2454 帶內(nèi)側抽芯機構的注射模的設計,內(nèi)側,機構,注射,設計
本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 1 頁 共 37 頁1 引言模具被譽為“百業(yè)之首，工業(yè)之母”，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。近年來，中國模具工業(yè)以年均20%的速度持續(xù)快速增長。截止2006年年底，中國模具銷售額達720億元，躍居世界第三。隨著塑料工業(yè)的不斷發(fā)展，塑料模具占模具總量的比例逐漸提高。據(jù)統(tǒng)計，2000年中國塑料模具產(chǎn)值約100億元人民幣，2006年已發(fā)展到300多億元人民幣，年均增長率超過21%，高于模具行業(yè)總體發(fā)展速度。塑料模具的發(fā)展?jié)摿κ遣豢傻凸赖摹ｋS著中國汽車、電子、通訊、家電等行業(yè)的發(fā)展，對塑料模具的需求越來越大，對產(chǎn)品質(zhì)量要求越來越高。塑料模具將朝著大型化、高精密度、多功能復合型的技術方向發(fā)展。以汽車工業(yè)為例，隨著汽車產(chǎn)銷量高速增長，汽車模具潛在市場十分巨大。譬如在生產(chǎn)汽車時，僅制造一款普通轎車約需200多件內(nèi)飾件模具，而制造保險杠、儀表盤、油箱、方向盤等所需的大中型塑料模具，從模具行業(yè)生產(chǎn)能力看，目前滿足率僅約50%。在建筑領域，塑料建材大量替代傳統(tǒng)材料也是大勢所趨，預計2010年全國塑料門窗和塑管普及率將達到30%～50%，塑料排水管市場占有率將超過50%，都會大大增加對模具的需求量 [1]。模具產(chǎn)品的品種很多，主要以沖壓模具、塑料模具和壓鑄模具為主。塑料注射模具是現(xiàn)在所有塑料模具中使用最廣的模具，能夠成型復雜的高精度的塑料制品。設計塑料注射模具首先要對塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我們常說的ABS塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三種單體采用乳液 [2]、本體或懸浮聚合法生產(chǎn)，使其具有三種單體的優(yōu)越性能和可模塑性，在一定的溫度和壓力下注射到模具型腔，產(chǎn)生流動變形，獲得型腔形狀，保壓冷卻后頂出成塑料產(chǎn)品?，F(xiàn)代模具設計與制造技術，涉及機械工程、信息與電子工程、冶金與材料工程、工程管理等學科專業(yè)范圍。優(yōu)化模具系統(tǒng)結構設計和型件的 CAD/CAE/CAM，并使之趨于智能化，提高型件成形加工工藝和模具標準化水平，提高模具制造精度與質(zhì)量，降低型件表面研磨、拋光作業(yè)量和制造周期；研究、應用針對各種類模具型件所采用的高性能、易切削的專用材料，以提高模具使用性能；為適應市場多樣化和新產(chǎn)品試制，應用快速原型制造技術和快速制模技術，以快速制造成型沖模、塑料注射?；驂鸿T模等，應當是未來 5～20 年的模具生產(chǎn)技術的發(fā)展趨勢。所以在這種情況下，研究這一課題是具有現(xiàn)實意義的。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 2 頁 共 37 頁1.1 模具工業(yè)1.1.1 模具材料目前，塑料模具材料仍以模具鋼為主，但根據(jù)成型工藝的不同，也可采用非鐵合金、鋼結硬質(zhì)合金、低熔點合金等材料。塑料制品的廣泛應用，極大地推動了塑料成型模具的發(fā)展。行業(yè)對塑料模具材料的需求量越來越大，并對材料的質(zhì)量和性能提出了更高的要求。近年來，我國在新型塑料模具材料研制、提高材料冶金質(zhì)量、優(yōu)化熱處理工藝、提高模具壽命等方面做了大量的工作，為用戶提供了大量質(zhì)優(yōu)價廉的塑料模具材料，獲得了顯的技術經(jīng)濟效益。我國模具工業(yè)發(fā)展迅速，模具進口量逐年增加，其中塑料模具占46%。我國的模具技術及模具壽命仍落后于一些工業(yè)發(fā)達國家，模具用材和熱處理不當是影響模具失效的主要因素，約占70%。塑料模具結構復雜，尺寸精度和表面粗糙度要求很高，對塑料模具型腔材料的要求比較苛刻。某單位原采用45鋼制造電視機外殼模具，使用壽命不足20萬次，模具就已損壞，改用3Cr2Mo（P20）材料后，使復雜的型腔容易切削加工，保證了模具加工質(zhì)量，而且模具壽命成倍延長 [3]。正確選用模具材料及其熱處理方法，對于提高模具質(zhì)量，延長模具使用壽命是非常重要的 [4～5] 。1.1.2 塑料模具鋼的性能要求塑料模具的工作溫度在200℃～300℃。注射模工作時受熱、受壓、受磨損，且注射時可能有含氯、氟及其化合物的腐蝕氣體逸出，對模具型腔有一定的腐蝕作用。壓縮模直接壓制粉料，要承受很大的機械負荷，易磨損，型腔也會受腐蝕性氣體腐蝕。塑料模具型腔復雜，尺寸精度和表面粗糙度要求高，對塑料模具鋼的機械加工性能、鏡面拋光研磨性能、熱處理變形和尺寸穩(wěn)定性等方面都提出了相應的要求。塑料模具鋼應具備以下一些性能 [6]：（1）模具型腔表面應具有足夠厚的硬化層，有一定的硬度和耐磨性。（2）具有足夠的強度和沖擊韌度。（3）導熱性能好，膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，模具工作尺寸穩(wěn)定。（4）機械加工性能好，表面粗糙度值低。（5）良好的鏡面拋光研磨性能和圖案蝕刻性能。（6）耐腐蝕性能好，有較好的焊補性能。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 3 頁 共 37 頁傳統(tǒng)的塑料模具鋼包括滲碳鋼如10、20、20Cr、12CrNi2、12CrNi3A等；調(diào)質(zhì)鋼如45、55、40Cr、3Cr2Mo、4Cr5MoV1Si等；高碳工具鋼如Cr12、Cr12MoV、CrWMn、Cr6WV、9Mn2V、GCr15等；耐蝕鋼如4Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2等。這些傳統(tǒng)的模具鋼，有的機械加工性能差，特別是對于形狀復雜的模具難于加工；有的則是鏡面拋光性能差，難以滿足塑料模的綜合性能要求。應合理選擇和應用新型塑料模具鋼以適應塑料模具朝著高效率、高精度、高壽命.1.1.3 我國塑料模具鋼的發(fā)展進程我國模具鋼生產(chǎn)技術發(fā)展迅速，形成了我國自己的模具鋼系列，總產(chǎn)量已居世界前列，建成不少先進的生產(chǎn)工藝裝備，但是模具鋼的生產(chǎn)技術、產(chǎn)品質(zhì)量方面還存在著許多不足，很多制造大型，精密，長壽命模具的鋼材仍需從國外進口，已成為世界上進口模具最多的國家，展望未來急待開展以下工作。（1）研制高性能、長壽命、高的性能價格比和高效的新型模具材料，取代昂貴的進口材料，將帶來明顯的技術經(jīng)濟效益。（2）我國研制的一些新型模具材料的性能和壽命已達到或接近國外先進水平，但推廣應用特別緩慢。因此，建議積極開展新材料的信息交流，尤其是科研人員與生產(chǎn)者的溝通。（3）重視模具材料的深加工，加速模具材料的制品化。模具生產(chǎn)企業(yè)需要多種規(guī)格的模具材料，如圓鋼、扁鋼、厚鋼、模塊等，甚至是經(jīng)過深加工的產(chǎn)品 [7]。（4）提高模具材料生產(chǎn)的專業(yè)化水平。建議成立專門的模具材料生產(chǎn)廠，提高設備配套水平，提高生產(chǎn)水平，創(chuàng)建知名的模具材料品牌。（5）提高國內(nèi)模具材料供應的專業(yè)水平。目前流通領域中的經(jīng)、代銷商大都為非專業(yè)的，銷售公司的經(jīng)營規(guī)模停留在較低水平上，有必要建立專業(yè)的模具材料銷售公司。1.1.4 我國模具鋼今后發(fā)展要求（1）加速模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和模具鋼經(jīng)銷的商品化我國模具鋼的品種規(guī)格較少，模具鋼生產(chǎn)的制品化、精料化和經(jīng)銷的商品化程度低。80％以上的模具鋼仍以黑皮圓棒供貨。越來越多的模具制造廠要求在模具設計完成后，模具鋼供應廠商能迅速提供所需鋼材，減少庫存鋼材數(shù)量，縮短制模周期。但中國鋼材生產(chǎn)企業(yè)目前尚不適應這一商品市場機制，這是進口模具鋼材的使 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 4 頁 共 37 頁用在中國日益擴大的重要原因。（2）大力推廣應用性能優(yōu)良的新型模具鋼，不斷完善模具鋼鋼種系列。我國已開發(fā)出性能優(yōu)異，達到或超過國外同類水平的特色新型模具鋼，但這些新鋼的推廣數(shù)量和應用范圍不夠大，有選擇地開發(fā)先進模具鋼，例如開發(fā)粉末冶金模具鋼，多元易切削系塑料模具鋼，開發(fā)玻璃、陶瓷，耐火磚和地磚等成形模具用鋼，完善中國的模具鋼系列。（3）進一步提高模具鋼的質(zhì)量我國某些特殊鋼廠已采用爐外精煉、真空冶煉、快鍛機和精鍛機等生產(chǎn)模具鋼，模具鋼的質(zhì)量有大幅度提高，如D2、P20等，出口產(chǎn)品的質(zhì)量可以達到國際先進水平。但國外對純度要求較高的模具鋼大部分采用電渣重熔，進一步提高了鋼的純凈度、致密度、等向性和均勻性，減少偏析。我國還需要在這方面進一步開展工作。（4）加強先進模具熱處理技術的推廣與應用模具的可控氣氛熱處理與真空熱處理應進一步得到發(fā)展，對一些行之有效的模具表面熱處理技術，應完善其工藝，加強其推廣和應用。提高裝備和工藝材料的制造水平，加強熱處理專業(yè)廠的建設。1.2 模具機構的設計1.2.1 內(nèi)側抽芯的結構（1）內(nèi)側抽芯機構介紹當塑件帶有側凹或者側孔時，在被推出之前必須先進行側向抽芯，即從塑件中抽出成型側凹或者側孔的瓣合模塊或側向型芯，然后塑件才能順利脫模，完成側向型芯或瓣合模塊的抽出與復位的機構成為側向抽芯機構 [8～10] 。帶內(nèi)側抽芯機構注射模具，顧名思義，是制造出常用塑件內(nèi)側帶有凸臺或者凹槽，塑件上有側向孔、側向凸凹、側向的凸臺，因塑件內(nèi)側有凹槽，模具上用于成型該處的零件就必須做成可側向移動的零件，以便在脫模之前或脫模時抽出側向成型零件，否側就無法脫模，要求塑件能從模具架中順利取出。（2）常見內(nèi)抽芯機構的結構形式塑料制品的內(nèi)側經(jīng)常會有凸臺和凹穴，除用斜導柱內(nèi)側抽芯結構進行抽芯外，也可采用斜滑塊內(nèi)側抽芯結構。根據(jù)塑料制品結構的特點。根據(jù)塑料制品結構的特點，可用用不同形式的斜滑塊內(nèi)側抽芯結構。（a）斜導柱側向機構 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 5 頁 共 37 頁斜導柱側向機構抽芯機構除了完成塑件外抽芯外，還可以對塑件進行內(nèi)側抽芯（b）斜滑塊抽芯機構的工作原理斜滑塊抽芯機構適用于塑件側孔或側凹較淺但成型面積較大的場合。斜滑塊側向抽芯的特點是利用推出機構的推力驅動斜滑塊側向運動，在塑件被推出的同時由斜滑塊完成側向抽芯動作。一般分為外側向抽芯和內(nèi)側向抽芯兩種。（c）斜導桿抽芯機構的工作原理斜導桿是斜滑塊的一種變形形式，其動作原理與斜滑塊機構抽芯機構相同，所不同的是斜導桿是矩形截面的細長桿件，剛度較差，故適用于抽芯力較小的場合。1.2.2 選定斜導桿機構完成此次課題根據(jù)課題要求，經(jīng)過認真考慮、比較、初步確定出各部分的結構情況，最大限度地滿足塑件的技術要求和模具的合理工藝性，選擇斜導桿機構作為完成此次零件注射。但需要考慮的是斜導桿抽芯機構的設計要點，如圖 1.1 所示：（1）斜導桿的設計要點（a）斜導桿的形狀：斜導桿上端為塑件側凹的成型部位，其結構形狀。所顯示機構簡單，加工方便，不易變形，但容易產(chǎn)生水平飛邊；結構容易變形，飛邊與塑件邊緣易變形，飛邊與塑件邊緣易形成位置偏差，盡量不用。（b）模板上斜導桿孔尺寸的確定：以斜導桿與模板接觸的兩點 A 與 B 作垂直線線，以斜導桿寬度尺寸 C 作水平線，兩者相交得以矩形截面（圖中陰影部分形狀） ；再以該矩形截面中心為圓心畫圓，該圓與矩形截面之間至少留有 δ（δ≥0.5）的間隙，否則斜導桿運動受到干涉，所畫圓的直徑即為模板上斜導桿的孔徑尺寸。（c）斜導桿與推桿直接按的距離 L 應大于斜導桿側向抽芯行程 S，以避免斜導桿推出時與推桿發(fā)生碰撞。（d）為了提高斜導桿的強度和剛度，減少斜導桿與模板之間的磨損，再模板上常常鑲嵌經(jīng)淬火的墊塊，對斜導桿進行支撐和導向。（2）斜導桿座的設計要求斜導桿下端與斜導桿座用轉銷連接，斜導桿座用螺釘固定再推桿固定板上，設計時應注意以下幾點：（a）兩個或兩個以上的斜導桿，其運動方向一致且間距較小時，可共用一個斜導桿座，但要注意兩銷釘直接按的距離 d 不應小于 4mm 到 5mm（b）當斜導桿強度較差，需要縮短其長度或推桿固定板厚度較薄時，可將斜導 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 6 頁 共 37 頁桿座凸出推桿固定板或沉入推板內(nèi)。（c）當斜導桿寬度較大時，其底部可切小用銷釘固定，如圖；當斜導桿太薄時（5mm 以下）或者無法采用銷釘固定時，可采用切槽固定的方法。（d）斜導桿座一般采用 M5 或 M6 螺釘固定再推板固定板上。螺釘孔深不能穿過斜導桿座的滑動部分。為了方便緊固螺釘，再推板上還設計有 13mm 大小的圓孔。圖 1.1 斜導桿抽芯機構設計技術要求圖1.2.3 選根據(jù)內(nèi)側抽芯選定工件，進行工藝分析（1）本次課題是帶內(nèi)側抽芯機構注射模具設計。首先了解內(nèi)抽芯機構的原理以及設計要點。（2）根據(jù)要求選定需要的塑料工件，我選擇的是常用薄板零件。（3）對塑件結構進行工藝分析，如圖所示1.2；無特殊要求，尺寸公差按IT7級精度查取 [11]。（a）塑件高10mm，寬度44mm，塑件成型性能良好；（b）塑件內(nèi)部有2mm×10mm×5mm凹槽，需要用內(nèi)抽芯的方式取出。（c）必須避免在塑件的分型面處出現(xiàn)毛邊（d）塑件表面要求光澤無裂痕，未明確粗糙度為Ra=6.3μm 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 7 頁 共 37 頁圖1.2 薄板零件1.2.4 此薄板零件的材料的選擇通常，選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求，以及原材料廠家提供的材料性能數(shù)據(jù).對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說，要考慮的主要是材料的力學性能，如屈服應力，彈性模量，彎曲強度，表面硬度等.該塑件對材料的要求首先必須是透光性好，其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題。塑料材料的相對密度在 0.83～2.2 范圍內(nèi)，在眾多的材料中只有比木材的相當密度稍高。且在各種的材料中，塑料材料具有最高的比強度，甚至比特種合金鋁還要高。塑料還具有很好的絕緣性、防震、隔熱、隔音性能。耐腐蝕性僅次于玻璃及陶瓷材料。且塑料材料具有優(yōu)異的加工性能。此薄板零件選擇聚苯乙烯（非結晶型）俗稱 PS，作為注射材料，其特點是成型性能好，成型前可不干燥，但注射時應防止溢料，制品產(chǎn)生內(nèi)應力。由于是一般性民用品，以性能上，價格上都符合我們主要要求，其它如拉伸強度，斷裂伸長率等則是次要考慮的指標（這由塑件的工作環(huán)境決定)。PS 為塑件材料是最初選定的。因為除了質(zhì)脆和抗拉強度稍微顯得性能不足，它所擁有的特性符合我們的塑件要求，但這些不是我們主要考慮的。1.2.5 繪制模具裝配圖草圖模具裝配圖的設計應先從繪制裝配圖入手，根據(jù)塑件的具體情況，經(jīng)過認真考慮、比較、初步確定出各部分的結構情況，最大限度地滿足塑件的技術要求和模具的合理工藝性。以下就是裝配草圖中應考慮到的幾個重要部分：（1）成型零件的結構及安裝方法：塑件成型的好壞直接影響塑件質(zhì)量、加工的難易程度。選擇合理的成型位置能使成型結構在現(xiàn)有的設備狀況下，基本滿足技術 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 8 頁 共 37 頁上的需要，易于加工、易于修改維修和更換。（2）確定澆口位置及結構形式：模具設計中的一個重要環(huán)節(jié)就是澆口套的位置確定。澆口位置是保證澆注塑件快速和均勻的關鍵，所以我們要在保證塑件表面不受損傷的前提下，確定澆口主流道和分流道冷料穴的位置形狀、大小及排氣方法等，使注射時物料流暢，易于成型。且易于清除澆注塑料。（3）確定分型面的位置和結構形式：分型面是塑件取出時和澆注系統(tǒng)分離的接觸面。一般情況下我們在設計時應根據(jù)塑料的幾何形狀，尺寸精度要求，兼顧其澆口形式、脫模方式、嵌件位置以及排氣條件、易清除飛邊、便于加工等諸因素，通盤考慮設計。（4）選擇成型設備：根據(jù)塑件的具體情況，選擇相適應的注射機并進行模具設計。成型設備有兩個重要參數(shù)。一是理論注射容量，另一個是最大投影面積。根據(jù)這兩個參數(shù)及可選用合適的成型設備。（5）側抽機構的確定：根據(jù)塑件側壁凹凸槽或孔及螺紋結構選擇合適的側抽機構。（6）頂出機構的確定：定模動模分型后，側抽芯也完成了抽芯動作。塑件落在動模上，且垂直面上已完全清除了平行方向上的障，礙，折實頂出機構在注射機頂桿的驅動下將成型塑件從動模中頂出。（7）確定溫度調(diào)節(jié)方式：溫度的控制直接影響了塑件成型的尺寸、質(zhì)量、外觀和效率，所以每個模具都必須盡可能好的設計溫度控制部分，為了取得較好的冷卻效果，對冷卻回路應由良好的布局，如冷卻回路的位置、尺寸形狀等，并預先考慮流出足夠的冷卻水路的安裝空間。（8）確定主要結構件的尺寸：通過以上問題的初步確定，即可勾畫出模體的輪廓，這時應確定導向機構的導柱及頂出系統(tǒng)的復位以及必要的先復位等的結構形式和安裝位置，以及各組合部分的連接形式及所必須的支承板、支承塊等。1.2.6 對零件進行造型設計并繪制工程圖裝配草圖繪制完成后，就應開始對各零件做詳細的造型設計。工程圖盡量按1：1 的比例畫出，因為這樣比較直觀，容易發(fā)現(xiàn)問題，如果需要放大或縮小，必須嚴格按比例畫出。按制圖規(guī)劃，正確標出尺寸、公差、行位公差其表面粗糙度等。最后，對模具進行裝配并繪制裝配圖，編寫設計說明書。主要零件繪制完成，對裝配草圖的自我檢驗和審定。即已存在的問題會充分暴露出來，經(jīng)過改正修訂后， 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 9 頁 共 37 頁描清并正式編號，標出模體的外輪廓尺寸以及模具的定位和安裝尺寸。1.3 課程任務要求本課題的任務內(nèi)容是要求設計一副帶內(nèi)側抽芯機構的注射模，以此為基礎，完成模具制造的工藝設計。并繪制 CAD 三維造型設計。帶內(nèi)側抽芯機構注射模要求一模一腔，并自動脫凝料。完成該注射模具裝配圖設計，全部零件圖紙設計，模具成型零件 CAD 三維造型設計，以及完成該注射模具的制造工藝設計。2 方案與設計根據(jù)帶內(nèi)側抽芯零件（薄板零件）機構的設計要求，本次設計我選擇了斜導桿抽芯機構。選擇的薄板零件是一個結構簡單的零件，設計的重點在于薄板零件內(nèi)部有凹槽，不能直接推出，成型模具需要采用內(nèi)側抽芯的成型結構，所以符合此次題刻設計要求。根據(jù)查找的各方面資料 [12]，開始選擇了斜滑塊抽芯和斜導桿抽芯機構兩種方法來實現(xiàn)。在比較之后，前者適合抽芯力較大的場合，后者更符合薄板零件的要求，此處的抽芯力較小。所以我采用了斜導桿內(nèi)抽芯機構注射模具。斜導桿方案如圖 2.1：設計時要注射斜導桿座的位置關系，斜導桿的旋轉的位置，旋轉的角度，零件要完成脫模的同時，斜導桿與支撐板，型芯之間還不發(fā)生干涉。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 10 頁 共 37 頁圖 2.1 裝配草圖3 帶內(nèi)側抽芯機構注射模的詳細設計過程3.1 注射成型的準備3.1.1 注射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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 11 頁 共 37 頁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(zhì)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(zhì)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(diào)濕兩種。（4）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 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 12 頁 共 37 頁進行解除取向，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℃至熱變形溫度以下 10℃～20℃之間；調(diào)濕處理是一種調(diào)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(diào)濕處理所用的加熱介質(zhì)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 小時～9 小時。3.1.2 注射成型工藝（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。（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 3.4Mpa～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(zhì)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 s～5 s，保壓時間一般為 20 s～ 120 s，冷卻時間一般為 30 s～120 s（這三個時間都是根據(jù)塑件的質(zhì)量來決定的，質(zhì)量越大則相應的時間越長） 。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)3.2 注射機的選擇3.2.1 注射機分類 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 13 頁 共 37 頁（1）注射機按外形特征可分為立式、臥式、直角式三種 [13]。（a）立式注射機：注射裝置與鎖模機構的軸線呈一直線垂直排列。優(yōu)點：占地少，模具拆裝方便，易于安放嵌件。缺點：重心高，加料困難；推出的塑件要由手工取出，不易實現(xiàn)自動化，容積較小。（b）臥式注射機：注射裝置與鎖模裝置的軸線呈一直線水平排列，使用廣泛。優(yōu)點：重心低，穩(wěn)定；加料、操作及維修方便；塑件可自行脫落，易實現(xiàn)自動化。缺點：模具安裝麻煩，嵌件安放不穩(wěn)，機器占地較大。（c）角式注射機注射裝置與鎖模裝置的軸線相互垂直排列。優(yōu)點、缺點介于立式注射機和臥式注射機之間。特別適用于成形中心不允許有澆口痕跡的平面塑件。（2）注射機按塑料在料筒的塑化方式不同可分為柱塞式注射機和螺桿式注射機。（a）柱塞式注射機：注射柱塞直徑為20mm～100mm的金屬圓桿，當其后退時物料自料斗定量地落入料筒內(nèi)，柱塞前進，原料通過料筒與分流梭的腔內(nèi)，將塑料分成薄片，均勻加熱，并在剪切作用下塑料進一步混合和塑化，并完成注射。多為立式注射機，注射量小于30g～60g，不易成形流動性差、熱敏性強的塑料。（b）螺桿式注射機：螺桿在料筒內(nèi)旋轉時，將料斗內(nèi)的塑料卷人，逐漸壓實、排氣和塑化，將塑料熔體推向料筒的前端，積存在料筒頂部和噴嘴之間，螺桿本身受熔體的壓力而緩慢后退。當積存的熔體達到預定的注射量時，螺桿停止轉動，在液壓缸的推動下，將熔體注入模具。臥式注射機多為螺桿式。目前，在注射機的標準中，有用注射量為主參數(shù)的，也有用合模力為主參數(shù)的，但大多以注射量合模力來表示注射機的主要特征。國內(nèi)標準主要有輕工部標準、機械部標準和國家標準。注射機型號中的字母S表示塑料機械，Z表示注射機，X表示成形，Y表示螺桿式（無Y表示柱塞式）等。3.2.2 注射機的選用注射機的選用包括兩方面的內(nèi)容：一是確定注射機的型號，使塑料、塑件、注射模及注射工藝等所要求的注射機的規(guī)格參數(shù)在所選注射機的規(guī)格參數(shù)可調(diào)的范圍內(nèi)；一是調(diào)整注射機的技術參數(shù)至所需要的參數(shù)。（1）注射機類型的選擇：根據(jù)塑料的品種、塑件的結構、成形方法、生產(chǎn)批量、現(xiàn)有設備及注射工藝等進行選擇。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 14 頁 共 37 頁（2）注射機規(guī)格的初選：根據(jù)以往的經(jīng)驗和注射模的大小，先預選注射機的型號，之后要進行以下的校核。（3）注射機參數(shù)的校核：（a）最大注射量的校核塑件連同凝料在內(nèi)的質(zhì)量一般不應大于注射機公稱注射量的80%，注射機多以公稱容量來表示。（b）注射壓力的校核注射機的公稱注射壓力要大于成形的壓力。（c）鎖模力的校核由于高壓塑料熔體充滿型腔時，會產(chǎn)生一個沿注射機軸向的很大的推力，這個力應小于注射機的公稱鎖模力，否則將產(chǎn)生溢料現(xiàn)象。（d）安裝部分的尺寸校核應校核的尺寸包括噴嘴、定位圈、最大模厚、最小模厚及模板上的螺孔。注射機的噴嘴頭部的球面半徑R1應與模具主流道始端的球面半徑R2吻合，以免高壓熔體從狹縫處溢出。R2一般應比R1大1mm～2mm，否則主流道內(nèi)的塑料凝料無法脫出。為了使模具的主流道的中心線與注射機噴嘴的中心線相重合，模具定模板上的定位圈或主流道襯套與定位圈的整體式結構的外尺寸d應與注射機固定模板上的定位孔呈較松動的間隙配合。注射模具的動模板、定模板應分別與注射機動模板、定模板上的螺孔相適應。模具在注射機上的安裝方法有螺栓固定和壓板固定。注射機的開模行程是有限制的，塑件從模具中取出時所需的開模距離必須小于注射機的最大開模距離，否則塑件無法從模具中取出。開模距離一般可分為兩種情況：一是當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，并不受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度無關；二是當注射機采用液壓機械聯(lián)合作用的鎖模機構時，最大開模行程由連桿機構的最大行程決定，并受模具厚度的影響即注射機最大開模行程與模具厚度有關。3.2.3 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（材料密度取 ρ=1.054g/cm 3）：總體積 V=15.18cm3； 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 15 頁 共 37 頁總質(zhì)量 M=20.55g；流道凝料 V=0.5V(流道凝料的體積（質(zhì)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??；實際注射量為：V 實 =15.18×1.5=22.77cm3；實際注射質(zhì)量為M 實 =1.5M=20.55×1.5=30.83g；根據(jù)實際注射量應小于 0.8 倍公稱注射量原則，即：0.8V 公 ≧V 實V 公 =V 實 /0.8=22.77÷0.8=28.46cm3（2）一次成型的塑料重量（塑件與流道凝料之和）應在注塑機理論注射量的10%～80%之間；既能保證制品質(zhì)量，又可充分發(fā)揮設備的能力，則選 50%～80%為最佳。（3）塑件的形狀較復雜，壁厚不均，也無特別高的精度要求，但是塑件的材料為 PS，粘度為中等，一般選用的壓力為 100Mpa～140Mpa，PS 的注射壓力在60Mpa～100Mpa。塑件的結構較復雜，取 P=80Mpa（a）塑件的投影面積計算 A=44X44=19.36cm2（b）型腔的壓力計算 P 腔 =2/3×P=53.3Mpa（c）鎖模力的計算 F=AP 腔 =41.32X53.3=22X104N根據(jù)計算，初選柱塞式注射機：XS-Z-60。3.2.4 注射機有關參數(shù)的校核和最終選擇（1）模具閉合高度的校核安裝模具的高度應滿足：Hmin＜H＜Hmax設計模具高度為：H 總 =237mm由于 XS-Z-60 型注射機所允許模具的最小厚度為 Hmin70mm，最大厚度為Hmax200mm，所以，模具閉合高度不能滿足安裝要求。改選 XS-ZY-125 型，最大裝模高度 Hmax=300mm，最小裝模高度 Hmin=200mm，H總=237mm 介于二者之間，滿足模具厚度安裝要求。 本 科 畢 業(yè) 設 計 說 明 書 （ 論 文 ） 第 16 頁 共 37 頁XS-ZY-125 型注射機的主要參數(shù)：額定注射量 125cm3；螺桿直徑 42mm；注射壓力 120Mpa；注射行程 115mm；注射方式，螺桿式；鎖模力 900KN；最大成型面積320；最大開合模行程 300mm，模具最小厚度 200mm；噴嘴圓弧半徑 R12mm；噴嘴孔直徑 Φ4mm；頂出形式，兩側設有頂桿，機械頂出。3.2.5 模具開模行程校核模具開模行程應滿足：Sm
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