【文章內(nèi)容簡介】 ....... 35 PRO/ENGINEER 軟件在注塑模設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 ...................................................................................................... 36 注塑模設(shè)計(jì)流程 ................................................................................................................................................. 36 參考文獻(xiàn) .................................................................................................................................................................................. 38 致謝 ........................................................................................................................................................................................... 40 第 3 頁 共 42 頁 1 前言 模具是工業(yè)生產(chǎn)的重要工藝裝備，它被用來成型具有一定形狀和尺寸的各種制品。在材料的加工工業(yè)中廣泛使用模具， 75%以上的金屬制品（含半成品）， 95%以上的塑料制品是通過模具來成型的。在洗衣機(jī)、照相機(jī)、電視、電話等電器、儀器儀表、通信工業(yè)中，約有 90%以上的零件需要用模具進(jìn)行生產(chǎn)。 采用模具生產(chǎn)制件具有生產(chǎn)效率高，質(zhì)量好，切削少，節(jié)約能源和原材料、成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)。模具已成為當(dāng)代生產(chǎn)的重要手段，成為多種工藝中最具潛力的發(fā)展方向。模具是機(jī)械、電子、儀器儀表等行業(yè)的基礎(chǔ)工業(yè)，它對國民經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展起著越來越大的作用，世界上工業(yè)發(fā)達(dá)的國家無不把發(fā)展模具工業(yè)放在優(yōu)先地位。 現(xiàn)在我們對產(chǎn)品設(shè)計(jì)的要求是快速、準(zhǔn)確。隨著軟件技術(shù)的發(fā)展，三維設(shè)計(jì)的誕生使模具實(shí)現(xiàn)了可視化、面向裝配的設(shè)計(jì)。模具由二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了模具設(shè)計(jì)的重大突破。模具的三維設(shè)計(jì)直觀再現(xiàn)了未來 加工出的模具本體，設(shè)計(jì)資料可以直接用于加工，真正實(shí)現(xiàn)了 CAD/CAM 一體化和少、無圖樣加工。 本次設(shè)計(jì)的目的在于利用 Proe 和 AutoCAD 軟件完成塑件的繪制，塑件的模具設(shè)計(jì)，和模具成型零件的模擬加工來達(dá)到掌握 CAD/CAM 技術(shù)。 2 塑件的結(jié)構(gòu)及工藝分析 塑件結(jié)構(gòu)分析 洗衣機(jī)配件制品的結(jié)構(gòu)如圖 1 所示 。 圖 1 制品實(shí)體模型 第 4 頁 共 42 頁 圖 2 制品圖 塑料制品的設(shè)計(jì)在塑件的生產(chǎn)中起著重要的作用，既要滿足其使用功能，還要降低模具結(jié)構(gòu)的難度，以及降低 成型條件，以達(dá)到最大化降低生產(chǎn)成本的要求。所以對于塑件設(shè)計(jì)者說，不僅要具有機(jī)械設(shè)計(jì)的知識，而且需要有塑件造型、塑料配方、塑料加工、塑料模具和成型工藝等方面的知識。 塑件的名稱是洗衣機(jī)配件，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： ① 塑件材料為 ABS，其密度為 ，體積為 102cm3，質(zhì)量為 102 g。壁厚 ，長 寬 高 = ㎜ 113 ㎜ ㎜。制品壁薄，尺寸大，流程長。 ② 塑件的外觀要求光潔、無裂紋、無銀絲、無氣泡、無雜質(zhì)、無凹痕、無頂白，并且要求有較高的力學(xué)強(qiáng)度和較好的電介性能 。 ③ 本塑件設(shè)計(jì)模具的難點(diǎn)在于曲面計(jì)算復(fù)雜，里面結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，及側(cè)面的不規(guī)則的鋸齒形狀會給分型造成難度。 塑件制品的工藝分析 ABS 的性能如表 1 所示。 表 1 ABS 的性能 性能 密度 /（ g/cm3） 拉伸強(qiáng)度/MPa 伸長率（ %） 彎曲強(qiáng)度/MPa 彎曲彈性模量/GPa 懸臂梁缺口沖擊強(qiáng)度（ 23℃）/(J/m) 洛氏硬度（ R） 熱變形溫度 （ MPa）/℃ 線膨脹系數(shù) /(105/℃ ) 通用型 ～ 33～52 10～20 68～87 ～ 105～215 100～110 87～ 96 ～ 第 5 頁 共 42 頁 力學(xué)性能 不同級別的 ABS 拉伸強(qiáng)度差異較大，一般為 33~52MPa。 ABS 樹脂有極好的沖擊強(qiáng)度，具有優(yōu)良的抗蠕變性能，較好的耐磨性能，有良好的尺寸穩(wěn)定性。 電學(xué)性能 ABS 在寬廣的頻率范圍內(nèi)具有良好的電絕緣性能，且很少受溫度或濕度的影響。 熱學(xué)性能 ABS 的熱變形溫度在載荷為 時約為 93℃，隨著加工過程中退火的處理，可增加 6~10℃。由于 ABS 無定形結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，它具有平穩(wěn)的應(yīng)力 溫度效應(yīng)。 ABS 的脆化溫度為 7℃，通常在 40℃時仍有相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。 ABS 制品的使用溫度為 4～ 100℃。 ABS 樹脂易燃，無自熄性。 化學(xué)性能 ABS 耐化學(xué)藥品性能較好，由于其分子結(jié)構(gòu)中有腈基的存在，使他幾乎不受稀酸稀堿及鹽類的影響，但能溶于酮、醛、酯和氯代烴中；不溶于乙醇等大部分醇類，但在甲醇中長期接觸會溶脹。與大多數(shù)塑料一樣， ABS 在應(yīng)力作用下，其表面受醋酸、植物油等化學(xué)試劑的侵蝕會產(chǎn)生應(yīng)力開裂。 ABS 的加工特性 A． ABS 的流動性能 ABS 的熔體流動速率（ MFR）一般在 ～ 1g/min(200℃、 5kg)之間，個別的 MFR超出此范圍。 MFR 越大，流動性越好。一般 MFR 大于 。 ABS 熔體屬于假塑性流體，表現(xiàn)出“剪切變稀 ”的流變特性，可通過調(diào)整剪切速率來改變?nèi)垠w粘度。 ABS 熔體粘度適中，其流動性比聚酰胺稍差，比聚碳酸酯要好，熔體的冷卻固化速度較快。 B． ABS 的熱物理特性 ABS 屬無定形聚合物，無明顯熔點(diǎn)，玻璃化轉(zhuǎn)變溫度 Tg一般在 115℃左右，所以成型溫度應(yīng)大于 115℃。 ABS 的熱穩(wěn)定性較差，受熱至 260℃以上開始分解，產(chǎn)生有毒揮發(fā)性物質(zhì)，通常 ABS 的成型溫度控制在 250℃ 以下。對于注射成型，加工溫度一般為 160～230℃。 ABS 熔融溫度較低，一般在 160～ 190℃之間，溫度區(qū)間較寬，因此易于加工。熱穩(wěn)定性不僅與加工溫度有關(guān)，還與加工溫度條件下停留的時間有關(guān)。加工溫度越高，為使塑料不起化學(xué)反應(yīng)，停留時間應(yīng)越短。為了提高塑料的熱穩(wěn)定性，通常在塑料中加入熱穩(wěn)定劑，以便使加工溫度區(qū)間變寬，延長允許停留時間。 ABS 的熱穩(wěn)定性較差，應(yīng)盡量減少停留時間，同時加工后應(yīng)清理料筒。 C． ABS 的干燥特性 由于 ABS 樹脂含有腈基等強(qiáng)極性基團(tuán)，所以吸水性較大。其吸水性大于聚苯乙烯，僅次于聚酰胺。 ABS 的吸濕性小于 1%，一般為 %～ %。不管采用何種方法，在加工前應(yīng)對 ABS 樹脂進(jìn)行干燥。根據(jù)含水量的多少，在成型前應(yīng)在 80℃左右干燥 2～ 4h，使 第 6 頁 共 42 頁 含水量降至 %以下。通常的干燥方法為循環(huán)鼓風(fēng)干燥，溫度控制在 70～ 80℃，時間在4h 以上；也可普通烘箱干燥，溫度控制在 80～ 100℃，時間 2h，粒層厚度小于 50mm。 注射成型 ABS 注射成型的螺桿以單頭、等距、漸變、全螺紋、帶止回環(huán)為宜，螺桿長徑比為 20，壓縮比為 ～ ，避免采用自鎖式噴嘴，以免降低注射流程或引起物料變色。注射溫度應(yīng)較低，以防止發(fā)生分解或?qū)αW(xué)性能帶來不利的影響。注射壓力對薄壁、長流程、小澆口的制品要求較高，因此保壓壓力不宜過高。成型溫度在 200～260℃，為了改善制品外觀，避免合模線和陷坑等不良現(xiàn)象，減少制品變形，模具溫度為70℃。表 2 為推薦成型工藝條件，僅供參考。 表 2 推薦成型工藝條件 螺桿 轉(zhuǎn)速 /(r/ Min) 噴嘴溫度/℃ 料筒溫度 /℃ 模具溫度/℃ 注射壓力/MPa 保壓壓力/MPa 注射時間 /s 保壓時間/s 冷卻時間/s 總周期 /s 后部 中部 前部 30 ～60 180 ～190 180 ～200 210 ～230 200 ～210 50 ～70 70 ～90 50 ～70 3 ～5 15 ～30 15 ～30 40 ～70 3 模具設(shè)計(jì) 注射成型機(jī)的型號和規(guī)格的選擇 對大型注射模，生產(chǎn)中每次實(shí)際注射量應(yīng)為公稱注射量的 ～ 倍，現(xiàn)取 進(jìn)行估測故， V 注 =2 V 件 /=2 102cm3/=?？紤]到制品的投影面積和頂出距離，選取型號為 HTF800W2A 型。該設(shè)備的主要技術(shù)參數(shù)如表 3 所示： 表 3 注塑機(jī)主要技術(shù)參 數(shù) 型號 HTF800W2A 型號 HTF800W2A 結(jié)構(gòu)型式 臥 移模行程 /mm 1040 理論注射容量 /cm3 2990 最大模具厚度 /mm 1000 螺桿直徑 /mm 90 最小模具厚度 /mm 420 注射壓力 /Mpa 228 模具定位孔直徑 /mm Ф 250 注射速率（ g/s） 520 噴嘴球半徑 /mm SR20 塑化能力（ g/s） 噴嘴口孔徑 /mm Ф 6 第 7 頁 共 42 頁 螺桿轉(zhuǎn)速（ r/min） 0～ 110 鎖模力 /KN 8000 拉桿內(nèi)間距 /mm 1000 1000 注射模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 型腔數(shù)目的確定 型腔數(shù)目是根據(jù)有鎖模力、最大注射量、制件的精度要求、經(jīng)濟(jì)性等來確定的。本設(shè)計(jì)中考慮到該塑件的投影為細(xì)長的形狀，為了經(jīng)濟(jì)性，采用一模兩腔。形式如圖 3 所示 圖 3 型腔形式 分型面設(shè)計(jì) 分型面的選擇很重要，它對塑件的質(zhì)量、操作難易、模具結(jié)構(gòu)及制造影響很大。在選擇分型面時一般應(yīng)考慮以下因素。 (1) 分型面應(yīng)取在塑件尺寸的最大處，有利于脫模。 (2) 使塑件留在動模部分，這是由于推出機(jī)構(gòu)通常設(shè)在動模一邊，將型芯設(shè)在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑 件留在動模邊。 (3) 有利于保證塑件的外觀精度和精度要求。 (4) 模具結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，制造容易。 (5) 成型效率及成型操作。 (6)分型面應(yīng)該有利于排氣。 第 8 頁 共 42 頁 本設(shè)計(jì)中制品側(cè)向的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，先做側(cè)型芯的分型面，再做主分型面可以降低分型的難度。側(cè)型芯的分型面選擇如圖 4 所示： 圖 4 側(cè)型芯分型面 主分型面如圖 5 所示 圖 5 主分型面 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 普通澆注系統(tǒng)一般由主流道，分流道和澆口及冷料穴組成，本設(shè)計(jì)的模具為一模兩腔，采用側(cè)澆口。它由一個主流道及四個分流道組成，塑件通過主流道進(jìn)入分流道 再由分流道通過側(cè)澆口進(jìn)入型腔。由于制品結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成型后收縮包在型芯上能夠脫出澆注系統(tǒng)，所以省去拉料桿。澆注系統(tǒng)手工去除。 第 9 頁 共 42 頁 主流道的設(shè)計(jì) (1)主流道的大端尺寸 D=20mm, 圓錐角一選用 2176。 ,則取小端的尺寸為 d=7mm。 (2) 主流道襯套一般用 T8A，并進(jìn)行淬火處理，澆口套的硬度應(yīng)低于注塑機(jī)噴嘴的硬度。 (3) 澆口套與注塑機(jī)噴嘴頭的接觸面必須吻合。 (4) 定位環(huán)設(shè)計(jì) 為了保證模具安裝在注射機(jī)上后，其主流道與噴嘴對中，必須憑借定位零件來實(shí)現(xiàn)，通常采用定位環(huán)定位。 定位環(huán)的設(shè)計(jì)需要與主流道 配合，定位環(huán)外徑 D1 與注射模上固定孔是間隙配合，在端面用螺釘將定位環(huán)壓在模體內(nèi)。定位環(huán) D1= 250mm ，采用 6 個 M6 的螺釘。 主流道襯套及定位環(huán)如下圖 圖 7 所示： 圖 6 主流道襯套和定位環(huán) 圖 7 主流道襯套尺寸 分流道及澆口布局如圖 8 第 10 頁 共 42 頁 圖 8 分流道及澆口布局 一次分流道是直徑為 14mm 的圓形截面，二次分流道是直徑為 14mm 的半圓形截面，澆口為扁澆口，尺寸為 10mm 1mm 3mm。 冷料穴 在主流道和二次分流道末 端設(shè)冷料穴，儲存冷料。 排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 排氣槽一般開設(shè)在分型面上熔料最后充滿處。對大型模具來講，型腔空間大，需要的塑料原料多，型腔內(nèi)形成的氣體就更多，因此應(yīng)設(shè)計(jì)全面排氣系統(tǒng)?？紤]到制品的側(cè)抽比較大，鑲塊很多，所以沒有另外開設(shè)排氣槽。 在本模具中排氣的形式有： (1) 利用分型面排氣； (2) 利用頂桿配合間隙排氣； (3) 利用鑲件的間隙排氣。 成型零件的設(shè)計(jì) 直接與塑料接觸確定塑件形狀的零件稱為成型零件，包括凹模和凸模（或型芯）。在本次設(shè)計(jì)中主要包括由型腔，型芯，側(cè)型芯組成的成型零件 。型腔如圖 型芯如圖 圖 11 所示。 采用的形式 (1) 型腔 用于成型塑件的外表面，該塑件分型面設(shè)在接近下表面處，結(jié)構(gòu)比較簡