目录 摘要3 第一章绪论5 第二章塑料工艺设计9 2.1按钮产品造型11 2.2塑料的原材料分析11 2.3塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析12 2.4计算塑料制件的体积和质量12 2.5改性聚苯乙烯塑料注射成型的工艺参数13 2.6塑料成型设备的选取14 第三章注塑模的结构设计15 3.1模腔数量的确定15 3.1.1按注射机的额定锁模力确定型腔数量15 3.1.2注射机注塑量确定型腔数目15 3.1.3加载参照模型16 3.1.4成型零件设计17 3.1.5应用收缩18 3.1.6增加毛坯工件18 3.1.7分型面的选择以及型腔的排列方式的确定19 3.2浇注系统形式和浇口的设计21 3.2.1主流道设计21 3.2.2分流道设计23 3.3.3主分流道的形状及尺寸24 3.2.4主分流道长度24 3.2.6分流道的表面粗糙度25 3.2.7分流道的布置形式25 3.2.8浇口的设计26 3.2.9冷料穴的设计27 3.2.10排气结构的设计28 第四章模具工作零件的设计29 第五章模具加热和冷却系统的设计31 5.1求塑件在硬化时每小时释放的热量31 5.2求冷却水的体积流量31 5.3确定模具的冷却系统31 第六章注塑机有关参数的校核33 第七章模具的装配34 7.1装配主要要求34 7.2装配时以分型面密合作为该模具的装配基准，装配顺序34 第八章试模过程中出现的问题及解决办法36 第九章注塑模主要零件加工工艺规程的编制37 结束语38 致谢39 参考文献40 第一章绪论 1.1我国塑料模具工业的发展现状 我国塑料模工业从起步到现在，历经半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48英寸大屏幕彩电塑壳注射模具、6.5Kg大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模具方面，已能生产照相机塑料件模具、多型腔小模数齿轮模具及塑封模具。注塑模型腔制造精度可达0.02mm～0.05mm，表面粗糙度Ra0.2μm，模具质量、寿命明显提高了，非淬火钢模寿命可达10～30万次，淬火钢模达50～1000万次，交货期较以前缩短，但和国外相比仍有较大差距。 （1）成型工艺方面：多材质塑料成型模、高效多色注射模、镶件互换结构和抽芯脱模机构的创新方面也取得较大进展。气体辅助注射成型技术的使用更趋成熟，电视机外壳以及一些厚壁零件的模具上运用气辅技术，一些厂家还使用了C-MOLD气辅软件，取得较好的效果。但总体上热流道的采用率达不到10与国外的5080比，差距较大。 （2）在制造技术方面：CAD/CAM/CAE技术的应用水平上了一个新台阶，以生产家用电器的企业为代表，陆续引进了相当数量的CAD/CAM系统，美国EDS的UGⅡ、美国Parametric Tech
nology公司的Pro/E
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neer、美国CV公司的CADS5、以及一些塑模分析软件等等。这些系统和软件的引进，虽花费了大量资金，但在我国模具行业中，实现了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技术对成型过程，如对充模和冷却等进行计算机模拟，取得了一定的技术经济效益，促进和推动了我国模具CAD/CAM技术的发展。近年来，我国自主开发的塑料模CAD/CAM系统有了很大发展，主要有北航华正软件工程研究所开发的CAXA系统、华中理工大学开发的注塑模HSC5.0系统及CAE软件等，这些软件具有适应国内模具的具体情况、能在微机上应用且价格低等特点，为进一步普及模具CAD/CAM技术创造了良好条件。 （3）模具材料方面：近年来，国内已较广泛地采用一些新的塑料模具钢，如：P20，3Gr2Mo、PMS、SMⅠ、SMⅡ等，对模具的质量和使用寿命有着直接的重大影响，但总体使用量仍较少。塑料模具标准模架、标准推杆和弹簧等越来越广泛得到应用，并且出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。但目前我国模具标准化程度的商品化程度一般在30下，和国外先进工业国家已达到7080比，仍有差距。 1.2我国塑料模具工业今后的发展方向 （1）提高大型、精密、复发展方向杂、长寿命模具的设计水平及比例。这是由于塑料模成型的制品日渐大型化、复杂化和高精度要求以及因高生产率要求而发展的一模多腔所致。 （2）在塑料模设计制造中全面推广应用CAD/CAM/CAE技术。CAD/CAM技术已发展成为一项比较成熟的共性技术，近年来模具CAD/CAM技术的硬件与软件价格已降低到中小企业普遍可以接受的程度，为其进一步普及创造良好的条件；基于网络的CAD/CAM/CAE一体化系统结构初见端倪，其将解决传统混合型CAD/CAM系统无法满足实际生产过程分工协作要求的问题；CAD/CAM软件的智能化程度将逐步提高；塑料制件及模具的3D设计与成型过程的3D分析将在我国塑料模具工业中发挥越来越重要的作用。 （3）推广应用热流道技术、气辅注射成型技术和高压注射成型技术。采用热流道技术的模具可提高制件的生产率和质量，并能大幅度节省塑料制件的原材料和节约能源，所以广泛应用这项技术是塑料模具的一大变革。制订热流道元器件的国家标准，积极生产价廉高质量的元器件，是发展热流道模具的关键。气体辅助注射成型可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。目前在汽车和家电行业中正逐步推广使用。气体辅助注射成型比传统的普通注射工艺有更多的工艺参数需要确定和控制，而且常用于较复杂的大型制品，模具设计和控制的难度较大，因此，开发气体辅助成型流动分析软件，显得十分重要。另一方面为了确保塑料件精度，继续研究开发高压注射成型工艺与模具也非常重要。 （4）开发新的成型工艺和快速经济模具。以适应多品种、少批量的生产方式。 （5）提高塑料模标准化水平和标准件的使用率。我国模具标准件水平和模具标准化程度仍较低，与国外差距甚大，在一定程度上制约着我国模具工业的发展，为提高模具质量和降低模具制造成本，模具标准件的应用要大力推广。为此，首先要制订统一的国家标准，并严格按标准生产；其次要逐步形成规模生产，提高商品化程度、提高标准件质量、降低成本；再次是要进一步增加标准件的规格品种。 （6）应用优质材料和先进的表面处理技术对于提高模具寿命和质量显得十分必要。 （7）研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程。采用三坐标测量仪或三坐标扫描仪实现逆向工程是塑料模CAD/CAM的关键技术之一。研究和应用多样、调整、廉价的检测设备是实现逆向工程的必要前提。 1.3用Pro/E绘图软件进行产品开发的优势分析 Pro/ENGINEER是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界及中国地区最普及的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESINGER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。 Pro/ENGINEER提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体，赋予“设计”完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型和模具设计功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。 此外，将并行工程技术引入Pro/ENGINEER的模具设计中，可以由传统的模具设计与制造工艺路线（即模具结构设计→模具型腔、型芯二维设计→工艺准备→模具型腔、型芯三维造型→数控加工指令编程→数控加工），改变为由不同的工程师同时进行设计、工艺准备的并行路线，不但提高了模具的制造精度，而且能缩短设计、数控编程时间达40上。设计工程师在进行产品三维零件设计时就考虑模具的成型工艺和影响模具寿命的因素，并进行校对、检查，预先发现设计过程的错误。在初步确立产品的三维模型后，设计、制造及辅助分析部门的多位工程师可同时进行模具结构设计、工程图设计、模具性能辅助分析及数控机床加工指令的编程等工作，而且每一个工程师对产品所做的修改可自动反映到其他工程师那里，大大缩短了设计、数控编程的时间。另外，Pro/ENGINEER软件具有的单一数据库、参数化实体特征造型技术为实现并行工程提供了可靠的技术保证。 Pro/ENGINEER具有强大的接口功能，能通过IGES、STL、SET、STEP等格式与其他CAD/CAE/CAM软件实现数据文件的交换。在塑料产品开发中，通常利用这个接口与C-MOLD、MOLDFLOW、Z-MOLD等软件相连，利用它们的分析模块，对Pro/ENGINEER中的造型进行分析，以确定模具的结构及注塑工艺。 Pro/ENGINEER提供的Pro/PROGRAM是零件与装配自动化设计的一个重要工具，用户可经由非常简单的高级语言来控制零件特征的出现与否、尺寸的大小与零部件的出现与否、零部件的简易显示或完全显示以及零部件的数量等。当零件或装配件的Pro/PROGRAM设计完成后，读取此零件或装配件时，其各种变化情况即可利用交互方式得到不同的几何形状，达到产品设计要求。 利用Pro/ENGINEER还可以方便地建立零件库。在注塑模设计中所需的通用件和标准件都可根据用户的要求建立，同时用户所设计的每副模具都可作为模具库的组成部分，以供后续模具设计应用。 Pro/ENGINEER提供的设计理念将设计、制造、装配以及生产管理融为一体，赋予“设计”完整的概念。它提供的强大功能尤其是曲面造型和模具设计功能为工程技术人员和生产管理人员在短期内完成高质量的产品开发提供了强有力的工具。 本课程设计所设计的为一按钮塑件制品，而且选用注塑成型的方法，一方面比较适合塑料原材料的成型性能特点，另一方面用注塑成型方法加工的塑料制品，不仅可以成型其制品的复杂结构，而且制品精度高，质量好，注塑成型的生产率也高，通过这次设计，可以真实的感觉到不论在专业知识，还是在基础知识方面，我的能力都有了很大的提高和进步，一方面可以把平时所学的知识融会贯通，另一方面，可以使设计出来的东西有创新的特点。 2.2塑料的原材料分析 （1）吸湿性强。成型前须充分干燥要求其含水量小于1％，对于表面光泽要求较高的制品，需长时间干燥。 （2）流动性较好（溢边值为0.04mm左右）易于充模，粘度对剪切速率较敏感，同时还与注射温度和注射压力有关，其中注射压力影响较为显著，因此提高流动性要从提高注射压力入手。 （3）成型难度大，须采用较高的料温和模温。对于耐热抗冲击性和中抗冲击性制件，应在允许的范围内料温取较大值。 （4）精度对之制件影响较大，有破坏改性聚苯乙烯橡胶相的倾向，通常改性聚苯乙烯在250℃左右变色，270℃开始分解。 （5）若制件精度要求较高模温宜采取50～60℃，若制件表面要求具有光泽模温宜取60～80℃，我们的按钮采用60℃。 （6）注射压力应较大，采用螺杆式注塑机料温可取160～220℃，注射压力可取70～90MPa。 （7）模具设计过程中注意事项，浇注系统流动阻力应尽可能小，浇口位置及形式应合理并能防止熔接痕的产生，同时要考虑模具制造的经济性和加工的合理性。 2.3塑件的结构和尺寸精度等级及表面质量分析 从该制品的零件图可知:此零件即无通孔又无侧孔，所以从分型面的设计到成型零件形成再到模具体结构都比较简单，无特殊尺寸精度要求。 （1）成型制件的尺寸大小主要取决于塑料原料的流动性和注射时的压力在一定的设备和工艺条件下，流动性较好的塑料品种可以成型较大的制件，改性聚苯乙烯的流动性能较好，适于成型较大的制件。在这里按钮注塑模具的尺寸较小，注塑时的压力要求不太大，一般的注塑压力就能满足。 （2）制品的精度等级：塑料制件的尺寸精度主要取决于塑料收缩率的波动和模具制造误差，此塑料件未注公差等级较低为MT5级，该塑件的精度等级较低。受模具活动部分的影响，取公差值和附加值之和，MT2级取0.05，MT3-5级取0.1。 （3）制品的表面质量：塑料制件的精度等级较低，我们所要获得的制件对制品的表面质量除要求无缺陷，毛刺，无特殊要求，一般的模具制造工艺和注塑工艺就能满足要求。 （4）制品的形状结构：制品的壁厚均匀为2mm。符合材料的最小壁厚原则，在模具的设计和加工过程中要特别注意，防止出现缺陷。 2.4计算塑料制件的体积和质量 计算塑件的体积和质量是为了选用注塑机及确定模具型腔数量。 计算塑料制件的体积： V=0.369 （在这里为大致计算，其中圆角处的尺寸可不预考虑在选取注塑机时适当放缩。） 查《模具设计与制造简明手册》知改性聚苯乙烯塑料密度为ρ=1.04～1.10g/3 由密度可得出单个制件的质量： Q=ρV=1.05g ×0.369 =0.387g