电动助力车电池盒盖注塑模设计.docx
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电动助力车电池盒盖注塑模设计
摘要
塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。
本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明；最后介绍了当今世界上最为普及的三维CAD/CAM系统标准软件PRO/ENGNEER的PROGRAM模块，对导柱和导套进行了参数化设计。
通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理；通过对PROGRAM的学习，可以建立较简单零件的零件库，从而有效的提高工作效率。
关键词：
塑料模具；参数化；镶件；分型面
电动助力车电池盒盖注塑模设计
1模具工业在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料（固态或液态）的流动，使之形成所需要的形体。
用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。
模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它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。
振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。
早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。
模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中60％~90％的产品的零件，组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上，仅以汽车，摩托车行业的模具市场为例。
汽车，摩托车行业是模具最大的市场，在工业发达的国家，这一市场占整个模具市场一半左右。
汽车工业是我国国民经济五大支柱产业之一，汽车工业重点是发展零部件，经济型轿车和重型汽车，汽车模具作为发展重点，已在汽车工业产业政策中得到了明确。
汽车基本车型不断增加，2005年将达到170种。
一个型号的汽车所需模具达几千副，价值上亿元。
为了适应市场的需求，汽车将不断换型，汽车换型时约有80％的模具需要更换。
中国摩托车产量位居世界第一，据统计，中国摩托车共有14种排量80多个车型，1000多个型号。
单辆摩托车约有零件2000种，共计5000多个，其中一半以上需要模具生产。
一个型号的摩托车生产需1000副模具，总价值为1000多万元。
其他行业，如电子及通讯，家电，建筑等，也存在巨大的模具市场。
目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。
中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。
研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
1.1各种模具的分类和占有量
模具主要类型有：
冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。
除部分冲模以外的的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型。
（1）冲模：
冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。
冲模占模具总数的50％以上。
按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。
按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。
（2）锻模：
锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。
按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。
按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。
（3）塑料模：
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。
塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。
（4）压铸模：
压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。
压铸模约占模具总数的6％。
（5）粉末冶金模：
粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：
压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。
模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造（凝固理论），塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。
Ⅱ自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。
20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260~270亿元人民币。
今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。
1.2我国模具工业的现状
目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。
除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。
其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。
例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。
在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。
例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。
中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家。
在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。
其中，冲压模具约占50℅（中国台湾：
40℅），塑料模具约占33℅（中国台湾：
48℅），压铸模具约占6℅（中国台湾：
5℅），其他各类模具约占11（中国台湾：
7℅）。
中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期（1961——1981），成长期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三个阶段。
萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。
由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商（如热处理产业等）逐年增加。
在此阶段的模具包括：
一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。
1981年——1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。
有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。
随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。
从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。
成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。
1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会（ISTMA）认同获准入会，正式成为世界模具协会会员，。
整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。
1.3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％，50~l00人的占21％，100~500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％，50~100人的占28％，100~500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。
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、ABS·AS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。
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）。
1.4我国模具技术的现状及发展趋势
20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。
改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。
近年来，每年都以15％的增长速度快速发展。
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，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。
模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。
今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，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48"（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，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形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。
尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。
与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。
今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离。
（1）注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。
（2）加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。
因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。
（3）推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。
实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。
（4）重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。
2塑料的工艺分析
塑件成形工艺分析
塑件（手机外壳）模型图：
塑件材料的选择：
选用ABS（即丙烯腈－丁二烯－苯乙烯共聚物）。
色调：
黑色。
生产批量：
大批量。
3注塑设备的选择
3.1估算塑件体积
塑件为手机外壳的上半部分，应有一定的结构强度，由于中间有手机的按键及手机显示屏，后面有与后盖联接的塑料倒扣，所以应保证它有一定的装配精度；由于该塑件为手机外壳，因此对表面粗糙度要求不高。
3.2选择注射机
1、注塑机型号的确定
除了模具的结构、类型和一些基本参数和尺寸外，模具的型腔数、需用的注射量、塑件在分型面上的投影面积、成型时需要的合模力、注射压力、模具的厚度、安装固定尺寸以及开模行程等都与注射机的有关性能参数密节相关，如果两者不相匹配，则模具无法使用，为此，必须对两者之间有关数据进行较核，并通过较核来设计模具与选择注射机型号。
2、有关塑件的计算
体积 = 3.9420934 （cm?
）
曲面面积= 8.7216837 （cm2）
密度 = 1.05 （g/cm?
）
质量 = 4.1391980 （g）
3、注射机型号的确定
根据塑件的体积初步选定用XS-Z-60（卧式）型注塑机。
SZ-60/40（卧式）型注塑机的主要技术规格如下表：
表3-1 注塑机的主要参数
理论注射容积（cm?
）
60
螺杆直径（mm）
30
注射压力（MPa）
180
注射速率（g/s）
70
塑化能力（g/s）
35
螺杆转速（r/min）
0—200
锁模力（kN）
400
拉杆有较距离（mm）
220×300
移模行程（mm）
250
模具最大厚度（mm）
250
模具最小厚度（mm）
150
锁模形式
双曲肘
模具定位孔直径（mm）
￠80
喷嘴球半径（mm）
SR10
喷嘴口孔径（mm）
￠3
模板尺寸（mm）
200×315
精度等级：
采用5级低精度
脱模斜度：
塑件外表面 40?
－1°20?
塑件内表面 30?
－1°（脱模斜度不包括在塑件的公差范围内，塑件外形以型腔大端为准，塑件内形以型芯小端为准。
）
3.3模架的选定
3.3.1注射成型工艺过程
（1）预烘干--→装入料斗--→预塑化--→注射装置准备注射--→注射--→保压--→冷却--→脱模--→塑件送下工序
（2）清理模具、涂脱模剂--→合模--→注射
3.3.2ABS的注射成型工艺参数
（1）注射机：
螺杆式
（2）螺杆转速（r/min）：
30——60（选30）
（3）预热和干燥：
温度（°C） 80——85
时间（h） 2——3
（4）密度（g/cm?
）:
1.02——1.05
（5）材料收缩率（℅）：
0.3——0.8
（6）料筒温度（°C）：
后段 150——157
中段 165——180
前段 180——200
（7）喷嘴温度（°C）：
170——180
（8）模具温度（°C）：
50——80
（9）注射压力（MPa）：
70——100
（10）成形时间（S）：
注射时间 20——90
高压时间 0——5
冷却时间 20——120
总周期 50——220
（11）适应注射机类型：
螺杆、柱塞均可
（12）后处理：
方法 红外线灯、烘箱
温度（°C） 70
时间（h） 2——4
3.3.3ABS性能分析
3.3.34使用性能
①综合性能良好，冲击韧度、力学强度较高，且要低温下也不迅速下降。
②耐磨性、耐寒性、耐水性、耐化学性和电气性能良好。
③水、无机盐、碱、酸对ABS几乎无影响。
④尺寸稳定，易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，经过调色可配成任何颜色，且可作双色成型塑件，且表面可镀铬。
3.3.5成型性能
①无定型塑料，其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种确定成型方法及成型条件。
②吸湿性强，含水量应小于0.3％，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。
③流动性中等，溢边料0.04mm左右（流动性比聚苯乙烯、AS差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好）。
④比聚苯乙烯加工困难，宜取高料温、模温（对耐热、高抗冲击和中抗冲击型树脂，料温更宜取高）。
料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250°C左右比聚苯乙烯易分解），对要求精度较高的塑件，模温宜取50——60°C，要求光泽及耐热型料宜取60——80°C。
注射压力应比加工聚苯乙烯稍高，一般用柱塞式注塑机时料温为180——230°C，注射压力为100——140MPa，螺杆式注塑机则取160——220°C，70——100MPa为宜。
⑤易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减小浇注系统对斜流的阻力，模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。
摧出力过大或机械加工时塑件表面呈“白色”痕迹（但在热水中加热可消失）。
⑥ABS在升温时粘度增高，塑料上的脱模斜度宜稍大，宜取1°以上。
⑦在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度及收缩率影响极小。
3.3.6ABS主要技术指标
表1-1 热物理性能
密度（g/cm?
）
1.02—1．05
比热容（J·kg-1K-1）
1255—1674
导热系数
（W·m-1·K-1×10-2）
13.8—31.2
线膨胀系数
（10-5K-1）
5.8—8.6
滞流温度（°C）
130
表3-2 力学性能
屈服强度（MPa）
50
抗拉强度（MPa）
38
断裂伸长率（﹪）
35
拉伸弹性模量（GPa）
1.8
抗弯强度（MPa）
80
弯曲弹性模量（GPa）
1.4
抗压强度（MPa）
53
抗剪强度（MPa）
24
冲击韧度
（简支梁式）
无缺口
261
布氏硬度
9.7R121
缺 口
11
表3-3 电气性能
表面电阻率（Ω）
1.2×1013
体积电阻率（Ω·m）
6.9×1014
击穿电压（KV/mm）
\
介电常数（106Hz）
3.04
介电损耗角正切（106Hz）
0.007
耐电弧性（s）
50—85
3.3.7ABS成型塑件的主要缺陷及消除措施
主要缺陷：
缺料、气孔、飞边、出现熔接痕、塑件耐热性不高（连续工作温度为70°C左右热变形温度约为93°C）、耐气候性差（在紫外线作用下易变硬变脆）。
消除措施：
加大主流道、分流道、浇口、加大喷嘴、增大注射压力、提高模具预热温度。
3.3.8确定型腔数量及排列方式
一般来说，精度要求高的小型塑件和中大型塑件优先采用一模一腔的结构；对于精度要求不高的小型塑件（没有配合精度要求），形状简单，又是大批量生产时，若采用多型腔模具可提供独特的优越条件，使生产效率大为提高。
型腔的数目可根据模型的大小情况而定。
该塑件对精度要求不高，为低精度塑件，再依据塑件的大小，采用一模两型的模具结构。
3.3.9模具结构形式的确定
多型腔单分型面模具：
塑件外观质量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此结构。
该塑件外观质量要求不高，是尺寸精度要求较低的小型塑件，因此可采用多型腔单分型面的设计。
从塑件上容易看出模具的分型面位置、摧出机构的设置以及浇口的位置。
分型面为单分型面垂直分型。
最常用的浇口形式有：
第一是侧浇口。
这种浇口形式注射工艺工人比较熟悉，在制造上加工比较方便，但不得因素是浇道流程长，热量损耗大，因此容易产生明显的拼料痕迹。
如果要得到改善，则需加大浇道尺寸，但随之
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