【正文】 件，在成型中多數(shù)是通過模具來制成品，所以模具制造業(yè)已成為一個(gè)大行業(yè)。在高分子材料加工領(lǐng)域中，用于塑料制品成形的模具，稱為塑料成形模具，簡稱塑料模。塑料模優(yōu)化設(shè)計(jì)，是當(dāng)代高分子材料加工領(lǐng)域中的重大課題。 塑料制品已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和日常生活等方面獲得廣泛應(yīng)用。為了生產(chǎn)這些塑料制品必須設(shè)計(jì)相應(yīng)的塑料模具。在塑料材料、制品設(shè)計(jì)及加工工藝確定以后，塑料模具設(shè)計(jì)對(duì)制品質(zhì)量與產(chǎn)量，就決定性的影響。首先，模腔形狀、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、進(jìn)澆與排氣位置選擇、脫模方式以及定型方法的確定等，均對(duì)制品（或型材）尺寸精度形狀精度以及塑件的物理性能、內(nèi)應(yīng)力大西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 小、表觀質(zhì)量與內(nèi)在質(zhì)量等，起著十分重要的影響。其次，在塑件加工過程中，塑料模結(jié)構(gòu)的合理性，對(duì)操作的難易程度，具有重要的影響。再次，塑料模對(duì)塑件成本也有相當(dāng)大的影響，除簡易模外，一般來說制模費(fèi)用是十分昂貴的，大型塑料模更是如此。 塑料模是塑料制品生產(chǎn)的基礎(chǔ)之深刻含意，正日益為人們理解和掌握。當(dāng)塑料制品及 其成形設(shè)備被確定后，塑件質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占 80%。由此可知，推動(dòng)模具技術(shù)的進(jìn)步應(yīng)是不容緩的策略。尤其大型塑料模的設(shè)計(jì)與制造水平，標(biāo)志一個(gè)國家工業(yè)化的發(fā)展程度。 國內(nèi)外塑料?，F(xiàn)狀 我國塑料模的發(fā)展極其迅速。塑料模的設(shè)計(jì)技術(shù)、制造技術(shù)、 CAD 技術(shù)、CAPP 技術(shù)，以有相當(dāng)規(guī)模的開發(fā)和應(yīng)用。我國在塑料模設(shè)計(jì)技術(shù)上，與發(fā)達(dá)國家和地區(qū)的差距，參見表 。在模具材料方面，專用塑料模具鋼品種少、規(guī)格不全，質(zhì)量尚不穩(wěn)定。 表 塑料模設(shè)計(jì)技術(shù) 塑料模發(fā)展趨勢 塑料模技術(shù)，包括設(shè)計(jì)技術(shù)、材料選擇、加工技術(shù)管理與維修技術(shù)等多種領(lǐng)域，屬于系統(tǒng)工程技術(shù)。隨著塑料模應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴(kuò)大，地位的不斷提高，對(duì)此國家已制定出明確的奮斗目標(biāo)。 1 注射模 CAD 實(shí)用化； 4 塑料模專用鋼材系列化； 2 擠塑模 CAD 的開發(fā)； 5 塑料模 CAD/CAE/CAM 集成化； 3 壓縮模 CAD 的開發(fā)； 6 塑料模標(biāo)準(zhǔn)化。 技術(shù)名稱 發(fā)達(dá)國家 中國 美國 日本 德國 香港 臺(tái)灣 大陸 CAD 應(yīng)用 CAE 應(yīng)用 Flow 軟件 Cool軟件 75% 50% 普及 普及 75% 50% 普及 普及 70% 50% 普及 普及 50% 40% 70% 70% 40% 30% 50% 50% 20% 10% 有應(yīng)用 有應(yīng)用 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 第二章 產(chǎn)品的工藝分 析 注塑模概述 注射模設(shè)計(jì)特點(diǎn) 塑料注射模能一次性地成型形狀復(fù)雜，尺寸精確，或帶有嵌件的塑料制件。作為先進(jìn)的模具，須在使用壽命期限內(nèi)保證制品質(zhì)量，并要有良好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。這就要求模具動(dòng)作可靠，自動(dòng)化程度高，熱交換效率好，成型周期短。其 次，合理選用模具材料，恰當(dāng)確定模具制造精度，簡化模具加工工藝，降低模具的制造成本亦十分重要。 此外，在注塑模設(shè)計(jì)時(shí)，必須充分注意到以下特點(diǎn)： （ 1）塑料熔體大多屬于假塑體液體，能“剪切變稀”。 （ 2）視注射模為承受很高型腔壓力的耐壓容器。 （ 3）整個(gè)成型周期中，塑件 —— 模具 —— 環(huán)境組成了一個(gè)動(dòng)態(tài)的熱平衡系統(tǒng)。 注射模的組成件 凡是 注射模，可分為動(dòng)模和定模兩大部分。注射充模時(shí)動(dòng)模和定模閉合，構(gòu)成型腔和澆注系統(tǒng)。開模時(shí)動(dòng)模與定模分離，取出制件。定模安裝在注射機(jī)的固定模板上；動(dòng)模則安 裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上。根據(jù)零件的不同功能，可由七個(gè)系統(tǒng)或機(jī)構(gòu)組成：（ 1）成型零件：主要包括凹模、凸模、型芯、鑲拼件，各種成型桿與成型環(huán)；（ 2）澆注系統(tǒng)（ 3）導(dǎo)向和定位機(jī)構(gòu)；（ 4）脫模機(jī)構(gòu)：主要由頂桿、頂出板、回程桿、頂出固定板、拉料桿等組成；（ 5）側(cè)向分型抽芯機(jī)構(gòu)；（ 6）溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)；（ 7）排氣系統(tǒng)。 PP 水杯及相配合瓶蓋 的工藝性分析 聚丙烯（ PP）水杯是我們?nèi)粘Ｉ钏仨毜挠闷罚茄b水的良好用具。其產(chǎn)品 主要通過注塑模成型制造， 瓶蓋一般用不透明材料的塑料 PE塑料注塑成型。 詳細(xì)尺寸見圖 21(a)、 （ b） ， Pro/E生成產(chǎn)品的三維模型 圖 見圖 22（ a） 、（ b） 。西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 a b 圖 21 產(chǎn)品 主要尺寸 a 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 b 圖 22 三維實(shí)體效果圖 收縮率 前人已經(jīng)為我們總結(jié)了常用的塑料常用收縮率，對(duì)于生產(chǎn)性的塑件，實(shí)際已經(jīng)證明，這些數(shù)據(jù)已經(jīng)能夠應(yīng)付實(shí)際的生產(chǎn)要求了。即使對(duì)于精密塑件也給予了其它方面的補(bǔ)償。故而，對(duì)于實(shí)際的生產(chǎn)只要按照經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)就可 以滿足生產(chǎn)要求了 ，表 23表示了常用塑料的收縮率。 表 23 常用塑料的收縮 率 塑料名稱 聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙 烯 聚苯乙 烯 聚碳酸 脂 尼龍 ABS 聚甲醛 縮寫 PE PP PVC PS PS N6 ABS POM 計(jì)算收縮率 對(duì)于聚丙烯水杯產(chǎn)品，材料為 PP，理論收縮率為 15/1000，而實(shí)際與理論是 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 有區(qū)別的。按照前人經(jīng)驗(yàn)此項(xiàng)設(shè)計(jì)收縮率取 20/1000。 PE的收縮率 為 根據(jù) Pro/E分析結(jié)果如圖 24（ a）、（ b） 所示； a b 圖 24 收縮率參數(shù)設(shè)置圖 (a,b) 塑件壁厚 塑料制品應(yīng)該有一定的厚度，這不僅是為了塑料制品本身在使用中有足夠的西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 強(qiáng)度和剛度，而且也是為了塑料在成型時(shí)有良好的流動(dòng)狀態(tài)。 塑件壁厚受使用要求、塑料材料性能、塑件幾何尺寸以及成型工藝等眾多因素的制約。根據(jù)成型工藝的要求，應(yīng)盡量使制件各部 分壁厚均勻，避免有的部位太厚或者太薄，否則成型后會(huì)因收縮不均勻而使制品變形或產(chǎn)生縮坑，凹陷燒傷或者填充不足等缺陷。熱塑性塑料的壁厚應(yīng)該控制在 1mm—4mm之間。太厚，以產(chǎn)生氣泡和缺陷，同時(shí)也不易冷卻。 該產(chǎn)品圖反映出，此水杯 壁厚為 ， 蓋子壁厚為 厚均勻，在2mm—4mm的推薦值之間。易于成型。 塑件尺寸精度和表面粗糙度 表 25 精度等級(jí)選用推薦值 類別 `塑料品種 建議采用的等級(jí) 高精度 一般精度 低精度 1 PS 3 4 5 ABS 聚 甲苯丙烯酸甲脂 PC PSU 聚砜 PF 氨基塑料 30％玻璃纖維增強(qiáng)塑料 2 聚酰胺 610 10 4 5 6 氯化聚乙醚 PVC 硬 3 POM 5 6 7 PP PE 低密度 4 PVC 6 7 8 PE 高密度 塑件的尺寸精度是指成型后所獲得的塑件產(chǎn)品尺寸和圖紙中尺寸的符合程度。 一般而言，塑件尺寸精度是取決于塑料因材質(zhì)和工藝條件引起的塑料收縮率范圍大小，模具制造精度、型腔型 芯的磨損程度以及工藝控制因素。而模具的某些結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又在相當(dāng)大程度上影響塑件的尺寸精度。故而，塑件的精度應(yīng)盡量選西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 擇的低些。對(duì)于本產(chǎn)品，圖紙未注明尺寸精度，查表 12，我們?nèi)?IT7級(jí)精度。 表面質(zhì)量一般要求較高，在 以上。 脫模斜度 由于制品在冷卻后產(chǎn)生收縮，會(huì)緊緊包住型芯或型腔突出的部分，為了使制件能夠順利從模具中取出或者脫模，必須對(duì)塑件的設(shè)計(jì)提出脫模斜度的要求，要求在塑件設(shè)計(jì)時(shí)或者在模具設(shè)計(jì)時(shí)給予充分的考慮，設(shè)計(jì)出脫模斜度。目前并沒有精確的計(jì)算公式，只能靠前人總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù) 。塑件的脫模斜度與塑料的品種，制品形狀以及模具結(jié)構(gòu)均有關(guān)，一般情況下取 度，最小為 15 分到 20分。 由于塑料制品的產(chǎn)品圖可知，塑件的外壁有 2176。 的斜度。此結(jié)構(gòu)本身就在常用的脫模斜度范圍內(nèi)，本身就有利于制品脫模，且此塑料制品的材料為 PP，此產(chǎn)品能夠脫模，故無需另行設(shè)計(jì)。 分型面的設(shè)計(jì) 分型面的設(shè)計(jì)原則 分型面即打開模具取出塑件或取出澆注系統(tǒng)凝料的面，分型面的位置影響著成型零部件的結(jié)構(gòu)形狀，型腔的排氣情況也與分型面的開設(shè)密切相關(guān)。 分型面的設(shè)計(jì)原則為： （ 1）便于塑件脫模 ； a 在開模時(shí)盡量使塑件留在動(dòng)模內(nèi) b 應(yīng)有利于側(cè)面分型和抽芯 c 應(yīng)合理安排塑件在型腔中的方位 （ 2）考慮和保證塑件的外觀不遭損壞 ； （ 3）盡力保證塑件尺寸的精度要求 ； （ 4）有利于排氣 ； （ 5）盡量使模具加工方便 ； （ 6）有利于嵌件的安裝； （ 7）有利于預(yù)防飛邊和溢料的的產(chǎn)生； （ 8）有利于模具結(jié)構(gòu)的簡化。 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 分型面類型的選擇 。 對(duì)于分型面，其特點(diǎn)如下： （ 1） 單分型面注射模 單分型面注射模又稱兩板式模具，它是注 射模中最簡單又最常見的一種結(jié)構(gòu)形式。這種模具可根據(jù)需要設(shè)計(jì)成單型腔，也可以設(shè)計(jì)成多型腔。構(gòu)成型腔的一部分在動(dòng)模，另一部分在定模。主流道設(shè)在定模一側(cè)，分流道設(shè)在分型面上。開模后由于拉料桿的拉料作用以及塑件應(yīng)收縮包緊在型芯上，塑件連同澆注系統(tǒng)凝料一同留在動(dòng)模一側(cè)，動(dòng)模一側(cè)設(shè)置的推出機(jī)構(gòu)推出塑件和澆注系統(tǒng)凝料。一般對(duì)于塑件外觀質(zhì)量要求不高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用此結(jié)構(gòu)。 （ 2） 雙分型面注射模 雙分型面又稱三板式注射模。與單分型面注射模相比，在動(dòng)模與定模之間增加了一個(gè) 可移動(dòng)的澆口板（又稱中間板），塑 件和澆注系統(tǒng)凝料從兩個(gè)不同的分型面取出。雙分型面的種類較多，我們接觸到的大致有以下幾種： a 定距 拉 板式雙分型面注射模 b 定距拉 桿 式雙分型面注射模 c 定距導(dǎo)柱式雙分型面注射模 d 拉鉤式雙分型面注射模 e 擺鉤式雙分型面注射模 f 尼龍拉鉤式雙分型面注射模 雙分型面對(duì)于塑件外觀質(zhì)量要求比較高，尺寸精度要求一般的小型塑件，可采用以上各種雙分型面結(jié)構(gòu)。 初步擬定 四 型腔雙分型面的結(jié)構(gòu)。 在實(shí)際 生產(chǎn)中，雙分型面采用定距 拉 板式雙分型面注射模最多，這種模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 能 適用于采用點(diǎn)澆口的單型腔或多型腔注射模。設(shè)計(jì)時(shí)， 限位銷到定距拉板末端距離 S 的尺寸應(yīng)大于澆注系統(tǒng)凝料的長度 3～ 5 ㎜。此外，為了中間板在工作過程中的導(dǎo)向和支撐，所以在定模一側(cè)一定要設(shè)置導(dǎo)柱，如該導(dǎo)柱同時(shí)對(duì)動(dòng)模導(dǎo)向，則導(dǎo)柱的導(dǎo)向部分的長度應(yīng)為： 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 式中： S—限位銷到定距拉板末端距離 （㎜），即第二次分型的距離； H—中間板的厚度（㎜） 而動(dòng)模部分是否設(shè)導(dǎo)柱，則由推出機(jī)構(gòu)類型決定，如本設(shè)計(jì)中是采用推出機(jī)構(gòu)脫模，則在 定 模一側(cè)應(yīng)設(shè)導(dǎo)柱。 而在本設(shè)計(jì)中是采用的推桿推板式推出 塑件和活動(dòng)鑲塊。 綜上分析，本設(shè)計(jì) 兩個(gè)均 擬定采用 單 分型面注射模。 分型面 的確定 對(duì)于 水杯 件，外觀質(zhì)量要求 比較高 ，并 為防止在塑件外表面出現(xiàn)飛邊而影響外觀質(zhì)量， 分 型面設(shè)在動(dòng)模板處， 又因?yàn)榇四＞咝颓粠в新菁y因此在脫模過程中需要有側(cè)分型面，則在設(shè)計(jì)過程中凹模設(shè)計(jì)成兩塊相拼的形式在脫模過程中以側(cè)分行的形式脫模。 蓋子有內(nèi)螺紋設(shè)計(jì)成內(nèi)螺紋型芯分型面也必須設(shè)計(jì)在蓋子口的地方有利于分型和脫模。 其水杯分型面及蓋子分型面如圖 26（ a,b） 所示均在與杯子和蓋子所在平面與杯口和蓋子口平行的面上。 a 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 b 圖 26 分型面示意圖 (a,b) 西安工程大學(xué)本科 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 第 三章 注射成型工藝及注射機(jī)的選擇 注射成型基本過程 注射成型是把塑料原料（一般為經(jīng)過造粒、染色、加入添加劑等處理后的顆粒料）放入料筒中，經(jīng)過加熱熔化，使之成為高粘度的流體 —— 稱為 “ 熔體 ” ，用柱塞或螺桿作為加工工具，使熔體通過噴嘴以較高的壓力（約為 25～ 80Mpa）注入模具的型腔中，經(jīng)冷卻、凝固階段，而后從模具中脫出，成為塑料制品。 注射成型的全過程可以分為： 塑化過程 充模過程 冷卻凝固過程 :熱塑性塑料的注射成型過程是熱交換的過程。即： 塑化 —— → 注射充模 —— → 固化成形 脫模過程 由 1 到 4 形成了一個(gè)循環(huán)。每一次循環(huán)，就完成了一次成型一個(gè)乃至數(shù)十個(gè)塑件。 注射機(jī)的分類 注射機(jī)類型和規(guī)