第1章概论1.1课题背景及意义市场竞争的日趋激烈，使得产品的功能日趋多元化，产品的生命周期不断缩短，塑料产品结构日趋多样化和复杂化，客户对产品质量的要求也越来越高。这在一定程度上决定了模具设计和注射成型过程的复杂性，有些注射成型问题连有经验的模具设计师和注射工艺师都很难把握。而传统的注射模设计首先考虑的是模具结构本身的需要，之后考虑的才是注射制品的需要。例如，常规的注射模设计通常是根据经验确定浇注系统和冷却系统，而不是根据流动分析来确定，最后在试模过程中通过反复的调整模具的浇注系统和冷却系统参数来勉强达到产品的质量要求。模具试模周期过长、试模成本过高严重影响了企业的竞争力。因此，对塑料熔体的注射成型过程的计算机模拟对优化产品结构设计、模具设计以及注射成型工艺具有非常重要的指导意义123。1.2本课题及相关领域的国内外现状及发展塑料模功能分子材料加工领域中，用于塑料制品成形的模具，称为塑料成形模具，简称塑料模。塑料模优化设计，是当前高分子材料加工领域中的重大课题。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模设计对制品质量与产量，就具有决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、浇注与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品尺寸精度和形状精度以及塑件的物理力学性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模对塑件成本也有相当大的影响，除简易模具外，一般说来制模费用是十分昂贵的，大型塑料模更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效率的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成形技术的“三大支柱” 。尤其是塑料模对实现塑件加工工艺要求、塑件使用要求和塑件外观造型要求起着无可代替的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与产品更新均以模具制造和更新为前提。国内外塑料模现状我国塑料模的发展极其迅速。塑料模的设计技术、 制造技术、 CAD技术、CAPP技术，以有相当规模的开发和应用。我国在塑料模设计技术上，与发达国家和地区的差距，参见表1.1 5 。在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全，质量尚不稳定。表 1.1 塑料模设计技术技术名称发达国家中国美国日本德国香港台湾大陆CAD应用75%75%70%50%40%20%CAE应用50%50%50%40%30%10%Flow 软件普及普及普及70%50%有应用Cool 软件普及普及普及70%50%有应用塑料模发展趋势塑料模技术，包括设计技术、材料选择、加工技术管理与维修技术等多种领域，属于系统工程技术。随着塑料模应用领域不断扩大，地位的不断提高，对此国家以制定出明确的奋斗目标。第 2 章 注塑模设计2.1注塑模概述注射模设计特点塑料注射模能一次性地成型形状复杂，尺寸精确，或带有嵌件的塑料制件。作为先进的模具，须在使用寿命期限内保证制品质量，并要有良好的技术经济指标。这就要求模具动作可靠，自动化程度高，热交换效率好，成型周期短。其次，合理选用模具材料，恰当确定模具制造精度，简化模具加工工艺，降低模具的制造成本亦十分重要。此外，在注塑模设计时，必须充分注意到以下特点4 ：（ 1）塑料熔体大多属于假塑体液体，能“剪切变稀” 。（ 2）视注射模为承受很高型腔压力的耐压容器。（ 3）整个成型周期中， 塑件模具环境组成了一个动态的热平衡系统。注射模的组成件凡是注射模，可分为动模和定模两大部分。注射充模时动模和定模闭合，构成型腔和浇注系统。开模时动模与定模分离，取出制件。定模安装在注射机的固定模板上；动模则安装在注射机的移动模板上。根据零件的不同功能，可由七个系统或机构组成 5 ：（1）成型零件：主要包括凹模、凸模、型芯、镶拼件，各种成型杆与成型环；（ 2）浇注系统（ 3）导向和定位机构；（ 4）脱模机构：主要由顶杆、顶出板、回程杆、顶出固定板、拉料杆等组成；（ 5）侧向分型抽芯机构； （6）温度调节系统；（7）排气系统。2.2塑件的工艺分析塑料制品的材料ABS 是由丙烯晴 , 丁二烯 , 苯乙烯共聚而成的 , 是一种新型的工程材料。它具有三种成分的综合性能 , 是一种具有坚韧、质硬和刚性的工程材料。ABS是非结晶聚合物 , 不透明、无毒、无味及微黄的热塑性树脂. 有及好的抗冲击强度 , 且在低温下也不迅速下降. 有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐油性、化学稳定性和电器性能。ABS的主要成型特点：(1) 可用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型、电镀、焊接及表面涂饰等成型加工方法。(2) 收缩率小 , 可制得精密塑料。(3) 吸湿性较大 , 成型前应干燥处理。(4) 流动性中等 , 溢边值 0.04mm,溶体粘度强烈依赖于剪切速率 , 因此模具设计大都采用点浇口形式。(5) 熔融温度较低 , 熔融温度范围固定 , 宜采用高料温、高模温和高注射压力 , 有利于成型。(6) 浇注系统流动阻力小 , 注意浇口形式和位置应合理 , 防止产生熔接痕或减小熔接痕数量。脱模斜度不宜过小。ABS注射成型的主要工艺参数见表2.1 6 。表 2.1ABS注射成型的主要工艺参数树脂名称ABS注射机类型螺杆式螺杆转速， (r/min)30 60形式直通式喷嘴温度（）180 190前200 210料筒温度（）中210 230后180 200模具温度（）50 70注射压力（ MPa）70 90保压压力（ MPa）50 70注射时间（ s）3 5续表 2.1保压时间（ s）15 30冷却时间（ s）15 30总周期 （ s）4070密度（ g/ 3 ）1.01 1.08塑件的结构分析该塑件为一圆形塑料盖。塑件含有内螺纹，如图2.1 所示，因此需要采用螺纹旋转脱模机构， 塑料件上有两个止转孔， 需设计为衬套形式，防止脱模时塑料件随螺纹型芯转动。外观结构较为复杂， 凹模采取镶嵌式， 便于加工，易于更换，节约了贵重材料。 该件为圆形对称件， 故在塑料盖的中心位置设置点浇口，以便充型。由于采用螺纹脱模机构，结构较为复杂，宜采用一模一腔。图 2.1塑料盖塑件的尺寸精度分析注塑件由于没有精度要求, 因此取最低精度5 级(SJ1372-78) 。由以上分析可见 ,该零件的尺寸精度为低精度, 对应的模具相关的零件加工可以保证。表面质量分析塑料件没有特别的表面质量要求, 故比较容易实现。经过以上分析可以看出,注射时在工艺参数控制得较好的情况下, 零件的成型要求可以得到保证。2.3分型面及排气槽的设计分型面的设计在注塑模中 , 用于取出塑件或浇注系统凝料的面, 通称为分型面。分型面选择的一般原则 78：（ 1）应便于塑件的脱模。（ 2）应保证塑件的质量。（3）应有利于防止溢料。 4）应有利于排气。 5）应尽量使成型零件便于加工。该塑料件为一对称的圆形件，基于以上原则，分型面可选在塑件截面积最大处，如图 2.2 所示。图 2.2塑料盖分型面排气槽的设计由于是中小型模具，利用分型面排气是最简便合理的方法, 同时利用配合间隙排气 , 其间隙为 0.03mm0.05mm。2.4注射机的选用型腔数目的确定方案一模一腔优点：模具结构简单，制造容易，产品精度高。缺点：生产效率低。方案一模多腔优点：生产效率高。缺点：模具结构复杂，设计成本高，质量不易保证。该塑料盖含有螺纹结构，为了实现自动化生产，宜采用旋转机构，为了简化模具机构，应采用方案，即一模一腔。2.4.2注射机的选择由于 ABS 的密度为 1.0 1.1 g/cm 322则V =9.51381.3 0.20.220.2 0.321.3 0.422+ 0.220.122 2.10.12 tg101.2=39.62cm3式中V - 塑料件和浇注系统的体积（cm3 ）F锁 = Pq（n A 1+A2）/1000295A1=47.52323.14=7.09 10 mm28.2A2=2=4.12323.14=0.21 10 mm式中n-