自行车脚踏板注射模设计（注塑模具含9张CAD图纸）
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自行车脚踏板注射模设计（注塑模具含9张CAD图纸）,自行车,脚踏板,注射,设计,注塑,模具,CAD,图纸
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23摘 要本次毕设计的课题为自行车踏板的注射成型模具设计，主要从塑件材料品种、性能、用途、生产批量及塑件的形状、精度、型腔结构以及模具零件结构尺寸及经济效益等多方面详细分析了塑件产品的注塑加工工艺性，因为需批量生产，且零件体积不大，故采用“一模两件”的生产方式。本次设计模架采用的是标准模架，其中各模板尺寸都是通过详细的计算分析后参照标准选取的。对于各重要部件都选用了相应的精度。最后，在参照塑件的体积、重量等参数后选择了注塑成型设备，并对注塑机的相关主要参数进行校核，以判断所选的注塑机能否满足注塑要求。关键词自行车踏板；一模两件；注塑机；模具设计；Abstract This design from the plastic product material variety, the performance, the use, the batch and the product shape, the precision, the cavity structure, the mold components structure size design and the product production economic efficiency and so on various aspects multianalysis this product has cast the processing technology capability, because the components compare the death of a parent to use A mold with tow cavity . Through models a analysis regarding this, and carried on the intensity examination to the main spare part. Poured the system regarding the mold, promotes the organization, the cooling system has all carried on the detailed computation design. In to modeled a volume, the weight and so on in the main parameter computed result foundation has carried on the choice to the injection molding machine equipment, and to chose after the injection molding machine to carry on the essential examination, chose the injection molding machine by the bathroom completely satisfied to cast the request.Key wordsAppearance outer shell；One Mold With Tow Pieces；Note Submachine；Mold Design；1 概 述11塑料模的功能模具是利用其特定形状去成型具有一定形状和尺寸的制品的工具，按制品所采用的原料不同，成型方法不同，一般将模具分为塑料模具，金属冲压模具，金属压铸模具，橡胶模具，玻璃模具等。因人们日常生活所用的制品和各种机械零件，在成型中多数是通过模具来制成品，所以模具制造业已成为一个大行业。在高分子材料加工领域中,用于塑料制品成形的模具,称为塑料成形模具,简称塑料模.塑料模优化设计,是当代高分子材料加工领域中的重大课题。塑料制品已在工业、农业、国防和日常生活等方面获得广泛应用。为了生产这些塑料制品必须设计相应的塑料模具。在塑料材料、制品设计及加工工艺确定以后，塑料模具设计对制品质量与产量，就决定性的影响。首先，模腔形状、流道尺寸、表面粗糙度、分型面、进料与排气位置选择、脱模方式以及定型方法的确定等，均对制品（或型材）尺寸精度形状精度以及塑件的物理性能、内应力大小、表观质量与内在质量等，起着十分重要的影响。其次，在塑件加工过程中，塑料模结构的合理性，对操作的难易程度，具有重要的影响。再次，塑料模具对塑件成本也有相当大的影响，除简易模外，一般来说制模费用是十分昂贵的，大型塑料模具更是如此。现代塑料制品生产中，合理的加工工艺、高效的设备和先进的模具，被誉为塑料制品成型技术的“三大支柱”。尤其是加工工艺要求、塑件使用要求、塑件外观要求，起着无可替代的作用。高效全自动化设备，也只有装上能自动化生产的模具，才能发挥其应有的效能。此外，塑件生产与更新均以模具制造和更新为前提。塑料模是塑料制品生产的基础之深刻含意，正日益为人们理解和掌握。当塑料制品及其成形设备被确定后，塑件质量的优劣及生产效率的高低，模具因素约占80%。由此可知，推动模具技术的进步应是不容缓的策略。尤其大型塑料模的设计与制造水平，标志着一个国家工业化的发展程度。.2我国塑料模现状在模具方面，我国模具总量虽已位居世界第三，但设计制造水平总体上比德、美、日、法、意等发达国家落后许多，模具商品化和标准化程度比国际水平低许多。在模具价格方面，我国比发达国家低许多，约为发达国家的1/31/5，工业发达国家将模具向我国转移的趋势进一步明朗化。我国塑料模的发展迅速。塑料模的设计、制造技术、CAD技术、CAPP技术，已有相当规模的开发和应用。在设计技术和制造技术上与发达国家和地区差距较大，在模具材料方面，专用塑料模具钢品种少、规格不全质量尚不稳定。模具标准化程度不高，系列化.商品化尚待规模化；CAD、CAE、Flow Cool软件等应用比例不高；独立的模具工厂少；专业与柔性化相结合尚无规划；企业大而全居多，多属劳动密集型企业。因此努力提高模具设计与制造水平，提高国际竞争能力，是刻不容缓的。.3塑料模发展趋势塑料作为现代四大工业基础材料之一，越来越广泛地在各行各业应用。其中注塑成型在塑料的各种成型工艺中所占的比例也越来越大。随着社会的经济技术不断向前发展，对注塑成型的制品质量和精度要求都有不同程度的提高。塑料制品的造型和精度直接与模具设计和制造有关系，对注塑制品的要求就是对模具的要求。由于计算技术和数控加工迅速发展，使得CAD/CAM逐渐取代了过去塑料模的设计与制造技术，使传统的设计制造方法及组织生产的模式发生了深刻变化。塑料模CAD/CAM的发展不仅可以提高塑料模质量，减少塑料模的设计与制造工时，缩短塑料模生产周期，加快塑件生产和产品的更新换代，而且更主要的是能满足当前用户对塑料模具行业提出的“质量高、交货快、价格低”的要求。塑料模具以后的发展主要有以下几方面：1、注射模CAD实用化；2、挤塑模CAD的开发；3、压模CAD的开发；4、塑料专用钢材系列化；5、塑料模CAD/CAE/CAM集成化；6、塑料模标准化。有人说，模具是现代工业之母。新的世纪已经来到了，世界各国对模具生产技术非常重视，出现许多新工艺、新技术，从而促进模具制造局势的不断进步。2 塑料概论2.1塑料的概念2.1.1 树脂。分天然树脂和合成树脂。天然树脂如虫胶、沥青等；合成树脂如酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯、聚氯乙烯等。树脂具有受热软化、无明显的熔点、可溶于有机溶剂二不溶于水的特点。2.1.2 塑料。以高分子量合成树脂为主要成分，在一定的条件下（如温度、压力等）可塑制成一定形状且在常温下保持形状不变的材料。2.2塑料的成分塑料按成分可以分为简单组分塑料和多组分塑料。简单组分的塑料基本上一树脂为主，有的加入少量的助剂（如着色剂、润滑剂），如有机玻璃（PMMA）、聚苯乙烯（PS）等；多组分塑料除树脂外，还加入填充剂、增塑剂、稳定剂、着色剂、润滑剂等，如酚醛塑料（PF）粉、聚氯乙烯（PVC）等。2.3 塑料的分类2.3.1热固性塑料这类塑料的特点，是受热开始软化并具有一定的可塑性，但随温度升高而发生化学变化，变成一种不可熔融的新物质，这种硬化后的新物质，质地坚硬而不溶于溶剂中，也不能用加热方法使之再软化，强热则分解破坏。这种塑料常用的有：酚醛、脲甲醛、环氧树脂、邻苯二甲酸二烯丙脂，二聚氯胺甲醛等。2.3.2 热塑性塑料这类塑料的特点，是在受热时熔化，冷却后固定成型，这一过程可以反复进行。这种塑料常用的有聚氯乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、尼龙、聚甲醛等。3 塑件结构分析与材料的选择3.1塑件结构分析该塑件为一整体式自行车脚踏板，如下图，它具有以下特点：（1）该塑件是实用型塑件,有通孔结构,不需要与其它结构件配合使用。（2）生产批量很大，用于一般的日常生活中，故要求此塑件材料质优而价廉，且对人体不产生任何毒副作用。（3）结构简单成型比较困难。（4） 实用性要求高,外观要求一般。 图2-1零件结构3.2 材料的选用根据以上特点，故选用丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)，成型工艺性好，可以注射成型。3.2.1丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)的使用性能 性能特点： 综合性能较好,冲击韧性、力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性、电性能良好；价格较低；易于成型和机械加工，与372有机玻璃的熔接性良好，可做双色成型塑件，且表面可镀铬。成型特点： 1 吸湿性强，含水量应小于0.3%，必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应长时间预热干燥；2 流动性中等，边溢料0.04mm左右；3 模具设计是注意浇注系统选择进料口位置、形式；模具设计的注意事项：浇注系统应尽快保证充型；需设冷却系统；采用螺杆注射机收缩率：料流方向2.75%；垂直料流方向2.0%，注意防变形。使用温度：小于80。主要用途：合适于制作一般机械零件，减摩耐磨零件、传动零件和电信结构零件。3.2.2丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物的成型条件注射成型机类型螺杆式密度1.031.07g/cm3计算收缩率（%）0.30.8预热和干燥温度t()8085时间r(h)2-3料筒温度t()后段150-170中段165-180前段180-200喷嘴温度t()170-180模具温度t()50-80注射压力p( MPa)60100成型时间r(s)注射时间20-90高压时间0-5冷却时间20-120总周期50220螺杆转速（r/min）30说明该成形条件为加工通用级ABS料时所用4 型腔数量和布局型腔指模具中成形塑件的空腔，而该空腔是塑件的负形，除去具体尺寸比塑料大以外，其他都和塑件完全相同，只不过凸凹相反而己。注射成形是先闭模以形成空腔，而后进料成形，因此必须由两部分或（两部分以上）形成这一空腔型腔。其凹入的部分称为凹模，凸出的部分称为型芯。4.1 型腔数量的确定其数目的决定与下列条件有关：1 塑件尺寸精度型腔数越多时，精度也相对地降低，1、2级超精密注塑件，只能一模一腔，当尺寸数目少时，可以一模二腔。3、4级的精密级塑件，最多一模四腔，也有一模八腔的。2 模具制造成本 多腔模的制造成本高于单腔模，但不是简单的倍数比。从塑件成本中所占的模具费用比例看，多腔模比单腔模具低。3 注塑成形的生产效益多腔模从表面上看，比单腔模经济效益高。但是多型腔模所使用的注射机大，每一注射循环期长而维修费较高，所以要从最经济的条件上考虑模具的腔数。4 制造难度多腔模的制造难度比单腔模大，当其中某一腔先损坏时，应立即停机维修，影响生产。塑料的成形收缩是受多方面影响的，如塑料品种，塑件尺寸大小，几何形状，熔体温度，模具温度，注射压力，充模时间，保压时间等。影响最显著的是塑件的壁厚和同何形状的复杂程度。本设计根据整体式踏板塑件结构的特点，考虑型腔布局方式，采用一模两腔的模具结构，这样比一模一腔模具的生产效率高，同时结构更为合理。3.2 型腔的布局多型腔模具设计的重要问题之一就是浇注系统的布置方式，由于型腔的排布与浇注系统布置密切相关，因而型腔的排布在多型腔模具设计中应加以综合考虑。型腔的排布应使每一个型腔都通过浇注系统从总压力中心中均等地分得所需的压力，以保证塑料熔体同时均匀地充满每个型腔，使各型腔的塑件内在质量均一稳定。这就要求型腔与主流道之间的距离尽可能最短，同时采用平衡的流道和合理的浇口尺寸以及均匀的冷却等。合理的型腔排布可以避免塑件的尺寸差异、应力形成及脱模困难等问题。平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度、截面形状及尺寸均对应相同，可以实现均衡进料和同时充满型腔的目的；非平衡式型腔布局的特点是从主流道到各型腔浇口的分流道的长度不相等，因而不利于均衡进料，但可以缩短流道的总长度，为达到同时充满型腔的目的，各浇口的截面尺寸制作得不相同。要指出的是，多型腔模具最好成型同一尺寸及精度要求的制件，不同塑件原则上不应该用同一副多模腔模具生产。在同一副模具中同时安排尺寸相差较大的型腔不是一个好的设计，不过有时为了节约，特别是成型配套式塑件的模具，在生产实践中还使用这一方法，但难免会引起一些缺陷，如有些塑件发生翘曲、有些则有过大的不可逆应变等。该塑件精度要求一般（MT5 ） ，又是大批量生产，可以采用一模多腔的形式。考虑到模具制造费用低一点，设备运转费用小一点，初定为一模两腔的模具形式。该塑件有两个侧向抽芯，为了便于脱模，型腔的排列方式采用单列直排。本设计成型同一塑件，且壁厚较均匀，所以型腔的布局如下图： 图4-15 注射机型号的选择5.1 注射量的计算通过Pro/E建模分析，塑件质量为51.177g，两个塑件在分型面上的投影面积为9016.66 mm体积V1为48.74 cm3。流道凝料的质量m=0.3n 注射量M=n+0.3n=1.3n=133.06gV=M/ =133.061.05=126.723cm34.2 塑件和流道凝料在分型面上的投影面积及所需锁模力的计算流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积在模具设计前是个未知数，根据多型腔模的统计分析，大致是每个塑件在分型面上的投影面积的0.20.5倍。因此可用0.15来进行估算，所以： cm3=9016.66+0.159016.66=10369.159 mm F =P =10369.15980=829.53KN 式中 型腔压力P取804.3选择注射机注射机类型和规格很多，分类的方法各异，通常按其外形分为卧式、角式和立式三种，应用较多的是卧式注射机。立式注射机的特点是注塑装置与合模装置的轴线重合并与机器安装底面垂直。立式注射机用地面积小，模具装拆方便、易于安装嵌件、并且塑料流动均匀，但制品被推出模具后需要手工操作，不易实现自动化操作。此外还有机身不稳定、加料不方便、对厂房高度有一定的要求等缺点。卧式注射机是注塑机中最普通和最常见的形式，卧式注射机的注塑装置和定模安装板在设备的一侧，而合模装置、动模安装板和推出机构设置在另一侧。卧式注射机的机身低，便于操作及维修，开模后工件可以自动落下，易于实现自动化操作，但模具拆装、嵌件安放都比较麻烦。角式注射机其注射装置与锁模装置的轴线互相垂直排列。其特点介于卧式注射机和立式注射机之间，特别适用于成型不允许留有中心浇口痕迹的平面塑件。 一般按塑件质量在注射量的60%-80%范围内，本次设计塑件总体积为126.723（cm3），126.723/75%=168.965（cm3），据中国模具设计大典（2）选大于170 cm3的注射机型号. 根据每一生产周期的注射量和锁模力的计算。可选用SZ1000/ZH卧式注射机，如下表表5-1理论注射容量/ cm3183cm3螺杆直径/mm45mm注射压力/MPa139MPa螺杆转速r/min14200r/min锁模方式机械-液压锁模力/KN1000KN 模板最大开距/mm700 mm最大模厚/mm-最小模厚/mm150 mm拉杆空间/mm448370模板尺寸/mmmm598520模具定位孔直径/mm100 mm喷嘴孔直径/mm4 mm 喷嘴球半径/mm 18 mm 顶出力/KN 23KN 顶出行程/mm 80mm5.4 模具型腔数的确定按注射机的最大注射量确定型腔数按下式计算：2 式中 n型腔数； 注射机的最大注射量，g； 最大注射量的利用系数； 浇注系统凝料质量，g； 一个塑料制品的质量，g。 其他安装尺寸的校核要待模架选定，结构尺寸确定以后才可进行。6 分型面的设计分型面即打开模具取出塑件或取出浇注系统凝料的面，分型面的位置影响着成型零部件的结构形状，型腔的排气情况也与分型面的开设密切相关。分开模具取出塑件的面称为分型面，注射模有一个分型面或多个分型面，分型面的位置，一般垂直于开模方向。分型面的形状有平面和曲面等，但也有将分型面作倾斜的平面或弯折面，或曲面，这样的分型面虽加工难，但型腔制造和制品脱模较易。有合模对中锥面的分型面，分型面自然也是曲面。选择分型面时，应考虑的基本原则：1） 分型面应选在塑件外形最大轮廓处。当已经初步确定塑件的分型方向后分型面应选在塑件形最大轮廓处，即通过该方向塑件的截面积最大，否则塑件无法从型腔中脱出。2） 确定有利的留模方式，便于塑件顺利脱模从制件的顶出考虑分型面要尽可能地使制件留在动模边，当制件的壁相当厚但内孔较小时，则对型芯的包紧力很少，常不能确切判断制件中留在型芯上还是在凹模内。这时可将型芯和凹模的主要部分都设在动模边，利用顶管脱模，当制件的孔内有管件（无螺纹连接）的金属嵌中时，则不会对型芯产生包紧力。3） 保证制件的精度和外观要求与分型面垂直方向的高度尺寸，若精度要求较高，或同轴度要求较高的外形或内孔，为保证其精度，应尽可能设置在同一半模具腔内。因分型面不可避免地要在制件中留下溢料痕迹或接合缝的痕迹，故分型面最好不选在制品光亮平滑的外表面或带圆弧的转角处。4） 分型面应使模具分割成便于加工的部件，以减少机械加工的困难。5） 不妨碍制品脱模和抽芯。在安排制件在型腔中的方位时，要尽量避免与开模运动相垂直方向的避侧凹或侧孔。6） 有利于浇注系统的合理布置。7） 尽可能与料流的末端重合，以利于排气。根据塑件结构形式，主分型面选在AA平面。参看装配图和零件图。7 浇注系统的设计与分析7.1 主流道设计主流道是连接注射机喷嘴与分流道的一段通道，通常和注射机喷嘴在同一轴线上，断面为圆形，带有一定的锥度主流道（也叫进料口），它是连接注射机料筒喷嘴和注射模具的桥梁，也是熔融的塑料进入模具型腔时最先经过的地方。主流道的大小和塑料进入型腔的速度及充模时间长短有着密切关系。若主流道太大，其主流道塑料体积增大，回收冷料多，冷却时间增长，使包藏的空气增多，如果排气不良，易在塑料制品内造成气泡或组织松散等缺陷，影响塑料制品质量，同时也易造成进料时形成旋涡及冷却不足，主流道外脱模困难；若主流道太小，则塑料在流动过程中的冷却面积相应增加，热量损失增大，粘度提高，流动性降低，注射压力增大，易造成塑料制品成形困难。主流道部分在成型过程中，其小端入口与注射机喷嘴及一定温度、压力的塑料熔要冷热交替地反复接触，属易损件，对材料的要求较高因而模具的主流道部分常设计成可拆卸更换的主流道衬套式（俗称浇口套），以便有效地选用钢材单独进行加工和热处理。一般采用碳素工具钢T8A、T10A等，热处理要求淬火5055HRC。在一般情况下，主流道不直接开设在定模板上，而是制造成单独的浇口套，镶定在模板上。小型注射模具，批量生产不大，或者主流道方向与锁模方向垂直的模具，一般不用浇口套，而直接开设在定模板上。7.1.1 主流道的设计要点（1） 主流道圆锥角，对流动性差的塑料可取，内壁粗糙度为。（2） 主流道大端呈圆角，半径，以减小料流转向过渡是的阻力。（3） 在模具结构允许的情况下，主流道应尽可能短，一般小于60mm，过长则会影响熔体的顺利充型。（4） 对小型模具可将主流道衬套与定位圈设计成整体式，但在大多数情况下是将主流道衬套和定位圈设计成两个零件，然后配合固定在模板上。主流道衬套与定模座采用H7/k6过渡配合。7.1.2 主流道尺寸垂直式主浇道及其设计参数:图7-1 垂直式主浇道图 Dd =0.51.0 (mm) Rr =267.1.3 主流道衬套形式主流道衬套俗称浇口套，是注射机喷嘴在注射模具上的座垫，在注射时它承受很大的注射机喷嘴端部的压力，同时由于浇口套末端通过流道浇口与型腔相连接，所以也承受模具型腔压力的反作用力。为了防止浇口套因喷嘴端部压力而被压入模具内，浇口套的结构上要增加台肩，并用螺钉紧固在模板上，这样亦可防止模腔压力的反作用力而把浇口套顶出。本设计是小型模具，浇口套的结构形式有两种，一种是整体式，即定位圈与浇口套为一体，并压配于定模板内，一般用于小型模具；另一种为将浇口套和定位圈设计成两个零件，然后配合在模板上，主要用于中、大型模具。本设计的模具为一副中型模具，采用浇口套和定位圈分开的两个零件。主流道长度约等于定模板的厚度（见模架的确定和装配图）衬套如图所示，材料选用T8A钢，热处理淬火后表面硬度为5055HRC。 根据主流道衬套设计要点设计浇口套尺寸如下表7-1所示。表7-1符号名称尺寸锥度2d主流道小端直径d1mmh球面配合高度2.5mmSR主流道球面半径r+1=18+1=19 mmL主流道长度24.5mmD主流道大端直径d2Ltg/24224.5tg1=4.85 mm7.1.4主流道衬套的固定主浇道的固定采用定位圈固定，定位圈用4个M620的开槽沉头螺钉固定。定位圈的结构如下图：7.2 分流道的设计分流道指主流道末端与浇口之间着一段塑料熔体的流动通道。其基本作用是在压力损失最小的条件下，将来自主流道的熔融塑料，以较快的速度送到浇口处充模。也就是起分流和转向的作用。同时，在保证熔体均匀地分配到各型腔的前提下，要求分流道中残留的熔融塑料最少，以减少冷料的回收。多型腔模具必定设置分流道，单型腔大型塑件在使用多个点浇口是也要设置分流道。7.2.1 分流道设计要点1由于机械加工及凝料脱模，分流道大多设置在分型面上。常用的分流道截面形状一般分为圆形、梯形、U形、半圆形及矩形等；圆形分流道的直径一般在3.29.5mm，对于粘度大透明度要求高 图7-1 定位圈的塑料（如聚甲基丙烯酸甲酯等）应采用较大的分流道，但对于流动性好的聚丙烯，尼龙等，分流道短时，可小到直经为2毫米。2在保证正常的注射成型工艺条件下，分流道的截面尺寸应尽量小，长度尽量短。3较长的分流道应在末端开设冷料穴，以便容纳注射开始时产生的冷料和防止空气进入模腔。4在多型腔注射模具中，各分型面的长度均应一致，保持相对平衡，以保证熔融的塑料同时均匀地充满各个型腔。主流道的截面积应大于各分流道截面积之和。5设计分流道时，应先取较小的尺寸，以便于试模后根据实际情况进行修正。6如果分流道较多时，应加设分流锥。7分流道内表面粗糙度Ra并不要求很低，一般取1.6 m 左右即可，这样表面稍不光滑，有助于塑料熔体的外层冷却皮层固定，从而与中心部位的熔体之间产生一定的速度差，以保证熔体流动有适宜的剪切速率和剪切热。多型腔模中，分流道的布置有平衡式和非平衡式两种。 7.2.2分流道布置形式分流道应能满足良好的压力传递和保持理想的填充状态，使塑料熔体尽快地经分流道均衡的分配到各个型腔，但根据本塑件的特点以及加工得方便，采用非平衡式分流道。 布置如下图： 图7-2 分流道布置图 分流道长度 第一级分流道:L2=40mm,第二级分流道:L=20mm7.2.3分流道的形状、截面尺寸以及凝料体积1)形状及截面尺寸分流道截面有圆形、矩形、梯形U形和六角形等等。为了减少流道内的压力损失和传热损失，要尽量把流道的截面积设计得大些，表面积小些。因此可以用流道的截面积与其周长的比值来表示流道的效率，各种截面分流道的效率如表7-2所示1.各种截面形式的优缺点比较a、 圆形截面流道:优点: 表面积与体积之比最小,压力损失及温度损失小,有利于塑料的流动及压力传递缺点: 必须在定模动模上各分一半,这给模具加工带来一定困难 b、“U”形截面流道:优点: 其截面形式接近圆形截面,同时只需在模具的一面加工 缺点: 与圆形截面相比,热损失较大,流道废料多c.梯形截面流道优点: 便于流道的加工及刀具选择 表 7-2 缺点: 热量损失较大从图中以及各种截面形状的优缺点可知，圆形和正方形流道的效率最高。一般分型面为平面时，通常采用圆形截面的流道。为了取出凝料分流道，考虑本设计的浇口采用的为侧浇口，因此分流道采用矩形。2常用塑料推荐的分流道直径如上表7-3所示: 表 7-3塑料名称分流道直径/mm塑料名称分流道直径/mm塑料名称分流道直径/mmPE310PMMA810PBT38PP4.810硬PVC6.416PBT(含玻纤)310PS3.210PA (含玻纤)412PC4.810HIPS3.210PA310PC(含玻纤)513ABS3.210PPS6.410PU6.48SAN3.210PPO6.410POM3.210PES6.410 因为各种塑料的流动性有差异，所以可以根据塑料的品种来粗略估计分流道的直径，对于壁厚小于3mm，质量在200g以下的塑件，可用以下经验公式确定一级分流道的直径： 取 =8mm 式中 流经分流道的塑料量； 分流道的长度； 分流道的直径。同理二级分流道的直径取6mm 2) 凝料体积分流道截面积： 分流道长度：凝料体积：3) 分流道的表面粗糙度分流道的表面粗糙度并不要求很低，一般取0.8um1.6um即可，在此取1.6um。7.3 浇口的设计 浇口是分流道和型腔之间的连接部分，也是注射模具浇注系统的最后部分，通过浇口直接使熔融的塑料进入型腔内。浇口的作用是使从流道来的熔融塑料以较快的速度进入并充满型腔，型腔充满塑料后，浇口能迅速冷却封闭，防止型腔内还未冷却的热料回流。浇口设计与塑料制品形状、塑料制品断面尺寸、模具结构、注射工艺参数（压力等）及塑料性能等因素有关。浇口的截面要小，长度要短，这样才能增大料流速度，快速冷却封闭，便于使塑料制品分离，塑料制品的浇口痕迹亦不明显。 塑料制品质量的缺陷，如缺料、缩孔、拼缝线、质脆、分解、白斑、翘曲等，往往都是由于浇口设计不合理而造成的。浇口的主要作用有如下几点：（1） 熔体充模后，首先在浇口处凝固，当注射机螺杆抽回时可防止熔体向流道回流。（2） 熔体在流经狭窄的浇口时会产生摩擦热，使熔体升温，有助于充模。（3） 易于切除浇口尾料。（4） 对于多型腔模具，浇口能用来平衡进料。对于多浇口的单型腔模具，浇口除了能用来平衡进料外，还能用以控制熔接痕在制品中的位置。7.3.1浇口设计的基本要点1) 尽量缩短流动距离 浇口位置的安排应保证塑料熔体迅速和均匀地充填模具型腔，尽量缩短熔体的流动距离，减少压力损失，有利于排除模具型腔中的气体，这对大型塑件更为重要。2) 浇口应设在塑件制品断面较厚的部位 当塑件的壁厚相差较大时，若将浇口开设在塑件的薄壁处，这时塑料熔体进入型腔后，不但流动阻力大，而且还易冷却，以致影响了熔体的流动距离，难以保证其充满整个型腔。另外从补缩的角度考虑，塑件截面最厚的部位经常是塑料熔体最晚固化的地方，若浇口开设在薄壁处，则厚壁处极易因液态体积收缩得不到收缩而形成表面凹陷或真空泡。因此为保证塑料熔体的充分流动性，也为了有利于压力有效地传递和比较容易进行因液态体积收缩时所需的补料，一般浇口的位置应开设在塑件壁最厚处。3) 必须尽量减少或避免熔接痕 由于成型零件或浇口位置的原因，有时塑料充填型腔时造成两股或多股熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤为严重。有时为了增加熔体的汇合，汇合之处，在塑件上就形成熔接痕。熔接痕降低塑件的强度，并有损于外观质量，这在成型玻璃纤维增强塑料的制件时尤其严重。一般采用直接浇口、点浇口、环形浇口等可以避免熔接痕的产生，有时为了增加熔体汇合处的溶接牢度，可以在溶接处外侧设一冷料穴，使前锋冷料引如其内，以提高熔接强度。在选择浇口位置时，还应考虑熔接的方位对塑件质量及强度的不同影响。4) 应有利于型腔中气体的排除 要避免从容易造成气体滞留的方向开设浇口。如果这一要求不能充分满足，在塑件上不是出现缺料、气泡就是出现焦斑。同时熔体充填时也不顺畅，虽然有时可用排气系统来解决，但在选择浇口位置时应先行加以考虑。5) 考虑分子定向影响 充填模具型腔期间，热塑性塑料会在流动方向上2呈现一定的分子取向，这将影响塑件的性能。对某一塑件而言，垂直流向和平行于流向的强度、应力开裂倾向等都是有差别的，一般在垂直于流向的方位上强度降低，容易产生应力开裂。6) 避免产生喷射和蠕动（蛇形流） 塑料熔体的流动主要受塑件的形状和尺寸以及浇口的位置和尺寸的支配，良好的流动将保证模具型腔的均匀充填并防止分层。塑料溅射进入型腔可能增加表面缺陷、流线、熔体破裂及气，如果通过一个狭窄的浇口充填一个相对较大的型腔，这种流动影响便可能出现。特别是在使用低粘度塑料熔体时更应注意。通过扩大尺寸或采用冲击型浇口（使料流直接流向型腔壁或粗大型芯），可以防止喷射和蠕动。7) 浇口与塑件连接得部位应成R0.5的圆角或0.545的倒角；浇口和流道连接的部位一般斜度为3045，并以R1R2的圆弧和流道底面相连接。6.3.2 浇口的形式浇口的截面积一般很难用理论公式计算，通常要根据经验公式确定，取其下限，然后在试模过程中逐步加以修正。一般浇口的截面积为分流道截面积的3%9%，截面形状通常为矩形或圆形。浇口长度为0.52mm，表面粗糙度Ra不低于0.4。具体浇口截面尺寸应根据不同的浇口类型来确定。浇口的形式多种多样，但常用的浇口有如下11种：直接浇口、侧浇口、扇形浇口、平缝浇口、环形浇口、盘形浇口、轮辐浇口、爪形浇口、点浇口、潜伏浇口、护耳浇口等。本次设计采用侧浇口，侧浇口一般开在模具的分型面上，从制品的边缘进料，故称之为边缘浇口。侧浇口的截面形状为矩形。 侧浇口的优点是截面形状简单、易于加工、便于试模后修正。缺点是在制品的外表面留有浇口痕迹。中小型制品的多型腔常采用侧浇口设计方案。 在侧浇口的三个尺寸中，已浇口的深度h最为重要。它控制着浇口内熔体的凝固时间和型腔内熔体的补缩程度。浇口宽度的对熔体的体积流量有直接影响。浇口长度在强度允许的情况下已短为好，一般选用L=0.5-0.75mm。 确定侧浇口深度和宽度的经验公式如下： 式中 h侧浇口深度（mm），中小型制品常用h=0.5-2mm,约为制品最大壁厚的1/3-2/3； t制品厚度（mm） n塑料材料系数； W浇口宽度（mm）； A型腔表面积，即制品外表面积（）。踏板塑件侧浇口尺寸：壁厚2mm，外表面积A 设定充模时间为1.6S ，符合要求。7.4 冷料穴的设计当注射机未注射塑料之前，喷嘴最前端的熔融塑料的温度较低，形成冷料渣，为了集存这部分冷料渣，在进料口的末端的动模板上开设一个洞穴或者在流道的末端开设洞穴，这个洞穴就是冷料穴。在注射时必须防止冷料渣进入流道或模具型腔内，否则将会堵塞流道和减缓料流速度，进入模具型腔就会造成塑料制品上的冷把或冷斑。冷料穴位于主流道正对面的动模板上,或者处于分流道的末端，其作用是收集熔体前锋的冷料,防止冷料进入模具型腔而影响制品质量。冷料穴分两种,一种专门用于收集、贮存冷料，另外一种除贮存冷料外还兼有拉出流道凝料的作用。根据需要，不但在主流道的末端，而且可在各分流道转向的位置，甚至在型腔的末端开设冷料穴。冷料穴应设置在熔体流动方向的转折位置，并迎着上游的熔体流向，冷料穴的长度通常为流道直径d 的1.52倍。有的冷料穴兼有拉料的作用，在圆管形的冷料穴底部装有一根Z形头的拉料杆，称为钩形拉料杆，这是最常用的冷料穴形式。同类形的还有倒锥形和圆环糟形的冷料穴。6.4.1 主流道的冷料穴 图 7-3 常用冷料穴和拉料杆形式 1 主流道；2冷料穴；3拉料杆；4推杆；5脱模板；6推块（a）Z形推料杆的冷料穴；（b）倒锥孔冷料穴；（c）圆环槽冷料穴；（d）圆头形冷料穴； （e）菌头形冷料穴；（f）圆锥头形冷料穴；图（a）（c）是底部带推杆的冷料穴；（d）（f）是底部带拉料杆的冷料穴，本设计采用常用的Z形头冷料穴。如图（a）所示。7.4.2 分流道的冷料穴本设计的分流道的冷料穴是在端部加长了12mm（约1. 5）而作为分流道的冷料穴。其实并不是所有注射模都需要开设冷料穴，有时由于塑料性能或工艺控制较好，很少产生冷料或塑件要求不高时，可不必设置冷料穴。如果初始设计阶段对是否需要开设冷料穴尚无把握，可流适当空间，以便增设。7.5 拉料杆的设计拉料杆的作用是勾着浇注系统冷料，使其随同塑件一起留在动模一侧，其分为主流道拉料杆和分流道拉料杆，本设计只设计了主流道拉料杆如下图：64 图 7-4 拉料杆的固定和配合材料：T10A 热处理5458HRCd=6mm D=12mm L=173mm8 排气系统设计排气系统对确保制品成型质量起着重要的作用，排气方式一般有利用排气槽，利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙，利用分型面上的间隙。本次设计的模具是在分型面上开设排气槽，排气槽即为使模具型腔内的气体排出模具外面在模具上开设的气流通槽或孔，排气槽若设计不合理，将回产生如下弊病：1. 增加熔体充模流动的阻力，使型腔无法被充满，导致制品棱边不清晰。2. 在制品上呈现明显的流动痕和熔接痕，使制品的力学性能降低。3. 滞留气体使制品产生银纹，气孔，剥层等表面质量缺陷。4. 型腔内气体受到压缩后产生瞬时的局部高温，使熔体分解变色，甚至炭化烧焦。5. 由于排气不良，降低了熔体的充模速度，延长了注射成形周期。排气槽的形式与尺寸如下图所示：由于h的范围为0.01 0.03 mm h取0.015 mm9 导向、推出及复位机构的设计 9.1导向机构在注射模中，引导动模和定模之间按一定方向闭合或开启的装置，称为导向机构。此外，用于卧式注射机的注射模，其脱模机构也需要设置导向机构。导向机构由导柱和导套组成，分别安装在动、定模两边。9.1.1导向机构的功能是：1.定位作用保证动、定模按一定的方位合模，避免模具在装配时，因方向弄反而损坏成型零件，合模后保持型腔的正确形状。2.导向作用动、定模合模时，导向机构应首先接触，引导动、定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔与凹模发生碰撞，以保证不损坏成型零件。3. 承受一定侧压力高压塑料熔体在充模过程中会产生单向侧压力，须由导向机构承担。若侧压力很大时，不能单靠导柱来承担，还需设锥面定位机构承担。9.1.2导柱 导柱是与安装在另一半模上的导套相配合，用以确定动、定模的相对位置，保证模具运动导向精确的圆柱形零件。1.长度导柱的长度必须比凸模端面要高出812mm，以避免出现导柱未导正方向而凸模先进入型腔与其相碰而损坏。2.形状导柱的端部做成锥形或球形的先导部分，使导柱能顺利进入导柱孔。3.材料 导柱应具有硬而耐磨的表面，坚韧而不易折断的内芯，因此多采用20钢渗碳处理淬火处理或碳素工具钢（T8、T10）经淬火处理硬度5055HRC，导柱固定部分表面粗糙度Ra为0.8m，导向部分表面粗糙度Ra为0.80.4m。导柱滑动部位按需要可设油槽。4.数量及布置导柱应合理均布在模具分型面的四周，导柱中心到模具边缘应有足够的距离，以保证模具强度（导柱中心到模具边缘距离为导柱直径的11.5倍）。为确保合模时只能按一个方向合模，导柱的布置可采用等直径不对称布置或不等径导柱对称布置。导柱可以设置在动模一侧，也可设置在定模一侧，应根据模具结构来确定。在不妨碍脱模取件的条件下，导柱通常设置在型芯高出分型面较多的一侧。5. 配合精度导柱固定端与模板之间一般采用H7/m6或H7/k6的过渡配合；导柱的导向部分通常采用H7/f7或H8/f8的间隙配合。本设计中导柱采用标准件，根据GB/T 4169.4-1984选用带头导柱如下。尺寸： D = 35 mm S = 8 mm L1= 40 m L = 110 mm d1 =30 mm d = 30 mm数目：四个布置：等径不对称布置，设置在动模一侧配合精度：固定端与模板之间采用H7/m6的过渡配合导向部分采用H7/f7的间隙配合 图 9-1 导柱9.1.3导套1.分类导套有直导套和带头导套，直导套结构简单，加工方便，用于简单模具或导套后面没有垫板的场合；带头导套结构较复杂，用于精度较高的场合，导套的固定孔便于与导柱的固定孔同时加工。也可以直接在模板上开设导向孔，而不用独立的导套，这种形式的孔加工简单，适用于生产批量小，精度要求不高的模具。2.形状为了使导柱进入导套比较顺利，在导套的前端倒圆角，导柱孔最好打通，否则导柱进入未打通的导柱孔时，孔内空气无法逸出而产生压力，给导柱的进入造成阻力。3.材料可用淬火钢或钢等耐磨材料制造，但其硬度应低于导柱硬度，这样可以改善磨擦，以防止导柱或导套拉毛。导套的选择应根据模板的厚度来确定，材料为T8A, 硬度HRC5055,或采用20钢渗碳0.50.8厚，淬硬到HRC5660.导套固定部分和导滑部分的表面粗糙度一般为Ra0.8m。本设计导套采用标准件，根据GB/T 4169.3-1984选用带头导套型，装在定模垫板上，数目：四个，其主要尺寸如下图： 图 9-2 导套9.1.4导柱与导套的配合由于模具的结构不同，选用的导柱和导套的结构也不同，本设计导柱和导套的配合如下图所示: 图9-3 导柱、导套配合关系9.2 脱模机构设计在注射成型的每一循环中，塑件必须由模具型腔中脱出，脱出塑件的机构称为脱模机构或推出机构。系统冷料，使其随同塑件一起留在动模一侧；推杆用来顶制品；推杆固定板用来固定推杆，拉料杆；利用回程弹簧起复位导向作用。9.2.1脱模机构的组成由推杆、推杆固定板、推板、复位杆、拉料杆、回程弹簧组成，其中，拉料杆的作用是勾着浇注系统冷料，使其随同塑件一起留在动模一侧；推杆用来顶制品；推杆固定板用来固定推杆，拉料杆；利用回程弹簧起复位导向作用。9.2.2对脱模机构的要求1.塑件留于动模。2.模具的结构应保证塑件在开模过程中留在具有脱模装置的半模上及动模上，不要出现粘模现象。3.塑件不变形损坏4.具有良好的塑件外观5.结构可靠9.2.3脱模机构的分类脱模机构可按动力来源分类也可按模具结构分类1.根据动力来源分类，分为手动脱模、机动脱模、液压脱模、气动脱模。2.根据推出零件的类别分类，可分为推杆推出机构、推管推出机构、推件板推出机构、凹模或成型推杆（块）推出机构、多元综合推出机构等。3. 根据模具结构特征分类，分为简单脱模机构、动定模双向推出机构、顺序推出机构、二级推出机构、浇注系统凝料的推出机构等。本设计采用的推出机构是推杆推出机构。9.2.4推杆推出机构由于设置推杆位置的自由度较大因而推杆推出机构是最常用的推出机构，常被用来推出各种塑件。推杆推出机构的特点：推杆加工简单，更换方便，脱模效果好。推杆设计的注意事项：1. 推出位置推杆的推出位置应设在脱模阻力大的地方，推杆不宜设在塑作最薄的处，以免塑件变形或损坏，当结构需要顶在薄壁处时，可增加推出面积来改善塑件受力状况。推出面积较少时，一般采用推出盘推出，此设计的推杆放置在产品的中央。2.直径推杆直径不宜过细，应有足够的刚度和强度，能承受一定的推力，一般推杆的直径为2.515mm。为了避免细长杆变形，对于直径为2.5mm以下的推杆最好设计成阶梯形。3.装配位置 推杆端面应和型腔在同一平面或比型腔的平面高出0.051mm，否则，会影响塑件使用。4.数量在保证塑件质量，能够顺利脱模的情况下，推杆的数量不宜过多。当塑件不允许有顶出痕迹，可用顶出耳的形式脱模后将顶出耳剪掉。5. 推杆形状与尺寸推杆的材料多用钢45、T8、T10, 推杆头部要淬火处理HRC50以上，工作端面的粗糙度低于Ra0.8。 常用的推杆形式有圆形、矩形、D形。圆形结构简单，应用最广。推杆直径d与形腔部分推杆孔一般采用H7/e7H8/f8的间隙配合; 装配部分应保证D-d=46 毫米；轴肩厚约46毫米。6. 推杆与推杆固定板的连接形式及配合图： 本设计采用圆形推杆，参照GB/T 4169.1-1984设计其结构主要尺寸如下：尺寸：D=10mm d=5mm s=3mm L1=200mm 数目：16根。布置：在一个塑件上布置推杆位置9.3复位机构设计复位杆又叫回程杆，利用复位弹簧使推杆及推板复位并起导向作用。模板与复位杆配合的孔的极限偏差取H7。本设计由于有侧向抽芯，侧抽芯机构在合模时与推杆会发生干涉，故在复位杆复位之前采用弹簧先行复位，使推杆先于侧型芯复位，保证模具动作的顺利。本设计复位杆设计根据GB/T4169.1-1984采用与推杆相同的标准，主要尺寸如下：尺寸：D=25mm d=20mm s=8mm 与之配套的弹簧根据GB/T2089-1994选取尺寸如下： 尺寸：A型 线径d=2.5mm 弹簧中径D=25mm 自有高度H=58mm10 侧向分型与抽芯机构的设计当注射成型侧壁带有孔、凹穴、凸台等的塑料制件时，模具上成型该处的零件就必须制成可侧向移动的零件，以便在脱模之前先抽掉侧向成型零件，否则就无法脱模，带动侧向成型零件作侧向移动（抽拔与复位）的整个机构称为侧向分型与抽芯机构。对于成型侧向凸台的情况（包括垂直分型的瓣合模），常称为侧向分型，对于成型侧孔或侧凹的情况，往往成为侧向抽芯。但是，在一般的设计中，侧向分型与侧向抽芯常常混为一谈，不加分辨，统称为侧向分型抽芯，甚至只称侧向抽芯。10.1 侧向分型与抽芯机构的分类根据动力来源的不同，侧向分型与抽芯机构一般可分为机动、液压（液动）或气动以及手动等三大类。1、 手动抽芯 在开模前，用手工或手工工具抽出侧向活动型芯。由于使用手工抽芯，生产率低，劳动强度大，只适用于小型塑件的小批量生产。 2、机动抽芯 利用注射机的楷模动力，通过传动零件将活动型芯抽出。由于它抽拔力大，抽芯动作可靠，生产效率高，因此在目前的生产中广泛采用。 3、液压和气动抽芯 以压力油或压缩空气作为抽芯动力，在模具上配置专门的液压缸或气缸，通过活塞的往复运动来实现抽芯。该机构具有传动平稳，抽拔力大，抽芯距长等优点，但一般注射机没有这种装置，因此应用很少。 10.2 抽芯机构设计要点10.2.1 抽芯力的计算 式中， P塑件的收缩应力（Pa）.模内冷却的塑件P=1960Pa,模外冷却的塑件；A 塑件包围的型芯的侧面积（）；摩擦系数，一般f=0.15-1.0；斜导柱的倾斜角（），一般在选取；脱模斜度（）；F抽拔力（N）。根据所选的材料取=0.45，=，=。根据PRO/E分析得到塑件包围的型芯的侧面积：A=4566将以上数据代入公式得： 斜导柱侧向分型与抽芯机构是利用斜导柱等零件把开模力传递给侧型芯或侧向成型快，使之产生侧向运动完成抽芯与分型动作。这类侧向分型抽芯机构的特点是结构紧凑、动作安全可靠、加工制造方便，是设计和制造注射模抽芯时最常用的机构，但它的抽芯力和抽芯距受到模具结构的限制。根据塑件的形状和尺寸，本设计采用斜导柱抽芯机构。10.2.2 抽芯距S将型芯从成型位置抽至不妨碍塑件脱模的位置，型芯或滑块在抽芯方向所移动的距离称为抽芯距，其计算公式为：式中，S抽芯距（mm）； H斜导柱完成抽芯所需的开模行程（mm）； 斜导柱倾斜角。 10.3 斜导柱的设计斜导柱工作端的端部可以设计成锥台形或半球形。但半球形车制时较困难，所以绝大部分均设计成锥台形。设计成锥台形时必须注意斜角应大于斜导柱倾斜角，一般=a+23，以免端部锥台也参与侧抽芯，导致滑块停留位置不符合原设计计算的要求。为了减少斜导柱与滑块上斜导孔之间的摩擦，可在斜导柱工作长度部分的外圆轮廓铣出两个对称平面。斜导柱与其固定的模板之间采用国故配合H7m6。由于斜导柱在工作过程中主要用来驱动侧滑块作往复运定，侧滑块运动的平稳性由导滑槽与滑块之间的配合精度保证，而合模时滑块的最终准确位置由楔紧块决定，因此，为了运动的灵活，滑块上斜导孔与斜导柱之间可以采用较松的间隙配合H11b11，或在两者之间保留0.51mm的间隙。在特殊情况下（例如斜导柱固定在动模、滑块固定在定模的结构），为了使滑块的运动滞后于开模动作，以便分型面打开一定的缝隙，让塑件与凸模之间先松动之后再驱动滑块作侧抽芯，这时的间隙可放大至23mm。10.3.1 斜导柱的长度计算斜导柱的长度主要根据抽芯距离，斜导柱直径及倾斜角的大小而确定。其长度计算公式为：Lz=L1+L2=L3+L4+L5 =（D*tga）/2+(h/cosa)+(dtga)/2+(S/sina)+(815)式中Lz斜导柱总长度(mm)； D斜导柱固定部分大端直径(mm)； h斜导柱固定板厚度(mm)； d斜导柱工作部分直径(mm)； s抽芯距(mm); a斜导柱倾角（）。斜导柱安装固定部分的长度为：La=L2-l=h/cosa-d1tga式中 La斜导柱安装固定部分的长度； d1斜导柱固定部分的直径。斜导柱的直径的选取 由于计算复杂，本设计的斜导柱直径根据模具设计与制造简明手册（第二版）表2-165计算的抽拔力7630N ，多模抽芯，选取最大弯曲力为16000N,再根据表2-166的斜销倾斜角和最大弯曲力选取斜导柱的直径为30mm.本设计斜导柱设计图如下：图 10.3.2 斜导柱抽芯机构设计斜导柱抽芯机构设计原则（1） 活动型芯一般比较小，应牢固装在滑块上，防止在抽芯时松动滑脱，型芯与滑块连接部位要有一定的强度和刚度。（2） 滑块在导滑槽中滑动要平稳，不要发生卡住、跳动等现象。（3） 滑块限位装置要可靠，保证开模后滑块停止在一定位置上而不任意滑动。（4） 锁模块要能承受注射时的侧向压力，应选用可靠的连接方式与模块连接。锁模块和模板可做成一体。锁紧块的斜角1应大于斜导柱的倾斜角，一般取123，否则斜导柱无法带动滑块运动。（5） 滑块完成抽芯运动后，仍停留在导滑槽内，留在导滑槽内的长度不应小于滑块全长的23，否则，滑块在开始复位时容易倾斜而损坏模具，（6） 防止滑块和推出机构复位时的相互干涉尽量不使推杆和活动型芯水平投影重合。（7） 滑块设在定模的情况下，为保证塑料制品留在定模上，开模前必须先抽出侧向型芯，最好采取定向定距拉紧装置。 踏板模具设计的侧向抽芯、导滑机构和楔紧机构详见装配图和零件图。11 冷却计算在注射成型过程中，模具的温度直接影响到塑件成型的质量和生产效率。由于各种塑料的性能和成型的性能和型工艺要求不同，模具的温度也要求不同。一般注射到模具内的塑料温度在60度以下。温度降低是由于模具通具通入冷却水，将热量带走不了，模具冷却剂常用水，此外还有压缩空气，冷冻水冷却，而水冷却最为普通，使水在其中循环，带走热量，维持所需的模温，水的热容量大，导热系数大，成本低。11.1 冷却系统设计要点 冷却水道的开设受模具上镶块和顶出杆等零件几何形状的限制，必须根据模具的特点，灵活地设置冷却装置，其设计要点如下：A、 实验表明冷却水孔的数量愈多，对制品的冷却也就愈均匀。B、 水孔与型腔表面各处最好有相同的距离，水孔边距型腔的距离常用1215mm。C、 进水管直径的选择应使水流速度不超过冷却水道的水流速度.避免产生过大的压力降.冷却水道直径一般不小于9mm,常用912mm,但也必须根据模具的具体大小和产品大小状况而定。D、 进出口冷却水温差不应过大,以免造成模具表面冷却不均.冷却回路的布置: 缩短成型周期有各种方法,而最有效的是制造冷却效果良好的模具,如果不能实现均一的快速的冷却,则会使制品内部产生应力而造成制品变形成形或开裂,所以我们必须根据制品的形状及壁厚设计,制造能实现均一的且高效的冷却回路.一般在冷却回路的布置上应遵循如下原则:1、）模具上有数组冷却回路时，冷却水应首先接近主流道的部位。2、）对于聚乙稀等收缩率较大的成型树脂，必须沿制品收缩大的方向设置冷却回路。3、）水道之间的中心距离一般为水道直径的35倍，水道的外周离模具型腔表面的距离一般为1015MM。11.2 冷却系统的计算1、塑件传给模具的热量 单位时间内塑料传给模具的热量可用下式计算：Q=nmq式中 Q单位时间内塑料传给模具的热量(kJ/h); n每小时注射次数； m每次注射的塑料量，包括浇注系统（kg）； q单位质量的塑料在模腔内的热量（kJ/kg）;q=Cp(1-0)式中 Cp塑料的比热容（kJ/(kg.C)）; 1塑料熔体充模时的温度（）；0塑件脱模时的温度（）。q =2.554(230-100)=332 kJ,Q=270.0228332=204.3 kJ/h.2. 冷却水的体积流量计算式中： 单位质量的塑件制品在凝固时所放出的热量，PE为； 单位时间（每分钟）内注入模具中的塑件质量（）按每分钟注2次冷却水的密度（1000）冷却的比热容（）冷却水出口温度（取26）冷却水进口温度（取室温的温度25）3确定冷却水管的直径d为使冷却水处于湍流状态，取冷却水孔的直径d=84. 确定冷却水在管道的流速 最低流速，达到湍流的状态，所选管道直径合格。5. 求冷却管道孔壁与冷却水之间的传热膜系数式中：冷却介质温度有关的物理系数，可查表取（水温为25）；冷却介质在一定温度下的密度（1000）；冷却介质在流道中的流速，；冷却水管的直径，； 6 .求冷却管道的总传热面积 7. 求模具上应开设的冷却水孔数式中：L冷却水管的总长度，； 从计算结果看，因塑件小，单位时间注射量下，所以需冷却水道也比较小，但一条冷却水道对模具来说是不可取的。因为冷却不均匀，会使塑件产生很多缺陷。12 有关校核计算1、浇口截面积A与分流道截面积A的确比值应取A ：A=0.070.09本设计A=mmA= mmA ：A=1.08:14.14=0.076，符合要求。2、注射量校核模具型腔能否充满与注射机允许的最大注射量密切相关，设计模具时，应保证注射模内所需容体总量在注射机实际的最大注射量范围内。根据生产经验，注射机的最大注射量是允许最大注射量（额定注射量）的80%，由此有nm+m 式中n型腔数量m单个塑件的质量或体积（g/cm）m浇注系统所需质量或体积（g/cm）m注射机允许的最大注射量（g/cm） 251.177+30.76=133.114 (g/cm)0.8183=146.4(g/ cm)符合要求。3.锁模力校核注射机成型时，模具所需的锁模力与塑件在水平分型面上的投影面积有关，为了可靠地锁模，不使成型过程中出现溢料现象，应使塑料熔体对型腔压力与塑件和浇注系统在分型面上的投影面积之和的确乘积小于注射机额定所模力，既：式中单个塑件在模具分型面上的投影面积（ mm）；浇注系统在模具分型面上的投影面积（ mm）；P塑件熔体对型腔的成型压力（MPa）其大小一般是注射压力的80%。计算： =1.359016.66=12172mm F =P =1217280=973.8KN1000kN,式中 行腔压力P取80符合要求。4、开模行程校核根据屈昌华主编的塑料成型工艺与模具设计第99页，对于单分型面注射模s=H+H+510mm式中H推出距离（脱模距离）（mm）H包括浇注系统凝料在内的塑件高度（mm）具有侧向抽欣时的最大开模行程校核，设完成抽芯动作的开模距离为H，可分下面两种情况校核模具所需的开模行程是否与注射机的最大开模行程相适应。1）当HH+H时，可用H代替式中的H+H，其他各项保持不变。2）当HH+H时，H对开模行程没有影响，仍用原式进行计算。本设计H=203mm, H=11mm， H=105mm，H+H=115203mmS=203mm+10mm=213mm=700mm.符合要求。5、模具厚度校核注射机对安装使用的模具厚度由一定的限制，实际使用的模具厚度Hm与注塑机允许的安装的最大模厚Hmax和最小模厚Hmin之间必须满足下面条件，即 HminHmHmax踏板模的模具厚度为Hm=32+100+50+50+63+32=327mmHmin=150Hm=327Hmax 符合要求。13 成型零件的设计构成型腔的模具零件统称为成型零件，它主要包括凹模、凸模、型芯、成形杆等。凹模用以行程制品的外表面，型芯用以形成制品的内表面，成形杆用以形成制品的局部细节。成形零件作为高压容器，其内部尺寸、强度、刚度，材料的热处理以及加工工艺，是影响模具质量和寿命的重要因素。13.1 凹模的结构设计凹模是成型塑件外表面的部件，凹模按其结构不同可分为整体式、整体嵌入式、组合式和镶拼式四种形式。 1.整体式凹模它系由一整块金属加工而成，其特点是牢固，不易变形，因此对于形状简单，容易制造或形状虽然比较复杂，但保可以采用仿形机等殊须加工方法加工的场合是适宜的。整体结构有如下优点：a.成型零件的刚性好。b.模具分解组合容易。c.零件数量少。d.制品表面分型痕迹少，e.模具外形尺寸可以减少精密成型模具若采用拼镶结构，相对整体结构而言则有如下缺点：a、精度相对下降。b、因采用磨削加工为主制作拼镶件组合后难以达到零精度。c、拼镶件的加工精度要求高于整体结构的加工精度要求，制品的棱边拐角难以设置过渡圆弧。整体结构的缺点如下：a.难以排气。 b.需要采用精密磨加工。c.制品的棱边，拐角处难以加工成角形。一般此类成型零件都是在硬后在进行加工，所以整体结构的模具采用电火花成型加工为主、铣削加工、磨削加工、电火花线切割为辅的加工方法。 2.整体嵌入式凹模 在多型腔的模具中，型腔数量多而制件尺寸不大时，采用冷挤压比切削加工效率高，并可保证各型腔的尺寸、形状的一致性，凹模镶块的外形常用轴肩的圆柱形，然后分另从下面嵌入凹模固定板中，用垫板螺钉将其固定，它适用于经常拆卸的地方，修补较方便，产品结构较复杂。采用此结构时，首先应考虑制品的形状，尺寸及功能，然后考虑其刚性，同时也必须考虑加工方法和装配措施。其缺点： a、零件数量增加b、分割的拼镶件趋多制造成本越高。c、各拼镶件的加工精度必须匹配，即必须提高各镶件的平均加工精度。d、维修作业较困难。冷却回路不易设置，成型周期难于缩短。而本产品的结构较简单，不须做成嵌入式凹模从设计的经济性和结构的合理性等因素的综合考虑，其凹模的结构为整体式凹模。 同理凸模和型芯的结构也设计为整体式。13.2 成型零件工作尺寸的计算塑件尺寸公差按SJ1372标准中的5级精度选取。 1） 型腔径向尺寸Lm=(1+s)Ls x式中 s-塑件平均收缩率s=(0.003+0.007)/2=0.005 Ls-塑件外径尺寸 x -修正系数（取0.75） -塑件公差值（查塑件公差表 ， 公差等级为MT5, 公差种类B，取） z-制造公差 （取/4）。Hm 1=（1+S）Hs1-0.67 = =10.44Hm2=（1+S）Hs2-0.67 =7.892)侧抽芯尺寸Bm1=(1+s)Bs1+0.75 =17.71hm1=（1+S）hs1+0.67 = =8.47Bm2=(1+s)Bs2+0.75 = =6.47hm2=（1+S）hs2+0.67 = =6.438 模具材料的选用8.1 模具材料选用原则用于注塑模具的钢材，大致应满足如下要求：1） 机械加工性能优良：易切削，适于深孔、深沟槽、窄缝等难加工部位的加工和三维复杂形面的雕刻加工；2） 抛光性能优良：没有气孔等内部缺陷，显微组织均匀，具有一定的使用硬度（40HRC以上）；3） 良好的表面腐蚀加工性：要求钢材质地细而均匀，适于花纹腐蚀加工；但对一些特殊 塑料；4） 耐磨损，有韧性：可以在热交变负荷的作用下长期工作，耐摩擦；5） 热处理性能好：具有良好的淬透性和很小的变形，易于渗氮等表面处理；6） 焊接性好：具有焊接性，焊后硬度不发生变化，且不开裂、变形等；7） 热膨胀系数小，热传导效率高：防止变形，提高冷却效果；8） 性能价格比合理，市场上容易买到，供货期短。在选择注射模具钢材时，要综合考虑塑件的生产批量、尺寸精度、复杂程度、体积大小和外观要求等因素。对于塑件生产批量大、尺寸精度要求高的场合，应选用优质模具钢。对于结构复杂或体积比较大的塑件应选用易切削钢。外观要求高的塑件可以选用镜面钢材。8.2 注塑模具常用材料8.2.1 型腔、型芯类零件由于这些零件直接于塑料接触，因此要求具有一定的强度、表面耐磨性好、热处理性能好、淬火变形小；对塑料具有腐蚀的模具，材料还应有抗蚀能力。目前如P20、718、NAK80、NAK55、SKD61、H13、SKD11等材料较为常用，耐蚀模具钢有HPM38、U420、等。8.2.2导向类零件这类零件包括各种导柱、导套和导向销等。这类零件在使用中起导向作用。开、合模时有相对运动，成型过程中要承受一定的压力或偏载负荷。因此要求表面耐磨性好，心部具有一定的韧性。目前如、SUJ2、T8A、T10A等材料较为常用。8.2.3浇注系统零件包括浇口套、拉料杆、分流锥等。这类零件的工作条件与成型零件相近，要求具有良好的耐磨表面、耐蚀性和热硬性。目前如P20、T8A、T10A等材料较为常用。8.2.4推出机构和抽芯机构零件这类零件要求表面磨性好，并具有足够的机械强度。目前如SKH61、T8A、T10A等材料较为常用，也可采用与型腔、型芯同样的材料。8.2.5模板类零件这类零件是模具中主要承力零件，因此要求具有足够的机械强度。目前应用最普遍的是45钢，有时也用55钢；为延长使用寿命，可调质至230270HBS。8.3 塑料模具成型零件（型腔、型芯）的选材表3零件名称材料牌号热处理方法硬度说明型腔型芯45调质216260HB用于形状简单、要求不高的型腔、型芯淬火4348HRCT8A、T10A淬火5458HRC形状简单的小型腔、型芯CrWMn40Cr4Cr5MoSiV淬火5458HRC用于形状复杂、要求热处理变形小的型腔、型芯或镶件20CrMnMo渗碳淬火20CrMnTi8.4 模板零件的选材 表4零件名称材料牌号热处理方法硬度垫板（支承板）45淬火4348HRC动、定模板动、定模座板45调质230270HB固定板45调质230270HBQ235A垫块45、Q235A调质200 HB推件板T8A、T10A淬火5458HRC45调质230270HB 8.5 浇注系统零件的选材主流道衬套 T8A、T10A 淬火 5055HRC8.6 导向零件的选材 表5 零件名称材料牌号热处理方法硬度导柱T8A、T10A淬火5055HRC20渗碳、淬火5660HRC导套T8A、T10A淬火5055HRC推板导柱推板导套T8A、T10A淬火5055HRC8.7 侧向分型与抽芯机构的选材斜滑块 T10A 淬火 5458HRC8.8 推出机构零件的选材 表6零件名称材料牌号热处理方法硬度推杆T8A、T10A淬火5458HRC推板45淬火4348HRC推块、复位杆45淬火4348HRC推杆固定板45、Q235A8.9 其它零件 1 定位圈 45钢 2 各销钉 35钢 热处理后硬度2838HRC 3 各螺钉 45钢 淬火 硬度4348HRC 4 水 嘴 45钢 镀锌 5 弹 簧 65Mn8.10 该套模具所用材料的性能比较 表7钢号切削加工性淬透性淬火不变形性耐磨性耐热性Q235A优差差45优差差中差T8A优差差中差T10A良差差良差40Cr良优优优良9 模具结构总装配图和零件工作图的绘制（1） 经过对每个零件的设计，然后画出其装配图以及零件的工作图。（2） 本设计的数控加工是对动模座板推板的加工。上面的孔已经过钻孔，现只是精铣以下的孔以达到表面粗糙度。程序如下：。*、工件尺寸:X正向=125,X负向=-125 ; Y正向=100,Y负向=-100 ; Z正向=0,Z负向=20 ;刀具07为棒铣刀半径为7，以上单位均为毫米。 ;*;G00X0Y0Z0N00 G00 Z50 F100N01 G90 G42 T07S300 M03 M08 G01 Z-30F100N02 G03 G41 X25 Y0 R25 X-25Y0 R25 N03 G00 Z50 G00 X80Y25 G01 Z-30 G03 G41X85 Y25R5 X75 Y25R5G00 Z50 G00 X-80Y25G01 Z-30G03G41X-75Y25R5 X-85Y25R5G00Z50G00X-80Y-25G01Z-30G03G41X-75Y-25R5 X-85Y-25R5G00Z50G00X80Y-25G01Z-30G03G41X85Y-25R5 X75Y-25R5G00Z50N04 G00 X82Y64G01Z-11G03G41X90Y64R8 X74Y64R8G00X82G01Z-30G03G41X87R5 X77R5G00Z50G00X-82Y64G01Z-11G03G41X-74Y64R8 X-90Y64R8G00X-82G01Z-30G03G41X-77R5 X-87R5G00Z50G00X-82Y-64G01Z-11G03G41X-74Y-64R8 X-90Y-64R8G00X-82G01Z-30G03G41X-77Y-64R5 X-87Y-64R5G00Z50G00X82Y-64G01Z-11G03G41X90Y-64R8 X74Y-64R8G00X82G01Z-30G03G41X87Y-64R5 X77Y-64R5G00Z50 G40 G00 X0Y0 M02 M05 M09 10 模具的工作过程模具装配试模完毕后，模具进入正式工作状态，其基本工作过程如下：。1. 对高冲击强度聚苯乙烯(HIPS)进行烘干，并装入料斗。2. 清理模具型芯、型腔，并喷上脱模剂，进行适当的预热。3. 合模、锁紧模具。4. 对塑料进行预塑化，注射装置准备注射。5. 注射过程包括充模、保压、倒流、浇口冻结后的冷却和脱模。6. 脱模过程。详见装配图。定距分型机构保证定模板与定模座板首先沿A-A而分型，滑块在斜导柱的作用下进行侧抽芯；抽芯结束后，定模型腔板在定距螺钉的作用下使模具沿B面分开，塑件留在型芯上，继续开模时，由脱模板推出塑件。7. 塑件的后处理。切除塑件上的浇注系统凝料，对塑件进行调湿处理。 11 全面审核投产制造11.1 模具的安装原则模具的安装是指将模具从制造地点运至注射机所在地并安装在指定的注射机上的全过程。其具体要求因企业特定，生产条件、模具调试的不同而不尽相同，但要遵循以下原则：l 要注意操作者的安全；l 要确保模具和设备在调试中不被损坏。 在安装模具时，要将注射机的按扭选择在“调试”的位置上，使机器的全部功能置于调试者手动控制之下。在吊装模具中，要将电源关闭，以免发生意外事故。11.2 试模虽然是在选定成形材料、成形设备时，在预想的工艺条件下进行模具设计，但是人们的认识往往是不完善的，因此必须在模具加工完成以后进行试模，看成形的制品质量如何。发现问题以后，进行排除错误性的修模。塑件出现不良现象的种类很多，原因也很复杂，有模具方面的原因，也有工艺方面的原因，两者往往交织在一起。在修模前，应根据塑件出现不良现象的情况，细致的进行分析研究，找出造成塑件不良现象的原因后提出补救的方法。因为成形条件容易改变，一般的做法是先变更成型条件，当变更成形条件不能解决问题时，才考虑修理模具。修理模具更要慎重，没有十分把握不要轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件，就不能做大的改造和恢复原状。11.3 模具合格的条件总体评价的准则为：若模具能按预计寿命提供合乎质量要求的制品则为合格；否则，为不合格。对模具的评价要严谨、客观、认真，为模具验收提供根本依据。评价模具合格的条件是从对模具的要求、对成形工艺的评价、对使用寿命的评价、对成形制品的评价四个方面来衡量。11.3.1 对模具的要求l 结构合理，外观整齐；l 运动部位动作灵活，正确、平稳可靠；l 各结构部件尺寸和配合定位符合标准或定位要求；l 成型零部件各部件尺寸及配合定位符合设计要求；l 型芯、型腔表面粗糙度及表面处理符合设计要求；l 浇注系统凝料体积小。11.3.2对成型工艺的评价l 对工艺条件控制要求不高，工艺参数有选择的范围；l 对物料适应性强；l 易于脱模；l 成形周期短。11.3.3对使用寿命的评价l 模具材料选择正确，优质、热处理符合设计要求；l 易磨损滑动部分表面光滑、硬度高、符合设计要求；l 可达到或超过预计寿命，可满足批量生产要求。11.3.4对成形制品的要求l 形状正确，尺寸精确、满足精度要求；l 易于装配，配合严密；l 外观漂亮，色泽均匀，无任何缺陷，无明显合模线；l 物理力学性能指标合格。参考文献1 冯炳尧，韩泰荣，蒋文森. 模具设计与制造简明手册（第二版）M. 上海科学技术出版社. 2 李海梅， 申长雨， 注塑成型及模具设计实用技术M. 化学工业出版社，2002.3 丁闻. 实用塑料成型模具设计手册M. 西安交通大学出版社，1993.4 陈万林. 实用塑料注射模设计与制造M. 机械工业出版社，2002.5 贾润礼， 程志远. 实用注射模设计手册M. 中国轻工业出版社，2000.6 陈宏钧. 实用机械加工工艺手册M. 机械工业出版社，2000.7 大连理工大学工程画教研室. 机械制图（第四版）M. 高等教育出版社，2000.8 许鹤峰.，陈言秋. 注射模具设计要点与图例M. 化学工业出版社，1998.9 屈华昌. 塑料成型工艺与模具设计M. 机械工业出版社，1996.10 朱光力，万金保等编著 塑料模具设计M.清华大学出版社，200211 伍先明，王群，庞佑霞，张厚安编著 塑料模具设计指导M.国防工业出版社，2006.512 张建钢，胡大泽主编 数控技术M.华中科技大学出版社，2000.813 叶久新，王群主编 塑料制品成型及模具设计M.湖南科技出版社，2005.814 中国机械工程学会，中国模具设计大典编委会.中国模具设计大典M.江西科学技术出版社，2003，309-600 941-103015 张国强 注射模设计与生产应用M.化学工业出版社，2005.2致 谢在XXXX四年的基础课以及专业课的学习中，让我感受到了学习是无止境的。在这四年里有老师的无私指导以及同学的热心关怀，我学到了很多的东西。在此本设计收笔之际，我要感谢那些帮助我的老师及同学。同时，特别感谢导师XXX老师和XXX老师。在期间，从设计选题及设计，审核图纸等环节，自始至终都倾注了老师们的心血;老师深邃的学科洞察力、渊博的学识、平易近人的作风、严谨求实的态度、创造性的学术意识、崇高的道德修养、兢兢业业的敬业作风、一丝不苟的科学精神和对学生启发式和全面型的培养方式，都给我留下了终生难忘的印象，在潜移默化中培养了我不断奋发向上、刻苦钻研的精神和真诚待人接物的优良品质，并将最终使我受益终生。我将时刻铭记老师们的谆谆教诲来鞭策激励自己，在今后的学习和工作中开拓创新、努力进取，以优异的成绩来回报老师的培养教导之恩。再一次非常感谢XXXXXXX学院的领导，老师以及与我一起讨论的各位同学对我的关心和帮助，我才能够完成我的毕业设计。附录Water-soluble binder with high flexural modulusfor powder injection molding MINSEOK SONG, MIN SOO PARK, JIN KON KIMNational Creative Research Initiative Center for Block Copolymer Self-Assembly andDepartment of Chemical Engineering, Electronic and Computer Engineering Divisions,Pohang University of Science and Technology, Kyungbuk 790-784, KoreaIL BUM CHO, KYUNG HO KIM, HWAN JIN SUNG, SANGHO AHNResearch Institute of Science and Technology, Pohang, Kyungbuk 790-784, KoreaE-mail: jkkimpostech.ac.krA new binder system, containing ternary polymer blends of poly(methyl methacrylate) (PMMA), cellulose acetate butyrate (CAB) and polyethylene glycol (PEG), was introduced for the powder injection molding of stainless steel powders. The weight fraction of PEG in the binder was maintained to be 0.65. When the weight fraction of PMMA in the binder was 0.10.25 (thus the weight fraction of CAB was 0.10.25), the feedstocks with 56 vol% of steel powders were successfully injection molded without showing any jetting.Furthermore, the feedstocks have much higher flexural modulus compared with those prepared by a binder consisting only 35/65 (wt/wt) CAB/PEG blend. Three binary blends, PMMA/CAB,PMMA/PEG, and CAB/PEG, were completely miscible at an injection molding temperature of 130C. The extraction process employed in this study becomes environmentally favorable due to the major component (PEG) of the binder which is easily extracted by a solvent of water or ethanol. Also, the shape maintenance during the solvent extraction was excellent, and final sintered parts had excellent dimensional stability. Due to high flexural modulus of feedstocks, this binder system can be employed for preparing large sized injection-mold articles. _C 2005 Springer Science + Business Media, Inc.1. IntroductionPowder injection molding (PIM) processing of metals or ceramics has been employed to develop tiny and sophisticated metal or ceramic parts, and it is a very economic process compared with a casting and a machining 1, 2. Among the many steps in the PIM,the suitable choice of a binder becomes crucial to determine the mechanical properties of the final product. Wax-based binders containing a backbone material of polyethylene or a poly(ethylene-ran-vinyl acetate) have been widely used in the powder injection molding industries 3, 4. However, organic solvent suchas hexane and heptane, which is not an environmentally favorable solvent, should be used to extract the wax.To avoid using hexane or heptane during the extraction, efforts have been focused on finding new types of binders that would be removed by an environmentally favored solvent such as water 511.Davies and coworkers 7, 8 introduced a poly(methylmethacrylate)/poly(ethylene glycol) PMMA/PEG binder system for stainless steel powders. Although a very high molecular weight (1,000,000) of PMMA was used, the binder was mixed with steel powder in the presence of water, because water is a solvent of lower molecular weight (1500) PEG and an emulsion medium of PMMA. However, without using emulsion containing water for PMMA particles, a binder consisting of PMMA and PEG might not be mixed effectively with steel powders. Previously, we introduced a water-soluble binder consisting of cellulose acetate butyrate (CAB) and various molecular weights of PEG. We found that the crystallization of PEG depending upon the molecular weight affected profoundly the shape maintenance during solvent extraction 12, 13. Namely, when the molecular weight of PEG was larger than 3400, cracks were found in green parts after the solvent extraction. Although binders of CAB/PEG with molecular weight less than 2000 could be injection molded, jetting resulting from low viscosity of PEG was sometimes observed. Also, mechanical properties such as flexural strength of green parts are poor, which restricts one to making large sized injection-molded articles.In order to overcome these disadvantages, we added PMMA to CAB as the backbone material. The rational behind choosing PMMA is that (i) PMMA is miscible with both CAB and PEG at a processing temperature of 130C; (ii) it shows good adhesion with metal powder due to having a polar group, which prevents binder separation during injection molding; and(iii) it provides good mechanical properties of green parts. We could use higher molecular weight of PEG up to 8,000 when PMMA was employed. A binder consisting of PMMA/CAB/PEG ternary blends exhibitedhigher flexural modulus and suitable rheological properties for injection molding; thus a large sized injectionmolded article was successfully prepared. Also, we observed that the shape maintenance during the extraction was excellent, and final sintered parts had excellent dimensional stability.2. Experimental2.1. MaterialsPMMA was also kindly supplied by LGMMACo, and the molecular weight and polydispersity of PMMA were determined by using gel permeation chromatography (Waters Co.) with PMMA standards. CAB with 54 mol% butyrate side group was purchased from Acros Co. and PEG with different molecular weights was kindly supplied by Korea Polyol Co. (Korea). The molecular characteristics of these materials are given in Table I. CAB and PMMA are amorphous materials with a glass transition temperature of 94C and 100C, respectively, measured by DSC (Perkin-Elmer DSC7series) at a heating rate of 20C/min. The metallic powder was stainless steel (17-4PH, Mitsubishi Steel MFG Co.) having irregular shape and a median particle size of 8.86 m.2.2. Sample preparation and rheological propertiesThe feedstock, a mixture of the binder and metallic powder, was first prepared by mixing at 130C for 1 h by using the Kneading Blade Type Mixer (IKAVISC Co.); then it was shaped into a rectangular bar 70.22 7.12 3.57 mm (L W T) by using a 180 ton precision injection molding machine (Sodick Plustech Co.; Japan) at 130C and mold temperature of 25C. An Advanced Rheometrics Expansion System (ARES) using the dynamic oscillatory mode with parallel plate fixture (25 mm diameter) was used to measure the viscosity of the binder itself. The strain amplitude was 5%, which lies in linear viscoelasticity range.TABLE I Molecular characteristics of blend components employed in this studyMnPolydispersity index Tg or Tm (C)PMMA63.0001.47Tg = 100CAB11,0002.3Tg = 94PEG-11,5001.15Tm = 43PEG-22,0001.10Tm = 50PEG-33,3501.14Tm = 54PEG-88,0001.16Tm = 562.3. Turbidity experiment of PMMA/CAB blendVarious blend compositions of PMMA and CAB for turbidity temperature (Tb) measurement were prepared by dissolving a predetermined amount of the mixture in toluene (10 wt%) and slowly evaporating the solvent over 8 h at room temperature. The sample thickness was 10 m. Each specimen was annealed in the homogeneous state (120C) for 4 h. The Tb of each composition was measured from the sudden increase in light scattering intensity at a scattering angle of 30 upon heating the mixture from 120C at a rate of 0.1C/min. Once the Tb of a specimen was estimated, the exact Tb was determined by the naked eye upon a temperatureincrement by 0.5C near the temperature of interest. The specimen was held at each temperature for 1 h.The maximum error in the values of Tb determined was 0.5C.2.4. Debinding and sinteringTwo steps of debinding of green parts were conducted.The first step was to extract PEG out of green parts by distilled water at room temperature for 24 h. The second step was referred to as the thermal debinding,where the backbones composed of PMMA and CAB were completely removed and pre-sintering of metal powders occurred. Finally the sintering of metal powders was carried out. Thermal debinding and sintering were carried out in a tube-type furnace (Lenton Thermal Design Ltd.) under hydrogen atmosphere by using the same thermal history as ref. 12.3. Results and discussion3.1. Miscibility between binder componentsThe binder employed in PIM has a multi-component system: (a) a backbone polymer that provides shape maintenance during solvent extraction; (b) an extractable polymer that is removed during the first step of the debinding process, and (c) a surfactant to bridge between the binder and powder 1. It is necessary that all components should be miscible at processing temperatures. Otherwise, the binder components become macrophase-separated. Previously, we showed that a binary blend of CAB/PEG having a molecular weight (M) of 35000 showed lower critical solution temperature (LCST) of 168C 13. Since M of PEG employed in this study is less than 8000, we found that the CAB/PEG mixture does not become phase-separated up to 250C. The PMMA/PEG blend becomes completely miscible at temperatures greater than the melting temperature of PEG 14. Fig. 1 gives the phase behavior of the PMMA/CAB blend, from which the LCST was 142C at 20/80 (w/w) PMMA/CAB composition. Thus, we conclude thatMacrophase separation among all three binary blends (PMMA/PEG, CAB/PEG, and PMMA/CAB blends) does not occur at a processing temperature of 130C,which is the mixing and injection molding temperatures.Also, when the amount of PMMA was changed from 15 to 25 wt% at a fixed amount of PEG (65 wt%),no turbidity was detected up to 200C.Figure 1 Phase diagrams of PMMA/CAB blend.3.2. Rheological propertiesIt is known that feedstocks should have a low enough viscosity to be processed by injection molding.However, when the viscosity becomes too small, jetting occurs during the injection molding process; thus the exact shape of molded article is impossible. Fig. 2 gives the complex viscosity (*) as a function of frequency for the binders composed of various compositions of PMMA/CAB/PEGs with two different molecular weights of PEGs. It shows that as the content of PMMA and M of PEG increase, the viscosity becomes larger.When the binders do not contain CAB, a binder consisting of 35/65 (wt/wt) PMMA/PEG has zero-shear viscosity (o) of 100 Pas, regardless of molecular weights of PEG. It is known that when o of a binder is larger than20 Pas, the feedstocks including high volume of powders could not be molded by injection molding 1.Therefore, it is considered that feedstocks consisting of 15/20/65 and 25/10/65 (wt/wt/wt) PMMA/CAB/PEG-8 binder and 56 vol% of steel powders could be injection molded.Figure 2 The complex viscosities as a function of frequency at 130C for various compositions (wt/wt/wt) in PMMA/CAB/PEG with two different molecular weights: (a) PEG-3 and (b) PEG-8. The weight percents in PMMA/CAB/PEG blends are: (_) (0/35/65); () (15/20/65);(_) (20/15/65); (_) (25/10/65), and (_) (35/0/65).3.3. Injection molding and extraction processPreviously, we showed that green parts consisting of 35/65 (wt/wt) CAB/PEG blend with M of PEG greater than 3,350, failed to maintain their shapes during the solvent extraction 12. When PMMA was added to CAB/PEG-8 binder system, we found that there were no cracks and deformation at the green parts during solvent extraction.The flexural modulus of the green parts was measured with the 3-point flexural test using a universal est machine (UTM, Instron 3302, Canton, MA). At east five specimens were employed to minimize the error in determining the flexural modulus and averaged.The crosshead speed of the feedstock is 1.17 mm/min. Table III gives the flexural strength of green parts reparedby feedstocks 1 and 2, as well as green parts prepared by binary blends of CAB/PEG. Since the feedstocks 1 and 2 contain PEG-8 as a major component, the flexible strength of green part prepared by feedstocks 1 and 2 is much higher than that prepared by feedstock consisting only binary blend of CAB/PEG. Feedstock 2 has higher flexural strength than feedstock 1 due to the larger portion of PMMA.TABLE I I Feedstocks consisting 17-4PH powder and PMMA/CAB/PEG binder systems Binder type and 17-PH powderBinder type and composition(wt percent)17-PH powder loading(vol%)Feedstock 1PMMA/CAB/PEG-8(15/25/65) 56Feedstock 1PMMA/CAB/PEG-8(25/10/65) 56TABLE I I I The flexural moduli of green parts prepared by various inders at a powder loading of 56 vol% (wt/wt/wt) Flexural modulus (MPa)CAB/PEG-1 (35/65)2038 97CAB/PEG-2 (35/65)7062 312CAB/PEG-3 (35/65)7847 248PMMA/CAB/PEG-8 (15/20/65)11607 144PMMA/CAB/PEG-8 (25/10/65)13560 135The PEG in the injection-molded articles (green parts) prepared by all feedstocks were extracted by distilled water at room temperature for 24 h. After solvent extraction, more than 85% PEG-8was removed, and no cracks were found. The better shape maintenance is due to the good mechanical property ofPMMAeven though a higher molecular weight of PEG was employed compared with a previous study 12.3.4. Thermal debinding and sinteringFig. 3 gives the weight loss with temperature for PMMA, CAB, and PEG-8 in the nitrogen and air environments. It is seen that PMMA and PEG-8 did not have any residue at temperatures higher than 420C. But, CAB was not completely pyrolyzed even at 600C under nitrogen atmosphere, while this completely disappeared at 600C under air environment, which impliedthat PMMA/CAB/PEG binder can be completely removed under air atmosphere. However, the use of air atmosphere is not good for metal powder due to oxidization of metal. Thus, hydrogen atmosphere was employed for the thermal debinding of green parts with metal powders. The carbon residues after thermal debinding of two feedstocks are 0.11 wt%, as shown in Table IV. Since the carbon residue of the steel powder (17-4PH) itself is 0.07% 12, the increase in the carbon residue due to the binder is not large. Also, we found that the oxidation of metal did not occur. Even though a small increase in the carbon after thermal debinding was observed, this residue carbon was further reduced during the sintering process. The dimensions and densities of the sintered parts are given in Table IV. Five specimens were employed to determine the dimensional stability and the final density. Final density of products prepared by two feedstockswas 99%. Also, the standard deviation of the dimensions was less than 0.3%, which is a commercially allowed tolerance. It is seen in Table IV that the standard deviation (0.25%) for the thickness direction is much larger that that for the length (or the width) direction (0.1%). Because the thickness of a specimen during the sintering inside the furnace was largely affectedby its gravity compared with the length (or width), the ecrease in the specimenwas not uniform 1. Thus, we consider that the anisotropic decrease in the specimen was not due to an improper injection molding condition,but to the sintering the specimen in the furnace.The final sintered part and green part prepared from feedstock 2 are shown in Fig. 4. It is seen that the sintered part was reduced uniformly from the original size of green part and shows a typical metal gloss.Figure 3 TGA thermograms ofPMMA(_), CAB (_), and PEG () at a heating rate of 20C/min under nitrogen atmosphere. TGA thermogram of CAB (_) under air environment is added. Figure 4 The shapes of (a) the final article after sintering and (b) green part prepared by feedstock 2 in Table II.4. ConclusionWe introduced a ternary binder system, composed of PMMA, CAB and PEG, to improve the mechanical strength of green parts and shape maintenance. The binders of CAB/PEG-2 and CAB/PEG-3 blends were easily processed by injection molding due to low viscosity, but jetting was observed. On the other hand, CAB/PEG-8 binder exhibited cracks and deformation during the solvent extraction. When the PMMA was added to CAB/PEG binder, the feedstocks could be injection molded. Also, the injection-molded articles prepared by the ternary blend showed significantly improved mechanical properties such as flexural modulus of the feedstocks compared with a binder consisting of only CAB/PEG blend. Thus, this binder system could be employed for preparing large sized injection-molded articles.AcknowledgementThis work was supported by Korea Institute of Industrial Technology Evaluation and Planning and by he National Creative Research Initiative Program supported by KOSEF.References1. R. M. GERMAN, “Powder Injection Molding” (Metal Powder Industries Federation,NJ, 1990).2. B. CARPENTER, MS Thesis, Rensselaer Polytechnic Institute, NY, 1988.3. J . K. KIM and B. KIM, J. Polym. Sci: Polym. Phys. Ed. 37 (1999) 1991.4. Idem., J. Jpn. Soc. Powder, Powder Met. 46 (1999) 823.5. M. Y. CAO, J . W. OCONNOR and C. I . CHUNG, in “Powder Injection Molding Symposium,” edited by P. H. Booker, (Met. Powder Ind. Fed., Princeton, NJ, 1992) p. 85.6. K. F . HENS and R. M. GERMAN, Adv. Powder. Met. 5 (1993) 153.7. M. Y. ANWAR, P . F . MESSER, B. ELLIS and H. A. DAVIES, Powder Met. 38 (1995) 113.8. H. I . BAKAN, Y. JUMADI, P . F . MESSER, H. A.DAVIES and B. ELLIS, ibi41 (1998) 289.9. Y. THOMAS and B. R. MARPLE, Adv. Perform. Mater. 5 (1998) 25.10. M. A. OMAR, H. A. DAVIES, P . F . MESSER and B. ELLIS, J. Mater. Pro 113 (2001) 477.11. W. YANG, K. YANG and M. HON, Mater. Chem. Phys. 78 (2002) 416.12. M. S . PARK and J . K. KIM, J. Mater. Sci. 36 (2001) 5531.13. Ibid., J. Polym. Sci: Polym. Phys. Ed. 40 (2002) 1673.14. H. ITO, T. P . RUSSELL and G. D. WIGNALL, Macromolecules 20 (1987) 2213水溶性粘结剂高弯曲模注塑粉 MINSEOK SONG, MIN SOO PARK, JIN KON KIM国家研究学会中心化学工程部,电子和计算机工程, Pohang科技大学。Kyungbuk 790-784， 韩国IL BUM CHO, KYUNG HO KIM, HWAN JIN SUNG, SANGHO AHN科技研究学会，Pohang， Kyungbuk 790-784，KoreaE-mail: jkkimpostech.ac.kr一个新的粘结剂混合物,包含聚甲基丙烯酸甲酯(有机玻璃)(PMMA), 纤维素醋酸盐 (CAB) 和聚乙烯乙二醇 (PEG) 的三个混和聚合体，被引进为不锈钢粉的注塑粉。PEG的重量分数在粘结剂中是 0.65，当在粘结剂中的 PMMA 的重量分数是0.1 0.25（这样CAB的重量分数是 0.1-0.25),含56 vol% 钢粉的进给料能成功地没有任何表现的射出并被注入成形。此外，与一个只含有 35/65的比例的CAB/PEG的混和粘结剂相比较，这种进给料有非常高的弯曲率。三种两两混和的混合物，PMMA/CAB,PMMA/PEG, and CAB/PEG在注入成型温度为130C时易完全混合。在这研究中开模程序的使用变得实用和有利应归功与容易被水或乙醇的溶剂吸取的粘结剂的主要成份(PEG)。 同时,在开模期间形状的维持是优良的，而且最后成型的部份有非常好的稳定程度。归功于高弯曲率进给料，这一个系统能运用于按规定大尺寸制作的注塑模的设计中。_C 2005 Springer Science + 商务媒体,公司。1 介绍 粉状注塑模(PIM)中金属或陶瓷的处理已经被运用发展极小的而且复杂的金属或陶瓷的部份，而且相比于铸造和机械制造而言它是一个非常经济的程序1，2。在PIM的许多步骤之中, 粘结剂的适当选择了决定产品机械的特性。以腊为基础包含主要材料聚乙烯或聚(乙烯-乙烯基醋酸盐)的粘结剂已经广泛地被用于粉状注塑模工业中3，4。然而，有机的溶剂比如己烷和庚烷，不是实用的有利的溶剂, 应该用来吸取腊。 避免在开模期间使用己烷或庚烷，努力把重心集中在发现一种能被一种实用有利的比如水的溶剂消除的新类型的粘结剂511。大卫和他的同事7, 8介绍了一种PMMA和PEG混合的关于不锈钢粉末的粘结剂混合物，虽然使用了一种高分子重量为1,000,000的PMMA，粘结剂在溶水之前加入了钢粉，因为水是一个含比较低分子的重量 (1500) PEG的溶剂以及PMMA的乳状液媒介物。然而, PMMA 粒子没有使用包含水的乳状液,含有PMMA和PEG的粘结剂就不可能有效的和钢粉混合。 先前，我们介绍了一种含有CAB以及不同分子重量的PEG的水溶性粘结剂，我们发现在开模期间PEG的结晶依靠分子的重量极深地影响形状的维持12, 13。即，当PEG的分子重量大于3400时，在开模后在未成型完全的部份中会发现裂缝。虽然分子重量少于2000的CAB和PEG混合的粘结剂能注塑成形，但是会发现有低黏质的PEG射出。同时，成型不足的部分的机械特性比如弯曲力度是非常薄弱的，被限制到制造大尺寸的注塑模的设计。
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