1、河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书11 绪 论中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产 48“（约 122CM）大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG 大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。1.1 国内模具的现状和发
2、展趋势自 20 世纪 80 年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20 世纪 90 年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在 1990年仅 60 亿元人民币，1994 年增长到 130 亿元人民币，1999 年已达到 245 亿元人民币，2000 年增至 260270 亿元人民币。今后预计每年仍会以 1015的速度快速增长。1.1.1 国内模具的现状目前，我国 17000 多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和
3、浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。1.1.2 国内模具的发展趋势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
4、相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书2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/CA
5、M/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。1.2 国外模具的现状和发展趋势日本在很长的时期内都是仅次于美国的世界第 2 大塑料生产国。1999 年和 2000 年日本塑料产量分别回升到 1432 万吨和 1445 万吨，但仍远未恢复到 1997 年的水平。2001 年和 2002 年日本塑料产量再度下降至 1400 万吨以下的 1364 万吨和 1361 万吨。2
6、002 年日本塑料(原料)产量减为 1361 万吨。而中国则增为 1366 万吨，日本又退居第4 位。韩国塑料产量增长十分迅速，1986 年超过 200 万吨，1990 年增达 300 万吨，1992年突破 500 万吨，1994 年、1996 年和 1997 年分别上升到 600 多万吨、700 多万吨和800 多万吨，1998 年产量增至 850 万吨，1999 年突破 900 万吨，2001 年达 1200 万吨，跻身于世界 5 大塑料生产国之列。韩国国内塑料消费量 2001 年 420 万吨，只相当于产量的 1/3 略高。人均塑料消费量 2001 年为 106 公斤，韩国塑料制品加工业
7、的职工总数 2001 年为 3.1 万人，出货金额为 85 亿美元，人均 276 美元。塑料产量位居世界前 10 名的国家和地区还有法国 660 万吨、比利时 600 万吨、中国台湾 598 万吨、加拿大 432 万吨和意大利 385 万吨( 均为 2001 年产量)。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书31.3 注射模具设计与制造方面1.3.1 注射模具设计的设计思路注射模是塑料成型工艺方法之一，它是利用在注射压力机作用下，将松散的粒状或粉状成型物料从料斗送入高温的机筒内加热、熔融、塑化使之成为粘流熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒的喷嘴注
8、射进入温度较低的闭合模具中，一段保压冷却定型时间后，即可保持模具型腔所赋予的形状和尺寸。第一步：塑件浇口设计第二步：塑件分型面设计；第三步：在塑件基础上加减型腔、型芯设计；第四步：型腔、型芯基础上加减其它部件设计；第五步：整体修改模具装配图，定稿后确定各个零部件。1.3.2 注射侧抽模具设计的进度1.了解目前国内外塑料模具的发展现状，所用时间 20 天；2.确定加工方案，所用时间 5 天；3.模具的设计，所用时间 30 天；4模具的调试所用时间 5 天河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书42 直齿圆柱齿轮塑件工艺的分析2.1 圆柱齿轮原材料分析原始资料：如图所示
9、材 料： POM(聚甲醛)厚 度： 3mm精 度: MT4 级密 度: 1.43kg/m 3生产类型: 大批量聚甲醛学名聚氧化聚甲醛（简称 POM） 又称赛钢、特灵。它是以甲醛等为原料聚合所得。POM-H（聚甲醛均聚物） ，POM-K（聚甲醛共聚物）是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料。具有良好的物理、机械和化学性能，尤其是有优异的耐摩擦性能。 。 聚甲醛是一种没有没有侧链，高密度，高结晶性的线性聚合物，具有优异的综合性能。 聚甲醛是一种表面光滑，有光泽的硬而致密的材料，淡黄或白色，可在-40- 100C 温度范围内长期使用。它的耐磨性和自润滑性也比绝大多数工程塑料优越，又有良好的耐油，耐过氧化
10、物性能。很不耐酸，不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射。聚甲醛的拉伸强度达 70MPa，吸水性小，尺寸稳定，有光泽，这些性能都比尼龙好，聚甲醛为高度结晶的树脂，在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度，弯曲强度，耐疲劳性强度均高，耐磨性和电性能优良。聚甲醛的性能:性 能 数 值 比重 1.43 熔点 175C 伸强度（屈服） 70MPa 伸长率（屈服） 15% 河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书5（断裂） 15% 冲击强度（无缺口） 108KJ/m 22.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析2.2.1 塑件结构分析图 2 塑件结构改善对比图图 A 零件整体厚度较均匀了,
11、可这样齿轮强度降低 ,制造模具型芯也造成困难。图 B 零件壁厚虽然不是很均匀，但对于最厚 6mm 最薄 2.5mm 的塑件还是可以成型的，齿轮强度也大了。所以我们还是不修改齿轮结构，仍用原方案 B2.2.2 侧孔与侧凹该零件为圆柱形组合，两边有侧孔需要侧抽机构。2.2.3 脱模斜度由于塑件高度较低、紧 15mm，结合材料特点粘结性强度，脱模力大小考虑，我们不采用脱模斜度。2.2.4 塑件壁厚塑料制品应该有一定的厚度，这不仅是为了塑料制品本身在使用中有足够的强度和刚度，而且也是为了塑料在成型时有良好的流动状态。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书6塑件壁厚受使用要求
12、、塑料材料性能、塑件几何尺寸以及成型工艺等众多因素的制约。根据成型工艺的要求，应尽量使制件各部分壁厚均匀，避免有的部位太厚或者太薄，否则成型后会因收缩不均匀而使制品变形或产生缩孔，凹陷烧伤或者填充不足等缺陷。热塑性塑料的壁厚应该控制在 1mm4mm 之间。太厚，会产生气泡和缺陷，同时也不易冷却。由产品图可知：其形状较为规则，结构不太复杂：从产品的壁厚上来看壁厚较均匀，有利于零件的成型。2.2.5 圆角塑件的边缘和边角带有圆角，可以增强塑件某部位或者整个塑件的机械强度从而改善成型时塑料在模腔内流动条件，也有利于塑件的顶出和脱模。因此塑件除了使用上的要求采用尖角或者不能出现圆角外，应该尽量采用圆角
13、特征。塑件上采用还可以使模具成型零部件加强，排除成型零部件热处理或使用时可能产生的应力集中问题。由塑件的产品图可知：产品所有边缘均带有圆角特征，最大圆角特征R=1.5H=3.75mm，最小圆角特征 r=0.5H=1.25mm。考虑尺寸大小，我们取最大圆角R=2.5mm，最小圆角特征 r=1.25mm2.2.6 塑件尺寸精度的分析该零件的重要尺寸，如，20mm、7mm、15mm、15mm、9mm 等尺寸精度为 4 级，其它尺寸均用 4 级精度。由以上的分析可见，该零件的尺寸精度属中等偏上，对应模具相关零件尺寸的加工可保证。2.2.7 表面质量分析该零件的表面要求无凹坑等缺陷外，表面无其它特别的要
14、求，故比较容易实现。2.2.8 塑件的体积重量计算塑件的重量是为了选用注射机及确定模具型腔数。计算单个塑件的体积：V（14 263.5 26）（10 27.5 2）93 22.52mm32366.775mm 3计算塑件的质量：公式为 WV河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书7根据设计手册查得 POM(聚甲醛)的密度为 1.43g/110 3mm3，故塑件的重量为：WV2366.7751.4310 -3 3.38g故两个塑件重量 6.76g根据注射所需的压力和塑件的重量以及其它情况，可初步选用的注射机为：SZ60/40 型注塑成型机，该注塑机的各参数如下表所示：表
15、2-1 SZ60/40 型注塑成型机参数理论注射量/cm 3 60 移模行程/mm 180螺杆直径/mm 30 最大模具厚度/mm 280注射压力/Mpa 150 最小模具厚度/mm 160锁模力/KN 400 喷嘴球半径/mm 15拉杆内间距/mm 295185 喷嘴口孔径/mm 3.52.2.9 塑件的注射工艺参数的确定根据情况，聚甲基丙烯酸甲酯的成型工艺参数可作如下选择，在试模时可根据实际情况作适当的调整。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 190230；共聚物材料为 190210。 模具温度：80105 。为了减小成型后收缩率可选用高一些的
16、模具温度。 注射压力：7001200bar 注射速度：中等或偏高的注射速度。注射温度：包括料筒温度和喷嘴温度。料筒温度：后段温度 t1 选用 180中段温度 t2 选用 200 前段温度 t3 选用 220喷嘴温度：选用 220注射压力：选用 100MP注射时间：选用 20s河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书8保压时间：选用 2s保压： 80MP冷却时间：选用 28s总周期： 50s河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书93. 模具结构设计3.1 总体方案拟订对任何塑料件的模具设计都有一定的程序，首先要确定该塑件使用哪一种浇口形式，因
17、为目前浇口的形式很多，并且用不同的浇口形式可以得到不同的塑件效果，得到的塑件表面质量也不同等，因此确定浇口形式也是至关重要的。再就是要确定在塑件的什么地方进浇，对于这个问题我们都没有定论，只有借助 PTC 公司的 PRO/E 内的MOLD ADVISOR 模块来进行分析后再确定浇口位。接着要确定一模几腔，只有把这些前期工作都做好之后 才能够顺利的进行模具设计。3.1.1 型腔数目的确定根据注射量：n=（0.8G-m2）/m1式中 G-注射机的最大注射量（g）m1-单个塑件的重量（g）m2-浇注系统的重量（g）考虑塑件需要侧抽机构而且是两边抽，不能安排多个型腔。那样的话，型腔板长度就较长了。模具就安装不上注射压力机上了。综合考虑，该塑件采用一模两腔。3.1.2 型腔的排列根据需要和后续加工的要求我们确定为平行于塑件的最大尺寸方向，型腔数量为2 个。河 南 机 电 高 等 专 科 学 校 毕 业 设 计 说 明 书10图 3 型腔的排列3.1.3 分型面的设计图 4 分型面的选择分型面的设计在注射模的设计中占有相当重要的位置，分型面的设计可以对塑件的质量、模具的整体结构、工艺操作的难易程度及模具的制造等都有很大的影响。图 1：型腔与型芯不在同一侧，型腔与型芯拼合处较多。型腔与型芯不能很好的对中与结合。好处就是单独内圆柱齿轮容易加工。
