USB轉(zhuǎn)接盒上蓋注塑模具設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE】
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畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
第一章 緒 論
{一} 【模具介紹】
模具的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動(dòng)，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應(yīng)用于制造業(yè)中。模具主要類型有：沖模、鍛摸、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模、玻璃模、橡膠模、陶瓷模等。除部分沖模以外的上述各種模具都屬于腔型模，因?yàn)樗鼈円话愣际且揽咳S的模具型腔是材料成型。其中塑料模約占模具總數(shù)的35％，分額最大而且有繼續(xù)上升的趨勢(shì)。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
{二} 【模具在加工工業(yè)中的地位】
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，是國(guó)際上公認(rèn)的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個(gè)國(guó)家產(chǎn)品制造水平高低的重要標(biāo)志。它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個(gè)組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機(jī)械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔(dān)了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。振興和發(fā)展我國(guó)的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。
[三] 【模具的發(fā)展趨勢(shì)】
20世紀(jì)80年代開始，發(fā)達(dá)工業(yè)國(guó)家的模具工業(yè)已從機(jī)床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨(dú)立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機(jī)床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國(guó)的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長(zhǎng)速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進(jìn)步的投入力度，將技術(shù)進(jìn)步作為企業(yè)發(fā)展的重要?jiǎng)恿Α４送?，許多科研機(jī)構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國(guó)成為世界超級(jí)制造大國(guó)的重要原因。今后，我國(guó)要發(fā)展成為世界制造強(qiáng)國(guó)，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強(qiáng)國(guó)。
盡管我國(guó)模具工業(yè)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，部分模具已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的需要，每年仍需進(jìn)口10多億美元的各類大型，精密，復(fù)雜模具。與發(fā)達(dá)國(guó)家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國(guó)模具行業(yè)應(yīng)在以下幾方面進(jìn)行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國(guó)際先進(jìn)水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復(fù)雜模具；隨著我國(guó)轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強(qiáng)模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用；使用模具標(biāo)準(zhǔn)件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標(biāo)準(zhǔn)件的應(yīng)用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。實(shí)踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計(jì)制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計(jì)制造水平。
（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進(jìn)制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動(dòng)研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應(yīng)用。
[四] 【設(shè)計(jì)在學(xué)習(xí)模具專業(yè)中的作用】
通過對(duì)模具專業(yè)的學(xué)習(xí)，掌握了常用材料在成型過程中對(duì)模具的工藝要求，掌握模具的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及設(shè)計(jì)計(jì)算的方法，以達(dá)到能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機(jī)械加工的知識(shí)，金屬材料的選擇和熱處理，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。
畢業(yè)設(shè)計(jì)能夠?qū)σ陨细鞣矫娴囊蠹右造`活運(yùn)用，綜合檢驗(yàn)大學(xué)期間所學(xué)的知識(shí)。
本模具設(shè)計(jì)流程：
? 、課題調(diào)研，查閱有關(guān)資料
? 2、塑件的工藝分析及工藝方案的確定
? 3、模具結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計(jì)
? 4、模具的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝性能參數(shù)的設(shè)計(jì)計(jì)算
? 5. 模具的裝配圖、零件工作圖的設(shè)計(jì)
? 6、編寫設(shè)計(jì)說明書和技術(shù)文件
第二章 產(chǎn)品及模具的三維造型
如圖2-1所示塑料制件,材料為ABS,收縮率0.3%～０.８％。大批量生產(chǎn)。需說明的是USB轉(zhuǎn)接盒上蓋作為模具畢業(yè)設(shè)計(jì)產(chǎn)品，主要目的是通過本產(chǎn)品綜合鍛煉模具設(shè)計(jì)與制造的能力。
圖2—1
本模具采用PROE3.0進(jìn)行模具分型，各步驟如下：
1.載入產(chǎn)品同時(shí)設(shè)定收縮率
2.設(shè)定模具工作坐標(biāo)系，以制件主分型面中心為模具工作坐標(biāo)且Z 指向制件頂出方向
3.設(shè)定工件大小
4.自動(dòng)補(bǔ)孔，做分型面如圖2-2所示
圖2-2
4.在各抽芯與插破處創(chuàng)建箱體，如圖2-3所示
如圖2-3
5.在箱體處補(bǔ)實(shí)體，如圖2-4所示
如圖2-4
6.創(chuàng)建分型面，如圖2-5所示
如圖2-5
7.創(chuàng)建型芯，如圖2-6所示
如圖2-6
8.創(chuàng)建型腔，如圖2-7所示
如圖2-7
第3章 該塑件材料分析和工藝性分析
3.1 材料分析
該產(chǎn)品的成型材料是ABS。基本特性：ABS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學(xué)性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學(xué)腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅(jiān)韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.05g/cm3。 ABS有極好的抗沖壓強(qiáng)度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機(jī)械強(qiáng)度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學(xué)穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點(diǎn)是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70°C左右，熱變形溫度為93°C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆；主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等；成型特點(diǎn)：ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減少澆口對(duì)流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時(shí)，模具溫度可控制在50～60°C，要求塑件光澤和耐用時(shí)，應(yīng)控制在60～80°C。
3.2 工藝分析
1）該塑件尺寸不大，一般精度等級(jí)。屬于中等難度的塑料模具。包括了模具的基本結(jié)構(gòu)，其中有外側(cè)抽芯兩處。
2）為滿足制品表面質(zhì)量要求與提高成型效率采用側(cè)澆口。
3）為了節(jié)約成本和方便加工與熱處理，型腔和型芯均采用整體鑲嵌式結(jié)構(gòu)。
4）ABS在升溫時(shí)粘度增高，所以成型壓力較高，故塑件上的脫模斜度宜稍大，要有足夠的脫模斜度a≥2。防止頂角；ABS易吸水，成型加工前應(yīng)進(jìn)行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減少澆注系統(tǒng)對(duì)料流的阻力，要注意澆口位置防止和減少熔接痕；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對(duì)收縮率影響極小。 模具溫度應(yīng)控制在60°～80°。
第4章 擬定的成型工藝
4.1 制件的成型方法
熱塑性塑料指定采用注射成型，本設(shè)計(jì)選用熱塑性塑料ABS，可用注射成型。
4.2 制件的成型參數(shù)
根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及選定的原料ABS，可擬定如下工藝參數(shù)）。
塑料名稱： ABS密度（g/cm3）：1.02～1.05
計(jì)算收縮率（%）：0.5
模具溫度（℃）： 50～60
注射壓力（MPa）：60～100
成型時(shí)間（s）： 注射時(shí)間15～60；加壓時(shí)間0～3；
冷卻時(shí)間 20～90；總周期 50～160
適應(yīng)注射機(jī)類型：柱塞式
4.3 確定型腔數(shù)目
（1）計(jì)算制品的體積和重量
通過三維制圖PROE軟件測(cè)量得:
單件塑件面積 S=23631㎜2 ;單件 塑件體積V=21487㎜3
查有關(guān)資料可知ABS的密度為1.02～1.05g/cm3 則單件塑件重量m=215g
（2）型腔數(shù)目的確定主要參考以下幾點(diǎn)來確定
1）根據(jù)經(jīng)濟(jì)性確定型腔數(shù)目和總成型加工費(fèi)用最小的原則,并略準(zhǔn)備時(shí)間試生產(chǎn)原材料費(fèi)用,僅考慮模具加工費(fèi)和塑件成型加工費(fèi)
2）根據(jù)注射機(jī)的額定鎖模力確定型腔數(shù)目,當(dāng)成型大型平板制件時(shí)常用這種方法
3）根據(jù)注射機(jī)的最大注射量確定型腔數(shù)目,根據(jù)經(jīng)驗(yàn),每加一個(gè)型腔制品尺寸精度要降低4%,對(duì)于高精度制品,由于多型腔模具難以保證各型腔的成型條件一致,故推薦型腔數(shù)目不超過4個(gè)。
（3）根據(jù)本產(chǎn)品的生產(chǎn)批量及尺寸精度要求采用一腔一模,
由于單型腔模具具有塑料制件的形狀和尺寸一致性好，成型工藝條件容易控制，模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、模具制造成本低、制造周期短等特點(diǎn)，并結(jié)USB轉(zhuǎn)接盒上蓋的質(zhì)量要求，所以采用一模二腔式。
第5章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
5.1制件在模具中的位置
（1）型腔的布置
主要考慮制件在分型后能保留在動(dòng)模上以便脫模，并結(jié)合制件的結(jié)構(gòu)特征應(yīng)將型腔設(shè)置在定模側(cè)，型芯設(shè)置在動(dòng)模側(cè)。
（2）分型面的選擇
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排氣等多種因素的影響，因此在選擇分型面時(shí)應(yīng)綜合分析，應(yīng)遵循以下幾項(xiàng)的設(shè)計(jì)原則：
1）分型面應(yīng)選擇在塑件外形最大輪廓處
2）分型面的選擇應(yīng)有利于塑件的順利脫模
3）分型面的選擇應(yīng)保證塑件的精度要求
4）分型面的選擇應(yīng)滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
5）分型面的選擇要便于模具的加工制造
6）分型面的選擇應(yīng)有利于排氣
除了以上這些基本原則以外，分型面的選擇還要考慮到型腔在分型面上的投影面積的大小。為了保證側(cè)向型芯的位置的放置及抽芯機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順利，應(yīng)以淺的側(cè)向凹孔或短的側(cè)向凸臺(tái)作為抽芯方向，而將較深的凹孔或較高的凸臺(tái)放置在開合模方向。
綜合考慮以上的設(shè)計(jì)原則并結(jié)合該塑件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和質(zhì)量要求采用下面圖示的分型面。
圖5-1
5.2 確定澆口形式及位置
對(duì)澆注系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，一般應(yīng)遵循如下基本原則：
（1）了解塑料的成型性能
（2）盡量避免或減少熔接痕
（3）有利于型腔中氣體排出
（4）防止型芯的變形和嵌件的位移
（5）盡量采用較短的流程充滿型腔
（6）流動(dòng)距離比和流動(dòng)面積比的校核
為了提高成型效率和綜合考慮以上的基本設(shè)計(jì)原則并結(jié)合制件質(zhì)量要求，本模具應(yīng)采用側(cè)澆口，由兩處澆口進(jìn)料。澆口位置如圖5—2所示
澆口直徑可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算
d=（0.14～0.20）
式中 d—澆口直徑（mm）
—塑件在澆口處的壁厚（mm）
A—型腔的表面積㎜2
d=（0.14～0.20）×8500≈2mm
(澆口直徑也可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值取 d=1.5mm)
澆口錐角取
澆口傾斜角取
5.3 主流道的設(shè)計(jì)
主流道是連接注射機(jī)噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機(jī)噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定錐度
1）主流道設(shè)計(jì)成圓錐型，其錐角為2°～6°，內(nèi)壁粗糙度Ra取0.4um
分流道截面設(shè)計(jì)成圓型截面，加工容易，且熱量損失與壓力損失均不大為常用形式。圓形截面分流道的直徑可以根據(jù)塑料的流動(dòng)性等因素確定，該塑料件采用ABS塑料，流動(dòng)性為中等，所以選圓形截面。根具經(jīng)驗(yàn)分流道的直徑可以取d=5～6mm。根據(jù)型腔在分型面上的排布情況設(shè)置分流道。
2）主流道大端成圓角，半徑r=1～3mm，以減小料轉(zhuǎn)向過度時(shí)的阻力
3）在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，主流道盡可能短，一般小于60mm，過長(zhǎng)則會(huì)影響流體的順利充型
4）對(duì)于小型模具可將主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成整體式，但在大多數(shù)情況下將主流道襯套與定位圈設(shè)計(jì)成兩個(gè)零件，主流道襯套與定模板采用H7/m6過度配合與定位圈的配合采用H9/f9間隙配合
5）主流道襯套一般選用T8 T10制造，熱處理強(qiáng)度為52～56HRC
根據(jù)“常用塑料直澆口尺寸”表，選主流道始端尺寸d=2.5mm,大端尺寸D=4mm，澆口套始端半徑R=機(jī)床噴嘴小經(jīng)d +（0.5～1）=10+(0.5～1)=11mm，半錐角a=2o。其長(zhǎng)度尺寸取L=40mm，其余尺寸見圖。主流道內(nèi)壁粗造度Ra=0.63，拋光時(shí)要沿軸向進(jìn)行。
澆口套與定位圈采用H9/f9的配合。定位圈在模具安裝調(diào)試時(shí)應(yīng)插入注射機(jī)定模板的定位孔內(nèi)，用于模具與注射機(jī)的安裝定位。定位圈外徑比注射機(jī)定模板上的定位孔徑小0.2mm以下。澆口套與模板的配合為H7/m6
5.4 分流道設(shè)計(jì)
分流道設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意盡量減少流動(dòng)過程中的熱量損失與壓力損失。
1）分流道的形狀與尺寸 分流道的截面尺寸視塑料的品種、塑件是尺寸、成型工藝條件以及流道長(zhǎng)短等因素來確定。通常圓形截面分流道直徑為2～10㎜ 。本制件采用的是ABS，由于ABS的流動(dòng)性能較好且分流道長(zhǎng)度教短時(shí)，因此分流道采用圓形截面。初選直徑為5㎜，具體尺寸由修模時(shí)修正。
2）分流道的長(zhǎng)度 具體尺寸根據(jù)型腔的太小而定
3）分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻,只有內(nèi)部的熔體比較理想，因此分流道的表面粗糙糙不能太低，一般Ra取1.6um這可增加對(duì)外層塑料熔體的流動(dòng)阻力，使外層塑料冷卻皮固定,形成絕熱層。
4）分流道在分型面的布置形式如圖5-2
根據(jù)以上設(shè)計(jì)參數(shù)校核流動(dòng)比
式中 —流動(dòng)比距離
Li—模具中各段料流通道及各段型腔的長(zhǎng)度（mm）
ti—模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度（mm）
=60/3.5+37/5+4.5/5+2/2+140/2=98mm
因?yàn)橛绊懥鲃?dòng)比的因素主要是塑料的流動(dòng)性，ABS塑料的流動(dòng)性為中等，經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS允許的流動(dòng)比[]=210～110，所以 〈[]
5.5 冷料穴設(shè)計(jì)
冷料穴位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端。其作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒的“冷料”，以避免這些冷料注入型腔而影響塑件質(zhì)量；還有便于在流道處設(shè)置主流道拉料桿的功能。開模時(shí)又可以將主流道的冷凝料拉出，冷料穴直徑宜稍大于主流道大端直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。分流道冷料穴當(dāng)分流道較長(zhǎng)時(shí)，可將分流道的盡頭沿料流前進(jìn)方向延長(zhǎng)作為分流道冷料穴，以貯存前鋒冷料，其長(zhǎng)度為分流道直徑的1.5～2倍。
本模具采用Z形拉料桿，設(shè)計(jì)的具體尺寸詳見零件圖。
第6章 成型零部件的設(shè)計(jì)
6.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
（1）本制件有5個(gè)4㎜的小淺通孔。由于現(xiàn)代制造技術(shù)的先進(jìn)，那5個(gè)孔可以做成電極利用電火花來加工。
（2）圖6-1所示，外側(cè)圓形通槽采用斜導(dǎo)柱側(cè)向分型機(jī)構(gòu)，做成滑塊成型
圖6-1
6.2 成型零部件工作尺寸計(jì)算
（1）由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，它必須有以
一些性能:
1） 必須具有足夠的強(qiáng)度、剛度，以承受塑料熔體的高壓；
2） 有足夠的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進(jìn)行熱處理，使其硬度達(dá)到HRC40以上；
3） 對(duì)于成型會(huì)產(chǎn)生腐濁性氣體的塑料還應(yīng)選擇耐腐濁的合金鋼理；
4） 材料的拋光性能好，表面應(yīng)該光滑美觀。表面粗造度應(yīng)在Ra0.4以下；
5） 切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好；
6） 熔焊性能要好,以便修理；
7） 成型部位應(yīng)須有足夠的尺寸精度?？最惲慵镠8~H10，軸類零件為h7~h10。
（2） 型腔、型芯工作部位尺寸的確定
經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS塑料的收縮率是0.3%～0.8%
平均收縮率為: S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%
型腔工作部位的尺寸：
型腔徑向尺寸
型腔深度尺寸
型芯徑向尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
式中 L—塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸（mm）
l—塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
H—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
h—塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
C—塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）
x—修正系數(shù)，取0.5～0.75
△—塑件公差（mm）
—模具制造公差，?。?/3～1/4）△。
各工作部位尺寸計(jì)算結(jié)果詳見相應(yīng)零件圖紙所標(biāo)明
通常，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進(jìn)行收縮率計(jì)算。
6.3 成型零部件的強(qiáng)度與剛度計(jì)算
為了方便加工和熱處理，其型腔為整體形式。因此，型腔的強(qiáng)度和剛度按型腔整體式計(jì)算。由于型腔壁厚計(jì)算比較麻煩，也可參考經(jīng)驗(yàn)推薦數(shù)據(jù)。經(jīng)查有關(guān)資料可知型腔側(cè)壁厚S=65mm。
第7章 結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計(jì)
7.1 選用標(biāo)準(zhǔn)注射模架
（1）初選注射機(jī)
1）注射量：該塑料制件單件重量m=215g
澆注系統(tǒng)重量的計(jì)算可以根據(jù)澆注系統(tǒng)尺寸先計(jì)算澆注系統(tǒng)的體積
V= 3.601
粗略計(jì)算澆注系統(tǒng)重量為 3.601×1.053.5g
總重量 M=26×1.05×2=54.6g
聚苯乙烯的密度為1.054g/cm3 ，ABS的密度為1.02～1.05g/
滿足注射量 V機(jī)≥V塑件/0.80
式中 V機(jī)—額定注射量（）
V塑件塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（）= 45
或滿足注射量M機(jī)≥M塑件
式中 M機(jī)—額定注射量（g）
M塑件—塑件與澆注系統(tǒng)凝料的重量和（g）
—聚苯乙烯的密度（g/cm3）
—塑件采用塑料的密度（g/cm3）
M塑件P2/P10.8=（21.4*2*1.05）/1.054*0.8=37.89g
2）注射壓力：
P注≥P成型
經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS塑料成型時(shí)的注射壓力P成型=70～90MPa
3）鎖模力：
P鎖模力≥pF
式中p—塑料成型時(shí)型腔的壓力，ABS塑料的型腔壓力p=30MPa
F—澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)及各型腔在分型面上的投影面積
F=7208.11*2
PF=30×8187.5=216.243KN
根據(jù)以上的分析、計(jì)算，查資料初選注射機(jī)型號(hào)為：XS-ZY-125,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
理論注射容量（cm3） 125
螺桿直徑（mm） 42
注射壓力（MPa） 119
注射行程（㎜） 115
注射方式 注塞式
鎖模力（KN） 900
最大模具厚度（mm） 300
最小模具厚度（mm） 200
噴嘴圓弧半徑（mm） 12
噴嘴孔直徑（mm） 4
最大開合模行程（mm） 300
動(dòng)、定模板尺寸（㎜） 428×450
拉桿空間（㎜） 260×290
（2）選標(biāo)準(zhǔn)模架
根據(jù)以上分析、計(jì)算以及型腔尺寸及位置可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格。
模具外形尺寸：320㎜×3000 ㎜×238 ㎜
7.2 合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1.為了使導(dǎo)柱能順利地進(jìn)入導(dǎo)套，導(dǎo)柱端部應(yīng)做成錐形或半球形，導(dǎo)套的前端也應(yīng)倒角。
2.導(dǎo)柱設(shè)在動(dòng)模一側(cè)可以保護(hù)型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
3.一般導(dǎo)柱滑動(dòng)部分的配合形式按H8/f8，導(dǎo)柱和導(dǎo)套固定部分配合按H7/k6，導(dǎo)套外徑的配合按H7/k6。
4.除了動(dòng)模、定模之間設(shè)導(dǎo)柱、導(dǎo)套外，一般還在動(dòng)模座板與推板之間設(shè)置導(dǎo)柱和導(dǎo)套，以保證推出機(jī)構(gòu)的正常運(yùn)動(dòng)。
5.導(dǎo)柱的直徑應(yīng)根據(jù)模具大小而定，可參考標(biāo)準(zhǔn)模架數(shù)據(jù)選取。一次分型導(dǎo)向機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)：導(dǎo)柱固定在固定模板上，與固定模板為H7/m6的過渡配合。導(dǎo)柱直徑參考標(biāo)準(zhǔn)，取D=25mm，導(dǎo)柱頭部做成半圓形。導(dǎo)柱長(zhǎng)度與主流導(dǎo)長(zhǎng)度點(diǎn)澆口長(zhǎng)度以及塑件長(zhǎng)度等有關(guān)。
第8章 推出機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
脫模機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循下述原則：
1. 塑件滯留于動(dòng)模邊，以便借助于開模力驅(qū)動(dòng)脫模裝置，完成脫模動(dòng)作，致使模具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。
2. 防止塑件結(jié)構(gòu)變形或損壞，正確分析塑件對(duì)模腔的粘附力的大小及所部位，有針對(duì)性的選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大部位，作用面積也盡可能大一些，以防塑件變形或損壞。
3. 由于塑件收縮時(shí)包緊型芯，因此推出力作用點(diǎn)應(yīng)盡量靠近型芯，同時(shí)推出力應(yīng)施于塑件剛性和強(qiáng)度最大部位，作用面積也盡可能大一些，以防塑件變形或損壞。
4. 力求良好的塑件外觀，在選擇頂相互位置時(shí)，應(yīng)盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗绊懖淮蟮牟课?。在采用推桿脫模時(shí)，尤其要注意這個(gè)問題。
5. 結(jié)構(gòu)合理可靠，脫模結(jié)構(gòu)應(yīng)工作可靠，運(yùn)動(dòng)靈活，制造方便，更換容易，且有足夠的強(qiáng)度和剛度。
根據(jù)制件的形狀，本模具可才用頂桿頂出。
復(fù)位桿長(zhǎng)度尺寸：
L4=L頂桿固定板+L推桿行程+L型芯板=107mm
復(fù)位桿徑向尺寸參考標(biāo)準(zhǔn)見尺寸，取d=20mm。
推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)
1）.推件力的計(jì)算
推件力
式中 A—塑件包絡(luò)型芯的面積（）
—塑件對(duì)型芯單位面積上的包緊力，p取0.8×107～1.2×107Pa
—脫模斜度
—大氣壓力0.09MPa
—塑件對(duì)鋼的檫系數(shù)，約為0.1～0.3；
—制件垂直于脫模方向的投影面積（）
查資料可知道ABS的脫模斜度= A 9680
=[9680×1.0×(0.2cos -sin)/+0.09×17×15]=11.6kN
（2）確定頂出方式及頂桿位置
根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，確定在制品的四角上設(shè)置12根普通的圓頂桿。普通的圓形頂桿按GB4169.—1984選用，均可滿足頂桿剛度要求。
經(jīng)查相關(guān)資料，選用 6㎜×123㎜型號(hào)的圓型頂桿13根。
第9章 側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
外側(cè)抽芯機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)采用斜導(dǎo)柱側(cè)向分型與抽芯機(jī)構(gòu)，把兩個(gè)凹槽做成成型滑塊。
（1）計(jì)算斜導(dǎo)柱傾斜角
斜導(dǎo)柱傾斜角是決定斜導(dǎo)柱抽芯機(jī)構(gòu)中工作效果的重要參數(shù)， 大小對(duì)斜導(dǎo)柱的有效工作長(zhǎng)度、抽芯距、受力狀況等有直接影響。最常用的是。本模具采用中間值a=17度.
（2）計(jì)算斜導(dǎo)柱直徑D
由于計(jì)算比較復(fù)雜，為了方便，用查表的方法來確定斜導(dǎo)柱的直徑。先按已經(jīng)求得的抽撥力和選定的斜導(dǎo)柱傾斜角查出最大的彎曲力，然后根據(jù)和以及斜導(dǎo)柱傾斜角查出斜導(dǎo)柱直徑D=8㎜。
第10章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200°C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時(shí)其溫度在60°C以下。熱塑性塑料在注塑成型后，必須對(duì)模具進(jìn)行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模，縮短成型周期，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
由于制品平均厚度為2㎜，制品尺寸不大，確定水孔直徑為8㎜。由于冷卻水道的位置、結(jié)構(gòu)形式、孔徑、表面狀態(tài)、水的流速、模具材料等很多因素都會(huì)影響模具的熱量向冷卻水的傳遞，精確計(jì)算比較困難。實(shí)際生產(chǎn)中，通常都是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路，通過調(diào)節(jié)水溫、水速來滿足要求。
第11章 排氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)
對(duì)于小型模具，可利用分型面間隙排氣，但分型面須位于容體流動(dòng)末端。還可以利用推桿、活動(dòng)型芯等配合間隙排氣。
由于本制品尺寸不大，可利用分型面開設(shè)排氣槽、推桿的配合間隙和活動(dòng)型芯排氣即可。
分型面排氣槽應(yīng)離開型腔5～6㎜，深度h0.03㎜。利用間隙排氣，其配合間隙不能超過0.05㎜，一般為0.03～0.005㎜。
第12章 注塑機(jī)參數(shù)校核
12.1 最大注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核
由于在初選注射機(jī)和選用標(biāo)準(zhǔn)模架時(shí)是根據(jù)以上的四個(gè)技術(shù)參數(shù)及計(jì)算壁厚等因素選用的，所以注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度不必進(jìn)行校核，已經(jīng)符合所選注射機(jī)要求。
12.2 開模行程的校核
注射機(jī)最大的開模行程S
S=116<300
式中 2h件 —塑料制品高度（mm）
h澆—澆注系統(tǒng)高度
故滿足要求。
12.3 模具與注射機(jī)安裝相關(guān)部分尺寸校核
從標(biāo)準(zhǔn)模架外形尺寸看小于注射機(jī)拉桿空間，并采用壓板固定模具，所以所選注射機(jī)規(guī)格滿足要求。
第13章 繪制圖紙并編寫技術(shù)文件
13.1繪制各非標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙
詳見裝配圖紙和非標(biāo)準(zhǔn)零件圖紙
附本模具的工作原理：
? 開模時(shí)，動(dòng)模部分向后移，開模力通過斜導(dǎo)柱作用于側(cè)抽芯活塊，迫使其在動(dòng)模板的導(dǎo)滑槽內(nèi)向外滑動(dòng)，直至滑塊與塑件完全脫開，完成外側(cè)抽芯動(dòng)作，這時(shí)塑件包在型芯上隨動(dòng)模繼續(xù)后移，直至注射機(jī)頂桿與模具推板接觸，推出機(jī)構(gòu)開始工作，推桿將塑件從型芯上推出。合模時(shí)，復(fù)位桿使推出機(jī)構(gòu)復(fù)位，斜導(dǎo)柱使側(cè)型芯滑塊向內(nèi)移動(dòng)復(fù)位，繼續(xù)下一次的加工生產(chǎn)。
模具總裝配圖
13.2編寫加工工藝和裝配技術(shù)
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，塑料模具制造時(shí)應(yīng)達(dá)到以下技術(shù)要求：
a、組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應(yīng)符合相應(yīng)圖樣的要求。
b、組成模架的零件應(yīng)達(dá)到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應(yīng)活動(dòng)自如，并達(dá)到規(guī)定的平行度和垂直度要求
c、模具的功能必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求
d、為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在問題進(jìn)行修整，直至試出合格的成型件為止。
（1）加工要求
1）模具分型面及組合件的結(jié)合面應(yīng)很好貼合，局部間隙不大于0.02mm
2）模具成型表面的內(nèi)外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時(shí)允許不大于0.5mm圓角（分型面及結(jié)合面除外）。當(dāng)不允許有圓角時(shí),應(yīng)在圖樣上注明。
3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804標(biāo)準(zhǔn)即孔按H13，軸按h13，長(zhǎng)度按J14來加工。
4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級(jí)。
5）導(dǎo)柱、導(dǎo)套孔對(duì)模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級(jí)。導(dǎo)柱、導(dǎo)套之間的配合按H8/f8。
6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應(yīng)各孔配作。
7）導(dǎo)柱(直導(dǎo)柱、臺(tái)肩導(dǎo)柱)其配合部位的大徑與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級(jí)。
8）導(dǎo)套（直導(dǎo)套、帶頭導(dǎo)套）外圓與內(nèi)孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級(jí)。
9）主流道襯套的中心錐孔應(yīng)研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。
10）成型零部件：為了保證導(dǎo)向作用，動(dòng)、定模的導(dǎo)柱，導(dǎo)套孔的孔距精度應(yīng)控制在0.01mm以內(nèi)。因此，必須用坐標(biāo)鏜床對(duì)動(dòng)、定模鏜孔。在缺少坐標(biāo)鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動(dòng)、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進(jìn)行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質(zhì)模具鋼，強(qiáng)度高，耐磨性好，熱處理變形小，要求耐腐蝕，調(diào)質(zhì)淬火低溫回火≥55HRC。
型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生刀具加工路徑進(jìn)行數(shù)控銑外形加工，再銑小型芯孔和凹臺(tái)，鉆推桿孔，加工澆口。再用電火花加工成型，詳見表13-1。
型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計(jì)算機(jī)產(chǎn)生刀具加工路徑，留余量在數(shù)控銑上加工成型，再用電火花加工成型，詳見表13-2。
表 13-1 型芯的機(jī)加工工藝
序號(hào)
工序名稱
加工內(nèi)容及要求
設(shè)備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長(zhǎng)、寬、厚
3
劃線
劃線
鉗工臺(tái)
4
鉆孔
鉆孔
鉆床
5
銑削
以孔定位銑出型腔的外形
銑床
6
刨削
精刨上下面
刨床
7
鉆孔
鉆孔
鉆床
8
鉆孔
鉆旁邊側(cè)抽芯孔到規(guī)定位尺寸
鉆床
9
熱處理
淬火，表面硬度達(dá)54～58HRC
10
磨削
粗磨底面
平面磨床
11
磨削
精磨上表面，使厚度達(dá)圖紙要求
平面磨床
表 13-2 型腔的機(jī)加工工藝
序號(hào)
工序名稱
加工內(nèi)容及要求
設(shè)備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長(zhǎng)、寬、厚mm
3
劃線
劃線、打樣沖4個(gè)沉頭孔的中心
鉗工臺(tái)
4
鉆孔
鉆孔
鉆床
5
銑削
以孔定位銑出型腔的外形
銑床
6
刨削
精刨上下面
刨床
7
鉆孔
鉆型腔中間的孔
鉆床
8
鉆孔
鉆旁邊側(cè)抽芯孔到規(guī)定位尺寸
鉆床
9
熱處理
淬火，表面硬度達(dá)54～58HRC
10
磨削
粗磨底面，使厚達(dá)到要求
平面磨床
11
磨削
精磨上表面，使厚度達(dá)圖紙要求
平面磨床
(2)裝配要求：
1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應(yīng)型面保持齊平，允許推桿端面
高出型面不大于0.1mm。
2）注射模的復(fù)位桿，其端面應(yīng)與模具分型面齊平，允許低于分型面大
大于0.03mm。
3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時(shí)，其端面應(yīng)在
裝配后與其配合的零件齊平。
4）制品同一表面的成型腔分布在上、下模或兩模時(shí)，裝配后沿分型面的錯(cuò)邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。
5）凸模與凹模裝配后的配合間隙，應(yīng)保持周圍均勻。
6）需保持同軸的兩個(gè)以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動(dòng)自如。
7）模具導(dǎo)向件的導(dǎo)向部分，裝配后保證滑動(dòng)靈活，無卡滯現(xiàn)象。
8）模具裝配后，兩安裝平面應(yīng)保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級(jí)。
(3)綜合要求
1）模具、模架及其零件的工件表面，不應(yīng)有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。
2）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應(yīng)均勻，不允許有脫碳、軟點(diǎn)、氧化斑點(diǎn)及裂紋等缺陷。熱處理后應(yīng)清除氧化皮，臟物油污。
3）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應(yīng)進(jìn)行同時(shí)磨削加工，以保證模具能順利裝入模架。
4）模具的冷卻水道應(yīng)保證暢通。
設(shè)計(jì)總結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計(jì)收益匪淺，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
1．培養(yǎng)我綜合運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能、提高分析解決實(shí)際問題的能力。
2．接受模具設(shè)計(jì)工程師必須的綜合訓(xùn)練，提高實(shí)際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻(xiàn)和收集資料并進(jìn)行分析的能力；制訂設(shè)計(jì)或試驗(yàn)方案的能力；設(shè)計(jì)、計(jì)算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。
3．檢驗(yàn)我綜合素質(zhì)與實(shí)踐能力，是畢業(yè)的重要依據(jù)。
心得體會(huì)：我即將踏入工作的崗位。回想幾年的大學(xué)生涯，可謂艱辛，但收獲是豐盛的。在這幾年中，我掌握了許多模具設(shè)計(jì)與制造方面的知識(shí)，通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)充分的發(fā)揮出來。我也從中認(rèn)識(shí)到自己的不足，彌補(bǔ)了缺乏的知識(shí)面，使專業(yè)知識(shí)得到升華。這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的零件是“USB轉(zhuǎn)接盒上蓋”。雖然零件不算復(fù)雜，但我覺得是比較有特色的。通過本設(shè)計(jì)，對(duì)注塑模具有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，注意到設(shè)計(jì)中的某些細(xì)節(jié)問題，掌握了模具結(jié)構(gòu)及工作原理。使自己的所學(xué)的知識(shí)得以綜合運(yùn)用。通過對(duì)PROE和AutoCAD的學(xué)習(xí)，從而有效的提高工作效率。收音機(jī)外殼的形狀比較復(fù)雜，所以模具設(shè)計(jì)中要考慮的因素有很多，除考慮它的出模、分型面，還需考慮它成型的質(zhì)量，表面光潔度等。更重要的是考慮它的制造難度和加工成本。所以設(shè)計(jì)認(rèn)真分析塑料制品的結(jié)構(gòu)，尋求最佳的設(shè)計(jì)方案。應(yīng)用模具設(shè)計(jì)的PROE、工程圖設(shè)計(jì)的AutoCAD、文字處理排版Word等軟件更加得心應(yīng)手。遺憾沒有能用PROE把整個(gè)模具的三維結(jié)構(gòu)畫出來，主要還二維為主從而二維缺乏直觀難免有不當(dāng)和錯(cuò)誤之處！
在日后的工作學(xué)習(xí)中我定會(huì)不畏艱辛地深造和不斷地積累經(jīng)驗(yàn)，爭(zhēng)取早日在模具行業(yè)中出人頭地。
致語(yǔ)謝
在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中得到老師和同學(xué)的不少幫助，老師和同學(xué)幫我解決了很多在設(shè)計(jì)中遇到的各種問題，在此我向他們表示忠心的感謝。同時(shí)，特別感謝老師在百忙之中對(duì)我的畢業(yè)設(shè)計(jì)逐一作了仔細(xì)地審閱，并提出了許多問題和建議，使本次的設(shè)計(jì)質(zhì)量得到進(jìn)一步的提高。感謝老師對(duì)我的設(shè)計(jì)課題作出的分析。
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PBT玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料水輔注塑成型的實(shí)驗(yàn)研究
摘要：本報(bào)告的目的是通過實(shí)驗(yàn)研究聚對(duì)苯二甲酸丁二醇復(fù)合材料水輔注塑的成型工藝。實(shí)驗(yàn)在一個(gè)配備了水輔注塑統(tǒng)的80噸注塑機(jī)上進(jìn)行，包括一個(gè)水泵，一個(gè)壓力檢測(cè)器，一個(gè)注水裝置。實(shí)驗(yàn)材料包括PBT和15%玻璃纖維填充PBT的混合物以及一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤。實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝參數(shù)以及它們的機(jī)械性能。XRD也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)熔體壓力,熔融溫度，及短射類型是影響水注塑行為的決定性參數(shù)。材料在模具一面比在水一面展示了較高的結(jié)晶度。氣輔成型制品也要比水輔成型制品結(jié)晶度高。另外，制品表面的玻璃纖維大部分取向與流動(dòng)方向一致，而隨著離制品表面距離的增加，越來越多的垂直與流動(dòng)方向。
關(guān)鍵詞：水輔注塑成型，玻璃纖維增強(qiáng)PBT，工藝參數(shù)，機(jī)械性能，結(jié)晶
1．前言
依靠重量輕，成型周期短，消耗低，水輔注塑成型技術(shù)在塑料制品制造方面已經(jīng)取得了突破。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。水輔注塑成型的原理如圖1
圖1 水輔注塑成型的原理如圖
水輔注塑成型能夠在更短的循環(huán)時(shí)間內(nèi)生產(chǎn)出收縮小，翹曲小，表面質(zhì)量好的各種薄厚的制品。水輔注塑成型工藝也可根據(jù)工具及設(shè)備的承受壓力在設(shè)計(jì)，節(jié)省材料，減輕重量，減少成本方面取得更大的自由。典型的應(yīng)用有棒，管材，水路管網(wǎng)建設(shè)用的大型復(fù)合結(jié)構(gòu)管。另一方面，盡管有很多優(yōu)勢(shì)，由于加入了額外的工藝參數(shù)，模具和工藝控制變的更加嚴(yán)峻和困難。水也可能腐蝕模具鋼，同時(shí)一些材料包括熱塑性塑料難以成型。成型后水的清除也是對(duì)這個(gè)新技術(shù)的一個(gè)挑戰(zhàn)。表1列出了水輔注塑成型技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和局限性。
優(yōu)勢(shì)
局限性
1，成型周期短
2，成本低（水更便宜而且可方便地循環(huán)利用）
3，制品內(nèi)部不產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。
1，水腐蝕模具
2，需要較大的注塑元件。（容易陷入聚合物熔體）
3，一些材料難以成型（尤其是非晶態(tài)熱塑性材料）
4，成型后需要清除水
表1
水輔注塑成型有優(yōu)勢(shì)超過它更有名的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手，氣輔注塑成型，因?yàn)橐揽克诔尚瓦^程中更好的冷卻能力，水輔注塑成型獲得了更短的成型周期。它的不可壓縮性，低成本以及易循環(huán)利用，水成為這一過程的理想媒介。既然水不會(huì)溶解和擴(kuò)散到聚合物熔體中，那么經(jīng)常在氣輔成型工藝出現(xiàn)的氣泡現(xiàn)象也便消除了。另外，水輔注塑成型能更好的用小剩余壁厚成型大型制件。表2是對(duì)水輔和氣輔成型工藝的一個(gè)比較。
表2水輔和氣輔成型工藝比較。
水輔
氣輔
1成型周期
2介質(zhì)成本
3氣泡現(xiàn)象
5殘余壁厚
6表面粗糙度
7表面光澤
8指形效應(yīng)
9非均勻穿透
10制品透明度
11內(nèi)表面（熱塑性半晶）
12內(nèi)表面（熱固性）
短
低
無
小
小
高
大
穩(wěn)定
高
平滑
粗糙
長(zhǎng)
高
有
大
高
低
小
不穩(wěn)定
低
粗糙
平滑
隨著對(duì)密度小，強(qiáng)度高，價(jià)格便宜，成型周期短的優(yōu)良性能材料需求的增加，塑料工程是一個(gè)不可忽視的工藝。這些塑料包括熱塑性和熱固性塑料。一般來說，熱塑性塑料以其更高的沖擊強(qiáng)度，斷裂阻力，疲勞強(qiáng)度而更有優(yōu)勢(shì)。這使得熱塑性塑料在工程建設(shè)中廣泛使用。
PBT是廣泛使用的熱塑性工程塑料之一，它有1，4—丁烯乙2醇和DMT聚合而成。玻纖增強(qiáng)混合材料適用于提高原材料的機(jī)械性能。今天，短玻璃纖維增強(qiáng)PBT已被廣泛應(yīng)用與電子，通信，汽車領(lǐng)域。所以，對(duì)玻璃纖維增強(qiáng)PBT的研究更加重要了。本文是通過實(shí)驗(yàn)研究聚對(duì)苯二甲酸丁二醇水輔注塑的成型工藝，實(shí)驗(yàn)在一個(gè)配備了水輔注塑統(tǒng)的80噸注塑機(jī)上進(jìn)行，包括一個(gè)水泵一個(gè)壓力檢測(cè)器，一個(gè)注水裝置。實(shí)驗(yàn)材料包括PBT和15%玻璃纖維填充PBT的混合物以及一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤。實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝參數(shù)以及它們的機(jī)械性能。XRD也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。
2．實(shí)驗(yàn)步驟
2.1 材料
實(shí)驗(yàn)材料包括PBT（牌號(hào)1111FB，南亞塑料，臺(tái)灣）和15%玻璃纖維填充PBT的混合物（牌號(hào)1210G3，南亞塑料，臺(tái)灣）。表3列出了此混合材料的特征。
表3 纖維增強(qiáng)PBT復(fù)合材料特征
性質(zhì)
ASTM
PBT
15%G.F.PBT
屈服應(yīng)力(kg/cm2)
彎曲應(yīng)力(kg/cm2)
硬度
熱變形溫度（℃）
MFI
沖擊強(qiáng)度
熔點(diǎn)（℃）
D-638
D-570
D-785
D-648
D-1238
D-256
DSC
600
900
119
60
40
5
224
1000
1500
120
200
25
5
224
2.2 水輔注塑元件
一個(gè)實(shí)驗(yàn)室注水元件，包括一個(gè)水泵，一個(gè)壓力檢測(cè)器，一個(gè)注水閥，一個(gè)配備了溫度調(diào)節(jié)裝置的水箱，以及一個(gè)控制電路。這個(gè)孔板型注水閥每邊有兩個(gè)孔，用來成型制件。實(shí)驗(yàn)過程中，注水閥的控制電路收到由注塑機(jī)產(chǎn)生的信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)時(shí)間和注水壓力的控制。在注入模具行腔之前，水在有溫控裝置的水箱里加熱30分鐘。
2.3注塑機(jī)和模具
水輔注塑成型實(shí)驗(yàn)在一個(gè)最高注塑速率109cm3/s的80噸注塑機(jī)上進(jìn)行。研究使用了一個(gè)中間有一個(gè)肋板的空心盤。圖2顯示了這個(gè)行腔的尺寸。模具溫度由一個(gè)水循環(huán)模溫控制元件調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)根據(jù)水注入制品的長(zhǎng)度的影響測(cè)得了各種工藝參數(shù)，包括熔體溫度，模具溫度，熔體充模壓力，水溫和水壓，注水延遲時(shí)間和保持時(shí)間，以及熔體短射類型。表4列出這些工藝參數(shù)及在實(shí)驗(yàn)中的數(shù)值。
A
B
C
D
E
F
熔體壓力
熔體溫度
短射類型
水 壓
水 溫
模具溫度
140
126
114
98
84
280
275
270
265
260
76
77
78
80
81
8
9
10
11
12
80
75
70
65
60
80
75
70
65
60
表 4
2.4氣輔注塑元件
為了對(duì)水輔和氣輔注塑成型制件進(jìn)行比較，氣輔注塑成型實(shí)驗(yàn)使用了一個(gè)商用氣輔注塑成型元件，其具體配置可參考RCFS。氣輔注塑成型工藝控制和水輔注塑成型一樣，除了氣體溫度設(shè)置為25外。
圖2 模具行腔的尺寸和外形
2.5 XRD
為了分析水輔注塑成型制品的晶體結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)使用了具有二維探測(cè)分析傳輸模式的廣角X射線衍射儀。更特別的是實(shí)驗(yàn)對(duì)水輔注塑成型制品模具一邊和水一邊的樣品在7到40的范圍內(nèi)進(jìn)行測(cè)量。分析所用的樣品來自制品中心。為了獲得XRD樣品要求的厚度，多余的部分在一個(gè)旋轉(zhuǎn)輪上打磨掉。首先用濕的碳硅紗布，而后用粒度300的，再用粒度600和1200的，以獲得更好的表面質(zhì)量。
2.6機(jī)械性能
拉伸強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度測(cè)試在一個(gè)拉力測(cè)試機(jī)上進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)對(duì)水輔注塑成型制件樣本進(jìn)行拉力測(cè)試以評(píng)估水溫對(duì)拉伸性能的影響。樣本的尺寸為30mm*10mm*1mm.
水輔注塑成型制件的彎曲實(shí)驗(yàn)也在室溫下進(jìn)行。彎曲樣本的尺寸為20mm*10mm*1mm
2.7顯微鏡觀察
用電子掃描顯微鏡（型號(hào)5410）觀察制品中纖維的分子取向。樣品為取自注塑成型制件厚度方向上（圖3）。在垂直于流動(dòng)方向了對(duì)截面進(jìn)行觀察。觀察前，所有樣品表面鍍金。
圖3拉伸和彎曲測(cè)試切取樣品的位置圖示
3結(jié)果和討論
所有實(shí)驗(yàn)在一個(gè)最高注塑速率109cm3/s的80噸注塑機(jī)上進(jìn)行。所有研究中使用了一個(gè)中間有一個(gè)肋板水道的空心盤。
3.1制品的指形效應(yīng)
所有制品都在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應(yīng)。并且，玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料指形效應(yīng)比不增強(qiáng)的更嚴(yán)重，如圖4所示。指形效應(yīng)一般在一種密度小，粘性低的液體穿過另一種密度大，粘性高的不相溶液體時(shí)產(chǎn)生。考慮一個(gè)密度和黏度變化都很快的兩相界面或區(qū)域。流體移動(dòng)的壓力P2-P1導(dǎo)致有效的置換量用下式描述
這里U是特性速率，K是穿透性。當(dāng)壓力為正時(shí)，任何很小的置換量都會(huì)被放大，導(dǎo)致不穩(wěn)定并出現(xiàn)指形效應(yīng)。當(dāng)一種液體被比它密度低，黏度小的液體置換時(shí)，我們知道ｕ=ｕ1-ｕ2》0，而且U》O。這時(shí)，當(dāng)一個(gè)黏度較高的液體被一種黏度較低的液體置換時(shí)，這種液體流動(dòng)性較高，會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定和指形效應(yīng)。這次研究的結(jié)果顯示玻璃纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料更傾向于指形效應(yīng)。這也許是因?yàn)椴ＡЮw維增強(qiáng)的復(fù)合材料和水的黏度差比較大。因此水輔注塑成型復(fù)合材料顯示了更嚴(yán)重的指形效應(yīng)。
3.2水穿透對(duì)工藝參數(shù)的影響
圖4 PBT復(fù)合材料水輔注塑成型照片
3.2工藝參數(shù)對(duì)水穿透的影響
實(shí)驗(yàn)根據(jù)水穿透行為的影響測(cè)得了各種工藝參數(shù)。表4列出這些工藝參數(shù)以及實(shí)驗(yàn)中使用的數(shù)值。為了成型制件，引用了一個(gè)重要工藝條件。通過在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中改變一個(gè)參數(shù)，我們可以更好的理解在復(fù)合材料水輔注塑成型中每個(gè)參數(shù)對(duì)水穿透行為的影響。成型后，實(shí)驗(yàn)測(cè)量了水注塑的長(zhǎng)度。圖5-10顯示了工藝參數(shù)對(duì)水注塑長(zhǎng)度的影響，包括熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射類型，水溫以及水壓。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，水在純凈PBT中比在玻璃纖維增強(qiáng)PBT復(fù)合材料中穿透更深。這是由于玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料冷卻過程中體積收縮更小，因此，制品被水穿過的長(zhǎng)度要短些。
熔體充模壓力
圖5，熔體充模壓力對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
熔體溫度
圖6 熔體溫度對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
模具溫度
圖7模具溫度對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
短射類型
圖8短射類型對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
水溫
圖9水溫對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
水壓
圖10水壓對(duì)水穿過長(zhǎng)度的影響
由圖5可以看出，水穿過長(zhǎng)度隨著熔體充模壓力的增大而減小。這可以解釋為由于熔體充模壓力增大，模具行腔對(duì)流動(dòng)的阻力增加，因此水更難以進(jìn)入材料的內(nèi)部。水穿過長(zhǎng)度因而變短。
圖6可以看出成型PBT復(fù)合材料制品時(shí)，隨著熔體溫度是增加水穿過長(zhǎng)度也會(huì)變短。這也許是因?yàn)殡S著溫度增加聚合物熔體的黏度降低。較低的熔體黏度有利于水包裹住水道，減少空閑區(qū)域，而不是更深的穿透。水道開頭孔的變小導(dǎo)致了水穿過長(zhǎng)度的變短。
如圖7，增加模具溫度稍微降低了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。這也許是因?yàn)樵黾幽＞邷囟冉档土死鋮s速率以及材料的黏度。于是水就包裹了水道，減少了水道口附近的空閑空間，而不是更深的穿透制品。
如圖8，增加短射率降低了水穿過長(zhǎng)度。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。聚合物熔體短射率的增加降低了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。
作為實(shí)驗(yàn)中的工藝參數(shù)，增加水溫或者水壓都增加了水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度。增加水溫降低了冷卻速率，是聚合物熔體更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保溫，它的黏度也因此降低。這有利于水更深的進(jìn)入進(jìn)品中心。增加水壓也有利于水穿過物體，因此而獲得更深的穿透長(zhǎng)度。
最后，制品的偏差，各種工藝參數(shù)測(cè)量的主觀性，
最大的制品偏差是翹曲。表11的結(jié)果顯示制品翹曲隨著水在成型制品中的穿過長(zhǎng)度的降低而減少。這是因?yàn)樗┻^制品的長(zhǎng)度越長(zhǎng)，包裹聚合物材料的水就越多。制品的翹曲和收縮也因而降低。
水穿過制品的長(zhǎng)度
3.3成型制品的結(jié)晶
PBT是一個(gè)結(jié)晶速率很高的半結(jié)晶熱塑性聚脂。在水輔注塑成型過程中，結(jié)晶在非等溫條件下發(fā)生，冷卻速率隨著冷卻時(shí)間而變化。這里研究了各種工藝參數(shù)包括充熔體溫度，模具溫度，以及水溫對(duì)成型制品結(jié)晶的影響。測(cè)量使用了2維廣角X射線衍射儀。表12的結(jié)果顯示所有材料在模具層的結(jié)晶比在水層的結(jié)晶度要高。這個(gè)結(jié)果標(biāo)志著在冷卻過程中水有著更好的冷卻能力。這與我們?cè)缦韧ㄟ^測(cè)量模內(nèi)溫度分布得到的結(jié)果一致。另外，表12C的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示成型材料的結(jié)晶隨著水溫的增加而增加。這是因?yàn)樵黾铀疁亟档土死鋮s過程中的材料冷卻速率。成型制品因而有更高的結(jié)晶度。
熔體溫度，模具溫度，以及水溫對(duì)水輔成型制品結(jié)晶的影響
另一方面，為了對(duì)水輔和氣輔注塑成型制品的結(jié)晶作一個(gè)比較，我們?cè)谕慌_(tái)注塑機(jī)上做了實(shí)驗(yàn)，不同的是注塑機(jī)裝備了一個(gè)高壓氮?dú)庾⑺苎b置。圖13的結(jié)果顯示氣輔注塑成型制品比水輔注塑成型制品有著更高的結(jié)晶度。這是因?yàn)樗瓤諝獾睦鋮s能力高，冷卻快。因而水輔注塑成型制品比氣輔注塑成型制品的結(jié)晶度要低些。
圖13，水輔和氣輔成型制品的結(jié)晶度
3.4機(jī)械性能
對(duì)水輔注塑成型制品樣本進(jìn)行拉伸測(cè)試以觀察水溫對(duì)拉伸性能的影響，表14的測(cè)量結(jié)果顯示其隨水溫增高而降低。正如我們看到的，PBT材料的屈服應(yīng)力和拉伸應(yīng)力都隨著溫度增高而降低。另一方面，PBT水輔注塑成型制品彎曲強(qiáng)度測(cè)試也在室溫下進(jìn)行。圖15的測(cè)試結(jié)果顯示，制品的彎曲強(qiáng)度也隨溫度升高而降低。
圖15 水溫對(duì)PBT制品彎曲強(qiáng)度的影響
圖14水溫對(duì)PBT制品拉伸性能的影響
一般來說，增高水溫降低了冷卻速率，使制品的結(jié)晶度增高。正如我們所知，對(duì)于半結(jié)晶熱塑性塑料，較高的結(jié)晶度意味著較低的自由體積因而增加了制品的剛度。但是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，結(jié)晶度對(duì)PBT力學(xué)性能的影響是微不足道的，有更重要的增加了PBT材料的拉伸和彎曲應(yīng)力。成型材料的機(jī)械性能取決于成型過程中結(jié)晶的數(shù)量和晶體類型。PBT的延展性隨著結(jié)晶降低的事實(shí)說明PBT在冷卻速率較低的成型過程中結(jié)晶度和剛性增加，因?yàn)槿狈ρ诱剐裕尚椭破吩诶鞙y(cè)試中的數(shù)值較高，而剛度沒有預(yù)期的高。無論如何，需要更詳細(xì) 的實(shí)驗(yàn)研究水輔注塑成型制品的形態(tài)參數(shù)以及相關(guān)的機(jī)械性能。
3.5成型制品中纖維取向
從制品的中間切取小的樣品用來觀察纖維的取向。觀察的位置如圖3所示。觀察前，所有樣品的表面被磨光并鍍金。圖16顯示了水輔注塑成型制品的微型結(jié)構(gòu)。
圖16 PBT復(fù)合材料水輔注塑成型制品的纖維取向
測(cè)量結(jié)果顯示水輔注塑成型制品中的纖維取向與常規(guī)注塑制品有明顯區(qū)別。
在常規(guī)注塑制品中一般觀察兩個(gè)區(qū)域：薄壁處與中心。在薄壁區(qū)域，所有纖維取向與流動(dòng)方向平行，而在中心，纖維在流動(dòng)平面內(nèi)取向隨意。與常規(guī)注塑成型相比，水輔注塑成型技術(shù)的充模方式不同。對(duì)于常規(guī)注塑機(jī)，一個(gè)循環(huán)周期被定義為充模，保壓，冷卻3個(gè)階段。而在水輔注塑成型過程中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。這個(gè)新穎的充模方式明顯影響了纖維的取向。
由圖16可以看出，水輔注塑成型制品的纖維取向大致可分為3個(gè)區(qū)域，在模具一邊的表面，這里充模時(shí)剪切很嚴(yán)重，纖維很規(guī)則的平行。在水一側(cè)的表面，剪切作用不明顯，速率快，在這種情況下，纖維更傾向與垂直與注射方向。在制品中心，纖維取向很隨意。 總的來說，模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動(dòng)方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動(dòng)方向。最后，應(yīng)該注意的是，我們實(shí)驗(yàn)室應(yīng)該在今后的研究中對(duì)水輔注塑成型和常規(guī)注塑成型的纖維取向和形態(tài)做一個(gè)定量的比較。
4結(jié)論
本報(bào)告的目的是通過實(shí)驗(yàn)研究聚對(duì)苯二甲酸丁二醇復(fù)合材料水輔注塑的成型工藝?；诋?dāng)前實(shí)驗(yàn)可得出以下結(jié)論
1. 水輔注塑成型制品在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應(yīng)。并且，玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的指形效應(yīng)比不增強(qiáng)的更嚴(yán)重
2. 研究的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示PBT復(fù)合材料的水穿透長(zhǎng)度隨著水溫和水壓的增加而增加。隨著熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射量的增加而降低。，
3. 制品的翹曲隨著水穿透的程度而降低了。
4. 注塑制品的結(jié)晶度隨著水溫的升高而提高。水輔成型制品的結(jié)晶度比氣輔的要低。
5. 模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動(dòng)方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動(dòng)方向
感謝
感謝臺(tái)灣科學(xué)委員會(huì)對(duì)研究工作的資金支持！
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