【文章內(nèi)容簡介】 料；塑料的化學穩(wěn)定性高，對酸、堿和許多化學藥品都有很好的耐腐蝕能力；塑料還有很好的減摩、耐磨及減震、隔音性能也較好。因此，塑料躋身于金屬、纖維材料和硅酸鹽三大傳 統(tǒng)材料之列，在國民經(jīng)濟中，塑料制件已成為各行各業(yè)不可缺少的重要材料之一。 塑料工業(yè)的發(fā)展階段大致分為以下幾個階段： 初創(chuàng)階段： 30 年代以前，科學家研制酚醛、硝酸纖維和聚酰胺等熱塑料，它們的工業(yè)化特征是采用間歇法、小批量生產(chǎn)。 發(fā)展階段： 30 年代，低密度聚乙烯、聚氯乙烯等塑料的工業(yè)化生產(chǎn)，奠定了塑料工業(yè)的基礎，為其進一步發(fā)展開辟了道路。 飛越階段： 50 年代中期到 60 年代末，塑料的產(chǎn)量和數(shù)量不斷增加，成型技術更趨于完善。 穩(wěn)定增長階段： 70 年代以來，通過共聚、交聯(lián)、共混、復合、增強、填充和發(fā)泡等方法來改進塑料性 能，提高產(chǎn)品質(zhì)量，擴大應用領域，生產(chǎn)技術更趨合理。塑料工業(yè)向著自動化、連續(xù)化、產(chǎn)品系列化，以及不拓寬功能性和塑料的新領域發(fā)展。 我國塑料工業(yè)發(fā)展較晚。 50 年代末，由于萬噸級聚氯乙烯裝置的投產(chǎn)和 70 年代中期引進石油化工裝置的建成投產(chǎn)，使塑料工業(yè)有了兩次的躍進，與此同時，塑料成型加工機械和工藝方法也得到了迅速的發(fā)展，各種加工工藝都已經(jīng)齊全。 塑料由于其不斷的被開發(fā)和應用，加之成型工藝的不斷發(fā)展成熟與完善，極大地促進了成型模具的開發(fā)與制造。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求的日益增加，而且產(chǎn)品的更新?lián)Q代周 期也越來越短，對塑料和產(chǎn)量和質(zhì)量提出了越來越高的要求。 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用 模具是工業(yè)生產(chǎn)中重要的工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎之一。塑料模具是指用于成型塑料制件的模具，它是型腔模的一種類型。 模具設計水平的高低、加工設備的好壞、制造力量的強弱、模具質(zhì)量的好壞，直接2 影響著許多新產(chǎn)品的開發(fā)和老產(chǎn)品的更新?lián)Q代，影響著產(chǎn)品質(zhì)量和經(jīng)濟效益的提高。美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基礎”，日本則稱“模具是促進社會繁榮富裕的勞動力”。 近年來，我國各行業(yè)對模具的發(fā)展都非常重視 。 1989 年，國務院頒布了“當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定”，在重點支持改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中，把模具制造列為機械技術改造序列的第一位，它確定了模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的重要地位，也提出了振興模具工業(yè)的主要任務。 塑料成型技術的發(fā)展趨勢 一副好的塑料模具與模具的設計、模具材料及模具制造有很大的關系。塑料成型技術發(fā)展趨勢可以簡單地歸納為以下幾個方面： 模具的標準化 為了是應大規(guī)模成批生產(chǎn)塑料成型模具和縮短模具制造周期的需要，模具的標準化工作十分重要，目前我國標準化程度達到 30%以上。注射模具零部件、模具技術條件 和標準模架等有 14 個標準。當前的任務是重點研究開發(fā)熱流道標準元件和模具溫控標準裝置；精密標準模架、精密導向件系列；標準模板及模具標準件的先進技術和等向標準化模塊等； 加強理論研究； 塑料制件的精密化、微型化和超大型化； 新材料、新技術、新工藝的研制、開發(fā)和應用。 各種新材料的研制和應用，模具加工技術的革新， CAD/CAM/CAE 技術的應用都是模具設計制造的發(fā)展趨勢。 塑料模具的分類 不同的塑料成型方法采用原理和結構特點各不相同的成型模具，塑料模具的分類方法有很多，按照塑料制件的成型方法不同可以分為一 下幾類： ?注塑成型模具 又稱注射成型模具，主要用于熱塑性塑料制品的成型，但今年來也越來越多地用于熱固性塑料成型。注塑成型在塑料制件成型中占有很大比重，世界塑料成型模具產(chǎn)量中約有半數(shù)以上為注塑模具。 ?壓塑成型模具 壓塑成型模具簡稱壓模。壓塑成型模具多用于成型熱固性塑料的壓模，也有用來成型熱塑性塑料的熱擠冷壓模具。另外還有一類不加熱的冷壓成型模具，用于成型聚四氟乙烯坯件。 3 ?傳遞成型模具 傳遞模具多用于熱固性塑料的成型。 ?擠塑成型模具 擠塑成型模具包括擠出機頭和定型模兩部分。用于生產(chǎn)出具有所需斷面形狀的連 續(xù)型材。 ?中空制品吹塑成型模具 用擠塑的方法生產(chǎn)管坯的叫擠吹模具，用注塑方法生產(chǎn)管坯的叫注吹模具，注吹中，在吹脹前的瞬間先進行軸向拉伸的叫注拉吹模具，產(chǎn)品的性能和尺寸精度因上述方法不同而有很大差異。 ?熱成型模具 熱成型模具又名真空或壓縮空氣成型模具，它是一單獨的陰?；蜿柲?。此種成型方法，模具受力較小，強度要求不高，甚至可用非金屬材料制作，但為了取得較高的生產(chǎn)效率，模具的導熱性很重要，鋁合金模具得到了廣泛的應用。 除了上面所列舉的集中塑料模具外，尚有搪塑成型模具、反應注塑成型模具、泡沫塑料成型模具、玻璃纖 維增強塑料低壓成型模具等。 4 第二章 塑件成型工藝分析 塑件分析 總體分析 該塑件如圖 21 所示，材料為 ABS，流動性能為中等，溢料間隙為 ，塑件最大壁厚為 4mm，最小壁厚為 ，未注圓角為 R3mm，精度等級為 SJ137278 中 4級精度，屬于中等精度塑件。經(jīng)分析，該塑件可用注塑成型，但模具設計時應考慮兩個方向的側抽芯問題。 圖 21 彎管接頭 脫模斜度 ABS 屬于非結晶型熱塑性塑料，其成型收縮率較低，一般介于 %～ %，結合該塑件的特點，不需要設 計脫模斜度。 5 ABS 性能分析 使用性能 ABS 是樹脂的剛性與橡膠的彈性相結合的一種廣泛使用的工程材料，它不僅具有韌、硬、剛相均衡的優(yōu)良力學性能，而且耐化學藥品性好、尺寸穩(wěn)定性好、表面光澤度高，且原料豐富。廣泛用于機械、電器零件、辦公用品、日用品等各個領域。 工藝性能 ? ABS 屬于無定型聚合物，無明顯熔點。 ABS 熔融溫度為 217～ 237℃，分解溫度大于 270℃。注射用的熔體指數(shù)范圍為 ～ 15。 ? ABS 熔體粘度高，流動性較差，但是流動性比 PVC， PC 要好，熔體粘度比 PE， PS，PA 要大。熔體冷卻固化速度也較快。 ? ABS 熱穩(wěn)定性不太好，注射成型結束后應用機筒清洗劑清理料筒。由于丁二烯含有雙鍵，所以 ABS 耐氣性差，尤其是紫外線可引起 ABS 變色。 ? ABS 對溫度剪切速率都比較敏感，溫度提高、注射壓力提高之后，熔體表面粘度下降，流動性增加。 ? ABS 為極性大分子，有吸濕傾向。成型加工前務必進行干燥。樹脂水分控制在 %以下，一般用熱風干燥法除去水分。樹脂顆粒層厚度為 10mm～ 30mm 時， 80℃～ 90℃干燥 2～ 3 小時。樹脂濕度大，制品又復雜則可于 70℃～ 80℃干燥 18～ 24 小時才能取得良好 效果。 ? ABS 成型收縮率較低，一般介于 %～ %之間。 ABS 的注射成型過程及工藝參數(shù) 注射成型過程 ? 成型前準備 成型前應檢驗 ABS 的色澤、粒度和均勻度等并進行干燥處理，用專用的清洗劑清洗料筒，在模具上涂脫模劑以幫助脫模。 由于 ABS 具有吸濕性，在注射成型之前要進行干燥。建議干燥條件： 80~90℃下最少干燥 2h，且材料溫度波動應保證小于 %。 ? 注射過程 塑料原料在注射機料筒內(nèi)經(jīng)過加熱塑化到粘流狀態(tài)后，由模具的澆注系統(tǒng)進入模具型腔，其注射過程可分為原料的塑化、填充、保壓 、倒流、冷卻定型五個階段。 ? 塑件的后處理 一般制品要求不太高時可不作熱處理。對于要求較高的制品在循6 環(huán)熱風下處理 2～ 4 小時，溫度 70℃，然后緩慢冷卻到室溫。本產(chǎn)品由于要求不太高，可不進行熱處理。 注射工藝參數(shù) ? 注射機：采用螺桿式注射機，螺桿結構特征為單頭、全螺紋、等距、壓縮突變型，螺桿端部不帶止回環(huán)。螺桿長度比為 18～ 20： 1。噴嘴選用通用型延伸式，噴嘴孔直徑4～ 5mm或 6～ 8mm。制品質(zhì)量一般為最大注射量的 50%～ 75%。 ? 料筒溫度：后段 150℃～ 170℃，中段 165℃～ 180℃，前段 180℃～ 220℃。 ? 噴嘴溫度： 220℃。 ? 模具溫度： 60℃～ 70℃。模具溫度對提高 ABS 制品表面質(zhì)量、減小內(nèi)應力有著重要的作用。但是提高模具溫度，制品收縮率增大，成型周期延長。 ? 注射壓力： 50～ 100MPa。 ? 保壓壓力： 60～ 70MPa。 ? 注射速度和螺桿轉(zhuǎn)速：注射速度對 ABS 熔體流動性有一定的影響，但不太大。注射速度快，沖模速度快，摩擦熱提高，容易出現(xiàn)排氣不良，表面粗糙度不好，力學性能也教低。沖模速度慢，制品會產(chǎn)生熔接不良，制品表面出現(xiàn)波紋。一般情況下宜用高壓低速沖模。螺桿轉(zhuǎn)速通常小于 70r/min，可在 30～ 40r/min 之間選擇。 ? 成型周期：總周期 40～ 120s，注射時間 5～ 30s，保壓時間 0～ 5s，冷卻時間 20～ 60s。 7 第三章 模具結構形式的擬定 分型面的確定 分型面的形式 分開模具取出塑件的面，統(tǒng)稱為分型面。注射模有一個分型面和多個分型面的模具。分型面的位置有垂直于開模方向、平行于開模方向以及傾斜于開模方向幾種。分型面的形式與塑件的幾何形狀、脫模方式、模具類型及排氣條件等有關，常見的形式有：水平分型面、垂直分型面、斜分型面、階梯分型面和平面、曲面分型面。 分型面的選擇原 則 分型面設計得是否得當，對制件質(zhì)量、操作難易、模具結構復雜性有很大影響，主要應考慮一下幾點： 1) 符合塑件脫模的基本要求，就是能使塑件從模具中取出，分型面應設在脫模方向端面投影輪廓最大的部位； 2) 因為分型面處不可避免的會在塑件上留下溢料痕跡，或拼合不準確的痕跡，故分型面最好不選在制品光亮平滑的外表或圓弧的轉(zhuǎn)角處； 3) 從制件的推出裝置設置方便考慮，分型時要盡可能地使制件留在動模邊； 4) 從保證制件相關部位的同心度出發(fā)，同心度要求高的塑件，取分型面時最好把要求同心的部分放在模具分型面的同一側； 5) 有側凹或側孔的制件，取分型 面時應首先考慮將抽芯或分型距離長的一邊放在動、定模開模方向是上，而將短的一邊作為側向分型或抽芯； 6) 對有頂出機構的模具，采取動模邊側向分型抽芯，模具結構較簡單，能獲得的抽拔距離也比較長，故選分型面時應優(yōu)先考慮把制件的側凹或側孔放在動模； 7) 當分型面作為主要排氣面時，料流末端應在分型面上以利排氣； 8) 分型面應保證塑件的精度要求； 9) 分型面應力求簡單使用并易于加工； 10) 型面應考慮主分型面和側向分型面的協(xié)調(diào)。 本設計分型面的選擇 通過對塑件結構形式的分析，同時根據(jù)以上分型面的選擇原則綜合考慮，決定將分型面選在塑 件最大截面處，以利于塑件的取出。 8 型腔數(shù)目和模具結構形式的確定 型腔數(shù)目的確定 由于該塑件存在兩個方向的側向抽芯，故不適用于一模多腔的結構形式。因此選用一模一腔結構。 模具結構形式的確定 由以上分析可知，本模具設計為一模一腔結構，根據(jù)塑件的結構特點，推出機構采用推桿推出。澆注系統(tǒng)設計時，澆口采用兩個側澆口且設在分型面上。因此，定模部分不需要單獨開設分型面取出凝料。由上述分析可確定選用單分型面橫向分型抽芯注射模具。 注射機型號的確定 注射量的計算 1) 塑件的體積 估算 ? ? ? ?3322222122cmmmVVV????????????????）（塑?? 2) 塑件質(zhì)量 m的計算 ABS 的密度為 33 cmg 1 . 0 6~1 . 0 4 ?? ?? ，取。 則質(zhì)量 gVm ???? ? 。 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 雖然設計之前難以確定澆注系統(tǒng)凝料的準確數(shù)值，單可以根據(jù)經(jīng)驗按照塑件體積的～ 1 倍來估算。由于本次采用流道簡單并且較短，因此澆注系統(tǒng)凝料按塑件體積的 倍來估算，即 cmVj ? 。 注射機的選擇 注射機的最大注射容量 ? ? ? ? 3 5 cmVVV j ????? 塑注 式中 注V —— 注射機最大注射容量， cm3； 塑V —— 成型塑件體積， cm3； 9 jV —— 澆注系統(tǒng)凝料體積， cm3； —— 最大注射容量的利用系數(shù)。 故取 3250cmV ?公稱 。查表得，選注射機型號為 SZ2501250 臥式注射機。其主要技術參數(shù)見表 31： 表 31 SZ2501250 臥式注射機主要技術參數(shù) 理論注射量 /cm3 270 移模行程 /mm 360 螺桿直徑 /mm 45 最大模具厚度 /mm 550 注射壓力 /MPa 160 最小模具厚度 /mm 150 注射速率 / 110 鎖模形式 雙曲肘 塑化能力 / 模具定位孔直徑 /mm 160? 螺桿轉(zhuǎn)速 / 10～ 200 噴嘴球半徑 /mm SR15 鎖模力 /KN 1250 噴嘴口徑 /mm ? 4 拉 桿內(nèi)間距 /mm 415 415 — — 注射機相關參數(shù)校核 ? 注射壓力校核 由 ABS 相關性能參數(shù)可得， ABS 所需注射壓力為 50～ 100MPa，取 MPap 750 ?，該注射機的公稱壓力 MPap 160?公 ，注射壓力安全系數(shù) ~ ?k ，取 ?k ，則：公pM P apk ???? ，所以所選注射機壓力合適。 ? 鎖模力校核 1) 塑件在分型面上投影面積 塑A ： 222 7