s制件壁厚/mm成型周期/s0.5102.5351.0153.0451.5223.5652.0284.085经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如下表所示：特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）28喷嘴形式直通式模具温度50喷嘴温度(℃)230后段温度(℃)150～210中段温度(℃)170～230前段温度(℃)190～250注射压力MPa130保压力MPa80注射时间s1.5保压时间s5冷却时间s20其他时间s3成型周期s30成型收缩(%)1.2～3干燥温度(℃)60～80干燥时间(℃)1～32、注塑机的选择①塑件的投影面积计算A=3.14×（1102-4×102-132）=11.53cm2②型腔的压力计算P腔=2/3×P=86.7Mpa③锁模力的计算F=AP腔=11.53×86.7=999.7N根据计算，查表选螺杆式注射机：XS-ZY-250注塑机的有关参数注塑机型号XS-ZY-250额定注射量250cm3螺杆（柱塞）直径50mm注射压力130Mpa注射行程160mm注射方式螺杆式合模力1800KN最大成型面积320cm2最大开合模行程500mm模具最大厚度400mm模具最小厚度200mm喷嘴圆弧半径R18mm喷嘴孔直径Φ10mm顶出形式两侧设有顶杆，机械顶出定位圈尺寸Φ125mm拉杆空间448X370mm合模方式增压式机器外形尺寸4700×1000×1815mm3、注塑机的参数校核根据以上计算，浇注系统的体积为V型=23.7cm3(1)最大注射量的校核计算校核式：(0.8-0.85)V公≥V型其中：V型=23.7cm3(0.8-0.85)V公=0.8×250=200cm3可见满足校核式，即所设计模具注射量满足XS-ZY-250最大注射量要求。(2)注射机压力的校核P机≥P塑P机——注射机的最大注射压力，Mpa或N/cm3P塑——成型塑件所需的注射压力，Mpa或N/cm3一般PS取100～140Mpa，XS-ZY-250注射机的最大注射压力P机=130Mpa，可见XS-ZY-250注射机满足PS注射压力的要求。综合验证，XS-ZY-250型注射机完全能满足此模具的注射要求。4、模具开模行程校核模具开模行程应满足：SmSZ其中：Sz为最大开模行程，查注射机XS-ZY-250型Sz=500mm，Sm为模具的开模行程；Sm=塑件的高度+浇注系统的高度+顶件的顶出高度+（5-10）mm=75+98+65=238mm可见SmSZ模具设计一、分型面的确定根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱模；（2）在开模时尽量使塑件留在动模；（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。结合该产品的结构,分型面确定在塑件的最大投影面积上。如图：二、型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。根据大批量生产要求，本模具采用一模两腔，塑件型腔位置对称分布。三、浇口确定根据塑件外形特征，确定使用侧浇口。四、浇注系统设计注塑模的浇注系统是