塑料模具设计与制造的认识.docx

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塑料模具设计与制造的认识

塑料模具设计与制造的认识

院系名称：

材料与化工学院

班级：

高分子091

学号：

200901544124

学生姓名：

李帅

指导教师：

苏朝化

时间:

2012年11月

谈谈对塑料模具设计与制造的认识

一、前言

塑料工业是制造合成树脂和塑料制品的高分子化工部门，也有把塑料加工机械和模具的制造工业包括在内的。

塑料工业的生产量和品种，主要依赖于合成树脂的生产和开发，因此与石油化工关系密切；塑料又以其质轻、比强度高、耐腐蚀、生产效率高、能耗低等特点，在机械制造，建筑等部门的某些领域，可取代金属和木材；在电子、电器等部门，塑料已成为必需材料之一；塑料制品广泛用于农业生产和人民生活之中；在包装方面，可以说当今没有塑料，几乎就没有现代化的包装工业。

塑料工业是发展很快的一个材料工业，1946年世界塑料产量仅600kt,1970年已达30.4Mt。

1984年达72Mt，占三大合成材料（塑料、合成橡胶、合成纤维）总产量的75%，生产集中的地区分别为西欧（35%）、北美（30%）、亚洲（17%）、东欧（13%）。

70年代以后，塑料工业出现的新情况是：

①合成树脂的生产装置实现了大型化、连续化和自动化，单条生产线的能力达到120kt以上。

高效催化剂和流程简化,以及节能的本体聚合方法实现了工业化。

在品种上,线型低密度聚乙烯的问世和大规模投入生产是突出的代表。

②工程塑料、高分子复合材料和高性能材料发展很快，出现了许多新品种,如液晶自增强塑料开始大规模生产。

工程塑料的增长率也超过了通用塑料，如在70年代，工程塑料的发展速度为年平均增长15%，比通用塑料高出一倍多。

1984年世界工程塑料消费的增长率为14%，总消费量达1.383Mt。

③塑料加工以节能、节约原材料为目标，塑料机械的自动化水平越来越高；成型加工新方法不断涌现。

例如：

反应注射成型、结构泡沫塑料注射成型和热固性塑料注射成型（见注射成型）；各种共挤出技术，包括薄膜、片材和异型材的共挤出（见挤出）；多层吹塑，挤拉吹和注拉吹（见吹塑）；增强塑料的拉挤成型等。

世界上塑料的人均年消费量1970年8kg，1980年13.4kg,预计1995年可达到22.5kg，工业发达国家多超过50kg。

今后数十年内，塑料工业的基础原料仍将以石油为主。

在生产地区分布上，通用塑料的生产正逐步地由工业发达国家向产石油的发展中国家转移。

工业发达国家则更加重视发展吨位小、附加价值高、性能优异的工程塑料和高性能多功能塑料。

此外，各种改性的塑料新品种仍将继续大量涌现，以获得各种特定性能，扩大塑料的应用领域，创造新型材料，来满足国民经济各部门的需求。

塑料废弃物的数量影响了环境保护，废塑料的处理和应用将成为重要课题。

塑料成型加工是将塑料原料转化成具有使用价值的商品的工程技术。

它是通过成型设备完成塑料原料塑化、变形、定型以分子链结构、凝聚态结构等物理和化学变化，最终成为高分子材料制品的过程。

因此塑料成型加工方法、成型设备、成型工艺、原料特性均是决定塑料制品性能或质量的基本因素。

一种塑料制品可能采用多种成型加工方法，在不同类型的成型设备上，用不同的工艺进行加工，优化生产工艺流程十分必要。

塑料工业的发展离不开塑料模具的设计与制造。

塑料模具，是塑料加工工业中和塑料成型机配套，赋予塑料制品以完整构型和精确尺寸的工具。

由于塑料品种和加工方法繁多，塑料成型机和塑料制品的结构又繁简不一，所以，塑料模具的种类和结构也是多种多样的。

二、塑料模具简介及分类

塑料模具是一种用于、挤塑、注射、吹塑和低发泡成型的组合式塑料模具，它主要包括由凹模组合基板、凹模组件和凹模组合卡板组成的具有可变型腔的凹模，由凸模组合基板、凸模组件、凸模组合卡板、型腔截断组件和侧截组合板组成的具有可变型芯的凸模。

模具凸、凹模及辅助成型系统的协调变化。

可加工不同形状、不同尺寸的系列塑件。

随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，塑料制品所占的比例正迅猛增加.一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件.塑料产品的用量也正在上升.

塑料模具是一种生产塑料制品的工具.它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。

注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。

一般塑料模具由动模和定模两部分组成，动模安装在注射成型机的移动模板上，定模安装在注射成型机的固定模板上。

在注射成型时动模与定模闭合构成浇注系统和型腔，开模时动模和定模分离以便取出塑料制品。

模具的结构虽然由于塑料品种和性能、塑料制品的形状和结构以及注射机的类型等不同而可能千变万化，但是基本结构是一致的。

模具主要由浇注系统、调温系统、成型零件和结构零件组成。

其中浇注系统和成型零件是与塑料直接接触部分，并随塑料和制品而变化，是塑模中最复杂，变化最大，要求加工光洁度和精度最高的部分。

浇注系统是指塑料从射嘴进入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和浇口等。

成型零件是指构成制品形状的各种零件，包括动模、定模和型腔、型芯、成型杆以及排气口等。

按照成型方法的不同，可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工模塑料模

具类型，主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高发泡聚苯乙烯成型模具等。

三、塑料模具的设计要素

塑料模具设计要考虑的结构要素有：

①分型面，即模具闭合时凹模与凸模相互配合的接触表面。

它的位置和形式的选定，受制品形状及外观、壁厚、成型方法、后加工工艺、模具类型与结构、脱模方法及成型机结构等因素的影响。

②结构件，即复杂模具的滑块、斜顶、直顶块等。

结构件的设计非常关键，关系到模具的寿命、加工周期、成本、产品质量等，因此设计复杂模具核心结构对设计者的综合能力要求较高，尽可能追求更简便、更耐用、更经济的设计方案。

③模具精度，即避卡、精定位、导柱、定位销等。

定位系统关系到制品外观质量，模具质量与寿命，根据模具结构不同，选择不同的定位方式，定位精度控制主要依靠加工，内模定位主要是设计者充分去考虑，设计出更加合理易调整的定位方式。

②浇注系统，即由注塑机喷嘴至型腔之间的进料通道，包括主流道、分流道、浇口和冷料穴。

特别是浇口位置的选定应有利于熔融塑料在良好流动状态下充满型腔，附在制品上的固态流道和浇口冷料在开模时易于从模具内顶出并予以清除（热流道模除外）。

③塑料收缩率以及影响制品尺寸精度的各项因素，如模具制造和装配误差、模具磨损等。

此外，设计压塑模和注塑模时，还应考虑成型机的工艺和结构参数的匹配。

在塑料模具设计中已广泛应用计算机辅助设计技术。

四、注塑模设计简介

注塑成型又称注塑模具，是热塑性塑料制件的一种主要成型方法，并且能够成功地将某些热固性塑料注塑成型。

注塑成型可成型各种形状的塑料制品，其优点包括成型周期短，能一次成型外形复杂、尺寸精密、带有嵌件的制品，且生产效率高，易于实现自动化，因而广泛应用在塑料制品生产当中。

1、注塑成型原理及特点

塑料的注塑成型过程，就是借助螺杆或柱塞的推力，将已塑化的塑料熔体以一定的压力和速度注入模具型腔内，经过冷却固化定型后开模而获得制品。

因此，可以说注塑成型在塑料装配生产中具有重要地位。

2．注塑模设计的特点

塑料注塑模能够一次成型形状复杂、尺寸精确或带嵌件的塑料制件。

在注塑件生产中，通常以最终塑料制品的质量来评价模具的设计和制造质量。

注塑件质量包括表现质量和内在质量。

表现质量的衡量标准为塑件的形状和尺寸精度，包括注塑件的表面粗糙度和表现缺陷状况。

常见的表现缺陷有凹陷、气孔、无光泽、发白、银纹、剥皮、暗斑纹、烧焦、裂纹、翘曲、溢料飞边或可见熔合缝等。

内在质量也就是性质质量，包括熔合缝强度、残余应力、密度和收缩等。

先进的模具必须在使用寿命期限内保证制品质量，并需要具备良好的技术经济指标。

这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。

其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。

五、注塑模具分类和设计步骤

凡是注塑模具，均可分为动模和定模两大部件。

注塑充模时，动模与定模闭合，构成型腔和浇注系统；开模时，动模与定模分离并取出制件。

定模安装在注射机的固定模板上，而动模则安装在注射机的移动模板上。

注塑模具主要由以下7个系统或机构组成。

1．注塑模具的分类

成型零件成型零件是指构成型腔、直接与熔体相接触并分型塑料制件的零件。

成型零件通常包括凸模、型芯、成型杆、凹模、成型环、镶件等零件。

在上图所示的模具中，型腔由凹模3、凸模4和动模12构成。

浇注系统将塑料熔体由注射机喷嘴引向型腔的流道称为浇注系统，由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。

导向和定位机构为确保动模和定模在闭合时能够准确导向和定位对中，通常需要在动模和定模上分别设置导柱和导套。

如果使用的是深腔注塑模，那么还需要在主分型面上设置锥面定位。

有时为保证脱模机构的准确运动和复位，还需要设置导向零件。

脱模机构脱模机构是指在开模过程的后期将塑件从模具中脱出的机构。

在图1-19所示的模具中，脱模机构由顶杆5、拉料杆6、顶出固定板7、顶出板8和回程杆10组成。

侧向分型抽芯机构带有侧凹槽或侧孔的塑件在脱出模具之前，必须先进行侧向分型，或者拔出侧向凹模或抽出侧型芯。

温度调节系统为了满足注塑工艺对模具温度的要求，模具设有冷却或加热的温度调节系统。

冷却模具时，通常是在模板内开设冷却水道，而加热则是在模具内或周边安装电加热元件。

具有特殊要求的注塑模，还需要配备模温自动调节装置。

排气系统为了在注塑充模过程中将型腔内原有空气排出，通常在分型面处开设排气槽。

由于小型腔排气量不大，可直接利用分型面排气，也可以利用模具的顶杆或型芯与配合孔之间的间隙排气，而大型注塑模则需要预先设置专用排气槽。

2．注塑模设计步骤

（1）设计前的准备工作

模具设计人员应当以设计任务书为设计依据。

目前，注塑模设计任务书大体有三种类型。

给定经审核的塑件图和技术要求，要求设计成型工艺及模具。

给定塑件样品，要求测绘塑件样品后设计成型工艺及模具

给定塑件图和模具图，要求按实际生产条件修改设计成型工艺及模具。

显然，这三种任务书的责任及工作量差别甚大。

对于第二种类型应慎重对待，测绘后的塑件图必须经过有关部门的认可，方能开始进行成型工艺及模具设计。

成型塑件的任务书通常由塑件设计者提出。

任务书的内容主要包括经过审签的正规塑件图样，其中注明所用塑料的牌号、颜色、透明度等；塑件说明书或技术要求；塑件的生产数量等。

模具设计任务书通常由工艺员根据成型塑件的任务书提出，模具设计人员以塑件成型任务书和注塑模设计任务书为依据进行模具设计。

（2）收集、分析和消化原始资料

在注塑模设计之前，必须取得必要的基本资料和数据，如符合标准的塑件图或塑件样品、塑件产量和生产率要求、塑料牌号、塑件生产车间的设备型号及参数、模具制造车间的设备及制造技术水平等，然后对这些原始资料和数据进行下述分析和消化。

分析塑件图了解塑件的用途，并分析塑件的工艺性（如尺寸精度、几何形状等）。

分析工艺资料分析工艺任务书提出的成型方法、成型设备、塑料牌号、模具类型等要求是否合理，能否落实。

熟悉有关参考资料及技术标准常用的参考资料包括《塑料材料手册》、《塑料技术标准》、《塑料模设计手册》和《成型设备说明书》等，常用的技术标准包括《机械制图标准》、《塑料模具标准》等。

熟悉工厂的实际情况这方面的内容很多，主要是成型设备的技术参数、模具制造车间的技术水平、工厂现有的设计参考资料以及有关技术标准等。

（3）选择注射机

在设计注射成型工艺时，只是对注射机的类型、型号等作了粗略的选择。

因此，模具设计人员还必须熟悉注射机的有关技术参数，如注射机的喷嘴孔径和喷嘴球面半径、定位孔直径、注射容量、锁模力、注射压力、注射速度、定模板和动模板之间的最大开距及最小开距、动定模板的面积大小及安装位置尺寸、调距螺母的可调长度、最大开模行程、拉杆间距、顶出杆直径及其位置、顶出行程等。

（4）确定模具结构

理想的模具结构必须满足塑件的工艺技术要求和生产经济性要求。

工艺技术要求是要保证塑件的几何形状、尺寸公差及表面粗糙度；生产经济性要求则是要达到成本低、生产效率高、模具使用寿命长、操作维修方便、安全可靠的目的。

在确定模具结构时

（5）确定总体尺寸与绘制结构草图

在确定模具结构的基础上，参照有关注塑模模架标准和结构零件标准，绘制模具结构草图，确定模具轮廓尺寸和零部件的主要结构尺寸，并根据塑件和所选注射机的基本参数，对两者进行适应性校核，以最后调整、确定模具结构和参数。

（6）绘制模具装配图

绘制模具装配图时，无论采用手工绘制还是计算机绘制，除了应把模具的整体结构和各个零部件的装配关系、紧固、定位等表达清楚之外，还应注意以下几点。

正确选择足够的视图，以表示模具整体结构、各零部件之间的装配关系。

可按注塑模的习惯表示方法绘制，但不能违反机械制图的国家标准。

应标注出必要的尺寸（如模具的外形尺寸、装配尺寸和闭合尺寸等）。

参照注塑模技术的国家标准，拟定所设计模具的技术要求和必要的使用说明。

图样的右上角绘制塑件图，并注明名称、材料、制图比例等。

在绘制复杂的塑件时，应将塑件图绘制在另一张图样上。

按照国家标准并根据目前实际的生产需要，拟定模具零件明细表内容。

（7）绘制模具零件图

模具零件图的绘制主要是指绘制非标准的模具零件图，对于直接采购的标准件可不必绘图。

模具零件图的绘制除了应符合机械制图国家标准外，还应注意以下几点。

绘图顺序一般为先成型零件后结构零件。

应尽可能按一定的比例绘图，必要时可以放大或缩小。

图形方位尽可能与其在装配图中的方位一致，视图选择与表达应合理、正确、布置得当。

尺寸标注除了应符合机械制图标准和加工工艺要求外，对于需要进行数控加工的成型零件和结构零件，还要符合数控加工工艺要求。

合理选择零件材料和热处理要求及表面处理要求。

拟定必要的技术要求及其他说明。

填写零件名称、图号、材料、数量、热处理、表面处理、图形比例等内容。

（8）审核模具图

模具装配图和零件图绘制完毕后，应认真进行全面审核。

应当审核绘制是否正确，审核成型零件的工作尺寸、装配尺寸、安装尺寸，审核成型零件和结构零件的位置配合关系，并审核模具工作过程中各零部件的动作正常性和稳定性。

审核后的模具图样需经有关部门会签。