第一章 绪论1.1 模具的重要性及特点模具作为工业产品生产过程中的重要工艺装备之一，能够通过一定的方式经由特定的成形零件使原材料形成固定的形状。现代产品的生产中，模具由于其节省原材料、加工效率高、互换性好等一系列的特点，得到了十分广泛的应用，并发展成为现代工业生产中的工艺发展方向和重要手段。模具是工业之母。一个国家的模具技术是衡量其产品制造水平的重要标志之一。尤其是大型、制造精密和复杂的模具的技术在国家制造业中的地位尤其突出。模具技术促进了工业产品的发展以及质量的提高，并为社会创造了极大的经济效益。所以说，模具是效益放大器。模具工业是我国国民经济发展中的重要基础产业之一。许多国民经济支柱产业，例如机械、汽车、石油化工、电子和建筑等，都对模具的发展提出了更高的要求。如果没有质量好设计优的模具，就不会有质量高的产品。家电、电器、通信、电机、汽车等产品对模具的依赖性尤为突出。它们中的60%以上的零部件都需要依靠模具来成型。我国的石化工业每年生产600多万吨聚丙烯、聚乙烯和其它合成树脂，其中的极大部分需要使用塑料注射模具来成型，从而变成各种各样的塑料制品，来满足人类生产生活的需要。因此，模具技术及模具工业不仅在国民经济和社会发展中起着举足轻重的作用，而且还与人类生产生活息息相关。1.2 模具的现状及其发展方向1.2.1 国内和国外塑料模具的现状近年来，我国通过引进国外先进的技术和加工制造设备，使塑料模具的制造水平取得了极大的进步。例如，模数较小的塑料齿轮模具等精密的塑料模具，由于齿轮在成型压缩过程中会产生齿形误差，目前我国国产的塑料齿轮模具在模具的设计中采用了最新的软件，纠正了齿形误差，达到标准渐开线的造型要求，因而已经达到国际同类产品的先进水平。另外一些大型、复杂、精密的注塑模具，例如，纯平彩电塑壳注塑模、高效多色注射塑料模、显示管隔离器注塑模等模具的设计和制造水平，也已经达到或接近了国际先进水平。但是由于技术基础薄弱，对引进的技术还不能完全的掌握和吸收，所以我国的塑料模具总体水平还与国际先进技术水平存在一定的差距。尽管在过去的十几年中，我国的塑料模具工业取得了令人瞩目的发展，但是在许多方面与发达国家相比，依然具有较大的差距。例如，目前精密加工设备在我国模具加工设备中的比重过低，CAD/CAE/CAM按术的普及率较低，很多先进模具技术的应用范围狭小等。尤其是在大型、复杂、精密和长寿命的模具技术上这些问题更为突出。塑料成型模具有三大类，即挤出成型模具、注射成型模具和中空成型模具。注塑成型模具是我国制造水平最高的塑料成型方法。我国的注塑模具行业的现状和国际的先进水平相比，主要存在以下五个问题：1.发展不平衡，产品的总体水平较低。尽管有个别的企业的部分产品已经达到了或者接近了国际先进水平，但从大局看来，我国模具制造企业生产的模具还存在着型腔表面粗糙度过高、加工精度不够、模具寿命过短等问题。2.大部分企业的开发能力比较弱。一方面原因是技术人员的比例较低，技术水平高度不够；另一方面的原因是由于企业对科研开发的投入少，创新观念落后，企业管理层对开发的重视度不够。3.人才需求等问题的解决还尚待时日。随着行业的发展和市场需求的扩张，对人才的数量以及素质水平提出了更高的要求。4.工艺装备比较落后。尽管一小部分的企业，经过十几年来的技术改造，工艺装备的水平有了很大的进步与改善，但随着国外技术水平的发展，国内的技术水平相对来说仍旧有相当的差距。5.供需矛盾暂时还无法解决。2003年的国产塑料模具在国内市场上的满足率仅有75。其中的精密、大型、长寿命模具的满足率还要更低，不足60。模具的市场需求相对旺盛，而模具的生产发展水平暂时还难以与之相适应，供不应求、供不适求的局面仍将持续相当一段时间。1.2.2 国内外注塑模具的发展趋向由于塑料模具行业的快速发展以及以上各个方面的差距的存在，在追赶国际先进技术的道路上，我国的塑料成型模具行业还有很长的路要走。总的来说，无论国内还是国外，模具技术的未来发展趋势可归纳为以下几点：1.全面推广应用CAD/CAE/CAM技术。2.不断提高模具标准化程度。3.优质材料及先进表面处理技术的应用。4.模具制造技术的高效、快速、精密化。5.逆向工程技术。6.模具研磨抛光的自动化、智能化。1.3 UG NX6.0软件简介在制造技术水平快速发展、工业生产需求日益强烈的今天，产品更新换代的快速需求已经很难以满足于传统的CAD/CAE/CAM建模模式和模拟加工模式。随着先进制造技术的发展,许多新的创造理念和制造模式也应运而生。先进的制造技术正向集成化、智能化、网络化等多个方向发展。而这些发展就需要功能更为强大的集成化软件的支持。Unigraphics软件，简称UG，是一个功能十分强大的集CAD、CAE、CAM于一体的系统软件。它为工程设计工作者们提供了非常强大的能对产品进行设计、工程分析、绘制工程图以及数控编程加工等操作的应用工具。UG NX6.0中的模具模块在模具制造业中发挥着独特的优势。在模具模块中集成了一个大型的通用模架库和一个模具配件标准件库。通过模具模块可以轻松的对零件进行自动的分模。只要在模架标准库中选择符合的规格的相应标准件，一套完整的、符合实际生产需求的、自带分析系统的模具就能很轻松的设计出来。1.4 本课题的内容和具体要求1.4.1 本课题的内容基于UG的注塑模具的设计。要求运用UG软件中的“注塑模向导”，自己选择一个塑料制件，为其设计一套注塑模具。1.4.2 塑料制件的选择由于我们的日常生活中离不开衣食住行，而就食而言，塑料饭盒是我们日常生活中很常见也是必备的一种家用塑料制品，是家居生活和外出远足不可或缺的食品塑料容器。且饭盒结构简单，形状规则，是模具初学者的不错选择。第二章 塑件的有关分析和注塑机的选择2.1 塑件的原材料塑料饭盒是我们日常生活中常见的塑料制品，主要用于盛装食品。由于饭盒具有使用要求无毒无异味的特殊性，综合分析各种塑料的性能，选择聚丙烯（PP）作为饭盒的原材料首选材料。聚丙烯（PP）是目前世界上年产量最大的一种塑料。聚丙烯密度低，无色，无味，无毒，透明度较聚乙烯（PE）高，透气性低。聚丙烯与聚乙烯相比，很多性能都非常优越。例如，聚丙烯比聚乙烯密度小，聚丙烯在屈服强度、弹性、硬度及抗拉、抗压强度等方面比聚乙烯更具优势，聚丙烯的透明度、耐热性也更好。其拉伸强度甚至高于聚苯乙烯和ABS。聚丙烯的吸水率低，绝缘性能好，能耐弱酸、弱碱。聚丙烯在 100C 以上的温度下可以进行消毒灭菌，熔点为 164170C，其最高使用温度达 150C，最低使用温度达-15C。聚丙烯是国际安全级材料，加热也不会释放有毒物质，是各种容器、热水瓶壳、饮料包装、玩具等诸多重要塑料制品的优选原材料。2.2 塑件结构、尺寸精度及表面质量分析2.2.1 塑件的结构分析图2-1 饭盒三维效果图（俯视）图2-2 饭盒三维效果图（仰视）如图2-3所示：饭盒的整体高度为73mm。查模具设计与制造P220表7.4热塑性塑件最小壁厚及其推荐壁厚，得聚丙烯（PP）一般塑件壁厚取值范围为2.452.75mm，故取饭合体壁厚为2.5mm。因饭盒体的内径设计为140mm，则外径为145mm。饭盒体的底面上有一个截面半径为1.2mm的半圆环形凸台，其圆环内圆半径为126mm。饭盒口有一个厚度为 2.5mm、宽 4.5mm、外圆半径77mm 的方形截面的圆环型凸边。另外饭盒口对称分布着一对长度为32mm的凸台，两凸台外缘距离为164mm。考虑到实际使用及生产需要，饭盒底部内外均有半径5mm的倒角。两凸台竖直棱边及与饭合体相连棱边、饭盒口内径边缘均作半径为1.5mm的圆倒角。2.2.2 塑件的尺寸精度分析由于此塑件的原材料为聚丙烯（PP）, 查模具设计与制造P219表7.3塑料精度等级的选用得聚丙烯（PP），塑件中高精度要求的标注公差尺寸的公差等级为MT2，一般精度要求的标注公差尺寸的公差等级为MT3，未标注公差尺寸的公差等级为MT5。分析饭合体用途及实际使用用途知饭合体仅对饭盒口有一般精度尺寸要求，其余尺寸均无特殊要求。因此，此塑件仅有=140mm和=154mm两处尺寸有MT3的精度要求。查模具设计与制造P218表7.2塑件公差数值表（GB/T 14486-1993）得塑件精度要求为MT3时，上述两个尺寸的公差分别为0.64（A系列）和0.90（B系列）。则两尺寸的精度要求分别为=140mm和=154mm。其余尺寸属于自由尺寸，均无特殊要求，按塑料MT5级公差等级取公差值。图2-3 饭盒二维尺寸图2.2.3 塑件的表面质量分析饭盒表面精度要求不高，采用点浇口流道的双分型面型腔注射模即可以保证其表面精度。2.3 塑件注塑成型工艺参数查塑料制品及其成型模具设计P11表0.1常用热塑性塑料成型条件（1）知，聚丙烯的注塑成型工艺参数如表2-1所示：表2-1 聚丙烯（PP）的注射成型工艺参数工艺参数规格预热及干燥温度：80100时间：12h料筒温度/后段中段前段160180180200200220喷嘴温度/模具温度/8090注射压力/MPa70100成型时间/s注射时间高压时间冷却时间总周期206003209050160螺杆转速/（r/min）48后处理2.4 零件体积与质量的计算 2.4.1 计算塑件的体积和重量塑件体积计算：使用UG6.0对饭盒的建模分析，测量体后可得塑件体积，取。（1）塑件的质量计算： （2-1）式中：塑件的质量； 聚丙烯的密度； 塑件的体积。查有关手册得聚丙烯(PP)的密度为0.9g/cm3。计算得所需塑料质量，取。2.4.2 计算浇道的体积和重量浇道体积应该是计算凝料的体积。凝料为圆锥台，由于凝料体积较小，所以可以进行估算。浇道体积估算公式为： （2-2）式中：浇道的体积； 主流道大端半径； 浇注系统凝料的长度，即主流道长度。通过浇口套和唧嘴的的选择知，4mm，57.5mm，由此计算。由公式2-1，浇道质量。2.5 计算与注塑机有关的参数根据以上所计算的结果，可选择注射机型号、规格、确定型腔数。2.5.1 确定型腔数量由于饭盒体积较小，形状规则，结构简单，精度要求不高，生产方便，适宜长期大批量生产，可采用多型腔结构，也可采用一模一腔结构。本设计中采用一模一腔结构。2.5.2 确定注射机最大注射量选择与模具和制品相适应的注塑机，首先注射机的注射量必须要能满足塑件的成型要求。注射机的最大注射量可以利用如下公式求得： （2-3）式中：注射机最大注射质量（g） 每件塑料制品的质量（g） 每模型腔数；浇口凝料总质量（g）；由生产实践得知，注射机每次的注射量不能超过其最大注塑量的80%，故K取0.8，已知n=1，则估算注射机最大注射质量144g。2.5.3 确定注射压力（1）计算最大成形面积型腔总的投影面积为：（2）注射