塑料的成型工艺分析

一、 塑料的成型工艺分析

1、 塑件尺寸分析

（1）外形尺寸 该塑件壁厚不均匀，但塑件整体尺寸不大。塑料熔体的流程不太长，适用于注射成型，零件尺寸见附图一。

附图一 制件零件图

（2）精度等级 每个尺寸的公差都不一样，有点属于一般精度，有的有较高精度要求的，就按实际公差进行计算。

（3）脱模斜度 ABS属于无定型塑料，成型收缩率小，查相关资料，选择该塑件上型芯和凹模的统一脱模斜度为1°。

2、制件材料性能分析

（1）使用性能 综合性能好。冲击强度，力学强度较高，尺寸稳定，耐化学性，电气性能良好；易于成型和机械加工，其表面可镀锘，适合做一般机械零件、减摩零件、传动零件和结构零件。

（2）成形性能

1、无定形塑料。其品种很多，各品种的机电性能及成型特性也各有差异，应按品种来确定成型方法及成型条件。

2、吸湿性强。含水量应小于0.3%（质量），必须充分干燥，要求表面光泽的塑件应要求长时间预热干燥。

3、流动性中等。溢边料0.04mm左右。

4、模具设计时要注意浇注系统，选择好进料口位置、形式。推出力过大或机械加工时塑料表面呈现白色痕迹。

（3）ABS的主要性能指，标其性能指标见下表-1

表-1 ABS的主要性能指

密度／3cmg 1.02～1.08 屈服强度／MPa 50

比体积／cm3×g1 0.86~0.98 拉伸强度／MPa 38

吸水率（%） 0.2~0.4 拉伸弹性模量／MPa 1.4×103

熔点／°C 130~160 抗弯强度／MPa 80

计算收速率（%） 0.4~0.7 抗压强度／MPa 53

比热熔／J*1（kg×°C） 1470 弯曲弹性模量／MPa 1.4×103

2、 制件成型过程及工艺参数的选定

（1）注射成型过程

1、成型前的准备。对ABS的色泽、粒度和均匀度等进行检验，由于ABS吸水性较大，成型前应进行充分的干燥。

2、注射过程。塑料在注射机料筒内经过加热、塑化达到流动状态后，由模具的浇筑系统进入模具型腔成型，其过程可分为充模、压实、保压、倒流和冷却五

个阶段。

3、塑件的后处理。处理的介质为空气和水，处理温度为60～75°C，处理时间为16～20s.

（2）注射工艺参数

1、注射机；柱塞式

2、料筒温度（°C）：后段150～170；

中断165～180；

前段180～200。

3、喷嘴温度（°C）：170～180。

4、模具温度（°C）：50～80。

5、注射压力（MPa）：70～90。

6、成型时间（s）40。

二、模具的结构形式

注射模是塑料注射成型工艺中不可缺少的工具，虽然其结构形式多种多样，但通常按结构特征来说，可分为二板式注射模、三板注射模、哈夫式注射模等。

二板式注射模是最简单的一种结构形式，是由动模和定模两块组成的。二板式注射模可设计成单型腔二板式注射模和多型腔二板式注射模。根据实际塑件的要求，单型腔二板式注射模也可以增添其他部件，如支撑销和活动成型芯等。在本设计中，由于零件结构简单，故可采用。

三板注射模是在二板式注射模的两块外，还有一块活动的模板，所以叫做三板式注射模，俗称双开模。这块活动模板上，可设置浇口、流道以及动模所需的其他部件。模具开启时，这块活动模板与上述两模板分离，塑件与浇口冷料分别从该板两侧取下，因此，三板式注射模就有两个相互平行的分型面。三板式注射模也有一些缺点，如制造成本较高，加工复杂，模具重量增大制造周期长等，所以很少用于大型或特大型塑件的注射模成型。

哈夫式注射模的成型部件大都是由两半组成，这类模具主要应用于成型有侧孔或侧凹的塑件。哈夫滑块的动作方向常常和动、定模开模方向相垂直。型腔内的空气利用模具结构构件之间的间隙排出，不另设排气槽。

1、分型面位置的确定

选定分型面时通常应考虑下列基本原则：

（1）分型面应选择在不影响塑件外观的部位，如四角或边缘，而且由于分型面所产生的的飞边要容易修整。

（2）分型面应尽量简单，避免采用复杂形状以减少配合不良时的溢料现象和二次加工的困难；

（3）分型面的选择应有利于塑件的脱模；

（4）分型面不应影响塑件的尺寸精度

（5）分型面尽可能和料流的末端重合，以利于排气；

（6）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。

这里选择定模板和哈夫滑块的接触部分为模具的分型面。这是哈夫块与锁紧块利用导槽分型，限位销限制分型距离。

通过对塑件结构形式的分析，分型面应选在零件截面积最大且有利于开模取出塑件的低平面上，其位置如图-1所示。

分型面 图-1 分型面的选择

使用CATIA软件进行零件的分模模拟，得出上下模如下图：

上模型腔

下模型腔

2、 型腔数量和排列方式的确定

（1）型腔数量的确定 该塑件采用的精度一般在2～3级之间，且为大批量生产，可采用一模多腔的结构形式。同时。考虑到塑件尺寸、模具结构尺寸的大小关系，以及制造费用和各种成本费用等因素，初步定为一模两腔的结构形式。

（2）型腔排列形式的确定 多型腔模具尽可能采用平衡式排列布置，且要力求紧凑，并于浇口开设的部位对称。由于该设计选择的是一模两腔，故采用直线式排列如图-2

图-2型腔数量的排列布置

（3）模具结构形式的确定 从上面的分析可知，本模具的设计为一模两腔，对称直线排列，根据塑件结构形状，推出机构采用推管推出形式。浇注系统设计时，流道采用对称平衡式，浇口采用潜伏式 测浇口，且开设在分型面上。因此定模部分不需要单独开设分型面取出凝料。由上综合分析可确定选用单分型面的注射模。

3、注射机型号的确定

（1）注射量的计算 通过三维软件建模设计分析算得

塑件体积；V塑=6.4cm3

塑件质量；m塑=ρV塑=6.4×1.02g=6.5g

式中，ρ参考表-1选取ρ=1.02g／cm3。

（2）浇注系统凝料体积的初步计算 浇注系统的凝料在设计之前是不能准确确定的数值，但可以根据经验按塑件体积的0.2～1倍来计算。在本设计中，浇注系统凝料按塑件体积的0.4倍来计算。故一次注入模具型腔塑料熔体的总体积（即浇注系统的凝料和2个塑件体积之和）为

V总=V塑（1+0.4）×2=6.4×1.4×2=18cm3

（3）选择注塑机 根据第二步的计算得出一次注入模具型腔的塑料总体积为18cm3。利用公式；

V公= V总／0.8=22.5 cm3

根据以上计算，初步选择公称注射量30 cm3的XS-Z柱塞式注射机，该注射机的主要参数见表-2

表-2 注射机的主要参数

标称注射量／cm3 30 模板最大厚度／mm 180

柱塞直径／mm 28 模板最小厚度／mm 60

注射压力／MPa 119 模板尺寸／mm 250×280

注射行程／mm 130 拉杆空间／mm 235

注射时间／s 0.7 合模方式 液压—机械

合模力／N 2.5×105 喷嘴球半径／mm 12

最大成型面积／cm2 90 喷嘴空半径／mm 4

模拟最大行程／mm 160 定位圈尺寸／mm 63.5

（4）注射机相关参数的校核

1、注射压力校核。ABS所需注射压力为80～110MPa,这里取p0=90MPa,该注射机的公称注射压力p公=119MPa,注射压力安全系数k1=1.25～1.4，这里取k1=1.3，则；

k1 p0=1.3×90=117﹤119，所以注射机压力合格。

3、锁模力校核

① 塑料在分型面上的投影面积A塑，则

A塑=4×322+3.5×5=821.34mm2

② 浇注系统在分型面上的投影影面积A浇，即流道凝料（包括浇口）在分型面上的投影面积A浇的数值，可以按照多模型腔的统计分析来确定。A浇是每个塑件在分型面上的投影面积A塑的0.2～0.5倍。由于本例流到设计简单，分流道相对较短因此流道凝料面积可以适当去小些，这里A浇= 0.2A塑。

③塑件和浇注系统在分型面上的投影总面积A总，则

A总=n（A塑+ A浇）=n（A塑+0.2 A浇）=2×1.2×821.34=1971.22 mm2

④模具型腔内地胀型力F胀，则

F胀= A总p模=1971.22×30N=59.14kN

式中，p模是型腔的平均计算压力值。通常取注射压力的20%～40%，大致范围为23.8～447.6MPa。对于粘度较大的精度较高的塑料制品应取较大值。ABS属于中等粘度塑料及有精度要求的塑件，故，p模取30 MPa。

查表-2可知该注射机的公称锁模力F锁=250kN。锁模力安全系数k2=1.1～1.2，这里取k2=1.2，

则 k2F胀=1.2×59.14=70.97﹤250 kN。所以注射机锁模力合格。

三、浇注系统设计

该塑件的结构用普遍使用的模具的浇注系统即可达到所要求的效果。即由主流道、分流道和浇口组成。

其中主流道需设置主流道衬套，将塑化的熔融物导入流道或行腔，这里选用球状套，主流道衬套内孔呈圆锥形，圆弧R处为锥孔的小端。锥孔的锥度越大，主流道越容易脱出。

分流道是连接主流道与行腔的通道，故要求熔融物在其中流动阻力尽量小，并且不易冷却。因此，分流道截面积尽可能大些，接近圆形的截面积是最理想的。但是，截面积大的流道，虽然成型方便，却存在着流道熔融物重量增加、固化缓慢、延长成型周期，导致成本增大的缺点，综上所述，分流道的形状选为矩形。

分流道的布置根据一模两腔的结构要求，为了使塑料能同时充满两个行腔且保证流动分配的平衡性。决定采用平衡的对称分布分流道。

1、主流道的设计

主流道通常位于模具中心塑料熔体的入口处，它将注射机喷嘴注射出的熔体导入分流道或型腔中。主流道的形状为圆锥形，以便熔体的流动和开模时主流道凝料的顺利拔出。主流道的尺寸直接影响到熔体的流动速度和充模时间。另外，

由于其与高温塑料熔体及喷射机喷嘴的反复接触，因此设计时常采用可拆卸更换的浇口套。

（1） 主流道尺寸

1、主流道的长度：小型模具L主应尽量小于60mm。本次设计初取L主=40mm进行设计。

2、主流道小端直径：d=注射机喷嘴尺寸+（0.5～1）mm=4+0.5=4.5mm

3、主流道大端直径：d′=d+2 L主tan=4.5+2×40×tan2°=7.3mm

4、主流道球面半径：SR0=注射机喷嘴球半径+（1～2）=12+2=14mm

5、球面配合高度：h=3mm

（2）主流道的凝料体积

V主=3 L主(R2主+r2主+R主r主)=33.14×40×(3.652+2.252+3.65×2.25)=1113.55mm3=1.11cm3

（3）主流道当量半径 Rn=225.265.3=2.95mm

（4）主流道浇口套的形式 主流道村套为标准件可选购。主流道小端入与注射机喷嘴反复接触，易磨损。对材料的要求较严格，因而尽管小型注射模可以将主流道浇口套与定位圈设计成一个整体，但考虑到上述因素仍然将其分开设计，以便于拆卸更换同时也便于选用优质钢材进行单独加工和热处理。设计中通常采用碳素工具钢（T8A或T10A）热处理淬火表面硬度为50～55HRC，如图-3所示。