保险座塑料注塑模具毕业设计Word文档格式.docx
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型芯成型部分断面的平均
P0
单位面积的包紧力
h
型芯被塑料包紧部分的长度
Δs
塑件公差
D腔
型腔內形尺寸
Φ
Qcp
塑料平均收缩率
S
顶顶出行程
ds
塑件外径基本尺寸
1
富裕量
Ds
塑件內形基本尺寸
2
顶出行程富裕量
h腔
凸模/型芯高度尺寸
α
倾斜角
Hs
塑件內形深度基本尺寸
Q
抽拔阻力
动模受的总压力
P
斜导柱所受的弯曲力
F
塑件的投影面积
ε
塑件收缩率
型腔压力
f
摩擦系数
修正系数
μ
塑料泊桑比
B
动模垫板的宽度
L
支撑块的跨距
1绪论
1.1前言
模具生产技术水平的高低，已成为衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，因为模具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。
现代模具工业有“不衰亡工业”之称。
模具是工业生产的基础工艺装备，也是发展和实现少无切削技术不可缺少的工具。
如汽车、拖拉机、电器、电机、仪器仪表、电子等行业有60%—80%的零件需用模具加工，轻工业制品的生产中应用模具更多。
螺钉、螺母、垫圈等标准零件，没有模具就无法大量生产。
并且推广工程塑料、粉末冶金、橡胶、合金压铸、玻璃成型等工艺，全部需用模具来进行。
由此看来，模具是工业生产中使用极为广泛的主要工艺装备，它是当代工业生产的重要手段和工艺发展方向，许多现代工业的发展和技术水平的提高，在很大程度上取决于模具工业的发展水平。
因此，模具技术发展状况及水平的高低，直接影响到工业产品的发展。
也是衡量一个国家工艺水平的重要标志之一[1]
。
1.2模具发展现状及发展方向
1.2.1塑料模具工业的发展现状
改革开放20多年来，我国（除港台地区外，下同）的模具工业获得了飞速的发展，设计、制造加工能力和水平、产品档次都有了很大的提高。
据不完全统计，全国现有模具专业生产厂、产品厂配套的模具车间（分厂）近17000家，约60万从业人员，年模具总产值达200亿元人民币。
但是，我国模具工业现有能力只能满足需求量的60％左右，还不能适应国民经济发展的需要。
目前，国内需要的大型、精密、复杂和长寿命的模具还主要依靠进口。
据海关统计，1997年进口模具价值6.3亿美元，这还不包括随设备一起进口的模具；
1997年出口模具仅为7800万美元。
1997年中国模具工业协会对下属的209家骨干企业（含产品厂的模具车间）的统计资料表明，其模具总产值13.7亿元人民币，进口模具大约为336万美元。
目前我国模具工业的技术水平和制造能力，是我国国民经济建设中的薄弱环节和制约经济持续发展的瓶颈[2]。
a.模具工业产品结构的现状:
按照中国模具工业协会的划分，我国模具基本分为10大类，其中，冲压模和塑料成型模两大类占主要部分[3]。
按产值计算，目前我国冲压模占50％左右，塑料成形模约占20％，拉丝模约占10％，而世
界上发达工业国家和地区的塑料成形模比例一般占全部模具产值的40％以上[4]。
我国冲压模大多为简单模、单工序模和符合模等，精冲模，精密多工位级进模还为数不多，模具平均寿命不足100万次，模具最高寿命达到1亿次以上，精度达到3～5um，有50个以上的级进工位，与国际上最高模具寿命6亿次，平均模具寿命5000万次相比，处于80年代中期国际先进水平[5]。
我国的塑料成形模具设计，制作技术起步较晚，整体水平还较低。
目前单型腔，简单型腔的模具达70％以上，仍占主导地位。
一模多腔精密复杂的塑料注射模，多色塑料注射模已经能初步设计和制造。
模具平均寿命约为80万次左右，主要差距是模具零件变形大、溢边毛刺大、表面质量差、模具型腔冲蚀和腐蚀严重、模具排气不畅和型腔易损等，注射模精度已达到5um以下，最高寿命已突破2000万次，型腔数量已超过100腔，达到了80年代中期至90年代初期的国际先进水平[6]。
b.模具工业技术结构现状:
我国模具工业目前技术水平参差不齐，悬殊较大。
从总体上来讲，与发达工业国家及港台地区先进水平相比，还有较大的差距。
在采用CAD/CAM/CAE/CAPP等技术设计与制造模具方面，无论是应用的广泛性，还是技术水平上都存在很大的差距。
在应用CAD技术设计模具方面，仅有约10%的模具在设计中采用了CAD，距抛开绘图板还有漫长的一段路要走；
在应用CAE进行模具方案设计和分析计算方面，也才刚刚起步，大多还处于试用和动画游戏阶段；
在应用CAM技术制造模具方面，一是缺乏先进适用的制造装备，二是现有的工艺设备（包括近10多年来引进的先进设备）或因计算机制式（IBM微机及其兼容机、HP工作站等）不同，或因字节差异、运算速度差异、抗电磁干扰能力差异等，联网率较低，只有5%左右的模具制造设备近年来才开展这项工作；
在应用CAPP技术进行工艺规划方面，基本上处于空白状态，需要进行大量的标准化基础工作；
在模具共性工艺技术，如模具快速成型技术、抛光技术、电铸成型技术、表面处理技术等方面的CAD/CAM技术应用在我国才刚起步[7,8]。
计算机辅助技术的软件开发，尚处于较低水平，需要知识和经验的积累。
我国大部分模具厂、车间的模具业务设备陈旧，在役期长、精度差、效率低，至今仍在使用普通的锻、车、铣、刨、钻、磨设备加工模具，热处理加工仍在使用盐浴、箱式炉，操作凭工人的经验，设备简陋，能耗高。
设备更新速度缓慢，技术改造，技术进步力度不大。
虽然近年来也引进了不少先进的模具业务设备，但过于分散，或不配套，利用率一般仅有25%左右，设备的一些先进功能也未能得到充分发挥。
缺乏技术素质较高的模具设计、制造工艺技术人员和技术工人，尤其缺乏知识面宽、知识结构层次高的复合型人才。
中国模具行业中的技术人员，只占从业人员的8%~12%左右，且技术人员和技术工人的总体技术水平也较低。
1980年以前从业的技术人员和技术工人知识老化，知识结构不能适应现在的需要；
而80年代以后从业的人员，专业知识、经验匮乏，动手能力差，不安心，不愿学技术。
近年来人才外流不仅造成人才数量与素质水平下降，而且人才结构也出现了新的断层，青黄不接，使得模具设计、制造的技术水平难以提高。
c.模具工业配套材料，标准件结构现状:
近10多年来，特别是“八五”以来，国家有关部委已多次组织有关材料研究所、大专院校和钢铁企业，研究和开发模具专用系列钢种、模具专用硬质合金及其他模具业务的专用工具、辅助材料等，并有所推广。
但因材料的质量不够稳定，缺乏必要的试验条件和试验数据，规格品种较少，大型模具和特种模具所需的钢材及规格还有缺口。
在钢材供应上，解决用户的零星用量与钢厂的批量生产的供需矛盾，尚未得到有效的解决。
另外，国外模具钢材近年来相继在国内建立了销售网点，但因渠道不畅、技术服务支撑薄弱及价格偏高、外汇结算制度等因素的影响，目前推广应用不多。
模具业务的辅助材料和专用技术近年来虽有所推广应用，但未形成成熟的生产技术，大多仍还处于试验摸索阶段，如模具表面涂层技术、模具表面热处理技术、模具导向副润滑技术、模具型腔传感技术及润滑技术、模具去应力技术、模具抗疲劳及防腐技术等尚未完全形成生产力，走向商品化。
一些关键、重要的技术也还缺少知识产权的保护。
我国的模具标准件生产，80年代初才形成小规模生产，模具标准化程度及标准件的使用覆盖面约占20%，从市场上能配到的也只有约30个品种，且仅限于中小规格。
标准凸凹模、热流道元件等刚刚开始供应，模架及零件生产供应渠道不畅，精度和质量也较差[9,10]。
1.2.2我国塑料模具发展走势
a.模具软件功能集成化:
模具软件功能的集成化要求软件的功能模块比较齐全，同时各功能模块采用同一数据模型，以实现信息的综合管理与共享，从而支持模具设计、制造、装配、检验、测试及生产管理的全过程，达到实现最佳效益的目的[11,12]。
如英国Delcam公司的系列化软件就包括了曲面/实体几何造型、复杂形体工程制图、工业设计高级渲染、塑料模设计专家系统、复杂形体CAM、艺术造型及雕刻自动编程系统、逆向工程系统及复杂形体在线测量系统等[13,14]。
集成化程度较高的软件还包括：
Pro/ENGINEER、UG和CATIA等。
国内有上海交通大学金属塑性成型有限元分析系统和冲裁模CAD/CAM系统；
北京北航海尔软件有限公司的CAXA系列软件；
吉林金网格模具工程研究中心的冲压模CAD/CAE/CAM系统等[16]。
b.模具软件应用的网络化趋势:
随着模具在企业竞争、合作、生产和管理等方面的全球化、国际化，现在精密模具的精度已达2～3μm，目前国内厂家使用较多的有意大利、美国、日本等国的高精度三坐标测量机，并具有数字化扫描功能。
如东风汽车模具厂不仅拥有意大利产3250mm×
3250mm三坐标测量机，还拥有数码摄影光学扫描仪，率先在国内采用数码摄影、光学扫描作为空间三维信息的获得手段，从而实现了从测量实物→建立数学模型→输出工程图纸→模具制造全过程，成功实现了逆向工程技术的开发和应用。
日本沙迪克公司采用直线电机伺服驱动的AQ325L、AQ550LLS-WEDM具有驱动反应快、传动及定位精度高、热变形小等优点。
瑞士夏米尔公司的NCEDM具有P-E3自适应控制、PCE能量控制及自动编程专家系统。
另外有些EDM还采用了混粉加工工艺、微精加工脉冲电源及模糊控制（FC）等技术。
铣削加工是型腔模具业务的重要手段。
而高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高（为普通铣削加工的5～10倍）及可加工硬材料（<
60HRC）等诸多优点。
因而在模具业务中日益受到重视。
c.模具材料及表面处理技术发展迅速:
模具工业要上水平，材料应用是关键。
因选材和用材不当，致使模具过早失效，大约占失效模具的45%以上。
在模具材料方面，常用冷作模具钢有CrWMn、Cr12、Cr12MoV和W6Mo5Cr4V2，火焰淬火钢（如日本的AUX2、SX105V（7CrSiMnMoV）等；
常用新型热作模具钢有美国H13、瑞典QRO80M、QRO90SUPREME等；
常用塑料模具用钢有预硬钢（如美国P20）、时效硬化型钢（如美国P21、日本NAK55等）、热处理硬化型钢（如美国D2，日本PD613、PD555、瑞典一胜白136等）、粉末模具钢（如日本KAD18和KAS440）等；
覆盖件拉延模常用HT300、QT60-2、Mo-Cr、Mo-V铸铁等，大型模架用HT250。
多工位精密冲模常采用钢结硬质合金及硬质合金YG20等。
在模具表面处理方面，其主要趋势是：
由渗入单一元素向多元素共渗、复合渗（如TD法）发展；
由一般扩散向CVD、PVD、PCVD、离子渗入、离子注入等方向发展；
可采用的镀膜有：
TiC、TiN、TiCN、TiAlN、CrN、Cr7C3、W2C等，同时热处理手段由大气热处理向真空热处理发展。
另外，目前对激光强化、辉光离子氮化技术及电镀（刷镀）防腐强化等技术也日益受到重视。
d.模具工业新工艺、新理念和新模式逐步得到了认同:
在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。
另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式。
具体主要有：
适应模具单件生产特点的柔性制造技术；
创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；
提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；
广泛采用标准件通用件的分工协作生产模式；
适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。
1.3本课题的设计内容
论文的任务如下：
a.分析塑料的材料、形状、结构对注塑成型的影响，完成保险座的塑件结构的绘制，如图1.1和1.2所示。
图1.1塑件零件三维图
图1.2塑件零件二维图
b.进行模具的结构设计：
包括注塑机的选型，分型面得确定，浇口形式的选择等；
c.完成有关成型零件工作尺寸的计算。
成型型腔壁厚计算；
冷却系统设计等。
2模具方案的论证和选择
根据塑件的结构分析，可选择以下两个方案，两个方案的比较：
方案一：
采用直浇口式直浇口又称中心浇口、主流道型浇口或非限制性浇口，塑料熔体直接由主流道进入型腔，因而具有流动阻力小、流料速度快及补缩时间长的特点，但注射压力直接作用在塑件上容易在进料处产生较大的残余应力而导致塑件翘曲变形，浇口痕迹和较明显，并且较难清除，这类浇口大多数用于注射成型大型厚壁长流程深型腔的塑件以及一些高粘度塑料。
而本设计的塑件体积小，型腔不深，壁厚较薄，所以不宜采用直浇口。
方案二：
采用侧浇口式侧浇口又称边缘浇口。
塑料熔体于型腔的侧面充模，其截面形状多位矩形狭缝，调整截面的厚度和宽度可以调节熔体充模时的剪切速率及浇口封闭时间。
这类浇口加工容易，修整方便，并且可以根据塑件的形状特征灵活的选择进料位置。
本设计可以在塑件侧面采用侧浇口，并且侧处外观质量要求不高，即使有一定的浇口痕迹对塑件的外观也不影响，所以采用侧浇口。
综合考虑到塑件的外观和结构上的要求，采用侧浇口比较合适，所以选择方案二。
2.1分型面的选择
将模具适当地分成两个或几个可以分离的主要部分，这些可以分离部分的接触表面分开时能取出塑件及浇注系统凝料，当成型时又必须接触封闭，这样的接触表面成为模具的分型面，本例为侧浇口，应该用两版式结构。
选择单分型面。
2.2分型面选择原则
分型面是动、定模具的分界面，即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面。
分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。
2.2.1分型面的分类
实际的模具结构基本上有三种情况：
a.型腔完全在动模一侧；
b.型腔完全在定模一侧；
c.型腔各有一部分在动定、模中。
2.2.2分型面的选择原则
分型面的选择不仅关系到塑件的正常成型和脱模，而且设计模具结构和制造成本。
一般来说，分型面的总体选择原则有以下几条：
a.脱出塑件方便；
b.模具结构简单；
c.型腔排气顺利；
d.确保塑件质量；
e.无损塑件外观；
d.合理利用设备。
2.2.3分型面的确定
鉴于以上的要求，在该模具中分型面设在塑件的上表面。
本例应该用如图2.1示分型面。
图2.1分型面的结构
3注射机的选择
3.1零件的材料及其注射工艺性
此零件的材料是ABS。
中文名称：
丙烯腈—丁二烯—苯乙烯。
3.1.1ABS的工艺条件
a.流动性：
ABS流动性能较好。
b.压力影响：
压力增加则塑料熔体受剪作用力增大，熔体的表观粘度下降，因而其流动性增大。
c.模具温度：
50~80℃。
6mm以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度，6mm以上壁厚的塑件使用较低的模具温度，塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。
对于最优的加工周期时间，冷却腔道直径应不小于8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d之内（这里“d”是冷却腔道的直径）。
d.注射压力：
100~140MPa。
e.注射速度：
建议使用高速注射。
f.注意事项：
在选择浇注系统进料口位置、形式，顶出力过大或机械加工时塑料表面呈现“白色”痕迹（但在热水中加热可消失），脱模斜度宜取2℃以上
表3.1ABS注射工艺参数
注射机类型
螺杆式
模具温度（oC）
60~70
螺杆转速（r/min）
30~60
注射压力（MPa）
70~90
喷嘴形式
直通式
保压力（MPa）
50~70
喷嘴温度（oC）
180~190
注射时间（s）
3~5
料桶前段温度（oC）
200~210
保压时间（s）
15~30
料桶中段温度（oC）
210~230
冷却时间（s）
料桶后段温度（oC）
180~200
成型周期（s）
40~70
3.2型腔数目的确定及分布
由于塑件尺寸较小，单个塑件体积为12.37㎝3，且结构较简单，有二个侧抽机构。
所以设计时可以确定腔数为双型腔。
模具型腔在模板上的排列方式通常有圆形排列、H形排列、直线排列、对称排列及复合排列等。
本设计模具型腔在模板上的排列方式采用直线排列。
3.3注塑机的选择
根据塑件体积为12.37㎝3，并且塑件大小69×
30×
20mm,又因为模具为双型腔以及浇注系统在内，选择注射机为XS-ZY-125，为螺杆式。
XS-ZY-125的技术规范
额定注射量（cm3）
125
最大成型面积（cm2）
320
螺杆直径（㎜）
42
最大开（合）模行程（㎜）
300
注射压力（Mpa）
119
模具最大厚度（㎜）
注射行程（㎜）
模具最小厚度（㎜）
200
动定模固定板尺寸（㎜）
420×
450
琐模力（kN）
900
喷嘴孔直径（㎜）
4
喷嘴圆弧半径（㎜）
12
定位圈直径（mm）
100
两侧顶出孔径（mm）
22
两侧顶出孔距（mm）
230
3.4注射机参数校核
3.4.1最大注射量校核
塑件连同浇注系统凝料在内的质量一般不应大于注射机公称注射量的80%，注射机多以公称容量来表示，可采用下式校核：
Gmax=cpG（3.1）
式中Gmax为注射机可注射的最大注射量（g）；
c为料筒温度下塑料的体积膨胀率的校正系数，对于结晶形塑料，c
0.85；
对于非结晶形塑料，c
0.93；
P为所用塑料在常温下的密度（g/cm3），p=1.02g/cm3；
G为注射机的公称注射量（g），G=125g。
∴G=0.93×
1.02×
125=118.6g
则M≤80％G，故所选注塑机的最大注射量符合要求。
3.4.2最大注射压力的校核
注射压力是指在螺杆头部产生的熔体压强，注射压力过低会导致型腔压力不足，熔体不能顺利充满型腔；
反之，注射压力过大，不仅会造成制品溢料，甚至系统过载。
螺式注射机ABS注射压力一般是60～100MPa，取80Mpa。
注射机注射压力为119MPa，满足要求。
3.4.3锁模力的校核
锁模力是指注射机合模机构在工作过程中对模具所能施加的最大夹紧力。
在选用注射机时，要对其合模机构进行校核。
（3.2）
式中P为单个塑件在模具分型面上的投影面积；
A2为浇注系统在模具分型面上的投影面积；
N为型腔数量；
p为塑料熔体对型腔的成型压力；
F为锁模力。
根据经验取模腔平均压力P为30Mpa，因为是两腔总压力为60Mpa。
通过计算可知塑件在分型面上的投影面积为A=69×
12+32×
4mm2=1232mm2。
计算锁模力为F=pA=60×
106×
1232=73920N<
900000N，所以满足锁模力的要求。
3.4.4开模行程校核
所选注射机的最大开模行程为350㎜，模具结构为斜导柱侧抽芯的单分型面注射模，其开模距为：
（3.3）
式中H1为脱模距离（㎜），为55㎜；
H2为包括浇注系统在内的塑件高度（㎜），为30㎜；
a为定模板离开浇口板的距离（㎜），为10㎜；
所以，开模行程大概为95㎜<
350㎜，满足要求。
4浇注系统的设计
4.1浇注系统的作用
浇注系统是塑料熔体由注塑机喷嘴通向模具型腔的流动通道，因此它应能够顺利的引导熔体迅速有序地充满型腔各处，获得外观清晰，内在质量优良的塑件。
对浇注系统设计的具体要求是：
对模腔的填充迅速有序；
可同时充满各个型腔；
热量和压力损失较小；
尽可能消耗较少的塑料；
能够使型腔顺利排
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