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支撐塊塑料注射模具設計 支承塊塑料注塑模具設計 摘要 塑料工業(yè)是當今世界上增長最快的工業(yè)門類之一，而注塑模具是其中發(fā)展較快的種類，因此，研究注塑模具對了解塑料產品的生產過程和提高產品質量有很大意義。 本設計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構與工作原理，對注塑產品提出了基本的設計原則；詳細介紹了冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、溫度調節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設計過程，并對模具強度要求做了說明； 通過本設計，可以對注塑模具有一個初步的認識，注意到設計中的某些細節(jié)問題，了解模具結構及工作原理. 關鍵詞 塑料模具 分型面 標準 The plastic injection modle design of Lid Abstract Now The plastics industry is one of the growing quickest industry classes in the world, but the injection mold is develops the quick type. Therefore, There have biggist significance to research injection mold to understood that the plastic of production process and improve the product quality. This design introduced the basic principle of injection molding, specially single is divided the profile to inject mold's structure and the principle of work, That proposes the basic design principle of products; Introduced the details of the system that are cold flow channel injection of mold gating、the temperature control system and the design process of going against system, and has given the explanation to the mold intensity request; Through this design, may to cast the mold to have a preliminary understanding, notes some certain detail questions in design, understands the mold structure and the principle of working. Key Word The plastic Mold Parting Line Standard目 錄 第一章 前言 1 1.1模具工業(yè)在國民經濟中的地位 1 1.2各種模具的分類和占有量 2 1.3我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 2 1.4世界五大塑料生產國的產能狀況 4 1.5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 5 第二章 注塑件的設計 7 2.1 功能設計 7 2.2 材料 7 2.3 結構分析 8 2.4 塑件工藝性分析 10 第三章 注塑成型的準備 12 3.1 注塑成型工藝簡介 12 3.2 注塑成型工藝條件 13 3.3注塑機的選擇 14 3.4注射機有關參數(shù)的校核和最終選擇 16 3.5模具開模行程校核 17 3.6注塑機的參數(shù)校核 18 第四章 模具設計 19 4.1 塑料配方說明 19 4.2 分型面的確定 19 4.3型腔數(shù)目的確定 20 4.5模具材料的選擇 20 4.6澆注系統(tǒng)設計 21 4.7標準模架的選擇 22 4.8導向與定位機構 24 4.9頂出系統(tǒng)設計 24 4.10成型零件工作尺寸的計算 27 4.11排氣設計 27 4.12溫度調節(jié)系統(tǒng)設計 28 第五章 主要零件的加工工藝過程 32 結論 33 參考文獻 34 致謝 35 37 第一章 前言 1.1模具工業(yè)在國民經濟中的地位 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，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產品質量好，材料消耗低，生產成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。 模具工業(yè)是國民經濟的基礎工業(yè)，是國際上公認的關鍵工業(yè)。模具生產技術水平的高低是衡量一個國家產品制造水平高低的重要標志，它在很大程度上決定著產品的質量，效益和新產品的開發(fā)能力。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關注。早在1989年3月中國政府頒布的《關于當前產業(yè)政策要點的決定》中，將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位。 模具工業(yè)既是高新技術產業(yè)的一個組成部分，又是高新技術產業(yè)化的重要領域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領域中60％~90％的產品的零件，組件和部件的生產加工。 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業(yè)的模具市場為例。汽車，摩托車行業(yè)是模具最大的市場，在工業(yè)發(fā)達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業(yè)是我國國民經濟五大支柱產業(yè)之一，汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點，已在汽車工業(yè)產業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達到170種。一個型號的汽車所需模具達幾千副，價值上億元。為了適應市場的需求，汽車將不斷換型，汽車換型時約有80％的模具需要更換。中國摩托車產量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計，中國摩托車共有14種排量80多個車型，1000多個型號。單輛摩托車約有零件2000種，共計5000多個，其中一半以上需要模具生產。一個型號的摩托車生產需1000副模具，總價值為1000多萬元。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。 目前世界模具市場供不應求，模具的主要出口國是美國，日本，法國，瑞士等國家。中國模具出口數(shù)量極少，但中國模具鉗工技術水平高，勞動成本低，只要配備一些先進的數(shù)控制模設備，提高模具加工質量，縮短生產周期，溝通外貿渠道，模具出口將會有很大發(fā)展。研究和發(fā)展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發(fā)展有著特別重要的意義。 1.2各種模具的分類和占有量 模具主要類型有：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，因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成型。 (1) 沖模：沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產品的工具。沖模占模具總數(shù)的50％以上。按工藝性質的不同，沖?？煞譃槁淞夏＃瑳_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，復合模，連續(xù)模。 (2) 鍛模：鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱。按鍛壓設備不同，鍛模分為錘用鍛模，螺旋壓力機鍛模，熱模鍛壓力鍛模，平鍛機用鍛模，水壓機用鍛模，高速錘用鍛模，擺動碾壓機用鍛模，輥鍛機用鍛模，楔橫軋機用鍛模等。按工藝用途不同，鍛模可分為預鍛模具，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。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，按成型工藝分類粉末冶金模有：壓模，精整模，復壓模，熱壓模，粉漿澆注模，松裝燒結模等。 模具所涉及的工藝繁多，包括機械設計制造，塑料，橡膠加工，金屬材料，鑄造（凝固理論），塑性加工，玻璃等諸多學科和行業(yè)，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。 1.3我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 自20世紀80年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力。20世紀90年代以后，大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速，模具工業(yè)的總產值在1990年僅60億元人民幣，1994年增長到130億元人民幣，1999年已達到245億元人民幣，2000年增至260~270億元人民幣。今后預計每年仍會以10℅~15℅的速度快速增長。 目前，我國17000多個模具生產廠點，從業(yè)人數(shù)五十多萬。除了國有的專業(yè)模具廠外，其他所有制形式的模具廠家，包括集體企業(yè)，合資企業(yè)，獨資企業(yè)和私營企業(yè)等，都得到了快速發(fā)展。其中，集體和私營的模具企業(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)和私營企業(yè)多達數(shù)千家，成為我國國內知名的“模具之鄉(xiāng)”和最具發(fā)展活力的地區(qū)之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，為了提高其產品的市場競爭能力，紛紛加入了對模具制造的投入。例如，科龍，美的，康佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中心。中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū)，現(xiàn)已有幾千家。 在模具工業(yè)的總產值中，企業(yè)自產自用的約占三分之二，作為商品銷售的約占三分之一。其中，沖壓模具約占50℅（中國臺灣：40℅），塑料模具約占33℅（中國臺灣：48℅），壓鑄模具約占6℅（中國臺灣：5℅），其他各類模具約占11（中國臺灣：7℅）。 中國臺灣模具產業(yè)的成長，分為萌芽期（1961——1981），成長期（1981——1991），成熟期（1991——2001）三個階段。 萌芽期，工業(yè)產品生產設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業(yè)等產品外銷表現(xiàn)暢旺，連帶使得模具制造，維修業(yè)者和周邊廠商（如熱處理產業(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年是臺灣模具產業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產業(yè)對工業(yè)發(fā)展的重要性日益彰顯，自1982年起，臺灣地區(qū)就將模具產業(yè)納入“策略性工業(yè)適用范圍”，大力推動模具工業(yè)的發(fā)展，以配合相關工業(yè)產品的外銷策略，全力發(fā)展整體經濟。隨著民生工業(yè)，機械五金業(yè)，汽機車及家電業(yè)發(fā)展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流。從1985年起，模具產業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等CAD/CAM技術，所以臺灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術的時間相當早。 成熟期，在國際化，自由化和國際分工的潮流下，1994年，1998年，由臺灣地區(qū)政府委托金屬中心執(zhí)行“工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃”與“工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃”，以協(xié)助業(yè)界突破發(fā)展瓶頸，并支持產業(yè)升級，朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具。1997年11月間臺灣憑借模具產業(yè)的實力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協(xié)會會員，。整體而言，臺灣模具產業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機械性能，加工技術，檢測能力的提升，以及計算機輔助設計，臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè)，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓，大型塑料射出及精密鍛造等模具。 1.4世界五大塑料生產國的產能狀況 美國塑料(原料)的產量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產量就已達2000萬噸之多，1986年增至23l0萬噸，占全球總產量8100噸的28.5％，此后美國塑料產量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn)定增長之勢，1988年、1990年、1992年、1994年、1996年和1998年分別增加到2710萬噸、2810萬噸、3010萬噸、3410萬噸、4000萬噸和4360萬噸，占世界總產量的比例從1996年起提高到30％以上。2001年美國塑料產量為4170萬噸，其中以聚乙烯為最多，達1500多萬噸。其次分別是氯乙烯650萬噸、聚丙烯720萬噸、聚苯乙烯對酞酸脂320萬噸、聚苯乙烯280萬噸。國內塑料消費量(產量+進口量一出口量)，美國也是全球最多的。美國的全部塑料消費量2001年為4280萬噸。美國人均塑料消費量也是很高的，2000年為159公斤，2001年略減為155公斤 ，居全球第3位。美國現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位1萬多家，其中職工人數(shù)少于50人的占總數(shù)的53％，50~l00人的占21％，100~500人的占23％，超過500人的占近4％，職工總數(shù)近90萬人。在美國塑料制品加工業(yè)的就職人數(shù)達110萬，2001年的出貨金額為2150億美元，人均出貨金額為195美元。 德國是世界最大的塑料(原料)生產國之一，上世紀90年代初的1991年、1992年和1993年，德國塑料產量都為990多萬噸，1994年增達超過1000萬噸的1110萬噸．1998年達近1300萬噸，1999年為近1400萬噸，2000年增至1550萬噸，超過日本為世界第2大塑料生產國，2001年上升為1580萬噸，2002年已過1600萬噸。2001年德國生產的種種塑料原料中，聚乙烯為285萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯125萬噸)，氯乙烯175萬噸，聚丙烯160萬噸。德國2001年的國內塑料消費量為1280萬噸，其中聚乙烯265萬噸，聚丙烯155萬噸．氯乙烯152萬噸。德國人均塑料消費量2001年為160公斤，在世界上僅少于比利時的172公斤，高于美國的155公斤，排在世界第2位。德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近30萬人，2001年的出貨金額為360億美元，人均126美元。德國塑料制品加工企業(yè)中職工少于50人的占44％，50~100人的占28％，100~500人的占25％，500人以上的占4％。 中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長，1991年產量僅為250萬噸，1995年增為350萬噸，1998年超過700萬噸，到2002年已增達約1400萬噸，超過日本而成為世界第3大塑料原料生產國。中國今年塑料制品市場將持續(xù)走強，在包裝、工程、建材、農用和日用塑料制品等各個領域都將有較大幅度的增長，需求量將超過2500萬噸。其中包裝塑料制品今年需求量將超過850萬噸，工程塑料制品需求量將達400萬噸左右，建材塑料制品需求量將達300萬噸以上，農用塑料制品需求量將在500萬噸左右，日用塑料制品需求量約為80萬噸左右。 日本在很長的時期內都是僅次于美國的世界第2大塑料生產國。一直到1997年，日本塑料產量曾經連續(xù)多年增長，年產量在70年代中期就已達500多萬噸，1987年突破1000萬噸，1991年達約1300萬噸，1992年和1993年因受日本經濟下滑的影響，產量略有減少，分別降至1258和1225萬噸。從1994年起產量再度增長，1994年、1995年和1996年分別回升到1300萬噸、1400萬噸和1470萬噸，1997年的產量又比上年增長3.7％，達到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢在1998年受到遏制，產量大幅度減少。1998年，日本塑料產量為1390萬噸，比上年減少了8.7％。1999年和2000年日本塑料產量分別回升到1432萬噸和1445萬噸，但仍遠未恢復到1997年的水平。2001年和2002年日本塑料產量再度下降至1400萬噸以下的1364萬噸和1361萬噸。2002年日本塑料(原料)產量減為1361萬噸。而中國則增為1366萬噸，日本又退居第4位。 韓國塑料產量增長十分迅速，1986年超過200萬噸，1990年增達300萬噸，1992年突破500萬噸，1994年、1996年和1997年分別上升到600多萬噸、700多萬噸和800多萬噸，1998年產量增至850萬噸，1999年突破900萬噸，2001年達1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產國之列。韓國塑料原料產品中以聚乙烯居首，2001年產量為340萬噸(低密度聚乙烯160萬噸，高密度聚乙烯180萬噸)，聚丙烯以238萬噸排在第2位，其次分別是聚酯161萬噸、氯乙烯124萬噸、ABS·AS樹脂86萬噸、聚苯乙烯77萬噸。韓國國內塑料消費量2001年420萬噸，只相當于產量的1/3略高。人均塑料消費量2001年為106公斤，韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù)2001年為3.1萬人，出貨金額為85億美元，人均276美元。 塑料產量位居世界前10名的國家和地區(qū)還有法國660萬噸、比利時600萬噸、中國臺灣598萬噸、加拿大432萬噸和意大利385萬噸(均為2001年產量)。 1.5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產值已超過機床工業(yè)的產值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術發(fā)展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構和大專院校也開展了模具技術的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。 中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經了半個多世紀，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48"（約122CM）大屏幕彩電塑殼注射模具，6.5KG大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生產照相機塑料件模具，多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。經過多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技術，模具的電加工和數(shù)控加工技術，快速成型與快速制模技術，新型模具材料等方面取得了顯著進步；在提高模具質量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻。 盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質量仍滿足不了國內市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。 (1) 注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，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越高，模具也將日趨大型化和精密化。 (2) 加強模具標準件的應用；使用模具標準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量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。 (3) 推廣CAD/CAM/CAE技術；模具CAD/CAM/CAE技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術是模具設計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設計制造水平。 (4) 重視快速模具制造技術，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術的不斷出現(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，高速銑削加工技術，以及自動研磨拋光技術將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。 第二章 注塑件的設計 2.1 功能設計 功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能,并達到一定的技術指標.該塑件是日用品,承受外力的幾率不大,如沖擊載荷,振動,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對熱變形溫度,脆化溫度,分解溫度的要求降低;作為一種日用品,生產批量應該是大批大量生產,這樣,就必須考慮生產成本和模具壽命,在材料的選擇時要綜合各種因素;此外,塑料都會老化,作為一種光學用品,還要考慮到材料的光氧化等問題. 2.2 材料 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,以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說,要考慮的主要是材料的力學性能,如屈服應力,彈性模量,彎曲強度,表面硬度等. 寫酚醛樹脂 的材料性能 酚醛（Phenol Formaldehyde，簡稱PF）樹脂也叫電木，又稱電木粉。原為無色或黃褐色透明物，市場銷售往往加著色劑而呈紅、黃、黑、綠、棕、藍等顏色，有顆粒、粉末狀。耐弱酸和弱堿，遇強酸發(fā)生分解，遇強堿發(fā)生腐蝕。不溶于水，溶于丙酮、酒精等有機溶劑中。苯酚醛或其衍生物縮聚而得。 酚醛樹脂 - 重要性能 高溫性能 酚醛樹脂最重要的特征就是耐高溫性，即使在非常高的溫度下，也能保持其結構的整體性和尺寸的穩(wěn)定性。正因為這個原因，酚醛樹脂才被應用于一些高溫領域，例如耐火材料，摩擦材料，粘結劑和鑄造行業(yè)。 粘結強度 酚醛樹脂一個重要的應用就是作為粘結劑。酚醛樹脂是一種多功能，與各種各樣的有機和無機填料都能相容的物質。設計正確的酚醛樹脂，潤濕速度特別快。并且在交聯(lián)后可以為磨具、耐火材料，摩擦材料以及電木粉提供所需要的機械強度，耐熱性能和電性能。 水溶性酚醛樹脂或醇溶性酚醛樹脂被用來浸漬紙、棉布、玻璃、石棉和其它類似的物質為它們提供機械強度，電性能等。典型的例子包括電絕緣和機械層壓制造，離合器片和汽車濾清器用濾紙。 高殘?zhí)悸? 在溫度大約為1000℃?的惰性氣體條件下，酚醛樹脂會產生很高的殘?zhí)迹@有利于維持酚醛樹脂的結構穩(wěn)定性。酚醛樹脂的這種特性，也是它能用于耐火材料領域的一個重要原因。 低煙低毒 與其他樹脂系統(tǒng)相比，酚醛樹脂系統(tǒng)具有低煙低毒的優(yōu)勢。在燃燒的情況下，用科學配方生產出的酚醛樹脂系統(tǒng)，將會緩慢分解產生氫氣、碳氫化合物、水蒸氣和碳氧化物。分解過程中所產生的煙相對少，毒性也相對低。這些特點使酚醛樹脂適用于公共運輸和安全要求非常嚴格的領域，如礦山，防護欄和建筑業(yè)等。 抗化學性 ?交聯(lián)后的酚醛樹脂可以抵制任何化學物質的分解。例如汽油，石油，醇，乙二醇和各種碳氫化合物。 熱處理 熱 處理會提高固化樹脂的玻璃化溫度，可以進一步改善樹脂的各項性能。玻璃化溫度與結晶固體如聚丙烯的熔化狀態(tài)相似。酚醛樹脂最初的玻璃化溫度與在最初固化階 段所用的固化溫度有關。熱處理過程可以提高交聯(lián)樹脂的流動性促使反應進一步發(fā)生，同時也可以除去殘留的揮發(fā)酚，降低收縮、增強尺寸穩(wěn)定性、硬度和高溫強 度。同時，樹脂也趨向于收縮和變脆。樹脂后處理升溫曲線將取決于樹脂最初的固化條件和樹脂系統(tǒng)。 2.3 結構分析 支承塊 圖2-1 原始零件圖 塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性.在塑料生產過程中,一方面成型會對塑件的結構,形狀,尺寸精度等諸方面提出要求,以便降低模具結構的復雜程度和制造難度,保證生產出價廉物美的產品;另一方面,模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析,弄清塑件生產的難點,為模具設計和制造提供依據(jù). 2.3.1 壁厚 各種塑件,不論是結構件還是板壁,根據(jù)使用要求具有一定的厚度,以保證其力學強度.一般地說,在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚,不僅可以節(jié) 約原材料,降低生產成本,而且使塑件在模具內冷卻或固化時間縮短,提高 生產率;其次可避免因過厚產生的凹陷,縮孔,夾心等質量上的缺陷.以下是PS的壁厚推薦值: 最小壁厚0.75 mm 小型件壁厚1.25mm 中型件壁厚1.6 mm 大型件壁厚3.2~5.4mm 2.3.2 脫模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產生收縮,使其緊箍 在凸?；蛐托旧?為了便于脫模,防止因脫模力過 大而拉壞塑件或使其表面受損,與脫模方向平行的塑件 內,外表面都應具有合理的斜度.以下是PS的脫模斜度推薦值: 制件外表面 35′~1.35° 制件內表面30′~1° 塑件內表面在造型時就有弧度,如果要有 脫模斜度就是在凹槽和鎖位處,這不僅對脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。 2.3.3 圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時才采用尖角結構。尖角容易產生應力集中，在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內的流動和塑件的脫模。圓角的取值與應力集中的關系遵循R/T函數(shù)關系，當R/T=0.6以后應力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取R1，較大值取到R3。加強肋的圓角半徑值關系如表2-3所示。 表2-3 肋的圓角半徑值關系表 肋的高度/mm 6.5 6.5~13 13~19 ＞19 圓角半徑 /mm 0.8~1.5 1.5~3.0 2.5~5.0 3~6.5 塑件上其它的特征還有如孔等，各個特征都有其設計原則和特殊功能，因為該塑件沒有涉及，所以就不一一介紹 2.4 塑件工藝性分析 2.4.1使用性能、制件技術要求和生產要求 該塑件為支承塊狀，可用于防塵。根據(jù)要求，采用小批量生產，采用注塑成型。 2.4.2了解塑件材料及性能 根據(jù)要求，材料采用PS（聚苯乙烯）塑料，PS質硬而脆，制品易帶靜電，表面易吸塵埃。收縮率為5‰；溢邊值為0.04mm 物理性能 電絕緣性尤其高頻絕緣性優(yōu)良,無色透明,透光率僅次于有機玻璃.著色性,耐水性,化學穩(wěn)定性良好,強度一般.但質脆,易產生應力脆裂.不耐苯\汽油等溶劑,適合制作絕緣透明件.裝飾件以及化學儀器等零件 成型性能 ①無定形料,吸濕小,不須充分干燥,不易分解.但熱膨脹系數(shù)大,易產生內應力,流動性能好.可采用螺桿或柱塞式注射機成型. ②宜用高料溫,高模溫,低注射壓力延長注射時間有利于降低內應力,防止縮孔變形 ③可用各種形式澆口,澆口與塑件圓弧連接,以免去處澆口時損壞塑件,脫模斜度大,頂出均勻,塑件壁厚均勻,最好不帶鑲件,有鑲件要預熱. 2.4.3 塑件尺寸精度分析 查表（3—9）［1］ 精度等級均不高。 其余的尺寸無特殊要求，其尺寸公差均按SJ6級精度查取 2.4.4塑件表面質量分析 ①必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊； ②注意通孔處不出現(xiàn)銳邊； 2.4.5塑件的結構工藝性分析 ①根據(jù)塑件的尺寸要求，塑件有較好成型性能； ②塑件本身有一定斜度，利于脫模； ③從塑件結構看，設置一個分型面。 第三章 注塑成型的準備 3.1 注塑成型工藝簡介 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的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段時間的保壓冷卻以后，開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。一般分為三個階段的工作。 圖3-1 注塑成型壓力—時間曲線 (1)物料準備；成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 (2)注塑過程；塑料在料筒內經過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而產生的空隙。由于塑料仍在流動，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，另一端沿流動方向排列）容易被凝結，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結束（時間從T2到T3），由于模腔內的壓力比流道內高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結時為止。其中，塑料凝結時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；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內經常出現(xiàn)不均勻的結晶、取向和收縮，導致制件內產生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，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10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時間與制件厚度有關，通常取2～9小時。 3.2 注塑成型工藝條件 (1)溫度；注塑成型過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”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應避免制件脫模后發(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料與溫度的經驗數(shù)據(jù)如表3-1所示。 表3-1 溫度的經驗數(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 150~210 170~230 190~250 240~250 5~75 65~96 —— (2)壓力；注射成型過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的阻力，提供充模速度及對熔料進行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關。對于像PS流動性好的料，保壓力應該小些，以避免產生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產經驗，背壓的使用范圍約為3.4~27.5MPA。 (3)時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產中注射時間一般為3~5秒，保壓時間一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120秒（這三個時間都是根據(jù)塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。確定成型周期的經驗數(shù)值如表3-2所示。 表3-2 成型周期與壁厚關系 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 經過上面的經驗數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設置也不一致，結合兩者的合理因素，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 內容 特性 內容 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速（r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度(℃) 230 后段溫度(℃) 150~210 中段溫度(℃) 170~230 前段溫度(℃) 190~250 注射壓力MPa 90 保壓力MPa 80 注射時間s 1.5 保壓時間 s 5 冷卻時間s 20 其他時間s 3 成型周期s 30 成型收縮(%) 0.6 干燥溫度(℃) 60~80 干燥時間(℃) 1~3 后處理溫度70℃，保溫時間2小時。 3.3注塑機的選擇 3.3.1 注塑機簡介 1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機,這是注塑成型工藝技術的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產量的30%;注塑機的產量占整個塑料機械產量的50%.成為塑料成型設備制造業(yè)中增長最快,產量最多的機種之一. 注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法.常用的說法有: ① 按設備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機； ② 按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。 3.3.2 注塑機基本參數(shù) 注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數(shù)是設計,制造,購買和使用注塑機的主要依據(jù). ① 公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力. ② 注射壓力；為了克服熔料流經噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力. ③ 注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度. 常用的注射速率如表3-4所示。 表3-4 注射量與注射時間的關系 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 ④ 塑化能力；單位時間內所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. ⑤ 鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. ⑥ 合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. ⑦ 開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. ⑧ 空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 3.3.3選擇注塑機 ① 由公稱注射量選定注射機 由注射量選定注射機.由PRO/E建模分析得（材料密度取ρ=1.054g/cm3）: 總體積V=15.18cm3； 總質量M=20.55g； 流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質量)是個未知數(shù),根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算,塑件越大則比例可以取的越小)； 實際注射量為:V實=15.18×1.5=22.77 cm3； 實際注射質量為M實=1.5M=20.55×1.5=30.83g； 根據(jù)實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即： 0.8V公≧ V實 (3—1) V公= V實/0.8=22.77÷0.8=28.46 cm3 ② 一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應在注塑機理論注射量的10%-80%之間；既能保證制品質量，又可充分發(fā)揮設備的能力，則選50%-80%為最佳。 ③ 塑件的形狀較復雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為PS，粘度為中等，一般選用的壓力為100-140Mpa， 查3.1[2]，PS的注射壓力在60-100Mpa，塑件的結構較復雜，取P=80Mpa ① 塑件的投影面積計算 A=117X42-20X14-5X3.14X4X4X2=41.32 cm2 ② 型腔的壓力計算P腔=2/3×P=53.3Mpa ③ 鎖模力的計算F=AP腔 =41.32X53.3=22X104N 根據(jù)計算，查表4.2 [2] 初選柱塞式注射機 ：XS-Z-60 3.4注射機有關參數(shù)的校核和最終選擇 (1) 模具閉合高度的校核 安裝模具的高度應滿足： Hmin＜H＜Hmax 設計模具高度為H總=237mm 由于XS-Z-60型注射機所允許模具的最小厚度為Hmin70mm，最大厚度為Hmax200mm,所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。 改選XS-ZY-125型，最大裝模高度Hmax=300mm，最小裝模高度Hmin=200mm H總=237mm介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求 (2) 注塑機的有關參數(shù) 表3-5 XY-ZY-125型注塑機的主要參數(shù) 注塑機型號 XS-ZY-125 額定注射量 125cm3 螺桿（柱塞）直徑 42mm 注射壓力 120Mpa 注射行程 115mm 注射方式 螺桿式 鎖模力 900KN 最大成型面積 320cm2 最大開合模行程 300mm 模具最大厚度 300mm 模具最小厚度 200mm 噴嘴圓弧半徑 R12mm 噴嘴孔直徑 Φ4 mm 頂出形式 兩側設有頂桿，機械頂出 動、定模固定板尺寸 428X458mm 拉桿空間 260X290mm 合模方式 液壓、機械 液壓泵 流量 100、12L/min 壓力 6.5Mpa 電動機功率 11KW 加熱功率 5 KW 機器外形尺寸 3340X750X1550mm 3.5模具開模行程校核 模具開模行程應滿足：Sm

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