盖塞注塑模的设计
盖塞注塑模的设计
1 引言
模具有“工业之母”之称，是工业生产的基础工艺装备，是国民经济的基础工业。模具工业是机械工业和高新技术产业的重要组成部分。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，是一般机械加工不可比拟的，越来越引起国家各产业部门的重视。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工皇帝”“进入富裕社会的原动力”，欧美等发达国家将模具工业誉为“磁力工业”。日、美等发达国家模具工业的产值早已超过了机床工业的产值。1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业的产值。
目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，是十分重要的装备工业。模具工业直接为高新技术产业化服务，模具工业自身又大量采用高新技术，如CAD/CAE/CAM、新工艺、新材料、各类先进制造技术及装备等，模具工业已成为高新技术产业的重要组成部分。
80年代以来，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，年均增速均为13%，2005年我国模具行业模具销售额为610亿元，比上年增长25%，加上20多亿美元的进口份额，中国模具市场容量已达800亿元，十一五期间，世界制造业生产基地加速向中国转移，中国制造业快速升级带动模具工业加快发展，2010年中国模具业销售额已超出1120亿元，全球经济进一步回升，模具工业仍将处于稳定发展之中，优质精密模具的需求将不断上升，十二五期间，中国模具产值可能突破2500亿。
目前，我国模具行业规模仅次于美国和日本，跃升为第三大产国。我国约有模具生产厂约3万家。近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套质量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑料模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具。在少产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提升，CAD/CAE/CAM技术的应用面相比以前已大为扩展。但总体而言与国外塑料模具先进水平相比，依然存在一定差距。
2 产品成型工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本课题为盖塞注塑模的设计，其外形结构和尺寸如下图所示。设计该盖塞注塑模具遇到的难点：塑件的一端带有外螺纹影响脱模，需考虑用哈夫块的方式脱模；浇口位置的选择应不影响塑件的外表形状，采用侧浇口形式。本设计要求材料为PS，一模两件。
图2-1 塑件三维图
图2-2 塑件基本尺寸
2．2 产品工艺分析
2.2.1 PS塑件的性能
经综合分析，本设计中选用PS为制件材料。PS是一种热塑性树脂，为无色、无臭、无味而有光泽的、透明的珠状或粒状的固体。其密度为1.04～1.09g/cm3。PS属于无定形树脂，没有明显的熔点，熔融温度范围比较宽，可以在120～180℃之间熔融成为熔体。PS流动性好，加工性能好，易着色，尺寸稳定性好。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件，特别适用于注射成型。PS强度高且耐疲劳，机械性能好。PS因本身吸水性小，成型前不一定要进行干燥，如有需要，则在70～80℃温度下干燥2～4h。PS因性脆，力学强度差，热膨胀系数大，故制作不宜带有金属嵌件，否则容易产生应力开裂。其成型收缩率为0.5～0.8%，为了使制件顺利脱模，模壁斜度应增大至1º～2º。
2.2.2 PS成型工艺
注塑是PS塑料最重要的成型方法，在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机的动模板和定模板上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要较核该模具所需要的锁模力。是否在注塑既允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过较核。经分析，本设计适应采用螺杆卧式注塑机。其螺杆式注塑机的工艺参数如下表所示：
表2-1 PS塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/℃
螺杆式注塑机 直通式 160~170 前段 中段 后段
170~190 ~ 140~160
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
20~60 60~100 30~40 0~3
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~40 15~30 40~90 180~260
3 模具总体方案
综合考虑模具制作成本和结构复杂程度，选定以下方案：
图3-1 模具总体方案示意图
本方案采用哈夫式瓣合型，塑件在由定模板5、斜滑块13、小型芯4和型芯8组成的型腔中成型，开模时，动模和定模分开，塑件在动模一侧，动模继续后退，当动模继续后退到注射机顶出装置时，由顶出装置推动推板12，推板12推动推杆15，再由推杆15推动斜滑块13，斜滑块沿着动模板6导滑方向移动脱模，后退的同时侧向脱离塑件，脱模过程完成后，塑件自动掉出。
4 注塑工艺方案
4．1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。
(1) 确定型腔的数目；
(2) 选定分型面；
(3) 确定浇注系统；
(4) 确定成型零部件；
(5) 确定合模导向机构；
(6) 确定脱模顶出机构；
(7) 温度调节系统分析；
(8) 排气系统分析；
(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
4．2 模具工艺方案
(1) 根据产品的技术和经济要求拟采用一模两腔结构；
(2) 分型面选在塑件阶梯处的最大截面上，因为本设计采用的是哈夫式结构，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工；
(3) 浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为圆形，冷料穴采用带有球形头拉料杆的冷料穴。浇口的设计采用侧浇口形式，截面形状简单、易于加工、便于试模后修正；
(4) 根据塑件的结构特点，型腔设计在定模板、型芯和斜滑块之中；
(5) 顶出机构采用推杆推出机构，推杆对称分布。
4．3 设计软件的选择
目前可以用于模具CAD/CAE/CAM的国内外商品化软件品种较多，其中，某公司开发的AutoCAD软件是CAD软件中应用最为广泛的，它优良的二次开发工具使其活跃在各类CAD专业领域。自20世纪90年代以来，国内先后开发了功能较强的软件，主要有CAXA、PICAD、开目CAD、高华CAD等，而在进行复杂模具的CAD/CAE/CAM时，国外软件还是主流，目前国内应用的主流软件有SolidWorks、Pro/E、NX等。
CAE技术提供了可靠的保证。在模具投产之前，CAE软件可以预算测模具结构有关参数的正确性。例如可以采用流动模拟软件来考察熔体在模具腔内的流动过程，从此来改进浇注系统的设计，提高试模的一次成功率。可以用保压和冷却分析软件来考察熔体的凝固和模温的变化。以此来改进冷却系统，调整成型工艺参数，提高塑料制件的质量和生产效率，还可以采用应力分析软件来预测塑件出模后的变形和翘曲。模腔的几何数据能相互地转换为曲面的机床刀具加工轨迹，提高型腔和型芯的加工精度和效率。
Pro/E是美国参数技术公司旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/E软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。因此在此次模具设计中，我采用了Pro/E软件来进行模具的设计。从零件的造型至模具的开模，以及三维模具图的生成，最后利用Autocad的绘制装配图和部分零件图。
4．4 注射机的选择
在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要较核该模具所需要的锁模力是否在注塑既允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过校核。
1 引言
模具有“工业之母”之称，是工业生产的基础工艺装备，是国民经济的基础工业。模具工业是机械工业和高新技术产业的重要组成部分。作为工业生产基础工艺装备的模具，以其生产制件所表现的高精度、高复杂程度、高一致性、高生产效率和低耗能耗材，是一般机械加工不可比拟的，越来越引起国家各产业部门的重视。国外将模具比喻为“金钥匙”、“金属加工皇帝”“进入富裕社会的原动力”，欧美等发达国家将模具工业誉为“磁力工业”。日、美等发达国家模具工业的产值早已超过了机床工业的产值。1997年开始，我国模具工业产值也超过了机床工业的产值。
目前，模具技术已成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志之一，是十分重要的装备工业。模具工业直接为高新技术产业化服务，模具工业自身又大量采用高新技术，如CAD/CAE/CAM、新工艺、新材料、各类先进制造技术及装备等，模具工业已成为高新技术产业的重要组成部分。
80年代以来，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，年均增速均为13%，2005年我国模具行业模具销售额为610亿元，比上年增长25%，加上20多亿美元的进口份额，中国模具市场容量已达800亿元，十一五期间，世界制造业生产基地加速向中国转移，中国制造业快速升级带动模具工业加快发展，2010年中国模具业销售额已超出1120亿元，全球经济进一步回升，模具工业仍将处于稳定发展之中，优质精密模具的需求将不断上升，十二五期间，中国模具产值可能突破2500亿。
目前，我国模具行业规模仅次于美国和日本，跃升为第三大产国。我国约有模具生产厂约3万家。近年来，我国塑料模具制造水平已有较大提高。大型塑料模具已能生产单套质量达到50t以上的注塑模，精密塑料模具的精度已达到2μm，制件精度很高的小模数齿轮模具及达到高光学要求的车灯模具等也已能生产，多腔塑料模具已能生产一模7800腔的塑料模，高速模具方面已能生产挤出速度达6m/min以上的高速塑料异型材挤出模具。在少产手段上，模具企业设备数控化率已有较大提升，CAD/CAE/CAM技术的应用面相比以前已大为扩展。但总体而言与国外塑料模具先进水平相比，依然存在一定差距。
2 产品成型工艺分析
2．1 产品结构性能简介
本课题为盖塞注塑模的设计，其外形结构和尺寸如下图所示。设计该盖塞注塑模具遇到的难点：塑件的一端带有外螺纹影响脱模，需考虑用哈夫块的方式脱模；浇口位置的选择应不影响塑件的外表形状，采用侧浇口形式。本设计要求材料为PS，一模两件。
图2-1 塑件三维图
图2-2 塑件基本尺寸
2．2 产品工艺分析
2.2.1 PS塑件的性能
经综合分析，本设计中选用PS为制件材料。PS是一种热塑性树脂，为无色、无臭、无味而有光泽的、透明的珠状或粒状的固体。其密度为1.04～1.09g/cm3。PS属于无定形树脂，没有明显的熔点，熔融温度范围比较宽，可以在120～180℃之间熔融成为熔体。PS流动性好，加工性能好，易着色，尺寸稳定性好。可用注塑、挤塑、吹塑、发泡、热成型、粘接、涂覆、焊接、机加工、印刷等方法加工成各种制件，特别适用于注射成型。PS强度高且耐疲劳，机械性能好。PS因本身吸水性小，成型前不一定要进行干燥，如有需要，则在70～80℃温度下干燥2～4h。PS因性脆，力学强度差，热膨胀系数大，故制作不宜带有金属嵌件，否则容易产生应力开裂。其成型收缩率为0.5～0.8%，为了使制件顺利脱模，模壁斜度应增大至1º～2º。
2.2.2 PS成型工艺
注塑是PS塑料最重要的成型方法，在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机的动模板和定模板上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要较核该模具所需要的锁模力。是否在注塑既允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过较核。经分析，本设计适应采用螺杆卧式注塑机。其螺杆式注塑机的工艺参数如下表所示：
表2-1 PS塑料的注射工艺参数
注塑机类型 喷嘴形式 喷嘴温度/℃ 料筒温度/℃
螺杆式注塑机 直通式 160~170 前段 中段 后段
170~190 ~ 140~160
模具温度/℃ 注射压力/ MPa 保压力/ MPa 注射时间/s
20~60 60~100 30~40 0~3
保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s 成型温度/℃
15~40 15~30 40~90 180~260
3 模具总体方案
综合考虑模具制作成本和结构复杂程度，选定以下方案：
图3-1 模具总体方案示意图
本方案采用哈夫式瓣合型，塑件在由定模板5、斜滑块13、小型芯4和型芯8组成的型腔中成型，开模时，动模和定模分开，塑件在动模一侧，动模继续后退，当动模继续后退到注射机顶出装置时，由顶出装置推动推板12，推板12推动推杆15，再由推杆15推动斜滑块13，斜滑块沿着动模板6导滑方向移动脱模，后退的同时侧向脱离塑件，脱模过程完成后，塑件自动掉出。
4 注塑工艺方案
4．1 设计步骤
注塑模具的结构设计一般按如下步骤进行，在本章只作简要概述，初步拟订设计方案，具体详细设计依据及计算放在后面进行论述。
(1) 确定型腔的数目；
(2) 选定分型面；
(3) 确定浇注系统；
(4) 确定成型零部件；
(5) 确定合模导向机构；
(6) 确定脱模顶出机构；
(7) 温度调节系统分析；
(8) 排气系统分析；
(9) 绘制模具结构草图，选取标准模架。
4．2 模具工艺方案
(1) 根据产品的技术和经济要求拟采用一模两腔结构；
(2) 分型面选在塑件阶梯处的最大截面上，因为本设计采用的是哈夫式结构，这样便于塑件脱模，排气效果好，同时也便于加工；
(3) 浇注系统主流道采用常用的圆锥形，分流道的截面形状为圆形，冷料穴采用带有球形头拉料杆的冷料穴。浇口的设计采用侧浇口形式，截面形状简单、易于加工、便于试模后修正；
(4) 根据塑件的结构特点，型腔设计在定模板、型芯和斜滑块之中；
(5) 顶出机构采用推杆推出机构，推杆对称分布。
4．3 设计软件的选择
目前可以用于模具CAD/CAE/CAM的国内外商品化软件品种较多，其中，某公司开发的AutoCAD软件是CAD软件中应用最为广泛的，它优良的二次开发工具使其活跃在各类CAD专业领域。自20世纪90年代以来，国内先后开发了功能较强的软件，主要有CAXA、PICAD、开目CAD、高华CAD等，而在进行复杂模具的CAD/CAE/CAM时，国外软件还是主流，目前国内应用的主流软件有SolidWorks、Pro/E、NX等。
CAE技术提供了可靠的保证。在模具投产之前，CAE软件可以预算测模具结构有关参数的正确性。例如可以采用流动模拟软件来考察熔体在模具腔内的流动过程，从此来改进浇注系统的设计，提高试模的一次成功率。可以用保压和冷却分析软件来考察熔体的凝固和模温的变化。以此来改进冷却系统，调整成型工艺参数，提高塑料制件的质量和生产效率，还可以采用应力分析软件来预测塑件出模后的变形和翘曲。模腔的几何数据能相互地转换为曲面的机床刀具加工轨迹，提高型腔和型芯的加工精度和效率。
Pro/E是美国参数技术公司旗下的CAD/CAM/CAE一体化的三维软件。Pro/E软件以参数化著称，是参数化技术的最早应用者，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位。Pro/E作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今主流的CAD/CAM/CAE软件之一，特别是在国内产品设计领域占据重要位置。Pro/E采用了模块方式，可以分别进行草图绘制、零件制作、装配设计、钣金设计、加工处理等，保证用户可以按照自己的需要进行选择使用。因此在此次模具设计中，我采用了Pro/E软件来进行模具的设计。从零件的造型至模具的开模，以及三维模具图的生成，最后利用Autocad的绘制装配图和部分零件图。
4．4 注射机的选择
在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要较核该模具所需要的锁模力是否在注塑既允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭和高度都应该通过校核。
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