模具设计毕业论文

1 前言1.1模具工业在国民经济中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，6080%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，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。鉴于振兴我国模具工业的重要性，在1989年3月国务院颁布的关于当前产业政策要点的决定中，把模具列为机械工业技术改造序列的第一位、生产和基本建设序列的第二位。1997年以来，国家又相继把模具及其加工技术和设备列入了当前国家重点鼓励发展的产业、产品和技术目录和鼓励外商投资产业目录。经国务院批准，从1997年到2002年，对全国部分重点专业模具厂实行增值税返还70%的优惠政策，以扶植模具工业的发展1999年7月国家计委和科学技术部发布的当前国家优先发展的高新技术产业化重点领域指南(目录)，把电子专用工模具、塑料成形新技术与新设备、快速原型制造工艺及成套设备、激光加工技术及成套设备、汽车关键零部件等等，都列进去。1999年8月20日党中央和国务院发布的关于加强技术创新发展高科技实现产业化的决定指出：要在电子信息特别是集成电路设计与制造、网络及通讯、计算机及软件、数字化电子产品等方面，在生物技术及新医药、新技术、新能源、航天航空、海洋等有一定基础的高新技术产业领域，加强技术创新，形成一大批拥有自主知识产权、具有竞争优势的高新技术产业。要加强传统产业的技术升级。注重电子信息等技术与传统产业的嫁接，大幅度提高国产技术装备的水平。所有这些，都充分体现了国务院和国家有关部门对发展模具工业的重视和支持。从以下四个方面，可以看出模具工业在国民经济中的重要地位与作用。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。不仅电子产品如此，在航天航空领域也离不开精密模具。例如：形状误差小于0.10.3?的空空导弹红外线接收器的非球面反射镜，就必须用高精度的塑料模具成形。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。CADCAECAM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。模具的开发和制造水平的提高，还有赖于采用数控精密高效加工设备。逆向工程、并行工程、敏捷制造、虚拟技术等先进制造技术在模具工业中的应用，也要与电子信息等高新技术嫁接，实现高新技术产业化。第三，模具工业是装备工业的一个组成部分。在1998年以前，许多人把机械工业当作一般的加工工业。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。模具作为基础工艺装备，在装备工业中自然有其重要地位。因为国民经济各产业部门需要的装备，其零部件有很大一部分是用模具做出来的。第四，模具工业地位之重要，还在于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。这几年，我国每年要进口近10亿美元的模具。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。从五大支柱产业对模具的需求当中，也可以看到模具工业地位之重要。1.2我国模具技术的现状 20世纪80年代以来，国民经济的高速发展对模具工业提出了越来越高的要求，同时为模具的发展提供了巨大的动力。这些年来，中国模具发展十分迅速，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展。振兴和发展中国的模具工业，日益受到人们的重视和关注。“模具是工业生产的基础工艺装备”已经取得了共识。目前，中国有17000多个模具生产厂点，从业人数约50多万。在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其他各类模具约占11%。近年来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了变化。除了国有专业厂家外，还有集体企业、合资企业、独资企业和私营企业，他们都得到了迅速的发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多研究机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。 中国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48in（约122cm）大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术、模具的电加工和数控加工技术、快速成型与快速制模技术、新型模具材料1等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。 进入21世纪，在经济全球化的新形势下，随着资本、技术和劳动力市场的重新整合，中国装备制造业在加入WTO以后，将成为世界装备制造业的基地。而在现代制造业中，无论哪一行业的工程装备，都越来越多地采用由模具工业提供的产品。为了适应用户对模具制造的高精度、短交货期、低成本的迫切要求，模具工业正广泛应用现代先进制造技术来加速模具工业的技术进步，这是各行各业对模具这一基础工艺装备的迫切需求。 1. 3我国模具技术的发展趋势 随着电子、信息等高新技术的不断发展，模具技术的发展呈现以下趋势。 1.3.1模具CAD/CAE/CAM正向集成化、三维化、智能化和网络化方向发展 模具CAD/CAE/CAM技术是模具设计、制造技术的发展方向，模具和工件的检测数字、模具软件功能集成化、模具设计、分析及制造的三维化、模具产业的逆向工程以及模具软件应用的网络化是主趋势。 新一代模具软件以立体的、直观的感觉来设计模具，所采用的三维数字化模型能方便地用于产品结构的分析、模具可制造性评价和数控加工、成形过程模拟（CAE）及信息的管理与共享。值得强调的是，模具数字化不是孤立的计算机辅助功能或数控技术的集合，其关键是它们与人工智能的有机集成，不仅可以整理知识、保存知识，还可以挖掘知识、繁衍知识。新一代的模具数字化将是一个集工程师的智慧和经验、计算机的硬件和软件、数值模拟和数控技术、工艺及工程管理为一体的模具优化的开发、设计和认证的系统工程。 1.3.2模具制造向精密、高效、复合和多功能方向发展 精密数控电火花加工机床（电火花成形机床、快走丝线切割和慢走丝线切割机床）不断在加工效率、精度和复合加工上取得突破，国外已经将电火花铣削用于模具加工。加工精度误差小于1m的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工将得到发展。 国外近年来发展的高速铣削技术和机床（HSM）开始在国内应用，将大幅提高加工效率。 模具抛光的自动化、智能化也是发展趋势之一，日本已研制了数控研磨机，可实现三维曲面模具的自动化研磨抛光。此外，特种研磨方法如挤压研磨、电化学抛光、超声抛光也应是发展趋势。 其他方面，如采用氮气弹簧压边、卸料、快速换模技术、冲压单元组合技术、刃口堆焊技术及实型铸造冲模刃口镶块技术等。 1.3.3快速经济制模技术得到应用 快速制模主要从以下四方面加快制模速度：一是提高加工速度（如高速铣削）；二是基于快速原型的快速制模技术；三是选择易切削模具材料（如铝合金）来加快制模速度；四是采用复合加工、多轴加工提高加工效率。 快速原型制造技术（RPM）被公认为是继数控（NC）技术之后的一次技术革命，基于快速原型的快速制模技术是现在和未来的一个热点。此外表面成形制模技术、浇铸成型制模技术、冷挤压及超塑性成形制模技术、无模多点成形技术和KEVRON钢带冲裁落料制模术也在蓬勃发展。 1.3.4特种加工技术有了进一步的发展 电火花加工向着精密化、微细化方向发展。在简化电极准备、简化编程和操作、提高加工速度以及不断降低设备制造成本上也做了大量研究和实践。 在其他机械特种加工（如磨料流动加工、喷水加工、低应力磨削、超声波加工等）和特种加工（如电子束加工、电火花磨削、激光加工、等离子束加工等）已经进入实用阶段，在各自的特殊加工领域发挥着重要作用。 1.3.5模具自动加工系统的研制和发展 随着各种新技术的迅速发展，国外已出现了模具自动加工系统。这也应是中国的长远发展目标。模具自动加工系统应有如下特征：多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控系统同步系统；有质量监测控制系统。 1.3.6模具材料及表面处理技术发展迅速 在模具材料方面，一大批专用于不同成形工艺的模具材料相继问世并投入使用。在模具表面处理方面，其主要趋势是：由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如TD法）发展；由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。另外，目前激光强化、辉光离子氮化技术及电镀（刷镀）防腐强化等技术也日益受到重视。 1.3.7模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同 由于车辆和电机等产品向轻量化发展，许多轻型材料和轻型结构用于汽车业，如以铝代钢，非全密度成形，高分子材料、复合材料、工程陶瓷、超硬材料。新型材料的采用使得生产成形和加工工艺发生了根本变革，相应地出现了液态（半固态）挤压模具及粉末锻模、冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成型技术等3。 另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产模式；模具标准件的日渐广泛应用（模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，且还能提高模具的质量和降低模具制造成本）；广泛采用标准件、通用件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。2 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能,并达到一定的技术指标.该塑件是日用品,承受外力的几率不大,如振动,冲击载荷,摩擦等情况比较少;塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度,脆化温度,分解温度的要求降低;作为一种日用品,生产批量应该是大批大量生产,这样,就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素;此外,塑料都会老化,作为一种光学用品,还要考虑到材料的光氧化等问题.2.2 材料选择通常,选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求,以及原材料厂家提供的材料性能数据.对于常温工作状态下的结构件来说,要考虑的主要是材料的力学性能,如屈服应力,弹性模量,弯曲强度,表面硬度等.该塑件对材料的要求首先必须是透光性好,其次才是成型难易和经济性问题,以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如下表所示。材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途高密度聚乙烯（结晶型）半透体，具有极好的抗冲击性，良好的耐热性和耐寒性，化学稳定性好，具有较高的刚性和韧性，机械强度好。介电性能，耐环境应力开裂性亦较好。 结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件3080 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，肥皂盒，日用品等有机玻璃（非结晶型）透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解收缩率取0.3580透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等聚碳酸酯（非结晶型）透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度2 130脆化温度为100在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等以上的性能分析对比中看出,在透光度方面，由于该塑件设计为一般性民用品，对透光度要求不高，需要考虑的主要还是在于价格方面。我们主要要求是价格和耐磨性,其它如拉伸强度,断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定),最终选定HDPE为塑件材料.因其具有较高的刚性和韧性以及极好的抗冲击性，它所拥有的特性符合我们的塑件要求。2.3 结构设计 塑件设计结构设计对塑件设计要求能放置灯泡，外接电线，所以要考虑到灯泡与灯座、电线内部连接的问题。关于零件的造型图如下图所示。详细结构可参考零图纸2.1 壁厚无论是结构件还是板壁,当达到一定的厚度时，才能保证其力学强度.一般地说,在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚,这不仅可以节约原材料,降低生产成本,而且可以缩短塑件在模具内冷却或固化的时间,以提高生产效率;并且可避免因过厚产生的缩孔，凹陷 ,夹心等质量上的缺陷.以下是PE的壁厚推荐值:最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.6 1.25 1.6 3.25.4该塑件属于中大型件,从图上看,塑件边缘的壁比较厚,取5mm,壳体取3mm,这样使得整个塑的壁厚不均匀的,但若减小边缘的壁厚,则对塑件的推出不利, 边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.2脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩,使其紧箍在凸模或型芯上,为了便于脱模,防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损,与脱模方向平行的塑件内,外表面都应具有合理的斜度.以下是PE的脱模斜度推荐值:型芯 型腔 2045 2545塑件内表面在造型时就有弧度,如果要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处,这不仅对脱模有好处，而且可以更好的锁紧。以下为取塑料脱模斜度时应注意的事项：1：脱模斜度取向，塑件内以小端为准向扩大方向取得，外形以型腔大端为准，斜度内缩小方向取得2：塑件外形复杂、壁厚较厚，收缩率较大的以及增强塑料应取较大脱模斜度3：为缩小塑件两端尺寸差距，塑件高度H100mm时取小脱模斜度；塑件高度H50mm时取较大脱模斜度4：为防止塑件留在定摸内，定摸脱模斜度比动模小5：塑件精度要求高的，取较小脱模斜度，当塑件某个尺寸要求很高时，可以做成“直身”即脱模斜度为0，当这个距离不可过大，且模具表面光洁度要高，防止拉伤模具和塑件6：有自润滑性，延性、弹性的塑件脱模斜度可以适当取小值2.3 加强肋塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1MM，脱模斜度取2度，顶部倒圆角，低部倒角R，宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低（过高时容易在弯曲和冲击负荷作用下受损），宽度小，而数量多为好（塑件形状所允许的情况下）。2.4圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如下表所示。肋的圆角半径值关系表肋的高度/mm6.56.513131919圆角半径 /mm0.81.51.53.02.55.036.5塑件上其它的特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍2.4 塑件的尺寸精度及表面质量2.4.1尺寸精度 （1）尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些从而降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，PS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。（2）尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为：制品尺寸误差构成：s 十z 十c 十a式中-制品总的成型误差；s-塑料收缩率波动所引起的制品误差；z-模具成型零件制造精度所引起的制品误差；c-模具磨损后所引起的制品误差；a-模具安装、配合间隙所引起的制品误差。一般有s1/3，z1/3，c1/6。影响制品尺寸精度的因素很多，彼此间又形成交叉影响：(1) 成型材料。影响制品尺寸精度的材料方面的因素有收缩率波动值，原料水分及挥发物含量，原料的配制工艺，原料的生产批号，分子量分布，结晶形态，保存方法和时间。(2) 成型条件。影响制品尺寸精度的成型条件有：料筒温度、模具温度，注射量、注射速度，注射压力，保压时间、冷却时间，成型方式（注射、压制）。(3) 制品的形状和尺寸。形状复杂则收缩不均；壁厚变化大则收缩不均；大尺寸制品收缩总量大；斜度大则精度低。(4) 模具结构。中由模具直接决定的尺寸Dl、D3，其误差受模具制造精度、模具磨损量的支配；图2-101 中模具间接决定的尺寸Hl、H2、Tl、T2，误差除受模具制造精度、磨损量的影响外，还受模具安装精度、设备状态的影响。另外进料口尺寸大，收缩小；与料流方向平行的尺寸收缩大，与料流方向垂直的尺寸收缩小；分型面决定毛边的位置和方向，影响垂直于分型面的尺寸精度。模具装配，如型芯、顶杆的固定方法，模具的拼合，模具的加工等直接影响制品尺寸精度。模具的磨损，如型腔、型芯的磨损直接影响制品的精度。(5) 制造误差。模具制造误差将直接反映在制品上。(6) 成型后的条件。主要是指测量误差和存放误差。测量误差主要是由测量工具、测量方法、测量时间等因素造成的；存放方式不当致使制品弯曲、扭曲，存放温度、湿度不当使制品发生形状及尺寸变化。2.4.2塑件的表面质量表面质量是一个相当大的概念，包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。塑件的表观缺陷是其特有的质量指标，包括缺料，溢料与飞边，凹陷与缩瘪，气孔，翘曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26m。3 注塑成型的准备成型前的准备工作可能包括的内容很多。如：物料加工性能的检验(测定塑料的流动性、水分含量等)；原料加工前的染色和选粒；粒料的预热和干燥；嵌件的清洗和预热；试模和料筒清洗等。1原料的预处理根据塑料的特性和供料情况，一般在成型前应对原料的外观和工艺性能进行检测。如果所用的塑料为粉状，如：聚氯乙烯，还应进行配料和干混；如果制品有着色要求，则可加入适量的着色剂或色母料；供应的粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物，特别是一些具有吸湿倾向的塑料含水量总是超过加工所允许的限度。因此，在加工前必须进行干燥处理，并测定含水量。在高温下对水敏感的聚碳酸酯的水分含量要求在0.2%以下，甚至0.03%0.05%，因此常用真空干燥箱干燥。已经干燥的塑料必须妥善密封保存，以防塑料从空气中再吸湿而丧失干燥效果，为此采用干燥室料斗可连续地为注塑机提供干燥的热料，对简化作业、保持清洁、提高质量、增加注射速率均为有利。干燥料斗的装料量一般取注塑机每小时用料量的2.5倍。2嵌件的预热注射成型制品为了装配及强度方面的要求，需要在制品中嵌入金属嵌件。注射成型时，安放在模腔中的冷金属嵌件和热塑料熔体一起冷却时，由于金属和塑料收缩率的显著不同，常常使嵌件周围产生很大的内应力(尤其是象聚苯乙烯等刚性链的高聚物更多显著)。这种内应力的存在使嵌件周围出现裂纹，导致制品的使用性能大大降低。这可以通过选用热膨胀系数大的金属(铝、钢等)作嵌件，以及将嵌件(尤其是大的金属嵌件)预热。同时，设计制品时在嵌件周围安排较大的厚壁等措施。3机筒的清洗新购进的注塑机初用之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注塑机机筒进行清洗或拆洗。清洗机筒一般采用加热机筒清洗法。清洗料一般用塑料原料(或塑料回收料)。对于热敏性塑料，如聚氯乙稀的存料，可用低密度聚乙烯、聚苯乙烯等进行过渡换料清洗，再用所加工的新料置换出过渡清洗料。4脱模剂的选用脱模剂是能使塑料制品易于脱模的物质。硬脂酸锌适用于除聚酰胺外的一般塑料；液体石蜡用于聚酰胺类的塑料效果较好；硅油价格昂贵，使用麻烦，较少用。使用脱模剂应控制适量，尽量少用或不用。喷涂过量会影响制品外观，对制品的彩饰也会产生不良影响。3.2 注塑成型工艺条件1）温度；注塑成型过程中需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PE料与温度的经验数据如下表所示。温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/热变形温度 /后段中段前段1.82M PA0.45MPA140300200350220350220350109065962）压力；注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.427.5MPA。3）时间；完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间（开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等），在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒（这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长）。确定成型周期的经验数值如下表所示。成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如下表所示。制品成型工艺参数初步确定 特性 内容 特性 内容注塑机类型 螺杆式 螺杆转速（r/min） 48 喷嘴形式 直通式 模具温度 50喷嘴温度() 230 后段温度() 140300中段温度() 200230 前段温度() 220350 注射压力MPa 90 保压力MPa 80注射时间s 1.5 保压时间 s 5冷却时间s 20 其他时间s 3成型周期s 30 成型收缩(%) 0.6干燥温度() 6080 干燥时间() 13 后处理温度70，保温时间2小时。3.3注塑机的选择3.3.1 注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有:（1）按设备外形特征分类:卧式,立式,直角式,多工位注塑机；（2）按加工能力分类:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。3.3.2 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量,注射压力,注射速度,塑化能力,锁模力,合模装置的基本尺寸,开合模速度,空循环时间等.这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据.(1)公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.(2)注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.(3)注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如下表所示。注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5(4)塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.(5)锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.(6)合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.(7)开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.(8)空循环时间；在没有塑化,注射3 注塑成型的准备成型前的准备工作可能包括的内容很多。如：物料加工性能的检验(测定塑料的流动性、水分含量等)；原料加工前的染色和选粒；粒料的预热和干燥；嵌件的清洗和预热；试模和料筒清洗等。3.1.1原料的预处理根据塑料的特性和供料情况，一般在成型前应对原料的外观和工艺性能进行检测。如果所用的塑料为粉状，如：聚氯乙烯，还应进行配料和干混；如果制品有着色要求，则可加入适量的着色剂或色母料；供应的粒料往往含有不同程度的水分、熔剂及其它易挥发的低分子物，特别是一些具有吸湿倾向的塑料含水量总是超过加工所允许的限度。因此，在加工前必须进行干燥处理，并测定含水量。在高温下对水敏感的聚碳酸酯的水分含量要求在0.2%以下，甚至0.03%0.05%，因此常用真空干燥箱干燥。已经干燥的塑料必须妥善密封保存，以防塑料从空气中再吸湿而丧失干燥效果，为此采用干燥室料斗可连续地为注塑机提供干燥的热料，对简化作业、保持清洁、提高质量、增加注射速率均为有利。干燥料斗的装料量一般取注塑机每小时用料量的2.5倍。3.1.2嵌件的预热注射成型制品为了装配及强度方面的要求，需要在制品中嵌入金属嵌件。注射成型时，安放在模腔中的冷金属嵌件和热塑料熔体一起冷却时，由于金属和塑料收缩率的显著不同，常常使嵌件周围产生很大的内应力(尤其是象聚苯乙烯等刚性链的高聚物更多显著)。这种内应力的存在使嵌件周围出现裂纹，导致制品的使用性能大大降低。这可以通过选用热膨胀系数大的金属(铝、钢等)作嵌件，以及将嵌件(尤其是大的金属嵌件)预热。同时，设计制品时在嵌件周围安排较大的厚壁等措施。3.1.3机桶的清洗新购进的注塑机初用之前，或者在生产中需要改变产品、更换原料、调换颜色或发现塑料中有分解现象时，都需要对注塑机机筒进行清洗或拆洗。清洗机筒一般采用加热机筒清洗法。清洗料一般用塑料原料(或塑料回收料)。对于热敏性塑料，如聚氯乙稀的存料，可用低密度聚乙烯、聚苯乙烯等进行过渡换料清洗，再用所加工的新料置换出过渡清洗料。3.4脱模剂的选用脱模剂是能使塑料制品易于脱模的物质。硬脂酸锌适用于除聚酰胺外的一般塑料；液体石蜡用于聚酰胺类的塑料效果较好；硅油价格昂贵，使用麻烦，较少用。使用脱模剂应控制适量，尽量少用或不用。喷涂过量会影响制品外观，对制品的彩饰也会产生不良影响。3.2 注塑成型工艺条件注塑成型是一门工程技术，它所涉及的内容是将塑料转变为有用并能保持原有性能的制品。注射成型的重要工艺条件是影响塑化流动和冷却的温度，压力和相应的各个作用时间。 温度控制 1、料筒温度：注射模塑过程需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。前两种温度主要影响塑料的塑化和流动，而后一种温度主要是影响塑料的流动和冷却。每一种塑料都具有不同的流动温度，同一种塑料，由于来源或牌号不同，其流动温度及分解温度是有差别的，这是由于平 均分子量和分子量分布不同所致，塑料在不同类型的注射机内的塑化过程也是不同的，因而选择料筒温度也不相同。 2、喷嘴温度：喷嘴温度通常是略低于料筒最高温度的，这是为了防止熔料在直通式喷嘴可能发生的流涎现象。喷嘴温度也不能过低，否则将会造成熔料的早凝而将喷嘴堵*，或者由于早凝料注入模腔而影响制品的性能 3、模具温度：模具温度对制品的内在性能和表观质量影响很大。模具温度的高低决定于塑料结晶性的有无、制品的尺寸与结构、性能要求，以及其它工艺条件（熔料温度、注射速度及注射压力、模塑周期等）。 压力控制： 注塑过程中压力包括塑化压力和注射压力两种，并直接影响塑料的塑化和制品质量。 1、塑化压力：（背压）采用螺杆式注射机时，螺杆顶部熔料在螺杆转动后退时所受到的压力称为塑化压力，亦称背压。这种压力的大小是可以通过液压系统中的溢流阀来调整的。在注射中，塑化压力的大小是随螺杆的转速都不变，则增加塑化压力时即会提高熔体的温度，但会减小塑化的速度。此外，增加塑化压力常能使熔体的温度均匀，色料的混合均匀和排出熔体中的气体。一般操作中，塑化压力的决定应在保证制品质量优良的前提下越低越好，其具体数值是随所用的塑料的品种而异的，但通常很少超过20公斤/平方厘米。 2、注射压力：在当前生产中，几乎所有的注射机的注射压力都是以柱塞或螺杆顶部对塑料所施的压力（由油路压力换算来的）为准的。注射压力在注塑成型中所起的作用是，克服塑料从料筒流向型腔的流动阻力，给予熔料充模的速率以及对熔料进行压实。 成型周期 完成一次注射模塑过程所需的时间称成型周期，也称模塑周期。它实际包括以下几部分： 成型周期:成型周期直接影响劳动生产率和设备利用率。因此,在生产过程中,应在保证质量的前提下,尽量缩短成型周期中各个有关时间。在整个成型周期中,以注射时间和冷却时间最重要,它们对制品的质量均有决定性的影响。注射时间中的充模时间直接反比于充模速率,生产中充模时间一般约为3-5秒。 注射时间中的保压时间就是对型腔内塑料的压力时间,在整个注射时间内所占的比例较大,一般约为20-120秒(特厚制件可高达510分钟)。在浇口处熔料封冻之前,保压时间的多少,对制品尺寸准确性有影响,若在以后,则无影响。保压时间也有最惠值,已知它依赖于料温,模温以及主流道和浇口的大小。如果主流道和浇口的尺寸以及工艺条件都是正常的,通常即以得出制品收缩率波动范围最小的压力值为准。冷却时间主要决定于制品的厚度,塑料的热性能和结晶性能,以及模具温等。冷却时间的终点,应以保证制品脱模时不引起变动为原则,冷却时间性一般约在30120秒钟之间,冷却时间过长没有必要,不仅降低生产效率,对复杂制件还将造成脱模困难,强行脱模时甚至会产生脱模应力。成型周期中的其它时间则与生产过程是否连续化和自动化以及连续化和自动化的程度等有关。3.3注塑机的选择1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%;注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%.成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一.选型一般而言，从事注塑行业多年的客户多半有能力自行判断并选择合适的注塑机来生产。但是在某些状况下，客户可能需要厂商的协助才能决定采用哪一个规格的注塑机，甚至客户可能只有产品的样品或构想，然后询问厂商的机器是否能生产，或是哪一种机型比较适合。 此外，某些特殊产品可能需要搭配特殊装置如蓄压器、闭回路、射出压缩等，才能更有效率地生产。由此可见，如何决定合适的注塑机来生产，是一个极为重要的问题。以下资讯提供给读者参考。 通常影响射出机选择的重要因素包括模具、产品、塑料、成型要求等，因此，在进行选择前必须先收集或具备下列资讯： 模具尺寸(宽度、高度、厚度）、重量、特殊设计等； 使用塑料的种类及数量（单一原料或多种塑料）； 注塑成品的外观尺寸（长、宽、高、厚度）、重量等； 成型要求，如品质条件、生产速度等二、注塑机的注塑过程1.闭模和锁紧2.注射座前移和注射3.保 压4.制品冷却和预塑化5.注射座后退6.开模和顶出制品三、 注塑机的构成注射装置：预塑，向模腔注入熔体（由螺杆、料筒、 喷嘴、料斗、计量、传动、注射和移动油缸、注射座组成）合模装置：启闭模具并保证可靠的紧锁、成型（前后固定 板、移动板、拉杆、合模油缸、连杆、调模系统、顶出机构）液压传动：使注射机按预定的注射工艺要求和动作程序准确有效工作（各种液压元件回路及辅助设备电控系统：提供动力，按指令控制主机（电器、仪表、线路）四、注塑机的分类1、按机器结构相对位置：立式（小型机）、卧式（大、中、小）、角式机、多模式；2、按塑化方式：柱塞式、预塑式3、按用途：玻纤增强、发泡、热固性、双色、加气注射机4、按合模系统：机械式、液压式、液压-机械式、全电动式3.3.2注塑机的基本参数 注射机的注射量、注射压力、注射速率、塑化能力、合模面积、合模力、开合模速度、空循环时间等参数是设计、制造、购置和使用注射机的主要技术参数。一、 注射量是指在对空注射的条件下，注射螺杆或柱塞一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大公称注射量是指对空实际注射量，理论注射量Q理= D2S/4，其中D螺杆或柱塞的直径S螺杆或柱塞的最大行程公称注射量实际注射时有回流和补料需要，实际注射时的公称注射量Q= .750.85Q理。二、注射压力为克服熔料流经喷嘴、浇道和模腔等处的阻力，螺杆对熔料必须施加足够的压力，即注射压力P=（D/d）P0P0油压；D注射油缸内径；d螺杆（柱塞）外径三、注射速率为使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速度。q注=Q公/t注 V注=S/t注其中 q注注射速率（厘米3/秒）Q公公称注射量（厘米3）t注注射时间（秒）S注射行程（毫米）常用的注射速率如表3-4所示。表3-4 注射量与注射时间的关系注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000注射时间/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5四、锁摸力合模机构对模具所能施加的最大夹紧力。T=KPAK压力损失系数0.4-0.7P平均模内压力3.3.3选择注塑机4 模具设计4.1 塑料配方塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节,设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣,也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高.一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局.塑料是以高分子聚合物为主要成分,加入一定量添加剂而组成的一种混合物,添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物,通常为填充剂增韧性、着色剂、粉红色、冲击改进剂、阻燃剂、抗静电剂、脱模剂、抗菌剂等.根据PS的特性及使用性能要求,配方中应含有以下添加剂.1填充剂加于塑料中以降低其成本和增进其物性，特别是硬度、刚度及冲击强度之相对惰性的物质称为填充剂或填料。2增韧性 SBS,ABS,EPR,加到聚合物中用以增加它的柔软性、可加工性或伸长性的物质3着色剂 粉红色；提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望4冲击改进剂 PVC、聚烯烃、聚苯乙烯，能提高塑料冲击强度。5阻燃剂 HX；可以阻止或减缓聚合物燃烧6抗静电剂 季铵盐、聚乙二醇；能减少塑料制品表面所带静电荷7脱模剂 石蜡、聚乙烯蜡；能在制品和金属之间形成一种屏障以防黏附的物质8抗菌剂 很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。4.2分型面确定原则选择模具分型面时，通常应考虑以下几项基本原则。1.模具分型面应选在塑件外形最大轮廓处塑件在动，定模的方位确定后，其模具分型面应选在塑件外形的最大轮廓处，否则塑件会无法从型腔中脱出，这是最基本的选择原则。2.模具分型面的选择应有利于塑件顺利脱模由于注塑机的顶出装置在动模的一侧，所以模具分型面的选择应尽可能使塑件在开模后留在动模一侧，这样有助于在动模部分设置的推出机构工作，若在定模内设置推出机构就会增加模具的复杂程度。3.模具分型面的选择应保证塑件的精度要求和外观质量模具分型面不能选在塑料之间的光滑表面和外观面，以免影响制件的外观质量。对于塑料制件要求同轴度较高的部分，选择模具分型面时最好将它们设置在模具的同一侧塑腔内。4.模具分型面的选择应有利于模具的加工通常在模具结构设计中，选择平直分型面居多。但为了便于模具的制造，应根据模具的实际情况选择合理的分型面。5.模具分型面的选择应有利于排气模具分型面是模具结构中主要的排气渠道，应尽量设置在塑料融体流动方向的末端，并且与浇注系统的设计应同时考虑，便于模具型腔内的气体排出。6.模具分型面的选择应考虑模具的侧向抽芯为了保证侧向抽芯的放置容易和抽芯机构的动作顺利，选择模具分型面时，应以浅的侧向凹孔或短的侧向凸台作为抽芯方向，将较深的凹孔或较高的凸台放置于合模的方向，并尽量把侧向抽芯机构放置在动4.3型腔数目的确定注塑模的型腔数目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔数目的确定时主要考虑以下几个有关因素：（1）塑件的尺寸精度；（2）模具制造成本；（3）注塑成型的生产效益；（4）模具制造难度。考虑到该塑件是一般日用品,查手册得塑件的经济精度推荐4级, ,所以初定为一模两腔最合理. 4.4浇口的确定PE料的流动性好,可适用于各种浇口,为了不影响外观,简化模局结构,确定使用侧浇口。4.5模具材料的选择模具材料的选用 在再谈模具材料之前，我们要先了解注塑模具的一些基本的东西，首先是模具的分类，一般把模具按使用寿命的长短分五级，一级在百万次以上，二级是50万-100万次，三级在30万-50万次，四级在10万-30万次，五级在10万次以下，一级与二级模具都要求用可以热处理硬度在HRC50左右的钢材，否则易于磨损，注塑出的产品易超差，故所选的钢材既要有较好的热处理性能，又要在高硬度的状态下有好的切削性能，当然还有其他方面的考虑。在选择模具钢时,首先必须考虑材料的使用性能和工艺性能,从使用性能考虑:硬度是主要指标之一,模具在高应力作用下欲保持尺寸不变,必须有足够的硬度,当承受冲击载荷时还要考虑折断,崩刃问题,所以韧性也是一重要指标,耐磨性是决定模具寿命的重要因素,从PS特性看,这三项指标是必须要满足的,此外还有红硬性,抗压屈服强度和抗弯强度和热疲劳能力的指标。从工艺性能考虑:要热加工工艺好,加工温度范围宽,冷加工性能如切削,铣削,抛光等加工性能好,此外还要考虑淬透性和淬硬性,热处理变形和氧化脱碳等性能.另外从经济考虑,要求材料来源广,价格低。查手册选择模仁的材料是4Cr13.属马氏体类型不锈钢,该钢机械加工性能较好,经热处理(淬火及回火)后,具有优良的耐腐蚀性能,抛光性能,较高的强度和耐磨性,适于制造承受高负荷,高耐磨及在腐蚀介质作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.有关参数如下:物理性能。临界温度（）AC1：820 ； AC3： 1100；线膨胀系数：10.5(在20100)热导率：27.6W.(M.K)-1 (在20左右)弹性模量（MP）210000223500 (20左右)4.6浇注系统的设计浇注系统即将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道。浇注系统包括：浇口杯。承接浇包倒进来的金属液,也称外浇口直浇口。联接外浇口和横浇口,将金属液由铸型外面引入铸型内部横浇口。联接直浇口，分配由直浇口来的金属液流。内浇口。联接横浇口，向铸型型腔灌输金属液。浇注系统的作用是：控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间;使金属液平稳地进入铸型,避免紊流和对铸型的冲涮;阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔;浇注时不卷入气体，并尽可能使铸件冷却时符合顺序凝固的原则。内浇口的总截面积、横浇口的总截面积和直浇口的总截面积是浇注系统的重要参数。根据内浇口、横浇口、直浇口的各自总截面积的比例不同，浇注系统分为开放式和封闭式两种。这里所说的截面积都是指与液流方向垂直的最小截面面积。当内浇口的总截面积最小时，浇注开始后整个浇注系统很快就充满了金属液，有利于阻止熔渣及夹杂物进入型腔，这种浇注系统通常称为封闭式浇注系统，一般都优先采用。当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇口的总截面积时，浇注过程中金属液不会完全充满浇注系统，这种浇注系统通常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺采用。 浇口杯的作用是将浇包倾注的液态金属导入直浇口。小型铸件的浇口杯大都为漏斗形，上口的直径应是直浇口的 2倍以上，而且一般都在造型时直接在铸型上做出。中型以上的铸件，浇口杯常为盆形，一般都单独做出后置于铸型上面。质量要求高的铸件还要在浇口杯中设置特殊的集渣装置。4.6.1主流道主流道是连接注塑机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注塑机的喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，有一定的锥度，目的是便于冷料的脱模，同时也改善料流的速度，因为要和注塑机相配，所以其尺寸与注塑机有关，如图所示：主要参数： 锥角=3；内表面粗糙度Ra=0.63；小端直径D=d+(0.51)mm