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当制品上带有侧孔或侧凹结构时,在顶出机构工作前,先要将作侧向运动的型芯从制品中抽出,该侧向运动是由抽芯机构实现的。由此可知,该机构只是部分注射成型模才需要设置。
(7)冷却和加热装置
加热是为满足注射成型工艺对模具温度的要求:冷却为使熔料能在模具内冷却定型。一般凹模、型芯中通冷却水、热水、热蒸汽等。 (8)排气系统
排气系统是为了把型腔内原有的空气以及塑料受热过程中产生的气体排出,而在模具分型面(凹模、型芯相配合的接触面又称合模面)处开设排气槽。 3.1.3 模具在国民经济中的地位
模具是制造业的一种基本工艺装备,它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动,使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高,产品质量好,材料消耗低,生产成本低而广泛应用于制造业中。
模具工业是国民经济的基础工业,是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志,它在很大程度上决定着产品的质量,效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业,正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的《关于当前产业政策要点的决定》中,将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。
模具工业既是高新技术产业的一个组成部分,又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械,电子,轻工,汽车,纺织,航空,航天等工业领域里,日益成为使用最广泛的主要工艺装备,它承担了这些工业领域中60%~90%的产品的零件,组件和部件的生产加工。
模具制造的重要性主要体现在市场的需求上,仅以垃圾桶为例,垃圾桶行业的模具市场为例。汽车,垃圾桶行业是模具最大的市场,在工业发达的国家,这一市场占整个模具市场一半左右。轻工业是我国国民经济支柱产业之一,垃圾桶工业重点是发展部件,经济型垃圾桶和环保性垃圾桶,垃圾桶模具作为发展重点,已在工业产业政策中得到了明确。垃圾桶基本外形型不断增加,2005年将达到170种。一个型号的垃圾桶所需模具达几千副,价值上亿元。为了适应市场的需求,垃圾桶将不断换型,垃圾桶换型时约有80%的模具需要更换。中国是发展中国家中产量位居世界前列,据统计,中国垃圾桶共有多多种多用型,1000多个型号。其中一半以上需要模具生产。一个型号的环保垃圾桶车生产需多副模具,总价值上百万。其他行业,如电子及通讯,家电,建筑等,也存在巨大的模具市场。
目前世界模具市场供不应求,模具的主要出口国是美国,日本,法国,瑞士等国家。中国模具出口数量极少,但中国模具钳工技术水平高,劳动成本低,只要配备一些先进的数控制模设备,提高模具加工质量,缩短生产周期,沟通外贸渠道,模具出口将会有
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很大发展。研究和发展模具技术,提高模具技术水平,对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。
3.1.4 我国塑料制品行业,模具行业的现状及发展趋势
我国模具行业的生产一直是小散乱,跨行业,投资密集,专业化,商品化和技术管理水平都比较低。现工业的发展要求各行各业的产品更新换代快,对模具的需求量加大。一般的模具可以自行制造,但是很多形状大而复杂的,精密和长期寿命的级进模,大形精密塑料模和汽车覆盖件仍需要进口。近年来,模具进口量已超过国内生产的商品模具的总售量。
塑料是以树脂为主要成分的高分子有机化合物,简称高聚物,一般相对分子质量都大于1万,有的甚至可达百万级。在一定温度和压力下具有可塑性,可以利用模具成型为几何形状和尺寸的塑件。塑料的其余成分包括有增塑剂、稳定剂、增强剂、固化剂、添料及其它配合剂。现在,我国塑料制品行业仍随国家宏观经济稳定增长而快速增长。但是,国内塑料制品的发展同发达国家相比还是有着一定的差距,生产和销售的一些方面都不是很完善。因此,加快塑料制品业的发展是我国经济社会发展的迫切要求。随着我国经济的飞速发展,这种要求更为显著。十几年来,中国塑机行业取得了长足的进步,年产各种塑料加工机械十万余台,基本上能满足一般塑料原料加工与塑料制品加工、成型的要求。除几十个大型塑料企业集团拥有先进设备外,绝大多数塑料加工企业均以国产设备为主。由于在大型、精密和高速设备方面,国内产品还存在很多不足,近年来中国进口的塑料机械的数量也在迅速增长,每年进口各种塑机数万台套,约为国内塑料机械总产值的两倍,这说明国外先进的塑料机械制造商在技术上具有比较明显的竞争优势。特别是在某些产品领域,进口设备占据主导地位,如中国耐热PET瓶的生产,几乎全部是由进口设备完成的,高档薄膜生产设备也全部是引进的生产线。
许多新产品的开发和生产在很大程序上都依赖于模具生产,其中汽车、电子、通信、轻工、石化、建筑等行业尤为突出。中国加入世贸组织已五年,2006年国民经济持续高速发展,自主创新,构建和谐社会的成果不断显现,装备制造业得到高度重视,机械工业发展态势良好,这些都有力地促进了我国模具工业的发展。国内市场对模具需求旺盛,国际上一方面是我国模具在中低端产品方面有较强的竞争力,国际采购到我国的比例逐年增大,另一方面是工业发达国家将模具生产向我国转移呈现快速增长态势。
随着人均国民生产总值的提高,进入二十一世纪的模具企业和模具产品比上年有大幅增加。对模具提出不断提高的要求,促使模具水平不断提高。同时,由于模具出口大幅增长(上半年比上年同期增长46.9%),也带动模具水平不断提高,这是因为出口模具往往有比国内更高的要求所致。2006年模具水平提高主要表现有:级进模水平有较快提高,大型级进模长度已超过3米,精密级进模已可与2000次/分高速冲床匹配;热流道模具和气辅模具水平进一步提高,有的已达到国际水平;在CAD/CAM技术得到普及的同时,CAE技术应用越来越广,CAD/CAE/CAM一体化技术得到发展,并取得较好成果;模
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具新结构、新品种、新工艺、新材料的创新成果不断涌现,专利数量增多;2006年5月在上海举办的第十一届中国国际模具技术和设备展览会上,有比往届更多的模具产品得奖,并且得奖产品的水平比以往更高;有比往年更多、水平更高的模具被中国模协技术委员会评审专家组推荐为国家级新产品等等。
长期以来,我国高聚物成型加工过程工艺参数的设定和模具设计与制造主要依赖于工艺人员和模具设计人员的经验和技巧,设计的合理性只能通过试模来判断,制造的缺陷也主要靠修模来纠正,导致模具及制品的设计与制造周期长、成本高、档次低。我国模具技术水平大约落后于国外20年,模具生产只能满足需要的60%左右,每年进口的精密复杂模具高达数亿美元。 3.1.5 现代模具工业的发展趋势
自20世纪80年代以来,我国的经济逐渐起飞,也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后,大陆的工业发展十分迅速,模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币,1994年增长到130亿元人民币,1999年已达到245亿元人民币,2000年增至260~270亿元人民币。今后预计每年仍会以10℅~15℅的速度快速增长。
目前,我国17000多个模具生产厂点,从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外,其他所有制形式的模具厂家,包括集体企业,合资企业,独资企业和私营企业等,都得到了快速发展。其中,集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如,浙江宁波和黄岩地区,从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家,成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东,一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业,为了提高其产品的市场竞争能力,纷纷加入了对模具制造的投入。例如,科龙,美的,康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区,现已有几千家。
在模具工业的总产值中,企业自产自用的约占三分之二,作为商品销售的约占三分之一。其中,冲压模具约占50℅(中国台湾:40℅),塑料模具约占33℅(中国台湾:48℅),压铸模具约占6℅(中国台湾:5℅),其他各类模具约占11(中国台湾:7℅)。
20世纪80年代开始,发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来,并发展成为独立的工业部门,其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来,我国的模具工业发展也十分迅速。近年来,每年都以15%的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度,将技术进步作为企业发展的重要动力。此外,许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后,我国要发展成为世界制造强国,仍将依赖于模具工业的快速发展,成为模具制造强国。
中国塑料模工业从起步到现在,历经了半个多世纪,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\(约122CM)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,精密塑料模方
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面,以能生产照相机塑料件模具,多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力,在模具CAD/CAE/CAM技术,模具的电加工和数控加工技术,快速成型与快速制模技术,新型模具材料等方面取得了显著进步;在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。
尽管我国模具工业有了长足的进步,部分模具已达到国际先进水平,但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要,每年仍需进口10多亿美元的各类大型,精密,复杂模具。与发达国家的模具工业相比,在模具技术上仍有不小的差距。今后,我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新,以缩小与国际先进水平的距离。 (1)注重开发大型,精密,复杂模具;随着我国轿车,家电等工业的快速发展,成型零件的大型化和精密化要求越来越高,模具也将日趋大型化和精密化。
(2)加强模具标准件的应用;使用模具标准件不但能缩短模具制造周期,降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此,模具标准件的应用必将日渐广泛。 (3)推广CAD/CAM/CAE技术;模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明,模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向,可显著地提高模具设计制造水平。
(4)重视快速模具制造技术,缩短模具制造周期;随着先进制造技术的不断出现,模具的制造水平也在不断地提高,基于快速成形的快速制模技术,高速铣削加工技术,以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。 3.1.6 国内外注塑模CAD/CAE技术的发展
近二十多年间,国外注塑模CAD/CAE技术发展相当迅速。20世纪60年代中期,英国、美国、加拿大的学者就开始了有关塑料熔体在模具型腔内流动和冷却的基础研究;70年代已开始应用计算机对熔融塑料在圆形、管形和长方形型腔内的流动情况进行分析;80年代初,人们成功地采用有限元法分析三维型腔的流动过程;80年代中期注塑模 CAD/CAE 进入实用阶段,出现了许多商品化注塑模 CAD/CAE 软件,比较著名的有:MODLFLOW、Pro/Engineer、C-MOLD、CATIA、UG、I-DEAS、CADDS、CAD-MOULD等。
我国在注塑模CAD技术开发研究与应用方面起步较晚。从20世纪80 年代中期开始,国内部分大中型企业先后引进了一些国外知名度较高的注塑模 CAD系统。同时,某些高等学校和科研院所也开始了注塑模CAD系统的研制与开发工作。我国注塑模 CAD/CAE研究始于70年代末,发展较为迅速。多年来,我国对注塑模设计制造技术及其CAD的开发应用十分重视,在“八五”期间,这方面安排了“大型薄壁深腔注塑模具制造技术”、“多型腔小模数齿轮精密模具制造技术”和“实用CAD/CAM技术在精密注塑模制造中的应用”等国家重点企业技术开发项目,还安排了国家“八五”重点科技公关项目“塑料注塑模CAD/CAE/CAM集成系统研究”。这些项目的成果对促进我国注塑模CAD技术的迅速发展起了重要作用。
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3.5.2 分型面的设计
分型面是决定模具结构形式的重要因素,它与模具的整体结构和模具的制造艺有密切关系,并且直接影响着塑料熔体的流动特性及塑料的脱模。 3.5.1分型面的形式
该塑件的模具只有一个分型面,垂直分型。 3.5.2分型面的设计原则
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、浇注系统的设计、塑件的结构工艺性及精度、形状以及摧出方法、模具的制造、排气、操作工艺等多种因素的影响,因此在选择分型面时应综合分析。选择分型面时一般应遵循以下几项基本原则: (1)分型面应选在塑件外形最大轮廓处; (2)确定有利的留模方式,便于塑件顺利脱模; (3)保证塑件的精度; (4)满足塑件的外观质量要求; (5)便于模具制造加工; (6)注意对在型面积的影响;
4 总结
通过本课题的研究,完成了机构创新设计和注塑模具的设计。着重说明了垃圾桶轮的设计和模具设计的一般方法,即测量数据,三维建模、注射成型的分析、注射机的选择及相关参数的校核、模具的结构设计、注射模具设计的有关计算、模具总体尺寸的确定与结构草图的绘制、模具结构总装图和零件工作图的绘制、全面审核投产制造等。其中模具结构的设计既是重点又是难点,主要包括成型位置的及分型面的选择,模具型腔数的确定及型腔的排列和流道布局和浇口位置的选择,模具工作零件的结构设计,推出机构的设计等等。
随着工业技术的发展,人们对制品质量的要求越来越高,传统的注射成型技术在许多场合已经很难满足生产要求。所以学习塑料模具设计的基本知识,掌握塑料模具设计的基本方法显得十分重要,为了缩短生产周期,提高效益,对模具的设计应该力求标准化、精密化。