心型台灯塑料注塑模具设计.doc

物理科学与工程技术学院 课程设计学号： 04312546 课程设计说明书课题名称： 心型台灯塑料注塑模具设计 专 业： 数控技术 姓 名： 王印宝 指导教师： 陈 鹏 职 称： 讲 师 起讫时间： 年 月 日 至 年 月 日心型台灯塑料注塑模具设计 摘要：塑料工业是当今世界上增长最快的工业门类之一，而注塑模具是其中发展较快的种类，因此，研究注塑模具对了解塑料产品的生产过程和提高产品质量有很大意义。本设计介绍了注射成型的基本原理，特别是单分型面注射模具的结构与工作原理，对注塑产品提出了基本的设计原则；详细介绍了冷流道注射模具浇注系统、温度调节系统和顶出系统的设计过程，并对模具强度要求做了说明。通过本设计，可以对注塑模具有一个初步的认识，注意到设计中的某些细节问题，了解模具结构及工作原理。关键词：塑料模具；参数化；镶件；分型面目 录1 前言1 1.1模具工业在国民经济中的地位1 1.2各种模具的分类和占有量1 1.3我国模具工业的现状2 1.4世界五大塑料生产国的产能状况3 1.5我国模具技术的现状及发展趋势42 注塑件的设计6 2.1功能设计6 2.2材料选择6 2.3结构设计8 2.3.1对塑件的修改说明8 2.3.2 壁厚 8 2.3.3 脱模斜度9 2.3.4加强肋9 2.3.5 圆角9 2.4塑件的尺寸精度及表面质量 10 2.4.1尺寸精度10 2.4.2塑件的表面质量103 注塑成型的准备11 3.1注塑成型工艺简介11 3.2 注塑成型工艺条件12 3.3注塑机的选择13 3.3.1 注塑机简介13 3.3.2 注塑机基本参数13 3.3.3 选择注塑机143.4 注射机的校核16 3.4.1最大注塑量的校核16 3.4.2锁模力的校核16 3.4.3塑化能力的校核16 3.4.4喷嘴尺寸校核16 3.4.5定位圈尺寸校核16 3.4.6模具外形尺寸校核17 3.4.7模具厚度校核17 3.4.8模具安装尺寸校核17 3.4.9开模行程校核174 模具设计18 4.1 模具材料的选择18 4.2 分型面的确定18 4.3 型腔数目的确定 19 4.4 浇注系统设计20 4.4.1主流道 20 4.4.2分流道20 4.4.3冷料穴21 4.4.4浇口21 4.4.5剪切速率的校核22 4.5模架的确定23 4.5.1型腔壁厚和底版厚度计算23 4.5.2模架的选用24 4.6导向与定位机构25 4.7顶出系统设计26 4.7.1脱模力的计算26 4.7.2推杆脱模机构28 4.7.3推管脱模机构29 4.7.4推板厚度的计算30 4.8成型零件工作尺寸的计算31 4.8.1凹模工作尺寸的计算31 4.8.2 凸模工作尺寸的计算32 4.8.3 中心距尺寸的计算33 4.9排气设计33 4.9.1排气设计原则34 4.9.2推管、推杆、镶件排气功能的证明34 4.10温度调节系统设计35 4.10.1温度调节对塑件质量的影响35 4.10.2对温度调节系统的要求35 4.10.3冷却系统设计36结论49参考文献 50致谢 51附录 521 前言1.1 模具工业在国民经济中的地位模具是制造业的一种基本工艺装备，它的作用是控制和限制材料(固态或液态)的流动，使之形成所需要的形体。用模具制造零件以其效率高，产品质量好，材料消耗低，生产成本低而广泛应用于制造业中1。模具工业是国民经济的基础工业，是国际上公认的关键工业。模具生产技术水平的高低是衡量一个国家产品制造水平高低的重要标志，它在很大程度上决定着产品的质量，效益和新产品的开发能力。振兴和发展我国的模具工业，正日益受到人们的关注。早在1989年3月中国政府颁布的关于当前产业政策要点的决定中，将模具列为机械工业技术改造序列的第一位。模具工业既是高新技术产业的一个组成部分，又是高新技术产业化的重要领域。模具在机械，电子，轻工，汽车，纺织，航空，航天等工业领域里，日益成为使用最广泛的主要工艺装备，它承担了这些工业领域中6090的产品的零件，组件和部件的生产加工。目前世界模具市场供不应求，模具的主要出口国是美国，日本，法国，瑞士等国家。中国模具出口数量极少，但中国模具钳工技术水平高，劳动成本低，只要配备一些先进的数控制模设备，提高模具加工质量，缩短生产周期，沟通外贸渠道，模具出口将会有很大发展。研究和发展模具技术，提高模具技术水平，对于促进国民经济的发展有着特别重要的意义。1.2 各种模具的分类和占有量模具主要类型有：冲模，锻摸，塑料模，压铸模，粉末冶金模，玻璃模，橡胶模，陶瓷模等。除部分冲模以外的上述各种模具都属于腔型模，因为他们一般都是依靠三维的模具形腔是材料成型2。(1) 冲模：冲模是对金属板材进行冲压加工获得合格产品的工具。冲模占模具总数的50以上。按工艺性质的不同，冲模可分为落料模，冲孔模，切口模，切边模，弯曲模，卷边模，拉深模，校平模，翻孔模，翻边模，缩口模，压印模，胀形模。按组合工序不同，冲模分为单工序模，复合模，连续模。(2) 锻模：锻模是金属在热态或冷态下进行体积成型是所用模具的总称。按锻压设备不同，锻模分为锤用锻模，螺旋压力机锻模，热模锻压力锻模，平锻机用锻模，水压机用锻模，高速锤用锻模，摆动碾压机用锻模，辊锻机用锻模，楔横轧机用锻模等。按工艺用途不同，锻模可分为预锻模具，挤压模具，精锻模具，等温模具，超塑性模具等。(3) 塑料模：塑料模是塑料成型的工艺装备。塑料模约占模具总数的35，而且有继续上升的趋势。塑料模主要包括压塑模，挤塑模，注射模，此外还有挤出成型模，泡沫塑料的发泡成型模，低发泡注射成型模，吹塑模等。(4) 压铸模：压铸模是压力铸造工艺装备，压力铸造是使液态金属在高温和高速下充填铸型，在高压下成型和结晶的一种特殊制造方法。压铸模约占模具总数的6。(5) 粉末冶金模：粉末冶金模用于粉末成型，按成型工艺分类粉末冶金模有：压模，精整模，复压模，热压模，粉浆浇注模，松装烧结模等。模具所涉及的工艺繁多，包括机械设计制造，塑料，橡胶加工，金属材料，铸造(凝固理论)，塑性加工，玻璃等诸多学科和行业，是一个多学科的综合，其复杂程度显而易见。1.3 我国模具工业的现状自20世纪80年代以来，我国的经济逐渐起飞，也为模具产业的发展提供了巨大的动力。20世纪90年代以后，大陆的工业发展十分迅速，模具工业的总产值在1990年仅60亿元人民币，1994年增长到130亿元人民币，1999年已达到245亿元人民币，2000年增至260270亿元人民币。今后预计每年仍会以1015的速度快速增长。目前，我国17000多个模具生产厂点，从业人数五十多万。除了国有的专业模具厂外，其他所有制形式的模具厂家，包括集体企业，合资企业，独资企业和私营企业等，都得到了快速发展。其中，集体和私营的模具企业在广东和浙江等省发展得最为迅速。例如，浙江宁波和黄岩地区，从事模具制造的集体企业和私营企业多达数千家，成为我国国内知名的“模具之乡”和最具发展活力的地区之一。在广东，一些大集团公司和迅速崛起的乡镇企业，为了提高其产品的市场竞争能力，纷纷加入了对模具制造的投入。例如，科龙，美的，康佳和威力等知名集团都建立了自己的模具制造中心。中外合资和外商独资的模具企业则多集中于沿海工业发达地区，现已有几千家3。 在模具工业的总产值中，企业自产自用的约占三分之二，作为商品销售的约占三分之一。其中，冲压模具约占50(中国台湾：40)，塑料模具约占33(中国台湾：48)，压铸模具约占6(中国台湾：5)，其他各类模具约占11(中国台湾：7)。中国台湾模具产业的成长，分为萌芽期(19611981)，成长期(19811991)，成熟期(19912001)三个阶段。萌芽期，工业产品生产设备与技术的不断改进。由于纺织，电子，电气，电机和机械业等产品外销表现畅旺，连带使得模具制造，维修业者和周边厂商(如热处理产业等)逐年增加。在此阶段的模具包括：一般民生用品模具，铸造用模具，锻造用模具，木模，玻璃，陶瓷用模具，以及橡胶模具等。1981年1991年是台湾模具产业发展最为迅速且高度成长的时期。有鉴于模具产业对工业发展的重要性日益彰显，自1982年起，台湾地区就将模具产业纳入“策略性工业适用范围”，大力推动模具工业的发展，以配合相关工业产品的外销策略，全力发展整体经济。随着民生工业，机械五金业，汽机车及家电业发展，冲压模具与塑料模具，逐渐形成台湾模具工业两大主流。从1985年起，模具产业已在推行计算机辅助模具设计和制造等CAD/CAM技术，所以台湾模具业接触CAD/CAM/CAE/CAT技术的时间相当早。成熟期，在国际化，自由化和国际分工的潮流下，1994年，1998年，由台湾地区政府委托金属中心执行“工业用模具技术研究与发展五年计划”与“工业用模具技术应用与发展计划”，以协助业界突破发展瓶颈，并支持产业升级，朝向开发高附加值与进口依赖高的模具。1997年11月间台湾凭借模具产业的实力，获得世界模具协会(ISTMA)认同获准入会，正式成为世界模具协会会员。整体而言，台湾模具产业在这一阶段的发展，随着机械性能，加工技术，检测能力的提升，以及计算机辅助设计，台湾模具厂商供应对象已由传统的民用家电，五金业和汽机车运输工具业，提升到计算机与电子，通信与光电等精密模具，并发展出汽机车用大型钣金冲压，大型塑料射出及精密锻造等模具。1.4 我国模具技术的现状及发展趋势20世纪80年代开始，发达工业国家的模具工业已从机床工业中分离出来，并发展成为独立的工业部门，其产值已超过机床工业的产值。改革开放以来，我国的模具工业发展也十分迅速。近年来，每年都以15的增长速度快速发展。许多模具企业十分重视技术发展。加大了用于技术进步的投入力度，将技术进步作为企业发展的重要动力。此外，许多科研机构和大专院校也开展了模具技术的研究与开发。模具行业的快速发展是使我国成为世界超级制造大国的重要原因。今后，我国要发展成为世界制造强国，仍将依赖于模具工业的快速发展，成为模具制造强国4。中国塑料模工业从起步到现在，历经了半个多世纪，有了很大发展，模具水平有了较大提高。在大型模具方面已能生产48(约122CM)大屏幕彩电塑壳注射模具，6.5KG大容量洗衣机全套塑料模具以及汽车保险杠和整体仪表板等塑料模具，精密塑料模方面，以能生产照相机塑料件模具，多形腔小模数齿轮模具及塑封模具。经过多年的努力，在模具CAD/CAE/CAM技术，模具的电加工和数控加工技术，快速成型与快速制模技术，新型模具材料等方面取得了显著进步；在提高模具质量和缩短模具设计制造周期等方面作出了贡献。尽管我国模具工业有了长足的进步，部分模具已达到国际先进水平，但无论是数量还是质量仍满足不了国内市场的需要，每年仍需进口10多亿美元的各类大型，精密，复杂模具。与发达国家的模具工业相比，在模具技术上仍有不小的差距。今后，我国模具行业应在以下几方面进行不断的技术创新，以缩小与国际先进水平的距离5。(1) 注重开发大型，精密，复杂模具；随着我国轿车，家电等工业的快速发展，成型零件的大型化和精密化要求越来越高，模具也将日趋大型化和精密化。(2) 加强模具标准件的应用；使用模具标准件不但能缩短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造质量。因此，模具标准件的应用必将日渐广泛。(3) 推广CAD/CAM/CAE技术；模具CAD/CAM/CAE技术是模具技术发展的一个重要里程碑。实践证明，模具CAD/CAM/CAE技术是模具设计制造的发展方向，可显著地提高模具设计制造水平。(4) 重视快速模具制造技术，缩短模具制造周期；随着先进制造技术的不断出现，模具的制造水平也在不断地提高，基于快速成形的快速制模技术，高速铣削加工技术，以及自动研磨抛光技术将在模具制造中获得更为广泛的应用。2 注塑件的设计2.1 功能设计功能设计是要求塑件应具有满足使用目的功能，并达到一定的技术指标。该塑件是日用品，承受外力的几率不大，如冲击载荷，振动，摩擦等情况比较少；塑件的工作温度是室温，这使得在材料选择时对热变形温度，脆化温度，分解温度的要求降低，作为一种日用品，生产批量应该是大批大量生产，这样，就必须考虑生产成本和模具寿命,在材料的选择时要综合各种因素；此外，塑料都会老化，作为一种光学用品，还要考虑到材料的光氧化等问题。2.2 材料选择通常，选择塑件的材料依据是它所处在的工作环境及使用性能的要求，以及原材料厂家提供的材料性能数据。对于常温工作状态下的结构件来说。要考虑的主要是材料的力学性能，如屈服应力，弹性模量，弯曲强度，表面硬度等。该塑件对材料的要求首先必须是透光性好，其次才是成型难易和经济性问题，以下是对几种透光性能较好材料的性能对比，如表2-1所示6。表2-1 材料的特性塑料名称PS PC PMMA拉伸强度/MPa51.9 6672弯曲强度/MPa11095113断裂伸长率/%280100落球冲击强度J/m16422洛氏硬度（M）11582101氧指数（OI）18.1 24.917.3热变形温度/ 85134100维卡软化点/105153120马丁耐热温度/112体积电阻率/cm101710172.1101610141015吸水率% 0.050.131.19透光度/%88929393雾度% 30.90.9折射率 1.5921.5861.492价格（元/吨）1150123033000410001950020700和机械加工一样要考虑到加工工艺问题，模具成型也要考虑到材料的注塑特性，在各特点都相差无几的情况下，好的成型特性是选择材料的主要标准，以下是三种材料的性能和成型特性比较，如表2-2所示。表2-2 材料的性能和成型特性比较塑料品种性 能 特 点成 型 特 点模具设计注意事项使用温度主要用途聚苯乙烯（非结晶型）透明性好，电性能好，抗拉强度高，耐磨性好，质脆，抗冲击强度差，化学稳定较好 成型性能好，成型前可不干燥，但注射时应防止溢料，制品易产生内应力，易开裂 因流动性好，适宜用点浇口，但因热膨胀大，塑件中 不宜有嵌件3080 装饰制品，仪表壳，绝缘零件，容器，泡沫塑料，日用品等有机玻璃（非结晶型）透光率最好，质轻坚韧，电气绝缘性好/但表面硬度不高，质脆易开裂，化学稳定性较好，但不耐无机酸，易溶于有机溶剂流动性差，易产生流痕，缩孔，易分解，透明性好，成型前要干燥，注射时速度不能太高合理设计浇注系统，便于充型，脱模斜度尽可能大，严格控制料温与模温，以防分解，收缩率取0.3580透明制品，如窗玻璃，光学镜片，灯罩等聚碳酸酯（非结晶型）透光率较高，介电性能好，吸水性小，力学性能好，抗冲击，抗蠕变性能突出，但耐磨性差，不耐碱，酮，酯耐寒性好，熔融温度高，黏性大，成型前需干燥，易产生残余应力，甚至裂纹，质硬，易损模具，使用性能好尽可能使用直接浇口，减小流动阻力，塑料要干燥，不宜采用金属嵌件，脱模斜度2 脆化温度为100130在机械上做齿轮，凸轮，蜗轮，滑轮等，电机电子产品零件，光学零件等以上的性能分析对比中看出，在透光度方面三种材料相差不大，成型特性上以聚碳酸酯为好，由于是一般性民用品，所以价格上是需要考虑的，我们主要要求是价格和透光度，其它如拉伸强度，断裂伸长率等则是次要考虑的指标(这由塑件的工作环境决定)，最终选定PS为塑件材料。因为除了质脆和抗拉强度不如其它两种材料外，它所拥有的特性符合我们的塑件要求，但这些不是我们主要考虑的。2.3 塑料配方说明塑料配方设计是塑料制品成型加工中在加工设备和工艺参数确定之后所必须进行的重要环节，设计水平的高低直接关系到塑料制品的最终使用性能的优劣，也是应用现代技术对塑料进行改性的过程,其技术含量极高。一个成功配方的产生是多年实践经验与应用高新技术的结局。塑料是以高分子聚合物为主要成分，加入一定量添加剂而组成的一种混合物，添加剂是由一系列为改变塑料的某些性能而添加的混合物，通常为填充剂，增塑剂，稳定剂，润滑剂，着色剂等。根据PS的特性及使用性能要求，配方中应含有以下添加剂7。填充剂玻璃微珠；PS成型后易产生内应力，添加玻璃微珠使塑料的流动性好,残余内应力分布均匀，使光的漫反射率为80%88%。增韧剂SBS，ABS，EPR；PS的冲击性能很差，是一种十分脆的材料，增韧改性是必须的。光稳定剂氧化锌；塑料制品在日光或强荧光下，由于吸收紫外光的能量，引发氧化反应，导致聚合物降解，使制品的外观或内在性能变坏，这一过程称为光氧化或光老化。润滑剂硬脂酸及其盐类；对塑料的表面去润滑作用，防止塑料在成型加工时黏模，同时提高塑料制品表面光洁度。着色剂粉红色；在塑料制品中，需要着色的大约占80%左右，着色的目的有1：增加制品美感，以吸引消费者的购买欲望2：提高产品的耐候性，主要是通过着色剂防紫外线功能而实现的。抗菌剂磷酸锆系银离子抗菌剂；考虑到该产品人们可能会作为玩具把玩,因此需要做此设计。很多塑料制品的表面会滋生致病细菌，与人接触后可能导致如感冒，咽炎，流行性脑膜炎，肺结核等疾病的传播。塑料抗菌改性是在树脂中加入抗菌剂，其逸出塑料表面后，可将沾在塑料表面的细菌杀死或抑制细菌的繁殖，保持自身的清洁状态。2.4 塑件结构设计 塑料制件的结构工艺性是指塑件结构对成型工艺方法的适应性。在塑料生产过程中，一方面成型会对塑件的结构，形状，尺寸精度等诸方面提出要求，以便降低模具结构的复杂程度和制造难度，保证生产出价廉物美的产品；另一方面，模具设计者通过对给定塑件的结构工艺性进行分析，弄清塑件生产的难点，为模具设计和制造提供依据。2.4.1 对塑件的修改说明 塑件要求能够放置一对7#电池，安放小灯泡，外接系带，所以要考虑到电池和灯泡的固定，开关的安放问题，关于零件的造型图如图2-3所示，详细结构可参考零件图纸。 图2-1 原始零件图 图2-2 原始零件图(1) 外型轮廓：原零件2D图的心型曲线不规则，如图2-1和2-2所示。整个塑件不规则，给后续工作带来不便，而且加工塑件时也很难加工，所以在保证基本外型的前提下对尺寸做了修改，使塑件的外形变得规则，便于加工。(2) 结构：原图形有两个小而薄的吊耳，且置于塑件外端，考虑到所有PS料硬而脆，这会使得两个吊耳极易损坏，所以，改两个吊耳为一个，设计吊耳,开关，灯泡在塑件中心位置，如图2-3所示，这样起到吊挂作用又不易损坏。设计凹槽使两半灯罩配合。设置了三个锁位加强.。最终确定的尺寸如图2-3所示。 图2-3 修改后的产品零件图2.4.2 壁厚 各种塑件，不论是结构件还是板壁，根据使用要求具有一定的厚度，以保证其力学强度.一般地说，在满足力学性能的前提下厚度不宜过厚，不仅可以节约原材料，降低生产成本，而且使塑件在模具内冷却或固化时间缩短，提高生产率;其次可避免因过厚产生的凹陷，缩孔，夹心等质量上的缺陷。以下是PS的壁厚推荐值：表2-3 壁厚选择表最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0.751.251.63.25.4该塑件属于中小型件，从图上看，塑件边缘的壁很厚，达到5MM，壳体取中型件壁厚1.6，这样使得整个塑件的壁厚是不均匀的，但若减小边缘壁厚，则对塑件的推出不利，而且有可能使电池不能安装。边缘壁厚可用来放置推杆或推板。2.4.3 脱模斜度 由于塑件成型时冷却过程中产生收缩，使其紧箍在凸模或型芯上，为了便于脱模，防止因脱模力过大而拉坏塑件或使其表面受损，与脱模方向平行的塑件内，外表面都应具有合理的斜度。以下是PS的脱模斜度推荐值：(1) 制件外表面脱模斜度为351.35；(2) 制件内表面脱模斜度为301。塑件内表面在造型时就有弧度，如果要有脱模斜度就是在凹槽和锁位处，这不仅对脱模有好处，而且可以更好的锁紧。2.4.4 加强肋 塑件上适当设置的加强肋可以防止塑件的翘曲变形；沿着物料流动方向的加强肋还能降低充模阻力，提高融体流动性，避免气泡，缩孔和凹陷等现象的产生。在该塑件中的加强肋起到引导物料流动的作用同时又对电池进行定位，高度比分型面低1MM，脱模斜度取2度，顶部倒圆角，低部倒角R，宽度取0.5T。通常加强肋的设计原则为高度低(过高时容易在弯曲和冲击负荷作用下受损)，宽度小，而数量多为好(塑件形状所允许的情况下)。2.4.5 圆角塑件上各处的轮廓过度和壁厚连接处，一般采用圆角连接，有特殊要求时才采用尖角结构。尖角容易产生应力集中，在受力或受冲击载荷时会发生破裂。圆角不仅有利于物料充模，同时也有利于融料在模具型腔内的流动和塑件的脱模。圆角的取值与应力集中的关系遵循R/T函数关系，当R/T=0.6以后应力集中变的缓和，该塑件大部分的圆角取R1，较大值取到R3。加强肋的圆角半径值关系如表2-3所示。表2-4 肋的圆角半径值关系表肋的高度/mm6.56.513131919圆角半径 /mm0.81.51.53.02.55.036.5 塑件上其它的特征还有如孔，螺纹，嵌件，铰链，文字和花纹等，各个特征都有其设计原则和特殊功能，因为该塑件没有涉及，所以就不一一介绍了。2.5 塑件的尺寸精度及表面质量2.5.1尺寸精度 (1) 尺寸精度的选择；塑件的尺寸精度是决定塑件制造质量的首要标准，然而，在满足塑件使用要求的前提下，设计时总是尽量将其尺寸精度放低一些，以便降低模具的加工难度和制造成本。对塑件的精度要求，要具体分析，根据装配情况来确定尺寸公差，该塑件是一般民用品，所以精度要求为一般精度即可，但是由于要保证两半壳体的闭合，所以在凹槽和锁位处应该对精度要求高些，对其要有公差配合要求，应选择高精度。根据精度等级选用表，PS的高精度为2级，一般精度为3级。根据塑件尺寸公差表，在公称尺寸在100120范围内，取MT2B级的公差数值为0.52 mm，MT3B级的公差数值为0.78 mm。(2) 尺寸精度的组成及影响因素；制品尺寸误差构成为： (2-1)式中 制件总的成型误差；s塑料收缩率波动所引起的误差；z模具成型零件制造精度所引起的误差；c模具磨损后所引起的误差；a模具安装，配合间隙引起的误差8；2.5.2塑件的表面质量表面质量包括微观的几何形状和表面层的物理-力学性质两方面技术指标，而不是单纯的表面粗糙度问题。模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的决定性因素，通常要比塑件高出一个等级。该塑件要求对型腔抛光，所以对粗糙度的要求比较高，查表得PS抛光后顺纹路方向的表面粗糙度为0.02m，垂直纹路方向的表面粗糙度为0.26m。3 注塑成型的准备3.1 注塑成型工艺简介注塑成型是利用塑料的可挤压性与可模塑性，首先将松散的粒状或粉状成型物料从注塑机的料斗送入高温的机筒内加热熔融塑化，使之成为粘流状态熔体，然后在柱塞或螺杆的高压推动下，以很大的流速通过机筒前端的喷嘴注射进入温度较低的闭合模具中，经过一段时间的保压冷却以后，开启模具便可以从模腔中脱出具有一定形状和尺寸的塑料制件。一般分为三个阶段的工作9。 图3-1 注塑成型压力时间曲线(1) 物料准备；成型前应对物料的外观色泽、颗粒情况，有无杂质等进行检验，并测试其热稳定性，流动性和收缩率等指标。对于吸湿性强的塑料，应根据注射成型工艺允许的含水量进行适当的预热干燥，若有嵌件，还要知道嵌件的热膨胀系数，对模具进行适当的预热，以避免收缩应力和裂纹，有的塑料制品还需要选用脱模剂，以利于脱模。(2) 注塑过程；塑料在料筒内经过加热达到流动状态后，进入模腔内的流动可分为注射，保压，倒流和冷却四个阶段，注塑过程可以用如图所示3.1所示。图中T0代表螺杆或柱塞开始注射熔体的时刻；当模腔充满熔体(T=T1)时，熔体压力迅速上升，达到最大值P0。从时间T1到T2，塑料仍处于螺杆(或柱塞)的压力下，熔体会继续流入模腔内以弥补因冷却收缩而产生的空隙。由于塑料仍在流动，而温度又在不断下降，定向分子(分子链的一端在模腔壁固化，另一端沿流动方向排列)容易被凝结，所以这一阶段是大分子定向形成的主要阶段。这一阶段的时间越长，分子定向的程度越高。从螺杆开始后退到结束(时间从T2到T3)，由于模腔内的压力比流道内高，会发生熔体倒流，从而使模腔内的压力迅速下降。倒流一直进行到浇口处熔体凝结时为止。其中，塑料凝结时的压力和温度是决定塑料制件平均收缩率的重要因素。(3) 制件后处理；由于成型过程中塑料熔体在温度和压力下的变形流动非常复杂，再加上流动前塑化不均匀以及充模后冷却速度不同，制件内经常出现不均匀的结晶、取向和收缩，导致制件内产生相应的结晶、取向和收缩应力，脱模后除引起时效变形外，还会使制件的力学性能，光学性能及表观质量变坏，严重时会开裂。故有的塑件需要进行后处理，常用的后处理方法有退火和调湿两种。退火是为了消除或降低制件成型后的残余应力，此外，退火还可以对制件进行解除取向，并降低制件硬度和提高韧性，温度一般在塑件使用温度以上的1020度至热变形温度以下1020度之间；调湿处理是一种调整制件含水量的后处理工序，主要用于吸湿性很强，而且又容易氧化的聚酰胺等塑料制件。调湿处理所用的加热介质一般为沸水或醋酸钾溶液，其沸点为121，加热温度为100121，保温时间与制件厚度有关，通常取29小时。3.2 注塑成型工艺条件(1) 温度：注塑成型过程中要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等。喷嘴温度通常略微低于料筒的最高温度，以防止熔料在直通式喷嘴口发生“流涎现象”；模具温度一般通过冷却系统来控制；为了保证制件有较高的形状和尺寸精度，应避免制件脱模后发生较大的翘曲变形，模具温度必须低于塑料的热变形温度。PS料与温度的经验数据如表3-1所示10。表3-1 温度的经验数据料筒温度 /喷嘴温度/模具温度/热变形温度 /后段中段前段 1.82MPA0.45MPA1502101702301902502402505756596(2) 压力：注射成型过程中的压力包括注射压力，保压力和背压力。注射压力用以克服熔体从料筒向型腔流动的阻力，提供充模速度及对熔料进行压实等。保压力的大小取决于模具对熔体的静水压力，与制件的形状，壁厚及材料有关。对于像PS流动性好的料，保压力应该小些，以避免产生飞边，保压力可取略低于注射压力。背压力是指注塑机螺杆顶部的熔体在螺杆转动后退时所受到的压力，背压力除了可驱除物料中的空气，提高熔体密实程度之外，还可以使熔体内压力增大，螺杆后退速度减小，塑化时的剪切作用增强，摩擦热量增大，塑化效果提高，根据生产经验，背压的使用范围约为3.427.5MPA。(3) 时间：完成一次注塑成型过程所需要的时间称为成型周期。包括注射时间，保压时间，冷却时间，其他时间(开模，脱模，涂脱磨剂，安放嵌件和闭模等)，在保证塑件质量的前提下尽量减小成型周期的各段时间，以提高生产率，其中，最重要的是注射时间和冷却时间，在实际生产中注射时间一般为35秒，保压时间一般为20120秒，冷却时间一般为30120秒(这三个时间都是根据塑件的质量来决定的，质量越大则相应的时间越长)。确定成型周期的经验数值如表3-2所示。表3-2 成型周期与壁厚关系制件壁厚 /mm成型周期 / s制件壁厚 / mm成型周期 / s0.5 10 2.5 35 1.0 15 3.0 45 1.5 22 3.5 65 2.0 28 4.0 85 经过上面的经验数据和推荐值，可以初步确定成型工艺参数，因为各个推荐值有差别，而且有的与实际注塑成型时的参数设置也不一致，结合两者的合理因素，初定制品成型工艺参数如表3-3所示。 表3-3 制品成型工艺参数初步确定特性内容特性内容注塑机类型螺杆式螺杆转速（r/min）48 喷嘴形式直通式模具温度()50 喷嘴温度()230后段温度()150210中段温度()170230前段温度()190250 注射压力MPa90保压力(MPa)80注射时间(s)1.5保压时间(s)5冷却时间(s)20.5其他时间(s)3成型周期(s)30成型收缩(%)0.6干燥温度()6080干燥时间(h)13 后处理温度() 70保温时间(h)23.3注塑机的选择3.3.1 注塑机简介1956年制造出世界上第一台往复螺杆式注塑机，这是注塑成型工艺技术的一大突破,目前注塑机加工的塑料量是塑料产量的30%；注塑机的产量占整个塑料机械产量的50%，成为塑料成型设备制造业中增长最快,产量最多的机种之一。注塑机的分类方式很多，目前尚未形成完全统一标准的分类方法.常用的说法有：(1) 按设备外形特征分类：卧式，立式，直角式，多工位注塑机；(2) 按加工能力分类：超小型，小型，中型，大型和超大型注塑机。此外还有按用途分类和按合模装置的特征分类，但日常生活中用的较少。3.3.2 注塑机基本参数注塑机的主要参数有公称注射量，注射压力，注射速度，塑化能力，锁模力，合模装置的基本尺寸，开合模速度，空循环时间等。这些参数是设计，制造，购买和使用注塑机的主要依据。(1) 公称注塑量：指在对空注射的情况下，注射螺杆或柱塞做一次最大注射行程时，注射装置所能达到的最大注射量，反映了注塑机的加工能力。(2) 注射压力：为了克服熔料流经喷嘴,浇道和型腔时的流动阻力，螺杆(或柱塞)对熔料必须施加足够的压力，我们将这种压力称为注射压力。(3) 注射速率：为了使熔料及时充满型腔，除了必须有足够的注射压力外，熔料还必须有一定的流动速率，描述这一参数的为注射速率或注射时间或注射速度。(4) 塑化能力：单位时间内所能塑化的物料量.塑化能力应与注塑机的整个成型周期配合协调,若塑化能力高而机器的空循环时间长,则不能发挥塑化装置的能力,反之则会加长成型周期。(5) 锁模力：注塑机的合模机构对模具所能施加的最大夹紧力,在此力的作用下模具不应被熔融的塑料所顶开。(6) 合模装置的基本尺寸：包括模板尺寸,拉杆空间,模板间最大开距,动模板的行程,模具最大厚度与最小厚度等.这些参数规定了机器加工制件所使用的模具尺寸范围。(7) 开合模速度：为使模具闭合时平稳,以及开模,推出制件时不使塑料制件损坏,要求模板在整个行程中的速度要合理,即合模时从快到慢,开模时由慢到快在到停。(8) 空循环时间：在没有塑化,注射保压,冷却,取出制件等动作的情况下,完成一次循环所需的时间。3.3.3选择注塑机(1)由公称注射量选定注射机由注射量选定注射机。把塑件近似看成柱形，高度30cm(材料密度取=1.05kg.dm-3)：总体积： V=49.3cm3；总质量： M=.V=56.5g；流道凝料V=0.5V(流道凝料的体积(质量)是个未知数，根据手册取0.5V(0.5M)来估算,塑件越大则比例可以取的越小)；实际注射量： V实=1.5V=49.31.5=73.95 cm3；实际注射质量： M实=1.5M=56.51.5=84.75g；根据实际注射量应小于0.8倍公称注射量原则, 即： (3-1) (cm3)；(2)由锁模力选定注射机 (3-2)(KN)式中 F锁注射机的锁模力(N)；A分塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和；P型型腔压力，取P型=30MPa；D取的是塑件的平均直径，D=(120+101)/2=110.5，D110mm；结合上面两项的计算，初步确定注塑机为表3-5所示，查国产注射机主要技术参数表取SZ-160/1000，主要技术参数如下。表3-5 国产注射机SZ-160/1000技术参数表特性内容特性内容结构类型卧拉杆内间距(mm)360260理论注射容积（cm3）179移模行程(mm)280螺杆(柱塞)直径(mm)44最大模具厚度(mm)360注射压力(MPa)132最小模具厚度(mm)170注射速率(g/s)110锁模形式(mm)液压塑化能力(g/s)10.5模具定位孔直径(mm)120螺杆转速(r/min)10150喷嘴球半径(mm)10锁模力(KN)1000喷嘴口直径(mm)33.4 注射机的校核3.4.1 最大注塑量的校核为确保塑件质量，注塑模一次成型的塑件质量(包括流道凝料质量)应在公称注塑量的35%75%范围内，最大可达80%，最小不小于10%。为了保证塑件质量，充分发挥设备的能力，选择范围通常在50%80%。 V实73.95 cm3；V公179 cm3； 满足要求。3.4.2 锁模力的校核 在确定了型腔压力和分型面面积之后，可以按下式校核注塑机的额定锁模力： (3-3) 满足要求。式中 F注塑机额定锁模力；F为1000KN；K安全系数，通常取1.11.2，取K=1.2。3.4.3 塑化能力的校核 由3.2.3初定的成型周期为30秒计算，实际要求的塑化能力为每次实际注射量除以成型周期，即为73.95/30=2.465(g/s)，小于注塑机的塑化能力10.5(g/s)，说明注射机能完全满足塑化要求。3.4.4 喷嘴尺寸校核在实际生产过程中，模具的主流道衬套始端的球面半径R2取比注射机喷嘴球面半径R1大12 mm，主流道小端直径D取比注射机喷嘴直径d大0.51 mm，如图3-2所示，以防止主流道口部积存凝料而影响脱模，所以，注射机喷嘴尺寸是标准，模具的制造以它为准则。 图3-2 喷嘴与浇口套尺寸关系3.4.5 定位圈尺寸校核注塑机固定模板台面的中心有一规定尺寸的孔，称之为定位孔。注塑模端面凸台径向尺寸须与定位孔成间隙配合，便于模具安装，并使主流道的中心线与喷嘴的中心线相重合。模具端面凸台高度应小于定位孔深度。4 模具设计4.1模具材料的选择现有的模具模架已经标准化，所以