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目 錄
摘要：…………………………………………………………………………………1
關(guān)鍵詞：………………………………………………………………………………1
1 前言……………………………………………………………………………………3
1.1 我國(guó)模具及CAD/CAM/CAE應(yīng)用現(xiàn)狀……………………………………………3
1.2 現(xiàn)代模具行業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人員的基本要求…………………………………………5
1.3 塑料模具設(shè)計(jì)流程…………………………………………………………5
1.3.1 產(chǎn)品要求……………………………………………………………………5
1.3.2 塑料模具設(shè)計(jì)………………………………………………………………6
1.3.3 試模分析產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生和解決方案……………………………………6
1.4 小型電視機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)思路…………………………………………………7
1.4.1 小型電視機(jī)產(chǎn)品的形體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………7
1.4.2 小型電視機(jī)產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析……………………………………7
1.4.3 小型電視機(jī)產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………7
2 小型電視機(jī)外殼模具工藝分析……………………………………………………8
2.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)…………………………………………………………………………8
2.2 殼體常用材料及應(yīng)用上需要注意事項(xiàng)…………………………………………9
2.3 樣品分析……………………………………………………………………10
2.3.1 樣品壁厚檢查(料厚均勻性分析)…………………………………………10
2.3.2 脫模角檢查(拔模角分析)…………………………………………………11
2.3.3 樣品各成型面的檢查(機(jī)構(gòu)分析)…………………………………………11
2.3.4 樣品分型面的確定(分型面分析)…………………………………………12
2.3.5 澆口進(jìn)料形式確定(澆口分析)……………………………………………13
2.4 小型電視機(jī)外殼注射機(jī)的選擇…………………………………………………16
2.4.1 選擇注射機(jī)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題……………………………………………16
2.4.2 根據(jù)注塑量初選注塑機(jī)…………………………………………………16
3 小型電視機(jī)外殼模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)……………………………………………………17
3.1 模具材料的選擇…………………………………………………………………17
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………18
3.2.1 主流道的設(shè)計(jì)……………………………………………………………19
3.2.2 分流道的設(shè)計(jì)……………………………………………………………20
3.2.3 澆口的設(shè)計(jì)………………………………………………………………21
3.2.4 冷料穴的設(shè)計(jì)……………………………………………………………22
3.3 工作零件設(shè)計(jì)……………………………………………………………………22
3.3.2 型芯設(shè)計(jì)…………………………………………………………………23
3.3.3 工作零件的工作尺寸計(jì)算………………………………………………23
3.3.4 彎銷側(cè)向分型動(dòng)作原理及設(shè)計(jì)要點(diǎn)……………………………………25
3.3.5 設(shè)計(jì)斜推結(jié)構(gòu)時(shí)需注意的幾個(gè)要點(diǎn)……………………………………26
3.3.6 滑塊設(shè)計(jì)…………………………………………………………………26
3.3.7 導(dǎo)滑槽設(shè)計(jì)………………………………………………………………27
3.3.8 滑塊的定位裝置…………………………………………………………28
3.4 確定模板厚度……………………………………………………………………28
3.4.1 確定公模板………………………………………………………………28
3.4.2 確定母模板厚度…………………………………………………………28
3.5 確定模具冷卻系統(tǒng)………………………………………………………………28
3.6 脫模機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………30
3.7 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………………30
3.7.1 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的功用…………………………………………………………30
3.7.2 導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)…………………………………………………………30
3.8 模架……………………………………………………………………………… 31
3.9 典型零件的加工………………………………………………………………31
3.10 裝配……………………………………………………………………………34
3.11 試模……………………………………………………………………………35
4 注塑機(jī)各個(gè)參數(shù)的校核 ……………………………………………………………36
4.1 塑件鎖模力校核…………………………………………………………………36
4.2 注射壓力的校核…………………………………………………………………36
4.3 模具安裝尺寸校核………………………………………………………………36
4.4 開模行程的校核…………………………………………………………………36
4.5 模具與注射機(jī)安裝模具部分相關(guān)尺寸的校核…………………………………37
5 結(jié)論…………………………………………………………………………………37
參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………38
致謝………………………………………………………………………………………39
39
小型電視機(jī)外殼注塑工藝分析及模具設(shè)計(jì)
摘 要：小型電視機(jī)外殼的材料為ABS，本設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)了該外殼的注射成型模具。本模具主要采用一模一腔和四導(dǎo)柱的模具結(jié)構(gòu)，鑲塊型芯的形式。但是不足之處在于側(cè)向抽芯部分是在定模與動(dòng)模之間各一半，這樣給模具型腔和型芯的加工帶來(lái)不便之處，在成型側(cè)面的槽時(shí)采用小鑲塊的形式定位在動(dòng)模上，很容易使模具產(chǎn)生溢料的現(xiàn)象。本模具主要由模仁滑塊鑲件、斜銷、模板、?；瑝K座等組成。具有高質(zhì)量、高性能、高精度、高效率、自動(dòng)化和低成本的優(yōu)點(diǎn)，適用于成批大量生產(chǎn)。
關(guān)鍵詞：ABS；一模一腔；注射成型；滑塊型芯；大量生產(chǎn)；
The Analysis of the Injection Process and Design of
the Mould for the Shell of Television
Abstract: Small TV shell material for ABS, this graduation design, the main design of the shell injection molding. This mould mainly adopts a mold a cavity and four guide pin die structure, and set pieces cores of form. But there is room for lateral core-pulling partly in fixed mode and dynamic model between each half, so give mold cavity and cores of processing bring inconvenience; When the slot in molding side by small set piece in the form of dynamic model, positioning mold makes it easy to produce the phenomenon of overflow. This mould mainly by the mould kernel slider set piece, oblique pin, template, mould the slider seat etc. With high quality, high performance, high precision, high efficiency and automation and low cost advantages, suitable for mass production batches。
Key words: ABS；a mold a cavity；injection molding；pieces cores；mass production batches；
1 前言
1.1 我國(guó)模具及CAD/CAM/CAE應(yīng)用現(xiàn)狀
模具是制造業(yè)中用量最大、影響面廣的工具產(chǎn)品，工業(yè)產(chǎn)品的零件粗加工的75%、精加工的50%及塑料零件的90%由模具來(lái)完成。隨著鋼鐵時(shí)代向聚合物時(shí)代過(guò)渡，工業(yè)及生活中使用的工程塑料、橡膠己遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)鋼鐵，聚合物必須用模具成型，沒(méi)有高水平的模具就沒(méi)有高質(zhì)量的產(chǎn)品;另一方面，隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度加快，模具成為新產(chǎn)品開發(fā)的關(guān)鍵。
計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)指工程技術(shù)人員在人和計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)中以計(jì)算機(jī)為輔助工具，完成產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、分析、繪圖等工作，一般包括零件設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)、圖樣繪制等。
計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)指NC程序編制、包括刀具路徑規(guī)劃、刀位文件生成、刀具軌跡仿真及NC代碼的生成等。
注射模計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)技術(shù)是利用塑料加工流變學(xué)、傳熱學(xué)、數(shù)值計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等理論，對(duì)注射模澆口及流道的配置和尺寸、冷卻管道的尺寸、布置及聯(lián)接方式、塑料熔體在模具中的流動(dòng)、充填、冷卻情況等進(jìn)行定量分析和模擬。
CAD、CAM的概念是在50年代末60年代初，由美國(guó)麻省理工學(xué)院教授提出的。從60年代中期到70年代中期，針對(duì)某個(gè)領(lǐng)域的CAD系統(tǒng)蓬勃發(fā)展。之后隨著計(jì)算機(jī)的應(yīng)用發(fā)展，深入到生產(chǎn)各領(lǐng)域。歐美許多模具生產(chǎn)企業(yè)較早地將CAD/CAM應(yīng)用到生產(chǎn)實(shí)際中。國(guó)外CAE技術(shù)是1983年以后開始研發(fā)的，是CAD/CAM的進(jìn)一步發(fā)展。將高新技術(shù)應(yīng)用于模具的設(shè)計(jì)與制造，已成為快速制造模具的有力保證。
我國(guó)注射模成型工藝發(fā)展了近50年，但是由于塑料制品的多樣性、復(fù)雜性和工程技術(shù)人員經(jīng)驗(yàn)的局限性，長(zhǎng)期以來(lái)，工程技術(shù)人員很難精確地設(shè)置制品最合理的加工參數(shù)，選擇合適的塑料材料和確定最優(yōu)的工藝方案。傳統(tǒng)模具開發(fā)流程為概念設(shè)計(jì)--產(chǎn)品設(shè)計(jì)--模具設(shè)計(jì)--模具制造--設(shè)置工藝參數(shù)--試模--生產(chǎn)。傳統(tǒng)方法在開始大規(guī)模生產(chǎn)前由于僅憑經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)模具，模具裝配完畢后，通常需要幾次試模，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，不僅要工藝師重新設(shè)置工藝參數(shù)，甚至還要設(shè)計(jì)師調(diào)整塑料制品和模具設(shè)計(jì)方案，修改模具。重復(fù)各個(gè)步驟增加了生產(chǎn)成本，影響模具質(zhì)量，同時(shí)延長(zhǎng)了制品生產(chǎn)時(shí)間。
我國(guó)的模具行業(yè)是應(yīng)用CAD/CAM較早的一個(gè)領(lǐng)域，但就整個(gè)行業(yè)而言，至今具有較完備集成環(huán)境的企業(yè)較少。目前在該行業(yè)具有代表性的是在設(shè)計(jì)、制造及管理等部門部分或單獨(dú)采用了CAD、CAM等技術(shù)。雖然這些技術(shù)在應(yīng)用初期對(duì)提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)水平、增加企業(yè)活力起到了積極的促進(jìn)作用，但隨著產(chǎn)品更新?lián)Q代速度不斷加快、同行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇及市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，客戶對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量、成本、制造周期要求不斷提高，原來(lái)分散獨(dú)立使用已不適應(yīng)發(fā)展需要。
我國(guó)是制造業(yè)大國(guó)，在新一輪國(guó)際產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)變革中，我國(guó)正逐步成為全球制造業(yè)的重要基地之一?！耙孕畔⒒瘞?dòng)工業(yè)化，發(fā)揮后發(fā)優(yōu)勢(shì)，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的跨越式發(fā)展”是國(guó)家的發(fā)展戰(zhàn)略。應(yīng)用高新技術(shù)，特別是信息技術(shù)改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，將成為我國(guó)今后一段時(shí)間制造業(yè)發(fā)展的主題之一。我國(guó)CAD/CAE/CAM等現(xiàn)代制造技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用起步晚、基礎(chǔ)差。80年代初，機(jī)械CAE技術(shù)中的有限元法被成功地應(yīng)用到注射成型分析過(guò)程中，逐步形成了注射模CAE系統(tǒng)。注射模CAE技術(shù)是力學(xué)、流體、熱學(xué)、高分子材料、注射成型工藝、注射模設(shè)計(jì)、有限元分析和計(jì)算機(jī)等多學(xué)科相交叉的新興學(xué)科。國(guó)際市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些商品化注射模CAE軟件，如美國(guó)Actech noofgy公司的C-mold、澳大利亞MF公司的MoldFlow等。近十來(lái)年CAE技術(shù)也已走向成熟。國(guó)內(nèi)是在“八五”期間才開始注射模CAE技術(shù)的研究、開發(fā)工作，近年來(lái)也陸續(xù)出現(xiàn)了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的注射模CAE軟件，如鄭州工業(yè)大學(xué)國(guó)家橡塑模具工程研究中心開發(fā)的Z-MOLD等。“九五”期間科技部同國(guó)家經(jīng)貿(mào)委等部門實(shí)施“CAD應(yīng)用工程”，現(xiàn)己成功地實(shí)現(xiàn)了“甩圖板”，并在部分企業(yè)進(jìn)行了CAD等技術(shù)的應(yīng)用試點(diǎn)與示范，現(xiàn)代技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用有了良好的起步和發(fā)展，“十五”期間國(guó)家將投入8億元實(shí)施信息化工程。同時(shí)在CAD/CAE/CAM等軟件方面擁有了自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的軟件，如北航海爾CAXA系列軟件、上海交大申模公司的三維有限元分析系統(tǒng)、吉林金網(wǎng)格模具工程研究所研究的模具CAD/CAE/CAM一體化等。雖然國(guó)外軟件的應(yīng)用在我國(guó)模具行業(yè)中仍占主要地位，但可預(yù)計(jì)國(guó)產(chǎn)的CAD/CAE/CAM軟件將在我國(guó)模具工業(yè)中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
在CADC/AE/CAM研究及應(yīng)用上，我國(guó)處于起步階段，CAD真正應(yīng)用不超過(guò)十年，CAM也僅是近些年逐步開始應(yīng)用，CAE的應(yīng)用僅限于為數(shù)不多的較大模具企業(yè)應(yīng)用，還處于探索階段。
隨著全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，新的技術(shù)革命不斷取得新的進(jìn)展和突破，技術(shù)的飛越發(fā)展已經(jīng)成為推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的重要因素。市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，促使工業(yè)產(chǎn)品越來(lái)越多品種、小批量、高質(zhì)量、低成本的方向發(fā)展。為了保持和加強(qiáng)產(chǎn)品在市場(chǎng)上的競(jìng)爭(zhēng)力，產(chǎn)品的開發(fā)周期，生產(chǎn)周期越來(lái)越短，于是對(duì)制造各種產(chǎn)品的關(guān)鍵工藝裝備——模具的要求越來(lái)越苛刻。沒(méi)有計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的支持，就不可能適應(yīng)上述兩方面的要求。
本文的課題來(lái)源于企業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，通過(guò)以小型電視機(jī)外殼為例，研究CAD/CAE/CAM在塑料制品及塑料注射模設(shè)計(jì)、模擬、加工中集成設(shè)計(jì)的全過(guò)程的模式。以AutoCAD、Pro/E和Model Flow(CAE)三種流行軟件為主來(lái)設(shè)計(jì)小型電視機(jī)外殼，完成設(shè)計(jì)全過(guò)程及設(shè)計(jì)模式。通過(guò)本文小型電視機(jī)外殼精密模具設(shè)計(jì)，可以看到模具行業(yè)中對(duì)設(shè)計(jì)人員及現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法的要求。[3]
1.2 現(xiàn)代模具行業(yè)對(duì)設(shè)計(jì)人員的基本要求
生產(chǎn)周期短，效率高，品質(zhì)高，是現(xiàn)代模具的典范，發(fā)展的方向是高速、高效、準(zhǔn)確地完成客戶所需要的模具，對(duì)模具設(shè)計(jì)人員的要求就更加嚴(yán)格。設(shè)計(jì)的不合理，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品就不可能過(guò)關(guān)，這是很簡(jiǎn)單的道理。要做一個(gè)合格的設(shè)計(jì)員就要準(zhǔn)確無(wú)誤地分析產(chǎn)品原始檔案，與客戶之間溝通，即要盡量滿足客戶的需求,又要合理的簡(jiǎn)化模具結(jié)構(gòu)，來(lái)降低模具的成本。對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)，除了有強(qiáng)有力的理論基礎(chǔ)，還必需具備軟件應(yīng)用能力，掌握與工作緊密相關(guān)的軟件是每個(gè)設(shè)計(jì)人員必經(jīng)之路。軟件的運(yùn)用是一種技能，熟練的軟件應(yīng)用能力，能給你的工作帶來(lái)事半功倍的效果。除了要求生產(chǎn)設(shè)備自動(dòng)化，智能化外，還要求設(shè)計(jì)人員要有良好的職業(yè)素質(zhì)及工作能力，才能生產(chǎn)高精度的產(chǎn)品，在最短的時(shí)間內(nèi)，生產(chǎn)出最讓客戶滿意的產(chǎn)品。
設(shè)計(jì)人員基本要具備以下幾個(gè)方面的能力:
(1)熟練的軟件應(yīng)用能力;
(2)產(chǎn)品的分析，消化原始資料，對(duì)客戶的產(chǎn)品圖進(jìn)行檢測(cè)，查看是否有不可成型，妨礙機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)、壁厚不均勻、能造成產(chǎn)品的不良缺陷等的能力;
(3)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)及模具材料的選用的能力;
(4)模流分析(Mold Flow)能力，分析結(jié)果直接影響到成品的質(zhì)量;
(5)設(shè)計(jì)后要預(yù)知將產(chǎn)生的缺陷，及補(bǔ)救方案，不能在產(chǎn)生缺陷后無(wú)法修改模具，而使模具報(bào)廢等嚴(yán)重問(wèn)題。
1.3 塑料模具設(shè)計(jì)流程
良好的設(shè)計(jì)流程是設(shè)計(jì)出準(zhǔn)確合理的好產(chǎn)品的基礎(chǔ)，制訂模具設(shè)計(jì)流程是使模具設(shè)計(jì)規(guī)范化、制程化的保證，是適應(yīng)模具交貨期短，縮短模具設(shè)計(jì)時(shí)間的必由之路。
塑料注射模計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造流程:塑件三維建?！Ａ鞣治觥芰袭a(chǎn)品裝配—模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)—生成模具工程圖—模具關(guān)鍵零件數(shù)控加工—關(guān)鍵零件數(shù)控電加工—模具裝配調(diào)式。
1.3.1 模具要求
(l)接到的執(zhí)行單
從模具執(zhí)行單上審查產(chǎn)品的所有要求，其中包括:
①產(chǎn)品圖;
②要求產(chǎn)品的模穴數(shù);
③塑料材質(zhì);
④有時(shí)會(huì)提供模具的大小，進(jìn)料位置，有倒勾時(shí)，還會(huì)要求做斜銷還是滑塊。
(2)接到的2D和3D產(chǎn)品圖處理，包括:
①如果接到的產(chǎn)品圖是2D圖，則要必須先將2D圖轉(zhuǎn)化為3D圖(用Pro/E或UG軟件)，即根據(jù)產(chǎn)品的2D圖建構(gòu)產(chǎn)品的3D模型圖;
②如果有了產(chǎn)品的3D模型圖，模具3D設(shè)計(jì)人員必須檢查3D模型圖的外觀，成品的平均壁厚是否有壁厚不均的地方會(huì)產(chǎn)生縮水，成品的拔模角是否有利于開模，成品的結(jié)構(gòu)是否有利于產(chǎn)品成型。
③如果產(chǎn)品的3D模型圖有以上的問(wèn)題存在，要先修改成品的問(wèn)題。
1.3.2 塑料模具設(shè)計(jì)
經(jīng)過(guò)以上的產(chǎn)品圖處理之后轉(zhuǎn)入模具設(shè)計(jì)階段，包括:
(l)產(chǎn)品成型分析MoldFlow(CAE);
(2)2D模具結(jié)構(gòu)圖繪制(AutoCAD);
(3)3D模仁成型部分拆制(Pro/E);
(4)模具零件圖的拆制。
模具零件圖也就是所說(shuō)的模具加工圖，是根據(jù)模具2D圖和3D圖拆制的模具零件圖。包括模板圖、滑塊座圖、斜撐銷圖、模仁圖、滑塊圖、斜銷圖等，還有推桿備料明細(xì)表、五金零件備料明細(xì)表、出圖明細(xì)表等。
其中前三部分工作同時(shí)進(jìn)行。
1.3.3 試模分析產(chǎn)品缺陷的產(chǎn)生和解決方案
要預(yù)知將產(chǎn)生的缺陷及補(bǔ)救方案，不能在產(chǎn)生缺陷后無(wú)法修改模具。小型電視機(jī)外殼屬薄殼件，薄殼件加工成型的質(zhì)量缺陷主要表現(xiàn)在塑件的翹曲變形、表面縮痕和流痕等問(wèn)題上，對(duì)于這些問(wèn)題，合理地設(shè)置工藝參數(shù)起著決定性的作用。以翹曲變形為例進(jìn)行分析:影響塑件變形的因素(工藝參數(shù))主要有:模具溫度、熔體溫度、澆口尺寸、注射速率、保壓壓力、保壓時(shí)間，同時(shí)還要考慮模具溫度和熔體溫度的交叉因素、熔體溫度和澆口尺寸的交叉因素對(duì)翹曲變形的影響。通過(guò)CAE模擬分析，找出上述這些因素最佳工藝參數(shù)的組合，以改善和消除塑件的翹曲變形，提高塑件的質(zhì)量。
1.4 小型電視機(jī)外殼模具設(shè)計(jì)思路
小型電視機(jī)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品功能的關(guān)鍵，這不僅需要與產(chǎn)品外觀相協(xié)調(diào)，更要考慮后序的生產(chǎn)裝配、噴涂、噴繪、模具設(shè)計(jì)制造等各方面。
1.4.1 小型電視機(jī)產(chǎn)品的形體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
牽扯知識(shí)范圍十分廣泛，主要有材料的選用、模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、表面處理、加工手段、包裝裝潢幾個(gè)方面，這此因素的運(yùn)用直接影響著小型電視機(jī)產(chǎn)品的生命和外觀形象的變化。可以說(shuō)設(shè)計(jì)者的水平高低決定了產(chǎn)品的生命力和產(chǎn)品檔次高低，高檔次產(chǎn)品不一定是高造價(jià)，運(yùn)用低造價(jià)設(shè)計(jì)出高檔次的產(chǎn)品是設(shè)計(jì)者水平高素質(zhì)的體現(xiàn)。
1.4.2 小型電視機(jī)產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析
(1)要審查造型設(shè)計(jì)是否合理可靠，包括制造方法、塑件的出模方向、出模斜度、抽芯、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、電路安裝(和電子工程人員配合)等是否合理;
(2)根據(jù)造型要求確定制造工藝是否能實(shí)現(xiàn)，包括模具制造、產(chǎn)品裝配、外觀的噴涂、絲印、材質(zhì)選擇、需采購(gòu)的零件供應(yīng)等;
(3)確定產(chǎn)品功能是否能實(shí)現(xiàn)，用戶使用是否最佳;
(4)進(jìn)行具體的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，確定每個(gè)零件的制造工藝，要注意塑件的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、安裝定位、筋骨方式、產(chǎn)品變形、元器件的安裝定位、安裝要求、確定最佳裝配路線;
(5)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要盡量考慮模具設(shè)計(jì)和制造的難度，提高注射生產(chǎn)的效率，最大限度地減低模具成本和生產(chǎn)成本;
(6)確定整個(gè)產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝，檢測(cè)手段，保證產(chǎn)品的可靠性。
1.4.3 小型電視機(jī)產(chǎn)品的模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
對(duì)以上所需要清楚的東西，做好工藝排序，然后進(jìn)入模具結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一裝配圖的設(shè)計(jì)。
(l)3D轉(zhuǎn)2D的DWG圖(CAD圖);
(2)成品的開模分析，確定凸、定模分模面;
(3)成品的結(jié)構(gòu)分析，確定機(jī)構(gòu)，如有倒扣的，用斜銷成型或側(cè)滑塊成型;
(4)成品的進(jìn)澆點(diǎn)的分析，借助MoldFlow軟件，確定澆口的形狀、位置等，及注射機(jī)的選用;
(5)確定模具的結(jié)構(gòu)(兩板模、三板模、及熱澆道)，有時(shí)候根據(jù)需求而確定;
(6)成品的收縮率的確定(未加收縮的，給產(chǎn)品在3D圖中放收縮) ;
(7)確定成品的開模腔數(shù)(一模多腔，要注意注射模均衡);
(8)成品放縮及鏡射成品圖;
(9)確定成品的擺放位置(模腔的排配);
(10)確定模仁的大小(由于小型電視機(jī)模具結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模仁(模腔)需要單獨(dú)加工);
(11)畫出流道及澆口;
(12)確定模座大小，調(diào)用模座
(13)將模仁放入模座中的適當(dāng)位置:
(l4)畫定位圈及注射澆口套;
(15)畫滑塊及斜銷等機(jī)構(gòu);
(16)畫頂出機(jī)構(gòu);
(17)畫冷卻水路;
(18)畫模座其它周邊的結(jié)構(gòu);
(19)標(biāo)注模座的尺寸。
2 小型電視機(jī)外殼模具工藝分析
小型電視機(jī)殼體的作用:是整個(gè)電視機(jī)的支承骨架;對(duì)電子元器件進(jìn)行定位及固定;承載其他所有非殼體零部件并限位。殼體通常由工程塑料注塑成型。
2.1 產(chǎn)品數(shù)據(jù)
原始資料要求:
(1)由Pro/E軟件生成3D圖，圖1是產(chǎn)品正面，圖2是產(chǎn)品反面;
(2)塑料材質(zhì): ABS;
(3)模具腔數(shù):一模一腔;
(4)模具型式:冷流道模具;
(5)生產(chǎn)數(shù)量:預(yù)計(jì)生產(chǎn)50萬(wàn)件。
2.2 殼體常用ABS材料及應(yīng)用上需要注意事項(xiàng)
(l)由丙烯睛、丁二烯和苯乙烯三種化學(xué)單體合成。ABS的特性主要取決于三種單體的比率及分子結(jié)構(gòu)，這在產(chǎn)品設(shè)計(jì)上具有較大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場(chǎng)上多種不同品質(zhì)的ABS材料。這些不同品質(zhì)的材料提供了不同的特性，例如從中等到高等的抗沖擊性，從低到高的光潔度和高溫扭曲特性等。
ABS材料具有超強(qiáng)的易加工性，外觀特性，低蠕變性和優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性以及很高的抗沖擊強(qiáng)度。高流動(dòng)性，便宜，適用于對(duì)強(qiáng)度要求不太高的部件(不直接受到?jīng)_擊，不承受結(jié)構(gòu)耐久性的部件)，如電視機(jī)內(nèi)部的支撐架等。還有就是普遍用在要電鍍的部件上(如按鈕，側(cè)鍵，導(dǎo)航鍵，電鍍裝飾件等)。目前常用奇美PA—727，PA—757等。
(2)PC(聚碳酸脂)PC是一種非晶體工程材料，具有特別好的抗擊強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性、光澤度、抑制細(xì)菌特性、阻燃特性以及抗污染性，PC的缺口沖擊強(qiáng)度非常高，并且收縮率很低。
PC有良好的機(jī)械性，但流動(dòng)性較差，注射過(guò)程較困難。因此，如果塑件要求有較高的抗沖擊性，那么選低流動(dòng)率的PC材料;反之，可以使用高流動(dòng)率的PC材料，這樣可以優(yōu)化注射過(guò)程。避免一味減少?gòu)?qiáng)度風(fēng)險(xiǎn)，什么部件都用PC料而導(dǎo)致成型困難和成本增加。
高強(qiáng)度、價(jià)格較貴、流動(dòng)性不好。適用于對(duì)強(qiáng)度要求較高的外殼，如翻蓋小型電視機(jī)中與轉(zhuǎn)軸配合的兩個(gè)殼體，不帶標(biāo)準(zhǔn)滑軌模塊的滑蓋機(jī)中有滑軌和滑道的兩個(gè)殼體等，目前指定必須用PC材料。較常用Gelexanexl 1414和Samsung HF1023IM。
本文小型電視機(jī)外殼采用的是ABS塑料。
通常外殼都是由上、下殼組成，理論上上下殼的外形可以重合，但實(shí)際上由于模具的制造精度、注塑參數(shù)等因素的影響，造成上、下外形尺寸大小不一致，即面殼大于底殼或底殼大于面殼。可接受的面殼尺寸偏差小于0.15mm，可接受底殼尺寸偏差小于0.lmm。在無(wú)法保證零段差時(shí)，盡量使產(chǎn)品的面殼大于底殼。一般來(lái)說(shuō)，面殼因有較多的孔，成型收縮較大，所以收縮率選擇較大，一般選0.5%。底殼成型收縮較小，所以收縮率選擇較小，一般選0.4%，即面殼收縮率一般比底殼大0.1%。即便是兩件殼體選用相同的材料，也要在做模時(shí)，底殼取較小的收縮率。
圖1 產(chǎn)品正面(Fig1 Product frontage) 圖2 產(chǎn)品反面(Fig2 Product reverse side)
2.3 樣品分析
此分析主要是在Pro/E和MoldFlow中分析。
Pro/E:可進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)、裝配設(shè)計(jì)、模具設(shè)計(jì)、NC加工、仿真等。本例對(duì)3D圖進(jìn)行分析看它是否易于成型，主要有壁厚、拔模角、結(jié)構(gòu)等，并大至分好分模面。
MoldFlow分析目的:
(1)盡早在設(shè)計(jì)階段使用MoldFlow以獲取最大的利益;
(2)預(yù)先確認(rèn)可能存在的問(wèn)題;
(3)使產(chǎn)品的品質(zhì)比以往所做的更好;
(4)使產(chǎn)品成本降低;
(5)在相同或更短的時(shí)間內(nèi)制造更多的產(chǎn)品。
2.3.1 樣品壁厚檢查(料厚均勻性分析)
殼體的壁厚對(duì)部件的很多關(guān)鍵特性的影響至關(guān)重要，包括結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、外觀、成型及成本。設(shè)計(jì)階段優(yōu)化的殼體厚度可以降低后續(xù)可靠性測(cè)試的風(fēng)險(xiǎn)，修模的成本以及成型的困難。
壁厚檢查包括成品壁厚分布、平均壁厚檢查、是否有過(guò)薄難以充填或過(guò)厚處。對(duì)于塑料件來(lái)說(shuō)，壁厚不均會(huì)使其在注射成型時(shí)產(chǎn)生縮水現(xiàn)象。因此，當(dāng)拿到樣品時(shí)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行壁厚檢查。對(duì)于有壁厚不均的部位要及早通知修改模型。
塑件的厚度不應(yīng)過(guò)厚或過(guò)薄，壁厚常取1.5mm左右，對(duì)于電視機(jī)塑件來(lái)說(shuō)，最厚處應(yīng)小于2mm(根據(jù)經(jīng)驗(yàn))。另外，要查看是否存在薄厚懸殊處，若通過(guò)計(jì)算在某一部分存在小于0.4的膠位，應(yīng)建議客戶加膠或自行處理。
壁厚要均勻，厚薄差別盡量控制在基本壁厚的25%以內(nèi)(低縮水率材料小于0.5%)，可以避免明顯的翹曲、填充及外觀缺陷等問(wèn)題。
本例Pro/E經(jīng)壁厚檢查分析，得知樣品無(wú)壁厚不均現(xiàn)象。
2.3.2 脫模角檢查(拔模角分析)
要對(duì)所有平行于模具分開的方向的面進(jìn)行拔模。拔模角檢查包括確認(rèn)是否有拔模、須拔模處、脫模度數(shù)，角度小是否會(huì)造成成品刮傷或貼母模等。樣品的脫模角決定了成品在模具開模時(shí)能否順利脫出，是否會(huì)產(chǎn)生粘模等現(xiàn)象。所以在設(shè)計(jì)好脫模角度后還應(yīng)對(duì)其進(jìn)行脫模角檢查。
塑件在脫模方向的拔模角，視成型面深度而定，一般在0.5～2度之間。對(duì)于模具上動(dòng)模和定模之間的擦破位，拔模角應(yīng)大于1.5°為好，少數(shù)也可能小于1.5°，但不能沒(méi)有拔模角。
該工作也由Pro/E執(zhí)行結(jié)果符合要求。
Pro/E中拔模角度的解釋:如圖3，點(diǎn)選的平面用來(lái)確定脫模方向(平面的法線方向，遠(yuǎn)離平面一側(cè)為正方向)，通過(guò)設(shè)定三種顏色的顯示，雙向顯示:要以看到拔模角>O、=0、<0(<、>、=的塑件表面，這些塑件拔模角的確定，決定了分型面的選擇)。
圖3 點(diǎn)選平面方向[7]
Fig3 The spot chooses the plane direction[7]
2.3.3 樣品各成型面的檢查(機(jī)構(gòu)分析)
該工作主要是檢查樣品各表面是否有不利于模具開模(影響脫模)的倒勾、凸臺(tái)凹坑等。對(duì)于需要做到的倒勾、凸臺(tái)和凹坑，可采用斜銷或滑塊成型。而由于設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)意形成的倒勾(如需斜銷頭部成型的倒勾)，則可以改變斜銷的運(yùn)動(dòng)方向或更改樣品，即將頭部倒勾以減料方式削平。此外，對(duì)于其它形式的倒勾可酌情更改樣品。
由拔模角分析及圖4和圖5上倒扣(外凸或內(nèi)凹)可知，該產(chǎn)品需四個(gè)滑塊成型，而內(nèi)側(cè)壁的二處倒勾需用斜銷成型。另外，還應(yīng)檢查樣品上是否存在無(wú)法成型之處(如薄片等)。
圖4 倒扣
Fig4 Pours buckles
圖5 倒勾
Fig5 Pours cancels
2.3.4 樣品分型面的確定(分型面分析)
樣品的分型面應(yīng)有利于產(chǎn)品的成型和脫模，并且分型線不應(yīng)該存在有尖角的地方，否則模仁(成型部分，型腔、型芯單獨(dú)做鑲在模板里)無(wú)法加工，且產(chǎn)品也很難成型。
因產(chǎn)品較大，外觀光潔性要求很高，且4個(gè)側(cè)面的外表面都有側(cè)凹，故分型面應(yīng)為曲面，4面為側(cè)向抽芯，但為了外觀要求，應(yīng)做成整體滑塊。如圖6所示粗線即為側(cè)向抽芯后在產(chǎn)品上形成的接合線，夾線沿著產(chǎn)品上曲面相交的交線和產(chǎn)品的外廓，此處夾線不設(shè)計(jì)在虛線處是因?yàn)樘摼€處將在矩形處產(chǎn)生夾線，影響產(chǎn)品的外觀。模流分析夾線包圍集中在中間小孔處，加小型芯成型以利于排氣，后部已用滑塊成型。
模具分型線設(shè)計(jì)原則一般選在塑件的最大輪廓線上，因此采用切片法尋找最大輪廓線。其具體思想是根據(jù)分型方向形成一系列切面然后計(jì)算出所有切面同塑件模型相交的閉合輪廓線，再提取每個(gè)輪廓線上的最左和最右點(diǎn)，連接這些點(diǎn)形成塑件輪廓的分型線。這種方法適合帶有自由曲面的塑件，如電視機(jī)殼表面。
圖6 分模面（Fig6 Minute mold surface）
2.3.5 澆口進(jìn)料形式確定(澆口分析)
澆口的類型很多，常見(jiàn)的有側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、潛伏式澆口、扇形澆口等多種，根據(jù)其特性來(lái)選擇使用的不同場(chǎng)合。澆口一般都較細(xì)小，因此流動(dòng)阻力很大，細(xì)微的變化都會(huì)對(duì)塑料熔體的充填產(chǎn)生很大的影響。澆口設(shè)計(jì)主要有澆口的數(shù)目、位置、形狀和尺寸的設(shè)計(jì)。澆口的數(shù)目和位置主要影響充填模式，而澆口的形狀和尺寸主要影響熔體流動(dòng)性質(zhì)。澆口的設(shè)計(jì)一方面應(yīng)該保證提供一個(gè)快速、均勻、平衡、單一方向流動(dòng)的充填模式，另一方面應(yīng)該避免射流、滯流、凹陷等現(xiàn)象。
注射模CAE技術(shù)主要在兩個(gè)方面體現(xiàn)了現(xiàn)代制造技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，首先是封閉型腔內(nèi)的熔體流動(dòng)成型過(guò)程分析，其次是滿足成型工藝參數(shù)的模具及注塑機(jī)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)控制分析。利用注塑成型分析軟件，可以很方便地通過(guò)注塑成型模擬，獲得熔體的流動(dòng)前沿動(dòng)態(tài)視圖。透過(guò)模具內(nèi)部，可以檢查所指點(diǎn)的任一點(diǎn)模具溫度和壓力，給設(shè)計(jì)者進(jìn)入整個(gè)加工過(guò)程的真實(shí)感受。通過(guò)注塑成型流動(dòng)模擬，不但可以分析塑料制品在模具型腔中的溫度場(chǎng)、壓力場(chǎng)，還可以預(yù)測(cè)熔接縫和氣穴的形成部位。針對(duì)模擬分析存在的問(wèn)題，可以借助于3D計(jì)算機(jī)造型系統(tǒng)修改制品設(shè)計(jì)，或修改模具設(shè)計(jì)。利用先進(jìn)的CAE工具，可以提高塑料制品的質(zhì)量，避免模具返工和修改設(shè)計(jì)，節(jié)省時(shí)間和金錢。
塑料注射成型充填模擬軟件都是采用基于中性層模型的有限元/有限差分方法。所謂中性層就是假想的位于模具型腔和型芯中間的層面，但在應(yīng)用上有較大局限性，將被型腔表面模型取代。
了解所應(yīng)用的塑料特性后，對(duì)初選澆口時(shí)有一定的作用。利用MoldFlow進(jìn)行分析時(shí)軟件將自動(dòng)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的塑料數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。如圖7澆口位置分析圖。
圖7 澆口位置分析圖
Fig7 Runner position analysis
其主要分析內(nèi)容:
初步設(shè)定澆口位置后，分析塑件的填充效果、是否有短射、流動(dòng)溫度差(澆口處與最終成型處溫度差愈小愈好)等，播放小圖標(biāo)，可表現(xiàn)動(dòng)畫效果，如塑料流動(dòng)過(guò)程等。
(1)充模時(shí)間:指澆注塑料從澆口到當(dāng)前位置的注塑流動(dòng)時(shí)間。它的主要用途為確定澆注路徑的平衡性和用于理解熔接痕和氣囊的形成。如圖7所示，紅色表示此地方溫度最高(溫度過(guò)高，易發(fā)生熔體破裂)，之后溫度降低，最后充滿處溫度最低為藍(lán)色，表明溫度是隨時(shí)效變化的。充模時(shí)間1.94s。另外,從填充時(shí)間的結(jié)果可以看出是否發(fā)生短射，可根據(jù)情況調(diào)整澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和注射工藝參數(shù)來(lái)改善。從填充時(shí)間的動(dòng)態(tài)圖可以了解各個(gè)時(shí)刻塑料熔體在模具型腔內(nèi)的流動(dòng)狀態(tài)。平衡的流動(dòng)狀態(tài)，每股料流將同時(shí)到達(dá)型腔未端;不平衡的流動(dòng)狀態(tài)，將會(huì)引起某些區(qū)域還未填滿而另一區(qū)域己經(jīng)產(chǎn)生過(guò)保壓，使該區(qū)域的密度比其它區(qū)域大，質(zhì)量大造成材料的浪費(fèi)和機(jī)械性能的差異。
(2)壓力下降:表示從澆注口到當(dāng)前位置的壓力差值。從壓力分布的結(jié)果可以了解型腔內(nèi)壓力的分布情況。在平衡流動(dòng)狀態(tài)下，壓力總是從澆口到型腔未端逐步降低。若壓力在型腔與澆口間產(chǎn)生突變，也就是流動(dòng)不平衡，將會(huì)使塑件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，造成產(chǎn)品頂出后變形或使用中發(fā)生應(yīng)力破壞?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)整澆口的位置、大小或澆口的數(shù)量來(lái)改變型腔內(nèi)壓力變化的分布情況。
(3)熔接痕位置:是指兩股以上流動(dòng)的熔融塑料前鋒相接觸時(shí)，由于料流前鋒溫度下降，接觸表面不能很好地熔合。在注射成型加工中，熔接縫的產(chǎn)生主要是由于型腔的結(jié)構(gòu)造成的，如多澆口、有型芯或有嵌件的塑件中，必然造成多股料流同時(shí)充模，然后匯聚相接而熔合在一起;另外，若塑件壁厚過(guò)厚或厚度不均、注射速率過(guò)高而形成噴射流及模具排氣不良等，都會(huì)產(chǎn)生熔接縫。熔接痕形成的形態(tài)結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能都完全不同于其它部分的三維區(qū)域，使得熔接縫的力學(xué)性能大大低于塑件的其它部分，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，削弱了制品的機(jī)械性能。所有塑料加工成型中，都可能產(chǎn)生熔接縫。熔接縫盡管難以避免，通過(guò)這一結(jié)果與填充時(shí)間的疊加圖，可以預(yù)見(jiàn)到熔接縫的位置和強(qiáng)度，再通過(guò)修改制品結(jié)構(gòu)或模具設(shè)計(jì)，減輕熔接縫的不利影響，可以大大減輕熔接縫對(duì)制品強(qiáng)度的影響，來(lái)滿足使用上的要求。在注射成型過(guò)程中，熔接痕和氣泡的產(chǎn)生，一般而言難以避免，產(chǎn)生的原因是塑料流動(dòng)不平衡造成的。流動(dòng)不平衡與塑件壁厚和流經(jīng)的路徑情況有關(guān)。為減少熔接痕和氣泡的產(chǎn)生，可以采用改變塑件壁厚的方法。熔接痕和氣泡是否成為問(wèn)題，要看具體情況。
(4)預(yù)測(cè)質(zhì)量:預(yù)測(cè)零件的最終外觀質(zhì)量和機(jī)械性能。如圖8所示，紅色代表存在質(zhì)量問(wèn)題，是最不理想，不能采用;黃色代表可能存在質(zhì)量問(wèn)題，可以接受，但不能太多;綠色代表高質(zhì)量，越多越好;透明部分代表沒(méi)有材料，也就是未被填充，質(zhì)量得不到保證，可重新調(diào)整成型工藝參數(shù)，如壓力、溫度、時(shí)間等，或調(diào)整澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)。
圖8 質(zhì)量分析圖
Fig8 Quality analysis chart
以上CAE分析流動(dòng)結(jié)果只是其中常用的一部分，但從中可以看出綜合應(yīng)用CAE分析結(jié)果將對(duì)優(yōu)化模具設(shè)計(jì)起到一定的指導(dǎo)作用，使設(shè)計(jì)由經(jīng)驗(yàn)向理論設(shè)計(jì)過(guò)渡。另外，Mold Flow在后處理時(shí)，可將分析出的結(jié)果按照需求生成Rpeort，也就是把分析結(jié)果按照自主選擇的形式生成書面報(bào)表，便于對(duì)分析結(jié)果進(jìn)行保存和比較分析。而遠(yuǎn)程用戶則可以在不使用該軟件的情況下，通過(guò)網(wǎng)頁(yè)的形式瀏覽該報(bào)表，滿足不同用戶需求。經(jīng)分析與經(jīng)驗(yàn)本次采用一模一腔及四澆口形式。
2.4 小型電視機(jī)外殼注射機(jī)的選擇
模具與設(shè)備必須配套使用，多數(shù)都是根據(jù)成型設(shè)備種類進(jìn)行模具設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)模具之前，首先要選好成型設(shè)備，了解其性能，如注射容量、鎖模力、注射壓力、模具安裝尺寸、頂出方式和距離、噴嘴直徑和噴嘴球面半徑、定位孔尺寸、模具最大最小厚度、模板行程、模具外形大小能否安裝等。
2.4.1 選擇注射機(jī)時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題
(1)注射機(jī)的拉桿內(nèi)間距應(yīng)大于模具的寬度，以便模具能順利安裝;
(2)應(yīng)該使模具厚度處于注射機(jī)的最小裝模厚度和最大裝模厚度之間;
(3)注射機(jī)噴嘴的球面半徑應(yīng)小于模具澆口套的球面半徑;
(4)注射機(jī)應(yīng)有足夠的頂出行程。
總之，應(yīng)根據(jù)模具的實(shí)際情況來(lái)選擇注射機(jī)，如圖9所示。
圖9 注塑機(jī)組成簡(jiǎn)圖[12]
Fig9 Injection molding machine composition diagram
注塑模具是安裝在注射機(jī)上使用的。在設(shè)計(jì)模具時(shí)，除了應(yīng)掌握注射成型工藝過(guò)程外，還應(yīng)對(duì)所選用的注射機(jī)的有關(guān)技術(shù)參數(shù)有全面的了解，以保證設(shè)計(jì)的模具與使用的注射機(jī)相適應(yīng)。注射機(jī)是生產(chǎn)熱塑性塑料制件的主要設(shè)備，按其外形注射機(jī)可分為立式、臥式和角式三種，應(yīng)用較多的是臥式注射機(jī)。
2.4.2 根據(jù)注塑量初選注塑機(jī)
模具型腔能否充滿與注塑機(jī)允許的最大注塑量密切相關(guān)，設(shè)計(jì)模具時(shí)，應(yīng)保證注塑模具內(nèi)所需要熔體總量在注塑機(jī)實(shí)際的最大注塑量的范圍內(nèi)。根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，注塑機(jī)的注塑量是所允許最大注塑量（額定注塑量）的80%。
經(jīng)Pro/E軟件分析得產(chǎn)品的體積85.458。
n×m1+m2≤(25%~75%)M (1)
式中:
n——型腔數(shù)量
m1——單個(gè)塑件的質(zhì)量和體積（g或）
m2——澆注系統(tǒng)所需塑料質(zhì)量和體積 （g或）
M——注塑機(jī)允許的最大注塑量（g或）
1×85.458+1×85.458×60%=137.328≤（25%~75%）M
所以M≤171.66
所以初選壓力機(jī)為XS—ZY—500注射機(jī)
表1 XS—ZY—500注射機(jī)參數(shù)表[20]
Tabel 1 XS-ZY-500 injection machine parameter list
序號(hào)
項(xiàng)目
參數(shù)
序號(hào)
項(xiàng)目
參數(shù)
1
理論注射量（）
500
6
最少模具厚度（mm）
300
2
注射壓力（Mpa）
145
7
模具定位孔直徑（mm）
160
3
鎖模力
3500
8
噴嘴球直徑（mm）
SR15
4
移板行程
500
9
注射速率（g/s）
140
5
最大模具厚度(mm)
450
10
螺桿轉(zhuǎn)速（r/min）
10~200
3 小型電視機(jī)外殼模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)包括分模線位置、滑塊夾線、澆口型式及位置、頂出方式及位置、定位方式、冷卻方式等。為了適應(yīng)生產(chǎn)，常將模具做以下分解:
(1)成型部分:包括模仁、滑塊鑲件、斜銷等.
(2)模座:用機(jī)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)開合模動(dòng)作，包括模板、?；瑝K座等。E
之后在RPO/E中對(duì)產(chǎn)品放縮水，再轉(zhuǎn)到CAD中畫組立圖，定澆道形式、模穴及排布形式。再定出模仁的厚度及模座的大小。調(diào)用標(biāo)準(zhǔn)模座圖成型、冷卻、澆道、頂出等部分的結(jié)構(gòu)，最后標(biāo)注。之后用組立圖拆模板。與此同時(shí)用PRO/E進(jìn)行3D分模做出與成型有關(guān)部分的3D檔以CAM做加工。
3.1 模具材料的選擇
根據(jù)模具的生產(chǎn)條件和模具的工作條件需要，結(jié)合模具材料的基本性能和相關(guān)的因素，來(lái)選擇適合模具需要的，經(jīng)濟(jì)上合理、技術(shù)上先進(jìn)的模具材料。對(duì)于一種模具，如果單純從材料的基本性能考慮，可能幾種模具材料都能符合要求，然而必需綜合考慮模具的使用壽命、模具制造工藝過(guò)程的難易程度、模具制造費(fèi)用以及分?jǐn)偟街圃斓拿恳粋€(gè)工件上的模具費(fèi)用等多種因素，進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，才能得出符合實(shí)際的正確結(jié)論。
主要指標(biāo)有：
(1)模具材料的基本性能。 要考慮模具材料的耐磨性、韌性、硬度和紅硬性（紅硬性是指模具材料在一定溫度下保持其硬度和組織穩(wěn)定性抗軟化的能力）。還要根據(jù)實(shí)際工作條件，分別考慮其實(shí)際要求的性能，如抗氧化能力、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度等。
(2)模具材料的工藝性 。模具材料的工藝性，經(jīng)?？紤]一下幾種：可加工性；淬火溫度和淬火變形；淬透性和淬硬性；氧化脫碳敏感性等。
(3)模具材料的冶金質(zhì)量及其它考慮因素。 冶金質(zhì)量也對(duì)模具材料的性能有很大的影響，只有優(yōu)秀的冶金質(zhì)量，才能充分發(fā)揮模具材料的各種性能。?？紤]的冶金質(zhì)量指標(biāo)有：冶煉質(zhì)量，鍛造軋制工藝，熱處理和精加工，導(dǎo)熱性，精料和制品化等。其它還要考慮選用的模具材料的價(jià)格和通用性。
總之，選用高質(zhì)量、高性能、高精度的模具材料的精料和制品，高效率、高速度低成本地生產(chǎn)高質(zhì)量的模具，已經(jīng)成為當(dāng)前工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家模具制造的主要發(fā)展趨勢(shì)，我國(guó)也正在向這一方向發(fā)展。以下工作零件材料就根據(jù)以上原則選擇。綜上所述工作零件材料選用4CrMoV1Si。
3.2 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
所謂澆注系統(tǒng)是指從主流道的始端到型腔之間的熔體流動(dòng)的通道，其作用是使塑料熔體平穩(wěn)而有序的充填到型腔中，以獲得組織致密，外形輪廓清晰的塑件。澆注系統(tǒng)由主流道，分流道，澆口等組成，澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的優(yōu)劣，直接影響到塑件的外觀，物理性能，尺寸精度，成型周期等。
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本原則：
1) 適應(yīng)塑件的工藝性 為此，應(yīng)深入了解塑料的工藝性，分析澆注系統(tǒng)對(duì)塑料熔體流動(dòng)的影響，以及在充模，保壓補(bǔ)縮和倒流各階段中，型腔內(nèi)塑料的溫度，壓力變化情況，以便設(shè)計(jì)出適合塑料工藝特性的理想的澆注系統(tǒng)，保證塑件的質(zhì)量。
2) 排氣良好 排氣的順利與否直接影響成型過(guò)程和塑件質(zhì)量，不能順利排氣會(huì)使注射成型過(guò)程充填不滿或產(chǎn)生明顯的熔接痕等缺陷。因此，澆注系統(tǒng)應(yīng)能順利地引導(dǎo)熔體充滿型腔，并在填充過(guò)程中不產(chǎn)生紊流或渦流，是型腔內(nèi)的氣體能順利地排出。
3) 流程要短 在保證成型質(zhì)量和滿足良好排氣的前提下，盡量縮短熔體的流程和減少拐彎，以減少熔體壓力和熱量損失，保證必需的充填型腔的壓力和速度，縮短填充及冷卻時(shí)間，縮短成型周期，從而提高效率，減少塑料用量；提高熔接痕強(qiáng)度，或使溶接痕不明顯。對(duì)于大型塑件可采用多澆口進(jìn)料，從而縮短流程。
4) 避免料流直沖型芯或嵌件 高速熔體進(jìn)入型腔時(shí)，要盡量避免料流直沖小型芯或嵌件，以防型芯和嵌加變形和位移。
5) 修整方便，保證塑件外觀質(zhì)量 設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)要結(jié)合塑件大小，結(jié)構(gòu)形狀，壁厚及技術(shù)要求，綜合考慮澆注系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式，澆口數(shù)量和位置。做到去除，修整澆口方便，無(wú)損塑件的美觀和使用。例如電視機(jī)，錄音機(jī)等外殼，澆口絕不能開設(shè)在對(duì)外觀有嚴(yán)重影響的外表面上，而應(yīng)設(shè)在隱蔽處。
6) 防止塑件變形 由于冷卻收縮的不均勻性或需要采用多澆口進(jìn)料時(shí)，澆口收縮等原因可能引起塑件變形，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)采取必要措施以減少或消除塑件變形。
7) 澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積應(yīng)盡量小，容積也應(yīng)盡量少，這樣既能減少塑料耗量，又能減小所需鎖模力。
8) 澆注系統(tǒng)的位置盡量與模具的軸線對(duì)稱，澆注系統(tǒng)與型腔的布置應(yīng)盡量減小模具的尺寸。
3.2.1 主流道的設(shè)計(jì)
按主流道的軸線與分型面的關(guān)系，澆注系統(tǒng)有直澆注系統(tǒng)和橫澆注系統(tǒng)。在臥式和立式注射機(jī)中，主流道軸線垂直于分型面，屬于直澆注系統(tǒng)；在直角式注射機(jī)中，主流道軸線平行于分型面，屬于橫澆注系統(tǒng)。
主流道一般位于模具中心線上，它與注射機(jī)噴嘴的軸線重合，以利于澆注系統(tǒng)的對(duì)稱布置。主流道一般設(shè)計(jì)得比較粗大，以利于熔體順利地向分流道流動(dòng)，但不能太大，否則會(huì)造成塑料消耗增多。反之主流道也不宜過(guò)小，否則熔體流動(dòng)阻力增大，壓力損失大，對(duì)沖模不利。因此，主流道尺寸必須恰當(dāng)。通常對(duì)于粘度大的塑料或尺寸較大的塑件，主流道截面尺寸應(yīng)設(shè)計(jì)得大一些；對(duì)于粘度小的塑件或尺寸較小的塑件，主流道截面尺寸設(shè)計(jì)得小一些。
主流道橫截面形狀通常采用圓形截面。為了便于凝料的脫出，主流道設(shè)計(jì)成圓錐形，其錐度=2°～6°，內(nèi)壁粗糙度Ra小于0.4μm，小端直徑一般取3～6㎜比注射機(jī)噴嘴直徑大0.5～1mm，Ra≥r+(0.5-1) mm，主流道的長(zhǎng)度有定模座厚度確定，一般L不超過(guò)60mm。
3.2.2 分流道的設(shè)計(jì)
主流道與澆口的料流通道，是塑料熔體由主流道流入模腔的過(guò)渡段，負(fù)責(zé)將熔體的流向進(jìn)行平穩(wěn)的轉(zhuǎn)換，在多腔模中還起著將熔體向各個(gè)模腔分配的作用。
1）分流道的截面形狀及尺寸 分流道截面形狀和尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的結(jié)構(gòu)和分流道的長(zhǎng)度等因素來(lái)確定。由流道的效率（流道的截面積與周長(zhǎng)的比值）分析可知，圓形和矩形流道的效率最高，即具有壓力損失少的最大截面積和傳熱損失少的流道的最小面積，因此圓形截面的矩形截面是分流道比較理想的形狀。
綜合考慮，雖然圓形和矩形流道的效率最高，但由于圓形截面分流道因其以分型面為界分成兩半進(jìn)行加工不利于凝料脫出，加工工藝性不佳，且模具閉合后難以精確保證兩半圓對(duì)準(zhǔn)，故生產(chǎn)實(shí)際中不常使用；矩形截面的分流道不易于凝料的推出，生產(chǎn)中也比較少用。
實(shí)際生產(chǎn)中常采用梯形截面分流道。梯形截面分流道容易加工，且塑料熔體的熱量散失及流動(dòng)阻力均不大。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，一般取梯形流道的深度為梯形截面大底邊寬度的2/3-3/4，側(cè)面斜度取5°- 10°。對(duì)于壁厚小于3㎜，質(zhì)量200ɡ以下的塑件，可采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式確定其截面大底邊寬度尺寸：
D=0.2654[2] (2)
式中： D——梯形的大底邊寬度，mm
m——塑件的質(zhì)量，g
L——分流道的長(zhǎng)度，mm
對(duì)于U形截面的分流道，H=1.25R，R=0.5D。
2）分流道的長(zhǎng)度 分流道要盡可能短，且少?gòu)澱郏岳谧罱?jīng)濟(jì)地使用原料和減少注射機(jī)的能耗，減少壓力損失和熱量損失。若分流道設(shè)計(jì)得比較長(zhǎng)時(shí)，其末端應(yīng)留有冷料穴，以防前鋒冷料堵塞澆口或進(jìn)入模腔。
3）流道的表面粗糙度 分流道的表面粗糙度一般取1.6um左右，不需要很低，這樣的表面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(dòng)時(shí)具有適宜的剪切速率和剪切熱。
4）分流道的布置 在多型腔模具中分流道的布置中有平衡式和非平衡式兩類。平衡式布置是指分流道到各型腔澆口的長(zhǎng)度，端面形狀，尺寸都相同的布置形式。它要求各對(duì)應(yīng)部位的尺寸相等，這種布置可實(shí)現(xiàn)均衡送料和同時(shí)充滿型腔的目的，使成型的塑件力學(xué)性能基本一致。但是，這種形式的布置使分流道比較長(zhǎng)。
非平衡式布置是指分流道到各型腔澆口長(zhǎng)度不相等的布置，這種布置使塑件進(jìn)入各型腔有先有厚，因此不利于均衡送料，但對(duì)型腔數(shù)量多的模具，為了不使流道過(guò)長(zhǎng)，也常采用。為達(dá)到同時(shí)充滿型腔的目的，各澆口的斷面尺寸要制作得不同，在試模中要多次修改才能實(shí)現(xiàn)。
3.2.3 澆口的設(shè)計(jì)
澆口亦稱進(jìn)料口，是連接分流道與型腔的最短通道，它是澆注系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。澆口的形狀，位置和尺寸對(duì)塑件的質(zhì)量影響很大。
澆口的作用：熔體充模后，澆口處首先凝固，可防止注射機(jī)螺桿（或柱塞）后退時(shí)熔體向分流道回流；熔體在流經(jīng)狹窄的澆口時(shí)產(chǎn)生摩檫熱，使熔體升溫，有助于充模；易于切除澆口余料，二次加工方便；對(duì)于多型腔模具，澆口能用來(lái)平衡進(jìn)料，對(duì)于多澆口單型腔模具，澆口不僅可以用來(lái)平衡進(jìn)料，還可以用來(lái)控制熔合紋在塑件中的位置。
澆口的尺寸一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，斷面積為分流道斷面積的3%～9% , 斷面形狀為矩形或圓形，澆口的長(zhǎng)度為1～1.5mm。在設(shè)計(jì)澆口時(shí)，往往先取較小的尺寸值，以便在試模時(shí)逐步加以修正。
澆口的類型 盤形澆口又稱薄板澆口或圓環(huán)形澆口。盤形澆口用于內(nèi)孔較大的圓筒形塑件，或具有較大正方形內(nèi)孔的塑件，澆口在整個(gè)內(nèi)孔周邊上，塑料熔體由內(nèi)孔周邊上以大致相同的速度進(jìn)入型腔。塑件不會(huì)產(chǎn)生熔接痕，型芯受力均勻，空氣順暢排除。
澆口尺寸計(jì)算，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù): [2]
=0.5～2.0mm =0.8～2.0mm
b=1.5～5.0mm
l--澆口深度 -- 澆口長(zhǎng)度 b--澆口寬度
澆口尺寸在制作時(shí)可取小些，在加工、試模時(shí)再進(jìn)行修改。
澆口位置 澆口位置開設(shè)正確與否，對(duì)塑件的成型性能和質(zhì)量影響很大，因此合理選擇澆口位置是設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)的重要環(huán)節(jié)。在確定澆口位置時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)：
①盡量縮短流動(dòng)距離
②澆口應(yīng)開設(shè)在塑件壁最厚處
③盡量避免塑件出現(xiàn)熔合痕
④避免在承受彎曲或沖擊載荷的部位設(shè)置
⑤澆口應(yīng)開設(shè)在不影響型芯穩(wěn)定性的部位
⑥澆口應(yīng)開設(shè)在不影響塑件外觀的部位
⑦澆口的設(shè)置應(yīng)避免熔體斷裂
本文中經(jīng)分析和數(shù)據(jù)計(jì)算最后得澆口的數(shù)量為4個(gè)。結(jié)構(gòu)如圖13。
3.2.4 冷料穴的設(shè)計(jì)
冷料井位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端。其作用是聚集料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于主流道大端直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。
3.3 工作零件設(shè)計(jì)
3.3.1 型腔結(jié)構(gòu)形式選擇
定模也可稱為型腔或定模型腔，它們是用來(lái)成型制品外形輪廓的模具零件，其結(jié)構(gòu)與制品的形狀，尺寸，使用要求，生產(chǎn)批量以及模具的加工方法等有關(guān)。常用的結(jié)構(gòu)形式有整體式、嵌入式、鑲拼組合式和瓣合式四種類型。
整體式定模是用整塊模具材料直接加工而成的。其特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，牢固可靠，不容易變形，成型出來(lái)的制品表面不會(huì)帶有鑲拼接縫的溢料痕跡。使用整體式定模有助于減少注射模中成型零部件的數(shù)量，并縮小整個(gè)模具的外形結(jié)構(gòu)尺寸。但是，在制品的幾何形狀比較復(fù)雜的情況下，用整塊模具加工一個(gè)形狀復(fù)雜的整體定模型腔比較困難，往往不要使用仿行加工或電火花加工，而且在熱處理時(shí)，型腔的某些部位還很容易發(fā)生變形或開裂，因此，從加工制造方面考慮，整體式定模主要適用于制品形狀不太復(fù)雜的