心型臺(tái)燈塑料注塑模具設(shè)計(jì)-模具畢業(yè)論文

心型臺(tái)燈塑料注塑模具設(shè)計(jì) 專(zhuān)業(yè)名稱(chēng)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 作者： 指導(dǎo)教師： 摘要： 塑料工業(yè)是當(dāng)今世界上增長(zhǎng)最快的工業(yè)門(mén)類(lèi)之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類(lèi)，因此，研究注塑模具對(duì)了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程和提高產(chǎn)品質(zhì)量有很大意義。 本設(shè)計(jì)介紹了注射成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對(duì)注塑產(chǎn)品提出了基本的設(shè)計(jì)原則；詳細(xì)介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程，并對(duì)模具強(qiáng)度要求做了說(shuō)明；最后介紹了當(dāng)今世界上最為普及的三維 CAD/CAM 系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)軟件 PRO/ENGNEER 的 PROGRAM 模塊，對(duì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。 通過(guò)本設(shè)計(jì)，可以對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問(wèn)題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過(guò)對(duì) PROGRAM 的學(xué)習(xí)，可以建立較簡(jiǎn)單零件的零件庫(kù)，從而有效的提高工作效率。 關(guān)鍵詞 ：塑料模具；參數(shù)化；鑲件；分型面 The plastic injection modle design of heart shape lampe The major:Machine design Manufacturing and Automation Author: ZhangJianhua Tutor: LeePengnan Abstract: plastic industry is in the world grows now one of quickest industry classes, but casts the mold is development quick type, therefore, the research casts the mold to understand the plastic product the production process and improves the product quality to have the very big significance. This design introduced the injection takes shape the basic principle, specially single is divided the profile to inject the mold the structure and the principle of work, to cast the product to propose the basic principle of design； Introduced in detail the cold flow channel injection evil spirit mold pours the system, the temperature control system and goes against the system the design process, and has given the explanation to the mold intensity request； Finally introduced now in the world the most popular three dimensional CAD/CAM system standard software PRO/ENGNEERs PROGRAM module, and led the wrap to the guide pillar to carry on the parametrization design. Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes in the design certain detail question, understands the mold structure and the principle of work； Through to the PROGRAM study, may establish the simple components the components storehouse, thus effective enhancement working efficiency. Key word: The plastic mold；the parametrization； inlays；divides the profile 目 錄 1 前 言 1 1.1 模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 1 1.2 各種模具的分類(lèi)和占有量 1 1.3 我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀 2 1.4 世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀況 3 1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 4 2 注塑件的設(shè)計(jì) 6 2.1 功能設(shè)計(jì) 6 2.2 材料選擇 6 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 2.3.1 對(duì)塑件的修改說(shuō)明 8 2.3.2 壁厚 8 2.3.3 脫模斜度 9 2.3.4 加強(qiáng)肋 9 2.3.5 圓角 9 2.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量 10 2.4.1 尺寸精度 10 2.4.2 塑件的表面質(zhì)量 10 3 注塑成型的準(zhǔn)備 11 3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介 11 3.2 注塑成型工 藝條件 12 3.3 注塑機(jī)的選擇 1 3 3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介 13 3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù) 13 3.3.3 選擇 注塑機(jī) 1 4 3.4 注射機(jī)的校核 1 6 3.4.1 最大注塑量的校核 1 6 3.4.2 鎖模力的校核 16 3.4.3 塑化能力的校核 16 3.4.4 噴嘴尺寸校核 16 3.4.5 定位圈尺寸校核 16 3.4.6 模具外形尺寸校核 17 3.4.7 模具厚度校核 1 7 3.4.8 模具安裝尺寸校核 17 3.4.9 開(kāi)模行程校核 17 4 模具設(shè)計(jì) 18 4.1 塑料配方說(shuō) 明 18 4.2 分型面的確定 18 4.3 型腔數(shù)目的確定 19 4.4 澆口確定 19 4.5 模具材料的選擇 19 4.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 4.6.1 主流道 20 4.6.2 分流道 2 0 4.6.3 冷料穴 21 4.6.4 澆口 21 4.6.5 剪切速率的校核 22 4.7 模架的確定 23 4.7.1 型腔壁厚和底版厚度計(jì)算 23 4.7.2 模架的選用 24 4.8 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 2 5 4.9 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 4.9.1 脫模力的計(jì)算 2 6 4.9.2 推桿脫模機(jī)構(gòu) 2 8 4.9.3 推管脫模機(jī)構(gòu) 29 4.9.4 推板厚度的計(jì)算 30 4.10 成型零件工作尺寸的計(jì)算 3 1 4.10.1 凹模工作尺寸的計(jì)算 3 1 4.10.2 凸模工作尺寸的計(jì)算 3 2 4.10.3 中心距尺寸的計(jì)算 33 4.11 排氣設(shè)計(jì) 33 4.11.1 排氣設(shè)計(jì)原則 34 4.11.2 推管、推桿、鑲件排氣功能的證明 3 4 4.12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 35 4.12.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 3 5 4.12.2 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 3 5 4.12.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì) 36 5 參數(shù)化設(shè)計(jì) 4 3 5.1 PROGRAM 簡(jiǎn)介 4 3 5.2 導(dǎo)柱的參數(shù)化設(shè)計(jì) 4 4 5.2.1 模型的構(gòu)建流程 4 5 5.2.2 對(duì)模型的操作意圖 4 5 5.2.3 參數(shù)化程序 4 5 結(jié)論 49 參考文獻(xiàn) 50 致謝 51 附錄 52 1 前言 1.1 模具工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好 ，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。 模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志，它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)能力。振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。早在 1989 年 3 月中國(guó)政府頒布的關(guān)于當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定中，將模具列為機(jī)械工業(yè)技術(shù)改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車(chē)，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益 成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中 60 90 的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場(chǎng)的需求上，僅以汽車(chē)，摩托車(chē)行業(yè)的模具市場(chǎng)為例。汽車(chē)，摩托車(chē)行業(yè)是模具最大的市場(chǎng)，在工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，這一市場(chǎng)占整個(gè)模具市場(chǎng)一半左右。汽車(chē)工業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車(chē)工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車(chē)和重型汽車(chē)，汽車(chē)模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車(chē)工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車(chē)基本車(chē)型不斷增加， 2005 年將達(dá)到 170 種。一個(gè)型號(hào)的汽車(chē)所需模具達(dá)幾千副，價(jià)值上億元。為了適應(yīng) 市場(chǎng)的需求，汽車(chē)將不斷換型，汽車(chē)換型時(shí)約有 80 的模具需要更換。中國(guó)摩托車(chē)產(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)摩托車(chē)共有 14 種排量 80多個(gè)車(chē)型， 1000 多個(gè)型號(hào)。單輛摩托車(chē)約有零件 2000 種，共計(jì) 5000 多個(gè)，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個(gè)型號(hào)的摩托車(chē)生產(chǎn)需 1000 副模具，總價(jià)值為 1000 多萬(wàn)元。其他行業(yè)，如電子及通訊，家電，建筑等，也存在巨大的模具市場(chǎng)。 目前世界模具市場(chǎng)供不應(yīng)求，模具的主要出口國(guó)是美國(guó)，日本，法國(guó)，瑞士等國(guó)家。中國(guó)模具出口數(shù)量極少，但中國(guó)模具鉗工技術(shù)水平高，勞動(dòng)成本低，只要配備一些先進(jìn)的數(shù)控制 模設(shè)備，提高模具加工質(zhì)量，縮短生產(chǎn)周期，溝通外貿(mào)渠道，模具出口將會(huì)有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術(shù)，提高模具技術(shù)水平，對(duì)于促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展有著特別重要的意義。 1.2 各種模具的分類(lèi)和占有量 模具主要類(lèi)型有：沖模，鍛摸，塑料模，壓鑄模，粉末冶金模，玻璃模，橡膠模，陶瓷模等。除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗麄円话愣际且揽咳S的模具形腔是材料成型。 （ 1） 沖模：沖模是對(duì)金屬板材進(jìn)行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具。沖模占模具總數(shù)的 50以上。按工藝性質(zhì)的不同，沖模可分為落料模，沖孔模，切口模，切邊模 ，彎曲模，卷邊模，拉深模，校平模，翻孔模，翻邊模，縮口模，壓印模，脹形模。按組合工序不同，沖模分為單工序模，復(fù)合模，連續(xù)模。 （ 2） 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進(jìn)行體積成型是所用模具的總稱(chēng)。按鍛壓設(shè)備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機(jī)鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機(jī)用鍛模，水壓機(jī)用鍛模，高速錘用鍛模，擺動(dòng)碾壓機(jī)用鍛模，輥鍛機(jī)用鍛模，楔橫軋機(jī)用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預(yù)鍛模具，擠壓模具，精鍛模具，等溫模具，超塑性模具等。 （ 3） 塑料模：塑料模是塑料成型的工藝裝備。塑料模約占模具總數(shù)的 35，而且有繼續(xù) 上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。 （ 4） 壓鑄模：壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備，壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型，在高壓下成型和結(jié)晶的一種特殊制造方法。壓鑄模約占模具總數(shù)的 6。 （ 5） 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工藝分類(lèi)粉末冶金模有：壓模，精整模，復(fù)壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結(jié)模等。 模具所涉及的工藝繁多，包括機(jī)械設(shè)計(jì)制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學(xué)科和行 業(yè)，是一個(gè)多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見(jiàn)。 1.3 我國(guó)模具工業(yè)的現(xiàn)狀 自 20 世紀(jì) 80 年代以來(lái)，我國(guó)的經(jīng)濟(jì)逐漸起飛，也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動(dòng)力。 20 世紀(jì) 90 年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產(chǎn)值在 1990 年僅 60 億元人民幣， 1994 年增長(zhǎng)到 130 億元人民幣， 1999 年已達(dá)到 245 億元人民幣， 2000 年增至 260270 億元人民幣。今后預(yù)計(jì)每年仍會(huì)以 1015的速度快速增長(zhǎng)。 目前，我國(guó) 17000 多個(gè)模具生產(chǎn)廠(chǎng)點(diǎn)，從業(yè)人數(shù)五十多萬(wàn)。除了國(guó)有的專(zhuān)業(yè)模具廠(chǎng)外，其他所有制形式的模具廠(chǎng)家， 包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨(dú)資企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營(yíng)的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區(qū)，從事模具制造的集體企業(yè)和私營(yíng)企業(yè)多達(dá)數(shù)千家，成為我國(guó)國(guó)內(nèi)知名的 “模具之鄉(xiāng) ”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，紛紛加入了對(duì)模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團(tuán)都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨(dú)資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中， 企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二，作為商品銷(xiāo)售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占 50（中國(guó)臺(tái)灣： 40），塑料模具約占 33（中國(guó)臺(tái)灣： 48），壓鑄模具約占 6（中國(guó)臺(tái)灣： 5），其他各類(lèi)模具約占 11（中國(guó)臺(tái)灣： 7）。 中國(guó)臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)，分為萌芽期（ 19611981），成長(zhǎng)期（ 19811991），成熟期（ 19912001）三個(gè)階段。 萌芽期，工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù)的不斷改進(jìn)。由于紡織，電子，電氣，電機(jī)和機(jī)械業(yè)等產(chǎn)品外銷(xiāo)表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠(chǎng)商（如熱處理產(chǎn)業(yè)等）逐年增加 。在此階段的模具包括：一般民生用品模具，鑄造用模具，鍛造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡膠模具等。 1981 年 1991 年是臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長(zhǎng)的時(shí)期。有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對(duì)工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自 1982 年起，臺(tái)灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入 “策略性工業(yè)適用范圍 ”，大力推動(dòng)模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷(xiāo)策略，全力發(fā)展整體經(jīng)濟(jì)。隨著民生工業(yè)，機(jī)械五金業(yè)，汽機(jī)車(chē)及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺(tái)灣模具工業(yè)兩大主流。從 1985 年起，模具產(chǎn)業(yè)已在推行計(jì) 算機(jī)輔助模 具設(shè)計(jì)和制 造等 CAD/CAM 技術(shù)，所以 臺(tái)灣模具業(yè) 接觸CAD/CAM/CAE/CAT 技術(shù)的時(shí)間相當(dāng)早。 成熟期，在國(guó)際化，自由化和國(guó)際分工的潮流下， 1994 年， 1998 年，由臺(tái)灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行 “工業(yè)用模具技術(shù)研究與發(fā)展五年計(jì)劃 ”與 “工業(yè)用模具技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展計(jì)劃 ”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產(chǎn)業(yè)升級(jí)，朝向開(kāi)發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴(lài)高的模具。 1997 年 11 月間臺(tái)灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會(huì)（ ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會(huì)，正式成為世界模具協(xié)會(huì)會(huì)員，。整體而言，臺(tái)灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測(cè)能 力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺(tái)灣模具廠(chǎng)商供應(yīng)對(duì)象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車(chē)運(yùn)輸工具業(yè)，提升到計(jì)算機(jī)與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機(jī)車(chē)用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。 1.4 世界五大塑料生產(chǎn)國(guó)的產(chǎn)能狀況 美國(guó)塑料 (原料 )的產(chǎn)量多年來(lái)一直雄居各國(guó)之首。早在 80 年代前期，美國(guó)塑料產(chǎn)量就已達(dá) 2000萬(wàn)噸之多， 1986 年增至 23l0 萬(wàn)噸，占全球總產(chǎn)量 8100 噸的 28.5，此后美國(guó)塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)之勢(shì)， 1988 年、 1990 年、 1992 年、 1994 年、 1996 年和 1998 年分別增加到 2710 萬(wàn)噸、 2810 萬(wàn)噸、 3010 萬(wàn)噸、 3410 萬(wàn)噸、 4000 萬(wàn)噸和 4360 萬(wàn)噸，占世界總產(chǎn)量的比例從 1996 年起提高到 30以上。 2001 年美國(guó)塑料產(chǎn)量為 4170 萬(wàn)噸，其中以聚乙烯為最多，達(dá) 1500 多萬(wàn)噸。其次分別是氯乙烯650 萬(wàn)噸、聚丙烯 720 萬(wàn)噸、聚苯乙烯對(duì)酞酸脂 320 萬(wàn)噸、聚苯乙烯 280 萬(wàn)噸。國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量 (產(chǎn)量+進(jìn)口量一出口量 )，美國(guó)也是全球最多的。美國(guó)的全部塑料消費(fèi)量 2001 年為 4280 萬(wàn)噸。美國(guó)人均塑料消費(fèi)量也是很高的， 2000 年為 159 公斤， 2001 年略減為 155 公斤 ，居 全球第 3 位。美國(guó)現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位 1 萬(wàn)多家，其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53， 50l00 人的占 21， 100500人的占 23，超過(guò) 500 人的占近 4，職工總數(shù)近 90 萬(wàn)人。在美國(guó)塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達(dá) 110萬(wàn)， 2001 年的出貨金額為 2150 億美元，人均出貨金額為 195 美元。 德國(guó)是世界最大的塑料 (原料 )生產(chǎn)國(guó)之一，上世紀(jì) 90 年代初的 1991 年、 1992 年和 1993 年，德國(guó)塑料產(chǎn)量都為 990 多萬(wàn)噸， 1994 年增達(dá)超過(guò) 1000 萬(wàn)噸的 1110 萬(wàn)噸 1998 年達(dá)近 1300 萬(wàn)噸， 1999年為近 1400 萬(wàn)噸， 2000 年增至 1550 萬(wàn)噸，超過(guò)日本為世界第 2 大塑料生產(chǎn)國(guó)， 2001 年上升為 1580萬(wàn)噸， 2002 年已過(guò) 1600 萬(wàn)噸。 2001 年德國(guó)生產(chǎn)的種種塑料原料中，聚乙烯為 285 萬(wàn)噸 (低密度聚乙烯 160 萬(wàn)噸，高密度聚乙烯 125 萬(wàn)噸 )，氯乙烯 175 萬(wàn)噸，聚丙烯 160 萬(wàn)噸。德國(guó) 2001 年的國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量為 1280 萬(wàn)噸，其中聚乙烯 265 萬(wàn)噸，聚丙烯 155 萬(wàn)噸氯乙烯 152 萬(wàn)噸。德國(guó)人均塑料消費(fèi)量 2001 年為 160 公斤，在世界上僅少于比利時(shí)的 172 公斤，高于美國(guó)的 155 公斤，排在世界第 2 位。德國(guó)塑料制品加 工業(yè)的職工總計(jì)有近 30 萬(wàn)人， 2001 年的出貨金額為 360 億美元，人均 126 美元。德國(guó)塑料制品加工企業(yè)中職工少于 50 人的占 44， 50100 人的占 28， 100500 人的占 25， 500 人以上的占 4。 中國(guó)塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長(zhǎng)， 1991 年產(chǎn)量?jī)H為 250 萬(wàn)噸， 1995 年增為 350 萬(wàn)噸， 1998 年超過(guò) 700 萬(wàn)噸，到 2002 年已增達(dá)約 1400 萬(wàn)噸，超過(guò)日本而成為世界第 3 大塑料原料生產(chǎn)國(guó)。中國(guó)今年塑料制品市場(chǎng)將持續(xù)走強(qiáng)，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品等各個(gè)領(lǐng)域都將有較大幅度的增長(zhǎng)，需求量將超 過(guò) 2500 萬(wàn)噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過(guò) 850 萬(wàn)噸，工程塑料制品需求量將達(dá) 400 萬(wàn)噸左右，建材塑料制品需求量將達(dá) 300 萬(wàn)噸以上，農(nóng)用塑料制品需求量將在 500 萬(wàn)噸左右，日用塑料制品需求量約為 80 萬(wàn)噸左右。 日本在很長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)都是僅次于美國(guó)的世界第 2 大塑料生產(chǎn)國(guó)。一直到 1997 年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長(zhǎng)，年產(chǎn)量在 70 年代中期就已達(dá) 500 多萬(wàn)噸， 1987 年突破 1000 萬(wàn)噸， 1991 年達(dá)約1300 萬(wàn)噸， 1992 年和 1993 年因受日本經(jīng)濟(jì)下滑的影響，產(chǎn)量略有減少，分別降至 1258 和 1225 萬(wàn)噸。從 1994 年起產(chǎn)量再度增長(zhǎng)， 1994 年、 1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬(wàn)噸、 1400 萬(wàn)噸和 1470 萬(wàn)噸， 1997 年的產(chǎn)量又比上年增長(zhǎng) 3.7，達(dá)到 1521 萬(wàn)噸，首次超過(guò) 1500 萬(wàn)噸。但這種增勢(shì)在 1998年受到遏制，產(chǎn)量大幅度減少。 1998 年，日本塑料產(chǎn)量為 1390 萬(wàn)噸，比上年減少了 8.7。 1999 年和 2000 年日本塑料產(chǎn)量分別回升到 1432 萬(wàn)噸和 1445 萬(wàn)噸，但仍遠(yuǎn)未恢復(fù)到 1997 年的水平。 2001年和 2002 年日本塑料產(chǎn)量再度下降至 1400 萬(wàn)噸以下的 1364 萬(wàn)噸和 1361 萬(wàn)噸。 2002 年日本塑 料 (原料 )產(chǎn)量減為 1361 萬(wàn)噸。而中國(guó)則增為 1366 萬(wàn)噸，日本又退居第 4 位。 韓國(guó)塑料產(chǎn)量增長(zhǎng)十分迅速， 1986 年超過(guò) 200 萬(wàn)噸， 1990 年增達(dá) 300 萬(wàn)噸， 1992 年突破 500 萬(wàn)噸， 1994 年、 1996 年和 1997 年分別上升到 600 多萬(wàn)噸、 700 多萬(wàn)噸和 800 多萬(wàn)噸， 1998 年產(chǎn)量增至850 萬(wàn)噸， 1999 年突破 900 萬(wàn)噸， 2001 年達(dá) 1200 萬(wàn)噸，躋身于世界 5 大塑料生產(chǎn)國(guó)之列。韓國(guó)塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首， 2001 年產(chǎn)量為 340 萬(wàn)噸 (低密度聚乙烯 160 萬(wàn)噸，高密度聚乙烯 180 萬(wàn)噸 )，聚丙烯以 238 萬(wàn)噸排在第 2 位，其次分別是聚酯 161 萬(wàn)噸、氯乙烯 124 萬(wàn)噸、 ABSAS 樹(shù)脂 86 萬(wàn)噸、聚苯乙烯 77 萬(wàn)噸。韓國(guó)國(guó)內(nèi)塑料消費(fèi)量 2001 年 420 萬(wàn)噸，只相當(dāng)于產(chǎn)量的 1/3 略高。人均塑料消費(fèi)量 2001 年為 106 公斤，韓國(guó)塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2001 年為 3.1 萬(wàn)人，出貨金額為 85 億美元，人均 276 美元。 塑料產(chǎn)量位居世界前 10 名的國(guó)家和地區(qū)還有法國(guó) 660 萬(wàn)噸、比利時(shí) 600 萬(wàn)噸、中國(guó)臺(tái)灣 598 萬(wàn)噸、加拿大 432 萬(wàn)噸和意大利 385 萬(wàn)噸 (均為 2001 年產(chǎn)量 )。 1.5 我國(guó)模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 20 世紀(jì) 80 年代開(kāi)始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來(lái)，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門(mén)，其產(chǎn)值已超過(guò)機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來(lái)，每年都以 15的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專(zhuān)院校也開(kāi)展了模具技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超級(jí)制造大國(guó)的重要原因。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴(lài)于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。 中國(guó)塑料模工業(yè)從起步到 現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個(gè)多世紀(jì)，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn) 48（約 122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具， 6.5KG 大容量洗衣機(jī)全套塑料模具以及汽車(chē)保險(xiǎn)杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產(chǎn)照相機(jī)塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經(jīng)過(guò)多年的努力，在模具 CAD/CAE/CAM 技術(shù)，模具的電加工和數(shù)控加工技術(shù)，快速成型與快速制模技術(shù)，新型模具材料等方面取得了顯著進(jìn)步；在提高模具質(zhì)量和縮短模具設(shè)計(jì)制造周期等方面作出了貢獻(xiàn)。 盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到 國(guó)際先進(jìn)水平，但無(wú)論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿(mǎn)足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口 10 多億美元的各類(lèi)大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。 （ 1） 注重開(kāi)發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車(chē)，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來(lái)越高，模具也將日趨大型化和精密化。 （ 2） 加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件 的應(yīng)用必將日漸廣泛。 （ 3） 推廣 CAD/CAM/CAE 技術(shù)；模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具 CAD/CAM/CAE 技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。 （ 4） 重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。 2 注塑件的設(shè)計(jì) 2.1 功能設(shè)計(jì) 功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿(mǎn)足使 用目的功能 ,并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo) .該塑件是日用品 ,承受外力的幾率不大 ,如沖擊載荷 ,振動(dòng) ,摩擦等情況比較少 ；塑件的工作溫度是室溫 ,這使得在材料選擇時(shí)對(duì)熱變形溫度 ,脆化溫度 ,分解溫度的要求降低 ；作為一種日用品 ,生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn) ,這樣 ,就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命 ,在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素 ；此外 ,塑料都會(huì)老化 ,作為一種光學(xué)用品 ,還要考慮到材料的光氧化等問(wèn)題 . 2.2 材料選擇 通常 ,選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 ,以及原材料廠(chǎng)家提供的材料性能數(shù)據(jù) .對(duì)于常溫工作狀態(tài)下的結(jié)構(gòu)件 來(lái)說(shuō) ,要考慮的主要是材料的力學(xué)性能 ,如屈服應(yīng)力 ,彈性模量 ,彎曲強(qiáng)度 ,表面硬度等 .該塑件對(duì)材料的要求首先必須是透光性好 ,其次才是成型難易和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題 ,以下是對(duì)幾種透光性能較好材料的性能對(duì)比，如表 2-1所示。 +表 2-1 材料的特性 塑料名稱(chēng) PS PC PMMA 拉伸強(qiáng)度 /MPa 51.9 6672 彎曲強(qiáng)度 /MPa 110 95113 斷裂伸長(zhǎng)率 /% 2 80100 落球沖擊強(qiáng)度 J/m 16 422 洛氏 硬度（ M） 115 82 101 氧指數(shù)（ OI） 18.1 24.9 17.3 熱變形溫度 / 85 134 100 維卡軟化點(diǎn) / 105 153 120 馬丁耐熱溫度 / 112 體積電阻率 / cm 1017 10 1917 2.11016 1014 1015 吸水率 % 0.05 0.13 1.19 透光度 /% 8892 93 93 霧度 % 3 0.9 0.9 折射率 1.592 1.586 1.492 價(jià)格（元 /噸） 11501230 3300041000 1950020700 和機(jī)械加工一樣要考慮到加工工藝問(wèn)題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點(diǎn)都相差無(wú)幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標(biāo)準(zhǔn)，以下是三種材料的性能和成型特性比較，如表2-2 所示。 表 2-2 材料的性能和成型特性 比較 塑料 品種 性 能 特 點(diǎn) 成 型 特 點(diǎn) 模具設(shè)計(jì) 注意事項(xiàng) 使用溫度 主要用途 聚苯乙烯 （非結(jié)晶型） 透明性好，電性能好，抗拉強(qiáng)度高，耐磨性好，質(zhì)脆，抗沖擊強(qiáng)度差，化學(xué)穩(wěn)定性教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射時(shí)應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開(kāi)裂 因流動(dòng)性好，適宜用點(diǎn)澆口，但因熱膨脹大，塑件中 不宜有嵌件 30 80 裝飾制品，儀表殼，絕緣零件，容器，泡沫塑料，日用品等 有機(jī)玻璃（非結(jié)晶型） 透光率最好，質(zhì)輕堅(jiān)韌，電氣絕緣性好 /但表面硬度不高，質(zhì)脆易開(kāi)裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無(wú)機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑 流動(dòng)性差，易產(chǎn)生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時(shí)速度不能太高 合理設(shè) 計(jì)澆注系統(tǒng)，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴(yán)格控制料溫與模溫，以防分解 收縮率取0.35 80 透明制品，如窗玻璃，光學(xué)鏡片，燈罩等 聚碳酸酯（非結(jié)晶型） 透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學(xué)性能好，抗沖擊，抗蠕變性能突出，但耐磨性差，不耐堿，酮，酯 耐寒性好，熔融溫度高，黏性大，成型前需干燥，易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，甚至裂紋，質(zhì)硬，易損模具，使用性能好 盡可能 使用直接澆口，減小 流動(dòng)阻力，塑料要干燥，不宜采用金屬嵌件，脫模斜度2 130 脆化溫度為100 在機(jī)械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機(jī)電子產(chǎn)品零件，光學(xué)零件等 以上的性能分析對(duì)比中看出 ,在透光度方面三種材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯為好，由于是一般性民用品，所以?xún)r(jià)格上是需要考慮的，我們主要要求是價(jià)格和透光度 ,其它如拉伸強(qiáng)度 ,斷裂伸長(zhǎng)率等則是次要考慮的指標(biāo) (這由塑件的工作環(huán)境決定 ),最終選定 PS為塑件材料 .因?yàn)槌速|(zhì)脆和抗拉強(qiáng)度不如其它兩種材料外，它所擁有的特性符合我們的塑件要求，但這些不是我 們主要考慮的。 2.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 圖 2-1 原始零件圖 鎖位塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對(duì)成型工藝方法的適應(yīng)性 .在塑料生產(chǎn)過(guò)程中 ,一方面成型會(huì)對(duì)塑件的結(jié)構(gòu) ,形狀 ,尺寸精度等諸方面提出要求 ,以便降低模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和制造難度 ,保證生產(chǎn)出價(jià)廉物美的產(chǎn)品 ；另一方面 ,模具設(shè)計(jì)者通過(guò)對(duì)給定塑件的結(jié)構(gòu)工藝性進(jìn)行分析 ,弄清塑件生產(chǎn)的難點(diǎn) ,為模具設(shè)計(jì)和制造提供依據(jù) . 2.3.1 對(duì)塑件的修改說(shuō)明 塑件要求能夠放置一對(duì) 7#電池，安放小燈泡，外接系帶 ，所以要考慮到電池和燈泡的固定，開(kāi)關(guān)的安放問(wèn)題，關(guān)于零件的造型圖如圖 2-3所示，詳細(xì)結(jié)構(gòu)可參考零件圖紙。 （ 1）外型輪廓；原零件 2D圖的心型曲線(xiàn)不規(guī)則 ,如圖 2-1和 2-2所示。在用 PRO/E造型時(shí)總會(huì)造成曲面不能加厚的問(wèn)題 ,用修剪曲面的辦法雖然能解決加厚問(wèn)題 ,但整個(gè)塑件也不規(guī)則 ,給后續(xù)工作帶來(lái)不便 .所以在保證基本外型的前提下對(duì)尺寸做了修改 ,目的是為了造型。 （ 2）結(jié)構(gòu)；原圖形有兩個(gè)小而薄的吊耳 ,且置于塑件外端 ,考慮到所有 PS料硬而脆 ,這會(huì)使得兩個(gè)吊耳極易損壞 ,所以 ,改兩個(gè)吊耳為一個(gè) ,設(shè)計(jì)吊耳 ,開(kāi)關(guān) ,燈泡在塑件中心位置 ,如圖 2.2所示 ,這樣起到吊掛作用又不易損壞 .設(shè)計(jì)凹槽使兩半燈罩配合 ,設(shè)置了三個(gè)鎖位加強(qiáng) . 最終確定的尺寸如圖 2.2所示。 2.3.2 壁厚 圖 2-2 原始零件圖 各種塑件 ,不論是結(jié)構(gòu)件還是板壁 ,根據(jù)使用要求具有一定的厚度 ,以保證其力學(xué)強(qiáng)度 .一般地說(shuō) ,在滿(mǎn)足力學(xué)性能的前提下厚度不宜過(guò)厚 ,不僅可以節(jié) 約原材料 ,降低生產(chǎn)成本 ,而且使塑件在 模具內(nèi)冷卻或固化時(shí)間縮短 ,提高 生產(chǎn)率 ；其次可避免因過(guò)厚產(chǎn)生的凹陷 ,縮孔 ,夾心等質(zhì)量上的缺陷 .以下是 PS的壁厚推薦值 : 最小壁厚 mm小型件壁厚 mm中型件壁厚 mm大型件壁厚 mm 0.75 1.25 1.6 3.25.4 該塑件屬于中小型件 ,從圖上看 ,塑件邊緣的壁很厚 ,達(dá)到 5MM,殼體取中型件壁厚 1.6,這樣使得整個(gè)塑件的壁厚是不均勻的 ,但若減小邊緣壁厚 ,則對(duì)塑件的推出不利 ,而且有可能使電池不能安裝 . 邊緣壁厚可用來(lái)放置推桿或推板 。 2.3.3 脫模斜度 由于塑件成型時(shí)冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮 ,使其緊箍 在凸模或型芯上 ,為了便于脫模 ,防止因脫模力過(guò) 大而拉壞塑件或使其表面受損 ,與脫模方向平行的塑件 內(nèi) ,外表面都應(yīng)具有合理的斜度 .以下是 PS的脫模斜度推薦值 : 制件外表面 制件內(nèi)表面 351.35 301 塑件內(nèi)表面在造型時(shí)就有弧度 ,如果要有 脫模斜度就是在凹槽和鎖位處 ,這不僅對(duì)脫模 圖 2-3 修改后的產(chǎn) 品零件圖 有好處，而且可以更好的鎖緊 。 2.3.4 加強(qiáng)肋 塑件上適當(dāng)設(shè)置的加強(qiáng)肋可以防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動(dòng)方向的加強(qiáng)肋還能降低充模阻力，提高融體流動(dòng)性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。在該塑件中的加強(qiáng)肋起到引導(dǎo)物料流動(dòng)的作用同時(shí)又對(duì)電池進(jìn)行定位，高度比分型面低 1MM，脫模斜度取 2度，頂部倒圓角，低部倒角 R，寬度取 0.5T。通常加強(qiáng)肋的設(shè)計(jì)原則為高度低（過(guò)高時(shí)容易在彎曲和沖擊負(fù)荷作用下受 損），寬度小，而數(shù)量多為好（塑件形狀所允許的情況下）。 2.3.5 圓角 塑件上各處的輪廓過(guò)度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時(shí)才采用尖角結(jié)構(gòu)。尖角容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在受力或受沖擊載荷時(shí)會(huì)發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時(shí)也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)和塑件的脫模。圓角的取值與應(yīng)力集中的關(guān)系遵循 R/T函數(shù)關(guān)系，當(dāng) R/T=0.6以后應(yīng)力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取 R1，較大值取到 R3。加強(qiáng)肋的圓角半徑值關(guān)系如表 2-3所示。 表 2-3 肋的圓角半徑值關(guān)系表 肋的高度 /mm 6.5 6.513 1319 19 圓角半徑 /mm 0.81.5 1.53.0 2.55.0 36.5 塑件上其它的特征還有如孔，螺紋，嵌件，鉸鏈，文字和花紋等，各個(gè)特征都有其設(shè)計(jì)原則和特殊功能，因?yàn)樵撍芗](méi)有涉及，所以就不一一介紹 2.4 塑件的尺寸精度及表面質(zhì)量 2.4.1 尺寸精度 （ 1）尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質(zhì)量的首要標(biāo)準(zhǔn)，然而，在滿(mǎn)足塑件使用要求的前提下，設(shè)計(jì)時(shí)總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對(duì)塑件的精度要求，要具體分 析，根據(jù)裝配情況來(lái)確定尺寸公差，該塑件是一般民用品，所以精度要求為一般精度即可，但是由于要保證兩半殼體的閉合，所以在凹槽和鎖位處應(yīng)該對(duì)精度要求高些，對(duì)其要有公差配合要求，應(yīng)選擇高精度。根據(jù)精度等級(jí)選用表， PS 的高精度為 2 級(jí)，一般精度為 3 級(jí)。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱(chēng)尺寸在 100120 范圍內(nèi)，取 MT2B 級(jí)的公差數(shù)值為 0.52 mm， MT3B 級(jí)的公差數(shù)值為 0.78 mm。 （ 2）尺寸精度的組成及影響因素；制品尺寸誤差構(gòu)成為： =s+z+c+a （ 2 1） 式中 制件 總的成型誤差； s塑料收縮率波動(dòng)所引起的誤差； z 模具成型零件制造精度所引起的誤差； c模具磨損后所引起的誤差； a 模具安裝，配合間隙引起的誤差； 影響塑料制品尺寸精度的因素比較復(fù)雜，歸納有以下三個(gè)方面。 （ 1） 模具 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。 （ 2） 塑料材料 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。 （ 3） 成型工藝 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。 2.4.2 塑件的表面質(zhì)量 表面質(zhì)量是一個(gè)相當(dāng)大的概念，包括微觀(guān)的幾何形狀和表面層的物理 -力學(xué)性質(zhì)兩方面技術(shù)指標(biāo)，而不是單純的表面粗糙度問(wèn)題。塑件的表觀(guān)缺陷是其特有的質(zhì)量指標(biāo)，包括缺料，溢料與 飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個(gè)等級(jí)。該塑件要求對(duì)型腔拋光，所以對(duì)粗糙度的要求比較高，查表得 PS 拋光后順紋路方向的表面粗糙度為 0.02 m，垂直紋路方向的表面粗糙度為 0.26 m。 3 注塑成型的準(zhǔn)備 3.1 注塑成型工藝簡(jiǎn)介 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流 狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過(guò)機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開(kāi)啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個(gè)階段的工作。 圖 3-1 注塑成型壓力 時(shí)間曲線(xiàn) （ 1）物料準(zhǔn)備；成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀(guān)色澤、顆粒情況，有無(wú)雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的 含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 （ 2）注塑過(guò)程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過(guò)程可以用如圖所示 3.1所示。圖中 T0代表螺桿或柱塞開(kāi)始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿(mǎn)熔體（ T=T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值 P0。從時(shí)間 T1到 T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時(shí)間越長(zhǎng)，分子定向的程度越高。從螺桿開(kāi)始后退到結(jié)束（時(shí)間從 T2到 T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。 （ 3）制件后處理；由于成型過(guò)程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制 件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀(guān)質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開(kāi)裂。 故 有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對(duì)制件進(jìn)行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的 1020度至熱變形溫度以下 1020度之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件 .調(diào)濕處理所用 的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為 121 ，加熱溫度為 100 121 ，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取 2 9小時(shí)。 3.2 注塑成型工藝條件 1）溫度； 注塑成型過(guò)程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生 “流涎現(xiàn)象 ”；模具溫度一般通過(guò)冷卻系統(tǒng)來(lái)控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應(yīng)避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。 PS料與溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表 3-1所示。 表 3-1 溫度的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 料筒溫度 / 噴嘴溫度 / 模具溫度 / 熱變形溫度 / 后段 中段 前段 1.82MPA 0.45MPA 150210 170230 190250 240250 575 6596 2）壓力；注射成型過(guò)程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動(dòng)的阻力，提供充模速度及對(duì)熔料進(jìn)行壓實(shí)等。保壓力的大小取決于模具對(duì)熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關(guān)。對(duì)于像 PS 流動(dòng)性好的料，保壓力應(yīng)該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機(jī) 螺桿頂部的熔體在螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)后退時(shí)所受到的壓力，背壓力除了可驅(qū)除物料中的空氣，提高熔體密實(shí)程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時(shí)的剪切作用增強(qiáng)，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，背壓的使用范圍約為3.427.5MPA。 3）時(shí)間；完成一次注塑成型過(guò)程所需要的時(shí)間稱(chēng)為成型周期。包括注射時(shí)間，保壓時(shí)間，冷卻時(shí)間，其他時(shí)間（開(kāi)模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時(shí)間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時(shí)間和冷卻時(shí)間，在實(shí)際生產(chǎn)中注射時(shí)間一般 為 35 秒，保壓時(shí)間一般為 20120 秒，冷卻時(shí)間一般為 30120 秒（這三個(gè)時(shí)間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來(lái)決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時(shí)間越長(zhǎng)）。確定成型周期的經(jīng)驗(yàn) 數(shù)值 如表 3-2 所示。 表 3-2 成型周期與壁厚關(guān)系 制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s 0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 經(jīng) 過(guò)上面的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因?yàn)楦鱾€(gè)推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時(shí)的參數(shù)設(shè)置也不一致，結(jié)合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表 3-3 所示。 表 3-3 制品成型工藝參數(shù)初步確定 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 注塑機(jī)類(lèi)型 螺桿式 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度 ( ) 230 后段溫度 ( ) 150210 中段溫度 ( ) 170230 前段溫度 ( ) 190250 注射壓力 MPa 90 保壓力 MPa 80 注射時(shí)間 s 1.5 保壓時(shí)間 s 5 冷卻 時(shí)間 s 20 其他時(shí)間 s 3 成型周期 s 30 成型收縮 (%) 0.6 干燥溫度 ( ) 6080 干燥時(shí)間 ( ) 13 后 處理溫度 70 ，保溫時(shí)間 2 小時(shí)。 3.3 注塑機(jī)的選擇 3.3.1 注塑機(jī)簡(jiǎn)介 1956年制造出世界上第一臺(tái)往復(fù)螺桿式注塑機(jī) ,這是注塑成型工藝技 術(shù)的一大突破 ,目前注塑機(jī)加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的 30%；注塑機(jī)的產(chǎn)量占整個(gè)塑料機(jī)械產(chǎn)量的 50%.成為塑料成型設(shè)備制造業(yè)中增長(zhǎng)最快 ,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一 . 注塑機(jī)的分類(lèi)方式很多 ,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類(lèi)方法 .常用的說(shuō)法有 : （ 1）按設(shè)備外形特征分類(lèi) :臥式 ,立式 ,直角式 ,多工位注塑機(jī)； （ 2）按加工能力分類(lèi) :超小型 ,小型 ,中型 ,大型和超大型注塑機(jī)。 此外還有按用途分類(lèi)和按合模裝置的特征分類(lèi) ,但日常生活中用的較少。 3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù) 注塑機(jī)的主要參數(shù)有公稱(chēng)注射量 ,注射壓力 ,注射速度 ,塑化能力 ,鎖模力 ,合模裝置的基本尺寸 ,開(kāi)合模速度 ,空循環(huán)時(shí)間等 .這些參數(shù)是設(shè)計(jì) ,制造 ,購(gòu)買(mǎi)和使用注塑機(jī)的主要依據(jù) . (1)公稱(chēng)注塑量；指在對(duì)空注射的情況下 ,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí) ,注射裝置所能達(dá)到的最大注射量 ,反映了注塑機(jī)的加工能力 . (2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴 ,澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力 ,螺桿 (或柱塞 )對(duì)熔料必須施加足夠的壓力 ,我們將這種壓力稱(chēng)為注射壓力 . (3)注射速率；為了使熔料及時(shí)充滿(mǎn)型腔 ,除了必須有足夠的注射壓力外 ,熔料還必須有一定的流動(dòng)速率 ,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度 . 常用 的注射速率如表 3-4所示。 表 3-4 注射量 與 注射時(shí)間 的關(guān)系 注射量 /CM 3 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率 /CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時(shí)間 /S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 (4)塑化能力；單位時(shí)間內(nèi)所能塑化的物料量 .塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào) ,若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng) ,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力 ,反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期 . (5)鎖模力；注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力 ,在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開(kāi) . (6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸 ,拉桿空間 ,模板間最大開(kāi)距 ,動(dòng)模板的行程 ,模具最大厚度與最小厚度等 .這些參數(shù)規(guī)定了機(jī)器加工制件所使用的模具尺寸范圍 . (7)開(kāi)合模速度；為使模具閉合時(shí)平穩(wěn) ,以及開(kāi)模 ,推出制件時(shí)不使塑料制件損壞 ,要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理 ,即合模時(shí)從快到慢 ,開(kāi)模時(shí)由慢到快在到停 . (8)空循環(huán)時(shí)間；在沒(méi)有塑化 ,注射保壓 ,冷卻 ,取出制件等動(dòng)作的情況下 ,完成一次循環(huán)所需的時(shí)間 . 3.3.3選擇 注塑機(jī) （ 1） 由公稱(chēng)注射量選定注射機(jī) 由注射量選定注射機(jī) .由 PRO/E建模分析得（材料密度取 31 .0 5 kg dm ） : 總體積 V=49.3cm3 ； 總質(zhì)量 M=56.5g； 流道凝料 V=0.5V (流道凝料的體積 (質(zhì)量 )是個(gè)未知數(shù) ,根據(jù)手冊(cè) 取 0.5V(0.5M)來(lái)估算 ,塑件越大則比例可以取的越小 )； 實(shí)際注射量為 :V實(shí)=49.31.5=73.95 cm3 ； 實(shí)際注射質(zhì)量為 M實(shí)=1.5M=56.51.5=84.75g； 根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于 0.8倍公稱(chēng)注射量原則 , 即： 0.8V公 V實(shí) （ 31） V公= V實(shí)/0.8 =79.350.8 =92.44 cm3 ； （ 2） 由鎖模力選定注射機(jī) F鎖 F脹=A分 P型 （ 3 2） =2 24D P型 =2 23.14 110430106 =569.91 （ KN） 式中 F鎖注射機(jī)的鎖模力（ N） ； A分塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 ； P型型腔壓力，取 P型=30MPa ； D取的是塑件的平均直徑， D=120 1012=110.5， D 110mm ； 結(jié)合上面兩項(xiàng)的計(jì)算，初步確定注塑機(jī)為表 3-5所示，查國(guó)產(chǎn)注射機(jī)主要技術(shù)參數(shù)表取 SZ-160/1000,主要技術(shù)參數(shù)如下。 表 3-5 國(guó)產(chǎn)注射機(jī) SZ-160/1000技術(shù)參數(shù)表 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 結(jié)構(gòu)類(lèi)型 臥 拉桿內(nèi)間距 (mm) 360260 理論注射容積（ cm3 ） 179 移模行程 (mm) 280 螺桿 (柱塞 )直徑 (mm) 44 最大模具厚度 (mm) 360 注射壓 (MPa) 132 最小模具厚度 (mm) 170 注射速率 (g/s) 110 鎖模形式 (mm) 液壓 塑化能力 (g/s) 10.5 模具定位孔直徑 (mm) 120 螺桿轉(zhuǎn)速 (r/min) 10150 噴嘴球半徑 (mm) 10 鎖模力 (KN) 1000 噴嘴口直徑 - 3.4 注射機(jī)的校核 3.4.1 最大注塑量的校核 為確保塑件質(zhì)量，注塑模一次成型的塑件質(zhì)量（包括流道凝料質(zhì)量）應(yīng)在公稱(chēng)注塑量的 35%75%范圍內(nèi)，最大可達(dá) 80%，最小不小于 10%。 為了保證塑件質(zhì)量，充分發(fā)揮設(shè)備的能力，選擇范圍通常在 50%80%。 V實(shí) =73.95 cm3 ； V公 179 cm3 ； 7 3 .9 5 100%179 =41.3%滿(mǎn)足要求 。 3.4.2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機(jī)的額定鎖模力： F K A分 P型 （ 3 3） 1.22 23.14 110430106 683.892 KN 滿(mǎn)足要求 。 式中 F 注塑機(jī)額定鎖模力： 1000KN； K 安全系數(shù)，通常取 1.11.2，取 K=1.2； 3.4.3 塑化能力的校核 由 3.2.3 初定的成型周期為 30 秒計(jì)算，實(shí)際要求的塑化能力為成型周期每次實(shí)際注射量 即：3095.73=2.465（ g/s），小于注塑機(jī)的塑化能力 10.5（ g/s），說(shuō)明注射機(jī)能完全滿(mǎn)足塑化要求。 3.4.4 噴嘴尺寸校核 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑 R2 取比注射機(jī)噴嘴球面半徑 R1 大12 mm，主 流道小端直徑 D 取比注射機(jī)噴嘴直徑 d 大 0.51 mm，如圖 3.2 所示，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模，所以，注射機(jī)噴嘴尺寸是標(biāo)準(zhǔn)，模具的制造以它為準(zhǔn)則。 3.4.5 定位圈尺寸校核 圖 3-2 噴嘴與澆口套尺寸關(guān)系 注塑機(jī)固定模板臺(tái)面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱(chēng)之為定位孔。注塑模端面凸臺(tái)徑向尺寸須與定位孔成間隙配合，便于模具安裝，并使主流道的中心線(xiàn)與噴嘴的中心線(xiàn)相重合。模具端面凸臺(tái)高度應(yīng)小于定位 孔深度。 3.4.6 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應(yīng)小于注塑機(jī)工作臺(tái)面 的有效尺寸。模具長(zhǎng)寬方向的尺寸要與注塑機(jī)拉桿 間距相適應(yīng)，模具至少有一個(gè)方向的尺寸能穿 過(guò) 拉桿間的空間裝在注塑機(jī)的工作臺(tái)面上。 3.4.7 模具厚度校核 模具厚度必須滿(mǎn)足下式： Hmin Hm Hmax （ 3 4） 170 301 360 滿(mǎn)足要求。 式中 Hm所設(shè)計(jì)的模具厚度 301 mm； Hmin注塑機(jī)所允許的最小模具厚度 170 mm； Hmax注塑機(jī)所允許的最大模具厚度 360 mm； 3.4.8 模具安裝尺寸校核 注塑機(jī)的動(dòng)模板，定模板臺(tái)面上有許多不同間距的螺釘孔或 “T”形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時(shí)（大型模具常用這種方法），模具動(dòng)，定模板上的螺孔及其間距，必須與注塑機(jī)模板臺(tái)面上對(duì)應(yīng)的螺孔一致；采用壓板固定時(shí)（中，小模具多用這種方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。 該模具外形尺寸為 300400 屬中，小型模具，所以采用壓板固定法（一般認(rèn)為當(dāng)尺寸在 500500內(nèi)為中，小 模具）。 3.4.9 開(kāi)模行程校核 所選注塑機(jī)為全液壓式鎖模機(jī)構(gòu)，最大開(kāi)模行程受模具厚度影響。此時(shí)最大開(kāi)模行程 S開(kāi)等于注塑機(jī)移動(dòng)、固定模板臺(tái)面之間的最大距離減去模具厚度。 S開(kāi) H1+H2+（ 510） mm （ 3 5） 280 15+67+10 280 92 滿(mǎn)足要求。 式中 S開(kāi)注塑機(jī)移模行程 280 mm； H1推出距離 15 mm； H2流道凝料與塑件高度 67 mm。 4 模具設(shè)計(jì) 4.1 塑料配方說(shuō)明 塑料配方設(shè)計(jì)是塑料制品成型加工中在加工設(shè)備和工藝參數(shù)確定之后所必須進(jìn)行的重要環(huán)節(jié) ,設(shè)計(jì)水平的高低直接關(guān)系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣 ,也是應(yīng)用現(xiàn)代技術(shù)對(duì)塑料進(jìn)行改性的過(guò)程 ,其技術(shù)含 量極高 .一個(gè)成功配方的產(chǎn)生是多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)與應(yīng)用高新技術(shù)的結(jié)局 .塑料是以高分子聚合物為主要成分 ,加入一定量添加劑而組成的一種混合物 ,添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加的混合物 ,通常為填充劑 ,增塑劑 ,穩(wěn)定劑 ,潤(rùn)滑劑 ,著色劑等 .根據(jù) PS 的特性及使用性能要求 ,配方中應(yīng)含有以下添加劑 . 填充劑 玻璃微珠； PS 成型后易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 ,添加玻璃微珠使塑料的流動(dòng)性好 ,殘余內(nèi)應(yīng)力分布均勻 ,使光的漫反射率為 80%88%。 增韌劑 SBS,ABS,EPR； PS 的沖擊性能很差 ,是一種十分脆的材料 ,增韌改性是必須的。 光穩(wěn) 定劑 氧化鋅；塑料制品在日光或強(qiáng)熒光下，由于吸收紫外光的能量，引發(fā)氧化反應(yīng)，導(dǎo)致聚合物降解，使制品的外觀(guān)或內(nèi)在性能變壞，這一過(guò)程稱(chēng)為光氧化或光老化。 潤(rùn)滑劑 硬脂酸及其鹽類(lèi)；對(duì)塑料的表面去潤(rùn)滑作用 ,防止塑料在成型加工時(shí)黏模 ,同時(shí)提高塑料制品表面光潔度。 著色劑 粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占80%左右，著色的目的有 1：增加制品美感，以吸引消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望 2：提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過(guò)著色劑防紫外線(xiàn)功能而實(shí)現(xiàn)的。 抗菌劑 磷酸鋯系銀離子抗菌劑；考慮到該產(chǎn)品人們可能會(huì)作為玩具把玩 ,因此需要 做此設(shè)計(jì) .很多塑料制品的表面會(huì)滋生致病細(xì)菌，與人接觸后可能導(dǎo)致如感冒，咽炎，流行性腦膜炎，肺結(jié)核等疾病的傳播。塑料抗菌改性是在樹(shù)脂中加入抗菌劑，其逸出塑料表面后，可將沾在塑料表面的細(xì)菌殺死或抑制細(xì)菌的繁殖，保持自身的清潔狀態(tài)。 4.2 分型面的確定 根據(jù)分型面的選擇原則： （ 1）便于塑件脫模； （ 2）在開(kāi)模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模； 4-1 分型面的位置 （ 3）外觀(guān)不遭到損壞； （ 4）有利于排氣和模具的加工方便。 結(jié)合該產(chǎn)品的結(jié)構(gòu) ,分型面確定在塑件的最大投影面積上 .如圖 4-1 所示 。 4.3 型腔數(shù)目的確定 注塑模的型腔數(shù)目 ,可以是一模一腔 ,也可以是一模多腔 ,在型腔數(shù)目的確定時(shí)主要考慮以下幾個(gè)有關(guān)因素： 分型面（ 1） 塑件的 尺寸精度 ； （ 2）模具制造成本； （ 3）注塑成型的生產(chǎn)效益； （ 4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般日用品 ,查手冊(cè)得塑件的經(jīng)濟(jì)精度推薦4 級(jí) ,這個(gè)產(chǎn)品是兩個(gè)殼件的組合 ,所以初定為一模兩腔最合理 .排列形式如圖 4-2 所示。 4.4 澆口確定 PS 料的流動(dòng)性好 ,可適用于各種澆口 ,為了不影響外觀(guān) ,簡(jiǎn)化模局結(jié)構(gòu) ,確定使用側(cè)澆口。 4.5 模具材料的選擇 現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化 ,所以在模具材料的選擇時(shí)主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料 .如何合理的選擇模具鋼 ,是關(guān)系到模具質(zhì)量的前提條件 ,如 果選材不當(dāng) 圖 4-2 型腔的排布形式 則所有的精密加工所投入的工時(shí) ,設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。 在選擇模具鋼時(shí) ,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能 ,從使用性能考慮 :硬度是主要指標(biāo)之一 ,模具在高應(yīng)力作用下欲保持尺寸不變 ,必須有足夠的硬度 ,當(dāng)承受沖擊載荷時(shí)還要考慮折斷 ,崩刃問(wèn)題 ,所以韌性也是一重要指標(biāo) ,耐磨性是決定模具壽命的重要因素 ,從 PS 特性看 ,這三項(xiàng)指標(biāo)是必須要滿(mǎn)足的 ,此外還有紅硬性 ,抗壓屈服強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度和熱疲勞能力的指標(biāo)。 從工藝性能考慮 :要熱加工工藝好 ,加工溫度范圍寬 ,冷加工性能如切削 ,銑 削 ,拋光等加工性能好 ,此外還要考慮淬透性和淬硬性 ,熱處理變形和氧化脫碳等性能 .另外從經(jīng)濟(jì)考慮 ,要求材料來(lái)源廣 ,價(jià)格低。 查手冊(cè)選擇模仁的材料是 4Cr13.屬馬氏體類(lèi)型不銹鋼 ,該鋼機(jī)械加工性能較好 ,經(jīng)熱處理 (淬火及回火 )后 ,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能 ,拋光性能 ,較高的強(qiáng)度和耐磨性 ,適于制造承受高負(fù)荷 ,高耐磨及在腐蝕介質(zhì)作用下的塑料模具 ,透明塑料制品模具等 .有關(guān)參數(shù)如下 : 物理性能。臨界溫度（ ） AC1： 820 ； AC3： 1100； 線(xiàn)膨脹系數(shù)： 10.5(在 20100 ) 熱導(dǎo)率： 27.6W.(M.K)-1 (在 20 左右 ) 彈性模量（ MP a ） 210000223500 (20 左右 ) 4.6 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機(jī)噴嘴開(kāi)始到型腔入口為止的塑料熔體的流動(dòng)通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質(zhì)，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質(zhì)量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設(shè)計(jì)及加工的復(fù)雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設(shè)計(jì)中的主要內(nèi)容之一。 4.6.1 主流道 主流道是連接注塑機(jī)的噴嘴與分流道的一段通 道，通常和注塑機(jī)的噴嘴在同一軸線(xiàn)上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時(shí)也改善料流的速度，因?yàn)橐妥⑺軝C(jī)相配，所以其尺寸與注塑機(jī)有關(guān)，如圖所示： 主要參數(shù)： 錐角 =3； 內(nèi)表面粗糙度 Ra=0.63 m ； 小端直徑 D=d+(0.51)mm； 半徑 R2 =R1 +(12)mm； 材料 T8A； 由于主流道要與高溫 的塑料熔體和噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，所以主流道部分常設(shè)計(jì)成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)的鋼材單獨(dú)加工和熱處理。 4.6.2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開(kāi)設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向作用，分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表 4-1 所示。 表 4-1 流道斷面尺寸推薦值 塑料名稱(chēng) 分流道斷面直徑mm 塑料名稱(chēng) 分流道斷面直徑 mm ABS， AS 聚乙烯 尼龍 類(lèi) 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質(zhì)同晶體 4.89.5 1.69.5 1.69.5 3.510 810 812.5 510 510 810 聚苯乙烯 軟聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 熱塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 離子聚合物 聚苯硫醚 3.510 3.510 6.516 6.58.0 3.58.0 6.510 6.510 2.410 6.513 分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形， U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長(zhǎng)的比值來(lái)表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為 6mm。 4.6.3 冷料穴 冷料穴一般位于主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進(jìn)入型腔而形成冷接縫，此外，開(kāi)模時(shí)又能將主流道凝料從定模板中拉出 ，冷料穴的尺寸 圖 4-3 冷料穴的尺寸 宜稍大于主流道大端的直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑，冷料穴的尺寸如圖 4-3 所示： 4.6.4 澆口 澆口是連接分流道與型腔的一段細(xì)短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大，澆口的主要作用有兩個(gè)，一是塑料熔體流經(jīng)的 通道，二是澆口的適時(shí)凝固可控制保壓時(shí)間。澆口的類(lèi)型有很多，有點(diǎn)澆口，側(cè)澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應(yīng)用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側(cè)澆口，其有以下特性 : 形狀簡(jiǎn)單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證； 試模時(shí)如發(fā)現(xiàn)不當(dāng)，容易及時(shí)修改； 能相對(duì)獨(dú)立地控制填充速度及封閉時(shí)間； 對(duì)于殼體形塑件，流動(dòng)充填效果較佳。 (1) 側(cè)澆口深度尺寸 H 的確定 H=nt =0.61.6 = 0.96mm n 塑料系數(shù) PS 料取 0.6； t 塑件在澆口位置處的壁厚 ， 該設(shè)計(jì)取殼體中間壁厚 t=1.6 mm。 (經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， H 的取值范圍在 0.52.0mm 之間，若按澆口處壁厚計(jì)算則 H=0.65=3mm,超出了經(jīng)驗(yàn)值，而且由于澆口是易磨損部位，所以開(kāi)始時(shí)取小值是有好處的，這有利于以后的修模 ) (2) 側(cè)澆口寬度尺寸 W 的確定 W=30An （ 4-1） A 型腔一側(cè)的表面積 : A=V/t ； 主流道拉料桿V 澆注體積 ： V=53.9103 mm3 ； t 取平均壁厚 1.6 52=3.3mm 取 3mm。 W=30/tVn=303109.536.0 3 =2.68 取 3mm 澆口尺寸如圖 4-3 所示： 4.6.5 剪切速率的校核 生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)注射模主流道和分流道 的剪切速率 R=5102 5103 S 1 、澆口的剪切速率R=104 105 S 1 時(shí)，所成型的塑件質(zhì)量最好。對(duì)一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計(jì)算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗(yàn)公式表示： R=33.3nvRq （ 4-2） 式中 qv體積流量（ CM3 /S）； R3n澆注系統(tǒng)斷面當(dāng)量半徑（ CM） 。 （ 1）主流道剪切速率校核 Q主 v=0.8Q公/T =73.951.5=49.3 （ CM3 /S） T 注射時(shí)間， T=1.5（ S） ； Rn=4 21 dd =0.27（ CM） Rn主流道的平均當(dāng)量截面半徑 ； d1 主流道小端直徑 ， d1 =0.4 （ CM） ； d2 主流道大端直徑， d2 =0.68（ CM） R主=33.3nvRq= 327.014.33.493.3 =2.63103 S 1 （ 2）分流道剪切速率的校核 第一級(jí)分流道： Q1分=2主Q =29.53 =27（ CM3 /S） Rn 1 =0.3（ CM） R1分=33.3nvRq =33.014.3273.3 =1.05103 S 1 第 二級(jí)分流道 ： Q2分=21分Q 5.13 （ CM3 /S） 因?yàn)楫?dāng)量半徑和第一級(jí)，相同 所以 ， R2分= R1分/2 5102 S 1 （ 3）澆口剪切速率的校核 R澆=33.3nvRq =31.014.35.133.3 =1.42104 S 1 Q澆= Q2分=13.5（ cm3 /s）； 澆口面積 S=13=3mm3 ,當(dāng)量面積 S= R 2當(dāng)n 取 R當(dāng)n=1mm。 從以上的計(jì)算結(jié)果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi) ，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 4.7 模架的確定 4.7.1 型腔壁厚和底版厚度計(jì)算 在注塑成型過(guò)程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當(dāng)型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過(guò)型腔材料本身的許用應(yīng)力 時(shí)，型腔將導(dǎo)致塑性變形，甚至開(kāi)裂。與此同時(shí)，若剛度不足將導(dǎo)致過(guò)大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對(duì)型腔進(jìn)行強(qiáng)度和剛度的計(jì)算，尤其對(duì)重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗(yàn)確定。 根據(jù)大型模具按剛度條件設(shè)計(jì)，按強(qiáng)度校核；小型模具按強(qiáng)度條件設(shè)計(jì)，按剛度校核原則：模具結(jié)構(gòu)形式如圖 4-4 所示： 側(cè)壁厚度 計(jì)算公式 ： S (4Ecph )31 （ 4-3） =(04.0101.2 40301 54 )31 =20.91 mm 式中 C與型腔深度對(duì)型腔側(cè)壁長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比 h/L1 有關(guān)的系數(shù)；查表 C=1； 圖 4-4 模具結(jié)構(gòu)形式 p 型腔壓力， p 取 30MPa ； h 型腔深度， h =40； E模具材料的彈性模量（ MP a ）， E 取 2.1105 ； 剛度條件，即允許變形量 (mm)，取 =0.04； 底板厚度 計(jì)算公式 ： sh （421EpLc ） 31 （ 4-4） =（04.0101.2 18030026.0 54 ） 31 =46.02 mm 1c 由底板短邊與長(zhǎng)邊邊長(zhǎng)之比 12 /LL 決定的系數(shù)；查表 1c =0.026； p 型腔 壓力， p 取 30MPa ； 2L 底版短邊長(zhǎng)度 (mm)， 2L =180； E模具材料的彈性模量（ MPa ）， E 取 2.1105 ； 剛度條件，即允許變形量 (mm)，取 =0.04； 4.7.2 模架的選用 注塑模模架?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)有兩個(gè)，即 GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技術(shù)條件和GB/T125551990塑料注射模大型模架。前者適用于模板尺寸為 BL560mm900mm；后者的模板尺寸 BL 為（ 630mm630mm）（ 1250mm2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國(guó)的部分地區(qū)形成了自己的標(biāo)準(zhǔn)，該設(shè)計(jì)采用龍記標(biāo)準(zhǔn)模架。 （ 1）模仁尺寸的確定 因?yàn)椴捎玫氖钦w式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所 承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見(jiàn)效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實(shí)際中因?yàn)橐紤]冷卻因素，又因?yàn)榻?jīng)過(guò)模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過(guò)模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間，該設(shè)計(jì)取模仁的大小為 180302 mm。 （ 2）凸、凹模尺寸的確定 凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進(jìn)行強(qiáng)度或剛度校核來(lái)確定。根據(jù) 3.3.3 的計(jì)算結(jié)果，只要凹模長(zhǎng)邊的寬度滿(mǎn)足 12 mm 就可以達(dá)到剛度要求，理論上只要取大于 12 mm 的值就滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，但考慮到導(dǎo)柱和導(dǎo)套、螺釘、冷卻水孔等對(duì)模架強(qiáng)度、剛度的削弱作 用，實(shí)際生產(chǎn)中都取比理論值大得多的值，在本設(shè)計(jì)中，在長(zhǎng)度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 45 mm，在寬度方向，取模仁到模具邊的單邊寬度為 49 mm（實(shí)際生產(chǎn)中寬度方向的邊值一般比長(zhǎng)度方向的邊值大）。所以凸、凹模尺寸為 270400 mm。 （ 3）模具高度尺寸的確定 各塊板的厚度已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個(gè)尺寸需要注意： 凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時(shí)型腔中有很大的成型壓力，當(dāng)塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時(shí)，若凸模底板厚度不夠，則極有可能使模架發(fā)生變形或 者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，根據(jù) 4.7.1 知道，厚度滿(mǎn)足 46 可滿(mǎn)足要求，為了安全，取底板厚度為50 mm，。凹模的底板因?yàn)槭桥c注塑機(jī)的工作臺(tái)接觸的，所受的力傳遞到工作臺(tái)上，所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統(tǒng)的空間就可以，該設(shè)計(jì)取凹模底板厚度為 30 mm。 推板推出距離；在分模時(shí)塑件一般是黏結(jié)在型芯上的，需要推桿或推板推出一定的距離才能脫離型芯，該塑件的高度為 18 mm 左右，黏結(jié)在型芯上的尺寸約 15 mm 左右，所以當(dāng)推出距離為 15 mm時(shí)就能使塑件和型芯分離。如果 C 板（即模腳）的高度太小，則推出的距離不夠而使塑件不能脫離型芯，如圖 4-5 所示： 需要滿(mǎn)足關(guān)系： H h1 h2 h3 h 0 HC 板高度； h1擋銷(xiāo)高度； h2推板厚度； h3 推桿固定板厚度； h推出距離； 完成了以上的工作，確定模具尺寸為 270400 mm， A 板厚度 70 mm， B 板厚度 80 mm， C 板厚度 圖 4-5 推出距離關(guān)系 100，為了保證凸、凹模不碰傷， A 板和 B 板之間取 1 mm 間隙。 為了起吊模具，模具上都設(shè)有吊環(huán)，關(guān)于模具吊 環(huán)的說(shuō)明見(jiàn) 1附 。 4.8 導(dǎo)向與定位機(jī)構(gòu) 注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種類(lèi)型。導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的開(kāi)合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向。錐面定位機(jī)構(gòu)用于動(dòng)、定模之間的精密對(duì)中定位。 導(dǎo)柱：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種結(jié)構(gòu)形式，分為帶頭導(dǎo)柱和有肩導(dǎo)柱，大型而長(zhǎng)的導(dǎo)柱應(yīng)開(kāi)設(shè)油槽，內(nèi)存潤(rùn)滑劑，以減小導(dǎo)柱導(dǎo)向的摩擦。若導(dǎo)柱需要支撐模板的重量，特別對(duì)于大型、精密的模具，導(dǎo)柱的直徑需要進(jìn)行強(qiáng)度校核。 導(dǎo)套：導(dǎo)套分為直導(dǎo)套和帶頭導(dǎo)套，直導(dǎo)套裝入模板后，應(yīng)有防止被拔出的結(jié)構(gòu)， 帶頭導(dǎo)柱軸向固定容易。 Hh1h2h3h 設(shè)計(jì)導(dǎo)柱和導(dǎo)套需要注意的事項(xiàng)有： 1）合理布置導(dǎo)柱的位置，導(dǎo)柱中心至模具外緣至少應(yīng)有一個(gè)導(dǎo)柱直徑的厚度；導(dǎo)柱不應(yīng)設(shè)在矩形模具四角的危險(xiǎn)斷面上。通常設(shè)在長(zhǎng)邊離中心線(xiàn)的 1/3 處最為安全。導(dǎo)柱布置方式常采用等徑不對(duì)稱(chēng)布置，或不等直徑對(duì)稱(chēng)布置。 2）導(dǎo)柱工作部分長(zhǎng)度應(yīng)比型芯端面高出 68 mm，以確保其導(dǎo)向與引導(dǎo)作用。 3）導(dǎo)柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度時(shí)可采取更低的配合要求；導(dǎo)柱固定部分配合精度采用 H7/k6；導(dǎo)套外徑的配合精度采取 H7/k6。配合長(zhǎng)度通常取配合直徑的 1.52 倍，其余部分可以擴(kuò)孔，以減小摩擦，降低加工難度。 4）導(dǎo)柱可以設(shè)置在動(dòng)?；蚨＃O(shè)在動(dòng)模一邊可以保護(hù)型芯不受損壞，設(shè)在定模一邊有利于塑件脫模。 4.9 頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì) 注射成型每一循環(huán)中，塑件必須準(zhǔn)確無(wú)誤地從模具的凹?；蛐托旧厦摮觯瓿擅摮鏊芗难b置稱(chēng)為脫模機(jī)構(gòu)，也稱(chēng)頂出機(jī)構(gòu)。 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)一般遵循以下原則： 1）塑件滯留于動(dòng)模邊，以便借助于開(kāi)模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作。 2）由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大的部位。 3）結(jié)構(gòu)合理可 靠，便于制造和維護(hù)。 本設(shè)計(jì)使用簡(jiǎn)單的推桿和推管脫模機(jī)構(gòu)，因?yàn)樵撍芗姆中兔婧?jiǎn)單，結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜，采用推簡(jiǎn)單的脫模機(jī)構(gòu)可以簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，給制造和維護(hù)帶來(lái)方便。在對(duì)脫模機(jī)構(gòu)做說(shuō)明之前，需要對(duì)脫模力做個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算。 4.9.1 脫模力的計(jì)算 首先需要對(duì)塑件進(jìn)行理想模型建模，如圖 4-6 所示： 其中 A 段是塑件凹槽鎖位的長(zhǎng)度，長(zhǎng)度為 5mm， B 段是圓弧形殼體的理想建模，長(zhǎng)度為 10MM，原塑件的兩端斜率不一致，如圖 4-6 所示，所以取平均值為脫模斜度。 =2 3.155.36 =25.9 取 26 對(duì)建模進(jìn)行受力分析，如圖 4-7 所示： F1 制件對(duì)型芯的包緊力（ N）； F2 、 F3 F1 的垂直和水平分量（ N）； 圖 4-6 受力建模 F3F3的反作用力（ N）； F4沿凸模表面的脫模力（ N）； F脫沿制件出模方向所需的脫模力（ N）； 脫模斜度； F2 = F1 cos ； F3= F3= F1 sin ； F4 = F2 = F1 cos ； F脫=( F4 F3) cos =( F1 cos F1 sin ) cos = F1 cos ( cos sin ) 所以，脫模力的計(jì)算公式為： 圖 4-7 受力分析圖 F脫= F1 cos ( cos sin ) （ 4-5） 又 F1 =Lch包p （ 4-6） 式中 Lc凸模成型 型部分的截面周長(zhǎng)； h 模被制件包緊部分的高度； 包p 制件對(duì)凸模的單位包緊力，其數(shù)值與制件的幾何特點(diǎn)及塑料的性質(zhì)有關(guān)，一般可取 812MPa； A 段： F1 Lch包p Dh包p =3.1411010 3 510 3 9106 15543(N) 式中 D 取的是塑件的平均直徑， D= 120 1012=110.5，取 D=110mm。 B 段： F/1 Lc h包p D/ h包p 脫 3.145510 3 1010 3 9106 =15543(N) B 段 兩端截面周長(zhǎng)不等，取等效截面周長(zhǎng)在中間 D/ =D/2。 所以脫模力為： F脫 F1+ F/1 F1+ F/1 cos ( cos sin ) 15543+155430.90（ 0.40.9-0.44） =16662（ N） 注： A 段脫模斜度為 0，所以 A 段 F脫= F1 ； B 段脫模斜度為 26，需要按前面的分析求解 。 因?yàn)橹萍?duì)型芯的力總是阻礙脫模，所以，在 ( cos sin )為負(fù)時(shí)我們?nèi)∑浣^對(duì)值 。由于以上 所計(jì)算得的只是一腔的脫模力，所以總的脫模力為： F總=2 F脫=216662=33324（ N）； 4.9.2 推桿脫模機(jī)構(gòu) 推桿脫模機(jī)構(gòu)是最簡(jiǎn)單、最常用的一種形式，具有制造簡(jiǎn)單、更換方便、推出效果好等特點(diǎn)。推桿直接與塑件接觸，開(kāi)模后將塑件推出。 推桿的截面形狀；可分為圓形，方形或橢圓形等其它形狀，根據(jù)塑件的推出部位而定，最常用的截面形狀為圓形；推桿又分為普通推桿和成型推桿兩種，前者只是起到將塑件推出的作用，后者不僅如此還能參與局部成型，所以，推桿的使用是非常靈活的。 1）推桿尺寸計(jì)算： 本設(shè)計(jì)采用的是推管和推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對(duì)推桿或推管做出初步的直徑預(yù)算并進(jìn)行強(qiáng)度校核。 本設(shè)計(jì)采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡(jiǎn)化為： d=k(nEFL 脫2 )41 （ 4-7） =1.5(52101.231 33324150 )41 = 4.91 mm d推桿直徑； n推桿的數(shù)量， n 取 31（把推管當(dāng)作推桿） L推桿長(zhǎng)度（參考模架尺寸，估取 L=150）； E推桿材料的彈性模量，取 E=2.1105 MPa k安全系數(shù)，取 k=1.5； F脫總的脫模力， F脫=33324（ N）； 實(shí)際推桿尺寸直徑為 5 mm，推管直徑為 7 mm，可見(jiàn)是符合要求的。 但為了安全起見(jiàn)，再對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度校核，強(qiáng)度校核公式為： d4壓脫nF （ 4-8） 15014.332333244 3mm 滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 壓 推桿材料的許用壓應(yīng)力 , 壓 2附 =150Mpa。 2）推桿的固定形式：推桿的固定形式有多種，但最常用的是推桿在固定板中的形式，此外還有螺釘緊固等形式。 3）推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向：當(dāng)推桿較細(xì)或推桿數(shù)量較多時(shí)，為了防止因塑件反阻力不均勻而導(dǎo)致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發(fā)生運(yùn)動(dòng)卡滯現(xiàn)象，需要在推出機(jī)構(gòu)中設(shè)置導(dǎo)向零件 ，一般稱(chēng)為推板導(dǎo)柱。 4）推出機(jī)構(gòu)的復(fù)位：脫模機(jī)構(gòu)完成塑件的頂出后，為進(jìn)行下一個(gè)循環(huán)必須回復(fù)到初始位置，目前常用的復(fù)位形式主要有復(fù)位桿復(fù)位和彈簧復(fù)位。本設(shè)計(jì)采用彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)是一種最簡(jiǎn)單的復(fù)位方式。推出時(shí)彈簧被壓縮，而合模時(shí)彈簧的回力就將推出機(jī)構(gòu)復(fù)位。 5）推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質(zhì)一般為 H8/f7 或 H7/f7，配合間隙值以熔 圖 4-8 推桿的安裝圖 料不溢料為標(biāo)準(zhǔn)。配合長(zhǎng)度一般為直徑的 1.52 倍，至少大于 15mm，推桿與推桿固 定板的孔之間留有足夠的間隙，推桿相對(duì)于固定板是浮動(dòng)的，如圖 4-8 所示。 4.9.3 推管脫模機(jī)構(gòu) 推管又稱(chēng)空心推管。它特別適用于圓環(huán)形、圓筒形等中心帶孔的塑件脫模。推管脫模推頂塑件平穩(wěn)可靠；推管整個(gè)周邊推頂塑件，使塑件受力均勻，無(wú)變形，無(wú)推出痕跡；主型芯和型腔可同時(shí)設(shè)計(jì)在動(dòng)模一側(cè)，有利于提高塑件的同軸度等優(yōu)點(diǎn)。 1）推管的固定形式：主型芯固定于動(dòng)模座板，如圖所示：此種結(jié)構(gòu)型芯較長(zhǎng)，型芯可作為脫模機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)向柱，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)可靠，多用于推出距離不大的情況，推管內(nèi)徑與型芯配合，外徑與模板配合，一般均采用間隙配合 。小直徑推管取 H8/f8，大直徑推管取 H8/f7，如圖 4-9 所示 。推管與型芯配合長(zhǎng)度為推出行程加 35mm，故可將推管尾部?jī)?nèi)徑擴(kuò)大或?qū)⑿托疚膊繙p小，以利于減小摩擦阻力。推管與模板的配合長(zhǎng)度為推管外徑的 0.82 倍。此外還有。主型芯固定于動(dòng)模型芯固定板和推管開(kāi)槽結(jié)構(gòu)，限于篇幅，在此不做敘述。 2）推管脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)：從推管的強(qiáng)度和加工角度考慮，推管壁厚應(yīng)大于 1.5mm，細(xì)小的推管可以作成階梯形，推管內(nèi)徑和外徑在頂出時(shí)，不應(yīng)與型芯或模體摩擦，為此推管內(nèi)徑應(yīng)大于塑件內(nèi)徑，推管外徑應(yīng)小于塑件外徑，如圖所示：推管材 料、熱處理與表面粗糙度要求與推桿相同，多采用前段局部淬火，其長(zhǎng)度大于配合長(zhǎng)度和推出形程之和。 該設(shè)計(jì)本考慮了用推件板脫模機(jī)構(gòu)，但是由于該塑件不是規(guī)則的圓柱體形，并且考慮到還有 4 個(gè)鑲件，若采用推件板雖然能夠讓推出平穩(wěn)，并且不留痕跡，能保證兩個(gè)配合面的平整度，但是，這讓模具的制造困難，鑲件與型芯之間，型芯與推件板之間需要精加工才能保證 圖 4-9 推管的安裝圖 配合精度，同時(shí)型芯的固定也會(huì)造成精度問(wèn)題，而且推件板的定位精度只是 由導(dǎo)柱來(lái)決定，但導(dǎo)柱的定位精度在 0.020.062mm 之間， 0.02mm 是 PS 料的排氣槽深度，可見(jiàn)，這樣的定位精度不是很高，當(dāng)然使用推件板脫模也是可行的，只是要另外增設(shè)定位機(jī)構(gòu)，如斜面精定位，加凸、凹模上加裝精定位塊等。 4.9.4 推板厚度的計(jì)算 H 0.54L（BEF脫 ） 31 （ 4-9） 頂尖圓角 0.5480（065.0101.2160 33324 5 ） 31 10.71 mm 式中 L推桿對(duì)推板的作用間距，參考模架取 L 取 80 mm （ 較遠(yuǎn)處的一對(duì)推管距離為 188 mm，考慮到推桿的作用，所以取較近的一對(duì)推桿作為校核 ）； B 推板寬度， B=160 mm； 模板中心允許的最大變形量， =0.065 mm， 取 1/8 塑件推出方向上的尺寸公差推出方向上的尺寸公差 =0.52 mm。 模具推板的厚度為 20mm，從計(jì)算結(jié)果看，滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。 4.10 成型零件工作尺寸的計(jì)算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構(gòu)成塑件的尺寸。凹、凸模工作尺寸的精度直接影響塑件的精度。該塑件有需要配合的地方，所以對(duì)尺寸的要求比較高，但由于該塑件不是規(guī)則的圓柱形，其基本線(xiàn)條是由 5 段圓弧組成，如圖 4-10 所示：忽略頂尖圓角的影響，現(xiàn)在只考慮 剩余的 4 段圓弧，因?yàn)槭菍?duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，所以只要保證其中一半的精度尺寸就可以保證整個(gè)塑件在配合處的尺寸（即近似的把塑件當(dāng)成兩個(gè)規(guī)則圓柱形的組合體）。 成型零件工作尺寸計(jì)算方法一般有兩種：一種是平均值法，即按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量進(jìn)行計(jì)算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進(jìn)行計(jì)算；前一種方法簡(jiǎn)便，但不適合精密塑件的模具設(shè)計(jì)，后一種復(fù)雜，但能較好的保證尺寸精度。本設(shè)計(jì)采用平均值法。 4.10.1 凹模工作尺寸的計(jì)算 圖 4-10 塑件基 本尺寸 凹模是成型塑件外形的模具零件，其工作尺寸屬包容尺寸，在使用過(guò)程中凹模的磨損會(huì)使包容尺寸逐漸變大。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)，包容尺寸盡量取下限尺寸，尺寸公差取上偏差。模具工作尺寸與塑件尺寸的關(guān)系如圖 4-11(a,b,c)所示： 1）凹模徑向尺寸的計(jì)算 Lm 1=(1+Scp)Ls 1 43 z （ 4-10） =(1+0.005)58.24430.40 17.0 =58.23 17.0 mm 凹模尺寸如圖 4-11 a 所示。 式中 Lm 1 以 R29.12 加工時(shí)凹模的徑向尺寸 ； LS 1 在 R29.12 弧段塑件的徑向尺寸 ； 塑件的公差值；塑件尺寸公差根據(jù) GB/T144861993 模塑件尺寸公差表取MT2B 級(jí)，由尺寸段決定值的大小 ； z 制造公差， z = 3 ； Scp 塑件的平均收縮率， Scp =0.005。 L2m=(1+Scp)Ls 2 43 z （ 4-11） =(1+0.005) 114.48430.52 17.0 =114.66 17.0 mm 式中 L2m 以 R57.24 加工時(shí)凹模的徑向尺寸 ； Ls 2 在 R57.24 弧段塑件的凹模徑向尺寸 。 2）凹模深度尺寸的計(jì)算： Hm=(1+ Scp)Hs32 z 圖 4-11 型腔 =(1+0.005)14.89320.28 17.0 =14.78 17.0 mm 式中 Hs 塑件的高度尺寸， Hs=14.89 mm 。 4.10.2 凸模工作尺寸 的計(jì)算 凸模是成型塑件外形的，其工作尺寸屬被包容尺寸，在使用過(guò)程中凸摸的磨損會(huì)使被包容尺寸變小。因此，為了使得模具的磨損留有修模的余地，以及裝配的需要，在設(shè)計(jì)模具時(shí)， 被包容尺寸盡量取上限尺寸，尺寸公差取下偏差。 1）凸模徑向尺寸的計(jì)算： LM 1 =(1+ Scp) LS 1 + 43Z 圖 4-11 塑件 =(1+0.005)54.24+430.4017.0 =54.8117.0 mm 凸模尺寸如圖 4-11 c 所示。 式中 LM 1 以 R29.12 加工時(shí) 凸 模的徑向尺寸 ； L 2M =(1+ Scp) LS 2+ 43Z （ 4-14） =(1+0.005)110.48+430.5217.0 =111.4217.0 mm 式中 LM 1 以 R29.12 加工時(shí) 凸 模的徑向尺寸 。 2） 凸模高度尺寸的計(jì)算： HM =(1+ Scp) HS+32 Z （ 4-15） =(1+0.005)13.29+320.2817.0 =13.5417.0 mm 式中 HS 凹模深度減去塑件壁厚型芯的理論高度。 4.10.3 中心距尺寸的計(jì)算 模具上中心距尺寸與制品上中心距的公差標(biāo)注均采用雙向等值公差 21和2Z表示。此外，在中心距尺寸的計(jì)算中不考慮磨損量 ，如圖 4-11 c 所示。 L=(1+ Scp) L中心2z （ 4-16） 圖 4-11 型芯 =(1+0.005)12 217.0 =12.06 0.09 mm 式中 L 模具中心距尺寸 ； L中心塑件中心距尺寸， L中心=12 mm 4.11 排氣設(shè)計(jì) 在塑料熔體填充注射模腔過(guò)程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而形成的水蒸汽，塑料局部分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)氣體，塑料助劑揮發(fā)（或化學(xué)反應(yīng)）所產(chǎn)生的氣體以及熱固性塑料交聯(lián)硬化釋放的氣體等；這些氣體如果不能被熔融塑料順利地排出模腔，將在制件上形成氣孔，接縫，表面輪廓不清，不能完全充滿(mǎn)型腔，同時(shí)，還會(huì)因?yàn)闅怏w被壓縮而產(chǎn)生的高溫灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕，色澤不佳等缺陷。 模具的排氣可以利用排氣槽排氣，分型面排氣，利用型芯，推桿，鑲件等的間隙 排氣。 PS 料推薦的排氣槽深度為 0.02。 4.11.1 排氣設(shè)計(jì)原則： 通常，選擇排氣槽的開(kāi)設(shè)位置時(shí)，應(yīng)遵循以下原則： 1）排氣口不能正對(duì)操作者，以防熔料噴出而發(fā)生工傷事故； 2）最好開(kāi)設(shè)在分型面上，如果產(chǎn)生飛邊易隨塑件脫出； 3）最好設(shè)在凹模上，以便于模具加工和清模方便； 4）開(kāi)設(shè)在塑料熔體最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料穴的終端； 5）開(kāi)設(shè)在靠近嵌件和制件壁最薄處，因?yàn)檫@樣的部位最容易形成熔接痕； 6）若型腔最后充滿(mǎn)部位不在分型面上，其附近又無(wú)可供排氣的推桿或活動(dòng)的型心時(shí)， 可在型腔相應(yīng)部位鑲 嵌燒結(jié)的多孔金屬塊，以供排氣； 7）高速注射薄壁型制件時(shí)，排氣槽設(shè)在澆口附近，可使氣體連續(xù)排出； 圖 4-12 排氣槽位置 排氣槽的開(kāi)設(shè)位置尺寸如圖 4.9 所示：若制件具有高深的型腔，那么在脫模時(shí)需要對(duì)模具設(shè)置引氣系統(tǒng)，那是因?yàn)橹萍砻媾c型心表面之間在脫模過(guò)程中形成真空，難于脫模，制件容易變形或損壞。熱固性塑料制件在型腔內(nèi)的收縮小，特別是不采用鑲拼結(jié)構(gòu)的深型腔，在開(kāi)模時(shí)空氣無(wú)法進(jìn)入型腔與制件之間，使制件附粘 在型腔的情況比熱塑性制件更甚，因此，必須引入引氣系統(tǒng)。 4.11.2 推管、推桿、鑲件排氣功能的證明 由上面我們知道，推管和型芯的公差配合取78fH，屬于間隙配合，現(xiàn)在計(jì)算這個(gè)配合的極限間隙。推管外徑為 7mm,所以計(jì)算787 fH。 解：787 fH的極限偏差 查表求得基本尺寸 7 的標(biāo)準(zhǔn)公差 IT8=22 m ， IT7=15 m 。 孔、軸的上、下偏差為： 基準(zhǔn)孔 H8 EI=0； ES=EI+IT8=0+22=22 m 基準(zhǔn)軸 f7es= 13； ei=es IT7= 13 15= 28 m 孔、軸的極限偏差分別為： 7 H8 220 7 f7 1328 787 fH的極限間隙為： Xmax=ES ei=22（ 28） =50 m Xmin =EI es=0（ 13） =13 m 圖 4-13 公差帶圖 從計(jì)算結(jié)果看，間隙在 0.0130.05 mm 之間， 公差帶圖如圖 4-13 所示。 相比 排氣槽的深度 0.02，似乎推管能更好的排氣，這也說(shuō)明了，增加推管和鑲件等可以有利于型腔的排氣。 4.12 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 在注塑成型過(guò)程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具的溫度要求也不同。流動(dòng)性差的塑料如 PC， POM 等，要求模具溫度高，溫度過(guò)低會(huì)影響塑料的流動(dòng)，增大流動(dòng)剪切力，使塑件內(nèi)應(yīng)力增大，出現(xiàn)冷流痕，銀絲，注不滿(mǎn)等缺陷。普通的模具通入常溫的水進(jìn)行冷卻，通過(guò)調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度，為了縮短成型周期，還可以把常溫的水降低溫度后再通入模內(nèi) ，可以提高成型效率。對(duì)于高熔點(diǎn)，流動(dòng)性差的塑料，流動(dòng)距離長(zhǎng)的制件，為了防止填充不足，有時(shí)也在水管中通入溫水把模具加熱。 PS 推薦的成型溫度為170280，模具溫度為 2070 。 4.12.1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 1）采用較低的模溫可以減小塑料制件的成型收縮率； 2）模溫均勻，冷卻時(shí)間短，注射速度快可以減少塑件的變形 3）對(duì)塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質(zhì)量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態(tài)； 溫度對(duì)塑件質(zhì)量的影響有相互矛盾的地方，設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)材料特性和使用要求偏重于主要要求。 4.12.2 對(duì)溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 1）根據(jù)塑料的品種確定是對(duì)模具采用加熱方式還是冷卻方式； 2）希望模溫均一，塑件各部同時(shí)冷卻，以提高生產(chǎn)率和提高塑件質(zhì)量； 3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； 4）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)應(yīng)盡可能做到結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工容易，成本低廉； 從成型溫度和使用要求看，需要對(duì)該模具進(jìn)行冷卻，以提高生產(chǎn)率。 4.12.3 冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)： 設(shè)計(jì)原則 1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； 2）冷卻水孔的數(shù)量越多，孔徑越大，則對(duì)塑件的冷卻效果越好； 3）盡可能使冷卻水孔至型腔表 面的距離相等，與制件的壁厚距離相等，經(jīng)驗(yàn)表明，冷卻水管中心距 B 大約為 2.53.5D，冷卻水管壁距模具邊界和制件壁的距離為 0.81.5B。最小不要小于 10。 4）澆口處加強(qiáng)冷卻，冷卻水從澆口處進(jìn)入最佳； 5）應(yīng)降低進(jìn)水和出水的溫差，進(jìn)出水溫差一般不超過(guò) 5 6）冷卻水的開(kāi)設(shè)方向以不影響操作為好，對(duì)于矩形模具，通常沿寬度方向開(kāi)設(shè)水孔。 7）合理確定冷卻水道的形式，確定冷卻水管接頭位置，避免與模具的其他機(jī)構(gòu)發(fā)生干涉。 冷卻時(shí)間的確定 在對(duì)冷卻系統(tǒng)做計(jì)算之前，需要對(duì)某些數(shù)據(jù)取值，以便對(duì)以后的計(jì)算作出估算；根據(jù) 前面的資料，取閉模時(shí)間 3S，開(kāi)模時(shí)間 3S，頂出時(shí)間 2S，冷卻時(shí)間 20.5S，保壓時(shí)間 10S，總周期為 40S。 其中，保壓時(shí)間的確定有經(jīng)驗(yàn)公式可遵循： T保=0.3（ S+2S2 ） S 塑件平均壁厚， S 取 3mm =0.3（ 3+232 ） =6.3 （ S） 若根據(jù)前面的資料， PS 的保壓時(shí)間在 1540S 之間，計(jì)算的結(jié)果顯然是不符合的，但根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)資料表明，生產(chǎn)一個(gè)長(zhǎng)為 135 的筆套，其保壓和冷卻的時(shí)間和也只是 15S，所以，參考實(shí)際的生產(chǎn)資料，以經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算值為依據(jù)會(huì)更好，這是取保壓時(shí)間為 10S 的原因。 冷卻時(shí)間，依塑料種類(lèi)，塑件壁厚而異，一般用下式計(jì)算： t冷= 22S 28 SMEMTTTT （ 4-17） = 2233.14 0.08 283.14 210 5060 50 = 29.25（ S） 式中 S 塑件平均壁厚， S 取 3mm； 塑料熱擴(kuò)散系數(shù) (mm2 /s) =0.08； TS成型溫度 200250 TS取 210； TE脫模溫度 60100 TE取 60； TM模具溫度 4060 TM取 50。 由計(jì)算結(jié)果得冷卻時(shí)間需要 29.25 S，但計(jì)算并不能精確的確定實(shí)際冷卻時(shí)間的多少，參照經(jīng)驗(yàn)推薦值， 制件平均壁厚取 3mm， 對(duì)應(yīng)經(jīng)驗(yàn)冷卻時(shí)間 t=20.5 S，取 t冷=20.5 S。 為什么 最終的成型周期取 20.5 而不是 29.25，那是因?yàn)樵趯?shí)際注塑過(guò)程中， TS， TE， TM等因素不可能像我們所設(shè)計(jì)的那么理想，所以，從實(shí)際出發(fā)，取經(jīng)驗(yàn)值會(huì)更好些。 塑料熔體釋放的熱量 Q1 =nG CS(t1 t0) （ 4-18） =9073.9510 3 1.34（ 210 60） =1337.76 KJ/h 式中 n 每小時(shí)注射次數(shù) ， n=90 （次） ； G 每次的注射量 (KG)G=73.9510 3 CS 塑料的比熱容 (KJ/KG )， CS=1.34； t1熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度 ， t1=210； t0塑件脫模 溫度 ， t0=60。 高溫噴嘴向模具的接觸傳熱 Q2=3.6AZ (t1 t2) （ 4-19） =3.6125610 6 140（ 210 50） =101.28 KJ/h 式中 AZ 注塑機(jī)的噴嘴頭與模具的接觸面積（ m2 ） ， AZ=125610 6 m2 金屬傳熱系數(shù) =140(W/ m2 )； t2 模具平均溫度 t2=50 ； t1 熔融塑料進(jìn)入型腔的溫度 t1=210。 AZ=4 R2 =43.14102 =125610 6 m2 R 注塑機(jī)噴嘴球半徑， R=10 m m 注射模通過(guò)自然冷卻傳導(dǎo)走的熱量 （ 1）對(duì)流傳熱 Q對(duì)=h1 Am( t2 t3)43 （ 4-20） =5.350.29（ 50 20） 43 =160KJ/h 式中 h1 傳熱系數(shù)（ KJ/ m2 h ）， h1=5.35； Am 兩個(gè)分型面和四個(gè)側(cè)面的面積， Am=0.321； t2 模具平均溫度 ， t2=50； t3 室溫 ， t3=20。 h1=4.187(0.25+2360300t )= 4.187（ 0.25+ 36050 300 ） = 5.35 Am=（ A1m） + (A2m) nk = 0.22+0.160.45 = 0.29 A1m=2BL=227040010 6 =0.22 m2 ； A2m=4BH =427015010 6 =0.16m2 ； B 模具寬度 m m， B=270； L 模具長(zhǎng)度 m m， L=400 開(kāi)模率 nk= (t t tt注 冷 ） = 4 0 1 .5 2 0 .540（ ）=0.45 （ 2）輻射散發(fā)的熱量 Q輻=20.8 A2m ( 2273100t)4 ( 3273100t)4 （ 4-21） =20.80.180.8（ 273 50100） 4 （ 273 20100） 4 =105.3 KJ/h 式中 輻射率，一般表面 =0.80.9； A2m=0.16； （ 3）工作臺(tái)散發(fā)的熱量 Q臺(tái)=h2 A接( t2 t3)h2 （ 4-22） = 5020.128（ 5030） =1927.68 KJ/h 式中 傳熱系數(shù)； h2=502KJ/(m2 h )； A接 模