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1、I 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目 塑料蓋的模具設(shè)計(jì) 英文題目 The mould design of plastic cover 院 系 機(jī)械與材料工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及自動(dòng)化 姓 名 年 級(jí) 指導(dǎo)教師 年 六 月 II 摘要 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā) 展較快的種類，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品 質(zhì)量有很大意義。 本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與 工作原理，對(duì)注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具 澆注系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并對(duì)模具強(qiáng)度要求做了說(shuō)明。 采用 Pro/E 來(lái)實(shí)現(xiàn)塑料

2、蓋三維設(shè)計(jì)及相應(yīng)模具成型零件設(shè)計(jì)，分析制件 的成型質(zhì)量和完成分型面的設(shè)計(jì)，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具裝配過(guò)程中，輔助以必 要的理論計(jì)算，將數(shù)字化設(shè)計(jì)與理論計(jì)算結(jié)合起來(lái)，大大縮短產(chǎn)品開發(fā)周期、 模具設(shè)計(jì)周期，提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)及模具設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，降低產(chǎn)品研發(fā)、模具設(shè) 計(jì)成本。在設(shè)計(jì)過(guò)程中制定了合理的工藝方案，滿足了大批量生產(chǎn)要求。 通過(guò)本設(shè)計(jì)，可以對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些 細(xì)節(jié)問(wèn)題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理。本模具滿足生產(chǎn)與應(yīng)用的要求。 【關(guān)鍵詞】塑料蓋；模具；分型面；設(shè)計(jì)；Pro/e III Abstract Today, Plastic industry in the world is

3、one of the fastest growing industrial categories, and injection mould is one of the rapid developing type, therefore, the study to understand plastic injection mold production process and improve product quality has great significance. This design is introduced the basic principle of injection moldi

4、ng, especially the single parting surface injection mould structure and working principle of plastic products, puts forward the basic design principles, Introduces in detail the cold runner injection mould gating system and ejector system design process and to mould strength requirement illustrated.

5、 With Pro/Engineer MoldFlow to implement three-dimensional design and mold volume design of the Plastic caps, and shaping quality of part was analyzed and the parting line was designed by Pro/Engineer, It would not only shorten the cycle of product research and mold design, and improve the precisene

6、ss and the product shaping quality, but also lower the cost of the research. Having made the rational craft scheme in the design process ,so it has met the requirement of producing in enormous quantities. IV Through the design of injection mould, we can have a preliminary understanding. Noticed in t

7、he design of some details, we can understand the mould structure and work principle. 【Key words 】plastic cover;mold;parting surface;design; Pro/e V 目 錄 第一章 前 言 1 1.1 模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地 位 1 1.2 各種模具的分類和占有 量 2 1.3 我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn) 狀 3 1.4 世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀 況5 1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨 勢(shì)7 第二章 注塑件的設(shè) 計(jì) 9 2.1 功能設(shè) 計(jì) 9 VI 2.2 材 料 9

8、2.2.1 ABS 塑料化學(xué)名 稱9 2.2.2 ABS 一般參 數(shù)1 0 2.2.3 一般性 能1 0 2.2.4 力學(xué)性 能 1 0 2.2.5 熱學(xué)性 能1 0 2.2.6 電學(xué)性 能1 1 2.2.7 環(huán)境性 能1 1 2.3 結(jié) 構(gòu) 11 2.3.1 壁 厚 11 VII 2.3.2 脫模斜 度 11 2.3.3 圓 角 12 2.4 塑件工藝性分 析 12 2.4.1 使用性能、制件技術(shù)要求和生產(chǎn)要 求12 2.4.2 了解塑件材料及性 能 12 2.4.3 塑件尺寸精度分 析 12 2.4.4 塑件表面質(zhì)量分 析 12 2.4.5 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分 析 13 2.4.6 注塑模

9、工藝條件: 13 2.4.7 ABS 的 “阻燃添加劑” 13 VIII 第三章 注塑成型的準(zhǔn) 備 14 3.1 注塑過(guò) 程 14 3.2 注塑成型工藝條 件 15 3.3 注塑機(jī)的選 擇 17 3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn) 介 17 3.3.2 注塑機(jī)基本參 數(shù) 17 3.3.3 選擇注塑 機(jī) 18 3.4 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核和最終選 擇19 3.5 模具開模行程校 核 20 IX 3.6 注塑機(jī)的參數(shù)校 核 20 第四章 模具設(shè) 計(jì) 21 4.1 塑料配方說(shuō) 明 21 4.2 分型面的確 定 22 4.3 型腔數(shù)目的確 定 22 4.4 澆口確 定 23 4.5 模具材料的選 擇 23 4.6

10、澆注系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 24 X 4.6.1 主流 道 24 4.6.2 分流 道 25 4.7 標(biāo)準(zhǔn)模架的選 擇 26 4.8 導(dǎo)向與定位機(jī) 構(gòu) 27 4.9 頂出系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 28 4.10 成型零件工作尺寸的計(jì) 算 30 4.11 排氣設(shè) 計(jì) 30 4.11.1 排氣設(shè)計(jì)原則： 30 4.12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè) 計(jì) 31 XI 4.12.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影 響3 1 4.12.2 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要 求 32 4.12.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原 則 32 第五章 模塑的工藝規(guī)程的編 制 34 5.1 工藝規(guī)程 卡 34 5.2 主要零件的加工工藝過(guò) 程 35 結(jié) 論 36 參考文 獻(xiàn) 37 XII

11、 謝 辭 38 附 錄 39 1 第一章 前 言 1.1 模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料 （固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以 其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造 業(yè)中。 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模 具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志， 它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。振興 和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在 1989 年 3 月 中國(guó)政府頒布的關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定中，將模具列為機(jī) 械工業(yè)技術(shù)

12、改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè) 化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天 等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些 工業(yè)領(lǐng)域中 60-90的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場(chǎng)的需求上，僅以汽車，摩托車 行業(yè)的模具市場(chǎng)為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場(chǎng)，在工業(yè) 發(fā)達(dá)的國(guó)家，這一市場(chǎng)占整個(gè)模具市場(chǎng)一半左右。汽車工業(yè)是我國(guó)國(guó) 民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車 和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到 了明確。汽車基本車型不斷增加，2

13、005 年達(dá)到 170 種。一個(gè)型號(hào)的汽 車所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元。為了適應(yīng)市場(chǎng)的需求，汽車將不 斷換型，汽車換型時(shí)約有 80的模具需要更換。中國(guó)摩托車產(chǎn)量位居 世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)摩托車共有 14 種排量 80 多個(gè)車型，1000 多 個(gè)型號(hào)。單輛摩托車約有零件 2000 種，共計(jì) 5000 多個(gè)，其中一半以 2 上需要模具生產(chǎn)。一個(gè)型號(hào)的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具，總價(jià)值為 1000 多萬(wàn)元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大 的模具市場(chǎng)。 目前世界模具市場(chǎng)供不應(yīng)求，模具的主要出口國(guó)是美國(guó)，日本， 法國(guó)，瑞士等國(guó)家。中國(guó)模具出口數(shù)量極少，但中國(guó)模具鉗工技術(shù)水 平高

14、，勞動(dòng)成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制模設(shè)備，提高模具加 工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。 研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展 有著特別重要的意義。 從另一方面來(lái)看，機(jī)床、刀具工業(yè)素有“工業(yè)之母”之稱，在各 個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家中都占有非常重要的地位。由于模具工業(yè)的重要性， 模具成型工藝在各個(gè)工業(yè)部門得到了廣泛的應(yīng)用，使得模具行業(yè)的產(chǎn) 值已經(jīng)大大超過(guò)機(jī)床、刀具工業(yè)的產(chǎn)值。這一情況充分說(shuō)明了在國(guó)民 經(jīng)濟(jì)蓬勃發(fā)展的過(guò)程中，在各個(gè)工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)世界市場(chǎng)進(jìn)行激烈爭(zhēng) 奪的過(guò)程中，愈來(lái)愈多的國(guó)家采用模具來(lái)進(jìn)行生產(chǎn)，模具工業(yè)明顯地 成為技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和國(guó)力發(fā)展的關(guān)

15、鍵。 從我國(guó)的情況來(lái)看，不少工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量上不去，新產(chǎn)品開發(fā)不出 來(lái)，老產(chǎn)品更新速度慢，能源消耗指標(biāo)高，材料消耗量大，這都與我 國(guó)模具生產(chǎn)技術(shù)落后，沒(méi)有一個(gè)強(qiáng)大的、先進(jìn)的模具工業(yè)密切相關(guān)。 因此，要使國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門獲得高速發(fā)展，盡快縮短和發(fā)達(dá)國(guó)家之 間的差距，加速實(shí)現(xiàn)社會(huì)主義現(xiàn)代化步伐，惟一的出路就是必須盡快 將模具工業(yè)搞上去，使模具生產(chǎn)形成一個(gè)獨(dú)立的工業(yè)部門，從而充分 發(fā)揮模具在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的關(guān)鍵作用。 1.2 各種模具的分類和占有量 模具主要類型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模， 玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬 于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具

16、形腔是材料成型。 (1) 沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。 沖模占模具總數(shù)的 50以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃?3 沖孔模，切口模，切邊模，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔 模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為 單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。 (2) 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具 的總稱。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱 模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng) 碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同， 鍛?？煞譃轭A(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模

17、具，超塑性模具 等。 (3) 塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總 數(shù)的 35，而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模， 注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射 成型模，吹塑模等。 (4) 壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金 屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方 法。壓鑄模約占模具總數(shù)的 6。 (5) 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類粉 末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒 結(jié)模等。 模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工， 金屬材料，鑄造（凝固

18、理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行業(yè)， 是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。 1.3 我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀 自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的 發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。20 世紀(jì) 90 年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分 迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在 1990 年僅 60 億元人民幣，1994 年增長(zhǎng)到 130 億元人民幣，1999 年已達(dá)到 245 億元人民幣，2000 年增至 260- 270 億元人民幣。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以 10%-15%的速度快速增長(zhǎng)。 4 目前，我國(guó) 17000 多個(gè)模具生產(chǎn)廠點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬(wàn)。除了 國(guó)有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具

19、廠家，包括集體企業(yè)， 合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體 和私營(yíng)的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧 波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成 為我國(guó)國(guó)內(nèi)知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東， 一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng) 能力，紛紛加入了對(duì)模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威 力等知名集團(tuán)都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨(dú)資的 模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商 品銷售的約占三分之一。其中，沖壓

20、模具約占 50%（中國(guó)臺(tái)灣：40%）， 塑料模具約占 33%（中國(guó)臺(tái)灣：48%），壓鑄模具約占 6%（中國(guó)臺(tái)灣： 5%），其他各類模具約占 11（中國(guó)臺(tái)灣：7%）。 中國(guó)臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè) 的成長(zhǎng)，分為萌芽期（19611981），成長(zhǎng)期（19811991）， 成熟期（19912001）三個(gè)階段。 萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的不斷改進(jìn)。由于紡織、電子、 電氣、電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修 業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加。在此階段的模具包括： 一般民生用品模具、鑄造用模具、鍛造用模具、木模、玻璃、陶瓷用 模具、以及橡膠模具等。 1981 年1991 年是臺(tái)灣模具產(chǎn)

21、業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長(zhǎng)的時(shí) 期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自 1982 年起， 臺(tái)灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動(dòng)模具 工業(yè)的發(fā)展，以配合相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟(jì)。 隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金業(yè)，汽機(jī)車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料 模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。從 1985 年起，模具產(chǎn)業(yè)已 在推行計(jì)算機(jī)輔助模具設(shè)計(jì)和制造等 CAD/CAM 技術(shù)，所以臺(tái)灣模具業(yè) 接觸 CAD/CAM/CAE/CAT 技術(shù)的時(shí)間相當(dāng)早。 5 成熟期，在國(guó)際化，自由化和國(guó)際分工的潮流下，1994 年，1998 年，由臺(tái)灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具

22、技術(shù)研究與發(fā)展 五年計(jì)劃”與“工業(yè)用模具技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展計(jì)劃”，以協(xié)助業(yè)界突破 發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級(jí)，朝向開發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴高的模具。 1997 年 11 月間臺(tái)灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會(huì) （ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會(huì)，正式成為世界模具協(xié)會(huì)會(huì)員，。整體而言， 臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測(cè)能 力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠商供應(yīng)對(duì)象已由傳統(tǒng)的 民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信 與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出 及精密鍛造等模具。 1.4 世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀況 美國(guó)塑料(原料)的

23、產(chǎn)量多年來(lái)一直雄居各國(guó)之首。早在 80 年代 前期，美國(guó)塑料產(chǎn)量就已達(dá) 2000 萬(wàn)噸之多，1986 年增至 23l0 萬(wàn)噸， 占全球總產(chǎn)量 8100 噸的 28.5，此后美國(guó)塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增 長(zhǎng)之勢(shì)，1988 年、1990 年、1992 年、1994 年、1996 年和 1998 年分 別增加到 2710 萬(wàn)噸、2810 萬(wàn)噸、3010 萬(wàn)噸、3410 萬(wàn)噸、4000 萬(wàn)噸 和 4360 萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的比例從 1996 年起提高到 30以上。 2001 年美國(guó)塑料產(chǎn)量為 4170 萬(wàn)噸，其中以聚乙烯為最多，達(dá) 1500 多 萬(wàn)噸。其次分別是氯乙烯 650 萬(wàn)噸、聚丙烯 720 萬(wàn)

24、噸、聚苯乙烯對(duì)酞 酸脂 320 萬(wàn)噸、聚苯乙烯 280 萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量(=產(chǎn)量+進(jìn)口量- 出口量)，美國(guó)也是全球最多的。美國(guó)的全部塑料消費(fèi)量 2001 年為 4280 萬(wàn)噸。美國(guó)人均塑料消費(fèi)量也是很高的，2000 年為 159 公斤， 2001 年略減為 155 公斤 ，居全球第 3 位。美國(guó)現(xiàn)有各種大小塑料企 事業(yè)單位 1 萬(wàn)多家，其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53，50- l00 人的占 21，100-500 人的占 23，超過(guò) 500 人的占近 4，職 工總數(shù)近 90 萬(wàn)人。在美國(guó)塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達(dá) 110 萬(wàn)， 2001 年的出貨金額為 2150 億美元，人均出貨

25、金額為 195 美元。 6 德國(guó)是世界最大的塑料(原料)生產(chǎn)國(guó)之一，上世紀(jì) 90 年代初的 1991 年、1992 年和 1993 年，德國(guó)塑料產(chǎn)量都為 990 多萬(wàn)噸，1994 年 增達(dá)超過(guò) 1000 萬(wàn)噸的 1110 萬(wàn)噸1998 年達(dá)近 1300 萬(wàn)噸，1999 年為 近 1400 萬(wàn)噸，2000 年增至 1550 萬(wàn)噸，超過(guò)日本為世界第 2 大塑料生 產(chǎn)國(guó)，2001 年上升為 1580 萬(wàn)噸，2002 年已過(guò) 1600 萬(wàn)噸。2001 年德 國(guó)生產(chǎn)的種種塑料原料中，聚乙烯為 285 萬(wàn)噸(低密度聚乙烯 160 萬(wàn) 噸，高密度聚乙烯 125 萬(wàn)噸)，氯乙烯 175 萬(wàn)噸，聚丙烯 160

26、萬(wàn)噸。 德國(guó) 2001 年的國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量為 1280 萬(wàn)噸，其中聚乙烯 265 萬(wàn)噸， 聚丙烯 155 萬(wàn)噸氯乙烯 152 萬(wàn)噸。德國(guó)人均塑料消費(fèi)量 2001 年為 160 公斤，在世界上僅少于比利時(shí)的 172 公斤，高于美國(guó)的 155 公斤， 排在世界第 2 位。德國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總計(jì)有近 30 萬(wàn)人， 2001 年的出貨金額為 360 億美元，人均 126 美元。德國(guó)塑料制品加工 企業(yè)中職工少于 50 人的占 4450-100 人的占 28，100-500 人的占 25，500 人以上的占 4。 中國(guó)塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長(zhǎng)，1991 年產(chǎn)量?jī)H為 250 萬(wàn)噸， 1995 年增為

27、350 萬(wàn)噸，1998 年超過(guò) 700 萬(wàn)噸，到 2002 年已增達(dá)約 1400 萬(wàn)噸，超過(guò)日本而成為世界第 3 大塑料原料生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)今年塑 料制品市場(chǎng)將持續(xù)走強(qiáng)，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品 等各個(gè)領(lǐng)域都將有較大幅度的增長(zhǎng)，需求量將超過(guò) 2500 萬(wàn)噸。其中 包裝塑料制品今年需求量將超過(guò) 850 萬(wàn)噸，工程塑料制品需求量將達(dá) 400 萬(wàn)噸左右，建材塑料制品需求量將達(dá) 300 萬(wàn)噸以上，農(nóng)用塑料制 品需求量將在 500 萬(wàn)噸左右，日用塑料制品需求量約為 80 萬(wàn)噸左右。 日本在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)都是僅次于美國(guó)的世界第 2 大塑料生產(chǎn)國(guó)。 一直到 1997 年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長(zhǎng)

28、，年產(chǎn)量在 70 年代 中期就已達(dá) 500 多萬(wàn)噸，1987 年突破 1000 萬(wàn)噸，1991 年達(dá)約 1300 萬(wàn)噸，1992 年和 1993 年因受日本經(jīng)濟(jì)下滑的影響，產(chǎn)量略有減少， 分別降至 1258 和 1225 萬(wàn)噸。從 1994 年起產(chǎn)量再度增長(zhǎng)，1994 年、 1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬(wàn)噸、1400 萬(wàn)噸和 1470 萬(wàn)噸， 7 1997 年的產(chǎn)量又比上年增長(zhǎng) 3.7，達(dá)到 1521 萬(wàn)噸，首次超過(guò) 1500 萬(wàn)噸。但這種增勢(shì)在 1998 年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。1998 年， 日本塑料產(chǎn)量為 1390 萬(wàn)噸，比上年減少了 8.7。1999 年和 2

29、000 年 日本塑料產(chǎn)量分別回升到 1432 萬(wàn)噸和 1445 萬(wàn)噸，但仍遠(yuǎn)未恢復(fù)到 1997 年的水平。2001 年和 2002 年日本塑料產(chǎn)量再度下降至 1400 萬(wàn) 噸以下的 1364 萬(wàn)噸和 1361 萬(wàn)噸。2002 年日本塑料(原料)產(chǎn)量減為 1361 萬(wàn)噸。而中國(guó)則增為 1366 萬(wàn)噸，日本又退居第 4 位。 韓國(guó)塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速，1986 年超過(guò) 200 萬(wàn)噸，1990 年增 達(dá) 300 萬(wàn)噸，1992 年突破 500 萬(wàn)噸，1994 年、1996 年和 1997 年分別 上升到 600 多萬(wàn)噸、700 多萬(wàn)噸和 800 多萬(wàn)噸，1998 年產(chǎn)量增至 850 萬(wàn)噸，1999

30、年突破 900 萬(wàn)噸，2001 年達(dá) 1200 萬(wàn)噸，躋身于世界 5 大 塑料生產(chǎn)國(guó)之列。韓國(guó)塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首，2001 年產(chǎn)量為 340 萬(wàn)噸(低密度聚乙烯 160 萬(wàn)噸，高密度聚乙烯 180 萬(wàn)噸)，聚丙烯 以 238 萬(wàn)噸排在第 2 位，其次分別是聚酯 161 萬(wàn)噸、氯乙烯 124 萬(wàn)噸、 ABSAS 樹脂 86 萬(wàn)噸、聚苯乙烯 77 萬(wàn)噸。韓國(guó)國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量 2001 年 420 萬(wàn)噸，只相當(dāng)于產(chǎn)量的 1/3 略高。人均塑料消費(fèi)量 2001 年為 106 公斤，韓國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2001 年為 3.1 萬(wàn)人，出貨 金額為 85 億美元，人均 276 美元。 塑料產(chǎn)

31、量位居世界前 10 名的國(guó)家和地區(qū)還有法國(guó) 660 萬(wàn)噸、比 利時(shí) 600 萬(wàn)噸、中國(guó)臺(tái)灣 598 萬(wàn)噸、加拿大 432 萬(wàn)噸和意大利 385 萬(wàn) 噸(均為 2001 年產(chǎn)量)。 1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 20 世紀(jì) 80 年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出 來(lái)，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放 以來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來(lái)，每年都以 15的增長(zhǎng)速度 快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力 度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校 也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行

32、業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超 8 級(jí)制造大國(guó)的重要原因。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴于 模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。 中國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模 具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48（約 122CM）大屏幕彩 電塑殼注射模具，6.5KG 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車保險(xiǎn)杠和整體 儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔 小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)， 模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等 方面取得了顯著進(jìn)步；在提

33、高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出 了貢獻(xiàn)。 盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但 無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口 10 多億美 元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù) 上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng) 新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。 (1) 注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車，家電等工業(yè)的快 速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來(lái)越高，模具也將日趨大型化和 精密化。 (2) 加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期， 降低模具制造成本而且能提

34、高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必 將日漸廣泛。 (3) 推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù)；模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的 一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展 方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。 (4) 重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的 不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)， 高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的 應(yīng)用。 9 第二章 注塑件的設(shè)計(jì) 2.1 功能設(shè)計(jì) 功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo). 該

35、塑件是封口蓋,承受外力的幾率不大,如沖擊載荷,振動(dòng),等情況比較少;塑 件的工作環(huán)境是室內(nèi)，可能會(huì)和機(jī)油接觸,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫 度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種密封蓋,且生產(chǎn)批量是大批大量 生產(chǎn),這樣,就必須考慮耐油性、生產(chǎn)成本和模具壽命,在材料的選擇時(shí)要綜 合各種因素;此外,塑料都會(huì)老化,作為一種光學(xué)用品,還要考慮到材料的光氧 化等問(wèn)題. 2.2 材料 通常,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求,以 及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō),要考 慮的主要是材料的力學(xué)性能,如屈服應(yīng)力,彈性模量,彎曲強(qiáng)度,表面硬度等. 該塑件對(duì)材料的

36、要求首先必須是透光性好,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題, 本設(shè)計(jì)要求采用 ABS 材料，下面講介紹 ABS 材料的各種性質(zhì)： 2.2.1 ABS 塑料化學(xué)名稱 丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物 ；英文名稱:Acrylonitrile Butadiene Styrene ABS 為丙烯腈 A、丁二烯 B 和苯乙烯 S 三種單體共聚而成的聚合物， 簡(jiǎn)稱 ABS。每種單體都具有不同特性，從形態(tài)上看，ABS 是非結(jié)晶性材料。 這就決定了 ABS 材料的耐低溫性、抗沖擊性，外觀特性，低蠕變性，優(yōu)異的 尺寸穩(wěn)定性及易加工性等多種特性。且表面硬度高、耐化學(xué)性好，同時(shí)通過(guò) 改變上述三種組分的比例，可改變 ABS 的

37、各種性能，故 ABS 工程塑料具有廣 泛用途。合成的 ABS 有中沖擊型、高沖擊型、超高沖擊型及耐熱型四類。由 10 于其具有韌、剛、硬的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò) PS，成為一種獨(dú)立的塑料 品種。ABS 既可用于普通塑料又可用于工程塑料。 2.2.2 ABS 一般參數(shù) 比重: 1.05 克/立方厘米 成型收縮率: 0.4-0.7% 吸水率: 0.2%-0.45% 成型溫度：200-240 干燥條件: 80-90 20 小時(shí) 熱變形溫度為: 70107 使用溫度范圍: -4080 硬度: R65-R115 2.2.3 一般性能 ABS 的外觀為不透明呈象牙色的粒料，無(wú)毒、無(wú)味、吸水率低其制品可

38、著成各種顏色，并具有 90%的高光澤度。ABS 的相對(duì)密度為 1.05，ABS 同其 它材料的結(jié)合性好，易于表面印刷、涂層和鍍層處理。ABS 的氧指數(shù)為 18.2，屬易燃聚合物，火焰呈黃色，有黑煙，燒焦但不滴落，并發(fā)出特殊的 肉桂味。 ABS 是一種綜合性能十分良好的樹脂，在比較寬廣的溫度范圍內(nèi)具有較 高的沖擊強(qiáng)度和表面硬度，熱變形溫度比 PA、PVC 高，尺寸穩(wěn)定性好，收縮 率在 0.4%-0.8%范圍內(nèi)，若經(jīng)玻纖增強(qiáng)后可以減少到 0.2%-0.4%，而且絕少 出現(xiàn)塑后收縮。其臨界表面張力為 34-38mN/cm。 ABS 熔體的流動(dòng)性比 PVC 和 PC 好，但比 PE、PA 及 PS 差

39、，與 POM 和 HIPS 類似。ABS 的流動(dòng)特性屬非牛頓流體，其熔體粘度與加工溫度和剪切速 率都有關(guān)系，但對(duì)剪切速率更為敏感。 2.2.4 力學(xué)性能 ABS 有優(yōu)良的力學(xué)性能，其沖擊強(qiáng)度極好，可以在極低的溫度下使用。 即使 ABS 制品被破壞，也只能是拉伸破壞而不會(huì)是沖擊破壞。ABS 的耐磨性 能優(yōu)良，尺寸穩(wěn)定性好，又具有耐油性，可用于中等載荷和轉(zhuǎn)速下的軸承。 ABS 的蠕變性比 PSF 及 PC 大，但比 PA 和 POM 小。ABS 的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng) 度屬塑料中較差的。ABS 的力學(xué)性能受溫度的影響較大。 2.2.5 熱學(xué)性能 ABS 屬于無(wú)定形聚合物，無(wú)明顯熔點(diǎn)；熔體粘度較高，流動(dòng)

40、性差；熱穩(wěn) 定不太好，耐候性較差，紫外線可使變色；熱變形溫度為 70107，制品 11 經(jīng)退火處理后還可提高 10左右。對(duì)溫度，剪切速率都比較敏感；ABS 在 40時(shí)仍能表現(xiàn)出一定的韌性，可在 -40到 80的溫度范圍內(nèi)長(zhǎng)期使用。 2.2.6 電學(xué)性能 ABS 的電絕緣性較好，并且?guī)缀醪皇軠囟取穸群皖l率的影響，可在大 多數(shù)環(huán)境下使用。 2.2.7 環(huán)境性能 ABS 不受水、無(wú)機(jī)鹽、堿醇類和烴類溶劑及多種酸的影響，但可溶于 酮類、醛類及氯代烴，受冰乙酸、植物油等侵蝕會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力開裂。ABS 的耐 候性差，在紫外線的作用下易產(chǎn)生降解，置于戶外半年后，沖擊強(qiáng)度下降一 半。 2.3 結(jié)構(gòu) 塑料制件的結(jié)

41、構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對(duì)成型工藝方法的適應(yīng)性.在塑料 生產(chǎn)過(guò)程中,一方面成型會(huì)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu),形狀,尺寸精度等諸方面提出要求, 以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度,保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品;另一 方面,模具設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析,弄清塑件生產(chǎn)的難 點(diǎn),為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù)。 2.3.1 壁厚 各種塑件,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保 證其力學(xué)強(qiáng)度.一般地說(shuō),在滿足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過(guò)厚,不僅可以 節(jié)約原材料,降低生產(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短,提高 生產(chǎn)率;其次可避免因過(guò)厚產(chǎn)生的凹陷,縮孔,夾心等質(zhì)量上的缺陷.以下是 ABS 的

42、最小壁厚 3 mm ,整體壁厚 3mm。 2.3.2 脫模斜度 由于塑件成型時(shí)冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮,使其緊箍在凸?；蛐托旧?為了便 于脫模,防止因脫模力過(guò)大而拉壞塑件或使其表面受損,與脫模方向平行的塑 件內(nèi),外表面都應(yīng)具有合理的斜度.以下是 ABS 的脫模斜度推薦值:制件外表 12 面 35-1.35,制件內(nèi)表面 30-1塑件內(nèi)外表面在造型時(shí)均沒(méi)有弧度,脫 模斜度就是在分形面處,這不僅對(duì)脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。 2.3.3 圓角 塑件上各處的輪廓過(guò)度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求 時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生 破裂。圓角不僅有利于物料充模

43、，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和 塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循 R/T 函數(shù)關(guān)系，當(dāng) R/T=0.6 以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取 R5 以內(nèi)，較小值取到 R1。 2.4 塑件工藝性分析 2.4.1 使用性能、制件技術(shù)要求和生產(chǎn)要求 該塑件為蓋狀，可用于防塵。根據(jù)要求，采用大批量生產(chǎn)，采用注塑成 型。 2.4.2 了解塑件材料及性能 根據(jù)要求，材料采用 ABS 塑料，ABS 低蠕變性，且不受水、無(wú)機(jī)鹽、堿 醇類和烴類溶劑及多種酸的影響。收縮率為 5；溢邊值為 0.04mm，其成型 性能: (1)無(wú)定形料,吸濕小,不須充分干燥,不易分解.但熱膨脹系數(shù)大,易產(chǎn)生

44、內(nèi)應(yīng)力,流動(dòng)性能好.可采用螺桿或柱塞式注射機(jī)成型。 (2)宜用高料溫,高模溫,低注射壓力延長(zhǎng)注射時(shí)間有利于降低內(nèi)應(yīng)力,防 止縮孔變形。 (3)可用各種形式澆口,澆口與塑件圓弧連接,以免去處澆口時(shí)損壞塑件, 脫模斜度大,頂出均勻,塑件壁厚均勻,最好不帶鑲件,有鑲件要預(yù)熱。 2.4.3 塑件尺寸精度分析 本設(shè)計(jì)采用的是小尺寸的精度設(shè)計(jì)，在保證基本尺寸情況下，以減少加 工成本為第一準(zhǔn)則。 2.4.4 塑件表面質(zhì)量分析 (1)必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊； 13 (2)注意通孔處不出現(xiàn)銳邊； 2.4.5 塑件的結(jié)構(gòu)工藝性分析 (1)根據(jù)塑件的尺寸要求，塑件有較好成型性能； (2)塑件本身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，

45、利于分模； (3)從塑件結(jié)構(gòu)看，設(shè)置一個(gè)分型面。 2.4.6 注塑模工藝條件: 干燥處理：ABS 材料具有吸濕性，要求在加工之前進(jìn)行干燥處理。建議干燥 條 件為 8090下最少干燥 2 小時(shí)。材料溫度應(yīng)保證小于 0.1%。 熔化溫度：210-280，建議溫度：245。 模具溫度：25-70，（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導(dǎo)致光 潔 度較低。） 注射壓力：5001000bar。 注射速度：中高速度。 2.4.7 ABS 的“阻燃添加劑” 對(duì) ABS 塑料具有較好阻燃作用的主要有磷系、鹵系有機(jī)物及某些無(wú)機(jī)化 合物，其中無(wú)機(jī)阻燃劑在 ABS 中添加量需要達(dá)到 40%以上才有較明顯的效果， 同

46、時(shí)由于其添加量大，因此會(huì)嚴(yán)重?fù)p害 ABS 的物理力學(xué)性能。而磷系阻燃劑 品種、數(shù)量較少，且多數(shù)又為液體和低熔點(diǎn)化合物，不適用于 ABS 的造粒加 工工藝。因此，當(dāng)前對(duì)于 ABS 的阻燃體系主要采用鹵系阻燃劑，其中阻燃效 果最好的為含溴有機(jī)化合物，如十溴二苯醚 (DBDPO)、四溴雙酚 A 等，其外 觀如下圖 2-1： 14 圖 2-1 十溴二苯醚、四溴雙酚 A 外觀 第三章 注塑成型的準(zhǔn)備 3.1 注塑過(guò)程 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀 成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀 態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過(guò)機(jī)

47、筒前端的噴 嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開啟模 具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段 如圖 3-1： 圖 3-1 注塑成型壓力時(shí)間曲線 (1)物料準(zhǔn)備：成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況，有無(wú)雜質(zhì)等進(jìn)行檢 驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng) 15 根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道 嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的 塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 (2)注塑過(guò)程：塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng) 可分為注射，

48、保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過(guò)程可以用如圖所示 3.1 所 示。圖中 T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體 （T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值 P0。從時(shí)間 T1 到 T2，塑料仍 處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而 產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈 的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段 是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長(zhǎng)，分子定向的程度越高。 從螺桿開始后退到結(jié)束（時(shí)間從 T2 到 T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高， 會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅

49、速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔 體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率 的重要因素。 (3)制件后處理：由于成型過(guò)程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常 復(fù)雜，再制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng) 的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性 能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理， 常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種: 退火是為了消除或降低制件成型后的 殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對(duì)制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高 韌 性，溫度一般在塑件使用溫度以上的 10-20 度至熱變形溫度以下 1

50、0-20 度之 間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、 而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水 或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為 121），加熱溫度為 100-121，保溫時(shí)間與制件 厚度有關(guān)，通常取 2-9 小時(shí)。針對(duì)設(shè)計(jì)的材料、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用場(chǎng)合分析，不需 要采用退火和調(diào)濕處理。 16 3.2 注塑成型工藝條件 (1)溫度：注塑成型過(guò)程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫 度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口 發(fā)生“流涎現(xiàn)象”。為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，模具溫度必須 低于塑料的熱變形溫度。ABS 料與溫

51、度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3-1 所示。 表 3-1 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) (2)壓力：注射成型過(guò)程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓 力用以克服熔體從料筒向型腔流動(dòng)的阻力，提供充模速度及對(duì)熔料進(jìn)行壓實(shí) 等。對(duì)于像 ABS 流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力 可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī)螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí) 所受到的壓力根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍 3.4-27.5MPA。 (3)時(shí)間：完成一次注塑成型過(guò)程所需要的時(shí)間稱為成型周期。包括注射時(shí) 間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間，在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成 型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射

52、時(shí)間和冷卻時(shí)間， 在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般為 3-5 秒，保壓時(shí)間一般為 20-120 秒，冷卻時(shí) 間一般為 30-120 秒。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值如表 3-2 所示： 表 3-2 成型周期與壁厚關(guān)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 料筒溫度 / 噴嘴溫度/ 模具溫度/ 熱變形溫度 / 后段 中段 前段 150-210 170-230 190-250 240-250 25-70 70-107 17 經(jīng)過(guò)上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成

53、型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦 值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合 理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表 3-3 所示: 表 3-3 制品成型工藝參數(shù)初步確定 3.3 注塑機(jī)的選擇 3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介 注塑機(jī)又名注射成型機(jī)或注射機(jī)。它是將熱塑性塑料或熱固性料利用塑 料成型模具制成各種形狀的塑料制品的主要成型設(shè)備。分為立式、臥式、全 電式。注塑機(jī)能加熱塑料，對(duì)熔融塑料施加高壓，使其射出而充滿模具型腔。 注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法。常用 的說(shuō)法有: （1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)； （2）按加工能力分類:超小型,小

54、型,中型,大型和超大型注塑機(jī)。 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。 3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù) 注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱注射量、注射壓力、注射速度、塑化能力、鎖模力、 合模裝置的基本尺寸、開合模速度、空循環(huán)時(shí)間等。這些參數(shù)是設(shè)計(jì)、制造、 購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)： （1）公稱注塑量：所能達(dá)到的最大注射量,反映了注塑機(jī)的加工能力。 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 注塑機(jī)類型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度() 230 后段溫度() 150-210 中段溫度() 170-230 前段溫度() 190-250 注射壓力 MPa

55、90 保壓力 MPa 80 注射時(shí)間 s 3 保壓時(shí)間 s 10 冷卻時(shí)間 s 20 其他時(shí)間 s 12 成型周期 s 45 成型收縮(%) 0.5 干燥溫度() 80-90 干燥時(shí)間() 2-3h 18 （2）注射壓力：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力,螺 桿(或柱塞)對(duì)熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力。 （3）注射速率：為了使熔料及時(shí)充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力 外,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或 注射度。 常用的如所示表 3-4 注射速率： 表 3-4 注射速率 注射量 /cm 3 125 250 500 1000 2

56、000 4000 6000 10000 注射速率/cm 3/s 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時(shí)間/s 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 （4）塑化能力：?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的 整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào),若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng),則不能發(fā)揮塑 化裝置的能力,反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期。 （5）鎖模力：注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力,在此力 的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開。 （6）合模裝置的基本尺寸：包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距, 動(dòng)模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參

57、數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所 使用的模具尺寸范圍。 （7）開合模速度：為使模具閉合時(shí)平穩(wěn),以及開模,推出制件時(shí)不使塑 料制件損壞,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理,即合模時(shí)從快到慢,開模 時(shí)由慢到快在到停。 （8）空循環(huán)時(shí)間：在沒(méi)有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動(dòng)作的情況 下,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間。 3.3.3 選擇注塑機(jī) （1）由注射量選定注射機(jī).由 PRO/E 建模分析得（材料密度取 =1.05g/cm 3）: 總體積 V=43.66cm3； 總質(zhì)量 M=45.84g； 流道凝料 (流道凝料的體積(質(zhì)量)是個(gè)未知數(shù),根據(jù)手冊(cè) 0.5V(0.5M)V5.0 來(lái)估算,塑件越大則比例可以取的越小)

58、； 19 實(shí)際注射量為:V 實(shí) =43.661.5=65.49 cm3； 實(shí)際注射質(zhì)量為 M 實(shí) =1.5M=45.841.5=68.76g； 根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于 0.8 倍公稱注射量原則, 即： 0.8 V 公 V 實(shí) V 公 = V 實(shí) /0.8=65.490.8=81.86 cm3 （2）一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應(yīng)在注塑機(jī)理論注射量 的 10%-80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設(shè)備的能力，則選 50%- 80%為最佳。 （3）塑件的形狀較復(fù)雜，壁厚不均，也無(wú)特別高的精度要求，但是塑件的 材料為 ABS，粘度為中等，一般選用的壓力為 50-100Mpa，因塑件的

59、結(jié)構(gòu)較 簡(jiǎn)單，取 P=60Mpa 塑件的投影面積計(jì)算 A=6X3.6X4=86.4cm 型腔的壓力計(jì)算 P 腔 =2/3P=40Mpa 鎖模力的計(jì)算 F=AP 腔 =86.440=33104N 根據(jù)計(jì)算，初選柱塞式注射機(jī) ：XS-Z-60 3.4 注射機(jī)有關(guān)參數(shù)的校核和最終選擇 (1) 模具閉合高度的校核 安裝模具的高度應(yīng)滿足： HminHHmax 設(shè)計(jì)模具高度為 H 總 =237mm 由于 XS-Z-60 型注射機(jī)所允許模具的最小厚度為 Hmin70mm，最大厚度為 Hmax200mm,所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。 改選 XS-ZY-125 型，最大裝模高度 Hmax=300mm，最

60、小裝模高度 Hmin=200mm，H 總 =237mm 介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求 (2) 注塑機(jī)的有關(guān)參數(shù)如表 3-5： 表 3-5 XY-ZY-125 型注塑機(jī)的主要參數(shù) 注塑機(jī)型號(hào) XS-ZY-125 額定注射量 125cm3 螺桿（柱塞）直徑 42mm 注射壓力 120Mpa 注射行程 115mm 20 3.5 模具開模行程校核 模具開模行程應(yīng)滿足：SmSz 其中：Sz 為最大開模行程，查注射機(jī) XS- ZY-125 型 Sz=300mm，Sm 為模具的開模行程；Sm=塑件的高度+澆注系統(tǒng)的高 度+頂件的頂出高度+（5-10）mm=17+50+20+7=94mm 可見 Sm 符

61、合條件。 3.6 注塑機(jī)的參數(shù)校核 P 機(jī) P 塑 P 機(jī) 注射機(jī)的最大注射壓力，單位 Mpa 或 N/cm3 P 塑 成型塑件所需的注射壓力，單位 Mpa 或 N/cm3 一般 ABS 取 50-100Mpa， XS-ZY-125 注射機(jī)的最大注射壓力 P 機(jī) =150Mpa，可見 XS-ZY-125 注射機(jī)滿足 PS 注射壓力的要求。 綜合驗(yàn)證，XS-ZY-125 型注射機(jī)完全能滿足此模具的注射要求蓋注塑模 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 注射方式 螺桿式 鎖模力 900KN 最大成型面積 320cm2 最大開合模行程 300mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 200mm 噴嘴圓弧半徑 R12mm

62、噴嘴孔直徑 4 mm 頂出形式 兩側(cè)設(shè)有頂桿，機(jī)械頂出 動(dòng)、定模固定板尺寸 428X458mm 拉桿空間 260X290mm 合模方式 液壓、機(jī)械 流量 100、12L/min 液壓泵 壓力 6.5Mpa 電動(dòng)機(jī)功率 11KW 加熱功率 5 KW 機(jī)器外形尺寸 3340X750X1550mm 21 第四章 模具設(shè)計(jì) 4.1 塑料配方說(shuō)明 塑料配方設(shè)計(jì)是塑料制品成型加工中在加工設(shè)備和工藝參數(shù)確定之后所 必須進(jìn)行的重要環(huán)節(jié),設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到塑料制品的最終使用性能 的優(yōu)劣,也是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)塑料進(jìn)行改性的過(guò)程,其技術(shù)含量極高.一個(gè)成 功配方的產(chǎn)生是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用高新技術(shù)的結(jié)局.塑料是以高

63、分子聚合 物為主要成分,加入一定量添加劑而組成的一種混合物,添加劑是由一系列為 改變塑料的某些性能而添加的混合物,通常為填充劑,增塑劑,穩(wěn)定劑,潤(rùn)滑劑,著 色劑等.根據(jù) ABS 的特性及使用性能要求,配方中應(yīng)含有以下添加劑. 填充劑玻璃微珠；ABS 成型后易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,添加玻璃微珠使塑料的 流動(dòng)性好,殘余內(nèi)應(yīng)力分布均勻,使光的漫反射率為 80%-88%。如圖 4-1 22 圖 4-1 玻璃微珠放大圖 增韌劑SBS,ABS,EPR；PS 的沖擊性能很差,是一種十分脆的材料,增 韌改性是必須的。 光穩(wěn)定劑氧化鋅；塑料制品在日光或強(qiáng)熒光下，由于吸收紫外光的 能量，引發(fā)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使制品

64、的外觀或內(nèi)在性能變壞，這 一過(guò)程稱為光氧化或光老化。 潤(rùn)滑劑硬脂酸及其鹽類；對(duì)塑料的表面去潤(rùn)滑作用,防止塑料在成 型加工時(shí)黏模,同時(shí)提高塑料制品表面光潔度。 著色劑粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占 80%左右，著色 的目的有 1：增加制品美感，以吸引消費(fèi)者的購(gòu)買欲望;2：提高產(chǎn)品的耐候 性，主要是通過(guò)著色劑防紫外線功能而實(shí)現(xiàn)的。 4.2 分型面的確定 根據(jù)分型面的選擇原則： （1）便于塑件脫模； （2）在開模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模； （3）外觀不遭到損壞； （4）有利于排氣和模具的加工方便。 結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu),分型面確定在塑件的最大投影面積上.如圖 4-2 所示。 23 圖 4-2 分型面的位

65、置 4.3 型腔數(shù)目的確定 注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔,也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的 確定時(shí)主要考慮以下幾個(gè)有關(guān)因素： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生產(chǎn)效益； （4）模具制造難度。 根據(jù)大批量生產(chǎn)要求，本模具采用一模四腔，塑件型腔位置設(shè)在模具環(huán) 中心處。 4.4 澆口確定 ABS 料的流動(dòng)性好,可適用于各種澆口,為了不影響外觀,簡(jiǎn)化模局結(jié)構(gòu), 確定使用輪輻式澆口。如圖 4-3 24 圖 4-3 輪輻式澆口 4.5 模具材料的選擇 現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化,所以在模具材料的選擇時(shí)主要是根據(jù)制品 的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具

66、鋼,是關(guān) 系到模具質(zhì)量的前提條件,如果選材不當(dāng)，則所有的精密加工所投入的工時(shí), 設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。 在選擇模具鋼時(shí),首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能 考慮:硬度是主要指標(biāo)之一,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變,必須有足 夠的硬度,當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷,崩刃問(wèn)題,所以韌性也是一重要 指標(biāo),耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從 ABS 特性看,這三項(xiàng)指標(biāo)是必須 要滿足的,此外還有抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。 從工藝性能考慮:要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削, 銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化 脫碳等性能.另外從經(jīng)濟(jì)考慮,要求材料來(lái)源廣,價(jià)格低。 查手冊(cè)選擇模仁的材料是 45 鋼，屬中碳鋼,該鋼機(jī)械加工性能較好,經(jīng) 熱處理(淬火及回火)后,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強(qiáng)度和耐 25 磨性,適于制造承受高負(fù)荷,高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具,透明塑 料制品模具等。 4.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開始到型腔入口為止的塑料 熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆