【文章內(nèi)容簡介】 ructural design will not go, to see details in later chapters. Keywords: ABS injection mould one module of four cavities U disk U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 5 件 成形 工藝性分析 如圖 1所示 ： 圖中尺寸為 U盤實際測量尺寸，其尺寸公差見后面章節(jié) ! 圖 ABS（丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物） 的特性 丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物 ABS 樹脂微黃色或白色不透明 顆粒狀 ，是丙烯腈 丁二烯 苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐熱，耐化學(xué)腐蝕，丁二烯使聚合物具有優(yōu)越的柔性，韌性；苯乙烯賦予聚合物良好的剛性和加工流動性。因此 ABS 樹脂具有突出的U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 6 力學(xué)性能和良好的綜合性能。同時 具有吸濕性強，但原料要干燥，它的塑件尺寸穩(wěn)定性好，塑件盡可能偏小 的脫模斜度。 塑件的結(jié)構(gòu)及成形 工藝性分析 （ 1） 結(jié)構(gòu)分析如下： 該塑件 作為 U 盤的外殼 ，外形為 倒有圓角的 抽 殼不規(guī)則 體 ， 其中兩 個角 做了改變，為倒角和圓弧，制件內(nèi)部為一個通孔， 制件的內(nèi)部倆側(cè)之間有角度要求， 所以 在模具設(shè)計和制造上要有精度的定位措施和良好的加工工藝以保證塑件精度。 由于該 U盤塑件不是很大， U盤內(nèi)成型面定位 凸點 采用強制脫模 ，為保證在推出時不能夠使塑件發(fā)生變形以影響外觀，所以 塑件需多根推桿外加斜頂同時推出，見圖 2。 圖 （ 2）成型工藝分析如下： ? 由于制件的外表面要求 平整、光潔、美觀 棱角清晰；由產(chǎn)品圖得知 U 盤表面上部分為光滑表面，尾部為磨砂腐蝕紋， 為使得 塑件外表面美觀， 需將分型面設(shè)置在U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 7 磨砂面與光滑面的分界處 ，見圖 3。 ? 精度等級：采用一般精度 IT7 級 ； ? 脫模斜度：該塑料件高為 ， 寬度 為 ，雖然由于原料在注射時流動性比較 好，但是型芯與塑件接觸面積較大 ,頂針頂出塑件需要克服塑件與型芯之間的摩擦力較大， 因此，塑件 脫模斜度 為 1176。 。 （ 3） 塑件的成型工藝參數(shù)確定的三大要素：溫度 、 壓力和時間。 a) 溫度： 注射成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度 、 噴嘴溫度和模具溫度等。 料筒溫度 ：料筒溫度的選擇應(yīng)保證塑料塑化良好順利 注射，而不會引起塑料分解 噴嘴溫度 ： 料筒和噴嘴溫度的選擇應(yīng)與其它工藝條件相配合。料筒和噴嘴溫度對成型條件及塑件的物理力學(xué)性能影響十分顯著。 模具溫度 ： 模具溫度對塑件的內(nèi)在性能 和表面 質(zhì)量有很大影響。模具溫度根據(jù)塑件是否結(jié)晶 、塑件的尺寸和結(jié)構(gòu)要求等 條件來確定 。 b) 壓力：注射成型過程中的壓力包括塑化壓力和注射壓力兩種，它們都直接影響塑 料的塑化和塑件的質(zhì)量。 塑化壓力 :注射過程中塑化壓力的大小是隨塑桿的設(shè)計 、塑件質(zhì)量的要求以及塑件的種類等 不同而異。 注射壓力 :注射壓力的大小取決于注射成型機的類型、模具結(jié)構(gòu)、塑件壁厚、塑件種類和注射成型工藝等。 c) 時間 ： 一次注射成型周期包括注射時間（充模時間和保壓時間） 、 閉模冷卻時間 . 生產(chǎn)中充模時間為 3～ 5s。注射時間中的保壓時間所占比例較大 ， 約為 20～ 120s。在澆口處熔料凝結(jié)之前，保壓時間的長短對塑件尺寸精度有直接影響，而澆口處凝結(jié)之后則無影響。保壓時間以塑件的收縮波動范圍最小的時間為準(zhǔn)。 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 8 冷卻時間取決于塑件厚度，塑件的熱性能和結(jié)晶性能，以及模具溫度。冷卻時間約為 30～ 120s。冷卻時間過長會對復(fù)雜塑件造成脫模困難。溫度、壓力和時間。這三大成型工藝控制因素 都需要根 據(jù)塑料品種、塑件壁厚和形狀以及模具結(jié)構(gòu)來 選定。 塑 性塑料 ABS 的注射成形 過程及工藝參數(shù) 注射成形 過程 （ 1）成型前的準(zhǔn)備 對 ABS 的色澤、粒度和均勻度等 進行檢驗，成型前應(yīng)進行充分的干燥預(yù)處理（ 100110176。 C）。同時，清洗料筒，對嵌件和模具進行預(yù)熱，確定應(yīng)使用的脫模劑，在模具型腔表面均勻涂上一層脫模劑（如硬脂酸鋅、液體石蠟、硅油等），以保證塑料制品的順利脫離，將原料加入料斗，對料筒加熱到預(yù)定溫度，保溫 20 分鐘之后，啟動螺桿對原料進行塑化和計量。 （ 2）注射過程 塑料原料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱、塑化達到粘流狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔成型，其過程可分為充模、保壓、放氣和固化冷卻四個階段。 （ 3） 塑件的后處理 調(diào)濕處理，即將剛脫模的塑件放入 熱水中（處理溫度 90100℃），保溫一段時間（處理時間為 4小時左右），然后緩慢冷卻，這樣可以隔絕空氣，防止塑料氧化，同時，加速吸濕平衡，穩(wěn)定塑件尺寸，消除內(nèi)應(yīng)力。 塑料 的注射 成形 工藝參數(shù) （ 1） 注射機：螺桿式 （ 2） 預(yù)熱和干燥：溫度 8085℃ ， 23h （ 3） 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min）： 30 （ 4） 料筒溫度（℃）后段： 150～ 170 中段： 165～ 180 前段： 180～ 200 （ 5） 噴嘴溫度 （℃） 170～ 180 噴嘴形式： 直通式 （ 6） 模具溫 度（℃）： 50～ 80 （ 7） 注射壓力 （ Mpa） ： 60～ 100 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 9 （ 8） 保壓 壓力 （ Mpa） ： 60～ 100 （ 9） 成型時間（ s）：注射 20～ 90；保壓 0～ 5； 冷卻時間 20～ 120； 成型周期： 50～ 100 （ 10） 后處理： 紅外線，烘箱， 70℃ ， 24h 綜合性能良好，沖擊強度較高，化學(xué)穩(wěn)定性，電性能良好。適于制作一般機械零件、減摩耐磨零件、傳動零件 、家用塑料制品 和電訊結(jié)構(gòu)零件。 （ 1） 無定性料，流動性中等，比聚苯乙烯、 AS 差，但比聚碳酸酯、聚氯乙烯好，溢邊值為 毫米左右。 （ 2） 吸濕性強，必須充分干燥，表面要求光澤的塑件須 經(jīng)長時間的預(yù)熱干燥。 （ 3） 成型時宜取高料溫、高模溫，但料溫過高易分解（分解溫度為≧ 250℃）。 的主要性能指標(biāo) ABS 塑料主要的性能指標(biāo)： 密度 () 收縮率 % ~ 熔 點 ℃ 130~160 熱變形溫度 45N/cm 65~98 彎曲強度 Mpa 80 拉伸強度 MPa 35~49 拉伸彈性模量 GPa U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 10 彎曲彈性模量 Gpa 壓縮強度 Mpa 18~39 缺口沖擊強度 kJ/㎡ 11~20 硬 度 HR 62~86 模具上用以取出塑件和澆注系統(tǒng)凝料的可分離的接觸表面成為分型面。分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要因素，并且直接影響著塑料熔體的流動、充填性能及 塑件的脫模。分型面的選擇受到塑件的形狀、壁厚、尺寸精度、及其形狀、塑件在模具內(nèi)的成型位置、脫模方法、澆口的形式及位置、模具類型、模具排氣、模具制造及其成型設(shè)備結(jié)構(gòu)因素的影響。本次設(shè)計，分型面的選擇考慮七個方面： （ 1）分型面應(yīng)設(shè)置在塑件外形最大輪廓處，便于脫模，否則塑件無法取出。 （ 2） 考慮塑件的外觀，使得分型面產(chǎn)生的飛邊易于清除且不影響塑件的外觀。 （ 3） 分型面的選擇應(yīng) 保證塑件的尺寸精度 要求 。 （ 4） 有利于防止溢料，考慮飛邊在塑件上的位置。 （ 5） 分型面選擇應(yīng)考慮排氣效果， 所以應(yīng)盡量設(shè)置在塑件熔體充滿的末端處，這樣分型面就可以有效排除型腔內(nèi)積聚的空氣 。 （ 6） 考慮脫模斜度對塑件尺寸的影響。 （ 7） 使成型零件便于加工。 此塑件分模時，動模板帶動模芯運動，使得塑件光滑面從定模板模腔中脫模，同時，U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 11 頂針板 接觸到注塑機的頂出裝置時動模繼續(xù)后退，塑件以及澆注系統(tǒng)凝料和推出機構(gòu)停在原處不動，從而使得頂針和斜頂將塑件頂出。 在前面章節(jié)塑件成型分析中得知塑件脫模斜度為 1176。，對于拔模斜度小或塑件較高時， 為了便于脫模，可將分型面選在塑件中間的部位，但此塑件外形有 分型的痕跡。 （ 1）分型面選擇方案 A。 第一 分型面 與 開模 方向 垂直 。分型面的形式與位置如圖 所示 。此種分型面，在塑件部動模板型芯的接觸面積大，脫模力增大故而頂出裝置將其頂出較困難，塑件容易產(chǎn)生變形等缺陷，且分型面處產(chǎn)生的飛邊影響 U盤外 型美 觀 。 （ 2）分型面選擇方案 B。 分型面與開模方向 成某一角度，且成階梯 曲面 狀 。 如圖 3 .B 所示。 此處分模， 動模板型芯與塑件接觸面減小，脫模力減小，使得塑件容易順利脫模；而且此 階梯 曲面形狀的分型面，使得整個塑件的排氣間隙增加， 容易排出型腔內(nèi)的氣體 ， 避免 成型不飽滿等 缺陷；而且分型面處產(chǎn)生的飛邊在塑件的光滑面和腐蝕磨砂紋的分界處，容易去除且使得塑件外觀無缺陷 ， 整個塑件成型精度比較高，模具結(jié)構(gòu)也比較簡單 。 綜上所述，分型面采用方案 B， 模具結(jié)構(gòu)相對簡單 ，脫模容易 ，塑件成型精度可靠，滿足塑件 分型線不明顯， 外觀質(zhì)量要求 高 ，因此采用方案 B。 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 12 圖 當(dāng)塑件分型面確定后，就需要考慮是采用單腔模還是多型腔模 ， 型腔數(shù)的確定，主要跟注射機的最大注射 量、額定鎖模力、塑化速度、制品的精度要求、生產(chǎn) 的經(jīng)濟性等因素U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 13 有關(guān)， 該塑件生產(chǎn)批量為大批量生產(chǎn)，故可采用一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。同時，考慮到模具結(jié)構(gòu)尺寸 與塑件尺寸之間的關(guān)系，加之制造成本和經(jīng)濟利益的因素，決定選用一模 四腔的模具結(jié)構(gòu)形式。 （ 1） 流動長度要適當(dāng)，流道廢料盡量少，澆口位置要合適統(tǒng)一，進料要平衡，還要使型腔壓力平衡； （ 2） 排位應(yīng)保證流道、澆口套距定模型腔邊緣有一定距離，以滿足封膠要求； （ 3） 排位應(yīng)滿足模具結(jié)構(gòu)等的空間要求； （ 4） 為了使模具達 到較 好的冷卻效果，排位應(yīng)注意螺釘、推桿對冷卻水孔的影響，預(yù)留冷卻水孔 的位置； （ 5） 排位要盡可能緊湊，以減小模具的外形尺寸，且長寬比例要適中，同時也要考慮注射機的要求。 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 14 B. 型腔排列形式的確定 主要跟注射機的最大注射量、額定鎖模力、塑化速度、制品的精度要求、生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素有關(guān) ,。一模多穴排位時，要考慮到進膠的平衡性，如果有行位應(yīng)優(yōu)先考慮朝 X 或 Y 方向運動便于加工。產(chǎn)品之間沒有流到時，可適當(dāng)縮小產(chǎn)品之間的間距，最小間距可以做到 50100mm，若有流到通過，則間距做到 100150mm。 綜合考慮上述排列 原則及加工難度、經(jīng)濟性、效率、成本等因素， 又由于本設(shè)計選擇的是一模 四腔， 故采用對稱排列，如圖 4： 圖 4 .型腔排列形式 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 15 一般來說，大中型塑件和精度要求較高的小型塑件優(yōu)先采用一模一腔的模具結(jié)構(gòu)，但對于精度要求不高的小型塑件，形狀簡單，又是大批量生產(chǎn)時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產(chǎn)效率大為提高。 由以上的分析可知，本模具為一模四腔對稱排列結(jié)構(gòu)，根據(jù)塑件結(jié)構(gòu)形狀， 推出機構(gòu)采用頂針的頂出形式，利用頂針固定板推動頂針 ，然后由頂針 將塑件頂出模具 ，由于 U盤塑件尾部有凹 槽，強制脫模時頂針頂出有很大 阻力，為了更好的脫模，在塑件內(nèi)成型面加一個斜頂， U盤在頂出脫模時會沿著斜頂?shù)眯泵孢\動，從而使得脫模阻力減小 。 澆注系統(tǒng)設(shè)計時，流道采用對稱平衡式， 澆口采用側(cè)澆口 ，且設(shè)在分型面上， 無需側(cè)向抽芯 ，因此，選用單分型面注射模。 圖 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 16 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設(shè)計注塑模時 應(yīng)該詳細了解注射機的技術(shù)規(guī)范，才能設(shè)計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據(jù)塑件的大小及型腔數(shù)目和排列方式，在確定模具結(jié)構(gòu)形式及初步估算 外形尺寸的前提下，設(shè)計人員應(yīng)對模具所需的注射量 、 鎖模力、 注射壓力、拉桿 間距、最大和最小模具厚度、推出形式、推出位置、推出行程、開模行程 等進行計算。根據(jù)這些參數(shù)選擇一臺和模具相匹配的注射機，倘若用戶已提供了注射機的型號和規(guī)格，設(shè)計人員必須對這些參數(shù)進行校核，倘若不能滿足要求，則必須自己調(diào)整或與用戶取得商量再進行調(diào)整。 、質(zhì)量的計算 對于該設(shè)計，用戶提供了塑件的圖樣及尺寸， 使用 UG軟件畫出三維實體圖 ， 軟件能自動計算出所畫圖形 體積， 取其密度平均值 塑件體積 V1 ≈ cm3 塑件質(zhì)量 m1 ≈ 1V? = ≈ 可按塑件體積的 倍計算，由于該模具采用一模 四 腔，所以澆注系統(tǒng)凝料體積為： V2= 4V1 ＝ 4 ≈ U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 17 體積 V0 = 4V1+V2 = 4 + ≈ 質(zhì)量 m0 = 0V? = ≈ 近年來我國引進注射機型號很多，國內(nèi)注射機生產(chǎn)廠的新機型也日益增多。掌握使用設(shè)備的技術(shù)參數(shù)是注塑模設(shè)計和生產(chǎn)所必需的技術(shù)準(zhǔn)備。在設(shè)計模具時，最好查閱注射機生產(chǎn)廠家提供的《注射機使用說明》上標(biāo)明 的技術(shù)參數(shù)。 根據(jù)以上計算一次注射量的分析以及考慮到塑件品種、塑件結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)批量及注射工藝參數(shù)、注射模具尺寸大小350x300x320mm 等因素，參考設(shè)計手冊 初步選定型號為 XS— ZY250 型臥式 螺桿注射機 ，其主要技術(shù)參數(shù) 見下表： XS— ZY250 型螺桿 式注射機的主要技術(shù)參數(shù) 序號 主要技術(shù)參數(shù)項目 參數(shù)數(shù)值 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 18 1 最大注射量 /cm179。 250 2 注射壓力 /MPa 130 3 塑化能力（ g/s） 6 4 拉桿間距 448*370 5 鎖模力 /kN 1800 6 動、定模固定板 尺寸 /（ mm mm） 598*520 5 最大模具厚度 /mm 350 6 最小模具厚度 /mm 200 7 最大開模行程 /mm 500 8 噴嘴前端球面半徑 /mm SR15 9 噴嘴孔直徑 /mm 3 10 定位圈直徑 /mm Φ 125 11 頂出桿根數(shù) 5 ． 型腔數(shù)量的校核 （ 1）由注射機料筒塑化速率校核型腔數(shù)量 12m mKMtn ?? 上式 右邊≈ 57≥ 4，符合要求。 式中 K—— 注射機最大注射量的利用系數(shù)，一般取 ； M—— 注射機的額定塑化量（ g/s），該注射機用戶提供為 6g/s； U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 19 t— — 成型周期， 因塑件 小 ， 壁厚不大 ，取 30s 進行校核； m1—— 單個塑件的質(zhì)量 和體積（ g或 cm3），取 m1≈ 2m —— 澆注系統(tǒng)塑料質(zhì)量或體積（ g 或 cm3），取 2m ≈ 4≈ g 。 （ 2） 由注射機的最大注射量校核型腔數(shù)量 12m mKmn N ?? 上式右邊≈ 81≥ 4，符合要求。 式 中 Nm —— 注射機允許的最大注射量（ g/cm3），該注射機為 250g。 其他符號意義與取值同前。 （ 3）由注射機的額定鎖模力校核型腔數(shù)量 當(dāng)高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產(chǎn)生時模具分型面脹開的力。為了夾緊模具，保證注射過程順利進行，注射機合模機構(gòu)必須有足夠的鎖模力，鎖模力必須大于脹開力。用公式表示為： F=p(nA+B)Fp 式中， F— 塑料熔體在分型面的脹開力， N； P — 型腔壓力，一般為注射壓力的 80%左右，通常取 2040MPa； n— 型腔數(shù)量； A— 單個塑件在模具分型面上得投影面積， mm2； 由 CAD 可以計算出 A= B— 澆注系統(tǒng)在模具分型面上得投影面積， mm2； 由 CAD 可以計算出 B= Fp— 注射機的 額定鎖模力 ， N。 式中左邊 =130*（ 4*+） =1800KN 符合要求。 （ 1）注射量校核 注射量以容積表示 最大注射容積為 250= cm3 式中 maxV 模具型腔和流道的最大容積（ cm3）； V 指定型號與規(guī)格的注射機注射量容積（ cm3），該注射機為 250cm3； ? 注射系數(shù)，取 ～ ，該處取 。 每次注射的實際注射量容積 0V 應(yīng)滿足 max0 VV ? ，而 0V ＝ , 250= cm3 ,故 符合要求。 （ 2）鎖模力的校核 在前面已經(jīng)進行，符合要求。 U 盤蓋注塑模設(shè)計說明書 20 （ 3）最大