圆盒注塑模——模具结构及其工艺设计

1、圆盒注塑模模具结构及其工艺设计 摘要本次毕业设计讨论了圆盒注塑模的模具结构及工艺设计。具体内容包括模具结构设计模具型腔数量和布局的确定、注射机选择、浇注系统设计、温度控制系统设计、模架及其标准件的选用、脱模及抽芯机构的设计、成型部件的设计；工艺设计注塑工艺、主要模具零件机加工艺及模具装配工艺设计。塑件是一个尺寸较大圆盒，有侧向外螺纹，需要设计侧向抽芯机构，增加了模具的复杂程度，是本次设计的一大重点。同时，因塑件较大，成型部件的设计中无法选用很多标准件，只能另外展开独立设计。最后的装配与公差配合要很好的达到要求对设计者也是一个很大难度的挑战。因此，设计过程中经过了多次计算和修改，使论文与设计达到

2、预定的实用要求。关键词：圆盒；注射模；侧向螺纹抽芯；工艺设计The Plastic Mould Of Round Box Design of Die Structure and ProcessAbstractThis paper introduced the round-box structure and the injection of the design process. From the cavity of determining the number and layout, the injection of choice, pouring system design, tempera

3、ture control system design, mold base and the selection of standard parts, and Stripping out the core design, shaping the design of components, such as injection of January 1st to Die The details. Plastic pieces of a larger round box, a side of the field thread, the need for lateral core pulling bod

4、ies and increase the complexity of the mold,this is a key to paper. At the same time, because of larger plastic parts, molding components in the design of many choose not marked pieces, can only start another independent design. The final assembly line with tolerance and good to meet the requirement

5、 is also a very difficult challenge. Therefore, the design process through a number of calculations and modified to meet the preset papers and design requirements. Keywords: the round box;injection mould,;lateral core pulling threads;prosess design1章 诸论1.1塑料模具现状及发展趋势模具制造技术现状及其发展我国塑料模的现状塑料模具钢的开发概况塑料模

6、发展趋势塑料成型模具的分类1.2塑件的结构设计1.2.1 功能结构设计1.2.2 工艺结构设计1.2.3 造型结构设计小结2章 塑件的结构分析与成型工艺设计2.1塑件的结构分析塑件的外型分析2.1.2塑件材料(PS)分析聚苯乙烯（PS）的性能和成型特点确定塑件收缩率壁厚的确定塑件的脱模斜度圆角的设计侧向活动镶件设计孔的设计2.2注射模设计与成形工艺注射模简介注射模组成2.3注射成形工艺注射成形前的准备注射过程塑料制品的后处理2.4塑件的工艺分析注射成型原理小结3章 塑料注射模具的结构设计3.1注射模结构选取型腔数目的确定分型面的设计型腔的配置3.2浇注系统的设计浇注系统的简介浇注系统的分类及组

7、成浇注系统设计的原则主流道的设计分流道的设计浇口的设计3.3弯销侧向分型与抽芯机构3.4推出机构设计3.5脱模机构的设计原则与选用3.6合模导向机构设计3.7导柱导向机构的设计3.8排溢系统的设计3.9成型零件的设计型腔结构设计凸模与型芯结构设计螺纹型芯和螺纹型环的结构设计3.10成型零部件设计的计算依据成型零件的结构尺寸计算3.11模具型腔侧壁和底板厚度的计算3.12支撑零部件的设计小结：4章 塑料注射模其它设计4.1选标准模架4.2成型零件材料选用4.3注射模钢种的选用4.4最大注射压力的校核4.5最大注塑量的校核4.6塑件在分型面上的投影面积与锁模力校核4.7模具与注塑机安装部分相关尺寸

8、校核4.8开模行程校核4.9脱模力的计算4.10模具冷却系统的设计冷却装置的设计原则冷却装置的选用冷却回路的计算小结：5章 模具加工工艺设计5.1机加工工艺简述5.2型腔零件图及加工工艺规程5.3型芯零件图及加工工艺规程小结：6 章 塑料模具的装配工艺设计6.1型腔凹模与动、定模板的装配6.2型芯与固定板的装配6.3装配步骤小结：7章 总结参考文献致谢附录A：图纸清单附录B：工艺卡片清单1章 诸论1.1塑料模具现状及发展趋势模具制造技术现状及其发展1、现状模具的特点决定了模具工业的快速发展，模具制造水平是衡量一个国家机械制造业水平的重要标志。 我国已经具备制造大型、精密、复杂、长寿命模具的能力

9、。如：硬质合金多工位级进模，步距精度0.005mm,成形表面粗糙度达m,镶件的重复定位精度0.005mm,互换性好,模具寿命达1亿冲次,具有自动冲切、叠压、铆合、扭角、计数分组和安全保护功能。又如：大型的塑料模，重达10吨以上，尺寸精度为0.01mm,型腔Ra=0.1m,模具寿命达30万次以上。达到国际同类模具产品的技术水平。2、发展状况（1） 制造设备水平的提高促进模具制造技术的发展 先进的模具加工设备拓展了机械加工模具的范围，提高了加工精度，降低了表面粗糙度，大大提高了生产效率。如：数控仿形铣床、加工中心、精密坐标磨床、数控坐标磨床、数控电火花成形机、慢走丝线切割、精密电加工机床、三坐标测

10、量机、挤压研磨机、激光快速成形机等。（2） 模具新材料的应用促进模具制造技术的发展 模具材料是影响模具寿命、质量、生产效率和生产成本的重要因素，目前我国模具寿命仅为发达国家的1/5-1/3，而其中材料和热处理原因占60以上。随着新型优质模具钢的不断开发（如：65Nb、LD1、HM1、GR等）以及热处理工艺和表面强化处理工艺的进一步的完善和发展，（如：组织预处理、高淬低回、低淬低回、低温快速退火等热处理工艺以及化学热处理、气相沉积、渗金属、电火花强化等新工艺、新技术）。都将极大地促进和提高模具制造技术的快速发展。（3）模具标准化程度的提高促进模具制造技术的发展 模具的标准化程度是模具技术发展的重

11、要标志，目前我国的标准化程度约占30，而发达国家为7080，标准化促进了模具的商 品化，商品化推动了模具生产的专业化。从而提高模具制造质量，缩短制造周期，降低 制造成本，也促进新材料、新技术的应用。（4）模具现代设计和制造技术促进了模具制造技术的发展 CAD/CAM/CAE技术的发展，使模具设计与制造向着数字化方向发展，尤其在成形零件方面软件（如UG、Pro/E）的广泛应用，实现了模具设计与制造的一体化，极大的提高了模具制造技术和制造水平，也是未来模具制造技术的主要发展方向。3、发展趋势 社会快速发展，产品不断增多，更新换代加快，模具质量和生产周期尤为重要，从而决定了模具制造技术的发展趋势：（

12、1）粗加工向高速加工发展（2） 成形表面的加工向精密、自动化方向发展（3） 光整加工向自动化方向发展（4）反向制造工程制模技术的发展以三坐标测量机和快速成形技术为代表的反向制模技术是以复制为原理的制造技术，是模具制造技术的又一重要发展方向，特别适用于多品种、小批量、形状复杂的模具制造。（5）模具CAD/CAM/CAE技术将有更快的发展从模具结构设计模具工作状态的模拟自动加工程序的生成自动化加工、自动检测。实现设计到制造的一体化是模具制造业发展的必然趋势。4、模具制造工艺的内容 制造工艺设计转化为产品的过程。 制造工艺的内容：研究制造的可能性和如何制造，如何以低成本、短周期制造高精度、高质量、长

13、寿命的模具。模具制造的主要经济技术指标：成本、周期、质量。三个指标的最佳必须从设计、制造和使用综合考虑：（1） 设计必须满足使用要求，同时制造的可行性； （2） 制造必须保证设计要求，同时制约设计，指导使用； （3） 使用应该了解设计与工艺，合理设计制品简化模具结构以便于制造。影响制造的主要因素：（1） 表面加工有难易：外与内；规则与异型；型孔与型腔。（2） 精度（3） 表面粗糙度和装饰（4） 型孔和型腔的数量（5）热处理5、模具生产和制造工艺的特点 模具是专用工艺装备，模具生产是单件或多品种生产，与一般机械产品生产相比，有如下特点：（1） 单件、多品种：采用通用机床和通用工量具，减少专用二级

14、工具，工序相对应集中，简化管理减少周转，保证质量和进度。 （2）制造质量要求高：尺寸精度和形位公差一般±0.01mm左右，Ra0.8m （3） 形状复杂:工作零件多为二维或三维的复杂曲面(尤其是型腔)，加工难度大。 （4）材料硬度高：淬火合金钢或硬质合金。 （5） 成套性生产。 （6）生产周期短：市场决定产品，更新换代快。（7） 必须进行试模与修整:模具设计的经验性较多，有些尺寸必须经过试模决定。还要考虑前后工序模具的关系。我国塑料模的现状1、模具业发展现状     模具作为提高生产率，减少材料和消耗，降低产品成本，提高产品质量和市场竞争力的重

15、要手段，已越来越受到各工业部门的重视。随着工业技术不断向前发展，要求模具在更苛刻、更高速度的工作条件下，对模具的精度越来越高，使用寿命越来越长。为了满足这些要求，国内外都在模具材料的研究和开发上作了巨大的努力，也在这方面取得了不少成果。 目前世界上模具工业的年产值约为680亿美元。我国2004年模具产值为530亿元，模具出口4.91亿美元，同时还进口18.13亿美元。我国已成为世界上净出口模具最多的国家。大型多工位级进模、精密冲压模具、大型多型腔精密注塑模、大型汽车覆盖件模具等虽已能生产，但总体技术水平不高，与国外先进国家相比，仍有很大差距，特别是模具寿命低的问题非常突出。如：国外硅钢片冲模总

16、使用寿命在500万次以上，而国内一般为50万-60晚次，最高150万次。国内热锻模使用寿命50万次，国内只有3-5万次。国外热锻模使用寿命12000次以上，国内一般为3000-5000次。影响模具寿命的因素较多，但模具材料是重要因素。高寿命模具离不开优质模具材料。    国内模具钢品种少、质量差、性能低。虽然国内也研制出许多高性能模具钢，但大多数是上世纪70-80年代研制的，因种种原因，真正使用的量较少，钢种也不多。每年使用量不足1万吨。故在生产上使用的仍然是老钢种为主，如冷模用CrWMn、Crl2、Crl2MoV等，热模用3CrW8V、6542等，另外

17、，由于模具钢的改锻效果差、选材与热处理不当等原因，也造成模具的寿命低。现从塑料模具钢方面，扼要分析国内模具钢的研究开发情况。 近年来，中国塑料模具发展速度相当快。目前，塑料模具在整个模具行业中所占比重约为30%。随着中国汽车、家电、电子通讯、各种建材迅速发展，预计在未来模具市场中，塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高，且发展速度将快于其他模具。以汽车工业为例，随着汽车产销量高速增长，汽车模具潜在市场十分巨大。据介绍，在生产汽车时，各种功能性零部件都要靠模具成型，仅制造一款普通轿车约需200多件内饰件模具，而制造保险杠、仪表盘、油箱、方向盘等所需的大中型塑料模具，从模具行业生产能力看，目前满足率

18、仅约50%。在建筑领域，塑料建材大量替代传统材料也是大势所趋，预计2010年全国塑料门窗和塑管普及率将达到30%50%，塑料排水管市场占有率将超过50%，都会大大增加对模具的需求量。应该说，塑料模具的应用潜力是不可低估的。专家预测，大型、精密、设计合理的注塑模具将受到市场普遍欢迎。 全国塑料加工业区域分布相类似，珠三角、长三角的塑料制品加工业位居前列， 浙 江、江苏和广东塑料模具产值在全国模具总产值中的比例也占到70。现在，这3个省份的不少企业已意识到塑模业的无限商机，正积极组织模具产品的开发制造。 然而由于塑料零配件形状复杂、设计灵活，对模具材料、设计水平及加工设备均有较高要求，并不是人人都

19、可以轻易涉足的。专家认为，目前中国与国外水平相比还存在较大差距，眼前需尽快突破制约模具产业发展的三大瓶颈：一是加大塑料材料与注塑工艺的研发力度；二是塑模企业应向园区发展，加快资源整合；三是模具试模结果检验等工装水平必须尽快跟上，否则塑料模具发展将受到制约。 专家指出，面对国外先进技术与高质量制品的挑战，中国塑模企业不仅要加快产业集群化，发挥规模效应，还要注重模具产业链的前端研发、人才建设和产业链后端的检测以及信息服务，尽快缩短技术、管理、工装水平与国际水准的差距。这是塑料模具企业在发展中必须解决的重要问题。 塑料模具钢的开发概况     塑料模具钢是国内

20、发展得较滞后，到目前为止仍未成完整系列的钢种。国内 常用的塑料模具钢仍然是含0.4-0.6%碳的碳素结构钢，如45和40Cr，另外再以TIOA、GCr15、CrWMn、5CrNiMo、5CrMnMo、Cr12、Cr12MoV等作补充。二十世纪九十年代以后，国内先后开发了十余种新型塑料模具钢。     预硬化型塑料模具钢 3Cr2Mo是国内较早开发的塑料模具钢，与AISIP20相当，目前已在许多钢厂生产。在使用时，一般是先进行预硬处理，然后再进行切削加工。该钢适用于制造大、中型精密塑料模具，如：电视机、洗衣机壳体等塑料模具，并已获得较大量应用。另外，也可用

21、于制造锌合金压铸模具。 除3Cr2Mo钢外，国内先后开发的5CrNiMnMoVSCa（简称5NiSCa）、8Cr2MnWMoVS （简称8Cr2）40CrMnVBSCa（简称P20BSCa）、Y55CrNiMnMoV（代号SMI）等是易切削型预硬塑料模具钢，此类钢不仅适用于制造大、中型精密注塑模具，还可用于制造精密冷作模具。 时效硬化型塑料模具钢 根据制造高精度、复杂塑料模具的需要，国内先后开发了几种时效硬化型塑料模具钢，如10Ni3MnCuAI（代号PMS）、 25CrNi3MoAI、Y20CrNi3IMnMo（代号SM2）、 06Ni6CrMoVTiA1（代号06）等。此类钢切削加工性能好

22、，加工后再时效处理，由于时效温度低，时效过后模具变形很小，所以适用于制造高精度、复杂的热塑性塑料模具。     10Ni3MnCuAI，代号PMS，该钢具有优良镜面加工性能，模具表面粗糙度可达Ra0.05um，适用于制造要求高镜面、高精度的各种热塑性塑料制品模具，如光学仪器镜片模具，磁带内外壳和电话机、石英钟、车辆灯具等塑料壳体模具。    Y20CrNi3AIMnMo，代号SM2，含0.1左右的S，切削加工性能得到了改善，是一种易切削型时效塑料模具钢。 当较大批量地生产聚氯乙烯、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品时，模

23、具需要耐氟、氯等卤族元素气体的腐蚀，为此需在模具表面镀铬或直接采用耐腐蚀钢。 国内开发的耐腐蚀塑料模具钢OCr16Ni4Cu3Nb（代号PCR）属于马氏体沉淀硬化不锈钢，该钢在含有氟、氯等离子的腐蚀性介质中的耐蚀性明显优于17-4PH（OCr17Ni4Cu4），适用于制造含氯、氟或混入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。 3.4非调质塑料模具钢 非调质钢在锻、轧后即可达到预硬，不需再进行调质处理，为改善切削加工性能，有些钢种还添加了适量的P、S和Ca。国内对非调质塑料模具钢的开发较晚，25CrMnVTiSCaRE （代号FT）、2Cr2MnMoVS和2Mn12CrVCaS即是近几年开发的新钢种。锻、

24、轧空冷后，FT钢100mm圆钢的硬度可以达到HRC30-35塑料模发展趋势1、注塑模CAD的实用化随着人类社会的进步和高技术不断发展，世界各国对塑料模设计技术给予了高度重视和关注，不惜投入重金进行研究和开发，塑料模Mold-Flow或C-Flow软件和塑料模Mold-Cool或C-Cool软件等已经商品化，注射模CAD正向实用化阶段迈进。我国政府对注射模CAD实用化进程亦十分重视。“八五”期间投巨资进行研究和开发，除建立“大型薄壁深腔注射模具制造技术”（广州塑料模具厂）、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”(青岛北极星集团)和“实用CAD/CAM技术在精密注射模具中的应用”3项国家重点企业开发

25、项目外，还专门组织了“八五”国家重点技术攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统研究”，该项目含八个子课题复杂曲面几何造型图像软件研制；多轴数控加工变成软件研制；注射用塑料性能数据库研制；流动仿真模拟分析软件研制；模温分析模拟软件研制；模具应力应变计算分析软件研制；CAD/CAM/CAE集成系统研制；注射模具设计实用专家系统软件研制。目前，美国PSP公司的IMES专家系统，能帮助模具设计人员用专家的知识解决注射模的质量问题。德国IKV研究所的CADMOULD系统，可用于注射模的流动、冷却分析、力学性能校核。澳大利亚MOLDFLOW公司的注射模CAE软件MF，具有流动模拟、冷却分析、翘曲变

26、形和应力分析功能。2、挤塑模CAD的开发挤塑模设计与制造，发达国家已广泛地应用了CAD/CAM技术，尤其是CAE的应用，极大地提高了挤塑模设计水平和可靠性。我国向此发展，势在必行。根据国家“八五”重点科技攻关项目“注射模CAD/CAM/CAE集成系统”开发中的成功经验及技术实力，国家“九五”重点科技攻关项目“挤塑模CAD/CAM/CAE集成系统”课题，正在拟议与讨论之中。预计该课题将面临一下难题：（1）挤塑模中倒流锥截面变化不规则问题。为此，必须强化CAD部分的三维曲面造型功能。（2）CAE分析的结果显示问题。要求它是一个实用、开放的数据库系统，但由于塑料熔体的弹性行为，迄今尚无行之有效的三维

27、形变理论能予以准确描述。为此，该部分必然是大量的经验公式和数据的收集、归纳及整理工作，是一项艰巨、复杂、系统性很强的庞大工程。（3）须建立3轴至5轴数控铣和2轴至4轴的线切割模块，为此，在CAM部分需开发适用于挤塑模制造工艺规程的计算机辅助变成软件。（4）在统计分析的基础上，确定注射模加工系统与挤塑模加工系统在CAD/CAM方面的共同点与不同点，从而确定应去除注射模加工系统中哪些功能，增加哪些适用于挤塑模加工的功能。3、压缩模CAD探索压缩模及传递模是历史悠久、正在工业上发挥了重要作用的一类塑料模具，一些发达国家，如加拿大、美国等已在在这方面作了大量研究和探索工作，预计不久将会有压缩模CAD实

28、用软件问世，我国已在这方面做研究和探索工作。4、塑料模专用材料研究和开发在“八五”期间，国家已经组织了抚钢、太钢、齐钢、舞阳、长城和本溪钢铁厂等单位，研究和开发塑料模专用系列钢。无疑，这一开发与研究工作，必将继续扩大和完善。大致可分为以下五类：（1）基本型。如55钢，使用硬度小于20HRC，切削加工性能好，但模具表面粗糙度差，使用寿命短，但已被预硬钢所代替（2）预硬化型。这类钢是在中、低碳钢中加入一些合金元素的低合金钢，淬透性高，加工性能好，调质后的使用硬度为2535HRC,属最大的通用型塑料模具钢，如美国的P20钢（3）时效硬化型这类钢是在中、低碳钢中加入Ni、Cr、Al、Cu、Ti等合金元

29、素，耐磨性和腐蚀性优于预硬钢，经过时效处理后，硬度可高达4050HRC这类钢的典型牌号，如美国的P21、日本的NAK55等，多用于复杂、精密塑料模具，或大批量生产的长寿命模具。（4）热处理硬化型。这类塑料模具钢如美国的D2、日本的PD613、PD555等，模具表面能达很高的镜面，并可进行表面强化处理。这类钢制造的模具，精加工后进行淬火、回火处理，使用硬度可达5060HRC。（5）马氏体时效钢和粉末冶金模具钢。对于要求更高耐磨性、耐腐蚀性、高韧性、超镜面的高级塑料模，可采用马氏体时效钢或粉末冶金模具钢。这类钢如美国的PS、日本的HAP和ASP钢，均是采用粉末冶金法制造的模具钢。5、工程数控化 机

30、械技术与电子技术的密切结合，日益更多地采用了数控数显、计算机程序控制的加工方法，实现高层次、多工位加工，使塑料模在质量上、效率上产生一个新的飞跃激光成形技术在塑料模型腔加工中已获得巨大的成功。汕头大学模具中心的抄数系统，属当今国内最先进的塑料模具加工设备。6、塑件功能设计不同塑件其使用功能不同。塑件可单独使用，也可与其它零件组合起来使用，不论是何种情况，塑件在形状、尺寸、表面质量、物力机械性能等方面，均有一定的指标要求，因此，塑件设计者必须根据塑件的使用功能、使用环境、受力状况、使用特点等，正确选择塑料材料，设计其几何结构，确定其几何尺寸与精度及各种性能指标要求，力求设计出价廉物美、坚固耐用、

31、令人喜爱的塑件来。塑件的基本结构有工艺结构、功能结构及造型结构三部分组成。其中功能机构设计是核心，工艺结构和造型结构设计是在满足功能结构设计基础上进行的设计。在设计塑件时应当把这三种结构的设计有机地结合起来，已达到较好的设计效果。1.1.5塑料成型模具的分类不相同的塑料成型方法，要求使用不同原理和结构特点的成型模具。按成型加工方法的不同，塑料成型模具分为以下几类：（1）注塑成型模具：塑料先在注塑机的加热料筒中受热熔融，然后在注塑机螺杆或活塞的推动下，经喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔，最后在型腔中硬化定型，这就是注射成型的简单过程，而注塑成型所用的模具就叫注塑成型模具。注塑模具主要用于热塑性塑

32、料制品的成型，不过近年来亦越来越多用于热固性塑料的成型。注塑成型在塑料制品的成型中占有极大的比例，因而塑料成型模具的生产中约有一大半都是注塑模具。（2）挤出成型模具：又叫作机头。让处于粘流状态的塑料在高温高压下通过具有特定截面形状的口模，然后在较低温度下冷却定型，用来生产具有所需截面形状的连续型材的成型方法叫挤出成型，而用于塑料挤出成型的模具就叫挤出成型模具。（3）中空制品吹塑成型模具：把挤出或注塑出来的尚处于塑化状态的管状坯料，趁热放入模具成型腔内，立即在坯料中心通入压缩空气，使管坯膨胀并紧贴在模具型腔壁上，冷却硬化后就成了中空制品。这种成型方法所用的模具就是中空制品吹塑成型模具。（4）真空

33、或压缩空气成型模具：这是一个单独的阴模或阳模。将预先制成的塑料片材四周紧压在模具周边上，加热使其软化，然后在紧靠模具的一面抽真空，或在反面充压缩空气，让塑料片材紧贴在模具上；冷却定型后就得到了制品。这种成型方法的模具受力较小，要求不高，甚至可以用非金属材料制作。（5）压制成型模具：简称压模。将塑料原料直接加入敞开的模具型腔中，再将模具闭合，塑料在热与压力的作用下成为流动状态并充满型腔；然后由于化学或物理变化使塑料硬化定型，这种方法就叫压制成型，而所用的模具叫作压制成型模具。这种模具大多用于热固性塑料的成型加工，也有用于热塑性塑料的。另外还有不加热的冷压成型压制模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。（6

34、）压铸成型模具：又称传递成型模具。将塑料原料加入预热的加料室，然后向压柱施加压力，塑料在高温高压下熔融，并通过模具的浇注系统进入型腔，逐渐硬化成型，这种成型方法叫作压铸成型，所用的模具叫压铸成型模具。这种模具多用于热固性塑料的成型。除此之外，还有泡沫塑料成型模具、玻纤增强塑料低压成型模具等等。1.2塑件的结构设计 功能结构设计塑件设计的核心问题，是要保证其使用功能要求。在充分分析塑件使用功能的基础上确定塑件的整体结构、各组成部分几何形状、尺寸、材质和外观要求及强度等。塑件的结构，应在满足其功能要求的前提下，力求简单、可靠。因为简单的塑件结构容易满足其功能要求，达到经济、适用、安全的目的。在设计

35、塑件时，应当了解它是单独使用，还是与其它零件组合起来使用，在使用过程中它的主要功能和辅助功能是什么。如果它是与其它零件组合起来使用，那么它的哪些部分、结构形状、尺寸受其它零件制约、不可变动，哪些部分可通过直观判断、试验后加以修正。1.2.2 工艺结构设计要想获得合格的塑料制件，除合理选用塑件的原材料外，还必须考虑塑件的结构工艺性。只有塑件结构设计满足成型工艺要求，才能设计出合理的模具结构，达到提高生产率和降低成本的目的。在塑件功能结构设计的基础上，为实现加工制造的可能性和简捷性，必须进行工艺结构设计。因此，在设计塑件时，要选择合适的材料，以保证在使用过程中的可靠性及加工过程中的可行性，用以确定

36、成型方法及成型工艺对塑件提出的工艺结构要求。塑件工艺结构设计的主要内容如下：塑件内外侧壁应有恰当的脱模斜度，内外表面结合处，加强筋端部和根部等以及所有能允许设计圆角的地方均应设计成圆角。塑件壁厚要均匀，加强筋、凸台、支撑面、边缘、底部形状的设计要保证其强度，利于其成型和脱模。金属嵌件要满足塑件使用功能要求，与塑件连接牢固性要求，成型时便与在模具中装固，成型后容易从模具中脱出。塑件表面的花纹、图案、文字、符号等的设计要考虑成型与脱模、使用中的损伤、模具加工等问题。此外处于塑件外形轮廓最大部分得分型线痕迹，不影响其工作特性及表观质量。因此在塑件工艺结构设计时，要充分了解其在使用中的机能，又要熟悉材

37、料的性能特点，成型工艺过程及特点。只有正确的工艺结构设计，才能保证塑件顺利成型、脱模，确保塑件质量，避免塑件在成型中出现裂纹、凹陷、气孔、银纹、等一系列成型缺陷，增强塑件的使用中的可靠性及持久性。 造型结构设计塑件造型设计是指按照美的法则，如对比与调合、概括与简单、对称与平衡，安定与轻巧、尺寸与比例、主从、比拟、联想等对塑件外观形状、图案、色彩及其相互的结合进行设计，通过视觉给人以美的感觉。工业制品的结构设计，是一门技术与艺术相结合的多元交叉科学。塑件制品种类繁多，外形也千奇百怪。对于这些制品，都要通过外部造型设计加以装饰美化。因为人们通常都是在满足功能要求下，总是喜欢购置外形美观的制品，因为

38、外形设计独特的制品更容易吸引观众的眼球。对于单独使用的塑件或壳体制品，一定要认真的进行造型设计，以满足其使用机能要求，是现代制品设计的根本目的，满足人的心理需要是制品使用功能设计的根本依据。“实用、经济、美观”是制品造型设计的基本原则。使人们在使用塑件时有一种美的享受，同时又能保证使用者在使用它时感到方便、安全、可靠、舒适。小结 ： 本章主要讨论了塑料注射模的现状和发展趋势。塑料的工艺特性和成形特点等，还介绍了模具生产制造的特点和模具的功能结构、工艺结构、造型结构的一些情况。2章 塑件的结构分析与成型工艺设计2.1塑件的结构分析塑件的外型分析塑件如图2.1所示图2.1 塑件图塑件是塑料圆盒的主

39、视图。塑件底部有外螺纹，因此要选用侧向抽芯的模具结构。因为有侧向抽芯，所以最合适的结构就是采用一模一件的结构来设计。从结构看，该塑件可用于外壳，化学容器等。塑件材料(PS)分析 选材在设计过程中是个关键步骤，对于指定部件的选材，最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能，同时还要考虑诸如部件的特点和禁忌、使用时的外界条件、临界条件、使用寿命和使用方式、维修方法、制品尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、生产数量、生产速度、成本、原料来源和经济效益等等。这些因素包括两方面，一方面是使用环境介质和环境条件，如构件承受的负荷和自重，冲击和振动等机械作用的影响；接触的气体、液体、固体及化学药品；曝露

40、的大气环境 (气温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气体等)的影响；贮存环境条件和长期贮存的的影响；此外，除静态破坏影响外，还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩等引起的变形、应力松弛以及反复应变而引起的疲劳，高应变率引起的力学性能变化等等。另一方面是搬运、勤务处理或操作时，制品可能遭到外力作用，甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑这些因素才能明确所要求的综合性能。从圆盒的结构性能和用途及成型等各方面考虑，它需要的材料是耐化学品性良好，能耐矿油、有机酸、碱盐等。且流动性好，易于加工成型，染色性好，无毒无臭。聚苯乙烯正好符合性能方面的要求，因此，选用聚苯乙烯（PS）。聚苯乙烯是以苯乙烯为原料，用悬浮法聚

41、合制成，即苯乙烯以水为介质，碳酸镁、磷酸钙等为主要分散剂，顺丁烯二酸酐苯乙烯共聚物，钠盐为分散剂，于150°C高温或85°C下，以过氧化二苯甲酰引发聚合，再经洗涤，离心干燥即得成品。聚苯乙烯（PS）的性能和成型特点1、基本特性聚苯乙烯是仅次于聚氯乙烯和聚乙烯的第三大塑料品种。聚苯乙烯无色透明、无毒无味，落地时发出清脆的金属声，密度为1.054g/m3 。聚苯乙烯的力学性能和聚合方法、相对分子质量大小、定向度和杂质量有关。相对分子质量越大，机械强度越高。聚苯乙烯有优良的电性能（尤其是高频绝缘性能）和一定的化学稳定性。能耐碱、硫酸、磷酸、10%30%的盐酸、稀醋酸及其他有机酸，

42、但不耐硝酸及氧化剂的作用。对水、乙醇、汽油、植物油及各种盐溶液也有足够的抗腐蚀能力。能溶于苯、甲苯、四氯化碳、氯仿、酮类和脂类等。聚苯乙烯的着色性能优良，能染成各种鲜艳的色彩。但耐热性低，热变形温度一般在7098°C，只能在不高的温度下使用。质地硬而脆，有较高的热膨胀系数，因此，限制了它在工程上的应用。近几十年来，发展了改性聚苯乙烯和以聚苯乙烯为基体的聚合物，在一定程度上克服了聚苯乙烯的缺点，又保留了它的优点，从而扩大了它的用途。PS塑料的主要技术指标如下表2.1表2.1 PS塑料的主要技术指标密度（克/厘米³）1.041.06比体积（厘米³ / 克）0.940.

43、96吸水率（%）0.030.05收缩率(%)0.60.8熔点()131165热变形温度()0.46 Mpa 1.85MPa6596抗拉屈服强度(MPa)350630拉伸弹性模量(MPa)2.83.5×10³抗弯强度(MPa)610980冲击韧度( 牛·分米/厘米² )无缺口缺口0.540.86硬度(HB)M6580体积电阻系数（欧姆·厘米）>10击穿电压（千伏/毫米）19.727.52、成型特性（1）无定形料，吸湿性小，不易分解，性脆易裂，热膨胀系数大，易产生内应力。（2）流动性较好，溢边值0.03毫米左右，防止出飞边。（3）塑件壁厚应均

44、匀，不宜有嵌件，（如有嵌件应加热），缺口，尖角，各面应圆滑连接。（4）可用螺杆或是柱塞式注射机加工，喷嘴可用直通式或是自锁式。（5）宜用高料温，模温，低注射压力，延长注射时间有利于降低注射内压力，防止缩孔和变形，但料温高易出银丝，料温低或脱模剂多则透明性差。（6）可以采用各种形式进料口，进料口和塑件应圆弧连接，防止去除浇口时损坏塑件，脱模斜度应在2°以上，顶出均匀以防止脱模不良发生开裂变形等，可用热浇道结构。3、主要用途电子电器：可用于制造电视机录音机及其各种电器仪表零件、壳体、高频电容器等。建筑方面：用于公用建筑透明部件、光学仪器和透明模型的生产，如灯罩、仪器罩壳、包装容器等。日常

45、用品：梳子、盒子、牙刷柄、圆珠笔管、学习用具，儿童玩具等。其他方面：可用于发泡制作防震、隔音。保温、夹心结构材料，电冰箱、火车、船，飞机等也用他来作隔热隔音，还可以用来做救生圈。确定塑件收缩率模具型腔和型芯的加工尺寸除了计算基本尺寸之外，还有一个加工公差的问题。按照惯例，模具的加工公差为塑件公差的1/3。但由于塑料收缩率范围和稳定性各有差异，首先必须合理化确定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就可能出现大量尺寸超差的废品。 由于该制件制件精度要求不高，故考虑成型收缩率为塑料的平均收缩率0.7。壁厚的确定塑件壁厚对成型工艺的影

46、响很大。合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求，壁厚过小，成型时流动阻力大，大型复杂塑件难以充满型腔。塑件壁厚的最小尺寸应满足以下几方面要求：具有足够的强度和刚度;脱模时能经受推出机构的推出力而不变形；能承受装配时的紧固力。壁厚过大，不但造成原料的浪费，对热塑性塑料则增加了冷却时间，降低了生产率，另外也影响了产品的质量，如产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。由于同一塑料零件的壁厚应尽可能一致，设计要求给出圆盒外壳和槽的壁厚为2mm，查表得属于范围内可取。塑件的脱模斜度为了便于塑件从模具型腔中取出或从塑件中抽出型芯，设计时应考虑塑件的内外壁具有足够的脱模斜度。最小脱模斜度与塑

47、料性能、收缩率的大小、塑件的几何形状有关。塑件冷却时的收缩会使它包紧住模具的型芯或型腔中的凸起部分，因此，为了便于从塑件中抽出型芯或从型腔中脱出塑件，防止脱模时拉伤塑件，在设计时，必须使塑件内外表面留有足够的脱模斜度，在模具上即称为脱模斜度。脱模斜度取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率。查表得到聚苯乙烯所需的脱模斜度为一般取502°，因此取型芯和型腔的脱模斜度均为2°。2.1.7圆角的设计在塑件的设计过程中，为了避免应力集中，提高塑件的强度，改善熔体的流动情况和便于脱模，在塑件各内外表面的转角连接处，均应采用圆弧过渡。此外，有了圆角，模具在淬火或使用时不致应力集中而开裂。塑

48、件无特殊要求时,各连接处均应有半径不小于0.51mm的圆角，一般内外圆弧半径R1均为壁厚t的1.5至2.5倍。故外圆角为半径设为5mm，内圆角半径为3mm。2.1.8侧向活动镶件设计塑件侧向有外螺纹圆环，用侧向抽芯机构很难实现抽芯的目的。只能采用带有相配合内螺纹的两个半圆环活动镶件，并用弯销来完成镶件的推出和复合运动。采用活动镶件结构形式的模具，其优点不仅省去了斜导柱、滑块等复杂结构的设计与制造，使模具外形缩小，大大降低了模具的制造成本，更主要的是在某些无法安排斜滑块等结构的场合，便可采用活动镶件形式。活动镶件在模具中应有可靠的定位，与塑件还应牢固的连接，它与安装孔之间一般有35mmH8/f8

49、配合，然后在下部制出3°5°的斜度。另外为了使活动镶件在没有完全到位而发生事故时减少对型腔的损坏，活动镶件的硬度应略低于型腔的硬度。结构如下图2.2图2.2 侧向分型结构右孔的设计在设计塑件中孔的位置时，应不致影响到塑件的强度，并应尽量不增加模具制造的复杂性。此塑件上没有成型孔，所以不用考虑设计孔的要求。2.2注射模设计与成形工艺注射模简介塑料注射成形所用的模具称为注射成形模具，简称注射模。塑料的注射成形过程是借助于注射机内的螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定得压力和速率注射到闭合的模具型腔内，经冷却、固化。定型后开模而获得制品。注射模组成注射模由动模和定模两部分组

50、成。动模安装在注射机的移动工作台上，定模安装在注射机的固定工作台面上。动模和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、固化和定型。通常要求注射模分开后，制品滞留在动模一侧，由设置在动模内的脱模机构将制品从模内推出。（1） 成形零部件：指构成模具型腔、直接与塑料熔体相接触并成形制品的模具零件或部件。（2） 浇注系统（3） 导向和定位机构（4） 脱模机构（5） 侧向分型抽芯机构（6） 温度调节系统（7） 排气系统2.3注射成形工艺包括成形前的准备、注射过程和制品的后处理。注射成形前的准备1、原料的检验和预处理在成型前应对原料进行外观和工艺性能检验，包括色泽、粒度及均匀性、流动性、热稳

51、定性、收缩性、水分含量。必要时应对塑料的工艺性能进行测试。聚苯乙烯虽然吸水性不强，经验上往往要进行干燥处理。2、嵌件的预热成型前对金属嵌件预热也是一种有效的措施。嵌件的预热应根据塑料的性能和嵌件的大小而定。弯销滑块算是比较大的嵌件，所以要进行预热，预热的温度可达150°C.以减小塑料熔体与金属嵌件之间的温度差。3、料筒的清洗或拆换在注射成型前，如果注射机料筒中残存的塑料不同或颜色不一致时，一般要进行清洗。对于螺杆式注射机通常使用直接换料清洗，通过连续对空注射，直至排尽同内残料；常用的清洗剂有硬脂酸锌、硅油、蓖麻油等。4、脱模剂的选用为了使制品容易从模具内脱出，还需要对某些模具的型腔喷

52、涂脱模剂。常用的脱模剂有硬脂酸锌、液体石蜡和硅油等。本例脱模剂选用液体石蜡脱模剂。注射过程注射的过程包括：加料、塑化、注射、保压、冷却、脱模。但就塑料注射成型中的实质变化来说，分为塑料的塑化、熔体充满型腔和冷却定型三大过程。1、加料加料是指塑料原料由注射机料斗落入到料筒内的过程。在一定时间内定量将塑料加入到料筒中，以保证操作稳定塑料塑化均匀，最终获得良好的塑性。若加料过多，受热时间过长容易引起物料的热降解，同时注射机的损耗功率增多；若加料过少，料筒内缺少传压介质，型腔中塑料熔体压力降低，难于补缩，塑件容易产生收缩，凹陷及机械强度降低等缺陷。2、塑料的塑化塑化指塑料在料筒内加热，由固体粉料或粒料

53、转换成粘流态，并使其具有良好可塑性的均匀熔化过程。塑化进行得如何关系到塑料制品得产品质量。对塑化的要求是：在规定时间内塑化除足够数量的熔融塑料。塑料熔体在进入塑料模腔之前应达到规定的成型温度。而且熔融各点的温度应均匀一致，避免局部温度过高或过低。3、熔融充满型腔（注射充模）与冷却定型是指塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，通过模具浇注系统注入模具型腔的过程。该过程的时间不长，但要合理地控制过程的温度、压力、时间等条件，对获得良好塑性却很重要。根据塑料熔融进入型腔的变化情况，又可分为充模、压实、倒流和浇口冻结后的四个冻结阶段，在这过程中，温度总的是下降趋势。（1）充模：是指将塑化好的

54、塑料熔体在螺杆的推动下，经注射机喷嘴及模具浇注系统注入模具型腔并充满型腔。这一阶段的变化是：当熔体未注入模具型腔前，型腔内的压力基本为0，待型腔充满熔体时压力达到最大值。若慢速则各向异性显著；若快速，则熔接强度较高。（2）压实：这一阶段是从熔体充满型腔时起至螺杆开始退回时为止。在注射机螺杆的推动下熔体依然保持压力进行补料，使料筒中的熔料继续进入型腔，以补充型腔中塑料收缩的需要。目的是为了减少收缩率。在这段时间内型腔内的熔体的压力依然为最大值。（3）倒流：这一阶段是从螺杆开始后退时起至浇口处熔体冻结时为止。这时型腔内熔体的压力比浇注系统流道内压力高。，导致型腔内熔体通过浇口向浇注系统倒流，从而使

55、型腔内熔体的压力迅速下降。倒流一直持续到浇口熔料冻结为止。（4）冷却：目的是冷却和硬化。是指从浇口处塑料完全冻结起到塑件脱模时取出时为止。这时模具型腔内的塑料继续冷却并凝固成型。脱模时，塑件应具有足够的强度。冷却时，随着温度的继续下降，型腔内的塑料体积收缩，压力也逐渐下降。开模时，残余应力（型腔内的压力与外界大气压压力之差）要尽量趋向于0。塑料制品的后处理由于塑化不均匀塑料内部存在不可避免的一些内应力。而内应力的存在导致制品在使用过程中容易产生开裂，因此应该设法消除。通过后处理可以改善制品的性能和提高制品尺寸的稳定性。塑件制品后处理主要是指调湿处理。调湿处理是将塑件放在一定温度的液体介质静止一

56、段时间，在隔绝空气的条件下，加快塑料的吸湿平衡以尽量稳定塑料的性能及其形状的处理过程。调湿处理的目的是防止氧化，主要液体介质是液体聚碳酰胺。调湿处理还可以消除残余内应力，还可以起到增塑剂的作用，从而改善塑件的柔韧性，使其冲击强度和拉伸强度增强。2.4塑件的工艺分析1、成型工艺类型的选择塑料的的种类很多，其成型的方法也很多，有注射成型、压缩成型、压注成型、挤出成型、气动与液压成型、泡沫塑料的成型等。注射模塑又称为注射成型，是热塑性塑料制品生产的一种重要方法。除少数热塑性塑料外，几乎所有热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑料制品。注射模塑不仅用于热塑性塑料的成型，而且还用于热固性塑料的成型。压缩模塑又称为模压成形或压制。它的方法是先将粉状、粒状、碎屑状或纤维状的塑料放入成型温度下的模具加料腔中，然后合模加压，使其成型并固化，从而获得所需要的塑料制品。压注成型又称传递成型，它是在压缩成型基础上发展起来的一种热固性塑料的成型方法。其工艺过程与压缩成型工艺基本相同。挤出工艺又称挤出模塑或挤出成型。它在热塑性塑料成型中，是一种用途广泛、所占比例很大的加工方法。聚苯乙烯为热塑性材料，所以选用注射成型的工艺。2、注射机的选