冷料穴注塑模具设计
冷料穴注塑模具设计
1 引言
近年来，注塑模具成为了塑料工业中增长速度最快的工业门类之一，因此，研究注塑模具对了解产品的生产过程和提高产品的质量有很大的意义。这次毕业设计应用Pro/E绘制出了螺纹盖的产品图，通过三维立体的观察，对零件结构进行了工艺分析，由于塑件是旋转体对称结构，合理设计为一模两腔，双分型面。简单计算了成型零部件的尺寸；并介绍了装配图中各部分的名称，简要说明了此模具的工作过程。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，通过本设计，可对注射模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。
目前，中国 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。1999 年中国模具工业总产 值已达 245 亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约 占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约 占 6%，其它各类模具约占 11%。 鉴于模具作为包括机床工具、 汽车制造、 食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业， 以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服 务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作 用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模 具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业， 都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国 内已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160 个，寿命 1～2 亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5Kｇ大容量洗衣机的塑料 模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机 塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能 生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新 轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗 异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高 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质量、 效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资 力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换代非常快。从理论上说，它是CAD技术最能发挥优越性的领域。但我国目前模具CAD的成果并不十分显著，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势:
(1) 模具CAD的参数化.参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。
(2) 模具CAD的智能化.冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。智能CAD以人类思维的认识理论为基础，将设计人员擅长的逻辑判断、综合推理、形象思维能力与计算机的高速、精确计算。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析
（a）正面 （b）反面
图1 塑件三维图
从图纸上分析，该塑件的外形基本上是回转体。圆周均匀分布着8个R2的半圆柱凸起旋钮花纹。内部有着M30 x 2的螺纹。由于材料PS的脆性较大所以选择手工模外脱螺纹。由于制件比较小，又因为塑件的外形是圆形的，一个方向尺寸一致；另外，塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种，即左右对称分布在模板两侧。决定采用一模两腔。
2.2 塑件材料成型工艺分析
选用的材料是聚苯乙烯，PS。
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。密度1.04～1.09,透明度88%～92%,折射率1.59～1.60。在应力作用下,产生双折射,即所谓应力-光学效应。产品的熔融温度150～180℃,热分解温度300℃,热变形温度70～100℃,长期使用温度为60～80℃。在较热变形温度低5～6℃下,经退火处理后,可消除应力,使热变形温度有所提高。聚苯乙烯流动性好,加工性能好,易着色,尺寸稳定性好。它可溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等,但在丙酮中只能溶胀。可耐某些矿物油、有机酸、碱、盐、低级醇及其水溶液的作用。吸水率低,在潮湿环境中仍能保持其力学性能和尺寸稳定性。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。注射成型时物料一般可不经干燥而直接使用。但为了提高制品质量,可以55～70℃鼓风烘箱内预干燥1～2h。具体加工条件大致为：料筒温度200℃左右,模具温度60～80℃,注塑温度170～220℃,60～150MPa,压缩比为1.6～4.0。成型后的制品为了消除内应力,可在红外线灯或鼓风烘箱内于70℃恒温处理2～4h。
主要性能
a、机械性能：强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小（高温条件下也极少有变化）；
b、耐热老化性：增强后的UL温度指数达120~140℃（户外长期老化性也很好）；
c、耐溶剂性：无应力开裂；
d、对水稳定性：遇水易分解（高温、高湿环境下使用需谨慎）；
e、电气性能
1、绝缘性能：优良（潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料）；
2、介电系数：3.0-3.2；
3、耐电弧性：120s
f、成型加工性：普通设备注塑或挤塑。由于结晶速度快，流动性好，模具温度也比其他工程塑料要求低。在加工薄壁制件时，仅需几秒钟，对大部件也只要40-60s即可。
2.3 型腔布局及分型面的选择
1.型腔布局选择一模两腔如图所示：
图2 一模两腔
2.分型面的选择
分型面是指分开模具和取出浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以垂直于合模方向，也可以平行或者倾斜。分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。考虑到一模两腔及点浇口，所以选用两次分型。
分型面的选取不仅关系到塑件的成型和脱模，而且涉及模具结构和制造成本，因此，必须重视选择分型面。一般来说，分型面选择的总体原则主要有三：
1)保证塑件质量。这是最基本的一条，必须使塑件质量符合预定要求。
2)便于塑件脱模。易于脱模，可使生产率提高，塑件不易变形，提高正品率。
3)简化模具结构。同样一个塑件，因为分型面选择的不同，使结构的复杂程度有很大不同，合理地选择，即可简化模具结构。
很多塑件都有同轴度要求，在模具设计中应当保证这个要求，一般应使塑件中有同轴度要求的部分设计在同一动模板内，以满足精度要求。在塑件上有的表面精度要求较高，如螺纹面、配合面等，此时分型面不能通过这些表面，否则会影响塑件的精度，甚至难以使用。
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我们将分型面选择在如图所示的地方。
图3 分型面
3.方案的选择
塑件的大批量生产使其使用寿命要长，使用寿命不少于50万次，模具设计合理，脱模方向可靠，适于自动操作，由于此次设计中存在螺纹，成型周期尽量控制在30s之内。
方案一：自动脱螺纹
方案二：模外手工脱螺纹
对于第一种方案，自动脱螺纹的设计，一方面势必增大模具的体积，模具复杂，另一种方案，由于机器自动脱螺纹可靠性不高，可能造成大量制品的毁坏。经多方面的考虑，采用第二种方案。这种方案可使模具体积小，模架简单。但由于开模后需人工为其脱螺纹，造成人力资源的提高，另外，手工脱螺纹时需要把螺纹型芯卸下来，所以，型芯需有备份，以防机器的暂停。
1 引言
近年来，注塑模具成为了塑料工业中增长速度最快的工业门类之一，因此，研究注塑模具对了解产品的生产过程和提高产品的质量有很大的意义。这次毕业设计应用Pro/E绘制出了螺纹盖的产品图，通过三维立体的观察，对零件结构进行了工艺分析，由于塑件是旋转体对称结构，合理设计为一模两腔，双分型面。简单计算了成型零部件的尺寸；并介绍了装配图中各部分的名称，简要说明了此模具的工作过程。如此设计出的结构可确保模具工作运用可靠，通过本设计，可对注射模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。
目前，中国 17000 多个模具生产厂点，从业人数约 50 多万。1999 年中国模具工业总产 值已达 245 亿元人民币。工业总产值中企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约 占三分之一。在模具工业的总产值中，冲压模具约占 50%，塑料模具约占 33%，压铸模具约 占 6%，其它各类模具约占 11%。 鉴于模具作为包括机床工具、 汽车制造、 食品包装等在内的机械行业中机械基础件产业， 以及电工电器、电子及信息行业的支持产业，在发展先进生产力当中，处于非常关键并服 务全行业的地位，其发展对产业配套能力的提升和促进产业聚集优势的形成将起到重要作 用。改革开放以来，中国模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化。除了国有专业模 具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业、合资企业、独资企业和私营企业， 都得到了快速发展，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。目前，国 内已能生产精度达 2 微米的精密多工位级进模，工位数最多已达 160 个，寿命 1～2 亿次。在大型塑料模具方面，现在已能生产 48 英寸电视的塑壳模具、6.5Kｇ大容量洗衣机的塑料 模具，以及汽车保险杠、整体仪表板等模具。在精密塑料模具方面，国内已能生产照相机 塑料模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具等。在大型精密复杂压铸模方面，国内已能 生产自动扶梯整体踏板压铸模及汽车后桥齿轮箱压铸模。在汽车模具方面，现已能制造新 轿车的部分覆盖件模具。其他类型的模具，例如子午线轮胎活络模具、铝合金和塑料门窗 异型材挤出模等，也都达到了较高的水平，并可替代进口模具。 在中国，人们已经越来越认识到模具在制造中的重要基础地位，认识到模具技术水平的高 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质量、 效益和新产品的开发能力。 许多模具企业十分重视技术发展，加大了用于技术进步的投资 力度，将技术进步视为企业发展的重要动力。
模具技术是制造业中发展最快的技术之一，其特点是数量很大，批量极小，换代非常快。从理论上说，它是CAD技术最能发挥优越性的领域。但我国目前模具CAD的成果并不十分显著，这项技术的巨大潜力还未充分发挥出来，解决这个问题的关键就是要提高模具的设计效率。目前在模具CAD技术的发展方面存在着以下几种趋势:
(1) 模具CAD的参数化.参数化造型方法是CAD技术中较先进的造型方法，也是提高CAD工作效率的有效手段。它是针对各种冲压模具总体结构一般均具有较规范形式的特点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零件要素之间的相互关系。当由于模具结构不同而导致模具零件尺寸发生变化时，改变参数文件中有关变量的取值，则与之相关的零件模型中的相应尺寸标注值亦发生变化，通过尺寸驱动模块处理后即可生成大小符合实际尺寸标注的零件。
(2) 模具CAD的智能化.冲压件模具设计的难度主要表现在设计理论的不完备性以及只能意会而难以言传的专家经验表达和利用上。智能CAD以人类思维的认识理论为基础，将设计人员擅长的逻辑判断、综合推理、形象思维能力与计算机的高速、精确计算。
2 塑件的工艺分析
2.1 塑件结构工艺性分析
（a）正面 （b）反面
图1 塑件三维图
从图纸上分析，该塑件的外形基本上是回转体。圆周均匀分布着8个R2的半圆柱凸起旋钮花纹。内部有着M30 x 2的螺纹。由于材料PS的脆性较大所以选择手工模外脱螺纹。由于制件比较小，又因为塑件的外形是圆形的，一个方向尺寸一致；另外，塑件结构简单，不需要侧向分型，所以型腔的排列方式只有一种，即左右对称分布在模板两侧。决定采用一模两腔。
2.2 塑件材料成型工艺分析
选用的材料是聚苯乙烯，PS。
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。密度1.04～1.09,透明度88%～92%,折射率1.59～1.60。在应力作用下,产生双折射,即所谓应力-光学效应。产品的熔融温度150～180℃,热分解温度300℃,热变形温度70～100℃,长期使用温度为60～80℃。在较热变形温度低5～6℃下,经退火处理后,可消除应力,使热变形温度有所提高。聚苯乙烯流动性好,加工性能好,易着色,尺寸稳定性好。它可溶于芳香烃、氯代烃、脂肪族酮和酯等,但在丙酮中只能溶胀。可耐某些矿物油、有机酸、碱、盐、低级醇及其水溶液的作用。吸水率低,在潮湿环境中仍能保持其力学性能和尺寸稳定性。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。注射成型时物料一般可不经干燥而直接使用。但为了提高制品质量,可以55～70℃鼓风烘箱内预干燥1～2h。具体加工条件大致为：料筒温度200℃左右,模具温度60～80℃,注塑温度170～220℃,60～150MPa,压缩比为1.6～4.0。成型后的制品为了消除内应力,可在红外线灯或鼓风烘箱内于70℃恒温处理2～4h。
主要性能
a、机械性能：强度高、耐疲劳性、尺寸稳定、蠕变也小（高温条件下也极少有变化）；
b、耐热老化性：增强后的UL温度指数达120~140℃（户外长期老化性也很好）；
c、耐溶剂性：无应力开裂；
d、对水稳定性：遇水易分解（高温、高湿环境下使用需谨慎）；
e、电气性能
1、绝缘性能：优良（潮湿、高温也能保持电性能稳定,是制造电子、电气零件的理想材料）；
2、介电系数：3.0-3.2；
3、耐电弧性：120s
f、成型加工性：普通设备注塑或挤塑。由于结晶速度快，流动性好，模具温度也比其他工程塑料要求低。在加工薄壁制件时，仅需几秒钟，对大部件也只要40-60s即可。
2.3 型腔布局及分型面的选择
1.型腔布局选择一模两腔如图所示：
图2 一模两腔
2.分型面的选择
分型面是指分开模具和取出浇注系统凝料的可分离的接触表面。一副模具根据需要可能有一个或两个以上的分型面，分型面可以垂直于合模方向，也可以平行或者倾斜。分型面的形式与塑件几何形状、脱模方法、模具类型及排气条件、浇口形式等有关。考虑到一模两腔及点浇口，所以选用两次分型。
分型面的选取不仅关系到塑件的成型和脱模，而且涉及模具结构和制造成本，因此，必须重视选择分型面。一般来说，分型面选择的总体原则主要有三：
1)保证塑件质量。这是最基本的一条，必须使塑件质量符合预定要求。
2)便于塑件脱模。易于脱模，可使生产率提高，塑件不易变形，提高正品率。
3)简化模具结构。同样一个塑件，因为分型面选择的不同，使结构的复杂程度有很大不同，合理地选择，即可简化模具结构。
很多塑件都有同轴度要求，在模具设计中应当保证这个要求，一般应使塑件中有同轴度要求的部分设计在同一动模板内，以满足精度要求。在塑件上有的表面精度要求较高，如螺纹面、配合面等，此时分型面不能通过这些表面，否则会影响塑件的精度，甚至难以使用。
我们设置分型面的目的，就是为了能够顺利从型腔中脱出制品。根据塑件的几何形状和外观质量浇注系统的合理布置，便于取件，利于排气等因素综合考虑，为了便于脱模，分型面应首选在塑料制品最大的轮廓线上，最好在一个平面上，而且此平面与开模方向垂直。分型的整个廓形应呈缩小趋势，不应有影响脱模的凹凸形状，以免影响脱模。为此我们将分型面选择在如图所示的地方。
图3 分型面
3.方案的选择
塑件的大批量生产使其使用寿命要长，使用寿命不少于50万次，模具设计合理，脱模方向可靠，适于自动操作，由于此次设计中存在螺纹，成型周期尽量控制在30s之内。
方案一：自动脱螺纹
方案二：模外手工脱螺纹
对于第一种方案，自动脱螺纹的设计，一方面势必增大模具的体积，模具复杂，另一种方案，由于机器自动脱螺纹可靠性不高，可能造成大量制品的毁坏。经多方面的考虑，采用第二种方案。这种方案可使模具体积小，模架简单。但由于开模后需人工为其脱螺纹，造成人力资源的提高，另外，手工脱螺纹时需要把螺纹型芯卸下来，所以，型芯需有备份，以防机器的暂停。
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