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（2）锻模锻模是金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。
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245亿元人民币，2000年增至260～270亿元人民币。
今后预计每年仍会以10%～15%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%）。
我国近年来模具工业及其进出口情况如表所示。
中国的模具工业及其进出口情况
年份
生产厂家
（个）
产值（销售额）
（亿元人民币）
进口
（亿美元）
出口
1984
6000
15
0.245
0.013
1994
10000
130
7.650
0.389
2004
——
530
18.130
4.910
2006
30000
720
20.470
10.41
2007
870
20.040
14.15
2008
950
20.04
19.22
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。
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。
中国塑料工业多年持续高速增长，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。
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，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，2001年达1200万吨，跻身于世界5大塑料生产国之列。
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）。
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，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。
第1章注塑件的设计
1.1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,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。
1.2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.该塑件对以上的各种性能的要求均比较低，其对材料的主要要求是材料要具有较好的热稳定性，以及对水的抵抗力。
以下是几种常用塑料及特性：
1．PS塑料（聚苯乙烯）英文名称polystyrene
（1）电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良,无色透明,透光率仅次于有机玻璃,著色性耐水性,化学稳定性良好,强度一般,但质脆,易产生应力脆裂,不耐苯、汽油等有机溶剂，适于制作绝缘透明件、装饰件及化学仪器、光学仪器等零件。
（2）无定形料,吸溼小,不须充分干燥,不易分解,但热膨胀系数大,易产生内应力，流动性较好,可用螺桿或柱塞式注射机成型。
（3）宜用高料温,高模温,低注射压力,延长注射时间有利于降低内应力,防止缩孔，变形。
2．PE塑料（聚乙烯）英文名称polyethylene
（1）耐腐蚀性,电绝缘性（尤其高频绝缘性）优良,可以氯化,辐照改性,可用玻璃纤维增强.低压聚乙烯的熔点,刚性,硬度和强度较高,吸水性小,有良好的电性能和耐辐射性；
高压聚乙烯的柔软性,伸长率,冲击强度和渗透性较好。
超高分子量聚乙烯冲击强度高,耐疲劳,耐磨。
低压聚乙烯适于制作耐腐蚀零件和绝缘零件;
高压聚乙烯适于制作薄膜等。
超高分子量聚乙烯适于制作减震,耐磨及传动零件。
（2）结晶料,吸湿小,不须充分干燥,流动性极好流动性对压力敏感,成型时宜用高压注射,料温均匀,填充速度快,保压充分，不宜用直接浇口,以防收缩不均,内应力增大。
注意选择浇口位置,防止产生缩孔和变形。
3．聚氯乙烯PVC英文名称OLY（VinylChloride）
聚氯乙烯有软聚氯乙烯和硬聚氯乙烯两种，硬聚氯乙烯有较好的抗拉，抗弯，抗压和抗冲击性能，可单独用作结构材料。
软聚氯乙烯柔软柔软性、断裂伸长率、耐寒性增加，但脆性、硬度、拉伸强度降低。
综合考虑选用硬聚氯乙烯，以下是其有关特性：
（1）力学性能、电性能优良,耐酸碱力极强,化学稳定性好,但软化点低。
适于制作薄板,电线电缆绝缘层,密封件等。
（2）无定形料,吸湿小,流动性差。
为了提高流动性,防止发生气泡,塑料可预先干燥。
模具浇注系统宜粗短,浇口截面宜大,不得有死角，模具须冷却,表面镀铬。
（3）不能用一般的注射成型机成型聚氯乙烯，因为聚氯乙烯耐热性和导热性不好，用一般的注射机需将料筒内的物料温度加热到166－193度，会引起分解，应采用带预塑化装置的螺杆式注射机。
1.3结构设计
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。
1.3.1壁厚
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PVC的壁厚推荐值：
最小壁厚1.2mm,小型件壁厚1.6mm,中型件壁厚1.8mm,大型件壁厚3.2~5.8mm。
该水桶盖属于中小型塑件，塑件的厚度很薄，可以取2mm。
1.3.2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PVC的脱模斜度推荐值:
外表面：
30，—1°
内表面应比外表面小一些但也应在外表面范围内。
塑件上其它的特征还有如加强肋、圆角、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，所以就不一一介绍了。
1.4塑件的尺寸精度及表面质量
（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，根据精度等级选用表，硬聚氯乙烯的高精度为4级，一般精度为5级，低精度是6级。
根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在280～15范围内，4级的公差为1.1mm,5级的公差为1.4mm，6级的公差为2.2mm。
（2）尺寸精度的组成及影响因素
制品尺寸误差构成为：
=
+
（1—1）
式中
——制件总的成型误差；
——塑料收缩率波动所引起的误差；
——模具成型零件制造精度所引起的误差；
——模具磨损后所引起的误差；
——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。
第2章注塑成型的准备
2.1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2-1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10～20度至热变形温度以下10~20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100～121℃，保温时间与制件厚度有关，通常取2～9小时。
2.2注塑成型工艺条件
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2-1所示。
表2-1温度的经验数据
料筒温度/℃
喷嘴温度/℃
模具温度/℃
后段
中段
前段
160~170
165~180
170~190
30~60
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。
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3.4~27.5MPA。
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，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15~60秒，保压时间一般为0~5秒，冷却时间一般为15~60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2-2所示。
表2-2成型周期与壁厚关系
制件壁厚/mm
成型周期/s
制件壁厚/mm
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，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2-3所示。
表2-3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）28
喷嘴形式直通式模具温度30~60
喷嘴温度（℃）—后段温度（℃）160~170
中段温度（℃）165~180前段温度（℃）170~190
注射压力MPa90保压力MPa80
注射时间s20保压时间s5
冷却时间s25其他时间s3
成型周期s50成型收缩（%）0.6~1.5
干燥温度（℃）70~90干燥时间（℃）4~6
第3章注塑机的选择及型腔数目的确定
3.1注塑机的选择
3.1.1注塑机简介
1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机,这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%，注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%。
成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一。
注塑机的分类方式很多,目前尚未形成完全统一标准的分类方法。
常用的说法有：
（1）按设备外形特征分类：
卧式,立式,直角式,多工位注塑机。
（2）按加工能力分类：
超小型,小型,中型,大型和超大型注塑机。
此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类,但日常生活中用的较少。
3.1.2注塑机基本参数
注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。
这些参数是设计,制造,购买和使用注塑机的主要依据：
（1）公称注塑量指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注射装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力。
（2）注射压力为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆（或柱塞）对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力。
（3）注射速率为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还
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