【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 且還要采用計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)。這是發(fā)展的必然趨勢(shì)。注塑成型分兩個(gè)階段，即開發(fā) /設(shè)計(jì)階段 (包括產(chǎn)品設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)和模具制造 )和生產(chǎn)階段 (包括購買材料、試模和成型 )。 傳統(tǒng) 的注塑方法是在正式生產(chǎn)前，由于設(shè)計(jì)人員憑經(jīng)驗(yàn)與直覺設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問題后，不僅需要重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還需要修改塑料制品和模具設(shè)計(jì)，這勢(shì)必增加生產(chǎn)成本，延長(zhǎng)產(chǎn)品開發(fā)周期。 目前國(guó)際市場(chǎng)上主要流行的，運(yùn)用范圍最廣的注射模流動(dòng)模擬分析軟件有澳大利亞的 MOLDFLOW、美國(guó)的 CFLOW、華中科技大學(xué)的 HFLOW 等。其中 MOLDFLOW 軟件包括三個(gè)部分： MOLDFLOW PLASTICS ADVISERS (產(chǎn) 3 品優(yōu)化顧問，簡(jiǎn)稱 MPA）， MOLDFLOW PLASTICS INSIGHT (注射成型模擬分析，簡(jiǎn)稱 MP)， MOLDFLOW PLASTICS XPERT (注射成型過程控制專家，簡(jiǎn)稱 MPX)。 采用 CAE 技術(shù)，可以完全代替試模， CAE 技術(shù)提供了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的完整解決方案，在模具制造加工之前，在計(jì)算機(jī)上對(duì)整個(gè)注射成型過程進(jìn)行模擬分析，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)熔體的填充、保壓、冷卻情況，以及制品中的應(yīng)力分布、分子和纖維取向分布、制品的收縮和翹曲變形等情況，以便設(shè)計(jì)者能盡早發(fā)現(xiàn)問題，及時(shí)修改制件和模具設(shè)計(jì)，而不是等到試模以后再返修模具。這不僅是對(duì)傳統(tǒng)模具設(shè)計(jì)方法的一次突破，而且對(duì)減少甚至避 免模具返修報(bào)廢、提高制品質(zhì)量和降低成本等，都有著重大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義 [3]。2 塑料材料分析 4 2 塑料材料分析 塑料材料的基本特性 ABS 是由丙烯、丁二烯、苯乙烯三種單體共聚而成的。這三種組分的各自特性，使 ABS 具有良好的綜合理學(xué)性能。丙烯腈使 ABS 有良好的耐腐蝕性、耐熱性及表面硬度，丁二烯使 ABS 堅(jiān)韌，苯乙烯使 ABS 有良好的加工性和染色性能。 ABS 價(jià)格便宜原料易得，是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用范圍最廣的工程塑料之一。是一種良好的熱塑性塑料。 ABS 無毒，無氣味，呈微黃色，成型的塑料有較好的光澤，不透明，密度為 ~ g/ cm3。既有較好的抗沖擊強(qiáng)度和一定的耐磨性，耐寒性，耐油性，耐水性，化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。水、無機(jī)鹽、堿、酸類對(duì) ABS 幾乎沒有影響， ABS 不溶于大部分醇類及烴類溶劑，但與烴長(zhǎng)期接觸會(huì)軟化溶脹，在酮，醛，酯，氯代烴中會(huì)溶解或形成乳濁液。 ABS 表面受冰醋酸，植物油等化學(xué)藥品的侵蝕時(shí)會(huì)引起應(yīng)力開裂， ABS 有一定的硬度，他的熱變形溫度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等高，尺寸穩(wěn)定性較好，易于成型加工，經(jīng)過調(diào)色配成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為 70176。C左右，熱變形溫度約為 93176。C 耐氣候性差 ，在紫外線作用下 ABS 易變硬發(fā)脆。 ABS 的性能指標(biāo) 表 熱物理性能 密度 (g/ cm3) —1． 05 比熱容 (Jkg1K1) 1255—1674 導(dǎo)熱系數(shù) (Wm1K 1102) — 線膨脹系數(shù) (105K1) — 滯流溫度 (176。C) 130 5 表 力學(xué)性能 屈服強(qiáng)度（ MPa） 50 抗拉強(qiáng)度 (MPa) 38 斷裂伸長(zhǎng)率 (﹪ ) 35 拉伸彈性模量 (GPa) 抗彎強(qiáng)度 (MPa) 80 彎 曲彈性模量 (GPa) 抗壓強(qiáng)度 (MPa) 53 抗剪強(qiáng)度 (MPa) 24 沖擊韌度 (簡(jiǎn)支梁式 ) 無缺口 261 布氏硬度 缺 口 11 表 電氣性能 表面電阻率 (Ω) 1013 體積電阻率 (Ωm) 1014 擊穿電壓 (KV/mm) \ 介電常數(shù) (106Hz) 介電損耗角正切 (106Hz) 耐電弧性 (s) 50—85 塑件材料成型性能 ABS 易吸水。因此，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；在正常的成型條件下 ，壁厚、熔料溫度對(duì)收縮率影響及小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50~ 60176。C ，要求塑件光澤和耐熱時(shí)，模具溫度應(yīng)控制在 60~ 80176。C 。 ABS 比熱容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。 塑件材料主要用途 ABS 在機(jī)械工業(yè)上用來制造空調(diào)渦輪、泵業(yè)輪、軸承、把手、管道、管連接件、蓄電池槽、冷藏庫和冰箱襯里等，汽車工業(yè)上用 ABS 制造汽車擋 泥板、扶手、熱空氣調(diào)節(jié)導(dǎo)管等，還可用 ABS 夾層板制小轎車車身。 ABS 還可用來制造水表殼，紡織器材，電器零件、玩具、電子琴及收錄機(jī)殼體、食品包裝容器，農(nóng)藥噴霧器及家具等。3 塑料的工藝分析 6 3 塑件的工藝分析 在模具設(shè)計(jì)之前需要對(duì)塑件的工藝性如形狀結(jié)構(gòu)、尺寸大小、精度等級(jí)和表面質(zhì)量要進(jìn)行仔細(xì)研究和分析，只有這樣才能恰當(dāng)確定塑件制品所需的模具結(jié)構(gòu)和模具精度。 飲水機(jī)機(jī)嘴如圖 所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)中等復(fù)雜程度，生產(chǎn)量大，要求較低的模具成本，成型容易，精度要求一般。 圖 3D 視圖 塑件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 脫模斜度 由于注射制品在冷卻過程中產(chǎn)生收縮，因此它在脫模前會(huì)緊緊的包住模具型芯或型腔中突出的部分。為了便于脫模，防止因脫模力過大拉傷制品表面，與脫模方向平行的制品內(nèi)外表面應(yīng)具有一定的脫模斜度。脫模斜度的大小與制品形狀、壁厚及收 縮率有關(guān)。斜度過小，不僅會(huì)使制品尺寸困難，而且易使制品表面損傷或破裂，斜度過大時(shí)，雖然脫模方便，但會(huì)影響制品尺寸精度，并浪費(fèi)原材料。通常塑件的脫模斜度約取 ～ ? ，根據(jù)文獻(xiàn)，塑件材料 ABS 7 的型腔脫模斜度為 ～ 1? 30/ ，型芯脫模斜度為 30/～ 1? 。 塑件的壁厚 塑件的壁厚是最重要的結(jié)構(gòu)要素，是設(shè)計(jì)塑件時(shí)必須考慮的問題之一。塑件的壁厚對(duì)于注射成型生產(chǎn)具有極為重要的影響，它與注射充模時(shí)的熔體流動(dòng)、固化定型時(shí)的冷卻速度和時(shí)間、塑件的成型質(zhì)量、塑件的原材料以及生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本密切相關(guān)。一般在滿足使用要求的前提下，塑件的壁厚應(yīng)盡量小。因?yàn)楸诤裉蟛粌H會(huì)使原材料消耗增大，生產(chǎn)成本提高，更重要的是會(huì)延緩塑件在模內(nèi)的冷卻速度，使成型周期延長(zhǎng)，另外還容易產(chǎn)生氣泡、縮孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小則剛度差，在脫模、裝配、使用中會(huì)發(fā)生變形，影響到塑件的使用和裝配的準(zhǔn)確性。選擇壁厚時(shí)應(yīng) 力求塑件各處壁厚盡量均勻，以避免塑件出現(xiàn)不均勻收縮等成型缺陷。塑件壁厚一般在 1～ 4mm，最常用的數(shù)值為 2～ 3mm。該管連接件壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為 2mm 左右。 塑件的圓角 為防止塑件轉(zhuǎn)角處的應(yīng)力集中，改善其成型加工過程中的充模特性，增加相應(yīng)位置模具和塑件的力學(xué)角度，需要在塑件的轉(zhuǎn)角處和內(nèi)部聯(lián)接處采用圓角過度。在無特殊要求時(shí)，塑件的各連接角處均有半徑不小于 ～ 1mm 的圓角。一般外圓弧半徑大于壁厚的 倍，內(nèi)圓角半徑應(yīng)是壁厚的 倍。該塑料件表面圓角半徑和內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角為 1mm。 孔 塑料制品上通常帶有各種通孔和盲孔，原則上講，這些孔均能用一定的型芯成型。但當(dāng)孔太復(fù)雜時(shí)，會(huì)使熔體流動(dòng)困難，模具加工難度增大，生產(chǎn)成本提高，困此在塑件上設(shè)計(jì)孔時(shí)，應(yīng)盡量采用簡(jiǎn)單孔型。由于型芯對(duì)熔體有分流作用，所以在孔成型時(shí)周圍易產(chǎn)生熔接痕，導(dǎo)致孔的強(qiáng)度降低，故設(shè)計(jì)孔時(shí)孔時(shí)孔間距和孔到塑件邊緣的距離一般都尖大于孔徑，孔的周邊應(yīng)增加壁厚，以保證塑件的強(qiáng)度和剛度。 8 塑件尺寸及精度 塑料制品外形尺寸的大小主要取決于塑料品種的流動(dòng)性和注射機(jī)規(guī)格，在一定的設(shè)備和工藝條件下流動(dòng)性好的塑料可以成型較大尺寸 的制品，反正成型出的制品尺寸就比較小。從節(jié)約材料和能源的角度出發(fā)，只要能滿足制品的使用要求，一般都應(yīng)將制品的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的盡量緊湊，以便使制品的外形尺寸玲瓏小巧些。該塑件的材料為 ABS，流動(dòng)性較好，適用于不同尺寸的制品。 塑件尺寸精度直接影響模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和模具的制造精度。為降低模具的加工難度和模具的制造成本，在滿足塑件要求的前提下盡量把塑件的尺寸精度設(shè)計(jì)得低一些。由于塑料與金屬的差異很大，所以不能按照金屬零件的公關(guān)等級(jí)確定精度等級(jí)。根據(jù)我國(guó)目前的成型水平，塑件尺寸公差可以參照文獻(xiàn) [2]表32 塑件的尺寸與公關(guān) (SJ13721978)的塑料制件公差數(shù)值標(biāo)準(zhǔn)來確定。根據(jù)任務(wù)書和圖紙要求，本次產(chǎn)品尺寸均采用 MT3 級(jí)精度，未注采用 MT5 級(jí)精度。 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。這除了在成型時(shí)從工藝上盡可能避免冷疤、云紋等疵點(diǎn)來保證外，主要是取決于模具型腔表面粗糙度。塑料制品的表面粗糙度一般為 ～ ，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的 1/2，即 ～ 。模具在使用過程中由于型腔磨損而使表面粗糙度不斷增加，所以應(yīng)隨時(shí)給以拋光復(fù)原。 塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多為 ，內(nèi)部為 。 塑件的體積和質(zhì)量 本次設(shè)計(jì)中，塑件的質(zhì)量和體積采用 3D 測(cè)量，在 Pro/E 軟件中，使用塑模部件驗(yàn)證功能，可以測(cè)得塑件的質(zhì)量 (ABS 的密度為 g/ cm3)，即可以得出該塑件制品的體積為質(zhì)量為 17 克。 4 注塑成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 9 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 注射成型工藝過程分析 [4] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝 過程為： 第一步：為使注射過程順利和保證產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)對(duì)所用的設(shè)備和塑料作好以下準(zhǔn)備工作。 (1)成型前對(duì)原材料的預(yù)處理 根據(jù)注射成型對(duì)物料的要求，檢驗(yàn)物料的含水量，外觀色澤，顆粒情況并測(cè)試其熱穩(wěn)定性，流動(dòng)性和收縮率等指標(biāo)，對(duì)原材料進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)熱干燥， ABS材料吸水率極低，成型前一般不必進(jìn)行干燥處理。如有需要，可在 70 ～ 80176。C下干燥 2～ 4 h。 (2)料筒的清洗 在初用某種塑料或某一注射機(jī)之前，或者在生產(chǎn)中需要改變產(chǎn)品、更換原料、調(diào)換顏色或發(fā)現(xiàn)塑料中有分解現(xiàn)象時(shí)，都需要對(duì)注射機(jī) (主要是料筒 )進(jìn)行清洗或拆 換。 柱塞式注射機(jī)料筒的清洗常比螺桿式注射機(jī)困難，因?yàn)橹搅贤矁?nèi)的存料量較大而不易對(duì)其轉(zhuǎn)動(dòng)，清洗時(shí)必須拆卸清洗或者采用專用料筒。對(duì)螺桿式通常是直接換料清洗，也可采用對(duì)空注射法清洗。 (3)脫模劑的選用 脫模劑是使塑料制件容易從模具中脫出而敷在模具表面上的一種助劑。一般注射制件的脫模，主要依賴于合理的工藝條件與正確的模具設(shè)計(jì)。在和產(chǎn)上為了順利脫模，常用的脫模劑有：硬脂酸鋅，液體石蠟 (白油 )，硅油，對(duì) ABS材料，可選用硬脂酸鋅，因?yàn)榇嗣撃┏埘０匪芰贤?，一般塑料都可使用? 第二步： 注射成型過程 完整的注 射過程表面上共包括加料、塑化、注射入模、穩(wěn)壓冷卻和脫模幾個(gè)步驟，但實(shí)際上是塑化成型與冷卻兩個(gè)過程。 第三步：制件的后處理 注射制件經(jīng)脫?；驒C(jī)械加工后，常需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮筇幚?，目的是為了消除存在的?nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。制件的后處理主要 10 有退火和調(diào)濕處理。該塑料制件材料為 ABS，就采用退火處理 1～ 3h。 澆口種類的確定 注射模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料流動(dòng)通道。其作用是將塑料熔體充滿型腔并使注射壓力傳遞到各個(gè)部分。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞對(duì)塑件性能、外觀及成型難易 程度影響很大。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。其中澆口的選擇與設(shè)計(jì)恰當(dāng)與否直接關(guān)系到制品能否完好的成型。 由于本設(shè)計(jì)中空調(diào)渦輪塑件外表面質(zhì)量要求較高，所以選用側(cè)澆口。側(cè)澆口直接在中間的圓端面處進(jìn)，空調(diào)渦輪組裝后，澆口被遮擋起來。 側(cè)澆口主流道需要設(shè)置鉤針，分流道與產(chǎn)品相連，頂出產(chǎn)品包含流道連接在一起。 型腔數(shù)目的確定 飲水機(jī)水龍頭屬于小型塑件，大批量生產(chǎn)，該塑件精度要求不大高。理論上可以采用一腔多模的形式。但是考慮到該塑件需要兩個(gè)成型直角側(cè)抽芯，并且抽芯距較大，難以實(shí)現(xiàn)一腔多模的注射方式，所以 考慮到模具制造成本的經(jīng)濟(jì)性和模具的實(shí)用性，此次采用一模兩腔，進(jìn)行加工生產(chǎn)。 注射機(jī)的選擇和校核 經(jīng)過測(cè)量得塑件質(zhì)量為 17g，塑件體積 。由于采用一模二腔，需要至少注射量為 172=34g，流道水口廢料 ，總注塑量達(dá)到 ，再根據(jù)工藝參數(shù) (主要是注射壓力 )，綜合考慮各種因素，選定注射機(jī)為海天 80XB。注射方式為螺桿式，其有關(guān)性能參數(shù)為表 ： 11 表 型號(hào) 參數(shù) 單位 80B 螺桿直徑 mm 36 理論注射容量 Cm3 124 注射重量 PS g 113 注射壓力 Mpa 183 注射行程 mm 122 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 0~220 料筒加熱功率 KW 鎖模力 KN 800 拉桿內(nèi)間距 (水平 垂直 ) mm 365365 允許最大模具厚度 mm 360 允許最小模具厚度 mm 150 移模行程 mm 310 移模開距 (最大 ) mm 670 液壓頂出行程 mm 100 液壓頂出力 KN 33 液壓頂出桿數(shù)量 PC 5 油泵電動(dòng)機(jī)功率 KW 11 油箱容積 l 200 機(jī)器尺寸 (長(zhǎng) 寬 高 ) m 機(jī)器重量 t 注射量的校核 模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須使得在一個(gè)注射成型的塑料