1、 1 毕业设计开题报告 机械设计制造及自动化 家庭用塑料搓衣板的结构设计及其成型模具设计 一、模具工业与注塑模的新发展 1.1 模具工业的地位 模具是工业生产的基础工艺装备。振兴和发展我国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。在电子、汽车、电机、电器、仪器、仪表、家电和通讯等产品中， 60 80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生产制件所表现出来的高精度、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。模具又是“效益放大器”，用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。 模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，在很大程
2、度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 1.2 注塑模具的发展及前景 注射成型又称注塑成型，是热塑性塑料成型的一种重要方法。 到目前为止，除氟塑料外，几乎所有热塑性塑料都可用此种方法成型。近年来，某些热固性塑料也可以采用注射成型。它具有成型周期短，生产率高，能一次成型外形复杂，尺寸精确，能成型带有金属或非金属嵌件的塑件，易于实现自动化生产，生产适应性强等优点，因此广泛用于各种塑件的生产，其产量约占塑料制品总量的。由于塑料作 为工程结构材料的出现，注射塑件的用途已从民用扩大到生产的各个领域，并逐步呈上升趋势 1。注射成型所需设备昂贵，模具结构也比较复杂，且制造成本高，因此注射成型特别适合
3、大批量生产。 用模具生产的塑料制品（简称塑件）具有高精度、高复杂程度、高一致性、高生产率和低消耗等特点，因此广泛用于仪器、仪表、家用电器、汽车等行业。模具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具价值的几十倍、上百倍。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。美国工业界 认为“模具工业是美国工业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力” 2。 2 塑料具有密度小、质量轻、绝缘性能好、耐磨耐腐蚀等特殊性能，已成为各行各业不可缺少的一种重要材料，其制品在工业生产中得到广泛地应用。特别是在计算机、办公机器、照相机、汽车、仪器
4、仪表、机械制造、交通、通信、轻工、建筑、日用品以及家用电器行业中得到广泛使用，随着纳米塑料等新材料的出现，今后塑料的应用将会覆盖国民经济的各个领域，尤其在国防和尖端科学技术领域中将占有越来越重要的地位。 我国的塑料工业已具备了一定的规模。塑料成型设备生产 能力和质量都有了较大程度提高，已有一批专业化工厂可提供系列产品。开发研制了一批具有先进水平的设备，如 32 千克大型注射机、数控热固性塑料注射机、小型精密注射机、农膜机组、地膜机组、编织袋成型机组、计算机群控注射机等，为我国塑料成型技术的发展创造了有利条件。 我国注塑模具行业在快速发展，模具产品产值已从 1993 年的 110 亿元增长到 1
5、997 年的 200 亿元，并超过了机床产品的产值，到 2002 年增长到 360 亿元，1996 年 2005 年间的年均增长速度达到 14%以上，在某些行业年均增速更是高达100%。 2007 年模具产 值已达 450 亿元，增长 25%以上，出口 3.368 亿美元 2,3。由于模具对社会生产和国民经济的巨大推动作用和自身的高附加值，世界模具市场发展较快，当前全球模具工业的产值已经达到 600 亿 650 亿美元，是机床工业产值的两倍。 据有关方面预测，模具市场的总体趋热是平稳向上的，在未来的模具市场中，塑料模具的发展速度将高于其它模具，在模具行业中的比例将逐步提高。随着塑料工业的不断发
6、展，对塑料模具提出越来越高的要求是正常的，因此，精密、大型、复杂、长寿命塑料模具的发展将高于总量发展速度。同时，由于近年来进口模具中，精密、大型、复杂、长寿命模具占多数。 1.3 塑料模具设计的新方法 （ 1） 在塑料模设计制造中全面推广应用 CAD/CAM/CAE 技术。 CAD/CAM 技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具 CAD/CAM 技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造了良好的条件；基于网络的 CAD/CAM/CAE 一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型 CAD/CAM 系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题； CAD/CA
7、M3 软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的 3D 设计与成型过 程的 3D 分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用 5。 （ 2）为了缩短制模周期、提高市场竞争力，普遍采用高速切削加工技术。 高速切削是以高切削速度、高进给速度和高加工质量为主要特征的加工技术，其加工效率比传统的切削工艺要高几倍，甚至十几倍。目前，欧美模具企业在生产中广泛应用数控高速铣，三轴联动的比较多，也有一些是五轴联动的，转数一般在 1.5 万 3 万 r/min。采用高速铣削技术，可大大缩短制模时间。经高速铣削精加工后的模具型面，仅需略加抛光便可使用，节省了大量修磨、抛光的时间。欧美模具企业十分 重视技术进
8、步和设备更新。设备折旧期限一般为 4 5年 7。 增加数控高速铣床，是模具企业设备投资的重点之一。 （ 3）快速成型技术与快速制模技术获得普遍应用 . 由于市场竞争日益激烈，产品更新换代不断加快，快速成型和快速制模技术应运而生，并迅速获得普遍应用。 许多塑料模厂家利用快速原型浇制硅橡胶模具，用于少量翻制塑料件，非常适合于产品的试制。 二、注塑模的结构组成及其成型工艺、成型特点 2.1 注射模的结构组成 （ 1）成型零部件：它是决定塑件内外表面几何形状和尺寸的零件，是模具的重要组成部分。如型腔板和型芯。 （ 2）合模导向零件：主要用来保证动、定模合模或模具中其它零部件之间的准确对合，以保证塑件形
9、状和尺寸的精度，并避免损坏成型零部件。如导柱和导套。 （ 3）浇注系统：是指将塑料熔体由注射机喷嘴引向模具型腔的通道，它对熔体充模时的流动特性以及塑件的质量等有着重要的影响。 （ 4）推出机构：指在开模过程中，将塑型芯一塑件件及浇注系统凝料推出或拉出的装置。 （ 5）侧向分型抽芯机构：塑件带有侧凹或侧凸时，在开模推出塑件之前，必须把成型侧凹和侧凸的活动型芯从塑件中抽拔出去，实现这类功能的装置就是侧向分型抽芯 机构。 （ 6）温度调节系统：为了满足注射工艺对模具温度的要求，需要在模具中设置冷却或加热装置对模具进行温度调节。 4 （ 7）排气系统：在注射过程中必须将型腔内原有的空气和塑料本身释放出
10、来的气体排出，以免它们造成成型缺陷。排气结构常在分型面处开设排气槽，也可以利用推杆或型芯与模具的配合间隙来排气。 2.2 注射成型工艺过程 注射成型工艺过程的确定是注射工艺规程制订的中心环节主要有成型前的准备、注射过程和塑件的后处理三个过程。 注射成型前的准备： 为了保证注射成型过程顺利进行，使塑件产品质量满足要 求，在成型前必须做好一系列准备工作，主要有原材料的检验、原材料的着色、原材料的干燥、嵌件的预热、脱模剂的选用以及料筒的清洗等。 （ 1） 原料的检验和工艺性能测定 在成型前应对原料的种类、外观（色泽、粒度和均匀性等）进行检验以及流动性、热稳定性、收缩性、水分含量等方面进行测定 （ 2
11、）对塑料原料进行着色 为了使成型出来的塑件更美观或要满足使用方面的要求。配色着色可采用色粉直接加入树脂法和色母粒法。 色粉与塑料树脂直接混合后，送入下一步制品成型工艺，工序短，成本低，但工作环境差，着色力差，着色均匀性和质量稳 定性差 8 。 色母粒法是着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度着色剂的粒料，制品成型时根据着色要求，加入一定量色母粒，使制品含有要求的着色剂量，达到着色要求。 （ 3）预热干燥 对于吸湿性强的塑料 (聚酰胺、有机玻璃、聚酞胺、聚程酗酯、聚讽等 )，应根据注射成型工艺允许的含水量要求进行适当的预热干燥，去除原料中过多的水分及挥发物，以防止注射时发生水降解或成型
12、后塑件表面出现气泡和银纹等缺陷。 2.3 注射成型的特点 （ 1）注射成型技术具有生产周期短，生产率高，容易实现自动化生产； （ 2）能成型外形复杂的塑件，且能保证精度； （ 3）成型各种塑料的适应性强； （ 4）设备价格高，模具制造费用较高，不适合单件及小批量塑件的生产 5。 三、注射成型设备 5 3.1 注射机的基本结构组成 注射机是塑料成型加工的主要设备之一。注射机的类型很多，主要由注射装置、合模装置、液压传动系统和电气控制系统等组成，如图 3 1 所示。图 3 2所示为卧式注射机实物图 9。 图 6-41 垂直分型面卸模架卸模上卸模架 2-凸 模 3-辦 合凹模 4 -模 套5 -下模
13、 座板 6-下 卸模架图 3 1 卧式注射机示意图 1锁模液压缸 2锁模机构 3移动模板 4顶杆 5固定板 6控制台 7料筒 8料斗 9定量供料装置 10注射液压缸 3.2 注射机工作循环的工作过程 （ 1）加热、预塑化 螺杆在传动系统的驱动下，将来自料斗的物料向前输送、压实，在料筒外加热器、螺杆和机筒的剪切、摩擦的混合作用下，物料逐渐熔融，在料筒的头部已积聚了一定量的熔融塑料，在熔体的压力下螺杆缓慢后退。后退的距离取决于计量装置依据一次注射所需的量来调整，当达到预定的注射量后螺杆停止旋转和后6 退。 （ 2）合模和锁紧 锁模机 构推动动模板及安装在动模板上的模具动模部分与定模板上的模具定模部
14、分合模并锁紧，以保证成型时提供足够的夹紧力使模具锁紧。 （ 3）注射装置前移 当合模完成后，整个注射座被推动，前移，以便注射机喷嘴与模具主浇道口完全贴合。 （ 4）注射、保压 在注射机喷嘴完全贴合模具浇口以后，注射液压缸进入高压油，推动螺杆相对料筒前移，将积聚在料筒头部的熔体以足够压力注人模具的型腔。因温度降低而使塑料体积产生收缩，为保证塑件的致密性、尺寸精度和力学性能，需对模具型腔内的熔体保持一定的压力，以补充塑件的收缩。 （ 5）卸压 当模 具浇口处的熔体冻结时，即可卸压。 （ 6）注射装置后退 一般来说，卸压完成后，螺杆即可旋转、后退，以完成下一次的加料、预塑化过程。预塑完成以后，注射装
15、置撤离模具的主浇道口。 （ 7）开模、顶出塑件 模具型腔内的塑件经冷却定形后，锁模机构开模，并且推出模具内的塑件。 总结：本课题意在设计一套家庭用塑料搓衣板模具。在设计研究中，将涉及到了机械材料的选择，注射设备选择，机械结构的优化设计，以及成型零部件、浇注系统、推出结构等的设计。同时，本课题的研究与设计，还涉及到模具 成型工艺 。 综上所述随着塑料行业和机械制 造工业的快速发展，以及人们生活水平的提高，人们对塑料制品需求会大量的增加，同时人们对塑料制品的质量、使用寿命、环保性等要求会越来越高，也要求对生产该产品的人工操作和机械装置提出了更高的要求。因此塑料模具行业将向着高精度，自动化，智能化的
16、方向发展。 四、参考文献 1陈志刚，塑料模具设计 M北京：机械工业出版社， 2000 2许树勤，模具设计与制造 M北京：北京大学出版社， 2005 11 7 3陈金德，材料成形技术基础 M北京：机械工业出版社， 2004 7 4成都科技大学等，塑料成型 模具 M，成都：轻工业出版社， 1990 5模具实用技术丛书编委会编 M模具制造工艺装备及应用北京：机械工业出版社， 2002 6许鹤峰，闫光荣编著，数字化制造技术 M北京：化学工业出版社， 2001 7对深腔注射 模具结构设计的探索 J. 模具工业 , 1991,(11) 8模具失效分析与对策 J新余高专学报 , 2005,(02) 9屈华昌主编，塑料成型工艺与模具设计 M北京机械工业出版社 10CAD 技术在机械工程设计中的发展与应用 J. 山西科技 , 2005,(05)
