【正文】 80%以上 總體不足 10% 標(biāo)準(zhǔn)化程度 70%～ 80% 小于 30% 中型模具生產(chǎn)周期 一個(gè)月左右 2～ 4 個(gè)月 在模具行業(yè)中的占有量 30%～ 40% 25%～ 30% 塑料注射成型及其工藝的概述 注射成型是 在高壓狀態(tài)下將已熔融的塑料熔體以高速注入到閉合的模具型腔內(nèi)，經(jīng)冷卻（對于熱塑性塑料）或加 熱（對于熱固性塑料）定型后得到和模具型腔形狀完全一致的塑料制品的一種成型方法。 注射成型必須滿足以下三個(gè)必要條件： (1) 塑料必須以熔融的狀態(tài)被注入到模具的型腔中； (2) 注入的塑料熔體必須具有足夠的壓力和流動(dòng)速度以完成充滿模具模腔； (3) 需要有符合制品形狀和尺寸并滿足成型工藝要求的模具。 因此，要完成注塑成型則必須具備塑料塑化、熔體注塑和成型這三種基本功能及其調(diào)控機(jī)制。 注射成型工藝過程 注射成型工藝過程包括注射前的準(zhǔn)備、注射過程和制品的后處理三個(gè)主要階段，各個(gè)階段又可分為多個(gè)小階段，如 圖 11 所示。 成型前的準(zhǔn)備粉、粒狀塑料（檢驗(yàn)、干燥） 注 射機(jī)（料筒清洗） 熔 融塑料 （ 塑化）注射保壓預(yù)熱嵌件 注射模 合（閉）模冷卻定型開（脫）模清模推出 推出去除澆注系統(tǒng)凝料、去毛刺退火、調(diào)濕等處理注射過程 制件的后處理 圖 11 注射成型工藝過程 注射 前準(zhǔn)備 為了使注射成型順利進(jìn)行，保證塑件質(zhì)量，一般在注射之前要進(jìn)行原料預(yù)處理、清洗料筒、預(yù)熱嵌件和選擇脫模劑等準(zhǔn)備工作。 原料的預(yù)處理 ： 包括原料的檢驗(yàn)、著色和預(yù)熱干燥等過程。 注塑前必須對原料進(jìn)行外觀及工藝性能進(jìn)行檢驗(yàn)，判斷原料的品種、規(guī)格、牌號等與所要求的參數(shù)是否符合。 料筒的清洗： 生產(chǎn)中如果需要改變塑料品種、更換物料、調(diào)換顏色，或者發(fā)現(xiàn)成型過程中出現(xiàn)勒熱分解或降解反應(yīng)，均應(yīng)對注射機(jī)的料 筒進(jìn)行清洗。 嵌件的預(yù)熱： 為避免嵌件周圍塑料層強(qiáng)度下降而出現(xiàn)裂紋缺陷， 注射成型前 要 對 金屬 嵌件進(jìn)行預(yù)熱，不過對于小嵌件在模內(nèi)易被塑料熔體加熱，所以可不預(yù)熱。 脫模劑的選用： 為了便于脫模 ，生產(chǎn)中常使用 脫模劑，常用的脫模劑有硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油 這三種。 注射 過程 完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個(gè)步驟。 螺桿式注射機(jī)在各個(gè)階段成型工藝順序 如圖 12 所示 [7]。 圖 12 注射 過程 1電動(dòng)機(jī) 2料斗 3螺桿 4加熱器 5模具 6噴嘴 7液壓缸 在注射過程 中壓力隨時(shí)間 呈非線性變化，如圖 13 所示。該圖為在一個(gè)注射成型周期內(nèi) 用壓力傳感器測得的壓力隨時(shí)間變化的曲線圖。曲線 1 是料筒計(jì)量室中注射壓力隨時(shí)間變化的曲線；曲線 2是噴嘴末端的壓力曲線；曲線 3 是型腔始端（澆口處）的壓力曲線；曲線 4 是型腔末端的壓力曲線。 圖 13 注射成型 周期內(nèi) 壓力隨時(shí)間變化的曲線 充模： 圖中 OA 段是塑料熔體在注射 壓力 P1 作用下從料筒計(jì)量室流入型腔始端的時(shí)間。在 AB段熔體充滿型腔，此時(shí)注射壓力 P1 達(dá)到最大值。噴嘴壓力也達(dá)到一定的動(dòng)態(tài)壓力 P2。沖模時(shí)間 （ tAtB）是注射成型過程中最重要的參數(shù) ，因?yàn)槿垠w在型腔內(nèi)流動(dòng)時(shí)間的剪切速率和造成聚合物分子取向的程度都取決于這一時(shí)間。型腔始端壓力與末端壓力之差（ PB PB1）取決于熔體在型腔的流動(dòng)阻力。 壓實(shí)： 型腔充滿后，型腔壓力迅速增大并達(dá)到最大值。圖 13 中型腔始端的最大壓力為 PC，末端的最大壓力為 PC1。 噴嘴壓力迅速升高并接近注射壓力 P1。 BC 時(shí)間段是熔體的壓實(shí)階段，在壓實(shí)階段約占塑件重量 15%的熔體被壓到型腔內(nèi)。 保壓： 圖中 CD 時(shí)間段是保壓階段，在這一階段中熔體仍處于螺桿所提供的注射壓力之下，熔體會繼續(xù)流入型腔內(nèi)以彌補(bǔ)熔體因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙 。 此時(shí)熔體的流動(dòng)速度更慢，螺桿只有微小的補(bǔ)縮移動(dòng)。 倒流： 保壓結(jié)束后，螺桿回程，噴嘴壓力迅速下降至 零 ，塑件此時(shí)仍會有一定的流動(dòng)性。在型腔壓力作用下，熔體可能從型腔向澆注系統(tǒng)倒流，導(dǎo)致型腔壓力從 PD 降為 PE。在 E 時(shí)刻熔體在澆口處凝固，倒流過程被封段。 冷卻： EF 時(shí)間段是冷卻定型階段，在模具冷卻系統(tǒng)的作用下制品逐漸冷卻到具有一定的剛度和強(qiáng)度時(shí)脫模，脫模時(shí)制品內(nèi)存在著殘余壓力 PE，若殘余壓力過大，會造成制品開裂、損傷和卡模等弊病 [7]。 塑件的后處理 塑件脫模后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚韥砀纳扑芗?性能和提高塑件尺寸的穩(wěn)定性 。 塑件的后處理主要是指退火和調(diào) 質(zhì) 處理。退火處理的方法是使塑件在恒溫的加熱液體介質(zhì)或熱空氣循環(huán)烘箱中靜置一段時(shí)間。一般退火溫度應(yīng)控制在高于塑件使用溫度10~20℃ 為宜。退火時(shí)間視制品厚度而定。調(diào) 質(zhì) 處理是指制品預(yù)先吸收一定的水分（如放在熱水或油中），使制品尺寸穩(wěn)定下來，以避免制品在使用中再發(fā)生變化。 本設(shè)計(jì)使用軟件簡介 目前 CAD/CAE/CAM 系統(tǒng)及數(shù)控技術(shù)在模具加工領(lǐng)域起著不可缺少的重要作用。當(dāng)今流行的三維造型軟件有 Pro/ENGINEER、 UG 和 Solidworks 等，其 中 UG 的功能強(qiáng)大應(yīng)用范圍廣泛。原因是， Unigraphics NX 針對用戶的虛擬產(chǎn)品設(shè)計(jì)和工藝設(shè)計(jì)的需求，提供了經(jīng)過實(shí)踐驗(yàn)證的解決方案。 Unigraphics NX 為設(shè)計(jì)師和工程師提供了一個(gè)產(chǎn)品開發(fā)的嶄新模式，它不僅對幾何的操縱，更重要的是團(tuán)隊(duì)將能夠根據(jù)工程需求進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)。 Unigraphics NX 能夠有效地捕捉、利用和共享數(shù)字化工程完整過程中的知識，事實(shí)證明為企業(yè)帶來了戰(zhàn)略性的收益。利用 UGNX 建模，工業(yè)設(shè)計(jì)師能夠迅速地建立和改進(jìn)復(fù)雜的產(chǎn)品形狀，并且使用先進(jìn)的渲染和可視化工具來最大限度地滿足設(shè)計(jì)概念的 審美要求。 NX 產(chǎn)品開發(fā)解決方案完全支持制造商所需的各種工具，可用于管理過程并與擴(kuò)展的企業(yè)共享產(chǎn)品信息。 UGNX 與 UGS PLM 的其他解決方案的完整套件無縫結(jié)合。這些對于 CAD、 CAM 和 CAE 在可控環(huán)境下的協(xié)同、產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)字化實(shí)體模型和可視化都是一個(gè)補(bǔ)充。 本課題模具所用軟件是 ，該模具的設(shè)計(jì)過程大致如下：首先用 UG 進(jìn)行零件的實(shí)體特征造型，特征是 UG 軟件的基本設(shè)計(jì)單元，用戶可以每次創(chuàng)建一個(gè)特征的方式進(jìn)行三維造型，并且零件的數(shù)據(jù)是關(guān)聯(lián)的，其基礎(chǔ)是UG 軟件采用了 —— 單一數(shù)據(jù)庫技術(shù)。用 UG 軟件在對零件進(jìn)行受力分析，以及運(yùn)動(dòng)分析、干涉檢查。然后用 UG 的 Mold Wizard 模塊進(jìn)行模具設(shè)計(jì)，包括流道及冷卻水道設(shè)計(jì)。 2 塑件的工藝性分析 分析塑件使用材料的種類及工藝特征 該塑件的三維零件圖設(shè)計(jì)步驟如圖 21所示，生成 零件 如圖 22 所示。 圖 21 制件 UG 設(shè)計(jì)步驟 圖 塑件三維圖 塑件成型工藝性分析 塑件材料 (ABS)的性能分析 該塑件采用的是 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物，即 ABS 塑料，其性能 如下 ： (1) 使用性能。其綜合性能好，沖擊強(qiáng)度、力學(xué)強(qiáng)度較高，尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性，電氣性能良好，易于成型和機(jī)械加工，其表面可渡 鉻成為塑料涂金屬的一種常用材料，適用于制作一般機(jī)械零件、減摩零件、傳動(dòng)零件、結(jié)構(gòu)零件、電子電氣和儀表外殼等。 (2) 成型性能。 ABS 是一種無定型塑料，其品種很多，各品種的機(jī)電性能及成型特性也各有差異，成型方法和成型條件要按各品種的性能來確定。 ABS 吸濕性強(qiáng)，含水量應(yīng)小于 ％，必須充分干燥，要求表面光澤的塑件應(yīng)要求長時(shí)間預(yù)熱干燥，其流動(dòng) 性中等，溢邊料 左右。在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要選擇好進(jìn)料口位置和形式，因?yàn)楫?dāng)推出力過大或進(jìn)行機(jī)械加工時(shí)塑件呈現(xiàn)白色痕跡。 (3) ABS 的主要性能指標(biāo)見表 21[4]。 表 21 ABS 的性能指標(biāo) 密度 / 3??cmg ~ 屈服強(qiáng)度 /MPa 50 比體積 / 13 ??gcm ~ 拉伸強(qiáng)度 /MPa 38 吸水率（％） ～ 拉伸彈性模量 /MPa ? 熔點(diǎn) / C? 130~160 抗彎強(qiáng)度 /MPa 80 計(jì)算收縮率（％） ～ 抗壓強(qiáng)度 /MPa 53 比熱容 / 1)( ???? Ckgj 1470 彎曲彈性模量 /MPa ? 塑件的分析 (1) 外形尺寸分析 該塑件是壁厚為 左右 的曲面薄壁零件，塑件的外形尺寸不大，厚度 不太 均勻， 并且 有多個(gè)曲面，并且由于其有 下 蓋卡扣部位，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，這對于模具型腔型芯的設(shè)計(jì) 和加工要求就比較高，如何正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、頂出系統(tǒng)和合理的注射成型工藝條件是模具設(shè)計(jì)的主要問題。 (2) 尺寸精度的分析 在一般生產(chǎn)過程中，為了降低模具加工難度和模具的生產(chǎn)成本，在滿足塑件使用要求的前提下盡可能把塑件尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。對于本課題塑件分析看，我們需定塑件尺寸的精度等級為 MT2A，屬于中等偏高級的精度等級，在模具設(shè)計(jì)和制造過程中要嚴(yán)格保證這些尺寸精度的要求，其余尺寸均無特殊要求，可取 MT5 級公差值。 (3) 塑件表面質(zhì)量分析 本塑件是電子產(chǎn)品殼體，要求外表美觀、無斑點(diǎn)、無熔接痕、無 頂桿痕跡，對于外觀要求比較高，因此對其外表面質(zhì)量也要求比較高，其外表面的粗糙度 Ra 取 m，內(nèi)腔沒有較高的粗糙度要求。 (4) 脫模斜度的分析 由于塑件冷卻后產(chǎn)生收縮時(shí)會緊緊包在凸模上，或者由于粘附作用而緊貼在型腔內(nèi)，為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時(shí)出現(xiàn)頂白、頂傷、劃傷等，塑件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮其表面具有合理的脫模斜度。塑件上的脫模斜度大小，與塑件的性質(zhì)、收縮率、摩擦因素、塑件壁厚和幾何形狀有關(guān)。對于 ABS 一般凹模的脫模斜度是 39。301~39。35 ? ，型芯的脫模斜度是 39。40~39。30 [4]，由于該塑件側(cè)面為斜壁結(jié)構(gòu)，可順勢脫模，所以不放脫模斜度。而 外 側(cè)有凸臺需使用 滑塊 抽芯機(jī)構(gòu)以使工件能順利脫模。 注塑成型工藝的確定 注射成型過程 (1) 成型前的準(zhǔn)備。對 ABS 的色澤、粒度和均勻度等進(jìn)行檢驗(yàn)，由于 ABS 吸水性較大，成型前應(yīng)對其進(jìn)行充分的干燥。 (2) 注射過程。塑件在注塑機(jī)料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔成型，其過程可分為充模、壓實(shí)、保壓、倒流和冷卻五個(gè)階段。 (3) 塑件的后處理。處理的介質(zhì)為空氣和水，處 理溫度為 C?75~60 ，處理時(shí)間為16～ 20s。 注射工藝條件 在注塑成型過程中，工藝條件的選擇和控制是保證成型順利進(jìn)行和塑件質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一，主要的工藝條件是影響塑化流動(dòng)和冷卻的溫度、壓力和相應(yīng)的各個(gè)作用時(shí)間。在這里我們選擇的注射機(jī)為螺桿式的注射機(jī)，其噴嘴為直通式，對于 ABS 塑件結(jié)合后面對塑件的 CAE 分析以及綜合考慮可得到對應(yīng)的工藝條件參數(shù)見表 22[4]。 表 22 制品成型工藝參數(shù) 噴嘴溫度 / C? 170～ 180 保壓壓力 /MPa 30～ 40 模具溫度 / C? 50～ 80 注射時(shí)間 /s 料筒溫度 前段 180～ 200 保壓時(shí)間 /s 10 中段 210～ 230 冷卻時(shí)間 /s 20 后段 180～ 200 其他時(shí)間 /s 7 注射壓力 /Mpa 80~110 成型周期 /s 40 擬定模具的結(jié)構(gòu)形式 分型面位置的確定 分型面的選擇原則除了必須開設(shè)在制件界面輪廓的最大的地方才能使制件順利地從型腔中脫出外，還應(yīng)考慮以下因素： (1) 因?yàn)榉中兔嫣?不可避免的會在塑件上留下溢料痕跡或拼合不準(zhǔn)確的痕跡，故分型面最好不選在制件光亮平滑的外表面或帶圓弧的轉(zhuǎn)角處。從制件的推出裝置設(shè)置方便考慮，分型時(shí)要盡可能的使制件留在動(dòng)模一邊，當(dāng)制件上有多個(gè)型芯或形狀復(fù)雜、錐度小的型芯時(shí)，制件對型芯的包緊力特別大，這種型芯應(yīng)設(shè)在動(dòng)模一邊，而將凹模放在定模一邊。 (2) 從保證制件相關(guān)部位同軸度的角度出發(fā)，同軸度要求高的塑件，取分型面時(shí)最好把要求同軸的部分放在模具分型面的同一側(cè)。當(dāng)制件上要求互相同軸的部位不便設(shè)在分型面的同一側(cè)時(shí)，則應(yīng)設(shè)計(jì)特殊的定位裝置，提高合模時(shí)的對中性。 (3) 有側(cè)凹或側(cè)孔的制件，當(dāng)采用自動(dòng)側(cè)向分型抽芯時(shí)，除了液壓抽芯能獲得較大的側(cè)向抽拔距離外，一般分型抽芯機(jī)構(gòu)側(cè)向抽拔距離都較小。取分型面時(shí)應(yīng)首先考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動(dòng)、定模開模的方向上，而將短的一邊作為側(cè)向分型或抽芯。對有頂出機(jī)構(gòu)的模具，采取動(dòng)模邊側(cè)向分型抽芯，模具結(jié)構(gòu)較簡單，能獲得的抽拔距離 也比較長，故選分型面時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮把制件的側(cè)凹或側(cè)孔放在動(dòng)模邊。若設(shè)在動(dòng)模邊，則模具結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。此外當(dāng)分型面作為主要排氣面時(shí)，料流的末端應(yīng)在分型面上以利排氣。 綜合考慮分型面的選擇受到塑件在模具中的成型位置、 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)、塑件的結(jié)構(gòu)工藝性及精度、嵌件的位置、形狀以及推出方法、模具的制造、排氣、操作工藝等多種因素的影響， 經(jīng)過 綜合分析比較，選出正確的分型面 如圖 23 所示。 型腔數(shù)量和排列方式的確定 （ 1）型腔數(shù)量的確定 由于該塑件的外觀質(zhì)量要求較高，外表面上不能有澆口痕跡，再加上在生產(chǎn)中要求的年產(chǎn)量比較大，用一模一腔難以能滿足要求，因此我們這里可以考慮一模