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-1-绪论[一]【模具在加工工业中的地位】模具行业是工业的基础行业，被称做“工业之母”。在工业的各个领域都广泛地使用模具。随着工业的发展，特别是计算机软件、硬件的飞速发展，极大地推动了模具的发展。目前，CAD/CAE/CAM技术应用于模具的设计及制造，已成为一门综合性学科。在现代化设计与生产的条件下，模具行业将面临一次新的技术革命。模具是利用其特定形状去成型具有一定的形状和尺寸制品的工具。在各种材料加工工业中广泛的使用着各种模具。例如金属铸造成型使用的砂型或压铸模具、金属压力加工使用的锻压模具、冷压模具等各种模具。模具影响着制品的质量。首先，模具型腔的形状、尺寸、表面光洁度、分型面、进浇口和排气槽位置以及脱模方式等对制件的尺寸精度和形状精度以及制件的物理性能、机械性能、电性能、内应力大小、各向同性性、外观质量、表面光洁度、气泡、凹痕、烧焦、银纹等都有十分重要的影响。其次，在加工过程中，模具结构对操作难易程度影响很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模的过程和取制件过程中的手工劳动，为此，常采用自动开合模自动顶出机构，在全自动生产时还要保证制品能自动从模具中脱落。另外模具对制品的成本也有影响。当批量不大时，模具的费用在制件上的成本所占的比例将会很大，这时应尽可能的采用结构合理而简单的模具，以降低成本。现代生产中，合理的加工工艺、高效的设备、先进的模具是必不可少是三项重要因素，尤其是模具对实现材料加工工艺要求、塑料制件的使用要求和造型设计起着重要的作用。高效的全自动设备也只有装上能自动化生产的模具才有可能发挥其作用，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产量需求很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此也促进模具的不断向前发展[二]【模具的发展趋势】近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：（1）加深理论研究在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2）高效率、自动化大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。-2-（3）大型、超小型及高精度由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（4）革新模具制造工艺在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。（5）标准化开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量，降低了成本。（6）采用模具CAD/CAM等技术采用了CAD/CAM等提高模具设计与制造的技术水平、加速产品结构调整、缩短模具设计与制造的周期；应用三维CAD设计技术，减少了工程更改量，同时减少了由于失误而引起的返工；应用统一的产品设计制造模型，减少了重复劳动；应用CAE技术进行优化设计，减少后续工序中的工程更改工作；模具结构和零件模块化，系列化和标准化，建立模具典型结构库和标准零件库，提高了设计效率；采用并行方针进行方案设计，结构设计和工艺设计，缩短了技术准备周期；[三]【设计在学习模具制造中的作用】通过对模具专业课程的学习，掌握了常用材料在各种成型过程中对模具的工艺要求，各种模具的结构特点及设计计算的方法，以达到能够独立设计一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般机械加工的知识，金属材料的选择和热处理，了解模具结构的特点，根据不同情况选用模具加工新工艺。毕业设计能够对以上各方面的要求加以灵活运用，综合检验大学期间所学的知识。-3-一、塑件的工艺分析1.1【塑件成型工艺分析】如图1.1所示：图1.1闹钟后盖闹钟后盖的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。闹钟后盖的注塑材料首先选用ABS，闹钟的后盖绝大部分的决定了闹钟的重心的位置的所在。所以我们必须很好的处理后盖壁厚的均匀，譬如在注塑成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致，这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。由于闹钟后盖的主体作用是起固定作用，它的内部结构就相应的给注塑带来了一定的难度。主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距，势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力，造成塑件填充不满的缺陷，可以考虑采用双浇口，但应用了Pro/E的塑料顾问对其进行模仿CAE的注塑之后，发现会给闹钟后盖的表面带来更多的熔接痕和气孔。也可以利用模具的可靠的精度来定位，但是这样的话成本太高，而且易造成模具损坏。因为考虑到凹凸模形状的复杂，用整体形式是不利于损坏后的维修，适当的使用嵌件就可以解决这些问题，但不能利用过多的嵌件，不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。1.2【闹钟后盖原料（ABS）的成型特性与工艺参数】丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。-4-表1－1ABS塑料主要的性能指标密度(Kg·dm-3)1.13——1.14收缩率（%）0.3~0.8熔点（℃）130~160热变形温度（45N/cm）65~98弯曲强度（MPa）80弯曲弹性模量（Gpa）1.4拉伸强度（MPa）35~49拉伸弹性模量（GPa）1.8压缩强度（Mpa）18~39体积电阻系数（Ωcm）1013缺口冲击强度（kJ/㎡）11~20击穿电压（Kv·mm-1）15硬度（HR）R62~86介电常数60Hz3.71.2.1ABS的注射成型工艺参数如下注塑机类型：螺杆式喷嘴形式：通用式料筒一区150——170料筒二区180——190料筒三区200——210喷嘴温度180——190模具温度50——70注塑压60——100保压40——60注塑时间2——5保压时间5——10冷却时间5——15周期15——30后处理红外线烘箱温度70时间0.3——1由为重要的是因为目前原油价格的下降，导致ABS的市场价格大幅度的下跌。-5-二、注塑设备的选择2.1【估算塑件体积】估算塑件体积和质量：该产品材料为ABS，查书本得知其密度为1.13－1.14g/cm3，收缩率为0.3－0.8％，计算取其平均密度为1.135g/cm3，平均收缩率为0.55﹪。使用PRO/E软件画出三维实体图，软件能自动计算出所画图形浇道凝料和塑件的体积。另预置浇道凝料为2cm3因此估算塑件体积为9cm3。2.2【选择注射机】根据塑料制品的体积或质量，查书可选定注塑机型号为SZ-40/25。表2－1所选注塑机的参数最大注塑量（cm3）40注塑压力（Mpa）200注塑速率(g/s)50塑化能力(Kg/h)20锁模力（KN）2500拉行间距（mm）250×250顶出行程（mm）55最小模厚（mm）130最大模厚（mm）220模板行程（mm）230定位孔直径（mm）55喷嘴球半径SR102.3【模架的选定】根据塑件选定模架为：S2030—B—I—35—35—70。见图2.1：图2.1塑件的模架2.4【最大注射压力的校核】闹钟后盖的原料为ABS，所需注射为60-100MPa，而所选注射机压力为-6-200MPa，所以注射压力符合要求。2.4.1最大注塑量的校核注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：0.8V机≥V塑＋V浇式中V机————注塑机的最大注塑量，40cm3V塑————塑件的体积，该产品V塑＝18cm3V浇————浇注系统体积，该产品V浇＝2cm3故V机≥（18+2）cm32.4.2锁模力校核F锁﹥pA式中p————熔融型料在型腔内的压力，该产品为200MpaA————塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=4641mm3F锁————注塑机的额定锁模力。故F锁＞pA=200Mpa×4641mm3选定的注塑机的压力为2500KN，满足要求。2.4.3模具与注塑机安装部分相关尺寸校核A模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适模具长×模具宽拉杆面积B模具闭合高度校核Hmin————注塑机允许最小模厚=130mmHmax————注塑机允许最大模厚=220mmH——————模具闭合高度=180mm故满足Hmax＞H＞Hmin。C开模行程校核注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：S机－(H模－Hmin)＞H1＋H2＋(5～10)S机————注塑机最大开模行程，230mm；H1————顶出距离，16mm；H2————包括浇注系统在内的塑件高度，52mm；因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。故：230－(180－130)＞62＋(5～10)满足条件-7-三、塑料件的工艺尺寸的计算所谓工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。由于闹钟后盖须与前盖配合，所以只有闹钟后盖的边缘的榫才起着配合决定性的作用，还有闹钟后盖与电池盖的配合，故需要计算相对于榫和铰链的凹，凸模的尺寸，凹，凸模型腔尺寸则直接按产品尺寸确定。因ABS的成型收缩率为0.4～0.7%，所以平均收缩率取S=0.5%。3.1【型腔的径向尺寸】（LM）0+δ=[（1+S）Ls-(0.5～0.75)△]0+δ=[1.008×Ls-0.75△]0+δ其中LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δz为模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△，模具型腔按六级精度制造，根据型腔的尺寸，代入数据得：（一）、Ls=81mm经计算得：LM=79.440+0.32mm；(二)、Ls=1mm经计算得：LM=0.79550+0.07mm；(三)、Ls=5.5mm经计算得：LM=5.3250+0.085mm；(四)、Ls=1.8mm经计算得：LM=1.5990+0.07mm；(五)、Ls=10mm经计算得：LM=9.780+0.1mm；(六)、Ls=7mm经计算得：LM=6.750+0.1mm；(七)、Ls=2mm经计算得：LM=1.8060+0.07mm；(八)、Ls=3mm经计算得：LM=2.8140+0.07mm；(九)、Ls=4mm经计算得：LM=3.7770+0.085mm；(十)、Ls=6mm经计算得：LM=5.7930+0.085mm；(十一)、Ls=8mm经计算得：LM=7.7640+0.0.1mm；(十二)、Ls=16mm经计算得：LM=15.7230+0.14mm；(十三)、Ls=12mm经计算得：LM=11.7960+0.01mm；3.2【型芯的计算】3.2.1芯径向尺寸的计算：LM=[（1+S）Ls+3/4△]-Ó0其各字母的含义与前相同，型芯按六级精度制造，根据型芯的基本尺寸，代入数据得：（一）、Ls=81mm经计算得：LM=82.40500-0.032mm；（二）、Ls=1mm经计算得：LM=1.21500-0.07mm；（三）、Ls=5.5mm经计算得：LM=5.74500-0.085mm；（四）、Ls=1.8mm经计算得：LM=2.01900-0.07mm；（五）、Ls=10mm经计算得：LM=10.4800-0.1mm；-8-（六）、Ls=7mm经计算得：LM=7.40800-0.1mm