【正文】 成型零件材料選用 27 6． 2 注射模用鋼種 28 7 注射成型工藝過(guò)程模擬分析 29 總 結(jié) 30 致謝 31 參考文獻(xiàn) 31 1 引言 模具制造是國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)中的一項(xiàng)重要產(chǎn)業(yè)，振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，日益受到人們的重視和關(guān)注?！澳＞呤枪I(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)工藝裝備”也已經(jīng)成為廣大業(yè)內(nèi)人士的共識(shí)。用模具生產(chǎn)制件所具備的高精度、高復(fù)雜程度、高一致性、高 生產(chǎn)率和低消耗，是其它加工制造方法所不能比擬的。模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項(xiàng)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎(chǔ)，同時(shí)本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領(lǐng)域?？梢员荒Ｋ艹尚蜑橐欢ǖ膸缀涡螤詈统叽?，并在成型固化后保持其既得形狀而不發(fā)生變化。另外，許多塑料還具有防水、防潮、防透氣、防輻射及耐瞬 時(shí)燒蝕等特殊性能 [1]。 注塑成型及注塑模 將塑料成型為制品的生產(chǎn)方法很多，最常用的有注射，擠出，壓縮，壓注，壓延和吹塑等。除氟塑料外，幾乎的有的熱塑性塑料都可以采用此方法成型。因此廣泛用于塑料制件的生產(chǎn)中，其產(chǎn)口占目前塑料制件生產(chǎn) 的 30%左右。 要了解注射成型和注射模，首先得了解注射機(jī)的一些基本知識(shí)，注射機(jī)是注射成型的主要設(shè)備，依靠該設(shè)備將粒狀塑料通過(guò)高壓加熱等工序進(jìn)行注射。 注射成型是根據(jù)金屬壓鑄成型原理發(fā)展而來(lái)的，其基本原理是利用塑料的可擠壓性和可模塑性。 注射成型生產(chǎn)中使用的模具叫注射模，它是實(shí)現(xiàn)注射成型生產(chǎn)的工藝裝備。定模部分安裝在注射機(jī)的固定板上，動(dòng)模部分安裝在注射機(jī)的移動(dòng)模板上，在注射成型過(guò)程中它隨注射機(jī)上的合模系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)。一般注射模由成型零部件、合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)、澆注系統(tǒng)、側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)、推出機(jī)構(gòu)、加熱和冷卻系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)及支承零部件組成 [2] 。注射成型工藝的核心問(wèn)題就是采用一切措施以得到塑化良好的塑料熔體，并把它注射到型腔中去，在控制條件下冷卻定型，使塑件達(dá)到所要求的質(zhì)量。 注射成型有三大工藝條件，即：溫度、壓力、時(shí)間。 塑料模具的設(shè)計(jì)不但要采用 CAD 技術(shù)，而且還要采用計(jì)算機(jī)輔助工程（ CAE）技術(shù)。注塑成型分兩個(gè)階段，即開(kāi)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(gòu)買材料、試模和成型）。 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。 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(guò)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(wèn)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。 2 塑件材料分析 2． 1 塑件材料的基本特性 目前，中國(guó)娛樂(lè)場(chǎng)比較多，游 戲廳里的游戲機(jī)按扭，往往容易被興致極高的玩家們按壞，所以市場(chǎng)也看中了這一點(diǎn)，為了適應(yīng)玩家玩得痛快及游戲廳老板的需要，很多廠家開(kāi)始生產(chǎn)比以前舊材料更好的新材料按扭，本次設(shè)計(jì)就是以此為基點(diǎn)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)一批游戲機(jī)按扭套的注射模具，該按扭套不易被按壞，堅(jiān)固而不難按，在玩家達(dá)到忘我境界時(shí)，老板不用擔(dān)心被按壞，玩家也不會(huì)覺(jué)按扭不靈敏，深受廣大消費(fèi)者的歡迎，具有廣闊的市場(chǎng)前景。首先，在三維高端軟件 UG 由于本次設(shè)計(jì)的按扭具有手感工效，而不缺實(shí)用功能，表面光滑且透明，故選用材料為聚苯乙烯 PS，它是一種優(yōu)良的熱塑性工程材料。 PS成型性能主要有： 聚苯乙烯（ Polystyrene）簡(jiǎn)稱 PS。 PS 為無(wú)定型、非極性線性高聚物。玻璃化溫度較高，為 80～ 100C? ，分子量一般在 5萬(wàn)～ 20 萬(wàn)。具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性 ， 它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮類、酯類等。 熱穩(wěn)定性好，成型溫度范圍寬，在粘流態(tài)下溫度的少許波動(dòng)不會(huì)影響注射過(guò)程。 PS 收縮率低，只有 %～ %，對(duì)模制品影響不大。著色性佳，并易于成形。缺點(diǎn)是耐熱性較低，而且其制品由于內(nèi)應(yīng)力容易碎裂，僅能于低負(fù)荷和不高的溫度 (60～ 75℃ )下使用，所以在成型中一定要注意這個(gè)問(wèn)題，清除內(nèi)應(yīng)力除調(diào)節(jié)工藝參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)等之外，還可將制品進(jìn)行后處理以消除內(nèi)應(yīng)力，如將其置于 60～ 75℃熱水浴中或烘箱中，“退火”處理1～ 3 小時(shí)。 處于粘流態(tài)的聚苯乙烯，其粘度對(duì)剪切速率和溫度都比較敏感，在注射成型中無(wú)論是增大注射壓力或升高溫度都會(huì)使熔融粘度顯著下降。在此選用柱塞式注射機(jī)。 PS 主要用于各種儀表外殼，骨架，儀表指示燈，燈罩，汽車燈罩，化工貯酸槽、酸輸送槽 (特別如氫氟酸 )，化學(xué)儀器零件，電訊零件，由于透明度好，還可用于制造光學(xué)儀器零件及透鏡 [4]。 PS 的注射工藝條件參數(shù)見(jiàn)表 2和 3。 游 戲機(jī)按扭套如圖（ 1）所示，具體結(jié)構(gòu)和尺寸詳見(jiàn)圖紙，該塑件結(jié)構(gòu)并不太復(fù)雜，外輪廓線由圓弧和直線組成。為了便于脫模，防止因脫模力過(guò)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。斜度過(guò)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(guò)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。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)。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。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。該小電機(jī)外殼壁厚均勻，周邊和底部壁厚均為 2mm 。在無(wú)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。 該小電機(jī)外殼表面圓角半徑為 2mm ，內(nèi)部轉(zhuǎn)彎處圓角半徑為 1mm （ 4）、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。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。 3． 2 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。該塑件的材料為 PS，流動(dòng)性較好，適用于不同尺寸的制品。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。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(lái)確定。 3． 3 塑件表面粗糙度 塑件的表面要求越高，表面粗糙度越低。塑料制品的表面粗糙度一般為 Ra ～ m? 之間，模腔表壁的表面粗糙度應(yīng)為塑件的 1/2，即 Ra ～ m? 。 該塑件外部需要的表面粗糙度比內(nèi)部要高許多，為 m? ，內(nèi)部為 m? 。 3． 4 塑件的體積和質(zhì)量 用 UG 4 注射成型工藝方案及模具結(jié)構(gòu)的分析和確定 4． 注射成型工藝過(guò)程分析 [5] 根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)、材料及質(zhì)量，確定其成型工藝過(guò)程為： 第一步：為使注射過(guò)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。如有需要，可在 70 ～ 80 ℃下干燥 2～ 4 h。 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。 （ 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。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) PS 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)暮筇幚恚康氖菫?了消除存在的內(nèi)應(yīng)力，以改善和提高制件的性能及尺寸穩(wěn)定性。該塑料制件材料為 PS，就采用退火處理 1～ 3小時(shí)。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。它由主流道、分流道、澆口及冷料穴組成。 由于本設(shè)計(jì)中按扭套外表面質(zhì)量要求較高，不允許出現(xiàn)澆口痕跡，所以選用 點(diǎn)澆口形式。 點(diǎn)澆口 可以有效提高生產(chǎn)效率，縮短成型周期，節(jié)約成型材料和塑件去澆口清理等工作，尤其是對(duì)有型腔的產(chǎn)品。 4． 4 注射機(jī)的選擇和校核 由于兩個(gè)塑件的體積和質(zhì)量相差不大，故采用體積較大的塑件（ ）作為參考 由于采用一模兩腔，需要至少注射量為 3cm ，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 30??ZXS 。校核公式為： mmnm %8021 ?? 式中 n 型腔數(shù)量 1m 單個(gè)塑件的體積（ 3cm ） 2m 澆注系統(tǒng)所需塑料的體積（ 3cm ） 本設(shè)計(jì)中： 2?n ?1m 3cm 2m = 3cm ?m 30 3cm nm1+m2=2 +=≤ 80% 30 注射量符合要求 塑件在分型面上的投影面積與鎖模力的校核 注射成型時(shí)塑件的模具分型面上的投影面積是影響鎖模力的主要因素。 AAnA ?? 21 式中 n 型腔數(shù)目 1A 單個(gè)塑件在模具分型面上的投影面積 2A 澆注系統(tǒng)在模具分型面上的投影面積 A 注射機(jī)允許使用的最大成型面積 n=2 1A = 2cm 2A = 2cm A =90 2cm 21 AnA? =2 ???? 投影面積符合要求 注射成型時(shí)為了可靠的鎖模，應(yīng)使塑料熔體對(duì)型腔的成型壓力與塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和的乘積小于注射機(jī)額定鎖模力。 注塑機(jī)的開(kāi)模行程是有限的，設(shè)計(jì)模具必須校核所選注射機(jī)的開(kāi)模行程，以便與模具的開(kāi)模距離相適應(yīng)。 （ 3）、頂出裝置的校核 在設(shè)計(jì)模具推出機(jī)構(gòu)時(shí)，需校核注射機(jī)頂出的頂出形式，要注意在兩側(cè)頂出時(shí)模具推板的面積應(yīng)能覆蓋注射機(jī)的雙頂桿，注射機(jī)的最大頂出距離要保證能 將塑件從模具中脫出。經(jīng)檢查能滿足將模具脫出的要求。合理地選擇分型面是使塑件能完好的成型的先決條件。 綜合考慮各種因素，并根據(jù)本模具制件的外觀特點(diǎn)，受用平面分型面，并選擇在塑件的最大平面處，開(kāi)模后塑件留在動(dòng)模一側(cè)，如圖（ 2）所示 圖（ 2）分型面的選擇 5． 2 型腔的布局 型腔的布局與澆注系統(tǒng)的布置密切相關(guān) ,型腔的排布應(yīng)使每個(gè)型腔都通過(guò)澆注系統(tǒng)從總壓力中均等的分得所需的壓力 ,以保證塑料熔體 均勻地充滿每個(gè)型腔 ,使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。型腔布局由圖（ 3）所示。 圖（ 3）型腔布局方式 5． 3 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 澆注系統(tǒng)是指注射模中從主流道始端到型腔之間的熔體進(jìn)料通道，澆注系統(tǒng)可分為普通流道澆注系統(tǒng)和無(wú)流道凝料澆注系統(tǒng)兩類，本設(shè)計(jì)中采用普通流產(chǎn)澆注系統(tǒng)。 5． 3． 1 澆注系統(tǒng)組成 普通流道澆注系統(tǒng)的組成一般包括以下幾個(gè)部分，如圖（ 4）所示。 b)、模具成型塑件的型腔數(shù)：設(shè)置澆注系統(tǒng)還應(yīng)考慮到模具是一模一腔或一模多腔，澆注系統(tǒng)需按型腔 布局設(shè)計(jì)。 d)、塑件外觀：設(shè)置澆注系統(tǒng)時(shí)應(yīng)考慮到去除、修整進(jìn)料口方便，同時(shí)不影響塑件的外表美觀。 5． 3． 3 主流道的設(shè)計(jì) 不流道是澆注系統(tǒng)中從注射機(jī)噴嘴與模具相接觸的部分開(kāi)始，到分流道為止的塑料熔體的流動(dòng)通道。 mmR 14212 ??? H＝ ㎜ ?L 24㎜ ???2ta n2 ?LdD㎜ （ 2）、主流道澆口套的形式 選用如圖（ 6）所示類型的澆口套，這種類型設(shè)計(jì)成整體形式，用螺釘固定于定模座板上。 圖（ 6）主流道澆口套及其固定形式 （ 3）、主流道澆口套的固定 澆口套與定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件的形式，以臺(tái)階的形式固定在定模板上，澆口套與定位圈之 間的配合采用 H9/f9。定位圈外徑比注射機(jī)定模板上的定位孔徑小 ㎜以下 5． 3． 4 分流道的設(shè)計(jì) 分流道是指主流道末端與澆口之間這一段塑料熔體的流動(dòng)通道，分流道應(yīng)能滿足良