1、 前 言 隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的迅速發(fā)展，對零件的材料提出愈來愈苛刻的要求，一種材料不但要求某一種技術(shù)性能好，而且要求它同時具備多種優(yōu)良的技術(shù)性能，以滿足多種技術(shù)需要。塑料作為現(xiàn)代工業(yè)中較為常見的材料之一，在性能上具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性好、易著色等特點(diǎn)，其制品可加工成任意形狀，且具有生產(chǎn)效率高、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，所以應(yīng)用日益廣泛，在汽車、儀表、化工等工業(yè)中，塑料已經(jīng)成為金屬零件的良好代用材料。與相同重量的金屬零件比，塑料件能耗小，且成型加工方法簡單，易組織規(guī)模生產(chǎn)，只需一臺自動化注射機(jī)，配上合適模具，就能進(jìn)行大批量生產(chǎn)。塑料模具是利用其形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工具，它對塑

2、料零件的制造質(zhì)量和成本起著決定性影響。在生產(chǎn)過程中，對塑料模具的要求是能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面均能滿足使用要求的優(yōu)質(zhì)制品。從模具使用的角度要求高效率、自動化、操作簡單；而從模具制造角度要求結(jié)構(gòu)合理，制造容易，成本低廉。現(xiàn)代塑料制品的生產(chǎn)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個重要因素，尤其是塑料模具對實(shí)現(xiàn)塑料加工工藝要求、塑料制品使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的自動化設(shè)備只有配上相適應(yīng)的模具才能發(fā)揮作用，隨著塑料制品的品種和產(chǎn)品需求量的增大，對塑料模具也提出越來越高的要求，促使塑料模具不斷向前發(fā)展。目前，模具的設(shè)計(jì)已由經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)向理論設(shè)計(jì)的方向發(fā)展，采

3、用高效率、自動化的模具結(jié)構(gòu)以適應(yīng)大量生產(chǎn)的需要，采用高精度模具的加工技術(shù)以減少鉗工等手工操作工作量。為減少加工后的修整，以“一次試模成功”為標(biāo)準(zhǔn)，模具測量向高精度、自動化方向發(fā)展。同時，在模具行業(yè)開展CAD/CAM的研究和應(yīng)用，采用CAD/CAM技術(shù)能夠減少試模、調(diào)整及修整工時、提高可靠性、簡化設(shè)計(jì)與制圖、縮短設(shè)計(jì)制造時間，從而使估價(jià)及成本合理化。顯然，今后的模具制造將以計(jì)算機(jī)信息處理和數(shù)控機(jī)床加工為中心。注塑成型是塑料工業(yè)中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，注塑成型加工產(chǎn)量高，適用于多種原料，能夠成批、連續(xù)到生產(chǎn)，并且具有固定的尺寸，可以實(shí)現(xiàn)自動化、高速化，因此具

4、有極高的經(jīng)濟(jì)效益。注塑模具作為注塑成型加工的主要工具之一，在質(zhì)量、精度、制造周期以及注塑成型過程中的生產(chǎn)效率等方面水平的高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新?lián)Q代，同時也決定著企業(yè)在市場競爭中的根本利益。模具制造業(yè)存在成本高、技術(shù)性強(qiáng)等特點(diǎn)，隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和計(jì)算機(jī)輔助加工技術(shù)的發(fā)展，從根本上改變了模具生產(chǎn)的面貌，可靠地保證了模具所需要的精度和質(zhì)量。另外，模具標(biāo)準(zhǔn)件和以標(biāo)準(zhǔn)件為基體的特殊定制零件的普及，明顯的縮短了模具制造周期，使塑料模具的設(shè)計(jì)水平進(jìn)入了新階段。盡管模具工業(yè)本身的特殊性是模具制造顯得很復(fù)雜，但與其他行業(yè)一樣，它也有一定的規(guī)律。注塑模具設(shè)計(jì)之前首先應(yīng)對塑料制品進(jìn)行工藝

5、分析，研究塑料制件的工藝性是否符合注塑加工原理，然后應(yīng)設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，確定模具材料和選定標(biāo)準(zhǔn)件，最后進(jìn)行零件加工、模具組裝和試模。表面縮坑是注塑過程中經(jīng)常遇到的問題，如果制品的壁厚過大或明顯的薄厚不均，再成型時會因固化速度不同而產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，這是由于制品壁較厚的部位在表層的塑料已經(jīng)冷凝時，其芯部的塑料仍然處于熔融狀態(tài)，當(dāng)芯部的塑料也固化后，會因其收縮而對表面的塑料施以拉力，導(dǎo)致制品表面出現(xiàn)縮坑。然而，在實(shí)際中要使制品的壁厚設(shè)計(jì)成完全一致是不大可能的。例如，許多制品由于要與其他零件裝配或?yàn)榧訌?qiáng)本身的強(qiáng)度，往往沒有筋、槽或柱等，這時制品的壁厚則出現(xiàn)明顯不均。因此，為滿足制品的要求，而又能使外觀缺陷得到

6、改善，除了在成型過程中采用增加保壓壓力和延長冷卻時間等措施控制之外，在設(shè)計(jì)制品結(jié)構(gòu)時，必須對這些筋、槽及柱有明確的限制。對于壁厚明顯不均的制品，單單靠調(diào)整成型工藝來解決表面縮坑問題幾乎是不可能的，因此在設(shè)計(jì)制品結(jié)構(gòu)時，應(yīng)充分重視這一問題。在本次設(shè)計(jì)中，由于手機(jī)后蓋上有許多孔、槽結(jié)構(gòu)，在模具中必須采用芯子，這一結(jié)構(gòu)改變會給模具和成型在其他方面帶來麻煩。 按照一般的設(shè)計(jì)步驟，應(yīng)先對選取的塑件實(shí)體進(jìn)行測繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并對其進(jìn)行工藝分析，確定模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，然后設(shè)計(jì)注塑模具，繪制出其裝配圖及零件圖，對各零件進(jìn)行三維造型，并進(jìn)行裝配，同時對模具中的主要零件進(jìn)行

7、工藝分析，編寫工藝卡，完成型腔的仿真加工。通過以上工作的完成，我對一套模具從設(shè)計(jì)到加工的全過程有了清醒而直觀的認(rèn)識，了解了注塑模的工作原理，對模具中型腔、型芯等主要零件的設(shè)計(jì)及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗(yàn)知識，能夠?qū)δ＞咴O(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問題提出合理的解決方法，能夠正確地選取注射機(jī)、確定模架的結(jié)構(gòu)及尺寸、確定型腔數(shù)。在模具設(shè)計(jì)中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。1. 注射?？傮w設(shè)計(jì)1.1 注射?；究傮w結(jié)構(gòu)方案的比較與選取注射模的基

8、本結(jié)構(gòu)是由注射機(jī)的形式和塑件復(fù)雜程度等因素決定的。注射模的分類方法很多，按注射模的總體結(jié)構(gòu)可分為單分型面注射模、雙分型面注射模、帶活動鑲件的注射模和自動卸螺紋的注射模等，對于不同的塑件可選用不同的注塑結(jié)構(gòu)。單分型面注射模是最簡單的一種。在該結(jié)構(gòu)中，構(gòu)成型腔的一部分在定模上，型芯部分在動模上，主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上，開模后塑件與流道凝料一起留在動模一側(cè)。雙分型面注射模與單分型面注射模相比多了一個可移動的澆口板，它用于針點(diǎn)澆口進(jìn)料的單（雙）型腔模具。開模時，澆口板與定模座板作定距離分型，以便取出凝料。帶活動鑲件的注射模上帶有活動螺紋型芯、側(cè)向型芯和活動鑲件等，開模時，活動鑲件連同塑

9、件一起脫出模后，再通過人工使鑲件與塑件分開。當(dāng)塑件有螺紋部分并要求自動脫模時，可采用自動卸螺紋的注射模。該結(jié)構(gòu)利用注射機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動帶動螺紋型芯或螺紋型環(huán)轉(zhuǎn)動，使塑件按規(guī)定的螺距推出。在具體選用模具結(jié)構(gòu)時，應(yīng)綜合考慮塑件結(jié)構(gòu)，盡量做到經(jīng)濟(jì)、實(shí)用。設(shè)計(jì)中由于塑件實(shí)體是手機(jī)后蓋，其結(jié)構(gòu)較簡單，沒有螺紋及需要側(cè)向分型的結(jié)構(gòu)，且不需要針點(diǎn)澆口，所以可選單分型面模具結(jié)構(gòu)。1.2 制品的測繪1.2.1 制品材料的工藝分析本注塑模設(shè)計(jì)中選用的制品材料為ABS，它是一種現(xiàn)代工業(yè)中經(jīng)常用到的材料，具有高強(qiáng)度、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，通常情況下其密度為1.0-1.0克/立方厘米，壓縮比為1.8-2.0，比熱容為0.35-0.

10、4，其模具冷卻溫度范圍在32-65之間。了解了ABS的以上性能，對我們進(jìn)行模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及選材將大有幫助。1.2.2 實(shí)體測繪根據(jù)設(shè)計(jì)要求及設(shè)計(jì)方案，按照模具設(shè)計(jì)的基本步驟，首先應(yīng)對制品實(shí)樣進(jìn)行測繪分析，選擇合理的精度要求，確定分型面，選取正確的定位基準(zhǔn)，為型腔及模具的設(shè)計(jì)建立最基本的條件。由于制品實(shí)體為玩具手機(jī)外殼，所以其精度要求不算太高，表面粗糙度設(shè)定在Ra=1.6即可，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書的要求，確定其長度方向尺寸精度小于0.50mm,厚度方向小于0.10mm,選用的測量器具為千分尺、螺旋測微器、平臺、高度尺、天平稱等，并根據(jù)測量的基本原理進(jìn)行多次測量求平均值，這樣可測得制品長度方向最大尺寸為L

11、=63.24mm,寬度方向最大尺寸為D=39.98mm,高度方向最大尺寸為H=5.00mm,制品重量m=3mg,測得的結(jié)果參見圖1-1所示手機(jī)后蓋零件圖。 圖1-1 手機(jī)后蓋零件測繪圖1.3 注射機(jī)的選擇在注塑模設(shè)計(jì)過程中，注射機(jī)的選擇是必不可少的，也是至關(guān)重要的。根據(jù)注塑模具的基本結(jié)構(gòu)及注射機(jī)的尺寸與型號規(guī)格，本設(shè)計(jì)采用臥式注塑機(jī)，其注塑方向與給模方向一致，且占地面積小，安裝、拆卸方便，嵌件便于安裝。此外，注塑機(jī)型號的選擇還應(yīng)考慮以下幾個方面：1.3.1 注射量通常情況下，注射機(jī)的注射量應(yīng)超過被成型制品重量的20%30%以上，現(xiàn)設(shè)定注射量是制品重量的25%，又因經(jīng)測量知制品重量為3毫克，所以

12、注射機(jī)相對一個制品的注射量為： S=(1+25%)m=(1+25%)3g=3.75g1.3.2 鎖模力被成型制品在成型時所需要的鎖模壓力必須小于注塑機(jī)的額定鎖模力。制品在成型時所需要的鎖模壓力，即在注射和保壓時保證動、定模不分離所應(yīng)給予的力，一般可采用公式： F=PA計(jì)算，其中F-制品成型時所需要的鎖模力。A- 制品的投影面積。P-型腔內(nèi)部壓力。通過測繪得到的數(shù)據(jù)，由分割法計(jì)算可求得制品的投影面積為： A=57.1639.98+223+12.082.04-257.161.49 =2151.56(mm)又因?yàn)橹破凡牧蠟锳BS,所以可選取P=350/9.810Pa,所以 F=PA=350/9.81

13、0Pa2151.56mm =75.3N 另外，根據(jù)注射機(jī)與模具安裝尺寸（即拉桿間距、模板間最大與最小閉合高度、頂出行程、噴嘴球半徑、定位孔直徑等），查國產(chǎn)注射機(jī)技術(shù)規(guī)格，可選用XS-ZS-22型注射機(jī)。 1.3.3 注塑能力的校核 注塑能力是指在一個成型周期中，注射機(jī)對給定塑料的最大注射容量或重量。本設(shè)計(jì)選用的注塑機(jī)屬于柱塞式注塑機(jī)，其注塑能力是以一次性注射聚苯乙烯的最大重量為準(zhǔn)的。在注射聚苯乙烯時，塑料的總重量與澆注系統(tǒng)的塑料重量之和一般不超過注塑機(jī)注塑能力的80%，當(dāng)注塑其它塑料時，注塑機(jī)的最大注射重量應(yīng)按下式換算： 4. 型腔零件的工藝分析4.1 零件的工藝性審查1） 零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)XQ

14、-01型腔（零件圖見附圖），該零件是注塑模的型芯部分，以矩形配合面與動模固定板配合，突出部分與定模鑲件型芯形成閉合空間，注入熔融工程塑料ABS經(jīng)冷卻后形成所需玩具手機(jī)的后蓋。零件的主要工作平面有矩形配合面、分模面、曲面型腔、鑲塊孔等；零件的形狀較為復(fù)雜。由于型芯在注塑時需要承受一定的壓力和溫度，故該零件需要有足夠的強(qiáng)度、剛度、耐磨性和韌性。2） 主要技術(shù)要求 零件圖上的主要技術(shù)要求有：1、熱處理：38-42HRC；2、銳角去毛刺倒鈍；3、未注圓角R=0.25mm；4、孔與基準(zhǔn)C的垂直度公差等級為7級。3） 加工表面及其要求 矩形配合面的表面粗糙度Ra=1.6m、與基準(zhǔn)A的垂直度公差為0.03m

15、m； 分模面的平面度公差為0.01mm，與基準(zhǔn)A的平行度公差為0.04mm； 內(nèi)輪廓表面的粗糙度為Ra=1.6m；4） 零件材料零件的材料為45鋼，可以通過熱處理來獲得所需的機(jī)械和力學(xué)性能。42 毛坯選擇1）考慮到零件所需的性能，選用鍛件作毛坯。 2）確定毛坯的形狀、尺寸：選用45鋼鍛件80×60×40（mm）。43 基準(zhǔn)選擇加工中心的一次裝夾希望能夠進(jìn)行在該基準(zhǔn)下的全部加工，這樣可以降低由于基準(zhǔn)不重合而導(dǎo)致的基準(zhǔn)不重合度誤差。根據(jù)對工件的加工的初步分析在毛坯的初次裝夾后可以完成加工，故選用毛坯的初始輪廓面為裝夾基準(zhǔn)。44 擬訂機(jī)械加工工藝路線1）各加工表面的加工方法及加工

16、路徑 該零件的加工表面為71h7 48h7的配合表面、型腔內(nèi)表面輪廓。 根據(jù)上述工藝分析，擬訂工藝路徑如下：工序：銑平面；工序：銑71h7 48h7的配合表面；工序：銑削型腔內(nèi)表面；工序：清角處理工序：清洗；工序：檢驗(yàn)；該方案按工序集中原則組織工序，在加工中心上一次裝夾后完成上述工序的前三步的全部加工，最大程度上降低了工件的裝夾次數(shù)，易于保證加工面相互間的位置精度，減少工件在工序間的運(yùn)輸次數(shù)，減少輔助時間和準(zhǔn)備終結(jié)時間，提高了生產(chǎn)效率。4.5 仿真加工 對型腔的工藝分析完成后，便可以編寫工藝卡片，并利用Mastercam軟件進(jìn)行仿真加工，從而可使我們更清楚到看到型腔的機(jī)械加工過程。 小 結(jié) 為

17、期三個月的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲，在這三個月的時間里，我結(jié)合自己的設(shè)計(jì)課題和任務(wù)書要求，首先進(jìn)行了畢業(yè)實(shí)習(xí)，做好了實(shí)習(xí)記錄，并撰寫了實(shí)習(xí)報(bào)告，對所設(shè)計(jì)內(nèi)容有了感性認(rèn)識，為畢業(yè)設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。同時，我還針對注塑模的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)行了文獻(xiàn)檢索，了解了模具設(shè)計(jì)的基本步驟與發(fā)展現(xiàn)狀，完成文獻(xiàn)綜述一份，并制定了設(shè)計(jì)方案和具體的進(jìn)度計(jì)劃。 按照設(shè)計(jì)進(jìn)度安排，我先對選取的塑件實(shí)體進(jìn)行了測繪，確定其尺寸精度要求和表面粗糙度要求，并對其進(jìn)行了工藝分析，確定了模具各零件的結(jié)構(gòu)、尺寸和精度要求，設(shè)計(jì)出注塑模具一套，繪制出了模具裝配圖及各零件圖，對各零件進(jìn)行了三維造型，完成了各零件間的裝配，并對模具中的主要零件進(jìn)行工藝分析

18、，編寫了工序卡，實(shí)現(xiàn)了型腔的仿真加工。通過以上工作的完成，我對一套模具從設(shè)計(jì)到加工的全過程有了清醒而直觀的認(rèn)識，了解了注塑模的工作原理，對模具中型腔、型芯等主要零件的設(shè)計(jì)及精度的確定具備了一定的經(jīng)驗(yàn)知識，能夠?qū)δ＞咴O(shè)計(jì)中常出現(xiàn)的問題提出合理的解決方法，能夠正確地選取注射機(jī)、確定模架的結(jié)構(gòu)及尺寸、確定型腔數(shù)。在模具設(shè)計(jì)中，精度要求的確定是至關(guān)重要的一步，要綜合考慮尺寸精度及配合要求，特別是各模板及型腔、型芯等配合精度要求高的部件，其精度確定的合理與否將影響到塑件的質(zhì)量，從而對產(chǎn)品的使用性能及企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生很大的影響。由于知識及實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏，在設(shè)計(jì)過程中，零件加工精度的確定尚存在許多不足之處

19、，在以后的工作、學(xué)習(xí)中還有待改進(jìn)。 由于采用了Pro/E進(jìn)行實(shí)體造型，并進(jìn)行了仿真加工，使得生產(chǎn)出的制品質(zhì)量好，減少了次品率，有效到提高了生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 致 謝 本次畢業(yè)設(shè)計(jì)自2003年3月31日至2003年6月27日，歷時三個月，課題名稱為“塑料模具的設(shè)計(jì)及加工實(shí)例分析”，選用的塑件為玩具手機(jī)的后蓋，要求設(shè)計(jì)出注塑模具一套，生產(chǎn)的塑料制品應(yīng)達(dá)到一定的質(zhì)量要求，設(shè)計(jì)出的模具應(yīng)結(jié)構(gòu)合理、工藝性好、出模方便、安全可靠、便于維修。另外，還要對模具的型腔進(jìn)行工藝分析，設(shè)計(jì)出在加工中心上加工的數(shù)控程序等。 從測繪到精度的確定、工藝分析、模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，每一步都需要理論

20、和經(jīng)驗(yàn)的相互結(jié)合，但在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)驗(yàn)的不足是我最大的缺點(diǎn)。為避免因經(jīng)驗(yàn)不足帶來的問題，在設(shè)計(jì)中除經(jīng)常去企業(yè)參觀實(shí)習(xí)外，我還把遇到的問題總結(jié)、歸類，并及時向老師詢問，以求將可能出現(xiàn)的問題減至最小。 在設(shè)計(jì)過程中得到了葛友華博士和王正剛、劉道標(biāo)老師的熱心指導(dǎo)，并得到同組同學(xué)的大力支持和幫助，在此表示衷心感謝。在利用AutoCAD、Pro/E兩種方式造型時得到了加工中心各位老師的指導(dǎo)，在此一并表示感謝。 由于作者實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與理論水平有限，時間較短促，書中缺點(diǎn)和不足之處敬請讀者批評指正。參 考 文 獻(xiàn)1 李德群. 塑料成形工藝及模具設(shè)計(jì)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1994年2 王桂萍，邱以云，塑料模具的設(shè)計(jì)與制造。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19963 于華，注塑模具設(shè)計(jì)技術(shù)實(shí)例。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19984 魏萬璧，塑料模具制造技術(shù)。廣州：廣東科技出版社，1990.45 李德群，塑料成型模具設(shè)計(jì)。武漢：華中理工大學(xué)出版社，1990年6 卓迪仕，數(shù)控技術(shù)及應(yīng)用。北京：國防工業(yè)出版社，19977 秦寶榮，機(jī)械制造工藝學(xué)與機(jī)床夾具設(shè)計(jì)。北京：中國建材工業(yè)出版社，1998.38 劉瑞新，Mastercam應(yīng)用教程。