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由電火花加工引起的塑料模具鋼表面完整性的一項對比研究
BULENT EKMEKCI, OKTAY ELKOCA, 和 ABDULKADIR ERDEN
極端的電火花加工（EDM）過程導(dǎo)致了加工表面上一種獨特結(jié)構(gòu)的變化。在研究的過程中，我們對電極材料和液體介質(zhì)類型對塑料模具鋼樣品表面完整性的影響均進行了實驗研究。結(jié)果表明，無論工具電極和絕緣液體如何變化，白層上總可以形成機加工表面。這一層是由分布在保留的滲碳體和馬氏體基體層上形成的樹突結(jié)構(gòu)奧氏體，由于熔融金屬的快速凝固，在碳介質(zhì)液體中使用。高強度裂紋的長度增加引起低脈沖的電流脈沖。此時已發(fā)現(xiàn)電火花加工表面產(chǎn)生裂紋，閉合環(huán)路凹陷與徑向裂紋交叉直立仍然繼續(xù)，另一個放電反應(yīng)在附近發(fā)生。白層樣品中加工去離子水混合溶液液體介質(zhì)，保留的殘余奧氏體相的數(shù)量有所減少，裂紋強度有所變化。小球體附屬物的數(shù)量在增加，表面碳工具電極材料或介電質(zhì)液體被用于加工中。
1 引言
電火花加工（EDM）提供一個有效地制造工藝，使生產(chǎn)的硬質(zhì)材料構(gòu)件具有復(fù)雜的幾何形態(tài)，它很難用于常規(guī)加工航空航天、汽車、工具、模具等行業(yè)。
電火花加工可以描述為利用浸在工作液中的兩極間脈沖放電時產(chǎn)生的電蝕作用，蝕除導(dǎo)電材料的特種加工方法。因此，電能的形式以持續(xù)時間短脈沖指向電極。進行電火花加工時，工具電極和工件分別接脈沖電源的兩極，并浸入工作液中，或?qū)⒐ぷ饕撼淙敕烹婇g隙。當(dāng)兩極間的間隙達到一定距離時，兩電極上施加的脈沖電壓將工作液擊穿，產(chǎn)生火花放電。眾所周知，在電極表面的腐蝕主要是由熱效應(yīng)的放電引起的，通過火花電極感應(yīng)，發(fā)電機制造出強烈的電場。在這一領(lǐng)域，最強的電極發(fā)揮作用。在這兩個電極之間，液體介質(zhì)中的分子和離子極化。當(dāng)介電強度液的差距超過自然條件限制，則是一種低阻放電通道形成由于電子放射引起的陰極陽極的變化。這種碰撞過程以熱的形式轉(zhuǎn)化動能。熱產(chǎn)生的放電通道預(yù)計高達1017w/平方米左右。因此，甚至可以提高局部電極溫度到20000k。因此，被電離的電極材料發(fā)生溶解、汽化。不被人了解的是在相似的高溫下可以得到如此小的尺寸。等離子體放電通道擴張導(dǎo)致壓力增加，邊界電流密度差距降低。大多情況下，壓力升高可以防止兩電極表面過熱。當(dāng)脈沖電壓消失時，急劇下降的壓力會引發(fā)劇烈侵蝕過程。過熱的電解質(zhì)液體會使熔巖洞劇烈爆炸。最后，在表面冷卻的瞬間，在液體介質(zhì)中，形狀不規(guī)則的熔融材料或中空球形顆粒汽化。其最終結(jié)果就是在正負電極上都形成小坑，那里其余部分的熔融材料飛濺。應(yīng)用連續(xù)高頻率驅(qū)動一個電極，逐漸侵蝕形成互補的工具電極形成電火花放電。
明確表征電火花加工表面形貌和質(zhì)量的功能是必不可少的。圖（2）（3）試圖定義一個單一的放電隕石坑的形狀和放點條件之間的關(guān)系。它發(fā)現(xiàn)，間隙距離引起放電隕石坑大小的多樣性。勞埃德和沃倫表明，陽極隕石坑晶體取向是一個獨立的圓形凹陷的形式和凸起的環(huán)狀在液體分散時間金屬動蕩造成的。此外，他們還發(fā)現(xiàn)，這個隕石坑的直徑在一定的條件下是一個常數(shù)。另一方面，
在陰極的隕石坑上并沒有發(fā)現(xiàn)真正的循環(huán)，但可以發(fā)現(xiàn)它們晶面的對稱性。格林和阿爾瓦雷斯在不同的電極材料作用下、采用了輪廓成像技術(shù)準確的測量了隕石坑電極的體積。他們的發(fā)現(xiàn)說明了徑向流線附近的邊緣上的隕石坑受高壓的影響。拉達克里西南發(fā)現(xiàn)，利用定位技術(shù)，不同的材料形成的隕石坑，除了其規(guī)模和深度的不同，外觀則幾乎相同。他們報告說，這是由于隕石坑口熔融材料的沉積。Wong等人用微細電火花加工，其中有一個單一的火花發(fā)生器工作，發(fā)現(xiàn)在較低的能量下，隕石坑的形狀更均勻。更好的界定以較低的能量（<50?PJ）與不規(guī)則的直徑的統(tǒng)一使其達到更高的水平。
由于連續(xù)放電現(xiàn)象，隕石坑隨機疊加。在各種不同的操作類型和實驗條件下，各種不同的實驗結(jié)果和經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷谋砻婀鉂嵍染话l(fā)表。（7-25）中已觀察到許多過程變量表面光潔度的影響，如峰值電流、電流脈沖的持續(xù)時間、電壓間隙、電極極性、雜物濃度、工具電極、工件、介質(zhì)液體的熱性能。一般來說，電源功能趨勢曲線表明了脈沖能量的增加引起表面粗糙度的增加。大的粗糙度值可以說明大隕石坑具有高能量。經(jīng)過較大的努力，我們使用了超精密加工，已經(jīng)改善了電火花加工的精度和表面粗糙度。材料的去除是在靜電作用力作用下發(fā)生在發(fā)生在金屬表面，短脈沖持續(xù)時間較短。在這種情況下，可能得到小于0.2的表面粗糙度值（RA），還可以得到1鏡面表面。（26、27、28）
在電鏡下，對各種加工面（2、5、10、11、14、22、23、29、30）的研究表明，表面觀察到的可溶性物質(zhì)是滯留氣體逃逸后形成的殘骸。很明顯，流量停止的瞬間表面是冷凍的。然而，根據(jù)凹痕一周的形狀，告訴了我們其突然破裂的同時，壓力也大幅度降低。
另一個特點是電火花加工表面上出現(xiàn)大量的裂紋。工件開裂的出現(xiàn)和熱能的大小決定了加工表面。由于熱應(yīng)力導(dǎo)致電火花加工的表面形成裂紋。他們通常是先在材料的表面形成閉合回路，在冷卻的過程中，受應(yīng)力的影響，殘余內(nèi)應(yīng)力導(dǎo)致融化的材料比未受母材影響的材料更容易產(chǎn)生裂縫。（22、29、32）
早期的對純鐵和鐵合金在放電加工表面的研究表明，對白層的影響遠比對基材的影響大。在合金電極材料白層的表面上發(fā)現(xiàn)了無規(guī)律的飛濺物。（2、4、33、35），從這些可以觀察電極材料如何影響工件表現(xiàn)的質(zhì)量。因此，研究表明，該合金應(yīng)減少一個合適的合金元素來降低殘余應(yīng)力，從而提高表面質(zhì)量。（2、4、35）經(jīng)過淬火可以獲得更高的硬度值。這一層是在機加工的條件下，以水為介質(zhì)觀察的。（2、4、33、34）
勞埃德和沃倫發(fā)現(xiàn)，當(dāng)在石蠟介質(zhì)條件下用石墨電極加工時得到一種枝晶奧氏體和滲碳奧氏體共融的表面結(jié)構(gòu)；當(dāng)在正常條件下用銅電極加工時得到一種滲碳奧氏體表面結(jié)構(gòu)。?歐普 [33]報道在共晶再鑄層上加工熱鍛造鋼。?馬斯瑞林和馬爾基奧尼[36]報道了在碳化物基體上的奧氏體的結(jié)構(gòu)相似，但其指出，不同的電極下白層形態(tài)有所改變;并且碳化物和奧氏體相的比例各不相同。然而，思茅等[24]曾報道在電火花加工時，當(dāng)采用粉末冶金（PM）的生坯和燒結(jié)的碳化鈦 、碳化鎢、鈷時，白層的硬度增加。他們用輝光放電發(fā)射光譜對改性火花紋輥面的變化進行分析，并觀察發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈦和鎢一起包含在電極電介質(zhì)中時，觀察到粉末冶金電極中含有的鈦和鎢和電火花液分解出的碳一起轉(zhuǎn)移到其表面。同樣，蔡等人[37]報道了加工表面上以復(fù)合電極為基礎(chǔ)的銅和鉻的遷移。?雷貝洛等[14]報道了其表面的碳強度增加了9倍，大于探針分析的散裝物料的強度。加內(nèi)姆等[23]也發(fā)現(xiàn)碳和氫富集在外層。一些研究人員把表層和亞表層含碳量的增加歸因為電解質(zhì)的熱解,而另一些研究人員認為是由于快速從石墨電極吸收了碳而非電解質(zhì)熱解出的碳.湯姆森總結(jié)出，碳是從介質(zhì)中吸收的，而不是從電極中吸收的[29]。近表面硬化現(xiàn)象在奧氏體結(jié)構(gòu)中比在鐵素體結(jié)構(gòu)中更為嚴重，由于在此結(jié)構(gòu)中碳溶解度更低[23]。雷貝洛眾議長等人[14]表明，F(xiàn)e3C在滲碳馬氏體鋼的表面上形成，而Cabanillas等已發(fā)現(xiàn)形成碳化物的兩種不同的方式：第一種是E-碳化物，由奧氏體，馬氏體低于0.5焦耳的能量電火花加工形成[39];第二種是滲碳體，由奧氏體，F(xiàn)e7C3，或Fe5C2純鐵中的烴類介質(zhì)的更高的電火花加工形成。
利姆等人可視化的管理是通過使用非傳統(tǒng)的金相試劑使鑄層顯示各種微觀結(jié)構(gòu)。因此，他們根據(jù)各種意見，根據(jù)重鍍層厚度可分為三類。第一類被認為是20微米至50微米左右，有結(jié)構(gòu)類似的微觀層次重疊；第二類被發(fā)現(xiàn)介于10微米和20微米之間，主要是柱狀性質(zhì)的樹突結(jié)構(gòu)。最后一類被發(fā)現(xiàn)其厚度小于10微米，是最耐腐蝕的。因此，它不能被準確的描述是毋庸置疑的。
在大多數(shù)情況下，在鑄層可以發(fā)現(xiàn)受碳限定的熱影響層。（2、4、33、36、41、42）這層通常是鋼化的微觀結(jié)構(gòu)?？梢园l(fā)現(xiàn)這一層的硬度值小于潛在的硬化材料。在大量的研究中可以觀察到一個中間隔層重鑄的鋼化層。（2、4、33、36）通過工具電極發(fā)現(xiàn)這層是存在碳梯度的材料。在嚴峻的加工條件下，這層包括部分熔融層和另外一個區(qū)域，且發(fā)生了固態(tài)擴散。厚度的增加導(dǎo)致熱影響層電荷能量的增加。這層包含了一個高密度二相粒子，比其母材具有更大的尺寸和更全面的碳化物粒子。（11）這層的硬度也略高于鑄層。（40）已經(jīng)報道過塑料變形區(qū)的材料由于是單相材料，且其在電火花加工時不發(fā)生復(fù)雜階段的變化，因此這層會引起潛在的金屬變厚幾十到幾百微米，發(fā)生塑性變形。在機加工條件嚴峻時，脆性材料會出現(xiàn)裂縫，大部分超出此地帶的材料將不會被加工。（4、11、33）
科技進步已經(jīng)促進高強度、高硬度的材料在制造業(yè)中的逐步使用。由于電火花加工有處理復(fù)雜的機械加工硬質(zhì)材料的能力，因此，本工藝加工方法逐步被使用。研究斷裂、疲勞失效、快速加熱和冷卻、表面缺陷對材料強度的影響。這些特性最終決定了機加工件的操作特性。在這項研究中，我們對電極材料和介質(zhì)液體類型對塑料模具鋼表面完整性的影響進行了實驗研究。
2 實驗過程
塑料模具鋼材（DIN1.2738）樣品在電火花加工時應(yīng)去除應(yīng)力，確保良好的條件。先將其加熱到600°C緩慢冷卻一小時。其中一個表面用FURKAN*電火花加工。（FURKAN是土耳其的技術(shù)公司，伊斯坦布爾）。工作面積是10×50毫米。發(fā)電機產(chǎn)生的平均電流在其脈沖為1、2、4、8、16和長度為6、12、25、50、100、200、400、800、1600等。以商業(yè)煤油和去離子水作為電介質(zhì)液體。鋼和石墨被選為工具電極。材料的化學(xué)成分如樣品材料表中所示。
表1，組成塑料模具鋼材（質(zhì)量百分數(shù)）
JEOL*進行了地形考試。
JEOL*日本電子光學(xué)有限公司、東京。
JSM-5600掃描電子顯微鏡（SEM）。樣品用傳統(tǒng)金相技術(shù)提取，可以觀察到熱影響層通常在一個奧林匹斯金相微觀的范圍。此部分加入一種試劑，以便于觀察熱影響區(qū)。顯微硬度測量深度文件由FUTURE-TECH*FM-700公司制作。
奧林匹斯是一個商標(biāo)*日本奧林匹斯有限公司、東京。
FUTURE-TECH是一個商標(biāo)*日本FUTURE-TECH有限公司、東京。
用維氏硬度indenter 10,或負載的時間縮進15秒。通過帕特?x射線衍射，利用島津萬能試驗機* XRD – 6000，得出以下數(shù)據(jù)。
*島津萬能試驗機是一個商標(biāo)，日本島津萬能試驗機有限公司《京都議定書》
3 結(jié)果
A、表面形貌
眾所周知，通過控制電源的設(shè)置功能，使釋放出的能量導(dǎo)致表面粗糙度的變化。峰值電流越高，脈沖持續(xù)時間越長，則表面的粗糙度越大。相反，峰值電流越低，脈沖持續(xù)時間越短，則表面粗糙度越小。因為電極材料的能量和脈沖能量成正比。掃描電子顯微照片（圖1和2）表明，觀察電火花加工表面，重疊隕石坑，碎片球體，由逃逸的再沉積材料的煙囪狀滯留氣體形成可溶性物質(zhì)。
介質(zhì)液體和工具電極表面形貌的影響在文獻中沒有明確規(guī)定。已報道過他只引起表面粗糙度產(chǎn)生微小的變化。類似的操作條件下產(chǎn)生的表面，通過使用不同的液體介質(zhì)和電極材料的組合（圖1和2），顯示了圖形各種不同的特點。改變球狀或不規(guī)則形狀的附屬物的表面特征，被納入隕石坑外緣。銅作為工具電極，去離子水作為液體介質(zhì)（圖1（a））使用時，沒有或很少有附屬物可被觀察到。因此可以改變工具電極材料，或增加石墨等附屬物的數(shù)量（圖1（b））。已發(fā)現(xiàn)表面密集時，使用煤油作為電介質(zhì)液體。然而，在圖2（a）（b）的情況下，在表面地形不斷變化時，工具電極材料的變化并非必不可少。這些結(jié)果準確表明碳來自電介質(zhì)液體或工具電極。
脈沖持續(xù)時間增長，可以極大地提高表面損傷的數(shù)量。尤其是在高脈沖寬度和低電流設(shè)置且使用煤油作為電介質(zhì)液體時，最有可能產(chǎn)生裂紋。在這種情況下，一個明確的裂紋網(wǎng)絡(luò)在800?ps和平均電流為8 A增加兩倍的脈沖電流可以清晰顯示（圖3（a））。這樣一個網(wǎng)絡(luò)里，脈沖持續(xù)的時間變短（圖3（b））。
用水做電解液時，高脈沖寬度時加工狀態(tài)不穩(wěn)定，當(dāng)采用正常脈沖電流16A，脈沖寬度低于400ps時，加工穩(wěn)定，當(dāng)采用8A脈沖電流時，脈沖寬度要低于200ps，加工狀態(tài)才穩(wěn)定。在不穩(wěn)定的加工條件下，可視化的深腔（圖4（a）項）以煤油作為液體介質(zhì)（圖3（a）），此時在加工過程中產(chǎn)生電弧。在相似加工條件下?lián)Q做銅電極加工時，會出現(xiàn)一個從穩(wěn)定到不穩(wěn)定加工的過渡型面，在此區(qū)域由不穩(wěn)定放電而產(chǎn)生的深坑會被穩(wěn)定加工時產(chǎn)生的熔融材料部分填平（圖4（b））。
（左）圖1。1-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 p；介質(zhì)液體:去離子水；電極(a)和(b)：銅、石墨。
（右）圖2。2-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。Iav = 16、tp = 25 ps；介質(zhì)液體：煤油；、電極(a)和(b)：銅、石墨。
（左）圖3。3-SEM電火花加工塑料模具鋼材表面。電極:石墨； 800 ps；介質(zhì)液體：煤油；1，Iav = 8 ,；2，Iav = 16。
（右）圖4。4-SEM電火花加工塑料模具鋼材。Iav = 8 時，電極:(a)石墨、(b)銅；tp = 800 ps；液體介質(zhì)：水。
（左）圖5。5-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體：煤油；tp = 400、Iav = 16； 電極（a）和(b)：石墨、銅。電極:銅;當(dāng)Iav = 8 時,電極:石墨;當(dāng)Iav = 8 a,電極:銅。
（右）圖6。6-Cross電火花加工部分塑料模具鋼樣品。介質(zhì)液體:去離子水；tp = 400 ps、（a）Iav = 16 ；電極:石墨。(b)Iav = 16,電極:銅。(c)Iav = 8 ,電極:石墨。(d)Iav = 8 a,電極:銅。
B、熱影響層
在電火花加工的表面產(chǎn)生熱影響層。在所有情況下，研究發(fā)現(xiàn)脈沖持續(xù)時間最長，白層厚度最高。重疊的隕石坑基地和輪輞在輪輞層較厚的地方形成白色層（圖5）。分析加工過程中的介質(zhì)液體和工具電極，從中發(fā)現(xiàn)，白層堆積在隕石坑外緣。當(dāng)使用石墨作為工具電極和煤油作為電介質(zhì)液體時，形成白色層是顯而易見的。銅作為工具電極使用時，推斷出在此形成的白層數(shù)量略有下降。當(dāng)水被用來作為電介質(zhì)液體時，白色層的減少是顯而易見的（圖6）。尤其是當(dāng)使用銅作為工具電極時，白層的數(shù)量最少。但由于高的熱度梯度對熱影響區(qū)有所影響，在大多數(shù)情況下，一個黑暗的熱影響中間層是可見的。我們發(fā)現(xiàn)這層比白層薄得多。
C、硬度深度百分比
我們至少10次測量各個熱影響層。閱讀資料10-G，塑料模具鋼樣品的壓痕時間15秒，在一定的負載下，觀察顯微硬度讀數(shù)的變化（見表二）。在白色層的硬度值比其母材的硬度值更高。位于白層下的熱影響區(qū)域硬度急劇降低（由外至里）直至降低到未受影響的材料硬度值。我們發(fā)現(xiàn)一個有趣的結(jié)果：工具電極和電介質(zhì)液體，會略微受到影響層內(nèi)的硬度變化的影響。
D. x射線衍射模式
塑料模具鋼樣品的X射線衍射圖樣顯示基本上是兩個不同的趨勢（圖7）。當(dāng)樣品以煤油為介質(zhì)加工時，無論工具電極材料有什么變化，均會形成Fe3C。?Fe3C不能在加工表面用去離子水檢測。因此，可以得出結(jié)論，在表面層中的含碳量的增加可以歸因于液體介質(zhì)的裂解產(chǎn)物，而不是工具電極。以去離子水作為液體介質(zhì)時，殘余奧氏體也對所有樣品的檢測量有一定的影響。
圖7。在衍射模式下電火花加工塑膠模鋼樣品。（a）Iav = 16、tp = 800 。(b)以銅為電極，以煤油為液體介質(zhì)。(c)以石墨為電極，以煤油為液體介質(zhì)。(d)以銅為電極，以去離子水為液體介質(zhì)。 (e)以石墨為電極，以去離子水為液體介質(zhì)。
附表二 顯微鏡下測量硬度的結(jié)果
4 討論結(jié)果
在機加工條件下，我們發(fā)現(xiàn)，最外層就是我們熟知的白層。白層表面的厚度是不均勻的。這是由于連續(xù)重疊層電火花作用的結(jié)果。因此，預(yù)計類似的微結(jié)構(gòu)組成的多層結(jié)構(gòu)應(yīng)在白層上出現(xiàn)。?利姆等人[40]在可視化的粗加工條件下，通過有效地試劑，發(fā)現(xiàn)了層狀結(jié)構(gòu)。白層厚度從幾微米開始變化。由于熔化的金屬被驅(qū)逐到現(xiàn)有的白層，隨后凝固，因此白層就在這部分形成。減小脈沖寬度和電流也可以減少白層的厚度，但在較厚的部分可以看見多層結(jié)構(gòu)。對較薄的單層結(jié)構(gòu)進行觀察，該部分主要是柱狀或樹突狀組織。這可能是單層類型，保留了熔融金屬的凝固組織（圖8（a））。熔融金屬顆粒形成球形附屬物，被驅(qū)逐在電火花加工的工件的表面固化。這種附屬物一般可分為兩組。第一組的球形物只會粘結(jié)在白層上。他們呈小球形，與基體在一個或兩個接觸點結(jié)合?；瘜W(xué)蝕刻可以輕松的去除這組球形物。仔細觀查發(fā)現(xiàn)，在有些情況下，沒有明確的證據(jù)可以檢測這些小球準確的脫落位置[40]。第二組的球形物牢牢地融合再鑄層，并且具有較大的接觸面積圖8（b）。在多層基板加工過程中，工具電極材料和絕緣液體周圍，可以看到一個個球形附屬物。雖然沒有確鑿的證據(jù)表明石墨電極的白色層和熱影響層中有大量德爾碳富集，但球形附屬物數(shù)量的增加是顯而易見的（圖1（b））。顯微圖像表明與電解質(zhì)和電極都有反應(yīng)，如果沒有電解質(zhì)或者電極生成碳，工件表面的氣化過程會得到抑制。這表明碳在工具電極、電介質(zhì)液體沸騰的過程中被同化。
塑料模具鋼樣品的X射線衍射圖樣顯示，在使用煤油作為電介質(zhì)液體時在加工表面上形成Fe3C。因此，白層由滲碳體和馬氏體組成，分布在保留的奧氏體基體中。使用去離子水為液體介質(zhì)時，保留的殘余奧氏體相的數(shù)量減少、強度降低。改變電極材料結(jié)果仍然不會改變。據(jù)推測，僅相的數(shù)量可能會有所不同。在放電過程中破獲的烴類介質(zhì)的裂解產(chǎn)物形成滲碳體。顯微硬度測試表明，白層硬度在不同情況下是不同的，因為它由不同的微型元件組成。
在所有情況下，電火花加工塑料模具鋼，熱影響層產(chǎn)生導(dǎo)致白層的變化。我們發(fā)現(xiàn)，在最外層區(qū)域白層硬度值較高，然后逐步減少在內(nèi)部部分母材硬度。
大多數(shù)研究人員報道說,在較高的脈沖寬度下，裂縫逐漸增多，能量逐漸增加 [11,32]。根據(jù)他們的說法,在機加工時應(yīng)按比例增加脈沖能量，則更容易裂紋。然而,李和泰[22]聲明,在最小電流脈沖下，這個裂縫密度最大，持續(xù)時間最長。這些結(jié)果證實這一結(jié)論。在同一脈沖下，裂縫在高能級密度下持續(xù)時間最長。如果降低脈沖能量,在閉合環(huán)路裂縫處出現(xiàn)凹陷(圖3(a))。裂縫形成的隕石坑繼續(xù)蔓延時,在附近繼續(xù)產(chǎn)生電火花放電。可以指出，在垂直角度的交點處，常常形成裂紋(圖9)。通過區(qū)分附屬物和球狀體也可以區(qū)分樣品。有時在加工表面發(fā)現(xiàn)的小隕石坑大概是由于泡沫崩潰形成的。在這種情況下，可以清晰地看見馬氏體的痕跡(如圖9(b)。在相同的能量下，當(dāng)脈沖持續(xù)時間減少時，裂縫的數(shù)量也相應(yīng)減少。尤其是在隕石坑外緣，產(chǎn)生一個更高的熱徑向應(yīng)力，徑向裂縫產(chǎn)生(如圖10)。改變工具電極不能改變表面裂紋的結(jié)構(gòu)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)金屬材料達到熱影響層時，裂縫穿透白層繼續(xù)蔓延。
當(dāng)石墨被用作工具電極和去離子水被用作電介質(zhì)液體時，在高脈沖條件下，一場激烈的、非同尋常的的開裂在熱影響層產(chǎn)生(圖11)。這種不穩(wěn)定的運行情況常見于工業(yè)應(yīng)用中。在這種情況下，與其他情況相比，其隕石坑更深，且其形狀更不規(guī)則(圖4(a))。裂縫是隨機分布的,通常是在隕石坑口基體上,并擴展到其母材上。當(dāng)用去離子水做電火花液時產(chǎn)生的這些缺陷與電解液被石墨電極加工時產(chǎn)生的廢物污染有關(guān)，污染的增加降低了電火花液的性能并導(dǎo)致加工過程中產(chǎn)生電弧。
(左)圖9-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。 (a)放大200倍,(b)放大550倍。介質(zhì):煤油,tp = 1600 ps;Iav = 8。
(右)圖10-劇烈電火花加工塑料模具鋼材。(a)放大200倍,(b)放大550倍。工具電極:銅；介電材料:煤油,tp = 400 ps;Iav = 8。
圖11-邊界裂解塑料模具鋼材。工具電極:石墨；介電材料:去離子水；tp = 1600 ps;Iav = 8。
5 結(jié)論
通過以上實驗可以得出以下結(jié)論。
1、電火花加工時，無論選用任何一種電介質(zhì)液體和工具電極材料，在加工表面上均可形成白層。
2、在烴類電火花液中加工的樣品白層中含有比母材多的碳，是由于放電過程中電火花液熱解的產(chǎn)物所致.因此白層含有滲碳體和馬氏體分布在殘留奧氏體中，由于熔融金屬的快速固化而形成枝晶狀結(jié)構(gòu).
3、加工樣品的白層若以去離子水為液體介質(zhì)時，殘余奧氏體相的數(shù)量會更少，裂紋強度會更低。在這種情況下，白層硬度與母材硬度的增加是馬氏體作用的結(jié)果。
4。雖然目前還沒有確鑿的證據(jù)證明白層的碳富集，從石墨電極的研究來看，在機加工表面球形附屬物的數(shù)量增加了。這表明，不僅是工具電極的碳同化，而且電介質(zhì)液體沸騰的過程也導(dǎo)致碳同化。
5。當(dāng)另一個放電反應(yīng)發(fā)生在附近時，電火花加工表面上的裂縫按照閉環(huán)方式穿越徑向裂紋繼續(xù)傳播。在高脈沖寬度和低脈沖電流時，開裂強度增加。
嗚謝
這項研究受中東技術(shù)大學(xué)研究基金的支持。作者對材料研究實驗室、埃雷利鋼鐵廠有限公司的設(shè)備支持表示感謝。作者同時感謝來自科尼亞，塞爾庫克大學(xué)（肯尼亞，土耳其）機電工程系的Halkaci先生在樣品制備過程中的幫助。
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附件：(外文資料原文)
16
湖南省湖南大學(xué)衡陽分校
2003級畢業(yè)設(shè)計
系別：機械工程系
專業(yè)：模具設(shè)計與制造
學(xué)號：2003103225
設(shè)計：鄒來平
指導(dǎo)：張蓉
目 錄
前言………………………………… 1
緒論………………………………… 4
一 零件的工藝分析……………………… 10
二 模具設(shè)計計算過程…………………… 25
三 模具零件的加工及制造要求………… 31
四 參考文獻……………………………… 32
五 心得體會……………………………… 34
前 言
畢業(yè)設(shè)計是在修完所有大學(xué)課程之后的最后一個環(huán)節(jié)。本次設(shè)計的課題是連接套筒的雙型腔注射模設(shè)計，它是對以前所學(xué)課程的一個總結(jié)。
在現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的進程中，模具的地位及其重要性日益被人們所認識。模具工業(yè)作為進入富裕社會的原動力之一，正推動著整個工業(yè)技術(shù)向前邁進！模具就是“高效益”，模具就是“現(xiàn)代化”之深刻含意，也正在為人們所理解和掌握。當(dāng)塑料品種入其成型加工設(shè)備被確定之后，塑料制品質(zhì)量的優(yōu)劣及生產(chǎn)效率的高低，模具因素約占80％。由此可知，推動模具技術(shù)的進步應(yīng)刻不容緩！塑料模具設(shè)計技術(shù)與制造水平，常標(biāo)志一個國家工業(yè)化發(fā)展的程度。由此可知，塑料模具設(shè)計，對于產(chǎn)品質(zhì)量與產(chǎn)量的重要性是不言而喻的。
對于一個模具專業(yè)的畢業(yè)生來說，對塑料模的設(shè)計已經(jīng)有了一個大概的了解。此次畢業(yè)設(shè)計，培養(yǎng)了我綜合運用多學(xué)科理論、知識和技能，以解決較復(fù)雜的工程實際問題的能力，主要包括設(shè)計、實驗研究方案的分析論證，原理綜述，方案方法的擬定及依據(jù)材料的確定等。它培養(yǎng)了我樹立正確的設(shè)計思想，勇于實踐、勇于探索和開拓創(chuàng)新的精神，掌握現(xiàn)代設(shè)計方法，適應(yīng)社會對人才培養(yǎng)的需要。
畢業(yè)設(shè)計這一教學(xué)環(huán)節(jié)使我獨立承擔(dān)實際任務(wù)的全面訓(xùn)練，通過獨立完成畢業(yè)設(shè)計任務(wù)的全過程，培養(yǎng)了我的實踐工作能力。另外，本次畢業(yè)設(shè)計還必須具備一定的計算機應(yīng)用的能力，在畢業(yè)設(shè)計過程中都應(yīng)結(jié)合畢業(yè)設(shè)計課題利用計算機編制相應(yīng)的工程計算、分析和優(yōu)化的程序，如利用Pro／ENGINEER 2001軟件進行塑件的3D造型、塑件的分模等，同時還具備必要的計算機繪圖能力，如利用AutoCAD 2000軟件進行二維圖的繪制。
此次畢業(yè)設(shè)計除了對知識和能力培養(yǎng)的收獲感受外，還得到思想道德方面的鍛煉。通過這次畢業(yè)設(shè)計，讓我感受到了作為一名高級工程技術(shù)人員應(yīng)該具備的基本精神，需要強化的工程實踐意識，以及對設(shè)計工作的質(zhì)量要負責(zé)，具有高度的責(zé)任感，樹立實事求是的科學(xué)作風(fēng)，并嚴格遵守規(guī)章制度。
本次畢業(yè)設(shè)計得到了廣大老師和同學(xué)的幫助，在此一一表示感謝！由于實踐經(jīng)驗的缺少，設(shè)計過程中的錯誤在所難免，望老師和同學(xué)們批評指正。
緒 論
我國模具技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
一、現(xiàn)狀
改革開放以來，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，市場對模具的需求量不斷增長。近年來，模具工業(yè)一直以15%左右的增長速度快速發(fā)展，模具工業(yè)企業(yè)的所有制成分也發(fā)生了巨大變化，除了國有專業(yè)模具廠外，集體、合資、獨資和私營也得到了快速發(fā)展。浙江寧波和黃巖地區(qū)的“模具之鄉(xiāng)”；廣東一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)，科龍、美的、康佳等集團紛紛建立了自己的模具制造中心；中外合資和外商獨資的模具企業(yè)現(xiàn)已有幾千家。
隨著與國際接軌的腳步不斷加快，市場競爭的日益加劇，人們已經(jīng)越來越認識到產(chǎn)品質(zhì)量、成本和新產(chǎn)品的開發(fā)能力的重要性。而模具制造是整個鏈條中最基礎(chǔ)的要素之一，模具制造技術(shù)現(xiàn)已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標(biāo)志，并在很大程度上決定企業(yè)的生存空間。近年來許多模具企業(yè)加大了用于技術(shù)進步的投資力度，將技術(shù)進步視為企業(yè)發(fā)展的重要動力。一些國內(nèi)模具企業(yè)已普及了二維CAD，并陸續(xù)開始使用UG、Pro/Engineer、I-DEAS、Euclid-IS等國際通用軟件，個別廠家還引進了Moldflow、C-Flow、DYNAFORM、Optris和MAGMASOFT等CAE軟件。
雖然中國模具工業(yè)在過去十多年中取得了令人矚目的發(fā)展，但許多方面與工業(yè)發(fā)達國家相比仍有較大的差距。例如，精密加工設(shè)備在模具加工設(shè)備中的比重比較低；CAD/CAE/CAM技術(shù)的普及率不高；許多先進的模具技術(shù)應(yīng)用不夠廣泛等。
二、模具的未來發(fā)展趨勢
模具技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該為適應(yīng)模具產(chǎn)品“交貨期短”、“精度高”、“質(zhì)量好”、“價格低”的要求服務(wù)。達到這一要求急需發(fā)展如下幾項：
（1）全面推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)
模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向。隨著微機軟件的發(fā)展和進步，普及CAD/CAM/CAE技術(shù)的條件已基本成熟，各企業(yè)將加大CAD/CAM技術(shù)培訓(xùn)和技術(shù)服務(wù)的力度；進一步擴大CAE技術(shù)的應(yīng)用范圍。計算機和網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展正使CAD/CAM/CAE技術(shù)跨地區(qū)、跨企業(yè)、跨院所地在整個行業(yè)中推廣成為可能，實現(xiàn)技術(shù)資源的重新整合，使虛擬制造成為可能。
（2）模具掃描及數(shù)字化系統(tǒng)
高速掃描機和模具掃描系統(tǒng)提供了從模型或?qū)嵨飹呙璧郊庸こ銎谕哪Ｐ退璧闹T多功能，大大縮短了模具的在研制制造周期。有些快速掃描系統(tǒng)，可快速安裝在已有的數(shù)控銑床及加工中心上，實現(xiàn)快速數(shù)據(jù)采集、自動生成各種不同數(shù)控系統(tǒng)的加工程序、不同格式的CAD數(shù)據(jù)，用于模具制造業(yè)的“逆向工程”。模具掃描系統(tǒng)已在汽車、摩托車、家電等行業(yè)得到成功應(yīng)用，相信在“十五”期間將發(fā)揮更大的作用。
（3）提高模具標(biāo)準化程度
我國模具標(biāo)準化程度正在不斷提高，估計目前我國模具標(biāo)準件使用覆蓋率已達到30%左右。國外發(fā)達國家一般為80%左右。
（4）優(yōu)質(zhì)材料及先進表面處理技術(shù)
選用優(yōu)質(zhì)鋼材和應(yīng)用相應(yīng)的表面處理技術(shù)來提高模具的壽命就顯得十分必要。模具熱處理和表面處理是否能充分發(fā)揮模具鋼材料性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。模具熱處理的發(fā)展方向是采用真空熱處理。模具表面處理除完善應(yīng)發(fā)展工藝先進的氣相沉積(TiN、TiC等)、等離子噴涂等技術(shù)。
加入世貿(mào)組織后，我國將獲得一個更加穩(wěn)定的國際經(jīng)貿(mào)環(huán)境，從而有利于我國的改革開放．有利于我國與各國、各地區(qū)的經(jīng)濟貿(mào)易合作，有利于世界經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展。我國在制定法律法規(guī)時要遵守WTO的規(guī)則，增加透明度，減少行政干預(yù)等；在市場開放方面，需要逐步降低關(guān)稅，取消非關(guān)稅措施，開放服務(wù)業(yè)市場等。這無論在觀念上還是在體制上都會帶來一定的變化。我國加入 WTO同時也將為各國、各地區(qū)的貿(mào)易伙伴提供更好、更穩(wěn)定的市場進入機會。使我國的投資環(huán)境將更為寬松、透明、穩(wěn)定，我國的利用外資領(lǐng)域?qū)⑦M一步擴大，我國的市場體系將更加完善和發(fā)達。國內(nèi)和國外模具企業(yè)都可以從中得到更多的機會和收益。
由于國內(nèi)某些模具在技術(shù)上和質(zhì)量上與國外先進水平存在著較大的差距，使短期內(nèi)國內(nèi)模具難以與國外先進模具的抗衡。這對我國模具產(chǎn)業(yè)將產(chǎn)生一定的沖擊。另一方面也促進國內(nèi)行業(yè)優(yōu)化資源配置、調(diào)整經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、提高社會勞動效率，促使企業(yè)苦練內(nèi)功，提高管理水平。應(yīng)該清醒地認識到競爭才會帶來更快的發(fā)展．只要發(fā)揮自身優(yōu)勢，減少技術(shù)差距，我國的模具必將逐步占領(lǐng)國內(nèi)市場，并拓展國際空間。?
. 儀器連接板
1工藝性分析
材料：
ABS塑料
基本特性：ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.05g/cm3。
ABS有極好的抗沖壓強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70°C左右，熱變形溫度為93°C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆。
?主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等。
?成型特點：ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應(yīng)注意盡量減少澆口對流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50～60°C，要求塑件光澤和耐用時，應(yīng)控制在60～80°C。（具體參數(shù)見下頁）
3. 產(chǎn)品工藝性與結(jié)構(gòu)分析
(1) 尺寸的精度
塑件的尺寸公差推薦值參考《模具設(shè)計與制造手冊》的2-17，塑件的精度等級參考表2-18。
表二：建議采用的精度
材料
高精度
一般精度
低精度
ABS
3
4
5
作為一個鼠標(biāo)的一個外殼，其精度不必太高，故選用一般精度IT4。塑料制件公差參考教材《塑料成型工藝與模具設(shè)計》表3-8（SJ1372-78）
具有韌，硬，剛相均衡的優(yōu)良力學(xué)性能，絕緣性能好，耐化學(xué)腐蝕性，尺寸穩(wěn)定性，表面光澤性好，易涂裝和著色，但耐熱性不好，耐候性較差。密度=1.02~~1.05
收縮率：
ABS：（抗沖）0.3~0.8 （耐熱）0.3~0.8 （30﹪玻璃纖維） 0.3~0.6成型溫度和模溫。成型溫度：~ 模溫：~
ABS的注射工藝參數(shù)
注射類型
螺桿式
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
30~60
噴嘴形式
直通式
溫度（℃）
190~200
料筒溫度
前段 （℃）
200~210
中段? （℃）
210~230
后段? （℃）
180~200
模具溫度（℃）
50~80
注射壓力（MPa）
70~120
保壓力（MPa）
50~70
注射時間（S）
3~5
保壓時間（S）
15~30
冷卻時間（S）
15~30
成型周期（S）
40~70
該塑件的尺寸較小，一般精度等級，為降低成型費用，采用一模多腔，并不對制品進行后加工。
為滿足制品的要求與提高成型效率采用潛伏式澆口。
為了方便加工和熱處理，型腔與型芯部分采用并鑲結(jié)構(gòu)。
2.確定型腔數(shù)目
（1） 型腔數(shù)量的確定。要點：既要保證最佳的生產(chǎn)經(jīng)濟性，技術(shù)上又要充分保證產(chǎn)品的質(zhì)量，也就是應(yīng)保證塑料件最佳的技術(shù)經(jīng)濟性。
1）塑料制作的批量和交貨周期方面：該塑件（鼠標(biāo)底蓋）是大批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，交貨周期要短，使用多型腔模具可提供獨特的優(yōu)越條件。
2）質(zhì)量控制要求方面：該塑件不屬于高精度生產(chǎn)要求的產(chǎn)品，精度要求不高采用多型腔有較高的生產(chǎn)效率。
3）塑料品種和其他方面：該塑件所用塑料為ABS工程塑料，流動性能好；澆口位置在靠近塑件邊緣上，另外塑料尺寸小，形狀簡單。
經(jīng)過以上分析所得，總結(jié)出：采用一模兩腔是最佳形式，具有最佳的經(jīng)濟性。
2. 型腔的布局
要點：型腔的排布與澆注系統(tǒng)布置密切相關(guān)，型腔排布應(yīng)使每個型腔都通過澆注系統(tǒng)從總壓力中均等地分得所需的足夠壓力，以保證塑料熔體同時均勻地充滿每個型腔，使各型腔的塑件內(nèi)在質(zhì)量均一穩(wěn)定。這就要求型腔與主流道之間的距離盡可能最短，盡可能地采用平衡的流道和合理的澆口尺寸以及均勻的冷卻等。
經(jīng)分析確定的型腔布局為平衡式型腔布局：
根據(jù)塑件的生產(chǎn)批量及尺寸精度要求采用一摸八腔。
按照圖塑料圖所示尺寸(小狗.槽等部位簡化)近似計算:
塑件體積：=16
查表塑料ABS的密度為(注射級密度為1.05)
單件塑件重量: =161.05=16.8g
3.型腔.型心工作部位尺寸的確定
查表ABS塑料的收縮率是：0.3~0.8
平均收縮率：S=(0.3+0.8)/2=0.55
型腔工作部位尺寸:
型腔徑向尺寸:
型腔深度尺寸:
型心徑向尺寸:
型心高度尺寸:
中心距尺寸:
式中 :
: 塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸
：塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸
：塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸
：塑件內(nèi)型深度基本尺寸的最小尺寸
：塑件中心距離基本尺寸的平均尺寸
：修正系數(shù)，取0.5~0.75
：塑件公差（mm）
：模具制造公差，取（1/3~1/4）△
各工作部位尺寸計算結(jié)果如圖所示
通常,制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進行收縮率計算
4.澆注系統(tǒng)的設(shè)計
(1)確定分型面位置
該塑件的結(jié)構(gòu)如圖所示,在雙點劃線所示區(qū)域以外表面有一處高為5mm.斜度為的外表面,根據(jù)起特點及表面質(zhì)量要求,采用階級分型面.在發(fā)生變化的部位要制成一定的角度,以免合摸時發(fā)生碰傷,可以利用制品中的角度作為分型面發(fā)生變化的部位,如圖所示
(2)確定澆口形式及位置,
為了提高成型效率,,采用側(cè)式澆口,并避開了制品高光亮區(qū)域.澆口尺寸與位置
澆口直徑可以根據(jù)經(jīng)驗公式計算
式中
d: 澆口直徑
: 塑件在澆口處的壁厚
A:型腔表面積
(澆口直徑也可根據(jù)經(jīng)驗直取 d=1mm)
澆口錐角取
澆口傾斜角取
(3.)型腔位置的排部
該件采用一摸四腔的結(jié)構(gòu)形式,那么澆注系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)盡量采用從主流到各個型腔分流道的形狀及尺寸相同的設(shè)計,即型腔平衡式不止的形式,
4.選用模架
(1)型腔強度和剛度的計算
為了方便加工和熱處理,其型腔鑲件可分為三部分,如圖
從圖可以看出,型腔為整體式.因此,型腔的強度和剛度按型腔為整體式進行計算.由于型腔壁厚計算比較麻煩,也可以參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù).
查本書表型腔側(cè)壁厚S=25mm
5.初選注射機
1) 注射量:該塑料制件單件重
澆注系統(tǒng)重量的計算可根據(jù)圖澆注系統(tǒng)尺寸先計算澆注系統(tǒng)的體積
粗略計算澆注系統(tǒng)重量
總體積
總重量
聚苯乙烯的密度為 ABS塑料密度為 1.02~1.05
滿足注射量 /0.80
式中
:額定注射量
:塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和
/0.80=14.89/0.80=18.62
或滿足注射量 /(*0.8)
式中
:額定注射量
:塑件與澆注系統(tǒng)凝料的重量和
:聚苯乙烯的密度
:塑件采用塑料的密度
2)注射壓力
查表 ABS塑料成型時的注射壓力=70~90MPa
3)鎖模力:
pF
式中
P:塑料成型時型腔壓力 ABS塑料的型腔壓力
F:澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和()
各型腔及澆注系統(tǒng)及各部分型腔在分型面上的投影面積
F=1600
pF=30*1600=48000kN
根據(jù)以上分析.計算 查表 初選注射機型號為:XS-Z-30
注射機有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下
最大開合模行程S 160
模具最大厚度 180
模具最小厚度 60
噴嘴圓弧半徑 12
噴嘴孔直徑 2
動.定模板尺寸 250*280
拉桿空間 235
(3)選標(biāo)準模架
根據(jù)以上分析,計算以及型腔尺寸及位置尺寸可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格.查表選用
-160160-27-Z2 GB/T 12556。1-1990
定模板厚度 A=30mm
動模板厚度 B=37mm
墊塊厚度 C=130mm
模具厚度 =40+A+B+C=237mm
模具外形尺寸 250*240*225
6.校核注射機
(1)注射量.鎖模力.注射壓力.模具厚度的校核.由于在初選注射機和選用標(biāo)準模架時是根據(jù)以上四個技術(shù)參數(shù)及計算壁厚等因素選用的,所以注射量.鎖模力.注射壓力.模具厚度不必進行校核,已符合所選注射機要求
(2)開模行程的校核
注射機最大開模行程
S
式中
:塑料制品高度
:澆注系統(tǒng)高度
主流道和分流道位于件的下方,所以
=56mm
故滿足要求
(3)模具在注射機上的安裝
從標(biāo)準模架外型尺寸看小于注射機拉桿空間,并采用壓板固定模具,所以所選注射機規(guī)格滿足要求
分型面
分型面是決定模具結(jié)構(gòu)形式的重要應(yīng)素，它與模具的整體結(jié)構(gòu)和模具的制造工藝有密切的關(guān)系，并且直接影響到塑料熔體的流動充填特性及塑件的脫模，因此，分型面的選擇是注塑模具設(shè)計中的一個關(guān)鍵。
選擇分型面時一般應(yīng)尊循以下幾項基本原則：
分型面應(yīng)選在塑件外形最大輪廓處；
確定有利的留模方式，便于塑件順利脫模；
保證塑件的精度要求；
滿足塑件外觀質(zhì)量的要求；
便于模具的加工與制造；
對成型面積的影響；
排氣的效果的考慮；
對側(cè)向抽芯的影響。
根據(jù)分型面選擇的原則，通過綜合分析比較，確定以下的兩個方案：單分型面和雙分型面。
選用單分型面的優(yōu)點：使模具的結(jié)構(gòu)簡單化，減小模具的厚度，也節(jié)省了模具材料，且在脫模后塑料制件的外表面無澆口的痕跡。進料的距離也大大的縮短了
經(jīng)查該塑件用單分型面
從給出的塑料制件看，既要保證塑件的外觀要求，又要考慮澆注系統(tǒng)設(shè)計的幾項原則，因此：
（1） 主流道和澆口套的設(shè)計
主流道設(shè)計成圓錐型,其錐角為-內(nèi)壁粗糙度Ra取0.4um
分流道截面設(shè)計成圓形截面,加工較容易,且熱量損失與壓力損失不大,為常用模式.圓形截面分流道的直徑可根據(jù)塑料的流動性等因素確定,該塑料件采用ABS塑料,流動性為中等,所以選圓形截面.根據(jù)經(jīng)驗分流道的直徑可取5-6mm
根據(jù)型腔在分型面上的排布情況可分為一次分流道和二次分流道.設(shè)計參數(shù),
根據(jù)以上設(shè)計參數(shù)校核流動比
試中：
：流動距離比
：模具中各段料流通道及各段模腔的長度(mm)
：模具中各段料流通道及各段模腔的截面厚度(mm)
=42.13
因為影響流動比的因素主要是塑料的流動性,ABS塑料與聚甲醛的流動性均為中等,查表可參考聚甲醛的允許流動比 所以
為了便于凝料從主流道中拔出，主流道設(shè)計成圓錐形，內(nèi)壁必須光滑，表面粗糙度應(yīng)為Ra0.4。由于主流道要與高溫塑料及噴嘴接觸和碰撞，所有模具的主流道部分通常設(shè)計成可拆卸更換的主流道襯套，簡稱澆口套，以便選用優(yōu)質(zhì)鋼材（如T8A等）單獨加工和熱處理（硬度為HRC53～57）。由于在澆口套的小端設(shè)計有分流道，必須要止轉(zhuǎn)，所有澆口套設(shè)計成整體嵌入式，大端用螺絲堅固在定模固定板上。
d = 注射機噴嘴直徑 + 1 = 3 mm
SR = 噴嘴球面半徑 + 2 = 14 mm
h 球面配合高度 = 5 mm
D取 6 mm
?。?）分流道的設(shè)計
分流道的設(shè)計應(yīng)能滿足良好的壓力傳遞和保持理想的填充狀態(tài)，使塑料熔體盡快地流經(jīng)分流道充滿型腔，并且流動過程中壓力損失盡可能小，能使塑料熔體均衡地分配到各個型腔。
在設(shè)計時考慮到以上的原則有兩種設(shè)計形式：圓形截面分流道和梯形截面分流道。下面是這兩種形式的比較：
圓形截面分流道的優(yōu)點：在相同截面積的情況下，其比面積最小，它的流動性和傳熱性都好。
圓形截面分流道的缺點：其的加工要以分型面為界分成兩半進行加工才利于凝料脫出，這種加工的工藝性不佳，其模具閉合后難以保證兩半圓對準。
梯形截面分流道的優(yōu)點：容易加工，且塑料熔體熱量散失及流動阻力均不大。
比較以上的兩種形式，再考慮加工的經(jīng)濟性，采用梯形截面分流道更符合設(shè)計的要求，故本模具的分流道設(shè)計形式采用了梯形截面分流道的形式。查《模具設(shè)計與制造手冊》P401表2-49常用分流道的尺寸推薦值：
α=80；過度圓角R=1㎜；B=6㎜；H=4㎜。
選用圓形截面的流道，雖工藝性不佳，但流動性，傳熱性等方面都好，流道也盡量做到最短，以減少熱量和壓力的損失。
經(jīng)產(chǎn)品的精度得澆口用
7.推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計
(1)推件力的計算
=Ap(cos-sin)+q
式中
A:塑件包羅型心的面積
P:塑件對型心單位面積上的包緊力
:脫模斜度
q:大氣壓力
:塑件對鋼的摩擦系數(shù)
:制件垂直于脫模方向的投影面積
A1143.48
=3970.8N
(2)確定頂出方式及頂干位置
根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點,確定在只哦的四個角上設(shè)置四根普通的圓頂干,并在制品圖中的6mm(內(nèi)孔4mm)圓住處采用頂管頂出的方法如圖
對于流道的固化塑料也設(shè)置拉料干和頂出干,如圖
普通的圓形稈按選用3mm*125mm,均可滿足頂干剛度要求
查表,選用型號的圓形頂桿16根;選用6mm*100mm型號的圓形頂桿4根.由于件較小,推出裝置可不設(shè)導(dǎo)向裝置.
7.冷卻系統(tǒng)的設(shè)計
由于制品平均壁厚為2mm,制品尺寸又較小,確定水孔直徑為8mm
由于冷卻水道的位置.結(jié)構(gòu)形式.孔徑.表面狀態(tài).水的流速.模具材料等等很多因素都會影響模具的熱量向冷卻水傳遞,精度計算比較困難.實際生產(chǎn)中,通常都是模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路,通過調(diào)節(jié)水速來滿足要求
由于動摸.定摸均為鑲并式,受結(jié)構(gòu)限制,冷卻水路布置
8.排氣系統(tǒng)的設(shè)計
由于制品尺寸較小,利用分型面和推桿.推管的配合間隙排氣即可
9.按要求繪制裝配圖
模具零件的加工
1.塑料模具制造技術(shù)要求
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，制造時應(yīng)達到以下技術(shù)要求：
（1）組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應(yīng)符合相應(yīng)圖樣的要求。
（2）組成模架的零件應(yīng)達到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應(yīng)活動自如，并達到規(guī)定的平行度和垂直度要求
（3）模具的功能必須達到設(shè)計要求
（4）為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在問題進行修整，直至試出合格的成型件為止。
2.加工要求
（1）模具分型面及組合件的結(jié)合面應(yīng)很好貼合，局部間隙不大于0.02mm
（2）模具成型表面的內(nèi)外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時允許不大于0.3mm圓角（分型面及結(jié)合面除外）。當(dāng)不允許有圓角時。應(yīng)在圖樣上注明。
（3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804，其孔按H13，軸按h13，長度按J14。
（4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級。
（5）導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的配合按H8/f8。
（6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應(yīng)各孔配作。
（7）導(dǎo)柱(直導(dǎo)柱、臺肩導(dǎo)柱)其配合部位的大徑與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
（8）導(dǎo)套（直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套）外圓與內(nèi)孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
（9）主流道襯套的中心錐孔應(yīng)研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。
3.裝配要求
（1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應(yīng)型面保持齊平，允許推桿端面高出型面不大于0.1mm。
（2）注射模的復(fù)位桿，其端面應(yīng)與模具分型面齊平，允許低于分型面不大于0.03mm。
（3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時，其端面應(yīng)在裝配后與其配合的零件齊平。
（4）制品同一表面的成型腔分布在上、下?；騼赡r，裝配后沿分型面的錯邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。
（5）凸模與凹模裝配后的配合間隙，應(yīng)保持周圍均勻。
（6）需保持同軸的兩個以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動自如。
（7）模具導(dǎo)向件的導(dǎo)向部分，裝配后保證滑動靈活，無卡滯現(xiàn)象。
（8）模具中供兩次分型用的拉桿、拉板裝配后，各工作面應(yīng)在同一平面內(nèi)，允許其極限偏差為±0.1mm。
（9）模具裝配后，兩安裝平面應(yīng)保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級。
4.綜合要求
（1）模具、模架及其零件的工件表面，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。
（2）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應(yīng)均勻，不允許有脫碳、軟點、氧化斑點及裂紋等缺陷。熱處理后應(yīng)清除氧化皮，臟物油污。
（3）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應(yīng)進行同時磨削加工，以保證模具能順利裝入模架。
（4）模具的冷卻水道應(yīng)保證暢通。
5.零件加工
成型零部件：為了保證導(dǎo)向作用，動、定模的導(dǎo)柱，導(dǎo)套孔的孔距精度應(yīng)控制在0.01mm以內(nèi)。因此，必須用坐標(biāo)鏜床對動、定模鏜孔。在缺少坐標(biāo)鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質(zhì)碳素工具T8A鋼，強度高，耐磨性好，熱處理變形小，有時還要求耐腐蝕，調(diào)質(zhì)淬火低溫回火≥55HRC
型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑進行數(shù)控銑外形加工，再銑小型芯孔和凹臺，鉆推桿孔，加工澆口。
型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑，留余量在數(shù)控銑上加工成型，再用電火花加工成型。
導(dǎo)柱導(dǎo)套加工：孔徑與導(dǎo)柱相配，一般采用H7/m6，為了保證導(dǎo)向作用，要求導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合間隙小于凸、凹模之間的間隙。外徑與上模座相配，采用H/r過盈配合，另一端則與導(dǎo)套滑動配合。為了保證導(dǎo)向精度、加工時除了使導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合符合尺寸精度要求外，還應(yīng)滿足配合表面間的同軸度，即導(dǎo)柱兩個外圓表面間的同軸度以及導(dǎo)套外圓與內(nèi)孔表面的同軸度要求。為了使導(dǎo)柱、導(dǎo)套的配合表面硬而耐磨而中心部分具有良好韌性，用T8A，表面耐磨、有韌性、抗彎曲。不易折斷，熱處理：表面淬火，低溫回火≥55HRC。導(dǎo)柱在熱處理后修復(fù)中心孔，最后進行磨削時，可利用兩端中心孔進行裝夾，并應(yīng)在一次裝夾中將導(dǎo)柱的兩個外圓磨出，以保證兩表面間的同軸度。導(dǎo)套磨削加工時，可夾持非配合部分，在萬能磨床上將內(nèi)外圓配合面一次裝夾磨出，以達到同軸度要求。用這方法加工時，夾持力不宜過大，以免內(nèi)孔變形?；蛘呤窍饶?nèi)圓，再以內(nèi)圓定位，用頂尖頂頂住芯軸磨外圓。這種加工方法不僅可以保證同軸度，且能防止內(nèi)孔的微量變形。導(dǎo)柱、導(dǎo)套端部轉(zhuǎn)彎處必須圓滑，以防止在運動中將配合面劃傷。因此，全部精磨后，必須用油石將圓弧處磨圓滑，消除磨削后在圓弧處出現(xiàn)的棱帶。
6.零件工藝路線：
（1）導(dǎo)柱加工工藝路線：
毛坯（棒料） → 車削加工（外圓配合部分留磨量0.2～0.3mm） → 熱處理（淬火或滲碳淬火） → 外圓磨削 → 精磨至要求尺寸。
T8A鋼淬火處理，硬度>HRC55
（2）導(dǎo)套加工工藝路線：
毛坯（棒料） → 球化退火 → 車削加工（內(nèi)圓配合部分留磨量0.1～0.15mm） → 熱處理（淬火或滲碳淬火） → 內(nèi)圓磨削? → 精磨至要求尺寸。
T8A鋼淬火處理，硬度>HRC55
（3）座板的加工工藝路線：
毛坯在銑（或刨）床上粗加工上、下兩平面，留精加工余量，熱處理，最后在平面磨床上精磨到符合圖紙要求。
45鋼，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（4）動、定模板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
動模板用45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
定模板用45鋼，熱處理硬度：50～55HRC
（5）支承板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
（6）推桿固定板加工工藝路線：
毛坯 → 球化退火 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，一定的強度和剛度，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（7）推板加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，熱處理硬度：40～45HRC
（8）墊塊加工工藝路線：
毛坯 → 銑床加工 → 熱處理 → 精磨到要求。
45鋼，一定的強度和剛度，熱處理：調(diào)質(zhì)≥200HBS。
（9）澆口套加工工藝路線：
毛坯 → 車床加工 → 鉆孔 → 鉸孔
保證主流道表面粗糙度R<0.8μm
T8A熱處理硬度53～57HRC
.參考文獻
書名
作者
出版社
塑料成型工藝與模具設(shè)計
屈華昌
機械工業(yè)出版社
機械設(shè)計手冊
徐灝
機械工業(yè)出版社
模具制造
黃健求
機械工業(yè)出版社
塑料注射模具設(shè)計實用手冊
宋玉恒
航空工業(yè)出版社
模具設(shè)計與制造簡明手冊
馮炳堯、韓泰榮、
上海科學(xué)技術(shù)出版社
塑料模具設(shè)計與制造教程
陳萬林
北京希望電子出版社
心得體會
我即將踏入工作的崗位?；叵肴甑拇髮W(xué)生涯，可謂艱辛，但我覺得收獲是豐盛的。
通過長時間的努力，畢業(yè)設(shè)計終于可算是劃上一個句號了。本次設(shè)計是一個全面性的設(shè)計，是對塑料模課程的一個總結(jié)一次回顧。本次畢業(yè)設(shè)計翻閱了大量的參考書，使我對《塑料成型工藝與模具設(shè)計》及相關(guān)知識又進行一次從新的整理、理論聯(lián)系實際，為我以后搞模具做了一個很好的準備。更重要的是，通過本次設(shè)計對我所掌握的塑料模模具知識實際應(yīng)用能力起到了檢驗的作用，通過系統(tǒng)設(shè)計，知道自己的不足和缺陷。
在設(shè)計過程中我們始終結(jié)合計算機進行設(shè)計，提高了我們對Pro/E、AutoCAD等軟件的應(yīng)用能力。通過了本次設(shè)計我們已初步掌握了工程技術(shù)人員的設(shè)計思想，掌握了模具的相關(guān)知識，以基本能獨立完成一套塑料模模具設(shè)計與制造。
在設(shè)計中，通過查閱資料，向同學(xué)和老師請教，最大可能地了解注塑模具的實際設(shè)計和制造情況。在設(shè)計中廣泛采用標(biāo)準件。設(shè)計參數(shù)的選擇不僅來自課本和資料，還根據(jù)實際情況來選擇和使用。
在設(shè)計中得到最大的收獲是：
1. 提高查閱參考資料的能力。能在不通的參數(shù)推薦值中選擇適合本設(shè)計的最佳方法。
2. 繼續(xù)鞏固各種基礎(chǔ)知識。
通過設(shè)計，也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足和有待提高的知識，主要有：
1. 各門基礎(chǔ)課知識掌握的不夠扎實，運用起來不夠熟練。
2. 實際工作能力還有待提高，設(shè)計與社會上的實際生產(chǎn)還有很大差距。
3. 專業(yè)軟件的使用能力（包括熟練度和使用的廣度）還需要再提高一個層次。通過運用CAD/CAM軟件來更好的完成和優(yōu)化設(shè)計。
總之，我認為，這次畢業(yè)設(shè)計雖然還存在這樣那樣的錯誤和缺陷，但通過這次設(shè)計我又學(xué)到了很多的知識，把自己的工作能力提高到一個更高的層次。這次畢業(yè)設(shè)計是自己邁向機械工程師很重要的第一步。設(shè)計中存在的問題請老師批評指正。