塑料后盖成型工艺及模具设计.docx

1、塑料后盖成型工艺及模具设计1绪 论 目前，我国塑料技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在塑料模基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003年我国模具生产厂点约有2万多家，从业人员约50多万人，2004年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004年模具产值530亿元。进口模具18.13亿美元，出口模具4.91亿美元，

2、分别比2003年增长18%、32.4%和45.9%。进出口之比2004年为3.69:1，进出口相抵后的进净口达13.2亿美元，为净进口量较大的国家。在2万多家，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有20多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。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、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。生产厂点中虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足: 第一，体制不顺，基础薄

3、弱。 “三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。 第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是1520万美元，有的高达2530万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。 第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率

4、低虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。 第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差 由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其馀为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比

5、要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。 第五，模具材料及模具相关技术落后模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势 巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面: 1） 模具日趋大型化；

6、 2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术； 3）模具扫描及数字化系统； 4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术； 5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高；8）模具研磨抛光将自动化、智能化；9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，6080的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环

7、保的特性，是其他加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水平的高低，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的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织-德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约5000家。2003年德国模具产值达48亿欧元

8、。其中（VDMA）会员模具企业有90家，这90家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的90%，可见其规模效益。 随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水平比较高故人均产值也较高我国每个职工平均每年创造模具产值约合1万美元左右，而国外模具工业发达国家大多1520万美元，有的达到 2530万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到451.3后盖模具设计与制造方面1.3.1 后盖模具设计的设计思路传统的注塑模设计流程如图5所示10。图5 传统注塑模具设计流程图在进行设计之前，设计者应该明确自

9、己要设计的事项，要以设计任务书为依据设计模具。根据设计书的内容，设计者应熟悉塑件的几何形状、明确使用要求。然后对塑件进行成型工艺性的检查，以确认塑件各个细节是否符合注塑成型的工艺条件，这可以利用一些塑料CAE分析软件辅助分析。在对工艺性分析之后，利用CAD软件进行塑件的型芯型腔造型，确定其收缩率和分型面。将塑件的型芯型腔设计完毕之后，根据塑件的参数，选取合适的模架。接下来的工作就是对模具的浇道系统、冷却或加热系统、模具其他构件的设计，根据前面的设计，选择合理的注射机，最后绘制模具的设计图。随着CAD/CAM技术在模具领域的发展，传统的模具设计正在发生着重大变化，每个公司也有自己实际的一套操作手

10、册。但总的来说，设计的基本过程和内容，均与传统的设计基本相同。1.3.2后盖模具设计的进度1.了解目前国内塑料模具的发展现状，所用时间5天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；2 后盖注塑工艺性分析设计要求材料：ABS板厚：t=1塑件名称：塑料后盖 图一 零件图设计要求：1. 任务书 2. 说明书3. 目录 4. 参考文献5. 装配图（1.2号）及零件图2.1塑件的工艺性分析1塑件的原材料分析。ABS，化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名称是Acrylonitrile Butadiene Styrene。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将P

11、S、SAN、BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。 ABS塑料的密度是1.041.06 g/。ABS的成型时收缩率为0.30.8%。成型时，温度为200240。ABS塑料需要在料斗中的进行预热干燥，干燥的工艺条件为在8090条件下干燥2个小时。ABS的使用温度不高，一般不超过80。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性。ABS塑料燃烧缓慢，火焰呈黄色，且有黑烟。燃烧后塑料会软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但且没有熔融滴落的现象。 ABS工程塑

12、料具有突出的力学性能和优良的综合性能，有极好的冲击强度、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，尺寸稳定性好，成型加工和机械加工较好。由于其突出的性能，ABS塑料被广泛用于制造电器外壳、手机、电话机壳、容器等，也用于生产板料、管料等产品3。在设计时应注意ABS塑料的一些相关问题。要求模具分型面、配合面的精度要高，以免溢料。塑料ABS的一些注塑工艺参数见表1。表1 ABS注塑工艺参数注射机类型螺杆式保压力（MPa）3070螺杆转数（r/min）2060注射时间（s）35喷嘴形式直通式保压时间（s）1530喷嘴温度（）180260冷却时间（s）1030模具温度（）4085成型周期（s）3070注射压

13、力（MPa）60100因此此塑件的成型温度分别为：融化温度设为245度，模具的温度设为60度，模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低。22塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析（1）结构分析，该零件总体结构为矩形，且一边有两个对称的小凸台，因此模具属于简中等难度模具。（2）尺寸精度分析，该零件没有标注尺寸公差，属于自由公差，且壁厚比较均匀，易于成型，所以模具制作精度要求不是特别高，易于加工制作。（3）表面质量分析，该零件的表面要求除了要求没有缺陷，毛刺，无其他特殊要求，不比较容易实现。2.2.1计算塑件的体积质量计算塑件的质量是为了选注塑机。计算塑件的体积：67301+380.5+44

14、1=2048mm=2.048cm计算塑件的质量：根据手册查找得ABS密度为1.05g/cm所以塑件质量为M=Vp=2.1504g塑件的体积不大，因此采用一模四件，根据塑件的外形尺寸初选注塑机为S/30-250。 2.3塑件注塑工艺参数的确定查找相关文献与资料得：注塑温度：包括料筒温度与喷嘴温度料筒温度：后段温度选用160。c中段温度选用170。C前段温度选用190。C喷嘴温度：选用180。C注塑压力：选用132Mpa注塑时间：选用7s保压：选用3070Mpa保压时间：选用3s冷却时间：选用50s3 注塑模结构设计注塑模结构设计包括：分型面选择，模具型腔数目的确定排列方式，浇口设计，模具工作零件

15、结构设计等。3.1分型面选择模具设计中分型面的选择是很重要的，它决定了模具的结构，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。此塑件的分型面选择如下图3.2确定型腔排列方式本塑件在注塑时采用一模四件，即需要四个型腔，综合考虑浇铸系统，模具复杂程度，选择如下；3.3浇注系统的设计3.3.1主流道的设计根据设计手册查得S30/250型注塑机的有关尺寸为：喷嘴前端孔径为4；喷嘴前端球面半径为10；根据模具主流道与喷嘴的关系的：主流道球面半径R=11主流道最小端直径r=4为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为1-3度，经换算的主流道大端直径为8，为了使溶料顺利进入分流道，可

16、以将分流道出料端设计为R=4的半圆。3.3.2分流道设计本塑件的形状不算太复杂，溶料填充比较容易，为了便于加工，设计为R=2半圆做分流道。3.3.3浇口设计根据塑件的成型要求及型腔的排列方式，选侧浇口为好。其形状选用圆弧形,试模时修正。主流道及浇口和衬套定位环形状如图所示：3.4抽芯机构的设计本例的塑件侧壁个有两个小凸台，他们均垂直于脱模方向，阻碍了成型后塑件从模具脱出。因此成型小凸台的零件必须有侧抽芯机构。本模具采用斜滑块抽芯。根据此模具的具体形状，我把斜滑块作成燕尾形状安装于动模板板上，其形状如下：3.5成型零件结构设计3.5.1型腔结构设计本模具采用一模四腔结构形式，考虑加工难度及材料利

17、用率，凹模用整体式凹模，分流道与浇口设计在下凹模板上。3.5.2上凹模型腔塑件帽型突起部分为长方型，型腔尺寸为：长为60，型腔为：D=DMAX+DMAXSMIN%-TZ=59.4400-0.25；塑件宽为30，型腔为：D=DMAX+DMAXSMIN%-TZ=29.9300-0.16；高为5，型腔深为：D=DMAX+DMAXSMIN%-TZ=4.9500-0.14；3.5.3下凹模型腔塑件长为60，型腔尺寸为；D=DMAX+DMAXSMIN%-TZ=59.9900-0.25；塑件宽30，型腔尺寸为：D=DMAX+DMAXSMIN%-TZ=29.9200-0.22塑件高为1，型腔尺寸为；D=DMA

18、X+DMAXSMIN%-TZ=0.9400-0.10各个圆角还按原来尺寸。3.5.4主型芯尺寸凸模也大致为长方形：长为：dm=dmin+dminsmin%+Tz=25.6宽为：dm=dmin+dminsmin%+Tz=11.04各个圆角还按原来尺寸。3.6成型零件壁厚设计 3.6.1上凹模型腔壁厚的设计上凹模采用整体式设计，根据方形形型腔壁厚计算的经验数据法，单侧型腔侧壁厚度tc的计算公式为：tc=0.20 L+17=22.1, 考虑到上下模要对齐，其值取为40，型腔与型腔之间的壁厚为=11.05，考虑到侧型芯以及干涉的问题，其值取为50。其底厚为th=0.12b=1.32，具体值根据选才确定

19、。结合全部取150*95的材料。其形状如下：3.6.2下模型腔壁厚的设计下凹模采用整体式设计，根据矩形型腔壁厚计算经验公式得：tc=0.20L+17=24.6，因为上下模要对齐，所以具体壁厚根据上模设计，与其对齐，要大于24.6，其底厚也是根据选材确定。结合全部取150*90*20材料，其形状如下所示：3.7模具加热与冷却水道设计本塑件在注塑时不要求太高的模温，因而在模具上可不设计加热系统，是否需要冷却系统可做如下计算；设定模具平均工作温度为40度，用20度的水进行冷却，出口温度为30度，产量为0.26/h。求塑件在硬化时每小时释放的热量Q，查相关文献的ABS的单位热流量为Q1为56104J/

20、，因此Q=WQ1=14.56104 J/，求冷却水的体积流量V， V=0.6110-4m3/min由上述计算可知，因为模具每分钟所需要的冷却水体积流量很小，所以冷却系统可以简单设计。在上凹模上平均设计4个4的水道即可。见装配图。4 模具整体设计4.1模架的选择本模架选用的是非标模架，其组合尺寸如下：定模板为：35020044推件板为：31020053垫板高：134动模座板为：35020035其形状以及各个零件之间的形状尺寸与定位尺寸如下图所示： 4.2模具闭合高度的确定在支撑与固定零件的设计中，根据零件的情况选用标准模架，可得以下各个尺寸：定模板厚H1=44，型腔板板厚H2=53，推件板板厚H

21、3=51。型芯固定板厚H4=44mm,支撑板厚H5=41mm,动模座板厚H6=35mm根据推出行程和推出机构的结构尺寸确定垫板高为H7=134。因而模具闭合高度为； H= H1+H2+H3+H4+H5+H6 =44+53+51+44+41+134 =4084.3冷料井的设计冷料井位于主流道出口一端，处于主分型面的动模一侧，是主流道的自然延伸，开模时，可以将主流道凝料拉向动模一侧，以便脱模。顶出行程又可以将凝料顶出模 外，另外，冷料井要与拉料杆相互配合使用，在这采用Z型拉料杆。4.4复位杆本模具采用斜划块复位，上模下行时会压着斜划块自行复位，因此不需要复位杆。4.5注塑机有关参数校核本模具外形尺

22、寸为350200408。S30/250型注塑机的最大安装尺寸为360450，故能满足要求。由上所述计算模具闭合高度为408S30/250型注塑机允许最小厚度为250，最大为450，满足要求。由资料得S30/250型注塑机的最大开模行程为150，满足了塑件顶出要求。 SH1+H2+5=102经验证S30/250型注塑机满足使用要求。4.5.1模具闭合高度校核 250mm408mm430mm 其中408mm为模具的闭合高度4.5.2模具开模时校核 360mm408mm+40mm450mm 其中40mm为模具的开模距。 经校核S-30/250型注塑机满足使用要求。 4.5.3锁模力的校核查表得到S-

23、30/250型注塑机的最大锁模力为250KN，而本模具的成型压力小于30Mpa，经过公式换算可得到注塑机锁模力完全能够满足模具成型的要求，故采用S-30/250注塑机。 4.5.4定位环与孔的校核查表得到S30/250型注塑机可安装的模具定位环为65，可得模具在设计中选用的定位环尺寸为40。可知完全符合模具与注塑机的安装要求经校核S30/250型注塑机能满足使用要求故可以采用。 4.5.5注塑机顶杆校核查表得到S30/250型注塑机的顶杆为25mm,而本模具的顶杆孔为30mm,可知25mm30mm经校核S30/250型注塑机能满足使用要求故可以采用 4.6绘制模具总装图和非标零件工作图 1.定

24、模座 2.螺钉 3.定位环 4.浇口套衬套 5.型腔板 6.导套 7.导柱 8.推件板 9.型芯固定板 10.主型芯 11.支撑板 12.垫板 13.推杆固定板14.推板 15.支撑钉 16.推板导柱 17.推板导套 18.动模板 19.拉料干20.销抽 21.斜导柱 22.螺钉 23.斜滑块4.7本模具的工作原理 合模注射，完毕后开模。8动模板和9型芯固定板贴合后退，分型面分开，制件和凝料从浇道拉出继续后退19拉杆拉8板，使8和9分开，8板停止，9板带动10主芯心后退，从而给侧型芯让位，20和21开始作用使侧型芯水平移动完成侧抽取下制件。合模时，动模板前进，斜滑块靠斜导柱的倾斜前进来完成复位

25、。 5注塑模具的安装和调试要求5.1 模具安装(1)清理模板平面定位孔及模具安装面上的污物，毛刺。(2)因本模具的外型尺寸不大，故采用整体安装法。先在机器下面两根导轨上垫好木板，模具从侧面进入机架间，定模入定位孔，并放正，慢速闭合模板，压紧模具，然后用压板或螺钉压紧定模，并初步固定动模，然后慢速开闭模具，找正动模，应保证开闭模具时平衡，灵活，无卡住现象，然后固定动模。(3)调节锁模机构，保证有足够的开模距及锁模力，使模具闭合适当。(4)慢速开启模板直至模板停止后退为止，调节顶出装置，保证顶出距离。开闭模具观察顶出机构运动情况，动作是否平衡，灵活，协调。(5)模具装好后，等料筒及喷嘴温度上升到距

26、预定温度20-30，即可校正喷嘴与浇口套的相对位置及弧面接触情况，可用一纸片放在喷嘴与浇口套之间，观察两者接触印痕，检查吻合情况，须使松紧合适，校正后拧紧注射座定位螺钉，紧固定位。(6)开空车运转，观察模具各部分运行是否正常，然后才可注射试模。5.2试模 通过试模塑件上常会出现各种弊病，为此必须进行原因分析，排除故障。造成次废品的原因很多，有时是单一的，但经常是多个方面综合的原因。需按成型条件，成型设备，模具结构及制造精度，塑件结构及形状等因素逐个分析找出其中主要矛盾，然后再采取调节成型条件，修整模具等方法加以解决。首先，在初次试模中我们最常遇到的问题是根本得不到完整的样件。常因塑件被粘附于模

27、腔内，或型芯上，甚至因流道粘着制品被损坏。这是试模首先应当解决的问题。5.2.1 粘着模腔制品粘着在模腔上，是指塑件在模具开启后，与设计意图相反，离开型芯一侧，滞留于模腔内，致使脱模机构失效，制品无法取出的一种反常现象。其主要原因是：（1） 注射压力过高，或者注射保压压力过高。（2） 注射保压和注射高压时间过长，造成过量充模。（3） 冷却时间过短，物料未能固化。（4） 模芯温度高于模腔温度，造成反向收缩。（5） 型腔内壁残留凹槽，或分型面边缘受过损伤性冲击，增加了脱模阻力。5.2.2 粘着模芯（1） 注射压力和保压压力过高或时间过长而造成过量充模，尤其成型芯上有加强筋槽的制品，情况更为明显。（

28、2） 冷却时间过长，制件在模芯上收缩量过大。（3） 模腔温度过高，使制件在设定温度内不能充分固化。（4） 机筒与喷嘴温度过高，不利于在设定时间内完成固化。（5） 可能存在不利于脱模方向的凹槽或抛光痕迹需要改进。5.2.3 粘着主流道（1） 闭模时间太短，使主流道物料来不及充分收缩。（2） 料道径向尺寸相对制品壁厚过大，冷却时间内无法完成料道物料的固化。（3） 主流道衬套区域温度过高，无冷却控制，不允许物料充分收缩。（4） 主流道衬套内孔尺寸不当，未达到比喷嘴孔大0.51 。（5） 主流道拉料杆不能正常工作。一旦发生上述情况，首先要设法将制品取出模腔（芯），不惜破坏制件，保护模具成型部位不受损伤

29、。仔细查找不合理粘模发生的原因，一方面要对注射工艺进行合理调整；另一方面要对模具成型部位进行现场修正，直到认为达到要求，方可进行二次注射。 5.2.4 成型缺陷当注射成型得到了近乎完整的制件时，制件本身必然存在各种各样的缺陷，这种缺陷的形成原因是错综复杂的，一般很难一目了然，要综合分析，找出其主要原因来着手修正，逐个排出，逐步改进，方可得到理想的样件。下面就对度模中常见的成型制品主要缺陷及其改进的措施进行分析。5.2.4.1 注射填充不足 所谓填充不足是指在足够大的压力、足够多的料量条件下注射不满型腔而得不到完整的制件。这种现象极为常见。其主要原因有：（1） 熔料流动阻力过大这主要有下列原因：

30、主流道或分流道尺寸不合理。流道截面形状、尺寸不利于熔料流动。尽量采用整圆形、梯形等相似的形状，避免采用半圆形、球缺形料道。熔料前锋冷凝所致。塑料流动性能不佳。制品壁厚过薄。（2） 型腔排气不良这是极易被忽视的现象，但以是一个十分重要的问题。模具加工精度超高，排气显得越为重要。尤其在模腔的转角处、深凹处等，必须合理地安排顶杆、镶块，利用缝隙充分排气，否则不仅充模困难，而且易产生烧焦现象。（3） 锁模力不足因注射时动模稍后退，制品产生飞边，壁厚加大，使制件料量增加而引起的缺料。应调大锁模力，保证正常制件料量。5.2.4.2 溢边（毛刺、飞边、批锋） 与第一项相反，物料不仅充满型腔，而且出现毛刺，尤其是在分型面处毛刺更大，甚至在型腔镶块缝隙处也有毛刺存在，其主要原因有：（1） 注射过量（2） 锁模力不足（3） 流动性过好（4） 模具局部配合不佳（5） 模板翘曲变形5.2.4.3 制件尺寸不准确 初次试模时，经常出现制件尺寸与设计要求尺寸相差较大。这时不要轻易修改型腔，应行从注射工艺上找原因。（1） 尺寸变大 注射压力过高，保压时间过长，此条件下产生了过量充模，收缩率趋向小值，使制件的实际尺寸偏大；模温较低，事实上使熔料在较低温度的情况下成型，收缩率趋于小值