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i 繼電器外殼注塑模具設計 摘要 模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關注 模具式工業(yè)生 產的基礎工藝裝備 也已經取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀器 儀表 家電和通信等產品中 60 80 的部件都要依靠模具成 型 本論文介紹的是電磁繼電器外殼的注塑模具設計 本論文詳細介紹了整個模具的設計過程 對各機構和系統(tǒng)進行了詳 盡的分析 包括模具結構設計 澆注系統(tǒng)的設計 冷卻系統(tǒng)設計 脫模 機構設計 排氣系統(tǒng)設計 抽芯機構設計 合模機構設計 導向機構設 計等 除此之外還介紹了注塑材料成型工藝和性能 以及注塑機的選用 和對部分參數的校核 此設計多采用標準件 結構設計緊湊 目的為了降低模具的制造成 本 提高生產效率 設計過程中使用了 AutoCAD UG 等計算機輔助軟件 繪制了各主要零件圖 制品圖 以及大量結構設計圖 大大縮短了設計 的周期 關鍵詞 注塑模具 PS 繼電器外殼 畢業(yè)設計 論文 開題報告 題目 繼電器外殼注塑模 一 選題的依據及意義 模具生產水平的高低已成為衡量一個國家產品水平高低的重要標志 因為模具在 很大程度上決定著產品的質量 效益 和新產品的開發(fā)能力 隨著我國加入 WTO 我國 模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn) 我國的模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關注 模具式工業(yè)生產的基礎工 藝裝備 也已經取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀器 儀表 家電和通信 等產品中 60 80 的部件都要依靠模具成型 用模具生產制件所具備的高精度 高復雜程度 高一致性 高生產效率和低消耗 是其它加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效率放大器 用模具生產的最終產品價值 往往是模具自身價值的幾十倍 上百倍 目前全世界模具年產值約為 1000 億美元 日 美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè) 產值已超過機床工業(yè) 近幾年 我國模具工業(yè)一直以每年 15 左右的增長速度發(fā)展 2009 年 我國模具總產值超過 800 億元人民幣 二 國內外研究概況及發(fā)展趨勢 含文獻綜述 1 國內外研究概況 1 塑料模 今年來 我國塑料模有很大的進步 在大型塑料模方面 已能生產 34 英寸大屏幕 彩電塑殼模具 6kg 大容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險桿和整體儀表板等塑料模具 在精密塑料模具方面 已能生產多型腔小模數齒輪模具和 600 腔塑封模具 還能生產 厚度僅為 0 08mm 的 1 模 2 腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等 內熱式或 外熱式熱流道裝置得以采用 少數單位采用了具有世界先進水平的高難度針閥式熱流 道模具 完全消除了制件的澆口痕跡 氣體輔助注射技術已成功得到應用 在精度方 面 塑料模具制造精度可達 0 02 0 05mm 國外可達 0 005 0 01mm 分型面接觸間隙為 0 02mm 模板的彈性變形為 0 05mm 型面的表面粗糙度值為 Ra0 2 0 25 g 塑料模具壽 命已達 100 萬次 國外可達 300 萬次 模具制造周期仍比國外長 2 4 倍 這些標志 著模具總體水平的參數指標與國外相比尚有較大差距 2 模具 CAD CAE CAM 模具 CAD CAE CAM 技術是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術 能顯著縮短模具設 計與制造周期 降低生產成本 提高生產質量 它使技術人員能借助于計算機對產品 模具結構 成形工藝 數控加工及成本等進行設計和優(yōu)化 以生產家用電器的企業(yè)為 代表 陸續(xù)引僅了相當數量的 CAD CAM 系統(tǒng) 實現了 CAD CAM 集成 并采用了 CAE 技 術對成型過程進行計算機模擬等 數控加工的使用率也越來越高 取得了一定的經濟 效益 促進和推動了我國模具 CAD CAE CAM 技術的發(fā)展 近年來 我國自開發(fā)的有上海交大的沖裁模 CAD CAM 系統(tǒng) 北京北航海爾軟件有 限公司的 CAXA 系列軟件 吉林金網絡模具工程研究中心的沖壓 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 為進一步普及模具 CAD CAM 技術創(chuàng)造了良好條件 目前我國計算機輔助技術軟件開發(fā) 尚處于較低水平 需要知識和經驗的積累 3 模具標準件 模具標準件對縮短模具制造周期 提高質量 降低成本 能起很大作用 因此 模具標準件越來越廣泛地應得到采用 模具標準件主要有冷沖模架 塑料模架 推桿 和彈簧等 新型彈性元件如氮氣彈簧亦已在推廣應用中 4 模具材料與熱處理 模具材料的質量 性能 品種和供貨是否及時 對模具的質量和使用壽命以及經 濟效益有著直接的重大影響 近年來 國內一些模具鋼生產企業(yè)已相繼建成和引進了 一些先進工藝設備 使國內模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善 模具鋼質量有較大 程度的提高 但國產模具鋼鋼種不全 不成系列 多品種 精料化 制品化等方面尚 待解決 另外 還需要研究適應玻璃 陶瓷 耐火磚和地磚等成型模具用材料系列 模具熱處理使關系能否充分保證模具鋼性能的關鍵環(huán)節(jié) 國內大部分企業(yè)在模具 淬火時仍采用鹽熔爐或電爐加熱 由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴 處理質量不高 而 且不穩(wěn)定 直接影響模具使用壽命和質量 近年來 真空熱處理爐開始廣泛用于模具 制造 2 發(fā)展趨勢 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網絡化發(fā)展 1 模具軟件功能集成化 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全 同時個功能模塊采用同一 數據模型 以實現信息的綜合管理與共享 從而支持模具設計 制造 裝配 檢驗 測試及生產管理的全過程 達到實現最佳效益的目的 如英國 Deleam 公司的系列化軟 件就包括了曲面 實體幾何造型 復雜形體工程制圖 工業(yè)設計高級渲染 塑料模設計 專家系統(tǒng) 逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量系統(tǒng)等 集成化程度高的軟件還包括 Pro E UG 和 CATIA 等 2 模具設計 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現代化生產和集成化技術要求 模具設 計 分析 制造的三維化 無紙化要求新一代模具軟件以立體的 直觀的感覺來設計 模具 所采用的三維數字化模型能方便地用于產品的 CAE 分析 模具可制造性評價和 數控加工 成形過程模擬及信息的管理與共享 如 Pro E UG 和 CATIA 等軟件具備參數 化 基于特征 全相關等特點 從而使模具并行工程成為可能 另外 Cimatran 公司 的 Moldexpert Deleam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專業(yè)注射 模設計軟件 可進行交互式 3D 型腔 型芯設計 模架配置及典型結構設計 澳大利亞 Moldflow 公司的三維真實感流動模擬軟件 Moldflow Advisers 已經受到用戶廣泛的好 評和應用 面向制造 基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要 標志之一 如 Cimatron 公司的注射模專家軟件能根據脫模方向自動產生分型線和分型 面 生成與制品相對應的型芯和型腔 實現模架零件的全相關 自動產生材料明細表 和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進行智能化加工參數設定 加工結果校驗等 3 模具軟件應用的網絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭 合作 生產和管理等方面的全球化 國際化 以及計算機 軟硬技術的迅速發(fā)展 模具軟件應用的網絡化的發(fā)展趨勢是使 CAD CAE CAM 技術跨地 區(qū) 跨企業(yè) 跨院所在整個行業(yè)中推廣 實現技術資源的重新整合 使虛擬設計 敏 捷制造技術成為可能 美國在其 21 世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實現汽 車工業(yè)敏捷生產 虛擬工程方案 使汽車開發(fā)周期從 40 個月縮短到 4 個月 2 模具檢測和加工設備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 1 模具向著精密 復雜 大型的方向發(fā)展 對檢測設備的要求越來越高 目 前國內廠家使用較多的有意大利 美國 日本等國的高精度三坐標測量機 并具有數 字化掃描功能 實現了從測量實物 建立數學模型 輸出工程圖紙 模具制造全過程 成 功實現了逆向工程的開發(fā)和應用 2 數控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服器驅動的 AQ325L AQ550LIS WEDM 具有驅動反 應快 傳動及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點 瑞士夏米爾公司的 NCEDM 具有 P E3 自適 應控制 PCE 能量控制及自動編程專家系統(tǒng) 另外有些 EDM 還采用混粉加工工藝 微精 加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術 3 高速銑削機床 HSM 銑削加工是型腔模具加工的重要手段 而高速銑削具有工件溫升低 切削力小 加工平穩(wěn) 加工質量好 加工效率高 為普通銑削加工的 5 10 倍 及可加工硬材料 60HRC 等諸多優(yōu)點 因而在模具加工中日益受到重視 HSM 主要用于大 中型模具 加工 如汽車覆蓋件模具 壓鑄模 大型塑料模等曲面加工 4 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術的迅速發(fā)展 國外已出現了模具自動加工系統(tǒng) 這也是我國長遠發(fā) 展的目標 模具自動定位夾具或定位盤 有完整的機具 刀具數控庫 有完整的數控 柔性同步系統(tǒng) 有質量檢測控制系統(tǒng) 3 快速經濟制模技術的廣泛應用 縮短產品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一 與傳統(tǒng)模具加工技術相比 快速 經 濟制模技術具有制模周期短 成本較底的特點 精度和壽命又能滿足生產需求 是綜 合 經濟效益比較顯著的模具制造技術 快速原型制造 RPM 技術是集精密機械制造 計算機技術 NC 技術 激光成型技 術和材料科學與一體的新技術 是當前最先進的零件及模具成型方法之一 RPM 技術可 直接或間接用于模具制造 具有技術先進的概念設計到制造完成僅為傳統(tǒng)加工方法所 需時間的 1 3 和成本的 1 4 左右 現在是多品種 少批量生產的時代 到下一個世紀 這種生產方式占工業(yè)生產的 比例將達 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面制品的花樣變化 頻繁 均要求模具的生產周期越快越好 因此 開發(fā)快速經濟模具越來越引起人們的 重視 例如 研制各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制造 或其中填充金屬粉末 玻 璃纖維等 的簡易模具 中 低熔點合金模具 噴涂成型模具 快速模架 快速凸模 等也將日益發(fā)展 另外 采用計算機控制和機械手操作的快速換模裝置 快速試模技 術也會得到發(fā)展和提高 4 模具材料及表面處理技術的研究 因選材料和用材不當 致使模具過早失效 大約占失效模具的 45 以上 在整個模 具價格構成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 因此 選用優(yōu)質鋼材和應用的表 面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要 對于模具鋼來說 要采用電渣重熔工 藝 努力提高鋼的純凈度 等向性 致密度和均勻性及研制更高性能或有特殊性能的 模具鋼 如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速鋼等 粉末高速鋼解決原來高速鋼冶煉 過程中產生的一次碳化物粗大和偏析 從而影響材質的問題 其碳化物微細 組織均 勻 沒有材料方向性 因此 它具有韌性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長年使用尺 寸穩(wěn)定等特點 特別對形狀復雜的沖件及高速沖壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 是一 種很有發(fā)展前途的鋼材 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產品精細化 制品化 盡量縮短供 貨時間亦是重要發(fā)展趨勢 熱處理和表面處理是能否充分發(fā)展模具鋼材性能的關鍵環(huán)節(jié) 模具熱處理的主要 趨勢是 由滲入單一元素向多元素共滲 復合滲 如 TD 法 發(fā)展 由一般擴散向 CVD PVD PVCD 離子滲入 離子注入等方向發(fā)展 可采用的鍍膜有 TiC TiN TiCN TiAlN CrN Cr7c3 W2C 等 同時熱處理手段由大氣熱處理向真空熱處理 發(fā)展 另外 目前對激光強化 輝光離子氮化技術及電鍍 刷鍍 防腐強化等技術也 日益受到重視 5 模具研磨拋光將向自動化 智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工中未能很好解決的難題之一 模具表面的質量對模具使用壽 命 制件外觀拋光為主 不僅效率低 約占整個制造周期的 1 3 且工人勞動強度大 質量不穩(wěn)定 制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展趨勢 日本已研制了數控研磨機 可實現三維曲面模具研磨拋光的自動化 智能化 另外 由于模具型腔形狀復雜 任 何一種研磨拋光方法都有一定局限性 應發(fā)展特種研磨與拋光 如擠壓磨 電化學拋 光 超聲波拋光以及復合拋光工藝與裝備 以提高模具表面質量 6 模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質量和降低模具制造 成本 因此 模具標準件的應用必將日漸廣泛 為此 首先要制定統(tǒng)一的國家標準 并嚴格按標準生產 其次要逐步形成規(guī)模生產 提高標準件質量 降低成本 再次是 要進一步增加標準件規(guī)格品種 發(fā)展和完善聯銷網 保證供貨迅速 7 壓鑄模 擠壓模及粉末鍛模比例增加 隨著汽車 車輛和電機產品向輕量化發(fā)展 壓鑄模的比例將不斷提高 對壓鑄模的 壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求 同時擠壓模及粉末鍛模比例也將有不同程 度的增加 而且精度要求也越來越高 8 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 在成形 型 工藝方面 主要有沖壓模具多功能復合化 超塑性成形 型 塑 性精密成形 型 技術 塑料模氣體輔助注射技術及熱流道技術 高壓注射成形 型 技術等 另一方面 隨著先進制造技術的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整體水平的提高 在模 具行業(yè)出現了一些新的設計 生產 管理理念與模式 具體主要有 適應模具單件生 產特點的柔性制造技術 創(chuàng)造最佳管理和效益的團隊精神 精益生產 提高快速應變 能力的并行工程 虛擬制造及全球敏捷制造 網絡制造等新的生產哲理 廣泛采用標 準件 通用件的分工協作生產模式 適應可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求的綠色設計與制造等 三 研究內容及實驗方案 1 課題研究的主要內容 本課題主要是繼電器外殼注塑模的設計 分析繼電器外殼注塑模的制造工藝 分 流道 注塑量等工藝的計算 課題研究的實驗方案 1 繼電器外殼注塑模設計的初步方案 盡可能利用校內外所有的條件 并由指導老師講解 對及其工藝流程的認識 計算 出有效尺寸 然后繪制出繼電器外殼注塑模的裝配圖和零件圖 2 繼電器外殼注塑模各部件的初步設計方案 該模具包含澆注系統(tǒng) 合模導向機構的設計 頂出機構的設計以及復位等機構的設 計 要使得設計的價格低廉 成型性能較好 四 目標 主要特色及工作進度 1 目標 設計出一個能夠滿足社會生產要求的 具備結構相對簡單 成本較低 安裝和 拆卸操作方便 故障率低 常見故障易處理 維護方便的繼電器外殼注塑模 并且能 根據市場的要求 應用模具設計的基本原理和方法 學會擬定繼電器外殼注塑模的設 計方案 設計出高效 實用 經濟 提高結構設計能力 在合模導向機構的設計過程 中熟悉并應用有關手冊 圖表等技術資料的能力以及進一步培養(yǎng)識圖 制圖 編寫技 術文件等基本技能 2 主要特色 1 熟練應用 UG 及 AutoCAD 計算機繪圖軟件 2 了解模具的基礎知識 3 與實際聯系緊密為今后走上崗位打下良好基礎 3 工作進度 1 開題報告 2 周 2 總體設計 2 周 3 常規(guī)設計 9 周 4 編寫畢業(yè)設計說明書 3 周 5 外文資料翻譯 1 周 五 參考文獻 1 秦蕊 塑料模具設計 西北工業(yè)大學出版社 1988 12 2 唐志玉編 大型注塑模設計基礎 成都科技大學出版社 1987 3 于華編 注塑模具設計技術及實例 機械工業(yè)出版社 1999 5 4 塑料模設計手冊 編寫組 塑料模設計手冊 第三版 機械工業(yè)出版社 2002 年 8 月 5 張文華 塑膠模具設計制圖實務 航空工業(yè)出版社 1999 年 5 月 6 丁浩 塑料工業(yè)實用手冊 下冊 化學工業(yè)出版社 1996 3 7 王以華 李明堯 榮焯 陸鎮(zhèn)毅 現代模塑成形手冊 上海交通大學出版社 1993 3 8 楊可楨 程光蘊 機械設計基礎 高等教育出版社 第四版 1999 4 9 德 G 曼格斯 P 墨蘭 李玉泉 譯 張蔭朗 校 塑料注射成型模具的設計與 制造 中國輕工業(yè)出版社 1993 2 10 邱建新 李發(fā)根等 模具工業(yè)發(fā)展終述 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2003 12 11 周永泰 模具產品目前水平及今后發(fā)展趨勢 1998 2 12 周雄輝 現代模具設計制造理論 上海交通大學出版社 2000 年 畢業(yè)設計 論文 任務書 I 畢業(yè)設計 論文 題目 繼電器外殼注塑模設計 II 畢 業(yè)設計 論文 使用的原始資料 數據 及設計技術要求 1 塑件產品零件圖一張 2 根據產品結構特點合理設計模具結構 3 CAD 繪圖完成零件裝配圖 一張壹號圖 零件圖不少于 4 張 4 本制品材料為 PS 密度為 1 05g cm3 PS 允許的最小分流道直徑為 3 2mm 修正系數為 f 1 2 制品的脫出距離為 33mm 包括流道凝料在內的制品高度為 51mm 本制品的注射壓力為 100Mpa 設計要求 制品形狀一般 有一定的精度要求 熔體粘度中等 III 畢 業(yè)設計 論文 工作內容及完成時間 1 開題報告 2 周 2 總體設計 2 周 3 常規(guī)設計 9 周 4 編寫畢業(yè)設計說明書 3 周 5 外文資料翻譯 1 周 主 要參考資料 1 秦蕊 塑料模具設計 西北工業(yè)大學出版社 1988 12 2 唐志玉編 大型注塑模設計基礎 成都科技大學出版社 1987 3 于華編 注塑模具設計技術及實例 機械工業(yè)出版社 1999 5 4 塑料模設計手冊 編寫組 塑料模設計手冊 第三版 機械工業(yè)出版社 5 張文華 塑膠模具設計制圖實務 航空工業(yè)出版社 1999 年 5 月 6 丁浩 塑料工業(yè)實用手冊 下冊 化學工業(yè)出版社 1996 3 7 楊可楨 程光蘊 機械設計基礎 高等教育出版社 第四版 1999 4 8 邱建新 李發(fā)根等 模具工業(yè)發(fā)展終述 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2003 12 11 周永泰 模具產品目前水平及今后發(fā)展趨勢 1998 2 1 1 引言 1 1 模具生產的重要性 模具生產水平的高低已成為衡量一個國家產品水平高低的重要標志 因為 模具在很大程度上決定著產品的質量 效益 和新產品的開發(fā)能力 隨著我國 加入 WTO 我國模具工業(yè)的發(fā)展將面臨新的機遇和挑戰(zhàn) 我國的模具工業(yè)的發(fā)展 日益受到人們的重視和關注 模具式工業(yè)生產 的基礎工藝裝備 也已經取得了共識 在電子 汽車 電機 電器 儀器 儀 表 家電和通信等產品中 60 80 的部件都要依靠模具成型 用模具生產 制件所具備的高精度 高復雜程度 高一致性 高生產效率和低消耗 是其它 加工制造方法所不能比擬的 模具又是 效率放大器 用模具生產的最終產品 價值 往往是模具自身價值的幾十倍 上百倍 目前全世界模具年產值約為 1000 億美元 日 美等工業(yè)發(fā)達國家的模具工業(yè)產值已超過機床工業(yè) 近幾年 我國模具工業(yè)一直以每年 15 左右的增長速度發(fā)展 2009 年 我國模具總產值 超過 800 億元人民幣 1 2 我國塑料模具技術現狀 1 塑料模 今年來 我國塑料模有很大的進步 在大型塑料模方面 已能生產 34 英 寸大屏幕彩電塑殼模具 6kg 大容量洗衣機全套塑料模具及汽車保險桿和整體 儀表板等塑料模具 在精密塑料模具方面 已能生產多型腔小模數齒輪模具和 600 腔塑封模具 還能生產厚度僅為 0 08mm 的 1 模 2 腔的航空杯模具和難度較 高的塑料門窗擠出模等 內熱式或外熱式熱流道裝置得以采用 少數單位采用 了具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具 完全消除了制件的澆口痕跡 氣體輔助注射技術已成功得到應用 在精度方面 塑料模具制造精度可達 0 02 0 05mm 國外可達 0 005 0 01mm 分型面接觸間隙為 0 02mm 模板的彈性 變形為 0 05mm 型面的表面粗糙度值為 Ra0 2 0 25 g 塑料模具壽命已達 100 萬次 國外可達 300 萬次 模具制造周期仍比國外長 2 4 倍 這些標志著模 具總體水平的參數指標與國外相比尚有較大差距 2 模具 CAD CAE CAM 2 模具 CAD CAE CAM 技術是改造傳統(tǒng)模具生產方式的關鍵技術 能顯著縮短 模具設計與制造周期 降低生產成本 提高生產質量 它使技術人員能借助于 計算機對產品 模具結構 成形工藝 數控加工及成本等進行設計和優(yōu)化 以 生產家用電器的企業(yè)為代表 陸續(xù)引僅了相當數量的 CAD CAM 系統(tǒng) 實現了 CAD CAM 集成 并采用了 CAE 技術對成型過程進行計算機模擬等 數控加工的 使用率也越來越高 取得了一定的經濟效益 促進和推動了我國模具 CAD CAE CAM 技術的發(fā)展 近年來 我國自開發(fā)的有上海交大的沖裁模 CAD CAM 系統(tǒng) 北京北航海爾 軟件有限公司的 CAXA 系列軟件 吉林金網絡模具工程研究中心的沖壓 CAD CAE CAM 系統(tǒng)等 為進一步普及模具 CAD CAM 技術創(chuàng)造了良好條件 目前 我國計算機輔助技術軟件開發(fā) 尚處于較低水平 需要知識和經驗的積累 3 模具標準件 模具標準件對縮短模具制造周期 提高質量 降低成本 能起很大作用 因此 模具標準件越來越廣泛地應得到采用 模具標準件主要有冷沖模架 塑 料模架 推桿和彈簧等 新型彈性元件如氮氣彈簧亦已在推廣應用中 4 模具材料與熱處理 模具材料的質量 性能 品種和供貨是否及時 對模具的質量和使用壽命 以及經濟效益有著直接的重大影響 近年來 國內一些模具鋼生產企業(yè)已相繼 建成和引進了一些先進工藝設備 使國內模具鋼品種規(guī)格不合理狀況有所改善 模具鋼質量有較大程度的提高 但國產模具鋼鋼種不全 不成系列 多品種 精料化 制品化等方面尚待解決 另外 還需要研究適應玻璃 陶瓷 耐火磚 和地磚等成型模具用材料系列 模具熱處理使關系能否充分保證模具鋼性能的關鍵環(huán)節(jié) 國內大部分企業(yè) 在模具淬火時仍采用鹽熔爐或電爐加熱 由于模具熱處理工藝執(zhí)行不嚴 處理 質量不高 而且不穩(wěn)定 直接影響模具使用壽命和質量 近年來 真空熱處理 爐開始廣泛用于模具制造 1 3 模具技術的發(fā)展趨勢 1 模具 CAD CAE CAM 正向集成化 三維化 智能化和網絡化發(fā)展 1 模具軟件功能集成化 3 模具軟件功能的集成化要求軟件的功能模塊比較齊全 同時個功能模塊采 用同一數據模型 以實現信息的綜合管理與共享 從而支持模具設計 制造 裝配 檢驗 測試及生產管理的全過程 達到實現最佳效益的目的 如英國 Deleam 公司的系列化軟件就包括了曲面 實體幾何造型 復雜形體工程制圖 工業(yè)設計高級渲染 塑料模設計專家系統(tǒng) 逆向工程系統(tǒng)及復雜形體在線測量 系統(tǒng)等 集成化程度高的軟件還包括 Pro E UG 和 CATIA 等 2 模具設計 分析及制造的三維化 傳統(tǒng)的二維模具結構設計已越來越不適應現代化生產和集成化技術要求 模具設計 分析 制造的三維化 無紙化要求新一代模具軟件以立體的 直觀 的感覺來設計模具 所采用的三維數字化模型能方便地用于產品的 CAE 分析 模具可制造性評價和數控加工 成形過程模擬及信息的管理與共享 如 Pro E UG 和 CATIA 等軟件具備參數化 基于特征 全相關等特點 從而使模具 并行工程成為可能 另外 Cimatran 公司的 Moldexpert Deleam 公司的 Ps mold 及日立造船的 Space E mold 均是 3D 專業(yè)注射模設計軟件 可進行交互式 3D 型腔 型芯設計 模架配置及典型結構設計 澳大利亞 Moldflow 公司的三 維真實感流動模擬軟件 Moldflow Advisers 已經受到用戶廣泛的好評和應用 面向制造 基于知識的智能化功能是衡量模具軟件先進性和實用性的重要標志 之一 如 Cimatron 公司的注射模專家軟件能根據脫模方向自動產生分型線和分 型面 生成與制品相對應的型芯和型腔 實現模架零件的全相關 自動產生材 料明細表和供 NC 加工的鉆孔表格 并能進行智能化加工參數設定 加工結果校 驗等 3 模具軟件應用的網絡化趨勢 隨著模具在企業(yè)競爭 合作 生產和管理等方面的全球化 國際化 以及 計算機軟硬技術的迅速發(fā)展 模具軟件應用的網絡化的發(fā)展趨勢是使 CAD CAE CAM 技術跨地區(qū) 跨企業(yè) 跨院所在整個行業(yè)中推廣 實現技術資源 的重新整合 使虛擬設計 敏捷制造技術成為可能 美國在其 21 世紀制造企 業(yè)戰(zhàn)略 中指出 到 2006 年要實現汽車工業(yè)敏捷生產 虛擬工程方案 使汽車 開發(fā)周期從 40 個月縮短到 4 個月 2 模具檢測和加工設備向精密 高效和多功能方向發(fā)展 4 1 模具向著精密 復雜 大型的方向發(fā)展 對檢測設備的要求越來越 高 目前國內廠家使用較多的有意大利 美國 日本等國的高精度三坐標測量 機 并具有數字化掃描功能 實現了從測量實物 建立數學模型 輸出工程圖紙 模具制造全過程 成功實現了逆向工程的開發(fā)和應用 2 數控電火花加工機床 日本沙迪克公司采用直線電機伺服器驅動的 AQ325L AQ550LIS WEDM 具有 驅動反應快 傳動及定位精度高 熱變形小等優(yōu)點 瑞士夏米爾公司的 NCEDM 具有 P E3 自適應控制 PCE 能量控制及自動編程專家系統(tǒng) 另外有些 EDM 還采 用混粉加工工藝 微精加工脈沖電源及模糊控制 FC 等技術 3 高速銑削機床 HSM 銑削加工是型腔模具加工的重要手段 而高速銑削具有工件溫升低 切削 力小 加工平穩(wěn) 加工質量好 加工效率高 為普通銑削加工的 5 10 倍 及可 加工硬材料 60HRC 等諸多優(yōu)點 因而在模具加工中日益受到重視 HSM 主 要用于大 中型模具加工 如汽車覆蓋件模具 壓鑄模 大型塑料模等曲面加 工 4 模具自動加工系統(tǒng)的研制和發(fā)展 隨著各種新技術的迅速發(fā)展 國外已出現了模具自動加工系統(tǒng) 這也是我國 長遠發(fā)展的目標 模具自動定位夾具或定位盤 有完整的機具 刀具數控庫 有完整的數控柔性同步系統(tǒng) 有質量檢測控制系統(tǒng) 3 快速經濟制模技術的廣泛應用 縮短產品開發(fā)周期是贏得市場競爭的有效手段之一 與傳統(tǒng)模具加工技術 相比 快速經濟制模技術具有制模周期短 成本較底的特點 精度和壽命又能 滿足生產需求 是綜合經濟效益比較顯著的模具制造技術 快速原型制造 RPM 技術是集精密機械制造 計算機技術 NC 技術 激 光成型技術和材料科學與一體的新技術 是當前最先進的零件及模具成型方法 之一 RPM 技術可直接或間接用于模具制造 具有技術先進的概念設計到制造 完成僅為傳統(tǒng)加工方法所需時間的 1 3 和成本的 1 4 左右 現在是多品種 少批量生產的時代 到下一個世紀 這種生產方式占工業(yè) 5 生產的比例將達 75 以上 一方面是制品使用周期短 品種更新快 另一方面 制品的花樣變化頻繁 均要求模具的生產周期越快越好 因此 開發(fā)快速經濟 模具越來越引起人們的重視 例如 研制各種超塑性材料 環(huán)氧 聚脂等 制 造 或其中填充金屬粉末 玻璃纖維等 的簡易模具 中 低熔點合金模具 噴涂成型模具 快速模架 快速凸模等也將日益發(fā)展 另外 采用計算機控制 和機械手操作的快速換模裝置 快速試模技術也會得到發(fā)展和提高 4 模具材料及表面處理技術的研究 因選材料和用材不當 致使模具過早失效 大約占失效模具的 45 以上 在整個模具價格構成中 材料所占比重不大 一般在 20 30 因此 選用優(yōu) 質鋼材和應用的表面處理技術來提高模具的壽命就顯得十分必要 對于模具鋼 來說 要采用電渣重熔工藝 努力提高鋼的純凈度 等向性 致密度和均勻性 及研制更高性能或有特殊性能的模具鋼 如采用粉末冶金工藝制造的粉末高速 鋼等 粉末高速鋼解決原來高速鋼冶煉過程中產生的一次碳化物粗大和偏析 從而影響材質的問題 其碳化物微細 組織均勻 沒有材料方向性 因此 它 具有韌性高 磨削工藝性好 耐磨性高 長年使用尺寸穩(wěn)定等特點 特別對形 狀復雜的沖件及高速沖壓的模具 其優(yōu)越性更加突出 是一種很有發(fā)展前途的 鋼材 模具鋼品種規(guī)格多樣化 產品精細化 制品化 盡量縮短供貨時間亦是 重要發(fā)展趨勢 熱處理和表面處理是能否充分發(fā)展模具鋼材性能的關鍵環(huán)節(jié) 模具熱處理 的主要趨勢是 由滲入單一元素向多元素共滲 復合滲 如 TD 法 發(fā)展 由一 般擴散向 CVD PVD PVCD 離子滲入 離子注入等方向發(fā)展 可采用的鍍膜有 TiC TiN TiCN TiAlN CrN Cr7c3 W2C 等 同時熱處理手段由大氣熱處理向真空 熱處理發(fā)展 另外 目前對激光強化 輝光離子氮化技術及電鍍 刷鍍 防腐 強化等技術也日益受到重視 5 模具研磨拋光將向自動化 智能化方向發(fā)展 模具表面的精加工中未能很好解決的難題之一 模具表面的質量對模具 使用壽命 制件外觀拋光為主 不僅效率低 約占整個制造周期的 1 3 且工 人勞動強度大 質量不穩(wěn)定 制約了我國模具加工向更高層次發(fā)展趨勢 日本 已研制了數控研磨機 可實現三維曲面模具研磨拋光的自動化 智能化 另外 6 由于模具型腔形狀復雜 任何一種研磨拋光方法都有一定局限性 應發(fā)展特種 研磨與拋光 如擠壓磨 電化學拋光 超聲波拋光以及復合拋光工藝與裝備 以提高模具表面質量 6 模具標準件的應用將日漸廣泛 使用模具標準件不但能縮短模具制造周期 而且能提高模具質量和降低模 具制造成本 因此 模具標準件的應用必將日漸廣泛 為此 首先要制定統(tǒng)一 的國家標準 并嚴格按標準生產 其次要逐步形成規(guī)模生產 提高標準件質量 降低成本 再次是要進一步增加標準件規(guī)格品種 發(fā)展和完善聯銷網 保證供 貨迅速 7 壓鑄模 擠壓模及粉末鍛模比例增加 隨著汽車 車輛和電機產品向輕量化發(fā)展 壓鑄模的比例將不斷提高 對壓 鑄模的壽命和復雜程度也將提出越來越高的要求 同時擠壓模及粉末鍛模比例 也將有不同程度的增加 而且精度要求也越來越高 8 模具工業(yè)新工藝 新理念和新模式 在成形 型 工藝方面 主要有沖壓模具多功能復合化 超塑性成形 型 塑性精密成形 型 技術 塑料模氣體輔助注射技術及熱流道技術 高壓注 射成形 型 技術等 另一方面 隨著先進制造技術的不斷發(fā)展和模具行業(yè)整 體水平的提高 在模具行業(yè)出現了一些新的設計 生產 管理理念與模式 具 體主要有 適應模具單件生產特點的柔性制造技術 創(chuàng)造最佳管理和效益的團 隊精神 精益生產 提高快速應變能力的并行工程 虛擬制造及全球敏捷制造 網絡制造等新的生產哲理 廣泛采用標準件 通用件的分工協作生產模式 適 應可持續(xù)發(fā)展的環(huán)保要求的綠色設計與制造等 7 2 電磁繼電器外殼注塑模具設計 2 1 制品工藝性分析 本制品是電磁繼電器外殼 材料選用透明 PS 其形狀如圖 圖 2 1 圖 2 2 制品的形狀 尺寸和精度要求與注射成型工藝和模具結構的適應性稱為制 8 品的工藝性 現在的注射生產 幾乎能成型所有正式形狀和尺寸的塑料件 但科 學地設計注塑件并非易事 設計者必須熟悉注射材料和工藝 了解注射機和模 具 注意注塑件與金屬零件在結構上的區(qū)別 必須考慮塑料熔體在模具流道和 模具形腔內的流動充模特性 考慮塑件冷卻固化中存在收縮 取向和殘余應力 注塑件必須采用薄壁件的組合形體 保證壁厚均勻 必須考慮模具結構的簡化 和脫模的可行 該制品的特點是輕薄 小巧 表面質量 尺寸精度要求較高 故制品設計時要考慮以下幾個方面 1 在保證制品使用要求的前提下 應力求使用價格低廉和成型性能較好 的塑料 同時還應力求制品形狀 結構簡單和壁厚均勻 注塑性的壁厚是塑料件結構的最基本要素 其他的形體和尺寸如圓角等 都是以壁厚為參照 注塑件的壁厚均勻的薄板組合的形體 如果壁厚不均勻 會使塑料熔體的充模速率與冷卻收縮不均勻 由此產生許多質量問題 如凹陷 真空泡 翹曲 甚至開裂 壁厚均勻一致是注塑件設計的重大原則 通常熱塑 性之間的壁厚在 1 5mm 范圍選擇 本制品平均壁厚為 0 8mm 另外 在取較小 的壁厚時還要考慮制品在脫模頂出過程中 塑件變形損傷的限制和制品在使用 裝配堅固時的強度和剛度 2 制品的脫模斜度 在確定脫模斜度過程中 要注意下面三點 第一 在必須保證塑件尺寸精 度 脫模斜度造成的制品尺寸誤差必須必須限制在該尺寸精度的公差之內 第 二 為避免或減少脫模力過大而損傷注塑件 對于收縮較大 形狀復雜 對型 芯包緊較大的塑件 應考慮較大的脫模斜度 第三 為使塑件在開模后仍留在 動模一側的的型芯上 可以考慮塑件的內表面脫模斜度取略大于外表面 一般 情況 塑件沿脫模方向的脫模斜度為 1 1 5 塑件沿脫模方向有幾個孔使脫 模阻力較大時 宜采用 4 5 的斜度 該制品為 PS 材料 由于制品在型芯側有 較多凸臺與凹孔 內表面的脫模斜度取 1 5 表 2 1 常用塑料成型的脫模斜度推薦值 塑料 種類 脫模斜度 塑料種 類 脫模斜度 9 凹模 型腔 凸模 型 芯 凹模 型 腔 凸模 型 芯 聚酰 胺 25 40 20 40 ABS 40 1 2 0 35 1 聚乙 烯 25 45 20 45 聚碳酸 酯 35 1 30 50 聚苯 乙烯 35 1 30 30 1 聚甲醛 35 1 3 0 30 1 有機 玻璃 35 1 30 30 1 氯化聚 醚 25 45 20 45 3 轉角處以圓角過渡 在塑件設計過程中 為了避免應力集中 提高塑件強度 改善塑件的流動 情況 便于脫模 塑件除了使用上要求必須采用尖角外 其余所有轉角處均應 盡可能采用圓角過渡 一般采用 R0 5mm 就能使塑件的強度大為增強 在塑件 結構無特殊要求時 各連接處的圓角半徑均不應小于 0 5 1mm 采用圓角過度 時 其外壁 R 0 5mm 還應注意 在分型面上 在頂桿和推塊的運動配合表面 上 通常不設置圓角 以防止漏料和飛邊 本制品由于壁厚平均只有 0 8mm 故 采用較小圓角 R 0 2mm 4 選擇合適的精度 注塑件的設計圖用公差標明尺寸和形狀位置精度 這關系到塑料制品裝配 時的互換性和使用性能 也關系到模塑工程的經濟性 本品為高檔產品 因此 表面和尺寸精度要求較高 但是過分強調精度會給模具生產和加工帶來不必要 的麻煩 本制品采用 3 級精度 查參考文獻 6 表 2 3 得公差值為 0 26mm 5 設計制品時還應考慮成型進的分子取向問題 除特殊要求應盡量避免 出現明顯的各向異性 6 設計出的制品形狀應利于模具分型 排氣 補縮和冷卻 同時在成 型以后最好不要在進行機械加工 2 2 PS 的加工工藝及成型性能 化學和物理特性 10 大多數商業(yè)用的 PS 都是透明的 非晶體材料 PS 具有非常好的幾何穩(wěn)定 性 熱穩(wěn)定性 光學透過特性 電絕緣特性以及很微小的吸濕傾向 它能夠抵 抗水 稀釋的無機酸 但能夠被強氧化酸如濃硫酸所腐蝕 并且能夠在一些有 機溶劑中膨脹變形 典型的收縮率在 0 4 0 7 之間 注塑模工藝條件 干燥處理 除非儲存不當 通常不需要干燥處理 如果需要干燥 建議干燥條 件為 80 2 3 小時 熔化溫度 180 280 對于阻燃型材料其上限為 250 模具溫度 40 50 注射壓力 200 600Mpa 注射速度 建議使用快速的注射速度 流道和澆口 可以使用所有常規(guī)類型的澆口 典型用途 產品包裝 家庭用品 餐具 托盤等 電氣 透明容器 光源散射器 絕 緣薄膜等 2 3 分型面的選擇 在注射模具中 用于取出塑料件或澆注系統(tǒng)凝料的面 通稱為分型面 常 見的取出塑料件的主分型面與開模方向垂直 也有采用與開模方向一致的分型 面 分型面大都是平面 也有傾斜面 曲面或階梯面 分型面的選擇不僅關系到塑料件的正常成型和脫模 而且還關系到模具的 結構與制造成本 在選擇分型面時 應遵守以下原則 1 分型就選擇在塑料件的最大截面處 2 盡可能將塑件留在動模一側 3 有利于保證塑料件的尺寸精度 4 有利于保證塑料件的外觀質量 5 考慮滿足塑料件的要求 6 長型芯應位于開模方向 7 盡量減少塑料件在合模平面上的投影面積 以減少所需的鎖模力 11 8 有利于排氣 應將分型面置于熔體充模流動的末端 9 有利于簡化模具結構 10 非平面分型面的選擇 就有利于型腔加工和脫模方便 基于以上原則 該制品的分型面選擇在制品的下底面 如圖 圖 2 3 2 4 型腔數目的確定 最經濟型腔數的確定 實質上是注塑件的生產成本核算 但在注射模設計 初始方案決定階段 由于澆注系統(tǒng)等技術參數尚屬未知 型腔數的確定只能根 據經驗進行估算預測 在模具設計完成后 可根據這個方法再細化 進行生產 總成本和每個塑料制品成本的核算 考慮到本制品體積較小 且需要在兩側側 抽 導致模具結構復雜 經過綜合分析 宜采用一模兩腔 2 5 澆注系統(tǒng)的設計 澆注系統(tǒng)的作用 是將塑料熔體順利地充滿到模腔深處 以獲得外形輪廓 清晰 內在質量優(yōu)良的塑料制品 因此要求充模過程快而有序 壓力損失小 熱量損失小 排氣條件好 澆注系統(tǒng)中凝料容易與制品分離或切除 2 5 1 澆注系統(tǒng)的組成 本模具的澆注系統(tǒng)由主流道 分流道 側澆口和冷料穴組成 1 主流道 主流道是連接注射機的噴嘴與分流道的一段通道 通常和注射機的噴嘴在 同一軸線上 斷面為圓形 帶有一定的錐度 12 2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道 一般開在分型面上 起分流和轉向的 作用 多型腔模具中應具有一定設置的分流道 3 澆口 指分流道末端與型腔入口之間狹窄且短小的段流道 它的功能是使塑料熔 體加快流速注入模腔內 并有序地填滿型腔 且對補縮有控制的作用 2 5 2 澆注系統(tǒng)的布置 在多型腔模中 分流道的的布置有平衡式和非平衡式兩類 一般以平衡式 布置為佳 平衡式布置就是從主流道末端到各個型腔的分流道 其長度 斷面 形狀和尺寸都是對應相等的 這種設計可使塑料均衡地充滿各個型腔 考慮到 本模具采用一模兩腔 模流動距離較長且制品的尺寸精度和表面精度要求較高 故分流道應采用平衡式布置 2 5 3 主流道的設計 主流道的設計要點如下 1 便于從主流道中拉出澆注系統(tǒng)的凝料以及考慮塑料熔體的膨脹 主流 道設計成圓錐形 其錐角為 2 4 對流動性差的凝料 也可取 3 6 過大會造 成流速減慢 易成渦流 內壁粗糙度為 Ra0 63um 2 主流道大端呈圓角 其半徑常取 r 1 3mm 以減少料流轉向過渡時的 阻力 3 在成型良好的情況下 主流道的長度盡量短 否則將會使主流道的凝 料增多 且增加壓力損失 使塑料熔體降溫過多而影響注射成型 4 為了使熔融塑料從噴嘴完全進入主流道而不溢出 應使主流道與注射 機的噴嘴緊密對接 主流道對接設計成半球形凹坑 其半徑 r r 1 2mm 凹 坑深度常取 3 4mm 5 由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞 所以主流道 部分常設計成可拆卸的主流道襯套 以便先用優(yōu)質鋼材單獨加工和熱處理 如 大端兼作定位環(huán)則圓盤突出定模端面的 H 5 10mm 也常有將模具定位環(huán)與主流 道襯套分開設計的 本模具安裝在臥式的注射機中 故主流道垂直于分型面 且呈圓錐形 具 13 有 2 的錐角 其大端直徑為 6 8mm 小端直徑大于噴嘴直徑的 3mm 它的長度 取決于定模板及脫流道板的厚度 由于主流道要與高濁的塑料和噴嘴反復接觸和碰撞 所以模具的主流道部 分常設計成可拆卸的澆口套 以便選用優(yōu)質鋼材單獨進行加工和熱處理 本模 具采用的澆口套如圖 2 4 所示 圖 2 4 2 5 4 分流道的設計 常用的分流道的斷面形狀有圓形 矩形 梯形 U 字形和六角形等 要減 少流道內的壓力損失 希望流道的截面大 表面積小 以減少傳熱損失 因此 可用流道的截面積與周長之比來表示流道的效率 其中圓形截面的效率最高 即表面最小 本模具的分流道采用 U 形分流道 分流道的長度取決于模具型腔的總體方案和澆口的位置 從輸送熔體時的 減少壓力損失和熱量損失及減少澆道凝料的要求出發(fā) 應力求縮短 對于壁厚 小于 3mm 質量在 200g 以下的制品 可用以下經驗公式確定分流道的直徑 mm7 3 4LWD 式中 D 各級分流道的直徑 mm W 流經該分流道的熔體重量 g L 流過 W 熔體的分流道長度 mm 由于本制品的材料為 PS 密度為 1 05g cm3 用測出制品的體積為 W 2 879g L 在這里取 10mm 那么 其修正系數為mD82 07 19642 f 1 2 則分流道直徑為 D D f 0 98mm 但 PS 允許的最小分流道直徑為 3 2mm 分流道直徑取 3 5mm 14 2 5 5 澆口的設計 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道 它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分 澆口的形狀 數量 尺寸和位置對制品的質量影響很大 澆口的主要作用有兩 點 一是塑料熔體流經的通道 二是澆口的適時凝固可控制保壓時間 澆口有 點澆口 潛伏式澆口 側澆口 重疊式澆口 扇形澆口等多種形式 由于側澆 口保壓補縮作用較好 且不易產生塑件殘余應力變形 翹曲 易成型薄壁 復 雜形狀的塑件 所以本制品采用側澆口比較好 值得注意的是 側澆口注射壓力損計模失大 融料流速高 對殼型塑件排 氣不便 易產生熔接痕 缺料 縮孔 氣孔等弊病 在設計的時候要盡量不讓 這些弊病產生 2 6 注塑機的選擇 選擇合適的注塑機是注塑加工進行的的前提 在選擇注塑機時要以下列參 數校核為依據 2 6 1 最大注塑量 注塑模集一次成型的塑料重量 制品和流道凝料之和 應在注塑機理論注 射量的 10 80 之間為宜 既能保證制品質量 又可充分發(fā)揮設備的能力 則選 在 50 80 之間為好 柱塞式注塑機按一次注射聚苯乙烯 PS 塑料的最大克數為標準 螺桿式注塑機的最大注射量通常以螺桿在料筒內最大推進容積 M mm 3 來 表示 本模具所采用的是螺桿式注塑機 計算零件的體積 質量是為了選擇注 塑機 本次設計的制品的體積和投影面積由 UG 直接得出 投影面積為 560mm2 體積為 2741mm3 澆道的體積計算如下 冷料穴和主流道的體積 分流道體積 212 68 mm 2 流道總體積 373 02 mm 2 每次注射體積 5855 mm 2 PS 密度為 1 05g cm3 則制品的質量為 M V 6 15g 則注射量為 V 注 V 80 7 68g 15 2 6 2 注射壓力 注射加工時所需注射壓力與塑料品種 制品的開關及尺寸 注塑機類型 噴嘴及模具流道的阻力等因素有關 選擇的注塑機的注射壓力為必須大于成型 制品所需的注射壓力 根據經驗 成型所需注射壓力范圍如下 1 制品形狀簡單 熔體流動性好 壁厚者 所需注射壓力一般小于 70Mpa 2 制品形狀一般 精度要求一般 熔體流動性好者 所需注射壓力通常 選 70 100Mpa 3 制品形狀一般 有一定的精度要求 熔體粘度中等 如改性 PE PS 所需注射壓力選 100 140Mpa 4 制品壁薄 尺寸大 壁厚不均 精度要求高 熔體粘度高者 注射壓 力選為 100 140 Mpa 綜合分析 本制品的注射壓力應選為 100Mpa 2 6 3 鎖模力 鎖模力為注塑機鎖模裝置用于夾緊模具的力 所選的注塑機的鎖模力必須 大于由高壓熔體注入模腔而產生的脹模力 脹模力等于制品和流道系統(tǒng)在分型 面上的投影面積與型腔壓力的乘積 即 ton 10qFKT 式中 T 注射機的額定鎖模力 F 塑件與澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積 cm 2 q 熔融塑料在模腔內的壓力 kg cm 2 K 安全系數 通常取 1 1 1 2 型腔壓力因塑料品種 制品復雜程度和精度不同而不同 如表 2 2 2 3 所 示 表 2 2 常用塑料選用的型腔壓力 Mpa LDPE HDPE MDPE PS AS ABS PMMA CA 10 15 20 35 15 20 30 30 30 35 本模具的型腔壓力取為 20Mpa A 為 560mm2 則所選的注塑機鎖模力應大于 K P 腔 A 1000 13 44 kN 16 表 2 3 不同制品選用的型腔壓力 Mpa 條件 易成型塑 件 普通塑件 高粘度塑 件 高精 度塑件 特高粘度 塑件 高 精度塑件 型腔壓力 25 30 35 40 舉例 PE PS 等 壁厚均勻 日用品 薄壁容器 ABS POM 等機器零 件 高精 度塑件 高精度機 器零件 2 6 4 模板尺寸的確定 在成型過程中型腔和動模板的底部都會因受到壓力而變形 如果這種變形 太大則會影響制品的精度 所以這些地方的厚度有一定的要求 考慮到需要設 置水道和安裝較多的滑塊 故模板的厚度取大一些 其尺寸如下 定模板 長 寬 高 160 100 40 動模板 長 寬 高 160 100 25 模架一般都是采用標準模加 因定模板和動模板的尺寸確定 故可根據其尺寸 選擇模架 本設計采用國標 A2 100 160 44Z1GB T12556 1990 模架 由模架規(guī)格可取其它值如下 定模固定板 長 寬 高 160 100 16 動模固定板 長 寬 高 160 100 16 頂桿固定板 長 寬 高 160 58 10 該模具的總厚度為 180mm 根據上面的參數可選注塑機機型為 XS Z30 25 表 2 4 注塑機機型及其參數 注 射 部 分 鎖 模 部 分 螺 桿 直 注 射 容 注 射 壓 注 射 速 注 射 方 鎖 模 力 移 模 行 拉 桿 間 最 大 模 最 小 模 頂 出 行 頂 出 力 17 徑 量 力 率 式 程 距 厚 厚 程 mm 3cmMpa g s kN mm mm mm mm mm kN 30 30 116 38 柱 塞 式 25 0 160 235 180 60 140 12 2 6 5 模具安裝尺寸的校核 注射模具安裝尺寸的需校核項目有 噴嘴尺寸 定位圈尺寸 模具外形尺 寸 1 噴嘴尺寸 注射模主流道襯套始端凹坑的球面半徑 R 應大于注射噴嘴球頭半徑 r 以 保證同心和緊密接觸 通常 R r 0 5 1 mm 主流道孔小端直徑 D 應大于注塑 機噴嘴直徑 d 通常取 D d 0 5 1 mm 2 模具外形尺寸 模具長寬尺寸應與注塑機的拉桿內間距相適應 以保證模具至少能從一個 方向穿過拉桿間的空間安裝在注塑機上 模具厚度必須在所選注塑機的最大模厚和最小模厚之間 本模具的厚度為 180mm 在所選的注塑機的要求之內 3 模具的固定尺寸 注塑機固定及移動模板上有許多不同間距的螺釘孔和 T 型槽 用于固定 模具 模具的固定方法有兩種 第一 螺釘直接固定 本模具采用此法 此時 模具動 定模固定板上的螺釘過孔及其間距必須與注塑機模板臺面上對應的螺 孔一致 第二 壓板固定 只需模具動 定模固定板附近有螺孔即可 2 6 6 開模行程校核 本模具為雙分型面注塑模 其開模行程按下式校核 S H 1 H2 5 10 式中 S 注塑機的最大開模行程 mm H1 制品的脫出距離 18 H2 包括流道凝料在內的制品高度 mm 該處 H 1 33mm H 2 51mm H1 H2 5 89 S 140mm 故此模具滿足該注塑機的技術要求 2 7 側抽芯與側向分型機構的設計 當制品上具有與開模方向非一致的孔或側壁有凹凸形狀時 必須首先將成 型這部分的型芯或型腔脫離制品 才能將整個制品從模具中脫出 通常將這種 型芯或型腔稱為側抽芯或側型腔 并加工成可動形式 開模時推動側抽芯外移 脫離制品 合模時推動側型芯復位的機構稱為抽芯機構 這類模具脫出制品的 運動有兩種情況 第一 開模時首先完成側向分型和抽芯 然后推出制品 第 二種是側向抽芯與制品的推出同步 本模具使用了滑塊外側抽芯機構 抽芯機構 本設計采用斜銷側抽機構 由滑塊及滑塊定位裝置等組成 其 特點是結構緊湊 制造方便 動作安全可靠 開模時 動定模分離 使得滑塊受到斜銷對其的作用力 沿導軌向外分離 完成抽芯動作 本模具所采用的抽芯機構如圖所示 圖 2 5 2 8 排氣問題 從某種角度而言 注塑模也是一種轉換裝置 即塑料進入模腔的同時 必 須轉換出型腔內空氣和從物料中逸出揮發(fā)性氣體 排氣系統(tǒng)是注塑模設計的重 19 要組成部分 排氣和排氣槽設計不合理將會產生下述的弊病 1 增加熔體充模流動阻力 使型腔不能充滿 塑料制品棱邊不清 2 在制品上呈現明顯可見的流動痕跡和熔合縫 其力學性能降低 3 滯留氣體使制品產生銀紋 氣孔等表面質量缺陷 4 型腔內氣體受到壓縮后產生瞬時局部高溫 使塑料熔體分解變色 甚 至碳化燒焦 5 由于排氣不良 減低了充模速度 延長了注塑成型周期 排氣系統(tǒng)的設計方法 1 面排氣是最簡便的方法 排氣效果與分型面的接觸精度有關 2 氣孔的配合間隙排氣 必要時對頂桿作排氣的結構措施 3 合金顆粒燒結塊滲導排氣 燒結塊有足夠的承壓能力 設置在制品的 隱蔽處 并須開設排氣通道 4 開設冷料穴 有貯留冷料前也滯留了少量氣體 5 大型模具 可利用鑲拼的成型零件的縫隙排氣 本制品除了一個型芯成型其內腔外 還有放多成型孔 可在其分型面開設 深 0 025 0 1mm 寬 1 5 1 6 的排氣槽 利用定模和動模的微動 頂桿與頂桿 孔的配合間隙逸氣 2 9 合模導向機構的設計 導向機構是保證動定?；蛏舷履：夏r 正確定位和導向的零件 合模導 向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種形式 本模具采用導柱導向定位 如圖 所示 20 圖 2 6 2 9 1 導向機構的作用 1 定位作用 模具閉合后 保證動定模或上下模位置正確 保證型腔的形狀和尺寸精確 導向機構在模具裝配過程中也起了定位作用 便于裝配和調整 2 導向作用 合模時 首先是導向零件接觸 引導動定模準確閉合 避免型芯先進入型 腔造成成型零件損壞 3 承受一定的側向壓力 塑料熔體在充模過程中可能產生單向側壓力 或者由于成型設備精度低的 影響 使導信隨了一定的側向壓力 以保證模具的正常工作 若側向壓力很大 時 不能單靠導柱來承擔 需增設錐面定位機構 2 9 2 模架的選擇 通過制品尺寸 注射機技術參數的比較 本模具選用國標 A2 100 160 44Z1GB T12556 1990 其中各標準件都已給出 2 9 3 導柱導向機構的設計 1 導柱 導柱的結構形式 如圖所示 本模具采用的帶頭導柱是所選模架中已給出的這種形式 其結 構較為簡單 用于精度不高 生產批量大的模具 導柱與導套相配合 導柱固 定孔的直徑與導柱固定孔直徑相等 兩孔可同時加工 確保同軸度的要求 21 圖 2 7 導柱結構和技術要求 長度 導柱導向部分的長度應比凸模端面高出 6 12mm 以避免出現導柱 未導正方向而型芯先進入型腔 形狀 導柱端面應做成錐面形或半球形 以使導柱順利地進入導向孔 材料 導柱應具有硬面而耐磨的表面 堅韌而不易折斷的內芯 因此多 采用 P20 鋼經滲碳淬火處理或 T8 T10 鋼經淬火處理 硬度為 50 55HRC 導柱 固定部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 微米 導向部分表面粗糙度 Ra 為 0 8 0 4 微米 數量及布置 導柱應合理均布在模具分型面的四周 導柱中心至模具邊緣應有足夠的距 離 以保證模具高度 導柱中心到模具邊緣距離通常為導柱直徑的 1 1 5 倍 為確保合模時只能按一個方向合模 導柱的布置可采用等直徑導柱不對稱布置 或不等直徑導柱對稱布置 導柱既可設置在動模一側 也可以設置在定模一側 應根據模具結構來確定 在不影響脫模取件的條件下 導柱通常設置在型芯高 出分型面較多的一側 配合精度 導柱固定端與模板之間一般采用 H7 m6 或 H7 k6 的過度配合 導柱的導向 部分通常采用 H7 f7 的間隙配合 2 導套 導套的結構形式 本模具所采用的結構形式如圖所示 為帶頭導柱 結構較簡單 用于精度 較高的場合 導套的固定孔便于與導柱的固定孔同時加工 22 圖 2 8 導套結構的技術要求 形狀 為使導柱順利進入導套 在導套的前端應倒圓角 導柱孔最好作成通孔 以利于排出孔內空氣及殘渣廢料 如模板較厚 導柱孔必須作成盲孔時 可在 盲孔的側面打一小孔排氣 材料 導套用與導柱相同的材料或銅合金等耐磨材料制造 其硬度一般應低于導 柱硬度 以減少磨損 防止導柱或導套拉毛 導柱固定部分和導滑部分的表面 粗糙度一般為 Ra0 8 微米 固定形式及配合精度 可用 H7 m6 或 H7 k6 配合鑲入模板 2 10 頂出機構的設計 在注射成型的這一循環(huán)中 塑件必須由模具型腔中取出 完成取出塑件這 個動作的機構就是頂出機構 也稱為脫模機構 2 10 1 頂出機構的驅動方式 1 手動脫模 手動脫模就是當模具分型后 用人工操縱頂出機構 如手動拉桿 取出塑 件 對一些不帶孔的扁平塑件 由于它與模具的粘附力不大 在模具結構上可 不設頂出機構 而直接用手或鉗子夾出塑件 使用這種方式時 生產效率低 2 機構脫模 利用注塑機的開模動力 分型后塑件隨動模一起移動 達到一定位置時 脫模機構被機床上固定不動的頂桿頂住 不再隨脫模機構移動 此時脫模機構 動作 把塑件從動模上脫下來 本模具采用的是這種頂出方式 3 液壓或氣動頂出 23 在注塑機上設有頂出油缸 由它帶動頂出機構實現脫模 或設有專門的氣 源和氣路 通過型腔里微小的頂出氣孔 靠壓縮空氣吹出塑件 這兩種頂出方 式的頂出力可以控制 氣動頂出時塑件上還不留頂出痕跡 但需要增設專門的 液動或氣動裝置 4 塑件的頂出機構 成型帶螺紋的塑件時 脫模前需靠專門的旋轉機構先將螺紋型芯或型苤脫 離塑件 然后再將塑件從動模上頂下 脫螺紋機構也有手機和機動兩種形式 2 10 2 頂出機構的設計原則 1 頂出機構的運動要準確 可靠 靈活 無卡死現象 機構本身要有足 夠的剛度和強度 足以克服脫模阻力 2 保證頂出過程中塑件不變形 這是對頂出機構的最基本要求 在設計 時要正確估計塑件對模具粘附力和所在位置 合理的設置頂出機構 使頂出力 能均勻合理地分布 要讓塑件平穩(wěn)地從模具中脫出而不會產生變形 頂出力中 大部分是用來克服因塑料品種 性能以及塑件的幾何形狀復雜程度 型腔深度 壁厚還有模具溫度 頂出時間 脫模斜度 模具成型零件的表面粗糙度有關 其影響因素較為復雜 很難準確地進行計算 一般原則是塑料的收縮率越大 塑件壁越厚 型芯尺寸越大 形狀越復雜 型腔深度越深 脫模斜度越小 模 具溫度越低 冷卻時間越長 成型零件表面粗糙度越大 其對模具的包緊力越 大 此時就應選擇頂出力較大的頂出方式 3 頂出力的分布應盡量靠近型芯 因型芯處包緊力最大 且頂出面積 應盡可能大 以防塑件被破壞 4 頂出力應作用在不易使其產生變形的部位 如加強筋 凸緣 厚壁處 等 應盡量避免使頂出力作用在塑件平面位置上 5 若頂出部位需設在塑件使用或裝配或基準面上時 為不影響尺寸和 使用 一般使頂桿與塑件接觸部分處凹進 0 1mm 左右 而頂出桿端面則應高于 基準面 否則塑件表面會出現突起 影響基準面的平整和外觀 2 10 3 頂出行程 頂出行程一般規(guī)定使被頂出的制品脫離 5 10mm 即 h 5 10mm 在成型一些 24 形狀簡單且脫模斜度較大大桶形制品 也可使頂出行程為制品厚度的 2 3 本 制件為長方體 體積小 于是取 5mm 由于制件的最大高度為 33mm 其頂出行 程為 38mm 為保險起見 實際取 40mm 2 10 4 頂出位置的設置 正確的頂出位置 應設置在脫模阻力大的地方 盒類零件 由于包緊力的 作用 側面的脫模阻力最大 所以應在四周多布置一些頂桿 當塑件各處脫模 阻力相同時 頂桿應均勻布置 使塑件脫模時受力均勻 頂桿不宜于設在塑最 薄處 以免塑件變形或損壞 對于冷料穴 下面應設頂桿 其余在型芯附近設 置 有筒形的地方用頂管頂出 本模具的頂出位置如圖所示在其中一腔中頂出 位置如圖所示 且齊是平均分布在制品兩邊 制品是對稱的 由于制品頂出方向面積小 故設置 4 個頂出桿 圖 2 9 2 10 5 脫模力的計算 要將塑件從模腔中推出 必須克服推力所遇到的脫模阻力 因此 塑件脫 模時必須有一個足夠大的脫模力 計算脫模力可用下式計算 F AP fcosa sina 式中 F 脫模力 N a 脫模斜度取 1 A 塑件包容型腔的面積 UG 計算為 3905mm 2 f 塑件對鋼的摩擦系數 通常通常通常取為 0 1 0 3 取 0 2 P 塑件對型芯的包緊力 取 P 8 12 Mpa 取 12Mpa 則脫模力為 F 9566N 25 2 10 6 導向裝置 對大型模具設計的頂桿數量較多或由于塑件頂出部位面積的限制 頂桿必 須做成細長形時以及頂出機構受力不均勻時 脫模力的總重心與機床頂桿不重 合 頂出后 頂出板可能發(fā)生傾斜 造成頂桿彎曲或折斷 此時應考慮設置導 向裝置 一般采用導柱也可加上導套到到實現導向 導柱與導向孔或導套的配合長度不應小于 10mm 當動模墊板支撐跨度大 時 導柱還可兼起輔助支撐作用 2 10 7 頂桿的形式 本模具所采用的頂桿形式如圖所示 材料為 T8A 頭部淬火 硬度要達到 HRC50 以上 圖 2 8 2 11 復位機構的設置 脫模機構在完成塑件頂出后 為進行下一個循環(huán) 要求它必須回復到最初 始位置 目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位兩種形式 1 復位桿復位 本模具采用復位桿復位 除推板脫模外 其他脫模形式一般均需該復位裝 置 這是因為頂桿或頂管頂出動作后 相對動模已經前移了一個距離 在合模 后單靠定模板的推頂無法使頂桿或頂管回復到最初位置 定模板上的型腔端面 與動模上的型芯端面之間存在著相當于塑件壁厚的空間 而且還可能碰傷模具 型腔 所以必須另設置裝置 復位桿也叫回程桿或反頂桿 模具閉合手 它的端面剛好和分型面齊平 它與頂桿一起固定在頂出板上 實現頂出后 復位桿的位置就高出分型面了 模具閉合后 定模板端面推頂復位桿連同整個頂出裝置一起回歸復位 復位桿 一般 2 4 根 本模具設置 4 根 其位置在模具型腔和澆注系統(tǒng)的范圍之外 由 于第閉模一次 復位桿端面都要和定模板發(fā)生一次碰撞 為了避免變形 復位 桿端面和與其相接觸的定模部分都應淬火或在定模板的相應鑲嵌淬火鑲塊 若 產生批量不大或對塑件尺寸精度要求不高時 復位桿淬火即可 而定模板不淬 26 火 2 彈簧復位 彈簧復位也是脫模機構的簡單復位方式 彈簧裝在頂出析與動模墊板之間 頂出塑件時 彈簧被壓縮 合模后 只要注塑機的頂桿一離開模具頂出板 彈 簧的彈力就將頂出機構彈回原位 這點與復位桿復位不同 使用復位桿時必須 等到復位桿與定模板接觸時 才能起復位作用 也只有當模具完全閉合時 復 位動作才全部完成 所以彈簧復位屬于一種先行復位機構 2 12 溫度調節(jié)系統(tǒng)對塑件質量的影響 在注射成型中 模具的溫度直接影響到成型塑件的質量和生產效率 由于 各種塑料的性能和成型工藝要求不同 所以對模具的溫度的要求也不同 表 2 5 列出了常用的熱塑性塑料在注射成型時所需的模溫 表 2 5 常用塑料成型時所需的模溫 材料 模溫 C 材料 模溫 C 材料 模溫 C PP PE PS PA 55 65 40 60 40 60 40 60 ABS PMMA PVC POM 40 60 40 60 30 60 40 60 PC PPO PSU CPT 80 100 100 120 100 120 40 100 對于任何一塑件制品 模溫波動較大都是不利的 過高的模溫會使塑件在 脫模后發(fā)生變形 若延長冷卻時間又會使生產率下降 過低的模溫會降低塑料 的流動性 使其難于充滿模腔 增加制品的內應力和明顯的熔合縫等缺陷 對于要求模溫較低的塑料 如聚苯乙烯和聚乙烯 由于模具不斷地被注入 的熔融塑料加熱 模溫升高 單靠模具本身自然散熱不能使其保持較低的溫度 因此 必須加設冷卻裝置 對于要求模溫較高的塑料 如聚苯醚 成型出的塑件容易產生內應力和表 面瑕疵 故應該采用較高的模溫 另個 當型芯的形狀比較復雜時 脫模比較 困難 也應采用較高的模溫 由于模具與機床模板緊密接觸 自然散失熱量較 大單靠注入高溫塑料來回執(zhí)模具是不夠的 因此必須設置加熱裝置 降低模溫的最實用的方法是在型腔周圍或型芯內部開設以冷卻通道 然后 27 通過冷卻介質 根據實驗 塑件帶給模具的有 5 由輻射與對流到大氣中 其余 95 要由冷卻介質 一般為水 帶走 質量優(yōu)良的塑件應滿足以下六個要求 即收縮率小 變形小 尺寸穩(wěn)定 機械強度高 耐應力開裂性好和表面質量好 模溫對以上各項的影響分述如下 1 采用較低的模溫可以減少塑料制品的成型收縮率 特別對結晶型塑料 的影響更大一些 因為在較低的模溫下成型出的塑件結晶底較低 而結晶度越 高時收縮率越大 較低的結晶度可以降低收縮率 2 模溫均勻 冷卻時間短 注射速度快可以減少塑件的變形 其中均勻 一致的模溫尤為重要 但是由于塑件形狀復雜 再加上充滿順序先后不同 以 致常常出現冷卻不均勻的現象 為了改變這種情況 可將冷卻水先通和模溫最 高的地方 3 塑件不宜采用過低的模溫 因為模溫對充模速度影響較大 模溫過低 會造成成型不滿產生冷接縫 對其強度影響較大 4 塑件表面粗糙度影響最大的因此除型腔加工精度之處就是模具溫度 提高模溫能大大改善塑件的表面質量 本制品為薄壁件 平均厚度為 1mm 且充模距離較長 為了能順利充模和 提高制件表面質量 經過綜合考慮之后 在模具中加冷卻水道 圖 2 10 對模溫調節(jié)系統(tǒng)的要求 1 據塑料的品種 確定溫度調節(jié)是采用冷卻方式還是冷卻方式 2 希望模溫均一 塑料各部同時冷卻 以提高生產率和塑件質量 3 采用低的模溫 快速大流量通水冷卻 一般效果比較好 28 4 溫度調節(jié)系統(tǒng)要做到結構簡單 加工容易 成本低廉 2 13 模具的工作原理 開模時 動模板開始運動 與定模分離 在運動過程中 開模力通過動模板 和動模板底板作用于滑塊 迫使滑塊在動模板的導滑槽內向外移動 完成抽芯 動作 同時 利用拉料桿對制品的拉力 分型后塑件隨動模一起移動 達到一 定位置后 脫模機構被機床上固定不動的頂桿頂住 不再隨脫模機構移動 此 時脫模機構動作 把塑件從動模上脫下來 這樣在頂出過程中不損傷制品而使 其順利脫模 合模時 合模系統(tǒng)帶動模朝著定模方向移動 首先 復位桿首先和定模板 接觸 然后在分型面處閉合 其閉合精度由頂出機構的導柱和導套和動 定模 上的導柱導套保證 3 結論 經過 3 個月的磕磕絆絆 解決了許許多多難題后 我的畢業(yè)設計終于完成 了 這個過程雖然艱辛但卻使我受益匪淺 首先 一個正確的設計思路和設計順序能起到事半功倍的效果 在設計初 期 由于沒有任何設計經驗 面對著設計一個模具所要考慮的方方面面 我感 到非常茫然 忙活了好幾天依然一無所獲 但經過查閱大量資料及在同學幫助 29 下 終于理清思路 讓工作步入正軌 其次 要熟悉模具的運動規(guī)律及模架結構 我的設計方案作過幾次打更改 都是由于對模具的運動沒掌握好而造成的 當時設計上的失誤有 機構運動干 涉 無法取出殘余料 抽芯機構設計錯誤 這次的設計還鞏固了以往在課堂上所學到的各方面的知識 使其更系統(tǒng)化 而且整個設計的過程使得這些理論和實踐相結合 提高了我解決實際問題的能 力 同時 查閱大量的資料擴充了我模具方面的知識 也使我查閱資料的速度 及準確性大大提高 5 參考文獻 1 秦蕊 塑料模具設計 西北工業(yè)大學出版社 1988 12 2 唐志玉編 大型注塑模設計基礎 成都科技大學出版社 1987 3 于華編 注塑模具設計技術及實例 機械工業(yè)出版社 1999 5 4 塑料模設計手冊 編寫組 塑料模設計手冊 第三版 機械工業(yè)出版社 2002 年 8 月 5 張文華 塑膠模具設計制圖實務 航空工業(yè)出版社 1999 年 5 月 6 丁浩 塑料工業(yè)實用手冊 下冊 化學工業(yè)出版社 1996 3 7 王以華 李明堯 榮焯 陸鎮(zhèn)毅 現代模塑成形手冊 上海交通大學出版 社 1993 3 30 8 楊可楨 程光蘊 機械設計基礎 高等教育出版社 第四版 1999 4 9 德 G 曼格斯 P 墨蘭 李玉泉 譯 張蔭朗 校 塑料注射成型模具的 設計與制造 中國輕工業(yè)出版社 1993 2 10 邱建新 李發(fā)根等 模具工業(yè)發(fā)展終述 CAD CAM 與制造業(yè)信息化 2003 12 11 周永泰 模具產品目前水平及今后發(fā)展趨勢 1998 2 12 周雄輝 現代模具設計制造理論 上海交通大學出版社 2000 年