塑料模具設(shè)計(jì)與制造的認(rèn)識(shí)

1、塑料模具設(shè)計(jì)與制造的認(rèn)識(shí)院系名稱： 材料與化工學(xué)院班 級(jí)： 高分子091學(xué) 號(hào)： 1學(xué)生姓名： 袁立峰指導(dǎo)教師： 蘇朝化 時(shí) 間: 2012 年 11 月一、模具在加工工業(yè)中的地位模具是利用其特定形狀去成型具有一定的形狀和尺寸制品的工具。在各種材料加工工業(yè)中廣泛的使用著各種模具。例如金屬鑄造成型使用的砂型或壓鑄模具、金屬壓力加工使用的鍛壓模具、冷壓模具等各種模具。 對(duì)模具的全面要求是：能生產(chǎn)出在尺寸精度、外觀、物理性能等各方面都滿足使用要求的公有制制品。以模具使用的角度，要求高效率、自動(dòng)化操作簡(jiǎn)便；從模具制造的角度，要求結(jié)構(gòu)合理、制造容易、成本低廉。 模具影響著制品的質(zhì)量。首先，模具型腔的形狀

2、、尺寸、表面光潔度、分型面、進(jìn)澆口和排氣槽位置以及脫模方式等對(duì)制件的尺寸精度和形狀精度以及制件的物理性能、機(jī)械性能、電性能、內(nèi)應(yīng)力大小、各向同性性、外觀質(zhì)量、表面光潔度、氣泡、凹痕、燒焦、銀紋等都有十分重要的影響。其次，在加工過(guò)程中，模具結(jié)構(gòu)對(duì)操作難以程度影響很大。在大批量生產(chǎn)塑料制品時(shí)，應(yīng)盡量減少開(kāi)模、合模的過(guò)程和取制件過(guò)程中的手工勞動(dòng)，為此，常采用自動(dòng)開(kāi)合模自動(dòng)頂出機(jī)構(gòu)，在全自動(dòng)生產(chǎn)時(shí)還要保證制品能自動(dòng)從模具中脫落。另外模具對(duì)制品的成本也有影響。當(dāng)批量不大時(shí)，模具的費(fèi)用在制件上的成本所占的比例將會(huì)很大，這時(shí)應(yīng)盡可能的采用結(jié)構(gòu)合理而簡(jiǎn)單的模具，以降低成本。 現(xiàn)代生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效的

3、設(shè)備、先進(jìn)的模具是必不可少是三項(xiàng)重要因素，尤其是模具對(duì)實(shí)現(xiàn)材料加工工藝要求、塑料制件的使用要求和造型設(shè)計(jì)起著重要的作用。高效的全自動(dòng)設(shè)備也只有裝上能自動(dòng)化生產(chǎn)的模具才有可能發(fā)揮其作用，產(chǎn)品的生產(chǎn)和更新都是以模具的制造和更新為前提的。由于制件品種和產(chǎn)量需求很大，對(duì)模具也提出了越來(lái)越高的要求。因此促進(jìn)模具的不斷向前發(fā)展。二、模具設(shè)計(jì)與制造的發(fā)展歷史 上世紀(jì)30年代以前，一般采用簡(jiǎn)單工具與設(shè)備，形成以手工制造模具的生產(chǎn)方式，也只能制造簡(jiǎn)單模具，其制造精度與質(zhì)量完全取決于工人技藝和實(shí)際經(jīng)驗(yàn)。上世紀(jì)3070年代后期，是模具工業(yè)化生產(chǎn)方式的發(fā)展過(guò)程。其主要成就與特征有：廣泛采用銑削、成形磨削工藝，并實(shí)現(xiàn)帶

4、精密孔距的圓孔與型孔加工的精密坐標(biāo)磨削工藝技術(shù)；電火花成形加工和NC電火花線切割加工工藝的廣泛應(yīng)用，為高硬材料的型件提供了關(guān)鍵加工技術(shù)；實(shí)現(xiàn)了模具型件的專(zhuān)業(yè)化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。隨著模具標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，在生產(chǎn)中全面采用標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行設(shè)計(jì)與制造，不僅是模具工業(yè)化生產(chǎn)方式的重大成就和特征，也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化模具生產(chǎn)方式的重要技術(shù)基礎(chǔ)。隨著計(jì)算機(jī)和機(jī)床工業(yè)的進(jìn)步與發(fā)展，1980年以來(lái)模具CAD/CAM、CAD/CAM/CAE已成為廣泛的應(yīng)用技術(shù)，它們與標(biāo)準(zhǔn)化相配合實(shí)現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)與制造的信息化、數(shù)字化的模具生產(chǎn)方式。三、我國(guó)塑料模具工業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 80 年代以來(lái)，在國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國(guó)家經(jīng)濟(jì)

5、政策的支持和引導(dǎo)下，我國(guó)模具工業(yè)發(fā)展迅速，年均增速均為13%，1999 年我國(guó)模具工業(yè)產(chǎn)值為245 億，至2000年我國(guó)模具總產(chǎn)值預(yù)計(jì)為260-270 億元，其中塑料模約占30%左右。在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模在模具總量中的比例還將逐步提高。我國(guó)塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)48 英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6.5kg 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車(chē)保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具；精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模

6、機(jī)構(gòu)的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面也取得較大進(jìn)展。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE 技術(shù)的應(yīng)用水平上了一個(gè)新臺(tái)階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進(jìn)了相當(dāng)數(shù)量的CAD/CAM 系統(tǒng)， 據(jù)有關(guān)方面預(yù)測(cè)，模具市場(chǎng)的總體趨熱是平穩(wěn)向上的，在未來(lái)的模具市場(chǎng)中，塑料模具的發(fā)展速度將高于其它模具，在模具行業(yè)中的比例將逐步提高。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，對(duì)塑料模具提出越來(lái)越高的要求是正常的，因此，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命塑料模具的發(fā)展將高于總量發(fā)展速度。同時(shí)，由于近年來(lái)進(jìn)口模具中，精密、大型、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具占多數(shù)，所以，從減少進(jìn)口、提高國(guó)產(chǎn)化率角度出發(fā)，這類(lèi)高檔模具在市場(chǎng)上的份額也將逐步增大。建筑業(yè)的快速發(fā)展，使

7、各種異型材擠出模具、PVC 塑料管材管接頭模具成為模具市場(chǎng)新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，高速公路的迅速發(fā)展，對(duì)汽車(chē)輪胎也提出了更高要求，因此子午線橡膠輪胎模具，特別是活絡(luò)模的發(fā)展速度也將高于總平均水平；以塑代木，以塑代金屬使塑料模具在汽車(chē)、摩托車(chē)工業(yè)中的需求量巨大；家用電器行業(yè)在“十五”期間將有較大發(fā)展，特別是電冰箱、空調(diào)器和微波爐等的零配件的塑料模需求很大；而電子及通訊產(chǎn)品方面，除了彩電等音像產(chǎn)品外，筆記本電腦和網(wǎng)機(jī)頂盒將有較大發(fā)展，這些都是塑料模具市場(chǎng)的增長(zhǎng)點(diǎn)。四、模具的設(shè)計(jì)與制造過(guò)程 研究表明，模具的使用壽命與熱處理、選材、結(jié)構(gòu)、機(jī)械加工工藝、滑潤(rùn)、設(shè)計(jì)水平等諸多因素有關(guān)。根據(jù)對(duì)大量失效模具的分析統(tǒng)計(jì)

8、，在引起模具失效的各種因素中，熱處理不當(dāng)約占45%，選材和模具結(jié)構(gòu)不合理約占25%，工藝問(wèn)題約占10%，滑潤(rùn)和設(shè)備問(wèn)題因素約占20%。因此，在模具設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，選材、模具結(jié)構(gòu)、熱處理工藝、加工工藝和改善模具的工作條件都能夠提高模具的質(zhì)量和使用壽命。1.合理選用模具材料 選用模具材料時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同的生產(chǎn)批量、工藝方法進(jìn)行選擇。在批量生產(chǎn)中，應(yīng)選用耐用的模具材料，如硬質(zhì)合金，高強(qiáng)韌、高耐磨模具鋼；小批量或新產(chǎn)品試制可采用鋅合金、鉍錫合金等模具材料；易變形、易斷裂失效的通用模具，需要選用高強(qiáng)度、高韌性的材料；熱鍛模要選用具有良好的韌性、強(qiáng)度、耐模性和抗冷熱疲勞性能的材料；壓鑄模要采用熱疲勞抗力高

9、、高溫強(qiáng)度大的合金鋼；塑料模具則應(yīng)選擇易切削、組織致密、拋光性能好的材料。此外，在設(shè)計(jì)凸凹模時(shí)，選用不同硬度或不同材料的模具相搭配，模具使用壽命可提高56倍。2.合理的模具結(jié)構(gòu)模具設(shè)計(jì)的原則是保證足夠的強(qiáng)度、剛度、同心度、對(duì)中性和合理的沖裁間隙，并減少應(yīng)力集中，以保證由模具生產(chǎn)出來(lái)零件符合設(shè)計(jì)要求。因此，對(duì)模具的主要工作零件要求導(dǎo)向精度高、同心度和中性好及沖裁的間隙合理。 在模具設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)著重考慮：凸模應(yīng)注意導(dǎo)向支撐和對(duì)中保護(hù)，特別是設(shè)計(jì)小孔凸模時(shí)采用自身導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，可延長(zhǎng)模具壽命；對(duì)夾角、窄槽等薄弱部位，為了減少應(yīng)力集中，要以圓弧過(guò)渡，圓弧半徑R可取35 mm；對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的凹模采用鑲拼結(jié)構(gòu)，

10、也可減少應(yīng)力集中；合理增大間隙，改善凸模工作部分的受力狀態(tài)，使沖裁力、卸件力和推件力下降，凸、凹模刃口磨損減少。3.模具的熱處理工藝從模具失效分析得知，45%的模具失效是由于熱處理不當(dāng)造成的。磨損、粘結(jié)均發(fā)生在表面，疲勞、斷裂也往往從表面開(kāi)始，因此對(duì)模具表面的加工質(zhì)量要求非常高。但實(shí)際上由于加工痕跡的存在，熱處理時(shí)表面氧化脫碳在所難免，模具的表面性能反而比基體差。采用熱處理新技術(shù)是提高模具性能的有效措施。模具熱處理工藝包括基體強(qiáng)韌化和表面強(qiáng)化處理：基體的強(qiáng)韌化在于提高基體的強(qiáng)度和韌度，減少斷裂和變形；表面強(qiáng)化的主要目的是提高模具表面的耐磨性、耐蝕性和潤(rùn)滑性能。4.模具的整體強(qiáng)韌化工藝 模具既要

11、有優(yōu)良的整體強(qiáng)韌化性能，又要具有優(yōu)異的型腔表面性能，才能提高模具使用壽命。為此，出現(xiàn)了在對(duì)模具整體強(qiáng)韌化的基礎(chǔ)上再進(jìn)行表面強(qiáng)化的各種處理工藝；對(duì)普通冷作模具鋼采用低溫淬火與低溫回火處理，可達(dá)到增加韌性、減少脆性和折斷的良好效果；對(duì)熱作模具鋼采用高溫淬火與高溫回火處理，可顯著提高熱作模具鋼的強(qiáng)韌性和熱穩(wěn)定性。例如，對(duì)于3Cr2W8V材料制成的壓鑄模，采用400500及800850的兩次預(yù)先正火，而后進(jìn)行高溫淬火、回火處理，可提高韌性40%，模具壽命可提高一倍。 除此之外，還可采用形變熱處理，形變熱處理是把鋼的強(qiáng)化與相變強(qiáng)化結(jié)合起來(lái)的一種強(qiáng)韌化工藝。形變熱處理的強(qiáng)韌化本質(zhì)在于獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，細(xì)化馬氏體，增加馬氏體中的位錯(cuò)密度，并形成胞狀亞結(jié)構(gòu)，同時(shí)促進(jìn)碳化物的彌散硬化作用。5.模具的表面強(qiáng)化熱處理模具表面強(qiáng)化處理工藝主要有氣體氮化法、離子氮化法、電火花表面強(qiáng)化法、滲硼、TD法、CVD法、PVD法、激光表面強(qiáng)化法、離子注入法等離子噴涂法等。6.模具的機(jī)械加工工藝 模具的機(jī)械加工工藝直接影響模具的使用壽命和產(chǎn)品的質(zhì)量。由于模具形狀多種多樣而且精度要求高，因此在加工過(guò)程中除了使用普通機(jī)械加工設(shè)備外，還需一些電火花加工機(jī)床、電火花線切割機(jī)床和