心型台灯塑料注塑模具设计毕业论文

1、心型台灯塑料注塑模具设计毕业论文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

2、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6090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

3、，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

4、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。1.2 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

5、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

6、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。1.3 我国模具工业的现状自 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

7、民币， 2000 年增至 260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。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

8、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 （ 19611981）， 成 长 期（19811991） ，成熟期（ 19912001）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

9、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/C

10、AM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

11、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。1.4 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

12、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

13、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

14、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

15、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，

16、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

17、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

18、， 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

19、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，

20、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

21、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

22、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 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, 如冲击载荷 , 振动 , 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 ,

23、 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，如表 2-1

24、所示。+表2-1 材料的特性塑料名称PS PC PMMA 拉伸强度 /MPa 51.9 6672 弯曲强度 /MPa 110 95113 断裂伸长率 /% 2 80100 落球冲击强度J/m 16 422 洛氏硬度（ M ）115 82 101 氧指数（ OI）24.9 17.3 热变形温度 / 85 134 100 维卡软化点 /105 153 120 马丁耐热温度 /112 体积电阻率 /cm 10171019172.1101610141015吸水率 % 0.05 0.13 1.19 透光度 /% 8892 93 93 雾度 % 3 0.9 0.9 折射率1.592 1.586 1.492

25、 价格（元 / 吨）11501230 3300041000 1950020700 和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2 所示。表2-2 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聚苯乙烯（非结晶型）透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定性教好。成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂。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。

26、3080装 饰制品 ，仪表壳 ，绝缘零 件，容器 ，泡沫塑 料，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 0.35 80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。

27、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 , 在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度 , 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 PS为塑件材料 . 因为除了质脆和抗拉强度

28、不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。2.3 结构设计图2-1 原始零件图塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性. 在塑料生产过程中, 一方面成型会对塑件的结构, 形状, 尺寸精度等诸方面提出要求, 以便降低模具结构的复杂程度和制造难度, 保证生产出价廉物美的产品 ; 另一方面 , 模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析 , 弄清塑件生产的难点 , 为模具设计和制造提供依据. 2.3.1 对塑件的修改说明塑件要求能够放置一对 7#电池，安放小灯泡， 外接系带， 所以要考虑到电池和灯泡的固定， 开关的安放问题， 关于零件的造型图如图

29、2-3所示，详细结构可参考零件图纸。锁位（1）外型轮廓；原零件 2D 图的心型曲线不规则 , 如图2-1和2-2所示。在用 PRO/E造型时总会造成曲面不能加厚的问题, 用修剪曲面的办法虽然能解决加厚问题, 但整个塑件也不规则 , 给后续工作带来不便 . 所以在保证基本外型的前提下对尺寸做了修改, 目的是为了造型。（2）结构；原图形有两个小而薄的吊耳, 且置于塑件外端 , 考虑到所有 PS 料硬而脆, 这会使得两个吊耳极易损坏, 所以, 改两个吊耳为一个 , 设计吊耳 , 开关, 灯泡在塑件中心位置 , 如图2.2 所示, 这样起到吊挂作用又不易损坏. 设计凹槽使两半灯罩配合,设置了三个锁位加

30、强 . 各种塑件 , 不论是结构件还是板壁, 根据使用要求具有一定的厚度, 以保证其力学强度 . 一般地说 , 在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚, 不仅可以节约原材料 , 降低生产成本 , 而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短, 提高生产率 ; 其次可避免因过厚产生的凹陷, 缩孔, 夹心等质量上的缺陷 . 以下是 PS 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 mm 0.75 1.25 1.6 3.25.4 该塑件属于中小型件, 从图上看 , 塑件边缘的壁很厚 , 达到5MM, 壳体取中型件壁厚1.6, 这样使得整个塑件的壁厚是不均匀的, 但若减小边缘

31、壁厚 , 则对塑件的推出不利, 而且有可能使电池不能安装. 边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.3.3 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 PS 的脱模斜度推荐值 : 制件外表面制件内表面 35 -1.35 30-1 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, 这不仅对脱模图2-3 修改后的产品零件图有好处，而且可以更好的锁紧。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，

32、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） 。2.3.5 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.

33、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表2-3所示。表2-3 肋的圆角半径值关系表肋的高度 /mm 6.5 6.513 1319 19 圆角半径 /mm 0.81.5 1.53.0 2.55.0 36.5 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，以便降低模具的

34、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：=s+z+c+a（21）式中制件总的成型误差；s塑料收缩率波动所引起的误差；z模具成型零件制造精度所引起的

35、误差；c模具磨损后所引起的误差；a模具安装，配合间隙引起的误差；影响塑料制品尺寸精度的因素比较复杂，归纳有以下三个方面。（1）模具模具各部分的制造精度是影响制件尺寸精度重要的因素。（2）塑料材料主要是收缩率的影响，收缩率大的尺寸精度误差就大。（3）成型工艺成型工艺条件的变化直接造成材料的收缩，从而影响尺寸精度。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

36、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3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作。图3-1 注塑成型压力时间曲线（1）物料准备；成型前应对物料的外

37、观色泽、 颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热， 以避免收缩应力和裂纹， 有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。（2）注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1 所示。图中 T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体（T=T1）时，熔体压力迅速上升，达到最大值 P0。从时间 T1到T2，塑料仍处于螺杆（或柱塞）的压力下，熔体会继续流入模腔

38、内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子（分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列）容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束（时间从T2到T3） ，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。（3）制件后处理； 由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导

39、致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性， 温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下 1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强、 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件. 调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液（沸点为121，加热温度为 100121，保温时间与制件厚度有关，通常取 29小时。3.2 注

40、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。PS料与温度的经验数据如表 3-1所示。表3-1 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1.82MPA 0.45MPA 150210 170230 190250 240250 575 6596 2）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

41、。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，

42、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表3-2 所示。表 3-2 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 / s 0.5 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

43、，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表3-3 所示。表 3-3 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 () 150210中段温度 () 170230 前段温度 () 190250 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

44、70，保温时间 2 小时。4 模具设计4.1 塑料配方说明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 , 增塑剂 , 稳定剂 , 润滑剂 , 着色剂等 . 根据 PS 的特性及使用性能要求 ,配方中应含有以下添加剂 . 填充剂玻璃微珠； PS 成

45、型后易产生内应力 , 添加玻璃微珠使塑料的流动性好, 残余内应力分布均匀 , 使光的漫反射率为80%88%。增韧剂 SBS,ABS,EPR ；PS 的冲击性能很差 , 是一种十分脆的材料 , 增韧改性是必须的。光稳定剂氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。润滑剂硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用 , 防止塑料在成型加工时黏模, 同时提高塑料制品表面光洁度。着色剂粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占 80% 左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望2： 提高产品的耐候性

46、， 主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。抗菌剂磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩, 因此需要做此设计 . 很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人接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 分型面的确定根据分型面的选择原则：（1）便于塑件脱模；（2）在开模时尽量使塑件留在动模； 4-1 分型面的位置（3）外观不遭到损坏；（4）有利于排气和模具的加工方便。分型面结合该产品的结构 , 分型面确定在塑件的最大投影面积上. 如图 4-1

47、所示。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, 这个产品是两个壳件的组合, 所以初定为一模两腔最合理 . 排列形式如图 4-2 所示。4.4 浇口确定PS 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 模具材料的选择现有的模具模架已经标准化, 所以在模具材料的选择时主要是根据制品的特性和使用要求选择合

48、理的型腔和型芯材料. 如何合理的选择模具钢 , 是关系到模具质量的前提条件, 如果选材不当，则所有的精密加工所投入的工时 , 设备费用将浪费。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 ,

49、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（ M

50、Pa）210000223500 (20 左右 ) 4.6浇注系统设计注塑模的浇注系统是指模具中从注塑机喷嘴开始到型腔入口为止的塑料熔体的流动通道，它由主流道，分流道，冷料穴和浇口组成。它向型腔中的传质，传热，传压情况决定着塑件的内在和外表质量，它的布置和安排影响着成型的难易程度和模具设计及加工的复杂程度，所以浇注系统是模具设计中的主要内容之一。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 R

51、a=0.63 m；小端直径D=d+(0.51)mm ；半径 R2=R1+(12)mm ；材料 T8A ；由于主流道要与高温的塑料熔体和喷嘴反复接触和碰撞，所以主流道部分常设计成可拆卸的主流道浇口套，以便选用优质的钢材单独加工和热处理。4.6.2 分流道分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开设在分型面上， 起分流和转向作用，分流道的长度取决于模具型腔的总体布置和浇口位置，分流道的设计应尽可能短，以减少压力损失，热量损失和流道凝料。常用分流道断面尺寸推荐如表4-1 所示。表 4-1 流道断面尺寸推荐值塑料名称分流道断面直径mm 塑料名称分流道断面直径mm ABS ，AS 聚乙烯尼龙类聚甲醛丙烯酸抗

52、冲击丙烯酸醋酸纤维素聚丙烯异质同晶体 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810 聚苯乙烯软聚氯乙烯硬聚氯乙烯聚氨酯热塑性聚酯聚苯醚聚砜离子聚合物聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513 分流道的断面形状有圆形， 矩形，梯形，U形和六角形。要减少流道内的压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，因此，可以用流道的截面积与周长的比值来表示流道的效率， 其中圆形和正方形的效率最高， 但正方形的流道凝料脱模困难，所以一般是制成梯形流道。 在该模具上取圆形

53、断面形状，直径为6mm 。4.6.3 冷料穴冷料穴一般位于主流道对面的动模板上，或处于分流道末端， 其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料进入型腔而形成冷接缝，此外，开模时又能将主流道凝料从定模板中拉出，冷料穴的尺寸图 4-3 冷料穴的尺寸宜稍大于主流道大端的直径，长度约为主流道大端直径，冷料穴的尺寸如图4-3 所示：4.6.4 浇口浇口是连接分流道与型腔的一段细短的通道，它是浇注系统的关键部分，浇口的形状，数量，尺寸和位置对塑件的质量影响很大，浇口的主要作用有两个，一是塑料熔体流经的通道，二是浇口的适时凝固可控制保压时间。浇口的类型有很多，有点浇口，侧浇口，直接浇口，潜伏式浇口等，各浇口的应用

54、和尺寸按塑件的形状和尺寸而定，该模具采用侧浇口，其有以下特性: 形状简单，去除浇口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保证；试模时如发现不当，容易及时修改；能相对独立地控制填充速度及封闭时间；对于壳体形塑件，流动充填效果较佳。(1) 侧浇口深度尺寸H的确定H=nt =0.6 1.6 = 0.96mm n 塑料系数 PS料取 0.6 ； t塑件在浇口位置处的壁厚，该设计取壳体中间壁厚 t=1.6 mm。(经验数据表明，H的取值范围在 0.52.0mm之间， 若按浇口处壁厚计算则H=0.65=3mm, 超出了经验值，而且由于浇口是易磨损部位，所以开始时取小值是有好处的，这有利于以后的修模 ) (2)

55、侧浇口宽度尺寸W的确定W=30An主流道拉料杆（4-1）A型腔一侧的表面积 : A=V/t ；V浇注体积：V=53.9103mm3； t 取平均壁厚1.652=3.3mm 取 3mm 。 W=30/tVn=303109.536.03=2.68 取 3mm 浇口尺寸如图 4-3 所示：4.6.5 剪切速率的校核生产实践表明，当注射模主流道和分流道的剪切速率R=5 1025103S1、浇口的剪切速率R=104105S1时，所成型的塑件质量最好。对一般热塑性塑料，将以上推荐的剪切速率值作为计算依据，可用以下经验公式表示：R=33.3nvRq（4-2）式中 qv体积流量（CM3/S） ；R3n浇注系统

56、断面当量半径 （CM ） 。（1）主流道剪切速率校核Q主v=0.8Q公/T =73.95 1.5=49.3 （CM3/S）T 注射时间， T=1.5（S） ； Rn=421dd=0.27（CM ）Rn主流道的平均当量截面半径；d1主流道小端直径， d1=0.4 （CM ） ； d2主流道大端直径， d2=0.68（CM ） R主=33 .3nvRq= 327.014.33.493.3=2.63103 S1（2）分流道剪切速率的校核第一级分流道： Q1分=2主Q =29 .53 =27 （CM3/S） Rn1=0.3（CM ）R1分=33. 3nvRq =33 .014.3273.3 =1.05

57、 103 S1第二级分流道： Q2分=21分Q5 .13（CM3/S）因为当量半径和第一级，相同所以，R2分= R1分/2 5102 S1（3）浇口剪切速率的校核 R浇=33.3nvRq=31.014.35 .133 .3=1.42104 S1Q浇= Q2分=13.5（cm3/s ） ；浇口面积 S=13=3mm3, 当量面积 S=R2当n取R当n=1mm 。从以上的计算结果看，流道与浇口剪切速率的值都落在合理的范围内，证明流道与浇口的尺寸取值是合理的。 4.7模架的确定4.7.1 型腔壁厚和底版厚度计算在注塑成型过程中，型腔主要承受塑料熔体的压力，因此模具型腔应该具有足够的强度和刚度。如果型

58、腔壁厚和底版的厚度不够，当型腔中产生的内应力超过型腔材料本身的许用应力 时，型腔将导致塑性变形，甚至开裂。与此同时，若刚度不足将导致过大的弹性变形，从而产生型腔向外膨胀或溢料间隙。因此，有必要对型腔进行强度和刚度的计算，尤其对重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能仅凭经验确定。根据大型模具按刚度条件设计，按强度校核；小型模具按强度条件设计， 按刚度校核原则： 模具结构形式如图4-4 所示：侧壁厚度计算公式： S(4Ecph)31（4-3） =(04.0101 .24030154)31 =20.91 mm 式中 C 与型腔深度对型腔侧壁长边边长之比h/L1有关的系数；查表C=1 ；图 4-4

59、模具结构形式p型腔压力， p取 30MPa；h型腔深度， h=40；E模具材料的弹性模量（MPa） ，E取 2.1 105； 刚度条件，即允许变形量(mm)，取=0.04; 底板厚度计算公式：sh（421EpLc）31（4-4） =（04.0101.218030026.054）31=46.02 mm 1c由底板短边与长边边长之比12/ LL决定的系数；查表1c=0.026；p型腔压力，p取 30MPa；2L底版短边长度 (mm) ，2L=180；E模具材料的弹性模量（MPa） ，E 取2.1 105； 刚度条件，即允许变形量(mm)，取=0.04; 4.7.2 模架的选用注塑模模架国家标准有两

60、个，即GB/T12556 1990塑料注射模中小型模架及其技术条件和GB/T12555 1990塑料注射模大型模架 。前者适用于模板尺寸为 BL560mm 900mm ；后者的模板尺寸BL 为（630mm 630mm ）（1250mm2000mm ） 。由于塑料模具的蓬勃发展，现在在全国的部分地区形成了自己的标准，该设计采用龙记标准模架。（1）模仁尺寸的确定因为采用的是整体式凹模和整体式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最终是传递到凸、凹模上，从节约材料和见效模具尺寸出发，模仁的值取的越小越好，但实际中因为要考虑冷却因素，又因为经过模仁的冷却系统比经过模仁外部的冷却系统效率高，所