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1.引言1.1模具在加工工业中的地位模具是大批量生产同形产品的工具，是工业生产的主要工艺装备。模具工业是国民经济的基础工业。采用模具生产零部件，具有生产效率高、质量好、成本低、节约能源和原材料等一系列优点，已成为当代工业生产的重要手段和工艺发展方向。现代工业品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。因此模具工业对国民经济和社会发展将起越来越大的作用。据统计，在家电、玩具等轻工行业，近90％的零件是靠模具生产的；在飞机、汽车、农机和无线电行业，这个比例也超过60％。例如飞机制造业，某型战斗机模具使用量超过三万套，其中主机八千套、发动机二千套、辅机二万套。从产值看，20世纪80年代以来，美、日等工业发达国家模具行业的产值已超过机床行业，并且有继续增长的趋势。对模具的全面要求是：能生产出在尺寸精度、外观、物理性能等各方面都满足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自动化操作简便；从模具制造的角度，要求结构合理、制造容易、成本低廉。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品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、旗袍、凹痕、烧焦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很大。在大批量生产塑料制品时，应尽量减少开模、合模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。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的三项重要因素，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，产品的生产和更新都是以模具的制造和更新为前提的。由于制件品种和产品需求量很大，对模具也提出了越来越高的要求。因此促进模具的不断向前发展。1.2模具的发展趋势“十二五”期间，中国模具业将进一步调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使中国模具业在整体上再上一个新台阶，而这并不只是模具业的“一家之事”。模具业与其他行业的发展可以用唇齿相依来形容，因而模具业整体水平的提升与相关行业的发展息息相关。?（1）半导体封装模具走向自动化半导体封装模具业对模具的要求是：一是要求精加工模具，目前电子产品不断集成化、小型化，产品趋向高端，尺寸也越来越小，封装体越来越薄，这对封装要求越来越高，对模具精度要求很高。?如今封装技术正不断发展。芯片尺寸缩小，芯片面积与封装面积之比越来越接近于1，I/O数增多、引脚间距减小。封装技术的发展离不开先进的电子工模具装备，多注射头封装模具(MGP)、自动冲切成型系统、自动封装系统等高科技新产品适应了这一需求，三佳也陆续推出这些产品。?今后半导体封装模具发展方向是向更高精度、更高速的封装模具——自动封装模具发展。自动塑封系统是集成电路后工序封装的高精度、高自动化装备。系统中设置多个塑封工作单元，每个单元中安装模盒式MGP模，多个单元按编制顺序进行封装，整机集上片、上料、封装、下料、清模、除胶、收料于一体。该项技术国外发展较快，已出现了贴膜覆盖封装、点胶塑封等技术，可满足各类高密度、高引线数产品的封装。?随着微电子技术飞速发展，半导体后工序塑封成型装备应用技术不断提高，自动化作业已成必然趋势。三佳作为国内第一家模具行业的上市公司，将紧盯世界先进技术，发展电子模具国产化进程。?2、设备、标准化发展更上层楼中国模具业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但在模具业的上下游配套环节中，加工设备大都依赖进口，而机床是一薄弱环节。据罗百辉了解，2004年进口加工设备中机床约60亿美元，而其中模具业应用机床占据了大部分，这也反映国内在这一领域还待加油。中国模具工业协会副秘书长秦珂认为，国内厂商应重视装备制造业重视模具业的需求，目前国内设备厂商如沈阳机床集团公司等已意识到模具机床的“增值”潜力，着重在加工中心、数控机床等设备的研发与生产。而机床朝着高速化、精密化、高性能专业化、系统化、复合化方向发展也给国内厂商带来新课题。?在模具标准件领域，国内已有较大产量的模具标准件主要是模架、导向件、冲头等，汽车模具用含油导板、斜楔等。据罗百辉了解，目前中国模具标准件在模具中的使用覆盖率只有40%，而在欧美等国则达到了70%。罗百辉指出，标准化成为模具业发展的新趋势，模具业要扩大模具标准件的品种，提高其精度，提高生产集中度，实现大规模生产。1.3研究内容1）利用Moldflow注塑模具分析软件，针对格力电风扇底座上盖塑料模具进行填充、保压、冷却、变形等流动方案分析，并进行工艺参数、浇口位置、冷却系统等方面的设计；2）研究分析结果，综合分析其合理性；3）对产品成型方案进行工艺参数、浇口位置、冷却系统等的优化并加以比较，确定最佳成型方案；4）利用UG和AutoCAD绘制格力电风扇底座上盖模具。2塑件分析塑件零件图图1MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖二维图图2MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖上表面三维图图3MD-12美的空调遥控器格力电风扇底座上盖下表面三维图制件说明：该塑件为格力电风扇底座上盖，该上盖板主要是挡板作用，承受外力的几率不大,如冲击载荷、振动、摩擦等情况比较少；塑件的工作温度是室温,这使得在材料选择时对热变形温度，脆化温度,分解温度的要求降低；此外,塑料都会老化,作为一种光学用品，还要考虑到材料的光氧化等问题。并且制品要保持光滑，有良好外观，尺寸精度要求不是很高。所选材料：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）主要技术指标：密度（g/cm3）：1.02~1.05比容（cm3/g）：0.69～0.74吸水率(24h)%:0.3收缩点（%）：0.4~0.7熔点（0C）：165～175抗拉屈服强度（Mpa）：380拉伸弹性模量（Mpa）1.6～1.9310弯曲强度（Mpa）：500~880冲击强度（kJ/m2）：16硬度(Mscale)：119体积电阻率(cm)：6.711310击穿电压(Kv/mm)：39.32.1ABS特性1.工作压力高常温状态下工作压力可达1.0Mpa。2.抗冲击性好ABS塑料具有良好的机械强度和较高的冲击韧性。无缺口冲击强度30Mpa：缺口冲击强度3MPa。3.流体阻力小内壁光滑，转弯处呈圆弧形，流动摩擦力小，减小液流阻力。4.化学性能稳定ABS具有耐酸、碱性能。由于化学性能稳定．无毒无味，可广泛应用于食品、饮料、啤酒等行业。5.耐温范围广使用温度为-30°～+70°。6.质轻ABS程塑料比重为钢材的1/7，因此减轻结构重量，降低原料消耗。同时，减轻安装工人劳动强度。7.安装简便，密封性好安装多采用承插式连接，使用溶剂型粘合剂粘接密封。施工简便、效果好、固化速度快。8.使用寿命长本产品在室内使用一般可达三十年以上。9.价格低仅为不锈钢的五分之一左右。2.2ABS注塑工艺参数注射类型：螺杆式螺杆转速：30～60r/min喷嘴类型：直通式；温度：180～190°C料筒温度：前段200～210°C；中段210～230°C；后段180～200°C模具温度：50～70°C注射压力：70～90MPa保压力：50～70MPa注射时间：3～5S保压时间：15～30S冷却时间：15～30S成型时间：40～70S2.3塑件的结构工艺性分析1．尺寸精度影响模具精度的因素有：模具制造的精度，塑料收缩率的波动，模具磨损，模制时工艺条件。塑件的尺寸精度主要决定于塑料收缩率的波动。根据塑件精度等级的选用（SJ1372-1978）查得ABS：高精度3；一般精度4；低精度5；未注公差6。该塑件精度要求不高，所以选用5级精度，未注公差采用6级精度。2.脱模斜度在塑件的内外表面，沿脱模方向应设计足够的脱模斜度。表2-1是不同材质常用的脱模斜度：表1常用塑料的脱模斜度塑料名称脱模斜度塑料名称脱模斜度型芯型腔型芯型腔聚乙烯聚丙烯、软聚氯乙烯硬聚氯乙烯、聚砜20'~45'25'~50'50'~1°45'25'~45'30'~1°50'~2°PMMA尼龙聚碳酸酯30'~1°20'~40'30'~50'35'~1°30’25'~45'35'~1°聚苯乙烯ABS30'~1°35'~1°35'~1°30'40'~1°20'氯化聚醚聚甲醛20'~45’30'~1°25'~45'35'~1°30'本设计材料为ABS，由上表可以查出，选择脱模斜度为1°。3.形状塑件的几何形状除应满足使用要求外，还应尽可能使其所对应的模具结构简单，便于加工。而且应保证塑件的外表面光洁度要求。4.壁厚塑件的壁厚应根据塑件的使用要求，如强度，刚度，尺寸大小，电气性能及装配要求等确定，塑件壁厚一般在1-4mm范围内。调节产品壁厚将决定材料的流动性能和制件模量。由于我们所选的材料是ABS，可根据《新编塑料模具设计手册》查得ABS制品的最小壁厚及常用壁厚推荐值，初步确定塑件的壁厚为1.5mm。5．圆角塑件底面与面之间一般应采用圆弧过渡，这样不仅可以避免塑件尖角处的应力集中提高塑件强度，而且可以改善物料的流动状态，降低充模阻力，便于充模。另外，塑件转角处的圆角对应于模具上的圆角，有时可便于模具的加工制造及模具强度的提高，避免模具在淬火或使用时应力裂开。塑件转角处的圆角半径通常不要小于0.5到1mm，在不影响塑件使用的前提下应尽量取大些，综合考虑以上的各种因素后，确定塑件的圆角半径为3.5mm。3.注射机的选择及校核3.1注射机的选择设计模具时，应详细地了解注射机的技术规范，才能设计出合乎要求的模具，应了解的技术规范有：注射机的最大注射量、最大注射压力、最大锁模力、最大成型面积、模具最大厚度和最小厚度、最大开模行程以及机床模板安装模具的螺钉孔的位置和尺寸。①公称注塑量；指在对空注射的情况下,注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时,注塑成型过程所需要的时间称为装置所能达到的最大注射量,反映了注塑机的加工能力.②注射压力；为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力,螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力,我们将这种压力称为注射压力.③注射速率；为了使熔料及时充满型腔,除了必须有足够的注射压力外,熔料还必须有一定的流动速率,描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度.常用的注射速率如表所示。表2注射速率注射量/CM125250500100020004000600010000注射速率/CM/S125200333570890133016002000注射时间/S11.251.51.752.2533.755④塑化能力；单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期.⑤锁模力；注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开.⑥合模装置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围.⑦开合模速度；为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停.⑧空循环时间；在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间.选择螺杆式注塑机的型号为：XS-ZY-125，其转速为20-30转／秒，喷嘴形式为螺杆式。注射机的其他参数如下：表3注射机参数注塑机型号XS-ZY-125额定注射量125cm3螺杆（柱塞）直径42mm注射压力120Mpa注射行程115mm注射方式螺杆式锁模力900KN最大成型面积320cm2最大开合模行程300mm模具最大厚度300mm模具最小厚度200mm喷嘴圆弧半径R12mm喷嘴孔直径Φ4mm顶出形式两侧设有顶杆，机械顶出动、定模固定板尺寸428X458mm拉杆空间260X290mm合模方式液压、机械液压泵流量100、12L/min压力6.5Mpa电动机功率11