【正文】 。注塑成型分兩個(gè)階段，即開(kāi)發(fā) /設(shè)計(jì)階段（包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造）和生產(chǎn)階段（包括購(gòu)買材料、試模和成型）。 傳統(tǒng)的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺(jué)設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和 模具設(shè)計(jì)，這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期。 目前國(guó)際市場(chǎng)上主要流行的，運(yùn)用范圍最廣的注射模流動(dòng)模擬分析軟件有澳大利亞的 MOLDFLOW、美國(guó)的 CFLOW、華中科技大學(xué)的 HFLOW 等。其中 MOLDFLOW 軟件包括三個(gè)部分： MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS （產(chǎn)品優(yōu)化顧問(wèn)，簡(jiǎn)稱 MPA）， MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT （注射成型模擬分析，簡(jiǎn)稱 MPI）， MOLDFLOW PLASTICS XPERT （注射成型過(guò)程控制專家，簡(jiǎn)稱 MPX）。 采用 CAE技術(shù)，可以完全 代替試模， CAE 技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注射成型過(guò)程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的 收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對(duì)減少甚至避免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義 [3]。 2 塑件材料分析 2． 1 塑件材料的基本特性 目前，中國(guó)娛樂(lè)場(chǎng)比較多，游 戲廳里的游戲機(jī)按扭，往往容易被興致極高的玩家們按壞，所以市場(chǎng)也看中了這一點(diǎn)，為了適應(yīng)玩家玩得痛快及游戲廳老板的需要，很多廠家開(kāi)始生產(chǎn)比以前舊材料更好的新材料按扭，本次設(shè)計(jì)就是以此為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一批游戲機(jī)按扭套的注射模具，該按扭套不易被按壞，堅(jiān)固而不難按，在玩家達(dá)到忘我境界時(shí)，老板不用擔(dān)心被按壞，玩家也不會(huì)覺(jué)按扭不靈敏，深受廣大消費(fèi)者的歡迎，具有廣闊的市場(chǎng)前景。設(shè)計(jì)中利用 CAD/CAE 技術(shù)進(jìn)行模具設(shè)計(jì)和成型工藝分析。首先，在三維高端軟件 UG NX上進(jìn)行產(chǎn)品 3D造型，然后使用 Auto CAD 繪制注射模具總裝圖 和模具零件圖，最后將產(chǎn)品三維圖轉(zhuǎn)入 MOLDFLOW 軟件中進(jìn)行注射工藝過(guò)程模擬分析，確定最佳的注射工藝參數(shù)，同時(shí)分析制品缺陷的原因及解決辦法。 由于本次設(shè)計(jì)的按扭具有手感工效，而不缺實(shí)用功能，表面光滑且透明，故選用材料為聚苯乙烯 PS，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。 2． 2 塑件材料成型性能 塑件材料對(duì)注射工藝和模具結(jié)構(gòu)的適應(yīng)能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好壞直接影響到成型加工的難易程度和制品質(zhì)量的優(yōu)劣，同時(shí)還影響生產(chǎn)效率的高低和設(shè)備的輻射能損耗等。 PS成型性能主要有： 聚苯乙烯（ Polystyrene）簡(jiǎn)稱 PS。其世界產(chǎn)量?jī)H次于 PE、 PVC、 PP 居世界第四位，后來(lái)高抗沖級(jí)的 PS 產(chǎn)生（簡(jiǎn)寫 HIPS）拓寬了 PS 的用途范圍。 PS 為無(wú)定型、非極性線性高聚物。由于在分子鏈上有苯環(huán)取代基，分子的不對(duì)稱性增加，內(nèi)旋轉(zhuǎn)受到限制，為此，呈現(xiàn)剛性，性脆。玻璃化溫度較高，為 80～ 100C? ，分子量一般在 5萬(wàn)～ 20 萬(wàn)。 PS 的密度為 3/cmg ，為無(wú)色透明粒狀熱塑性樹(shù)脂。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 ， 它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮類、酯類等。能耐一般酸、堿、鹽的腐蝕。 熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，在粘流態(tài)下溫度的少許波動(dòng)不會(huì)影響注射過(guò)程。吸濕性極小，只有 %～ %，所以在加工前，可以不干燥，又其比熱較低，所以塑化效率高，在模具中固化快，成型周期短。 PS 收縮率低，只有 %～ %，對(duì)模制品影響不大。 PS 具有一定的力學(xué)強(qiáng)度，化學(xué)穩(wěn)定性及電氣性能都較優(yōu)良，透光性好，達(dá) 88%～ 92%，僅次于有機(jī)玻璃，折光率為 ～ ，具有優(yōu)良的電絕緣性能，一般不受溫度、濕度的 影響。著色性佳，并易于成形。它的特點(diǎn)是差不多完全能耐水。缺點(diǎn)是耐熱性較低，而且其制品由于內(nèi)應(yīng)力容易碎裂，僅能于低負(fù)荷和不高的溫度 (60～ 75℃ )下使用，所以在成型中一定要注意這個(gè)問(wèn)題，清除內(nèi)應(yīng)力除調(diào)節(jié)工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)等之外，還可將制品進(jìn)行后處理以消除內(nèi)應(yīng)力，如將其置于 60～ 75℃熱水浴中或烘箱中，“退火”處理1～ 3 小時(shí)。冷卻定型溫度應(yīng)小于 50℃，可使制品表面光亮、平滑。 處于粘流態(tài)的聚苯乙烯，其粘度對(duì)剪切速率和溫度都比較敏感，在注射成型中無(wú)論是增大注射壓力或升高溫度都會(huì)使熔融粘度顯著下降。因此，聚苯乙烯既 可用于螺桿式也可用于柱塞式注射機(jī)成型。在此選用柱塞式注射機(jī)。料筒溫度控制在 140～ 260℃之間，噴嘴溫度為 170～ 190℃，注射壓力為 60～ 150MPa，為了使制品順利脫模，模壁斜度應(yīng)增大至 1～ 2度。 PS 主要用于各種儀表外殼，骨架，儀表指示燈，燈罩，汽車燈罩，化工貯酸槽、酸輸送槽 (特別如氫氟酸 )，化學(xué)儀器零件，電訊零件，由于透明度好，還可用于制造光學(xué)儀器零件及透鏡 [4]。 2． 3 塑件材料成型條件 確定注射工藝條件時(shí)，需要根據(jù)塑料品種選擇適當(dāng)?shù)墓に噮?shù)，知道了塑料的工藝參數(shù)還能選擇合適的注射機(jī)，使機(jī)型的 規(guī)格大小及性能參數(shù)的范圍盡量與注射工藝參數(shù)接近，只有這樣才能在保證制品質(zhì)量的前提下，獲得最高的生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益。 PS 的注射工藝條件參數(shù)見(jiàn)表 2和 3。 表 1 PS 的注射工藝參數(shù) 注射機(jī)類型 預(yù)熱溫度℃ 噴嘴溫度℃ 料筒溫度℃ 模具溫度℃ 前段 后段 柱塞式 60～ 75 160～ 170 170 ～190 140 ～160 20 ～60 表 2 PS 的注射工藝參數(shù) 注射壓力 MPa 成型時(shí)間 S 冷卻時(shí)間 S 成型周期 S 后處理介質(zhì) 后處理溫度℃ 后處理時(shí)間 S 60 ～100 15 ～45 15 ～30 40～ 90 熱水浴或 鼓風(fēng)烘箱 70 2～ 4 表 3 PS 的熱處理?xiàng)l件 塑料 熱處理介質(zhì) 處理溫度℃ 制件厚度mm 處理時(shí)間min PS 空氣或水 60～ 70 6? 30～ 60 70～ 77 7? 120～ 360 3 塑件的工藝分析 在模具設(shè)計(jì)之前需要對(duì)塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。 游 戲機(jī)按扭套如圖（ 1）所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見(jiàn)圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)并不太復(fù)雜，外輪廓線由圓弧和直線組成。 圖（ 1）游戲按扭套俯視圖和仰視圖 3． 1 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) （ 1）、脫模斜度 由于注射制品在冷卻過(guò)程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會(huì)緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過(guò)大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收縮率有關(guān)。斜度過(guò)小，不僅會(huì)使 制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過(guò)大時(shí)，雖然脫模方便，但會(huì)影響制品尺寸精度，并浪費(fèi)原材料。通常塑件的脫模斜度約取 ～? ，根據(jù)文獻(xiàn) [1]，塑件材料 PS的型腔脫模斜度為 35/ ～ 1? 30/ ，型芯脫模斜度為 30/～1? （ 2）、塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu) 要素，是設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮的問(wèn)題之一。塑件的壁厚對(duì)于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時(shí)的熔體流動(dòng)、固化定型時(shí)的冷卻速度和時(shí)間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因?yàn)楸诤裉蟛粌H會(huì)使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會(huì)延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長(zhǎng)，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會(huì)發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準(zhǔn)確性。選擇壁厚時(shí)應(yīng)力求塑件各處壁厚盡量均勻 ，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在 1～ 4mm ，最常用的數(shù)值為 2～ 3mm 。該小電機(jī)外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為 2mm 。殼內(nèi)凸出部件的壁厚均為 1mm （ 3）、塑件的圓角 為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過(guò)程中的充模特性，增加相應(yīng)位置 模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過(guò)度。在無(wú)特殊要求時(shí)，塑 件的各連接角處均有半徑不小于 ～ 1mm 的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的 倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的 倍。 該小電機(jī)外殼表面圓角半徑為 2mm ，內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角半徑為 1mm （ 4）、孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時(shí)，會(huì)使熔體流動(dòng)困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計(jì)孔時(shí)，應(yīng)盡量采用簡(jiǎn)單孔型。由于型芯對(duì)熔體有 分流作用，所以在孔成型時(shí)周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強(qiáng)度降低，故設(shè)計(jì)孔時(shí)孔時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。本設(shè)計(jì)中孔都在側(cè)面或邊緣，能采用型芯直接加工成型。 3． 2 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動(dòng)性和注射機(jī)規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動(dòng)性好的塑料可以成型較大尺寸的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧 些。該塑件的材料為 PS，流動(dòng)性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件的尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級(jí)確定精度等級(jí)。根據(jù)我國(guó)目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn) [2]表 32 塑件的尺寸與公關(guān)（ SJ13721978）的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來(lái)確定。根據(jù)文獻(xiàn) [2]，選用一般精度等級(jí)，PS的精度等級(jí)一般為四級(jí)，可在文獻(xiàn)中查到相應(yīng)的公差值。 3． 3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點(diǎn)來(lái)保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為 Ra ～ m? 之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的 1/2，即 Ra ～ m? 。模具在使用過(guò)程中由于型腔磨損而使表面粗 糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時(shí)給以 拋光復(fù)原。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為 m? ，內(nèi)部為 m? 。外部接手柄區(qū)域粗糙度加大，主要是為了裝配牢固和方便，且增加摩擦力以便有游戲玩家按起來(lái)有手感。 3． 4 塑件的體積和質(zhì)量 用 UG NX軟件對(duì)該按扭套進(jìn)行三維實(shí)體造型，然后用分析模塊對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量特性分析，輸入材料密度（ PS 的密度為 3/cmg ），即可以得出該按扭制品共兩個(gè)按扭套 ，每個(gè)的體積為 3cm ，質(zhì)量為 克。 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 4． 注射成型工藝過(guò)程分析 [5] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過(guò)程為： 第一步：為使注射過(guò)程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。 （ 1）、成型前對(duì)原材料的預(yù)處理 根據(jù)注射成型對(duì)物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流 動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥， PS 材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在 70 ～ 80 ℃下干燥 2～ 4 h。 （ 2）、料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，都需要對(duì)注射機(jī)（主要是料筒）進(jìn)行清洗或拆換。 柱塞式注射機(jī)料筒的清洗常比螺桿式注射機(jī)困難，因?yàn)橹搅贤矁?nèi)的存料量較大而不易對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)，清洗時(shí)必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對(duì)螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對(duì)空注射法清洗。 （ 3）、脫模劑的 選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟（白油），硅油，對(duì) PS 材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤猓话闼芰隙伎墒褂谩? 第二步 : 注射成型過(guò)程 完整的注射過(guò)程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過(guò)程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是?了消除存在的內(nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為 PS，就采用退火處理 1