塑料蓋的模具設計零件一樣.doc

I JIUJIANG UNIVERSITY 畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 題 目 塑料蓋的模具設計 英文題目 The mould design of plastic cover 院 系 機械與材料工程學院 專 業(yè) 機械設計制造及自動化 姓 名 年 級 2007 機 A0731 指導教師 二零一一 年 六 月 II 摘要 塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一 而注塑模具是其中發(fā) 展較快的種類 因此 研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品 質量有很大意義 本設計介紹了注射成型的基本原理 特別是單分型面注射模具的結構與 工作原理 對注塑產品提出了基本的設計原則 詳細介紹了冷流道注射模具 澆注系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程 并對模具強度要求做了說明 采用 Pro E 來實現(xiàn)塑料蓋三維設計及相應模具成型零件設計 分析制件 的成型質量和完成分型面的設計 在產品設計及模具裝配過程中 輔助以必 要的理論計算 將數字化設計與理論計算結合起來 大大縮短產品開發(fā)周期 模具設計周期 提高產品設計及模具設計的準確性 降低產品研發(fā) 模具設 計成本 在設計過程中制定了合理的工藝方案 滿足了大批量生產要求 通過本設計 可以對注塑模具有一個初步的認識 注意到設計中的某些 細節(jié)問題 了解模具結構及工作原理 本模具滿足生產與應用的要求 關鍵詞關鍵詞 塑料蓋 模具 分型面 設計 Pro e III Abstract Today Plastic industry in the world is one of the fastest growing industrial categories and injection mould is one of the rapid developing type therefore the study to understand plastic injection mold production process and improve product quality has great significance This design is introduced the basic principle of injection molding especially the single parting surface injection mould structure and working principle of plastic products puts forward the basic design principles Introduces in detail the cold runner injection mould gating system and ejector system design process and to mould strength requirement illustrated With Pro Engineer MoldFlow to implement three dimensional design and mold volume design of the Plastic caps and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro Engineer It would not only shorten the cycle of product research and mold design and improve the preciseness and the product shaping quality but also lower the cost of the research Having made the rational craft scheme in the design process so it has met the requirement of producing in enormous quantities IV Through the design of injection mould we can have a preliminary understanding Noticed in the design of some details we can understand the mould structure and work principle Key words plastic cover mold parting surface design Pro e V 目目 錄錄 第一章第一章 前前 言言 1 1 1 模具工業(yè)在國民經濟中的地 位 1 1 2 各種模具的分類和占有 量 2 1 3 我國模具工業(yè)的現(xiàn) 狀 3 1 4 世界五大塑料生產國的產能狀 況 5 1 5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨 勢 7 第二章第二章 注塑件的設注塑件的設 計計 9 2 1 功能設 計 9 VI 2 2 材 料 9 2 2 1 ABS 塑料化學名 稱 9 2 2 2 ABS 一般參 數 1 0 2 2 3 一般性 能 1 0 2 2 4 力學性 能 1 0 2 2 5 熱學性 能 1 0 2 2 6 電學性 能 1 1 2 2 7 環(huán)境性 能 1 1 2 3 結 構 11 2 3 1 壁 厚 11 VII 2 3 2 脫模斜 度 11 2 3 3 圓 角 12 2 4 塑件工藝性分 析 12 2 4 1 使用性能 制件技術要求和生產要 求 12 2 4 2 了解塑件材料及性 能 12 2 4 3 塑件尺寸精度分 析 12 2 4 4 塑件表面質量分 析 12 2 4 5 塑件的結構工藝性分 析 13 2 4 6 注塑模工藝條件 13 2 4 7 ABS 的 阻燃添加劑 13 VIII 第三章第三章 注塑成型的準注塑成型的準 備備 14 3 1 注塑過 程 14 3 2 注塑成型工藝條 件 15 3 3 注塑機的選 擇 17 3 3 1 注塑機簡 介 17 3 3 2 注塑機基本參 數 17 3 3 3 選擇注塑 機 18 3 4 注射機有關參數的校核和最終選 擇 19 3 5 模具開模行程校 核 20 IX 3 6 注塑機的參數校 核 20 第四章第四章 模具設模具設 計計 21 4 1 塑料配方說 明 21 4 2 分型面的確 定 22 4 3 型腔數目的確 定 22 4 4 澆口確 定 23 4 5 模具材料的選 擇 23 4 6 澆注系統(tǒng)設 計 24 X 4 6 1 主流 道 24 4 6 2 分流 道 25 4 7 標準模架的選 擇 26 4 8 導向與定位機 構 27 4 9 頂出系統(tǒng)設 計 28 4 10 成型零件工作尺寸的計 算 30 4 11 排氣設 計 30 4 11 1 排氣設計原則 30 4 12 溫度調節(jié)系統(tǒng)設 計 31 XI 4 12 1 溫度調節(jié)對塑件質量的影 響 3 1 4 12 2 對溫度調節(jié)系統(tǒng)的要 求 32 4 12 3 冷卻系統(tǒng)設計原 則 32 第五章第五章 模塑的工藝規(guī)程的編模塑的工藝規(guī)程的編 制制 34 5 1 工藝規(guī)程 卡 34 5 2 主要零件的加工工藝過 程 35 結結 論論 36 參考文參考文 獻獻 37 XII 謝謝 辭辭 38 附附 錄錄 39 1 第一章第一章 前前 言言 1 1 模具工業(yè)在國民經濟中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備 它的作用是控制和限制材料 固態(tài)或液態(tài) 的流動 使之形成所需要的形體 用模具制造零件以 其效率高 產品質量好 材料消耗低 生產成本低而廣泛應用于制造 業(yè)中 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè) 是國際上公認的關鍵工業(yè) 模 具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志 它在很大程度上決定著產品的質量 效益和新產品的開發(fā)能力 振興 和發(fā)展我國的模具工業(yè) 正日益受到人們的關注 早在 1989 年 3 月 中國政府頒布的 關于當前產業(yè)政策要點的決定 中 將模具列為機 械工業(yè)技術改造序列的第一位 模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分 又是高新技術產業(yè) 化的重要領域 模具在機械 電子 輕工 汽車 紡織 航空 航天 等工業(yè)領域里 日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備 它承擔了這些 工業(yè)領域中 60 90 的產品的零件 組件和部件的生產加工 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上 僅以汽車 摩托車 行業(yè)的模具市場為例 汽車 摩托車行業(yè)是模具最大的市場 在工業(yè) 發(fā)達的國家 這一市場占整個模具市場一半左右 汽車工業(yè)是我國國 民經濟五大支柱產業(yè)之一 汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件 經濟型轎車 和重型汽車 汽車模具作為發(fā)展重點 已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到 了明確 汽車基本車型不斷增加 2005 年達到 170 種 一個型號的汽 車所需模具達幾千副 價值上億元 為了適應市場的需求 汽車將不 斷換型 汽車換型時約有 80 的模具需要更換 中國摩托車產量位居 世界第一 據統(tǒng)計 中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型 1000 多 個型號 單輛摩托車約有零件 2000 種 共計 5000 多個 其中一半以 2 上需要模具生產 一個型號的摩托車生產需 1000 副模具 總價值為 1000 多萬元 其他行業(yè) 如電子及通訊 家電 建筑等 也存在巨大 的模具市場 目前世界模具市場供不應求 模具的主要出口國是美國 日本 法國 瑞士等國家 中國模具出口數量極少 但中國模具鉗工技術水 平高 勞動成本低 只要配備一些先進的數控制模設備 提高模具加 工質量 縮短生產周期 溝通外貿渠道 模具出口將會有很大發(fā)展 研究和發(fā)展模具技術 提高模具技術水平 對于促進國民經濟的發(fā)展 有著特別重要的意義 從另一方面來看 機床 刀具工業(yè)素有 工業(yè)之母 之稱 在各 個工業(yè)發(fā)達國家中都占有非常重要的地位 由于模具工業(yè)的重要性 模具成型工藝在各個工業(yè)部門得到了廣泛的應用 使得模具行業(yè)的產 值已經大大超過機床 刀具工業(yè)的產值 這一情況充分說明了在國民 經濟蓬勃發(fā)展的過程中 在各個工業(yè)發(fā)達國家對世界市場進行激烈爭 奪的過程中 愈來愈多的國家采用模具來進行生產 模具工業(yè)明顯地 成為技術 經濟和國力發(fā)展的關鍵 從我國的情況來看 不少工業(yè)產品質量上不去 新產品開發(fā)不出 來 老產品更新速度慢 能源消耗指標高 材料消耗量大 這都與我 國模具生產技術落后 沒有一個強大的 先進的模具工業(yè)密切相關 因此 要使國民經濟各個部門獲得高速發(fā)展 盡快縮短和發(fā)達國家之 間的差距 加速實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化步伐 惟一的出路就是必須盡快 將模具工業(yè)搞上去 使模具生產形成一個獨立的工業(yè)部門 從而充分 發(fā)揮模具在國民經濟中的關鍵作用 1 2 各種模具的分類和占有量 模具主要類型有 沖模 鍛摸 塑料模 壓鑄模 粉末冶金模 玻璃模 橡膠模 陶瓷模等 除部分沖模以外的的上述各種模具都屬 于腔型模 因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型 1 沖模 沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具 沖模占模具總數的 50 以上 按工藝性質的不同 沖?？煞譃槁淞夏?3 沖孔模 切口模 切邊模 彎曲模 卷邊模 拉深模 校平模 翻孔 模 翻邊模 縮口模 壓印模 脹形模 按組合工序不同 沖模分為 單工序模 復合模 連續(xù)模 2 鍛模 鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具 的總稱 按鍛壓設備不同 鍛模分為錘用鍛模 螺旋壓力機鍛模 熱 模鍛壓力鍛模 平鍛機用鍛模 水壓機用鍛模 高速錘用鍛模 擺動 碾壓機用鍛模 輥鍛機用鍛模 楔橫軋機用鍛模等 按工藝用途不同 鍛模可分為預鍛模具 擠壓模具 精鍛模具 等溫模具 超塑性模具 等 3 塑料模 塑料模是塑料成型的工藝裝備 塑料模約占模具總 數的 35 而且有繼續(xù)上升的趨勢 塑料模主要包括壓塑模 擠塑模 注射模 此外還有擠出成型模 泡沫塑料的發(fā)泡成型模 低發(fā)泡注射 成型模 吹塑模等 4 壓鑄模 壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備 壓力鑄造是使液態(tài)金 屬在高溫和高速下充填鑄型 在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方 法 壓鑄模約占模具總數的 6 5 粉末冶金模 粉末冶金模用于粉末成型 按成型工藝分類粉 末冶金模有 壓模 精整模 復壓模 熱壓模 粉漿澆注模 松裝燒 結模等 模具所涉及的工藝繁多 包括機械設計制造 塑料 橡膠加工 金屬材料 鑄造 凝固理論 塑性加工 玻璃等諸多學科和行業(yè) 是一個多學科的綜合 其復雜程度顯而易見 1 3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 自 20 世紀 80 年代以來 我國的經濟逐漸起飛 也為模具產業(yè)的 發(fā)展提供了巨大的動力 20 世紀 90 年代以后 大陸的工業(yè)發(fā)展十分 迅速 模具工業(yè)的總產值在 1990 年僅 60 億元人民幣 1994 年增長到 130 億元人民幣 1999 年已達到 245 億元人民幣 2000 年增至 260 270 億元人民幣 今后預計每年仍會以 10 15 的速度快速增長 4 目前 我國 17000 多個模具生產廠點 從業(yè)人數五十多萬 除了 國有的專業(yè)模具廠外 其他所有制形式的模具廠家 包括集體企業(yè) 合資企業(yè) 獨資企業(yè)和私營企業(yè)等 都得到了快速發(fā)展 其中 集體 和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速 例如 浙江寧 波和黃巖地區(qū) 從事模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數千家 成 為我國國內知名的 模具之鄉(xiāng) 和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一 在廣東 一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè) 為了提高其產品的市場競爭 能力 紛紛加入了對模具制造的投入 例如 科龍 美的 康佳和威 力等知名集團都建立了自己的模具制造中心 中外合資和外商獨資的 模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū) 現(xiàn)已有幾千家 在模具工業(yè)的總產值中 企業(yè)自產自用的約占三分之二 作為商 品銷售的約占三分之一 其中 沖壓模具約占 50 中國臺灣 40 塑料模具約占 33 中國臺灣 48 壓鑄模具約占 6 中國臺灣 5 其他各類模具約占 11 中國臺灣 7 中國臺灣模具產業(yè) 的成長 分為萌芽期 1961 1981 成長期 1981 1991 成熟期 1991 2001 三個階段 萌芽期 工業(yè)產品生產設備與技術的不斷改進 由于紡織 電子 電氣 電機和機械業(yè)等產品外銷表現(xiàn)暢旺 連帶使得模具制造 維修 業(yè)者和周邊廠商 如熱處理產業(yè)等 逐年增加 在此階段的模具包括 一般民生用品模具 鑄造用模具 鍛造用模具 木模 玻璃 陶瓷用 模具 以及橡膠模具等 1981 年 1991 年是臺灣模具產業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時 期 有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯 自 1982 年起 臺灣地區(qū)就將模具產業(yè)納入 策略性工業(yè)適用范圍 大力推動模具 工業(yè)的發(fā)展 以配合相關工業(yè)產品的外銷策略 全力發(fā)展整體經濟 隨著民生工業(yè) 機械五金業(yè) 汽機車及家電業(yè)發(fā)展 沖壓模具與塑料 模具 逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流 從 1985 年起 模具產業(yè)已 在推行計算機輔助模具設計和制造等 CAD CAM 技術 所以臺灣模具業(yè) 接觸 CAD CAM CAE CAT 技術的時間相當早 5 成熟期 在國際化 自由化和國際分工的潮流下 1994 年 1998 年 由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行 工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展 五年計劃 與 工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃 以協(xié)助業(yè)界突破 發(fā)展瓶頸 并支持產業(yè)升級 朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具 1997 年 11 月間臺灣憑借模具產業(yè)的實力 獲得世界模具協(xié)會 ISTMA 認同獲準入會 正式成為世界模具協(xié)會會員 整體而言 臺灣模具產業(yè)在這一階段的發(fā)展 隨著機械性能 加工技術 檢測能 力的提升 以及計算機輔助設計 臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的 民用家電 五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè) 提升到計算機與電子 通信 與光電等精密模具 并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓 大型塑料射出 及精密鍛造等模具 1 4 世界五大塑料生產國的產能狀況 美國塑料 原料 的產量多年來一直雄居各國之首 早在 80 年代 前期 美國塑料產量就已達 2000 萬噸之多 1986 年增至 23l0 萬噸 占全球總產量 8100 噸的 28 5 此后美國塑料產量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增 長之勢 1988 年 1990 年 1992 年 1994 年 1996 年和 1998 年分 別增加到 2710 萬噸 2810 萬噸 3010 萬噸 3410 萬噸 4000 萬噸 和 4360 萬噸 占世界總產量的比例從 1996 年起提高到 30 以上 2001 年美國塑料產量為 4170 萬噸 其中以聚乙烯為最多 達 1500 多 萬噸 其次分別是氯乙烯 650 萬噸 聚丙烯 720 萬噸 聚苯乙烯對酞 酸脂 320 萬噸 聚苯乙烯 280 萬噸 國內塑料消費量 產量 進口量 出口量 美國也是全球最多的 美國的全部塑料消費量 2001 年為 4280 萬噸 美國人均塑料消費量也是很高的 2000 年為 159 公斤 2001 年略減為 155 公斤 居全球第 3 位 美國現(xiàn)有各種大小塑料企 事業(yè)單位 1 萬多家 其中職工人數少于 50 人的占總數的 53 50 l00 人的占 21 100 500 人的占 23 超過 500 人的占近 4 職 工總數近 90 萬人 在美國塑料制品加工業(yè)的就職人數達 110 萬 2001 年的出貨金額為 2150 億美元 人均出貨金額為 195 美元 6 德國是世界最大的塑料 原料 生產國之一 上世紀 90 年代初的 1991 年 1992 年和 1993 年 德國塑料產量都為 990 多萬噸 1994 年 增達超過 1000 萬噸的 1110 萬噸 1998 年達近 1300 萬噸 1999 年為 近 1400 萬噸 2000 年增至 1550 萬噸 超過日本為世界第 2 大塑料生 產國 2001 年上升為 1580 萬噸 2002 年已過 1600 萬噸 2001 年德 國生產的種種塑料原料中 聚乙烯為 285 萬噸 低密度聚乙烯 160 萬 噸 高密度聚乙烯 125 萬噸 氯乙烯 175 萬噸 聚丙烯 160 萬噸 德國 2001 年的國內塑料消費量為 1280 萬噸 其中聚乙烯 265 萬噸 聚丙烯 155 萬噸 氯乙烯 152 萬噸 德國人均塑料消費量 2001 年為 160 公斤 在世界上僅少于比利時的 172 公斤 高于美國的 155 公斤 排在世界第 2 位 德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近 30 萬人 2001 年的出貨金額為 360 億美元 人均 126 美元 德國塑料制品加工 企業(yè)中職工少于 50 人的占 44 50 100 人的占 28 100 500 人的占 25 500 人以上的占 4 中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長 1991 年產量僅為 250 萬噸 1995 年增為 350 萬噸 1998 年超過 700 萬噸 到 2002 年已增達約 1400 萬噸 超過日本而成為世界第 3 大塑料原料生產國 中國今年塑 料制品市場將持續(xù)走強 在包裝 工程 建材 農用和日用塑料制品 等各個領域都將有較大幅度的增長 需求量將超過 2500 萬噸 其中 包裝塑料制品今年需求量將超過 850 萬噸 工程塑料制品需求量將達 400 萬噸左右 建材塑料制品需求量將達 300 萬噸以上 農用塑料制 品需求量將在 500 萬噸左右 日用塑料制品需求量約為 80 萬噸左右 日本在很長的時期內都是僅次于美國的世界第 2 大塑料生產國 一直到 1997 年 日本塑料產量曾經連續(xù)多年增長 年產量在 70 年代 中期就已達 500 多萬噸 1987 年突破 1000 萬噸 1991 年達約 1300 萬噸 1992 年和 1993 年因受日本經濟下滑的影響 產量略有減少 分別降至 1258 和 1225 萬噸 從 1994 年起產量再度增長 1994 年 1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬噸 1400 萬噸和 1470 萬噸 7 1997 年的產量又比上年增長 3 7 達到 1521 萬噸 首次超過 1500 萬噸 但這種增勢在 1998 年受到遏制 產量大幅度減少 1998 年 日本塑料產量為 1390 萬噸 比上年減少了 8 7 1999 年和 2000 年 日本塑料產量分別回升到 1432 萬噸和 1445 萬噸 但仍遠未恢復到 1997 年的水平 2001 年和 2002 年日本塑料產量再度下降至 1400 萬 噸以下的 1364 萬噸和 1361 萬噸 2002 年日本塑料 原料 產量減為 1361 萬噸 而中國則增為 1366 萬噸 日本又退居第 4 位 韓國塑料產量增長十分迅速 1986 年超過 200 萬噸 1990 年增 達 300 萬噸 1992 年突破 500 萬噸 1994 年 1996 年和 1997 年分別 上升到 600 多萬噸 700 多萬噸和 800 多萬噸 1998 年產量增至 850 萬噸 1999 年突破 900 萬噸 2001 年達 1200 萬噸 躋身于世界 5 大 塑料生產國之列 韓國塑料原料產品中以聚乙烯居首 2001 年產量為 340 萬噸 低密度聚乙烯 160 萬噸 高密度聚乙烯 180 萬噸 聚丙烯 以 238 萬噸排在第 2 位 其次分別是聚酯 161 萬噸 氯乙烯 124 萬噸 ABS AS 樹脂 86 萬噸 聚苯乙烯 77 萬噸 韓國國內塑料消費量 2001 年 420 萬噸 只相當于產量的 1 3 略高 人均塑料消費量 2001 年為 106 公斤 韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數 2001 年為 3 1 萬人 出貨 金額為 85 億美元 人均 276 美元 塑料產量位居世界前 10 名的國家和地區(qū)還有法國 660 萬噸 比 利時 600 萬噸 中國臺灣 598 萬噸 加拿大 432 萬噸和意大利 385 萬 噸 均為 2001 年產量 1 5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 20 世紀 80 年代開始 發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出 來 并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門 其產值已超過機床工業(yè)的產值 改革開放 以來 我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速 近年來 每年都以 15 的增長速度 快速發(fā)展 許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展 加大了用于技術進步的投入力 度 將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力 此外 許多科研機構和大專院校 也開展了模具技術的研究與開發(fā) 模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超 8 級制造大國的重要原因 今后 我國要發(fā)展成為世界制造強國 仍將依賴于 模具工業(yè)的快速發(fā)展 成為模具制造強國 中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在 歷經了半個多世紀 有了很大發(fā)展 模 具水平有了較大提高 在大型模具方面已能生產 48 約 122CM 大屏幕彩 電塑殼注射模具 6 5KG 大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體 儀表板等塑料模具 精密塑料模方面 以能生產照相機塑料件模具 多形腔 小模數齒輪模具及塑封模具 經過多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術 模具的電加工和數控加工技術 快速成型與快速制模技術 新型模具材料等 方面取得了顯著進步 在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出 了貢獻 盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步 部分模具已達到國際先進水平 但 無論是數量還是質量仍滿足不了國內市場的需要 每年仍需進口 10 多億美 元的各類大型 精密 復雜模具 與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比 在模具技術 上仍有不小的差距 今后 我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng) 新 以縮小與國際先進水平的距離 1 注重開發(fā)大型 精密 復雜模具 隨著我國轎車 家電等工業(yè)的快 速發(fā)展 成型零件的大型化和精密化要求越來越高 模具也將日趨大型化和 精密化 2 加強模具標準件的應用 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期 降低模具制造成本而且能提高模具的制造質量 因此 模具標準件的應用必 將日漸廣泛 3 推廣 CAD CAM CAE 技術 模具 CAD CAM CAE 技術是模具技術發(fā)展的 一個重要里程碑 實踐證明 模具 CAD CAM CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展 方向 可顯著地提高模具設計制造水平 4 重視快速模具制造技術 縮短模具制造周期 隨著先進制造技術的 不斷出現(xiàn) 模具的制造水平也在不斷地提高 基于快速成形的快速制模技術 高速銑削加工技術 以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的 應用 9 第二章第二章 注塑件的設計注塑件的設計 2 1 功能設計 功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能 并達到一定的技術指標 該塑件是封口蓋 承受外力的幾率不大 如沖擊載荷 振動 等情況比較少 塑 件的工作環(huán)境是室內 可能會和機油接觸 這使得在材料選擇時對熱變形溫 度 脆化溫度 分解溫度的要求降低 作為一種密封蓋 且生產批量是大批大量 生產 這樣 就必須考慮耐油性 生產成本和模具壽命 在材料的選擇時要綜 合各種因素 此外 塑料都會老化 作為一種光學用品 還要考慮到材料的光氧 化等問題 2 2 材料 通常 選擇塑件的材料依據是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 以 及原材料廠家提供的材料性能數據 對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說 要考 慮的主要是材料的力學性能 如屈服應力 彈性模量 彎曲強度 表面硬度等 該塑件對材料的要求首先必須是透光性好 其次才是成型難易和經濟性問題 本設計要求采用 ABS 材料 下面講介紹 ABS 材料的各種性質 2 2 1 ABS 塑料化學名稱 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 英文名稱 Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS 為丙烯腈 A 丁二烯 B 和苯乙烯 S 三種單體共聚而成的聚合物 簡稱 ABS 每種單體都具有不同特性 從形態(tài)上看 ABS 是非結晶性材料 這就決定了 ABS 材料的耐低溫性 抗沖擊性 外觀特性 低蠕變性 優(yōu)異的 尺寸穩(wěn)定性及易加工性等多種特性 且表面硬度高 耐化學性好 同時通過 改變上述三種組分的比例 可改變 ABS 的各種性能 故 ABS 工程塑料具有廣 泛用途 合成的 ABS 有中沖擊型 高沖擊型 超高沖擊型及耐熱型四類 由 10 于其具有韌 剛 硬的優(yōu)點 應用范圍已遠遠超過 PS 成為一種獨立的塑料 品種 ABS 既可用于普通塑料又可用于工程塑料 2 2 2 ABS 一般參數 比重 1 05 克 立方厘米 成型收縮率 0 4 0 7 吸水率 0 2 0 45 成型溫度 200 240 干燥條件 80 90 20 小時 熱變形溫度為 70 107 使用溫度范圍 40 80 硬度 R65 R115 2 2 3 一般性能 ABS 的外觀為不透明呈象牙色的粒料 無毒 無味 吸水率低其制品可 著成各種顏色 并具有 90 的高光澤度 ABS 的相對密度為 1 05 ABS 同其 它材料的結合性好 易于表面印刷 涂層和鍍層處理 ABS 的氧指數為 18 2 屬易燃聚合物 火焰呈黃色 有黑煙 燒焦但不滴落 并發(fā)出特殊的 肉桂味 ABS 是一種綜合性能十分良好的樹脂 在比較寬廣的溫度范圍內具有較 高的沖擊強度和表面硬度 熱變形溫度比 PA PVC 高 尺寸穩(wěn)定性好 收縮 率在 0 4 0 8 范圍內 若經玻纖增強后可以減少到 0 2 0 4 而且絕少 出現(xiàn)塑后收縮 其臨界表面張力為 34 38mN cm ABS 熔體的流動性比 PVC 和 PC 好 但比 PE PA 及 PS 差 與 POM 和 HIPS 類似 ABS 的流動特性屬非牛頓流體 其熔體粘度與加工溫度和剪切速 率都有關系 但對剪切速率更為敏感 2 2 4 力學性能 ABS 有優(yōu)良的力學性能 其沖擊強度極好 可以在極低的溫度下使用 即使 ABS 制品被破壞 也只能是拉伸破壞而不會是沖擊破壞 ABS 的耐磨性 能優(yōu)良 尺寸穩(wěn)定性好 又具有耐油性 可用于中等載荷和轉速下的軸承 ABS 的蠕變性比 PSF 及 PC 大 但比 PA 和 POM 小 ABS 的彎曲強度和壓縮強 度屬塑料中較差的 ABS 的力學性能受溫度的影響較大 2 2 5 熱學性能 ABS 屬于無定形聚合物 無明顯熔點 熔體粘度較高 流動性差 熱穩(wěn) 定不太好 耐候性較差 紫外線可使變色 熱變形溫度為 70 107 制品 11 經退火處理后還可提高 10 左右 對溫度 剪切速率都比較敏感 ABS 在 40 時仍能表現(xiàn)出一定的韌性 可在 40 到 80 的溫度范圍內長期使用 2 2 6 電學性能 ABS 的電絕緣性較好 并且?guī)缀醪皇軠囟?濕度和頻率的影響 可在大 多數環(huán)境下使用 2 2 7 環(huán)境性能 ABS 不受水 無機鹽 堿醇類和烴類溶劑及多種酸的影響 但可溶于 酮類 醛類及氯代烴 受冰乙酸 植物油等侵蝕會產生應力開裂 ABS 的耐 候性差 在紫外線的作用下易產生降解 置于戶外半年后 沖擊強度下降一 半 2 3 結構 塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性 在塑料 生產過程中 一方面成型會對塑件的結構 形狀 尺寸精度等諸方面提出要求 以便降低模具結構的復雜程度和制造難度 保證生產出價廉物美的產品 另一 方面 模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析 弄清塑件生產的難 點 為模具設計和制造提供依據 2 3 1 壁厚壁厚 各種塑件 不論是結構件還是板壁 根據使用要求具有一定的厚度 以保 證其力學強度 一般地說 在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚 不僅可以 節(jié)約原材料 降低生產成本 而且使塑件在模具內冷卻或固化時間縮短 提高 生產率 其次可避免因過厚產生的凹陷 縮孔 夾心等質量上的缺陷 以下是 ABS 的最小壁厚 3 mm 整體壁厚 3mm 2 3 2 脫模斜度脫模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產生收縮 使其緊箍在凸?；蛐托旧?為了便 于脫模 防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損 與脫模方向平行的塑 件內 外表面都應具有合理的斜度 以下是 ABS 的脫模斜度推薦值 制件外表 12 面 35 1 35 制件內表面 30 1 塑件內外表面在造型時均沒有弧度 脫 模斜度就是在分形面處 這不僅對脫模有好處 而且可以更好的鎖緊 2 3 3 圓角圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處 一般采用圓角連接 有特殊要求 時才采用尖角結構 尖角容易產生應力集中 在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生 破裂 圓角不僅有利于物料充模 同時也有利于融料在模具型腔內的流動和 塑件的脫模 圓角的取值與應力集中的關系遵循 R T 函數關系 當 R T 0 6 以后應力集中變的緩和 該塑件大部分的圓角取 R5 以內 較小值取到 R1 2 4 塑件工藝性分析 2 4 1 使用性能 制件技術要求和生產要求 該塑件為蓋狀 可用于防塵 根據要求 采用大批量生產 采用注塑成 型 2 4 2 了解塑件材料及性能 根據要求 材料采用 ABS 塑料 ABS 低蠕變性 且不受水 無機鹽 堿 醇類和烴類溶劑及多種酸的影響 收縮率為 5 溢邊值為 0 04mm 其成型 性能 1 無定形料 吸濕小 不須充分干燥 不易分解 但熱膨脹系數大 易產生 內應力 流動性能好 可采用螺桿或柱塞式注射機成型 2 宜用高料溫 高模溫 低注射壓力延長注射時間有利于降低內應力 防 止縮孔變形 3 可用各種形式澆口 澆口與塑件圓弧連接 以免去處澆口時損壞塑件 脫模斜度大 頂出均勻 塑件壁厚均勻 最好不帶鑲件 有鑲件要預熱 2 4 3 塑件尺寸精度分析 本設計采用的是小尺寸的精度設計 在保證基本尺寸情況下 以減少加 工成本為第一準則 2 4 4 塑件表面質量分析 1 必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊 13 2 注意通孔處不出現(xiàn)銳邊 2 4 5 塑件的結構工藝性分析 1 根據塑件的尺寸要求 塑件有較好成型性能 2 塑件本身結構簡單 利于分模 3 從塑件結構看 設置一個分型面 2 4 6 注塑模工藝條件 干燥處理 ABS 材料具有吸濕性 要求在加工之前進行干燥處理 建議干燥 條 件為 80 90 下最少干燥 2 小時 材料溫度應保證小于 0 1 熔化溫度 210 280 建議溫度 245 模具溫度 25 70 模具溫度將影響塑件光潔度 溫度較低則導致光 潔 度較低 注射壓力 500 1000bar 注射速度 中高速度 2 4 7 ABS 的 阻燃添加劑 對 ABS 塑料具有較好阻燃作用的主要有磷系 鹵系有機物及某些無機化 合物 其中無機阻燃劑在 ABS 中添加量需要達到 40 以上才有較明顯的效果 同時由于其添加量大 因此會嚴重損害 ABS 的物理力學性能 而磷系阻燃劑 品種 數量較少 且多數又為液體和低熔點化合物 不適用于 ABS 的造粒加 工工藝 因此 當前對于 ABS 的阻燃體系主要采用鹵系阻燃劑 其中阻燃效 果最好的為含溴有機化合物 如十溴二苯醚 DBDPO 四溴雙酚 A 等 其外 觀如下圖 2 1 14 圖 2 1 十溴二苯醚 四溴雙酚 A 外觀 第三章第三章 注塑成型的準備注塑成型的準備 3 1 注塑過程 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性 首先將松散的粒狀或粉狀 成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化 使之成為粘流狀 態(tài)熔體 然后在柱塞或螺桿的高壓推動下 以很大的流速通過機筒前端的噴 嘴注射進入溫度較低的閉合模具中 經過一段時間的保壓冷卻以后 開啟模 具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件 一般分為三個階段 如圖 3 1 圖 3 1 注塑成型壓力 時間曲線 1 物料準備 成型前應對物料的外觀色澤 顆粒情況 有無雜質等進行檢 驗 并測試其熱穩(wěn)定性 流動性和收縮率等指標 對于吸濕性強的塑料 應 15 根據注射成型工藝允許的含水量進行適當的預熱干燥 若有嵌件 還要知道 嵌件的熱膨脹系數 對模具進行適當的預熱 以避免收縮應力和裂紋 有的 塑料制品還需要選用脫模劑 以利于脫模 2 注塑過程 塑料在料筒內經過加熱達到流動狀態(tài)后 進入模腔內的流動 可分為注射 保壓 倒流和冷卻四個階段 注塑過程可以用如圖所示 3 1 所 示 圖中 T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻 當模腔充滿熔體 T T1 時 熔體壓力迅速上升 達到最大值 P0 從時間 T1 到 T2 塑料仍 處于螺桿 或柱塞 的壓力下 熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而 產生的空隙 由于塑料仍在流動 而溫度又在不斷下降 定向分子 分子鏈 的一端在模腔壁固化 另一端沿流動方向排列 容易被凝結 所以這一階段 是大分子定向形成的主要階段 這一階段的時間越長 分子定向的程度越高 從螺桿開始后退到結束 時間從 T2 到 T3 由于模腔內的壓力比流道內高 會發(fā)生熔體倒流 從而使模腔內的壓力迅速下降 倒流一直進行到澆口處熔 體凝結時為止 其中 塑料凝結時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率 的重要因素 3 制件后處理 由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常 復雜 再制件內經常出現(xiàn)不均勻的結晶 取向和收縮 導致制件內產生相應 的結晶 取向和收縮應力 脫模后除引起時效變形外 還會使制件的力學性 能 光學性能及表觀質量變壞 嚴重時會開裂 故有的塑件需要進行后處理 常用的后處理方法有退火和調濕兩種 退火是為了消除或降低制件成型后的 殘余應力 此外 退火還可以對制件進行解除取向 并降低制件硬度和提高 韌 性 溫度一般在塑件使用溫度以上的 10 20 度至熱變形溫度以下 10 20 度之 間 調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序 主要用于吸濕性很強 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 調濕處理所用的加熱介質一般為沸水 或醋酸鉀溶液 沸點為 121 加熱溫度為 100 121 保溫時間與制件 厚度有關 通常取 2 9 小時 針對設計的材料 結構及應用場合分析 不需 要采用退火和調濕處理 16 3 2 注塑成型工藝條件 1 溫度 注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度 噴嘴溫度和模具溫 度等 噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度 以防止熔料在直通式噴嘴口 發(fā)生 流涎現(xiàn)象 為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度 模具溫度必須 低于塑料的熱變形溫度 ABS 料與溫度的經驗數據如表 3 1 所示 表 3 1 溫度的經驗數據 2 壓力 注射成型過程中的壓力包括注射壓力 保壓力和背壓力 注射壓 力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力 提供充模速度及對熔料進行壓實 等 對于像 ABS 流動性好的料 保壓力應該小些 以避免產生飛邊 保壓力 可取略低于注射壓力 背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時 所受到的壓力根據生產經驗 背壓的使用范圍 3 4 27 5MPA 3 時間 完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期 包括注射時 間 保壓時間 冷卻時間 其他時間 在保證塑件質量的前提下盡量減小成 型周期的各段時間 以提高生產率 其中 最重要的是注射時間和冷卻時間 在實際生產中注射時間一般為 3 5 秒 保壓時間一般為 20 120 秒 冷卻時 間一般為 30 120 秒 確定成型周期的經驗數值如表 3 2 所示 表 3 2 成型周期與壁厚關系 制件壁厚 mm成型周期 s制件壁厚 mm成型周期 s 0 5102 535 1 0153 045 1 5223 565 2 0284 085 料筒溫度 噴嘴溫度 模具溫度 熱變形溫度 后段中段前段 150 210170 230190 250 240 25025 7070 107 17 經過上面的經驗數據和推薦值 可以初步確定成型工藝參數 因為各個推薦 值有差別 而且有的與實際注塑成型時的參數設置也不一致 結合兩者的合 理因素 初定制品成型工藝參數如表 3 3 所示 表 3 3 制品成型工藝參數初步確定 3 3 注塑機的選擇 3 3 1 注塑機簡介 注塑機又名注射成型機或注射機 它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑 料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設備 分為立式 臥式 全 電式 注塑機能加熱塑料 對熔融塑料施加高壓 使其射出而充滿模具型腔 注塑機的分類方式很多 目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法 常用 的說法有 1 按設備外形特征分類 臥式 立式 直角式 多工位注塑機 2 按加工能力分類 超小型 小型 中型 大型和超大型注塑機 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類 但日常生活中用的較少 3 3 2 注塑機基本參數 注塑機的主要參數有公稱注射量 注射壓力 注射速度 塑化能力 鎖模力 合模裝置的基本尺寸 開合模速度 空循環(huán)時間等 這些參數是設計 制造 購買和使用注塑機的主要依據 1 公稱注塑量 所能達到的最大注射量 反映了注塑機的加工能力 特性內容特性內容 注塑機類型螺桿式螺桿轉速 r min 48 噴嘴形式直通式模具溫度 50 噴嘴溫度 230 后段溫度 150 210 中段溫度 170 230 前段溫度 190 250 注射壓力 MPa 90 保壓力 MPa 80 注射時間 s 3 保壓時間 s 10 冷卻時間 s 20 其他時間 s 12 成型周期 s 45 成型收縮 0 5 干燥溫度 80 90 干燥時間 2 3h 18 2 注射壓力 為了克服熔料流經噴嘴 澆道和型腔時的流動阻力 螺 桿 或柱塞 對熔料必須施加足夠的壓力 我們將這種壓力稱為注射壓力 3 注射速率 為了使熔料及時充滿型腔 除了必須有足夠的注射壓力 外 熔料還必須有一定的流動速率 描述這一參數的為注射速率或注射時間或 注射度 常用的如所示表 3 4 注射速率 表 3 4 注射速率 注射量 cm3125250500100020004000600010000 注射速率 cm3 s125200333570890133016002000 注射時間 s11 251 51 752 2533 755 4 塑化能力 單位時間內所能塑化的物料量 塑化能力應與注塑機的 整個成型周期配合協(xié)調 若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長 則不能發(fā)揮塑 化裝置的能力 反之則會加長成型周期 5 鎖模力 注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力 在此力 的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開 6 合模裝置的基本尺寸 包括模板尺寸 拉桿空間 模板間最大開距 動模板的行程 模具最大厚度與最小厚度等 這些參數規(guī)定了機器加工制件所 使用的模具尺寸范圍 7 開合模速度 為使模具閉合時平穩(wěn) 以及開模 推出制件時不使塑 料制件損壞 要求模板在整個行程中的速度要合理 即合模時從快到慢 開模 時由慢到快在到停 8 空循環(huán)時間 在沒有塑化 注射保壓 冷卻 取出制件等動作的情況 下 完成一次循環(huán)所需的時間 3 3 3 選擇注塑機 1 由注射量選定注射機 由 PRO E 建模分析得 材料密度取 1 05g cm3 總體積 V 43 66cm3 總質量 M 45 84g 流道凝料 流道凝料的體積 質量 是個未知數 根據手冊 0 5V 0 5M VV5 0 來估算 塑件越大則比例可以取的越小 19 實際注射量為 V實 43 66 1 5 65 49 cm3 實際注射質量為 M實 1 5M 45 84 1 5 68 76g 根據實際注射量應小于 0 8 倍公稱注射量原則 即 0 8 V公 V實 V公 V實 0 8 65 49 0 8 81 86 cm3 2 一次成型的塑料重量 塑件與流道凝料之和 應在注塑機理論注射量 的 10 80 之間 既能保證制品質量 又可充分發(fā)揮設備的能力 則選 50 80 為最佳 3 塑件的形狀較復雜 壁厚不均 也無特別高的精度要求 但是塑件的 材料為 ABS 粘度為中等 一般選用的壓力為 50 100Mpa 因塑件的結構較 簡單 取 P 60Mpa 塑件的投影面積計算 A 6X3 6X4 86 4cm 型腔的壓力計算 P腔 2 3 P 40Mpa 鎖模力的計算 F AP腔 86 4 40 33 104N 根據計算 初選柱塞式注射機 XS Z 60 3 4 注射機有關參數的校核和最終選擇 1 模具閉合高度的校核 安裝模具的高度應滿足 Hmin H Hmax 設計模具高度為 H總 237mm 由于 XS Z 60 型注射機所允許模具的最小厚度為 Hmin70mm 最大厚度為 Hmax200mm 所以 模具閉合高度不能滿足安裝要求 改選 XS ZY 125 型 最大裝模高度 Hmax 300mm 最小裝模高度 Hmin 200mm H總 237mm 介于二者之間 滿足模具厚度安裝要求 2 注塑機的有關參數如表 3 5 表 3 5 XY ZY 125 型注塑機的主要參數 注塑機型號 XS ZY 125 額定注射量 125cm3 螺桿 柱塞 直徑 42mm 注射壓力 120Mpa 注射行程 115mm 20 3 5 模具開模行程校核 模具開模行程應滿足 Sm Sz 其中 Sz 為最大開模行程 查注射機 XS ZY 125 型 Sz 300mm Sm 為模具的開模行程 Sm 塑件的高度 澆注系統(tǒng)的高 度 頂件的頂出高度 5 10 mm 17 50 20 7 94mm 可見 Sm 符合條件 3 6 注塑機的參數校核 P機 P塑 P機 注射機的最大注射壓力 單位 Mpa 或 N cm3 P塑 成型塑件所需的注射壓力 單位 Mpa 或 N cm3 一般 ABS 取 50 100Mpa XS ZY 125 注射機的最大注射壓力 P機 150Mpa 可見 XS ZY 125 注射機滿足 PS 注射壓力的要求 綜合驗證 XS ZY 125 型注射機完全能滿足此模具的注射要求蓋注塑模 的結構設計 注射方式螺桿式 鎖模力 900KN 最大成型面積 32