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1．绪论目前，我国塑料技术与工业发达国家相比还相当的落后，主要原因是我国在塑料模基础理论及成形工艺、模具标准化、模具设计、模具制造工艺及设备等方面与工业发达的国家尚有相当大的差距，导致我国模具在寿命、效率、加工精度、生产周期等方面与工业发达国家的模具相比差距相当大。1.1国内模具的现状和发展趋势1.1.1国内模具的现状我国模具近年来发展很快，据不完全统计，2003 年我国模具生产厂点约有 2 万多家，从业人员约 50 多万人，2004 年模具行业的发展保持良好势头，模具企业总体上订单充足，任务饱满，2004 年模具产值 530 亿元。进口模具 18.13 亿美元，出口模具 4.91 亿美元，分别比 2003 年增长 18%、32.4%和 45.9%。进出口之比 2004 年为 3.69:1，进出口相抵后的进净口达 13.2 亿美元，为净进口量较大的国家。在 2 万多家生产厂点中，有一半以上是自产自用的。在模具企业中，产值过亿元的模具企业只有 20 多家，中型企业几十家，其余都是小型企业。近年来，模具行业结构调整和体制改革步伐加快，主要表现为：大型、精密、复杂、长寿命中高档模具及模具标准件发展速度快于一般模具产品；专业模具厂数量增加，能力提高较快；三资及私营企业发展迅速；国企股份制改造步伐加快等。虽然说我国模具业发展迅速，但远远不能适应国民经济发展的需要。我国尚存在以下几方面的不足:第一，体制不顺，基础薄弱。“三资”企业虽然已经对中国模具工业的发展起了积极的推动作用，私营企业近年来发展较快，国企改革也在进行之中，但总体来看，体制和机制尚不适应市场经济，再加上国内模具工业基础薄弱，因此，行业发展还不尽如人意，特别是总体水平和高新技术方面。第二，开发能力较差，经济效益欠佳.我国模具企业技术人员比例低，水平较低，且不重视产品开发，在市场中经常处于被动地位。我国每个模具职工平均年创造产值约合1万美元，国外模具工业发达国家大多是15～20万美元，有的高达25～30万美元，与之相对的是我国相当一部分模具企业还沿用过去作坊式管理，真正实现现代化企业管理的企业较少。第三，工艺装备水平低，且配套性不好，利用率低．虽然国内许多企业采用了先进的加工设备，但总的来看装备水平仍比国外企业落后许多，特别是设备数控化率和CAD/CAM应用覆盖率要比国外企业低得多。由于体制和资金等原因，引进设备不配套，设备与附配件不配套现象十分普遍，设备利用率低的问题长期得不到较好解决。装备水平低，带来中国模具企业钳工比例过高等问题。第四，专业化、标准化、商品化的程度低、协作差．由于长期以来受“大而全”“小而全”影响，许多模具企业观念落后，模具企业专业化生产水平低，专业化分工不细，商品化程度也低。目前国内每年生产的模具，商品模具只占45%左右，其余为自产自用。模具企业之间协作不好，难以完成较大规模的模具成套任务，与国际水平相比要落后许多。模具标准化水平低，标准件使用覆盖率低也对模具质量、成本有较大影响，对模具制造周期影响尤甚。第五，模具材料及模具相关技术落后．模具材料性能、质量和品种往往会影响模具质量、寿命及成本，国产模具钢与国外进口钢相比，无论是质量还是品种规格，都有较大差距。塑料、板材、设备等性能差，也直接影响模具水平的提高。1.1.2国内模具的发展趋势巨大的市场需求将推动中国模具的工业调整发展。虽然我国的模具工业和技术在过去的十多年得到了快速发展，但与国外工业发达国家相比仍存在较大差距，尚不能完全满足国民经济高速发展的需求。未来的十年，中国模具工业和技术的主要发展方向包括以下几方面:1）模具日趋大型化；2）在模具设计制造中广泛应用CAD/CAE/CAM技术；3）模具扫描及数字化系统；4）在塑料模具中推广应用热流道技术、气辅注射成型和高压注射成型技术；5）提高模具标准化水平和模具标准件的使用率；6）发展优质模具材料和先进的表面处理技术；7）模具的精度将越来越高；8）模具研磨抛光将自动化、智能化；9）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程；10）开发新的成形工艺和模具。1.2国外模具的现状和发展趋势模具是工业生产关键的工艺装备，在电子、建材、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯器材等产品中，60％－80％的零部件都要依靠模具成型。用模具生产制作表现出的高效率、低成本、高精度、高一致性和清洁环保的特性，是其它加工制造方法所无法替代的。模具生产技术水准的高低，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的质量、效益和新产品的开发能力。近几年，全球模具市场呈现供不应求的局面，世界模具市场年交易总额为600～650亿美元左右。美国、日本、法国、瑞士等国家年出口模具量约占本国模具年总产值的三分之一。国外模具总量中,大型、精密、复杂、长寿命模具的比例占到 50%以上；国外模具企业的组织形式是大而专、大而精。2004 年中国模协在德国访问时，从德国工、模具行业组织 德国机械制造商联合会（VDMA）工模具协会了解到，德国有模具企业约 5000 家。2003 年德国模具产值达 48 亿欧元。其中（VDMA）会员模具企业有 90 家，这 90 家骨干模具企业的产值就占德国模具产值的 90%，可见其规模效益。随着时代的进步和技术的发展，国外的一些掌握和能运用新技术的人才如模具结构设计、模具工艺设计、高级钳工及企业管理人才，他们的技术水准比较高．故人均产值也较高．我国每个职工平均每年创造模具产值约合 1 万美元左右，而国外模具工业发达国家大多 15～20 万美元，有的达到 25～30 万美元。国外先进国家模具标准件使用覆盖率达70%以上，而我国才达到45％．1.3化妆品瓶盖模具设计与制造方面1.3.1化妆品瓶盖模具设计的设计思路传统的注塑模设计流程如图5所示[10]。图5传统注塑模具设计流程图在进行设计之前，设计者应该明确自己要设计的事项，要以设计任务书为依据设计模具。根据设计书的内容，设计者应熟悉塑件的几何形状、明确使用要求。然后对塑件进行成型工艺性的检查，以确认塑件各个细节是否符合注塑成型的工艺条件，这可以利用一些塑料CAE分析软件辅助分析。在对工艺性分析之后，利用CAD软件进行塑件的型芯型腔造型，确定其收缩率和分型面。将塑件的型芯型腔设计完毕之后，根据塑件的参数，选取合适的模架。接下来的工作就是对模具的浇道系统、冷却或加热系统、模具其它构件的设计，根据前面的设计，选择合理的注射机，最后绘制模具的设计图。随着CAD/CAM技术在模具领域的发展，传统的模具设计正在发生着重大变化，每个公司也有自己实际的一套操作手册。但总的来说，设计的基本过程和内容，均与传统的设计基本相同。1.3.2化妆品瓶盖模具设计的进度1.了解目前国内塑料模具的发展现状，所用时间5天；2.确定加工方案，所用时间5天；3.模具的设计，所用时间30天；2．化妆品瓶盖工艺性分析根据零件形状设计出相应的加工模具，零件大小形状如下所示：此塑件采用ABS为原料，大批量生产。2.1塑件的工艺性分析1．塑件的原材料分析。ABS，化学名称是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物，英文名称是AcrylonitrileButadieneStyrene。ABS树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS、SAN、BS的各种性能有机地统一起来，兼具韧、硬、刚相均衡的优良力学性能。ABS是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A代表丙烯腈，B代表丁二烯，S代表苯乙烯。ABS塑料的密度是1.04～1.06g/ 3 cm 。ABS的成型时收缩率为0.3～0.8%。成型时，温度为200～240℃。ABS塑料需要在料斗中的进行预热干燥，干燥的工艺条件为在80～90℃条件下干燥2个小时。ABS的使用温度不高，一般不超过80℃。ABS工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有韧、硬、刚的特性。ABS塑料燃烧缓慢，火焰呈黄色，且有黑烟。燃烧后塑料会软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但且没有熔融滴落的现象。ABS工程塑料具有突出的力学性能和优良的综合性能，有极好的冲击强度、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，尺寸稳定性好，成型加工和机械加工较好。由于其突出的性能，ABS塑料被广泛用于制造电器外壳、手机、电话机壳、容器等，也用于生产板料、管料等产品[3]。在设计时应注意ABS塑料的一些相关问题。要求模具分型面、配合面的精度要高，以免溢料。塑料ABS的一些注塑工艺参数见表1。表1ABS注塑工艺参数注射机类型螺杆式保压力（MPa）30～70螺杆转数（r/min）20～60注射时间（s）3～5喷嘴形式直通式保压时间（s）15～30喷嘴温度（ C°）180～260冷却时间（s）10～30模具温度（ C°）40～85成型周期（s）30～70注射压力（MPa）60～100因此此塑件的成型温度分别为：融化温度设为245度，模具的温度设为60度，模具温度将影响塑件光洁度，温度较低则导致光洁度较低。2.2塑件的结构和尺寸精度及表面质量分析（1）结构分析，该零件总体结构为帽形，内部有一个内螺纹，因此模具属于简中等难度模具。（2）尺寸精度分析，该零件没有标注尺寸公差，属于自由公差，且壁厚比较均匀，易于成型，所以模具制作精度要求不是特别高，易于加工制作。（3）表面质量分析，该零件的表面要求除了要求没有缺陷，毛刺，无其它特殊要求，不比较容易实现。2.3计算塑件的体积与质量计算塑件的品质是为了选注塑机。计算塑件的体积：V=43458mm3.计算塑件的品质：根据手册查找得ABS密度为1.05g/cm3所以塑件质量为M=Vp=44.8g.塑件的体积不大，由于是大批量生产，因此采用一模四腔，考虑模具外形尺寸，注射时所需压力和工厂现有设备等情况，初步选用注射机为XS-ZY-250型注射机。2.4塑件注塑工艺参数确定查找相关文献与资料得：注塑温度：包括料筒温度与喷嘴温度料筒温度：后段温度选用160。C中段温度选用170。C前段温度选用190。C喷嘴温度：选用180。C注塑压力：选用132Mpa注塑时间：选用7s保压：选用30—70Mpa保压时间：选用3s冷却时间：选用50s3.注塑模结构设计注塑模结构设计包括：分型面选择，模具型腔数目的确定排列方式，浇口设计，模具工作零件结构设计等。3.1分型面选择模具设计中分型面的选择是很重要的，它决定了模具的结构，应根据分型面选择原则和塑件的成型要求来选择分型面。本实例中塑件的分型面选择如下图所示。其中，图1所示的分型面选择在轴在线，结果会使塑件表面留下分型面痕迹，影响塑件的表面质量，同时这种分型面也使侧向抽芯困难。图2所示的分型面选择在塑件的下端面，这样的选择使塑件外表面可以在整体凹模型腔内成型，塑件的外面表面光滑，同时设计螺纹脱模机构时结构简单，简化模具设计过程。所以选择图2所示的分型面位置。图1图23.2确定型腔排列方式塑件形状简单，质量较小，生产批量较大，所以应采用多型腔注射模具。本塑件在注塑时采用一模四件，即需要四个型腔，如下图所示，平衡式的型腔布置，这样的模具结构尺寸较小，制造加工方便，生产效率高，塑件成本较低。3.3浇注系统的设计3.3.1主流道的设计根据设计手册查得XS-ZY-250型注塑机的有关尺寸为：喷嘴前端孔径为4㎜；喷嘴前端球面半径为12㎜；根据模具主流道与喷嘴的关系的：主流道球面半径R=19mm主流道最小端直径r=4.5㎜3.3.2主流道衬套的设计由于注塑成型时主流道要与高温塑料熔体和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，所以一般都不将主流道直接开在定模上，而是将它单独开设在一个嵌套中，然后将此套再嵌入定模内，该嵌套称为主流道衬套(也有文献称为浇口套)。采用主流道衬套以后，不仅对主流道的加工和热处理以及衬套本身的选材等工作带来很大方便，而且在主流道损坏后也便于修磨或更换。设计主流道衬套时应注意以下事项：(1)对于小型注塑模，可将主流道衬套与定位环设计成一个整体，但在多数情况下均分开设计。(2)主流道衬套应选用优质钢材（如T8A等），热处理后硬度为53～57HRC。(3)衬套的长度应与定模配合部分的厚度一致