【文章內容簡介】 E/CAM 的集成化是機械技術和電子技術的密切結合，以更多地采用圖形輸出，數(shù)控數(shù)顯，計算機程序控制的設計與加工一體化方法，實現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模具在質量、效率上產生一個新的飛躍。塑料模具專用鋼材系列化，有基本型（55 剛） 、預硬型、時效硬化型、熱處理硬化性、馬氏體實效鋼和粉末冶金模具剛。塑料膜標準化，提高塑料模具標準化水平和標準件的使用率 [3]。推廣采用熱流道技術、氣（水） 、體輔助注射成型技術和高壓注射成型技術，可以提高制件的生產率和質量節(jié)省原材料和能源。塑料模具標準化程度及其標準零件的制造規(guī)模與范圍，?？蓸酥疽粋€國家的工業(yè)化程度 [6]。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計72 設計方案論證與分析 產品名稱及圖樣產品名稱：儀表板中央焊板。其結構圖如下：圖 21 塑件三維圖 產品的功能分析功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能，并達到一定的技術指標。該塑件為汽車儀表板中央焊板，承受外力的幾率不大，如沖擊載荷，振動，摩擦等情況比較少。作為一種汽車上模具用品，生產批量應該是大批大量生產，這樣，就必須考慮生產成本和模具壽命，在材料的選擇時要綜合各種因素。此外，塑料都會老化，作為一種光學用品，還河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計8要考慮到材料的光氧化等問題 [7]。 產品的工藝分析分析塑膠件的工藝性包括技術和經濟兩方面，在技術方面，根據(jù)產品圖紙，只要分析塑膠件的形狀特點、尺寸大小、尺寸標注方法、精度要求、表面質量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經濟方面，主要根據(jù)塑膠件的生產批量分析產品成本，闡明采用注射生產可取得的經濟效益。塑膠件的形狀和尺寸：塑膠件的形狀和尺寸不同，對模塑工藝要求也不同。塑膠件的尺寸精度和外觀要求：塑膠件的尺寸精度和外觀要求與模塑工藝方法、模具結構型式及制造精度等有關。生產批量生產批量的大小，直接影響模具的結構型式，一般大批量生產時，可選用一模多腔來提高生產率；小批量生產時，可采用單型腔模具等進行生產來降低模具的制造費用。其它方面在對塑膠件進行工藝分析時，除了考慮上述因素外，還應分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產常見的制品缺陷問題對模塑工藝的影響。確定成型方案及模具型式：根據(jù)對塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質量要求的分析結果，確定所需的，模塑成型方案，制品的后加工、分型面的選擇、型腔的數(shù)河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計9目和排列、成型零件的結構、澆注系統(tǒng)等。 產品的材料選擇及性能 材料的選擇根據(jù)汽車儀表板使用性能的要求，綜合考慮塑膠件的形狀和尺寸、塑膠件的尺寸精度和外觀要求、生產批量以及生產成本等要求選用改性PP 塑料。 PP 塑料簡介聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內。PP 粒料為本色、圓柱狀顆粒，顆粒光潔，粒子的尺寸在任意方向上為 2mm～5mm，無臭無毒，無機械雜質。本品以高純度丙烯為主要原料，乙烯為共聚單體，采用高活性催化劑在 62℃～80℃及低于 的壓力下經氣相反應生產聚丙烯粉料，再經干燥、混煉、擠壓、造粒、篩分、均化成聚丙烯顆粒。密度為 g/cm3～，是通用塑料中最輕的一種。聚丙烯樹脂具有優(yōu)良的機械性能和耐熱性能，使用溫度范圍30℃～140℃。同時具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學穩(wěn)定性，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學品接觸不發(fā)生作用。本品耐腐蝕，抗張強度 30MPa，強度、剛性和透明性都比聚乙烯好；缺點是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過改性和添加抗氧劑予以克服。與發(fā)煙硫酸、發(fā)煙硝酸、鉻酸溶液、鹵素、苯、四氯化碳、氯仿等接觸有腐蝕作用。可用作工程塑料，適用于制電視機、收音機外殼、電器絕緣材料、防腐管道、板材、貯槽等，也用于生產扁絲、纖維、包裝薄膜等。 改性 PP 塑料的市場前景河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計10以汽車行業(yè)的應用為例：汽車工業(yè)的發(fā)展離不開汽車塑料化的進程，目前我國工程塑料的自給率不足 16%。 據(jù)中國工程塑料協(xié)會預測，2022 年約為 10%，需求量將從 2022 年的 44 萬 t 增長到 2022 年的 140 萬 t。我國汽車制造業(yè)對工程塑料需求量增長迅速，到 2022 年總用量將達到 94 萬 t（以塑料用量占汽車重量的5%~10%計）。PP 用于汽車工業(yè)具有較強的競爭力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強度較差，因此不能直接用作汽車配件，轎車中使用的均為改性 PP 產品，其耐熱性可由 80℃提高到 145℃ ~150℃，并能承受高溫750~1000h 后不老化，不龜裂。據(jù)報道，日本豐田公司推出的新一代具有高取向結晶性的聚丙烯 HEHCPP 產品，可以作為汽車儀表板、保險杠，比以 TPO 為原料生產的同類產品成本降低 30%，改性 PP 用作汽車配件具有十分廣闊的開發(fā)前景。 PP 塑料的成型性能，吸濕性小，易發(fā)生融體破裂，長期與熱金屬接觸易分解。，但收縮范圍及收縮值大，易發(fā)生縮孔、凹痕、變形。，澆注系統(tǒng)及冷卻系統(tǒng)應緩慢散熱，并注意控制成型。低溫高壓時尤其明顯，模具溫度低于 50度時,塑件不光滑，易產生熔接不良，留痕，90 度以上易發(fā)生翹曲變形。,避免缺膠、尖角，以防應力集中。 PP 塑料的主要技術指標表 21 PP 塑料的主要技術指標注射機類型 螺桿式密度 河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計11計算收縮率 預熱溫度/℃ 80100成型溫度/℃ 160220料筒溫度（前段、中段、后段） 160180、180200、200220模具溫度/℃ 8090注射壓力/MPa 70100注射時間 2060高壓時間 03冷卻時間 2090成型時間/s總周期 50160螺桿轉速 r/min 48通用注射機類型 螺桿、柱塞均可河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計123 注射成型的選擇 注塑成型工藝簡介注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件 [9]。一般分為三個階段的工作。圖31 注塑成型壓力—時間曲線1. 物料準備 [9]：成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計132. 注塑過程 [9]：塑料在料筒內經過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖31所示。圖中T0 代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T= T1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P 0。從時間T 1到T 2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而產生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結束（時間從T 2到T 3） ，由于模腔內的壓力比流道內高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結時為止。其中，塑料凝結時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。3. 制件后處理 [9]：由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內經常出現(xiàn)不均勻的結晶、取向和收縮，導致制件內產生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調濕兩種。退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20 度至熱變形溫度以下10~20 度之間；調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時間與制件厚度有關，通常取2～9小時 [9] ） 。河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計14 注射機的選擇 注塑機基本參數(shù)注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量，注射壓力，注射速度，塑化能力，鎖模力，合模裝置的基本尺寸，開合模速度，設計，制造，購買和使用注塑機的主要依據(jù)：1. 公稱注塑量 [6]：指在對空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時，注射裝置所能達到的最大注射量，反映了注塑機的加工能力。2. 注射壓力 [6]：為了克服熔料流經噴嘴，澆道和型腔時的流動阻力，螺桿( 或柱塞 )對熔料必須施加足夠的壓力，我們將這種壓力稱為注射壓力。3. 注射速率 [6]：為了使熔料及時充滿型腔，除了必須有足夠的注射壓力外，熔料還必須有一定的流動速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度。4. 塑化能力 [6]：的整個成型周期配合協(xié)調，若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力，反之則會加長成型周期。5. 鎖模力 [6]：注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力，在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開。6. 合模裝置的基本尺寸 [6]：包括模板尺寸，拉桿空間，模板間最大開距，動模板的行程，加工制件所使用的模具尺寸范圍。7. 開合模速度 [6]：為使模具閉合時平穩(wěn)，以及開模，推出制件時不河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計15使塑料制件損壞，要求模板在整個行程中的速度要合理，即合模時從快到慢，開模時由慢到快在到停.8. 空循環(huán)時間 [6]：在沒有塑化，注射保壓，冷卻，取出制件等動作的情況下，完成一次循環(huán)所需的時間。 注塑機類型的選擇塑料注射成型機的類型可分為：臥式塑料注射機、立式塑料注射機和角式塑料注射機 [6]。1. 臥式塑料注射機的特點 [6]注射螺桿的軸線和合模機構的模板遠動軸線呈一線的水平排列。制品定出后塑件按自重落下，便于實現(xiàn)模具制造的自動化。螺桿和塑化裝置的塑化能力強，且均勻，壓力損失小，塑件內應力及定向性小，可減少變形和開裂傾向。螺桿式注射機可采用不同的螺桿，使用調節(jié)螺桿轉數(shù)及背壓等適應能力，可加工各種塑料及不同要求的塑件，加工低粘度塑料，薄壁及形狀復雜塑件時，易發(fā)生副料回流，螺桿不易清洗，貯料清洗不凈，易發(fā)生分解。應用廣泛，對大、中、小刑機都適用。裝模麻煩，安放嵌件及活動型芯不便，易傾斜落下。2. 立式注射機的特點 [6]注射螺桿的軸線和合模機構的模板遠動軸線呈一線的垂直排列，由于制品頂出后不易自動落下，必須人工或機械手將制品取出，不易實現(xiàn)全自動化操作。由于機身較高，機器的穩(wěn)定性差，加料較困難，維修不便。只適用于小型機而大、中型機不易采用此結構形式。3. 角式注射機的特點 [6]注射螺桿的軸線和合模機構模板遠動的軸線相互成垂直排列。特別適用于開設側交口非對稱幾何形狀的模具或成型中心不允許留有澆口痕河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計16跡的制品。綜上所述，根據(jù)立式和角式注射機的特點，不適用于本產品的注塑模具設計。由于臥式塑料注射機主要以螺桿式為主，且臥式螺桿式注射機滿足汽車儀表板中央焊板的工藝成型要求，因此，可采用該類型的注射機。 注射機型號的選擇 注射機的初選1．塑件的體積計算利用 UG 軟件進行三維實體建模，并可直接通過軟件進行分析，查詢到塑件的體積為：V 件 = cm3 （31）如圖 32 所示。 圖 32 塑件的體積2．計算塑件的質量河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計17根據(jù)“中國模具設計大典” [3]查得：ρ=——，根據(jù)塑件形狀及尺寸，采用一模二腔的模具結構。V 澆 如圖 33 所示。塑件和澆注系統(tǒng)的質量:W 總 =ρ（2V 件 +V 澆 ） （32）=(2+)==查手冊 [1]，PP 的注射壓力 700～1000（10 5）帕，塑件較簡單，取P=90Mpa。結合 UG 軟件對塑件的分析得 S 投= 2 （33）（1）計算 A=2=（2）型腔壓力計算 P 腔 =2/3P=60Mpa （34）河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計18 圖 33 澆注系統(tǒng)的體積圖 33 塑件在分型面上的投影面積（3）鎖模力計算 F=AP 腔 （35）河南理工大學萬方科技學院本科畢業(yè)設計19=60102=1801680N≈1800KN根據(jù)計算，查表 [1]初選螺桿式注射機：SZ630/2400。如下圖所示。圖 34 SZ630/2400 注射機表 31 SZ630/2400 型注射機