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1 一 塑件工藝特性 1 塑件所使用的材料的種類及工藝特性的分析 ABS 樹脂是丙烯腈 A 丁二烯 B 和苯乙烯 S 三種單體的共聚物 具有良好的力學(xué)性 能和加工性能 阻燃劑熱穩(wěn)定性好 耐滲出 耐熱分解 2 塑件的成型特點分析 ABS 材料具有吸濕性 要求在加工之前進(jìn)行干燥處理 建議干燥條件 為 80 90C 下最少干 燥 2 小時 材料溫度應(yīng)保證小于 0 1 熔化溫度 210 280C 建議溫度 245C 模具溫度 25 70C 模具溫度將影響塑件光潔度 溫度較低則導(dǎo)致光潔度較低 ABS 的特性主要取決于 三種單體的比率以及兩相 中的分子結(jié)構(gòu) 這就可以在產(chǎn)品設(shè)計上具有很大的靈活性 并且由此產(chǎn) 生了市場 上百種不同品質(zhì)的 ABS 材料 這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性 例如從中等 到 高等的抗沖擊性 從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等 3 塑件結(jié)構(gòu)分析 從塑件外型看 總體為一個方形殼體零件 表面有斜面 并帶圓弧表面 中心有孔和有側(cè)孔 的結(jié)構(gòu)簡單零件 二 塑件的體積與質(zhì)量的計算 該產(chǎn)品材料為 ABS 查資料得知其密度為 1 02 1 05 g cm 3 收縮率為 0 3 0 8 利用 PRO E 計算得塑件的體積 V 4 894cm3 塑件質(zhì)量 M V 1 03g cm 3 4 894cm3 5 041g 三 注塑機(jī)的確定 根據(jù)原材料和塑料制件的各種參數(shù) 選定注射機(jī)的型號為 XS Z 60 其有關(guān)參數(shù)如下 參 照教材表 4 2 注塑機(jī)的最大注塑量 60cm 3 螺桿直徑 38mm 2 注射壓力 122MPa 注射行程 170mm 注射方式 注塞式 鎖模力 500KN 最大成型面積 130 cm 3 最大開合模行程 180cm 最大模厚 200mm 最小模厚 70mm 噴嘴圓弧半徑 R12mm 噴嘴孔直徑 4mm 注塑機(jī)拉桿空間 190 300 mm mm 動 定模固定尺寸 330 440 mm mm 四 注射模設(shè)計 1 型腔的確定 該塑料結(jié)構(gòu)簡單 為了使模具與注射機(jī)的生產(chǎn)能力想匹配 提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)性 采 用的是一模兩腔 2 分型面的選擇 分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素 它的設(shè)計要綜合地考慮各方面的因數(shù) 因為 本塑件結(jié)構(gòu)較簡單 需內(nèi)側(cè)向抽芯 選擇下圖水平分型方式降低了模具的復(fù)雜程度 又便 于成型后脫模 因此將塑件的分型面設(shè)計如下 圖 1 3 3 澆注系統(tǒng) 1 主流道的設(shè)計 查資料得 XS Z 60 型注射機(jī)噴嘴有關(guān)尺寸為 噴嘴孔直徑為 d1 4mm 主流道球面 半徑為 R1 12mm 球面配合高度為 3 5mm 取其平均值 4mm 主流到錐角為 2 6 度 取 3 度 模具主流道球面半徑 R R1 1 2 mm 為 11mm 及小端直徑 d d1 1mm 為 5mm 經(jīng) 換算取得主流道下端直徑 D 7mm 為了使溶料順利進(jìn)入分流道可在主流道出料端設(shè)半徑 為 r 1mm 的圓弧過渡 采用 T8A 制造 淬火硬度 50HRC 表面粗糙度值小于 0 8 m 2 分流道的設(shè)計 分流道的形狀及尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的體積 壁厚 形狀的復(fù)雜程度 注射速率 分流道長度 等因素來確定 本塑件的形狀不算太復(fù)雜 熔料填充比較容易 根據(jù)一模一腔的方式可知 分流道的長度不算太長 2 澆口的設(shè)計 根據(jù)塑件的成型要求及塑件的形狀 選用側(cè)澆口較為理想澆口 澆注系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 圖 2 4 成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 1 凹模 塑件結(jié)構(gòu)簡單 故采用整體式凹模結(jié)構(gòu) 如下圖 4 圖 3 2 凸模采用鑲拼式結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如圖 圖 4 5 成型零件工作尺寸部分尺寸計算 由上面得知 零件材料為 ABS 其收縮率 S 為 0 3 0 8 取 S 0 5 產(chǎn)品為馬達(dá) 蓋 外表面要求高 故取其精度為 4 級 根據(jù)零件個尺寸查教材表 3 9 得 1 0 38mm 2 0 32mm 3 0 20mm 4 0 18mm 5 0 12mm 故型腔 型芯的計算步驟如下 1 1 3 1 4 1 0 095 0 127 取 1 0 100mm 2 1 3 1 4 2 0 080 0 107 取 2 0 100mm 3 1 3 1 4 3 0 050 0 070 取 3 0 060mm 4 1 3 1 4 4 0 045 0 060 取 4 0 060mm 5 1 3 1 4 5 0 030 0 040 取 5 0 004mm 5 型腔徑向尺寸的計算 Lm1 1 s Ls1 72 360 0 100 Lm2 1 s Ls2 52 260 0 100 Lm3 1 s Ls3 18 090 0 060 Lm4 1 s Ls4 1 0050 0 100 型芯徑向尺寸的計算 L m1 1 s L s1 70 350 0 100 L m2 1 s L s2 50 250 0 100 L m3 1 s L s3 16 080 0 060 L m4 1 s L s4 2 010 0 040 型腔深度 Hm1 1 s Hs1 12 060 0 06 Hm2 1 s Hs2 5 0250 0 04 型芯高度 H m1 1 s H s1 11 0550 0 060 H m2 1 s H s2 5 0250 0 040 6 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計 注射模的導(dǎo)向機(jī)構(gòu)主要有導(dǎo)柱導(dǎo)向和錐面定位兩種類型 導(dǎo)柱導(dǎo)向機(jī)構(gòu)用于動 定模之間開 合模導(dǎo)向和脫模機(jī)構(gòu)的運動反復(fù)系 導(dǎo)柱導(dǎo)向通常由導(dǎo)柱與導(dǎo)套 或孔 的間隙配合組成 并呈 滑動運動的導(dǎo)向機(jī)構(gòu) 主要零件有導(dǎo)柱和導(dǎo)套 7 脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計 注射成型沒一循環(huán)中 塑件必須準(zhǔn)確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出 完成脫出塑件的 裝置稱為脫模機(jī)構(gòu) 也稱頂出機(jī)構(gòu)或脫模裝置 1 脫模力的計算 6 殼體形塑件脫模力通常按薄壁與厚壁兩種類型考慮 薄壁殼體形塑件系指塑件壁厚與其內(nèi)孔直徑之比小于 1 20 即 t D 1 20 的塑件 材料 ABS 的壁厚 t 為 1mm 內(nèi)孔直徑為 70mm 1 70 1 50 1 20 即塑件的脫模力可按公式 Q 2 E tLcos f tg 1 u k1 10B N 計算 式中 Q 脫模力 N E 塑料的拉伸模量 Mpa 塑料成形的平均收縮率 L 被包型芯的長度 mm L 12mm t 塑件的壁厚 mm t 1mm U 塑料的泊松比 脫模斜度 0 f 塑料與鋼材之間的摩擦系 數(shù) B 塑件在與開模方向垂直的平面上投影面積 cm 2 當(dāng)塑件底部上有通孔時 10B 項視為零 k1 有 f 和 決定的無因次數(shù) 可由下式計算 k1 1 fsin cos 查資料得 ABS 塑料的某些性能 取得 E 為 0 89x10 Mpa 為 0 5 u 為 0 47 f 為 0 23 3 計算 k1 為 1 因底部有通孔 所以 10B 項可視為零 即 Q 2 x0 89x10 x0 005x1x12x1x 0 23 0 1 0 47 x1 3 146N 2 脫模結(jié)構(gòu)的設(shè)計 該零件存在有孔 采用內(nèi)側(cè)抽芯 且分型面較為簡單 故采用斜滑塊來完成側(cè)抽芯與推出裝 置 8 模溫調(diào)節(jié)與冷卻系統(tǒng)的設(shè)計 塑料注射模溫度調(diào)節(jié)能力的好壞 直接影響到塑件的質(zhì)量 而且也決定著生產(chǎn)效率的高低 塑件在型腔內(nèi)的冷卻力求做到均勻 快速 以減少塑件的內(nèi)應(yīng)力 使塑件的生產(chǎn)做到優(yōu)質(zhì)高效率 1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的作用 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)在模具中的作用是至關(guān)重要的 尤其對厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑 件來講更為重要 1 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求 質(zhì)量優(yōu)良的塑件應(yīng)滿足以下六方面的要求 即收縮率小 變形小 7 尺寸穩(wěn)定 沖擊強(qiáng)度高 耐應(yīng)力開裂性好和表面粗糙度低 1 低的模溫可以減少塑料制件的成型收縮率 模溫均勻 冷卻時間短 注射速度快一 可以減少塑件的變形 其中均勻一致的模溫尤為重要 但是由于塑件形狀復(fù)雜 壁厚不一樣 充滿順序先后不同 常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況 為了改善這一情況 可將冷卻水先通入模溫 最高的地方 在冷得快的地方通溫水 慢是地方通冷水 使模溫均勻 塑件各部位能同時凝 固 這不僅提高了制品質(zhì)量 也縮短了成型周期 但由于模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜 要先達(dá)到理想的調(diào)溫往 往是困難的 2 對于結(jié)晶型塑料 為了使塑件尺寸穩(wěn)定 應(yīng)該提高模溫 使結(jié)晶在模具內(nèi)盡可能的達(dá)到 平衡 否則塑件在存放和使用過程中由于后結(jié)晶會早晨尺寸和力學(xué)性能的變化 特別是玻璃化溫度 低于室溫的聚烯烴類塑件 但模溫過高對制品性能也會產(chǎn)生不好的影響 3 結(jié)晶型塑料的結(jié)晶度還影響塑件在溶劑中的耐應(yīng)力開裂能力 結(jié)晶度越高 該能力越低 故降 低模溫是有利的 但是對于聚碳酸酯一類的高粘度非結(jié)晶型塑料 耐應(yīng)力開裂能力和塑件的內(nèi)應(yīng)力 關(guān)系很大 堵提高沖模速度 減少補(bǔ)料時間并采用高模溫是有利的 2 模溫對塑件質(zhì)量的影響 熱塑性塑料熔體注入型腔后 釋放大量熱量而凝固 不同的塑料品種 需要模腔維持在某一適當(dāng) 溫度 模溫對塑件質(zhì)量的影響主要表現(xiàn)在如下六個方面 1 改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫 在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應(yīng)的模 溫則其成形性可得到改善 若模溫過低 會降低塑件熔體流動性 使塑件輪廓不清 甚至充模不 滿 模溫過高 會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形 使其形狀和尺寸精度降低 2 成形收縮率 利用模溫調(diào)節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定 能有效減少塑料成型收縮的波動 提高塑件 的合格率 采用允許的的模溫 有利于減少塑料的成形收縮率 從而提高塑件的尺寸精度 并可縮 短成形周期 提高生產(chǎn)率 3 塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大 會使塑件收縮不均勻 導(dǎo)致塑件翹曲變形 尤以壁厚 不均和形狀復(fù)雜的塑件為甚 需采用合適的冷卻回路 確保模溫均勻 消除塑件翹曲變形 4 尺寸穩(wěn)定性 對于結(jié)晶性塑料 使用高模溫有利于結(jié)晶過程的進(jìn)行 避免在存放和使用過程 中 尺寸發(fā)生變形 對于柔性塑料 如聚烯烴等 采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定 5 力學(xué)性能 適當(dāng)?shù)哪?可使塑件力學(xué)性能大為改善 例如 過低模溫 會使塑件內(nèi)應(yīng)力增 大 或產(chǎn)生明顯的熔接痕 對于粘性大的剛性塑料 使用高模溫 可使其應(yīng)力開裂大大的降低 6 外觀質(zhì)量 適當(dāng)提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質(zhì)量 過低模溫會使塑件輪廓不清 產(chǎn)生明顯的銀絲 云紋等缺陷 表面無光澤或粗糙度增加等 8 3 冷卻時間的確定 注射模實質(zhì)是一種熱交換器 確定恰當(dāng)是熱交換 冷卻 時間 是模具設(shè)計者的重要任務(wù) 為此 首先分析影響冷卻時間的因素 影響冷卻時間的因素 1 模具材料 從機(jī)械強(qiáng)度出發(fā) 通常選鋼材為模具材料 如果考慮材料的冷卻效果時 則熱 導(dǎo)率愈高 從熔融塑料吸收熱量愈迅速 冷卻得愈快 2 冷卻介質(zhì)溫度及流動狀態(tài) 一般采用常溫水進(jìn)行冷卻 以冷卻水出 入口溫差小為好 一 般控制在 5 以內(nèi) 冷卻水在通道中的流速 以盡老能高為好 其流動狀態(tài)湍流為佳 即雷諾準(zhǔn)數(shù) 為 Re 10 為宜 因為湍流的熱傳遞效率為層流的 10 20 倍 4 3 模塑材料 塑料的熱性能 對冷卻時間具有重大影響 4 塑件厚度 塑件壁厚越厚 傳熱阻力越大 所需冷卻時間越長 通常冷卻時間與塑件的厚 度平方成正比 5 冷卻回路的布置 成型腔周圍冷卻回路的分布狀態(tài) 即冷卻回路距型腔的距離和通道之間 的間隔 對冷卻時間也有影響 6 模具溫度 系指與塑料接觸的模腔表面溫度 它直接影響到塑料熔體在模腔中的冷卻速度 選擇合適的模溫會縮短成形周期 提高塑件質(zhì)量 減少廢品率 為了滿足塑料對模溫的要求 現(xiàn) 代化生產(chǎn)技術(shù)多采用模具恒溫器 以閉路循環(huán)冷卻介質(zhì)對模溫進(jìn)行控制 在注射過程中 塑件的冷卻時間 通常是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時 止的這一段時間 這一時間標(biāo)準(zhǔn)常以制品已充分固化定型熱切具有一定強(qiáng)度和剛度為準(zhǔn) 這段冷卻 時間一般約占整個注射生產(chǎn)周期的 80 其確定方法有計算法和經(jīng)驗查表法 為了節(jié)省設(shè)計過程的時間 故采用經(jīng)驗查表法來確定冷卻時間 4 冷卻系統(tǒng)的計算 簡單計算步驟如下 1 算單位時間內(nèi)從型腔中散發(fā)出的總熱量 Q 總 Q1 2 計算每次需要的注射量 kg 或 cm 2 3 V nV件 V 澆 2 x4 894 1 3 11 088cm3 確定生產(chǎn)周期 s t t 注 t 冷 t 脫 9 式中 t 為生產(chǎn)總周期 s t 注為注射周期 s t 冷為冷卻周期 s t 脫為脫模周期 s 查資料得 常用熱塑性塑料注射成型的工藝參數(shù) 的 t 90s 求使用的塑料單位熱流量 Qs kJ kg 查表常用塑料熔體的單位熱流量 Q 得 Qs 750KJ kg 求每小時的需要注射的次數(shù) N 3600 t 3600 90 40 求每小時的注射量 kg h W N G 40 x 0 011088 0 44352kg h 求從型腔內(nèi)發(fā)出的總熱量 kJ h Q 總 Q1 N G Qs 0 44352 x 750 332 64 kJ h 以凹模冷卻系統(tǒng)為例求凹模冷卻水的體積流量 m min 3 qv Q凹 60p C1 T 出 T 進(jìn) 式中 p 為水的密度 10 kg m C1為水的比熱容 C1 4 187J kg T 出為水管設(shè)定溫度 3 3 T進(jìn)為水管進(jìn)口設(shè)定溫度 Q 凹為有凹模帶走的熱量 kJ h qv 1080 60 x 10 x 4 187 x 8 5 3 0 0014 m min3 求冷卻水孔的直徑 d mm 查表冷卻水流速與管道直徑的關(guān)系 得 d 6mm 求冷卻水的平均流速 m min 查表冷卻水流速與管道直徑的關(guān)系 得最低流速為 1 66m s 求凹模所需冷水管根數(shù) n L B 8 水管布置如圖 10 9 模體的設(shè)計 模體也稱模架 是注射機(jī)的骨架和基本 模具的每一部分但寄生其中 通過他把模具的每一 部分有機(jī)的聯(lián)系在一起 模架一般由定模座 或叫定模底板 定模固定板 或叫定模板 動模 固定板 或叫型芯固定板 支撐板 或叫動模墊板 墊塊 或叫墊腳 模腳 動模座板 或叫 動模底板 推板 或叫推出底板 推桿固定板 導(dǎo)柱 導(dǎo)套 復(fù)位桿等組成 另外 根據(jù)需要 還有特殊結(jié)構(gòu)的模架 如點澆口模架 帶脫模板的模架 本模具采用 A1 型 315 x 315 標(biāo)準(zhǔn)模架 結(jié)構(gòu)如圖 1 螺釘 2 定模座板 3 凹模板 4 凸模板 5 銷釘 6 螺釘 7 動模座塊 8 軸銷 9 螺釘 10 推板 11 滑座 12 拉料桿 13 復(fù)位桿 14 動模座塊 15 導(dǎo)柱 16 導(dǎo)套 17 冷卻 11 水道 18 滑座固定板 19 螺釘 20 澆口 21 滑塊 I 22 滑塊 II 23 銷釘 10 模具的動作原理 1 塑料的加熱 塑化是在高溫料筒內(nèi)進(jìn)行 不是在模具內(nèi)進(jìn)行 因而模具不設(shè)加料腔 而設(shè)澆注 系統(tǒng) 熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔 2 塑料熔體進(jìn)入型腔之前 模具已經(jīng)閉合 在注塑過程中需根據(jù)塑料特性 在模具中設(shè)冷卻 系統(tǒng) 3 該模具采用單分型面注射模 行腔一部分設(shè)在定模 一部分設(shè)在動模 其主流道設(shè)在定模 一側(cè) 分流道設(shè)在分型面上 開模后塑料制品連同流道凝料一起留在動模上 動模一側(cè)設(shè)有推出 機(jī)構(gòu) 用以推出制品及流道凝料 4 注射模具生產(chǎn)適應(yīng)性強(qiáng) 生產(chǎn)率高 容易實現(xiàn)自動化 5 注射模一般是機(jī)動的 結(jié)構(gòu)一般較復(fù)雜 因而制造周期較長 成本較高 11 注射模與注射機(jī)的關(guān)系 注射機(jī)在前面已初步選定為 XS Z 60 模具的各零件也已基本確定 這節(jié)只需進(jìn)行模具與注射 機(jī)的校核即可 1注射壓力的校核 該項工作是校核所選用注射機(jī)的公稱壓力 P 公能否滿足塑件成型所需要的注射壓力 P0 塑件成 型時所需要的壓力一般由塑料流動性 塑件結(jié)構(gòu)和壁厚以及澆注系統(tǒng)類型等因素決定 其值一般 為 70 150MPa 具體可參考下表 通常要求 P12 P0 查下表得 P0 115 180 即 P0 150 聚酰胺 90 101 101 140 140 2鎖模力的校核 鎖模力是指注射機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)對模具所施加的最大加緊力 當(dāng)高壓的塑料熔體充填模腔時 會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力 為此 注射機(jī)的額定鎖模力須大于該脹型力 既 F 鎖 F 脹 A 分 P 型 式中 F 鎖 注射機(jī)的額定鎖模力 N P 型 模具型腔內(nèi)塑料熔體平均壓力 MPa 一般為注射機(jī)壓力的 0 3 0 65 倍 通常為 20 40MPa 12 A 分 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 mm 將 P 型 30MPa A 分 3670mm 帶入上式 得 F 鎖 30 x3670 110100N 110 1KNF 脹 3開模行程與推出機(jī)構(gòu)的校核 開模行程是指從模具中取出塑件所需要的最小開合距離 用 H 表示 它必須小于注射機(jī)移動 模板的最大行程 S XS Z 60 的鎖模機(jī)構(gòu)為液壓 機(jī)械聯(lián)合作用的注射機(jī) 其模板行程是由連桿機(jī) 構(gòu)的最大沖程決定 而與模具厚度無關(guān) 對單分型面注射模 所需開模形程 H 為 S H H1 H2 5 10 mm 式中 H1 塑件推出距離 也可作凸模高度 mm H2 包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度 mm S 注射機(jī)移動板最大形程 mm H 所需塑件開模行程 mm 將各值帶入上式 得 H 16 56 7 79mm H 4安裝部分相關(guān)尺寸校核 模具與注射機(jī)安裝部位的的相關(guān)尺寸主要有噴嘴尺寸 定位圈尺寸 拉桿間距 最大模具厚 度與最小模具厚度以及模具與注射機(jī)的安裝關(guān)系 1 噴嘴尺寸 注射機(jī)的噴嘴與模具的澆口套 主流道襯套 關(guān)系主要有 主流道始端的球 面半徑 R 應(yīng)比注射機(jī)噴嘴頭球面半徑 R0大 1 2mm 主流道小端直徑 d 應(yīng)比噴嘴直徑 d0大 0 5 1mm 以防止主流道口部積存凝料而影響脫模 R 13mm R0 12mm 即 R R0 13 12 1mm 1 2mm 3 模板規(guī)格與拉桿間距的關(guān)系 模具的安裝有兩種方式 即從注射機(jī)上方直接吊裝入機(jī)內(nèi) 進(jìn)行安裝 或先吊到側(cè)面再由側(cè)面推入機(jī)內(nèi)安裝 而模具的外形尺寸受到拉桿間距的限制 因以 重視 注射機(jī)拉桿間距為 155x144 8mm 模具的外形尺寸為 315x400mm 4 模具總厚度與注射機(jī)模板閉合厚度的關(guān)系 兩者之間關(guān)系應(yīng)滿足 Hmin Hm Hmax 而 Hmax Hmin H 式中 Hm 模具閉合后總厚度 mm Hmax 注射機(jī)允許的最大模具厚度 mm Hmin 注射機(jī)允許的最小模具厚度 mm H 注射機(jī)在模具厚度方向的調(diào)節(jié)量 mm 13 當(dāng) Hm Hmax時 則模具無法閉合 尤其是機(jī) 械 液壓式鎖模的注射機(jī) 因其肘桿無法撐直 Hm 177mm Hmax 200mm Hmin 70mm 70mm 177mm 200mm 5 模具與注射機(jī)的安裝關(guān)系 模具的安裝固定形式有壓板式與螺釘式兩種 當(dāng)用壓板固定時 只有模具座板以外的附近有螺孔就能固定 很靈活方便 當(dāng)用螺釘直接固定使 模具座板上必須 設(shè)安裝孔 同時還要與注射機(jī)模板上的安裝孔完全吻合 并且很麻煩 固生產(chǎn)成廣泛采用前者 使用壓板時 動模 定模各用 2 4 個壓板即可