塑料挤塑模与注塑模优化设计 毕业论文.doc

绪 论大学生活一晃而过，现在已经到了快要毕业的时候。在这个关键的时刻，我还要面对人生中的一次重大考验，那就是毕业设计。说起毕业设计这是对每个大学生在离开校门之前的一个总的测试，是集所学科目于一体的一次实战演习，是对知识掌握的一次正式检阅。毕业设计的过程就是一个把所学科目综合应用，把所学知识融会贯通的过程；也是真正能培养我们独立思考问题，分析问题，解决问题的能力的过程。在毕业设计的这段时间里面，我通过对以前所学知识的综合运用，对实际问题的分析、理解和解决，找资料查手册，以及请教老师和同学，使我对模具设计有了一个更加深入、全面、准确的理解。模具在国民经济中所占据的地位日益显著，可以说人类的衣、食、住、行，没有哪一方面离得开模具。模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备，属于高新技术产品。作为基础工业，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上称为“工业之母”。随着我国国民经济的快速发展，作为工业品基础的模具工业，也得到了蓬勃发展，已成为国民经济建设中的重要产业。模具工业不但在国民经济中占据重要地位，在世界市场上也是独树一枝。世界模具市场总体上供不应求，市场需求在600到650亿美元。如今，模具工业的发展甚至已经超过了新兴的电子工业。模具按制造的产品分类，可以分为塑料模具（又分为注塑模具、铸压模具和吹塑模具）、冲压模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。其中，尤以注塑模具和冲压模具用途广、技术成熟、占据的比重大。伴随着我国国民经济的高速发展对模具工业也提出了越来越高的要求。汽车、摩托车、家电行业等是模具最大的市场，占整个模具市场的60%以上。例如，一种型号的轿车生产线共需要模具4000-6000套，价值达2亿-10亿元；一台电冰箱需要模具生产的零件约150个，共需要模具约350套，价值约400万元；单台彩电大约有150个零件需用模具生产，共需模具140套，价值达700万元。其中所需模具大部分为注塑模具和冲压模具。预计2005年，仅汽车行业就需要各种塑料制件36万吨；电冰箱、洗衣机和空调年产量均超过1000万台；彩电的产量已超过3000万台。到2010年，在建筑和建材行业方面，塑料门窗的普及率达到30%，塑料管的普及达到50%，这些都会大大增加对模具的需求量。近年来，我国的模具工业一直以每年13%左右的增长速度快速发展。据预测，我国模具行业在“十五”期间的增长速度将达到13%15%。模具钢的需求量也将以每年12%的速度递增，全国年需求量约70万吨左右，而国产模具钢的品种只占现有国外模具钢品种的60%，每年进口模具钢约6万吨。我国每年进口模具约占市场总量的20%左右，已超过10亿美元，其中塑料与橡胶模具占全部进口模具50%以上；冲压模具占全部进口模具约40%。由此可见我国的模具工业的发展潜力是巨大的。虽然近几年来，我国模具工业的技术水平已取得了很大的进步，但总体上与工业发达的国家相比仍有较大的差距。例如，精密加工设备还很少，许多先进的技术如cad/cae/cam技术的普及率还不高，特别是大型、精密、复杂和长寿命模具远远不能满足国民经济各行业的发展需要。 纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。目前，我国模具工业的当务之急是加快技术进步，调整产品结构，增加高档模具的比重，质中求效益，提高模具的国产化程度，减少对进口模具的依赖。现代模具技术的发展，在很大程度上依赖于模具标准化、优质模具材料的研究、先进的设计与制造技术、专用的机床设备，更重要的是生产技术的管理等。21世纪模具行业的基本特征是高度集成化、智能化、柔性化和网络化。追求的目标是提高产品的质量及生产效率，缩短设计及制造周期，降低生产成本，最大限度地提高模具行业的应变能力，满足用户需要。可见，未来我国模具工业和技术的主要发展方向将是：大力普及、广泛应用cad/cae/cam技术，逐步走向集成化。现代模具设计制造不仅应强调信息的集成，更应该强调技术、人和管理的集成。提高大型、精密、复杂与长寿命模具的设计与制造技术，逐步减少模具的进口量，增加模具的出口量。在塑料注射成型模具中，积极应用热流道，推广气辅或水辅注射成型，以及高压注射成型技术，满足产品的成型需要。提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。我国模具商品化、标准化率均低于30%，而先进国家均高于70%，每年我们要从国外进口相当数量的模具标准件，其费用约占年模具进口额的3%8%。发展快速制造成型和快速制造模具，即快速成型制造技术，迅速制造出产品的原型与模具，降低成本推向市场。积极研究与开发模具的抛光技术、设备与材料，满足特殊产品的需要。推广应用高速铣削、超精度加工和复杂加工技术与工艺，满足模具制造的需要。开发优质模具材料和先进的表面处理技术，提高模具的可靠性。研究和应用模具的高速测量技术、逆向工程与并行工程，最大限度地提高模具的开发效率与成功率。开发新的成型工艺与模具，以满足未来的多学科多功能综合产品开发设计技术。在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重人才的培养，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。在制造中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。模具是工业生产中的重要工艺装备，模具工业是国民经济各部门发展的重要基础之一，模具设计水平的高低，加工设备的好坏，制造能力的强弱，模具质量的优劣，直接影响着许多新老产品的开发和老产品的更新换代。影响着产品质量和经济效益的提高。工业先进的发达国家，其模具工业的年产值早已超过机床行业的产值。美国工业界认为：“模具工业是美国工业的基石”；日本模具协会认为：“模具是促进社会繁荣富裕的动力”；国际模具专家认为：“模具是金属加工业的帝王”。难怪模具工业赢得了“不衰亡工业”之称。在对模具、模具产品、模具工业有了比较全面的认识之后，我们可以得出一个很明确的认识：在科技飞速发展的今天，模具作为一个高科技产业对国民经济、人们生活和国防建设都起着极其重要的作用。我国的模具工业在近年来得到了长足的发展，但是总体上和国际先进水平比起来还存在较大的差距。我国经济的高速发展给模具工业的发展提供了一个广阔的空间和巨大的发展潜力。选择了模具设计的毕业论文对我现在的学习和将来的工作都有极大重要的意义。第1章 对塑料成型模具设计的认识随着工业的发展，模具所占的地位越来越重要，尤其是塑料模具，其应用更加广泛，技术含量更高，我们每天都在享用着它带来的成果。塑料制件在工业中的应用日益普及，这是由于他们具有一系列特殊优点决定的：1.重量轻：塑料是一种轻质的材料。一般塑料的相对密度为0.83-2.2，最轻的塑料相对密度只有0.83，比水还轻；最重的塑料是聚四氟乙烯，相对密度2.2。总的来说，塑料的平均相对密度约为铝的1/2，钢的1/5，铅的1/8。以空气或其他气体为填料而制得的泡沫塑料相对密度更小，几乎只有软木的1/10；木材的1/30。塑料相对密度小，这对于要求减轻自重的汽车、飞机、船舶、宇航工业等，具有特别重要的意义。 2.比强度高：比强度是强度与密度之比。许多塑料的比强度相当高，其中玻璃纤维增强塑料的比强度达到甚至超过拉钢材的水平。在空间技术上使用的结构材料，不但要求高强度高刚性，而且要求质轻，因此衡量一种材料的强度和刚性更常用的是比强度和弹性模量。 3.优良的耐磨、自润和吸震性能：由于塑料具有磨擦系数小、耐磨性高、自润滑性好等特点，并且具有一定的机械强度。 4.粘结能力强：一般塑料都有一定的粘结能力。 5.优越的化学稳定性：一般塑料对酸、碱、盐等化学物质均具有一定的抗腐能力。 6.优良的电绝缘性能. 所以注塑模具发展的特别的快是本次模具设计的重点。一我国模具技术的现状我国模具工业从起步到飞跃发展，历经了半个多世纪，近几年来，我国模具技术有了很大发展，模具水平有了较大提高。大型、精密、复杂、高效和长寿命模具又上了新台阶。大型复杂冲模以汽车覆盖件模具为代表，我国主要汽车模具企业，已能生产部分轿车覆盖件模具。体现高水平制造技术的多工位级进模、覆盖面大增，已从电机、电铁芯片模具，扩大到接插件、电子零件、汽车零件、空调器散热片等家电零件模具上。塑料模已能生产34、48大展幕彩电塑壳模具，大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具。塑料模热流道技术日臻成熟，气体铺助注射技术已开始采用。压铸模方面已能生产自动扶梯整体梯级压铸模及汽车后轿齿轮箱压铸模等。模具质量、模具寿命明显提高；模具交货期较前缩短。模具cad/cam/cae技术相当广泛地得到应用，并开发出了自主版权的模具cad/cae软件。电加工、数控加工在模具制造技术发展上发挥了重要作用。模具加工机床品种增多，水平明显提高。快速经济制模技术得到了进一步发展，尤其这一领域的高新技术快速原型制造技术(rpm)进展很快，国内有多家已自行开发出达到国际水平的相关设备。模具标准件应用更加广泛，品种有所扩展。模具材料方面，由于对模具寿命的重视，优质模具钢的应用有较大进展。正由于模具行业的技术进步，模具水平得以提高 ，模具国产化取得了可喜的成就。历年来进口模具不断增长的势头有所控制，模具出口稳步增长。模具的分类方法很多，按制造的产品分类，可以分为塑料模具、冲压模具、锻压模具、铸造模具、橡胶模具和玻璃模具等。其中，尤以注塑模具和冲压模具用途广、技术成熟、占据比例大。 1、冲模 大型冲模覆盖件模具为代表。我国已能生产部分轿车覆盖件模具。如东风汽车公司冲模厂，已设计制造了富康轿车部分内覆盖件模具。一汽模具中心生产了捷达王轿车外覆盖件模具。轿车覆盖件模具，具有设计和制造难度大，质量和精度要求高的特点。可代表覆盖件模具的水平。在设计制造方法，手段上面已基本达到了国际水平，模具结构功能方面也接近国际水平，在轿车模具国产化进程中前进了一大步。但在制造质量、精度、制造周期和成本方面，与国外相比还存在一定的差距。标志冲模技术先进水平的多工位级进模和多功能模具，是我国重点发展的精密模具品种。有代表性的是集机电一体化的铁芯精密自动叠片多功能模具，已达到国际水平。如南京长江机器制造厂的电机铁芯自动叠铆硬质合金多工位级进模具有自动冲切、叠压、铆合、计数、分组，转子铁芯扭斜，安全保护等功能，凹模采用拼块式，零备件可互换。常州宝马集团公司的步进电机定转子带双回叠片硬质合金级进模。具有转子冲片落料、旋转72再叠片，定子冲片落料、回转90再叠片、(以消除料厚误差)等功能。这两项模具精度达2m，步距精度2-3m，双回转精度1，寿命达到1亿次以上，制造周期5-6个月，而价格仅为同类进口模具的1/2-1/3，已达到国际先进水平，完全可以替代进口。其他如48、54、68条腿集成电路柜架多工工位级进模、电子枪硬质合金多工进级进模、别克轿车安全带座式工位级进模、空调器散热片多工位级进模，均达到国外同类产品水平。但总体上和国外多工位级进模相比，在制造精度、使用寿命、模具结构和功能上，仍存在一定差距。在一般冲模方面，浙江慈溪鸿达电面模具制造中心的铁芯片复合冲模 ，实现系列化、标准化、专业化生产，质量稳定，模具费用较一般低30%-50%，交货周期7-20天，并备有现货供应。在适应市场经济方面迈出了可喜的一步。 2、塑料模 塑料模是应用最广泛的一类模具。近年来，我国塑料模有长足的进步。在大型塑料模方面，已能生产34大屏幕彩电塑壳模具，6kg大容量洗衣机全套塑料模具及汽车保险杠和整体仪表板等的塑料模具。模具重量可达10-20吨。在精密塑料模具方面，能生产多型腔小模数齿轮模具和600腔塑封模具，还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。在制造技术方面，首先是采用cad/cam技术，用计算机造型、编程并由数控机床加工已是主要手段，cae软件也得到应用。一般均采用内热式或外热式热流道装置。少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具，完全消除了制件的浇口痕迹。气体辅助注射技术已成功得到应用。在高效多色注射的应用和抽芯脱模机构的创新设计方面，也取得较大进展 。在精度方面，塑件的尺寸精度可达it6-7级，分型面接触间隙为0.02mm，模板的弹性变形为0.05mm，型面的表面粗糙度为ra0.02-0.025m。塑料模寿命已达100万次，但模具制造周期仍比国外长2-4倍，总体水平与国外比尚有较大差距。 3、压铸模 汽车和摩托车工业的快速发展，推动了压模生产的发展。汽车发动机缸罩、盖板、变速器壳体和摩托车发动机缸机、齿轮箱壳体、制动器、轮毂等铝合金铸件模具以及自动扶梯级压铸模等，我国均已能生产。技术水平有所提高，使汽车、摩托车上配套的铝合金压铸模大部分实现了国产化。在模具设计时，注意解决热平衡问题，合理确定浇注系统和冷动系统，并根据制作要求，采用了液压轴芯和二次增压等结构。总体水平有了较大提高。压铸模制造精度可达0.02-0.05mm(国外为0.01-0.03mm)，型腔表面粗糙度为ra0.4-0.2m(国外为ra0.02-0.01m)，模具制造周期为中小型3-4个月，中等复杂的4-8个月，大型的8-12个月，约为国外的1倍。模具寿命：铝合金铸件模具一般为4-8万次，个别可超过10万次，国外可达8-15万次以上。模具价格：国内约为引进价格折1/4-1/3。 4、模具cad/cam技术 模具cad/cam技术是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工种。它以计算机软件的形式，为用户提供一种有效的辅助工具，使工种技术人员能借助于计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具cad/cam技术能显著缩短模具设计与制造周期，降低生产成本，提高产品质量，已成为人们的共识。在“八五”、“九五”期间，已有一大批模具企业推广普及了计算机绘图技术，数控加工的使用率也越来越高。特别是以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的cad/cam系统。如美国eds的ug；美国parametric technology公司的pro/engineer;美国cv公司的cads5；英国deltacam公司的doct5;日本hzs公司的crade；以色列公司的cimatron;还引进了美国ac-tech公司的c-mold;澳大利亚moldflow公司的mf用球一塑模的分析软件；法国marta-daravision公司用于汽车及覆盖件模具euclid-is等专用软件；德车magma soft用于铸模的专用软件。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了cad/cam的集成，以cad绘制具图代替了手工结制，以cam取代了自动编程，并能支用cae技术对成型过程进行计算机模拟等，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具cad/cam技术的发展。但在引进工作上也存在着不少问题，缺少规划，引进混乱，偏爱高档，消化不良，使用效率低下，二次开发不够，以及没有实现根据我国模具行业的实际情况，以微机级软件引进为主的方针等。虽然cad/cam技术在塑料模、汽车覆盖模、压铸模主要生产厂家得到了广泛应用，但在全行来还存在着较大空白，一些国有企业的模具生产部门因缺乏资金，许多作坊式的模具生产小厂缺乏必要的技术人才，至今仍然采用传统的手工绘图方式，数控加工的使用率很低。 5、模具标准件 模具标准件对缩短模具制造周期，提高质量、降低成本，能起很大作用。因此，越来越广泛地得到采用。模具标准年主要有冷冲模架、塑料模架、推杆和弹簧等。新型弹性元件氮气弹簧亦已在推广应用中。目前我国模具标准化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。 6、模具材料与热处理 模具材料的质量、性能、品种和供货是否及时，对模具的质量和使用寿命以及经济效益有着直接的重大影响。大量使用的模具材料为模具钢，年消耗量在10万吨以上。近年来，国内一些模具钢生产企业已相继建成和引进了一些先进工艺设备，使国内模具钢品种规格不合理状况有所改善，模具钢质量有较大程度的提高。如4cr5nimo模块淬透性、等向性偏低等。近年来，国内已较广泛的采用一些新钢种，如冷模具钢等h10、h13、h12、4cr5movsi、45ccr2nimovsi：塑料模具钢p20、3cr2mo、pms、sm sm 等，但总体使用量仍较少，冷作模具钢cr12、cr12 mov、 cr wmn热作模具钢5 cr nimo、5 cr mnmo、3 cr2 w8v；塑料模具钢45#碳素结构钢等。供应渠道较前有所改善。但国产模具钢钢种不全，不成系列，多品种、精料化、制品化等方面尚待解决。另外，还需要研究适应玻璃、陶瓷、耐火砖和地砖等成形模具用材系列。模具热处理是关系能否充分保证模具钢性能的关键环节。国内大部分企业在模具淬火时仍采用盐熔炉或电炉加热。由于模具热处理工艺执行不严，处理质量不高。而且不稳定，直接影响模具使用寿命和质量。近年来，真空热处理炉有了很大发展，正在推广使用。 7、模具制造的相关技术模具制造的相关技术与工艺的发展，对模具水平的提高起到了重要作用。模具抛光技术引起重视，机械磨抛光、超声波抛光、电化学抛光及述几种方法的复合抛光，已开发出专用机械，专用工具，得到广泛的应用。挤压珩磨抛光已用应用。但面不广，大型高效自动抛光专用设备有待开发。模具花纹的蚀刻技术，工艺水平提高较快，能制作各类模具的装饰纹，且仿真性越来越好。模具强化技术进一步发展。除原来已推广的电火花强化机外，又开发了电刷镀强化设备。模具修复技术也有了进步。除电刷镀修复模具外，又引进和开发了多种脉冲焊接机，修复效果较好。 二、我国模具技术与国外的差距 1、产需矛盾工业发展水平的不断提高，工业产品更新速度加快，对模具的要求越来越高，尽管改革开放以来，模具工业有了较大发展，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，目前满足率只能达到70%左右。造成产需矛盾突出的原因，一是专业化、标准化程度低，除少量标准件外购外，大部分工作量均需模具厂去完成。加工企业管理的体制上的约束，造成模具制造周期长，不能适应市场要求。二是设计和工艺技术落后，如模具cad/cam技术采用不普遍，加工设备数控化率低等，亦造成模具生产效率不高、周期长。总之，是拖了机电、轻工等行业发展的后腿。 2、产品结构、企业结构等方面模具按国家标准分为十大类，其中冲压模、塑料模占模具总量的主要部分。按产值统计，我国目前冲压模占50%-60%，塑料模占25-30。国外先进国家对发展塑料模很重视，塑料模比例一般占30%-40%。国内模具中，大型、精密、复杂、长寿命模具比较低，约占20%左右，国外为50%以上。我国模具生产企业结构不合理，主要生产模具能力集中在各主机厂的模具分厂(或车间)内，模具商品化率低，模具自产自用比例高达70%以上。国外，70%以上是商品化的。3、产品水平衡量模具产品水平，主要有模具加工的制造精度和表面粗糙度，加工模具的复杂程度、模具的使用寿命和制造周期等。国内外模具产品水平仍有很大差距。 4、工艺装备水平我国机床工具行业已可提供比较成套的高精度模具加工设备，如：加工中心、数控铣床、数控仿形铣床、电加工机床、座标磨床、光曲磨床、三座标测量机等。但在加工和定位精度，加工表面粗糙度，机床刚性，稳定性，可靠性，刀具和附件的配套性方面，和国外相比，仍有较大差距。 三、我国模具技术的发展趋势 当前，我国工业生产的特点是产品品种多、更新快和市场竞争激烈。在这种情况下，用户对模具制造的要求是交货期短、精度高、质理好、价格低。因此，模具工业的发展的趋势是非常明显的。 1、模具产品发展将大型化、精密化模具产品成形零件的日渐大型化，以及由于高效率生产要求的一模多腔(如塑封模已达到一模几百腔)使模具日趋大型化。 随着零件微型化，以及模具结构发展的要求(如多工位级进模工位数的增加，其步距精度的提高)精密模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差要求在1m以下，这就要求发展超精加工。 2、多功能复合模具将进一步发展新型多功能复合具是在多工位级进模基础上开发出来的。一套多功能模具除了冲压成形零件外，还可担负转位、叠压、攻丝、铆接、锁紧等组装任务。通过这种多功能模具生产出来的不再是单个零件，而是成批的组件。如触头与支座的组件，各种小型电机、电器及仪表的铁芯组件等。 3、热流道模具在塑料模具中的比重将逐步提高由于采用热流道技术的模具可提高制作的生产率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。国外热流道模具已有一半用上了热流道技术，有的厂甚至已达80%以上，效果十分明显。国内近几年已开始推广应用，但总体还达不到10%，个别企业已达到20%-30%。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。 4、气体辅助注射模具和适应高压注射成形等工艺的模具将积极发展气体辅助注射成形是一种塑料成形的新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好以及易于成形壁厚差异较大的制品等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。国外，已经较成熟。国内目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成形包括塑料熔体注射和气体(一般均采用氮气)注射成形两面部份，比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且气体辅助注射常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。为了确保塑料件精度，将继续研究发展高压注射成型工艺与模具以及注射压缩成型工艺与模具。在注射成形中，影响成型件精度的最大因素是成型收缩，高压注射成型可强制树脂收缩率，增加塑件尺寸的稳定性。模具要求刚性好、耐高压。特别是精密模具的型腔应淬火，浇口密封性好，模具能准确控制。注射压缩成型技术，是在模具预先半开模状态或者在锁模力保持中压或低压，模具在设定的打开量下，注射溶融树脂，然后以最大的锁模力进行压缩成型，其效果是：(1)成型件局部内应力小；(2)可得到缩孔小的厚壁成型件；(3)对于塑件狭窄的部件也可注入树脂；(4)用小注射力能得到优良制品。该类模具的理想结构是：(1)注射时树脂以低的流动阻力迅速充填型腔；(2)充填完后能立即遮断浇口部；(3)压缩作用应仅限于型腔部。 5、模具标准件的应用将日渐广泛 使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，而且能提高模具质量和降低模具制造成本。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件规格品种，发展和完善联销网，保证供货迅速。 8、模具使用优质材料及应用先进的表面处理技术将进一步受重视 在整个模具价格构成中，材料所占比重不大，一般在20%30%之间，因此选用优质钢材和应用的表面处理技术来提高模具的寿命就显得十分必要。对于模具钢来说，要采用电渣重熔工艺，努力提高钢的纯净度、等向性、致密度和均匀性及研制更高性能或有特殊性能的模具钢。如采用粉末冶金工艺制作的粉末高速钢等。粉末高速钢解决了原来高速钢冶炼过程中产生的一次碳化物粗大和偏析，从而影响材质的问题。其碳化物微细，组织均匀，没有材料方向性，因此它具有韧性高、磨削工艺性好、耐磨性高、长年使用尺寸稳定等特点，是一种很有发展前途的钢材。特别对形状复杂的冲件及高速冲压的模具，其优越性更加突出。这种钢材还适用于注射成型器件玻璃纤维或金属粉末的增强塑料的模具，如型腔、型芯、浇口等主要部件。另外，模具钢品种规格多样化、产品精料化、制品化，尽量缩短供货时间亦是重要方向。 模具热处理和表面处理是能否充分发挥模具钢材性能的关键环节。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普及常用表面处理方法，即扩渗，如：渗碳、渗氮、渗硼、渗铬、渗钒外，应发展设备昴贵、工艺先进的气相沉积(tin、tic等)、等离子喷涂等技术。 9、在模具设计制造中将全面推广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。现在，全面普及cad/cam/cae技术已基本成熟。由于模具cad/cam技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具cad/cam技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，特别是微机的普及应用，更为广大模具企业普及模具cad/cam技术创造了良好的条伯。随着微机软件的发展和进步，技术培训工作也日趋简化。在普及推广模具cad/cam技术的过程中，应抓住机遇，重点扶持国产模具软件的开发和应用。 加大技术培训和技术服务的力度。应时一步扩大cae技术的应用范围。对于已普及了模具cad/cam技术的一批以家电行业代表的企业来说，应积极做好模具cad/cam技术的深化应用工作，即开展企业信息化工程，可从capppdmcimsvr，逐步深化和提高。 9、快速原型制造(rpm)技术得到更好的发展快速原型制造(rpm)技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成形技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散/堆积(即材料累加)成形思想，根据零件cad模型、快速自动完成复杂的三维实体(原型)制造。rpm技术是集精密机械制造、计算机、nc技术、激光成形技术和材料科学最新发展的高科技技术，被公认为是继nc技术之后的一次技术革命。 rpm技术可直接或间接用于模具制造。首先是通过立体光固化(sla)叠层实体制造(lom)激光选区烧结(sls)、三维打印(3d-p)熔融沉积成形(fdm)等不同方法得到制件原型。然后通过一些传统的快速制模方法，获得长寿命的金属模具或非金属的低寿命模具。主要有精密铸造、粉末冶金、电铸和熔射(热喷涂)等方法。这种方法制模，具有技术先进、成本较低、设计制造周期短、精度适中等特点。从模具的概念设计到制造完成仅为传统加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右。因此，快速制模技术与快速原型制造技术的结合，将是传统快速制模技术，进一步深入发展的方向。 rpm技术还可以解决石墨电极压力振动(研磨)成形法中母模(电极研具)制造困难问题，使该法获得新生。青岛海尔模具有限公司还构建了基于re(逆向工程技术)/rpm的模具并行开发系统，具有开发质量高、开发成本低及开发周期短等优点。 10、高速铣削加工将得到更广泛的应用 国外近年来发展的高速铣削加工 ，主轴转速可达到40000100000r/min,快速进给速度可达到3040m/min，换刀时间可提高到13s。这样就大幅度提高了加工效率，如在加工压铸模时，可提高78倍，并可获得ra10um的加工表面粗糙度。形状精度可达10um。另外，还可加工硬度达60hrc的模块，形成了对电火花成形加工的挑战。因此，高速铣削加工技术的发展，促进了模具加工的发展，特别是对汽车、家电行业中大型腔模具制造方面注入了新的活力。塑料模具的各种结构也在不断的创新，我们学习成型工艺的同时，还应该注意了解塑料模具的新技术，新工艺和新材料的发展动态，学习和掌握新知识，为震兴我国的塑料模具工业做出贡献。 第2章 设计过程21塑料成型制品的分析（1）制品的设计要求 本次设计的塑料制品是日常生活中的台钟后盖，形状并不复杂，形状基本对称，精度要求不高。（2）制品的生产批量 本制品由于是日常生活用品所以属于大批量生产，为了缩短生产周期，提高生产效率，制品使用一模两腔和全自动生产。利用侧抽芯机构，在开模的时候进行侧抽芯运动，然后由脱模机构把塑件和凝料从模具脱出。为了提高生产效率，制品在模具中直接成型。（3）制品的质量和体积1塑件的基本尺寸和基本数据： 塑件长a=65 mm 塑件宽b=60 mm 塑件高h=25 mm 塑件质量m=13 .4 mm (电子天平称) 塑件密度p=1 .04 mm （abs塑料） 塑件体积v=12 .88 mm因为：注射一次消耗塑料的总质量=单个塑件的质量*塑件个数+浇道口和浇道的质量 （估算浇道口和浇道质量取15-30g）所以：总质量m=13.4*2+25 =51.8 g2根据注塑的总质量选注塑机由于注塑机的注射量必须大于或等于总质量m(51 .8 g)，所以根据课本p96的表3-4，初选sz-100/500。sz-100/500的各项参数为 ：理论注射量：80 110 (cm3)螺杆注塞直径：30 35 (mm)注射压力：200 150 (mpa)螺杆转速：10 150 (r/min)合模力：500 (kn)拉杆内间距：280*250 (mm)移模行程：300 (mm)最大模具厚度：250 (mm)最小模具厚度：150 (mm)模具定位孔直径：125 (mm)喷嘴球半径：15 (mm) 大注射量的校核： 利用课本102页的公式：k利*g公g件+g废 式中：g公-注射机公称质量注射量（g） k利-注射机最大注射量的利用系数，一般取0.75-0.85 g件-塑件的质量 g废-浇注系统等废料的质量 0.75*110=82.551.8 g （合适） 注射压力的校核： 利用课本102页的公式：p公p注 式中：p公-注塑机的最大注射压力 p注-塑件成型所需的实际注射压力 根据abs塑料注射压力在60-120mpa,而壁薄流道较长时，注射注射压力可提高到130-150mpa。而本塑料的壁只有1mm，属于壁薄件所以p注取140mpa,p公=200mpa p公p注 (合适) 合模力的校核： 利用课本103页的公式：f锁k损p注a分 式中：f锁-注塑几的额定合模力 （n） p注-塑件成型所需的实际注射压力 （pa） k损-注射压力达到型腔的压力损失系数，一般取0.34-0.67 a分-塑件及浇注系统等在分型面上的投影面积 (m2) 1.5 *k损p注a分 =1.5*0.5*（140*1000000）*（0.06*0.065*2） =0.75*140*1000000*0.06*0.065*2 =1.5*140*6*65*10 =819 kn 500kn (不合适，需要重选注塑机)根据合模力改选注塑机sz-160/100重新校核：sz-160/100的各项参数：理论注射量：160 (cm3)螺杆注塞直径：40 (mm)注射压力：150 (mpa)注射速率：105 (r/min)塑化能力：45 (g/s)螺杆转速：0-220 (r/min)合模力：1000 (kn)拉杆内间距：345*345 (mm)移模行程：325 (mm)最大模具厚度：300 (mm)最小模具厚度：200 (mm)模具定位孔直径：100 (mm)喷嘴球半径：15 (mm)大注射量校核：0.75*160=12051.8 g （合适）注射压力的校核：p公=150mpap注=140mpap公p注 （合适）合模力的校核：f锁=1000kn819kn （合适）开模力的校核： 额定开模力一般取（1/10-1/20的合模力） f开=1000*（1/10）=100 kn液压顶压力： 额定液压顶出里一般取2%的合模力。 f顶=1000*0.02=20 kn2.2模具结构的设计一注射模的结构1注射的全过程可以分为：a塑化过程现代的注射机基本上是采用螺杆式的塑化设备b充模过程充模过程是注塑成型中最重要的过程c.冷却凝固过程 热塑性塑料的注射成型过程是热交换的过程，是一个物理变化过程： 塑化注射充模固化成型 加热（理论上绝热）散热d.脱模过程2注射模具的标准化： 为a1型(参考1塑料模设计手册第2版)3.注射模的基本结构 注射模具普通模具二板式结构单腔二板式结构 多膜二板式结构 三板式结构单腔二板式结构 多腔二板式结构 特殊模具滑动型芯式结构瓣合式结构 脱螺式结构 多层结构 其他结构根据以上内容可知:选用多腔二板式结构二.模具的结构设计1.强度计算a.凹模型腔的强度 分为:中小行模具的的凹模强度 大型模具的凹模强度 根据本零件结构选择中小型模具的凹模强度,这类模具的强度只要模板的有效使用面积不大于其长度和宽度的60%.深度不超过长度的10%.可以不必通过计算. 根据设计要求,本塑件是两腔凹模,由于底部有支撑板,所以底部厚度无须计算. 根据公式: b=(cph/e01y1)14 (参考同上) 式中:b-凹模侧壁的理论宽度 (cm) h-凹模型腔的深度 (cm) p-凹模型腔内的熔体的压力 (mpa) y1凹模边长侧壁的允许的弹性变形量 (cm)一般塑件y1=0.005 精密塑件y1=塑件厚壁的成型收缩量 呢绒塑件y1=0.0025-0.003 c-系数 q-系数 e-钢材的抗拉弹性模具 (mp) 一般中碳钢e=2.1*100000 预强化塑料模具钢e=2.2*100000 p=140mpa; e=2.2*100000mpa; h=25cm l1=330cm; l2=330cm; y1=0.005cm h/l1=0.08 l2/l=0.04 由于深度和长度之比过小可以不必校核.选取模具结构为330*330mm2.支撑板的强度 常规结构的凹模做在定模板上,型芯固定在动模板上.支撑板于垫块成桥形,承受型芯投影面上的注射压力,因此支撑板的弹性变量必须控制在允许的范围之内.3.分型面的选择 分型面为定模和动模的分界面.每个塑件的分型面可能只有一种选择,也可能有多选择.合理的选择分型面是使塑件完好的成型的先决条件.选择分型面时,应该从以下几个方面考虑: 使塑件开模后要留在动模上; 分型面的痕迹不影响塑件的外观; 浇注系统,特别是浇口能合理的安排; 使推杆痕迹不漏在塑件外观表面上; 使塑件易于脱落.4.脱模斜度 脱模斜度主要是为了便于脱模.脱模斜度的大小和塑件的形状,脱模方向的长度,塑件的表面质量有密切的关系. 热塑性塑料在脱模时有较大的弹性,即使在较小的脱模斜度,也可以顺利脱模.但是为了减小脱模阻力,一般在产品没有特殊要求的条件下,应该选用2度的脱模斜度. 当空较深的时候,其两端的尺寸公差较小是,可以用推板.推杆等进行强制脱模.但是型芯的表面必须作成镜面,而且不低于hrc52的硬度. 塑料的性质不同(是指硬度.表面的摩擦系数.弹性等),所必须的脱模斜度也不一样,一般规定为: 硬质塑料要比软质塑料的脱模斜度大,如热固性塑料的脱模斜度应该大于热固性塑料 热塑性塑料中,有机玻璃的脱模斜度应大于聚议席的脱模斜度. 塑件的壁厚度大时,成型收缩率大,脱模斜度也要大. 形状复杂的部分要比形状简单的部分需要的斜度大. 型腔的深沟槽的部分,比如强筋.突脐,需要较大的脱模斜度,一般取3-5度. 根据模具手册之二-塑料模具设计手册第二版第186页表5-27可以取得abs塑料,凸模和凹模的脱模斜度各为1度. 脱模斜度的标准是:凹模由大端为准,斜度由小端取的.凸模以小端为准,斜度以大端取得.5.成型零件的设计 模具零件按起作用可以分为成型零件和结构零件.成型零件如凸模(型芯).凹模(型腔).镶件.成型杆.螺纹成型杆和型环等.结构零件如导柱.导套.斜销.滑块.导板.锁紧快.定位圈.浇口套.推杆.推管.推件板.复位杆.拉料杆.垫块.垫板.固定板等. 成型零件的大部分表面积直接和塑件接触.其形状往往叫复杂.精度和表面粗糙度要求也比较高,因此在设计时除要考虑保证塑件成型外,还要求便于加工制造和维修. a.凸.凹模的结构形式对于极为简单的形状可以采用整体式的凸模或凹模外,往往采用拼镶的方法组合成凸模或凹模.本模具采用凹模通孔镶入法:模板制成通孔,型腔镶块镶入.用于型腔镶块采用特种加工方法的场合,或采用特殊材料并淬硬的型腔.此外,凹模板通孔可以和凸模板通孔合在一起加工,以保证型芯和型腔的同心度.本模具凹模的拼镶方式也采用通孔镶入法:模板制成通孔,型芯镶入.可以使加工方便,减轻型芯的重量.可以凹模板通孔和在一起加工保证同心.b.凹模凸模的工艺性 为了凸模凹模加工的简化,主要的方法是合理得采用拼镶结构.6.型腔尺寸的计算 型腔的制造尺寸收缩是受到多方面影响的,如塑料品种,塑料尺寸大小,几何形状,熔体的温度,模具的温度,注射时间,充模时间,保压时间等,其中影响最大的是塑料的壁厚和几何形状的复杂程度. a.塑料的成型收缩率理论的成型收缩率是型腔在20度的温度下的容积和塑料在20度下的体积之比,即:塑件在20度下的体积/型腔在20度下的容积=成型收缩率也就是体积的收缩,在设计是,要按线性收缩来计算-即长度收缩计算.各种塑料的收缩率是依品种而不同的.在同一品种中,又因为塑料的组成不同而存在差异.塑料厂家提供的成型收缩率,是在自由收缩的条件下测的到.试件为一平板.收缩时不受任何约束.实际塑件的形状是很复杂,收缩受到各方面的约束,所以由一般厂家提供的成型收缩率资料是不能够直接引用的.成型收缩最大的收缩率是结晶收缩.结晶性塑料(聚乙烯,聚丙烯,聚铣胺,聚甲醛等)的收缩又因结晶程度而异.非结晶性塑料的收缩小,基本上是热胀冷缩的收缩.由模具手册之二-塑料模具设计手册第二版193页表5-33可以查的,abs的收缩率为03.-0.8.b.型腔尺寸的计算原则 型腔尺寸包括凹模和凸模及中心距三类尺寸.这三类尺寸的性质不同.凹模尺寸 凹模为成型塑件外行或外轮廓,凸出部的.从塑件上看,这一尺寸的公差一般为负偏差,而制造凹模是的公差按习惯为正偏差,正好相反,凹模在使用的时候有磨损,磨损厚度的尺寸增大,也等于正偏差.凸模尺寸 凸模为成型塑件的内轮廓,孔,沟槽的.从塑件上看,这一类尺寸的公差一般为正偏差,而制造凸模时的公差按习惯为正偏差,也正好相反,凸模在使用时有磨损,磨损后的尺寸减小,也等于负偏差.中心距尺寸 这一类尺寸为不受磨损影响的尺寸,它仅和加工精度和收缩率有关.因此型腔尺寸的计算基本公式为:凹模 l=l*(1+s)-x+m凸模 l=l*(1+s)+x-m中心距 l=l*(1+s)m/2其中 l:塑件的基本尺寸 l:模具成型塑件l部分的相应尺寸 :塑件公差 m:模具制造偏差 c:模具磨损量c.型腔的制造公差 型腔的制造公差m依塑件尺寸精度而定.由于是一般塑件,则由模具手册之二-塑料模具设计手册第二版第196页表5-35选得m=/4d.型腔尺寸的计算方法 因为abs为结晶塑料,则所以要考虑其收缩率的变动和塑件公差的关系. 本塑件为abs塑件,其孔径为42mm,按sj1372-786级精度要求,公差为0.10mm.壁厚为1mm,预计收缩率在0.30%-0.80%之间. a:成型收缩率的变动率s s=(smax-smin)*100=(0.008-