塑件成型工藝性分析1.1塑件及材料的分析1.1.1塑件的性能分析該塑件壁厚為1.5mm，塑件外形尺寸不大塑料熔體流程不太長，適合于注射成型，如圖所示。尺寸精度：塑料有5、6、7三種精度等級，我們?nèi)⊥獗砻鏋?級精度。塑料制品的表面光潔度，除了在成型時從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點外，主要由模具光潔度決定。一般模具表面光潔度要比塑料制品高一級。因此制件外表面取。1.1.2PP（聚丙烯）的性能分析（1）使用性能結(jié)構(gòu)規(guī)整，具有優(yōu)良的力學性能，其強度和硬度，彈性都高，具有良好的耐熱性，化學穩(wěn)定性好，高頻絕緣性能優(yōu)良，不受濕度影響，對紫外線敏感，在100°C~120°C之下能長期使用。（2）成型性能1）結(jié)晶料，吸濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。2）流動性好，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔，凹痕，變形。3）冷卻速度快，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應(yīng)緩慢散熱，并注意控制成型溫度，料溫低方向方向性明顯。低溫高壓時尤其明顯，模具溫度低與50度時，塑件不光滑，易產(chǎn)生熔接不良，留痕，90度以上易發(fā)生翹曲變形。4）塑料壁厚須均勻，避免缺塊，尖角，以防應(yīng)力集中。特定條件下容易分解。（3）PP的主要性能指標其性能指標見表1-1。表1-1PP的性能指標密度/0.9～0.91屈服強度/MPa0比體積/1.09～1.11拉伸強度/MPa30吸水率（%）0.01拉伸彈性模/MPa1100~1600熔點/℃164～170抗彎強度/MPa0計算收縮率（%）1.0～2.5抗壓強度/MPa0比熱容/J?（kg?℃）-11050彎曲彈性模量/MPa41001.1.3PP的注射成型過程及工藝參數(shù)（1）注射成型過程1）成型前的準備。對PP的色澤、粒度和均勻度等進行檢驗，由于PP吸水性極小，成型前如儲存適當不需要干燥處理。2）注射過程。塑件在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到流動狀態(tài)后，由于模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為沖模、壓實、保壓、倒流和冷卻五個階段。3）塑件的后處理。如儲存適當不需要干燥處理。（2）注射工藝參數(shù)1）注射機：柱塞式。2）料筒溫度（℃）：后段160～180；中段180～200；前段200～230。3）噴嘴溫度（℃）：180～190。4）模具溫度（℃）：40～80（建議使用50°C）。5）注射壓力（MPa）：70～120。6）成型時間（s）：40~120（注射時間取1~10，冷卻時間取20~50，保壓時間20~50）。1.2擬定模具的結(jié)構(gòu)形式1.2.1分型面位置的確定通過對塑件結(jié)構(gòu)形式的分析，分型面應(yīng)選在端蓋截面積最大且利于開模取出塑件的底平面上，其位置如圖所示。.31.2.2型腔數(shù)量和排列方式的確定（1）型腔數(shù)量的確定該塑件采用的精度一般為4級，且為大批量生產(chǎn)，可采取一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到塑件的尺寸、模具結(jié)構(gòu)尺寸的大小關(guān)系，以及制造費用和各種成本費等因素，初步定為一模四腔結(jié)構(gòu)形式。（2）型腔排列形式的確定多型腔模具盡可能采用平衡式排列布置，且要力求緊湊，并與澆口開設(shè)的部位對稱。由于該設(shè)計選擇的是一模四腔，故采用平衡式排列，如圖所示。（3）模具結(jié)構(gòu)形式的確定從上面的分析可知，本模具設(shè)計為一模四腔，平衡式排列，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀，推出機構(gòu)擬采用脫模板推出的推出形式。澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱非平衡式，澆口采用側(cè)澆口，且開設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設(shè)分型面取出凝料，動模部分需要添加型芯固定板、支撐板和脫模板。由上綜合分析可確定選用帶脫模板的單分型面注射模。1.2.3注射機型號的確定（1）注射量的計算通過三維軟件建模設(shè)計分析計算得塑件體積：塑件質(zhì)量：式中，參考表1-1可取。（2）澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算澆注系統(tǒng)的凝料在設(shè)計之前是不能確定準確的數(shù)值，但是可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的0.2～1倍來估算，由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)的凝料按塑件體積的0.4倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統(tǒng)的凝料和4個塑件體積之和）為選擇注射機根據(jù)第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總體積，并結(jié)合式（4-18）則有：。根據(jù)以上的計算，初步選定公稱注射量為30cm3,注射機型號為XS-Z-30注射機，其主要技術(shù)參數(shù)見表1-2。更多技術(shù)參數(shù)詳見附錄。表1-2注射機主要技術(shù)參數(shù)理論注射容量/cm330移模行程/mm160螺桿柱塞直徑/mm28最大模具厚度/mm180V注射壓力/MPa119最小模具厚度/mm60注射速率/g?s-143鎖模形式液壓-機械注射方式柱塞式模具定位孔直徑/mm63.5螺桿轉(zhuǎn)速/r?min-130～60噴嘴球半徑/mm12鎖模力/kN250噴嘴口半徑/mm4拉桿內(nèi)間距/mm235（4）注射機的相關(guān)參數(shù)的校核1）注射壓力校核。查表4-1可知，PP所需注射壓力為70～120MPa，這里取=80MPa，該注射機的公稱注射壓力=119MPa，注射機安全系數(shù)=1.25～1.4，這里取=1.3，則：=1.3×80=104﹤，所以，注射機注射壓力合格。2）鎖模力校核①塑件在分型面上的投影面積，則mm2②澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積數(shù)值，可以按照多型腔模的統(tǒng)計分析來確定。是每個塑件在分型面上的投影面積的0.2～0.5倍。由于本例流道設(shè)計簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當取小一些。這里取=0.2。③塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上總的投影面積，則=n（＋）=n（＋0.2）=4×1.2=4×1.2×1164=5587.2mm2④模具型腔內(nèi)的脹型力，則==5587.2×30N=167.62kN式中，是型腔的平均計算壓力值。是模具型腔內(nèi)的壓力，通常取注射壓力的20%～40%，大致范圍為25～40MPa。對于粘度較大的精度較高的塑料制品應(yīng)取較大值。PP屬于低粘度塑料及有精度要求的塑件，故取30MPa。查表4-45可得該注射機的公稱鎖模力=250kN，鎖模力安全系數(shù)為=1.1～1.2這里取=1.2，則=1.2=1.2×167.62=201.14kN﹤，所以，注射機鎖模力合格。對于其他安裝尺寸的校核要等到模架選定，結(jié)構(gòu)尺寸確定后方可進行。1.3澆注系統(tǒng)的設(shè)計1.3.1主流道的設(shè)計主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機噴嘴注射出的熔體導入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時間。另外，由于其與高溫塑料熔體及注射機噴嘴反復(fù)接觸，因此設(shè)計中常設(shè)計成可拆卸更換的澆口套。(1)主流道尺寸主流道的長度：本設(shè)計中初取=40mm進行設(shè)計。主流道小端直徑：d=噴嘴尺寸＋（0.5～1）mm=（4＋0.5）mm=4.5mm。主流道大端直徑：d′=d＋2tan≈10mm，式中=4°。主流道球面半徑：SR0=注射機噴嘴球頭半徑＋（1～2）mm=（12＋2）=14mm。球面的配合高度：h=3mm。(2)主流道的凝料體積=（＋＋）=×120×（52＋2.252＋5×2.25）=1730.5mm3=1.73cm3(3)主流道當量半徑mm。主流道澆口套的形式主流道襯套為標準件可選購。主流道小端入口處與注射機噴嘴反復(fù)接觸，易磨損。對材料的要求較嚴格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谔着c定位圈設(shè)計成一個整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計，以便于拆卸更換。同時也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進行單獨加工和熱處理。設(shè)計中常采用碳素鋼（T8A或T10A），熱處理淬火表面硬度為50～55HRC，如圖下圖所示。1.3.2分流道的設(shè)計（1）分流道的布置形式在設(shè)計時應(yīng)考慮盡量減少在流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時還要考慮減小分流道的容積和壓力平衡，把塑料熔體均衡地分配到各個型腔，因此采用平衡式分流道。（2）分流道長度由于流道設(shè)計簡單，根據(jù)四個型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計，分流道較短，故設(shè)計時可適當選小一些。單邊分流道長度取32mm，如圖1-2所示。（3）分流道的當量直徑因為該塑件的質(zhì)量=1.8g﹤200g，根據(jù)式（4-16），分流道的當量直徑為（4）分流道截面形狀常用的分流道截面形狀有圓形、梯形、U形、六角形等，為了便于加工和凝料的脫模，分流道大多設(shè)計在分型面上。本設(shè)計采用U形截面，其加工工藝性好，且塑料熔體的熱量散失、流動阻力均不大。（5）分流道截面尺寸（6）凝料體積1）分流道的長度=128mm2）分流道截面積3）凝料體積==（7）校核剪切速率1）確定注射時間：查表4-8，可取t=0.7s。2）計算分流道體積流量：3）由式（4-20）可得剪切速率該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率～之間，所以，分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。分流道的表面粗糙度和脫模斜度分流道的表面粗糙度要求不是很低，一般取～即可，此處取。另外，其脫模斜度一般在5°~10°之間，這里取8°。1.3.3澆口的設(shè)計該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模四腔注射，為便于充模時的剪切速率和封閉時間，因此采用側(cè)澆口。其截面形狀簡單，易于加工，便于試模后修正，且開設(shè)在分型面上，從型腔的邊緣進料。（1）側(cè)澆口尺寸的確定計算側(cè)澆口的深度。根據(jù)表4-10，可得側(cè)澆口的深度h計算公式為式中，t是塑件壁厚，這里t=1.5mm；n是塑料成型系數(shù)，對于PP，其成型系數(shù)n=0.7。在工廠進行設(shè)計時，澆口深度常常先取小值，以便在今后試模時發(fā)現(xiàn)問題進行修模處理，故此處澆口深度h取1mm。計算側(cè)澆口的寬度。根據(jù)表4-10，可得側(cè)澆口的寬度B的計算公式為計算側(cè)澆口的長度。根據(jù)表4-10，可得側(cè)澆口的長度一般選用0.5～0.75mm，這里取=0.7mm。（2）側(cè)澆口剪切速率的校核1）計算澆口的當量半徑。由于面積相等可得，由此矩形澆口的當量半徑。2）校核澆口的剪切速率①確定注射時間：查表4-8，可取t=0.7s；②計算澆口的體積流量：。③計算澆口的剪切速率：由式（4-20）可得：該矩形側(cè)澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率～之間，所以，澆口的剪切速率校核合格。1.3.4校核主流道的剪切速率上面分別求出了塑件的體積、主流道的體積、分流道的體積（澆口的體積太小可以忽略不計）以及主流道的當量半徑，這樣可以校核主流道熔體的剪切速率。（1）計算主流道的體積流量（2）計算主流道的剪切速率主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率～之間，所以，主流道的剪切速率校核合格。1.3.5冷料穴的設(shè)計及計算冷料穴位于主流道正對面的動模板上，其作用主要是收集熔體前鋒的冷料，防止冷料進入模具型腔而影響制品的表面質(zhì)量。本設(shè)計僅有主流道冷料穴。由于該塑件表面要求沒有印痕，采用脫模板推出塑件，故采用與球頭形拉料桿匹配的冷料穴。開模時，利用凝料對球頭的包緊力使凝料從主流道襯套中脫出。成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算2.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1.1凹模的結(jié)構(gòu)設(shè)計凹模是成型制品的外表面的成型零件。按凹模結(jié)構(gòu)的不同可將其分為整體式、整體嵌入式、組合式和鑲拼式四種。根據(jù)對塑件的結(jié)構(gòu)分析，本設(shè)計采用整體嵌入式凹模。如圖2-1所示。圖2-1凹模2.1.2凸模的結(jié)構(gòu)設(shè)計（型芯）凸模是成型塑件內(nèi)表面的成型零件，通?？梢苑譃檎w式和組合式兩種類型。通過對塑件的結(jié)構(gòu)分析，選用整體式凸模。如圖2-2所示。圖2-2凸模2.2成型零件鋼材的選用根據(jù)對成型塑件的綜合分析，該塑件的成型塑件要有足夠的剛度、強度、耐磨性及良好的抗疲勞性能，同時考慮它的機械加工性能和拋光性能。又因為該塑件是大批量生產(chǎn)，所以構(gòu)成腔的嵌入式凹模鋼材選用T8A。2.3成型零件工作尺寸的計算表2-1公差數(shù)值表[5.9-11]基本尺寸精度等級公差數(shù)值-----表2-2精度尺寸的選用[2-3、5]類別塑件種類建議采用的精度等級高精度一般精度低精度PP23根椐塑件的要求，由以上兩表可查得：該塑件可按精度等級為級精度選取。此產(chǎn)品采用3級精度，屬于一般精度制品。因此，凸凹模徑向尺寸、高度尺寸及深度尺寸的制造與作用修正系數(shù)取值可在0.5～0.8的范圍之間，凸凹模各處工作尺寸的制造公差，因一般機械加工的型腔和型芯的制造公差可達到IT7～IT8級，綜合參考，相關(guān)計算具體如下：———凹模徑向尺寸（mm）-——-塑件徑向基本尺寸（mm）--——塑料的平均收縮率（％）———塑件公差值（mm）———凹模制造公差（mm）（1）凹模徑向尺寸的計算由：LS=35mm查表得：Δ=0.18mm式中，是塑件的平均收縮率，查表2-1可得PP的收縮率為～，所以其平均收縮率；、是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.8之間，此處??；是塑件上的相應(yīng)尺寸的公差（下同），是塑件上相應(yīng)尺寸制造公差，對于中小型塑件取（下同）。（2）凹模深度尺寸的計算————凹模深度尺寸（mm）————凹模深度制造公差（mm）由：HS=3.5mm查表得：Δ=0.08mm式中，是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.7之間，此處取。（3）型芯徑向尺寸的計算————型芯徑向尺寸（mm）————型芯徑向制造公差（mm）由：LS=32mm查表得：Δ=0.18mm式中，是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.7之間，此處取。（4）型芯高度尺寸的計算————型芯高度尺寸（mm）————型芯高度制造公差（mm）由：HＳ=2mm查表得：Δ=0.08mm式中，是系數(shù)，查表4-15可知一般在0.5～0.7之間，此處取。2.4成型零件尺寸及動模墊板厚度的計算（1）凹模側(cè)壁厚度的計算凹模側(cè)壁厚度與型腔內(nèi)壓強及凹模的深度有關(guān)，根據(jù)型腔的布置，模架初選100mm×125mm的標準模架，其厚度根據(jù)表4-19中的剛度公式計算。式中，p是型腔壓力（Mpa）；E是材料彈性模量（Mpa）；h=W，W是影響變形的最大尺寸，而h=45mm；是模具剛度計算許用變形量。根據(jù)注射塑料品種。式中，。凹模側(cè)壁是采用嵌件，為結(jié)構(gòu)緊湊，這里凹模嵌件單邊厚選30mm。由于型腔采用直線、對稱結(jié)構(gòu)布置，故兩個型腔之間壁厚滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計就可以了。型腔與模具周邊的距離由模板的外形尺寸來確定，根據(jù)估算模板平面尺寸選用100mm×125mm，它比型腔布置的尺寸大的多，所以完全滿足強度和剛度的要求。(2)動模墊板厚度的計算動模墊板厚度和所選模架的兩個墊塊之間的跨度有關(guān)，根據(jù)前面的型腔布置，模架應(yīng)選在100mm×125mm這個范圍之內(nèi)，墊塊之間的跨度大約為100-20-20=60mm。那么，根據(jù)型腔布置及型芯對動模墊板的壓力就可以計算得到動模墊板的厚度，即式中，是動模墊板剛度計算的需用變形量，；L是兩個墊塊之間的距離，約264mm；為動模墊板的長度，取450mm；A是型芯投影到動模墊板上的面積。單件型芯所受壓力的面積為四個個型芯的面積對于此動模墊板計算尺寸相對于小型模具來說還可以再小一些，可以增加2根支撐柱來進行支撐，故可以近似得到動模墊板的厚度故動模墊板可按照標準厚度取22mm。2.5模架的確定根據(jù)模具型腔布局的中心距和凹模嵌件的尺寸可以算出凹模嵌件所占的平面尺寸為？？？×？？？mm，又考慮凹模最小壁厚，導柱、導套的布置等，再同時參考4.12.4節(jié)中小型標準模架的選型經(jīng)驗公式和表4-38，可確定選用模架序號為1號（W×L=100mm×125mm）,模架結(jié)構(gòu)為A3型。2.5.1各模板尺寸的確定1）A板尺寸。A板是定模型腔板，塑件高度為3.5mm，凹模嵌件深度60mm，又考慮在模板上還要開設(shè)冷卻水道，還需留出足夠距離，故A板厚度取40mm。2）B板尺寸。B板是型芯固定板，按模架標準板厚取20mm.3)C板（墊塊）尺寸。墊塊=推出行程+推板厚度+推桿固定板厚度+（5～10）mm=(？+？+？+5～10)=？～？mm，初步選定C為40mm。經(jīng)上述尺寸計算，模架尺寸已經(jīng)確定為模架序列號為12號，板面為100mm×125mm，模架形式為A3型的標準模架。其外形尺寸：寬×長×高=100mm×125mm×144.5mm，如圖下圖所示。圖所選A3型模架結(jié)構(gòu)2.5.2模架各尺寸的校核根據(jù)所選注射機來校核模具設(shè)計尺寸。1）模具平面尺寸為100mm×125mm＜235mm×235mm（拉桿間距），校核合格。2）模具高度尺寸144.5mm，60mm＜144.5mm＜180mm（模具的最大厚度和最小厚度），校核合格。3）模具的開模行程S=H1（5～10）mm=16+20+（5～10）mm=41～46mm＜160mm（開模行程），校核合格。2.6排氣槽的設(shè)計該塑件由于采用側(cè)澆口進料，熔體經(jīng)塑件下方的臺階及中間的肋板充滿型腔，其間隙配合可作為氣體排出的方式，不會在頂部產(chǎn)生憋氣的現(xiàn)象。同時，底面的氣體會沿著分型面和型芯與脫模板之間的間隙向外排出。2.7脫模推出機構(gòu)的設(shè)計2.7.1推出方式的確定本塑件底面采用脫模板推出方式。脫模板推出時為了減少脫模板與型芯的摩擦，設(shè)計中在用脫模板與型芯之間留出模板0.2mm的間隙，并采用錐面配合，如圖所示，可以防止脫模板因為偏心而產(chǎn)生溢料，同時避免了脫模板與型芯之間產(chǎn)生摩擦。2.7.2脫模力的計算型芯脫模力因為，所以，此處視塑件為薄壁塑件，根據(jù)式（4-24）脫模力為式中，F(xiàn)是脫模力（N）；E是塑料的彈性模量（Mpa），查表4-24；S是塑料成型的平均收縮率（%），查表4-24；t是塑件壁厚（mm）；L是被包型芯的長度（mm）；μ是塑料的泊松比（查表4-24）；是脫模斜度（°）；f是塑料與鋼材之間的摩擦因數(shù)，查表4-24；r是型芯的半徑（mm）；A是塑件在與開模方向垂直的平面上的投影面積（mm2），當塑件底部有通孔時，A項視為零。2.7.3校核推出機構(gòu)作用在塑件上的單位壓應(yīng)力（1）推出面積（2）推出應(yīng)力＜（抗壓強度）合格2.8冷卻系統(tǒng)的設(shè)計冷卻系統(tǒng)的計算很麻煩，在此只進行簡單的計算。設(shè)計時忽略模具因空氣對流、輻射以及與注射機接觸所散發(fā)的熱量，按單位時間內(nèi)塑料熔體凝固時所放出的熱量應(yīng)等于冷卻水所帶走的熱量。2.8.1冷卻介質(zhì)PP屬于低黏度材料，其成型溫度及模具溫度分別為220℃和40℃～80℃。所以，模具溫度初步選定50℃，用常溫水對模具進行冷卻。2.8.2冷卻系統(tǒng)的簡單計算（1）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體總質(zhì)量W1）塑料制品的體積2）塑料制品的質(zhì)量3）塑件壁厚為1.5mm，可查表4-34得=8s，取注射時間=0.7s，脫模時間=8s，則注塑周期：t=++=8+0.7+8=16.7s。由此得每小時注射次數(shù)：N=(3600/16.7)次=215次。4）單位時間內(nèi)注入模具中的塑料熔體的總質(zhì)量：