机械毕业设计（论文）-塑料三通注射模具设计【全套图纸】

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） I 摘要 本文讨论了塑料三通注塑模设计过程。介绍了注塑模成型工艺 和注塑模具的结构及工作原理。塑料三通采用的是塑料 -ABS，热 塑性塑料的主要成型工艺是注射成型，因此，塑料三通成型方法采 用注塑成型。 本设计对塑料三通进行了工艺分析，确定了分型面、浇注系统 等，选择了注塑机 ,计算了成型零部件的尺寸。确定了模具浇口、 限位装置、顶出机构、导柱和导套，这样设计出的结构可确保模具 工作可靠和灵活。最后对注射机进行选择和校核。 本论文基于 Pro/E、CAD 系统，通过该系统，用户可以在可视 化平台上交互式的设计注塑模具各个部件，不仅可以避免相似零件 设计的重复性，大大提高其设计效率和设计质量，缩短产品的开发 周期，而且方便了产品后续的有限元分析，同时也符合了现代设计 思想的发展要求。 关键词：关键词：成型 斜导柱 抽芯机构 锁紧机构 Pro/E CAD ABS 全套图纸，加全套图纸，加 153893706 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） II Abstract This article discusses the process of plastic injection mold design links. Describes the injection molding process and injection mold structure and working principle. Three plastic used in plastic-ABS, the main molding thermoplastic injection molding process is, therefore, the plastic molding method using cast molding tee. The design of the plastic tee conducted a process analysis to determine the sub-surface, casting systems, choose the injection molding machine, forming parts of the calculated size. Determine the mold gate, limiter, top of the organization, guide pillars and sets, so the structure can be designed to ensure reliable and flexible molds. Finally, select the injection machine and check. This paper based on Pro / E, CAD system, through the system, users can visualize the interactive platform in all parts injection mold design, part design is similar to not only avoid repetitive, greatly improve their design efficiency and design quality, shorten product development cycles, and facilitate follow-up of the finite element analysis of the product, but also in line with the development of modern design requirements. Key words: Molding The slanted guide pillar Core pulling mechanism The locking mechanism Pro/E CAD ABS 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） III 目录 摘要 .I Abstract .II 第 1 章 绪论 .1 1.1 模具工业在国民经济中的地位 1 1.2 各种模具的分类和占有量 2 1.3 我国模具工业的现状 2 1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 4 1.5 我国模具技术的现状及发展趋势 7 1.6 毕业设计的主要研究目标及内容 8 1.6.1 设计目标 8 1.6.2 设计内容 8 1.7 本章小结 9 第 2 章 注塑件的工艺性 .10 2.1 塑件材料工艺性分析 .10 2.1.1 材料基本特征 .11 2.1.2 材料主要用途 .13 2.1.3 材料成型特点 .16 2.2 塑料制品的工艺性分析 17 2.2.1 收缩性 .17 2.2.1.1 模具结构设计对塑件收缩的影响 .17 2.2.1.2 塑件结构设计对塑件收缩的影响 .18 2.2.2 脱模斜度 .19 2.2.3 壁厚 .19 2.2.4 侧孔 .20 2.2.5 圆角 .20 2.2.6 塑件的尺寸精度及表面质量 .20 2.2.6.1 尺寸精度 .20 2.2.6.2 塑件的表面质量 .21 2.3 成型周期 21 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） IV 2.4 本章小结 22 第 3 章 注塑成型的准备 .23 3.1 注塑成型工艺简介 .23 3.2 注塑成型工艺条件 .23 3.3 注塑机的选择 .25 3.3.1 注塑机简介 .25 3.3.2 注射机基本参数 .27 3.3.3 选择注塑机 .28 3.4 注射机的校核 .28 3.4.1 最大注射量的校核 .28 3.4.2 锁模力的校核 .29 3.4.3 塑化能力的校核 .29 3.5 安装部分的尺寸校核 .29 3.5.1 模具安装尺寸校核 .29 3.5.1.1 定位圈尺寸校核 .30 3.5.1.2 模具的长度与宽度校核 .30 3.5.1.3 模具厚度校核 .30 3.5.1.4 喷嘴尺寸校核 .30 3.6 开模行程校核 .31 3.7 本章小结 .31 第 4 章 模具设计 .32 4.1 分型面的确定 .32 4.2 型腔数目的确定 .33 4.3 浇口确定 .33 4.4 模具材料的选择 .34 4.4.1 模具满足工作条件要求 .34 4.4.2 模具满足工艺性能要求 .35 4.4.3 模具满足经济性要求 .36 4.5 浇注系统设计 36 4.5.1 主流道 .36 4.5.2 分流道 .37 4.5.3 冷料穴 .38 4.5.4 浇口 .38 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） V 4.6 模架的确定 40 4.6.1 模架的选用 .40 4.7 导向与定位机构 42 4.7.1 导向机构的设计 .42 4.8 顶出系统设计 43 4.8.1 脱模力的计算 .44 4.8.2 推杆脱模机构 .45 4.8.3 推板厚度的确定 .47 4.9 侧抽芯机构 47 4.9.1 抽芯距的计算 .48 4.9.2 斜导柱所受弯曲力的计算 .48 4.9.3 斜导柱长度的计算 .49 4.10 锁紧机构 .50 4.10.1 锁紧机构设计 50 4.10.2 锁紧机构的结构形式 51 4.11 排气设计 .51 4.11.1 排气部位的选择 51 4.11.2 排气的方式 51 4.11.3 排气槽设计要点 52 4.12 温度调节系统设计 .52 4.12.1 温度调节对塑件质量的影响 52 4.12.2 温度调节与生产效率的关系 52 4.12.3 冷却系统设计 53 4.13 本章小结 .54 第 5 章 模具主要零件的计算 55 5.1 型腔和型芯的成型尺寸计算 55 5.1.1 型腔的径向尺寸计算 .55 5.1.2 型腔深度尺寸计算 .56 5.1.3 型腔横向尺寸计算 .56 5.1.4 型芯横向尺寸计算 .56 5.1.5 型芯径向尺寸计算 .56 5.1.6 型芯高度尺寸计算 .57 5.2 型腔壁厚计算 .57 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） VI 5.3 弹簧的选用 .58 5.4 本章小结 .58 结论 59 致谢 60 参考文献 61 附录 1 62 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 1 第 1 章 绪论 1.1 模具工业在国民经济中的地位 在现代工业发展的过程中，模具的地位及其重要性日益为人们所 认识。据有关专家统计，在全世界所有的制品中约有 75%以上是用模 具来成型的（包款金属、陶瓷、和玻璃等材料的制品） 。因此，从这 一意义上来说， “模具是产品之母”是不争的事实。也可以说，没有 模具就没有产品。模具工业作为进入富裕社会的原动力之一，正推动 着整个工业技术的进步。模具工业在国民经济中的重要地位和作用表 现在以下几点： 第一，模具工业是高新技术产业的一个组成部分。例如，属于高 新技术领域的集成电路的设计与制造，不能没有做引线框架的精密级 进冲模和精密的集成电路塑封模；计算机的机壳、接插件和许多元器 件的制造，也必须有精密塑料模具和精密冲压模具；数字化电子产品 (包括通讯产品)的发展，没有精密模具也不行，因此可以说，许多高 精度模具本身就是高新技术产业的一部分。有些生产高精度模具的企 业，已经被命名为高新技术企业。 第二，模具工业又是高新技术产业化的重要领域，用信息技术带 动和提升模具工业的制造技术水平，是推动模具工业技术进步的关键 环节。CAD/CAE/CAM 技术在模具工业中的应用，快速原型制造技术的 应用，使模具的设计制造技术发生了重大变革。 第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。1998 年 11 月召开 的中央经济工作会议，首次明确提出了加大装备工业的开发力度，推 进关键设备的国产化。 将机械工业作为装备工业，把它同一般的加工工业区别开来，是 对机械工业在国民经济中的地位与作用的重新定位。 第四，国民经济的五大支柱产业-机械、电子、汽车、石化、建 筑，都要求模具工业的发展与之相适应。机械、电子、汽车工业需要 大量的模具，特别是轿车大型覆盖件模具、电子产品的精密塑料模具 和冲压模具，目前在质与量上都远不能满足这些支柱产业发展的需要。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 2 我国石化工业一年生产 500 多万吨聚乙烯、聚丙烯和其他合成树 脂，很大一部分需要塑料模具成形，做成制品，才能用于生产和生活 的消费。 生产建筑业用的地砖、墙砖和卫生洁具，需要大量的陶瓷模具； 生产塑料管件和塑钢门窗，也需要大量的塑料模具成形。 1.2 各种模具的分类和占有量 塑料模具产业近年来在我国发展很快，随之而来的是日益激烈的 市场竞争力。现代产品生产中，模具由于其加工效率高，互换性好， 节约原材料，所以得到广泛应用。模具的用途广泛，种类繁多，塑料 模是塑料成型的工艺装备，塑料模约占模具总数的 35%，而且有继续 上升的趋势。 注射模是安装在注射机上，完成注射成形工艺所使用的模具。注 射模的分类方法有很多，按所使用注射机的形式分为立式注射模、卧 式注射模和角式注射模；按成形材料分为热塑性塑料注射模和热固性 塑料注射模；按模具的型腔数目分为单型腔和多型腔注射模；按注射 模的总体结构特征可将注射模具分为单分型面注射模、双分型面注射 模、斜导柱(弯销、斜导槽、斜滑块)侧向分型与抽芯注射模、带有活 动镶件的注射模具、定模带有推出装置的注射模具和自动卸螺纹注射 模具等。 1.3 我国模具工业的现状 耐磨及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。塑料工业是世界上增长最快的工业之一。随着科技日新月 异的发展，塑料工业得到了前所未有的发展，从而使塑料的数量也不 断上涨。当然塑料工业的发展离不开塑料模具设计，模具工业被誉为 “工业之母” 。随着模具技术的迅速发展，在现代工业生产中，模具 已成为各种工业产品不可或缺的重要工艺设备。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， 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 3 但随着科技的不断发展，各种性能的塑料产品的不断开发，注塑 工艺越来越多地被各个制造领域用以成型各种性能要求的产品。近年， 模具行业结构调整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。 以上所体现的各个方面，都与模具设计有着非常密切的关系。一 副设计合理的模具，就有 85成功的希望，其余就要靠设备和模具 制造工人的熟练程度来达到，所以，提高塑料注射模具的设计水平尤 为重要。本套模具在设计的中，结合前人的设计经验和这几年模具发 展的新成果，采用了很多更合理的模具结构。如今，我国模具成型工 业已形成了相当规模的完整体系，越来越多的新技术，新工艺，新材 料诞生，并将应用在模具产业中，这将促使我国模具工业的飞跃发展。 同时，我国模具工业的总体水平与世界先进国家相比还有一定差距， 还要大力推进模具产业的科技进步，开展新技术，新材料研究开发， 并进一步加强对模具工业专业技术人才的培养，使之可持续发展，为 我国模具成型加工技术超赶世界先进水平作出贡献。 虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需 要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄弱。 “三资”企业虽然已经对中国模 具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企 改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，行 业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比 例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。 我国每个模具职工平均年创造产值约合 1 万美元，国外模具工业发达 国家大多是 1520 万美元，有的高达 2530 万美元，与之相对的是 我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企 业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低虽然国内许 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 4 多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落 后许多，特别是设备数控化率和 CAD/CAM 应用覆盖率要比国外企业低 得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配 套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水 平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以 来受“大而全” 、 “小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业 专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每 年生产的模具，商品模具只占 45%左右，其馀为自产自用。模具企业 之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比 要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、 成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品 种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比， 无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能 差，也直接影响模具水平的提高。 1.4 世界五大塑料生产国的产能状况 美国塑料(原料)的产量多年来一直雄居各国之首。早在 80 年代 前期，美国塑料产量就已达 2000 万吨之多，1986 年增至 23l0 万吨， 占全球总产量 8100 吨的 28.5，此后美国塑料产量继续呈现稳定增 长之势，1988 年、1990 年、1992 年、1994 年、1996 年和 1998 年分 别增加到 2710 万吨、2810 万吨、3010 万吨、3410 万吨、4000 万吨 和 4360 万吨，占世界总产量的比例从 1996 年起提高到 30以上。 2001 年美国塑料产量为 4170 万吨，其中以聚乙烯为最多，达 1500 多万吨。其次分别是氯乙烯 650 万吨、聚丙烯 720 万吨、聚苯乙烯对 酞酸脂 320 万吨、聚苯乙烯 280 万吨。国内塑料消费量(产量+进口量 一出口量)，美国也是全球最多的。美国的全部塑料消费量 2001 年为 4280 万吨。美国人均塑料消费量也是很高的，2000 年为 159 公斤， 2001 年略减为 155 公斤，居全球第 3 位。美国现有各种大小塑料企 事业单位 1 万多家，其中职工人数少于 50 人的占总数的 53，50l00 人的占 21，100500 人的占 23，超过 500 人的 占近 4。职工总数近 90 万人。在美国塑料制品加工业的就职人数 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 5 达 110 万，2001 年的出货金额为 2150 亿美元，人均出货金额为 195 美元。 德国是世界最大的塑料(原料)生产国之一，上世纪 90 年代初的 1991 年、1992 年和 1993 年，德国塑料产量都为 990 多万吨，1994 年增达超过 1000 万吨的 1110 万吨1998 年达近 1300 万吨，1999 年 为近 1400 万吨，2000 年增至 1550 万吨，超过日本为世界第 2 大塑 料生产国，2001 年上升为 1580 万吨，2002 年已过 1600 万吨。2001 年德国生产的种种塑料原料中，聚乙烯为 285 万吨(低密度聚乙烯 160 万吨，高密度聚乙烯 125 万吨)，氯乙烯 175 万吨，聚丙烯 160 万吨。德国 2001 年的国内塑料消费量为 1280 万吨，其中聚乙烯 265 万吨，聚丙烯 155 万吨氯乙烯 152 万吨。德国人均塑料消费量 2001 年为 160 公斤，在世界上仅少于比利时的 172 公斤，高于美国 的 155 公斤，排在世界第 2 位。德国塑料制品加工业的职工总计有近 30 万人，2001 年的出货金额为 360 亿美元，人均 126 美元。德国塑 料制品加工企业中职工少于 50 人的占 44，50100 人的占 28，100500 人的占 25，500 人以上的占 4。 中国塑料工业多年持续高速增长，1991 年产量仅为 250 万吨， 1995 年增为 350 万吨，1998 年超过 700 万吨，到 2002 年已增达约 1400 万吨，超过日本而成为世界第 3 大塑料原料生产国。中国今年 塑料制品市场将持续走强，在包装、工程、建材、农用和日用塑料制 品等各个领域都将有较大幅度的增长，需求量将超过 2500 万吨。其 中包装塑料制品今年需求量将超过 850 万吨，工程塑料制品需求量将 达 400 万吨左右，建材塑料制品需求量将达 300 万吨以上，农用塑料 制品需求量将在 500 万吨左右，日用塑料制品需求量约为 80 万吨左 右。 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。 一直到 1997 年，日本塑料产量曾经连续多年增长，年产量在 70 年代 中期就已达 500 多万吨，1987 年突破 1000 万吨，1991 年达约 1300 万吨，1992 年和 1993 年因受日本经济下滑的影响，产量略有减少， 分别降至 1258 和 1225 万吨。 从 1994 年起产量再度增长，1994 年、1995 年和 1996 年分别回 升到 1300 万吨、1400 万吨和 1470 万吨，1997 年的产量又比上年增 长 3.7，达到 1521 万吨，首次超过 1500 万吨。但这种增势在 1998 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 6 年受到遏制，产量大幅度减少。1998 年，日本塑料产量为 1390 万吨， 比上年减少了 8.7。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。2002 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。可塑性树脂产量在日本塑料(原料) 总产量中占 9 成左右，2002 年日本生产了 1214 万吨热可塑性树脂， 占总产量的 89.2，热硬化性树脂产量为 127 万吨。仅占 9.3，聚 乙烯在日本生产的各种塑料中，数量最多，1997 年、1998 年、1999 年、2000 年和 2001 年分别为 337 万吨、314 万吨、337 万吨、334 万 吨和 329 万吨，2002 年减至 318 万吨、比上年减少 3.6，其中低密 度聚乙烯 179 万吨，高密度聚乙烯 118 万吨，其他(EVA)21 万吨；聚 丙烯 264 万吨，比上年减少 2(比历史最高的 1997 年的 285 万吨减 少 7；氯乙烯 223 万吨，比上年增长 1.4(比 1997 年的 262 万吨 减少 15)；聚苯乙烯 119 万吨，比上年减少 2.5(比 1997 年的 152 万吨少 22)。日本国内塑料消费量 1997 年曾达 1230 万吨，是 迄今为止的最高纪录，2002 年降到 1035 万吨，人均年消费量同样也 从 1997 年 97.2 公斤下降到 2002 年的 81.2 公斤。日本塑料制品加工 业有职工 45 万，2001 年出货金额为 840 亿美元，人均 186 美元。日 本塑料制品加工企业中职工人数不足 50 人的占 93.3(其中 9 人以 下的占 66)，50100 人的企业占 4.1，100500 人的占 2.5，500 人以上的只占 0.1。 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。韩国塑料原料产品中以聚乙烯居首，2001 年产 量为 340 万吨(低密度聚乙烯 160 万吨，高密度聚乙烯 180 万吨)，聚 丙烯以 238 万吨排在第 2 位，其次分别是聚酯 161 万吨、氯乙烯 124 万吨、ABSAS 树脂 86 万吨、聚苯乙烯 77 万吨。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。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 7 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。 1.5 我国模具技术的现状及发展趋势 近年来，中国塑料模具制造水平已有较大提高。国内目前已能生 产单套重量达 60 吨的大型模具，精密塑料模具的精度已达到 0.5m，多腔塑料模具已能生产一模 7800 腔的塑封模，高速模具方 面已能生产挤出速度达 4m/min 以上的高速塑料模具。在生产手段上， 模具企业设备数控化率已有较大提高，CAD/CAE/CAM 技术的应用面已 大为扩展，高速加工及 RP/RT 等先进技术的采用已越来越多，模具标 准件使用覆盖率及模具商品化率都有较大幅度的提高，热流道模具的 比例也有较大提高。另外，三资企业的蓬勃发展进一步促进了塑料模 具设计制造水平及企业管理水平的提高，有些企业已实现信息化管理 和全数字化无图制造。大型化、高精密度、多功能复合型将是未来模 具的发展方向，热流道模具在塑料模具中的比重将逐渐提高，并且随 着塑料成型工艺的不断改进与发展，气辅模具及适应高压注射成型等 工艺的模具也将随之发展。其中精密、大型、复杂、长寿命模具等高 档塑料模具应加大研制与开发。 在信息化带动工业化发展的今天，我们既要看到成绩，又要重视 落后，要抓住机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下， 尽快提高塑料模具的水平，融入到国际市场中去，以促进中国模具行 业的快速发展，有两方面应予以重视： 一是政府相关政策对促进模具工业的发展起着非常重要的作用。 从国际上看，各国模具工业在发展初期都得到了政府的大力扶持。就 中国实际情况看，应降低国内不能生产的进口精密模具生产设备的关 税、执行好国家对部分专业模具厂的优惠政策等，通过政策引导作用 可加快行业的发展和进步。 二是随着市场的发展，塑料新材料及多样化成型方式今后必然会 不断发展，因此对模具的要求也越来越高。为了满足市场需要，未来 的塑料模具无论是品种、结构、性能还是加工都必将有较快发展，而 且这种发展必须跟上时代步伐。展望未来，下列几方面发展趋势预计 会在行业中得到较快应用和推广。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 8 （1）超大型、超精密、长寿命、高效模具将得到发展。 （2）多种材质、多种颜色、多层多腔、多种成型方法一体化的 模具将得到发展。 （3）为各种快速经济模具，特别是与快速成型技术相结合的 RP/RT 技术将得到快速发展。 （4）模具设计、加工及各种管理将向数字化、信息化方向发、 网络化方向发展。 （5）更高速、更高精度、更加智慧化的各种模具加工设备将进 一步得到发展和推广应用。 （6）更高性能及满足特殊用途的模具新材料将会不断发展，随 之将产生一些特殊的和更为先进的加工方法。 （7）各种模具型腔表面处理技术，如涂覆、修补、研磨和抛光 等新工艺也会不断得到发展。 （8）逆向工程、并行工程、复合加工乃至虚拟技术将进一步得 到发展。 （9）热流道技术将会迅速发展，气辅和其它注射成型工艺及模 具也将会有所发展。 （10）模具标准化程度将不断提高。 （11）在可持续发展和绿色产品被日益重视的今天， “绿色模具” 的概念已逐渐被提到议事日程上来。即，今后的模具，从结构设计、 原材料选用、制造工艺及模具修复和报废，以及模具的回收利用等方 面，都将越来越考虑其节约资源、重复使用、利于环保，以及可持续 发展这一趋向。 1.6 毕业设计的主要研究目标及内容 1.6.1 设计目标 通过毕业设计，掌握塑料注射模的设计步骤，以及利用斜导柱抽 芯设计方法。了解和熟悉模具主要零件的加工制造工艺。 1.6.2 设计内容 利用 Pro/E 设计软件，完成该塑件的三维实体造型设计，在查阅 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 9 相关设计资料和分析该塑件注射成型工艺性基础上进行模具的总体方 案设计及可行性分析。在完成模具参数计算和结构设计的基础上，利 用三维设计软件完成模具实体设计，最后完成工程图纸（二维） 、轴 测图（三维）绘制和设计计算说明书编写。 详细内容如下： 1.完成三通注射模总装图（二维）设计，零号图 1 张。 2. 完成三通注射模轴测图（三维）设计，零号图 1 张。 3 .滑块、型腔、定模扳、滑块镶件 1、滑块镶件 2 零件图设计， 2 或 3 号图各 1 张。 4.编写设计计算说明书一份，约 10000 字。 1.7 本章小结 本章调查了模具在国民经济中的地位和模具的加工制造技术及发 展情况，分析了塑料模具的现状与发展趋势和国外模具工业的发展情 况。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 10 第 2 章 注塑件的工艺性 2.1 塑件材料工艺性分析 制品如图 2-1，2-2 所示。 图 2-1 零件二维图 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 11 图 2-2 零件三维图 制品的说明： 1、制品为塑料三通，在设计模具浇口时可采用侧浇口进料，制 品由推板推杆联合推出； 2、制品的材料为丙烯晴-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS） ，模具不 需要加热； 3、生产数量：少量生产。 2.1.1 材料基本特征 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS 为丙烯腈 A、丁二烯 B 和苯乙烯 S 三种单体 共聚而成的聚合物，简称 ABS。 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 12 ABS 树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为 1.041.06 gcm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受 有机溶剂溶解。ABS 树脂可以在-2560的环境下表现正常，而且 有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。ABS 的 外观为不透明呈象牙色的粒料，无毒、无味、吸水率低其制品可着成 各种颜色、无毒、无味、吸水率低其制品可着成各种颜色，并具有 90%的高光泽度。ABS 的相对密度为 1.05，ABS 同其它材料的结合性 好，易于表面印刷、涂层和镀层处理易于表面印刷、易于表面印刷涂 层和镀层处理。ABS 的氧指数为 18.2，属易燃聚合物，火焰呈黄色， 有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的肉桂味。属易燃聚合物，呈黄 色，属易燃聚合物火焰呈黄色有黑烟，烧焦但不滴落，并发出特殊的 肉桂味。 ABS 是一种综合性能十分良好的树脂，其具有韧、刚、硬的优点， 应用范围已远远超过 PS，成为一种独立的塑料品种。ABS 既可用于 普通塑料又可用于工程塑料。ABS 树脂是一种强度高、韧性好、易于 加工成型的热塑型高分子材料。在比较宽广的温度范围内具有较高的 冲击强度和表面硬度，热变形温度比 PA 高，PVC 尺寸稳定性好， 0.4%0.8%范围内范围内，收缩率在 0.4%0.8%范围内 若经玻纤增 强后可以减少到 0.2%0.4%，而且绝少出现塑后收缩。其临界表面 张力为 3438mN/cm。ABS 熔体的流动性比 PVC 和 PC 好，但比 PE、PA 及 PS 差，与 POM 和 HIPS 类似。 ABS 的流动特性属非牛顿流体，其熔体粘度与加工温度和剪切速 率都有关系，但对剪切速率更为敏感。力学性能 ABS 有优良的力学性 能，其冲击强度极好优良的力学性能，优良的力学性能其冲击强度极 好，可以在极低的温度下使用。即使 ABS 制品被破坏，也只能是拉伸 破坏而不会是冲击破坏。ABS 的耐磨性能优良，尺寸稳定性好，又具 有耐油性，可耐磨性能优良，耐磨性能优良尺寸稳定性好，又具有耐 油性，用于中等载荷和转速下的轴承。ABS 的蠕变性比 PSF 及 PC 大， 但比 PA 和 POM 小。 ABS 的弯曲强度和压缩强用于中等载荷和转速下的轴承度属塑料 中较差的。ABS 的力学性能受温度的影响较大。热学性能 ABS 属于无 定形聚合物，无明显熔点；熔体粘度较高，流动性差，耐候性较差 熔体粘度较高，熔体粘度较高流动性差，耐候性较差，紫外线可使变 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 13 色； 70107 左右热变形温度为 70107（85 左右） ，制品经 退火处理后还可提高 10左右。对温度剪切速率都比较敏感；ABS 在40时仍能表现出一定的韧性，可在 -40到 85的温度范围 内长期使用热分解温度 270 的温度范围内长期使用。热分解温度 40到以上电学性能用。环境性能 ABS 不受水、无机盐、碱醇类和烃 类溶剂及多种酸的影响，但可溶于酮类、醛类及氯的电绝缘性较好， ABS 的电绝缘性较好，并且几乎不受温度、湿度和频率的影响，可在 大多数环境下使代烃，受冰乙酸、植物油等侵蚀会产生应力开裂。 ABS 的耐候性差，在紫外线的作用下易产生降解，置于户外半年 后，冲击强度下降一半。ABS 塑料的成型加工 ABS 同 PS 一样是一种 加工性能优良的热塑性塑料，可用通用的加工方法加工。 ABS 具有 良好的成型加工性，制品表面光洁度高，且具有良好的涂装性和染色 性，可电镀成多种色 泽。比热容较低，在模具中凝固较快，模塑周 期短，制件尺寸稳定，表面光泽。ABS 的热稳定性好，不易出现热降 解现象。ABS 的吸水性较高，吸水率: ABS 的吸水性较高，吸水率: 70-80，10- 小时(水分控制在 0.2%以下) 70-80，10-18 小 时(水分控制在 0.2%以下)。 2.1.2 材料主要用途 每种单体都具有不同特性，从形态上看，ABS 是非结晶性材料。 这就决定了 ABS 材料的耐低温性、抗冲击性，外观特性，低蠕变性， 优异的尺寸稳定性及易加工性等多种特性。且表面硬度高、耐化学性 好，同时通过改变上述三种组分的比例，可改变 ABS 的各种性能， 故 ABS 工程塑料具有广泛用途。合成的 ABS 有中冲击型、高冲击型、 超高冲击型及耐热型四类。BS 树脂是丙烯腈 （Acrylonitrile） 1,3-丁二烯 、 （Butadiene）苯乙烯、 （Styrene）三种单体的接枝共 聚物。它的分子式可以写为（C8H8C4H6C3H3N）x，但实际上往往 是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中， 丙烯腈占 15%35%，丁二烯占 5%30%，苯 乙烯占 40%60%，最 常见的比例是 A:B:S=20:30:50。ABS 塑料的成型温度为 180-250， 但是最好不要超过 240，此时树脂会有分解。随着三种成分比例的 调整，树脂的物理性能会有一定的变化：1,31,3 - 丁二烯为 ABS 树 脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 14 光泽及流动性；丙烯腈为 ABS 树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化 学腐蚀的性质、苯乙烯为 ABS 树脂提供硬度、加工的流动性及产品表 面的光洁度。 材料展望 ABS 是本世纪 40 年代发展起来的通用热塑性工程塑料， 是一个综合力学性能十分优秀的塑料品种，不仅具有良好的刚性、硬 度和加工流动性，而且具有高韧性特点，可以注塑、挤出或热成型。 大部分汽车部件都是用注塑成型方法加工的，ABS 树脂的优点是抗冲 性、隔音性、耐划痕性，耐热性更好，比 PP 更美观，特别在横向抗 冲性和使用温度较为严格的部件。ABS 树脂是汽车中使用仅次于聚氨 脂和聚丙烯的第三大树脂。ABS 树脂可用于车内和车外部外壳，方向 盘、导油管及把手和按钮等小部件，车外部包括前散热器护栅和灯罩 等。ABS 树脂容易加工，加工尺寸稳定性和表面光泽好，容易涂装、 着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能，可 广泛应用于电子电器领域，包括各种办公和消费性电子、电器，办公 电器包括电子数据处理机、办公室设备。近年来在电子电器市场， ABS 树脂在要求阻燃和高耐热的电子/电器市场中将保持其地位，阻 燃与耐高热的 ABS 树脂在与 ABS/PC 等工程塑料合金的竞争中具有明 显的优势。 ABS 树脂在日用消费品领域具有广泛的应用，比如建材管材、板 材或片材，近年来被价格更为 低廉的 PVC 树脂取代了一部分。ABS 树脂用于与建筑有关的领域，其中挤出片材用于卫生器具如澡盒、游 泳池衬里等，另外注塑成型的管材和管件，少量生产挤出成型的电话 电缆管线。AIE 亚太国际紧跟材料市场趋势，致力于 ABS 材料的开 发与推广，推出一系列具有优异综合性 能及技术表现的 ABS 汽车材 料，开发处诸多新型 ABS 复合材料，如高抗冲性、阻燃性、外观、 着色等，为最终用户的使用提供全程的支持和帮助并不断提供新的解 决方案。 ABS 的应用领域主要如下： 1、汽车工业 汽车工业中有众多零件是用 ABS 或 ABS 合金制造 的，如上海的桑塔纳轿车，每辆车用 ABS11kg,占汽车中所用塑 料位 列第三。在其它车辆中，ABS 的使用量也颇惊人。 2000 年我国就汽 车用 ABS 的量就达到 3.5 万吨，预测到 2010 年，此值将达到 6 万 吨，轿车中主要零部件使用 ABS 的就有仪表板用 PC/ABS 作骨架， 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 15 表面再复以 PVC/ABS 制成 的薄膜。此外，车内装饰件大量使用了 ABS，如手套箱、杂物箱总成是用耐热 ABS 制成，门槛上下饰件、水 箱面罩用 ABS 制成，尚有其它零件也是使用 ABS 制作。 2、办公室机器。办公室设备机器需要有漂亮的外观，有良好的 手感，如电话机外壳、存储器外壳以及计算机、传真机、复印机中都 大量使用了 ABS 制作的零件。 3、家用电器。由于 ABS 有高的光泽和易成型性，塑后低的收缩 率，所以在家电和小家电中更有着广泛着的市场，如电视机，有些厂 家大屏幕电视机的前后壳体使用阻燃 ABS 制成，家用传真机、音响、 VCD 中也大量使用，电风扇、空调、冷气机、吸尘器中也使用了很多 ABS 制作的零件，厨房用具也大量使用了 ABS 制作的零件。 4、玩具。许多漂亮的玩具、组合式的智力开发玩具也可使用 ABS 来制作，此外通讯、广播事业中也有 ABS 的市场。 下表 2-1 介绍了丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的某些性能。 表 2-1 热塑性材料的某些性能 材料名称拉伸弹性量 /MPa 压缩比成型收缩 率 % 与钢的摩 擦因数 泊松 比 聚乙烯HDPE LDPE 8409501.731.9 1.81.3 1.53.0 1.53.6 0.11 0.23 0.38 聚丙烯PP GFR 110016001.921.961.03.0 0.40.8 0.140.340.32 有机 玻璃 PMMA 与苯乙烯共聚 3160 3500 0.50.70.35 聚氯 乙烯 硬 PVC 软 PVC 240042002.3 2.3 0.20.4 1.53.0 聚苯 乙烯 GPC HIPS GFR（20% 30%） 28003500 14003100 32001.92.2 0.20.8 0.20.8 0.30.6 0.12 0.450.32 ABS 抗冲型 耐热型 GFR（30%） 1900 1800 1800 1.82.0 0.50.7 0.40.5 0.10.14 0.21 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 16 聚甲醛POM F-4 填充 28001.82.02.03.5 2.02.5 0.10.2 2.1.3 材料成型特点 材料成型特点如下： 1、 塑料的处理，ABS 的吸水率大约为 0.2%-0.8%，对于一般级 别的 ABS，加工前用烘箱以 80-85烘 2-4 小时或用干燥料斗以 80烘 1-2 小时。对于含 PC 组份的耐热级 ABS，烘干温度适当调 高至 100，具体烘干时间可用对空挤出来确定。再生料的使用比例 不能超过 30%，电镀级 ABS 不能使用再生料。 2、 注塑机选用，可选用华美达的标准注塑机（螺杆长径比 20：1，压缩比大于 2，注射压力大于 1500bar） 。如果采用色母粒或 制品外观要求料高，可选用小一级直径的螺杆。锁模力按照 4700- 6200t/m2 来确定，具体需根据塑料等级和制品要求而定。 3、 模具及浇口设计，模具温度可设为 60-65。流道直径 6- 8mm。浇口宽约 3mm，厚度与制品一样，浇口长度要小于 1mm。排气孔 宽 4-6mm，厚 0.025-0.05mm。 4、 熔胶温度，可用对空注射法准确判定。等级不同，熔胶温度 亦不同，建议设定如下：抗冲级：220-260，以 250为佳，电 镀级：250-275，以 270为佳，耐热级：240-280，以 265-270为佳，阻燃级：200-240，以 220-230为佳，透 明级：230-260，以 245为佳，玻纤增强级：230-270 对 于表面要求高的制品，采用较高的熔胶温度和模温。 5、 注射速度，防火级要用慢速，耐热级用快速。如制品表面要 求较高，则要用高速及多级注塑的射速控制。 6、 背压，一般情况下背压越低越好，常用的背压是 5bar，染 色料需用较高的背压以使混色均匀。 7、 滞留时间，在 265的温度下，ABS 在熔胶筒内滞留时间最 多不能超过 5-6 分钟。阻燃时间更短，如需停机，应先把设定温度 低至 100，再用通用级 ABS 清理熔胶筒。清理后的混合料要放入冷 水中以防止进一步分解。如需从其它塑料改打 ABS 料，则要先用 PS、PMMA 或 PE 清理熔胶筒。有些 ABS 制品在刚脱模时并无问题，过 一段时间后才会有变色，这可能是过热或塑料在熔胶筒停留时间过长 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 17 引起的。 8、 制品的后处理，一般 ABS 制品不需后处理，只有电镀级制 品需经烘烤（70-80，2-4 h）以钝化表面痕迹，并且需电镀的制品 不能使用脱模剂，制品取出后要立即包装。 9、 成型时要特别注意的事项有几种等级的 ABS（特别是阻燃 级） ，在塑化后其熔体对螺杆表面的附着力很大，时间长后会分解。 当 出现上述情况时，需要把螺杆均化段和压缩拉出擦试，并定期用 PS 等清理螺杆。 2.22.2 塑料制品的工艺性分析 2.2.1 收缩性 塑料通常是在一定的湿度下加压成形的，当冷却到室混时其尺寸 变化主要遵照热涨冷缩的原理进行收缩，这种性能称为塑料的收缩性。 根据选用的材料为 ABS，查相关资料可知，ABS 的收缩率为 0.0040.007，由公式（2-1）求出 ABS 平均收缩率： (21) maxmin ()/2 cp SSS 式中 塑料的平均收缩率； cp S 塑料的最大收缩率； max S 塑件的最小收缩率。 min S 计算如下： maxmin ()/2 cp SSS (0.0070.004)/2 0.0055 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 18 2.2.1.1 模具结构设计对塑件收缩的影响 塑料模具制造设计所选用的结构及浇口的位置和大小均与模制压 力有密切关系。对热固性塑料的模塑成型来讲，模具结构设计合理时， 可提高作用在物料上的压力，增加流动性，从而填充密实，促使成型 后的产品收缩值小，如密闭式压模模具能将承受到的压力全部传递给 型腔中的物料而敞开式压模模具却只能传递一部分压力，而热塑性塑 料的模塑成型时，注射模具浇口的位置和大小对塑件的收缩影响很大， 浇口过小则会过多地限制原料流动，同时浇道的长度、直径和塑料进 入模具流道的曲折点都会引起压力的损失，相应地减小有效压力.， 以致影响塑料的压缩程度。而浇口的位置又决定原料流动的方向，从 而影响塑料的收缩。 对热固性塑料铸压模具来讲，其浇口位置和大小对塑件收缩亦有 同样的影响。塑料的收缩值与塑料流动方向亦有关，与塑料流动方向 相平行的收缩大于与流动方向相垂直的收缩，这一点，在设计模具时 是必须加以注意的。 除上述关于模塑过程中以及模塑刚完成后所发生的收缩现象外， 有些塑料在老化过程中还有一些收缩，这种老化收缩现象对热固性塑 料尤为显著。 对纤维醋类如醋酸纤维，则根据所用的增塑剂类型和比例也有不 同程度的收缩，因此将在模塑过程中塑件的收缩值补偿到模具的相应 尺寸中去，再从工艺条件来控制收缩范围，这样，就有可能得到比较 符合图纸要求的塑件。 2.2.1.2 塑件结构设计对塑件收缩的影响 塑件的结构设计要求塑件有一个均匀的截面，即通常所说的塑件 壁厚要均匀。如果一个塑件中有一、二处的截面较其它处的截面厚些， 而采用的成型条件又只适宜于模塑薄处截面，则在厚截面处会发现缺 料或塑件不密实或熟化不足以致造成收缩的不均，且薄壁塑件比厚壁 塑件的收缩要小。 另外，塑件上带有嵌件者比不带嵌件者收缩要小，塑件形状复杂 的比形状简单的收缩要小，且直径方向的尺寸比高度方向的尺寸收缩 要小。 塑件结构设计对塑件收缩的影响： 哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文） 19 （1）化学结构的变化。例如热固性塑料在成形过程中树脂分子 由线形结构变为体形结构，而体形结构的体积质量比线形结构的体积 质量大，故要收缩。 （2）热收缩。塑件在成形后的冷却过程中，沮度降低，尺寸要 收缩。 （3）塑件在成形时，由于受到成形压力和四切力的作用、各向 异性、舔加别的不均匀性以及模具温度的影响，成形后的塑件有残余 应力存在，这种残余应力的变化引起塑件发生再收缩一般称为后收 缩。 （4）热塑性塑料在恒定压力下，随温度的变化呈现几种状态。 热塑性塑科在恒定压力下，随着加工温度的变化呈现玻璃态、高弹态 和粘流态三种状态。 2.2.2 脱模斜度 为了使塑料制品顺利地从模具型腔中取出，须在制品内外壁设计 足够的脱模斜度。脱模斜度的大小取决于塑料的性质、收缩率的大小、 制品的壁厚和形状，设计时一般考虑以下几种情况：制品形状复杂， 深度较深，不易脱模的