双色注塑模工艺分析及模具设计.docx
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双色注塑模工艺分析及模具设计
双色注塑模工艺分析及模具设计
——投影仪面板设计
[摘要]：
本论文以投影仪面板模具为主线，重点分析介绍双色注塑模具的设计及生产工艺。
模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具，模具制造水平是衡量一个国家机械制造业水平的重要指标，生产一套模具要经过模具设计、工艺安排、按工艺顺序进行加工、钳工装配、试模等工序加工而成，没一道工序对精度的要求都非常的高，因此其制做水平的高低直接决定了模具的质量。
[关键词]：
模具设计双色模四投影仪面板模具设计
模具的制造是通过模具设计、工艺安排、按工艺顺序进行加工、钳工装配、试模等工序加工而成，每道工序的加工方法以及精度要求都不同。
工序的选择很有讲究，其加工的时间和成本也不同。
本文主要从以下几个方面来展开阐述。
一、模具设计
图1模具设计流程
模具设计是根据产品的外形以及客户的要求，通过二维、三维设计软件对模具的分型面位置、型腔数量、型腔排列方式、模具结构形式、模具钢的选用、标浇口设置、模架及准件的选用等等一系列的设计，并通过最终设计出实物图纸分配加工。
一套优质模具，不仅仅需要有好的加工设备和熟练的模具制造工人，另外一个非常重要的因素就是要有好的模具设计。
特别对于复杂的模具，模具设计的好坏占模具质量的85%。
一个优秀的模具设计师是：
在满足客户要求的前提下，加工成本低，加工难度小，加工时间短。
要做到这一点，不仅仅要完全消化客户的要求，还要求模具设计师对注塑机、模具结构和加工工艺以及本厂的加工能力等要有所了解。
因此，作为模具设计师，要想提高模具设计水平，应做到一下几点：
1.弄懂每套模具设计中的每个细节，理解模具中每个零件的作用；
2.在设计时多参考些以前相似的设计，并了解它在模具加工和产品生产时的情况，吸取其中的经验和教训；
3.多了解些注塑机的工作过程，以加深模具和注塑机的关系；
4.下工厂了解加工工艺，认识每种加工工艺的特点和局限性；
5.了解自己设计的模具的试模结果和改模情况，吸取教训；
6.在设计时尽量采用以前比较成功的模具结构；
7.多了解些模具入水对产品件产生的影响；
8.研究一些特殊模具结构，了解最新的模具技术。
二、模具的发展与现状
模具是工业生产中的基础工艺装备，是一种高附加值的高技术密集型产品，也是高新技术产业的重要领域，其技术水平的高低已成为衡量一个国家制造水平的重要标志。
随着国民经济总量和工业产品技术的不断发展，各行各业对模具的需求量越来越大，技术要求也越来越高。
目前我国模具工业的发展步伐日益加快，“十二五”规划发展重点主要表现在：
1.为汽车配套的模夹一体化产品；
2.超精密模具要向纳米精密度领域发展；
3.模具精细化制造和精益生产；
4.高强度板和不等厚板冲压模具的发展；
5.模具数字化设计制造及企业信息化管理技术；
6.模具加工新技术，如快速成型与快速制模技术、新材料成形技术等技术的发展；
7.注重新型特殊成形工艺铸造模具、新型快速经济模具、新能源等领域的特殊模具的发展；
8.与模具直接关联的模具制品成形过程在线智能化控制技术的发展。
从产业技术进步看，“十五”以来，在政府政策扶持和引导下，模具行业投入较大，企业装备水平和实力有了很大提高，生产技术长足进步。
技术的进步，促使模具产品水平近年来也有了很大提高，向高端发展趋向较为明显。
一些模具产品已达到或接近世界先进水平，其中具有代表性的如单套模具重量达到120吨的巨型模具、加工精度达到0.3～0.5μm的超精模具、使用寿命达到3亿～4亿次的长寿命模具、能与2500次/分钟高速冲床配套的高速精密冲压模具、实现多料和多工序成形的多功能复合模具、能实现智能控制的复杂模具，等等。
当然，能生产高水平模具的企业在行业中还只占少数，综合来看，我国模具行业总体水平还比较低。
三、双色注塑模
1.什么是双色模
图2双色模产品
双色注塑模具就是一个制品有两种不同材料或者两种同材料不同颜色的材料注成的，一般分两大类，一类是混色双色注塑模具，即注塑机的两个射嘴交替将不同颜色的材料射入同一个模腔，形成没有明显边界的花色制品，另一类就是双层双色注塑模具，即两种两个射嘴将两的双色制品，第一个射嘴将材料射入小型腔后成型，之后开模但不顶出，模具旋转180度后合模，之后第二个射嘴将另一种材料射入已经有第一种材料的大腔，这样两种材料粘在一起后第二次开模顶出，注塑出一个完整的双色产品，但是这种模具都分大小腔所以正是生产起来还是每开一次模具顶出一次完整产品。
一般这类模具的两种材料中有一种材料部分具有重要的装配关系尺寸要求严格，而另一种材料的装配关系不是很重要，一般只是满足装饰或者缓冲或者手感的要求，所以一般这一层材料是放在二次注塑的，这类模具也有就是以前很多采用的歉件模具（又叫包胶模），即开两套模具，先打一种材料，之后把他放入另一套模具中注射另一种材料。
双色模：
两种塑胶材料在同一台注塑机上注塑，分两次成型，但是产品只出模一次的模具。
一般这种模塑工艺也叫双料注塑，通常由1套模具完成，且需要专门的双色注塑机。
包胶模：
两种塑胶材料不一定在同一台注塑机上注塑，分两次成型；产品从一套模具中出模取出后，再放入另外一套模具中进行第二次注塑成型。
所以，一般这种模塑工艺通常由2套模具完成，而不需要专门的双色注塑机。
2.双色模设计要求
1.母模的两个形状是不同的，分别成型1种产品，而公模的两个形状完全一样；
2.模具的前、后模以中心旋转180o后，必须吻合。
设计时必须做这个检查动作，此点对模架定位加工要求较高；
3.前模面板加A板的总厚度不能少于170mm。
请仔细查看这种型号的注塑机的其它参考数据，比如，最大容模厚度、最小容模厚度、KO孔距离等；
4.三板模的水口最好能设计成可以自动脱模动作。
特别要注意软胶水口的脱模动作是否可行；
5.在设计第二次注塑的母模时，为了避免二次母模插（或擦）伤第一次已经成型好的产品胶位，可以设计一部分避空。
但是必须慎重考虑每一处封胶位的强度，即：
在注塑中，是否会有在大的注塑压力下，塑胶发生变形，导致第二次注塑可能会有批锋产生的可能；
6.注塑时，第一次注塑成型的产品尺寸可以略大，以使它在第二次成型时能与另一个公模压得更紧，以达到封胶的作用；
7.注意在第二次注塑时，塑胶的流动是否会冲动第一次已经成型好的产品，使其胶位变形？
如果有这个可能，一定要想办法改善；
8.在A、B板合模前，要注意前模滑块或斜顶是否会先复位而压坏产品，如此，必须想办法使在A、B板先合模，之后前模的滑块或斜顶才能复位；
9.两母模和公模的运水布置尽量充分，并且均衡、一样；
10.99%的情况是先注塑产品的硬胶部分，再注塑产品的软胶部分。
因为软胶易变形；
3.设计注意事项
市场上双色模已经盛行，并且由于这种工艺可以使产品的外观更加漂亮，易于换颜色而可以不用喷涂，肯定将是市场潮流，但造价昂贵,技术要求高。
依据目前双色模在设计和生产中遇到的问题，需要在以后的设计工作中注意以下事项：
1.Cavity的两个形状是不同的，分别成型1种产品。
（而Core的两个形状完全一样）；
2.模具的前、后模以中心旋转180º后，必须吻合。
设计时必须做这个检查动作；
3.注意顶棍孔的位置，最小距离210mm。
大的模具须适当增加顶棍孔的数量。
并且，由于注塑机本身附带的顶棍不够长，所以我们的模具中必须设计加长顶棍，顶棍长出模胚底板150mm左右。
（后模底板上必须设计2个定位圈）；
4.前模面板加A板的总厚度不能少于170mm。
请仔细查看这种型号的注塑机的其它参考数据，比如，最大容模厚度、最小容模厚度、顶棍孔距离等；
5.三板模的水口最好能设计成可以自动脱模动作。
特别要注意软胶水口的脱模动作是否可靠；
6.前侧SPRUE的深度不要超过65mm。
上侧（大水口）SPRUE的顶部到模胚中心的距离不小于150mm；
7.在设计第二次注塑的CAVITY时，为了避免CAVITY插（或擦）伤第一次已经成型好的产品胶位，可以设计一部分避空。
但是必须慎重考虑每一处封胶位的强度，即：
在注塑中，是否会有在大的注塑压力下，塑胶发生变形，导致第二次注塑可能会有批锋产生的可能；
8.注塑时，第一次注塑成型的产品尺寸可以略大，以使它在第二次成型时能与另一个CAVITY压得更紧，以达到封胶的作用；
9.注意在第二次注塑时，塑胶的流动是否会冲动第一次已经成型好的产品，使其胶位变形？
如果有这个可能，一定要想办法改善；
10.在A、B板合模前，要注意前模Slider或Lifter是否会先复位而压坏产品？
如此，必须想办法使在A、B板先合模，之后前模的SLIDER或LIFET才能复位；
四、投影仪面板模具设计
1.产品件成型工艺分析
图3投影仪面板
投影仪面板的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，并且产品分为两层，第一层为白色底，第二层为透明塑料包在第一层上做为面，所以在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。
投影仪面板的注塑材料首先选用底层采用ABS+PC，面层采用透明PC，投影仪面板是由两次浇注成型，所以我们必须很好多处理后盖壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。
由于投影仪面板的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。
主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，并且投影仪面板正面的表面精度又要求的非常高，所以综合上述条件决定采用三板模，第一射（底层）采用单点牛角进胶，第二射（面层）采用单点潜进胶。
图4第一射进胶点
图5第二射进胶点
2.产品件顶出系统设计
制品的顶出形式，归纳起来右分为机械顶出、液压顶出、气动顶出三大类。
在机械顶出中有顶针顶出、顶板顶出、斜销顶出、顶块顶出及复合顶出。
制品顶出是注射成型过程中最后一个环节，顶出质量的好坏将最后决定制品的质量，因此，制品的顶出是不可忽视的。
在设计顶出系统时应遵守下列原则：
1.为使制品不致因顶出产生变形，推力点应尽量靠近形芯或难于脱模的部位,如制品上细长中空圆柱多采用顶管顶出。
推力点布置应尽量均匀。
2.推力点应作用在制品能承受力最大的部位，即刚性好的部位，如筋部、突缘、壳体形制品的壁缘等处。
3.尽量避免推力点作用在制品薄平面上，防止制品破裂，穿孔等。
如壳体形制品及筒形制品多采用推板顶出。
4.为避免顶出痕迹影响制品外观，顶出装置应设在制品的隐蔽面或非装饰表面。
对于透明制品尤其要注意顶出位置及顶出形式的选择。
5.为使制品在顶出时受力均匀，同明避免央真空吸附而使制品产生变形，往往采用复合顶出或特殊形式的顶出系统，如推杆、推板或推杆、推管复合顶出，或者采用进气式推杆，推块等顶出装置，必要时还应设置进气阀。
由次本产品将采用斜销、镶件、扁顶、圆顶，司筒等部件作为机械顶出系统，具体如图。
图6顶出部件
3.滑块
滑块是在模具的开模动作中能够按垂直于开合模方向或与开合模方向成一定角度滑动的模具组件。
当产品结构使得模具在不采用滑块不能正常脱模的情况下就得使用滑块了。
材料本身具备适当的硬度，耐磨性，足够承受运动的摩擦。
滑块上的型腔部分或型芯部分硬度要与模腔模芯其它部分同一级别。
由于产品件中存在一个垂直于开模方向的螺丝孔，所以在此处要设计一个滑块，解决这个问题。
图7滑块
4．模架的选定
由于产品形状特殊，所以不采用标准模架，各部分数据付图表。
图8产品件的模架
名称
尺寸
材质
母模板
300*400*90
S50C
剥料板
300*400*25
S50C
母模机械板
300*450*50
S50C
公模板
300*400*100
S50C
上顶针板
180*400*20
S50C
下顶针板
180*400*25
S50C
左侧模脚
71*400*110
S50C
右侧模脚
71*400*110
S50C
公模机械板
300*450*30
S50C
表1模架数据
5．分型面的设计
分型面是模具上用于取出塑件或浇注系统凝料的可分离的接触表面｡
按分型面的位置分有垂直于注射机开模运动方向分型面、平行于开模方向分型面、倾斜于开模方向分型面｡
按分型面的形状分有平面分型面、曲面分型面、阶梯形分型面｡
（1）分型面的数量
①常见单分型面模具只有一个与开模运动方向垂直的分型面；
②有时为了取出浇注系统凝料，如采用针点浇口时，需增设一个取出浇注系统凝料的辅助分型面；
③有时为了实现侧向抽芯，也需要另增辅助分型面；
④对于有侧凹或侧孔的制品，则可采用平行于开模方向的瓣合模式分型面，开模时先使动模与定模面分开，然后再使瓣合模面分开。
（2）分型面选择原则
总的原则：
保证塑件质量，且便于制品脱模和简化模具结构。
①分型面应便于塑件脱模和简化模具结构，尽可能使塑件开模时留在动模，便于利用注射机锁模机构中的顶出装置带动塑件脱模机构工作。
若塑件留在定模，将增加脱模机构的复杂程度；
②分型面应尽可能选择在不影响外观的部位，并使其产生的溢料边易于消除或修整；
③分型面的选择应保证塑件尺寸精度；
④分型面选择应有利于排气；
⑤分型面选择应便于模具零件的加工；
⑥分型面选择应考虑注射机的技术规格。
选择分型面应综合考虑各种因素的影响，权衡利弊，以取得最佳效果。
因此根据产品结构以及表面形状精度的要求，将对投影仪面板产品件进行以下分型面的设计。
图9分型面设计
6.生产加工
模具制造是指在相应的制造装备工艺和条件下，直接对模具构件的材料进行加工，以改变其形状、尺寸、相对位置；使之成为符合要求的构件。
这一过程是通过按照各种工艺和工艺过程管理、工艺顺序进行加工来实现的。
塑胶模具常用加工及处理方法：
车、镗、铣、磨、钻、锯、仿形加工、CNC、电火花、线切割、热处理、表面处理、抛光等。
以模仁为例，加工方法：
图10模仁的加工方法
每种加工方法的加工精度，加工范围以及加工速度等等因素都是不一样的，在模具制造种，应根据不同的加工精度，加工时间等要求选择不同的加工方法，在即能保证模具质量的情况下，又能缩短模具的生产周期，降低模具的生产制造成本。
以下做了不同加工工序的简单归纳：
工序名称
加工精度
加工速度
加工范围
铣床
0.02mm
快
模具上的抓正角，粗加工，倒角，孔等，也可用于小零件的下料。
车床
0.02mm
快
加工模具上的导柱，销钉，圆型芯，冲子等。
磨床
0.01~0.02mm
一般
圆磨床：
导柱，销钉，顶针，圆型芯等，也可用于下料；平面磨床：
模板，模仁的平面度等。
镗床
0.02mm
快
加工模具上的导柱导套孔等大型通孔。
钻床
0.1mm
快
主要加工水路，顶针过孔，螺丝过孔，螺丝底孔等。
线切割（慢）
0.002mm
慢
异型零件的下料，异型通孔，锥形通孔，定位要求高的通孔等。
电火花
0.005mm
慢
表面花纹，CNC无法加工的立角，异型盲孔等
CNC
0.005mm
较慢
形状复杂的零件的加工，高阶曲面的加工，定位盲孔的加工等
表2加工工序
7.模具装配
模具装配是模具制造过程中的最后阶段，装配精度直接影响到模具的质量、寿命和各部分的功能。
模具装配过程是按照模具技术要求和相互间的关系，将合格的零件连接固定为组件、部件直至装配为合格的模具。
在模具装配过程中，对模具的装配精度应控制在合理的范围内，模具的装配精度包括相关零件的位置精度，相关的运动精度，配合精度及接触只有当各精度要求得到保证，才能使模具的整体要求得到保证。
塑料模的装配基准分为两种情况，一是以塑料模中和主要零件台定模，动模的型腔，型芯为装配基准。
这种情况，定模各动模的导柱和导套孔先不加工，先将型腔和型芯镶块加工好，然后装入定模和动模内，将型腔和型芯之间垫片法或工艺定位器法保证壁厚，动模和定模合模后用平行夹板夹紧，镗投影导柱和导套孔，最后安装动模和定模上的其它零件，另一种是已有导柱导套塑料模架的。
浇口套与定模部分装配后，必须与分模面有一定的间隙，其间隙为0.05——0.15毫米，因为该处受喷嘴压力的影响，在注射时会发生变形，有时在试模中经常发现在分模面上浇口套周围出现塑料飞边，就是由于没有间隙的原因。
为了有效的防止飞边，可以接近塑件的有相对位移的面上锉一个三角形的槽，由于空气的压力的缘故可以更好的防止飞边。
模具的装配顺序
（1）确定装配基准；
（2）装配前要对零件进行测量，合格零件必须去磁并将零件擦拭干净；
（3）调整各零件组合后的累积尺寸误差，如各模板的平行度要校验修磨，以保证模板组装密合，分型面吻合面积不得小于80%，间隙不得小于溢料最小值，防止产生飞边。
（4）在装配过程中尽量保持原加工尺寸的基准面，以便总装合模调整时检查；
（5）组装导向系统并保证开模合模动作灵活，无松动和卡滞现象；
（6）组装冷却和加热系统，保证管路畅通，不漏水，不漏电，门动作灵活紧固所连接螺钉，装配定位销。
装配液压系统时允许使用密封填料或密封胶，但应防止进入系统中；
（7）试模：
试模合格后打上模具标记，包括模具编号、合模标记及组装基面。
（8）模具的维护
模具在使用过程中经常会出现正常的磨损或不正常的磨损，不正常的损坏绝大多数是由于操作不当所致模具的彻底报废，那些优化设计的镶件和嵌件在这里就起到了很大的作用，只须更换个别已损坏的零件，不会导致整个模具报废而无法使用的情况。
最后检查各种配件、附件待零件，保证模具装备齐全，另外在装配过程中应严防零件在装配过程中磕、碰、划伤和锈蚀。
五、总结
通过对投影仪面板双色塑料成型模具的设计，对常用塑料在成型过程中对模具的工艺要求有了更深一层的理解，掌握了塑料成型模具的结构特点及设计方法，对设计模具具有了一次新的锻炼。
在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，同时在反复的思考中不断深化对各种理论知识的理解，在设计的后一阶段充分利用AutoCAD、ProE软就是一例，新的工具的利用，提高了工作效率。
以计算机为手段，专用模具分析设计软件为工具设计模具。
软件可直接调用数据库中模架尺寸，金属材料数据库及加工参数，通过几何造型及图形变换可得到模板及模腔与型芯形状尺寸迅速完成模具设计。
模具CAD技术是模具传统设计方式的革命，大大提高了设计效率，尤其是系列化或类似注射模具设计效率更为提高。
总之，通过毕业设计的又一次锻炼完全清楚：
充分利用CAD技术进行设计，在模具符合使要求的前提下尽量降低成本。
同时在实际中不断的积累经验，以设计出价廉物美的模具。
当然，由于作者知识水平有限，对实践的缺乏，当中不乏有不足之处，还有待在以后的工作实践当中不断地完善和创新！
致谢
本次设计是在指导老师倪仁杰的悉心指导下完成的，其间得到了张宇佳老师、欧阳小妮老师的指导。
导师郑兰松的学术思想，严谨的治学态度，认真的工作作风使学生受益非浅。
值此成文之际，特向老师致以忠心的感谢和诚挚的敬意。
作者在设计过程当中，得到同窗好友邓天一、赵家骏、华能、桂丙旭等人的支持以及在AutoCAD2004软件应用、参考资料提供等方面的具体性指导和帮助，在此作者向他们表示深深的谢意。
非常感谢他们同我一起学习和生活，在美丽的高博留下我们真挚的友谊。
特别感谢我的父母，是他们对我的支持和无私的奉献，使得我能够顺利完成学业。
最后，谨以此文献给所有关心和帮助过我的人们！
（参考文献）:
[1]高等教育出版社朱光力主编，《模具设计与制造实训》
[2]中国轻工业出版社贾润礼编，《实用注塑模具设计手册》。
[3]中国轻工业出版社，孙凤琴编，《模具制造工艺与设备》。
[4]机械工业出版社，《塑料模具技术手册》。
[5]机械工业出版社,屈昌华主编，《塑料成型工艺与模具设计》。
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