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心型臺燈塑料注塑模具設(shè)計(jì)
專業(yè)名稱：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動化 作者： 指導(dǎo)教師：
摘要：塑料工業(yè)是當(dāng)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(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(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)過程，并對模具強(qiáng)度要求做了說明；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，對導(dǎo)柱和導(dǎo)套進(jìn)行了參數(shù)化設(shè)計(jì)。
通過本設(shè)計(jì)，可以對注塑模具有一個初步的認(rèn)識，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，了解模具結(jié)構(gòu)及工作原理；通過對PROGRAM的學(xué)習(xí)，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(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/ENGNEER's 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)在國民經(jīng)濟(jì)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(yè)的現(xiàn)狀……………………………………………………………………………2
1.4世界五大塑料生產(chǎn)國的產(chǎn)能狀況………………………………………………………………3
1.5我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢……………………………………………………………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(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注塑成型工藝簡介……………………………………………………………………11
3.2 注塑成型工藝條件………………………………………………………………………12
3.3注塑機(jī)的選擇…………………………………………………………………………13
3.3.1 注塑機(jī)簡介…………………………………………………………………………13
3.3.2 注塑機(jī)基本參數(shù)……………………………………………………………………13
3.3.3 選擇注塑機(jī)………………………………………………………………………………14
3.4 注射機(jī)的校核…………………………………………………………………………16
3.4.1最大注塑量的校核……………………………………………………………………16
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…………………………………………………………………………17
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(shè)計(jì)……………………………………………………………………………………18
4.1 塑料配方說明………………………………………………………………………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………………………………………………………………………………20
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)……………………………………………………………………25
4.9頂出系統(tǒng)設(shè)計(jì)……………………………………………………………………………26
4.9.1脫模力的計(jì)算……………………………………………………………………26
4.9.2推桿脫模機(jī)構(gòu)……………………………………………………………………28
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………………………………………………………31
4.10.1凹模工作尺寸的計(jì)算…………………………………………………………………31
4.10.2 凸模工作尺寸的計(jì)算……………………………………………………………………32
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……………………………………………………34
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)對塑件質(zhì)量的影響………………………………………………………35
4.12.2對溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求……………………………………………………………35
4.12.3冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)………………………………………………………………………36
5 參數(shù)化設(shè)計(jì)………………………………………………………………………………………43
5.1 PROGRAM簡介…………………………………………………………………………43
5.2導(dǎo)柱的參數(shù)化設(shè)計(jì)……………………………………………………………………44
5.2.1模型的構(gòu)建流程…………………………………………………………………………45
5.2.2 對模型的操作意圖………………………………………………………………………45
5.2.3 參數(shù)化程序………………………………………………………………………………45
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，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)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)工業(yè)，是國際上公認(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國家產(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(guān)注。早在1989年3月中國政府頒布的《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，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(dá)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(jīng)濟(jì)五大支柱產(chǎn)業(yè)之一，汽車工業(yè)重點(diǎn)是發(fā)展零部件，經(jīng)濟(jì)型轎車和重型汽車，汽車模具作為發(fā)展重點(diǎn)，已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確。汽車基本車型不斷增加，2005年將達(dá)到170種。一個型號的汽車所需模具達(dá)幾千副，價值上億元。為了適應(yīng)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(chǎn)量位居世界第一，據(jù)統(tǒng)計(jì)，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(jì)5000多個，其中一半以上需要模具生產(chǎn)。一個型號的摩托車生產(chǎn)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(yīng)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(shù)水平高，勞動成本低，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，對于促進(jìn)國民經(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?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?？煞譃槁淞夏?，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。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?？煞譃轭A(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。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)，是一個多學(xué)科的綜合，其復(fù)雜程度顯而易見。
1.3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀
自20世紀(jì)80年代以來，我國的經(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年增長到130億元人民幣，1999年已達(dá)到245億元人民幣，2000年增至260~270億元人民幣。今后預(yù)計(jì)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(chǎn)廠點(diǎn)，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(dú)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(dá)數(shù)千家，成為我國國內(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(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(chǎn)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(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(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年是臺灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期。有鑒于模具產(chǎn)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(chǎn)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(guān)工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略，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(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)，所以臺灣模具業(yè)接觸CAD/CAM/CAE/CAT技術(shù)的時間相當(dāng)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(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，朝向開發(fā)高附加值與進(jìn)口依賴高的模具。1997年11月間臺灣憑借模具產(chǎn)業(yè)的實(shí)力，獲得世界模具協(xié)會（ISTMA）認(rèn)同獲準(zhǔn)入會，正式成為世界模具協(xié)會會員，。整體而言，臺灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展，隨著機(jī)械性能，加工技術(shù)，檢測能力的提升，以及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，臺灣模具廠商供應(yīng)對象已由傳統(tǒng)的民用家電，五金業(yè)和汽機(jī)車運(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)國的產(chǎn)能狀況
美國塑料(原料)的產(chǎn)量多年來一直雄居各國之首。早在80年代前期，美國塑料產(chǎn)量就已達(dá)2000萬噸之多，1986年增至23l0萬噸，占全球總產(chǎn)量8100噸的28.5％，此后美國塑料產(chǎn)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(chǎn)量的比例從1996年起提高到30％以上。2001年美國塑料產(chǎn)量為4170萬噸，其中以聚乙烯為最多，達(dá)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(nèi)塑料消費(fèi)量(產(chǎn)量+進(jìn)口量一出口量)，美國也是全球最多的。美國的全部塑料消費(fèi)量2001年為4280萬噸。美國人均塑料消費(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(dá)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(chǎn)國之一，上世紀(jì)90年代初的1991年、1992年和1993年，德國塑料產(chǎn)量都為990多萬噸，1994年增達(dá)超過1000萬噸的1110萬噸．1998年達(dá)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(chǎn)國，2001年上升為1580萬噸，2002年已過1600萬噸。2001年德國生產(chǎn)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(nèi)塑料消費(fèi)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(fèi)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(jì)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(chǎn)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(dá)約1400萬噸，超過日本而成為世界第3大塑料原料生產(chǎn)國。中國今年塑料制品市場將持續(xù)走強(qiáng)，在包裝、工程、建材、農(nóng)用和日用塑料制品等各個領(lǐng)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(dá)400萬噸左右，建材塑料制品需求量將達(dá)300萬噸以上，農(nóng)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(nèi)都是僅次于美國的世界第2大塑料生產(chǎn)國。一直到1997年，日本塑料產(chǎn)量曾經(jīng)連續(xù)多年增長，年產(chǎn)量在70年代中期就已達(dá)500多萬噸，1987年突破1000萬噸，1991年達(dá)約1300萬噸，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1225萬噸。從1994年起產(chǎn)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(chǎn)量又比上年增長3.7％，達(dá)到1521萬噸，首次超過1500萬噸。但這種增勢在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1432萬噸和1445萬噸，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1400萬噸以下的1364萬噸和1361萬噸。2002年日本塑料(原料)產(chǎn)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(chǎn)量增長十分迅速，1986年超過200萬噸，1990年增達(dá)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(chǎn)量增至850萬噸，1999年突破900萬噸，2001年達(dá)1200萬噸，躋身于世界5大塑料生產(chǎn)國之列。韓國塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首，2001年產(chǎn)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(nèi)塑料消費(fèi)量2001年420萬噸，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(chǎn)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(chǎn)量)。
1.5 我國模具技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)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(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)展的重要動力。此外，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)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(qiáng)國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國。
中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)了半個多世紀(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(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)。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國家的模具工業(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，以縮小與國際先進(jìn)水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復(fù)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(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,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(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,在材料的選擇時要綜合各種因素;此外,塑料都會老化,作為一種光學(xué)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(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(jié)構(gòu)件來說,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(qiáng)度/MPa
51.9
66~72
——
彎曲強(qiáng)度/MPa
110
95~113
——
斷裂伸長率/%
2
80~100
——
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
10~10
2.1×10
10~10
吸水率%
0.05
0.13
1.19
透光度/%
88~92
93
93
霧度%
3
0.9
0.9
折射率
1.592
1.586
1.492
價格（元/噸）
1150~1230
33000~41000
19500~20700
和機(jī)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(diǎn)都相差無幾的情況下，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，但注射時應(yīng)防止溢料，制品易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，易開裂
因流動性好，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)脆易開裂，化學(xué)穩(wěn)定性較好，但不耐無機(jī)酸，易溶于有機(jī)溶劑
流動性差，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(qiáng)度,斷裂伸長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
塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性是指塑件結(jié)構(gòu)對成型工藝方法的適應(yīng)性.在塑料生產(chǎn)過程中,一方面成型會對塑件的結(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)出價廉物美的產(chǎn)品;另一方面,模具設(shè)計(jì)者通過對給定塑件的結(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(guān)的安放問題，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圖的心型曲線不規(guī)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(guī)則,給后續(xù)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(jié)構(gòu)；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(shè)計(jì)吊耳,開關(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,在滿足力學(xué)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(chǎn)成本,而且使塑件在模具內(nèi)冷卻或固化時間縮短,提高
生產(chǎn)率;其次可避免因過厚產(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 3.2~5.4
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(chǎn)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(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
35′~1.35° 30′~1°
塑件內(nèi)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(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；沿著物料流動方向的加強(qiáng)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(xiàn)象的產(chǎn)生。在該塑件中的加強(qiáng)肋起到引導(dǎo)物料流動的作用同時又對電池進(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（過高時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(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(nèi)的流動和塑件的脫模。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
6.5~13
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，螺紋，嵌件，鉸鏈，文字和花紋等，各個特征都有其設(shè)計(jì)原則和特殊功能，因?yàn)樵撍芗]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，在滿足塑件使用要求的前提下，設(shè)計(jì)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(jù)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(yīng)該對精度要求高些，對其要有公差配合要求，應(yīng)選擇高精度。根據(jù)精度等級選用表，PS的高精度為2級，一般精度為3級。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在100~120范圍內(nèi)，取MT2B級的公差數(shù)值為0.52 mm，MT3B級的公差數(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：
=+++ （2—1）
式中 ——制件總的成型誤差； ——塑料收縮率波動所引起的誤差；
——模具成型零件制造精度所引起的誤差； ——模具磨損后所引起的誤差；
——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)量是一個相當(dāng)大的概念，包括微觀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題。塑件的表觀缺陷是其特有的質(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0.02m，垂直紋路方向的表面粗糙度為0.26m。
3 注塑成型的準(zhǔn)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(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下，以很大的流速通過機(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(zhǔn)備；成型前應(yīng)對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標(biāo)。對于吸濕性強(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）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達(dá)到流動狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)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(dāng)模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達(dá)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(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，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(jié)，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結(jié)束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(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)時為止。其中，塑料凝結(jié)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(fù)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(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，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時會開裂。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10~20度至熱變形溫度以下10~20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℃，保溫時間與制件厚度有關(guān)，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(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
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(jìn)行壓實(shí)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(guān)。對于像PS流動性好的料，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)動后退時所受到的壓力，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3.4~27.5MPA。
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(zhì)量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實(shí)際生產(chǎn)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(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應(yīng)的時間越長）。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€推薦值有差別，而且有的與實(shí)際注塑成型時的參數(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(℃) 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(jī)的選擇
3.3.1 注塑機(jī)簡介
1956年制造出世界上第一臺往復(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)中增長最快,產(chǎn)量最多的機(jī)種之一.
注塑機(jī)的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的分類方法.常用的說法有:
（1）按設(shè)備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機(jī)；
（2）按加工能力分類: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(jī)基本參數(shù)
注塑機(jī)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(shè)計(jì),制造,購買和使用注塑機(jī)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(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(guān)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(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應(yīng)與注塑機(jī)的整個成型周期配合協(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(jī)的合模機(jī)構(gòu)對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.
(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(jī)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(jī)
（1）由公稱注射量選定注射機(jī)
由注射量選定注射機(jī).由PRO/E建模分析得（材料密度?。?
總體積V=49.3cm；
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(shí)際注射量為:V=49.3×1.5=73.95 cm；
實(shí)際注射質(zhì)量為M=1.5M=56.5×1.5=84.75g；
根據(jù)實(shí)際注射量應(yīng)小于0.8倍公稱注射量原則, 即：
0.8V≧ V （3—1）
V= V/0.8
=79.35÷0.8
=92.44 cm；
（2）由鎖模力選定注射機(jī)
FF=A·P （3—2）
=2·P
=2××30×10
=569.91 （KN）
式中 F注射機(jī)的鎖模力（N）； A塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和；
P型腔壓力，取P=30MP ； D取的是塑件的平均直徑，D==110.5，D110mm ；
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)類型
臥
拉桿內(nèi)間距(mm)
360×260
理論注射容積（cm）
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(MP)
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)
10~150
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 =73.95 cm； V＝179 cm；
=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(jī)的額定鎖模力：
F＞K A·P （3—3）
＞1.2×2××30×10
＞ 683.892 KN 滿足要求。
式中 F注塑機(jī)額定鎖模力：1000KN； K安全系數(shù)，通常取1.1~1.2，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
即：=2.465（g/s），小于注塑機(jī)的塑化能力10.5（g/s），說明注射機(jī)能完全滿足塑化要求。
3.4.4 噴嘴尺寸校核
在實(shí)際生產(chǎn)過程中，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1~2 mm，主流道小端直徑D取比注射機(jī)噴嘴直徑d大0.5~1 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)固定模板臺面的中心有一規(guī)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(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)工作臺面
的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機(jī)拉桿 間距相適應(yīng)，模具至少有一個方向的尺寸能穿過拉桿間的空間裝在注塑機(jī)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：
H H H （3—4）
170301360 滿足要求。
式中 H——所設(shè)計(jì)的模具厚度 301 mm； H——注塑機(jī)所允許的最小模具厚度170 mm；
H——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(jī)模板臺面上對應(yīng)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300×400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500×500內(nèi)為中，小模具）。
3.4.9 開模行程校核
所選注塑機(jī)為全液壓式鎖模機(jī)構(gòu)，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程S等于注塑機(jī)移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。
S≧H+H+（5~10）mm （3—5） 280 ≧15+67+10
280≧92 滿足要求。
式中 S——注塑機(jī)移模行程280 mm； H——推出距離15 mm；
H——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)對塑料進(jìn)行改性的過程,其技術(shù)含量極高.一個成功配方的產(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，使制品的外觀或內(nèi)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(fèi)者的購買欲望2：提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實(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(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)目的確定時主要考慮以下幾個有關(guān)因素：
（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,查手冊得塑件的經(jīng)濟(jì)精度推薦4級,這個產(chǎn)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(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,設(shè)備費(fèi)用將浪費(fèi)。
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(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)承受沖擊載荷時還要考慮折斷,崩刃問題,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(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；
線膨脹系數(shù)：10.5(在20~100℃)
熱導(dǎo)率：27.6W.(M.K)-1 (在20℃左右)
彈性模量（MP）210000~223500 (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(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?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 ； 小端直徑D=d+(0.5~1)mm；
半徑R=R+(1~2)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，一般開設(shè)在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)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(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