心型臺燈塑料注塑模具設計 專業名稱：機械設計制造及其自動化 作者： 指導教師： 摘要： 塑料工業是當今世界上增長最快的工業門類之一，而注塑模具是其中發展較快的種類，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、溫度調節系統和頂出系統的設計過程，并對模具強度要求做了說明；最后介紹了當今世界上最為普及的三維 CAD/CAM 系統標準軟件 PRO/ENGNEER 的 PROGRAM 模塊，對導柱和導套進行了參數化設計。 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問題，了解模具結構及工作原理；通過對 PROGRAM 的學習，可以建立較簡單零件的零件庫，從而有效的提高工作效率。 關鍵詞 ：塑料模具；參數化；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 模具工業在國民經濟中的地位 1 1.2 各種模具的分類和占有量 1 1.3 我國模具工業的現狀 2 1.4 世界五大塑料生產國的產能狀況 3 1.5 我國模具技術的現狀及發展趨勢 4 2 注塑件的設計 6 2.1 功能設計 6 2.2 材料選擇 6 2.3 結構設計 8 2.3.1 對塑件的修改說明 8 2.3.2 壁厚 8 2.3.3 脫模斜度 9 2.3.4 加強肋 9 2.3.5 圓角 9 2.4 塑件的尺寸精度及表面質量 10 2.4.1 尺寸精度 10 2.4.2 塑件的表面質量 10 3 注塑成型的準備 11 3.1 注塑成型工藝簡介 11 3.2 注塑成型工 藝條件 12 3.3 注塑機的選擇 1 3 3.3.1 注塑機簡介 13 3.3.2 注塑機基本參數 13 3.3.3 選擇 注塑機 1 4 3.4 注射機的校核 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 開模行程校核 17 4 模具設計 18 4.1 塑料配方說 明 18 4.2 分型面的確定 18 4.3 型腔數目的確定 19 4.4 澆口確定 19 4.5 模具材料的選擇 19 4.6 澆注系統設計 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算 23 4.7.2 模架的選用 24 4.8 導向與定位機構 2 5 4.9 頂出系統設計 26 4.9.1 脫模力的計算 2 6 4.9.2 推桿脫模機構 2 8 4.9.3 推管脫模機構 29 4.9.4 推板厚度的計算 30 4.10 成型零件工作尺寸的計算 3 1 4.10.1 凹模工作尺寸的計算 3 1 4.10.2 凸模工作尺寸的計算 3 2 4.10.3 中心距尺寸的計算 33 4.11 排氣設計 33 4.11.1 排氣設計原則 34 4.11.2 推管、推桿、鑲件排氣功能的證明 3 4 4.12 溫度調節系統設計 35 4.12.1 溫度調節對塑件質量的影響 3 5 4.12.2 對溫度調節系統的要求 3 5 4.12.3 冷卻系統設計 36 5 參數化設計 4 3 5.1 PROGRAM 簡介 4 3 5.2 導柱的參數化設計 4 4 5.2.1 模型的構建流程 4 5 5.2.2 對模型的操作意圖 4 5 5.2.3 參數化程序 4 5 結論 49 參考文獻 50 致謝 51 附錄 52 1 前言 1.1 模具工業在國民經濟中的地位 模具是制造業的一種基本工藝裝備，它的作用是控制和限制材料（固態或液態）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中。 模具工業是國民經濟的基礎工業，是國際上公認的關鍵工業。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能力。振興和發展我國的模具工業，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政策要點的決定中，將模具列為機械工業技術改造序列的第一位。 模具工業既是高新技術產業的一個組成部分，又是高新技術產業化的重要領域。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在市場的需求上，僅以汽車，摩托車行業的模具市場為例。汽車，摩托車行業是模具最大的市場，在工業發達的國家，這一市場占整個模具市場一半左右。汽車工業是我國國民經濟五大支柱產業之一，汽車工業重點是發展零部件，經濟型轎車和重型汽車，汽車模具作為發展重點，已在汽車工業產業政策中得到了明確。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，據統計，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，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展。研究和發展模具技術，提高模具技術水平，對于促進國民經濟的發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。沖模占模具總數的 50以上。按工藝性質的不同，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，復合模，連續模。 （ 2） 鍛模：鍛模是金屬在熱態或冷態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的 35，而且有繼續 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，泡沫塑料的發泡成型模，低發泡注射成型模，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，是一個多學科的綜合，其復雜程度顯而易見。 1.3 我國模具工業的現狀 自 20 世紀 80 年代以來，我國的經濟逐漸起飛，也為模具產業的發展提供了巨大的動力。 20 世紀 90 年代以后，大陸的工業發展十分迅速，模具工業的總產值在 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 260270 億元人民幣。今后預計每年仍會以 1015的速度快速增長。 目前，我國 17000 多個模具生產廠點，從業人數五十多萬。除了國有的專業模具廠外，其他所有制形式的模具廠家， 包括集體企業，合資企業，獨資企業和私營企業等，都得到了快速發展。其中，集體和私營的模具企業在廣東和浙江等省發展得最為迅速。例如，浙江寧波和黃巖地區，從事模具制造的集體企業和私營企業多達數千家，成為我國國內知名的 “模具之鄉 ”和最具發展活力的地區之一。在廣東，一些大集團公司和迅速崛起的鄉鎮企業，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則多集中于沿海工業發達地區，現已有幾千家。 在模具工業的總產值中， 企業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）。 中國臺灣模具產業的成長，分為萌芽期（ 19611981），成長期（ 19811991），成熟期（ 19912001）三個階段。 萌芽期，工業產品生產設備與技術的不斷改進。由于紡織，電子，電氣，電機和機械業等產品外銷表現暢旺，連帶使得模具制造，維修業者和周邊廠商（如熱處理產業等）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 年是臺灣模具產業發展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產業對工業發展的重要性日益彰顯，自 1982 年起，臺灣地區就將模具產業納入 “策略性工業適用范圍 ”，大力推動模具工業的發展，以配合相關工業產品的外銷策略，全力發展整體經濟。隨著民生工業，機械五金業，汽機車及家電業發展，沖壓模具與塑料模具，逐漸形成臺灣模具工業兩大主流。從 1985 年起，模具產業已在推行計 算機輔助模 具設計和制 造等 CAD/CAM 技術，所以 臺灣模具業 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，由臺灣地區政府委托金屬中心執行 “工業用模具技術研究與發展五年計劃 ”與 “工業用模具技術應用與發展計劃 ”，以協助業界突破發展瓶頸，并支持產業升級，朝向開發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的實力，獲得世界模具協會（ ISTMA）認同獲準入會，正式成為世界模具協會會員，。整體而言，臺灣模具產業在這一階段的發展，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的民用家電，五金業和汽機車運輸工具業，提升到計算機與電子，通信與光電等精密模具，并發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呈現穩定增長之勢， 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。美國現有各種大小塑料企事業單位 1 萬多家，其中職工人數少于 50 人的占總數的 53， 50l00 人的占 21， 100500人的占 23，超過 500 人的占近 4，職工總數近 90 萬人。在美國塑料制品加工業的就職人數達 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。 中國塑料工業多年持續高速增長， 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、 ABSAS 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的職工總數 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 我國模具技術的現狀及發展趨勢 20 世紀 80 年代開始，發達工業國家的模具工業已從機床工業中分離出來，并發展成為獨立的工業部門，其產值已超過機床工業的產值。改革開放以來，我國的模具工業發展也十分迅速。近年來，每年都以 15的增長速度快速發展。許多模具企業十分重視技術發展。加大了用于技術進步的投入力度，將技術進步作為企業發展的重要動力。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。模具行業的快速發展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業的快速發展，成為模具制造強國。 中國塑料模工業從起步到 現在，歷經了半個多世紀，有了很大發展，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。與發達國家的模具工業相比，在模具技術上仍有不小的差距。今后，我國模具行業應在以下幾方面進行不斷的技術創新，以縮小與國際先進水平的距離。 （ 1） 注重開發大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業的快速發展，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，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。 2 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 材料選擇 通常 ,選擇塑件的材料依據是它所處在的工作環境及使用性能的要求 ,以及原材料廠家提供的材料性能數據 .對于常溫工作狀態下的結構件 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 .該塑件對材料的要求首先必須是透光性好 ,其次才是成型難易和經濟性問題 ,以下是對幾種透光性能較好材料的性能對比，如表 2-1所示。 +表 2-1 材料的特性 塑料名稱 PS PC PMMA 拉伸強度 /MPa 51.9 6672 彎曲強度 /MPa 110 95113 斷裂伸長率 /% 2 80100 落球沖擊強度 J/m 16 422 洛氏 硬度（ M） 115 82 101 氧指數（ OI） 18.1 24.9 17.3 熱變形溫度 / 85 134 100 維卡軟化點 / 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 價格（元 /噸） 11501230 3300041000 1950020700 和機械加工一樣要考慮到加工工藝問題，模具成型也要考慮到材料的注塑特性，在各特點都相差無幾的情況下，好的成型特性是選擇材料的主要標準，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 成 型 特 點 模具設計 注意事項 使用溫度 主要用途 聚苯乙烯 （非結晶型） 透明性好，電性能好，抗拉強度高，耐磨性好，質脆，抗沖擊強度差，化學穩定性教好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射時應防止溢料，制品易產生內應力，易開裂 因流動性好，適宜用點澆口，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 有機玻璃（非結晶型） 透光率最好，質輕堅韌，電氣絕緣性好 /但表面硬度不高，質脆易開裂，化學穩定性較好，但不耐無機酸，易溶于有機溶劑 流動性差，易產生流痕，縮孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射時速度不能太高 合理設 計澆注系統，便于充型，脫模斜度盡可能大，嚴格控制料溫與模溫，以防分解 收縮率取0.35 80 透明制品，如窗玻璃，光學鏡片，燈罩等 聚碳酸酯（非結晶型） 透光率較高，介電性能好，吸水性小，力學性能好，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，易產生殘余應力，甚至裂紋，質硬，易損模具，使用性能好 盡可能 使用直接澆口，減小 流動阻力，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 在機械上做齒輪，凸輪，蝸輪，滑輪等，電機電子產品零件，光學零件等 以上的性能分析對比中看出 ,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，所以價格上是需要考慮的，我們主要要求是價格和透光度 ,其它如拉伸強度 ,斷裂伸長率等則是次要考慮的指標 (這由塑件的工作環境決定 ),最終選定 PS為塑件材料 .因為除了質脆和抗拉強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 結構設計 圖 2-1 原始零件圖 鎖位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 . 2.3.1 對塑件的修改說明 塑件要求能夠放置一對 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，開關的安放問題，關于零件的造型圖如圖 2-3所示，詳細結構可參考零件圖紙。 （ 1）外型輪廓；原零件 2D圖的心型曲線不規則 ,如圖 2-1和 2-2所示。在用 PRO/E造型時總會造成曲面不能加厚的問題 ,用修剪曲面的辦法雖然能解決加厚問題 ,但整個塑件也不規則 ,給后續工作帶來不便 .所以在保證基本外型的前提下對尺寸做了修改 ,目的是為了造型。 （ 2）結構；原圖形有兩個小而薄的吊耳 ,且置于塑件外端 ,考慮到所有 PS料硬而脆 ,這會使得兩個吊耳極易損壞 ,所以 ,改兩個吊耳為一個 ,設計吊耳 ,開關 ,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 .設計凹槽使兩半燈罩配合 ,設置了三個鎖位加強 . 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 ,不論是結構件還是板壁 ,根據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 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 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 ,達到 5MM,殼體取中型件壁厚 1.6,這樣使得整個塑件的壁厚是不均勻的 ,但若減小邊緣壁厚 ,則對塑件的推出不利 ,而且有可能使電池不能安裝 . 邊緣壁厚可用來放置推桿或推板 。 2.3.3 脫模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產生收縮 ,使其緊箍 在凸模或型芯上 ,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 制件內表面 351.35 301 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 圖 2-3 修改后的產 品零件圖 有好處，而且可以更好的鎖緊 。 2.3.4 加強肋 塑件上適當設置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動方向的加強肋還能降低充模阻力，提高融體流動性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現象的產生。在該塑件中的加強肋起到引導物料流動的作用同時又對電池進行定位，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。通常加強肋的設計原則為高度低（過高時容易在彎曲和沖擊負荷作用下受 損），寬度小，而數量多為好（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 6.513 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 塑件的尺寸精度及表面質量 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量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設計時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。對塑件的精度要求，要具體分 析，根據裝配情況來確定尺寸公差，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該對精度要求高些，對其要有公差配合要求，應選擇高精度。根據精度等級選用表， PS 的高精度為 2 級，一般精度為 3 級。根據塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在 100120 范圍內，取 MT2B 級的公差數值為 0.52 mm， MT3B 級的公差數值為 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雜，歸納有以下三個方面。 （ 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 塑件的表面質量 表面質量是一個相當大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理 -力學性質兩方面技術指標，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質量指標，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等級。該塑件要求對型腔拋光，所以對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，并測試其熱穩定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據注射成型工藝允許的 含水量進行適當的預熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數，對模具進行適當的預熱，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 1020度至熱變形溫度以下 1020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生 “流涎現象 ”；模具溫度一般通過冷卻系統來控制；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料與溫度的經驗數據如表 3-1所示。 表 3-1 溫度的經驗數據 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，根據生產經驗，背壓的使用范圍約為3.427.5MPA。 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 35 秒，保壓時間一般為 20120 秒，冷卻時間一般為 30120 秒（這三個時間都是根據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 過上面的經驗數據和推薦值，可以初步確定成型工藝參數，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如表 3-3 所示。 表 3-3 制品成型工藝參數初步確定 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 ( ) 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 ( ) 6080 干燥時間 ( ) 13 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 注塑機的主要參數有公稱注射量 ,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 ,空循環時間等 .這些參數是設計 ,制造 ,購買和使用注塑機的主要依據 . (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 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調 ,若塑化能力高而機器的空循環時間長 ,則不能發揮塑化裝置的能力 ,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 .這些參數規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 ,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 31 .0 5 kg dm ） : 總體積 V=49.3cm3 ； 總質量 M=56.5g； 流道凝料 V=0.5V (流道凝料的體積 (質量 )是個未知數 ,根據手冊 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=49.31.5=73.95 cm3 ； 實際注射質量為 M實=1.5M=56.51.5=84.75g； 根據實際注射量應小于 0.8倍公稱注射量原則 , 即： 0.8V公 V實 （ 31） V公= V實/0.8 =79.350.8 =92.44 cm3 ； （ 2） 由鎖模力選定注射機 F鎖 F脹=A分 P型 （ 3 2） =2 24D P型 =2 23.14 110430106 =569.91 （ KN） 式中 F鎖注射機的鎖模力（ N） ； A分塑件和澆注系統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 ； 結合上面兩項的計算，初步確定注塑機為表 3-5所示，查國產注射機主要技術參數表取 SZ-160/1000,主要技術參數如下。 表 3-5 國產注射機 SZ-160/1000技術參數表 特性 內容 特性 內容 結構類型 臥 拉桿內間距 (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 注射機的校核 3.4.1 最大注塑量的校核 為確保塑件質量，注塑模一次成型的塑件質量（包括流道凝料質量）應在公稱注塑量的 35%75%范圍內，最大可達 80%，最小不小于 10%。 為了保證塑件質量，充分發揮設備的能力，選擇范圍通常在 50%80%。 V實 =73.95 cm3 ； V公 179 cm3 ； 7 3 .9 5 100%179 =41.3%滿足要求 。 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的額定鎖模力： F K A分 P型 （ 3 3） 1.22 23.14 110430106 683.892 KN 滿足要求 。 式中 F 注塑機額定鎖模力： 1000KN； K 安全系數，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 秒計算，實際要求的塑化能力為成型周期每次實際注射量 即：3095.73=2.465（ g/s），小于注塑機的塑化能力 10.5（ g/s），說明注射機能完全滿足塑化要求。 3.4.4 噴嘴尺寸校核 在實際生產過程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑 R2 取比注射機噴嘴球面半徑 R1 大12 mm，主 流道小端直徑 D 取比注射機噴嘴直徑 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，注射機噴嘴尺寸是標準，模具的制造以它為準則。 3.4.5 定位圈尺寸校核 圖 3-2 噴嘴與澆口套尺寸關系 注塑機固定模板臺面的中心有一規定尺寸的孔，稱之為定位孔。注塑模端面凸臺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與噴嘴的中心線相重合。模具端面凸臺高度應小于定位 孔深度。 3.4.6 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應小于注塑機工作臺面 的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機拉桿 間距相適應，模具至少有一個方向的尺寸能穿 過 拉桿間的空間裝在注塑機的工作臺面上。 3.4.7 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式： Hmin Hm Hmax （ 3 4） 170 301 360 滿足要求。 式中 Hm所設計的模具厚度 301 mm； Hmin注塑機所允許的最小模具厚度 170 mm； Hmax注塑機所允許的最大模具厚度 360 mm； 3.4.8 模具安裝尺寸校核 注塑機的動模板，定模板臺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（大型模具常用這種方法），模具動，定模板上的螺孔及其間距，必須與注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（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（一般認為當尺寸在 500500內為中，小 模具）。 3.4.9 開模行程校核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程 S開等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。 S開 H1+H2+（ 510） mm （ 3 5） 280 15+67+10 280 92 滿足要求。 式中 S開注塑機移模行程 280 mm； H1推出距離 15 mm； H2流道凝料與塑件高度 67 mm。 4 模具設計 4.1 塑料配方說明 塑料配方設計是塑料制品成型加工中在加工設備和工藝參數確定之后所必須進行的重要環節 ,設計水平的高低直接關系到塑料制品的最終使用性能的優劣 ,也是應用現代技術對塑料進行改性的過程 ,其技術含 量極高 .一個成功配方的產生是多年實踐經驗與應用高新技術的結局 .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 ,穩定劑 ,潤滑劑 ,著色劑等 .根據 PS 的特性及使用性能要求 ,配方中應含有以下添加劑 . 填充劑 玻璃微珠； PS 成型后易產生內應力 ,添加玻璃微珠使塑料的流動性好 ,殘余內應力分布均勻 ,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 定劑 氧化鋅；塑料制品在日光或強熒光下，由于吸收紫外光的能量，引發氧化反應，導致聚合物降解，使制品的外觀或內在性能變壞，這一過程稱為光氧化或光老化。 潤滑劑 硬脂酸及其鹽類；對塑料的表面去潤滑作用 ,防止塑料在成型加工時黏模 ,同時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，以吸引消費者的購買欲望 2：提高產品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實現的。 抗菌劑 磷酸鋯系銀離子抗菌劑；考慮到該產品人們可能會作為玩具把玩 ,因此需要 做此設計 .很多塑料制品的表面會滋生致病細菌，與人接觸后可能導致如感冒，咽炎，流行性腦膜炎，肺結核等疾病的傳播。塑料抗菌改性是在樹脂中加入抗菌劑，其逸出塑料表面后，可將沾在塑料表面的細菌殺死或抑制細菌的繁殖，保持自身的清潔狀態。 4.2 分型面的確定 根據分型面的選擇原則： （ 1）便于塑件脫模； （ 2）在開模時盡量使塑件留在動模； 4-1 分型面的位置 （ 3）外觀不遭到損壞； （ 4）有利于排氣和模具的加工方便。 結合該產品的結構 ,分型面確定在塑件的最大投影面積上 .如圖 4-1 所示 。 4.3 型腔數目的確定 注塑模的型腔數目 ,可以是一模一腔 ,也可以是一模多腔 ,在型腔數目的確定時主要考慮以下幾個有關因素： 分型面（ 1） 塑件的 尺寸精度 ； （ 2）模具制造成本； （ 3）注塑成型的生產效益； （ 4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般日用品 ,查手冊得塑件的經濟精度推薦4 級 ,這個產品是兩個殼件的組合 ,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 料的流動性好 ,可適用于各種澆口 ,為了不影響外觀 ,簡化模局結構 ,確定使用側澆口。 4.5 模具材料的選擇 現有的模具模架已經標準化 ,所以在模具材料的選擇時主要是根據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 ,是關系到模具質量的前提條件 ,如 果選材不當 圖 4-2 型腔的排布形式 則所有的精密加工所投入的工時 ,設備費用將浪費。 在選擇模具鋼時 ,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 :硬度是主要指標之一 ,模具在高應力作用下欲保持尺寸不變 ,必須有足夠的硬度 ,當承受沖擊載荷時還要考慮折斷 ,崩刃問題 ,所以韌性也是一重要指標 ,耐磨性是決定模具壽命的重要因素 ,從 PS 特性看 ,這三項指標是必須要滿足的 ,此外還有紅硬性 ,抗壓屈服強度和抗彎強度和熱疲勞能力的指標。 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 .另外從經濟考慮 ,要求材料來源廣 ,價格低。 查手冊選擇模仁的材料是 4Cr13.屬馬氏體類型不銹鋼 ,該鋼機械加工性能較好 ,經熱處理 (淬火及回火 )后 ,具有優良的耐腐蝕性能 ,拋光性能 ,較高的強度和耐磨性 ,適于制造承受高負荷 ,高耐磨及在腐蝕介質作用下的塑料模具 ,透明塑料制品模具等 .有關參數如下 : 物理性能。臨界溫度（ ） AC1： 820 ； AC3： 1100； 線膨脹系數： 10.5(在 20100 ) 熱導率： 27.6W.(M.K)-1 (在 20 左右 ) 彈性模量（ MP a ） 210000223500 (20 左右 ) 4.6 澆注系統設計 注塑模的澆注系統是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內在和外表質量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度，所以澆注系統是模具設計中的主要內容之一。 4.6.1 主流道 主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通 道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機相配，所以其尺寸與注塑機有關，如圖所示： 主要參數： 錐角 =3； 內表面粗糙度 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接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優質的鋼材單獨加工和熱處理。 4.6.2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，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 分流道斷面直徑mm 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm ABS， AS 聚乙烯 尼龍 類 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質同晶體 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的比值來表示流道的效率，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面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進入型腔而形成冷接縫，此外，開模時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短的通道，它是澆注系統的關鍵部分，澆口的形狀，數量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經的 通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側澆口，其有以下特性 : 形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證； 試模時如發現不當，容易及時修改； 能相對獨立地控制填充速度及封閉時間； 對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。 (1) 側澆口深度尺寸 H 的確定 H=nt =0.61.6 = 0.96mm n 塑料系數 PS 料取 0.6； t 塑件在澆口位置處的壁厚 ， 該設計取殼體中間壁厚 t=1.6 mm。 (經驗數據表明， H 的取值范圍在 0.52.0mm 之間，若按澆口處壁厚計算則 H=0.65=3mm,超出了經驗值，而且由于澆口是易磨損部位，所以開始時取小值是有好處的，這有利于以后的修模 ) (2) 側澆口寬度尺寸 W 的確定 W=30An （ 4-1） A 型腔一側的表面積 : 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 生產實踐表明，當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，所成型的塑件質量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據，可用以下經驗公式表示： R=33.3nvRq （ 4-2） 式中 qv體積流量（ CM3 /S）； R3n澆注系統斷面當量半徑（ 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 注射時間， T=1.5（ S） ； Rn=4 21 dd =0.27（ CM） Rn主流道的平均當量截面半徑 ； 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 二級分流道 ： Q2分=21分Q 5.13 （ CM3 /S） 因為當量半徑和第一級，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 ,當量面積 S= R 2當n 取 R當n=1mm。 從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內 ，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算 在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產生的內應力超過型腔材料本身的許用應力 時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經驗確定。 根據大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，按剛度校核原則：模具結構形式如圖 4-4 所示： 側壁厚度 計算公式 ： S (4Ecph )31 （ 4-3） =(04.0101.2 40301 54 )31 =20.91 mm 式中 C與型腔深度對型腔側壁長邊邊長之比 h/L1 有關的系數；查表 C=1； 圖 4-4 模具結構形式 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 由底板短邊與長邊邊長之比 12 /LL 決定的系數；查表 1c =0.026； p 型腔 壓力， p 取 30MPa ； 2L 底版短邊長度 (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 注塑模模架國家標準有兩個，即 GB/T125561990塑料注射模中小型模架及其技術條件和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展，現在在全國的部分地區形成了自己的標準，該設計采用龍記標準模架。 （ 1）模仁尺寸的確定 因為采用的是整體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，從節約材料和見效模具尺寸出發，模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經過模仁的冷卻系統比經過模仁外部的冷卻系統效率高，所以為了給冷卻系統留有足夠的空間，該設計取模仁的大小為 180302 mm。 （ 2）凸、凹模尺寸的確定 凸、凹模受力的作用，其尺寸需要進行強度或剛度校核來確定。根據 3.3.3 的計算結果，只要凹模長邊的寬度滿足 12 mm 就可以達到剛度要求，理論上只要取大于 12 mm 的值就滿足設計要求，但考慮到導柱和導套、螺釘、冷卻水孔等對模架強度、剛度的削弱作 用，實際生產中都取比理論值大得多的值，在本設計中，在長度方向，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（實際生產中寬度方向的邊值一般比長度方向的邊值大）。所以凸、凹模尺寸為 270400 mm。 （ 3）模具高度尺寸的確定 各塊板的厚度已經標準化，所需要的只是選擇，如何選擇合理的厚度，這里有兩個尺寸需要注意： 凸模底板厚度和凹模底板厚度；在注射成型時型腔中有很大的成型壓力，當塑件和凝料在分型面上的投影面積很大時，若凸模底板厚度不夠，則極有可能使模架發生變形或 者破壞，所以凸模底板厚度尺寸需要校核才能確定，根據 4.7.1 知道，厚度滿足 46 可滿足要求，為了安全，取底板厚度為50 mm，。凹模的底板因為是與注塑機的工作臺接觸的，所受的力傳遞到工作臺上，所以凹模底板的厚度同樣只要留有走冷卻系統的空間就可以，該設計取凹模底板厚度為 30 mm。 推板推出距離；在分模時塑件一般是黏結在型芯上的，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，黏結在型芯上的尺寸約 15 mm 左右，所以當推出距離為 15 mm時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： 需要滿足關系： H h1 h2 h3 h 0 HC 板高度； h1擋銷高度； 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，模具上都設有吊環，關于模具吊 環的說明見 1附 。 4.8 導向與定位機構 注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間的開合模導向和脫模機構的運動導向。錐面定位機構用于動、定模之間的精密對中定位。 導柱：國家標準規定了兩種結構形式，分為帶頭導柱和有肩導柱，大型而長的導柱應開設油槽，內存潤滑劑，以減小導柱導向的摩擦。若導柱需要支撐模板的重量，特別對于大型、精密的模具，導柱的直徑需要進行強度校核。 導套：導套分為直導套和帶頭導套，直導套裝入模板后，應有防止被拔出的結構， 帶頭導柱軸向固定容易。 Hh1h2h3h 設計導柱和導套需要注意的事項有： 1）合理布置導柱的位置，導柱中心至模具外緣至少應有一個導柱直徑的厚度；導柱不應設在矩形模具四角的危險斷面上。通常設在長邊離中心線的 1/3 處最為安全。導柱布置方式常采用等徑不對稱布置，或不等直徑對稱布置。 2）導柱工作部分長度應比型芯端面高出 68 mm，以確保其導向與引導作用。 3）導柱工作部分的配合精度采用 H7/f7，低精度時可采取更低的配合要求；導柱固定部分配合精度采用 H7/k6；導套外徑的配合精度采取 H7/k6。配合長度通常取配合直徑的 1.52 倍，其余部分可以擴孔，以減小摩擦，降低加工難度。 4）導柱可以設置在動模或定模，設在動模一邊可以保護型芯不受損壞，設在定模一邊有利于塑件脫模。 4.9 頂出系統設計 注射成型每一循環中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出機構。 脫模機構的設計一般遵循以下原則： 1）塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅動脫模裝置，完成脫模動作。 2）由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大的部位。 3）結構合理可 靠，便于制造和維護。 本設計使用簡單的推桿和推管脫模機構，因為該塑件的分型面簡單，結構也不復雜，采用推簡單的脫模機構可以簡化模具結構，給制造和維護帶來方便。在對脫模機構做說明之前，需要對脫模力做個簡單的計算。 4.9.1 脫模力的計算 首先需要對塑件進行理想模型建模，如圖 4-6 所示： 其中 A 段是塑件凹槽鎖位的長度，長度為 5mm， B 段是圓弧形殼體的理想建模，長度為 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 對建模進行受力分析，如圖 4-7 所示： F1 制件對型芯的包緊力（ 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； h 模被制件包緊部分的高度； 包p 制件對凸模的單位包緊力，其數值與制件的幾何特點及塑料的性質有關，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 兩端截面周長不等，取等效截面周長在中間 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 。 因為制件對型芯的力總是阻礙脫模，所以，在 ( cos sin )為負時我們取其絕對值 。由于以上 所計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 推桿脫模機構 推桿脫模機構是最簡單、最常用的一種形式，具有制造簡單、更換方便、推出效果好等特點。推桿直接與塑件接觸，開模后將塑件推出。 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）推桿尺寸計算： 本設計采用的是推管和推桿推出，在求出脫模力的前提下可以對推桿或推管做出初步的直徑預算并進行強度校核。 本設計采用的是圓形推桿，圓形推桿的直徑由歐拉公式簡化為： d=k(nEFL 脫2 )41 （ 4-7） =1.5(52101.231 33324150 )41 = 4.91 mm d推桿直徑； n推桿的數量， n 取 31（把推管當作推桿） L推桿長度（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，取 k=1.5； F脫總的脫模力， F脫=33324（ N）； 實際推桿尺寸直徑為 5 mm，推管直徑為 7 mm，可見是符合要求的。 但為了安全起見，再對其進行強度校核，強度校核公式為： d4壓脫nF （ 4-8） 15014.332333244 3mm 滿足強度要求。 壓 推桿材料的許用壓應力 , 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）推出機構的導向：當推桿較細或推桿數量較多時，為了防止因塑件反阻力不均勻而導致推桿固定板扭曲或傾斜折斷推桿或發生運動卡滯現象，需要在推出機構中設置導向零件 ，一般稱為推板導柱。 4）推出機構的復位：脫模機構完成塑件的頂出后，為進行下一個循環必須回復到初始位置，目前常用的復位形式主要有復位桿復位和彈簧復位。本設計采用彈簧復位機構，彈簧復位機構是一種最簡單的復位方式。推出時彈簧被壓縮，而合模時彈簧的回力就將推出機構復位。 5）推桿與模體的配合：推桿和模體的配合性質一般為 H8/f7 或 H7/f7，配合間隙值以熔 圖 4-8 推桿的安裝圖 料不溢料為標準。配合長度一般為直徑的 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，推桿相對于固定板是浮動的，如圖 4-8 所示。 4.9.3 推管脫模機構 推管又稱空心推管。它特別適用于圓環形、圓筒形等中心帶孔的塑件脫模。推管脫模推頂塑件平穩可靠；推管整個周邊推頂塑件，使塑件受力均勻，無變形，無推出痕跡；主型芯和型腔可同時設計在動模一側，有利于提高塑件的同軸度等優點。 1）推管的固定形式：主型芯固定于動模座板，如圖所示：此種結構型芯較長，型芯可作為脫模機構運動的導向柱，運動平穩可靠，多用于推出距離不大的情況，推管內徑與型芯配合，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 。推管與型芯配合長度為推出行程加 35mm，故可將推管尾部內徑擴大或將型芯尾部減小，以利于減小摩擦阻力。推管與模板的配合長度為推管外徑的 0.82 倍。此外還有。主型芯固定于動模型芯固定板和推管開槽結構，限于篇幅，在此不做敘述。 2）推管脫模機構設計要點：從推管的強度和加工角度考慮，推管壁厚應大于 1.5mm，細小的推管可以作成階梯形，推管內徑和外徑在頂出時，不應與型芯或模體摩擦，為此推管內徑應大于塑件內徑，推管外徑應小于塑件外徑，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，其長度大于配合長度和推出形程之和。 該設計本考慮了用推件板脫模機構，但是由于該塑件不是規則的圓柱體形，并且考慮到還有 4 個鑲件，若采用推件板雖然能夠讓推出平穩，并且不留痕跡，能保證兩個配合面的平整度，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，同時型芯的固定也會造成精度問題，而且推件板的定位精度只是 由導柱來決定，但導柱的定位精度在 0.020.062mm 之間， 0.02mm 是 PS 料的排氣槽深度，可見，這樣的定位精度不是很高，當然使用推件板脫模也是可行的，只是要另外增設定位機構，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推桿對推板的作用間距，參考模架取 L 取 80 mm （ 較遠處的一對推管距離為 188 mm，考慮到推桿的作用，所以取較近的一對推桿作為校核 ）； 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，從計算結果看，滿足強度要求。 4.10 成型零件工作尺寸的計算 成型零件的工作尺寸是指凹模和凸模直接構成塑件的尺寸。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，所以對尺寸的要求比較高，但由于該塑件不是規則的圓柱形，其基本線條是由 5 段圓弧組成，如圖 4-10 所示：忽略頂尖圓角的影響，現在只考慮 剩余的 4 段圓弧，因為是對稱結構，所以只要保證其中一半的精度尺寸就可以保證整個塑件在配合處的尺寸（即近似的把塑件當成兩個規則圓柱形的組合體）。 成型零件工作尺寸計算方法一般有兩種：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行計算；另一種是按極限收縮率、極限制造公差和磨損量進行計算；前一種方法簡便，但不適合精密塑件的模具設計，后一種復雜，但能較好的保證尺寸精度。本設計采用平均值法。 4.10.1 凹模工作尺寸的計算 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，在使用過程中凹模的磨損會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，在設計模具時，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系如圖 4-11(a,b,c)所示： 1）凹模徑向尺寸的計算 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 GB/T144861993 模塑件尺寸公差表取MT2B 級，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，在使用過程中凸摸的磨損會使被包容尺寸變小。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，在設計模具時， 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 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 凸 模的徑向尺寸 。 2） 凸模高度尺寸的計算： 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 中心距尺寸的計算 模具上中心距尺寸與制品上中心距的公差標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 排氣設計 在塑料熔體填充注射模腔過程中，模腔內除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發而形成的水蒸汽，塑料局部分解產生的低分子揮發氣體，塑料助劑揮發（或化學反應）所產生的氣體以及熱固性塑料交聯硬化釋放的氣體等；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，不能完全充滿型腔，同時，還會因為氣體被壓縮而產生的高溫灼傷制件，使之產生焦痕，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 排氣設計原則： 通常，選擇排氣槽的開設位置時，應遵循以下原則： 1）排氣口不能正對操作者，以防熔料噴出而發生工傷事故； 2）最好開設在分型面上，如果產生飛邊易隨塑件脫出； 3）最好設在凹模上，以便于模具加工和清模方便； 4）開設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）開設在靠近嵌件和制件壁最薄處，因為這樣的部位最容易形成熔接痕； 6）若型腔最后充滿部位不在分型面上，其附近又無可供排氣的推桿或活動的型心時， 可在型腔相應部位鑲 嵌燒結的多孔金屬塊，以供排氣； 7）高速注射薄壁型制件時，排氣槽設在澆口附近，可使氣體連續排出； 圖 4-12 排氣槽位置 排氣槽的開設位置尺寸如圖 4.9 所示：若制件具有高深的型腔，那么在脫模時需要對模具設置引氣系統，那是因為制件表面與型心表面之間在脫模過程中形成真空，難于脫模，制件容易變形或損壞。熱固性塑料制件在型腔內的收縮小，特別是不采用鑲拼結構的深型腔，在開模時空氣無法進入型腔與制件之間，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。 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，現在計算這個配合的極限間隙。推管外徑為 7mm,所以計算787 fH。 解：787 fH的極限偏差 查表求得基本尺寸 7 的標準公差 IT8=22 m ， IT7=15 m 。 孔、軸的上、下偏差為： 基準孔 H8 EI=0； ES=EI+IT8=0+22=22 m 基準軸 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 從計算結果看，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 溫度調節系統設計 在注塑成型過程中，模具的溫度直接影響到塑件成型的質量和生產效率。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。流動性差的塑料如 PC， POM 等，要求模具溫度高，溫度過低會影響塑料的流動，增大流動剪切力，使塑件內應力增大，出現冷流痕，銀絲，注不滿等缺陷。普通的模具通入常溫的水進行冷卻，通過調節水的流量就可以調節模具的溫度，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 ，可以提高成型效率。對于高熔點，流動性差的塑料，流動距離長的制件，為了防止填充不足，有時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 溫度調節對塑件質量的影響 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，冷卻時間短，注射速度快可以減少塑件的變形 3）對塑件表面粗糙度影響最大的除型腔表面加工質量外就是模具溫度，提高模溫能大大改善塑件的表面狀態； 溫度對塑件質量的影響有相互矛盾的地方，設計時要根據材料特性和使用要求偏重于主要要求。 4.12.2 對溫度調節系統的要求 1）根據塑料的品種確定是對模具采用加熱方式還是冷卻方式； 2）希望模溫均一，塑件各部同時冷卻，以提高生產率和提高塑件質量； 3）采用低的模溫，快速，大流量通水冷卻效果一般比較好； 4）溫度調節系統應盡可能做到結構簡單，加工容易，成本低廉； 從成型溫度和使用要求看，需要對該模具進行冷卻，以提高生產率。 4.12.3 冷卻系統設計： 設計原則 1）盡量保證塑件收縮均勻，維持模具的熱平衡； 2）冷卻水孔的數量越多，孔徑越大，則對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，經驗表明，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）澆口處加強冷卻，冷卻水從澆口處進入最佳； 5）應降低進水和出水的溫差，進出水溫差一般不超過 5 6）冷卻水的開設方向以不影響操作為好，對于矩形模具，通常沿寬度方向開設水孔。 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構發生干涉。 冷卻時間的確定 在對冷卻系統做計算之前，需要對某些數據取值，以便對以后的計算作出估算；根據 前面的資料，取閉模時間 3S，開模時間 3S，頂出時間 2S，冷卻時間 20.5S，保壓時間 10S，總周期為 40S。 其中，保壓時間的確定有經驗公式可遵循： T保=0.3（ S+2S2 ） S 塑件平均壁厚， S 取 3mm =0.3（ 3+232 ） =6.3 （ S） 若根據前面的資料， PS 的保壓時間在 1540S 之間，計算的結果顯然是不符合的，但根據實際生產資料表明，生產一個長為 135 的筆套，其保壓和冷卻的時間和也只是 15S，所以，參考實際的生產資料，以經驗公式的計算值為依據會更好，這是取保壓時間為 10S 的原因。 冷卻時間，依塑料種類，塑件壁厚而異，一般用下式計算： 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； 塑料熱擴散系數 (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。 由計算結果得冷卻時間需要 29.25 S，但計算并不能精確的確定實際冷卻時間的多少，參照經驗推薦值， 制件平均壁厚取 3mm， 對應經驗冷卻時間 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，那是因為在實際注塑過程中， TS， TE， TM等因素不可能像我們所設計的那么理想，所以，從實際出發，取經驗值會更好些。 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 每小時注射次數 ， 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 注塑機的噴嘴頭與模具的接觸面積（ m2 ） ， AZ=125610 6 m2 金屬傳熱系數 =140(W/ m2 )； t2 模具平均溫度 t2=50 ； t1 熔融塑料進入型腔的溫度 t1=210。 AZ=4 R2 =43.14102 =125610 6 m2 R 注塑機噴嘴球半徑， R=10 m m 注射模通過自然冷卻傳導走的熱量 （ 1）對流傳熱 Q對=h1 Am( t2 t3)43 （ 4-20） =5.350.29（ 50 20） 43 =160KJ/h 式中 h1 傳熱系數（ KJ/ m2 h ）， h1=5.35； Am 兩個分型面和四個側面的面積， 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 模具長度 m m， L=400 開模率 nk= (t t tt注 冷 ） = 4 0 1 .5 2 0 .540（ ）=0.45 （ 2）輻射散發的熱量 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）工作臺散發的熱量 Q臺=h2 A接( t2 t3)h2 （ 4-22） = 5020.128（ 5030） =1927.68 KJ/h 式中 傳熱系數； h2=502KJ/(m2 h )； A接 模