大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
第一章 绪论
1.1我国塑料模具的发展
模具是汽车、电子、电器、航空、仪表、轻工、塑料、日用品等工业生产的重要工艺装备，模具工业是国民经济的基础工业 没有模具，就没有高质量的产品。用模具加工的零件，具有生产率高、质量好、节约材料、成本低等一系列优点。因此已经成为现代工业生产的重要手段和工艺发展方向。因此，模具技术，特别是制造精密、复杂、大型模具的技术，已成为衡量一个国家机械制造水平的重要标志之一。
根据国际生产协会报告，在目前阶段，工业品零件粗加工的75％、精加工的50％都是由模具成型完成的。目前，美国、日本、德国等工业发达国家模具工业的产值均已超过机床总产值；我国台湾地区模具工业也以每年35％以上的年增长率迅速发展；我国大陆地区模具工业近几年更是获得了飞速的发展，尤其是塑料模具，在模具设计和制造水平上都有了长足的进步。
近年来我国通过引进国际的先进技术和加工设备，使塑料模具的制造水平比十年前进了一大步；然而由于基础薄弱、对引进技术的吸收、掌握，尚有一段距离，而且发展也十分不平衡，因而，我国塑料模具总体水平与世界先进技术尚有一定差距。
塑料成型模具可分为三大类，即注射成型模具、中空成型模具和挤出成型模具(包括机头)：我国现在的制造水平，以注射成型模具为最高，中空成型模具为最低，如化妆品用瓶子的吹塑模具，无论从造型以及质量上远不能适应出口要求。
1.2我国塑料模具的技术现状
目前我国从事塑料注射模具设计的人员虽然不少，但大多数专业知识不够丰富，没有受过专门系统的训练，所以高水平的设计人员不多；专业书籍缺乏，没有一套我国自己的设计理论与设计数据：从设计结构上看，我们的设计还不够细致，许多细节考虑的欠周到，以至于模具使用受命不长；从模具材料看，我国的塑料模具钢起步时问不长，而国际上塑料模具钢的品种则有很多可供选择 目前，我国虽然也有个别品种诸如预硬化钢具有较好的质量，但应用较少，主要是国产的钻头、端铣刀等切削工具难以切削诸如HRC40等很硬的钢。
从加工工艺水平看，主要是设备水平不高，专门设备使用的少，检测手段落后，模具装配水平不高，导致容易出现溢料或错位现象。
吹塑制品目前存在的主要问题是外观不良、厚薄不均、造型不美、精度不高。此外还存在恶性竞争、发展不平衡、价格不合理等现象，这些都阻碍了模具行业的健康发展。
大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
1.3我国塑料模具的发展的趋势
由于塑料模具工业快速发展及上述各方面差距的存在，因此我国今后塑料模具的发展必将大于模具工业总体发展速度。塑料模具生产企业在向着规模化和现代化发展的同时，“小而专”、“小而精” 仍旧是一个必然的发展趋势。从技术上来说，为了满足用户对模具制造的“交货期短”、“精度高”、“质量好”、“价格低”的要求，以下的发展趋势也较为明显[1]。
① 在模具设计制造中将全面推广CAD／CAM／CAE技术。
CAD／CAM／CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑，实践证明，CAD／CAM／CAE技术是模具制造的发展方向。现在，全国普及CAD／CAM／CAE技术的条件已基本成熟。
② 模具高速扫描及数字化系统将在逆向工程中发挥更大作用。
高速扫描机和模具扫描系统已在我国200多家模具厂得到应用，取得良好效果。该系统提供了从模型或实物扫描到加工出期望的模型所需的诸多功能，大大缩短了模具的研制制造周期。
③ 快速原型制造（RPM）及相关技术将得到更好的发展。
快速原型制造（RPM）技术是美国首先推出的。它是伴随着计算机技术、激光成型技术和新材料技术的发展而产生的，是一种全新的制造技术，是基于新颖的离散／堆积（即材料累加）成型思想，根据零件CAD模型，快速自动完成复杂的三维实体（模型）制造。
④ 超精加工和复合加工将得到发展。 航空航天等部门已应用纳米技术，必须要有超高精度的模具制造超高精度的零件。随着模具向精密化和大型化方向发展，加工精度超过1微米的超精加工技术和集电、化学、超声波、激光等技术综合在一起的复合加工技术在今后的模具制造中将有广泛的前景。
- 1 -
大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
第二章 原料介绍
本塑件（如图1）的原料为ABS树脂（丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物，ABS是Acrylonitrile Butadiene Styrene的首字母缩写）是一种强度高、韧性好、易于加工成型的热塑型高分子材料。因为其强度高、耐腐蚀、耐高温，所以常被用于制造仪器的塑料外壳。
ABS树脂是丙烯腈（Acrylonitrile）、1,3-丁二烯（Butadiene）、苯乙烯（Styrene）三种单体的接枝共聚物。它的分子式可以写为（C8H8·C4H6·C3H3N）x，但实际上往往是含丁二烯的接枝共聚物与丙烯腈-苯乙烯共聚物的混合物，其中，丙烯腈占15%~35%，丁二烯占5%~30%，苯乙烯占40%~60%，最常见的比例是A:B:S=20:30:50。ABS塑料的成型温度为180-250℃，但是最好不要超过240℃，此时树脂会有分解[2]。
图1 塑件结构图
随着三种成分比例的调整，树脂的物理性能会有一定的变化： 1,3-丁二烯为ABS树脂提供低温延展性和抗冲击性，但是过多的丁二烯会降低树脂的硬度、光泽及流动性；
丙烯腈为ABS树脂提供硬度、耐热性、耐酸碱盐等化学腐蚀的性质； 苯乙烯为ABS树脂提供硬度、加工的流动性及产品表面的光洁度。 ABS树脂是微黄色固体，有一定的韧性，密度约为1.04~1.06 g／cm3。它抗酸、碱、盐的腐蚀能力比较强，也可在一定程度上耐受有机溶剂溶解[3]。
ABS树脂可以在-25℃~60℃的环境下表现正常，而且有很好的成型性，加工出的产品表面光洁，易于染色和电镀。因此它可以被用于家电
- 2 -
大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
外壳、玩具等日常用品。常见的乐高积木就是ABS制品。
ABS树脂可与多种树脂配混成共混物，如PC／ABS、ABS/PVC、PA／ABS、PBT／ABS等，产生新性能和新的应用领域，如：将ABS树脂和PMMA混合，可制造出透明ABS树脂。
ABS是本世纪40年代发展起来的通用热塑性工程塑料，是一个综合力学性能十分优秀的塑料品种，不仅具有良好的刚性、硬度和加工流动性，而且具有高韧性特点，可以注塑、挤出或热成型。ABS树脂容易加工，加工尺寸稳定性好和表面光泽度好，容易涂装、着色，还可以进行喷涂金属、电镀、焊接和粘接等二次加工性能，可广泛应用于电子电器领域，包括各种办公和消费性电子/电器，办公电器包括电子数据处理机、办公室设备。近年来在电子电器市场， ABS树脂在要求阻燃和高耐热的电子/电器市场中将保持其地位，阻燃与耐高热的ABS树脂在与ABS/PC等工程塑料合金的竞争中具有明显的优势。
本塑件设计选用Monsanto Kasei 公司生产的牌号为TFX-210的ABS树脂其性能参数见表1：
表1 牌号为TFX-210的ABS树脂的性能参数 性能
固体密度/（g·cm-3） 熔体密度/（g·cm-3） 热变形温度/℃ 拉伸强度/MPa 弯曲强度/MPa 冲击强度/（J·m-1） 弹性模量/MPa 剪切模量/MPa 成型收缩率/%
- 3 -
参数 1.0828 0.97453 87 45 65 157 2760 992.8 0.40~0.50
大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
第三章 浇注系统的设计
因为塑件原料为ABS树脂不但形状复杂，且尺寸精度要求较高，所以尽管塑件的质量较轻，仍采用单分型面，一模两腔对称布置。分型面选择在塑件投影面积最大的部位。分流道设计在分型面上，以便于浇口的加工。浇注系统如图2所示。
图2 浇注系统示意图
3.1主流道的设计
主流道设计为主流道衬套的形式，主流道的形状设计为圆锥形长度为60mm，小端直径为4mm，大端直径为6mm，形状如图2所示。主流道衬套的材料选择优质的工具钢T8A进行加工并且要进行热处理表面硬度达到50~55HRC。
主流道凝料量为V主 V主=π32×180／3－π22×120／3
= 1695.6－502.4=1193.2mm3 =1.19cm3
3.2分流道的设计
分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关[4]。分流道的断面形状有圆形、六边形、半圆形、梯形、矩形、U字形等。本设计的分流道采用平衡式的分布，因该塑件的体积较小、壁厚比较均匀，为了便于加工，分流道截面形状采用圆形，一半在动模一侧，另一半在定模一侧，直径取5mm，总长度为22mm。形状如图2所示。
- 4 -
大连工业大学 届本科生毕业设计（论文）
分流道凝料量为V分 V分=π2.52×22= 431.75mm3=0.43cm3
3.3浇口的设计
浇口是连接分流道与行腔的通道，虽然是浇注系统中截面积最小的部分，但却是浇注系统的关节部分。其断面尺寸都比分流道的断面尺寸小得多，长度也短很多，起着调节料流速度、控制补料时间等作用。由于塑件结构接近平板状，为了保证顺利充模，采用边缘浇口即侧浇口。浇口长度为3mm。具体形状如图2所示。
3.4冷料井的设计
冷料井是用来除去料流中的前端冷料。在注射循环过程中，由于注射机喷嘴与低温模具接触，使喷嘴前端存有一小段低温料。如果冷料进入型腔将造成制件上的冷瘢、冷接缝，甚至在进入型腔前冷料头即将浇口堵塞而不能进料[5]。本设计的冷料井采用带拉料杆的冷料井，拉料杆选用Z形拉料杆。
3.5Moldflow模拟注射过程
Moldflow是一款能在电脑上模拟塑料成型的软件，多用于注射成型，其能准确反应塑胶制品在成型过程中的充填过程，体积收缩，熔接痕，冷却效果以及变形等情况，使其能够在加工制造前对设计方案进行模拟评估以及优化处理。减少潜在的设计失误，缩短产品的开发周期，降低开发成本，在模具设计初期以及改模阶段起着不可忽视的作用[6]。
按照设计数据在Moldflow中建立浇注系统、选好原料、设置成型工艺参数。然后进行注射过程的模拟。
通过计算机模拟可得到如表2中的数据：