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由電火花加工引起的塑料模具鋼表面完整性的一項(xiàng)對比研究
BULENT EKMEKCI, OKTAY ELKOCA, 和 ABDULKADIR ERDEN
極端的電火花加工（EDM）過程導(dǎo)致了加工表面上一種獨(dú)特結(jié)構(gòu)的變化。在研究的過程中，我們對電極材料和液體介質(zhì)類型對塑料模具鋼樣品表面完整性的影響均進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明，無論工具電極和絕緣液體如何變化，白層上總可以形成機(jī)加工表面。這一層是由分布在保留的滲碳體和馬氏體基體層上形成的樹突結(jié)構(gòu)奧氏體，由于熔融金屬的快速凝固，在碳介質(zhì)液體中使用。高強(qiáng)度裂紋的長度增加引起低脈沖的電流脈沖。此時(shí)已發(fā)現(xiàn)電火花加工表面產(chǎn)生裂紋，閉合環(huán)路凹陷與徑向裂紋交叉直立仍然繼續(xù)，另一個(gè)放電反應(yīng)在附近發(fā)生。白層樣品中加工去離子水混合溶液液體介質(zhì)，保留的殘余奧氏體相的數(shù)量有所減少，裂紋強(qiáng)度有所變化。小球體附屬物的數(shù)量在增加，表面碳工具電極材料或介電質(zhì)液體被用于加工中。
1 引言
電火花加工（EDM）提供一個(gè)有效地制造工藝，使生產(chǎn)的硬質(zhì)材料構(gòu)件具有復(fù)雜的幾何形態(tài)，它很難用于常規(guī)加工航空航天、汽車、工具、模具等行業(yè)。
電火花加工可以描述為利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時(shí)產(chǎn)生的電蝕作用，蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法。因此，電能的形式以持續(xù)時(shí)間短脈沖指向電極。進(jìn)行電火花加工時(shí)，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。當(dāng)兩極間的間隙達(dá)到一定距離時(shí)，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。眾所周知，在電極表面的腐蝕主要是由熱效應(yīng)的放電引起的，通過火花電極感應(yīng)，發(fā)電機(jī)制造出強(qiáng)烈的電場。在這一領(lǐng)域，最強(qiáng)的電極發(fā)揮作用。在這兩個(gè)電極之間，液體介質(zhì)中的分子和離子極化。當(dāng)介電強(qiáng)度液的差距超過自然條件限制，則是一種低阻放電通道形成由于電子放射引起的陰極陽極的變化。這種碰撞過程以熱的形式轉(zhuǎn)化動(dòng)能。熱產(chǎn)生的放電通道預(yù)計(jì)高達(dá)1017w/平方米左右。因此，甚至可以提高局部電極溫度到20000k。因此，被電離的電極材料發(fā)生溶解、汽化。不被人了解的是在相似的高溫下可以得到如此小的尺寸。等離子體放電通道擴(kuò)張導(dǎo)致壓力增加，邊界電流密度差距降低。大多情況下，壓力升高可以防止兩電極表面過熱。當(dāng)脈沖電壓消失時(shí)，急劇下降的壓力會(huì)引發(fā)劇烈侵蝕過程。過熱的電解質(zhì)液體會(huì)使熔巖洞劇烈爆炸。最后，在表面冷卻的瞬間，在液體介質(zhì)中，形狀不規(guī)則的熔融材料或中空球形顆粒汽化。其最終結(jié)果就是在正負(fù)電極上都形成小坑，那里其余部分的熔融材料飛濺。應(yīng)用連續(xù)高頻率驅(qū)動(dòng)一個(gè)電極，逐漸侵蝕形成互補(bǔ)的工具電極形成電火花放電。
明確表征電火花加工表面形貌和質(zhì)量的功能是必不可少的。圖（2）（3）試圖定義一個(gè)單一的放電隕石坑的形狀和放點(diǎn)條件之間的關(guān)系。它發(fā)現(xiàn)，間隙距離引起放電隕石坑大小的多樣性。勞埃德和沃倫表明，陽極隕石坑晶體取向是一個(gè)獨(dú)立的圓形凹陷的形式和凸起的環(huán)狀在液體分散時(shí)間金屬動(dòng)蕩造成的。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，這個(gè)隕石坑的直徑在一定的條件下是一個(gè)常數(shù)。另一方面，
在陰極的隕石坑上并沒有發(fā)現(xiàn)真正的循環(huán)，但可以發(fā)現(xiàn)它們晶面的對稱性。格林和阿爾瓦雷斯在不同的電極材料作用下、采用了輪廓成像技術(shù)準(zhǔn)確的測量了隕石坑電極的體積。他們的發(fā)現(xiàn)說明了徑向流線附近的邊緣上的隕石坑受高壓的影響。拉達(dá)克里西南發(fā)現(xiàn)，利用定位技術(shù)，不同的材料形成的隕石坑，除了其規(guī)模和深度的不同，外觀則幾乎相同。他們報(bào)告說，這是由于隕石坑口熔融材料的沉積。Wong等人用微細(xì)電火花加工，其中有一個(gè)單一的火花發(fā)生器工作，發(fā)現(xiàn)在較低的能量下，隕石坑的形狀更均勻。更好的界定以較低的能量（<50?PJ）與不規(guī)則的直徑的統(tǒng)一使其達(dá)到更高的水平。
由于連續(xù)放電現(xiàn)象，隕石坑隨機(jī)疊加。在各種不同的操作類型和實(shí)驗(yàn)條件下，各種不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷谋砻婀鉂嵍染话l(fā)表。（7-25）中已觀察到許多過程變量表面光潔度的影響，如峰值電流、電流脈沖的持續(xù)時(shí)間、電壓間隙、電極極性、雜物濃度、工具電極、工件、介質(zhì)液體的熱性能。一般來說，電源功能趨勢曲線表明了脈沖能量的增加引起表面粗糙度的增加。大的粗糙度值可以說明大隕石坑具有高能量。經(jīng)過較大的努力，我們使用了超精密加工，已經(jīng)改善了電火花加工的精度和表面粗糙度。材料的去除是在靜電作用力作用下發(fā)生在發(fā)生在金屬表面，短脈沖持續(xù)時(shí)間較短。在這種情況下，可能得到小于0.2的表面粗糙度值（RA），還可以得到1鏡面表面。（26、27、28）
在電鏡下，對各種加工面（2、5、10、11、14、22、23、29、30）的研究表明，表面觀察到的可溶性物質(zhì)是滯留氣體逃逸后形成的殘骸。很明顯，流量停止的瞬間表面是冷凍的。然而，根據(jù)凹痕一周的形狀，告訴了我們其突然破裂的同時(shí)，壓力也大幅度降低。
另一個(gè)特點(diǎn)是電火花加工表面上出現(xiàn)大量的裂紋。工件開裂的出現(xiàn)和熱能的大小決定了加工表面。由于熱應(yīng)力導(dǎo)致電火花加工的表面形成裂紋。他們通常是先在材料的表面形成閉合回路，在冷卻的過程中，受應(yīng)力的影響，殘余內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致融化的材料比未受母材影響的材料更容易產(chǎn)生裂縫。（22、29、32）
早期的對純鐵和鐵合金在放電加工表面的研究表明，對白層的影響遠(yuǎn)比對基材的影響大。在合金電極材料白層的表面上發(fā)現(xiàn)了無規(guī)律的飛濺物。（2、4、33、35），從這些可以觀察電極材料如何影響工件表現(xiàn)的質(zhì)量。因此，研究表明，該合金應(yīng)減少一個(gè)合適的合金元素來降低殘余應(yīng)力，從而提高表面質(zhì)量。（2、4、35）經(jīng)過淬火可以獲得更高的硬度值。這一層是在機(jī)加工的條件下，以水為介質(zhì)觀察的。（2、4、33、34）
勞埃德和沃倫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在石蠟介質(zhì)條件下用石墨電極加工時(shí)得到一種枝晶奧氏體和滲碳奧氏體共融的表面結(jié)構(gòu)；當(dāng)在正常條件下用銅電極加工時(shí)得到一種滲碳奧氏體表面結(jié)構(gòu)。?歐普 [33]報(bào)道在共晶再鑄層上加工熱鍛造鋼。?馬斯瑞林和馬爾基奧尼[36]報(bào)道了在碳化物基體上的奧氏體的結(jié)構(gòu)相似，但其指出，不同的電極下白層形態(tài)有所改變;并且碳化物和奧氏體相的比例各不相同。然而，思茅等[24]曾報(bào)道在電火花加工時(shí)，當(dāng)采用粉末冶金（PM）的生坯和燒結(jié)的碳化鈦 、碳化鎢、鈷時(shí)，白層的硬度增加。他們用輝光放電發(fā)射光譜對改性火花紋輥面的變化進(jìn)行分析，并觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈦和鎢一起包含在電極電介質(zhì)中時(shí)，觀察到粉末冶金電極中含有的鈦和鎢和電火花液分解出的碳一起轉(zhuǎn)移到其表面。同樣，蔡等人[37]報(bào)道了加工表面上以復(fù)合電極為基礎(chǔ)的銅和鉻的遷移。?雷貝洛等[14]報(bào)道了其表面的碳強(qiáng)度增加了9倍，大于探針分析的散裝物料的強(qiáng)度。加內(nèi)姆等[23]也發(fā)現(xiàn)碳和氫富集在外層。一些研究人員把表層和亞表層含碳量的增加歸因?yàn)殡娊赓|(zhì)的熱解,而另一些研究人員認(rèn)為是由于快速從石墨電極吸收了碳而非電解質(zhì)熱解出的碳.湯姆森總結(jié)出，碳是從介質(zhì)中吸收的，而不是從電極中吸收的[29]。近表面硬化現(xiàn)象在奧氏體結(jié)構(gòu)中比在鐵素體結(jié)構(gòu)中更為嚴(yán)重，由于在此結(jié)構(gòu)中碳溶解度更低[23]。雷貝洛眾議長等人[14]表明，F(xiàn)e3C在滲碳馬氏體鋼的表面上形成，而Cabanillas等已發(fā)現(xiàn)形成碳化物的兩種不同的方式：第一種是E-碳化物，由奧氏體，馬氏體低于0.5焦耳的能量電火花加工形成[39];第二種是滲碳體，由奧氏體，F(xiàn)e7C3，或Fe5C2純鐵中的烴類介質(zhì)的更高的電火花加工形成。
利姆等人可視化的管理是通過使用非傳統(tǒng)的金相試劑使鑄層顯示各種微觀結(jié)構(gòu)。因此，他們根據(jù)各種意見，根據(jù)重鍍層厚度可分為三類。第一類被認(rèn)為是20微米至50微米左右，有結(jié)構(gòu)類似的微觀層次重疊；第二類被發(fā)現(xiàn)介于10微米和20微米之間，主要是柱狀性質(zhì)的樹突結(jié)構(gòu)。最后一類被發(fā)現(xiàn)其厚度小于10微米，是最耐腐蝕的。因此，它不能被準(zhǔn)確的描述是毋庸置疑的。
在大多數(shù)情況下，在鑄層可以發(fā)現(xiàn)受碳限定的熱影響層。（2、4、33、36、41、42）這層通常是鋼化的微觀結(jié)構(gòu)。可以發(fā)現(xiàn)這一層的硬度值小于潛在的硬化材料。在大量的研究中可以觀察到一個(gè)中間隔層重鑄的鋼化層。（2、4、33、36）通過工具電極發(fā)現(xiàn)這層是存在碳梯度的材料。在嚴(yán)峻的加工條件下，這層包括部分熔融層和另外一個(gè)區(qū)域，且發(fā)生了固態(tài)擴(kuò)散。厚度的增加導(dǎo)致熱影響層電荷能量的增加。這層包含了一個(gè)高密度二相粒子，比其母材具有更大的尺寸和更全面的碳化物粒子。（11）這層的硬度也略高于鑄層。（40）已經(jīng)報(bào)道過塑料變形區(qū)的材料由于是單相材料，且其在電火花加工時(shí)不發(fā)生復(fù)雜階段的變化，因此這層會(huì)引起潛在的金屬變厚幾十到幾百微米，發(fā)生塑性變形。在機(jī)加工條件嚴(yán)峻時(shí)，脆性材料會(huì)出現(xiàn)裂縫，大部分超出此地帶的材料將不會(huì)被加工。（4、11、33）
科技進(jìn)步已經(jīng)促進(jìn)高強(qiáng)度、高硬度的材料在制造業(yè)中的逐步使用。由于電火花加工有處理復(fù)雜的機(jī)械加工硬質(zhì)材料的能力，因此，本工藝加工方法逐步被使用。研究斷裂、疲勞失效、快速加熱和冷卻、表面缺陷對材料強(qiáng)度的影響。這些特性最終決定了機(jī)加工件的操作特性。在這項(xiàng)研究中，我們對電極材料和介質(zhì)液體類型對塑料模具鋼表面完整性的影響進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。
2 實(shí)驗(yàn)過程
塑料模具鋼材（DIN1.2738）樣品在電火花加工時(shí)應(yīng)去除應(yīng)力，確保良好的條件。先將其加熱到600°C緩慢冷卻一小時(shí)。其中一個(gè)表面用FURKAN*電火花加工。（FURKAN是土耳其的技術(shù)公司，伊斯坦布爾）。工作面積是10×50毫米。發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的平均電流在其脈沖為1、2、4、8、16和長度為6、12、25、50、100、200、400、800、1600等。以商業(yè)煤油和去離子水作為電介質(zhì)液體。鋼和石墨被選為工具電極。材料的化學(xué)成分如樣品材料表中所示。
表1，組成塑料模具鋼材（質(zhì)量百分?jǐn)?shù)）
JEOL*進(jìn)行了地形考試。
JEOL*日本電子光學(xué)有限公司、東京。
JSM-5600掃描電子顯微鏡（SEM）。樣品用傳統(tǒng)金相技術(shù)提取，可以觀察到熱影響層通常在一個(gè)奧林匹斯金相微觀的范圍。此部分加入一種試劑，以便于觀察熱影響區(qū)。顯微硬度測量深度文件由FUTURE-TECH*FM-700公司制作。
奧林匹斯是一個(gè)商標(biāo)*日本奧林匹斯有限公司、東京。
FUTURE-TECH是一個(gè)商標(biāo)*日本FUTURE-TECH有限公司、東京。
用維氏硬度indenter 10,或負(fù)載的時(shí)間縮進(jìn)15秒。通過帕特?x射線衍射，利用島津萬能試驗(yàn)機(jī)* XRD – 6000，得出以下數(shù)據(jù)。
*島津萬能試驗(yàn)機(jī)是一個(gè)商標(biāo)，日本島津萬能試驗(yàn)機(jī)有限公司《京都議定書》
3 結(jié)果
A、表面形貌
眾所周知，通過控制電源的設(shè)置功能，使釋放出的能量導(dǎo)致表面粗糙度的變化。峰值電流越高，脈沖持續(xù)時(shí)間越長，則表面的粗糙度越大。相反，峰值電流越低，脈沖持續(xù)時(shí)間越短，則表面粗糙度越小。因?yàn)殡姌O材料的能量和脈沖能量成正比。掃描電子顯微照片（圖1和2）表明，觀察電火花加工表面，重疊隕石坑，碎片球體，由逃逸的再沉積材料的煙囪狀滯留氣體形成可溶性物質(zhì)。
介質(zhì)液體和工具電極表面形貌的影響在文獻(xiàn)中沒有明確規(guī)定。已報(bào)道過他只引起表面粗糙度產(chǎn)生微小的變化。類似的操作條件下產(chǎn)生的表面，通過使用不同的液體介質(zhì)和電極材料的組合（圖1和2），顯示了圖形各種不同的特點(diǎn)。改變球狀或不規(guī)則形狀的附屬物的表面特征，被納入隕石坑外緣。銅作為工具電極，去離子水作為液體介質(zhì)（圖1（a））使用時(shí)，沒有或很少有附屬物可被觀察到。因此可以改變工具電極材料，或增加石墨等附屬物的數(shù)量（圖1（b））。已發(fā)現(xiàn)表面密集時(shí)，使用煤油作為電介質(zhì)液體。然而，在圖2（a）（b）的情況下，在表面地形不斷變化時(shí)，工具電極材料的變化并非必不可少。這些結(jié)果準(zhǔn)確表明碳來自電介質(zhì)液體或工具電極。
脈沖持續(xù)時(shí)間增長，可以極大地提高表面損傷的數(shù)量。尤其是在高脈沖寬度和低電流設(shè)置且使用煤油作為電介質(zhì)液體時(shí)，最有可能產(chǎn)生裂紋。在這種情況下，一個(gè)明確的裂紋網(wǎng)絡(luò)在800?ps和平均電流為8 A增加兩倍的脈沖電流可以清晰顯示（圖3（a））。這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)里，脈沖持續(xù)的時(shí)間變短（圖3（b））。
用水做電解液時(shí)，高脈沖寬度時(shí)加工狀態(tài)不穩(wěn)定，當(dāng)采用正常脈沖電流16A，脈沖寬度低于400ps時(shí)，加工穩(wěn)定，當(dāng)采用8A脈沖電流時(shí)，脈沖寬度要低于200ps，加工狀態(tài)才穩(wěn)定。在不穩(wěn)定的加工條件下，可視化的深腔（圖4（a）項(xiàng)）以煤油作為液體介質(zhì)（圖3（a）），此時(shí)在加工過程中產(chǎn)生電弧。在相似加工條件下?lián)Q做銅電極加工時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)從穩(wěn)定到不穩(wěn)定加工的過渡型面，在此區(qū)域由不穩(wěn)定放電而產(chǎn)生的深坑會(huì)被穩(wěn)定加工時(shí)產(chǎn)生的熔融材料部分填平（圖4（b））。
（左）圖1。1-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 p；介質(zhì)液體:去離子水；電極(a)和(b)：銅、石墨。
（右）圖2。2-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 ps；介質(zhì)液體：煤油；、電極(a)和(b)：銅、石墨。
（左）圖3。3-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。電極:石墨； 800 ps；介質(zhì)液體：煤油；1，Iav = 8 ,；2，Iav = 16。
（右）圖4。4-SEM電火花加工塑料模具鋼材。Iav = 8 時(shí)，電極:(a)石墨、(b)銅；tp = 800 ps；液體介質(zhì)：水。
（左）圖5。5-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體：煤油；tp = 400、Iav = 16； 電極（a）和(b)：石墨、銅。電極:銅;當(dāng)Iav = 8 時(shí),電極:石墨;當(dāng)Iav = 8 a,電極:銅。
（右）圖6。6-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體:去離子水；tp = 400 ps、（a）Iav = 16 ；電極:石墨。(b)Iav = 16,電極:銅。(c)Iav = 8 ,電極:石墨。(d)Iav = 8 a,電極:銅。
B、熱影響層
在電火花加工的表面產(chǎn)生熱影響層。在所有情況下，研究發(fā)現(xiàn)脈沖持續(xù)時(shí)間最長，白層厚度最高。重疊的隕石坑基地和輪輞在輪輞層較厚的地方形成白色層（圖5）。分析加工過程中的介質(zhì)液體和工具電極，從中發(fā)現(xiàn)，白層堆積在隕石坑外緣。當(dāng)使用石墨作為工具電極和煤油作為電介質(zhì)液體時(shí)，形成白色層是顯而易見的。銅作為工具電極使用時(shí)，推斷出在此形成的白層數(shù)量略有下降。當(dāng)水被用來作為電介質(zhì)液體時(shí)，白色層的減少是顯而易見的（圖6）。尤其是當(dāng)使用銅作為工具電極時(shí)，白層的數(shù)量最少。但由于高的熱度梯度對熱影響區(qū)有所影響，在大多數(shù)情況下，一個(gè)黑暗的熱影響中間層是可見的。我們發(fā)現(xiàn)這層比白層薄得多。
C、硬度深度百分比
我們至少10次測量各個(gè)熱影響層。閱讀資料10-G，塑料模具鋼樣品的壓痕時(shí)間15秒，在一定的負(fù)載下，觀察顯微硬度讀數(shù)的變化（見表二）。在白色層的硬度值比其母材的硬度值更高。位于白層下的熱影響區(qū)域硬度急劇降低（由外至里）直至降低到未受影響的材料硬度值。我們發(fā)現(xiàn)一個(gè)有趣的結(jié)果：工具電極和電介質(zhì)液體，會(huì)略微受到影響層內(nèi)的硬度變化的影響。
D. x射線衍射模式
塑料模具鋼樣品的X射線衍射圖樣顯示基本上是兩個(gè)不同的趨勢（圖7）。當(dāng)樣品以煤油為介質(zhì)加工時(shí)，無論工具電極材料有什么變化，均會(huì)形成Fe3C。?Fe3C不能在加工表面用去離子水檢測。因此，可以得出結(jié)論，在表面層中的含碳量的增加可以歸因于液體介質(zhì)的裂解產(chǎn)物，而不是工具電極。以去離子水作為液體介質(zhì)時(shí)，殘余奧氏體也對所有樣品的檢測量有一定的影響。
圖7。在衍射模式下電火花加工塑膠模鋼樣品。（a）Iav = 16、tp = 800 。(b)以銅為電極，以煤油為液體介質(zhì)。(c)以石墨為電極，以煤油為液體介質(zhì)。(d)以銅為電極，以去離子水為液體介質(zhì)。 (e)以石墨為電極，以去離子水為液體介質(zhì)。
附表二 顯微鏡下測量硬度的結(jié)果
4 討論結(jié)果
在機(jī)加工條件下，我們發(fā)現(xiàn)，最外層就是我們熟知的白層。白層表面的厚度是不均勻的。這是由于連續(xù)重疊層電火花作用的結(jié)果。因此，預(yù)計(jì)類似的微結(jié)構(gòu)組成的多層結(jié)構(gòu)應(yīng)在白層上出現(xiàn)。?利姆等人[40]在可視化的粗加工條件下，通過有效地試劑，發(fā)現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)。白層厚度從幾微米開始變化。由于熔化的金屬被驅(qū)逐到現(xiàn)有的白層，隨后凝固，因此白層就在這部分形成。減小脈沖寬度和電流也可以減少白層的厚度，但在較厚的部分可以看見多層結(jié)構(gòu)。對較薄的單層結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察，該部分主要是柱狀或樹突狀組織。這可能是單層類型，保留了熔融金屬的凝固組織（圖8（a））。熔融金屬顆粒形成球形附屬物，被驅(qū)逐在電火花加工的工件的表面固化。這種附屬物一般可分為兩組。第一組的球形物只會(huì)粘結(jié)在白層上。他們呈小球形，與基體在一個(gè)或兩個(gè)接觸點(diǎn)結(jié)合?；瘜W(xué)蝕刻可以輕松的去除這組球形物。仔細(xì)觀查發(fā)現(xiàn)，在有些情況下，沒有明確的證據(jù)可以檢測這些小球準(zhǔn)確的脫落位置[40]。第二組的球形物牢牢地融合再鑄層，并且具有較大的接觸面積圖8（b）。在多層基板加工過程中，工具電極材料和絕緣液體周圍，可以看到一個(gè)個(gè)球形附屬物。雖然沒有確鑿的證據(jù)表明石墨電極的白色層和熱影響層中有大量德爾碳富集，但球形附屬物數(shù)量的增加是顯而易見的（圖1（b））。顯微圖像表明與電解質(zhì)和電極都有反應(yīng)，如果沒有電解質(zhì)或者電極生成碳，工件表面的氣化過程會(huì)得到抑制。這表明碳在工具電極、電介質(zhì)液體沸騰的過程中被同化。
塑料模具鋼樣品的X射線衍射圖樣顯示，在使用煤油作為電介質(zhì)液體時(shí)在加工表面上形成Fe3C。因此，白層由滲碳體和馬氏體組成，分布在保留的奧氏體基體中。使用去離子水為液體介質(zhì)時(shí)，保留的殘余奧氏體相的數(shù)量減少、強(qiáng)度降低。改變電極材料結(jié)果仍然不會(huì)改變。據(jù)推測，僅相的數(shù)量可能會(huì)有所不同。在放電過程中破獲的烴類介質(zhì)的裂解產(chǎn)物形成滲碳體。顯微硬度測試表明，白層硬度在不同情況下是不同的，因?yàn)樗刹煌奈⑿驮M成。
在所有情況下，電火花加工塑料模具鋼，熱影響層產(chǎn)生導(dǎo)致白層的變化。我們發(fā)現(xiàn)，在最外層區(qū)域白層硬度值較高，然后逐步減少在內(nèi)部部分母材硬度。
大多數(shù)研究人員報(bào)道說,在較高的脈沖寬度下，裂縫逐漸增多，能量逐漸增加 [11,32]。根據(jù)他們的說法,在機(jī)加工時(shí)應(yīng)按比例增加脈沖能量，則更容易裂紋。然而,李和泰[22]聲明,在最小電流脈沖下，這個(gè)裂縫密度最大，持續(xù)時(shí)間最長。這些結(jié)果證實(shí)這一結(jié)論。在同一脈沖下，裂縫在高能級密度下持續(xù)時(shí)間最長。如果降低脈沖能量,在閉合環(huán)路裂縫處出現(xiàn)凹陷(圖3(a))。裂縫形成的隕石坑繼續(xù)蔓延時(shí),在附近繼續(xù)產(chǎn)生電火花放電?？梢灾赋?，在垂直角度的交點(diǎn)處，常常形成裂紋(圖9)。通過區(qū)分附屬物和球狀體也可以區(qū)分樣品。有時(shí)在加工表面發(fā)現(xiàn)的小隕石坑大概是由于泡沫崩潰形成的。在這種情況下，可以清晰地看見馬氏體的痕跡(如圖9(b)。在相同的能量下，當(dāng)脈沖持續(xù)時(shí)間減少時(shí)，裂縫的數(shù)量也相應(yīng)減少。尤其是在隕石坑外緣，產(chǎn)生一個(gè)更高的熱徑向應(yīng)力，徑向裂縫產(chǎn)生(如圖10)。改變工具電極不能改變表面裂紋的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬材料達(dá)到熱影響層時(shí)，裂縫穿透白層繼續(xù)蔓延。
當(dāng)石墨被用作工具電極和去離子水被用作電介質(zhì)液體時(shí)，在高脈沖條件下，一場激烈的、非同尋常的的開裂在熱影響層產(chǎn)生(圖11)。這種不穩(wěn)定的運(yùn)行情況常見于工業(yè)應(yīng)用中。在這種情況下，與其他情況相比，其隕石坑更深，且其形狀更不規(guī)則(圖4(a))。裂縫是隨機(jī)分布的,通常是在隕石坑口基體上,并擴(kuò)展到其母材上。當(dāng)用去離子水做電火花液時(shí)產(chǎn)生的這些缺陷與電解液被石墨電極加工時(shí)產(chǎn)生的廢物污染有關(guān)，污染的增加降低了電火花液的性能并導(dǎo)致加工過程中產(chǎn)生電弧。
(左)圖9-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。 (a)放大200倍,(b)放大550倍。介質(zhì):煤油,tp = 1600 ps;Iav = 8。
(右)圖10-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。(a)放大200倍,(b)放大550倍。工具電極:銅；介電材料:煤油,tp = 400 ps;Iav = 8。
圖11-邊界裂解塑料模具鋼材。工具電極:石墨；介電材料:去離子水；tp = 1600 ps;Iav = 8。
5 結(jié)論
通過以上實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論。
1、電火花加工時(shí)，無論選用任何一種電介質(zhì)液體和工具電極材料，在加工表面上均可形成白層。
2、在烴類電火花液中加工的樣品白層中含有比母材多的碳，是由于放電過程中電火花液熱解的產(chǎn)物所致.因此白層含有滲碳體和馬氏體分布在殘留奧氏體中，由于熔融金屬的快速固化而形成枝晶狀結(jié)構(gòu).
3、加工樣品的白層若以去離子水為液體介質(zhì)時(shí)，殘余奧氏體相的數(shù)量會(huì)更少，裂紋強(qiáng)度會(huì)更低。在這種情況下，白層硬度與母材硬度的增加是馬氏體作用的結(jié)果。
4。雖然目前還沒有確鑿的證據(jù)證明白層的碳富集，從石墨電極的研究來看，在機(jī)加工表面球形附屬物的數(shù)量增加了。這表明，不僅是工具電極的碳同化，而且電介質(zhì)液體沸騰的過程也導(dǎo)致碳同化。
5。當(dāng)另一個(gè)放電反應(yīng)發(fā)生在附近時(shí)，電火花加工表面上的裂縫按照閉環(huán)方式穿越徑向裂紋繼續(xù)傳播。在高脈沖寬度和低脈沖電流時(shí)，開裂強(qiáng)度增加。
嗚謝
這項(xiàng)研究受中東技術(shù)大學(xué)研究基金的支持。作者對材料研究實(shí)驗(yàn)室、埃雷利鋼鐵廠有限公司的設(shè)備支持表示感謝。作者同時(shí)感謝來自科尼亞，塞爾庫克大學(xué)（肯尼亞，土耳其）機(jī)電工程系的Halkaci先生在樣品制備過程中的幫助。
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附件：(外文資料原文)
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湖南省湖南大學(xué)衡陽分校
2003級畢業(yè)設(shè)計(jì)
系別：機(jī)械工程系
專業(yè)：模具設(shè)計(jì)與制造
學(xué)號：2003103225
設(shè)計(jì)：鄒來平
指導(dǎo)：張蓉
目 錄
前言………………………………… 1
緒論………………………………… 4
一 零件的工藝分析……………………… 10
二 模具設(shè)計(jì)計(jì)算過程…………………… 25
三 模具零件的加工及制造要求………… 31
四 參考文獻(xiàn)……………………………… 32
五 心得體會(huì)……………………………… 34
前 言
畢業(yè)設(shè)計(jì)是在修完所有大學(xué)課程之后的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。本次設(shè)計(jì)的課題是連接套筒的雙型腔注射模設(shè)計(jì)，它是對以前所學(xué)課程的一個(gè)總結(jié)。
在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的進(jìn)程中，模具的地位及其重要性日益被人們所認(rèn)識(shí)。模具工業(yè)作為進(jìn)入富裕社會(huì)的原動(dòng)力之一，正推動(dòng)著整個(gè)工業(yè)技術(shù)向前邁進(jìn)！模具就是“高效益”，模具就是“現(xiàn)代化”之深刻含意，也正在為人們所理解和掌握。當(dāng)塑料品種入其成型加工設(shè)備被確定之后，塑料制品質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占80％。由此可知，推動(dòng)模具技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)刻不容緩！塑料模具設(shè)計(jì)技術(shù)與制造水平，常標(biāo)志一個(gè)國家工業(yè)化發(fā)展的程度。由此可知，塑料模具設(shè)計(jì)，對于產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的重要性是不言而喻的。
對于一個(gè)模具專業(yè)的畢業(yè)生來說，對塑料模的設(shè)計(jì)已經(jīng)有了一個(gè)大概的了解。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我綜合運(yùn)用多學(xué)科理論、知識(shí)和技能，以解決較復(fù)雜的工程實(shí)際問題的能力，主要包括設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定及依據(jù)材料的確定等。它培養(yǎng)了我樹立正確的設(shè)計(jì)思想，勇于實(shí)踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，掌握現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法，適應(yīng)社會(huì)對人才培養(yǎng)的需要。
畢業(yè)設(shè)計(jì)這一教學(xué)環(huán)節(jié)使我獨(dú)立承擔(dān)實(shí)際任務(wù)的全面訓(xùn)練，通過獨(dú)立完成畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)的全過程，培養(yǎng)了我的實(shí)踐工作能力。另外，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)還必須具備一定的計(jì)算機(jī)應(yīng)用的能力，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中都應(yīng)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)課題利用計(jì)算機(jī)編制相應(yīng)的工程計(jì)算、分析和優(yōu)化的程序，如利用Pro／ENGINEER 2001軟件進(jìn)行塑件的3D造型、塑件的分模等，同時(shí)還具備必要的計(jì)算機(jī)繪圖能力，如利用AutoCAD 2000軟件進(jìn)行二維圖的繪制。
此次畢業(yè)設(shè)計(jì)除了對知識(shí)和能力培養(yǎng)的收獲感受外，還得到思想道德方面的鍛煉。通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，讓我感受到了作為一名高級工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的基本精神，需要強(qiáng)化的工程實(shí)踐意識(shí)，以及對設(shè)計(jì)工作的質(zhì)量要負(fù)責(zé)，具有高度的責(zé)任感，樹立實(shí)事求是的科學(xué)作風(fēng)，并嚴(yán)格遵守規(guī)章制度。
本次畢業(yè)設(shè)計(jì)得到了廣大老師和同學(xué)的幫助，在此一一表示感謝！由于實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺少，設(shè)計(jì)過程中的錯(cuò)誤在所難免，望老師和同學(xué)們批評指正。
緒 論
我國模具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
一、現(xiàn)狀
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨(dú)資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團(tuán)公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團(tuán)紛紛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)現(xiàn)已有幾千家。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認(rèn)識(shí)到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個(gè)鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個(gè)國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。近年來許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投資力度，將技術(shù)進(jìn)步視為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿?。一些國?nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個(gè)別廠家還引進(jìn)了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達(dá)國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進(jìn)的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等。
二、模具的未來發(fā)展趨勢
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價(jià)格低”的要求服務(wù)。達(dá)到這一要求急需發(fā)展如下幾項(xiàng)：
（1）全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向。隨著微機(jī)軟件的發(fā)展和進(jìn)步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進(jìn)一步擴(kuò)大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個(gè)行業(yè)中推廣成為可能，實(shí)現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
（2）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機(jī)和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實(shí)現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
（3）提高模具標(biāo)準(zhǔn)化程度
我國模具標(biāo)準(zhǔn)化程度正在不斷提高，估計(jì)目前我國模具標(biāo)準(zhǔn)件使用覆蓋率已達(dá)到30%左右。國外發(fā)達(dá)國家一般為80%左右。
（4）優(yōu)質(zhì)材料及先進(jìn)表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進(jìn)的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
加入世貿(mào)組織后，我國將獲得一個(gè)更加穩(wěn)定的國際經(jīng)貿(mào)環(huán)境，從而有利于我國的改革開放．有利于我國與各國、各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)貿(mào)易合作，有利于世界經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。我國在制定法律法規(guī)時(shí)要遵守WTO的規(guī)則，增加透明度，減少行政干預(yù)等；在市場開放方面，需要逐步降低關(guān)稅，取消非關(guān)稅措施，開放服務(wù)業(yè)市場等。這無論在觀念上還是在體制上都會(huì)帶來一定的變化。我國加入 WTO同時(shí)也將為各國、各地區(qū)的貿(mào)易伙伴提供更好、更穩(wěn)定的市場進(jìn)入機(jī)會(huì)。使我國的投資環(huán)境將更為寬松、透明、穩(wěn)定，我國的利用外資領(lǐng)域?qū)⑦M(jìn)一步擴(kuò)大，我國的市場體系將更加完善和發(fā)達(dá)。國內(nèi)和國外模具企業(yè)都可以從中得到更多的機(jī)會(huì)和收益。
由于國內(nèi)某些模具在技術(shù)上和質(zhì)量上與國外先進(jìn)水平存在著較大的差距，使短期內(nèi)國內(nèi)模具難以與國外先進(jìn)模具的抗衡。這對我國模具產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生一定的沖擊。另一方面也促進(jìn)國內(nèi)行業(yè)優(yōu)化資源配置、調(diào)整經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、提高社會(huì)勞動(dòng)效率，促使企業(yè)苦練內(nèi)功，提高管理水平。應(yīng)該清醒地認(rèn)識(shí)到競爭才會(huì)帶來更快的發(fā)展．只要發(fā)揮自身優(yōu)勢，減少技術(shù)差距，我國的模具必將逐步占領(lǐng)國內(nèi)市場，并拓展國際空間。?
. 儀器連接板
1工藝性分析
材料：
ABS塑料
基本特性：ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.05g/cm3。
ABS有極好的抗沖壓強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70°C左右，熱變形溫度為93°C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆。
?主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等。
?成型特點(diǎn)：ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減少澆口對流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50～60°C，要求塑件光澤和耐用時(shí)，應(yīng)控制在60～80°C。（具體參數(shù)見下頁）
3. 產(chǎn)品工藝性與結(jié)構(gòu)分析
(1) 尺寸的精度
塑件的尺寸公差推薦值參考《模具設(shè)計(jì)與制造手冊》的2-17，塑件的精度等級參考表2-18。
表二：建議采用的精度
材料
高精度
一般精度
低精度
ABS
3
4
5
作為一個(gè)鼠標(biāo)的一個(gè)外殼，其精度不必太高，故選用一般精度IT4。塑料制件公差參考教材《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》表3-8（SJ1372-78）
具有韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)性能，絕緣性能好，耐化學(xué)腐蝕性，尺寸穩(wěn)定性，表面光澤性好，易涂裝和著色，但耐熱性不好，耐候性較差。密度=1.02~~1.05
收縮率：
ABS：（抗沖）0.3~0.8 （耐熱）0.3~0.8 （30﹪玻璃纖維） 0.3~0.6成型溫度和模溫。成型溫度：~ 模溫：~
ABS的注射工藝參數(shù)
注射類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
30~60
噴嘴形式
直通式
溫度（℃）
190~200
料筒溫度
前段 （℃）
200~210
中段? （℃）
210~230
后段? （℃）
180~200
模具溫度（℃）
50~80
注射壓力（MPa）
70~120
保壓力（MPa）
50~70
注射時(shí)間（S）
3~5
保壓時(shí)間（S）
15~30
冷卻時(shí)間（S）
15~30
成型周期（S）
40~70
該塑件的尺寸較小，一般精度等級，為降低成型費(fèi)用，采用一模多腔，并不對制品進(jìn)行后加工。
為滿足制品的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。
為了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分采用并鑲結(jié)構(gòu)。
2.確定型腔數(shù)目
（1） 型腔數(shù)量的確定。要點(diǎn)：既要保證最佳的生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，技術(shù)上又要充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量，也就是應(yīng)保證塑料件最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。
1）塑料制作的批量和交貨周期方面：該塑件（鼠標(biāo)底蓋）是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，交貨周期要短，使用多型腔模具可提供獨(dú)特的優(yōu)越條件。
2）質(zhì)量控制要求方面：該塑件不屬于高精度生產(chǎn)要求的產(chǎn)品，精度要求不高采用多型腔有較高的生產(chǎn)效率。
3）塑料品種和其他方面：該塑件所用塑料為ABS工程塑料，流動(dòng)性能好；澆口位置在靠近塑件邊緣上，另外塑料尺寸小，形狀簡單。
經(jīng)過以上分析所得，總結(jié)出：采用一模兩腔是最佳形式，具有最佳的經(jīng)濟(jì)性。
2. 型腔的布局
要點(diǎn)：型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，型腔排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時(shí)均勻地充滿每個(gè)型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，盡可能地采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。
經(jīng)分析確定的型腔布局為平衡式型腔布局：
根據(jù)塑件的生產(chǎn)批量及尺寸精度要求采用一摸八腔。
按照圖塑料圖所示尺寸(小狗.槽等部位簡化)近似計(jì)算:
塑件體積：=16
查表塑料ABS的密度為(注射級密度為1.05)
單件塑件重量: =161.05=16.8g
3.型腔.型心工作部位尺寸的確定
查表ABS塑料的收縮率是：0.3~0.8
平均收縮率：S=(0.3+0.8)/2=0.55
型腔工作部位尺寸:
型腔徑向尺寸:
型腔深度尺寸:
型心徑向尺寸:
型心高度尺寸:
中心距尺寸:
式中 :
: 塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸
：塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸
：塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸
：塑件內(nèi)型深度基本尺寸的最小尺寸
：塑件中心距離基本尺寸的平均尺寸
：修正系數(shù)，取0.5~0.75
：塑件公差（mm）
：模具制造公差，取（1/3~1/4）△
各工作部位尺寸計(jì)算結(jié)果如圖所示
通常,制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進(jìn)行收縮率計(jì)算
4.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
(1)確定分型面位置
該塑件的結(jié)構(gòu)如圖所示,在雙點(diǎn)劃線所示區(qū)域以外表面有一處高為5mm.斜度為的外表面,根據(jù)起特點(diǎn)及表面質(zhì)量要求,采用階級分型面.在發(fā)生變化的部位要制成一定的角度,以免合摸時(shí)發(fā)生碰傷,可以利用制品中的角度作為分型面發(fā)生變化的部位,如圖所示
(2)確定澆口形式及位置,
為了提高成型效率,,采用側(cè)式澆口,并避開了制品高光亮區(qū)域.澆口尺寸與位置
澆口直徑可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
式中
d: 澆口直徑
: 塑件在澆口處的壁厚
A:型腔表面積
(澆口直徑也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)直取 d=1mm)
澆口錐角取
澆口傾斜角取
(3.)型腔位置的排部
該件采用一摸四腔的結(jié)構(gòu)形式,那么澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量采用從主流到各個(gè)型腔分流道的形狀及尺寸相同的設(shè)計(jì),即型腔平衡式不止的形式,
4.選用模架
(1)型腔強(qiáng)度和剛度的計(jì)算
為了方便加工和熱處理,其型腔鑲件可分為三部分,如圖
從圖可以看出,型腔為整體式.因此,型腔的強(qiáng)度和剛度按型腔為整體式進(jìn)行計(jì)算.由于型腔壁厚計(jì)算比較麻煩,也可以參考經(jīng)驗(yàn)推薦數(shù)據(jù).
查本書表型腔側(cè)壁厚S=25mm
5.初選注射機(jī)
1) 注射量:該塑料制件單件重
澆注系統(tǒng)重量的計(jì)算可根據(jù)圖澆注系統(tǒng)尺寸先計(jì)算澆注系統(tǒng)的體積
粗略計(jì)算澆注系統(tǒng)重量
總體積
總重量
聚苯乙烯的密度為 ABS塑料密度為 1.02~1.05
滿足注射量 /0.80
式中
:額定注射量
:塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和
/0.80=14.89/0.80=18.62
或滿足注射量 /(*0.8)
式中
:額定注射量
:塑件與澆注系統(tǒng)凝料的重量和
:聚苯乙烯的密度
:塑件采用塑料的密度
2)注射壓力
查表 ABS塑料成型時(shí)的注射壓力=70~90MPa
3)鎖模力:
pF
式中
P:塑料成型時(shí)型腔壓力 ABS塑料的型腔壓力
F:澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和()
各型腔及澆注系統(tǒng)及各部分型腔在分型面上的投影面積
F=1600
pF=30*1600=48000kN
根據(jù)以上分析.計(jì)算 查表 初選注射機(jī)型號為:XS-Z-30
注射機(jī)有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下
最大開合模行程S 160
模具最大厚度 180
模具最小厚度 60
噴嘴圓弧半徑 12
噴嘴孔直徑 2
動(dòng).定模板尺寸 250*280
拉桿空間 235
(3)選標(biāo)準(zhǔn)模架
根據(jù)以上分析,計(jì)算以及型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格.查表選用
-160160-27-Z2 GB/T 12556。1-1990
定模板厚度 A=30mm
動(dòng)模板厚度 B=37mm
墊塊厚度 C=130mm
模具厚度 =40+A+B+C=237mm
模具外形尺寸 250*240*225
6.校核注射機(jī)
(1)注射量.鎖模力.注射壓力.模具厚度的校核.由于在初選注射機(jī)和選用標(biāo)準(zhǔn)模架時(shí)是根據(jù)以上四個(gè)技術(shù)參數(shù)及計(jì)算壁厚等因素選用的,所以注射量.鎖模力.注射壓力.模具厚度不必進(jìn)行校核,已符合所選注射機(jī)要求
(2)開模行程的校核
注射機(jī)最大開模行程
S
式中
:塑料制品高度
:澆注系統(tǒng)高度
主流道和分流道位于件的下方,所以
=56mm
故滿足要求
(3)模具在注射機(jī)上的安裝
從標(biāo)準(zhǔn)模架外型尺寸看小于注射機(jī)拉桿空間,并采用壓板固定模具,所以所選注射機(jī)規(guī)格滿足要求
分型面
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要應(yīng)素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切的關(guān)系，并且直接影響到塑料熔體的流動(dòng)充填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計(jì)中的一個(gè)關(guān)鍵。
選擇分型面時(shí)一般應(yīng)尊循以下幾項(xiàng)基本原則：
分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模；
保證塑件的精度要求；
滿足塑件外觀質(zhì)量的要求；
便于模具的加工與制造；
對成型面積的影響；
排氣的效果的考慮；
對側(cè)向抽芯的影響。
根據(jù)分型面選擇的原則，通過綜合分析比較，確定以下的兩個(gè)方案：單分型面和雙分型面。
選用單分型面的優(yōu)點(diǎn)：使模具的結(jié)構(gòu)簡單化，減小模具的厚度，也節(jié)省了模具材料，且在脫模后塑料制件的外表面無澆口的痕跡。進(jìn)料的距離也大大的縮短了
經(jīng)查該塑件用單分型面
從給出的塑料制件看，既要保證塑件的外觀要求，又要考慮澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的幾項(xiàng)原則，因此：
（1） 主流道和澆口套的設(shè)計(jì)
主流道設(shè)計(jì)成圓錐型,其錐角為-內(nèi)壁粗糙度Ra取0.4um
分流道截面設(shè)計(jì)成圓形截面,加工較容易,且熱量損失與壓力損失不大,為常用模式.圓形截面分流道的直徑可根據(jù)塑料的流動(dòng)性等因素確定,該塑料件采用ABS塑料,流動(dòng)性為中等,所以選圓形截面.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分流道的直徑可取5-6mm
根據(jù)型腔在分型面上的排布情況可分為一次分流道和二次分流道.設(shè)計(jì)參數(shù),
根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)校核流動(dòng)比
試中：
：流動(dòng)距離比
：模具中各段料流通道及各段模腔的長度(mm)
：模具中各段料流通道及各段模腔的截面厚度(mm)
=42.13
因?yàn)橛绊懥鲃?dòng)比的因素主要是塑料的流動(dòng)性,ABS塑料與聚甲醛的流動(dòng)性均為中等,查表可參考聚甲醛的允許流動(dòng)比 所以
為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，內(nèi)壁必須光滑，表面粗糙度應(yīng)為Ra0.4。由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所有模具的主流道部分通常設(shè)計(jì)成可拆卸更換的主流道襯套，簡稱澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材（如T8A等）單獨(dú)加工和熱處理（硬度為HRC53～57）。由于在澆口套的小端設(shè)計(jì)有分流道，必須要止轉(zhuǎn)，所有澆口套設(shè)計(jì)成整體嵌入式，大端用螺絲堅(jiān)固在定模固定板上。
d = 注射機(jī)噴嘴直徑 + 1 = 3 mm
SR = 噴嘴球面半徑 + 2 = 14 mm
h 球面配合高度 = 5 mm
D取 6 mm
?。?）分流道的設(shè)計(jì)
分流道的設(shè)計(jì)應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經(jīng)分流道充滿型腔，并且流動(dòng)過程中壓力損失盡可能小，能使塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。
在設(shè)計(jì)時(shí)考慮到以上的原則有兩種設(shè)計(jì)形式：圓形截面分流道和梯形截面分流道。下面是這兩種形式的比較：
圓形截面分流道的優(yōu)點(diǎn)：在相同截面積的情況下，其比面積最小，它的流動(dòng)性和傳熱性都好。
圓形截面分流道的缺點(diǎn)：其的加工要以分型面為界分成兩半進(jìn)行加工才利于凝料脫出，這種加工的工藝性不佳，其模具閉合后難以保證兩半圓對準(zhǔn)。
梯形截面分流道的優(yōu)點(diǎn)：容易加工，且塑料熔體熱量散失及流動(dòng)阻力均不大。
比較以上的兩種形式，再考慮加工的經(jīng)濟(jì)性，采用梯形截面分流道更符合設(shè)計(jì)的要求，故本模具的分流道設(shè)計(jì)形式采用了梯形截面分流道的形式。查《模具設(shè)計(jì)與制造手冊》P401表2-49常用分流道的尺寸推薦值：
α=80；過度圓角R=1㎜；B=6㎜；H=4㎜。
選用圓形截面的流道，雖工藝性不佳，但流動(dòng)性，傳熱性等方面都好，流道也盡量做到最短，以減少熱量和壓力的損失。
經(jīng)產(chǎn)品的精度得澆口用
7.推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
(1)推件力的計(jì)算
=Ap(cos-sin)+q
式中
A:塑件包羅型心的面積
P:塑件對型心單位面積上的包緊力
:脫模斜度
q:大氣壓力
:塑件對鋼的摩擦系數(shù)
:制件垂直于脫模方向的投影面積
A1143.48
=3970.8N
(2)確定頂出方式及頂干位置
根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn),確定在只哦的四個(gè)角上設(shè)置四根普通的圓頂干,并在制品圖中的6mm(內(nèi)孔4mm)圓住處采用頂管頂出的方法如圖
對于流道的固化塑料也設(shè)置拉料干和頂出干,如圖
普通的圓形稈按選用3mm*125mm,均可滿足頂干剛度要求
查表,選用型號的圓形頂桿16根;選用6mm*100mm型號的圓形頂桿4根.由于件較小,推出裝置可不設(shè)導(dǎo)向裝置.
7.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于制品平均壁厚為2mm,制品尺寸又較小,確定水孔直徑為8mm
由于冷卻水道的位置.結(jié)構(gòu)形式.孔徑.表面狀態(tài).水的流速.模具材料等等很多因素都會(huì)影響模具的熱量向冷卻水傳遞,精度計(jì)算比較困難.實(shí)際生產(chǎn)中,通常都是模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路,通過調(diào)節(jié)水速來滿足要求
由于動(dòng)摸.定摸均為鑲并式,受結(jié)構(gòu)限制,冷卻水路布置
8.排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
由于制品尺寸較小,利用分型面和推桿.推管的配合間隙排氣即可
9.按要求繪制裝配圖
模具零件的加工
1.塑料模具制造技術(shù)要求
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，制造時(shí)應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)要求：
（1）組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應(yīng)符合相應(yīng)圖樣的要求。
（2）組成模架的零件應(yīng)達(dá)到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應(yīng)活動(dòng)自如，并達(dá)到規(guī)定的平行度和垂直度要求
（3）模具的功能必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求
（4）為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在問題進(jìn)行修整，直至試出合格的成型件為止。
2.加工要求
（1）模具分型面及組合件的結(jié)合面應(yīng)很好貼合，局部間隙不大于0.02mm
（2）模具成型表面的內(nèi)外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時(shí)允許不大于0.3mm圓角（分型面及結(jié)合面除外）。當(dāng)不允許有圓角時(shí)。應(yīng)在圖樣上注明。
（3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804，其孔按H13，軸按h13，長度按J14。
（4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級。
（5）導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的配合按H8/f8。
（6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應(yīng)各孔配作。
（7）導(dǎo)柱(直導(dǎo)柱、臺(tái)肩導(dǎo)柱)其配合部位的大徑與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
（8）導(dǎo)套（直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套）外圓與內(nèi)孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
（9）主流道襯套的中心錐孔應(yīng)研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。
3.裝配要求
（1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應(yīng)型面保持齊平，允許推桿端面高出型面不大于0.1mm。
（2）注射模的復(fù)位桿，其端面應(yīng)與模具分型面齊平，允許低于分型面不大于0.03mm。
（3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時(shí)，其端面應(yīng)在裝配后與其配合的零件齊平。
（4）制品同一表面的成型腔分布在上、下?；騼赡r(shí)，裝配后沿分型面的錯(cuò)邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。
（5）凸模與凹模裝配后的配合間隙，應(yīng)保持周圍均勻。
（6）需保持同軸的兩個(gè)以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動(dòng)自如。
（7）模具導(dǎo)向件的導(dǎo)向部分，裝配后保證滑動(dòng)靈活，無卡滯現(xiàn)象。
（8）模具中供兩次分型用的拉桿、拉板裝配后，各工作面應(yīng)在同一平面內(nèi)，允許其極限偏差為±0.1mm。
（9）模具裝配后，兩安裝平面應(yīng)保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級。
4.綜合要求
（1）模具、模架及其零件的工件表面，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。
（2）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應(yīng)均勻，不允許有脫碳、軟點(diǎn)、氧化斑點(diǎn)及裂紋等缺陷。熱處理后應(yīng)清除氧化皮，臟物油污。
（3）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應(yīng)進(jìn)行同時(shí)磨削加工，以保證模具能順利裝入模架。
（4）模具的冷卻水道應(yīng)保證暢通。
5.零件加工
成型零部件：為了保證導(dǎo)向作用，動(dòng)、定模的導(dǎo)柱，導(dǎo)套孔的孔距精度應(yīng)控制在0.01mm以內(nèi)。因此，必須用坐標(biāo)鏜床對動(dòng)、定模鏜孔。在缺少坐標(biāo)鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動(dòng)、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進(jìn)行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質(zhì)碳素工具T8A鋼，強(qiáng)度高，耐磨性好，熱處理變形小，有時(shí)還要求耐腐蝕，調(diào)質(zhì)淬火低溫回火≥55HRC
型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生刀具加工路徑進(jìn)行數(shù)控銑外形加工，再銑小型芯孔和凹臺(tái)，鉆推桿孔，加工澆口。
型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生刀具加工路徑，留余量在數(shù)控銑上加工成型，再用電火花加工成型。
導(dǎo)柱導(dǎo)套加工：孔徑與導(dǎo)柱相配，一般采用H7/m6，為了保證導(dǎo)向作用，要求導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙小于凸、凹模之間的間隙。外徑與上模座相配，采用H/r過盈配合，另一端則與導(dǎo)套滑動(dòng)配合。為了保證導(dǎo)向精度、加工時(shí)除了使導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合符合尺寸精度要求外，還應(yīng)滿足配合表面間的同軸度，即導(dǎo)柱兩個(gè)外圓表面間的同軸度以及導(dǎo)套外圓與內(nèi)孔表面的同軸度要求。為了使導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合表面硬而耐磨而中心部分具有良好韌性，用T8A，表面耐磨、有韌性、抗彎曲。不易折斷，熱處理：表面淬火，低溫回火≥55HRC。導(dǎo)柱在熱處理后修復(fù)中心孔，最后進(jìn)行磨削時(shí)，可利用兩端中心孔進(jìn)行裝夾，并應(yīng)在一次裝夾中將導(dǎo)柱的兩個(gè)外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。導(dǎo)套磨削加工時(shí)，可夾持非配合部分，在萬能磨床上將內(nèi)外圓配合面一次裝夾磨出，以達(dá)到同軸度要求。用這方法加工時(shí)，夾持力不宜過大，以免內(nèi)孔變形?；蛘呤窍饶?nèi)圓，再以內(nèi)圓定位，用頂尖頂頂住芯軸磨外圓。這種加工方法不僅可以保證同軸度，且能防止內(nèi)孔的微量變形。導(dǎo)柱、導(dǎo)套端部轉(zhuǎn)彎處必須圓滑，以防止在運(yùn)動(dòng)中將配合面劃傷。因此，全部精磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現(xiàn)的棱帶。
6.零件工藝路線：
（1）導(dǎo)柱加工工藝路線：
毛坯（棒料） → 車削加工（外圓配合部分留磨量0.2～0.3mm） → 熱處理（淬火或滲碳淬火） → 外圓磨削 → 精磨至要求尺寸。
T8A鋼淬火處理，硬度>HRC55
（2）導(dǎo)套加工工藝路線：
毛坯（棒料） → 球化退火 → 車削加工（內(nèi)圓配合部分留磨量0.1～0.15mm） → 熱處理（淬火或滲碳淬火） → 內(nèi)圓磨削? → 精磨至要求尺寸。
T8A鋼淬火處理，硬度>HRC55
（3）座板的加工工藝路線：
毛坯在銑（或刨）床上粗加工上、下兩平面，留精加工余量，熱處理，最后在平面磨床上精磨到符合圖紙要求。
45鋼，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（4）動(dòng)、定模板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
動(dòng)模板用45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
定模板用45鋼，熱處理硬度：50～55HRC
（5）支承板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
（6）推桿固定板加工工藝路線：
毛坯 → 球化退火 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，一定的強(qiáng)度和剛度，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（7）推板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
（8）墊塊加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，一定的強(qiáng)度和剛度，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（9）澆口套加工工藝路線：
毛坯 → 車床加工 → 鉆孔 → 鉸孔
保證主流道表面粗糙度R<0.8μm
T8A熱處理硬度53～57HRC
.參考文獻(xiàn)
書名
作者
出版社
塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)
屈華昌
機(jī)械工業(yè)出版社
機(jī)械設(shè)計(jì)手冊
徐灝
機(jī)械工業(yè)出版社
模具制造
黃健求
機(jī)械工業(yè)出版社
塑料注射模具設(shè)計(jì)實(shí)用手冊
宋玉恒
航空工業(yè)出版社
模具設(shè)計(jì)與制造簡明手冊
馮炳堯、韓泰榮、
上海科學(xué)技術(shù)出版社
塑料模具設(shè)計(jì)與制造教程
陳萬林
北京希望電子出版社
心得體會(huì)
我即將踏入工作的崗位?；叵肴甑拇髮W(xué)生涯，可謂艱辛，但我覺得收獲是豐盛的。
通過長時(shí)間的努力，畢業(yè)設(shè)計(jì)終于可算是劃上一個(gè)句號了。本次設(shè)計(jì)是一個(gè)全面性的設(shè)計(jì)，是對塑料模課程的一個(gè)總結(jié)一次回顧。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)翻閱了大量的參考書，使我對《塑料成型工藝與模具設(shè)計(jì)》及相關(guān)知識(shí)又進(jìn)行一次從新的整理、理論聯(lián)系實(shí)際，為我以后搞模具做了一個(gè)很好的準(zhǔn)備。更重要的是，通過本次設(shè)計(jì)對我所掌握的塑料模模具知識(shí)實(shí)際應(yīng)用能力起到了檢驗(yàn)的作用，通過系統(tǒng)設(shè)計(jì)，知道自己的不足和缺陷。
在設(shè)計(jì)過程中我們始終結(jié)合計(jì)算機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，提高了我們對Pro/E、AutoCAD等軟件的應(yīng)用能力。通過了本次設(shè)計(jì)我們已初步掌握了工程技術(shù)人員的設(shè)計(jì)思想，掌握了模具的相關(guān)知識(shí)，以基本能獨(dú)立完成一套塑料模模具設(shè)計(jì)與制造。
在設(shè)計(jì)中，通過查閱資料，向同學(xué)和老師請教，最大可能地了解注塑模具的實(shí)際設(shè)計(jì)和制造情況。在設(shè)計(jì)中廣泛采用標(biāo)準(zhǔn)件。設(shè)計(jì)參數(shù)的選擇不僅來自課本和資料，還根據(jù)實(shí)際情況來選擇和使用。
在設(shè)計(jì)中得到最大的收獲是：
1. 提高查閱參考資料的能力。能在不通的參數(shù)推薦值中選擇適合本設(shè)計(jì)的最佳方法。
2. 繼續(xù)鞏固各種基礎(chǔ)知識(shí)。
通過設(shè)計(jì)，也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足和有待提高的知識(shí)，主要有：
1. 各門基礎(chǔ)課知識(shí)掌握的不夠扎實(shí)，運(yùn)用起來不夠熟練。
2. 實(shí)際工作能力還有待提高，設(shè)計(jì)與社會(huì)上的實(shí)際生產(chǎn)還有很大差距。
3. 專業(yè)軟件的使用能力（包括熟練度和使用的廣度）還需要再提高一個(gè)層次。通過運(yùn)用CAD/CAM軟件來更好的完成和優(yōu)化設(shè)計(jì)。
總之，我認(rèn)為，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)雖然還存在這樣那樣的錯(cuò)誤和缺陷，但通過這次設(shè)計(jì)我又學(xué)到了很多的知識(shí)，把自己的工作能力提高到一個(gè)更高的層次。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是自己邁向機(jī)械工程師很重要的第一步。設(shè)計(jì)中存在的問題請老師批評指正。