【正文】 蝕，絕緣性好，易成型，越來越被汽車業(yè)界認識和接受，工程塑料在汽車中應(yīng)用也就變得越來越廣泛，所以，塑料模具的應(yīng)用也越來越廣泛。其中，汽車內(nèi)飾件用塑料量已占整車塑料用量的 50%左右。 現(xiàn)代塑料制品生產(chǎn)中，合理的加工工藝、高效率的設(shè)備和先進的模具，被譽為塑料制品成形技術(shù)的“三大支柱”。尤其是塑料模對實現(xiàn)塑件加工工藝要求、塑件使用要求和塑件的外觀造型要求，起著不可替代的作用。 塑料模技術(shù)，包括設(shè)計技術(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)。隨著計算機行業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模已經(jīng)向著 CAD/CAM/CAE 集成化發(fā)展。 模具設(shè)計不但要求能夠生產(chǎn)出一定尺寸精度和形狀精度的制品，還應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)合理、加工容易、操作容易等要求。 本文以汽車內(nèi)飾件為具體實例進行注塑工藝分析與模具設(shè)計，其步驟如下： 首先，進行工藝分析計算，選擇合適的注塑機，合理確定模具的型腔數(shù)目、分型面、排氣槽、澆注系統(tǒng)、成形零件、導(dǎo)向定位機構(gòu)、脫模機構(gòu)、側(cè)向抽芯機構(gòu)及冷卻系統(tǒng)。 然后，應(yīng)用 Moldflow 分析軟件劃分網(wǎng)格，對澆口位置進行模擬，對 注塑過程進行填充、料流、翹曲進行模擬 ，在確定澆注系統(tǒng)時得到理想的塑料熔體流動形式、控制熔接痕的形成位置、減小制品可能發(fā)生的翹曲變形；同時，對幾種冷卻通道布置進行冷卻分析，根據(jù)分析結(jié)果選擇最佳設(shè)計方案，并確定該通道合適的水流速度、水溫、模具溫度等參數(shù)，從而優(yōu)化成型工藝參數(shù)，確定澆注系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。 最后，用 UG 的 Moldwizard 模塊進行 模具三維設(shè)計，充分應(yīng)用標準件，提高設(shè)計效率。 2 塑件工藝分析 2 2 塑件工藝分析 塑件成型工藝分析 圖 21 汽車內(nèi)飾件 汽車內(nèi)飾件如圖 21 所示，原料選用 ABS（苯乙烯 丁二烯 丙烯腈共聚物）。此塑件形狀比較復(fù)雜 ，同時壁厚很薄，在 左右，不容易充填，大而薄的曲面注射成型后容易發(fā)生翹曲變形，因此要保證澆注平衡和冷卻均勻，盡量減小翹曲變形；分析塑件外觀，凹槽成型需要內(nèi)抽芯機構(gòu)，所以，要保證內(nèi)抽芯機構(gòu)與脫模機構(gòu)不發(fā)生干涉；考慮到塑件外觀要求，采用側(cè)澆口進行注射成型；為了保證流道凝料的順利脫出，采用兩次分型，并設(shè)定限位裝置；因為型芯的形狀比較復(fù)雜，用整體形式損壞后不容易維修，同時加工難度高，所以適當(dāng)增加鑲件，并保證型芯的強度和剛度。 原料（ ABS）的成型特性 、性能指標 與工藝參數(shù) 查《中國模具設(shè)計大典》表 ，苯乙烯 丁二烯 丙烯腈共聚物（ ABS），綜合性能較好，沖擊韌度、力學(xué)強度較高，選用成型汽車內(nèi)飾件，可提高汽車的安全系數(shù)，減輕碰撞時對人體造成得傷害；尺寸穩(wěn)定，耐化學(xué)性、電氣性能良好，易于成形和機械加工。 成型特性 （ 1）吸濕性強，含水量應(yīng)小于 %，必須充分干燥； （ 2）流動性中等，溢邊料 左右； （ 3）比聚苯乙烯加工困難，宜取高料溫、模溫；料溫對物性影響較大，料溫過高易山東大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 3 分解，分解溫度為 250℃ ； （ 4）模具設(shè)計時要注意澆注系統(tǒng)，選擇好進料口位置、形式；脫模斜度宜取 2℃ 以上。 性能指標 密度 ～ 收縮率 ～ % 熔點 130～ 160℃ 吸水率 ～ %（ 24h） 比熱容 1470J /（ KgK） 屈服強度 50MPa 抗拉強度 38MPa 工藝參數(shù) 注塑機類型 螺桿式 料筒溫度 前段 180～ 200℃ 中段 165～ 180℃ 后段 150～ 170℃ 噴嘴溫度 170～ 180℃ 模具溫度 50～ 80℃ 注射壓力 60～ 110MPa 注射時間 0～ 90s 高壓時間 0～ 5s 冷卻時間 20～ 120s 螺桿轉(zhuǎn)速 30r/min 前處理 烘干處理 80～ 90℃ 2h 后處理 紅外線燈或烘箱 70℃ 2～ 4h 3 注塑機選擇 4 3 注塑機選擇 注塑機初選 （ 1）塑件體積估算 使用 UG 軟件，打開塑件，并計算出其體積，塑件體積 30 mmV ? ； 塑件體積較大，可采用一模一件，加上澆注系統(tǒng)凝料，估算總成型體積為： 301 mmVV ???? 所需塑 料的體積為： 33102 4 2 3 2 3 8 0 6 cmmmVKV ????? 式中， 0K ─壓縮系數(shù)， 查《塑料模具設(shè)計》表 35，取 ?K ； （ 2） 注塑機選擇 根據(jù)所需塑料的體積，查《中國模具設(shè)計大典》表 ，選用注塑機型號：SZ2500/5000，注塑機參數(shù)如下： 理論注射量 2622cm3 注射壓力 160MPa 螺桿直徑 95mm 注射速率 500g/s 螺桿轉(zhuǎn)速 10～ 170r/min 鎖模力 5000KN 拉桿內(nèi)間距 900900mm 移動行程 950mm 最大模具厚度 870mm 最小模具厚度 450mm 噴嘴口孔徑 7mm 噴嘴球半徑 SR20mm 注塑機校核 （ 1） 最大注射量的校核 山東大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 5 塑件的體積必須與所選擇的注塑機的最大注射量相適應(yīng)。為了保證正常的注射成型，最大注射量應(yīng)大于塑件的體積（包括流道及澆口凝料）。 所選注塑機的最大注射量以最大注射容積標定，按如下公式校核： 131 VVK ? 式中， 1K ─利用系數(shù)， ?K ； 3V ─注塑機最大注射量 33 2622cmV ? ； 331 cmVK ??? 31 cmV ? 故 131 VVK ? ，注塑機滿足要求。 （ 2） 注射壓力校核 注塑機的最大注射壓力應(yīng)大于塑件成型所需的注射壓力，即 10 pp ? 式中，0p─ 注塑機的最大注射壓力， 160MPa； 1p ─ 塑件成型所需的注射壓力， 60～ 110MPa； 故 10 pp ?，注塑機滿足要求。 （ 3） 鎖模力校核 鎖模力又稱合模力，是指注塑機的合模裝置對模具所施加的最大夾緊力。為避免塑件注射成型時由于鎖模力不足而使模具沿分型面脹開，注塑機的鎖模力可按如下公式計算： 2020 pAKF ? 式中， 0F ─ 注塑機的公稱鎖模力， 3200KN； 2p ─ 模具型腔內(nèi)最大熔體壓力即型腔壓力，取 35MPa； 2K ─ 安全系數(shù)，查《中國模具設(shè)計大典》表 ， K2取 ； 0A ─ 塑件及澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（ cm2） ； 在 UG 中打開塑件，計算塑件的投影面積 20 103cmA ? 3 注塑機選擇 6 KNM P acmpAK 2202 ???? KNF 50000 ? 故 2020 pAKF ? ，注塑機滿足要求。 經(jīng)過 Moldflow 分析，注射成型所需的鎖模力約為 6500 KN，所選注塑機不滿足要求，查《塑料注射模具設(shè)計實用手冊》附錄 B，選用注塑機型號： SZ3200/8000，注塑機參數(shù)如下： 理論注射量 2855cm3 注射壓力 165MPa 螺桿直徑 105mm 鎖模力 8000KN 拉桿內(nèi)間距 11001100mm 移動行程 1000mm 最大模具厚度 1050mm 最小模具厚度 450mm 噴嘴口孔徑 7mm 噴嘴球半徑 SR20mm 山東大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 7 4 成型零件設(shè)計 成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計 （ 1）凹模結(jié)構(gòu)設(shè)計 凹模是成型塑件外表面的成型零件。為了保證強度和剛度要求，同時保證塑件外表面無拼接縫痕跡，選用整體嵌入式凹模。整體嵌入式凹模裝在凹模固定板上，需用螺釘緊固，并用楔塊定位。 （ 2）型芯結(jié)構(gòu)設(shè)計 為了節(jié)省優(yōu)質(zhì)模具鋼材，便于機加工和熱處理，選用組合式型芯。 組合式 型芯裝在型芯固定板上，需用螺釘緊固，并用楔塊定位。 成型零件鋼材選用 用作注射模成型零件的鋼材，應(yīng)具備如下性能： （ 1）機械加工性能良好，易于切削，加工后能得到高精度零件； （ 2）拋光性能優(yōu)良，鋼材的顯微組織應(yīng)均勻致密，極少雜質(zhì)； （ 3）注射模型腔不僅受高壓塑料熔體沖刷，而且還受冷熱交變的應(yīng)力作用，要求材料的耐磨性和抗疲勞性能好。 查《中國模具設(shè)計大典》 表 ， ABS 工程塑料選用 P20 鋼材（ 3Cr2Mo），將模板預(yù)硬化后以硬度 36～ 38HRC 供應(yīng)，其抗拉強度為 133MPa。模具制造中不必?zé)崽幚?。 成型零件的力學(xué)計算 對于大尺寸模具主要是剛度問題，要防止模具產(chǎn)生過大的彈性變形。因此，須先確定不同情況下的許用變形量，用剛度條件計算公式進行壁厚和墊板厚度的設(shè)計計算，再用強度條件計算公式進行校驗。 利用 UG 進行型腔、型芯分型，數(shù)據(jù)如圖 41 所示。 4 成型零件設(shè)計 8 圖 41 分型數(shù)據(jù) （ 1） 許用變形量 δ p 的計算 從模具型腔不產(chǎn)生溢料考慮，查《中國模具設(shè)計大典》表 ， mmp ?? ，取其值為 ； （ 2） 剛度和強度條件計算 ① 帶 ?？虻恼w式矩形凹模側(cè)壁厚度計算 hHSS 39。Ll 圖 42 整體式矩形凹模 此類結(jié)構(gòu)按剛度條件進行計算，?？蚝穸葹椋? 山東大學(xué)畢業(yè)論文（設(shè)計） 9 3133132 ?????????????????? ?????? ???hSCEphHlLSp?? 式中， p ─ 模具型腔內(nèi)最大熔體壓力即型腔壓力， p 取 35 MPa； h─凹模型腔深度，查圖 41 得： mmh 34?上 ， mmh 41?下 ； H ─查圖 41 得： mmH 55?上 ， mmH 65?下 ； l ─矩形凹模型腔中塑件長度，查圖 41 得： mml 427?長 ， mml 265?短 ； L ─矩形凹模型腔長度查圖 41 得： mmL 480?長 ， mmL 320?短 ； S? ─矩形凹模型腔側(cè)壁厚度； C ─根據(jù) ?lh ，查《中國模具設(shè)計大典》表 ， ?C ， ?? ； 3? ─查《中國模具設(shè)計大典》圖 ，根據(jù) ??? lb? 得： ?? ； E ─一般中碳鋼的彈性模量取 105 MPa； p? ─許用變形量； 故 型腔凹模長邊厚度為： 034 34355532 427480 3135 ??????????????????? ??????????????長S 型腔凹模短邊厚度為： 034 34355532 265320 3135 ??????????????????? ??????????????短S 型芯凹模長邊厚度為： 041 41356532 427480 3135 ??????????????????? ???????????????長S 型芯凹模短邊厚度為： 041 41356532 265320 3135 ??????????????????? ???????????????短S 4 成型零件設(shè)計 10 通過以上計算， 查 《中國模具設(shè)計大典》表 ， 型腔凹模固定板選用： 500 mm710 mm；型芯凹模固定板選用： 500 mm710 mm； 強度條件進行校驗 ?lh ，所以選用公式 ? ?? ?22m ax 13 SSph ?? ?? ??? 型腔凹模長邊厚度校核 ? ?? ? ??? ?? 22m a x 13 SSph ??? ? ?? ? p22 P ???? ????? 型腔凹模短邊厚度校核 ? ?? ? ??? ?? 22m a x 13 SSph ??? ? ?? ? pMP a ???? ????? 22 型芯凹模長邊厚度校核 ? ?? ? ??? ?? 22m a x 13 SSph ??? ? ?? ? pMP a ???? ????? 22 型芯凹模短邊厚度校核 ? ?? ? ??? ?? 22m a x 13 SSph ??? ? ?? ? pMP a ???? ????? 22 式中， p ─ 模具型腔內(nèi)最大熔體壓力即型腔壓力， p 取 35 MPa ； h─凹模型腔深度，利用 UG 求，查圖 41 得： mmh 34?上 ， mmh 41?下 ； p? ─一般中碳