注塑模具设计说明书-学位论文.doc

毕业设计（论文）1 前言 模具是工业生产基础的工艺装备, 振兴和发展我国的模具工业, 日益受到人们的重视和关注。模具工业是高新技术产业的一个组成部分, 是装备工业的重要组成部分。模具在各个国家已被冠以“工业( 百业)之母”、“关键工业”、“不可估量其力量的工业”、“整个工业发展的秘密”、“效益放大器”等一系列美名。模具工业地位之重要, 还在于国民经济的五大支柱产业机械、电子、汽车、石化、建筑，都要求模具工业的发展与之相适应。在资源节约的当今时代，塑料工业的强大也要求注塑模具的发展紧随其后，所以相关研究也逐步深入并实现实践。注塑模具的研究包含着产品材料、模具设计、模具制造，国内外研究学者投入的心血都转化成海量的文献，对注塑模具的发展有着承前启后的作用。模具是用来成型物品的工具，这种工具有各种零件构成。不同的模具是通过所成型材料物理状态的改变来实现，模具是由不同的零件所构成的。它主要是通过所成型材料的物理状态改变来实现物品外形的加工。在冲裁、成形冲压、模锻、冷镦、挤压、粉末冶金件压制、压力铸造，以及工程塑料、橡胶、陶瓷等制品的压塑或注塑的成形加工中，用以在外力作用下使坯料成为有特定形状和尺寸的制件的工具。而注塑模具工业发展始于历史1943年，位于葡萄牙马立尼亚.格兰特市（Marinha Grande）一家小型玻璃模具厂股东阿尼巴尔（AnbalH.Abrantes）萌发了生产注塑模具的构想。由于未能获得其他股东的支持，阿尼巴尔不得不出售自己拥有的公司股份以筹集资金，并开始专注于注塑模具的研发和制造。2年后，他成功地制造了第一只注塑模具。发展至今，注塑模具是生产各种工业产品的重要工艺装备，随着塑胶模具设计工业的迅速发展以及塑胶制品在航空、航太、电子、机械、船舶和汽车等工业部门的推广应用，产品对模具的要求越来越高，传统的塑胶模具设计方法已无法适应产品更新换代和提高质量的要求。因此快速发展的计算机提供的电脑辅助工程（CAE）技术已成为塑胶产品开发、模具设计及产品加工中这些薄弱环节的最有效的途经。注射模具，全称为注射成型模具，也就是塑料注射成型所用的模具，它是实现注射成型工艺的重要工艺装备。所谓注塑成型（Injection Molding）是指，受热融化的材料由高压射入模腔，经冷却固化后，得到成形品的方法。该方法适用于形状复杂部件的批量生产，是重要的加工方法之一。注射成型过程大致可分为以下6个阶段“合模-注射-保压-冷却-开模-制品取出”，上述工艺反复进行，就可连续生产出制品。注射模具的设计，其成型原理是将塑料从注塑机的料斗送进加热的料筒中，经过加热熔化呈流动状态后，在柱塞和螺杆的推动下，熔融塑料被压缩并向前移动，进而通过料筒前的喷嘴以很快的速度注入温度较低的闭合模腔之中，充满型腔的熔料在受压的情况下，经冷却固化后即可保持模具腔所赋予的形状，然后开模分型获得成型塑件。这样在操作上完成了一个周期的生产过程。通常，一个成型周期从几秒钟到几分钟不等，时间的长短取决于塑件的大小、形状和厚度、模具的结构、注射机的类型及塑料的品种和成型工艺条件等因素。注塑模的分类方法很多，按其所用注塑机的类型可分为卧式注塑机用注塑模、立式注塑机用注塑模、角式注塑机用注塑模及双色注塑机用注塑模等；按模具的型腔数目可分为单型腔和多型腔注塑模；按分型面的数量可分为单分型面和双分型面或多分型面注塑模；按浇注系统的形式可分为普通浇注系统和热流道浇注系统注塑模；另外还有气辅注塑模具、蒸汽模具、重叠式模具（叠模）。一般大体分为普通注射模具和特种注射模具，特种注射模具又可分为：滑动型芯式注射模、瓣合式注射模具、螺纹注射模具、滑动型芯与瓣合块相结合注射模具。近年来，由于我国国民经济的高速、稳定的增长，促进了我国模具工业的迅速发展壮大，因此，模具设计与制造专业或者相关的材料成型与控制专业已经成为我国国内具有优势的热门专业之一。在日常生活中我们的许多制品都是由模具来生产制造出来的，所以，越来越多的人开始从事模具行业的设计，因此，我国的模具设计水平有了进一步的提高和发展的空间。随着国民经济的高速发展，市场对模具的需求量不断增长，模具工业快速发展，必然会带来模具工业企业的所有制成分也发生了巨大变化，除了国有专业模具厂外，集体、合资、独资和私营也得到了快速发展。随着与国际接轨的脚步不断加快，市场竞争的日益加剧，人们已经越来越认识到产品质量、成本和新产品的开发能力的重要性。而模具制造是整个链条中最基础的要素之一，模具制造技术现在已经逐渐的成为衡量一个国家产品制造水平的重要标志和发展程度的标志之一。下面将从产品材料、模具设计、模具制造以及计算机辅助CAX软件平台功能四方面简单介绍国内外现状。1.1 产品材料产品材料又包含成型产品材料和模具产品材料，二者都在向长寿命、高性能、轻质量方向靠拢，塑料从石油提取物化学反应得到，而模具材料主要为钢或者合金。1.1.1 成型产品材料成型产品就是塑料制品，塑料就是可用来塑化成型的树脂原料。树脂一般分为天然树脂与人工树脂（合成树脂）。树脂属于高聚物，包含决定高聚物最基本的物理化学性质的高分子内部结构，以及决定高聚物的加工性能和物理机械性能的高分子外部结构。塑料的分类方法也比较多，按分子链在凝固后的结构形态分成结晶型、半结晶型、非结晶型。结晶型塑料（例PE、PP、PA、POM等）凝固时，有晶粒到晶核的生长过程，形成一定的体态。非结晶型塑料（例PS、PVC、PMMA、PC等）凝固时，没有晶粒到晶核的生长过程，只是自由的大分子链的冻结。另外按塑料对热作用的反映还可分为热塑性和热固性塑料。除了化学特性外，塑料的物理特性对成型件也有一定的影响，包括热容量、熔化热（熔化浅热）、比热容、热扩散系数（导热系数其值）、导热系数、密度与比容、膨胀系数与压缩系数等性能参数。目前国内常用塑料有九大类：(1)聚烯烃：是烯烃高聚物的总称，一般是指乙烯、丙烯、丁烯的均聚物与共聚物。品种有：LDPE、MDPE、HDPE、LLDPE（线型聚乙烯）、CPE（氯化聚乙烯）、EVA（乙烯-醋酸乙烯共聚物）、PP、PPC（氯化聚丙烯）、RPP（增强聚丙烯）、PB（聚丁烯）(2)氯乙烯（PVC）：注塑用的聚氯乙烯是悬浮聚合产品，按其颗粒形态有紧密型和疏松型。常用的改性品种有：CPVC（氯化聚氯乙烯）、PVDC（氯乙烯-偏氯乙烯共聚物）、氯乙烯-乙丙橡胶接枝共聚物、耐寒PVC（氯乙烯与马来酸酐的共聚物）。注塑用的PVC有两大类： 一种是湿混造粒（即把各种添加剂、稳定剂、润滑剂、冲击改性剂、加工助剂等混合后挤出造粒）；一种是干混料不造粒的粉状聚氯乙烯。(3)苯乙烯树脂：是指苯乙烯的均聚物与共聚物树脂的总称。常用的改性品种是：ABS（苯乙烯、丙烯腈、丁二烯），其中与橡胶等共混和接枝的方法可以改善脆性和耐温低。目前苯乙烯塑料级别有：通用级、发泡级、冲击级、ABS、AS（通用级、耐温级）。(4)丙烯酸脂类：是指从丙烯酸衍生的高聚物，通常包括PMMA（聚甲基丙烯酸甲脂）、纤维聚合物丙烯腈。供注塑级的PMMA（有机玻璃）品种是用悬浮聚合制成。目前PMMA塑料级别有：通用级、耐温级、高流动级。(5)酰胺树脂聚：又名尼龙（PA），用作纤维时又称绵纶。是最早的工程塑料品种之一。目前PA塑料品种有： PA6、PA66、PA610、PA612、 PA1010、高炭尼龙、PA66与弹性接枝共混的超韧性PA、芳香聚酰胺等。(6)线性聚脂类：是指在聚合物链节中含有脂链或醚链，而无支链和交链结构的树脂统称为线性聚脂或线性聚醚。常用的品种有：PC（聚碳酸脂双酚A型）、改性PC、涤纶/PET（聚对苯二甲酸乙二脂）、PBT（聚对苯二甲酸丁二脂）、POM（聚甲醛）等。(7)氟塑料：又称为王牌塑料。常用的品种有：PTFE（聚四乙烯）、PCTFE（三氟乙烯） 、FEP（聚四乙烯与六氟丙烯酸共聚物）、PVF（聚氟乙烯）、PVDF（聚偏氟乙烯）等。(8)纤维素塑料：是指由天然纤维素与无机酸或有机酸作用产生的纤维素树脂，再加上增塑剂而制成。它是最古老的半合成型的热塑型塑料。用的品种有硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维。(9)耐高温型树脂：是指该类聚合物的分子主链上含有亚芳基或杂环结构，因此具有耐高温、耐辐射的能力，并兼有高强度和尺寸稳定性。常用的品种有：PSF（聚砜）、PES（聚苯醚砜）、PPO（聚苯醚）、PPS （聚苯硫醚）等。1.1.2 注塑模具材料目前塑料模具正朝着高效率、高精度、高寿命方向发展，推动了塑料模具材料迅速发展。包含钢与非钢合金两大类材料，非钢合金包含了铜合金、铝合金、锌合金、钢结硬质合金、低熔点合金。具体如下：(1)铜合金：用作塑料模具材料的铜合金主要是铍青铜,如ZCuBe2、ZCuBe2.4等。铍青铜可用于制造吹塑模、注塑模。(2)铝合金：常用的铸造铝合金有ZL101、ZL201、ZL302等,主要用于制造要求高导热率、形状复杂、耐蚀的塑料模具。(3)锌合金：用于制造塑料模具的锌合金大多为Zn-4Al-3Cu共晶型合金,用铸造方法可以加工出光洁而复杂的模具型腔,并可降低制模费用、缩短制模周期，这类锌合金适合于制造注塑模和吹塑模。(4)钢结硬质合金：钢结硬质合金是以钢为粘结相, 以碳化钛、碳化钨等碳化物为硬质相, 用粉末冶金方法生产的复合材料。我国生产的模具用钢结硬 质合金的典型牌号有GT35、R5、T1、D1、TLMW50、GW50、GJW50等。(5)低熔点合金：利用低熔点合金浇铸吹塑模具的型腔, 不仅可以缩短模具的制造周期，节约大量钢材，而且还节省劳力。低熔点合金的种类很多，目前使用较简单的一种是WBi=58%、WSn=42%的铋锡合金。我国目前用于塑料模具的钢种，可按钢材特性和使用时的热处理状态分类：(1)渗碳型塑料模具用钢：渗碳型塑料模具用钢主要用于冷挤压成形的塑料模。国内常采用工业纯铁（如DT1和DT2）、20、20Cr、20Mn、12CrNi3A、20CrNiMo 12CrNi3A和12Cr2Ni4A钢，以及国内最新研制的冷成形专用钢 0Cr4NiMoV（LJ）。(2)预硬型塑料模具用钢：所谓预硬钢就是供应时已预先进行了热处理，并使之达到模具使用态硬度。一般常见为：Cr2Mo，Y20CrNi3AlMnMo(SM2)，5NiSCa，Y55CrNiMnMoV(SM1)，4Cr5MoSiVS，8Cr2MnWMoVS(8CrMn)(3)调质型塑料模具钢：中碳或中碳合金钢经过淬火+高温回火而使用的钢材。主要有：SM45、SM50、SM55、40Cr、40Mn、50Mn、4Cr5MoSiV、38CrMoAlA等。这一类钢具有综合力学性能好，特别是切削加工性好的特点，故多应用于要求不太高、生产批量不大的塑料模具。(4)耐蚀塑料模具钢：加工聚氯乙烯塑料、氟化塑料、阻燃塑料等塑料制品时，分解出的腐蚀性气体对模具有腐蚀作用，要求模具材料有一定的耐蚀性，为此需在模具表面镀铬或直接选用 3Cr13、4Cr13、9Cr18、Cr18MoV、Cr14Mo、Cr14Mo4V、1Cr17Ni2、0Cr17Ni7Al等不锈钢。国内近年开发的PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)钢属马氏体沉淀硬化不锈钢适用于制造含氯、氟或加入阻燃剂的热塑性塑料的注射模具。(5)淬硬型塑料模具用钢：常用的淬硬型塑料模具钢有：碳素工具钢（如T7A、T8A）、低合金冷作模具钢（如9SiCr、9Mn2V、CrWMn、GCr15、7CrSiMnMoV钢）、Cr12型钢（如Cr12MoV钢）、高速钢（如W6Mo5Cr4V2钢）、基体钢和某些热作模具钢等。(6)时效硬化型塑料模具钢：此类钢的共同特点是含碳量低、合金度较高，采用此类钢制造塑料模具时，可在固溶处理后进行模具的机械成形加工，然后通过时效处理，使模具获得使用状态的强度和硬度，这就有效地保证了模具最终尺寸和形状的精度。此外，此类钢往往采用真空冶炼或电渣重熔，钢的纯净度高，所以镜面抛光性能和光蚀性能良好。这一类钢还可以通过镀铬、渗氮、离子束增强沉积等表面处理方法来提高耐磨性和耐蚀性。常见种类含有：18Ni140级、18Ni170级、18Ni210级、10Ni3MnCuAl(PMS)、18Ni9Co、06Ni16MoVTiAl、25CrNi3MoAl。1.2 模具设计市场经济的不断发展，促使工业产品越来越向多品种、小批量、高质量、低成本的方向发展，为了保持和加强产品在市场上的竞争力，产品的开发周期、生产周期越来越短，于是对制造各种产品的关键工艺装备模具的要求越来越苛刻。一方面企业为追求规模效益，使得模具向着高速、精密、长寿命方向发展；另一方面企业为了满足多品种、小批量、产品更新换代快、赢得市场的需要，要求模具向着制造周期短、成本低的快速经济的方向发展。传统的模具设计方法已经跟不上发展的脚步，出现了众多技术。1.2.1 计算机辅助机技术传统的塑料注射成型开发方法主要是尝试法，依据设计者有限的经验和比较简单的计算公式进行产品和工艺开发。但是在注射成型生产实际中，塑料熔体的流动性能千差万别，制品和模具的结构千变万化，工艺条件各不相同，仅凭有限的经验和简单的公式难以对这些因素作全面的考虑和处理，应用CAD/CAE/CAM技术从根本上改变了传统的产品开发和模具生产方式，大大提高了产品质量，缩短了产品开发周期，降低了生产成本，强有力地推动了模具行业的发展。1.2.1.1 CAD技术运用CAD技术能帮助广大模具设计人员由注塑制品的 零件图迅速设计出该制品的全套模具图，使模具设计师从繁琐、冗长的手工绘图和人工计算中解放出来，将精力集中于方 案构思、结构优化等创造性工作。利用CAD软件，用户可以选择软件提供的标准模架或灵活方便地建立适合自己的标准模架库，多种形式的动、定模结构中，采用参数化的方式设计浇 口套、拉料杆、斜滑块等通用件，然后设计推出机构和冷却系统，完成模具的总装图。近年来模具CAD软件以美国UGS公司针对注射模推出了注射模设计向导（Mold Wizard）和Pro/E 为代表，该系统为用户提供注塑模设计环境、工具和相关知识，以及丰富的标准化的模架库、零件库和嵌件库等。用户利用UG软件可实现塑料注塑模从设计到数控加工成型的全过程，实现模具设计的全3D化，减少模具设计制造周期，带来显著的经济效益。1.2.1.2 CAE技术其借助于有限元法、有限差分法和边界元法等数值计算方法，分析型腔中塑料的流动、保压和冷却过程，计算制品和模具的应力分布，预测制品的翘曲变形，并由此分析工艺条件、材料参数及模具结构对制品质量的影响，达到优化制品和模具结构、优选成型工艺参数的目的。模具工业中CAE软件以MoldFlow软件为最具代表性，其可以对塑料的浇口位置、压力分布、冷却过程以及注射工艺条件等进行模拟分析。找出可能出现的缺陷，提高一次试模的成功率，降低生产成本，缩短生产周期。将CAD技术和CAE技术交互着使用，可以减轻设计者对经验的依赖程度，提高一次试模的提高一次试模的成功率，大大缩减模具设计的时间，降低成本，提高生产效率。其设计流程图如图1.1所示。图1.1 运用CAD、CAE设计模具流程图1.2.2 逆向技术传统的产品实现通常是从概念设计到图样，再制造出产品，我们称之为正向工程（或顺向工程），而相对于传统的设计而言，“逆向工程”（Reverse Engineering，RE），也称反求工程、反向工程等，它起源于精密测量和质量检验，是设计下游向设计上游反馈信息的回路，主要是通过3D数字化测量仪或光学 设备对物理原型进行扫描，获得点云数据，再通过相应的处理软件转变成曲面的过程。逆向工程的思想最初是来自从油泥模型到产品实物的设计过程。由于反求工程的实施能在很短的时间内准确、可靠地复制实物样件，因此，反求工程成为当前企业先进制造技术的热门话题之一。利用一些非专业的逆向设计软件（如：UG、 Pro/E、CATIA等）和一些专业的逆向设计软件（如：Surfacer、CopyCAD、Trace等）进行逆向造型是现阶段反求工程在企业应用的典型例子。逆向工程的一般工作流程是从一个存在的零件或原型入手，首先对其进行数字化处理，然后进行数据处理、曲面重建、构造CAD模型等，最后制造出产品的过程。逆向工程具体的工作流程是针对现有工件（样品或模型），利用3D数字化测量仪，准确、快速地量取样品表面点数据或轮廓线条，加以点数据处理、曲面创建，修改后，传至CAD/CAM系统，再由CAD系统传至CNC加工机床或快速成型机来制作工件或模具，如图1.2所示。图1.2 逆向工程流程图1.2.3 热流道技术近年来，热流道系统在中国的逐渐推广与使用。在欧美国家，注塑生产已经相当的依赖于热流道系统。目前在国内基本上没有使用热流道技术的模具现在已经很难出口，这也造成了很多模具厂家对于热流道系统的意识上的转变。但是由于 很多外国进口的热流道系统价格比较贵，国内很大一部分厂家接受不了，所以就出现了一些国产的商品化的热流道系统元件。这对于热流道系统在中国的推广有很大的好处。国内一般采用内热式或外热式热流道装置，少数生产企业采用具 有世界先进水平的高难度针阀式热流道装置，但总体上热流道的采用率达不到10%，与国外的50%80%相比，还是远远不够的。所以，进行热流道注射模具经济性和技术性综合开发与应用，具有广泛发展前景。热流道技术以无可比拟的优越性解决了冷流道中无法解决的问题，主要体现在生产成本，产品质量，生产工艺等方面。(1)冷流道中有冷凝料，会造成材料的浪费。而热流道中不需要冷凝口，可以节约预料30%50%，降低成本30%。并且不需要后期加工，可全自动化生产，提高了生产效率20%30%。(2)行腔内物料温度及压力均匀，塑件应力小，密度一致，提高产品的表面质量和力学性能，有效地改变大而薄的塑件的变形。(3)热流道系统的温度与喷嘴的温度相等，避免塑料在流道内表面冷凝现象，压力损耗小，对于深腔大制品型腔充模起到了很好的作用。1.2.4 微注射成型技术微机电系统 (MEMS：Micro-Electro-Mechanical-System) 的成长在科技的发展中比较特别，微型注塑制件在光电通讯，影像传输，生化医疗，信息存储，精密机械，插头式光纤连接器，医学用微量泵，内窥镜零件，旋转传感器中的衍射光栅以及微齿轮等领域得到了广泛的应用，并且每年以20%的速度在增长。德国的Battenfeld公司、Boy公司，日本的Sodick公司和美国的Murray公司等为 代表的注塑机生产商们，从20世纪90中期以来，先后研制开发出了各种不同类型的微型注塑机，其螺杆直径最小可达5 mm，注射容积只有几立方厘米至零点几立方厘米。成型的塑件重量也从零点几克小至零点几毫克。如前面所说的Battenfeld公司专门为成型精密微型塑件设计制造的一种全电子驱动的微型注塑机Microsystem50，其注射重量从0.25mg到1g变化，可用来成型单件质量在以0.1g以下的微型塑件.后，针对不相容聚合物制造的微型结构和微型装配，德国的IKV又开发了复合微系统的微装配注塑成形技术（microassembly injection molding，LAIM）。基本原理来源于双色注塑思想,可以将不同种的塑料组合在一起产生特定的功能结构。我国目前有清华大学微纳米中心、海交通大学微纳米研究院、科院力学所和中南大学模具技术研究所对微流体流动行为，微流体实验技术及微注射成型机理进行了一些卓有成效的研究探讨，但都尚未开展实质性的工程应用。同传统 注射成型技术相比成品重量以毫克为计量单位，成品尺寸以微米为度量单位的微注射成型技术在物料、成型工艺及成型设备等方面都提出了不同要求。1.3 模具制造根据对模具材料的作用方式不同，我们把现代模具制造方法分为去除法、成形法和累加法，具体如下：1.3.1 去除法加工去除法加工就是通过去除材料得到所需模具形体，这是最大一类模具制造方法，包括机械加工、电加工（电火花成型、线切割、电解等）和其他特种加工。大约有90%左右的模具主要由铣削、车削、磨削等机械加工方法完成。它们主要用于完成模具辅助零件的最终加工，以及模具工作零件的与加工和最终加工。如今包含的技术有：切削加工及高速铣削技术、磨削加工及多轴联动坐标磨、研磨和抛光。电加工技术中电火花加工在模具制造中具有重要地位和不可替代的作用。其中以电火花线切割和型腔电火花成型为主。电火花线切割加工是利用火花放电使金属熔化或气化，并把熔化或气化的金属去除，从而实现各种形状金属零件的加工。型腔电火花加工是利用火花放电的方法，将工具电极的形状的形状复印在模具坯件上而形成型腔的复制成型加工工艺，电极可由车、铣、刨、磨、冷热成型、火焰喷涂或电铸等方法获得。电解加工是基于电解作用原理（电化学阳极溶解）将工具阴极的形状复印在模具坯件上来加工模具成型的。其他特种加工方法还有化学腐蚀加工、机械特种加工、热特种加工。化学腐蚀加工原理使基于金属在酸、碱及盐溶液中的溶解性。机械特种加工用机械能或者间接用声能、热能进行加工，可以分为磨料流动加工、喷射加工、液力加工、低应力磨削、热辅助加工、超声波加工、喷水加工等多种加工方法。热特种加工是用电子束、激光束、等离子束、电火花放电产生热量来融蚀金属而达到加工目的的，它有电子书加工、电火花磨削、激光加工、等离子束加工等加工方式。1.3.2 成形法加工成形法是在材料总量不变的情况下，所需模具形体通过材料的流动得到。包含了传统的铸造法和塑性挤压法。铸造法根据工艺分为3种：用于制造较重模具的砂型铸造、制造精密表面的复制性要求较高的模具或型腔嵌件的陶瓷铸造以及汽车覆盖件冲模的大型铸件普遍采用泡沫塑料实型铸造法。所谓塑料泡沫实型制造法，是用发泡聚苯乙烯做模型，埋入铸造型砂中间，并依照此模型浇铁水，使其燃烧气化掉，从而获得铸件的方法，也称消失铸件法，简称FM(Full-Moule)法。塑性积压法制模分为热压印法、冷挤压法和超塑性挤压法。热压印法是将模块加热到锻造温度后，用预先准备好的模芯压入模块而挤压出型槽的方法。而冷挤压法是挤压模头具有零件的外部形状，经过淬火、抛光，然后在连续增加的压力作用下，以0.110mm/min的速度强行挤入较软的退火钢块，这样钢块中形成了凹模模型。超塑性挤压法是利用材料在超塑性状态下，已成形凸模将型腔挤压成形的方法。1.3.3 累加法加工累加法就是所需模具形体通过材料不断的增多，累积而得到。常见有金属喷涂、电铸法、快速成型法和快速制模(RPM/RMT)技术。高温喷涂，是将固化金属加入到氧乙炔火焰中熔融，这种工艺称为火焰喷涂；低温喷涂，是将低熔点合金放入喷枪，在电热元件作用下液化，并喷涂在模型表面，金属涂层的厚度为13mm。在高温及低温下的金属喷涂，可用于小型实验性模具。电铸法也称电解沉积，即利用模具上电解沉积金属的方法得到所要求的型腔嵌件。快速原型法1.4发展趋势及可研究方向中国已成为承接工业发达国家模具业转移的良好目的地，随着国际交往的日益增多和外资在中国模具行业的投入日渐增加，中国模具已经与世界模具密不可分。据相关专业人士分析，未来十年，中国模具工业技术的主要发展方向如下：1.4.1 模具结构日趋大型、精密、复杂及寿命日益提高由于成型（形）零件日趋大型化以及高效率生产所要求的一模多腔（如塑封模已达到一模几百腔），使模具日趋大型化；随着零件微型化和模具结构发展的要求（如级进模工位数的增加，其步距精度的提高），模具精度已由原来的5m提高到23m，今后有些模具加工精度公差更是要求在1m以下，这必将促进超精密加工的发展。1.4.2 CAD/CAE/CAM技术在模具设计制造中的广泛应用模具制造是设计的延续，推行模具设计与制造一体化可达到优化设计的要求。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是当代最合理的模具生产方式，既可用于建模、为数控加工提供NC程序，也可针对不同的模具类型，以相应的基础理论，通过数值模拟方法达到预测产品成型（形）过程的目的，改善模具结构。从CAD/CAE/CAM一体化的角度分析，其发展趋势是集成化、三维化、智能化和网络化，其中心思想是让用户在统一的环境中实现CAD/CAE/CAM协同作业，以便充分发挥各单元的优势和功效。因此，应大力进行ANSYS、MSC、Moldflow、Dynaform等高端辅助设计制造软件的推广和应用。1.4.3 快速制模技术的推广应用快速模具制造及快速成型技术（RP）是在近两年内迅速发展起来的，并正向着高精度、更快捷的方向发展。与传统的模具技术相比，该技术具有制模周期短、成本低的特点，是综合经济效益较显著的模具制造技术。近年来快速模具制造商投入了很大的人力和物力，对各种模具的快速制造工艺进行研发，对传统的快速模具制造技术进行改造，嫁接了先进的RP及NC技术，有效满足一些高精度、高寿命模具的生产需求。具体新技术包括：快速原型制造技术（RPM）、表面现象成形技术、浇铸成形制模技术、冷挤压及超塑成形制模技术、无模多点成形技术、KEVRON钢带冲裁落料制模技术以及模具毛坯快速制造技术。1.4.4 新型技术在塑料模具中的推广应用采用新型热流道技术是塑料模设计制造中的一大变革，可显著提高模具制造的生产效率和质量，并能大幅度节省制作的原材料和节约能源，国外模具企业已有一半用上了该项技术，甚至已达80%以上；气体辅助注射成型也是塑料成型的一种新工艺，它具有注射压力低、制品翘曲变形少、表面好、易于成型、壁厚差异较大等优点，可在保证产品质量的前提下，大幅度降低成本。1.4.5 提高模具标准化水平和模具标准件的使用率模具标准化及模具标准件的应用将极大地影响模具制造周期，还能提高模具的质量和降低模具制造成本。模具标准件应进一步增加规格、品种，发展和完善销售网络，保证供货速度，为客户提供交货期短、精度高、生产工艺性好、使用寿命长、价格低的优质模具标准件。1.4.6 开发优质模具材料和先进的表面处理技术模具材料是模具工业的基础，当前，国外模具材料系列日趋完善与细化，系列化程度已越来越高。中国是世界第一产钢大国，国内开发的高级优质模具钢品种虽然不少，已纳入国标的如：6Cr4W3Mo2VNb（65Nb），7Cr7Mo2V2Si（LD），7Cr-SiMnMoV（CH-1）等，但推广应用不足，每年所需约70万吨模具钢还要有相当一部分进口。为了扭转这种局面，应根据模具对使用性能的新要求，通过调整材料成份，或借助先进的工艺方法和工艺手段，不断开发具有特殊使用性能的新型模具材料。1.4.7 高速铣削在模具加工中的推广应用高速铣削具有工件温升低、切削力小、加工平稳、加工质量好、加工效率高（为普通铣削加工的510倍）及可加工硬材料（60HRC）等诸多优点，是高精度型腔模具的重要加工手段。国外近年来发展的高速铣削加工，主轴转速可达到40000100000转/min，快速进给速度达到3040m/min，换刀时间可提高到13s，大幅度提高了加工效率，并可获得Ra10m的加工表面粗糙度，形状精度可达10m。1.4.8 研究和应用模具的高速测量技术与逆向工程随着三坐标测量机、扫描仪、便携式扫描仪、激光跟踪仪等先进测量仪器的应用，现代检测技术正向高速度、高精度、高适应性、数字化、自动化方向发展，并不断融入模具产品逆向工程设计中，进一步推动模具制造产品快速制造的响应能力。1.4.9 开发成形新工艺和模具，培养新理念和新模式在成形工艺方面，主要有冲压模具功能复合化、超塑性成形、塑性精密成形技术、塑料模气体辅助注射技术及热流道技术、高压注射成形技术等。另一方面，随着先进制造技术的不断发展和模具行业整体水平的提高，在模具行业出现了一些新的设计、生产、管理理念与模式，具体主要有：适应模具单件生产特点的柔性制造技术；创造最佳管理和效益的团队精神，精益生产；提高快速应变能力的并行工程、虚拟制造及全球敏捷制造、网络制造等新的生产哲理；广泛采用标准件的分工协作生产模式；适应可持续发展和环保要求的绿色设计与制造等。2 排气阀设计及其成型工艺的分析2.1 塑件分析图2.1 排气阀上图2.1 所示是排气阀零件。2.1.1 结构分析如下该塑件为圆碗形，内部有台阶，表面光滑，在模具设计和制造上要有良好的加工工艺，确保成型零件具有一定的光洁度；底部孔位为了装配时能配合紧密，所以必须具备一定的制造精度；2.1.2 成型工艺分析。采用一般精度等级5级，大量生产。该塑件壁厚约为2.0mm左右，考虑到内部比较深，塑件内表面脱模斜度为0.5度。2.2 塑料的选材及性能分析 该塑件做为连接锅盖必须无臭无毒，无机械杂质，必须耐酸、对电绝缘，化学稳定性要好，在这里我们选用聚丙烯(PP塑料)。聚丙烯(PP塑料)是继尼龙之后发展的又一优良树脂品种，它是一种高密度、无侧链、高结晶必的线性聚合物，具有优良的综合性能。未着色时呈白色半透明，蜡状；比聚乙烯轻。透明度也较聚乙烯好，比聚乙烯刚硬。 比重：0.9-0.91克/立方厘米；成型收缩率：1.0-2.5%；成型温度160-220； 熔化温度220275，注意不要超过275。模具温度4080，建议使用50，结晶程度主要由模具温度决定。注射压力可大到1800bar。注射速度通常，使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷，那么应使用较高温度下的低速注塑。流道和浇口对于冷流道，典型的流道直径范围是47mm。建议使用通体为圆形的注入口和流道。所有类型的浇口都可以使用。典型的浇口直径范围是11.5mm，但也可以使用小到0.7mm的浇口。对于边缘浇口，最小的浇口深度应为壁厚的一半；最小的浇口宽度应至少为壁厚的两倍。3 模具设计方案的确定3.1 分型面方案的确定分型面是模具上用来取出塑件和浇注系统料可分离的接触面称为分型面,分型面的选择对模具设计方式影响最大,分型面设计是否合理对塑件质量和模具复杂程度具有很大的影响。基本上是一种分型面对应着一种模具设计方案，所以分型面的选择决定着模具总体的设计方案。3.1.1 分型面的选择原则31）保证塑料制品能够脱模。2）使分型面容易加工。3）尽量避免侧向抽芯。4）使侧向抽芯尽量短。5）有利于排气。6）有利于保证塑件的外观质量。7）尽可能使塑件留在动模一侧。8）尽可能满足塑件的使用要求。9）尽量减少塑件在合模方向的投影面积。10）长型芯应置于开模方向。11）有利于简化模具结构。3.1.2 分型面确定分型面与开模方向垂直, 如图3.1所示。定模型芯利用开模动作从塑件中抽出，整个塑件成型精度比较高，模具结构还算简单。图3.1 分型面形式与位置3.2 型腔数量确定由于生产批量大，本套模具采用一模四腔如图3.2所示。图3.2 型腔排列方式3.3 分流道的确定采用圆形分流道，成X形布局，浇口为侧进胶，如下图3.34 模具设计4.1 注塑机选型注射机是安装在注射机上使用的设备，因此设计注射模应该详细了解注射机的技术规范，才能设计出符合要求的模具。注射机规格的确定主要是根据塑件的的大小及型腔的模具和排列方式，在确定模具结构形式及初步估算外形尺寸的前提下，设计人员应对模具所需的注射量、锁模力、注射压力、拉杆间距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、开模距离进行计算。根据这些参数选择一台和模具相匹配的注射机，倘若用户自己提供型号和规格，设计人员必须对其进行校核，若不能满足要求，则必须自己调整或与用户取得商量调整。4.1.1 注射量计算该产品为PP，查书设计与制造实训得知其密度为0.90.91g.cm-3收缩率为1%2.5%，计算其平均密度为0.9 g.cm-3，平均收缩率为1.75%，通过计算得 塑件体积为： V塑=5.2cm3塑件的质量： M塑=4.68g浇注系统体积： V浇=6 cm3浇注系统质量： M浇=5.4g故得总体积和总质量为： V总=5.24+6=26.8 cm3；M总=26.80.9g=24.1g4.1.2 注射机型号的选定根据注射机注射成塑件所用的塑料起量模架高度，故此选择注射机为G54-S200/400，其工艺参数如下：表4.1 注塑机工艺参数注射机的工艺参数表G54-S200/400额定注射量：200-400cm螺杆直径：55mm注射压力：109M Pa注射行程：160 mm和模力：KN2540KN最大成型面积：645cm2最大开模行程：260mm模具最大厚度：406mm模具最小厚度：165mm4.1.3 型腔数量的校核及注射机有关工艺参数的校核6 1）型腔数量的校核（1）按注射机的最大注射量校核型腔数量 符合要求。式中 注射机允许的最大注射量，该注射机为200-400g。 T成型周期，因塑件还比较大，壁厚，取30s; m1单个塑件的质量，取4.68g ; m2浇注系统的质量，取5.4g ;其他符号意义与取值同前。（2）按注射机的额定锁模力校核型腔数量壳体正反两面产生的胀模力由内模壳抵消；左右两行位压力由导柱和前模板的斜面抵消，取这两处力的一半为正压力：分型面合模处的作用面积： 塑料熔体对型腔的成型压力是，一般是注射压力的30%-65%，取平均压力为： （4.2） （4.3）符合要求。2）注射机工艺参数的校核（1）注射量的校核注射量以容积表示最大注射容积为： 而 符合要求。（2）锁模力的校核前面计算过，符合要求。（3）最大注射压力的校核注射机的额定注射压力即为该机器的最高压力应该大于注射成型所需调用的注射压力的 即式中；为7090；代入数据计算，符合要求。3）安装尺寸的校核最大与最小模具厚度模具厚度H应满足 式中 该套模具厚度H=25+60+90+80+25=281mm 。很明显，选择该注射机满足模具设计的要求。4）开模行程校核注射机动模板的开模行程，取260mm，见表4.2；塑件推出行程取10mm；为包括流道凝料在内的塑件高度；代值计算发现开模行程能满足。4.2 模具浇注系统设计和浇口的设计浇注系统是引导凝料熔体从注射机喷嘴到模具型腔的进料通道，具有传质、传压和传热的功能。 4.2.1 主流道的设计4主流道是连接注射机的喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，具有一顶的锥度，以便熔体的流动和开模时主流到凝料的顺利拔除。1）主流道尺寸和浇口的设计（1）主流道的小端直径 D =注射机喷嘴直径+（0.51） =3+（0.51），取D=3.5mm 。（2）主流道的球面半径 SR =注射机喷嘴球头半径+（12） =15+（12），取SR=16mm 。（3）球面的配合高度