塑件材料與工藝分析本章主要是講解塑料材料的特性、加工工藝標準以及塑件的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)等信息，為下文設(shè)計模具奠定一定的理論基礎(chǔ)。本次模具設(shè)計所選的材料是丙烯腈-丁二-苯乙烯共聚物，為方便論述后文統(tǒng)稱為ABS。2.1ABS材料的介紹Abs是一種強度高、韌性好、易加工成型的熱塑性高分子結(jié)構(gòu)材料，具有高光澤度，制造出來的制品可以是五顏六色的，其密度在1.02-1.05g/cm范圍內(nèi)，處于低溫時也不易凝固。Abs的機械強度、耐磨性、耐油型等性能比較良好，其化學和電器性能都比較穩(wěn)定。Abs塑料通常被用來制造管道、軸承、把手、齒輪和儀器盤等機械工業(yè)產(chǎn)品。但其在日常生活產(chǎn)品中的使用范圍也比較廣，通常被用來制造電器零件、玩具、文教用品、紡織器材或者食品包裝容器等。2.2ABS材料成型的特點Abs材料的內(nèi)部溫度越高，其粘性就越強通常很難成型，這就需要在塑件脫模上增加一個合適的斜度幫助其堆積成型。Ads的吸水性很強，加工前要進行干擾預(yù)處理。在澆注時很容易產(chǎn)生熔接痕，所以在澆注時要盡可能的減少塑料流動受到的阻力。在正常情況下，abs的特性對壁厚和收縮率等因素不會產(chǎn)生影響。當塑件的制作精度要求比較高時，模具的溫度在50.60℃最佳。當塑件對光澤度和耐熱性要求比較高時，模具的溫度在60.80℃最佳。2.3ABS材料工藝參數(shù)采用螺旋式的注射方式來注射abs材料，螺桿的轉(zhuǎn)速要控制在30-60r/min范圍內(nèi)。注射噴嘴的類型選擇的是直通式，噴嘴所能承受的最高溫度在180-190℃內(nèi)，注射料筒的前端、中端和末端的溫度維持在180-210℃之間，其中中端的溫度最高、末端的溫度最低、前端溫度居中。模具內(nèi)部溫度要維持在50-70℃之間，注射時間大約在3-5秒內(nèi)，注射完畢需要冷卻15s左右，塑件的成型大約需要50s左右。2.4塑料制件的結(jié)構(gòu)工藝性本次設(shè)計的塑料制件對其尺寸大小和機械性能的要求比較高，詳情遙控器后蓋制件結(jié)構(gòu)圖參見圖2-1.要求表面平整光滑沒有溶接痕，盡可能的減少云紋?？s孔和凹痕等現(xiàn)象。該制件大小適中精度要求一般。本次設(shè)計要求壁厚和兩側(cè)要盡量保持均勻，在滿足塑件性能的前提下要盡可能的縮小壁的厚度。圖2.1產(chǎn)品圖正面圖2.2產(chǎn)品圖背面3確定成型工藝3.1制件成型方法通常制造熱塑性的塑料制件在澆注塑料時都會采用注射的方式，本次選擇的abs是熱塑性材料可以注射成型。3.2制件的成型參數(shù)按照制成品的結(jié)構(gòu)和選定原料abs的特點，制成的塑料工藝參數(shù)大致如下：abs的密度是1.02.1.05g/cm3之間，計算收縮率是0.5%，模具溫度是50.60℃，注射壓力是60.100MPa，本次設(shè)計選擇的是柱塞式注射機。表3.1ＡＢＳ主要技術(shù)指標和工藝參數(shù)料筒溫度噴嘴溫度/℃模具溫度/℃注射壓力/MPa注射機類型后/℃中/℃前/℃180～19050～7070～90螺桿式150～170180～190200～210成型時間螺桿轉(zhuǎn)數(shù)（r/min）注射時間/s保壓時間/s冷卻時間/s成型周期/s3～55～155～1515～4030～60后處理備注方法溫度/℃時間/h紅外線烤箱700.3～1原材料應(yīng)干燥0.5h以上3.3確定型腔數(shù)目3.3.1計算制品的體積和重量通過CAD制圖軟件計算得出該塑料之間的投影面積大約是2654.809㎜2。體積約為6533.47㎜3。由于abs材料的密度在1.02-1.05g/cm內(nèi)，根據(jù)計算質(zhì)量公式可得其質(zhì)量大約是6.76g。3.3.2確定型腔數(shù)由于本次產(chǎn)品的設(shè)計需要滿足大批量生產(chǎn)的需求，而且結(jié)構(gòu)相對比較復雜，所以選擇的型腔模具有兩個塑料進腔。選擇一模兩腔的原因是這種類型的模具在制造塑料制品的過程中很容易掌握塑件的形狀和尺寸大小，而且這種模具的制造成本和制造周期都很低，這些優(yōu)點使其完全符合本次設(shè)計產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)需求，所以選擇這種類型的模具來制造本次設(shè)計的產(chǎn)品。3.4塑件在模具中的位置3.4.1型腔的布置圖3.1型腔布局圖型腔的布置分為單腔體模具和多腔體模具，而根據(jù)遙控器后蓋的結(jié)構(gòu)特點、精度要求多方面考慮，最終決定采用一模兩腔。圖3.1所示的是本次設(shè)計的一模兩腔模具內(nèi)的型腔布局圖。3.4.2分型面的選擇由于模具中的塑件結(jié)構(gòu)公益性、尺寸精度、塑件排氣推出以及成型位置等因素都會影響分型面的選擇，綜合以上各種影響因素得出在設(shè)計分型面時要符合以下幾種標準：首先塑件的分型面要設(shè)計在塑件最大的外形輪廓處以確保塑件在成形后能自動脫模。其次塑件的外觀、質(zhì)量和精度要符合本次設(shè)計的標準。最后設(shè)計的模具要方便制造而且要很容易排出型腔內(nèi)多余的空氣。除上述標準之外，還要確保型腔投影面積的大小符合設(shè)計標準。為順利完成型腔抽芯需要在抽芯的方向設(shè)計一道淺短的側(cè)向凹孔或凸臺。開模方向上的凹孔或凸臺要設(shè)計的深長一些。綜合以上設(shè)計原則和塑件結(jié)構(gòu)等因素來考慮，本次設(shè)計的塑件分型面選擇的是外形最大輪廓處，詳細參見圖3.2。圖3.2分型線4澆注系統(tǒng)的設(shè)計澆注系統(tǒng)是將加熱塑化的材料均勻且快速的澆注進型腔中，并及時輔助腔體進行排氣，然后在型腔內(nèi)各部分注射壓力使得制品的組織更加緊密，該系統(tǒng)主要是有主流道、分流道、澆口穴和冷料穴四部分構(gòu)成。4.1確定澆口形式及位置本次設(shè)計選擇的的是側(cè)澆口澆注系統(tǒng)，該系統(tǒng)的各項參數(shù)參見圖4-1.本模具的流道選擇平衡式分流道分布，即布置長度形狀以及截面尺寸相同的分流道與主流道連接在一起。該方式可以降低進料口收縮時對齒輪精度產(chǎn)生的影響，塑件的外觀也不會受到進料口設(shè)置的影響。圖4.1側(cè)澆口澆注系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置4.2流道、澆口套、定位圈的設(shè)計注射機和噴紙之間通過主流道連接在一起，主流道的設(shè)計一般會和噴嘴保持在同一水平高度，主流道是圓形截面帶一點錐度。首先d表示的是注射機噴嘴的直徑一般取值是3.5mm，其次主流道斜度α=2°～4，一般取值是2°，然后分流道直徑一般是4mm，澆口套弧面r的取值為11mm，最后分流道設(shè)計要短，其長度根據(jù)實際情況來判斷最少要大于8mm，分流道的長度不能大于24mm。本次設(shè)計所選的澆口套材料是t10a，這種材料加熱以后其硬度可以維持在50-55hrc范圍內(nèi)。澆口套和定模之間的過渡是通過H7/m6來連接的，而澆口套和定位器之間的間隙是通過H9/f9來連接的，澆口套在受到外界壓力的作用下會產(chǎn)生軸向的移動，為防止?jié)部谔鬃孕幸苿右话銜x擇兩顆m5*20mm的螺釘將其固定住。圖4-2和4-3分別所示的是本次設(shè)計的澆口套和定位器結(jié)構(gòu)圖。圖4.2澆口套圖4.3定位圈4.3冷料穴設(shè)計噴嘴和低溫模型接觸時會保留一小段冷卻在噴嘴前端，如果分流道過長，前端塑料長時間在低溫狀態(tài)下的模具流動時很容易產(chǎn)生冷接縫，分流道就會出現(xiàn)堵塞，其他的塑料就很難進入型腔。為了解決以上問題通常會在澆口出設(shè)置一個冷料穴。冷料穴的作用是保存冷卻后的塑料。在開模后冷料能在主流道和分流道中暢通流入型腔中。冷料穴通常會設(shè)置在主流道的動模板或分流道的末端，其負責存儲澆注系統(tǒng)流道內(nèi)冷卻的塑料，防止這些塑料入型腔后對塑件的質(zhì)量產(chǎn)生不好的影響。還能方便從冷料穴出拉出主流道中的塑料，為方便模具開模時能輕松的從主流道中抽出冷凝料，冷凝穴的直徑一般要比主流道的直徑要大上許多，長度與主流道直徑相當就行。當冷料在分流道停留時間過長時，可以將前端塑料向前推進值冷料穴中以便保存，分流道的冷料穴長度應(yīng)該是分流道直徑的1.5-2倍為最佳。圖4.4所示的是本模具使用的z形拉料桿。圖4.4z形拉料桿本模具澆注系統(tǒng)如圖4.5所示：圖4.5澆注系統(tǒng)示意圖5成型零部件的設(shè)計5.1成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計成型零部件是指在模具中，尺寸大小和形狀已經(jīng)定性的塑料制件。其主要分為五部分，首先是凹模和型芯，其次是成型桿和成型環(huán)，最后是鑲塊。成型零部件按照結(jié)構(gòu)可以微分整體式和組合式兩大類。整體式凹模是對整塊金屬板模塊加工處理得到的，其優(yōu)點在于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與塑件之間不會出現(xiàn)拼接。但其型腔制造工藝比較復雜，不便進行熱處理，通常用于加工簡單的中小型模具。組合式凹模指的是兩個或以上零部件拼接成的型腔，按照組合方式的不同，通常可以分為五種方式，即：整體嵌入、局部鑲嵌、底部鑲拼、側(cè)壁鑲拼和四壁拼合五種方式。實際應(yīng)用中大多會選擇整體嵌入的方式，組合型腔的模具在制造小型塑件時，先將型腔通過機械加工、電加工等處理后，再將其導入模板，這樣的加工生產(chǎn)出來的型腔形狀和尺寸大小都能保持一直，而且各型腔拆裝簡單，生產(chǎn)的效率也比較高。5.1.1型腔結(jié)構(gòu)設(shè)計型腔是塑件成型前的外表面零件，由于本次設(shè)計的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)比較簡單，綜合考慮選擇的型腔的形式是整體嵌入式，這種形式能節(jié)約原材料，導入模塊后的強度和硬度都能達到標準，使用和置換都比較方便。本次設(shè)計用4個m8螺釘將型腔固定在定模板上，詳情參見圖5.1。圖5.1型腔5.1.2設(shè)計型芯結(jié)構(gòu)型芯指的是塑件未成型時的內(nèi)部零件。因為本次設(shè)計的產(chǎn)品是塑料后蓋，所以各型芯的結(jié)構(gòu)有所不同。本次設(shè)計用4個m8螺釘將型芯固定在動模板上，詳情參見圖5.2.圖5.2型芯5.2計算成型各工作部件的尺寸Abs材料的收縮率在0.3-0.8%范圍內(nèi)，平均收縮率是0.55%型腔內(nèi)各部分計算尺寸的公式為計算型腔徑向尺寸大小的表達式為：計算型腔深度尺寸大小的表達式為：計算型芯徑向尺寸大小的表達式為：計算型芯高度的表達式為：計算中心距尺寸大小的表達式為以上表達式中，塑件外形徑向的最大尺寸用L來表示，塑件內(nèi)徑向最小尺寸用l來表示。塑件最大外形高度用H來表示，塑件內(nèi)徑最小尺寸用h來表示，塑件中心距用c來表示。修正系數(shù)用x來表示一般在0.5-0.75之間取值，塑料公差用△來表示，模具制造公差用來表示，取值1/3-1/4△之間分別將計算各工作部件尺寸的大小對比設(shè)計圖紙上規(guī)定的尺寸，檢查制造成品是否合格。一般工作部件的尺寸在小于等于1mm并存在0.05mm的公差或小于等于2mm存在0.1mm公差的不問在計算時不用考慮其收縮率的大小。5.3成型零部件的強度與剛度計算本次設(shè)計選擇的型芯是整體鑲嵌式，型腔是整體鑲嵌式，為得是便于進行熱處理和加工。按型腔的整體式倆計算型腔的強度和剛度，由于很難計算型腔的壁厚，所以本次選擇參考推薦數(shù)據(jù)來決定壁厚。5.3.1強度、剛度計算[δ]〈tS=1.4×0.8%=0.0112上式中塑件脫模時型腔最大彈性變量用[δ]來表示，塑件壁厚度用t來表示，塑件的收縮率用s來表示。5.3.2型腔的側(cè)壁和底板厚度的計算計算組合式型腔側(cè)壁厚度的大小小型模具的型腔在被放大時其內(nèi)應(yīng)力會超出模具材料的強度范圍，根據(jù)材料的強度大小來決定側(cè)壁的厚度δmax=pHl4/32Ehs3s=12.7mm當最大變形量δmax≤[δ]，則按照剛度計算公式算的厚度為：s=s=25mm（2）組合式矩形型腔底板厚度的計算按照強度計算公式算的底板厚度大小為：h=上式中h代表的是矩形底板的厚度，B代表的是底板總寬度，L代表的是雙支腳間距，型腔塑料溶體壓力用p來表示，模具材料的許用應(yīng)力用[σ]來表示，h值不能低于25mm。6結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計6.1選用標準注射模架6.1.1初選注射機1）注射量：假設(shè)塑件質(zhì)量m=6.76g，按照澆注系統(tǒng)尺寸大小求得塑件的體積大小是：V=1.279大致算得澆注系統(tǒng)的總質(zhì)量1.279×1.051.34g那么計算塑件的總體積V塑件=（6.533×2+1.279）=14.345計算塑件的總重量M=14.345×1.05=15.062g已知聚苯乙烯的密度是1.054g/cm3，abs材料的密度在1.02-1.05g/cm3范圍內(nèi)，那么注射量需要滿足：V機≥V塑件/0.80上式中額定注射量用v來表示，塑件和澆注系統(tǒng)凝料體積用V塑來表示=17.931計算得出的結(jié)果達到了注射量M機≥M塑件的標準上式中額定注射量用M機來表示，塑件和澆注系統(tǒng)總質(zhì)量用M塑件來表示，聚苯乙烯的密度用來表示，塑件材料的密度用來表示。g2）注射壓力：P注≥P成型經(jīng)查閱資料得知abs材料成型所需的注射壓力為P成型=70～90MPa3）鎖模力：P鎖模力≥pF上式中型腔內(nèi)塑料成型所需的壓力用p來表示，已知abs塑料成型的壓力p=30mpa，塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上投影面積綜合用F來表示。分別求得各型腔和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積，即：F=5309.618PF=30×5309.618=159.289KN通過以上計算結(jié)果最終決定選擇型號為XS.Z.30的注射機,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：理論注射容量是30cm3，螺桿直徑是48mm，注射壓力是319mpa，注射行程是330mm，注射方式是注塞式，鎖模力是650kn，拉桿內(nèi)向距是550mm，移模行程是200mm，最大模具后斗是580mm，最小模具厚度是360mm，噴嘴圓弧半徑是12mm，噴嘴孔直徑是3.5mm，最大開合模行程是160mm，動定模尺寸是630*580mm，拉桿空間是435mm。6.1.2選標準模架根據(jù)以上分析、計算以及型腔尺寸及位置可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格。上圖中定模板的厚度是60mm，動模板的厚度是80mm，墊塊厚度是90mm，模具厚度是281mm，模具外形尺寸是300*400*281mm。6.2合模導向機構(gòu)的設(shè)計設(shè)計導向機構(gòu)是，其導柱長度至少要比凸模斷面的高度多出8-12mm，本次設(shè)計去中間值10mm，其目的在于避免型芯率先流入型腔內(nèi)。所以導柱的前端要設(shè)計成錐形，這樣能確保先于型芯流入型腔。本次設(shè)計選擇用suj2鋼來制造導柱，該鋼材的硬度可達到59-61hrc。此外，模具邊緣到導柱中心的距離不能小于導柱直徑的1-1.5倍。本次距離選擇為1倍。圖6.2和6.4所示的是其他參數(shù)值。導柱固定端和導向部分與模板之間的過渡配合分別使用的是Ｈ7／ｋ6和Ｈ7／ｆ7。其他參數(shù)可查看模架結(jié)構(gòu)示意圖。圖6.3導柱圖6.4導套7推出機構(gòu)的設(shè)計推出機構(gòu)是當塑件冷卻成型后將塑件推出模具的裝置。主要是依靠注射機上的頂針和液壓缸提供的壓力來實現(xiàn)推出操作的。推出結(jié)構(gòu)通常用推出、復位和導向三個部件組成。本次設(shè)計模具中選擇的推出機構(gòu)采用的是頂針和斜頂頂出兩種方式。圖7.1所示的是頂出方式和位置示意圖。圖7.1頂出方式和位置示意圖8抽芯機構(gòu)設(shè)計抽芯機構(gòu)是將型芯抽離至與塑件脫模較遠位置的裝置，抽芯距是移動型芯時經(jīng)過的距離。通常情況下，安全的抽芯距離是在脫模行程距離的基礎(chǔ)上加上1.5-3mm。本次測試得到最大脫模行程是3mm，處于安全考慮本次抽芯距L=5mm。斜頂內(nèi)抽芯機構(gòu)：通常用來抽芯內(nèi)側(cè)的凹凸結(jié)構(gòu)，一般能用斜頂就不用內(nèi)行。其原理是分解頂出運動變成側(cè)向抽芯運動。本次設(shè)計的零件的抽芯機構(gòu)如圖8.1所示。圖8.1抽芯機構(gòu)9溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計在模具設(shè)計中冷卻系統(tǒng)的設(shè)計是非常關(guān)鍵的一環(huán)，成品的質(zhì)量受冷卻水道的影響非常大，成品的形狀和壁厚由冷卻水道的位置來決定。理論上來說冷卻水道應(yīng)該是幫助塑料在模型上更好的進行熱傳導。按照設(shè)計原則來看，應(yīng)該在成品周圍均勻的設(shè)置一圈冷卻水道。設(shè)計冷卻水道需要注意以下幾點：第一，設(shè)計冷卻系統(tǒng)時要考慮模具的結(jié)構(gòu)形式。第二，根據(jù)模具的大小來決定冷卻面積的大小。第三，避開塑件熔接痕的位置。第四，水孔力型腔的距離應(yīng)保持在10.25mm之間。第五，保持水孔管道暢通。第六，水管接頭的位置不能影響其他的操作。第七，水孔管理最好遠離型腔塑料熔接處，否則會對塑件的強度產(chǎn)生影響。圖9.1所示的是本模具的冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。圖9.1冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖10排氣系統(tǒng)設(shè)計在注塑過程中，熔體將取代型腔中的氣體，如果氣體排出不及時，將會造成熔體充填困難，造成注射量不足而不能充滿型腔。排除不暢的氣體會在型腔內(nèi)形成高壓，并在一定的壓縮程度下滲入塑料內(nèi)部，造成氣孔、空洞，組織疏松、銀紋等質(zhì)量缺陷。而日常生產(chǎn)加工中常見的排氣方式有以下幾種。利用排氣槽。利用型芯、鑲件、推甘等的配合間隙；利用分型面上的間隙。對于大中型、深型腔塑件為了防止塑件在頂出時造成真空而變形，需設(shè)進氣裝置。本次設(shè)計的模具不是大型模具，并且分型面位于熔體流動末端，可直接利用分型面間隙排氣，不必專門設(shè)置排氣槽和進氣槽11注塑機參數(shù)校核11.1校核注塑機內(nèi)各項參數(shù)數(shù)據(jù)本次設(shè)計是根據(jù)最大注射量、鎖模力、注射壓力以及模具厚度等技術(shù)參數(shù)為參照來選擇的注射機和模架，所以本章節(jié)不用校核這四種技術(shù)參數(shù)。11.2校核開模行程計算注射機最大開模行程s的表達式為：S≥h件+h澆+（5～10）=90<160上式中，塑件制品的高度用h件來表示，澆注系統(tǒng)的高度用h澆來表示，分析計算結(jié)果得出本次開模行程符合設(shè)計標準。11.3校核模具與注射器安裝零部件的尺寸大小由于注射機的拉桿空間要大于標準模架的外形尺寸，所以需要用壓板來固定模具，本次選擇的注射機各項技術(shù)參數(shù)符合設(shè)計的標準?？偨Y(jié)本次設(shè)計的基于NX遙控器后蓋的注塑模設(shè)計，從設(shè)計之初開始查閱各種有關(guān)注塑模具的書籍資料做準備，到后來指導老師指引設(shè)計方向和步驟，再到開始著手設(shè)計，最后完成本次設(shè)計，歷時四個月。主要完成了：一、零件的結(jié)構(gòu)特點和工藝性分析；二、注塑零件加工材料ABS的工藝參數(shù)及特性分析；三、設(shè)計成型工藝并確定型腔數(shù)目；四、澆注系統(tǒng)設(shè)計及溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計；四、成型部件的計算以及標準件的選擇；五、進行三維建模和二維圖紙的繪制本次設(shè)計的注塑模的工作原理是：在開模過程中，動模后移，塑件在型芯上跟著一起運動，運動到頂桿和推板接觸時，推桿開始將塑件向外頂出。合模時，復位機構(gòu)使推桿以及推桿連接部分回到起始位置。參考文獻朱鑫,朱榮華,劉帥,林雙.空調(diào)遙控器外殼注塑模設(shè)計[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2016(23).沈言錦.手機充電器外殼注塑模設(shè)計[J].工程塑料應(yīng)用,2017.吳小飛.掃地機器人底座注塑模具設(shè)計[J].機電信息,2022(04):48-50..查五生,彭必友.沖壓與塑料模具設(shè)計指導[M].重慶大學出版社:材料成型及控制工程專業(yè)本科系列規(guī)劃教材,201608.266.劉穎．注塑模具設(shè)計與制