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目錄
摘要： 1
Abstract： 1
第一章 緒論 2
1.1 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性 2
1.1.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展 2
1.1.2 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用 3
1.1.3塑料成型的技術(shù)的發(fā)展趨勢 4
1.2塑料模具的分類 5
第二章 塑件成型工藝分析 7
2.1塑件分析 7
2.1.1總體分析 7
2.1.2 脫模斜度 7
2.2 ABS性能分析 8
2.2.1 ABS使用性能 8
2.2.2 ABS工藝性能 8
2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù) 8
2.3.1注射成型過程 8
2.3.2 注射工藝參數(shù) 9
第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì) 10
3.1分型面的確定 10
3.1.1分型面 10
3.1.2 分型面的選擇原則 10
3.1.3 本設(shè)計(jì)分型面的選擇 10
3.2 型腔數(shù)目和模具結(jié)構(gòu)形式的確定 11
3.2.1 型腔數(shù)目的確定 11
3.2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定 11
3.3 注射機(jī)型號的選擇 11
3.3.1 注射量的計(jì)算 11
3.3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算 11
3.3.3 注射機(jī)的選擇 12
3.3.4 注射機(jī)相關(guān)參數(shù)校核 12
第四章 澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 14
4.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述和原則 14
4.1.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述 14
4.1.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 14
4.2 主流道設(shè)計(jì) 15
4.2.1主流道設(shè)計(jì)要點(diǎn) 15
4.2.2主流道尺寸 16
4.2.3 主流道的凝料體積 16
4.2.4 主流道當(dāng)量半徑 17
4.2.5 主流道澆口套的形式 17
4.2分流道設(shè)計(jì) 17
4.2.1分流道的作用以及分流道設(shè)計(jì)原則 17
4.3.2分流道的布置形式 18
4.3.3分流道相應(yīng)參數(shù)的確定 18
4.3.4校核剪切速率 19
4.4 澆口的設(shè)計(jì) 19
4.4.1 澆口選擇以及尺寸確定 20
4.4.2 側(cè)澆口剪切速率的校核 20
4.5 校核主流道的剪切速率 21
4.6 冷料穴的設(shè)計(jì) 21
4.7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 22
4.7.1冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則 22
4.7.2冷卻通道的理論計(jì)算 22
4.7.3冷卻水量和管徑的計(jì)算 23
4.8 排氣系統(tǒng) 24
第五章 注塑成型過程模擬分析 25
5.1 MPI介紹 25
5.2模流分析 25
5.2.1確定最佳澆注位置 25
5.2.2填充時(shí)間 26
5.2.3氣穴分析 26
5.2.4熔接痕 27
5.2.5螺桿速率曲線分析 28
5.2.6冷凝層因子分析 29
5.3結(jié)論 29
第六章 模具的成型零件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算 30
6.1成型零件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
6.1.1 型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
6.1.2 型芯的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 30
6.2 成型零件材料的選用 30
6.3 成型零件工作尺寸的計(jì)算 30
6.3.1 型腔尺寸計(jì)算 30
6.3.2 側(cè)抽芯凸模尺寸計(jì)算 31
6.4 成型零件工作尺寸的校核 32
第七章 模架和導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 33
7.1 模架組合的選擇 33
7.1.1決定模板尺寸的因素 33
7.1.2模架的選擇 33
7.2導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的選擇 33
第八章 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 35
8.1 設(shè)計(jì)原則 35
8.2 模具推出機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 35
8.2.1 推出方式的確定 35
8.2.2 推出位置、推桿數(shù)量和斷面形狀的設(shè)計(jì) 35
8.2.3 推桿復(fù)位裝置 35
第九章 側(cè)向抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和計(jì)算 37
9.1 抽芯距與抽芯力的計(jì)算 37
9.1.1 抽芯距的計(jì)算 37
9.1.2 抽芯力的計(jì)算 37
9.2 斜導(dǎo)柱的側(cè)向分型與側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 38
9.2.1 斜導(dǎo)柱的設(shè)計(jì) 38
9.2.2 滑塊的設(shè)計(jì) 40
9.2.3楔緊塊的設(shè)計(jì) 40
第十章 模具的總裝配圖 42
參考文獻(xiàn) 44
致謝 45
附1：外文文獻(xiàn)翻譯 46
附2：外文原文 59
彎管接頭注射成型工藝及模具設(shè)計(jì)
摘要：塑料工業(yè)是一門新興的產(chǎn)業(yè)，自塑料問世后的幾十年，塑料來源豐富，制作方便及成本低廉，金屬零件塑料化的發(fā)展很快，在機(jī)械電子，國防，交通，通訊，建筑，農(nóng)業(yè)，輕工業(yè)和日常生活用品等行業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用，對塑料模具要求量增加。因此，研究注塑模具對了解塑料產(chǎn)品的生產(chǎn)過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量都有很大意義。
本設(shè)計(jì)介紹了注塑成型的基本原理，特別是單分型面注射模具的結(jié)構(gòu)與工作原理，對注塑產(chǎn)品提出了基本設(shè)計(jì)方案；詳細(xì)介紹了該模具的澆注系統(tǒng)，溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過程，彎管接頭有兩個(gè)方向的側(cè)向抽芯。本文分析了彎管接頭的成型工藝，工藝方案，介紹了模具結(jié)構(gòu)和主要模具零部件的設(shè)計(jì)，分析了模具的結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品質(zhì)量的可行性和可靠性。
關(guān)鍵詞：彎管接頭；注射模具；成型工藝；側(cè)向抽芯
Design of Injection Mould for Elbow Joint
Abstract: Plastics industry is an emerging industry, since several decades after the advent of plastics, plastics source of rich, convenient and low-cost production, plastics and metal parts of the developed rapidly, in machinery and electronics, defense, transportation, communication, construction, agriculture, light industry and daily necessities, such as industry ,have been widely used on the plastics mold requested increase. Therefore, the research casts the mold to understand the plastics product the production process and improves the product quality to have the very big significance.
The basic principle of injection molding, specially the operating principle and the structure of the single-parting-surface injection mould is introduced. The design of runner system ,temperature control system and the injection is introduced in detail. The elbow joint has two side core-pulling in different directions. The structure of the mould and the designing of the main parts are introduced .The feasibility and reliability in mould structure are discussed to guarantee the quality of the product.
Keywords: elbow joint; injection mould; forming process; side core-pulling
第一章 緒論
1.1 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要性
1.1.1 塑料及塑料工業(yè)的發(fā)展
塑料是以相對分子質(zhì)量高的合成樹脂為主要成分，并加入其他添加劑，在一定溫度和壓力下塑化成型的高分子合成材料。一般相對分子質(zhì)量都大于一萬，有的可達(dá)百萬。在加熱、加壓條件下具有可塑性，在常溫下為柔韌的固體。可以使用模具成型得到我們所需要的形狀和尺寸的塑料制件。其他的添加劑主要有填充劑、增塑劑、固化劑、穩(wěn)定劑等其他配合劑。
塑料工業(yè)是一門新興的工業(yè)。塑料最初品種不多、對它們的本質(zhì)理解不足，在塑料制品生產(chǎn)技術(shù)上，只能從塑料與某些材料 如橡膠、木材、金屬和陶瓷等制品的生產(chǎn)有若干相似之處而進(jìn)行仿制。從1910年生產(chǎn)酚醛塑料開始，塑料品種漸多，在生產(chǎn)技術(shù)和方法上都有顯著的改進(jìn)。雖然塑料工業(yè)的發(fā)展只有近100年的歷史，但其發(fā)展速度卻十分迅速，1910年世界塑料產(chǎn)量只有2萬噸，到2003年產(chǎn)量達(dá)到了1.28億噸．目前塑料品種已有300多種，并且每年仍然在以10％左右的速度增長。
我國的塑料工業(yè)起步于20世紀(jì)50年代初期，建國前夕，我國只有上海、廣州、武漢等個(gè)別大城市有塑料制品加工廠，只有酚醛和賽璐珞兩種塑料，1949年全國塑料總產(chǎn)量僅有200噸，1958年我國第一次人工合成酚醛塑料開始，我國的塑料工業(yè)得到迅猛發(fā)展，1958年我國塑料產(chǎn)量為2.4萬噸，1965年為13.9萬噸，70年代中期引進(jìn)的幾套化工裝置的建成投產(chǎn)，使塑料工業(yè)有了一次大的飛躍，1979年為94.8萬噸，1988年猛增到135.42萬噸，2000年已達(dá)到200萬噸，近20年來產(chǎn)量和品種都大大增加，許多新穎的工程塑料已投入批量生產(chǎn)。目前，我國的塑料制品總產(chǎn)量在世界上已躍居第二位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在世界范圍內(nèi)，塑料用量近幾十年來幾乎每5年翻一番．預(yù)計(jì)今后將以每8年翻一番的速度持續(xù)高速發(fā)展。今天，我國的塑料工業(yè)已形成具有相當(dāng)規(guī)模的完整體系，據(jù)中國輕工信息中心統(tǒng)計(jì)，2002年中國塑料制品行業(yè)中，年銷售額達(dá)500萬元以上規(guī)模企業(yè)共計(jì)7480家，其中大中型企業(yè)約占10%，產(chǎn)品銷售收入億元以上企業(yè)397家。開發(fā)新產(chǎn)品，掌握新技術(shù)己經(jīng)得到企業(yè)的普遍重視。一般企業(yè)每年都有2－3個(gè)新產(chǎn)品，有的高達(dá)10－20個(gè)新產(chǎn)品通過不同級別的鑒定，投入市場。 新產(chǎn)品產(chǎn)值一般占企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值的20％－30％，有的高達(dá)50％－60％。中國塑料機(jī)械技術(shù)通過消化吸收國外先進(jìn)制造技術(shù)，開發(fā)具有國際先進(jìn)水平的產(chǎn)品，新產(chǎn)品新技術(shù)開發(fā)速度加快。進(jìn)行重大創(chuàng)新，也取得了顯著成績?？傊?，在塑料材料的消耗量上，塑料新產(chǎn)品、新工藝、新設(shè)備的研究、開發(fā)與應(yīng)用上都取得了可喜的成就。
塑料已滲透到人們生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，在家用電器、儀器儀表、機(jī)械制造、化工、醫(yī)療衛(wèi)生、建筑器材、汽車工業(yè)、農(nóng)用器械、日用五金以及兵器、航空航天和原子能工業(yè)中，塑料已成為替代部分鋼鐵、木材、皮革等材料的發(fā)展成為各個(gè)行業(yè)中不可缺少的一種化學(xué)材料，并和鋼鐵、木材、水泥一起成為現(xiàn)代社會中的四大基礎(chǔ)材料。塑料制件已成為國民經(jīng)濟(jì)中不可缺少的重要材料之一。
塑料在一定的條件下具有良好的塑性，可以采用多種成型方法制作不同的制品。塑料的著色簡單，著色范圍廣，可制成各種顏色，部分塑料的光學(xué)性能很好，具有良好的光澤，可制成透明性很高的塑件，如常用的有機(jī)玻璃、聚碳酸脂等。塑料還具有防水、防潮、防透氣、防振、防輻射等多種防護(hù)性能。
塑料雖具有上述優(yōu)異的特性，但在某些性能上也存在著不足之處，如機(jī)械強(qiáng)度和硬度遠(yuǎn)不及金屬材料高，耐熱性也低于金屬，導(dǎo)熱性差，且吸濕性大易老化等，塑料的這些缺點(diǎn)或多或少的影響和限制了的它的應(yīng)用范圍。
從發(fā)展趨勢看，對現(xiàn)有的各種聚合物進(jìn)行改性仍是目前和今后一段時(shí)間內(nèi)對塑料材料進(jìn)行開發(fā)和應(yīng)用研究的主要任務(wù)。主要是繼續(xù)擴(kuò)大和完善新的聚合物高分子材料品種，對各種添加劑繼續(xù)向低毒、高效和非污染的方向發(fā)展，同時(shí)以改善膠料的工藝加工性能，節(jié)約能耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、滿足高速加工設(shè)備和高效加工工藝的要求，并減少環(huán)境污染、提高配料的準(zhǔn)確性和發(fā)揮助劑的協(xié)同效能。
1.1.2 塑料成型在工業(yè)生產(chǎn)中的重要作用
塑料成型工業(yè)自1872年開始到現(xiàn)在已度過仿制、擴(kuò)展和變革的時(shí)期。塑料成型是把塑料原材料加熱到一定溫度注入到具有一定形狀和尺寸的模具中，待其冷卻后，獲得塑料制品的過程。塑料成型工藝與模具是一門在生產(chǎn)實(shí)踐中逐步發(fā)展起來，又直接為生產(chǎn)服務(wù)的應(yīng)用型技術(shù)科學(xué)，是一種先進(jìn)的加工方法。 它研究的主要對象是塑料和塑料制成塑料制品所采用的模具。
模具是鑄造、鍛壓、沖壓、塑料、玻璃、粉末冶金、陶瓷等行業(yè)的重要工藝裝備，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中廣泛的采用各種模具進(jìn)行產(chǎn)品生產(chǎn)，模具的設(shè)計(jì)和制造水平在很大程度上反映和代表了一個(gè)國家機(jī)械工業(yè)的綜合制造能力和水平。塑料模是模具的一種，是指用于成型塑料制件的模具，它是一種行腔模具的類型。
采用模具加工制造產(chǎn)品零件已涉及在儀器儀表、家用電器、交通、通訊、和輕工業(yè)等各行業(yè)中，先進(jìn)的發(fā)達(dá)工業(yè)國家，模具的工業(yè)產(chǎn)值已超過了傳統(tǒng)的機(jī)床行業(yè)的產(chǎn)值，據(jù)日本1991年統(tǒng)計(jì)，其全國一萬多家企業(yè)中，生產(chǎn)塑料模和沖壓模的企業(yè)各占40％，模具工業(yè)已實(shí)現(xiàn)了高度的專業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、商品化。而韓國的模具工業(yè)專業(yè)廠中，有43％生產(chǎn)塑料模，44.8％生產(chǎn)冷沖模。隨著工業(yè)塑料制件和日用塑料制件的品種和需求量的日益增加，并且產(chǎn)品的更新?lián)Q代周期的日益縮短，塑料模在模具中的比例在逐步提高。
20世紀(jì)80年代以來，我國模具工業(yè)迅速發(fā)展，1989年國務(wù)院頒布了“當(dāng)前產(chǎn)業(yè)政策要點(diǎn)的決定”，把模具制造列為重點(diǎn)支持技術(shù)改造的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品中的首位。我國模具工業(yè)年均增速達(dá)13％，2002年我國模具工業(yè)產(chǎn)值達(dá)280億元，塑料模占其中的30％左右。
在加工工業(yè)中塑料成型是一種廣泛應(yīng)用的加工方法。生產(chǎn)過程易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動化，成型過程中設(shè)備操作簡便，生產(chǎn)率高，成本較低， 加工的塑料制件高度一致性，尤其適合在大批量的生產(chǎn)條件。塑料可加工成任意形狀的塑料制件，且經(jīng)塑料成型出來的制件，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度好、耐腐蝕、絕緣性能好、色澤鮮艷、外觀漂亮等優(yōu)點(diǎn)。由于塑料成型在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)良特點(diǎn)，因此，高分子材料已進(jìn)入所有工業(yè)領(lǐng)域以及人們的日常生活，并顯示出其巨大的優(yōu)越性和發(fā)展?jié)摿Α?
當(dāng)今世界把一個(gè)國家的高分子材料的消耗量和聚合物成型加工的工業(yè)水平， 作為衡量一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一?？梢哉f，離開聚合物成型加工工業(yè)，現(xiàn)代國民經(jīng)濟(jì)各部門和高科技領(lǐng)域不可能生存，更不可能發(fā)展。
1.1.3塑料成型的技術(shù)的發(fā)展趨勢
一副好的塑料模具與模具設(shè)計(jì)，模具材料及其模具的制造有很大的關(guān)系。塑料成型技術(shù)發(fā)展趨勢可以簡單地歸納為以下幾個(gè)方面：
1、在塑料模設(shè)計(jì)制造中全面推廣應(yīng)用CAD/CAM/CAE技術(shù)。CAD/CAM技術(shù)已發(fā)展成為一項(xiàng)比較成熟的共性技術(shù)，近年來模具CAD/CAM技術(shù)的硬件與軟件價(jià)格已降低到中小企業(yè)普遍可以接受的程度，為其進(jìn)一步普及創(chuàng)造了良好的條件；基于網(wǎng)絡(luò)的CAD/CAM/CAE一體化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)初見端倪，其將解決傳統(tǒng)混合型CAD/CAM系統(tǒng)無法滿足實(shí)際生產(chǎn)過程分工協(xié)作要求的問題；CAD/CAM軟件的智能化程度將逐步提高；塑料制件及模具的3D設(shè)計(jì)與成型過程的3D分析將在我國塑料模具工業(yè)中發(fā)揮越來越重要的作用。
2、推廣應(yīng)用熱流道技術(shù)、氣輔注射成型技術(shù)和高壓注射成型技術(shù)。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。制訂熱流道元器件的國家標(biāo)準(zhǔn)，積極生產(chǎn)價(jià)廉高質(zhì)量的元器件，是發(fā)展熱流道模具的關(guān)鍵。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。目前在汽車和家電行業(yè)中正逐步推廣使用。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，開發(fā)氣體輔助成型流動分析軟件，顯得十分重要。另一方面為了確保塑料件精度，繼續(xù)研究發(fā)展高壓注射成型工藝與模具以及注射壓縮成型工藝與模具也非常重要。
3、開發(fā)新的塑料成型工藝和快速經(jīng)濟(jì)模具。以適應(yīng)多品種、少批量的生產(chǎn)方式。
4、提高大型、精密、復(fù)雜、長壽命模具的設(shè)計(jì)制造水平及比例。這是由于塑料模成型的制品日漸大型化、復(fù)雜化和高精度要求以及因高生產(chǎn)率要求而發(fā)展的一模多腔所致。
5、研究和應(yīng)用模具的高速測量技術(shù)與逆向工程。采用三坐標(biāo)測量儀或三坐標(biāo)掃描儀實(shí)現(xiàn)逆向工程是塑料模CAD/CAM的關(guān)鍵技術(shù)之一。研究和應(yīng)用多樣、調(diào)整、廉價(jià)的檢測設(shè)備是實(shí)現(xiàn)逆向工程的必要前提。
6、提高塑料模標(biāo)準(zhǔn)化水平和標(biāo)準(zhǔn)件的使用率。我國模具標(biāo)準(zhǔn)件水平和模具標(biāo)準(zhǔn)化程度仍較低，與國外差距甚大，在一定程度上制約著我國模具工業(yè)的發(fā)展，為提高模具質(zhì)量和降低模具制造成本，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用要大力推廣。為此，首先要制訂統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)；其次要逐步形成規(guī)模生產(chǎn)、提高商品化程度、提高標(biāo)準(zhǔn)件質(zhì)量、降低成本；再次是要進(jìn)一步增加標(biāo)準(zhǔn)件規(guī)格品種。
7、應(yīng)用優(yōu)質(zhì)模具材料和先進(jìn)的表面處理技術(shù)對于提高模具壽命和質(zhì)量顯得十分必要。
1.2塑料模具的分類
不同的塑料成型方法采用原理和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)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以下幾類：
1 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，但近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的比例，世界塑料成型模具產(chǎn)量中的約半數(shù)以上為注塑成型。
2 壓塑成型模具
壓塑成型模具簡稱壓模。壓塑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壓冷壓模具。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。
4 擠塑成型模具
擠塑成型模具包括擠出機(jī)頭和定型模兩部分。用于生產(chǎn)出具有所需要斷面形狀的連續(xù)型材。
5 中空制品吹塑成型模具
用擠塑的發(fā)放生產(chǎn)管坯的叫做擠吹模具，用注塑注塑方法生產(chǎn)的管坯的叫做注吹模具，注吹中，在吹脹前的瞬間先進(jìn)行軸向拉伸的叫做注拉吹模具，產(chǎn)品的性能和尺寸精度因上述方法不同而很大的差異。
6 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(dú)的陰模或陽模。此種成型方法，模具受力較小，強(qiáng)度要求不高，甚至可以用非金屬材料制作，但為了取得較高的成產(chǎn)效率，模具的導(dǎo)熱性很重要，鋁合金模具得到了廣泛的應(yīng)用。
除了上面所列舉的幾種塑料模具外，尚有搪塑成型模具，反應(yīng)注塑成型模具，泡沫塑料成型模具，玻璃纖維增強(qiáng)塑料低壓成型模具等。
第二章 塑件成型工藝分析
2.1塑件分析
2.1.1總體分析
該塑件如圖2-1所示，材料為ABS，流動性能中等，該塑件的最大壁厚為4mm，最小的壁厚為1.5mm，未倒圓角為R3mm，塑件的精度等級為SJ1372-78中的四級精度，屬于中等精度塑件，經(jīng)過詳細(xì)分析，該塑件進(jìn)行注塑成型，但是要考慮該模具的設(shè)計(jì)兩個(gè)方向的側(cè)向抽芯問題。
圖2-1彎管接頭塑件圖
圖2-2 彎管接頭三維圖
2.1.2 脫模斜度
ABS屬于非結(jié)晶型熱塑性塑料，其成型收縮率較低，一般介于0.4%～0.7%，結(jié)合該塑件的特點(diǎn)，不需要設(shè)計(jì)脫模斜度。
2.2 ABS性能分析
2.2.1ABS使用性能
ABS是樹脂的剛性與橡膠的彈性相結(jié)合的一種廣泛使用的工程材料，其抗沖擊性、耐熱性、耐低溫性、耐化學(xué)藥品性及電氣性能優(yōu)良，還具有易加工、制品尺寸穩(wěn)定、表面光澤性好等特點(diǎn)，容易涂裝、著色，還可以進(jìn)行表面噴鍍金屬、電鍍、焊接、熱壓和粘接等二次加工，廣泛應(yīng)用于機(jī)械、汽車、電子電器、儀器儀表、紡織和建筑等工業(yè)領(lǐng)域，是一種用途極廣的熱塑性工程塑料。
2.2.2 ABS工藝性能
一. ABS屬于無定型聚合物，無明顯熔點(diǎn)。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0.5～15。
二. 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樹脂的熔融粘度對溫度的敏感程度比較低，對剪切速率比較敏感，溫度提高，注射壓力提高以后，熔體表面粘度下降。一般加工溫度在190-235℃為最適宜
三. ABS熱穩(wěn)定性不太好，注射成型結(jié)束后應(yīng)用機(jī)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。
四. ABS為極性大分子，有吸濕傾向。成型加工前務(wù)必進(jìn)行干燥。樹脂水分控制在0.3%以下，一般用熱風(fēng)干燥法除去水分。樹脂顆粒層厚度為10mm～30mm時(shí)，80℃～90℃干燥2～3小時(shí)。樹脂濕度大，制品又復(fù)雜則可于70℃～80℃干燥18～24小時(shí)才能取得良好效果。
五. ABS成型收縮率較低，一般介于0.4%～0.7%之間。
2.3 ABS的注射成型過程及工藝參數(shù)
ABS為熱塑性塑料，熱塑性塑料的注塑成型工藝過程如圖2-3所示
圖2-3熱塑性塑料注射成型工藝過程
2.3.1注射成型過程
? 成型前準(zhǔn)備
1. 確認(rèn)注塑設(shè)備，完成注塑模的安裝和試模
2. 塑件原料的檢驗(yàn)和預(yù)處理。
3. 清洗料筒。
4. 成型操作前設(shè)備的檢驗(yàn)。
? 注射過程
注塑過程一般包括加料，塑化，注射，冷卻和脫模幾個(gè)階段。
? 塑件的后處理
去除毛刺和飛邊，對于澆口位置進(jìn)行拋光處理以達(dá)到產(chǎn)品表面質(zhì)量要求。為減少由于塑化不均或塑件在型腔中冷卻不均而帶來的塑件內(nèi)應(yīng)力，以避免存在內(nèi)應(yīng)力的塑件在使用過程中發(fā)生力學(xué)性能下降，光學(xué)性能變壞，表面出現(xiàn)銀紋，變形和開裂。所以塑件脫模后還得進(jìn)行退火處理。ABS熱處理工藝條件見表2-1：
表2-1 ABS熱處理工藝條件
材料
制品厚度/mm
熱處理方法
熱處理溫度/℃
熱處理時(shí)間/min
ABS
3
水或者空氣
60-75
16-20
2.3.2 注射工藝參數(shù)
? 注射機(jī)：采用螺桿式注射機(jī)，螺桿結(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)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(shí)間5～30s，保壓時(shí)間0～5s，冷卻時(shí)間20～60s。
第三章 模具結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)
3.1分型面的確定
3.1.1分型面
分開模具取出塑件的面，通稱為分型面。注塑模具有一個(gè)分型面和多個(gè)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集中。分型面的形狀有平面和曲面等。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(guān)，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。
3.1.2 分型面的選擇原則
分型面的設(shè)計(jì)是否得當(dāng)，對制件質(zhì)量，操作難易程度，模具結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性有很大的影響。只要考慮以下幾點(diǎn)：
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(yīng)設(shè)在脫模方向端面投影輪廓最大的部位；
2) 因?yàn)榉中兔嫣幉豢杀苊獾臅谒芗狭粝乱缌虾圹E，或拼合不準(zhǔn)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(shè)置方便考慮，分型時(shí)要盡可能地使制件留在動模邊；
4) 從保證制件相關(guān)部位的同心度出發(fā)，同心度要求高的塑件，取分型面時(shí)最好把要求同心的部分放在模具分型面的同一側(cè)；
5) 有側(cè)凹或側(cè)孔的制件，取分型面時(shí)應(yīng)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(cè)向分型或抽芯；
6) 對有頂出機(jī)構(gòu)的模具，采取動模邊側(cè)向分型抽芯，模具結(jié)構(gòu)較簡單，能獲得的抽拔距離也比較長，故選分型面時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮把制件的側(cè)凹或側(cè)孔放在動模；
7) 當(dāng)分型面作為主要排氣面時(shí)，料流末端應(yīng)在分型面上以利排氣；
8) 分型面應(yīng)保證塑件的精度要求；
9) 分型面應(yīng)力求簡單使用并易于加工；
10) 型面應(yīng)考慮主分型面和側(cè)向分型面的協(xié)調(diào)。
3.1.3 本設(shè)計(jì)分型面的選擇
通過對本塑件的分析，同時(shí)根據(jù)以上的分型面選擇原則綜合考慮，決定將分型面選擇在最大的截面處A-A，以方便于取出塑件。
塑件分型面如圖3-1所示：
圖3-1最佳分型面處A-A
3.2 型腔數(shù)目和模具結(jié)構(gòu)形式的確定
3.2.1 型腔數(shù)目的確定
由于該塑件存在兩個(gè)方向的側(cè)向抽芯，故不適用于一模多腔的結(jié)構(gòu)形式。因此選用一模一腔結(jié)構(gòu)。
3.2.2 模具結(jié)構(gòu)形式的確定
由以上分析可知，本模具設(shè)計(jì)為一模一腔結(jié)構(gòu)，根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，推出機(jī)構(gòu)采用推桿推出。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，澆口采用兩個(gè)側(cè)澆口且設(shè)在分型面上。因此，定模部分不需要單獨(dú)開設(shè)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。
3.3 注射機(jī)型號的選擇
3.3.1 注射量的計(jì)算
1) 塑件的體積估算
2) 塑件質(zhì)量m的計(jì)算
ABS的密度為。
則質(zhì)量。
3.3.2 澆注系統(tǒng)凝料體積的初步估算
雖然設(shè)計(jì)之前難以確定澆注系統(tǒng)凝料的準(zhǔn)確數(shù)值，單可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)按照塑件體積的0.2～1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0.2 倍來估算，即。
3.3.3 注射機(jī)的選擇
注射機(jī)的最大注射容量
式中 ——注射機(jī)最大注射容量，cm3；
——成型塑件體積，cm3；
——澆注系統(tǒng)凝料體積，cm3；
0.8——最大注射容量的利用系數(shù)。
故取。查表得，選注射機(jī)型號為SZ-250-1250臥式注射機(jī)。其主要技術(shù)參數(shù)見表3-1：
表3-1 SZ-250-1250臥式注射機(jī)主要技術(shù)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/g.s-1
110
鎖模形式
雙曲肘
塑化能力/ g.s-1
18.9
模具定位孔直徑/mm
螺桿轉(zhuǎn)速/r.min-1
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
—
—
3.3.4 注射機(jī)相關(guān)參數(shù)校核
? 注射壓力校核
由ABS相關(guān)性能參數(shù)可得，ABS所需注射壓力為50～100MPa，取，該注射機(jī)的公稱壓力，注射壓力安全系數(shù)，取，則：，所以所選注射機(jī)壓力合適。
? 鎖模力校核
1) 塑件在分型面上投影面積：。
2) 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積：
即流道凝料（包括澆口）在分型面上的投影面積。按照是每個(gè)塑件在分型面上的投影面積的0.2~0.5倍。由于本次設(shè)計(jì)流道簡單，分流道相對較短，因此流道凝料投影面積可以適當(dāng)取小一點(diǎn)，取。
3) 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的總投影面積：
。
4) 模具型腔內(nèi)的脹型力：
式中是型腔的平均壓力值，通常取注射壓力的20%～40%。對于粘度較大的塑料制品應(yīng)取大值，ABS屬于中等粘度的塑料，故取36MPa。
查表3-1，可得該注射機(jī)的公稱鎖模力，鎖模力的安全系數(shù)為，取，則
，所以該注射機(jī)鎖模力合適。
? 開模行程與推出機(jī)構(gòu)的校核
開模行程是指從模具中取出塑料所需要的最小開合距離，用H表示，它必須小于注射機(jī)移動模板的最大行程S。由于注射機(jī)的鎖模機(jī)構(gòu)不同，開模行程可按以下兩種情況進(jìn)行校核：一種是開模行程與模具厚度無關(guān)；二種是開模行程與模具厚度有關(guān)。我們這里選用的是開模行程與模具厚度無關(guān)，且是單分型面注射模具。
（1）開模行程與模具厚度無關(guān)時(shí)
這種情況主要是指鎖模機(jī)構(gòu)為液壓-肘桿式注射機(jī)，其模板行程是由連桿機(jī)構(gòu)的最大沖程決定的，而與模具厚度是無關(guān)的。此情況有兩種類型：
a. 單分型面注射模，所需開模行程H為:
式中——塑件推出距離（也可以取凸模的高度）（mm）；
——包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度（mm）；
——注射機(jī)移動板最大行程 （mm）；
——所需要開模行程 （mm）。
而我們這里通過分析、計(jì)算、查閱相關(guān)資料可得出： H小于注射機(jī)的最大開模行程360mm，符合要求。
b. 對雙分型面注射模，所需開模行程為：
式中——中間板與定模的分開距離（mm）這里不作討論。
（2）推出機(jī)構(gòu)的校核
各種型號注射機(jī)的推出裝置和最大推出距離各不同，設(shè)計(jì)模具時(shí)，推出機(jī)構(gòu)應(yīng)與注射機(jī)相適應(yīng)，具體可查資料。
第四章 澆注系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)和排氣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.1 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述和原則
4.1.1澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的概述
用注塑成型方法加工塑料制品時(shí),注塑機(jī)噴嘴中熔融的塑料，經(jīng)過主流道，分流道,最后通過澆口進(jìn)入模具型腔,然后經(jīng)過冷卻固化，得到所需要的制品。所以注塑模具的澆注系統(tǒng)是指模具中從注射機(jī)噴嘴開始到型腔為止的塑料熔體的流動通道。澆注系統(tǒng)在模具中占有非常重要的地位，它的設(shè)計(jì)合理與否直接對制品的成型起到?jīng)Q定的作用。這就要求模具設(shè)計(jì)者除了研究模具結(jié)構(gòu)和加工技術(shù)之外，還必須對成型技術(shù)有較為深刻的理解，這樣才能使模具制造技術(shù)與成型工藝有機(jī)地結(jié)合在一起，生產(chǎn)出既經(jīng)濟(jì)又高質(zhì)量的產(chǎn)品。
當(dāng)熔融塑料通過澆注系統(tǒng)流入模具的型腔時(shí)，其流動過程大致如下：塑料首先進(jìn)入主流道，而后進(jìn)入分流道（根據(jù)需要可無分流道），最后通過澆口進(jìn)入型腔。
在注塑過程中，當(dāng)溫度較高的熔融塑料接觸到溫度較低的模具澆道時(shí)，由于塑料快速冷卻，在模具熱流道的表面形成一冷凝層。因?yàn)闊崴苄圆牧系臒醾鲗?dǎo)率較低，冷凝層對芯部的塑料會起到保溫作用。所以此時(shí)澆道中心的塑料依然呈熔融狀態(tài)。
最初冷凝層是非常薄的，隨著熔融的塑料繼續(xù)接觸冷凝層，產(chǎn)生冷凝，冷凝層會越來越厚。一段時(shí)間后，冷凝層將達(dá)到一定的厚度。此時(shí)，在不改變成型條件的情況下，來自熔融的熱輸入加上由于流動摩擦而產(chǎn)生的摩擦熱等于高溫塑料與低溫模具熱交換所產(chǎn)生的熱損失。
如前所述，由于熱塑性材料的熱傳導(dǎo)率較低，流道中冷凝的表皮對芯部熔融的塑料將起到保溫的作用。所以保證了流道芯部的塑料的繼續(xù)流動。這時(shí)如果增加注射速度，冷凝層由于受到流動產(chǎn)生的高摩擦而會變薄。由此可得出這樣的結(jié)論：高速注射與低速注射對于冷凝層厚度影響的差別較為明顯。前者冷凝層厚度較薄，后者相反。對于冷凝層薄的流道來說，單位時(shí)間內(nèi)流入型腔的塑料體積大于冷凝層厚的流道。這就是為什么高壓、高速注射容易將型腔填充飽滿的主要原因之一。
總的來說，澆注系統(tǒng)的功能，就是將熔融的塑料，經(jīng)過注射機(jī)噴嘴在高溫、高壓、高速狀態(tài)下，通過澆注系統(tǒng)進(jìn)入模具型腔。它對制品的質(zhì)量和成型周期，有著極為重要的影響。設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的基本原則是在滿足塑料制品的同時(shí)，還應(yīng)有利于提高成型速度來縮短成型周期。
4.1.2澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)是注射模設(shè)計(jì)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，它對注射成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀、物理性能、尺寸精度等）都有直接影響，設(shè)計(jì)時(shí)須遵循如下原則：
1) 重點(diǎn)考慮型腔布局包括以下三點(diǎn)：
a. 盡可能采用平衡式布置，以便設(shè)置平衡式分流道。
b. 型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對稱，防止模具承受偏載而產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。
c. 型腔排列要盡可能緊湊，以減小模具外形尺寸。
2) 熱量及壓力損失要減小 為此澆注系統(tǒng)流程應(yīng)盡量短，截面尺寸應(yīng)盡可能大，彎折盡量少，表面粗糙度要低。
3) 均衡進(jìn)料 盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及角落，即分流道盡可能采用平衡式布置。
4) 塑料耗量要少 在滿足各型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。
5) 消除冷料 澆注系統(tǒng)應(yīng)能收集溫度較低的“冷料”，防止其進(jìn)入型腔，影響塑件質(zhì)量。
6) 排氣良好 澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利地引導(dǎo)塑料熔體充滿型腔各個(gè)角落，使型腔的氣體能順利排出。
7) 防止塑件出現(xiàn)缺陷 避免熔體出現(xiàn)填充不足或塑件出現(xiàn)氣孔、縮孔、殘余應(yīng)力、翹曲變形或尺寸偏差過大以及塑料流將嵌件沖壓位移或變形等各種成型不良現(xiàn)象。
8) 塑件外觀質(zhì)量 根據(jù)塑件大小、形狀及技術(shù)要求，做到去除修整澆口方便，澆口痕跡無損塑件的美觀和使用。
9) 生產(chǎn)效率 盡可能使塑件不進(jìn)行或少進(jìn)行后加工，成型周期短，效率高。
10) 塑料熔體流動特性 大多數(shù)熱塑性塑料熔體的假塑性行為，應(yīng)予以充分利用。
4.2 主流道設(shè)計(jì)
主流道是熔融塑料由注塑機(jī)噴嘴噴出時(shí)最先經(jīng)過的部位，它與注射機(jī)噴嘴在同一軸心線上。主流道通常位于模具中心塑料熔體的入口處，它將注射機(jī)噴嘴注射出的熔體導(dǎo)入分流道或型腔中。主流道的形狀為圓錐形，以便熔體的流動和開模時(shí)主流道凝料的順利拔出。主流道的尺寸直接影響到熔體的流動速度和充模時(shí)間。由于主流道與熔融塑料和注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，碰撞，一般澆口不直接開在定模上，為了制造方便，都制造成可拆卸的澆口套，用螺釘或迫合形式固定在定模板上。
4.2.1主流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)
Ⅰ. 為了便于澆注凝料從主流道取出，主流道一般采用α=3°-6°左右的圓錐孔。
Ⅱ. 澆口套與塑件注射區(qū)直接接觸時(shí)，其出料端端面直徑D應(yīng)該盡量取小些。
Ⅲ. 澆口套的材料應(yīng)選用優(yōu)質(zhì)鋼T10A，并應(yīng)進(jìn)行淬硬處理，為了防止注射機(jī)噴嘴不被碰撞而損壞，澆口套的硬度應(yīng)該低于注射機(jī)的硬度，錐孔內(nèi)壁粗糙度R0.63um，以增加內(nèi)壁的耐磨性，并減少注射中的阻力。
Ⅳ. 澆口套與注射機(jī)噴嘴噴頭的接觸球面必須吻合。
Ⅴ.定位環(huán)是模體與注射機(jī)的定位裝置，它保證澆口套與注射機(jī)的噴嘴對中定位。
Ⅵ. 澆口套斷面與定模相配合部分的平面高度一致。
Ⅶ. 在可能情況下澆口套長度L應(yīng)盡量的短，L越大其壓力損失越大，使物料降溫過大，影響注射成型。
主流道如圖4-1：
圖4-1 主流道
4.2.2主流道尺寸
1） 主流道長度
小型模具，本次設(shè)計(jì)中初取50mm進(jìn)行設(shè)計(jì)。
2） 主流道小端直徑
。
3） 主流道大端直徑
，式中。
4） 主流道球面半徑
5） 球面的配合高度
取。
4.2.3 主流道的凝料體積
4.2.4 主流道當(dāng)量半徑
4.2.5 主流道澆口套的形式
主流道襯套為標(biāo)準(zhǔn)件可選購。主流道小端入口處與注射機(jī)噴嘴反復(fù)接觸，易磨損，對材料要求較嚴(yán)格，因而盡管小型注射?？梢詫⒅髁鞯罎部谂c定位圈設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，但考慮上述因素通常仍然將其分開來設(shè)計(jì)，以便于拆卸更換。同時(shí)，也便于選用優(yōu)質(zhì)鋼材進(jìn)行單獨(dú)加工和熱處理。設(shè)計(jì)中常采用碳素工具鋼（T8A或T10A），熱處理淬火表面硬度為50～55HRC，澆口套與模板的配合為H7/m6的過渡配合。如圖4-2所示。
圖4-2澆口套
4.2分流道設(shè)計(jì)
4.2.1分流道的作用以及分流道設(shè)計(jì)原則
㈠分流道的作用
分流道是主流道的連接部分，其基本作用是在壓力損失最小的條件下，將來自主流道的熔融塑料，以較塊的速度送到澆口處充模。同時(shí)在保證充滿型腔的前提下，要求分流道中殘留的熔融塑料最少，以減少冷料的回收。因此，分流道的截面積不能太大，也不能太小。分流道截面積太小，弊病較多，會降低單位時(shí)間可輸送的熔融塑料量，使充模時(shí)間增長，塑料制品出現(xiàn)缺料、燒焦、產(chǎn)生波紋及凹陷等；分流道截面積過大，易在模具型腔內(nèi)積存氣體，造成塑料制品上的缺陷，增加冷料回收量，增長了塑料制品的冷卻時(shí)間，因此，增長了成型周期，降低了生產(chǎn)效率。
㈡分流道設(shè)計(jì)原則
1) 塑料流經(jīng)分流道時(shí)的壓力損失及溫度隨時(shí)要?。?
2) 分流道的固化時(shí)間應(yīng)稍后于制品的固化時(shí)間，以利于壓力的傳遞及保壓；
3) 保證塑料迅速而均勻地進(jìn)入各型腔；
4) 在滿足注射成型工藝的前提下，分流道的長度應(yīng)盡可能短，截面積應(yīng)盡量小，其容積要?。?
5) 要便于加工和刀具選擇且布置時(shí)應(yīng)留出冷卻水的空間。
6) 分流道和型腔的分布原則是排列緊湊，間距合理，應(yīng)采用軸對稱，使其平衡，盡量縮小成型區(qū)域的總面積等等。
4.3.2分流道的布置形式
根據(jù)上面的設(shè)計(jì)原則，考慮盡量減小在分流道內(nèi)的壓力損失和盡可能避免熔體溫度降低，同時(shí)還要考慮減小分流道的容積和壓力平衡，再結(jié)合塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用一模一腔雙澆口形式。
4.3.3分流道相應(yīng)參數(shù)的確定
1) 分流道的長度
由于流道設(shè)計(jì)簡單，根據(jù)型腔的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分流道較短，故設(shè)計(jì)時(shí)分流道設(shè)計(jì)應(yīng)適當(dāng)選小一些。分流道長度取。
2) 分流道的界面形狀及尺寸
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通道。它是澆注系統(tǒng)中熔融狀態(tài)的塑料由主流道流入型腔前，通過截面積的變化及流向變換以獲得平穩(wěn)流態(tài)的過渡段。因此分流道設(shè)計(jì)應(yīng)滿足良好的壓力傳遞和保持理想的充填狀態(tài)，并在流動過程中壓力損失盡可能小，能將塑料熔體均衡地分配到各個(gè)型腔。分流道截面形狀一般為圓形、梯形、U形、半圓形、矩形、六角形等。用流道截面積與其周長的比值來表示流道的效率。該塑件的體積不大，形狀不算復(fù)雜，且壁厚均勻，縮短分流道長度，有利于塑件的成型和外觀質(zhì)量的保證。本設(shè)計(jì)中從便于加工的方面考慮，采用界面形狀為半圓形的分流道。查有關(guān)手冊得，R=3.5mm。分流道如圖4-3所示。
圖4-3 分流道形狀
3) 凝料體積計(jì)算
分流道截面積
凝料體積
4) 分流道的表面粗糙度和脫模斜度
由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因面分流道的內(nèi)表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6μm左右既可，這樣表面稍不光滑，有助于塑料熔體的外層冷卻皮層固定，從而與中心部位的熔體之間產(chǎn)生一定的速度差，以保證熔體流動時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。實(shí)際加工時(shí)，用銑床銑出流道后，稍微省一下模，省掉加工紋理就行了。（省模：制造模具的一道很重要的工序，即用打磨機(jī)，沙紙，油石等打磨工具將模具型腔表面磨光，磨亮，降低型腔表面粗糙度。）另外，此處由于使用的是半圓形截面的分流道，不需要另外設(shè)置脫模斜度。
4.3.4校核剪切速率
（1） 確定注射時(shí)間： 注射時(shí)間，查表可取。
（2） 計(jì)算分流道體積流量：
分流道體積流量
（3） 剪切速率：
剪切速率
該分流道的剪切速率處于澆口主流道與分流道的最佳剪切速率之間，所以分流道內(nèi)熔體的剪切速率合格。
4.4 澆口的設(shè)計(jì)
澆口是分流道和型腔之間的連接部分，也是注塑模具澆注系統(tǒng)的最后部分，通過澆口直接使熔融的塑料進(jìn)入型腔內(nèi)。澆口的作用是使從流道來的熔融塑料以較快的速度進(jìn)入并充滿型腔，型腔充滿塑料后，澆口能迅速冷卻封閉，防止型腔內(nèi)還沒有冷卻的熱料回流。澆口的設(shè)計(jì)與塑料制品的形狀、塑料制品斷面尺寸、模具結(jié)構(gòu)、注射工藝參數(shù)（壓力等）及塑料性能等因素有關(guān)。澆口的截面要小，長度要短，這樣才能增大料流速度，快速冷卻封閉，便于使塑料制品分離，塑料制品的澆口痕跡亦不明顯。塑料制品質(zhì)量的缺陷，如缺料、縮孔、分解、白斑、翹曲等往往都是由于澆口設(shè)計(jì)不合理而造成的。
該塑件要求不允許有裂紋和變形缺陷，表面質(zhì)量要求較高，采用一模一腔注射，為便于調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和封閉時(shí)間，因此采用側(cè)澆口。開設(shè)在分型面上，從型腔的邊緣進(jìn)料。其澆口優(yōu)點(diǎn)是：便于機(jī)械加工，易保證加工精度，而且試模時(shí)澆口的尺寸容易休整，適于各種塑料品種，其最大的特點(diǎn)是可以分別調(diào)整充模時(shí)的剪切速率和澆口封閉時(shí)間。
4.4.1 澆口選擇以及尺寸確定
本文的是采用矩形側(cè)澆口，它可以大大縮短澆口的冷卻時(shí)間，從而縮短成型的周期，容易取出澆注系統(tǒng)的凝料而不影響塑件的外觀，側(cè)澆口橫截面積很小，熔料注入型腔前受到擠壓和剪切再次加熱，改善流動狀況，便于成型，提高制品的表面光潔度，減少澆口附近的殘余應(yīng)力，避免變形，開裂，流動紋的出現(xiàn)，查《新編塑料模具設(shè)計(jì)手冊》表3-44得，塑件壁厚為4mm（介于3.2～6.4mm之間），其澆口尺寸深度,寬度。這里由于塑件形狀較簡單，可選取較小值，以便在今后試模時(shí)發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)行修模處理，。
4.4.2 側(cè)澆口剪切速率的校核
? 計(jì)算澆口的當(dāng)量直徑
有面積相等可得,由此可得矩形澆口的當(dāng)量半徑，代入數(shù)據(jù)得：
? 校核澆口的剪切速率
i. 確定注射時(shí)間：
注射時(shí)間由以上可知，取。
ii. 計(jì)算澆口的體積流量：
澆口的體積流量。
iii. 計(jì)算澆口的剪切速率：
該矩形澆口的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率之間，所以澆口的剪切速率校核是合格的。
4.5 校核主流道的剪切速率
上面分別求出了塑件的體積、主流道體積、分流道體積（澆口的體積太小可以忽略不計(jì)）以及主流道的當(dāng)量半徑，這樣就可以校核主流道熔體的剪切速率。
? 計(jì)算主流道的體積流量
? 計(jì)算主流道的剪切速率
主流道內(nèi)熔體的剪切速率處于澆口與分流道的最佳剪切速率～之間，所以，主流道的剪切速率校核合格。
綜合以上所述，設(shè)計(jì)出的澆注系統(tǒng)如圖4-5所示：
圖4-5澆注系統(tǒng)示意圖
4.6 冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料穴是指當(dāng)注射機(jī)未注射塑料之前，噴嘴最前端的熔融塑料的溫度較低，形成冷料渣為了積存這部分的冷料渣，在進(jìn)口的末端的動模板上開設(shè)一洞穴。
冷料穴一般設(shè)置在主流道的末端，即主流道正對面的動模板上或處于分流道的末端。它的作用是用來儲存注射間歇期間，噴嘴前端由于散熱造成溫度降低而產(chǎn)生的冷料。在注射時(shí)，如果它們進(jìn)入流道，將堵塞流道并減緩料流速度；進(jìn)入型腔，將在塑件上出現(xiàn)冷疤或冷斑，影響塑件質(zhì)量。
本設(shè)計(jì)設(shè)有主流道冷料穴和分流道冷料穴。由于，該塑件表面不要求沒有印痕，故可采用頂桿推出塑件，因此采用冷料穴底部帶Z形頭拉料桿的冷料穴。開模時(shí)，利用凝料和Z形頭拉料桿的作用力使凝料從主流道襯套中脫出。
4.7冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
4.7.1冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)的原則
1）實(shí)驗(yàn)表明冷卻水孔的數(shù)量愈多，對制品的冷卻越均勻。
2） 水孔與型腔表面各處最好有相同的距離，即孔的排列與型腔形狀相吻合，水孔邊距型腔的距離常用12-15mm.
3）對熱量聚集大、溫度上升高的部位應(yīng)加強(qiáng)冷卻。同一制品的不同部位的冷卻應(yīng)與制品的厚度成比例。
4）進(jìn)水管直徑的選擇應(yīng)使水流速度不超過冷卻水道的水流速度，避免產(chǎn)生過大的壓力降。冷卻水道直徑一般不小于9mm，常用9~12mm。
5）凹摸、凸?；虺尚托托緫?yīng)分別冷卻，并保證其冷卻平衡。當(dāng)成型大型制品或薄壁制品時(shí)，料流程較長，而料溫愈流愈低，為在制品上取得大致相同的冷卻速度，在料流末端冷卻水道可排列稀一些。
6）冷卻水道不應(yīng)穿過設(shè)有鑲塊或其接縫部位，水道連接必須密封以免漏水。
7）復(fù)式冷卻循環(huán)應(yīng)并聯(lián)而不應(yīng)串聯(lián)。
8）進(jìn)、出口冷卻水溫不應(yīng)過大，以免造成模具表面冷卻不均。
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200C左右,而塑件固化后從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60℃以下。熱塑性塑料在注射成型后,必須對模具進(jìn)行有效的冷卻,使熔融塑料的熱量盡快傳給模具,以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模,提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
冷卻介質(zhì)采用冷卻水,這是因?yàn)樗臒崛萘看?傳熱系數(shù)大,成本低,且低于室溫的水也容易取得.用水冷卻即在模具型腔周圍或型腔內(nèi)開設(shè)冷卻水通道,利用循環(huán)水將熱量帶走,維持恒溫。
4.7.2冷卻通道的理論計(jì)算
模具的熱量是由輻射傳熱、對流散熱、向模板的傳熱和與注射噴嘴的傳熱等很多因素綜合作用的結(jié)果。要精確計(jì)算是十分困難的。現(xiàn)僅考慮冷卻介質(zhì)在管內(nèi)強(qiáng)制對流的散熱，而忽略其它傳熱因素。假設(shè)由熔融塑料放出的熱量全部付給模具，其熱量為
(J/h)
式中 ——每小時(shí)注射次數(shù)（次/小時(shí)）；
——每次注射的塑料質(zhì)量（千克/次）；
——塑料的比熱容（J/kg℃）,查表得ABS的比熱容是1047（J/kg℃）；
——熔融塑料進(jìn)入模腔的溫度（℃）；
——制品脫模溫度（℃）。
每小時(shí)注射次數(shù)與注射周期有關(guān)，而注射周期（每兩次閉模的時(shí)間間隔）包括：
式中 ——充模時(shí)間，查表得=2s;
——升壓及保壓時(shí)間，=,當(dāng)壁厚s=4mm時(shí)，代入可得=10.8s;
——冷卻時(shí)間，對于ABS塑料，查表5-51得壁厚為2.5mm時(shí)=13.7s；
——其余時(shí)間，包括脫模取件及開閉模時(shí)間。這一段時(shí)間基本上與模內(nèi)塑件的冷卻無甚關(guān)系。因而時(shí)間不能固定，與人為因素有關(guān)系，所以計(jì)算冷卻系統(tǒng)時(shí)，可不考慮。
代入上述數(shù)據(jù)可計(jì)算得：
所以可得每小時(shí)注射次數(shù)為：=，查可得其余各項(xiàng)值如下：
=97.1千克/每次，=220℃ ，=70℃。
所以可得：
2058690（J/h）
4.7.3冷卻水量和管徑的計(jì)算
冷卻時(shí)所需要的冷卻水量：
式中 ——通過模具的冷卻水質(zhì)量（）
——出水溫度（℃），這時(shí)定為40℃；
——進(jìn)水溫度（℃），這里定為室溫20℃；
——導(dǎo)熱系數(shù)（J/℃），查得ABS的導(dǎo)熱系數(shù)為1055 J/℃。
代入各數(shù)據(jù)可得：
=（）
根據(jù)冷卻水處于湍流狀態(tài)下的流速與水管道直徑的關(guān)系，確定模具模具冷卻水管道直徑。
因?yàn)?
故有
式中 ——通過模具的冷卻水質(zhì)量（）；
——管道內(nèi)冷卻水的流速，一般取0.8～2.5m/s,這里取1.5m/s；
——水的密度，10。
所以可得：
=，這時(shí)取=10。
4.8 排氣系統(tǒng)
在高速成型過程中，高溫的塑料熔體，將這些氣體驅(qū)趕并且壓縮至死角，行成多個(gè)高溫高壓的氣室。這些高壓的氣室的反壓作用，阻止熔料的正常快速沖模，而高溫也可能引起塑件局部的碳化，灼燒。同時(shí)這些高溫高壓的氣室也可以能夠滲入塑料熔體內(nèi)部，造成填充不足，產(chǎn)生氣孔，空洞，組織疏松等影響塑件強(qiáng)度的缺陷。因此，在注射過程中，及時(shí)將這些氣體有序地排除模外是十分有必要的。因此設(shè)計(jì)型腔時(shí)必須充分地考慮排氣問題。
但是由于此模具屬于中小型模具，且模具結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，可利用模具分型面和模具零件間的配合間隙自然的排氣，間隙通常為0.02～0.03mm，不必設(shè)排氣槽。
第五章 注塑成型過程模擬分析
5.1 MPI介紹
MPI（moldflow plastics insight）是原moldflow動態(tài)系列的升級產(chǎn)品，是一個(gè)更為深入的制件和模具設(shè)計(jì)分析的軟件集成，它提供了強(qiáng)大的分析功能，可視化功能和項(xiàng)目管理工具。它是由美國Moldflow公司開發(fā)，自從1976年發(fā)行世界上第一套流動分析軟件以來，一直主導(dǎo)塑料CAE分析軟件。
MPI采用目前先進(jìn)的有限元分析技術(shù)，可以對塑件制品和模具進(jìn)行深入的分析，它可以在計(jì)算機(jī)上對整個(gè)注塑過程進(jìn)行模擬，包括填充，保壓，冷卻，翹曲，纖維取向，結(jié)構(gòu)應(yīng)力和收縮以及氣體輔助成型分析等，使模具設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)階段就能找到未來產(chǎn)品可能出現(xiàn)的缺陷，并且提供一整套解決方案來優(yōu)化模具設(shè)計(jì)。同時(shí)也能使得注塑工藝工程師預(yù)測注塑參數(shù)以及減小試模次數(shù)，提高產(chǎn)品一次試模的成功率，降低生產(chǎn)成本，提高效益，本文中用Moldflow6.1進(jìn)行注塑成型過程模擬分析。
5.2模流分析
根據(jù)上面所述設(shè)計(jì)的澆注系統(tǒng)方案運(yùn)用Moldflow6.1進(jìn)行模擬分析，達(dá)到優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
5.2