11緒論1.1塑料成型模具在加工工業(yè)中的地位模具是利用其特定形狀成型具有一定形狀和尺寸的制造工具。成型塑料制品的模具叫做塑料模具。全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用角度，要求高效率、自動化、操作簡便；從模具制造角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。塑料模具影響著塑料制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對制件的尺寸和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在塑料加工過程中，模具結(jié)構(gòu)對操作難易程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少分模。合模和取制件過程中的手工勞動，為此常采用自動開合模和自動頂出機(jī)構(gòu)。在全自動生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動從模具上脫落。另外，模具對塑料制品的成本也有相當(dāng)?shù)挠绊?。除簡易模具外，一般來說制模費(fèi)是十分昂貴的，一副優(yōu)良的注射模具可生產(chǎn)制品百萬件以上，壓制模約能生產(chǎn)二十五萬件。當(dāng)批量不大的時(shí)候，模具費(fèi)用在制件成本中所占比例將會很大，這時(shí)應(yīng)盡可能地采用結(jié)構(gòu)合理而簡單的模具，以降低成本。現(xiàn)代塑料制品中合理的加工工藝、高效的設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少的三項(xiàng)重要因素，尤其是塑料模具對實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求，塑料制件使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要作用。高效的全自動的設(shè)備也只有裝上能自動化生產(chǎn)的模具才能發(fā)揮基效能，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提。由于工業(yè)塑件和日用塑料制品的品種和產(chǎn)量需求量很大，對塑料模具生產(chǎn)不斷向前發(fā)展。1.2塑料成型模具發(fā)展趨勢隨著塑料成型加工機(jī)械和成型模具的迅速增長，高效率、自動化、大型、微型、精密、高壽命的模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占比例越來越大。從模具設(shè)計(jì)和制造技術(shù)角度來看，模具的發(fā)展趨勢可歸納為以下幾個(gè)方面：21.2.1加深理論研究在模具設(shè)計(jì)中，對工藝原理的研究越來越深入，模具設(shè)計(jì)已經(jīng)由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)階段逐漸向理論計(jì)算方面以發(fā)展。1.2.2高效率、自動化大量采用各種高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)，如高效冷卻以縮短成型周期；各種能可靠地自動脫出產(chǎn)品和流道凝料的脫模機(jī)構(gòu)；熱流道澆注系統(tǒng)注射出模具等。高速自動化的塑料成型機(jī)械配合以先進(jìn)的模具，對提高生產(chǎn)效率，降低成本起了很大作用。1.2.3大型、超小型及高精度由于模料應(yīng)用的擴(kuò)大，塑料制件已應(yīng)用到建筑、機(jī)械、電子、儀器、儀表等各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域，于是出現(xiàn)了各種大型、精密和高壽命的成型模具，為了滿足這些要求，研制了高強(qiáng)度、高硬度、高耐磨性能且易加工，熱處理變小、導(dǎo)熱性能優(yōu)異的制模材料。1.2.4革命模具制造工藝為了更新產(chǎn)品花式和適應(yīng)小批量產(chǎn)品的生產(chǎn)要求，除大力發(fā)展高強(qiáng)度、高耐磨性的材料外，同時(shí)又重視簡易制模工藝研究。1.2.5標(biāo)準(zhǔn)化開展模具標(biāo)準(zhǔn)化工作，使模板，導(dǎo)柱等通用零件標(biāo)準(zhǔn)化、商品化，以適應(yīng)大規(guī)模地成批生產(chǎn)塑料成型模具。1.2.6開發(fā)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與輔助制造（CAD/CAM）隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已廣泛應(yīng)用于模具工業(yè)，在注射成型系統(tǒng)中，針對每一個(gè)環(huán)節(jié)都可將計(jì)算機(jī)作為輔助工具而加入。構(gòu)成該環(huán)節(jié)的CAD或CAM或CAE。1、塑件設(shè)計(jì)塑件的設(shè)計(jì)包括塑件結(jié)構(gòu)、尺寸、精度、表面、性能等方面的設(shè)計(jì)。塑件設(shè)計(jì)方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有：塑件CAD、塑料、輔料、輔件選擇的專家系統(tǒng)。32、注射機(jī)的使用常見注射機(jī)的使用方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有：注射機(jī)選擇專家系統(tǒng)：注射機(jī)故障診斷系統(tǒng)。（1）注射模使用狀況的好壞直接影響到注射質(zhì)量，在對于高技術(shù)注射模來說，都要對注射模在使用過程中進(jìn)行監(jiān)控或?qū)ψ⑸淠５姆勰M仿真，由此知注射模的工作狀況。（2）注射工藝注射工藝方面的計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)有：注射工藝制定的專家系統(tǒng)；塑件質(zhì)量故障診斷。（3）注射模設(shè)計(jì)注射模設(shè)計(jì)主要完成注射模的結(jié)構(gòu)尺寸、精度、表面性能等方面的設(shè)計(jì)，并選擇模具的材料等。計(jì)算機(jī)在注射模設(shè)計(jì)方面的工作有：注射劃CAD：注射模材料、輔料、輔件選擇專家系統(tǒng)；工裝選擇專家系統(tǒng)；注射模CAPP；1.3軟件簡介本設(shè)計(jì)中主要為模具的設(shè)計(jì)與計(jì)算，為后面完成裝配圖作好資料準(zhǔn)備。裝配圖用AutoCAD來完成其三個(gè)視圖的顯示。零件為本人設(shè)計(jì)的觸屏手機(jī)的上殼和下殼的上蓋，整體由曲面構(gòu)成。零件圖的繪制在AutoCAD中也較難畫出。在此，采用UG繪圖軟件來形成三維圖，最后將得到的三維圖轉(zhuǎn)換成二維文件，在AutoCAD中生成其三視圖，再作修改。1.3.1總裝配圖的建立計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，簡寫為CAD），是指利用計(jì)算機(jī)的計(jì)算功能和高效的圖形處理能力，對產(chǎn)品進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)分析、修改和優(yōu)化。它終合計(jì)算機(jī)知識和工程設(shè)計(jì)知識的成果，并隨計(jì)算機(jī)軟硬件的不斷提高而逐漸完善。AutoCAD的最大特點(diǎn)是讓設(shè)計(jì)者更為輕松，設(shè)計(jì)者或繪圖者幾乎可不必離開屏幕就能連續(xù)地完成工作。AutoCAD適合于工程制造、建筑設(shè)計(jì)、裝潢設(shè)計(jì)等各行業(yè)技術(shù)人員作為設(shè)計(jì)依據(jù)，完成圖紙上的工作。AutoCAD是美國Autodesk公司開發(fā)的一種通用CAD軟件。1982年首次推出了AutoCADR1.0版本，經(jīng)過十余次的版本更新，AutoCAD已從一個(gè)簡單的繪圖軟件發(fā)展成為包括三維建模在內(nèi)的功能十分強(qiáng)大的CAD系統(tǒng)，是世界上最流行的CAD軟件，現(xiàn)4已廣泛應(yīng)用于機(jī)械、電子、建筑、化工、汽車、造船、輕工及航空航天等領(lǐng)域。1.3.2零件模型設(shè)計(jì)與加工UGngineer是美國PTC參數(shù)技術(shù)公司推出，是國際上最先進(jìn)也是最成熟使用參數(shù)化特征造型技術(shù)的大型CAD/CAM/CAEA集成軟件。這是我們零件模型設(shè)計(jì)與加工過程中的主要工具。下面是一些簡單的介紹：UGngineer包括三維實(shí)體造型，裝配模擬，加工仿真NC自動編程，板金設(shè)計(jì)，電路布線，裝配管路設(shè)計(jì)等專有模塊，ID反求工程，CE并行工程等先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法和模式。其主要特點(diǎn)是參數(shù)化的牲造型；統(tǒng)一的能使各模塊集成起來的數(shù)據(jù)庫；設(shè)計(jì)修改的關(guān)聯(lián)性，即一處修改，別的模塊中的相應(yīng)圖形和數(shù)據(jù)也會自動更新。它的性能優(yōu)良，功能強(qiáng)大，是一套可以應(yīng)用于工業(yè)設(shè)計(jì)，機(jī)械設(shè)計(jì)，功能仿真，制造和管理等眾多領(lǐng)域的工程自動化軟件包。UGngineer自動化自1988年問世以來，10多年來已成為全世界最普及的3DCAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，UGngineer在今日儼然已成為3DCAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子，機(jī)械，模具，工業(yè)設(shè)計(jì)，汽車，自行車，航天，家電，玩具等各行各業(yè)。UGngineer是一套由設(shè)計(jì)至生產(chǎn)的機(jī)械自動化軟件，是新一代產(chǎn)品造型系統(tǒng)，是一個(gè)參數(shù)化，基于特征的實(shí)體造型系統(tǒng)，并且具有單一的數(shù)據(jù)庫功能。52制件分析2.1手機(jī)外殼分析在進(jìn)行手機(jī)外殼注塑模具設(shè)計(jì)之前，首先對制品圖及形狀結(jié)構(gòu)分析，其內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：1.手機(jī)上殼（見制件圖）。制品的幾何形狀：本次設(shè)計(jì)的制品為形狀象諾基亞8250款式，平均壁厚為1.0mm，屬輕質(zhì)薄壁制品。2.制品的尺寸精度和表面粗糙度：塑料的尺寸精度主要決定于塑料收縮率的波動和模具制造誤差。本次塑料制品的尺寸按4級精度取值。塑件的表面粗糙度主要取決于模具粗糙度，一般情況下，塑件的表面粗糙度比模具成型部分的粗糙度高12級。3.制品的脫模斜度：脫模斜度的取向根據(jù)塑件的內(nèi)外形尺寸而定，以塑件內(nèi)孔型芯小端為準(zhǔn)，尺寸符合圖紙要求，斜度由擴(kuò)大方向取得；塑件外形，以型腔大端為準(zhǔn)，尺寸符合圖紙要求，斜度由縮小方向取得。一般情況，脫模斜度不包括塑件的公差范圍內(nèi)。本設(shè)計(jì)采用1脫模斜度。4.根據(jù)產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本次設(shè)計(jì)中，流道形式采用非平衡式，上殼采用側(cè)澆口進(jìn)膠，下殼采用針點(diǎn)式澆口進(jìn)膠。62.2零件材料選擇及性能ABS是由丙烯腈(Acrylonitrile)、丁二烯(Butadiene)和苯乙烯(Styrene)三種化學(xué)單體合成。其中A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。其化學(xué)分子結(jié)構(gòu)方式如下：每種單體都具有不同特性：丙烯腈有高強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性；丁二烯具有堅(jiān)韌性、抗沖擊特性；苯乙烯具有易加工、高光潔度及高強(qiáng)度。從形態(tài)上看，ABS是非結(jié)晶性材料。三中單體的聚合產(chǎn)生了具有兩相的三元共聚物，一個(gè)是苯乙烯-丙烯腈的連續(xù)相，另一個(gè)是聚丁二烯橡膠分散相。ABS不透明，外觀除薄膜外都呈淺象牙色、無毒、無味、兼有韌、硬、剛特性，燃燒緩慢，離火后仍繼續(xù)燃燒，火焰呈黃色，有黑煙，燃燒后塑料軟化、燒焦，發(fā)出特殊的肉桂氣味，但無熔融滴落。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相中的分子結(jié)構(gòu)。這就可以賦予用戶在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場上數(shù)百種不同品質(zhì)的ABS材料。ABS具有優(yōu)良的綜合性能，由于組分、牌號和生產(chǎn)廠家生產(chǎn)方法的不同，使之在性能上存在較大差異，因此以下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)僅供參考。（1）物理力學(xué)性能ABS具有優(yōu)良的物理力學(xué)性能，如不透水，但略透水蒸氣，沖擊強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定性好等。ABS有極好的沖擊強(qiáng)度，即使在低溫也不迅速下降。但是它的沖擊性能與樹脂中所含橡膠的多少、粒子大小、接枝率和分散狀誠有關(guān)，同時(shí)也與使用環(huán)境有關(guān)、如溫度越高則沖擊強(qiáng)度越大。當(dāng)聚合物中丁二烯橡膠含量超過30%時(shí)，不論沖擊、拉伸、剪切還是其它力學(xué)性能都迅速下降（見表5-5和5-6）。（2）熱性能。ABS制品的負(fù)荷變形溫度約為93，若能對制品進(jìn)行退火處理，則還可增加10左右。（3）電性能。7ABS聚合物的電絕緣性受溫度和濕度的影響很小，且在很大頻率變化范圍內(nèi)保持恒定。（4）耐環(huán)境性ABS聚合物幾乎不受水、無機(jī)鹽、堿、酸類的影響，但在酮、醛、氯代烴中會溶解或形成乳濁液，它不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但長期與烴接觸會發(fā)生軟化溶脹。ABS聚合物表面受冰醋酸、植物油等化學(xué)藥品的鋟蝕會引起應(yīng)力開裂。（5）耐候性ABS聚合物的最大不足之處是耐候性較差，這是由于分子中丁二烯所產(chǎn)生的雙鍵在紫外線作用下易受氧化降解的緣故。經(jīng)受350nm以下波長的紫外線照射，氧化作用更甚。氧化速度與光的強(qiáng)度及波長的對數(shù)成正比。ABS是一種成型加工性能優(yōu)良的熱塑性工程塑料，可用一般加工方法成型加工。（6）ABS的流變性ABS聚合物在熔融狀態(tài)下流動特性屬于假塑型液體。雖然ABS的熔體流動性與加工溫度和剪切速率都有關(guān)系，但對剪切速率更為敏感。因此在成型過程中可以采用提高剪切速率來降低熔體粘度，改善熔體流動性。ABS屬一無定形聚合物，無明顯熔點(diǎn)，成型后無結(jié)晶，成型收縮率為0.4%0.5%。在成型過程中，ABS的熱穩(wěn)定性較好，不易出現(xiàn)降解或分解，但溫度過高時(shí)，聚合物中橡膠相有破壞的傾向。（7）ABS的吸水性ABS具有一定的吸水性，含水量在0.3%0.8%范圍。成型時(shí)如果聚合物中含有水分，制品上就會出現(xiàn)斑痕、云紋、氣泡等缺陷，因此在民型前，需將聚合物進(jìn)行干燥處理，使其含水量降到0.2%左右。（8）ABS制品的后處理一般情況下很少出現(xiàn)應(yīng)力開裂，所以除了使用要求較為苛刻的制品，通常不作制品的后處理。注射速度對ABS的熔體流動性有一定影響，注射速度快，制品表面光潔度不佳；注射速度慢，制品表面易出現(xiàn)波紋、熔接痕等現(xiàn)象，因而除了充模有困難的情況下，一般以中、低速為宜。在制品要求表面光澤較高時(shí)，模具溫度可控制在6080對一般制品可控制在50-60。8表2.2ABS的主要性能指標(biāo)力學(xué)性能屈服強(qiáng)度/Mpa50熱性能及電性能玻璃化溫度/C拉伸強(qiáng)度/Mpa38熔點(diǎn)（粘流溫度）/C130160斷裂伸長率/%35熱變形溫度/C45N/cm3180N/cm39010883103拉伸彈性模量/Gpa1.8線膨脹系數(shù)/（10-5/C）7.0彎曲強(qiáng)度/Mpa80比熱容/1470彎曲弱性模理/Gpa1.4熱導(dǎo)率/0.263件質(zhì)量沖擊強(qiáng)度/kJ/m2無缺口缺口261燃燒性/（cm/min）慢11體積