模具的背景和发展
模具是工业产品生产用的工艺装备，主要用于制造业和加工业。它是冲压、锻造、铸造成型机械，同时和塑料、橡胶、陶瓷等非金属材料制品成型加工用的成型机械相配套，作为成形工具来使用的。
模具属于精密机械产品，因为他主要由机械零件和机构组成，如成形工作零件（凸模、凹模），导向零件（导柱、导套等），支撑零件（模座等），定位零件等；送料机构，抽芯机构，推料机构，检测与安全机构等。
为提高模具质量、性能、精度和生产效率，缩短制造周期，其零部件（又称模具组合），多由标准零部件组成。所以，模具应属于标准化较高的产品。一副中小型冲模或塑料注射模，其构成的标准零部件可达90%，其工时节约率可达25%～45%。
随着模具制造业的飞速发展，现代社会对模具制件的要求越来越高，现代工业的大批量生产也要求具有高的制造效率。这就要求我们在设计制作模具时更加科学合理，提高精度要求，以达到质量更好的制品。
电子、计算机、现代通信器材与设备、电器、仪器与仪表等工业产品的元器件或零部件越来越趋于微型化、精密化，其零件结构设计中的槽、缝、孔尺寸要求很高。大型模具，重量在10吨以上的已很常见，有些模具重量已达30吨。如大型汽车覆盖件冲模，大型曲轴锻模，大尺寸电视机外壳用塑料注射模等。
在模具制造业，因为塑料制品的广泛应用，塑胶模具也占有越来越高的比例。譬如，有些塑件的强度和刚度能够达到要求，我们就采用塑料制件，既使产品更轻便也降低了生产成本，提高企业利润。注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法 ,注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品 ,适合高效率、大批量的生产方式。另外，采用模具进行成形加工，是少、无切削的主要工装，在大批、大量加工中，可以使材料利用率达95%以上。
塑性加工具有高产、优质、低耗等显著特点，已成为当今先进制造技术的重要发展方向。根据专家的预测，到21世纪，零件粗加工的75%和精加工的 50%将采用塑性成形的方式实现。工业部门的广泛需求为塑性加工新工艺和新设备的发展提供了强大的原动力和空前的机遇。
模具标准化的意义
模具标准化工作是模具工业建设的基础，也是模具设计与制造的基础及现代模具生产技术的基础。标准化在模具工业建设中可以提高模具使用性能和质量，由于专业化生产的标准零部件的结构越趋完善和先进，为提高模具质量和使用性能及其可靠性提供了可靠的保证。模具标准化也大幅节约工时和原材料，缩短了生产周期，有效降低模具的生产成本，简化生产管理和企业库存，是提高企业经济、技术效益的有力措施和保证。模具标准化和标准件的专业化生产是模具工业建设的产业基础，对整个工业建设有着重大的经济、技术意义。
模具制造与生产现代化
模具是一种古老的成形工具，古代的陶器、青铜器、铁器制品均使用了模具。近代工业由于社会性工业产品生产的发展，规模生产方式的形成，模具使用日趋广泛，对使用性能和成形精度也提出了较高的要求。从70年{BANNED}始，模具已成为工业产品规模生产中普遍采用的高精密、高效率成型工具。如今，模具生产的工艺技术和制造方法，已从原始的手工制造发展成为采用数控（NC）、计算机数控（CNC）机床加工和CAD/CAM、FMS模具设计与制造一体化以及柔性加工系统的现代化生产技术。
现代化模具生产的科学基础与特点，具体表现在以下几个方面：
1. 模具工业体系得产业基础
2. 模具标准化为现代模具生产的技术基础
3. 模具工作零件型面的高效、高精成形加工技术及其互换性
4. 高硬材料高效、高精加工
5. 模具CAD/CAM技术
高速铣削和电火花铣削技术
随着产品零件微型化和精密度要求的提高，对模具加工精度的要求也越来越高。超精密加工技术在近年来发展很快，最为突出的是高速铣削加工技术。高速铣削不仅工件加工表面质量好，与传统的切削方式相比，还具有工件温升低、热变形小、切削力小等优点，十分适合于对温度和热变形敏感的材料及薄壁、刚性差的零件加工。合理选用刀具和切削用量，高速铣削可用于硬质材料（硬度达60HRC）的切削加工。在第七届上海国际模具展览会（1998年）上展出的瑞士米克朗公司的HSM700型高速铣削机床，主轴转速达42000r/min，切削进给速度为20m/min；意大利菲迪亚公司展出的DIGIT643型高速铣削机床转速也达28000r/min，进给速度15m/min。高速铣削加工技术在模具制造中的应用越来越广泛，被人们誉为“第三代制模技术”。
电火花铣削加工技术（又称为电火花创成加工技术）是电火花加工技术的重大发展，这是一种替代传统的用成型电极加工模具型腔的新技术。像数控铣削加工一样，电火花铣削技术采用高速旋转的杆状电极对工件进行二维或三维轮廓加工，无需制造复杂、昂贵的成型电极。日本三菱公司最近推出的EDSCAN8E电火花创成加工机床配置有电极损耗自动补偿系统、CAD/CAM集成化系统、在线自动测量系统和动态仿真系统，体现了当今电火花铣削加工机床的水平。
在模具表面处理方面，抛光技术的进步也十分突出。现代超声抛光设备能使模具表面抛光至Ra0.05～0.025μm，达到镜面抛光的要求。模具表面耐磨、耐腐蚀和花纹处理技术也有长足的进步。
CAD/CAM 是改造传统模具生产方式的关键技术，是一项高科技、高效益的系统工程，它以计算机软件的形式为用户提供一种有效的辅助工具，使工程技术人员能借助计算机对产品、模具结构、成形工艺、数控加工及成本等进行设计和优化。模具CAD/CAM能显著缩短模具的设计制造周期、降低生产成本、提高产品质量，这已成为人们的共识。
在CAD/CAM技术日新月异的今天，工业部门已不满足于仅仅将计算机作为绘图和数控编程的工具，工程技术人员迫切地希望在同一软件环境下，既能自动绘图，又能有设计、计算、分析和加工的能力，于是模具CAD/CAE/CAM集成化系统便应运而生。在各类塑性加工工艺中，塑料注射成形工艺计算机集成系统的应用最为突出。世界著名的CAD/CAM系统，如CADDS5，Pro/E和UGⅡ等，均实现了CAD/CAM系统与塑料注射过程模拟、模具结构设计和模具型腔数控加工的初步集成并取得了显著的经济和社会效益。为了适应国际发展潮流，华中理工大学模具技术国家重点实验室正在开发新一代塑料注射模软件。所谓新一代注塑模软件，是指利用计算机集成制造技术(CIM)开发的注塑模集成制造系统(CIMS)，这种高度集成的系统能支持模具设计与制造的全过程，具有智能化、集成化、面向装配和模具可制造性评价等特点。
第一章 概 述
第一节、塑料的分类及性能
1.1.1 塑料的概念和分类
塑料是以树脂为主要成分的高分子材料，它在一定的温度和压力条件下具有流动性，可以被模塑成型为一定的几何形状和尺寸，并在成型固化后保持其既得形状不发生变化。
树脂分为天然树脂和合成树脂两大类型，塑料大多采用合成树脂。各种合成树脂都是人工将低分子化合物单体通过合成方法生产出的高分子化合物，它们的相对分子质量一般都大于1万，有的甚至可以达到百万级，所以化学上也常将它们称为聚合物或高聚物。聚合物虽然是塑料中的主要成分，但是单纯的聚合物性能往往不能满足成型生产中的工艺要求和成型后的使用要求，想要克服这一缺陷，必须在聚合物中添加一定数量的助剂，并通过这些助剂来改善聚合物的性能。例如，添加增塑剂可以改善聚合物的流动性能和成型性能等等。因此，可以认为塑料是一种由聚合物和某些助剂结合而成的高分子化合物。
塑料是一个庞大的家族，分支多，分类方法也很多。最常用的分类方法是根据合成树脂在受热后所表现的性能不同来划分，一般分为热塑性塑料和热固性塑料两大类。线型或支链型大分子链比较容易活动，受热时分子间可以互相移动，具有较好的塑性，固化成型后如再加热又可变软，如此可反复进行多次，这种特性的树脂或塑料叫热塑性树脂或热塑性塑料。而网状结构的合成树脂，加热初期具有一定的可塑性，软化后可制成各种形状的制品，但是过一段时间，随着网状交联的逐渐形成，便会固化而失去塑性，冷却后再加热也不会再软化，再受高热即被分解破坏，这种特性的树脂或塑料叫做热固性树脂或称热固性塑料。
常见的热塑性塑料有聚乙烯、聚丙烯(PP)、聚苯乙烯、聚氯乙烯、ABS、有机玻璃(聚甲基丙烯酸酯)、聚甲醛(POM)、聚酰胺(PA)(尼龙)、聚碳酸酯(PC)、苯乙烯—丙烯腈(SAN)等。这类塑料的优点是成型工艺简单，具有相当高的物理和机械性能，并能反复回炉，但缺点是耐热性和刚性较差。
常见的热固性塑料有酚醛树脂、环氧树脂(EP)、氨基树脂、醋酸树脂、三聚氰胺树脂、不饱和聚酯、聚氨基甲酸酯(PUR)等。这类塑料的成型工艺比较麻烦，不利于连续生产和提高生产率，而且不能反复利用。但一般具有较高的耐热性和受压不易变形的特点。
另外，若按塑料的用途分类，又可分为通用塑料和工程塑料两大类。
通用塑料，—般指产量大、用途广、价格低廉的一类塑料，它包括聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛、氨基等六大品种。工程塑料，一般指机械强度高，可代替金属而用作工程材料的塑料，如制作机械零件、电子仪器仪表、设备结构件等。这类塑料包括聚苯醚(PP0)、ABS、尼龙、聚甲醛、聚砜(PSF)、聚对二甲苯、聚酰亚胺(PI)等。
通用塑料和工程塑料的划分范围并不很严格，如ABS是一种主要的工程塑料，但由于其产量大，所以也可划入通用塑料；聚丙烯是典型的通用塑料，而增强的聚丙烯因其有工程塑料的某些特性，故可划入工程塑料的范围。
工程塑料又可分为“通用工程塑料”和“特种工程塑料”。一般把产量大的工程塑料称为“通用工程塑料”，如尼龙、聚碳酸酯、聚甲醛、改性聚苯醚、聚苯并噻唑(PBT)及其改性产品等，通常所说的工程塑料一般指这一部分。把生产数量少、价格昂贵、性能优异，可做结构材料或特殊用途的塑料称为“特种工程塑料”，如聚砜、聚酰亚胺、聚苯硫醚、聚醚砜、聚芳酯、热塑性氟塑料、芳香族聚酰胺、聚苯酯、聚四氟乙烯以及交联型聚氨基双马来酰亚胺、聚三嗪(BT树脂)、交联型聚酰亚胺酰亚胺、耐热环氧等。
1.1.2 塑料的性能
作为日常用品，塑料的用途已经广为人知，但由于它们的一些特殊优点，塑料在工业中的应用也已经非常普遍，主要有以下几个方面：
1 、 密度小、质量轻
塑料的密度约为0.9～2.3g／cm3，但大多数都在1.0～1.4g／cm3左右，其中聚4-甲基丁烯-1的密度最小，大约0.83g／cm3，只相当于钢材密度的0.11和铝材的0.5左右，如果采用发泡工艺生产泡沫塑料，则塑料的密度将会更小，其数值可以小到0.01～0.5g／cm3。
2 、 比强度高
按单位质量计算的强度称为比强度，由于塑料的密度小，所以其比强度比较高，若按比强度大小来评价材料的使用性能，则一些特殊的塑料品种将会名列前茅。例如，一般钢材的拉伸比强度约160MPa，而用玻璃纤维增强的塑料拉伸比强度可高达170～400MPa。
3、 绝缘性能好、介电损耗低
金属导电是其原子结构中自由电子和离子作用的结果，而塑料原子内部一般都没有自由电子和离子，所以大多数塑料都具有良好的绝缘性能以及很低的介电损耗。因此，塑料是现代电工行业和电器行业不可缺少的原材料，许多电器用的插头、插座、开关、手柄等等，都是用塑料制成的。
4、 化学稳定性高
生产实践和科学试验已经表明，绝大多数塑料的化学稳定性都很高，它们对酸、碱和许多化学药物都具有良好的耐腐蚀能力，其中聚四氟乙烯塑料的化学稳定性最高，它的抗腐蚀能力比黄金还要好，可以承受“王水”的腐蚀，所以称为“塑料王”。
由于塑料的化学稳定性高，所以它们在化学工业中应用很广泛，可以用来制作各种管道、密封件和换热器等。
5、 减摩、耐磨性能好
如果用塑料制作机械零件，并在摩擦磨损的工作条件下应用，那么大多数塑料都具有良好的减摩和耐磨性能，它们可以在水、油或带有腐蚀性的液体中工作，也可以在半干摩擦或者完全干摩擦的条件下工作，这是一般金属零件无法与其相比的。因此，现代工业中已有许多齿轮、轴承和密封圈等机械零件开始采用塑料制造，特别是对塑料配方进行特殊设计后，还可以使用塑料制造自润滑轴承。
6、 减振、隔音性能好
塑料的减振和隔音性能来自于聚合物大分子的柔韧性和弹性。一般来讲，塑料的柔韧性要比金属大得多，所以当其遭到频繁的机械冲击和振动时，内部将产生粘性内耗，这种内耗可以把塑料从外部吸收进来的机械能量转换成内部热能，从而也就起到了吸振和减振的作用。塑料是现代工业中减振隔音性能极好的材料，不仅可以用于高速运转机械，而且还可以用作汽车中的一些结构零部件（如保险杠和内装饰板等），据报导，国外一些轿车已经开始采用碳纤维增强塑料制造板簧。
除了上述几点之外，许多塑料还都具有透光和绝热性能，或可以与金属一样进行电镀、着色和焊接，从而使得塑料制品能够具有丰富的色彩和各种各样的结构形式。另外，许多塑料还具有防水、防潮、防透气、防辐射以及耐瞬时烧蚀等特殊性能。
塑料虽然具有以上诸多优点和广泛用途，但它们还有一些比较严重的缺陷至今未能克服（如不耐热、容易在阳光、大气、压力和某些介质作用下老化等等）。这些缺陷的存在，严重地影响了塑料应用范围进一步扩大，使得塑料制品在许多领域还不能从根本上取代金属制品。
从精度方面讲，塑料制品的使用范围也受到一定限制。换句话说就是，如果采用成型加工的方法生产塑料制品，要达到某一精度所遇到的加工难度要比金属制品成形时来得大。因此，在目前的塑料成型加工行业中，塑料制品的精度（即公差等级）有其自己单独的标准，一般都不套用金属制品的精度。
塑料是以聚合物为主体，添加各种助剂的多组分材料。根据不同的功能，塑料所用的助剂可分为：增塑剂、稳定剂、润滑剂、填充剂、增强剂、交联剂、着色剂、发泡剂等等。
聚合物是塑料配方中的主要成分，它在塑料制品中为均匀的连续相，其作用在于将各种助剂粘合成一个整体，使制品能获得预定的使用性能。在成型物料中，聚合物应能与所添加的各种助剂共同作用，使物料具有较好的成型性能。
1.1.3 增塑剂的使用
聚合物的品种类别很多，而且就某一种聚合物而言，它们的各种特性也会因为合成方法不同而有差异。为了改善聚合物熔体在注塑成型过程中的流动性，常常需要在聚合物中添加一些能与聚合物相溶并且不易挥发的有机化合物，这些化合物统称为增塑剂。增塑剂加入聚合物后，其分子可插入到大分子链之间，并因此而削弱聚合物大分子之间的作用力，从而导致聚合物的粘流温度和玻璃化温度下降，粘度也随之减小，故流动性可以提高。增塑剂加入聚合物后，还能提高塑料的伸长率、抗冲击性能以及耐寒性能，但其硬度、强度和弹性模量却有所下降。
向聚合物中添加增塑剂经常需要在保证相溶性好和不易挥发的两项基本要求前提下，再去考虑如何满足其它要求。在满足制品性能的前提下，为了降低生产成本，解决某些增塑剂供不应求的现象，以及为了弥补某些增塑剂的缺陷等问题，常常可以将某种聚合物所用的多种增塑剂分为主增塑剂、次增塑剂和增量剂。主增塑剂应与聚合物之间具有足够的相溶性，甚至在一定范围内可完全相溶，且能单独加入聚合物，配比可达1:1。次增塑剂与聚合物的亲合力可以差一些，一般不能单独使用，只能与主增塑剂共用，配比最多为1:3。使用次增塑剂的主要目的是为了代替部分主增塑剂。增量剂一般不溶于聚合物，更不能单独使用，只能混入主增塑剂中使用，目的是为了减少主、次增塑剂用量，降低生产成本。
为了防止或抑制不正常的降解和交联，需要在聚合物中添加一些能够稳定其化学性质的物质，这些物质称为稳定剂。根据发挥作用的不同可分为热稳定剂、抗氧化剂和光稳定剂。生产中，稳定剂的添加量一般大于2%，也有少数情况下高达5%。
为了改善塑料在注塑成型过程中的流动性能，并减少或避免塑料熔体对设备及模具的粘附和摩檫，常常需要在聚合物中添加一些必要的物质，这些物质统称为润滑剂。它还能使塑料表面保持光洁。
塑料有两个特点：第一个特点是在一定温度下具有可塑性；第二个特点是它的全部或主要成分都是高分子的合成树脂，合成树脂约占塑料总重量的40～100％。塑料的基本性能主要取决于树脂的本性，因此，塑料的组成可分为简单组分和复杂组分两类。简单组分的塑料，基本上是由合成树脂组成，其中仅加入少量辅助材料，这一类塑料主要有聚苯乙烯(PS)、聚乙烯(PE)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)等；也有的塑料除树脂外不加任何添加剂，如聚四氟乙烯(PTTE)。复杂组分的塑料，则由多种组分所组成，除树脂外，还加入填充剂、增塑剂、着色剂、稳定剂、润滑剂、促进剂等，这一类塑料主要有聚氯乙烯(PVC)、酚醛塑料(PF)等。
第二节、塑料模具的分类及基本结构
1.2.1 塑料模具的分类
模具可分为冷冲压模具和塑料模具。塑料模按其成型原理主要分为以下几类：热塑性塑料注射模、热固性塑料成型模、热固性塑料注射模、吹塑成型模具、发泡塑料成型模具、挤出成型模具等。此次我设计的即为塑料注射模。按成型材料分塑料分为热固性塑料模和热塑性塑料模；按成型工艺分可分为压缩模、压注模、注射模；按模具装卸方式分为移动式模具和固定式模具，其中移动式模具适用于成型小批量的中小型件；形状复杂、嵌件多、加料困难的情况，固定式模具适用于成型各种批量的大中小型塑件，不便成型嵌件太多的塑件；按型腔数目分又分为单型腔模具和多型腔模具，单型腔模具成型大型、嵌件较多、批量不大或试制品塑件，多型腔模具成型较小、批量较大的塑件；按分型面特征分为水平分型面模具、垂直分型面模具、水平、垂直分型面模具，水平分型面模具分型面与压机工作台面平行，与合模方向垂直。垂直分型面模具分型面与压机工作台面垂直，与合模方向平行。水平、垂直分型面模具（多分型面模具）。
1.2.2 模具的基本结构
模具主要由成型零件和结构零件组成。成型零件是直接与塑料接触的决定塑件形状和尺寸精度的零件。结构零件是在模具中起安装、定位、导向、装配等作用的零件。动模是安装在注射机移动工作台面上的那一半模具，可随注射机做开合运动。定模是安装在注射机固定工作台面上的那一半模具。
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