1、第一章 绪论 第 1 页 第一章 绪论 1.1 前言 模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业。没有模具，就没有高质量的产品。用模具加工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。 根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业品零件粗加工的 75、精加工的 50都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等工 业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具
2、工业也以每年 35以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步 1.2 模具发展现状及发展方向 1.2.1 国内 外 注塑模具的发展现状 近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步，然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握，尚有一段距离，而且发展也十分不平衡，因而，我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距。塑料成型模具可分为三大 类，即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具。我国现在的制造水平，以注射成型模具为最高，中空成型具为最低，如化妆品用瓶子的吹塑模具，无论从
3、造型以及质量上远不能适应出口要求。 目前，国内生产的小模数塑料齿轮等精密塑料模具已达到国外同类产品水平。在齿轮模具设计中采用最新的齿轮设计软件，纠正了由于成型压缩造成的齿形误差，达到了标准渐开线造型要求。显示管隔离器注塑模、高效多色注射塑料模、纯平彩电塑壳注塑模等精密、复杂、大型模具的设计制造水平也已达到或接近国际水平。使用 CAD 三维设计、计算机模拟注塑成形、抽芯脱模机 构设计新颖等对精密、复杂模具的制造水平提高起到了很大作用。 20 吨以上的大型塑料模具的设计制造也已达到相当高的水平。 34 英寸彩电塑壳和 48 英寸背投电视机壳模具，汽车保险杠和仪表盘的注塑模等大型模具，国内都已可生产
4、。国内最大的塑料模具已达 50 吨。 第一章 绪论 第 2 页 虽然在这十多年中注塑模具工业取得了令人瞩目的发展，但许多方面与工业发达国家相比仍有较大的差距。精密加工设备在模具加工设备中的比重还比较低， CAD/CAE CAM 按术的普及率不高，许多先进的模具技术应用还不够广泛等。特别在大型、精密、复杂和长寿命模具技术上存在明显差距， 这些类型模具的生产能力也不能满足国内需求，因而需要大量从国外进口。 国外注塑模具制造行业的最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质量及生产效率。国外发达国家模具标准化程度达到70 -80，实现部分资源共享，大大缩短设计周期及制造周期
5、，降低生产成本最大限度地提高模具制造业的应变能力 满足用户需求。 模具企业在技术上实现了专业化，在模具企业的生产管理方面，也有越来越多的采用以设计为龙头、按工艺流程安排加工的专业化生产方式，降低了对模具工人技术全面性的要求，强调专业化。 国外注塑 成型技术在也向多工位、高效率、自动化、连续化、低成本方向发展。因此，模具向高精度复杂、多功能的方向发展。例如：组合模、即钣金和注塑一体注塑铰链一体注塑、活动周转箱一体注塑；多色注塑等；向高效率、高自动化和节约能源，降低成本的方向发展。例如：叠模的大量制造和应用，水路设计的复杂化、装夹的自动化、取件全部自动化。 我国注塑模具行业与其发展需要和国外先进水
6、平相比，主要存在五大问题： 1.发展不平衡，产品总体水平较低，虽然有个别企业的部分产品已达到或接近国际水平，但总体来看，模具的精度、型腔表面粗糙度、生产周期、寿 命等指标与国外先进水平相比尚有较大差距。 2.工艺装备落后，组织协调能力差，虽然部分企业经过近几年的技术改造，工艺装备水平已比较先进，但大部分企业工艺装备仍比较落后。企业的组织协调能力差，难以整合或调动社会资源为我所用，从而就难以承接比较大的项目。 3.多数企业开发能力弱，一方面是技术人员比例低、水平不够高，另一方面是科研开发投入少，观念落后，对开发不够重视。 4.供需矛盾一时还难以解决， 2003 年国产塑料模具国内市场满足率只有
7、74， 7，其中大型、精度、长寿命模具满足率还要低，估计不足 60。市场需求 旺盛，生产发展一时还难以跟上，供不应求的局面还将持续一段时间。 5.体制和人才问题的解决尚待时日，在模具这样竞争性行业中需依赖于特殊用户，需单件生产的行业，国有和集体所有制原来的体制和经营机制已越来越显第一章 绪论 第 3 页 得不适应。人才的数量和素质水平也跟不上行业的快速发展。各地都重视这两问题，解决尚待时日。 1.2.2 国内外注塑模具的发展趋向 由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时， “小而专 ”
8、、 “小而精 ” 仍旧是一 个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的 “交货期短 ”、 “精度高 ”、 “质量好 ”、 “价格低 ”的要求，以下的发展趋势也较为明显。 展望我国塑料模具的未来，笔者以为应从提高技术水平着手，一方面发展专业模具厂的技术优势，使之进一步提高对某一类模具的设计制造水平；另一方面 要不断采用新技术、新工艺，提高模具产品的技术含量。要提高我国的模具技术水平，必须在以下方面加大努力： 1.开发精密、大型、复杂、长寿命的模具，实现模具国产化； 2.加速模具标准化、专业化、商品化生产； 3.大力发展 CAD CAM CAE、 RPM 等先进模具设计和制造技术；
9、4.加大人才培养的力度，使他们尽快掌握模具设计和制造中的先进技术。 1.3 本课题的内容和具体要求 1.3.1 本课题的内容 根据节流阀接头样品，设计一套注射模具。 1.3.2 具体要求 a、本设计中要注意的问题：塑件的精度要求为六级，其中配合部位为七级。 b、计预期的效果：通过本次设计，熟练掌握模具开发的基础知识，并能熟练应用 Auto-CAD。第二 章 零件材料分析及方案论证 第 4 页 第二章 零件材料分析 及方案论证 2.1 零件的材料及材料的特性 2.1.1 零件的材料 此零件的材料是增强型 PA6. 2.1.2 增强型 PA6 材料的特点 尼龙简写 PA、属结晶材料，其特点如下：
10、优点： （ 1） 机械强度高，韧性好，有较高的抗拉、抗压强度； （ 2） 耐疲劳性能突出，经受多次反复屈折仍能保持原有机械强度； （ 3） 表面光滑，摩擦系数小，耐磨； （ 4） 耐腐蚀，耐碱和大多数盐液，还耐弱酸，机油、汽油； （ 5） 无毒，对生物侵蚀呈惰性，有良好抗菌、抗毒能力； （ 6） 耐热，使用温度范围宽，可 在 45 100 下长期使用，短时耐热温度达120 150 ； （ 7） 有优良电气性能，具有较好的电绝缘性； （ 8） 制件重量轻，易染色，易成形。 缺点： （ 1） 易吸水； （ 2） 耐光性较 差； （ 3） 不耐强酸、氧化剂； （ 4） 设计技术要求较严。 加工要求：
11、一般宜取低模温、低料温、时间长、注射压力大的成形条件。 2.1.3 增强型 PA6 的注射成型工艺参数 密度（ g/ cm3）： 1.36; 计算收缩率（ %）： 0.3 0.7; 摩擦系数： 1.3; 弯曲弹性模量 E： 8000 (Mpa) 3.0103N/cm3; 适用注塑机类型：螺杆式、柱塞式均可。 第二 章 零件材料分析及方案论证 第 5 页 后处理 :利用油、水、盐水均可，在温度为 90 100 时，放置 4 小时。 2.2 增强型 PA6 注射成型的原理及工艺过程 2.2.1 注射成型的 原理 将塑料颗粒定量注入，加入到注塑机的料筒内，通过料筒的传热，以及螺杆转动时产生的剪切摩擦
12、作用使塑料逐渐融化成流动状态，然后在柱塞或螺杆的推挤下熔融塑料以高压和较快的速度通过喷嘴注入到温度较低的闭合模具的型腔中，由于模具的冷却作用，使膜腔内的熔融塑料逐渐凝固并定型，最后开模取出塑件。 2.2.2 热塑性注射成型工艺过程 注射装备准备装料 注射装置准备注射 图 2.2.2 注射成形工艺示意图 2.3 注射模具的基本组成 2.3.1 基本组成 a、浇注系统； b、成型零件。包括凹模 (型腔 )、凸模和型芯等； c、脱模系统。 包括推出和抽芯机构等； d、导向系统； e、冷却系统； 预烘干 装入料斗 预塑化 清理嵌件预热 清理模具涂脱模剂 放入嵌件 合模 注射 保压 冷却 脱模 塑件送下
13、道工序 第二 章 零件材料分析及方案论证 第 6 页 f、固定和安装部分等； 3.3 方案的论证和初步确定 a、 第一种 该种方案采用斜滑块垂直分型脱模机构，其浇口套设在定模固定板上，用顶杆实现脱模，浇口设在定模固定板上，采用环形浇口，用垂直分型镶 块来成型型腔。但去除浇口比较困难，垂直分型镶块密封性不好，易发生边缢边 b、 第二种 采用外螺纹对合滑块模具结构，其浇口设在定模板上，用顶板实现脱模，用对合滑块来和抽芯机构来 成型型腔。 采用爪形浇口，使用于管状塑件，在成型时可起到定位作用，使塑件有较篙的同心度。但 采用爪形浇口时，进料口越多则熔接痕数量也越多，排气性差。 c、 第三种 采用三板式
14、结构，利用斜导柱侧抽芯，弯销开模。因为塑件结构较复杂，故采用一模一腔。该方案结构简图如下 图 3.3.1 斜导柱侧抽芯结构图 该方案采用三板式结构，利用斜导柱和弯销拉动侧抽芯运动。与上两种方案相比，结构简单，各个机构的实现比较简单，利于实现。定模垫板 定模板 斜导柱 斜滑块 动模版 动模垫板 推杆 垫块 顶杆固定板 推板 模座 第三章 注射成型机的选择与成型腔数的确定 第 7 页 第 三 章 注射成型机的选择 与成型腔数的确定 3.1 注射成型机的选择 3.1.1 估算零件体积 塑件的体积为： V1=R12H1+R22H2+R32H3+R42H4 =3010+（ 57/2） 42+（ 27/2
15、） 45+10（ 29-27/2） =3.14（ 9000+34114.5+8201.25+1550） =165998.445 V2=R52H5+R62H6+R72H7+R82H8 =（ 53/2） 50+730+（ 18.5/2） 15+（ 5.5/2） （ 29-7） =3.14（ 35112.5+1470+1283.4375+166.375） =119421.4613 同理，浇道体积， V3=R02H0+R92H9 =（ 8/2） 65+4（ 6/2） 18 =3.14（ 81/465+3618） =6167.745 3.1.2 估算零件的质量 因为 PA6 的密度为 1.14g/ 所以
16、： M=V=1.1446.577=53g 同理，浇道质量： m=V3=1.146.2=7g 即， M+m=60g 3.2 锁模力 型腔总的投影面积为： A=R2=3.14302=28.26 cm2 计算其所需锁模力为： F=1.5PA0.01=9.0KN 3.3 选择注射机及注射机的主要参数 3.3.1 选择注射机 查塑料模具设计手册 P15，可知 PA6 的注射压力为 700 1200 公斤 /厘米 ，宜用螺杆式注射机，螺杆带止回环，喷嘴宜用自锁式。初选 XS-ZY-125型。 3.3.2 XS-ZY-125 型注塑机的主要参数如下 型号： XS-ZY-125 螺杆直径： 42 最大理论注射
17、量： 95g 第三章 注射成型机的选择与成型腔数的确定 第 8 页 注射压力： 150 MPa 最大注射面积： 320 最大模具厚度： 300 最小模具厚度： 200 合模力： 900000N 模板大小： 160250 模板最大距离： 600 模板行程： 300 喷嘴圆弧半径： 12 喷嘴孔径： 4 喷嘴移动距离： 210 定位孔直径： 100 注射机顶出杆（两侧）：孔径， 22 孔距： 230 3.5 注塑机的校核 （ 1） 最大注塑量效核 材料的利用率为 60/95=0.63，符合注塑机利用率在0.3 0.80 的要求。 （ 2） 注射压力的效核 所选注塑机的注塑压力需大于成型塑件所需的注
18、射压力， PA6 塑件的注塑压力一般要求为 70 176MPa，所以该注塑机的注塑压力符合条件。 （ 3） 锁模力效核 高压塑料熔体充满型腔时，会产生使模具沿分形面分开的胀模力，此力的大小等于塑件和流道系统在分形面上的投影等于型腔压力的成积。胀模力必须小于注塑机额定锁模力。 型腔压力 Pc 可按下式粗略计算： Pc=kP（ MPa） （ 3.5.1） 式中 Pc 为型腔压力， MPa； P 为注射压力， MPa； K 为压力损耗系数，通常在 0.25 0.5 范围内选取。 所以 Pc=KP=0.31500=450MPa 型腔压力决定后，可按下式校核注塑机的额定锁模力： T KPcA （ 3.5
19、.2） 式中 T 为注塑机的额定锁模力， KN； A 为塑件和流道系统在分形面上的投影面积， mm2； K 为安全系数，通常取 1.1 1.2； 第三章 注射成型机的选择与成型腔数的确定 第 9 页 KpcA=1.145028.26=13988.7N=13.99KN 所以 T=900 KPcA 成立，即该注塑机的锁模力符合要求。 （ 4） 模具厚度校核 初定模具厚度为 290mm，在该注塑机要求的厚度范围 (200 300mm)之内。 （ 5） 模具安装尺寸校核 模具安装固定有两种：螺钉固定、压板固定。采用螺钉直接固定时（大型模具多采用此法），模具动定模板上的螺孔及其间距，必须和注塑机模板台面
20、上对应的螺孔一致；采用压板固定时（中、小型模具多用此法），只要在模具的固定板 附近有螺孔就可以，有较大的灵活性；该模具采用压板固定。 （ 6） 开模行程的效核 开模取出塑件所需的开模距离必须小于注塑机的最大开模行程。对于双分形面的注塑模具，其开模行程按下式效核 S=SK-HMH1+H2+a+（ 5 10） (mm) （ 3.5.3） 式中 S 为注塑机的最大行程， mm； H1 为塑件的脱模距离（此模具中为 50）， mm； H2 为包括流道在内的塑件高度（此模具中为 97）， mm； a 为定模板与浇口板的分离距离（此模具中为 50）， mm； 所以上式成立（ 300204），即 该注塑机的开模行程符合要求。 由以上对各参数的效核可知该注塑机（ XS-ZY-125 型）符合要求。 3.6 成型腔数的确定 以机床的注射能力为基础，每次注射量不超过注射机最大注射量的 80%。 计算： 件浇W WS 8.0 （ 3.6.1） = 53 71258.0 75.1 N-型腔数 S-注射机的注射量（ g） W 浇 -浇注系统的重量（ g） W 件 -塑件重量（ g） 第三章 注射成型机的选择与成型腔数的确定 第 10 页 因为， N=1.752 所以，此模具型腔为一模一腔结构。
