电脑桌孔用注塑模具设计
1  引言
注塑成型是现代塑料工业中的一种重要的加工方法，世界上注塑模的产量约占塑料成型模具总产量的50%以上。注塑成型能一次成型形状复杂、尺寸精确的制品，适合高效率、大批量的生产方式，已经发展成为热塑性塑料和部分热固性塑料最主要的成型加工方法，一般需要经过反复调试和修模才能正式投入生产，这种传统的生产方式不仅使产品的生产周期延长，生产成本增加，而且难以保证产品的质量。要解决这些问题，必须以科学分析的方法，研究各个成型过程的关键技术，为实现注塑产品的更新换代，提高企业竞争能力，必须进行注塑模具设计与制造，及成型过程分析的CAD/CAE/CAM集成技术的研究。国外注塑模CAD/CAE/CAM技术研究的成果有关统计数据表明：采用注塑模CAD/CAE/CAM技术能使设计时间缩短50%，制造时间缩短30%，成本下降10%，塑料节省7%。注塑模计算机模拟技术正朝着与CAD/CAE无缝整体集成化方向发展，注塑CAD所构造的几何模型为实现注塑模CAE技术提供了基本的几何拓扑信息和特征信息，注塑模CAE的目标是通过对塑料材料性能的研究和注射成型工艺过程的模拟和分析，为塑料制品的设计、材料的选择、模具设计、注射成型工艺的制定及注射成型工艺过程的控制提供科学依据。现时国际上占主流地位的注射模CAD软件有Pro/E、UG等；结构分析软件有Analysis等；注射过程数值分析软件有MoldFlow等；数控加工软件有MasterCAM、Cimatron等。总体来说，国内的模具设计与制造技术与发达国家相比有很大差距.
2  产品成型工艺分析
2．1  拟定总体方案
本课题为电脑桌孔用塑件注塑模具设计，其外形结构如图1所示。设计电脑桌孔用塑件的注塑模具遇到的难点：塑件凹槽不可以直接脱模，需考虑采用侧抽芯机构脱模；浇口位置的选择应不影响塑件的外表形状，拟用潜伏浇口形式。塑件材料选用ABS，一模两腔。
图1  电脑桌孔用塑件
2．2  产品工艺分析
2.2.1  ABS塑件的性能
经分析，本设计中选用ABS为制件材料。ABS塑料具有良好的综合物理力学性能，它具有聚苯乙烯的良好成型性，聚丁二烯的韧度，聚丙烯腈的化学稳定性和表面硬度，其抗拉强度可达35～50MPa，使用温度在-40℃～100℃，耐热，耐腐，耐油，耐磨，而且尺寸稳定，加工性能优良，适合于一般的机械零件，减磨耐磨零件，传动零件和电信结构件。
ABS塑料的性能：ABS塑料为淡黄色不透明，非结晶塑料，密度为1.02～1.05g/cm3，ABS是无定型聚合物，无明显熔点，熔融流动温度不太高，在160～190℃范围具有充分的流动性，而且热稳定性较好，在约285℃时才出现分解现象，因此具有较广的加工温度。ABS具有有一定的吸湿性，含水量为0.3%～0.8%，成型时会在制件上产生斑痕，云纹，气泡等缺陷，故在成型之前要对其进行干燥处理，在80～90℃下干燥2～3h便可以满足各种成型要求，使塑料具有更好的表面光泽并可改善内在质量。ABS具有较小的成型收缩率，收缩变化范围约在ε=0.3%～0.8%，弹性模量E=1.5×103MPa，柏松比μ=0.3。
2.2.2  ABS成型工艺
注塑是ABS塑料最重要的成型方法，在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机的动模板和定模板上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要校核该模具所需要的锁模力。是否在注塑机允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭合高度都应该通过校核。经分析，本设计采用卧式注塑机。螺杆式注塑机的工艺参数如下表：
表1  ABS塑料的注射工艺参数
注塑机类型    喷嘴形式    喷嘴温度/℃    料筒温度/℃
螺杆式注塑机    直通式    190～200    前段    中段    后段
            200～220    220～240    190～200
模具温度/℃    注射压力/ MPa    保压力/ MPa    注射时间/s
60～85    85～120    50～80    3～5
保压时间/s    冷却时间/s    成型周期/s    成型温度/℃
15～30    15～30    40～70    160～190
3  注塑机的选择
在设计模具时，为了生产出合格的塑料制件，除了应掌握注塑成型工艺过程外，还应对所选用的注塑机的有关技术参数进行全面的了解。注塑机是塑料注塑成型所用的主要设备。注塑成型时模具安装在注塑机上，通过注塑机的液压锁模机构使动定模处于合模状态。这就需要校核该模具所需要的锁模力是否在注塑机的允许范围内。另外模具的开模行程和最大闭合高度都应该通过校核。
3.1  注射量的计算
（1）塑件质量、体积计算
由PRO/E软件分析得知塑件的体积为4.0018cm3，ABS的平均收缩率取0.55%，则塑件型腔体积V1=4.0238cm3，取塑件的密度为1.05 g/cm3 ，则塑件的质量M1≈=1.05×4.0238≈4.225g。
（2）浇注系统凝料体积的初步估算
可按塑件体积的0.6倍计算，由于该模具采用一模两腔，所以浇注系统凝料体积为V2=2×V1×0.6=2×4.0238×0.6≈4.8286cm3 。
3.2  注塑机型号的选择
根据以上计算初步选择注塑机的型号为：XS-ZY-60
表2  XS-ZY-60型卧式注塑机主要技术参数
注塑机型号    XS-ZY-60
注射容量/cm3    60
注射压力/MPa    122
锁模力/10kN    50
最大开模行程/mm    180
最大注射面积/cm2    130
最大模具厚度/mm    200
最小模具厚度/mm    70
喷嘴球半径/mm    12
喷嘴孔直径/mm    4
对注射机注射工艺参数校核如下：
（1） 注塑压力校核
塑件成型所需压力与注射机类型、喷嘴形式、塑料流动性、制品形状及尺寸、浇注系统、型腔流动阻力等因素有关。设计模具时，可参考各种塑料的注射成型工艺确定塑件的注射压力，再与注射机的额定压力相比较。
P≥kP0
式中：P—注射机注射压力；
k—安全系数k=1.25～1.4；
P0 —塑件成型时所需的注射压力 对于ABS 常取80～110MPa。
注射压力的范围为100MPa～140MPa，XS-ZY-60的注射压力 P=122MPa，满足条件。
（2）注塑量的校核
Vr≤0.8Vmax
式中： Vr— 成形塑件所要求的注塑量
Vmax —注塑机一次所能注射量Vmax=60cm3
由于该模具采用一模两腔，所以浇注系统体积为Vr=2V1+V2 ≈12.8762cm3，故Vmax≥Vr/0.8≈12.8762/0.8≈16.0953cm3 ，满足要求。
（3）锁模力的校核
当高压的塑料熔体充满型腔时，会产生一个沿注射机轴向的很大的推力，其大小等于制件与浇注系统在分型面上垂直投影之和乘以型腔内塑料熔体的平均压力。该推力应小于注射机额定的锁模力F，否则注射成型时会因锁模力不够而发生溢料现象。锁模力F应满足：
F≥K0 (A1+A2) p
式中：  
F—注射机额定锁模力（N）该注射机为500kN；
K0—锁模力安全系数，一般去=1.1～1.2，取K0=1.2；
A1—2个塑件在模具分型面上的投影面积（mm2），A1=3380.72mm2；
A2—浇注系统在模具分型面上的投影面积（mm2），A2≈0.3A1=1014.216mm；
p—型腔的平均压力(MPa)，ABS对模腔内压力取30 MPa；
Fm=1.2(3380.72+1014.216)30= 158.21kN<500kN  符合要求。
4  型腔布局及分型面的选择
4.1 型腔数目及排列方式
（1)本设计采用一模两腔。
（2)型腔的布置
型腔的排列涉及模具的尺寸，浇注系统的平衡，抽芯机构的设计及模具在开模时的受力平衡等问题，因此在设计中应根据各方面情况进行综合考虑，并在设计中进行必要的修改，以达到完善的结果。本设计中，由于制件不可直接脱模，加之采用一模两腔，并且结合浇注系统的合理性，故采用潜伏浇口强制推出的方式。
图2  型腔分布
4.2  分型面选择
一般选择分型面是要考虑以下几点：
（1)便于塑料件的脱模；
（2)要满足塑料件外观质量要求；
（3)能保证塑料件的尺寸精度要求，可以满足其使用，配合要求；
（4)有利于防止溢料和考虑飞边在塑料件上的位置，以及飞边去除的难易程度；
（5)要有利于排气。
图3  分型面
5  标准模架的确定
5.1  模架的选择
根据塑件型腔部位的投影，取塑件与塑件之间距离为66mm,凹模壁厚为10mm。所以得到型腔板尺寸为66+55+55+20=196mm。又根据模具侧抽芯需要，采用250mmX250mm的A1型标准模架。
原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/mjsk/24669.html