注塑成型工艺及模具设计发展趋势【文献综述】

1、毕业设计开题报告机械设计制造及自动化注塑成型工艺及模具设计发展趋势1前言部分1. 1模具工业的地位用模具生产的塑料制品（简称塑料）具有高精度、高复杂程度、高一致性、 高生产率和低消耗等特点，因此广泛用于仪器、仪表、家用电器、汽车行业。模 具又是“效益放大器”，用模具生产的最终产品的价值，往往是模具价值的几十 倍、上百倍。模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。美国工业界认为“模具工业是美国工 业的基石”，日本则称“模具是促进社会繁荣富裕的动力” 。1 1.2我国模具现状分析整体来看，中国塑料模具无论是在数量上，还是在质量、技术和能力方面都

2、 有了很大进步，但与国民经济发展的需求、世界先进水平相比，差距人很大。一 些大型、精密、复杂、长寿命的中高档塑料模具每年人需要大量进口。在总量供 不应求的同时，一些低档塑料模具却供过于求， 市场竞争激烈，还有一些技术含 量不太高的中档塑料模具也具有供过于求的趋势。2中国模具塑料行业和国外先进水平相比，主要存在以下问题：1发展不平衡，产品总体水平较低。生产方式和企业管理等的总体水平与 国外工业发达国家相比尚有10年以上的差距。2工艺装备落后，组织协调能力差。3大多数企业开发能力弱，创新能力明显不足。4供需矛盾短期难以缓解。5体制和人才问题的解决尚需时日。在信息化代工工业发展的今天，我们既要看到成

3、绩，又要重视落后，要抓住 机遇，采取措施，在经济全球化趋向日渐加速的情况下，尽快提高塑料模具水平， 融入到国际市场中去，以促进中国模具行业的快速发展。22主题部分塑料成型方法塑料概念塑料为合成的高分子化合物聚合物（polymer） ,又可称为高分子或巨分 子（macromolecules）,也是一般俗称的塑料（plastics ）或树脂（resin ）,可 以自由改变形体样式。是利用单体原料以合成或缩合反应聚合而成的材料， 由合 成树脂及填料、增塑剂、稳定剂、润滑剂、色料等添加剂组成的。塑料特点及分类1大多塑料质轻，化学性稳定，不会锈蚀；2耐冲击性好；3具有较好 的透明性和耐磨耗性；4绝缘性好

4、，导热性低；5 一般成型性、着色性好，力口 工成本低；6大部分塑料耐热性差，热膨胀率大，易燃烧；7尺寸稳定性差， 容易变形；8多数塑料乃低温型差，低温下变脆；9容易老化；10某些塑料 易溶于溶剂。根据名种塑料不同的使用特性，通常将塑料分为通用塑料、工程塑料 和特种塑料三种类型。根据各种塑料不同的理化特性，可以把塑料分为热固性与热可塑性二 种类型，前者无法重新塑造使用，后者可一再重复生产。塑料成型方法塑料成型时指讲各种形态的塑料（粉料、粒料、溶液）制成所需要形状的塑 件或坯件的过程。成型的种类很多，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，其中前四种方法最为常

5、用。1注射成型注射成型又称注塑成型，是热塑性塑料的主要成型方法之一， 也适应部分热 固性塑料的成型。其原理是将粒状或粉状的原料加入到注射机的料斗里，原料经加热融化呈流动状态，在注射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，在模具型腔内硬化定型，如图 2-1为注射成型原理图。图2-1注射成型原理图18实质上，塑料的注射成型过程归纳起来就是塑化、注射和模塑三个过程，其工艺流程图如图2-2。图2-2塑料注射成型工艺流程框图注射成形过程中，一些主要因素将直接影响成形操作和制品的品质。 这些主 要因素是成形温度（包括料筒温度、喷嘴温度和模具温度）、注射压力、速度及 成形周期。3注射成型

6、工艺的优点有：能一次成型外形复杂、尺寸精确的塑料制件；可利 用一套模具。成批的制得规格、形状、性能完全相同的产品；生产性能好、成型 周期短、可实现自动化或半自动化作业；原材料损耗小、操作方便。成型的同时 产品可取得着色鲜艳的外表等。挤出成型挤出成型又称挤塑成型，主要适合热塑性塑料的成型，也适合部分流动性较 好的热固性和增强塑料的成型。其成型过程是利用转动的螺杆，讲被加热熔融的 热塑性原料，从具有所需截面形状的机头挤出， 然后由定型器定型，再经过冷却 器使其冷硬固化，成为所需截面的产品。如图2-3为挤出成型原理示意图。挤出 模口的截面形状决定了挤出制品的截面形状， 单挤出后的制品由于冷却、受力等

7、 各种因素的影响，制品的截面形状和模头的挤出截面形状并不是完全相同的。图2-3挤出成型原理图18通常挤出成形过程包括塑化、挤出成形和冷却定型3个阶段。挤出成型的主 要技术参数是温度、压力、和挤出速率等。挤出成型的工艺优点有：设备成本低；占地面积小、生产环境清洁、劳动条 件好；操作简单、工艺过程容易控制、便于实现连续自动化生产；生产效率高； 产品质量均匀、致密；通过改善机头口模可成型各种断面形状的产品或半成品。压制成型压制成型主要用于热固性塑料的成型，根据成型物料的形状和加工设备及工 艺的特点，压制成型课分为模压成型和层压成型两种。1模压成型模压成型又称压缩模塑，是热固性塑料和增强塑料成型的主要

8、放喝。具工艺 过程是将原料在已加热到指定温度的模具中加压，使原料熔融流动并均匀地充满 模腔，在加热和加压的条件下经过一定的时间， 使原料形成制品。如图2-4为模 压成型原理示意图。酚醛、尿素甲醛和密胺都是典型的模压材料。 模压成型制品 质地致密、尺寸精确、外观平整光洁、无浇口痕迹、稳定性好。模小成型除胖国帙也就继中鼐程W模小成型除胖国帙也就继中鼐程W图2-4模压成型原理示意图2层压成型层压成型时以片状或纤维状材料作为填料， 在加热、加压条件下把相同或不同的材料的两层或多层结合为一个整体的方法。层压成型的制品质地密实、表面 平整光洁。层压成型工艺由浸渍、压制和后加工处理三个阶段组成， 多用于生产

9、 增强塑料板材、管料、棒材及模型制品等。压延成型压延成型广泛用于热塑性塑料的成型。压延成型时塑料原料通过一系列加热的压辗，使其在挤压和展延作用下连接成为薄模或片材的方法。如图2-5为压延成型原理图。图2-5图2-5压延成型原理图压延成型的优点有：产品质量好、生产能力大、课自动化连续生产；缺点是 压延成型设备庞大、精度要求高、辅助设备多、制品宽度受压延机辗筒长度限制。 压延成型多用于生产pvca质薄模、薄板、片材、人造革、壁纸、地板革等。压 延成型所采用的原料主要是聚氯乙烯、纤维素、改性聚苯乙烯等。吹塑成型吹塑成型是将从挤出机挤出的熔融热塑性原料， 夹入模具，然后向原料内吹 入空气，熔融的原料在

10、空气压力的作用下膨胀， 向模具性墙壁面贴合，最后冷却 固化成为所需产品形状的方法。吹塑成型分为薄模吹塑盒中空吹塑两种，主要用于制造塑料薄膜、中空塑料 制品（瓶子、包装桶、吹壶、邮箱、罐。玩具等）。用于吹塑成型的树脂有聚乙 烯、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚丙烯、尼龙等材料。1薄膜吹塑是将熔融塑料从挤出机机头口模的环形间隙中呈圆筒形管挤出，同时从机头中心孔想薄管内腔吹入压缩空气， 将薄管吹胀成直径更大的管状 薄膜（俗称炮管），冷却后卷取。薄膜吹塑成型主要用于塑料薄膜。2中空吹塑中空吹塑成型时借助气体压力，将闭合在模具型腔中的处于类橡胶态的型坯 吹胀成为中空制品的二次成型技术， 是生产中空塑料制品的方法，

11、中空吹塑成型 按型坯的制造方法不同，有挤出吹塑、注射吹塑、拉伸吹塑。挤出吹塑：挤出吹塑成型是用挤出管状型坯，趁热讲其夹在模具模腔内并封 底，再向管坯内腔通入压缩空气吹胀成型。如图2-6为挤出吹塑机械及成型过程。图2-6挤出吹塑成型示意图四2 .3塑料制品设计制品设计是指制品的形状、结构和使用性能的科学预测和判定， 在准确了解 所用材料特性的基础上，制定出制作制品的具体方法和程序。塑料制品由于所用材料各具特点，加工方法也互有差异，所以其性能就必然 受到材料性质和成型调教的极大影响。 不仅如此，塑料制品的性能还与使用环境 密切相关。为了更好地达到制品设计的目的，就必须收集和整理尽可能吩咐的有 关资

12、料，进行全面的科学的分析研究。6塑料制品的设计从拟定计划到完成，大致经过十个步骤：1数据收集；2提出质量要求；3预测需求量；4成型方法和树脂的 选择；5设计方案的制定及草图的绘制；6成本和性能的研究；7对于设计 图的审查论证;8制品设计图的认可；9制品的检验；10质量跟踪和数据存 储。6塑料制品的设计必须考虑一下因素：1塑料的性能 塑料制品的设计与塑料的物理性能和工艺性能有密切关 联。2成型方法 塑料制品的设计要求视成型方法而论。3模具结构和制造工艺性 塑料制品的设计应有利于模具结构的简化和制 造。塑料制品设计的主要内容包括塑料制品的几何形状，尺寸精度和表面质量。塑料制品的几何形状包括形状、壁

13、厚、脱模斜度、加强筋、支撑面、圆角。孔。螺纹、嵌件等。形状塑料制品应尽量避免侧壁凹槽或与制品脱模方向垂直的孔，这样可避免采 用瓣合分型或侧向抽芯等复杂的模具结构和使分型面上留下飞边。为改进前的塑料制品结构，需采用侧向抽芯或瓣合分型凹模结构； 为经殆尽后的塑料制品的结 构，课采用整体式凹模结构。这样使模具结构得以简化。19塑料制品的形状还要有利于提高制品的强度和刚度，如果将塑料制品设计 成球面或带凸缘形状。壁厚塑料制品的壁厚主要取决于塑料制品的使用条件。但是壁厚的大小对塑料 成型影响很大，因此必须合理选择。壁厚国小则成型时流动阻力大，对大型复杂塑料制品就难以充满型腔，为 期不能保证塑料制品的强度

14、和刚度；壁厚过大则浪费原料，增加塑料制品的成本， 而且会增加成型时间和冷却时间，降低生产率，容易造成气泡，缩孔等缺陷。壁厚大小主要与塑料品种，塑料制品大小及成型工艺条件等因素有关，对 于热固性塑料，壁厚一般去 1.62.5mm大型塑件取3.28mm对于热固性塑料，薄壁塑料制品易于成型，但是壁厚一般不小于0.60.9mm常选取46mm 塑料制品的壁厚一般应力求均匀，否则会因此固化或冷却速度不同而引起收缩不均匀，产生内应力，导致塑料制品产生翘曲变形或缩孔。5-7脱模斜度为了便于脱模，所设计塑料制品的内外壁应有足够的脱模斜度。 脱模斜度的 大小与塑料性能，塑料收缩率，塑料制品的形状和壁厚等因素有关。

15、在具体选择脱模斜度时应注意以下几点：塑料制品精度要求高，应选用较小的脱模斜度。塑料制品尺寸较高的部位，应选用较小的脱模斜度。塑料制品形状复杂，不易脱模，应选用较大的脱模斜度。塑料制品脱模后要求留在型芯一边，则塑料制品内表面的脱模斜度应比外 表面小，反之，塑料制品脱模后要求留在型芯一边， 则塑料制品外表面的脱模斜 度应小于内表面。5-7取斜度的方向，一般内孔以小端为准，符合图样要求，斜度由扩大方向取得； 外形以大端为准，符合图样要求，斜度由缩小方向取得。在一般情况下，脱 模斜度不包括在塑件制品公差范围内。4力口强筋为了确保塑料制品的强度和刚度而又不至于使制品的厚度过大，可在塑料制品适当位置上设置

16、加强筋。沿料流方向的加强筋能降低塑料的充模阻力。以塑件的整个地面做支撑面容易引起翘曲变形， 为改善这种缺陷，通常以底 角或凸边来做支撑面；凸台是用来增强孔和装配附件的凸出部分的， 设计时应该 避免台阶突然过渡和尺寸过小；薄壳状的塑料壳制成球面或拱曲面， 这样也可以 有效地增加刚性和减小变形。52.4注塑模具的发展注射模的构成注射模的结构种类很多，其基本结构都是由动模和定模两大部分组成。定模 部分安装在注塑机的固定模板上，动模安装在注射机的移动模板上，在注射成型 过程中它随注塑机的合模系统运动。 注射成型时，动模部分和定模部分由导柱导 向而闭合，塑料熔体从注塑机喷嘴经模具浇注系统进入型腔。注塑成

17、型冷却后开模，一般情况下塑件留在动模上与定模分离， 然后利用模具推出机构将塑件推出 模外。根据模具上个零部件所起的作用，一般注塑模具有以下几个部分组成：1成型零部件。成型零部件是指动定模有关部分有关成型腔的零件。如成型塑件内表面的凸模和成型塑件外表面的凹模以及各个成型杆，螺纹型芯，螺纹型环，厢镶件等。2浇注系统。浇注系统是熔融塑料从注塑机喷嘴进入模具型腔所流经的通 道，它包括主流道、分流道、浇口、冷料穴等。3推出机构。在开模过程中将塑件及浇注系统凝料推出或拉出的装置，又 称脱模机构。推出机构是注塑模具的重要组成部分， 主要由推出零件、推出零件 固定板和推板、推出机构的导向和复位部件等组成。4侧

18、向分型与抽芯机构。当塑件的侧向有凹凸形状的孔或凸台时，在开模 推出塑件之前必须先把成型塑件侧向凹凸形状的瓣合模块或侧向型芯从从塑件 上脱开或抽出，塑件才能顺利脱模。5合模导向机构。常用的合模导向机构是由导柱和导套组成，对于深腔薄 壁塑件，除了采用导柱导套外，还常采用锥面导向、定位机构，推出机构也设有 导向零件，一面推板运动时发生偏移，造成推杆的弯曲和折断或顶坏塑件。6支撑零件。用来安装固定或支承成型零部件及各部分机构的零件成为支 承零部件。支承零部件组装在一起，可以构成注塑模具的基本骨架。7加热和冷却系统。加热和冷却系统亦称温度调节系统他是为了满足注射 成型工艺对模具温度的要求而设置的，具作用

19、是保证塑料熔体的顺利充型和塑料 的固化定型。注塑模具中式设置冷却回路还是设置加热装置要根据塑料的品种和 塑料成型工艺来确定。冷却系统一般在模具中开设冷却水道，加热系统则在模具 内部或四周安装加热元件。8排气系统。在注射成型过程中，为了将型腔中的空气及注射成型过程中 塑料本身挥发出来的气体排出模外，以避免他们在塑料熔体充型过程中气孔或充 不满等缺陷，常常需要开设排气系统。排气系统通常在分模面上有目的的开设几 条排气沟槽，许多模具的推杆或活动型芯与模板之间的配合间隙可起到排气作 用，小型塑料制件的排气量不大，因此可以直接利用分型面排气。模具设计与制造的发展趋势模具设计是决定模具开发制作能否成功的先

20、决条件。 模具设计长期以来是一 直依靠人的经验和机械制图来完成。自从20世纪80年代我国发展模具计算机辅 助设计技术以来，这项技术已被大家认可，并且得到越来越快的发展，在模具制 造中显出了巨大的优越性。90年代开始发展的模具计算机辅助工程分析CAE技术现在也已有许多企业应用，他对缩短模具制造周期及提高模具质量有着显著作 用，现在CA成术以从二维设计发展到三维设计，并在各领域有广泛的应用。模具设计及CAD CA承件今后将在下列几方面得到发展及提高。15161模具设计资料库和知识库系统。2模具工程规划及方案设计。3模具材料和标准件的合理选用。4模具刚性、强度、流道及冷却通路的设计。5塑料模具成型过

21、程的各种模拟分析， 如注塑成型，包括塑料充模、保压、 冷却、翘曲、收缩、纤维取向等模拟分析、热传导和冷却过程的分析、凝固及应 力分析等。计算浇注系统及模腔的压力场、温度场、速度场、剪切应变速率场和 剪切应力场的分布并分析其结果是非常复杂和费时的。这一模拟技术已从中面流技术发展到了双面流技术，不久即可发展到既正确又快速的实体流技术，用于开发满足塑料虚拟制造要求的三维注塑流动模拟软件。6冲压模金属成型过程的模拟、起皱及破裂分析、应力应变和回弹分析等。7压铸模压铸件成型流动模拟，热传导及凝固分析等。8锻模锻件成型过程模拟及金属流动和填充分析等。9提高设计和分析软件的快速性、智能化和集成化水平，并强化

22、他们的功能，以适应模具的不断发展。5在我国模具共分10大类46小类。不同类型的模具具有不同的加工方法。同类模具业可以用不同加工技术去完成。数控和计算机技术的不断发展使他们在众 多模具加工方法中得到越来越广泛的应用。在工业产品品种多样化、个性化越来 越明显，产品跟新换代越来越快，市场竞争越来越激烈的情况下，用户对模具制 造的要求视交货期短、精度高、质量好、价格低。这就是给模具加工技术提出了 发展方向。目前比较明显的发展方向主要有以下几个方面。101高速铳削技术高速加工是切削加工工艺的革命性改变。从技术角度看，高速铳削正与超精 加工。干硬切削加工相结合，开辟了以铳代磨的新天地，并极大地减轻了模具的

23、 研抛工作量，缩短了模具制造周期。因此可以预计我国企业将会越来越多地应用 高速铳削技术。问172电火花加工技术电火花加工（EDM在复杂型面，深窄小型腔、尖角、狭缝、沟槽、深坑等 处的加工具有其他加工技术无可比拟的优点。，同时较之铳削加工，EDM更易实 现自动化。3快速原型制造和快速制模技术（RPM/RMT金属模具快速快速制造技术的目标是直接制造课用于工业化生产的高精度耐久金属硬模。间接法制模的关键技术是开发短流程工艺， 减少精度损失，降低 成本的层积和表面光整技术的集成。 从模具的概念设计到制造完成，他仅为传统 加工方法所需时间的1/3和成本的1/4左右，因此具有广阔的发展空间。要进一 步提高

24、RMT!活素的竞争力，需要开发数据处理和数据生成更容易、 高精度、尺 寸及材料限制小的直接快速制造金属模具的方法。15204超精加工、微细加工和复合加工技术5先进表面处理技术6模具研磨抛光将向复合化、自动化、智能化方向发展7模具自动加工系统的研制和发展8模具CAM/DN皱术及软件3总结部分注塑模主要由成型部件（动模和定模部分有关组成型腔的零件）、浇注系统（将融料从注射机喷嘴进入模具型腔所经的通道）、导向部件（使模具合模时能 准确对合）、推出机构（模具分型后，塑料从型腔中推出来的装置）、调温系统（为 满足注射工艺对模具温度的要求）、排气系统（将成型时型腔内的空气和塑料本 身挥发的气体排出模外，常

25、在分型面上开设排气槽）和支撑零部件（用来安装固 定或支承成型零部件及其他机构的零部件） 组成，有的还有侧向分型和抽芯机构。注塑模具设计时步骤：111确定型腔的数目。条件：最大注射量、锁模力、产品的精度要求、经济性。2选择分型面。应以模具结构简单、分型容易且不影响塑件的外观和使用为原则。3确定型腔的布置方案。尽可能采用平衡式排列。4确定浇注系统。包括主流道、分流道、浇口、冷料穴。5确定脱模方式。根据塑件所留在模具的不同部位而设计不同的脱模方式。6确定调温系统结构。调温系统主要由塑料种类所确定。7确定凹模或型芯采用镶块结构时，应合理的划分镶块并同时考虑镶块的 强度、可加工性急安装是否固定。8确定排气方式。一般注塑模具的排气方式可以利用模具分型面和推杆以 模具的间隙；对于大型和高速成型的注塑模具必须设计相应的排气装置。9根据相应公式，计算成型零件的工作尺寸，以及确定模具型腔的侧壁厚、 拼块式型腔的型腔板厚度及注塑模的闭合高度。10选用标准模架。根据设计、计算的注塑的主要尺寸，选用注塑的标准模 架，并应尽量选择标准模具零件。何5参考文献1陈志刚.塑料模具设计M.北京：机械工业出版社,2002.2我国模具现状分析J.中研网，2008-11-12.3胡亚民.材料成型技术基础M.重庆：重庆大学出版社,200