【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 AD/CAE/CAM 的集成化是機(jī)械技術(shù)和電子技術(shù)的密切結(jié)合，以更多地采用圖形輸出，數(shù)控?cái)?shù)顯，計(jì)算機(jī)程序控制的設(shè)計(jì)與加工一體化方法，實(shí)現(xiàn)高層次、多工位加工，使塑料模具在質(zhì)量、效率上產(chǎn)生一個(gè)新的飛躍。塑料模具專用鋼材系列化，有基本型（55 剛） 、預(yù)硬型、時(shí)效硬化型、熱處理硬化性、馬氏體實(shí)效鋼和粉末冶金模具剛。塑料膜標(biāo)準(zhǔn)化，提高塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率 [3]。推廣采用熱流道技術(shù)、氣（水） 、體輔助注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)，可以提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量節(jié)省原材料和能源。塑料模具標(biāo)準(zhǔn)化程度及其標(biāo)準(zhǔn)零件的制造規(guī)模與范圍，常可標(biāo)志一個(gè)國(guó)家的工業(yè)化程度 [6]。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)82 設(shè)計(jì)方案論證與分析 產(chǎn)品名稱及圖樣產(chǎn)品名稱：儀表板中央焊板。其結(jié)構(gòu)圖如下：圖 21 塑件三維圖 產(chǎn)品的功能分析功能設(shè)計(jì)是要求塑件應(yīng)具有滿足使用目的功能，并達(dá)到一定的技術(shù)指標(biāo)。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(dòng)，摩擦等情況比較少。作為一種汽車上模具用品，生產(chǎn)批量應(yīng)該是大批大量生產(chǎn)，這樣，就必須考慮生產(chǎn)成本和模具壽命，在材料的選擇時(shí)要綜合各種因素。此外，塑料都會(huì)老化，作為一種光學(xué)用品，還河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)9要考慮到材料的光氧化等問(wèn)題 [7]。 產(chǎn)品的工藝分析分析塑膠件的工藝性包括技術(shù)和經(jīng)濟(jì)兩方面，在技術(shù)方面，根據(jù)產(chǎn)品圖紙，只要分析塑膠件的形狀特點(diǎn)、尺寸大小、尺寸標(biāo)注方法、精度要求、表面質(zhì)量和材料性能等因素，是否符合模塑工藝要求；在經(jīng)濟(jì)方面，主要根據(jù)塑膠件的生產(chǎn)批量分析產(chǎn)品成本，闡明采用注射生產(chǎn)可取得的經(jīng)濟(jì)效益。塑膠件的形狀和尺寸：塑膠件的形狀和尺寸不同，對(duì)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(jié)構(gòu)型式及制造精度等有關(guān)。生產(chǎn)批量生產(chǎn)批量的大小，直接影響模具的結(jié)構(gòu)型式，一般大批量生產(chǎn)時(shí)，可選用一模多腔來(lái)提高生產(chǎn)率；小批量生產(chǎn)時(shí)，可采用單型腔模具等進(jìn)行生產(chǎn)來(lái)降低模具的制造費(fèi)用。其它方面在對(duì)塑膠件進(jìn)行工藝分析時(shí)，除了考慮上述因素外，還應(yīng)分析塑膠件的厚度、塑料成型性能及模塑生產(chǎn)常見(jiàn)的制品缺陷問(wèn)題對(duì)模塑工藝的影響。確定成型方案及模具型式：根據(jù)對(duì)塑膠零件的形狀、尺寸、精度及表面質(zhì)量要求的分析結(jié)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)10目和排列、成型零件的結(jié)構(gòu)、澆注系統(tǒng)等。 產(chǎn)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(chǎn)批量以及生產(chǎn)成本等要求選用改性PP 塑料。 PP 塑料簡(jiǎn)介聚丙烯也包括丙烯與少量乙烯的共聚物在內(nèi)。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(wú)臭無(wú)毒，無(wú)機(jī)械雜質(zhì)。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(jīng)氣相反應(yīng)生產(chǎn)聚丙烯粉料，再經(jīng)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(shù)脂具有優(yōu)良的機(jī)械性能和耐熱性能，使用溫度范圍30℃～140℃。同時(shí)具有優(yōu)良的電絕緣性能和化學(xué)穩(wěn)定性，幾乎不吸水，與絕大多數(shù)化學(xué)品接觸不發(fā)生作用。本品耐腐蝕，抗張強(qiáng)度 30MPa，強(qiáng)度、剛性和透明性都比聚乙烯好；缺點(diǎn)是耐低溫沖擊性差，較易老化，但可分別通過(guò)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?？捎米鞴こ趟芰?，適用于制電視機(jī)、收音機(jī)外殼、電器絕緣材料、防腐管道、板材、貯槽等，也用于生產(chǎn)扁絲、纖維、包裝薄膜等。 改性 PP 塑料的市場(chǎng)前景河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)11以汽車行業(yè)的應(yīng)用為例：汽車工業(yè)的發(fā)展離不開(kāi)汽車塑料化的進(jìn)程，目前我國(guó)工程塑料的自給率不足 16%。 據(jù)中國(guó)工程塑料協(xié)會(huì)預(yù)測(cè)，2022 年約為 10%，需求量將從 2022 年的 44 萬(wàn) t 增長(zhǎng)到 2022 年的 140 萬(wàn) t。我國(guó)汽車制造業(yè)對(duì)工程塑料需求量增長(zhǎng)迅速，到 2022 年總用量將達(dá)到 94 萬(wàn) t（以塑料用量占汽車重量的5%~10%計(jì)）。PP 用于汽車工業(yè)具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)力，但因其模量和耐熱性較低，沖擊強(qiáng)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(chǎn)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(bào)道，日本豐田公司推出的新一代具有高取向結(jié)晶性的聚丙烯 HEHCPP 產(chǎn)品，可以作為汽車儀表板、保險(xiǎn)杠，比以 TPO 為原料生產(chǎn)的同類產(chǎn)品成本降低 30%，改性 PP 用作汽車配件具有十分廣闊的開(kāi)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(zhǎng)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(yīng)緩慢散熱，并注意控制成型。低溫高壓時(shí)尤其明顯，模具溫度低于 50度時(shí),塑件不光滑，易產(chǎn)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(yīng)力集中。 PP 塑料的主要技術(shù)指標(biāo)表 21 PP 塑料的主要技術(shù)指標(biāo)注射機(jī)類型 螺桿式密度 河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)12計(jì)算收縮率 預(yù)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(shí)間 2060高壓時(shí)間 03冷卻時(shí)間 2090成型時(shí)間/s總周期 50160螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 48通用注射機(jī)類型 螺桿、柱塞均可河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)133 注射成型的選擇 注塑成型工藝簡(jiǎn)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(jī)的料斗送入高溫的機(jī)筒內(nèi)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(dòng)下，以很大的流速通過(guò)機(jī)筒前端的噴嘴注射進(jìn)入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的保壓冷卻以后，開(kāi)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(gè)階段的工作。圖31 注塑成型壓力—時(shí)間曲線1. 物料準(zhǔn)備 [9]：成型前應(yīng)對(duì)物料的外觀色澤、顆粒情況，有無(wú)雜質(zhì)等進(jìn)行檢驗(yàn)，并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)。對(duì)于吸濕性強(qiáng)的塑料，應(yīng)根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對(duì)模具進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱，以避免收縮應(yīng)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)142. 注塑過(guò)程 [9]：塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過(guò)加熱達(dá)到流動(dòng)狀態(tài)后，進(jìn)入模腔內(nèi)的流動(dòng)可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個(gè)階段，注塑過(guò)程可以用如圖31所示。圖中T0 代表螺桿或柱塞開(kāi)始注射熔體的時(shí)刻；當(dāng)模腔充滿熔體（T= T1）時(shí)，熔體壓力迅速上升，達(dá)到最大值P 0。從時(shí)間T 1到T 2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會(huì)繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補(bǔ)因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動(dòng)，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(dòng)方向排列）容易被凝結(jié)，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(shí)間越長(zhǎng)，分子定向的程度越高。從螺桿開(kāi)始后退到結(jié)束（時(shí)間從T 2到T 3） ，由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會(huì)發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進(jìn)行到澆口處熔體凝結(jié)時(shí)為止。其中，塑料凝結(jié)時(shí)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(guò)程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動(dòng)非常復(fù)雜，再加上流動(dòng)前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結(jié)晶、取向和收縮，導(dǎo)致制件內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的結(jié)晶、取向和收縮應(yīng)力，脫模后除引起時(shí)效變形外，還會(huì)使制件的力學(xué)性能，光學(xué)性能及表觀質(zhì)量變壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)開(kāi)裂。故有的塑件需要進(jìn)行后處理，常用的后處理方法有退火和調(diào)濕兩種。退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應(yīng)力，此外，退火還可以對(duì)制件進(jìn)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(diào)濕處理是一種調(diào)整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強(qiáng)、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。調(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點(diǎn)為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時(shí)間與制件厚度有關(guān)，通常取2～9小時(shí) [9] ） 。河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)15 注射機(jī)的選擇 注塑機(jī)基本參數(shù)注塑機(jī)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(kāi)合模速度，設(shè)計(jì)，制造，購(gòu)買和使用注塑機(jī)的主要依據(jù)：1. 公稱注塑量 [6]：指在對(duì)空注射的情況下，注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時(shí)，注射裝置所能達(dá)到的最大注射量，反映了注塑機(jī)的加工能力。2. 注射壓力 [6]：為了克服熔料流經(jīng)噴嘴，澆道和型腔時(shí)的流動(dòng)阻力，螺桿( 或柱塞 )對(duì)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(shí)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(dòng)速率，描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時(shí)間或注射速度。4. 塑化能力 [6]：的整個(gè)成型周期配合協(xié)調(diào)，若塑化能力高而機(jī)器的空循環(huán)時(shí)間長(zhǎng)，則不能發(fā)揮塑化裝置的能力，反之則會(huì)加長(zhǎng)成型周期。5. 鎖模力 [6]：注塑機(jī)的合模機(jī)構(gòu)對(duì)模具所能施加的最大夾緊力，在此力的作用下模具不應(yīng)被熔融的塑料所頂開(kāi)。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(kāi)距，動(dòng)模板的行程，加工制件所使用的模具尺寸范圍。7. 開(kāi)合模速度 [6]：為使模具閉合時(shí)平穩(wěn)，以及開(kāi)模，推出制件時(shí)不河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)16使塑料制件損壞，要求模板在整個(gè)行程中的速度要合理，即合模時(shí)從快到慢，開(kāi)模時(shí)由慢到快在到停.8. 空循環(huán)時(shí)間 [6]：在沒(méi)有塑化，注射保壓，冷卻，取出制件等動(dòng)作的情況下，完成一次循環(huán)所需的時(shí)間。 注塑機(jī)類型的選擇塑料注射成型機(jī)的類型可分為：臥式塑料注射機(jī)、立式塑料注射機(jī)和角式塑料注射機(jī) [6]。1. 臥式塑料注射機(jī)的特點(diǎn) [6]注射螺桿的軸線和合模機(jī)構(gòu)的模板遠(yuǎn)動(dòng)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(shí)現(xiàn)模具制造的自動(dòng)化。螺桿和塑化裝置的塑化能力強(qiáng)，且均勻，壓力損失小，塑件內(nèi)應(yīng)力及定向性小，可減少變形和開(kāi)裂傾向。螺桿式注射機(jī)可采用不同的螺桿，使用調(diào)節(jié)螺桿轉(zhuǎn)數(shù)及背壓等適應(yīng)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(fù)雜塑件時(shí)，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(yīng)用廣泛，對(duì)大、中、小刑機(jī)都適用。裝模麻煩，安放嵌件及活動(dòng)型芯不便，易傾斜落下。2. 立式注射機(jī)的特點(diǎn) [6]注射螺桿的軸線和合模機(jī)構(gòu)的模板遠(yuǎn)動(dòng)軸線呈一線的垂直排列，由于制品頂出后不易自動(dòng)落下，必須人工或機(jī)械手將制品取出，不易實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作。由于機(jī)身較高，機(jī)器的穩(wěn)定性差，加料較困難，維修不便。只適用于小型機(jī)而大、中型機(jī)不易采用此結(jié)構(gòu)形式。3. 角式注射機(jī)的特點(diǎn) [6]注射螺桿的軸線和合模機(jī)構(gòu)模板遠(yuǎn)動(dòng)的軸線相互成垂直排列。特別適用于開(kāi)設(shè)側(cè)交口非對(duì)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(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)17跡的制品。綜上所述，根據(jù)立式和角式注射機(jī)的特點(diǎn)，不適用于本產(chǎn)品的注塑模具設(shè)計(jì)。由于臥式塑料注射機(jī)主要以螺桿式為主，且臥式螺桿式注射機(jī)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(jī)。 注射機(jī)型號(hào)的選擇 注射機(jī)的初選1．塑件的體積計(jì)算利用 UG 軟件進(jìn)行三維實(shí)體建模，并可直接通過(guò)軟件進(jìn)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(jì)算塑件的質(zhì)量河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)18根據(jù)“中國(guó)模具設(shè)計(jì)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(jié)構(gòu)。V 澆 如圖 33 所示。塑件和澆注系統(tǒng)的質(zhì)量:W 總 =ρ（2V 件 +V 澆 ） （32）=(2+)==查手冊(cè) [1]，PP 的注射壓力 700～1000（10 5）帕，塑件較簡(jiǎn)單，取P=90Mpa。結(jié)合 UG 軟件對(duì)塑件的分析得 S 投= 2 （33）（1）計(jì)算 A=2=（2）型腔壓力計(jì)算 P 腔 =2/3P=60Mpa （34）河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)19 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(jì)算 F=AP 腔 （35）河南理工大學(xué)萬(wàn)方科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)20=60102=1801680N≈1800KN根據(jù)計(jì)算，查表 [1]初選螺桿式注射機(jī)：SZ630/2400。如下圖所示。圖 34 SZ630/2400 注射機(jī)表 31 SZ630/240