小電機(jī)外殼造型和注射模具設(shè)計(jì)及CAE分析【說明書+CAD】

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November 2004, Vol.126/733 6. The Thickness Profile of Ultra-High Molecular Weight Polythene Films During Sequential Biaxial Drawing .Polymer Engineering and Science ,January 2003.Vol.43 , No.1. 材料 系 鍛壓 專業(yè)類 010J13 班 學(xué)生： 肖斌 日期：自 05 年 3 月 21 日 至 05年 6 月 24日 指導(dǎo)教師：劉新宇 助理指導(dǎo)教師(并指出所負(fù)責(zé)的部分)： 教研室主任： 附注:任務(wù)書應(yīng)該附在已完成的畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書首頁。 南昌航空工業(yè)學(xué)院2005屆畢業(yè)生畢業(yè)論文 目 錄 1 引言 3 1.1 塑料簡介 3 1.2 注塑成型及注塑模 3 2 塑料材料分析 5 2．1 塑料材料的基本特性 5 2．2 塑件材料成型性能 6 2．3 塑件材料成型條件 7 3 塑件的工藝分析 7 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 8 3．2 塑件尺寸及精度 9 3．3 塑件表面粗糙度 9 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 10 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 10 4．1 注射成型工藝過程分析 10 4．2 澆口種類的確定 11 4．3 型腔數(shù)目的確定 11 4．4 注射機(jī)的選擇和校核 11 4.4.1 注射量的校核 12 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 12 4.4.3 模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 13 5 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 5．1 分型面的設(shè)計(jì) 14 5．2 型腔的布局 15 5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 15 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 16 5．3．3 主流道的設(shè)計(jì) 16 5．3．4 分流道的設(shè)計(jì) 17 5．3．5 澆口的設(shè)計(jì) 18 5．3．6 冷料穴的設(shè)計(jì) 19 5．4 注射模成型零部件的設(shè)計(jì) 19 5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 19 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計(jì)算 20 5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 20 5．6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 21 5．6．1 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則 21 5．6．2 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇 21 5．6．3 推桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) 21 5．6．4 脫模動(dòng)作原理 22 5．7 模具總裝圖 23 5．8 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 24 5．8．1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 24 5．8．2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計(jì)規(guī)則 24 5．9 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 25 5．9．1 模架的選用 25 5．9．2 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 25 6 模具材料的選用 26 6．1 成型零件材料選用 26 6．2 注射模用鋼種 26 7 注射成型工藝過程模擬分析 27 總結(jié) 32 致謝 32 參考文獻(xiàn) 33 1 引言 模具制造是國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注。“模具是工業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。在電子、汽車、電機(jī)、電器、儀器、儀表、家電和通信等產(chǎn)品中，60%～80%的零部件都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具又是“效益放大器”，用模具生產(chǎn)的最終產(chǎn)品的價(jià)值，往往是模具自身價(jià)值的幾十倍、上百倍。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域。 1.1 塑料簡介 塑料是以樹脂為主要成分的高分子材料，它在一定的溫度和壓力下具有流動(dòng)性?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽纾⒃诔尚凸袒蟊３制浼鹊眯螤疃话l(fā)生變化。塑料有很多優(yōu)異性能，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和日常生活，它具有密度小，質(zhì)量輕，比強(qiáng)度高，絕緣性能好，介電損耗低，化學(xué)穩(wěn)定性高，減摩耐磨性能好，減振隔音性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬時(shí)燒蝕等特殊性能[1]。塑料以從代替部分金屬、木材、皮革及無機(jī)材料發(fā)展成為各個(gè)部門不可缺少的一種化學(xué)材料，在國民經(jīng)濟(jì)中，塑料制作已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 1.2 注塑成型及注塑模 將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。其中，注射成型是塑料成型加工中最普遍采用的方法。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。它具有成型周期短，能一次成型外形復(fù)雜、尺寸精度較高、易于實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化生產(chǎn)等一系列優(yōu)點(diǎn)。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn)的30%左右。但注射成型的設(shè)備價(jià)格及模具制造費(fèi)用較高，不適合單件及批量較小的塑料件的生產(chǎn)。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機(jī)的一些基本知識(shí)，注射機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，依靠該設(shè)備將粒狀塑料通過高壓加熱等工序進(jìn)行注射。?注射機(jī)為熱塑性或熱固性塑料注射成型所用的主要設(shè)備，按其外形可分為立式、臥式、直角式三種，由注射裝置、鎖模裝置、脫模裝置，模板機(jī)架系統(tǒng)等組成。 注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注射機(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動(dòng)下，以很大的流速通過料筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段保壓冷卻定型時(shí)間后，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品。 注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實(shí)現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。 注射模的種類很多，其結(jié)構(gòu)與塑料品種、塑件的復(fù)雜程度和注射機(jī)的種類等很多因素有關(guān)，其基本結(jié)構(gòu)都是由動(dòng)模和定模兩大部分組成的。定模部分安裝在注射機(jī)的固定板上，動(dòng)模部分安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上，在注射成型過程中它隨注射機(jī)上的合模系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。注射成型時(shí)動(dòng)模部分與定模部分由導(dǎo)柱導(dǎo)向而閉合。一般注射模由成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成[2] 。 注射模、塑料原材料和注射機(jī)通過注射成型工藝聯(lián)系在一起。注射成型工藝的核心問題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達(dá)到所要求的質(zhì)量。注射機(jī)和模具結(jié)構(gòu)確定以后，注射成型工藝條件的選擇與控制便是決定成型質(zhì)量的主要因素。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時(shí)間。在成型過程中，尤其是精密制品的成型，要確立一組最佳的成型條件決非易事，因?yàn)橛绊懗尚蜅l件的因素太多，有制品形狀、模具結(jié)構(gòu)、注射裝備、原材料、電壓波動(dòng)及環(huán)境溫度等。 塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用CAD技術(shù)，而且還要采用計(jì)算機(jī)輔助工程（CAE）技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢。注塑成型分兩個(gè)階段，即開發(fā)/設(shè)計(jì)階段（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì)，這勢必增加生產(chǎn)成本，延長產(chǎn)品開發(fā)周期。 目前國際市場上主要流行的，運(yùn)用范圍最廣的注射模流動(dòng)模擬分析軟件有澳大利亞的MOLDFLOW、美國的CFLOW、華中科技大學(xué)的H-FLOW等。其中MOLDFLOW軟件包括三個(gè)部分：MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問，簡稱MPA），MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡稱MPI），MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過程控制專家，簡稱MPX）。 采用CAE技術(shù)，可以完全代替試模，CAE技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注射成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對(duì)減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義[3]。 2 塑料材料分析 2．1 塑料材料的基本特性 中國目前小孩比例甚多，市場也看中了這一點(diǎn)，為了適應(yīng)小孩的需要，很多廠家開始生產(chǎn)以小孩為主要消費(fèi)者的各種玩具，本次設(shè)計(jì)就是以此為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一套小電機(jī)外殼造型的注射模具，該電機(jī)外殼類似電吹風(fēng)，玲瓏小巧，握在掌心，在炎熱夏季做清涼解暑之用，頗受小孩子喜歡，具有廣闊的市場前景。設(shè)計(jì)中利用CAD/CAE技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和成型工藝分析。首先，在三維高端軟件UG·NX上進(jìn)行產(chǎn)品3D造型，然后使用Auto CAD繪制注射模具總裝圖和模具零件圖，最后將產(chǎn)品三維圖轉(zhuǎn)入MOLDFLOW軟件中進(jìn)行注射工藝過程模擬分析，確定最佳的注射工藝參數(shù)，同時(shí)分析制品缺陷的原因及解決辦法。 圖（1）塑件三維造型圖 塑件三維造型如圖（1）所示，顯示的是塑件的三維等軸側(cè)視圖，外殼分為左右兩部分，整體上呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，邊側(cè)開個(gè)小孔，用于伸出小電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸部分，近側(cè)壁一方裝有類似肋板的電機(jī)固定裝置，下部伸出部分各有一個(gè)锪平孔，用于裝配玩具風(fēng)扇手柄。且一方開一小槽，用于電池與電機(jī)的聯(lián)接。外殼兩部分互設(shè)有配合邊緣，四周設(shè)有四個(gè)導(dǎo)向裝置，便于快速裝配使用。該電機(jī)外殼外表光滑，呈透明狀。故選用材料為聚苯乙烯PS，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。 2．2 塑件材料成型性能 塑件材料對(duì)注射工藝和模具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好壞直接影響到成型加工的難易程度和制品質(zhì)量的優(yōu)劣，同時(shí)還影響生產(chǎn)效率的高低和設(shè)備的輻射能損耗等。 PS成型性能主要有： 聚苯乙烯（Polystyrene）簡稱PS。其世界產(chǎn)量僅次于PE、PVC、PP居世界第四位，后來高抗沖級(jí)的PS產(chǎn)生（簡寫HIPS）拓寬了PS的用途范圍。 PS為無定型、非極性線性高聚物。由于在分子鏈上有苯環(huán)取代基，分子的不對(duì)稱性增加，內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到限制，為此，呈現(xiàn)剛性，性脆。玻璃化溫度較高，為80～100，分子量一般在5萬～20萬。 PS的密度為1.054，為無色透明粒狀熱塑性樹脂。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮類、酯類等。能耐一般酸、堿、鹽的腐蝕。 熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，在粘流態(tài)下溫度的少許波動(dòng)不會(huì)影響注射過程。吸濕性極小，只有0.02%～0.06%，所以在加工前，可以不干燥，又其比熱較低，所以塑化效率高，在模具中固化快，成型周期短。PS收縮率低，只有0.4%～0.7%，對(duì)模制品影響不大。 PS具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性及電氣性能都較優(yōu)良，透光性好，達(dá)88%～92%，僅次于有機(jī)玻璃，折光率為1.59～1.60，具有優(yōu)良的電絕緣性能，一般不受溫度、濕度的影響。著色性佳，并易于成形。它的特點(diǎn)是差不多完全能耐水。缺點(diǎn)是耐熱性較低，而且其制品由于內(nèi)應(yīng)力容易碎裂，僅能于低負(fù)荷和不高的溫度(60～75℃)下使用，所以在成型中一定要注意這個(gè)問題，清除內(nèi)應(yīng)力除調(diào)節(jié)工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)等之外，還可將制品進(jìn)行后處理以消除內(nèi)應(yīng)力，如將其置于60～75℃熱水浴中或烘箱中，“退火”處理1～3小時(shí)。冷卻定型溫度應(yīng)小于50℃，可使制品表面光亮、平滑。 處于粘流態(tài)的聚苯乙烯，其粘度對(duì)剪切速率和溫度都比較敏感，在注射成型中無論是增大注射壓力或升高溫度都會(huì)使熔融粘度顯著下降。因此，聚苯乙烯既可用于螺桿式也可用于柱塞式注射機(jī)成型。在此選用柱塞式注射機(jī)。料筒溫度控制在140～260℃之間，噴嘴溫度為170～190℃，注射壓力為60～150MPa，為了使制品順利脫模，模壁斜度應(yīng)增大至1～2度。 PS主要用于各種儀表外殼，骨架，儀表指示燈，燈罩，汽車燈罩，化工貯酸槽、酸輸送槽(特別如氫氟酸)，化學(xué)儀器零件，電訊零件，由于透明度好，還可用于制造光學(xué)儀器零件及透鏡[4]。 2．3 塑件材料成型條件 確定注射工藝條件時(shí)，需要根據(jù)塑料品種選擇適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，知道了塑料的工藝參數(shù)還能選擇合適的注射機(jī)，使機(jī)型的規(guī)格大小及性能參數(shù)的范圍盡量與注射工藝參數(shù)接近，只有這樣才能在保證制品質(zhì)量的前提下，獲得最高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 PS的注射工藝條件參數(shù)見表1、2和3。 表1 PS的注射工藝參數(shù) 注射機(jī)類型 預(yù)熱溫度℃ 噴嘴溫度℃ 料筒溫度℃ 模具溫度℃ 前段 后段 柱塞式 60～75 160～170 170～190 140～160 20～60 表2 PS的注射工藝參數(shù) 注射壓力MPa 成型時(shí)間S 冷卻時(shí)間S 成型周期 S 后處理介質(zhì) 后處理溫度℃ 后處理時(shí)間S 60～100 15～45 15～30 40～90 熱水浴或 鼓風(fēng)烘箱 70 2～4 表3 PS的熱處理?xiàng)l件 塑料 熱處理介質(zhì) 處理溫度℃ 制件厚度mm 處理時(shí)間min PS 空氣或水 60～70 30～60 70～77 120～360 3 塑件的工藝分析 在模具設(shè)計(jì)之前需要對(duì)塑伯的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。 電動(dòng)機(jī)外殼如圖（2）所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)并不太復(fù)雜，只是幾何形狀有點(diǎn)不規(guī)則，外輪廓線由圓弧和直線組成。 圖（2）玩具小電動(dòng)機(jī)外殼平面視圖 3．1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （1）、脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會(huì)緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會(huì)使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時(shí)，雖然脫模方便，但會(huì)影響制品尺寸精度，并浪費(fèi)原材料。通常塑件的脫模斜度約取0.5～1.5，根據(jù)文獻(xiàn)[1]，塑件材料PS的型腔脫模斜度為35～130/，型芯脫模斜度為30/～1 （2）、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對(duì)于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時(shí)的熔體流動(dòng)、固化定型時(shí)的冷卻速度和時(shí)間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因?yàn)楸诤裉蟛粌H會(huì)使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會(huì)延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會(huì)發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準(zhǔn)確性。選擇壁厚時(shí)應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4，最常用的數(shù)值為2～3。該小電機(jī)外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為2。殼內(nèi)凸出部件的壁厚均為1 （3）、塑件的圓角 為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時(shí)，塑件的各連接角處均有半徑不小于0.5～1的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的0.5倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的0.5倍。 該小電機(jī)外殼表面圓角半徑為2，內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角半徑為1 （4）、孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時(shí)，會(huì)使熔體流動(dòng)困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計(jì)孔時(shí)，應(yīng)盡量采用簡單孔型。由于型芯對(duì)熔體有分流作用，所以在孔成型時(shí)周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強(qiáng)度降低，故設(shè)計(jì)孔時(shí)孔時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。本設(shè)計(jì)中孔都在側(cè)面或邊緣，能采用型芯直接加工成型。 3．2 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動(dòng)性和注射機(jī)規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動(dòng)性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為PS，流動(dòng)性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級(jí)確定精度等級(jí)。根據(jù)我國目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn)[2]表3-2塑件的尺寸與公關(guān)（SJ1372-1978）的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定。根據(jù)文獻(xiàn)[2]，選用一般精度等級(jí)，PS的精度等級(jí)一般為四級(jí)，可在文獻(xiàn)中查到相應(yīng)的公差值。 3．3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點(diǎn)來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為Ra 0.02～1.25之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的1/2，即Ra 0.01～0.63。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為Ra0.4，內(nèi)部為0.8。外部接手柄區(qū)域粗糙度加大，主要是為了裝配牢固和方便，且增加摩擦力以便小孩拿緊該小電扇。 3．4 塑件的體積和質(zhì)量 用UG·NX軟件對(duì)該小電機(jī)外殼進(jìn)行三維實(shí)體造型，然后用分析模塊對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量特性分析，輸入材料密度（的密度為），即可以得出該塑件制品上半部分的體積為，質(zhì)量為克。下半部分體積為，質(zhì)量為克。 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 4．1、注射成型工藝過程分析[5] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。 （1）、成型前對(duì)原材料的預(yù)處理 根據(jù)注射成型對(duì)物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，PS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在70 ～ 80 ℃下干燥2～4 h。 （2）、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，都需要對(duì)注射機(jī)（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。 柱塞式注射機(jī)料筒的清洗常比螺桿式注射機(jī)困難，因?yàn)橹搅贤矁?nèi)的存料量較大而不易對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)，清洗時(shí)必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對(duì)螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對(duì)空注射法清洗。 （3）、脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對(duì)PS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤?，一般塑料都可使用? 第二步: 注射成型過程 完整的注射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫模或機(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚恚康氖菫榱讼嬖诘膬?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為PS，就采用退火處理1～3小時(shí)。 4．2 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個(gè)部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)塑件性能、外觀及成型難易程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。 由于本設(shè)計(jì)中塑件小電機(jī)外殼外表面質(zhì)量要求較高，不允許出現(xiàn)澆口痕跡，所以選用潛伏式澆口。潛伏澆口有自外直接接塑件表面和從內(nèi)側(cè)接于塑件的不外露部分，或從內(nèi)側(cè)接于推桿上，而在推桿上做出進(jìn)料通道。 潛伏澆口的側(cè)傾角可以在較大的范圍內(nèi)依塑件的具體形狀選擇。其直徑與點(diǎn)澆口相同。引入的圓錐角α約在10°左右。潛伏式澆口具有開模時(shí)自動(dòng)切斷、澆口痕跡小、結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單（采用兩板式模具結(jié)構(gòu)）并且塑料流動(dòng)平衡等優(yōu)點(diǎn)， 可以有效提高生產(chǎn)效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對(duì)外形尺寸較小的產(chǎn)品。 4．3 型腔數(shù)目的確定 因?yàn)楸驹O(shè)計(jì)中采用潛伏式澆口，且塑件的尺寸較小，電機(jī)外殼分為上下兩部分，為保證一次加工過程中各種參數(shù)均衡，利于配合使用，提高塑件成功概率，并從經(jīng)濟(jì)型的角度出發(fā)，節(jié)省生產(chǎn)成本和提高生產(chǎn)效率，采用一模兩腔，裝載兩部分零件，進(jìn)行加工生產(chǎn)。 4．4 注射機(jī)的選擇和校核 由于兩個(gè)塑件的體積和質(zhì)量相差不大，故采用體積較大的塑件（3.22 ）作為參考由于采用一模兩腔，需要至少注射量為6.44 ，再根據(jù)工藝參數(shù)（主要是注射壓力），綜合考慮各種因素，選定注射機(jī)為。注射方式為柱塞式，其有關(guān)性能參數(shù)為： 額定注射量: 30 注射壓力: 119 注射行程: 130 注射時(shí)間: 2.9 合模力: 250 最大成型面積: 90 最大開模行程: 160 模具最大厚度: 180 模具最小厚度: 60 模板最大距離: 340 合模方式: 液壓-機(jī)械式 4.4.1 注射量的校核 模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得在一個(gè)注射成型的塑料熔體的容量或質(zhì)量在注射機(jī)額定注射量的80%以內(nèi)。校核公式為： 式中 --型腔數(shù)量 --單個(gè)塑件的體積（） --澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（） 本設(shè)計(jì)中： 3.22 =2.27 30 注射量符合要求 4.4.2 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時(shí)塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。如果這一數(shù)值超過了注射機(jī)所允許的最大成型面積，則成型過程中會(huì)出現(xiàn)漲模溢料現(xiàn)象，必須滿足以下關(guān)系。 式中 n --型腔數(shù)目 --單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積 --澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 --注射機(jī)允許使用的最大成型面積 n=2 =13.57 =3.38 =90 =2 投影面積符合要求 注射成型時(shí)為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力。即： （）P < F 式中： P—塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力（MPa） F—注射機(jī)額定鎖模力（N） 其它意義同上 根據(jù)文獻(xiàn)[2]表5-1，聚苯乙烯推薦使用的型腔壓力為15～22 MPa，在此取P= （）P= 鎖模力符合要求 4．4．3、模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸校核 （1）、模具厚度（閉合高度） 模具閉合高度必須滿足以下公式 式中 --注射機(jī)允許的最大模厚 --注射機(jī)允許的最小模厚 本設(shè)計(jì)中 符合要求 （2）、開模行程（S）的校核 模具開模后為了便于取出制件，要求有足夠的開模距離，所謂開模行程是指模具開合過程中動(dòng)模固定板的移動(dòng)距離。 注塑機(jī)的開模行程是有限的，設(shè)計(jì)模具必須校核所選注射機(jī)的開模行程，以便與模具的開模距離相適應(yīng)。對(duì)于液壓-機(jī)械式合模機(jī)構(gòu)的注射機(jī)，其開模行程與模具厚度無關(guān)，對(duì)于單分型面注射模應(yīng)有： 式中 --推出距離 --包括澆注系統(tǒng)凝料在內(nèi)的塑件高度 本設(shè)計(jì)中 =160 = 15 mm = 15 mm 經(jīng)計(jì)算，符合要要求。 （3）、頂出裝置的校核 在設(shè)計(jì)模具推出機(jī)構(gòu)時(shí)，需校核注射機(jī)頂出的頂出形式，要注意在兩側(cè)頂出時(shí)模具推板的面積應(yīng)能覆蓋注射機(jī)的雙頂桿，注射機(jī)的最大頂出距離要保證能將塑件從模具中脫出。 XS-Z-30型注射機(jī)為兩側(cè)推出機(jī)構(gòu)。經(jīng)檢查能滿足將模具脫出的要求。 5 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 5．1 分型面的設(shè)計(jì) 將模具適當(dāng)?shù)胤殖蓛蓚€(gè)或幾個(gè)可以分離的主要部分，它們的接觸表面分開時(shí)能夠取出塑件及澆注系統(tǒng)凝料，當(dāng)成型時(shí)又必須接觸封閉，這樣的接觸表面稱為分型面，它是決定模具結(jié)構(gòu)的重要因素，每個(gè)塑件的分型面可能只有一種選擇，也可能有幾種選擇。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 選擇分型面時(shí)，應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮： 1）分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處； 2）使塑件在開模后留在動(dòng)模上； 3）分型面的痕跡不影響塑件的外觀； 4）澆注系統(tǒng)，特別是澆口能合理的安排； 5）使推桿痕跡不露在塑件外觀表面上； 6）使塑件易于脫模。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點(diǎn)，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開模后塑件留在動(dòng)模一側(cè)，如圖（3）所示 圖（3）分型面的選擇 5．2 型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關(guān),型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力,以保證塑料熔體均勻地充滿每個(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短，同時(shí)采用平衡流道。型腔布局由圖（4）所示。由于本設(shè)計(jì)中塑件是上下兩部分配合裝配使用，需要心可能相同的注射工藝參數(shù)，以達(dá)到高的成功率，模具采用潛伏式澆口，設(shè)置在手柄安裝處推桿上，并采用對(duì)稱式布局，以求達(dá)到良好的澆注質(zhì)量。 圖（4）型腔布局方式 5．3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進(jìn)料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設(shè)計(jì)中采用普通流產(chǎn)澆注系統(tǒng)。正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)對(duì)獲得優(yōu)質(zhì)的塑料制品極為重要。 5．3．1 澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個(gè)部分，如圖（5）所示。 1－主澆道 2－第一分澆道 3－第二分澆道 4－第三分澆道 5－澆口 6－型腔 7－冷料穴 圖（5）普通流道澆注系統(tǒng) 5．3．2 確定澆注系統(tǒng)的原則 在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮下列有關(guān)因素： a)、塑料成型特性：設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)應(yīng)適應(yīng)所用塑料的成型特性的要求，以保證塑件質(zhì)量。 b)、模具成型塑件的型腔數(shù)：設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔布局設(shè)計(jì)。 c)、塑件大小及形狀：根據(jù)塑件大小，形狀壁厚，技術(shù)要求等因素，結(jié)合選擇分型面同時(shí)考慮設(shè)置澆注系統(tǒng)的形式、進(jìn)料口數(shù)量及位置，保證正常成型，還應(yīng)注意防止流料直接沖擊嵌件及細(xì)弱型芯受力不均以及應(yīng)充分估計(jì)可能產(chǎn)生的質(zhì)量弊病和部位等問題，從而采取相應(yīng)的措施或留有修整的余地。 d)、塑件外觀：設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到去除、修整進(jìn)料口方便，同時(shí)不影響塑件的外表美觀。 e)、冷料：在注射間隔時(shí)間，噴嘴端部的冷料必須去除，防止注入型腔影響塑件質(zhì)量，故設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮儲(chǔ)存冷料的措施[6]。 5．3．3 主流道的設(shè)計(jì) 不流道是澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部分開始，到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。 （1）、主流道的尺寸 設(shè)計(jì)中選用的注射機(jī)為XS-Z-30，其噴嘴直徑為4，噴嘴球面半徑為12，根據(jù)圖（6），主流道各具體尺寸如下： 圖（6）主流道尺寸示意圖 （2）、主流道襯套的形式 選用如圖（7）所示類型的襯套，這種類型可防止襯套在塑料熔體反作用下退出定模。將主流道襯套和定位球設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，然后配合固定在模板上，襯套與定模板的配合采用。 圖（7）主流道襯套及其固定形式 （3）、主流道襯套的固定 用嵌入式定位環(huán)壓住主流道襯套大端，定位環(huán)與注射機(jī)模板上的定位孔之間的配合采用。 5．3．4 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動(dòng)通道，分流道應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中由于塑件排布比較緊湊,且采用潛伏式澆口，在推桿上削去一小塊作為流道進(jìn)行注射。在主流道設(shè)計(jì)好以后，推桿位置離它很近，故無需設(shè)置分流道而直接經(jīng)澆口注入推桿而使熔體充滿型腔。如圖（8）所示。 圖（8）主流道和澆口的位置 5．3．5 澆口的設(shè)計(jì) 澆口出叫進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的通道。它有兩個(gè)功能：一是對(duì)塑料熔體流入型腔起著控制作用；另一個(gè)是當(dāng)注射壓力撤銷后封鎖型腔，使型腔中尚未固化的塑料不會(huì)倒流。常向的澆口形式有直接澆口，側(cè)澆口，潛伏式澆口，扇形澆口，圓盤式澆口，環(huán)形澆口等。 澆口的位置選擇原則： 澆口的位置與塑件的質(zhì)量有直接影響。在確定澆口位置時(shí)，應(yīng)考慮以下幾點(diǎn)： 1. 熔體在型腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)，其動(dòng)能損失最小。要做到這一點(diǎn)必須使 1)流程(包括分支流程)為最短； 2)每一股分流都能大致同時(shí)到達(dá)其最遠(yuǎn)端； 3)應(yīng)先從壁厚較厚的部位進(jìn)料； 4)考慮各股分流的轉(zhuǎn)向越小越好。 2. 有效地排出型腔內(nèi)的氣體。 根據(jù)澆口選用原則和為保證塑件表面質(zhì)量及美觀效果，采用潛伏式澆口。 澆口一般尺寸如圖（9）所示，根據(jù)此圖結(jié)合實(shí)際選用適當(dāng)值。澆口中心線偏離水平位置。澆口角度，的值取為1.6 圖（9）潛伏澆口的尺寸示意圖 5．3．6 冷料穴的設(shè)計(jì) 主流道的末端需要設(shè)置冷料穴以往上制品中出現(xiàn)固化的冷料。因?yàn)樽钕攘魅氲乃芰弦蚪佑|溫度低的模具而使料溫下降，如果讓這部分溫度下降的塑料流入型腔會(huì)影響制品的質(zhì)量，為防止這一問題必須在沒塑料流動(dòng)方向在主流道末端設(shè)置冷料穴以便將這部分冷料存留起來。 冷料穴一般開設(shè)在主流道對(duì)面的動(dòng)模板上，其標(biāo)稱直徑與主流道直徑相同或略大一些，這里取為，最終要保證冷料體積小于冷料穴體積。冷料穴的形式有多種，這里采用倒錐形的冷料穴拉出主流道凝料的形式。它與推桿配用，開模時(shí)倒錐形的冷料穴通過內(nèi)部的冷料先將主流道凝料拉出定模，最后在推桿的作用下將冷料和和主流道凝料隨制品一起被頂出動(dòng)模。如上圖（8）所示。 5．4 注射模成型零部件的設(shè)計(jì)[7] 模具閉合時(shí)用來填充塑料成型制品的空間稱為型腔。構(gòu)成模具型腔的零部件稱成型零部件。一般包括凹模、凸模、型環(huán)和鑲塊等。成型零部件直接與塑料接觸，成型塑件的某些部分，承受著塑料熔體壓力，決定著塑件形狀與精度，因此成型零部件的設(shè)計(jì)是注射模具的重要部分。 成型零部件在注射成型過程中需要經(jīng)常承受溫度壓力及塑料熔體對(duì)它們的沖擊和摩擦作用，長期工作后晚發(fā)生磨損、變形和破裂，因此必須合理設(shè)計(jì)其結(jié)構(gòu)形式，準(zhǔn)確計(jì)算其尺寸和公差并保證它們具有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的表面質(zhì)量。 5．4．1 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 成型零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要應(yīng)在保證塑件質(zhì)量要求的前提下，從便于加工、裝配、使用、維修等角度加以考慮。 1）、凹模的設(shè)計(jì) 凹模也稱為型腔，是用來成型制品外形輪廓的模具零件，其結(jié)構(gòu)與制品的形狀、尺寸、使用要求、生產(chǎn)批量及模具的加工方法等有關(guān)，常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式、嵌入式、 鑲拼組合式和瓣合式四種類型。 本設(shè)計(jì)中采用整體式凹模，其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，牢固可靠，不容易變形，成型出來的制品表面不會(huì)有鑲拼接縫的溢料痕跡，還有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個(gè)模具的外形結(jié)構(gòu)尺寸。不過模具加工起來比較困難，要用到仿形加工或電火花加工。 2）、凸模的設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中零件結(jié)構(gòu)較為簡單，塑件中只有電機(jī)夾板處較為復(fù)雜，深度較大，但經(jīng)過對(duì)塑件實(shí)體的仔細(xì)觀察研究發(fā)現(xiàn)，塑件采用的是整體式凸模，也叫型芯，雖然有些部位加工、維修不易，但成型后的塑件質(zhì)量好，在塑件內(nèi)表面也不會(huì)形成接縫，溢料痕跡，加工精度較高，成型效果好。型芯與動(dòng)模板的配合可采用。 5．4．2 成型零部件工作尺寸的計(jì)算 成型零部件工作尺寸是指成型零部件上直接決定塑件形狀的有關(guān)尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸，型腔的深度尺寸和型芯的高度尺寸，型芯和型芯之間的位置尺寸，以及中心距尺寸等。 在模具設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)塑件的尺寸及精度等級(jí)確定成型零部件的工作尺寸及精度等級(jí)。影響塑件尺寸精度的主要因素有塑件的收縮率，模具成型零部件的制造誤差，模具成型零部件的磨損及模具安裝配合方面的誤差。這些影響因素也是作為確定成型零部件工作尺寸的依據(jù)。 由于按平均收縮率、平均制造公差和平均磨損量計(jì)算型芯型腔的尺寸有一定的誤差（因?yàn)槟＞咧圃旃詈湍＞叱尚土悴考谑褂弥械淖畲竽p量大多憑經(jīng)驗(yàn)決定），這里就只考慮塑料的收縮率計(jì)算模具盛開零部件的工作尺寸。 塑件經(jīng)成型后所獲得的制品從熱模具中取出后，因冷卻及其它原因會(huì)引起尺寸減小或體積縮小，收縮性是每種塑料都具有的固有特性之一，選定PS材料的平均收縮率為0.6%，剛計(jì)算模具成型零部件工作尺寸的公式為： 式中 A — 模具成型零部件在常溫下的尺寸 B — 塑件在常溫下實(shí)際尺寸 成型零部件工作尺寸的公差值可取塑件公差的1/3～1/4，或取IT7～8級(jí)作為模具制造公差。在此取IT8級(jí)，型芯工作尺寸公差取IT7級(jí)。模具型腔的小尺寸為基本尺寸，偏差為正值；模具型芯的最大尺寸為基本尺寸，偏差為負(fù)值，中心距偏差為雙向?qū)ΨQ分布。各成型零部件工作尺寸的具體數(shù)值見圖紙。 5．5 排氣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 排氣是注射模設(shè)計(jì)中不可忽視的一個(gè)問題。在注射成型中，若模具排氣不良，型腔內(nèi)的氣體受壓縮將產(chǎn)生很大的背壓，阻止塑料熔體正?？焖俪淠＃瑫r(shí)氣體壓縮所產(chǎn)生的熱使塑料燒焦，在充模速度大、溫度高、物料黏度低、注射壓力大和塑件過厚的情況下，氣體在一定的壓縮程度下會(huì)滲入塑料制件內(nèi)部，造成氣孔、組織疏松等缺陷。特別是快速注射成型工藝的發(fā)展，對(duì)注射模的排氣系統(tǒng)要求就更為嚴(yán)格。 在塑料熔體充模過程中，模腔內(nèi)除了原有的空氣外，還有塑料含有的水分在注射溫度下蒸發(fā)而成的水蒸氣、塑料局部過熱分解產(chǎn)生的低分子揮發(fā)性氣體，塑料中某些添加劑揮發(fā)或化學(xué)反應(yīng)所生成的氣體。常用的排氣方式有利用配合間隙排氣，在分型面上開設(shè)排氣槽排氣，利用推桿運(yùn)動(dòng)間隙排氣等。 由于本次設(shè)計(jì)中模具尺寸不大，本設(shè)計(jì)中采用間隙排氣的方式，而不另設(shè)排氣槽，利用間隙排氣，以不產(chǎn)生溢料為宜，其值與塑料熔體的粘度有關(guān)。 5．6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 塑件從模具上取下以前還有一個(gè)從模具的成型零部件上脫出的過程，使塑件從成型零部件上脫出的機(jī)構(gòu)稱為脫模機(jī)構(gòu)。主要由推出零件，推出零件固定板和推板，推出機(jī)構(gòu)的導(dǎo)向和復(fù)位部件等組成。 5．6．1 脫模機(jī)構(gòu)的選用原則 （1） 使塑件脫模時(shí)不發(fā)生變形（略有彈性變形在一般情況下是允許的，但不能形成永久變形）； （2） 推力分布依脫模阻力的的大小要合理安排； （3） 推桿的受力不可太大，以免造成塑件的被推局部產(chǎn)生隙裂； （4） 推桿的強(qiáng)度及剛性應(yīng)足夠，在推出動(dòng)作時(shí)不產(chǎn)生彈性變形； （5） 推桿位置痕跡須不影響塑件外觀； 5．6．2 脫模機(jī)構(gòu)類型的選擇 推出機(jī)構(gòu)按其推出動(dòng)作的動(dòng)力來源分為手動(dòng)推出機(jī)構(gòu)，機(jī)動(dòng)推出機(jī)構(gòu)，液壓和氣動(dòng)推出機(jī)構(gòu)。根據(jù)推出零件的類別還可分為推桿推出機(jī)構(gòu)、套管推出機(jī)構(gòu)、推板推出機(jī)構(gòu)、推塊推出機(jī)構(gòu)、利用成型零部件推出和多元件綜合推出機(jī)構(gòu)等。 本設(shè)計(jì)中采用推桿推出機(jī)構(gòu)使塑料制件順利脫模。 5．6．3 推桿機(jī)構(gòu)具體設(shè)計(jì) （1）、推桿布置 該塑件共采用了7根大小推桿，其分布情況如圖（10）所示，這些推桿設(shè)置在脫模阻力較大的地方及強(qiáng)度剛度較大處，使制品所受的推出力均衡。 圖（10）推桿布置 （2）、推桿的設(shè)計(jì)[7] 本設(shè)計(jì)中采用臺(tái)肩形式的圓形截面推桿，設(shè)計(jì)時(shí)推桿的直徑根據(jù)不同的設(shè)置部位選用不同的直徑，其中一個(gè)為4mm，四個(gè)為３mm，兩個(gè)為２mm，見圖（１0）。推桿端平面不應(yīng)有軸向竄動(dòng)。推桿與推桿孔配合一般為，其配合間隙不大于所用溢料間隙，以免產(chǎn)生飛邊，PS塑料的溢料間隙為。 （3）、推桿固定和復(fù)位 如圖（11）所示 圖（11）推桿固定和復(fù)位 5．6．4 脫模動(dòng)作原理 本設(shè)計(jì)中潛伏式澆口設(shè)計(jì)在動(dòng)模部分，開模時(shí)塑件包在動(dòng)模型芯上隨動(dòng)模一起移動(dòng)，推出機(jī)構(gòu)工作時(shí)，大小推桿將塑件從凸模上推出，同時(shí)澆口被切斷，塑件自動(dòng)脫落。如圖（12）所示。 圖（12）塑件脫模動(dòng)作圖 5．7 模具總裝圖[8] 圖（13）注射模具三維裝配圖（線框式） 5．8 注射模溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 在注射模中，模具的溫度直接影響到塑件的質(zhì)量和生產(chǎn)效率。由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，對(duì)模具溫度的要求也不相同。一般注射到模具內(nèi)的塑料粉體的溫度為左右，熔體固化成為塑件后，從左右的模具中脫模、溫度的降低是依靠在模具內(nèi)通入冷卻水，將熱量帶走。對(duì)于要求較低模溫（一般小于）的塑料，如本設(shè)計(jì)中的聚苯乙烯PS，僅需要設(shè)置冷系統(tǒng)即可，因?yàn)榭梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)水的流量就可以調(diào)節(jié)模具的溫度。 模具的冷卻主要采用循環(huán)水冷卻方式，模具的加熱有通入熱水、蒸汽，熱油和電阻絲加熱等。 5．8．1 溫度調(diào)節(jié)對(duì)塑件質(zhì)量的影響 注射模的溫度對(duì)于塑料熔體的充模流動(dòng)、固化成型、生產(chǎn)效率以及制品的形狀和尺寸精度都有影響，對(duì)于任一個(gè)塑料制品，模具溫度波動(dòng)過大都是不利的。過高的模溫會(huì)使塑件在脫模后發(fā)生變形，若延長冷卻時(shí)間又會(huì)使生產(chǎn)率下降。過低的模溫會(huì)降低塑料的流動(dòng)性，使其難于充模，增加制品的內(nèi)應(yīng)力和明顯的熔接痕等缺陷。冷卻系統(tǒng)的外形結(jié)構(gòu)如圖（14）（15）所示。 圖（14）注射成形機(jī)的典型冷卻系統(tǒng) 圖（15）與模板連接之冷卻孔道 5．8．2 冷卻系統(tǒng)之設(shè)計(jì)規(guī)則 設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)的目的在于維持模具適當(dāng)而有效率的冷卻。冷卻孔道應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)尺寸，以方便加工與組裝。設(shè)計(jì)冷卻系統(tǒng)時(shí)，模具設(shè)計(jì)者必須根據(jù)塑件的壁厚與體積決定下列設(shè)計(jì)參數(shù)： 冷卻孔道的位置與尺寸、孔道的長度、孔道的種類、孔道的配置與連接、以及冷卻劑的流動(dòng)速率與熱傳性質(zhì)。 (1) 冷卻管路的位置與尺寸 　　塑件壁厚應(yīng)該盡可能維持均勻。冷卻孔道最好設(shè)置是在凸模塊與凹模塊內(nèi)，設(shè)在模塊以外的冷卻孔道比較不易精確地冷卻模具。 　　通常，鋼模的冷卻孔道與模具表面、模穴或模心的距離應(yīng)維持為冷卻孔道直徑的1~2倍，冷卻孔道之間的間距應(yīng)維持3~5倍直徑。冷卻孔道直徑通常為10~14 mm（7/16~9/16英吋），在此取12mm。 5．9 模架及標(biāo)準(zhǔn)件的選用 5．9．1 模架的選用 根據(jù)以上的設(shè)計(jì)，再結(jié)合模具的強(qiáng)度和剛度以及所選注射機(jī)，各模板的代號(hào)及尺寸如下： 下模板 GB4169.8-84 230 推桿墊板 GB4169.7-84 20011011 推桿固定板 GB4169.7-84 20011013 墊塊 GB4169.6-84 2006033 動(dòng)模墊板 GB4169.8-84 20018030 定模固定板 GB4169.8-84 20018020 上模板 GB4169.8-84 23018020 動(dòng)模固定板 GB4169.8-84 20018020 5．9．2 標(biāo)準(zhǔn)件的選用 為了便于模具的裝配，減少繁重的設(shè)計(jì)和制造工作量，縮短生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間和降低成本，一些模具都選用標(biāo)準(zhǔn)零件，本設(shè)計(jì)中的標(biāo)準(zhǔn)零件選用如下： 導(dǎo)柱 GB4169.4-84 146318 4個(gè) 導(dǎo)套 GB4169.2-84 1418 4個(gè) 推桿 GB4169.1-84 390 3個(gè) 復(fù)位桿 GB4169.1-84 1233 4個(gè) 內(nèi)六角螺釘 GB70-85 M 1467 4個(gè) M 1022.5 4個(gè) M 1421 4個(gè) M 511 4個(gè) 6 模具材料的選用 正確選用模具各部分零件的材料，是注射模具設(shè)計(jì)過程中的一項(xiàng)重要工作，它直接影響模具的使用壽命，加工成本以及制品的成型質(zhì)量。選擇模具材料時(shí)，需要根據(jù)模具工作條件，從使用性能和加工性能兩方面對(duì)材料提高要求。 6．1 成型零件材料選用 成型零件材料選用的要求如下： （1）、機(jī)械加工性能良好 （2）、拋光性能良好 注射成型零件工作表面，多需拋光達(dá)到鏡面，，要求鋼材硬度35～40HRC為宜，過硬表面會(huì)使拋光困難。 （3）、耐磨性和抗疲勞性能好 （4）、具有耐腐蝕性能 6．2 注射模用鋼種 熱塑性注射模成型零件的毛坯，凹模和主型芯以板材和模具供應(yīng)，常用50和55調(diào)質(zhì)鋼，硬度為250～280HB，易于切削加工。 型芯和鑲塊以棒材供應(yīng)，采用淬火變形小，淬透性好的高碳合金鋼，經(jīng)熱處理后在磨床上直接研磨至鏡面。常用9CrWMn、Cr12MoV和3Cr2W8V等鋼種,淬火后回火HRC55，有良好的耐磨性。 參考文獻(xiàn)[2]表11-1、11-2，本設(shè)計(jì)模具材料選用情況如下： 塑料模具鋼材選用，PS塑料適用鋼種PMS，SM2。其它模具選材見表（4) 模具零件 使用要求 模具材料 熱處理 導(dǎo)柱、導(dǎo)套 表面耐磨、有韌性、抗曲、不易折斷 T8（A） 表面淬火 成型零部件 強(qiáng)度高、耐磨性好、熱處理變形小，有時(shí)還要求耐腐蝕 Cr12MoV 淬火 中溫回火 主流道襯套 耐磨性好，有時(shí)還要求耐腐蝕 45鋼 表面淬火 推桿、拉料桿等 一定的強(qiáng)度和耐磨性 T8（A） 淬火 低溫回火 各種模板、推板、固定板、模座等 一定的強(qiáng)度和剛度 45鋼 調(diào)質(zhì) 表（4）本設(shè)計(jì)模具選材情況 7 注射成型工藝過程模擬分析 高質(zhì)量的塑件需要優(yōu)秀的產(chǎn)品設(shè)計(jì)、高水平的模具和優(yōu)化的成型工藝三者的有機(jī)結(jié)合，傳統(tǒng)的方法大多數(shù)是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)的試模，現(xiàn)在應(yīng)用專業(yè)的模流分析軟件MOLDFLOW進(jìn)行注射流動(dòng)模擬分析，大大減少了試模次數(shù)，縮短了產(chǎn)品開發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本并提高了產(chǎn)品質(zhì)量。 這里采用的是一種應(yīng)用較多的CAE軟件-- MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問）在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注射過程進(jìn)行模擬分析，將分析結(jié)果反饋到以上的設(shè)計(jì)中，對(duì)各種參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。 分析步驟如下： 1、從UG中將塑件的三維模型到 MPA 中 2、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)并設(shè)置進(jìn)料口 3、選用合適的材料PS 4、設(shè)置工藝參數(shù)，這里選擇注射壓力119 MPa，模具溫度45度，熔體溫度220度。 5、進(jìn)行充模和流動(dòng)分析 充模分析結(jié)果如下： SUMMARY Release Level: 6.0 Part Revision: 5 Material Supplier: Polystyrene Australia Material Grade: Austrex 112 Max Injection Pressure: 119.00 MPa Mold Temperature: 45.00 deg.C Melt Temperature: 220.00 deg.C Model Suitability: Part model was highly suitable for analysis. Moldability: Your part can be easily filled but part quality may be unacceptable. View the Quality plot and use the Dynamic Adviser to get help on how to improve the quality of the part. Confidence: Medium Injection Time: 0.38 sec Injection Pressure: 7.92 MPa Weld Lines: Yes Air Traps: Yes Shot Volume : 3.22 cu.cm Filling Clamp Force: 0.43 tonne Packing Clamp Force Estimate @20%: ( 1.58 )MPa 0.14 tonne Packing Clamp Force Estimate @80%: ( 6.34 )MPa 0.58 tonne Packing Clamp Force Estimate @120%: ( 9.51 )MPa 0.87 tonne Clamp Force Area: 8.93 sq.cm Cycle Time: 7.88 sec 塑件的透明模型圖及初選澆口位置的放置如圖（16） 圖（16）Glass Model 充模時(shí)間圖（17）從下的充填時(shí)間可以看出，在0.38秒內(nèi)塑件全部充滿。模型端部不是同時(shí)充滿，說明澆口位置不夠合理。 圖（17）Fill Time 注射壓力分布圖（18），熔融體對(duì)模腔的最大壓力為7.92 MPa，所選注射機(jī)能滿足注射和保壓要求。 圖（18）注射壓力（Injection Pressure）分布圖 圖（19）為Quality Prediction質(zhì)量（品質(zhì)）預(yù)測圖，結(jié)果表明，注射結(jié)果中等，塑件總體質(zhì)量良好。 圖（19）質(zhì)量（品質(zhì)）預(yù)測 圖（20）為熔接痕（Weld Lines）分布圖，從圖可以看出熔接痕集中在塑件端部，而且不是很多，能保證塑件的外觀要求和強(qiáng)度。熔接痕的消除辦法有提高模具溫度，提高注射壓力和速度，增設(shè)排氣槽等。 圖（20）熔接痕分部圖 圖（21）為氣泡缺陷（Air Traps）分布圖，產(chǎn)生氣泡的原因很多，主要原因有產(chǎn)生揮發(fā)性氣體或熔體流動(dòng)性差造成的，也可以通過提高塑料及模具溫度，提高注射速度等方法來加以解決。 圖（21）氣泡分布圖 圖（22）中藍(lán)色部分為最佳澆口位置，選擇這些位置設(shè)置澆口，對(duì)塑料的流動(dòng)及填充，得到高質(zhì)量的塑件，有著重要的借鑒意義。 圖（22）Best Gate Location 根據(jù)CAE分析結(jié)果，本次模具設(shè)計(jì)方案基本能滿足塑件的質(zhì)量要求，不過有些地方還需要適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)（比如澆口位置）。多輸入幾次不同的成型工藝參數(shù)，比較所得的模擬分析結(jié)果就能確定出最佳的成型工藝條件，減少經(jīng)濟(jì)損失，并獲得高質(zhì)量的塑件制品。 總結(jié) 本次塑料模具設(shè)計(jì)，全面考慮了塑料成型性能，模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，注射工藝參數(shù)，塑件表面粗糙度以及制造精度等