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毕业设计塑料模具设计说明书

1．绪论

1.模具工业的概况

在讨论注塑模设计之前，先要对国内外的塑料模具工业的状况、塑料模具工业的发展方向有一个较清晰的了解，这也就使我们对本课题的意义有所了解。

首先要对模具有一个整体的认识。

模具是机械、汽车、电子、通讯、家电等工业产品的基础工艺装备之一。

作为工业基础，模具的质量、精度、寿命对其他工业的发展起着十分重要的作用，在国际上被称为“工业之母”，对国民经济发展起着不容质疑的作用。

模具工业是制造业中的一项基础产业，是技术成果转化的基础，同时本身又是高新技术产业的重要领域，在欧美等工业发达国家被称为“点铁成金”的“磁力工业”；美国工业界认为“模具工业是美国工业的基石”；德国则认为是所有工业中的“关键工业”；日本模具协会也认为“模具是促进社会繁荣富裕的动力”，同时也是“整个工业发展的秘密”，是“进入富裕社会的原动力”。

在模具工业的总产值中，冲压模具约占50%，塑料模具约占33%，压铸模具约占6%，其它各类模具约占11%。

塑料模具工业是随塑料工业的发展而发展的。

塑料工业是一门新兴工业。

自塑料问世后的几十年以来，由于其原料丰富、制作方便和成本低廉，塑料工业发展很快，它在某些方面己取代了多种有色金属、黑色金属、水泥、橡胶、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成为各个工业部门不可缺少的材料。

目前在国民经济的各个部门中都广泛地使用着各式各样的塑料制品。

特别是在办公设备、照相机、汽车、仪器仪表、机械制造、交通、电信、轻工、建筑业产品、日用品以及家用电器行业中的电视机、收录机、洗衣机、电冰箱和手表的壳体等零件，都已经向塑料化方向发展。

目前，世界的塑料产量已超过有色金属产量的总和。

塑料模具就是利用特定形状去成型具有一定形状和尺寸的塑料制品的工艺基础装备。

用塑料模具生产的主要优点是制造简便、材料利用高、生产率高、产品的尺寸规格一致，特别是对大批量生产的机电产品，更能获得价廉物美的经济效果。

塑料模具的现代设计与制造和现代塑料工业的发展有极密切的关系。

随着塑料工业的飞速发展，塑料模具工业也随之迅速发展。

2.我国塑料模具工业技术现状及地区分布

在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志，并在很大程度上决定着产品质量、效益和新产品的开发能力。

我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。

还能生产厚度仅为0.08mm的一模两腔的航空杯模具和难度较高的塑料门窗挤出模等。

注塑模型腔制造精度可达0.02~0.05mm，表面粗糙度Ra0.2um，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10~30万次，淬火钢模达50~100万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。

成型工艺方面，多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新设计方面也取得较大进展。

气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，如青岛海信模具有限公司、天津通信广播公司模具厂等厂家成功地在29~34英寸电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。

如上海新普雷斯等公司就能为用户提供气辅成型设备及技术。

热流道模具开始推广，有的厂采用率达20%以上，一般采用内热式或外热式热流道装置，少数单位采用具有世界先进水平的高难度针阀式热流道模具。

但总体上热流道的采用率不到10%,与国外的50~80%相比，差距较大。

在制造技术方面，CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，如美国EDS的UGII、美国ParametricTechnology公司的Pro/Engineer、美国CV公司的CADS5、英国Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美国AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亚Moldflow公司的MPA塑模分析软件等等。

这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。

近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中科技大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格较低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。

近年来，国内己较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如:

P20、3Cr2Mo、PMS、SMI、SMII等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大的影响，但总体使用量仍较少。

塑料模标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛地得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。

但目前我国模具标准化程度和商品化程度一般在30%以下，和国外先进工业国家已达到70%-80%相比，仍有很大差距。

技术比较见表1

表1:

国内外塑料模具技术比较表

项目

国外

国内

注塑模型腔精度

0.005~0.01mm

0.02~0.05mm

型腔表面粗糙度

Ra0.01~0.05um

Ra0.20um

非淬火钢模具寿命

10-60万次

10~30万次

淬火钢模具寿命

160~300万次

50~100万次

热流道模具使用率

80%以上

总体不足10%

标准化程度

70~80%

小于30%

中型塑料模生产周期

一个月左右

2~4个月

我国模具工业起步晚，底子薄，与工业发达国家相比有很大的差距，但在国家产业政策和与之配套的一系列国家经济政策的支持和引导下，我国模具工业发展迅速。

据统计，我国现有模具生产厂近2万家，从业人员约50万人，“九五”期间的年增长率为13%.2000年总产值为270亿元，占世界总量的5%。

2008年总产值为450亿元，近十年来增长率为15%以上。

但从总体上看，自产自用占主导地位，商品化模具仅为1/3左右，国内模具生产仍供不应求，特别是精密、大型、复杂、长寿命模具，仍主要依赖进口。

目前，就整个模具市场来看，进口模具约占市场总量的20%左右，其中，中高档模具进口比例达40%以上。

因此，近年来我国模具发展的重点放在精密、大型、复杂、长寿命模具上，并取得了可喜的成绩，模具进口逐渐下降，模具技术和水平也有长足的进步。

近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：

大型精密、复杂、长寿命等中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；塑料模和压铸模比例增大；专业模具厂数量增加较快，其能力提高显著；股份制改造步伐加快，等等。

从地区分布来说，以珠江三角洲和长江三角洲为中心的东南沿海地区发展快于中西部地区，南方的发展快于北方。

目前发展最快、模具生产最为集中的省份是广东和浙江，这2个省的模具产值已占全国总量的六成以上。

江苏、上海、山东、安徽等地目前发展态势也很好。

我国模具年生产总量虽然已位居世界第三，但设计制造水平在总体上要比工业发达国家落后许多，其差距主要表现在下列六方面：

（1）国内自配率不足80％，中低档模具供过于求，中高档模具自配率不足60％。

（2）企业组织结构、产品结构、技术结构和进出口结构都不够合理。

（3）模具产品水平和生产工艺水平总体上比国际先进水平低很多，而模具生产周期却要比国际先进水平长很多。

（4）开发能力弱，经济效益欠佳。

我国模具企业技术人员比例较低，水平也较低，不重视产品开发，在市场中常处于被动地位。

（5）模具标准化水平和模具标准件使用覆盖率低。

（6）与国际先进水平相比，模具企业的管理落后更甚于技术落后。

纵观发达国家对模具工业的认识与重视，我们感受到制造理念陈旧则是我国模具工业发展滞后的直接原因。

模具技术水平的高低，决定着产品的质量、效益和新产品开发能力，它已成为衡量一个国家制造业水平高低的重要标志。

因此，模具是国家重点鼓励与支持发展的技术和产品，现代模具是多学科知识集聚的高新技术产业的一部分，是国民经济的装备产业，其技术、资金与劳动相对密集。

提高模具标准化水平和模具标准件的使用率。

模具标准件是模具基础，其大量应用可缩短模具设计制造周期，同时也显著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具质量。

在科技发展中，人是第一因素，因此我们要特别注重对知识的更新与学习，实现产、学、研相结合，培养更多的模具人才，搞好技术创新，提高模具设计制造水平。

在教学中积极采用多媒体与虚拟现实技术，逐步走向网络化、智能化环境，实现模具企业的敏捷制造、动态联盟与系统集成。

我国模具工业是一个完全信息化的、充满着朝气和希望而又实实在在的新时代即将到来。

3.我国塑料模具工业和技术今后的主要发展方向

在信息社会和经济全球化不断发展的进程中，模具行业发展趋势主要是模具产品向着更大型、更精密、更复杂及更经济快速方面发展，技术含量不断提高，模具生产向着信息化、数字化、无图化、精细化、自动化方面发展；模具企业向着技术集成化、设备精良化、产品品牌化、管理信息化、经营国际化方向发展。

模具技术的发展趋势主要是：

①CAD、CAM、CAE的广泛应用及其软件的不断先进和CAD／CAM／CAE技术的进一步集成化、一体化、智能化；②PDM（产品数据管理）、CAPP（计算机辅助工艺设计管理）、KBE（基于知识工程）、ERP（企业资源管理）、MIS（模具制造管理信息系统）及Internet平台等信息网络技术的不断发展和应用；③高速、高精加工技术的发展与应用；④超精加工、复合加工、先进表面加工和处理技术的发展与应用；⑤快速成型与快速制模（RP／RT）技术的发展与应用；⑥热流道技术、精密测量及高速扫描技术、逆向工程及并行工程的发展与应用；⑦模具标准化及模具标准件的发展及进一步推广应用；⑧优质模具材料的研制及正确选用；⑨模具自动加工系统的研制与应用；⑩虚拟技术和纳米技术等的逐步应用。

4.注塑模具CAD发展概况及趋势

计算机辅助设计（（ComputerAidedDesign,CAD）是当代计算机应用的一个重要领域。

随着计算机硬件和软件技术水平的迅速提高，CAD技术及其应用一直处于日新月异的发展浪潮中。

作为CAD技术应用的一个十分重要的方面，塑料模具计算机辅助设计、模拟分析与制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是国内外普遍关注的热点。

三十多年来，国外注射模CAD技术发展相当迅速。

70年代己开始应用计算机对熔融塑料在圆盘形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析。

80年代初，人们成功地采用有限元法分析三维型腔内塑料熔体的流动过程，使设计人员可以依据理论分析并结合自身的经验，在模具制造前对设计方案进行评价和修改，以减少试模时间，提高模具质量。

近十年来，注射模CAD技术在不断进行理论和实验研究的同时，十分注意向实用化阶段发展，一些高水平的商品软件逐步推出，并在推广和实际使用中不断改进、提高和完善。

第一章塑件材料选择性能

一、零件

图1-1零件图

二、ABS材料分析

ABS材料是丙烯腈—丁二烯—苯乙烯共聚物。

这三种组分各自的特性，使ABS具有良好综合力学性能。

丙烯晴使ABS有良好的耐化学腐蚀及表面硬度，丁二烯使ABS坚韧，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性。

ABS属于热塑性塑料，外观为粒状或粉状,呈微黄色,不透明但成型的塑件具有较好的光泽。

ABS无毒，无味。

密度1.02～1.05g/cm3成型温度范围（180℃--240℃）,成型时有较好的流动性。

ABS材料具有较高的抗冲击强度，且在低温下也不迅速下降（抗寒性）；有良好的的机械强度和一定的耐磨性，耐油性，化学稳定性和电气性能。

ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易于成型加工，且易着色。

ABS几乎不受酸、碱、盐、及水和无机化盐的影响，溶于酮、醛、酯、氯代烃中，不溶于大部份醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。

ABS塑料表面不可接触受冰醋酸，植物油等化学药品，否则会引起应力开裂。

此外，ABS的缺点是耐热性不高，低介电强度，低拉伸率，热变形温度为93℃，脆化温度为-27℃,使用的温度范围为-40℃～100℃，而且ABS的耐气候性也差，紫外线作用下容易氧化降解，从而会导致制件变硬发脆。

三、塑料成型工艺性能分析

塑料成型工艺特性是塑料在成型加工过程中所表现出来的特有性质，下面，对注塑材料ABS工艺特性进行分析：

1、收缩性塑料从温度较高的模具中取出冷却到室温后，其尺寸或体积会发生收缩变化，这种性质称为收缩性。

收缩性的的大小以单位长度塑件收缩量的百分数来表示，称为收缩率。

一般对于大型模具的收缩率计算，我们采用实际收缩率进行计算：

SS=a-b/b×100%（SS:

实际收缩率；a:

模具或塑件在成型温度时的尺寸；b：

塑件在室温时的尺寸；c：

模具在室温时的尺寸）对我所设计的零件属于小型的模具，所以采用SJ=c-b/b×%（Sj：

为计算收缩率）由于本次毕业设条件的原因，没有办法自己去测量出：

cb值。

于是我们通过查找资料《塑料成型工艺与模具设计》附录B常用塑料的收缩率，可得：

ABS塑料成型收缩率为：

0.003-0.008，由于塑件的结构，模具的结构，成型工艺条件等都会影响塑料的收缩率变化。

我们取一个相对平均值：

0.005。

2、流动性塑料在一定的温度、压力作用充填模具开腔的能力，称为塑料的流动性。

塑料的流动性差，就不容易充满开腔，易产生缺料或熔接痕等缺陷。

但流动性太好，又会在成型时主生严重的飞边。

ABS材料属于热塑性塑料，分子成线型，具有良好的流动性。

其次：

料温，压力，模具结构都会影响塑料的流动及充模能力。

3、吸湿性吸湿性是指塑料对水分的亲疏程度。

按吸湿或粘附水分能力的大小分类，ABS塑料属于吸湿性塑料，吸水率为:

0.05%-0.5%。

在注塑成型过程中比较容易发生水降解，成型后塑件上出现气泡，银丝与斑纹等缺陷。

因此，在成型前必须进行干燥处理。

一般干燥温度取80-90℃，干燥时间为两小时。

4、热敏感性塑料的化学性质对热量的敏感程度称为热敏性。

热敏性塑料在成型过程中很容易在不太高的温度下发生热分解、热降解，从而影响到塑件的性能，色泽和表面质量等，另处，塑料熔体发生热分解或热降解时，会释放出一些挥发性气体，这些气体一般具有腐蚀性，或有毒，不管是对人，还是模具都会造成一定的影响。

ABS塑料成型温度为210℃-250℃，经查中国人力资源专家网提供的材料编经验值得，到达260℃变色，于料温达到280℃时，塑料出现分解。

于是注塑成型是，一般取210℃-250℃。

综上所述：

ABS收缩比较大，成型收缩后，对型芯具有比较大的包裹力，为方便塑件顺利脱模，应将脱模斜度设计为较大值：

型腔40′～1°40′型芯

30′～１°ABS溶融时具有良好的流动性；较低的热敏性；属于吸湿性塑料。

于是在成型是需要控制好，成型温度，压力，注射前的干燥处理等。

附表1—1ABS材料性能、工艺参数表

密度

1.05

拉伸强度

33～49

收缩率

0.003～0.008

拉伸弹性模量

1.8

熔点

130～160

弯曲强度

80

热变形

温度（45N/cm2）

65～98℃

弯曲弹性模量

1.4

压缩强度

18～39

模具温度

25～70℃

缺口冲击强度

11～20

喷嘴温度

180～190℃

硬度

R62～86

中段温度

210～230℃

外观

微黄色或白色不透明

后段温度

200～220℃

吸水率

0.05～0.5

干燥温度

80～90℃

特点

耐热、表面硬度高，尺寸稳定、耐化学、易成型加工，可渡鉻

注射压力

70～100MPa

塑化形式

螺杆式柱塞式

干燥时间

2H

保压压力

30-80MPa

背压压力

3-20MPa

比重

1.05

注塑时间

3-5s

保压时间

10-30s

第二章塑料件的结构工艺

一、塑料件的尺寸精度分析

按塑件的尺寸MT精度要求,未标注公差为自由，按ABS材料模塑件公差等级（GB/T14486-1993）选取一般精度要求MT3。

其主要尺寸公差如下（单位均为mm）

成型零件的外形尺寸：

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、95°、15°

成型零件的外形尺寸：

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、

、

、

成型零件的卡位孔尺寸:

二、塑料件的使用性能分析

塑件外表面光亮耐磨，平整，卡位孔处需要有良好的力学性能。

卡位孔配合精度不高，需要适当的强度和弹性，不容易产生的变形，整体无变形即可。

三、塑料件的表面质量分析

该塑件要求外形美观，内、外表面表面光滑，没有斑点及熔接痕现象，内、外表面粗糙度均可取Ra0.4μm。

塑件制品内、外表面成型后方不可见边缘有缺陷，边缘面要求平整。

四、塑料件的结构分析

1、塑件形状比较复杂，前、后面都用圆弧过度，后面有两个卡位孔，两侧均有加强筋。

内部有三块隔板。

2、塑件整体结构较大，平均壁厚为1.5mm，壁厚检测分析如图2-1所示，超过ABS塑料的最小成型壁厚。

可注塑成型。

图A

图B

图2-1厚度检查分析

综上所述，从精度上看，ABS注塑成型可满足尺寸要求，表面粗糙度要求（ABSRa可达到0.025～1.6/μm）。

从结构上看，可考虑整体边缘为最大分型面，两侧卡位孔结构考虑侧向分型。

从塑件的表面质量要求看，浇口选择在塑件的底部，提高它们的力学性能。

由于塑件整体结构较大，但生产批量大等。

我们可以考虑使用一模多腔的注塑成型，提高生产效率。

第三章成型设备的选择和成型工艺的制定

一、成型参数的确定

查《中国模具设计大典》、《塑料成型工艺与模具设计》得ABS塑料的有关注塑成型参数：

密度：

1.01～1.05g/mm³

收缩率：

0.005～0.008

预热温度：

80℃～90℃，预热时间2～3h

料筒温度：

前段200℃～210℃,中段210℃～230℃，后段200℃～220℃

喷嘴温度：

180℃～190℃

模具温度：

50℃～70℃

注射压力：

60～100MPa

注射时间：

注射时间3～5s，保压时间10～30s，冷却时间15～30s.

成型周期：

40～70S

二、塑件的体积和重量的计算

1、利用PRO/E进行体积的计算

根据产品图纸，将四组调料盒按1:

1的尺寸比例在PROE里完成三维构图。

利用PROE分析指令对四组调料盒进行体积的计算如图3-1所示。

体积=4.7173376e+04mm4

其中e=103=10000

四组调料盒体积V=10004.72mm3

图3-1质量分析

2、四组调料盒重量的计算

根据分析ABS材料ρ=1.05g/cm3

W=ρV

=1.05×10004.72×10-3

=10.5496g

三、模具所需塑料熔体注射量

根据生产批量为大批量生产，由于注塑件的尺寸比较大，初步选择采用一模二腔，按《塑料模具设计指导》2.1.2.4有如下模具所需塑料熔休注射量的计算公式：

M=NM1+M2

式中，M——副模具所需塑料的质量或体积（g或cm3）

N——初步选定的型腔数量

M1——单个塑件的质量或体积（g或cm3）

M2——浇注系统的质量或体积（g或cm3）

M2：

注系统的质量或体积，它与注塑件的质量和塑料的流动性能有一定的关系，是一个不定值，但据注塑厂的统计资料，M2取15%-20%。

在这里我们选用M2=0.6NM1则有：

M=1.6NM1

=1.6×2×10.5496

=33.75872cm3

四、锁模力的计算

FM=（NA1+A2）P型

式中，FM——模具所需要的锁模力（N）

N——初步选定的型腔数量

A1——单个塑件在分型面上的投影面积（mm2）

A2——流道凝料在分型面上的投影面积（mm2）

P型——塑料熔体对型腔的平均压力（MPa）

其中，A2按分型面上投影面积A1的0.2～0.5倍。

取中间值0.3，利用Pro/E进行注塑件投影面积分析（一模两腔一起分析），A1 投影面积为：

40951.0mm2如图3-2所示。

图3-2投影面积分析

根据资料《塑料模具设计指导》P7常用塑料注射成型时型腔平均压力表2-2中，ABS属于中等黏度塑件及有精度要求的塑件，P型取35

FM=（NA1+A2）P型

=（2×20475.5+0.3×2×20475.5）×35　　　

=（40951+12285.3）×35

=1863270.5Mpa

五、设备选择

根据塑化塑化温度，额定注射量，注射压力，锁模力要求，参考《塑料成型工艺设计与模具设计》P105表4.2常用国产注塑机的规格和性能。

初步选择采用注射机型号：

G54-S200/400

G54-S200/400，其有关的参数为：

额定注射量200～400cm³

注射压力109MPa

锁模力2540KN

最大注射面积645cm2

最大开合模行程260mm

最大模具厚度406mm

最小模具厚度165mm

喷嘴圆弧半径18mm

喷嘴孔直径4mm

动定模板尺寸532×634mm

拉杆间距290mm×368mm

六、塑料成型工艺卡

根据ABS材料的注射成型工艺分析、四组调料盒的结构分析及相关资料《塑料注塑模结构与设计》编写如下表3-1成型工艺卡片。

表3-1塑料成型工艺卡

塑料成型工艺卡片

资料

编号

车间

共1页

第1页

零件名称

四组调料盒

材料牌号

ABS

设备

型号

G54-S200/400

装配图号

材料定额

每模

件数

2

零件图号

SZTLH001

单件重量

10549.6g

工装号

材料

干燥

设备

温度/℃

80~90

时间/h

2

料筒温度（℃）

后段/℃

180~200

中段/℃

210~230

前段/℃

200~210

喷嘴/℃

180~190

模具温度/℃

50~80

时间

注射/s

2~9

保压/s

15~30

冷却/s

15~30

压力

注射压力/MPa

70~100

背压力/MPa

60~100

后处理

温度

100

时间

定额

辅助/min

时间

8~10

单件/min

检验

编制

校对

审核

组长

车间主任

检验组长

主管工程师

第四章注射模设计

一、可行性分析

1、可注塑性分析

（1）、最小壁厚要求

根据图纸，四组调料盒壁厚为1.5mm。

《塑料模具设计与制造实训教程》P18（表1-3）常用塑料壁厚选用范围中，ABS材料壁厚范围为1.25-1.6mm。

四组调料盒的壁厚中型塑件，需进行最小壁厚校核。

《塑料模具设计参考资料汇编》P160壁厚（S）与流程（L）关系式：

ABS流动性为中等。

S=（L÷100+0.8）×0.7

=（150÷100+0.8）×0.7

=1.61mm＞1.5mm

四组调料盒平均尺寸大于ABS材料的实际最小注塑尺寸,可注塑成型。

（2）、表面质量要求

由于塑件表面质量要求较高，表面不允许出现明显的接痕，和气泡伤疤。

为避免此类缺陷的出现，在结构设计，分型面设计，浇注系统设计，排气系统设计