【正文】 塑件表面質量分析 塑件的表面質量包括表面粗糙度和外觀質量等，塑件表面粗糙度的高低主要與模具型腔內各成型表面的粗糙度有關。一般模具型腔表面粗糙度值要比塑件的要 求低 1～ 2 級。一般來說，原材料的質量、成型工藝（各種參數的設定、控制等人為因素）和模具的表面粗糙度等都會影響到塑件的表面粗糙度，尤其以型腔壁上的表面粗糙度影響最大。另外對于透明塑件，特別是光學元件，要求凹模和型芯兩者有相同的表面粗糙度。該塑件要求外形美觀，色澤鮮艷，外表面沒有斑點及熔接痕，粗糙度可取 的表面粗糙度要求，因此塑件通過注射成型的方法獲得，據表 25 不同加工方法和不同材料所能達到的塑件表面粗糙度 [1],塑件內表面粗糙度可取 或 。 塑件結構工藝性分析 塑件的幾何形狀及結構設計 塑料制品的形狀一般是普通使用形狀、藝術形狀、工程（功能）形狀等三種情況之一或者是它們的結合。塑件制品的形狀直接決定了相應模具的結構的設計。制品設計方面的燈座注射模設計 10 某些簡單要求往往會造成模具制造和成型的困難；反之，對制品的結構作有利于模具設計的優(yōu)化，往往又能大大地簡化模具結構或改善成型工藝。塑件制品的結構設計包括壁厚、脫模斜度、加強肋、支承面、圓角、孔的設計及塑件的表面形狀等方面。 ⒈ 壁厚 塑件的壁厚對其質量有很大的影響，壁厚過小難以滿足使用強度和剛 度的要求，對于大型復雜件難以充滿型腔；壁厚太大，不但浪費原材料，而且在塑件內部容易產生氣泡，外部易產生凹陷等缺陷，同時還會增加冷卻時間。另外，同一塑件的壁厚應盡可能均勻一致，以避免造成收縮不一致而導致變形或開裂。 塑件壁厚一般在 1～ 6mm 范圍內，最大可達 ～ 3mm,這都隨塑件類型和用途而定。由表 2— 7 常用熱塑性塑件最小壁厚及推薦壁厚 [1]查得聚碳酸酯的最小壁厚為 ～ 的壁厚都為 3mm,且外形為回轉 體，其壁厚均勻，符合最小壁厚要求。 ⒉ 脫模斜度 由于塑件冷卻后產生收縮時會緊緊包在凸模上，或由于粘附作用而緊貼在型腔內。為了便于脫模，防止塑件表面在脫模時出現頂白、頂傷、劃傷等。在塑件設計時應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、收縮率、摩擦因數、塑件壁厚和幾何形狀有關。因此選取脫模斜度時應考慮到塑件的精度要求、塑件的尺寸大小、塑件的形狀是否復雜、塑件的收縮率大小和塑件的壁厚值。據表 2— 10 常用塑件的脫模斜度 [1]查得聚碳酸酯的凹模脫模斜度為 35′～ 40′，型芯的脫模斜度為 30′～ 50′。又此塑件的外觀要求較高且高度尺寸較大、孔和凹槽較多，為方便脫模，因此統一取凹模和型芯的脫模斜度為 2176。 ⒊ 圓角 塑件設置圓角不但使其成型時熔體流動性能好，成型順利進行，而且能減少應力集中。因為當塑件帶有尖角時，往往會在尖角處產生應力集中，在受力或受沖擊振動時發(fā)生斷裂。據圖 2— 5 圓角半徑 R和厚度 T與應力的關系 [1]:當 R/T，應力容易集中；當 R/T時，則應力集中不明顯。由零件圖知該塑件有兩個圓角 R2 和 R5，塑件壁厚為 3mm。易知R/T 為 和 ，顯然塑件底部兩個圓角不 會產生應力集中。 燈座注射模設計 11 ⒋ 孔的設計 塑件的上的孔有通孔、不通孔、形狀復雜的孔和螺紋孔等。這些孔絕大多數與塑件同時成型。由于塑件的成型特性，設計事應注意孔的極限尺寸、孔間距、孔的類型。 ⑴ 孔的極限尺寸 原則上，塑件上的孔均能用一定的型芯成型。但考慮到型芯因高壓沖擊而彎曲變形和加工的難度。因此對塑件孔的最小直徑和孔的最大深度加以限制。據表 2— 15 熱塑性塑料孔的極限尺寸 [1]查得聚碳酸酯的最小直徑 d=度 h= d=2mm，顯然符合孔的極限尺寸要求。 ⑵ 孔間距 注射成型時塑件熔體遇到成型孔的小型芯時會被分成兩部分，在料流的背面容易產生熔接痕，使塑件孔的強度降低。因此，孔邊與孔邊之間，孔邊與塑件邊緣之間應該有一定的距離，以保證塑件有足夠的強度?？组g距、孔邊距與孔徑。對該設計的零件進行分析發(fā)現塑件有三組孔徑不同的通孔，分別為 ? 2mm、 ? 5mm、 ? ；對應的孔邊距和孔間距分別為 17mm 和 12mm， 和 、 和 7mm。據表 2— 16 塑件孔間距、孔邊距與孔徑關系 [1]分析各孔的數據，得出此塑件的孔都能與塑件同時成型，且能保證塑件有足夠的強度。 ⑶ 孔的類型 塑件上常見的孔有通孔、不通孔、螺釘固定孔和異型孔等。本設計零件的孔為通孔和螺釘固定孔。且各孔的深度均為塑件的壁厚，容易成型。 ⒌ 塑件的內凸臺設計 對本設計的塑件進行結構分析發(fā)現該塑件在直徑 ? 121的外圓筒的圓周上均勻分布有四個高 h=，寬 b=11mm 的內凸臺，因此在模具設計中需要設 計側向抽芯機構，機構的詳細設計將在后面的模具設計章節(jié)詳細表述。 PC 的注射成型過程及工藝參數 注射成型又稱注射模塑，是熱塑性塑料制品的一種主要成型方法。除個別熱塑性塑料外，幾乎所有的熱塑性塑料都可用此方法成型。注射成型模具占整個塑料模的 90%左右。近年來，注射成型已成功地用來成型某些熱固性塑料制品。注射成型可成型各種形狀的塑料制品，它的特點是成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精密、帶有嵌件的塑料制品，而且生產效率高，易于實現自動化生產，所有廣泛用于 塑料制品的生產中。 燈座注射模設計 12 注射成型工藝過程 注射成型工藝過程包括注射前的準備、注射過程和制品的后處理三個主要階段。 ⒈ 注射前的準備 為了使注射成型順利進行，保證塑件質量，一般在注射之前要進行原料預處理、清洗料筒、預熱嵌件和選擇脫模劑。 ⑴ 原料的預處理 對 PC 的色澤、粒度和均勻度等進行檢測，因 PC 的吸濕性較強，但若有些微量水分存在則制品產生其他色澤或氣泡，故必須密封干燥，同時成型時也須預備干燥；干燥處理的溫度 t=110～ 120℃ ,干燥處理的時間 h24h。 ⑵ 清洗的料筒 生產中如需要改變 塑料品種、更換物料、調換顏色，或發(fā)現成型過程中出現了熱分解或降解反應，均應對注射機的料筒進行清洗，對于螺桿式注射機，可以采用對空注射清洗法。 ⑶ 脫模劑的選用 為了便于脫模，生產中常使用脫模劑。常用的脫模劑有三種：硬脂酸鋅、液態(tài)石蠟和硅油。硬脂酸鋅除尼龍塑料外，其余均可使用。 ⒉ 注射過程 完整的注射過程包括加料、塑化、注射、保壓、冷卻和脫模等幾個步驟。 ⒊ 制品的后處理 塑件在成型過程中，由于塑化不均勻或由于塑料在型腔中的結晶、定向以及冷卻不均勻而造成塑件各部分收縮不一致，或因其他原因使塑件內部不可避免 地存在一些內應力而導致在使用過程中變形或開裂，因此應該設法消除掉。消除內應力的方法有退火處理和調濕處理。據表 32 常見塑料注射成型時的注意事項 [1]得 PC 須在 130～ 135℃的烘箱中或自來水中退火處理 1h，然后緩慢冷卻。 注射成型工藝參數 在注射成型過程中，工藝條件的選擇和控制是保證成型順利進行和塑件質量的關鍵因素之一，主要工藝條件是影響塑化流動和冷卻的溫度、壓力和相應的各個作用時間。 ⒈ 溫度 在注射成型中需要控制的溫度有料筒溫度、噴嘴溫度和模具溫度。前兩者影響塑料的塑化流動；后一種溫度主要 影響充型和冷卻。料筒的溫度分布一般遵循前高后低的原則，即從料斗一側（后側）起至噴嘴（前端）止，是逐步升高的。噴嘴溫度一般為防止熔體在燈座注射模設計 13 噴嘴處產生“流涎”現象，通常將噴嘴溫度控制在略低于料筒的最高溫度，即大致與料筒中斷溫度相同。模具溫度對塑料熔體的流動性、塑件的內在性能和外觀質量影響很大，模具必須保持一定溫度。 (見表 22) 表 22 PC 成型溫度表 工藝參數 PC 料筒后段溫度 /℃ 220～ 240 料筒中段溫度 /℃ 230～ 280 料筒前段溫度 /℃ 240～ 285 噴嘴溫度 /℃ 240～ 250 模 具溫度 /℃ 70～ 120 注射成型過程需要控制的壓力有塑化壓力、注射壓力、保壓壓力和型腔壓力 4種，它們直接影響塑料的塑化和塑件質量。塑化壓力所代表的是塑料塑化過程中所承受的壓力；注射壓力是指柱塞或螺桿頂部對塑料熔體所施加的壓力；保壓壓力是指型腔充滿后，注射壓力對模內熔體的壓實；型腔壓力是注射壓力在經過注射機噴嘴、模具的流道、澆口等的壓力損失后，作用在型腔單位面積上的壓力。一般型腔壓力是注射壓力的 ～ 倍，大約為 20～ 40MPa。 (見表 23) 表 23 PC 成型壓力系數 壓力 /MPa 注射 70～ 130 保壓 40～ 50 注射速率主要影響熔體在型腔內的流動行為。通常隨著注射速率的增大，熔體流速增加，剪切作用加強，熔體粘度降低，熔體溫度因剪切發(fā)熱而升高，所以有利于充型。制品個部分塑料熔體的熔接處的溶接強度也得以增加。但是，由于注射速率增大可能使熔體從層流狀態(tài)變?yōu)橥牧鳡顟B(tài)，嚴重時會引起熔體在模內噴射而造成模內空氣無法排出。 完成一次注射成型工藝過程所需的時間稱為成型（或生產）周期。它是決定注射成型燈座注射模設計 14 生產率及塑件質量的一項重要因素。它包括以下幾部分：注射時間 （充型時間和保壓時間）、合模冷卻時間、其他時間（開模、脫模、涂脫模劑和合模時間）。成型周期直接影響生產效率和設備的利用率，應在保證產品質量的前提下，盡量縮短成型、冷卻過程。注射時間和冷卻時間的多少對塑件制品的質量有決定性影響。 (見表 24) 表 24 PC 各成型時間 時間 /s 注射時間 1～ 5 保壓時間 20～ 90 降溫固化時間 20～ 90 成型周期 50～ 130 ⒌ 其它工藝參數 塑件的工藝參數除了以上所述的各工藝參數外，還有如下的工藝參數要求，如下表 25 表 25 其它工藝參數 螺桿轉速 /r178。 min1 25～ 40 噴嘴結構 直通式 注射機類型 螺桿式 螺桿結構形式 通用型 燈座注射模設計 15 第三章 注射成型工藝及注塑機的選擇 概述 注射成型的原理是將顆粒狀或粉狀塑料從注射機的料斗送進加熱的料筒中，經過加熱熔融塑化成為粘流態(tài)熔體，在注射機柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過噴嘴注入模具型腔，經過一定時間的保壓、冷卻定型后可保持模具型腔所賦予的形狀，然后開模分型獲得成型塑件。 注射成型所用的設備是注射機。目前注射機的種類很多，但普遍采用的是柱塞式注射機和螺桿式注 射機。 在對燈座進行材料選定、零件工藝性分析、成型工藝過程分析和工藝參數大致選定的基礎上，根據塑件批量大小和精度要求就可確定型腔數量和排列方式，根據模具所需注射量就可以確定注射機的型號及安裝尺寸的確定。 型腔數量及排列方式選擇 本設計的零件等座屬中小型塑件，為回轉體，形狀規(guī)則，精度要求為一般，且為批量生產，但塑件的外筒內壁有凸臺，需要進行側抽芯，考慮到經濟效益和生產效益，并結合模具的結構，防止模具結構過于復雜，初步擬定采用一模一腔，零件尺寸如圖 31 所示： 圖 31 燈座注射模設計 16 注射機選型 注射量計算 通過 Pro/E 建模，如圖 23 所示，通過“分析” — “模型” — “質量屬性”得 塑件體積 v=179。，塑件質量 m1=（取 PC 的密度為 ），流道凝料的質量m2 還是個未知數，可按塑件質量的 倍來估算。從上述分析中確定為一模一腔，所以注射量為： m==179。 1179。 = v=m/p=247。 = 圖 32 Pro/E 質量屬性分析圖 澆注系統凝料體積的初步估算 澆注系統的凝料在設計之前 是不能確定準確數值，但是可以根據經驗按照塑件體積的~1 倍來估算，由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統的凝料按照塑件體積的 倍來估算，故一次注入模具型腔塑料熔體的總體積（即澆注系統的凝料和一個塑件體積之和）為 燈座注射模設計 17 v 總 =（ 1+） v 塑 =179。 = 選擇注塑機 注射模是安裝在注射機上的，因此在設計注射模具時應該對注射機的有關技術規(guī)范進行必要的了解，以便設計出符合要求的模具，同時選定合適的注射機型號。從模具設計角度考慮，需要了解注射機的主要技術規(guī)范 有：公稱注射量、公稱注射壓力、公稱鎖模力、模具安裝尺寸以及開模行程等。 根據第二步計算得出一次注入模具型腔的塑料總量 v 總 =，并結合式（ 418）[1]則有： v 總 /=。根據以上的計算，據附錄 G 部分國產注射成型機的型號和技術參數 [1]初步選定公稱注射量為 500cm3，注射機型號為 XSZY500 的臥式注射機，其主要技術參數參見表 32。 表 32 注射機主要技術參數 注射壓力 /MPa 104MPa 注射行程 /mm 200 螺桿轉速 /r/min 20~80r/min 注射時間 /s 合模力 /N 35105 最大成型面積 /cm178。 1000 模板最大行程 /mm 500 最大模具厚度 /mm 450 拉桿空間 /mm 500440 最小模具厚度 /mm 300 噴嘴球半徑 /mm 18 噴嘴孔直徑 /mm 定位孔直徑 /mm 150 模板尺寸 /mm 700850 注射機的相關參數的校核 注射量的校核 選用注射機時，通常是以某塑件（或