1、第 - 1 - 页 共 37 页壳体注塑模的设计绪 论随着工业的发展，工业产品的品种和数量不断增加。换型不断加快。使模具的需要补断增加。而对模具的质量要求越来越高。模具技术在国民经济中的作用越来越显得更为重要。中国模具工业的现状和发展模具是制造业的重要工艺基础，在我国，模具制造属于专用设备制造业。中国虽然很早就开始制造模具和使用模具，但长期未形成产业。直到 20 世纪80 年代后期，中国模具工业才驶入发展的快车道。近年，不仅国有模具企业有了很大发展，三资企业、乡镇（个体）模具企业的发展也相当迅速。据不完全统计，近 10 年全国（未含港、澳、台统计数字，下同）模具生产及进出口发展情况如由表可见，
2、虽然中国模具工业发展迅速，但与需求相比，显然供不应求，其主要缺口集中于精密、大型、复杂、长寿命模具领域。由于在模具精度、寿命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。第 - 2 - 页 共 37 页中国模具产业除了要继续提高生产能力，今后更要着重于行业内部结构的调整和技术发展水平的提高。结构调整方面，主要是企业结构向专业化调整，产品结构向着中高档模具发展，向进出口结构的改进，中高档汽车覆盖件模具成形分析及结构改进、多功能复合模具和复合加工及激光技术在模具设计制造上的应用、高速切削、超精加工及抛光技术、信息化方向发展。近年，模具行业结构调整
3、和体制改革步伐加大，主要表现在，大型、精密、复杂、长寿命、中高档模具及模具标准件发展速度高于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量及其生产能力增加；“三资”及私营企业发展迅速；股份制改造步伐加快等。从地区分布来看，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，江苏、上海、安徽和山东等地近几年也有较大发展。模具成型具有优质，高产，低消耗，低成本的特点。因而，在国民经济各个部门得到了极其广泛的应用。在模具成型中，塑料成型占很大的比重。由于塑料具有化学稳定性好，电绝缘性强，力学性能高，自润滑，耐磨及
4、相对密度小等独特的优异性能，成为工业部分必不可少的新型材料。根据业内专家预测，今年中国塑料模具市场总体规模将增加 13%左右，到2005 年塑料模具产值将达到 460 亿元，模具及模具标准件出口将从现在的 9000多万美元增长到 2005 年的 2 亿美元左右，产值在增长，也就意味着市场在日渐扩大。相当多的发达国家塑料模具企业移师中国，是国内塑料模具工业迅速发展的重要原因之一。中国技术人才水平的提高和平均劳动力成本低都是吸引外资的优势，所以中国塑模市场的前景一片辉煌，这是塑料模具市场迅速成长的重要因素所在。按照我国国家标准，模具共分为 10 大类 46 个小类，塑料模具是 10 大类中的 l
5、个大类，共有 7 个小类：热塑性塑料注塑模、热固性塑料注塑模、热固性塑料压塑模、挤塑模、吹塑模、真空吸塑模和其他类塑料模。塑料模的发展是随着塑料工业的发展而发展的，在我国起步较晚，但发展却很快，特别是最近几年，无论在质量、技术和制造能力上，都有很大发展。但就总体来看，与国民经济发展和世界先进水平相比，差距仍较大，一些大型、精密、复杂、高效、长寿命的塑料模具每年仍大量进口。据悉目前全世界年产出模具约 650 亿美元，其中塑料模具约为 260 亿美元。我国 1999 年模具总产值 245 亿元其中塑料模具约为 82 亿元，2000 年近 100亿元。七类塑料模具中，注塑模具所占比例很大，约占全部塑
6、料模具的 80%左右。第 - 3 - 页 共 37 页塑料模具的主要用户是家用电器行业、汽车、摩托车行业、电子音像设备行业、办公设备行业、建筑材料行业、信息产业及各种塑料制品行业等。目前国内年需塑料模具约 130-140 亿元，真中有 30 多亿元仍靠进口，进口量最多的塑料模具有汽车摩托车饰件模具、大屏幕彩电壳模具、冰箱洗衣机模具、通讯及办公设备塑壳模具、塑料异型材模具等。现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。21 世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的
7、质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。可见，未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是：大力普及、广泛应用 CAD/CAE/CAM 技术，逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模具的出口量。 在塑料注射成型模具中，积极应用热流道，推广气辅或水辅注射成型，以及高压注射成型技术，满足产品的成型需要。 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造
8、精度和使用性能，大大地提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于 30%，而先进国家均高于 70%，每年我们要从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的 3%8%。 发展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技术，迅速制造出产品的原型与模具，降低成本推向市场。 积极研究与开发模具的抛光技术、设备与材料，满足特殊产品的需要。推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺，满足模具制造的需要。 开发优质模具材料和先进的表面处理技术，提高模具的可靠性。 研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程，最大限度地提高模具的开发效率与成功率。 开发新的成型工艺与模具，以满足未来的
9、多学科多功能综合产品开发设计技术。 在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重人才的培养，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。第 - 4 - 页 共 37 页在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。我国模具工业一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。由于本人水平有限，不妥之处在所难免，肯请老师批评指正。1 塑件分析与模具材料和注射机的选取1.1 塑件结构和技术要求的分析1.1.1 塑件工艺规程的编制 该塑件为一矩形壳体，壳体底部有六个 mm 的孔，其零件图
10、如图 11 所20示。第 - 5 - 页 共 37 页图 11 外壳零件图 本塑件的材料为：ABS，生产类型为大批量生产。1.2 塑件的工艺性分析1.2.1 塑件的原材料分析塑件的材料采用 ABS，属热塑性塑料。ABS 是丙烯晴、丁二烯和苯乙烯三种单体聚合而成的非结晶型的高聚物。ABS 塑料是一种综合性能优良的在工程技术中广泛应用的新型塑料。（1）ABS 塑料的使用性能 由于 ABS 是三种单体聚合而成的，因此它具有三种组合物的综合性能，丙烯晴可使 ABS 具有较高的强度、硬度耐热性及耐化学稳定性；丁二烯可使 ABS 具有弹性和较高的冲击强度；苯乙烯可使 ABS 具有优良的介电性能和成型加工性
11、能。此零件壁厚为 5mm，因此塑件成型后强度较高。第 - 6 - 页 共 37 页（2）ABS 塑料的成型性能 ABS 的成型性能较好，可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。它的流动性较好，成型收缩率小；ABS 塑料比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。此外壳零件壁厚均匀、形状较规则，因此采用注射成型塑件，塑件成型容易质量也易保证。ABS 吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥。此塑件为外壳零件，件塑表面质量应较为光泽，所以在注射成型前应充分干燥。另外之间壁厚较厚，成形时易产生凹痕、变形等缺陷，成形温度低时，方向性明显
12、，凝固速度较快，易产生内应力，因此，成形时应注意控制成形温度，浇注系统应较缓慢散热，冷却速度不宜过快。保压压力大时容易加大分子取向，使制品出现较为明显的各向异向性。在保压压力和注塑压力相等时，制品的收缩率可降低，批量产品的尺寸波动小，但会使制品产生较大的内应力。 1.2.2 塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析 （1）结构分析。 从零件图上分析，该零件为长方体，壳体底面为弧形曲面，在曲面上还开有六个 20mm 的通孔，孔以制件中心线对称分布，外轮廓尺寸：长为 200mm、宽为 100mm、顶高 50mm，制件壁厚 5mm。由于制件形状较规则，成形时不必设计侧向抽芯机构，因此模具结构就较为简单。第
13、 - 7 - 页 共 37 页（2）尺寸精度分析。从该制品的零件图可知；形状，结构对制件脱模都没有太高要求，对尺寸大小，产品精度和表面质量要求较高。 成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力，在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件，塑料 ABS 的流动性能较好，适于成型较大的制件。 制品的精度等级；塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，塑料件未注公差，由于该制件的原材料为ABS，而 ABS 的制件公差等级较低为 MT5 级。 制品的表面质量；塑料制件的精度等级较低，我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷，毛刺，内部不得有
14、导电杂质外无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。制品的形状结构；制品的壁厚均匀为 5mm。符合 ABS 的最小壁厚原则，在制件的转角处设计圆角，防止在此处出现缺陷。在客体内壁有一个脱模斜度，塑件的内表面粗糙度要求比较底，而外表面则要求有比较高的光泽度，因此要对型腔表面进行抛光。第 - 8 - 页 共 37 页1.3 计算塑件的质量和体积1.3.1 根据塑件的质量选择注塑机及确定型腔数计算塑件的体积:V=174200mm 3计算塑件的质量：根据手册可查 ABS 的密度 =1.02cm3故塑件质量为：W=V =1742001.0210-3=150.144g（其中圆角处尺寸可不预考虑
15、，拱形底面按平面计算体积在选取注塑机时适当放大）1.3.2 注射机的选用塑件成形所需的注射总量应该小于所选注射机的注射量。注射容量以容积（ cm3）表示时，塑件体积（包括浇注系统）应小于注射机的注射容量，其关系按模具设计与制造简明手册中式 2-54 校核：V 件 0.8V 注式中 V 件 塑件与浇注系统的体积（ cm3） ；取 V 件 =174.2cm3；V 注 注射机的注射容量（ cm3） ；0.8最大注射容量利用系数。则有： 217.75cm3V 注根据 V 注 217.75 cm3和模具设计与制造简明手册表 2-40 初步选取的注射机型号为 XSZY500。其主要参数如下：螺杆直径（mm
16、）：65；注射容量（ cm3）：500；注射压力（MPa）：100；锁模力（kN）： 3500；最大注射面积（ cm2）：1000；模具厚度（mm）：最大 450mm，最小 300mm；模板行程（mm）：700；喷嘴： 球半径（mm）：18；孔直径（mm）：7.5；第 - 9 - 页 共 37 页定位孔直径（mm）： ；06.15顶出：中心孔径（mm）：150；两侧孔径：24.5；孔距：530。1.4 塑料材料的成型特性与工艺参数近代注塑制品，在各个领域得到广泛应用，制品形状可以十分复杂，所使用的聚合物性质差别也狠大。即便是同一品级材料的制品，由于浇道系统及各部位几何形状不同，不同部位对于充模
17、熔体的流动（速度、压力）提出要求，否则就要影响熔体在这一部位的流动性能或高分子的洁净定向作用，以及制品的表面质量。这样，在一个注射过程中，螺杆向模具推进熔体时，要求实现在不同位置上的有不同的注射速度和不同注射压力等工艺参数的控制，这种注射过程称为多级注塑。而多级注塑工艺要通过不同聚合物材料和不同的制品进行拟定和选择，塑件工艺参数的选用：料筒温度 喂料区 40-60 C （50 C）00区 1 160-180 C (180 C)00区 2 180-230 C (210 C)区 3 210-260 C (240 C)00区 4 210-260 C (240 C)区 5 210-300 C (240
18、 C)00喷嘴 220-260 C (240 C)料筒恒温 220 C0模具温度 40-80 C (60 C )0注射压力 100-150MPa (100 MPa)注射时间 3-5s ( 4s )保压压力 保压时间相对较短，注射压力的 30%-60%保压时间 15-30s (20s)熔料温度 220-250 C （230 C）00冷却时间 15-30s (40s)成型周期 40-70s （70s）括号内的参数建议作为基本设定值，行程利用率为 35%和 65%，模件流长与壁厚之比为 50：1 到 100：1。背压 5-15MPa，如果背压太低，溶料中裹入的空气 会造成焦化（在制品内有灰黑纹路）第
19、 - 10 - 页 共 37 页注射速度 最好采用分级注射：从慢到快；需高速度以达到好的表面光泽，最小融合缝以及融合缝高度；需要在前流道处开设通气隧道 螺杆转速 最大螺杆转速折合线速度为 0.6m/s，但最好将螺杆转速调的低一点，只要能在冷却时间结束前完成塑化过程即可计量行程 （0.5-0.4）D残料量 2-8mm，取决于计量行程和螺杆直径 预烘干 ABS 在有些情况下可从原料袋内直接喂料无需预烘干，否则在 80 C温度下烘干 3h；潮湿的颗粒会造成制品有裂纹，檫痕或气泡回收率 可加 30%的回料，前提是之前材料没有发生热分解收缩率 0.4%-0.7%浇口系统 可使用点式浇口和热流道；最小壁厚
20、不应小于 0.7 mm，因为 ABS 流动性较差料筒设备 标准螺杆，止逆环，直通喷嘴1.5 模具材料的选取及热处理由塑件技术要求分析可知，型腔板和型芯的硬度、耐磨性能要求比较高。所以在本设计中，型腔板和型芯的材料，本人选取 40Cr，调质处理。模架各板的材料和热处理参照模具设计与制造简明手册中表 2-177 选取。则模具中各板的材料和热处理如表 1.5.1 所示：表 1.1零件名称 材料牌号 热处理方法 硬度动模板 45 调质 HB230270型腔板 40Cr 调质 HRC5458型芯 40Cr 调质 HRC5458型芯固定板 45 调质 HB230270支承板 45 淬火 HRC4348推板 45 淬火 HRC4348推杆固定板 45垫块 45
