塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计.doc
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塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计
摘要:
注射成形是将粉状塑料从注射机料斗送入已加热的料筒，经加热熔融后，受柱塞或螺杆的推动，熔融塑料通过料筒前端的喷嘴快速注入闭合塑模中，经冷却（热塑性塑料）定型或加热（热固性塑料）定型后，开启模具取出制品。
阅读设计任务书，明确设计任务，准备设计资料。
塑件在模具中的成型位置，分型面和型腔数量的确定，浇注系统形式和浇口的设计，成型零件的设计，脱模推出机构的设计，排出系统和温度调节系统的设计和模架选择。
协调好各个零件之间的装配关系，用CAD绘制装配图及各零件图。
整理和编写课程设计说明书。
关键词：
注射机；模具；注射成型；
目录
引言1
第一章绪论2
1.1我国古代模具技术已达到较为先进的水平2
1.2中国模具行业现状分析及发展预测2
1.2.1模具行业现状2
1.2.2未来冲压模具制造技术发展趋势3
1.3中国模具行业十一五发展目标和重点5
1.3.1.未来发展目标5
1.3.2.主要发展重点：
6
1.4本设计的研究工作和意义7
第二章制品工艺分析9
第三章工艺方案分析及成型工艺参数的确定12
3.1工艺方案分析比较及选择12
3.2成型工艺参数的确定13
第四章设备的初步选择14
4.1注塑所需体积计算14
4.2锁模力的计算15
4.3型腔数目的确定15
4.4设备的选择16
第五章模具结构设计17
5.1分型面、排气方式的确定17
5.1.1.分型面的选择17
5.1.2.排气方式的确定17
5.2浇注系统设计18
5.3成形零件结构设计19
5.4导向和定位机构设计19
5.5脱模机构设计20
5.6温度调节系统设计20
第六章成型零件的尺寸计算和强度、刚度校核21
6.1成形零件的工作尺寸计算21
6.1.1.型腔的工作尺寸计算:
22
6.1.2.型芯的工作尺寸计算:
22
6.2刚度和强度的校核23
第七章注塑机有关参数的校核24
7.1开模行程的校核24
7.2安装参数的校核24
7.2.1．定位圈尺寸24
7.2.2．最大与最小模厚24
7.2.3．喷嘴尺寸25
第八章模具选材和加工制造26
第九章试模27
参考文献29
谢辞29
附件:
（英译汉）31
第51页共53页
引言
塑料是20世纪才发展起来的新材料，也是一门新兴工业。
目前，世界上塑料的体积产量已经大大超过了钢铁，成为当前社会使用的一大类材料。
只有迅速地发展塑料加工业，才能把各种性能优良的高分子材料变成功能各异的塑件产品，在国明经济各领域充分地发挥作用。
随着塑料制品日益广泛的应用，在注塑成型过程中起着重要作用的模具越来越受到重视。
除了塑料制品的表面质量、成型精度完全由模具决定之外，塑料制品的内在质量、成型效率也受模具的控制，所以如何高质量，简明、快捷和规范化地设计注塑模具，成为发挥注塑成型工艺优越性、扩大注塑制品应用的首要问题。
在本章中将介绍注塑模具的组成、类型和设计程序等方面的内容。
随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
注塑成型工艺及其模具设计是一门不断发展的综合学科，不仅随着高分子材料合成技术的提高、注塑成型设备的革新、成型工艺的成熟而改进，而且随着计算机技术、快速造型技术、数值模拟、数字化应用技术等在注塑成型加工领域的渗透而发展。
注塑成型作为一种重要的成型加工方法，我们不难发现，在机械、化工、汽车、邮电通信、仪器仪表、文体医卫、军事国防、家电等都具有广泛应用，且生产的制件具有精度高、复杂度高、一致性高、生产率高和消耗低的特点，有很大的市场需求和广阔的发展前景。
塑料仪表盖注塑成型工艺及模具设计
第一章绪论
1.1我国古代模具技术已达到较为先进的水平
据文选记载模具技术起源于远古中国，从对铸陶技术到青铜器的考古，充分说明了我国古代采用模型塑造产品的技术已经达到较先进的水平。
1986年在四川广汉三星堆发掘出两个大型商代祭祀坑，出土了近千件精美绝纶的珍贵文物。
大小各异的青铜人头，神秘怪诞的青铜面具表明：
商代的我国已开始使用模具来成型青铜雕像。
特别是到春秋战国时期，各种农作器具、战争武器的制作，使模具技术的运用渐趋成熟。
1998年底，教研工作者经过科学勘探，发现了秦陵地下宫城军备库陪葬坑：
从出土的秦剑、铍、矛、戈、戟、车马器构件、锛箭头及其它军用装备显示，秦国青铜兵器的铸制技术、铸制规模及铸后的机械加工技术已达到较为先进的水平，铸模为秦始皇叱咤风云，一统中国立下了汉马功劳。
1.2中国模具行业现状分析及发展预测
1.2.1模具行业现状
改革开放以来，随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长。
近年来，模具工业一直以15%左右的增长速度快速发展，模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。
浙江宁波和黄岩地区的“模具之乡”；广东一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，科龙、美的、康佳等集团纷纷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现已有几千家。
随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。
而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。
近年许多模具企业加大了用于技术进步的投资力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
一些国内模具企业已普及了二维CAD，并陆续开始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等国际通用软件。
以汽车覆盖件模具为代表的大型冲压模具的制造技术已取得很大进步，东风汽车公司模具厂、一汽模具中心等模具厂家已能生产部分轿车覆盖件模具。
此外，许多研究机构和大专院校开展模具技术的研究和开发。
经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术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做出了贡献。
例如，吉林大学汽车覆盖件成型技术所独立研制的汽车覆盖件冲压成型分析KMAS软件，华中理工大学模具技术国家重点实验室开发的注塑模、汽车覆盖件模具和级进模CAD/CAE/CAM软件，上海交通大学模具CAD国家工程研究中心开发的冷冲模和精冲研究中心开发的冷冲模和精冲模CAD软件等在国内模具行业拥有不少的用户。
虽然中国模具工业在过去十多年中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。
例如，精密加工设备在模具加工设备中的比重比较低；CAD/CAE/CAM技术的普及率不高；许多先进的模具技术应用不够广泛等等，致使相当一部分大型、精密、复杂和长寿命模具依赖进口。
1.2.2未来冲压模具制造技术发展趋势
模具技术的发展应该为适应模具产品“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求服务。
达到这一要求急需发展如下几项：
（1）全面推广CAD/CAM/CAE技术
模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向。
随着微机软件的发展和进步，普及CAD/CAM/CAE技术的条件已基本成熟，各企业将加大CAD/CAM技术培训和技术服务的力度；进一步扩大CAE技术的应用范围。
计算机和网络的发展正使CAD/CAM/CAE技术跨地区、跨企业、跨院所地在整个行业中推广成为可能，实现技术资源的重新整合，使虚拟制造成为可能。
（2）高速铣削加工
国外近年来发展的高速铣削加工，大幅度提高了加工效率，并可获得极高的表面光洁度。
另外，还可加工高硬度模块，还具有温升低、热变形小等优点。
高速铣削加工技术的发展，对汽车、家电行业中大型型腔模具制造注入了新的活力。
目前它已向更高的敏捷化、智能化、集成化方向发展。
（3）模具扫描及数字化系统
高速扫描机和模具扫描系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的在研制制造周期。
有些快速扫描系统，可快速安装在已有的数控铣床及加工中心上，实现快速数据采集、自动生成各种不同数控系统的加工程序、不同格式的CAD数据，用于模具制造业的“逆向工程”。
模具扫描系统已在汽车、摩托车、家电等行业得到成功应用，相信在“十五”期间将发挥更大的作用。
（4）电火花铣削加工
电火花铣削加工技术也称为电火花创成加工技术，这是一种替代传统的用成型电极加工型腔的新技术，它是有高速旋转的简单的管状电极作三维或二维轮廓加工（像数控铣一样），因此不再需要制造复杂的成型电极，这显然是电火花成形加工领域的重大发展。
国外已有使用这种技术的机床在模具加工中应用。
预计这一技术将得到发展。
（5）提高模具标准化程度
我国模具标准化程度正在不断提高，估计目前我国模具标准件使用覆盖率已达到30%左右。
国外发达国家一般为80%左右。
（6）优质材料及先进表面处理技术
选用优质钢材和应用相应的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。
模具热处理和表面处理是否能充分发挥模具钢材料性能的关键环节。
模具热处理的发展方向是采用真空热处理。
模具表面处理除完善应发展工艺先进的气相沉积（TiN、TiC等）、等离子喷涂等技术。
（7）模具研磨抛光将自动化、智能化
模具表面的质量对模具使用寿命、制件外观质量等方面均有较大的影响，研究自动化、智能化的研磨与抛光方法替代现有手工操作，以提高模具表面质量是重要的发展趋势。
（8）模具自动加工系统的发展
这是我国长远发展的目标。
模具自动加工系统应有多台机床合理组合；配有随行定位夹具或定位盘；有完整的机具、刀具数控库；有完整的数控柔性同步系统；有质量监测控制系统。
1.3中国模具行业十一五发展目标和重点
在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展。
伴随着产品技术含量的不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。
1.3.1.未来发展目标
以2005年全国模具产值600亿元为基础，按“十一五”期间年均增速12%～15%及2010～2020年期间年均增速10%左右测算，总量目标为：
按年均增速12% 推算，2010年约1000亿元，2020年约2600亿元。
按年均增速15% 推算，2010年约1200亿元，2020年约3100亿元。
经过“十一五”努力，使我国模具水平到2010年时进入亚洲先进水平的行列，再经过10年的努力，2020年时基本达到国际水平，使我国不但成为模具生产大国，而且进入世界模具生产制造强国之列。
2010年时的几项具体目标：
1）模具精度达到±0.001mm；模具生产周期比现在缩短30%左右。
2）机床数控化率和CAD/CAM技术应用率比现在提高1倍。
3）骨干企业基本实现信息化管理，通过ISO9000等质量管理体系认证。
4）高水平模具比例要有较大提高。
大型、精密、复杂等技术含量高的中高档模具的比例从目前的约30%提高到2010年的40%和2020年的50%以上。
5）国产模具国内市场占有率从目前不足80%，2010年要达到85%以上，2020年要达到90%以上。
6）模具出口以2010年模具出口10亿美元，2020年模具出口25～30亿美元为目标。
7）要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。
模具标准件使用覆盖率从目前的约45%提高到2010年的60%， 2020年的70%以上。
8）模具商品化程度从目前的45%左右达到2010年的55%和2020年的65%左右。
1.3.2.主要发展重点：
1）汽车覆盖件模具
冲压模具占模具总量的40%以上。
汽车覆盖件模具主要为汽车配套，也包括为农用车、工程机械和农机配套的覆盖件模具，其在冲压模具中具有很大的代表性，模具大都是大中型，结构复杂，技术要求高。
尤其是为轿车配套的覆盖件模具，要求更高，它可以代表冲压模具的水平。
此类模具我国已有一定技术基础，已为中档轿车配套，但水平还不高，能力不足，目前满足率只有一半左右。
中高档轿车覆盖件模具主要依靠进口，每年花费几亿美元。
汽车覆盖件模具水平不高，能力不足，生产周期长已成了汽车发展的瓶颈，极大地影响了车型开发。
今后,中高档轿车所需覆盖件模具是重中之重。
争取到2010 年时中高档轿车及以下水平的汽车覆盖件模具做到可以完全自配，2020年时除个别特别高档的轿车外，所有汽车覆盖件模具应基本立足国内配套。
2）精密冲压模具
多工位级进模和精冲模代表了冲压模具的发展方向，精度要求和寿命要求极高，主要为电子信息产业、汽车、仪器仪表、电机电器等配套。
这两种模具，国内已有相当基础，并已引进了国外技术设备，个别企业生产的产品已达到世界水平，但大部分企业仍有较大差距，总量也供不应求，进口较多。
对于为超大规模集成电路配套、为引线脚100以上及间隙0.2mm以下的引线框架配套、为精度5mm以上的精密微型连接件配套、为Φ1.6mm以下的微型马达铁芯配套及为显像管和电子枪等配套的精密模具是发展的重中之重。
为汽车覆盖件及其他大中型冲压件配套的大型多工位级进模也应重点发展。
3）大型及精密塑料模具
塑料模具占模具总量近40%，而且这个比例还在不断上升。
塑料模具中为汽车和家电配套的大型注塑模具，为集成电路配套的精密塑封模具，为电子信息产业和机械及包装配套的多层、多腔、多材质、多色精密注塑模，为新型建材及节水农业配套的塑料异型材挤出模及管路和喷头模具等，目前虽然已有相当技术基础并正在快速发展，但技术水平与国外仍有较大差距，总量也供不应求，每年进口几亿美元，“十一五”期间应重点发展。
4）主要模具标准件
目前国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、推杆推管、弹性元件等，但质量较差，品种规模较少。
这些产品不但国内配套大量需要，出口前景也很好，应继续大力发展。
氮气缸和热流道元件国内至今无正规的专业厂生产，主要依靠进口，应在现有基础上提高水平，形成标准，并组织规模化生产。
5）其他高技术含量的模具
占模具总量近8%的压铸模具中，大型薄壁精密压铸模技术含量高，难度大。
镁合金压铸模和真空压铸成形模目前虽然刚起步，但发展前景好，有代表性。
子午线橡胶轮胎模具也是发展方向，其中活络模技术难度最大。
与快速成型技术相结合的一些快速制模技术及相应的快速经济模具具有很好的发展前景。
这些高技术含量的模具在“十一五”期间也应重点发展。
1.4本设计的研究工作和意义
此次模具设计的塑件为一盒形件，塑件材料为ABS，无须侧抽芯机构。
经分析，此模具虽无须侧抽芯机构，但此塑件空较多，型芯图较复杂。
本模具采用一模两件，左右对称布置。
注塑成型模具的工作过程如下：
塑料先加在注塑机的加热料筒内，塑料受热熔融后，在注塑机的螺杆或活塞推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，塑料在模具型腔内固化定型，这就是注塑成型的简单过程。
注塑成型所用的模具叫注塑模具。
注塑模具主要用于热塑性塑料制品的成型，但近年来也越来越多的用于热固性塑料成型。
注塑成型在塑料制件中占有很大比重，世界塑料成型模具产量中的约半数以上为注塑模具。
近年来发展了一种在注塑成型时在注入塑料熔体后，立即向制件内部充入惰性气体进行保压的气体辅助注塑成型方法及其模具，它能生产壁厚的和壁厚相差悬殊的注塑制品，能获得更加优良的制品的外观和性能，同时还能减轻制品的重量，节约原材料。
此次设计介绍了底盒塑件的注塑成型工艺及注塑模具的设计、注塑模具设备选择、模具材料及热处理等内容.
此次设计具体内容如下：
制品工艺性分析；工艺方案分析及成型工艺参数的确定；设备的初步选择；模具结构设计；成型零件的尺寸计算和刚度、强度校核；注塑机有关参数的校核；模具装配图的绘制；模具零件图的绘制；编写设计说明书一篇和外文翻译一篇。
此次设计过程中参考了大量的文献资料，得到了老师与同学的帮助，在此一并表示感谢。
此次设计涉及较多的专业知识，由于本人水平有限，故存在大量不足之处。
敬请各位老师批评指正。
第二章制品工艺分析
本制品为仪表盖塑料体，带有两空，本不是很复杂，但由于公差使得制作稍有困难。
其塑件的图形如下所示：
图1.塑件图
制品工艺分析图1制件图
:
本制品的原材料为ABS。
ABS是三元共聚物，因此兼有三种元素的共同性能，使其具有“坚韧、质硬、刚性”的材料。
ABS树脂具有较高冲击韧性和力学强度，尺寸稳定，耐化学性及电性能良好，易于成形和机械加工等特点。
此外，表面还可镀铬，成为塑料涂金属的一种常用材料。
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。
流动性中等，溢边料0.04mm左右。
料温对物性影响较大、料温过高易分解（分解温度为250℃左右），对要求精度较高塑件模温宜取50～60℃，要求光泽及耐热型料宜取60～80℃。
一般用柱塞式注射机时料温为180～230℃，注射压力为100～140Mpa，螺杆式注射机则取160～220℃，注射压力为60～100MPa。
其熔化温度为210～280℃，密度为1.03～1.07。
避免因尖角引起的应力集中，改善流动充模特性，制品内外表面的交接转折处都设计成了圆角，且圆角半径为R2—R3。
第三章工艺方案分析及成型工艺参数的确定
3.1工艺方案分析比较及选择
塑料加工的基本方法大致可以分为七大类：
压塑成形、传递成形、注塑成形、挤出成形、吹塑成形、热成形、铸塑成形。
根据成形加工方法的不同，可以采用多种方法生产制品。
下面对两种主要的加工方案做个分析比较。
方案1：
采用注射成形
注射成形是将粉状塑料从注射机料斗送入已加热的料筒，经加热熔融后，受柱塞或螺杆的推动，熔融塑料通过料筒前端的喷嘴快速注入闭合塑模中，经冷却（热塑性塑料）定型或加热（热固性塑料）定型后，开启模具取出制品。
几乎所有的热塑性塑料和部分热固性塑料都可以用注射成形。
方案2：
采用传递成形
传递成形是将一定量的塑料压塑粉或料坯放到料室中加热熔融，然后用柱塞（或称压柱）对加料室内塑料熔体加压将料块快速压入已闭合的热型腔内，当熔体充满型腔后，再经适当保压和固化，即可取出制品。
热固性塑料和热塑性塑料都可以采用传递成形方法成形制品。
方案3：
采用压塑成形
压塑成形是塑料在一型腔中，通过加压且通常需要加热的成形方法。
热固性塑料和热塑性塑料都可以用压塑成形，但主要用于热固性塑料。
压塑成形的主要优点是使用的设备和模具比较简单；适用于流动性较差的塑料；可模压较大和较厚的制品；制件收缩率小；各向性能比较均匀。
它的主要缺点是生产周期长、效率低；劳动强度大，尤其是移动式模具；制品常有较厚的溢边，不能模压要求尺寸精度准确性较高的制品。
采用方案3，由于热塑性塑料模压时模具需要交替加热与冷却，生产周期长，效率低，不适合于大批量生产制品。
采用方案2成形制品时由于热塑性塑料的固化时间长，生产周期长，也不适应生产该制品。
与方案2、3两种成形方法相比，注射成形具有成形周期短，能一次成形外形复杂、尺寸精确的制品，生产效率高，易于自动化；注塑机为单机操作，更换原料及模具均很方便，是一种经济高效的成形方法。
由此可见，方案1是成形制品的最好方案。
3.2成型工艺参数的确定
注塑过程包括加料、加压、塑化、注射、保压冷却和脱模等几个步骤，其中最重要的是塑化、注射和模塑三个阶段。
ABS塑料成型工艺参数如表1所示。
料筒温度/°C
前段
180～220
中段
165～180
后段
150～170
成形时间/s
注射时间
20～90
保压时间
0～5
冷却时间
20～120
成型周期
50～220
喷嘴温度/°C
170～180
模具温度/°C
50～80
注射压力/MPa
60～100
后处理/温度（℃）
70
后处理/温度（℃）
70
表1.ABS成型工艺参数
第四章设备的初步选择
4.1注塑所需体积计算
图2.塑件图
由上图，计算注塑所需体积：
V注—成型塑件及浇注系统所需注射总体积
由0.8C≥V注
C—注射机最大注射，cm3；
V注—成型塑件及浇注系统所需注射总体积
则，C≥70.236cm³
4.2锁模力的计算
流道凝料（包括浇口）在分型面上的的投影面积，在此时还是个未知数，根据经验公式：
（为每个塑件在分型面上的投影面积），用进行估算：
查塑件所需的注射压力100-130Mpa，而型腔的平均压力是注射压力的30%-65%，因塑件为薄壁塑件，且浇口为点浇口，其压力损失比较大，所以取大一些，则
其中A——塑件及流道凝料在分型面上的投影面积（mm²）;
——单个塑件在分型面上的投影面积（mm²）;
——流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积（mm²）;
——模具所需的锁模力（N）;
——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）。
4.3型腔数目的确定
影响型腔数目的重要因素有：
注射机的锁模力；注射机的注射量；制品精度以及经济性等。
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%。
根据塑件精度考虑，一般多型腔时制造精度低，塑件精度也低。
根据塑件形状及进料口位置考虑，选用单型腔模。
根据塑件产量考虑，对试制或小批量塑件宜采取单型腔或少型腔。
综上所述，本模具设计为一模二件。
4.4设备的选择
经计算，制品与流道中塑料的总体积约为56cm³，由于每次注射量不超过注射机最大注射量的80%，注塑机注射量必须大于70.236cm³。
本模具为一模两件，可由所需的塑料体积确定注塑机的型号。
综合考虑制品的外形尺寸、注射时所需压力等情况，可初步选用型号为SZ100/630的注射机。
该型号注射机基本参数如表2所示：
表2.卧式注塑机（SZ100/630）
结构形式
卧式
理论注射容量/cm3
105
螺杆直径/mm
35
注射压力/MPa
164.5
拉杆内向距/mm
370*320
锁模力/KN
630
最大开模行程/mm
270
最大模具厚度/mm
300
最小模具厚度/mm
150
喷嘴球半径/mm
15
移模行程/mm
270
塑化能力/mm
11.8
注射速率/（g/s）
80
喷嘴孔直径/mm
Φ4
定位孔直径/mm
125
第五章模具结构设计
注射模由动模和定模两部分组成。
动模安装在注射机的移动工作台面上，定模安装在注射机的固定工作台面上。
动模与定模闭合后已塑化的塑料通过浇注系统注入到模具型腔中冷却、固化与定型。
根据制品结构特点可初步确定，要设计的模具由七大系统组成：
1、成形零部件；2、浇注系统；3、导向与定位机构；4、脱模机构；5、温度调节系统；6、排气系统。
下面分别就上述部分进行设计。
5.1分型面、排气方式的确定
5.1.1.分型面的选择
选择分型面时，应该尽量考虑选择在制品的最大截面处，并使制品留在动模一侧以便于脱模，还要有利于简化模具结构和便于排气。
同时，还应考虑以下几种因素：
分型面最好不要选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处；取分型面时最好把要求同心的部分放在模具分型面的同一侧；有侧孔的制件，
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