手機充電器外殼的注射模具設計及其成型零件的工藝設計【一模兩腔】【說明書+CAD+PROE】

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分 類 號 密 級 寧xxxx學院 畢業(yè)設計(論文) 手機外殼的注射模具設計及其成型零件的 工藝設計 所在學院 寧波大紅鷹學院 專 業(yè) 機械設計制造及其自動化 班 級 08機自（1）班 姓 名 學 號 指導老師 年 月 日 誠 信 承 諾 我謹在此承諾：本人所寫的畢業(yè)論文《手機外殼的注射模設計及其成型零件的工藝設計》均系本人獨立完成，沒有抄襲行為，凡涉及其他作者的觀點和材料，均作了注釋，若有不實，后果由本人承擔。 承諾人（簽名）： 年 月 日 摘 要 通過對手機充電器的設計分析，是應用電子計算機對系統(tǒng)的結構、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的人的思維過程和行為進行動態(tài)性進行模仿。在整個模具的設計過程中，涉及到了塑件的結構設計、注塑機和模架的選擇及注塑機的一些重要的工藝參數(shù)和校核，并詳細敘述了模具設計中的分型面設計、澆注系統(tǒng)設計、成型零件設計、頂出機構設計和冷卻系統(tǒng)設計，最后還對成型零件制訂加工工藝方案，從而得出數(shù)量指標，為決策者提供有關這一過程或者系統(tǒng)定分定量分析，作為一個理論依據(jù)。 在模具的設計過程中，采用了Pro/E、Auto CAD等軟件，采用這些軟件進行設計分析，優(yōu)化了設計參數(shù)和縮短了設計時間，提高了設計效率。下面便是我通過pro/E對手機充電器外殼進行結構設計、參數(shù)設計及三維建模。 關鍵詞：手機充電器，模具，注塑機，三維 IV Abstract Through the mobile phone charger design analysis, is the application of computer on the system structure, function and behavior as well as in the control system of the process of people's thinking and behavior are dynamic imitation.In the whole process of mold design, relates to the plastic parts of the structure design, injection molding machine and the choice of mold and injection molding machine of some important parameters and check, and a detailed description of the design of the mold parting surface design, the design of gating system, molding part design, ejection system design and cooling system design finally, also forming part of developing process, so that the number of indexes, for decision makers with this process or system quantitative analysis, as a theoretical basis. In the mold design process, using Pro / E, Auto CAD and other software, the software design and analysis, to optimize the design parameters and shorten the design time, improve the efficiency of design.Below is I through Pro / E on mobile phone charger shell structural design, parameter design and modeling. Key Words: the mobile phone charger, mold design , Injection molding machine,3D 目 錄 摘 要 I Abstract II 目 錄 III 第1章 前 言 1 1.1模具行業(yè)及其產(chǎn)品發(fā)展方向 1 1.2 選題意義 2 1.3 設計任務 2 第2章 塑件的設計分析 3 2.1塑件模型建立 3 2.1.1模擬3D圖 3 2.2塑件參數(shù)設計 3 2.2.1材料的選擇 3 2.2.3ABS樹脂材料的展望 4 2.2.4ABS樹脂的特點 5 2.3 塑件收縮率 5 2.4塑件的壁厚 6 2.5塑件的拔模斜度 6 第3章 注塑成型的準備 8 3.1注塑成型工藝簡介 8 3.2 注塑成型工藝條件 10 3.3注塑機的選擇 12 3.3.1 注塑機簡介 12 3.3.2 注塑機基本參數(shù) 12 3.3.3選擇注塑機 13 3.4 注射機的校核 14 3.4.1 最大注塑量的校核 14 3.4.2 鎖模力的校核 15 3.4.3 塑化能力的校核 15 3.4.4 噴嘴尺寸校核 15 第4章 模具設計 17 總 結 43 致謝 44 參考文獻 45 第1章 前 言 1.1模具行業(yè)及其產(chǎn)品發(fā)展方向 在現(xiàn)代機械制造業(yè)中，模具工業(yè)已成為國民經(jīng)濟中一個非常重要的行業(yè)，已被我國正式確定為基礎產(chǎn)業(yè)，并在“十五”中列為重點扶持產(chǎn)業(yè)，許多新產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，在很大程度上依賴于模具制造技術。在電子、汽車、電機、電器、儀器、儀表、家電和通訊等產(chǎn)品中，60～80%的零部件，都要依靠模具成形。用模具生產(chǎn)制件所表現(xiàn)出來的高精度、高復雜程度、高一致性、高生產(chǎn)率和低消耗，是其他加工制造方法所不能比擬的。模具制造能力的強弱和模具制造水平的高低，已經(jīng)成為衡量一個國家機械制造技術水平的重要標志之一，直接影響著國民經(jīng)濟中許多部門的發(fā)展。 隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，充電器市場發(fā)展面臨巨大機遇和挑戰(zhàn)。在市場競爭方面，充電器企業(yè)數(shù)量越來越多，市場正面臨著供給與需求的不對稱，充電器行業(yè)有進一步洗牌的強烈要求，但是在一些充電器細分市場仍有較大的發(fā)展空間，信息化技術將成為核心競爭力。 在許多的電器中，都要需求充電器，也可以這樣說，充電器是人民日常生活中不可缺少的一部分。就以我們最常見的手機充電器為例，隨著這個時代的發(fā)展，人們對于自己的使用物品的美觀和性能都要很大的要求。同時，充電器的外殼色彩、手感、精度、壁厚等都能夠時尚化，和外殼的使用壽命。而且，美觀的外殼也可以促進充電器的銷售。 同時，隨著手機業(yè)務的凸顯。一方面因手機又方便快捷的優(yōu)勢，另一方面得益于手機單向收費等政策的全面實施。因此，伴隨著手機的發(fā)展，充電器也在發(fā)展。目前，手機充電器可分為單槽和雙槽兩種形狀的充電器，此時，雙槽想充電器在很多的方面都比單槽單據(jù)優(yōu)勢。雙槽出了具有慢速充電、快速充電外，還有部分產(chǎn)品帶有自動溫度控制與電壓控制。因此消費者應傾向于雙槽型充電器。 現(xiàn)在市場上的大部分的充電器。只是針對鋰電池或者鎳氫電池充電的，但是隨著市場的發(fā)展自動識別兩種電池有進行相應的充電進程的充電器正在逐步占據(jù)主流?？梢宰詣臃直骐姵仡愋偷淖淠芊乐箤囯姺烹姷腻e誤動作。除此之外有點充電器還有自動識別電池組成功能具有放電功能的LED充電狀態(tài)顯示低噪音模擬微型電腦控制系統(tǒng)等特點。 1.2 選題意義 由于新技術、新材料、新工藝的不斷發(fā)展，促使模具技術不斷進步，對模具技術的要求越來越高，對人才的知識、能力、素質的要求也在不斷提高。通過各種渠道培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術創(chuàng)新，則可以不斷提高我國模具設計和制造以及維修水平。 本設計是通過對以手機充電器外殼的塑料產(chǎn)品以及其模具設計鍛煉了塑料制品的設計及成型工藝的選擇能力；塑料制品成型模具的設計能力、塑料制品的質量分析及工藝改進能力、塑料模具結構改進設計能力，熟悉了模具設計的常用商業(yè)軟件。 1.3 設計任務 以Pro/ENGINEER Wildfire和CAD（Computer Aided Design)兩種制圖軟件進行模具設計的基本思維方式和過程，包括模具設計基本概念、模具設計流程、分型面的設計，澆注系統(tǒng)的設計，成型零部件設計，頂出脫模機構的設計，側向分型抽芯機構的設計，排氣結構的設計，溫度調節(jié)系統(tǒng)的設計，模具零部件材料的設計，導向機構得設計等。最終設計出能順利脫模的模具和模具零件。 2 第2章 塑件的設計分析 2.1塑件模型建立 畢業(yè)設計的塑料件原型來源于市場的手機充電器的外殼，并且繪制出這個后殼的3D圖和2D圖 2.1.1模擬3D圖 模型繪制采用PTC公司的產(chǎn)品Pro/ENGINEER Wildfire 2.0,最終繪制出來的3D結構圖2-1所示: 圖 2.1 2.2塑件參數(shù)設計 2.2.1材料的選擇 ABS樹脂是微黃色固體，有一定的韌性，密度約為1.02 ~1.05g/cm3。它抗酸、堿、鹽的腐蝕能力比較強，也可以在一定的程度上耐受有機溶劑溶解。ABS 吸濕性強，用于注射成型的塑料原料應充分干燥。使其含水量低于0.3%；與聚乙烯相比，較難成型，料溫比較高但又必須在成型范圍之內(nèi)。模溫應根據(jù)制品的用途和精度要求在50~80℃內(nèi)選擇，ABS有很好的成型性，加工出的產(chǎn)品表面光潔，易于染色和電鍍。ABS缺點是可燃、耐熱性低。熱變形溫度一般在93℃左右，連續(xù)工作溫度為70℃左右只能在不高的溫度下使用。因此可以被用于家電外殼、玩具等日常用品。 圖 2.2 2.2.3ABS樹脂材料的展望 中國已成為全球家電制造中心，因此對塑料材料的需求也在不斷增大，塑料已經(jīng)成為家電行業(yè)僅次于鋼材的第二大類原材料，也是應用量增長速度最快的材料，近幾年平均增長速度約為30%。目前，中國主要家電產(chǎn)品中，塑料所占比例分別為：吸塵器60%，冰箱38%，洗衣機34%，電視機23%，空調10%。 在家電用工程塑料中，ABS樹脂的用量居首位，主要用于制作冰箱的內(nèi)襯，電視機、計算機、錄音錄像機、空調、吸塵器、電話機、電子琴及其他小家電的殼體和內(nèi)部結構件等，如家電中的外部透明件及冰箱的內(nèi)部透明件就是采用透明ABS樹脂制作的。ABS樹脂作為世界用量最大的工程熱塑性樹脂，在中國有80%的消費量源于家電生產(chǎn)。作為家電產(chǎn)品的主要原材料之一，ABS樹脂市場走勢被很多家電生產(chǎn)廠家所關注。 　　仍然供不應求 　　中國ABS樹脂年生產(chǎn)能力已由2000年的48萬噸，增長到2008年的200萬噸以上，居世界首位，預計2010年將超過300萬噸。隨著新增產(chǎn)能的逐步穩(wěn)定，國內(nèi)ABS樹脂自給率有所增大，從現(xiàn)有的ABS樹脂消費格局來看，2008年進口材料仍占有相當大的市場份額。 近年來，中國ABS樹脂的消費量增長很快。1995年ABS樹脂的表觀消費量只有83.7萬噸，2000年增加到174.1萬噸。2002年表觀消費量達到214.5萬噸，中國成為世界ABS樹脂消費大國，已屬全球第一。2005年和2006年表觀消費量分別提高至307.7萬噸和327.4萬噸，而自給率也分別提高到35.88%和39.06%。2007年表觀消費量提高至391.3萬噸，自給率提高到45.27%。2008年表觀消費量將超過400萬噸。 　　2008～2010年，中國ABS樹脂需求量的年均增長率將達到9%，2010～2015年，這一需求量的年均增長率將達到6%。到2010年，中國ABS樹脂市場總需求量將達到450萬噸，2015年總需求量將達到490萬噸。預計中國ABS樹脂總生產(chǎn)能力2010年將達到320萬噸，但與2010年的450萬噸預計需求相比，仍然供不應求。 2.2.4ABS樹脂的特點 ABS樹脂具有剛性好，沖擊強度高、耐熱、耐低溫、耐化學藥品性、機械強度和電器性能優(yōu)良，易于加工，加工尺寸穩(wěn)定性和表面光澤好，容易涂裝，著色，還可以進行噴涂金屬、電鍍、焊接和粘接等二次加工。因為其強度高、耐腐蝕、耐高溫，所以常被用于制造儀器的塑料外殼。主要應用：汽車、器具、電子/電器、建材、ABS合金/共混物。 　　ABS樹脂在日用消費品領域亦具有廣泛的應用，比如建材管材、板材或片材。ABS樹脂用于與建筑有關的領域，其中擠出片材用于衛(wèi)生器具如澡盒、游泳池襯里等，另外注塑成型的管材和管件，少量由擠出機擠出成型的電話電纜管線。 2.3 塑件收縮率 根據(jù)以上選用的材料為ABS，查相關資料可知，ABS的收縮率為0.004～0.007，這里選擇偏中值，為0.005。 2.4塑件的壁厚 一般說來，塑件的厚度越厚就越能滿足產(chǎn)品的強度和剛度的性能要求，但是從塑件的成型過程看來，塑件的壁厚越厚，冷卻的時間就越長，整個塑件的成型周期就要延長，提高了生產(chǎn)的成本，降低了生產(chǎn)的效率，同時，塑件的壁厚越厚，收縮率就增大，這樣使的得產(chǎn)品的尺寸不穩(wěn)定性增加，降低了產(chǎn)品的質量。因此產(chǎn)品的厚度必須得適中，根據(jù)材料的的特性，查閱相關的資料，查得ABS制品的壁厚通常為1、1.2、1.5、2、2.5、3mm[10]。 本次設計中，塑件的壁厚為1.5mm。 在設計完產(chǎn)品之后，為了確保產(chǎn)品的壁厚在確定的范圍之內(nèi)，需要對塑件進行檢測，而在產(chǎn)品3D設計的軟件Pro/ENGINEER Wildfire中，就有用于檢測產(chǎn)品厚度的功能，檢測的結果如下： 2.5塑件的拔模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮,使其緊箍 在凸模或型芯上,為了便于脫模,防止因脫模力過 大而拉壞塑件或使其表面受損,與脫模方向平行的塑件 內(nèi),外表面都應具有合理的斜度.以下是PS的脫模斜度推薦值: 制件外表面 制件內(nèi)表面 35′~1.35° 30′~1° 塑件內(nèi)表面在造型時就有弧度,如果要有脫模斜度就是在凹槽和鎖位處,這不僅對脫模有好處，而且可以更好的鎖緊。 塑件上適當設置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形；沿著物料流動方向的加強肋還能降低充模阻力，提高融體流動性，避免氣泡，縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生。在該塑件中的加強肋起到引導物料流動的作用同時又對電池進行定位，高度比分型面低1MM，脫模斜度取2度，頂部倒圓角，低部倒角R，寬度取0.5T。通常加強肋的設計原則為高度低（過高時容易在彎曲和沖擊負荷作用下受損），寬度小，而數(shù)量多為好（塑件形狀所允許的情況下）。 圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處，一般采用圓角連接，有特殊要求時才采用尖角結構。尖角容易產(chǎn)生應力集中，在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂。圓角不僅有利于物料充模，同時也有利于融料在模具型腔內(nèi)的流動和塑件的脫模。圓角的取值與應力集中的關系遵循R/T函數(shù)關系，當R/T=0.6以后應力集中變的緩和，該塑件大部分的圓角取R1，較大值取到R3。加強肋的圓角半徑值關系如表2-3所示。 表 肋的圓角半徑值關系表 肋的高度/mm 6.5 6.5~13 13~19 ＞19 圓角半徑 /mm 0.8~1.5 1.5~3.0 2.5~5.0 3~6.5 塑件上其它的特征還有如孔，螺紋，嵌件，鉸鏈，文字和花紋等，各個特征都有其設計原則和特殊功能，因為該塑件沒有涉及，所以就不一一介紹 2.4 塑件的尺寸精度及表面質量 2.4.1尺寸精度 （1）尺寸精度的選擇；塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準，然而，在滿足塑件使用要求的前提下，設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工難度和制造成本。對塑件的精度要求，要具體分析，根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差，該塑件是一般民用品，所以精度要求為一般精度即可，但是由于要保證兩半殼體的閉合，所以在凹槽和鎖位處應該對精度要求高些，對其要有公差配合要求，應選擇高精度。根據(jù)精度等級選用表，PS的高精度為2級，一般精度為3級。根據(jù)塑件尺寸公差表，在公稱尺寸在100~120范圍內(nèi)，取MT2B級的公差數(shù)值為0.52 mm，MT3B級的公差數(shù)值為0.78 mm。 （2）尺寸精度的組成及影響因素；制品尺寸誤差構成為： =+++ （2—1） 式中 ——制件總的成型誤差； ——塑料收縮率波動所引起的誤差； ——模具成型零件制造精度所引起的誤差； ——模具磨損后所引起的誤差； ——模具安裝，配合間隙引起的誤差； 影響塑料制品尺寸精度的因素比較復雜，歸納有以下三個方面。 （1）模具—— 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素。 （2）塑料材料—— 主要是收縮率的影響，收縮率大的尺寸精度誤差就大。 （3）成型工藝—— 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮，從而影響尺寸精度。 2.4.2塑件的表面質量 表面質量是一個相當大的概念，包括微觀的幾何形狀和表面層的物理-力學性質兩方面技術指標，而不是單純的表面粗糙度問題。塑件的表觀缺陷是其特有的質量指標，包括缺料，溢料與飛邊，凹陷與縮癟，氣孔，翹曲等。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素，通常要比塑件高出一個等級。該塑件要求對型腔拋光，所以對粗糙度的要求比較高，查表得PS拋光后順紋路方向的表面粗糙度為0.02m，垂直紋路方向的表面粗糙度為0.26m。 第3章 注塑成型的準備 3.1注塑成型工藝簡介 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性，首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料斗送入高溫的機筒內(nèi)加熱熔融塑化，使之成為粘流狀態(tài)熔體，然后在柱塞或螺桿的高壓推動下，以很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中，經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后，開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件。一般分為三個階段的工作。 圖3-1 注塑成型壓力—時間曲線 （1）物料準備；成型前應對物料的外觀色澤、顆粒情況，有無雜質等進行檢驗，并測試其熱穩(wěn)定性，流動性和收縮率等指標。對于吸濕性強的塑料，應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當?shù)念A熱干燥，若有嵌件，還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù)，對模具進行適當?shù)念A熱，以避免收縮應力和裂紋，有的塑料制品還需要選用脫模劑，以利于脫模。 （2）注塑過程；塑料在料筒內(nèi)經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后，進入模腔內(nèi)的流動可分為注射，保壓，倒流和冷卻四個階段，注塑過程可以用如圖所示3.1所示。圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時刻；當模腔充滿熔體（T=T1）時，熔體壓力迅速上升，達到最大值P0。從時間T1到T2，塑料仍處于螺桿（或柱塞）的壓力下，熔體會繼續(xù)流入模腔內(nèi)以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙。由于塑料仍在流動，而溫度又在不斷下降，定向分子（分子鏈的一端在模腔壁固化，另一端沿流動方向排列）容易被凝結，所以這一階段是大分子定向形成的主要階段。這一階段的時間越長，分子定向的程度越高。從螺桿開始后退到結束（時間從T2到T3），由于模腔內(nèi)的壓力比流道內(nèi)高，會發(fā)生熔體倒流，從而使模腔內(nèi)的壓力迅速下降。倒流一直進行到澆口處熔體凝結時為止。其中，塑料凝結時的壓力和溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素。 （3）制件后處理；由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜，再加上流動前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同，制件內(nèi)經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結晶、取向和收縮，導致制件內(nèi)產(chǎn)生相應的結晶、取向和收縮應力，脫模后除引起時效變形外，還會使制件的力學性能，光學性能及表觀質量變壞，嚴重時會開裂。故有的塑件需要進行后處理，常用的后處理方法有退火和調濕兩種。 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力，此外，退火還可以對制件進行解除取向，并降低制件硬度和提高韌性，溫度一般在塑件使用溫度以上的10~20度至熱變形溫度以下10~20度之間；調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序，主要用于吸濕性很強、而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件.調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液（沸點為121℃，加熱溫度為100～121℃，保溫時間與制件厚度有關，通常取2～9小時。 3.2 注塑成型工藝條件 1）溫度；注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度，噴嘴溫度和模具溫度等。噴嘴溫度通常略微低于料筒的最高溫度，以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生“流涎現(xiàn)象”；模具溫度一般通過冷卻系統(tǒng)來控制；為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度，應避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形，模具溫度必須低于塑料的熱變形溫度。PS料與溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如表3-1所示。 表3-1 溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 料筒溫度 /℃ 噴嘴溫度/℃ 模具溫度/℃ 熱變形溫度 /℃ 后段 中段 前段 1.82MPA 0.45MPA 150~210 170~230 190~250 240~250 5~75 65~96 —— 2）壓力；注射成型過程中的壓力包括注射壓力，保壓力和背壓力。注射壓力用以克服熔體從料筒向型腔流動的阻力，提供充模速度及對熔料進行壓實等。保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水壓力，與制件的形狀，壁厚及材料有關。對于像PS流動性好的料，保壓力應該小些，以避免產(chǎn)生飛邊，保壓力可取略低于注射壓力。背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓力，背壓力除了可驅除物料中的空氣，提高熔體密實程度之外，還可以使熔體內(nèi)壓力增大，螺桿后退速度減小，塑化時的剪切作用增強，摩擦熱量增大，塑化效果提高，根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，背壓的使用范圍約為3.4~27.5MPA。 3）時間；完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期。包括注射時間，保壓時間，冷卻時間，其他時間（開模，脫模，涂脫磨劑，安放嵌件和閉模等），在保證塑件質量的前提下盡量減小成型周期的各段時間，以提高生產(chǎn)率，其中，最重要的是注射時間和冷卻時間，在實際生產(chǎn)中注射時間一般為3~5秒，保壓時間一般為20~120秒，冷卻時間一般為30~120秒（這三個時間都是根據(jù)塑件的質量來決定的，質量越大則相應的時間越長）。確定成型周期的經(jīng)驗數(shù)值如表3-2所示。 表3-2 成型周期與壁厚關系 制件壁厚 /mm 成型周期 / s 制件壁厚 / mm 成型周期 / s 0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 經(jīng)過上面的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和推薦值，可以初步確定成型工藝參數(shù)，因為各個推薦值有差別，而且有的與實際注塑成型時的參數(shù)設置也不一致，結合兩者的合理因素，初定制品成型工藝參數(shù)如表3-3所示。 表3-3 制品成型工藝參數(shù)初步確定 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速（r/min） 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度(℃) 230 后段溫度(℃) 150~210 中段溫度(℃) 170~230 前段溫度(℃) 190~250 注射壓力MPa 90 保壓力MPa 80 注射時間s 1.5 保壓時間 s 5 冷卻時間s 20 其他時間s 3 成型周期s 30 成型收縮(%) 0.6 干燥溫度(℃) 60~80 干燥時間(℃) 1~3 后處理溫度70℃，保溫時間2小時。 3.3注塑機的選擇 3.3.1 注塑機簡介 1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機,這是注塑成型工藝技術的一大突破,目前注塑機加工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30%;注塑機的產(chǎn)量占整個塑料機械產(chǎn)量的50%.成為塑料成型設備制造業(yè)中增長最快,產(chǎn)量最多的機種之一. 注塑機的分類方式很多,目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法.常用的說法有: （1）按設備外形特征分類:臥式,立式,直角式,多工位注塑機； （2）按加工能力分類:超小型,小型,中型,大型和超大型注塑機。 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類,但日常生活中用的較少。 3.3.2 注塑機基本參數(shù) 注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量,注射壓力,注射速度,塑化能力,鎖模力,合模裝置的基本尺寸,開合模速度,空循環(huán)時間等.這些參數(shù)是設計,制造,購買和使用注塑機的主要依據(jù). (1)公稱注塑量；指在對空注射的情況下,注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時,注射裝置所能達到的最大注射量,反映了注塑機的加工能力. (2)注射壓力；為了克服熔料流經(jīng)噴嘴,澆道和型腔時的流動阻力,螺桿(或柱塞)對熔料必須施加足夠的壓力,我們將這種壓力稱為注射壓力. (3)注射速率；為了使熔料及時充滿型腔,除了必須有足夠的注射壓力外,熔料還必須有一定的流動速率,描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度. 常用的注射速率如表3-4所示。 表3-4 注射量與注射時間的關系 注射量/CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 10000 注射速率/CM/S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間/S 1 1.25 1.5 1.75 2.25 3 3.75 5 (4)塑化能力；單位時間內(nèi)所能塑化的物料量.塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調,若塑化能力高而機器的空循環(huán)時間長,則不能發(fā)揮塑化裝置的能力,反之則會加長成型周期. (5)鎖模力；注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力,在此力的作用下模具不應被熔融的塑料所頂開. (6)合模裝置的基本尺寸；包括模板尺寸,拉桿空間,模板間最大開距,動模板的行程,模具最大厚度與最小厚度等.這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍. (7)開合模速度；為使模具閉合時平穩(wěn),以及開模,推出制件時不使塑料制件損壞,要求模板在整個行程中的速度要合理,即合模時從快到慢,開模時由慢到快在到停. (8)空循環(huán)時間；在沒有塑化,注射保壓,冷卻,取出制件等動作的情況下,完成一次循環(huán)所需的時間. 3.3.3選擇注塑機 （1）由公稱注射量選定注射機 由注射量選定注射機.由PRO/E建模分析得（材料密度?。? 總體積V=49.3cm； 總質量M=56.5g； 流道凝料V’=0.5V (流道凝料的體積(質量)是個未知數(shù),根據(jù)手冊取0.5V(0.5M)來估算,塑件越大則比例可以取的越小)； 實際注射量為:V=49.3×1.5=73.95 cm； 實際注射質量為M=1.5M=56.5×1.5=84.75g； 根據(jù)實際注射量應小于0.8倍公稱注射量原則, 即： 0.8V≧ V （3—1） V= V/0.8 =79.35÷0.8 =92.44 cm； （2）由鎖模力選定注射機 FF=A·P （3—2） =2·P =2××30×10 =569.91 （KN） 式中 F注射機的鎖模力（N）； A塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和； P型腔壓力，取P=30MP ； D取的是塑件的平均直徑，D==110.5，D110mm ； 結合上面兩項的計算，初步確定注塑機為表3-5所示，查國產(chǎn)注射機主要技術參數(shù)表取SZ-160/1000,主要技術參數(shù)如下。 表3-5 國產(chǎn)注射機SZ-160/1000技術參數(shù)表 特性 內(nèi)容 特性 內(nèi)容 結構類型 臥 拉桿內(nèi)間距(mm) 360×260 理論注射容積（cm） 179 移模行程(mm) 280 螺桿(柱塞)直徑(mm) 44 最大模具厚度(mm) 360 注射壓(MP) 132 最小模具厚度(mm) 170 注射速率(g/s) 110 鎖模形式(mm) 液壓 塑化能力(g/s) 10.5 模具定位孔直徑(mm) 120 螺桿轉速(r/min) 10~150 噴嘴球半徑(mm) 10 鎖模力(KN) 1000 噴嘴口直徑 ---- 3.4 注射機的校核 3.4.1 最大注塑量的校核 為確保塑件質量，注塑模一次成型的塑件質量（包括流道凝料質量）應在公稱注塑量的35%~75%范圍內(nèi)，最大可達80%，最小不小于10%。為了保證塑件質量，充分發(fā)揮設備的能力，選擇范圍通常在50%~80%。 V =73.95 cm； V＝179 cm； =41.3% 滿足要求。 3.4.2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力和分型面面積之后，可以按下式校核注塑機的額定鎖模力： F＞K A·P （3—3） ＞1.2×2××30×10 ＞ 683.892 KN 滿足要求。 式中 F注塑機額定鎖模力：1000KN； K安全系數(shù)，通常取1.1~1.2，取K=1.2； 3.4.3 塑化能力的校核 由3.2.3初定的成型周期為30秒計算，實際要求的塑化能力為 即：=2.465（g/s），小于注塑機的塑化能力10.5（g/s），說明注射機能完全滿足塑化要求。 3.4.4 噴嘴尺寸校核 在實際生產(chǎn)過程中，模具的主流道襯套始端的球面半徑R2取比注射機噴嘴球面半徑R1大1~2 mm，主流道小端直徑D取比注射機噴嘴直徑d大0.5~1 mm，如圖3.2所示，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模，所以，注射機噴嘴尺寸是標準，模具的制造以它為準則。 3.4.5 定位圈尺寸校核 注塑機固定模板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔，稱之為定位孔。注塑模端面凸臺徑向尺寸須與定位孔成間隙配合，便于模具安裝，并使主流道的中心線與噴嘴的中心線相重合。模具端面凸臺高度應小于定位孔深度。 3.4.6 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應小于注塑機工作臺面 的有效尺寸。模具長寬方向的尺寸要與注塑機拉桿 間距相適應，模具至少有一個方向的尺寸能穿過拉桿間的空間裝在注塑機的工作臺面上。 3.4.7 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式： H H H （3—4） 170301360 滿足要求。 式中 H——所設計的模具厚度 301 mm； H——注塑機所允許的最小模具厚度170 mm； H——注塑機所允許的最大模具厚度360 mm； 3.4.8 模具安裝尺寸校核 注塑機的動模板，定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或“T”形槽，用于安裝固定模具。模具固定安裝方法有兩種：螺釘固定，壓板固定。采用螺釘直接固定時（大型模具常用這種方法），模具動，定模板上的螺孔及其間距，必須與注塑機模板臺面上對應的螺孔一致；采用壓板固定時（中，小模具多用這種方法），只要在模具的固定板附近有螺孔就行，有較大的靈活性。 該模具外形尺寸為300×400屬中，小型模具，所以采用壓板固定法（一般認為當尺寸在500×500內(nèi)為中，小模具）。 3.4.9 開模行程校核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構，最大開模行程受模具厚度影響。此時最大開模行程S等于注塑機移動、固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度。 S≧H+H+（5~10）mm （3—5） 280 ≧15+67+10 280≧92 滿足要求。 式中 S——注塑機移模行程280 mm； H——推出距離15 mm； H——流道凝料與塑件高度67 mm。 第4章 模具設計 4.1 塑料配方說明 塑料配方設計是塑料制品成型加工中在加工設備和工藝參數(shù)確定之后所必須進行的重要環(huán)節(jié),設計水平的高低直接關系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣,也是應用現(xiàn)代技術對塑料進行改性的過程,其技術含量極高.一個成功配方的產(chǎn)生是多年實踐經(jīng)驗與應用高新技術的結局.塑料是以高分子聚合物為主要成分,加入一定量添加劑而組成的一種混合物,添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加的混合物,通常為填充劑,增塑劑,穩(wěn)定劑,潤滑劑,著色劑等.根據(jù)PS的特性及使用性能要求,配方中應含有以下添加劑. 填充劑——玻璃微珠；PS成型后易產(chǎn)生內(nèi)應力,添加玻璃微珠使塑料的流動性好,殘余內(nèi)應力分布均勻,使光的漫反射率為80%~88%。 增韌劑——SBS,ABS,EPR；PS的沖擊性能很差,是一種十分脆的材料,增韌改性是必須的。 光穩(wěn)定劑——氧化鋅；塑料制品在日光或強熒光下，，由于吸收紫外光的能量，引發(fā)氧化反應，導致聚合物降解，使制品的外觀或內(nèi)在性能變壞，這一過程稱為光氧化或光老化。 潤滑劑——硬脂酸及其鹽類；對塑料的表面去潤滑作用,防止塑料在成型加工時黏模,同時提高塑料制品表面光潔度。 著色劑——粉紅色；在塑料制品中，需要著色的大約占80%左右，著色的目的有1：增加制品美感，以吸引消費者的購買欲望2：提高產(chǎn)品的耐候性，主要是通過著色劑防紫外線功能而實現(xiàn)的。 抗菌劑——磷酸鋯系銀離子抗菌劑；考慮到該產(chǎn)品人們可能會作為玩具把玩,因此需要做此設計.很多塑料制品的表面會滋生致病細菌，與人接觸后可能導致如感冒，咽炎，流行性腦膜炎，肺結核等疾病的傳播。塑料抗菌改性是在樹脂中加入抗菌劑，其逸出塑料表面后，可將沾在塑料表面的細菌殺死或抑制細菌的繁殖，保持自身的清潔狀態(tài)。 4.2 分型面的確定 根據(jù)分型面的選擇原則： （1）便于塑件脫模； （2）在開模時盡量使塑件留在動模； （3）外觀不遭到損壞； （4）有利于排氣和模具的加工方便。 結合該產(chǎn)品的結構,分型面確定在塑件的最大投影面積上. 如圖4-1所示。 4.3型腔數(shù)目的確定 注塑模的型腔數(shù)目,可以是一模一腔, 也可以是一模多腔,在型腔數(shù)目的確定時主要考慮 以下幾個有關因素： （1）塑件的尺寸精度； （2）模具制造成本； （3）注塑成型的生產(chǎn)效益； 圖4-2 型腔的排布形式 （4）模具制造難度。 考慮到該塑件是一般日用品,查手冊得塑件的經(jīng)濟精度推薦4級,這個產(chǎn)品是兩個殼件的組合,所以初定為一模兩腔最合理.排列形式如圖4-2所示。 4.4澆口確定 PS料的流動性好,可適用于各種澆口,為了不影響外觀,簡化模局結構,確定使用側澆口。 4.5模具材料的選擇 現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標準化,所以在模具材料的選擇時主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合理的型腔和型芯材料.如何合理的選擇模具鋼,是關系到模具質量的前提條件,如果選材不當則所有的精密加工所投入的工時,設備費用將浪費。 在選擇模具鋼時,首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能,從使用性能考慮:硬度是主要指標之一,模具在高應力作用下欲保持尺寸不變,必須有足夠的硬度,當承受沖擊載荷時還要考慮折斷,崩刃問題,所以韌性也是一重要指標,耐磨性是決定模具壽命的重要因素,從PS特性看,這三項指標是必須要滿足的,此外還有紅硬性,抗壓屈服強度和抗彎強度和熱疲勞能力的指標。 從工藝性能考慮:要熱加工工藝好,加工溫度范圍寬,冷加工性能如切削,銑削,拋光等加工性能好,此外還要考慮淬透性和淬硬性,熱處理變形和氧化脫碳等性能.另外從經(jīng)濟考慮,要求材料來源廣,價格低。 查手冊選擇模仁的材料是4Cr13.屬馬氏體類型不銹鋼,該鋼機械加工性能較好,經(jīng)熱處理(淬火及回火)后,具有優(yōu)良的耐腐蝕性能,拋光性能,較高的強度和耐磨性,適于制造承受高負荷,高耐磨及在腐蝕介質作用下的塑料模具,透明塑料制品模具等.有關參數(shù)如下: 物理性能。臨界溫度（℃）AC1：820 ； AC3： 1100； 線膨脹系數(shù)：10.5(在20~100℃) 熱導率：27.6W.(M.K)-1 (在20℃左右) 彈性模量（MP）210000~223500 (20℃左右) 4.6澆注系統(tǒng)設計 注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道，它由主流道，分流道，冷料穴和澆口組成。它向型腔中的傳質，傳熱，傳壓情況決定著塑件的內(nèi)在和外表質量，它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度，所以澆注系統(tǒng)是模具設計中的主要內(nèi)容之一。 4.6.1主流道 主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通道，通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，有一定的錐度，目的是便于冷料的脫模，同時也改善料流的速度，因為要和注塑機相配，所以其尺寸與注塑機有關，如圖所示： 主要參數(shù)： 錐角=3°； 內(nèi)表面粗糙度Ra=0.63 ； 小端直徑D=d+(0.5~1)mm； 半徑R=R+(1~2)mm ； 材料T8A； 由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞，所以主流道部分常設計成可拆卸的主流道澆口套，以便選用優(yōu)質的鋼材單獨加工和熱處理。 4.6.2分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開設在分型面上，起分流和轉向作用，分流道的長度取決于模具型腔的總體布置和澆口位置，分流道的設計應盡可能短，以減少壓力損失，熱量損失和流道凝料。常用分流道斷面尺寸推薦如表4-1所示。 表4-1流道斷面尺寸推薦值 塑料名稱 分流道斷面直徑mm 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm ABS，AS 聚乙烯 尼龍類 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質同晶體 4.8~9.5 1.6~9.5 1.6~9.5 3.5~10 8~10 8~12.5 5~10 5~10 8~10 聚苯乙烯 軟聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 熱塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 離子聚合物 聚苯硫醚 3.5~10 3.5~10 6.5~16 6.5~8.0 3.5~8.0 6.5~10 6.5~10 2.4~10 6.5~13 分流道的斷面形狀有圓形，矩形，梯形，U形和六角形。要減少流道內(nèi)的壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，因此，可以用流道的截面積與周長的比值來表示流道的效率，其中圓形和正方形的效率最高，但正方形的流道凝料脫模困難，所以一般是制成梯形流道。在該模具上取圓形斷面形狀，直徑為6mm。 4.6.3冷料穴 冷料穴一般位于主流道對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是存放料流前端的冷料，防止冷料進入型腔而形成冷接縫，此外，開模時又能將主流道凝料從定模板中拉出，冷料穴的尺寸 圖4-3 冷料穴的尺寸 宜稍大于主流道大端的直徑，長度約為主流道大端直徑，冷料穴的尺寸如圖4-3所示： 4.6.4澆口 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道，它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分，澆口的形狀，數(shù)量，尺寸和位置對塑件的質量影響很大，澆口的主要作用有兩個，一是塑料熔體流經(jīng)的通道，二是澆口的適時凝固可控制保壓時間。澆口的類型有很多，有點澆口，側澆口，直接澆口，潛伏式澆口等，各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定，該模具采用側澆口，其有以下特性: ①形狀簡單，去除澆口方便，便于加工，而且尺寸精度容易保證； ②試模時如發(fā)現(xiàn)不當，容易及時修改； ③能相對獨立地控制填充速度及封閉時間； ④對于殼體形塑件，流動充填效果較佳。 (1) 側澆口深度尺寸H的確定 H=nt =0.6×1.6 = 0.96mm n塑料系數(shù)PS料取0.6； t塑件在澆口位置處的壁厚，該設計取殼體中間壁厚t=1.6 mm。 (經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，H的取值范圍在0.5~2.0mm之間，若按澆口處壁厚計算則H=0.6×5=3mm,超出了經(jīng)驗值，而且由于澆口是易磨損部位，所以開始時取小值是有好處的，這有利于以后的修模) (2) 側澆口寬度尺寸W的確定 W= （4-1） A型腔一側的表面積: A=V/t ； V澆注體積 ：V=53.9×10mm； t取平均壁厚=3.3mm 取3mm。 W===2.68 取3mm 澆口尺寸如圖4-3所示： 4.6.5剪切速率的校核 生產(chǎn)實踐表明，當注射模主流道和分流道的剪切速率R=5×10~5×10S、澆口的剪切速率R=10~10S時，所成型的塑件質量最好。對一般熱塑性塑料，將以上推薦的剪切速率值作為計算依據(jù)，可用以下經(jīng)驗公式表示： R= （4-2） 式中 q——體積流量（CM/S）；R——澆注系統(tǒng)斷面當量半徑（CM）。 （1）主流道剪切速率校核 Q=0.8Q /T =73.95÷1.5=49.3 （CM/S） T注射時間，T=1.5（S）； R==0.27（CM） R主流道的平均當量截面半徑； d 主流道小端直徑 ， d=0.4 （CM）； d主流道大端直徑，d=0.68（CM） R== =2.63×10 S （2）分流道剪切速率的校核 第一級分流道： Q= = =27（CM/S） R=0.3（CM） R= = =1.05×10 S 第二級分流道： Q=（CM/S） 因為當量半徑和第一級，相同所以，R= R/2 5×10 S （3）澆口剪切速率的校核 R= ==1.42×10 S Q= Q=13.5（cm/s）； 澆口面積S=1×3=3mm,當量面積S=R 取R=1mm。 從以上的計算結果看，流道與澆口剪切速率的值都落在合理的范圍內(nèi)，證明流道與澆口的尺寸取值是合理的。 4.7模架的確定 4.7.1型腔壁厚和底版厚度計算 在注塑成型過程中，型腔主要承受塑料熔體的壓力，因此模具型腔應該具有足夠的強度和剛度。如果型腔壁厚和底版的厚度不夠，當型腔中產(chǎn)生的內(nèi)應力超過型腔材料本身的許用應力[]時，型腔將導致塑性變形，甚至開裂。與此同時，若剛度不足將導致過大的彈性變形，從而產(chǎn)生型腔向外膨脹或溢料間隙。因此，有必要對型腔進行強度和剛度的計算，尤其對重要的，精度要求高的大型塑件的型腔，不能僅憑經(jīng)驗確定。 根據(jù)大型模具按剛度條件設計，按強度校核；小型模具按強度條件設計，按剛度校核原則：模具結構形式如圖4-4所示： 側壁厚度計算公式： S≧() （4-3） =() =20.91 mm 式中 C—與型腔深度對型腔側壁長邊邊長之比h/L有關的系數(shù)；查表C=1； 圖4-4 模具結構形式 ——型腔壓力，取30MP； ——型腔深度，=40； E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10； []——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04; 底板厚度計算公式： ≧（） （4-4） =（）=46.02 mm ——由底板短邊與長邊邊長之比決定的系數(shù)；查表=0.026； ——型腔壓力，取30MP； ——底版短邊長度(mm)，=180；E——模具材料的彈性模量（MP），E取2.1×10； []——剛度條件，即允許變形量(mm)，取[]=0.04; 4.7.2模架的選用 注塑模模架國家標準有兩個，即GB/T12556——1990《塑料注射模中小型模架及其技術條件》和GB/T12555——1990《塑料注射模大型模架》。前者適用于模板尺寸為B×L≤560mm×900mm；后者的模板尺寸B×L為（630mm×630mm）～（1250mm×2000mm）。由于塑料模具的蓬勃發(fā)展，現(xiàn)在在全國的部分地區(qū)形成了自己的標準，該設計采用龍記標準模架。 （1）模仁尺寸的確定 因為采用的是整體式凹模和整體式凸模，所以模仁的大小可以任意制定，模仁所承受的力最終是傳遞到凸、凹模上，從節(jié)約材料和見效模具尺寸出發(fā)，模仁的值取的越小越好，但實際中因為要考慮冷卻因素，又因為經(jīng)過模仁的冷卻系統(tǒng)比經(jīng)過模仁外部的冷卻系統(tǒng)效率高，所以為了給冷卻系統(tǒng)留有足夠的空間，該設計取模仁的大小為180×302 mm。 （2）凸、凹模尺寸的確定 凸、凹模受力的作用