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一、 塑件工藝特性
1、塑件所使用的材料的種類及工藝特性的分析：
ABS樹脂是丙烯腈（A）、丁二烯（B）和苯乙烯（S）三種單體的共聚物，具有良好的力學性能和加工性能，阻燃劑熱穩(wěn)定性好，耐滲出，耐熱分解。
2、塑件的成型特點分析：
ABS材料具有吸濕性，要求在加工之前進行干燥處理。建議干燥條件 為80~90C下最少干燥2小時。材料溫度應保證小于0.1%。熔化溫度：210~280C；建議溫度：245C。 模具溫度：25…70C。（模具溫度將影響塑件光潔度，溫度較低則導致光潔度較低）。ABS的特性主要取決于三種單體的比率以及兩相 中的分子結構。這就可以在產(chǎn)品設計上具有很大的靈活性，并且由此產(chǎn)生了市場 上百種不同品質的ABS材料。這些不同品質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。
3、塑件結構分析：
從塑件外型看，總體為一個方形殼體零件，表面有斜面，并帶圓弧表面，中心有孔和有側孔的結構簡單零件。
二、塑件的體積與質量的計算
該產(chǎn)品材料為ABS，查資料得知其密度為1.02～1.05 g/cm3，收縮率為0.3%～0.8%。
利用PRO/E計算得塑件的體積V=4.894cm3
塑件質量：M=Vρ=1.03g/cm3×4.894cm3≈5.041g
三、注塑機的確定
根據(jù)原材料和塑料制件的各種參數(shù)，選定注射機的型號為：XS-Z-60，其有關參數(shù)如下:（參照教材表4.2）
注塑機的最大注塑量：60cm3 ； 螺桿直徑：38mm
注射壓力：122MPa ； 注射行程：170mm
注射方式：注塞式 ； 鎖模力：500KN
最大成型面積：130 cm3 ； 最大開合模行程：180cm
最大模厚：200mm ； 最小模厚：70mm
噴嘴圓弧半徑：R12mm ； 噴嘴孔直徑：Ф4mm
注塑機拉桿空間：190×300/mm×mm 動、定模固定尺寸：330×440/mm×mm
四、注射模設計
1、型腔的確定
該塑料結構簡單，為了使模具與注射機的生產(chǎn)能力想匹配，提高生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性,采用的是一模兩腔
2、分型面的選擇
分型面是決定模具結構形式的重要因素，它的設計要綜合地考慮各方面的因數(shù)。因為本塑件結構較簡單，需內側向抽芯，選擇下圖水平分型方式降低了模具的復雜程度，又便于成型后脫模，因此將塑件的分型面設計如下：
圖 1
3、澆注系統(tǒng)
（1）主流道的設計
查資料得XS—Z—60型注射機噴嘴有關尺寸為，噴嘴孔直徑為d1=4mm，主流道球面半徑為R1=12mm，球面配合高度為3~5mm,取其平均值4mm，主流到錐角為2~6度，取3度，模具主流道球面半徑R=R1+（1-2）mm為11mm及小端直徑d=d1+1mm為5mm，經(jīng)換算取得主流道下端直徑D=7mm。為了使溶料順利進入分流道可在主流道出料端設半徑為r=1mm的圓弧過渡。 采用T8A制造，淬火硬度50HRC，表面粗糙度值小于0.8μm。
（2）分流道的設計
分流道的形狀及尺寸應根據(jù)塑件的體積,壁厚,形狀的復雜程度,注射速率,分流道長度等因素來確定。本塑件的形狀不算太復雜,熔料填充比較容易。根據(jù)一模一腔的方式可知分流道的長度不算太長。
（2）澆口的設計
根據(jù)塑件的成型要求及塑件的形狀，選用側澆口較為理想澆口。
澆注系統(tǒng)結構如圖
圖2
4、成型零件的結構設計
（1）凹模：塑件結構簡單，故采用整體式凹模結構，如下圖：
圖 3
（2）凸模采用鑲拼式結構。結構如圖：
圖 4
5、成型零件工作尺寸部分尺寸計算：
由上面得知，零件材料為ABS，其收縮率S為0.3% ～ 0.8%，取S = 0.5%，產(chǎn)品為馬達蓋，外表面要求高，故取其精度為4級。根據(jù)零件個尺寸查教材表3.9得?1=0.38mm ?2=0.32mm ?3=0.20mm ?4=0.18mm ?5=0.12mm故型腔、型芯的計算步驟如下：
δ1=(1/3-1/4) ?1=0.095~0.127 取δ1=0.100mm
δ2=(1/3-1/4) ?2=0.080~0.107 取δ2=0.100mm
δ3=(1/3-1/4) ?3=0.050~0.070 取δ3=0.060mm
δ4=(1/3-1/4) ?4=0.045~0.060 取δ4=0.060mm
δ5=(1/3-1/4) ?5=0.030~0.040 取δ5=0.004mm
型腔徑向尺寸的計算：
Lm1=(1+s)Ls1=72.360+0.100
Lm2=(1+s)Ls2=52.260+0.100
Lm3=(1+s)Ls3=18.090+0.060
Lm4=(1+s)Ls4=1.0050+0.100
型芯徑向尺寸的計算：
L'm1=(1+s)L's1=70.350-0.100
L'm2=(1+s)L's2=50.250-0.100
L'm3=(1+s)L's3=16.080-0. 060
L'm4=(1+s)L's4=2.010-0.040
型腔深度 Hm1=(1+s)Hs1=12.060+0.06
Hm2=(1+s)Hs2=5.0250+0.04
型芯高度H'm1=(1+s)H's1=11.0550-0.060
H'm2=(1+s)H's2=5.0250-0.040
6.導向機構設計
注射模的導向機構主要有導柱導向和錐面定位兩種類型。導柱導向機構用于動、定模之間開合模導向和脫模機構的運動反復系。導柱導向通常由導柱與導套（或孔）的間隙配合組成，并呈滑動運動的導向機構，主要零件有導柱和導套。
7．脫模機構設計
注射成型沒一循環(huán)中，塑件必須準確無誤地從模具的凹模中或型芯上脫出，完成脫出塑件的裝置稱為脫模機構，也稱頂出機構或脫模裝置。
（1）脫模力的計算：
殼體形塑件脫模力通常按薄壁與厚壁兩種類型考慮。
薄壁殼體形塑件系指塑件壁厚與其內孔直徑之比小于1/20，即t/D≤1/20的塑件。
材料（ABS）的壁厚t為1mm，內孔直徑為70mm，1/70 = 1/50<1/20。
即塑件的脫模力可按公式Q = [2πEεtLcosφ（f-tgφ）/（1 – u）k1] + 10B（N）
計算。
式中：Q——脫模力（N）； E——塑料的拉伸模量（Mpa）； ε——塑料成形的平均收縮率（%）；
L——被包型芯的長度（mm），L = 12mm； t——塑件的壁厚（mm），t = 1mm；
U——塑料的泊松比； φ——脫模斜度（o），φ = 0； f——塑料與鋼材之間的摩擦系數(shù)； B——塑件在與開模方向垂直的平面上投影面積（cm2）)，當塑件底部上有通孔時，10B項視為零； k1——有f和φ決定的無因次數(shù)，可由下式計算，k1= 1 + fsinφcosφ
查資料得ABS塑料的某些性能，取得E為0.89x10Mpa，ε為0.5%，u為0.47，f為0.23。
計算k1為1，因底部有通孔，所以10B項可視為零。
即Q = 2πx0.89x10x0.005x1x12x1x（0.23-0）/（1-0.47）x1
= 146N
（2）、脫模結構的設計。
該零件存在有孔，采用內側抽芯，且分型面較為簡單，故采用斜滑塊來完成側抽芯與推出裝置。
8.模溫調節(jié)與冷卻系統(tǒng)的設計
塑料注射模溫度調節(jié)能力的好壞，直接影響到塑件的質量，而且也決定著生產(chǎn)效率的高低，塑件在型腔內的冷卻力求做到均勻、快速，以減少塑件的內應力，使塑件的生產(chǎn)做到優(yōu)質高效率。
（1） 溫度調節(jié)系統(tǒng)的作用
溫度調節(jié)系統(tǒng)在模具中的作用是至關重要的，尤其對厚壁塑件和平整度有要求的大型薄壁塑件來講更為重要。
1.溫度調節(jié)系統(tǒng)的要求 質量優(yōu)良的塑件應滿足以下六方面的要求，即收縮率小，變形小，尺寸穩(wěn)定，沖擊強度高，耐應力開裂性好和表面粗糙度低。
1） 低的模溫可以減少塑料制件的成型收縮率。模溫均勻，冷卻時間短，注射速度快一，
可以減少塑件的變形。其中均勻一致的模溫尤為重要，但是由于塑件形狀復雜，壁厚不一樣，充滿順序先后不同，常出現(xiàn)冷卻不均勻的情況。為了改善這一情況，可將冷卻水先通入模溫
最高的地方，在冷得快的地方通溫水，慢是地方通冷水，使模溫均勻，塑件各部位能同時凝固，這不僅提高了制品質量，也縮短了成型周期，但由于模具結構復雜，要先達到理想的調溫往往是困難的
2）對于結晶型塑料,為了使塑件尺寸穩(wěn)定,應該提高模溫,使結晶在模具內盡可能的達到
平衡,否則塑件在存放和使用過程中由于后結晶會早晨尺寸和力學性能的變化(特別是玻璃化溫度低于室溫的聚烯烴類塑件),但模溫過高對制品性能也會產(chǎn)生不好的影響.
3)結晶型塑料的結晶度還影響塑件在溶劑中的耐應力開裂能力,結晶度越高,該能力越低,故降低模溫是有利的.但是對于聚碳酸酯一類的高粘度非結晶型塑料,耐應力開裂能力和塑件的內應力關系很大,堵提高沖模速度,減少補料時間并采用高模溫是有利的.
(2) 模溫對塑件質量的影響：
熱塑性塑料熔體注入型腔后,釋放大量熱量而凝固.不同的塑料品種,需要模腔維持在某一適當溫度.模溫對塑件質量的影響主要表現(xiàn)在如下六個方面.
1、改善成形性 每一種塑料都有其濕度的成形模溫，在生產(chǎn)過程中若能始終維持相適應的模溫則其成形性可得到改善，若模溫過低，會降低塑件熔體流動性，使塑件輪廓不清，甚至充模不滿；模溫過高，會使塑件脫模時和脫模后發(fā)生變形，使其形狀和尺寸精度降低。
2.成形收縮率 利用模溫調節(jié)系統(tǒng)保持模溫恒定，能有效減少塑料成型收縮的波動，提高塑件的合格率。采用允許的的模溫，有利于減少塑料的成形收縮率，從而提高塑件的尺寸精度。并可縮短成形周期，提高生產(chǎn)率。
3.塑件變形 模具型芯與型腔溫差過大，會使塑件收縮不均勻，導致塑件翹曲變形。尤以壁厚不均和形狀復雜的塑件為甚。需采用合適的冷卻回路，確保模溫均勻，消除塑件翹曲變形。
4.尺寸穩(wěn)定性 對于結晶性塑料，使用高模溫有利于結晶過程的進行，避免在存放和使用過程中，尺寸發(fā)生變形；對于柔性塑料（如聚烯烴等）采用低模溫有利用塑件尺寸穩(wěn)定。
5.力學性能 適當?shù)哪?，可使塑件力學性能大為改善。例如，過低模溫，會使塑件內應力增大，或產(chǎn)生明顯的熔接痕。對于粘性大的剛性塑料，使用高模溫，可使其應力開裂大大的降低。
6.外觀質量 適當提高模具溫度能有效地改善塑件的外觀質量。過低模溫會使塑件輪廓不清，產(chǎn)生明顯的銀絲、云紋等缺陷，表面無光澤或粗糙度增加等。
(3)冷卻時間的確定
注射模實質是一種熱交換器.確定恰當是熱交換(冷卻)時間,是模具設計者的重要任務.為此,首先分析影響冷卻時間的因素.
影響冷卻時間的因素：
1.模具材料 從機械強度出發(fā)，通常選鋼材為模具材料。如果考慮材料的冷卻效果時，則熱導率愈高，從熔融塑料吸收熱量愈迅速，冷卻得愈快。
2.冷卻介質溫度及流動狀態(tài) 一般采用常溫水進行冷卻。以冷卻水出、入口溫差小為好，一般控制在5℃以內。冷卻水在通道中的流速，以盡老能高為好，其流動狀態(tài)湍流為佳，即雷諾準數(shù)為Re＞10為宜。因為湍流的熱傳遞效率為層流的10～20倍。
3.模塑材料 塑料的熱性能，對冷卻時間具有重大影響。
4.塑件厚度 塑件壁厚越厚，傳熱阻力越大，所需冷卻時間越長。通常冷卻時間與塑件的厚度平方成正比。
5.冷卻回路的布置 成型腔周圍冷卻回路的分布狀態(tài)，即冷卻回路距型腔的距離和通道之間的間隔，對冷卻時間也有影響。
6.模具溫度 系指與塑料接觸的模腔表面溫度。它直接影響到塑料熔體在模腔中的冷卻速度。選擇合適的模溫會縮短成形周期，提高塑件質量，減少廢品率。為了滿足塑料對模溫的要求，現(xiàn)代化生產(chǎn)技術多采用模具恒溫器，以閉路循環(huán)冷卻介質對模溫進行控制?！?
在注射過程中,塑件的冷卻時間,通常是指塑料熔體從充滿模具型腔起到可以開模取出塑件時止的這一段時間.這一時間標準常以制品已充分固化定型熱切具有一定強度和剛度為準,這段冷卻時間一般約占整個注射生產(chǎn)周期的80%.其確定方法有計算法和經(jīng)驗查表法.
為了節(jié)省設計過程的時間,故采用經(jīng)驗查表法來確定冷卻時間。
(4)冷卻系統(tǒng)的計算
簡單計算步驟如下：
(1) 算單位時間內從型腔中散發(fā)出的總熱量（Q總=Q1）
(2) ①計算每次需要的注射量（kg或cm）：
(3) V = nV件 + V澆 = 2 x4.894 + 1.3
= 11.088cm
②確定生產(chǎn)周期（s）：
t = t注 + t冷 + t脫
式中，t為生產(chǎn)總周期（s），t注為注射周期（s），t冷為冷卻周期（s），t脫為脫模周期（s）。
查資料得 常用熱塑性塑料注射成型的工藝參數(shù)，的t = 90s。
③求使用的塑料單位熱流量Qs（kJ/kg）：查表常用塑料熔體的單位熱流量Q，
得 Qs = 750KJ/kg
④求每小時的需要注射的次數(shù)：
N = 3600/t= 3600/90
= 40
⑤求每小時的注射量（kg/h）：
W = N?G = 40 x 0.011088
= 0.44352kg/h
⑥求從型腔內發(fā)出的總熱量（kJ/h）
Q總 = Q1 = N?G?Qs = 0.44352 x 750
=332.64 kJ/h
⑵以凹模冷卻系統(tǒng)為例求凹模冷卻水的體積流量(m/min):
qv = Q凹/[60p?C1(T出 - T進)]
式中,p為水的密度10kg/ m,C1為水的比熱容C1 = (4.187J/(kg?℃) , T出為水管設定溫度, T進為水管進口設定溫度, Q凹為有凹模帶走的熱量(kJ/h).
qv = 1080/[(60 x 10x 4.187 x (8 -5))
= 0.0014 m/min
⑶求冷卻水孔的直徑d(mm):查表冷卻水流速與管道直徑的關系,得d = 6mm
⑷求冷卻水的平均流速(m/min):查表冷卻水流速與管道直徑的關系,得最低流速為1.66m/s.
⑸求凹模所需冷水管根數(shù):n = L/B =8
水管布置如圖：
9、模體的設計
模體也稱模架，是注射機的骨架和基本，模具的每一部分但寄生其中，通過他把模具的每一部分有機的聯(lián)系在一起。模架一般由定模座（或叫定模底板）、定模固定板（或叫定模板）、動模固定板（或叫型芯固定板）、支撐板（或叫動模墊板）、墊塊（或叫墊腳、模腳）、動模座板（或叫動模底板）、推板（或叫推出底板）、推桿固定板、導柱、導套、復位桿等組成。另外，根據(jù)需要，還有特殊結構的模架，如點澆口模架、帶脫模板的模架。本模具采用A1型315 x 315標準模架
結構如圖：
1 螺釘 2 定模座板 3 凹模板 4凸模板 5 銷釘 6 螺釘 7 動模座塊 8 軸銷 9 螺釘 10推板 11 滑座 12 拉料桿 13 復位桿 14 動模座塊 15 導柱 16 導套 17 冷卻水道 18 滑座固定板 19 螺釘 20 澆口 21 滑塊I 22 滑塊II 23 銷釘
10、模具的動作原理
1．塑料的加熱,塑化是在高溫料筒內進行,不是在模具內進行,因而模具不設加料腔,而設澆注系統(tǒng),熔體通過澆注系統(tǒng)充滿型腔。
2．塑料熔體進入型腔之前，模具已經(jīng)閉合。在注塑過程中需根據(jù)塑料特性，在模具中設冷卻系統(tǒng)。
3．該模具采用單分型面注射模，行腔一部分設在定模，一部分設在動模，其主流道設在定模一側，分流道設在分型面上，開模后塑料制品連同流道凝料一起留在動模上，動模一側設有推出機構，用以推出制品及流道凝料。
4．注射模具生產(chǎn)適應性強，生產(chǎn)率高，容易實現(xiàn)自動化。
5．注射模一般是機動的，結構一般較復雜，因而制造周期較長，成本較高。
11、注射模與注射機的關系
注射機在前面已初步選定為XS-Z-60，模具的各零件也已基本確定，這節(jié)只需進行模具與注射機的校核即可。
1注射壓力的校核：
該項工作是校核所選用注射機的公稱壓力P公能否滿足塑件成型所需要的注射壓力P0，塑件成型時所需要的壓力一般由塑料流動性、塑件結構和壁厚以及澆注系統(tǒng)類型等因素決定，其值一般為70～150MPa。具體可參考下表（通常要求P12＞P0）；
查下表得 P0=115<180，即 P0 < P公。
表6 MPa
材料
注射條件
厚壁件
中等壁厚件
難流動的薄壁窄澆口件
聚乙烯
70——100
100——120
120——150
聚甲醛
85——100
100——200
120——150
ABS
80——110
100——130
130——150
聚苯乙烯
80——100
100——120
120——150
有機玻璃
100——120
110——150
>150
聚酰胺
90——101
101——140
>140
2鎖模力的校核
鎖模力是指注射機的鎖模機構對模具所施加的最大加緊力。當高壓的塑料熔體充填模腔時，會沿鎖模方向產(chǎn)生一個很大的脹型力。為此，注射機的額定鎖模力須大于該脹型力，既：
F鎖≥F脹=A分.P型
式中，F(xiàn)鎖——注射機的額定鎖模力（N）；
P型——模具型腔內塑料熔體平均壓力（MPa），一般為注射機壓力的0.3～0.65倍，通常為20～40MPa；
A分——塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和（mm2）。
將P型=30MPa，A分=3670mm2帶入上式，得：
F鎖=30x3670=110100N
=110.1KN<450KN
即F鎖>F脹。
3開模行程與推出機構的校核
開模行程是指從模具中取出塑件所需要的最小開合距離，用H表示，它必須小于注射機移動模板的最大行程S。XS-Z-60的鎖模機構為液壓—機械聯(lián)合作用的注射機，其模板行程是由連桿機構的最大沖程決定，而與模具厚度無關。
對單分型面注射模，所需開模形程H為：
S ≥ H = H1 + H2 +（5～10）mm
式中 H1——塑件推出距離（也可作凸模高度）（mm）；
H2——包括澆注系統(tǒng)在內的塑件高度（mm）；
S——注射機移動板最大形程（mm）；
H——所需塑件開模行程（mm）。
將各值帶入上式，得：
H = 16+56+ 7
= 79mm <170mm
即S機>H。
4安裝部分相關尺寸校核
模具與注射機安裝部位的的相關尺寸主要有噴嘴尺寸、定位圈尺寸、拉桿間距、最大模具厚度與最小模具厚度以及模具與注射機的安裝關系。
（1）噴嘴尺寸：注射機的噴嘴與模具的澆口套（主流道襯套）關系主要有：主流道始端的球面半徑R應比注射機噴嘴頭球面半徑R0大1～2mm；主流道小端直徑d應比噴嘴直徑d0大0.5～1mm，以防止主流道口部積存凝料而影響脫模。
R=13mm，R0=12mm。
即 R-R0=13-12=1mm∈1～2mm
（3）模板規(guī)格與拉桿間距的關系：模具的安裝有兩種方式，即從注射機上方直接吊裝入機內進行安裝，或先吊到側面再由側面推入機內安裝。而模具的外形尺寸受到拉桿間距的限制，因以重視。注射機拉桿間距為155x144.8mm ，模具的外形尺寸為 315x400mm。
（4）模具總厚度與注射機模板閉合厚度的關系：兩者之間關系應滿足：
Hmin≤Hm≤Hmax
而 Hmax= Hmin+ΔH
式中，Hm——模具閉合后總厚度（mm）；
Hmax——注射機允許的最大模具厚度（mm）；
Hmin——注射機允許的最小模具厚度（mm）；
ΔH——注射機在模具厚度方向的調節(jié)量（mm）。
當 Hm< Hmin時，可以增加模具墊塊高度，但當Hm> Hmax時，則模具無法閉合，尤其是機械—液壓式鎖模的注射機，因其肘桿無法撐直。
Hm=177mm，Hmax=200mm，Hmin=70mm
70mm < 177mm < 200mm
（5）模具與注射機的安裝關系：模具的安裝固定形式有壓板式與螺釘式兩種。當用壓板固定時，只有模具座板以外的附近有螺孔就能固定，很靈活方便，當用螺釘直接固定使，模具座板上必須設安裝孔，同時還要與注射機模板上的安裝孔完全吻合，并且很麻煩，固生產(chǎn)成廣泛采用前者。使用壓板時，動模、定模各用2～4個壓板即可。
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