【正文】 ；注射模、壓縮模和壓注模是保證實(shí)現(xiàn)上述成型方法，獲得形狀正確、尺寸合格、質(zhì)量符合要求和塑料制品的技術(shù)和物質(zhì)基礎(chǔ)。力求能夠正確設(shè)計(jì)模具結(jié)構(gòu)，合理選擇制造方法，并對(duì)已有的模具結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。 黃維柯 2022 年 5 月 30 日第 1 章 緒論 國(guó)際國(guó)內(nèi)塑料成型模具發(fā)展概況隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，裝備制造業(yè)良好的態(tài)勢(shì)有力地促進(jìn)了我國(guó)塑料模具業(yè)發(fā)展?！　‰S著汽車(chē)業(yè)繼續(xù)高速發(fā)展，汽車(chē)對(duì)模具不斷提出更高的要求，促使模具技術(shù)水平不斷提高。模具新結(jié)構(gòu)、新品種、新工藝、新材料的創(chuàng)新成果不斷涌現(xiàn)，專(zhuān)利數(shù)量增多?！　‰m然近幾年我國(guó)塑料模具快速發(fā)展，但是與國(guó)外先進(jìn)水平相比，仍然存在問(wèn)題：發(fā)展不平衡，產(chǎn)品總體水平較低；工藝裝備落后，組織協(xié)調(diào)能力差；大多數(shù)企業(yè)開(kāi)發(fā)能力弱，創(chuàng)新能力明顯不足；供需矛盾短期難以緩解；體制和人才問(wèn)題的解決尚需時(shí)日。我國(guó)政府要大力支持，制定部分優(yōu)惠政策，通過(guò)政策引導(dǎo)加快行業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。 我國(guó)模具設(shè)計(jì)技術(shù)今后發(fā)展方向提高大型、精密、復(fù)雜、長(zhǎng)壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。 在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用 CAD/CAM/CAE 技術(shù)?；诰W(wǎng)絡(luò)的 CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見(jiàn)端倪,其將解決傳統(tǒng)混合型 CAD/CAM 系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程分工協(xié)作要求的問(wèn)題。塑料制件及模具的 3D 設(shè)計(jì)與成型過(guò)程的 3D 分析將在我國(guó)塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。采用熱流道技術(shù)的模具可提高制件的生產(chǎn)率和質(zhì)量,并能大幅度節(jié)省塑料制件的原材料和節(jié)約能源,所以廣泛應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)是塑料模具的一大變革。氣體輔助注射成型可在保證產(chǎn)品質(zhì)量的前提下,大幅度降低成本。氣體輔助注射成型比傳統(tǒng)的普通注射工藝有更多的工藝參數(shù)需要確定和控制,而且其常用于較復(fù)雜的大型制品,模具設(shè)計(jì)和控制的難度較大,因此,開(kāi)發(fā)氣體輔助成型流動(dòng)分析軟件,顯得十分重要。 開(kāi)發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。 提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。為此,首先要制訂統(tǒng)一的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)。再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。 研究和應(yīng)用模具的高速測(cè)量技術(shù)與逆向工程。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測(cè)設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。該制件的材料為 PE（聚乙烯） ，模具設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于內(nèi)側(cè)抽芯，本次設(shè)計(jì)采用斜拉桿抽出。由于材料的最大尺寸為 ，屬于中小型制件，且要求大批量生產(chǎn)，在滿(mǎn)足生產(chǎn)需求的情況下盡量選用較低的粗糙度，同時(shí)在選用注塑機(jī)和確定型腔數(shù)時(shí)，在滿(mǎn)足技術(shù)要求的條件下，最好選用標(biāo)稱(chēng)壓力比較低的注塑機(jī)和盡可能多的型腔數(shù)，以滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)性要求。有低壓高密度聚乙烯（HDPE），高壓低密度聚乙烯（LDPE），線形低密度聚乙烯（LLDPE）等多種。熔點(diǎn)約為 130 ，相對(duì)密度 。 LDPE 產(chǎn)品的理化性質(zhì)：半結(jié)晶材料，具有良好的延伸性、電絕緣性，結(jié)晶度 55%~65%，結(jié)晶熔點(diǎn) 108~126 。 LLDPE 產(chǎn)品的理化性能：無(wú)毒、無(wú)味、無(wú)臭的乳白色顆粒，相對(duì)密度 ~。因?yàn)樗o制件為盒蓋，對(duì)機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性有較高的要求，經(jīng)過(guò)比較，此次設(shè)計(jì)塑件材料選用 HDPE。 方案的討論與論證 由于塑件是批量生產(chǎn)，且根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)分析知道塑件四側(cè)有內(nèi)側(cè)凹，需要采用內(nèi)抽芯機(jī)構(gòu)，將塑件脫出模外。整體式型芯斜拉桿內(nèi)側(cè)分型抽芯這種結(jié)構(gòu)是主要利用了限位螺釘?shù)淖饔脤⒅髁鞯缽亩０逯袔С鰜?lái)。注射機(jī)拉動(dòng)模后退，定距拉釘 3 將定模定位，當(dāng)模具推板與機(jī)床頂桿接觸時(shí)，迫使推板向前運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，斜拉桿相對(duì)定模而言，有一個(gè)水平方向的運(yùn)動(dòng)，則斜拉桿向內(nèi)移動(dòng)抽出塑件，模具繼續(xù)后退時(shí)，斜拉桿將推出塑件。此方案結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行可靠，為最佳方案。無(wú)毒，無(wú)味，乳白色?；瘜W(xué)穩(wěn)定性好，結(jié)晶型塑料。 吸 水 性 極 小 ， 有 很 突 出 的 電 氣 性 能 和 良 好的 耐 輻 射 性 ， 用 火 焰 噴 涂 法 或 靜 電 噴 涂 法 涂 于 金 屬 表 面 ， 可 以 達(dá) 到 減 摩 和 防 腐 蝕 的目 的 。塑件公差按公差表查得個(gè)部分的公差值如圖 2—1 所示： 圖 塑件尺寸圖21（二）表面粗糙度分析由塑料制件的粗糙度確定模具的粗糙度，模具的粗糙度比塑料制件的粗糙度低1～2 級(jí):模具型腔的粗糙度對(duì)塑料制品的表面狀態(tài)起決定性的作用。首先，塑件的形狀應(yīng)便于模塑，用注塑成型的制品在充模階段能順暢的充滿(mǎn)型腔，因此塑件沿料流方向應(yīng)設(shè)計(jì)成流線型或具有大的曲率半徑，避免流動(dòng)死角。但鑒于所給制件的使用要求，塑件四側(cè)有內(nèi)凹，故該模具采用內(nèi)側(cè)抽芯，脫模時(shí)采用斜拉桿抽出。最小脫模斜度與塑料性能、收縮率的大小、塑件的幾何形狀有關(guān)。一般情況下，脫模斜度不包括在塑件的公差范圍內(nèi)。表 22 常用塑件的脫模斜度（五）壁厚分析：合理地確定塑件的壁厚是很重要的。 另外還必須指出，壁厚與流程有密切關(guān)系。經(jīng)試驗(yàn)證明各種塑料在其常規(guī)工藝參數(shù)下，流程大小與塑件壁厚成比例關(guān)系。同種塑料制品的壁厚要盡可能的均勻,壁厚過(guò)小則難以充型,且強(qiáng)度剛度不足,過(guò)大用料過(guò)多,增加注塑周期,易產(chǎn)生氣泡,縮孔,凹陷,翹曲等缺陷。 澆口位置分析澆口位置設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的因素⑴.減小制品翹曲變形⑵.澆口位置與分子取向關(guān)系（考慮分子取向方位對(duì)注塑制品質(zhì)量的影響）⑶.注塑成型時(shí)的噴射現(xiàn)象與澆口位置和尺寸的關(guān)系：⑷.減少熔接痕，增加熔接牢度： ⑸.澆口位置應(yīng)防止料流將型芯或鑲件技歪變形 ? 一側(cè)進(jìn)料易使型芯彎曲；? 兩側(cè)進(jìn)料可防止型芯彎曲；? 頂部中心進(jìn)料，效果最好。 型腔的布置及分型面的確定制品在模具中的位置，直接影響到模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度、模具分型面的確定、澆口的位置，制品的尺寸精度和質(zhì)量等。開(kāi)模后制品留在動(dòng)模部分，這樣就更方便脫模。分型面的位置要有利于模具加工、排氣、脫模及成型操作，塑料制件的表面質(zhì)量等。因此，在選擇時(shí)要認(rèn)真分析、綜合比較，從幾個(gè)方案中找出一個(gè)比較合理的方案?？紤]分型面的選擇原則，此次塑件分型面選擇在塑料流動(dòng)方向的末端，開(kāi)模后使塑件留在動(dòng)模部分，方便內(nèi)抽芯和脫模。但是，為了保證澆注系統(tǒng)凝料的自動(dòng)脫模，常常需要在定模一邊增設(shè)澆道凝料推出機(jī)構(gòu)，增加分型面，從而導(dǎo)致模具脫模機(jī)構(gòu)復(fù)雜化，也使模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。具體分型面的位置如圖 2—2 所示：圖 2—2 分型面位置圖 排氣系統(tǒng)的確定 當(dāng)塑料熔體注入型腔時(shí)，如果型腔內(nèi)原有氣體、蒸汽等不能順利地排出，將在制品上形成氣孔、銀絲、灰霧、接縫、表面輪廓不清，型腔不能完全充滿(mǎn)等弊病，同時(shí)還會(huì)因氣體壓縮而產(chǎn)生高溫，引起流動(dòng)前沿物料溫度過(guò)高 ，粘度下降，容易從分型面溢出，發(fā)生飛邊，重則灼傷制件，使之產(chǎn)生焦痕。因此設(shè)計(jì)時(shí)要考慮排氣問(wèn)題。第 3 章 確定成型設(shè)備 計(jì)算塑件體積和重量由表 21 可知，PE 材料的密度為 ~ g/cm3,取密度為 。用 CAE 模型分析（如右圖所示）：得知單個(gè)塑件體積：v 單 = =?單個(gè)塑件的質(zhì)量：= .9? 圖 3—1估算澆注系統(tǒng)的體積 ，根據(jù)澆注系統(tǒng)的初步設(shè)計(jì)方案進(jìn)行估算： jV （3—1）jV??主 流 點(diǎn) 澆 ???????（ ） （ ） 91+=++= ≈則澆注系統(tǒng)塑料凝料重量： = = =?Vj?所以總的注塑體積： = =+=?單 3c則 =n /=1 ? 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，初步選擇注塑成型設(shè)備 主流道的設(shè)計(jì)根據(jù)制品外形，結(jié)合物料特性，主流道采用圓錐形，以便于流道凝料的拔出。⑵. 由于小端的前面是球面，深度 3~5mm，主流道球面半徑比噴嘴球面半經(jīng)大 1~2mm。⑶.主流道與噴嘴結(jié)構(gòu)：接觸處多作成半球形的凹坑，凹坑球半徑 R2應(yīng)比噴嘴球頭半徑圖 3—2 澆口套與注射機(jī)噴嘴的關(guān)系R1大 2～3mm。 澆口的設(shè)計(jì)由于制件比較薄，材料為聚乙烯，粘度對(duì)切變速率比較敏感，并且是單型腔模，為了保證制件的表面質(zhì)量和精度，以采用小澆口為宜。所以本次設(shè)計(jì)采用點(diǎn)澆口，適用于表觀粘度對(duì)剪切速率敏感的塑料熔體和粘度較低的塑料熔體。 點(diǎn)澆口的具體尺寸如圖 3—3 所示： 圖 3—3 點(diǎn)澆口的尺寸此次設(shè)計(jì)的點(diǎn)澆口的具體尺寸為：點(diǎn)澆口的圓柱孔長(zhǎng)度為 ，直徑 。140~ （3—2）0????itL= 140~????符合要求。該注塑機(jī)的技術(shù)規(guī)格為： 公稱(chēng)注射容量（ ） 30 最大注射面積（ ） 903cm2cm 最大注射壓力（ ） 119 允許最小模厚（ ） 60MPam 噴嘴孔徑（ ） 4 允許最大模厚（ ） 180m 鎖模力（ ） 25 柱塞直徑（ ） 28KN其它具體技術(shù)規(guī)范參照表 3—3 選取。優(yōu)點(diǎn)是機(jī)體較低，容易操作和加料，機(jī)床因重心較低而比較穩(wěn)定；成型后頂出的塑料可利用重力作用自動(dòng)落下，利于自動(dòng)化操作。 根據(jù)塑件的計(jì)算重量或體積，選擇設(shè)備型號(hào)規(guī)格，確定型腔數(shù)。由表 2—2 知 ；jmgig45Ts?=33(095/)4/Mckgh??6/代入式（2—3）中，求得 [(.85/0)1.]/???綜上結(jié)果，最終確定型腔數(shù)為 。澆注系統(tǒng)中各段的剪切速率 如下：主流道 =5 ；分流道 =5 ；K? ??s??180。210S點(diǎn)澆口 = ；其他形式澆口 =5 ～5 。351表 3—1 HDPE 的非牛頓指數(shù) 值n代號(hào) HDPE 7006A 非牛頓指數(shù) 值溫度( )C?生產(chǎn)廠家齊魯石化公司 220 240 260= ～?? = ～ = ～?? 表 3—2 HDPE 的粘度系數(shù) 值K?代號(hào)HDPE 7006A 粘度系數(shù) ??410溫度（ ）C?生產(chǎn)廠家齊魯石化公司 220 240 260= ～?? = ～ = ～?? ① 求塑料熔體流經(jīng)注塑機(jī)噴嘴產(chǎn)生的壓力降螺桿頭與噴嘴入口區(qū)間熔體發(fā)生剪切流動(dòng)所引起的壓降： （3—5）39。MPa ——塑料熔體的非牛頓指數(shù)，根據(jù) 值的范圍選擇；由于主流道中熔體n??的 = ，查表 3—1 得 =；??3150S??n ——注射機(jī)柱塞半徑（ ） ；由注塑機(jī)技術(shù)規(guī)格查得 = 。N N ——熔體剪切粘度系數(shù)；由于主流道中熔體的 = ，查表 3—239。 ? ——熔體體積流量（ ） ；由上一章的分析可以知道體積流量 =。()nnNNKQLR????: 式中： ——熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴時(shí)產(chǎn)生的壓降， （ ） ；NP? MPa 其余符號(hào)意義同上；由表 3—1 和表 3—2 查得 =， = ；nK??410將以上數(shù)據(jù)代入方程式（3—6）得 () .???????:故塑料熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴的壓力降為： （3—7）PEN?式中 ——塑料熔體流經(jīng)注射機(jī)噴嘴的壓力降（ ） ；P Ma將 、 的值代入式（3—7）中求得E?()Ma??② 求塑料熔體流經(jīng)主流道引起的壓降 圓錐形的主流道，則有： （3—8）39。由主流道的設(shè)計(jì)可以知道 =0， = ， = ，由表 3—1 和表 3—2 可SL1Rcm2c以查得 =， = ，將這些數(shù)值代入式（3—8）得nK??40 SP??. () (.5)()??????= ?③ 熔體流經(jīng)澆口的壓降 （3—9）31239。此時(shí)有：MPa Pa35 故滿(mǎn)足 HDPE 的注射要求。?N選用臥式注塑機(jī)，其注塑柱塞或螺桿與模板的合模運(yùn)動(dòng)均沿水平方向裝設(shè)，并多數(shù)在一條直線上（或相互平行） 。缺點(diǎn)是模具的安裝和安放嵌件比較麻煩，機(jī)器的占地面積較大，根據(jù)前面的論述和計(jì)算最終選擇的注塑機(jī)型號(hào)為 XSZ30 的臥式注塑機(jī)。若最大注射量小于制品的重量，就會(huì)造成制品的形狀不完整或內(nèi)部組織松散、制品強(qiáng)度下降等缺陷；而注射量過(guò)大，注射機(jī)利用率降低，浪費(fèi)電能，而且可能導(dǎo)致塑料分解。通常注射機(jī)的實(shí)際注射量最好在注射機(jī)的最大注射量的 以?xún)?nèi)。i 3——型腔數(shù)； ——注射機(jī)最大注射量的利用系數(shù)，取 =。gv3cm則有 / = / = =sov??%故選擇此類(lèi)注塑機(jī)即保證塑件質(zhì)量又充分發(fā)揮設(shè)備能力。注射壓力校核的目的是校驗(yàn)注射機(jī)的最大注射壓力能否滿(mǎn)足塑件成型的需要。 由表 2—1 可以得知所選塑料 HDPE 的成型所需注射壓力 為 60100 ，注射機(jī)的PMa最大注射壓力可以由表 3—1 可以查出 為 119 ，故有0PMa ?根據(jù)上面的描述可以得知該注塑機(jī)滿(mǎn)足本次注射要求。當(dāng)高壓的塑料熔體充滿(mǎn)模具型腔時(shí)，會(huì)在型腔內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)很大的力，力圖使模具沿分型面漲開(kāi)，其值等于塑件和流道系統(tǒng)在分型面上總投影面積乘以型腔內(nèi)塑料壓力。作用在這個(gè)面積上的總力應(yīng)小于注射機(jī)的額定鎖模力 ，否則注塑時(shí)會(huì)因鎖模不緊而產(chǎn)生溢邊跑料的F現(xiàn)象。 A分 ??∴ =