【文章內容簡介】 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 盤蓋注塑模設計說明書 6 力學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。 塑件的結構及成形 工藝性分析 （ 1） 結構分析如下： 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，制件內部為一個通孔， 制件的內部倆側之間有角度要求， 所以 在模具設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， 需將分型面設置在U 盤蓋注塑模設計說明書 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性能影響十分顯著。 模具溫度 ： 模具溫度對塑件的內在性能 和表面 質量有很大影響。模具溫度根據塑件是否結晶 、塑件的尺寸和結構要求等 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量。 塑化壓力 :注射過程中塑化壓力的大小是隨塑桿的設計 、塑件質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、模具結構、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。 U 盤蓋注塑模設計說明書 8 冷卻時間取決于塑件厚度，塑件的熱性能和結晶性能，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 據塑料品種、塑件壁厚和形狀以及模具結構來 選定。 塑 性塑料 ABS 的注射成形 過程及工藝參數 注射成形 過程 （ 1）成型前的準備 對 ABS 的色澤、粒度和均勻度等 進行檢驗，成型前應進行充分的干燥預處理（ 100110176。 C）。同時，清洗料筒，對嵌件和模具進行預熱，確定應使用的脫模劑，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經過加熱、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，消除內應力。 塑料 的注射 成形 工藝參數 （ 1） 注射機：螺桿式 （ 2） 預熱和干燥：溫度 8085℃ ， 23h （ 3） 螺桿轉速（ 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 和電訊結構零件。 （ 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 經長時間的預熱干燥。 （ 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 ABS 塑料主要的性能指標： 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構形式的重要因素，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備結構因素的影響。本次設計，分型面的選擇考慮七個方面： （ 1）分型面應設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 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） 分型面選擇應考慮排氣效果， 所以應盡量設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，塑件容易產生變形等缺陷，且分型面處產生的飛邊影響 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， 容易排出型腔內的氣體 ， 避免 成型不飽滿等 缺陷；而且分型面處產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，模具結構也比較簡單 。 綜上所述，分型面采用方案 B， 模具結構相對簡單 ，脫模容易 ，塑件成型精度可靠，滿足塑件 分型線不明顯， 外觀質量要求 高 ，因此采用方案 B。 U 盤蓋注塑模設計說明書 12 圖 當塑件分型面確定后，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 的經濟性等因素U 盤蓋注塑模設計說明書 13 有關， 該塑件生產批量為大批量生產，故可采用一模多腔的結構形式。同時，考慮到模具結構尺寸 與塑件尺寸之間的關系，加之制造成本和經濟利益的因素，決定選用一模 四腔的模具結構形式。 （ 1） 流動長度要適當，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） 排位應滿足模具結構等的空間要求； （ 4） 為了使模具達 到較 好的冷卻效果，排位應注意螺釘、推桿對冷卻水孔的影響，預留冷卻水孔 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、生產的經濟性等因素有關 ,。一模多穴排位時，要考慮到進膠的平衡性，如果有行位應優(yōu)先考慮朝 X 或 Y 方向運動便于加工。產品之間沒有流到時，可適當縮小產品之間的間距，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、經濟性、效率、成本等因素， 又由于本設計選擇的是一模 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構，但對于精度要求不高的小型塑件，形狀簡單，又是大批量生產時，若采用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件，使生產效率大為提高。 由以上的分析可知，本模具為一模四腔對稱排列結構，根據塑件結構形狀， 推出機構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，在塑件內成型面加一個斜頂， U盤在頂出脫模時會沿著斜頂得斜面運動，從而使得脫模阻力減小 。 澆注系統(tǒng)設計時，流道采用對稱平衡式， 澆口采用側澆口 ，且設在分型面上， 無需側向抽芯 ，因此，選用單分型面注射模。 圖 U 盤蓋注塑模設計說明書 16 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此設計注塑模時 應該詳細了解注射機的技術規(guī)范，才能設計出符合要求的模具。 注射機規(guī)格的確定主要是根據塑件的大小及型腔數目和排列方式，在確定模具結構形式及初步估算 外形尺寸的前提下，設計人員應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。根據這些參數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，設計人員必須對這些參數進行校核，倘若不能滿足要求，則必須自己調整或與用戶取得商量再進行調整。 、質量的計算 對于該設計，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 盤蓋注塑模設計說明書 17 體積 V0 = 4V1+V2 = 4 + ≈ 質量 m0 = 0V? = ≈ 近年來我國引進注射機型號很多，國內注射機生產廠的新機型也日益增多。掌握使用設備的技術參數是注塑模設計和生產所必需的技術準備。在設計模具時，最好查閱注射機生產廠家提供的《注射機使用說明》上標明 的技術參數。 根據以上計算一次注射量的分析以及考慮到塑件品種、塑件結構、生產批量及注射工藝參數、注射模具尺寸大小350x300x320mm 等因素，參考設計手冊 初步選定型號為 XS— ZY250 型臥式 螺桿注射機 ，其主要技術參數 見下表： XS— ZY250 型螺桿 式注射機的主要技術參數 序號 主要技術參數項目 參數數值 U 盤蓋注塑模設計說明書 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 5 ． 型腔數量的校核 （ 1）由注射機料筒塑化速率校核型腔數量 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，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—— 單個塑件的質量 和體積（ g或 cm3），取 m1≈ 2m —— 澆注系統(tǒng)塑料質量或體積（ 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量 當高壓的塑料熔體充滿模具型腔時，會產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，取 ～ ，該處取 。 每次注射的實際注射量容積 0V 應滿足 max0 VV ? ，而 0V ＝ , 250= cm3 ,故 符合要求。 （ 2）鎖模力的校核 在前面已經進行，符合要求。 U 盤蓋注塑模設計說明書 20 （ 3）最大