塑料模具工艺性分析

一、塑件工艺性分析

1.塑件原材料的成型特性分析

ABS是聚苯乙烯的改性产品，是目前产量最大、应用最广的工程塑料。ABS是不透明非结晶型聚合物，无毒、无味,密度为1.02~1.05g/cm3

ABS具有突出的力学性能，坚固，坚韧，坚硬;具有一定的化学性能和良好的介电性能；具有较好的尺寸稳定性，易于成型和机械加工，成型塑件表面有较好的光泽，经过调色可配成任何颜色，表面可镀铬。其缺点是耐热性差，连续工作温度为70℃左右，热变形温度为93℃左右，但热变形温度比聚苯乙烯、聚氯乙烯、尼龙等都高；耐候性差，在紫外线作用下易变硬发脆。

ABS成型性能如下:

（1）易吸水，成型加工前应干燥处理，表面光泽要求高的塑件应长时间预热干燥。

(2)流动性中等，溢边值为0.04mm左右

(3)壁厚和熔料温度对收缩率影响极小，塑件尺寸精度高

(4)比热容低，塑化效率高，凝固也快，故成型周期短。

(5)表观粘度对剪切速率的依赖性很强，因此模具设计中大都采

用点浇口形式。

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(6)易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量减少浇注系统对料流的阻力。

(7)宜采用高料温、高模温、高注射压力成型。在要求塑件精度高时，模具温度可控制在50~60℃；而在强调塑件光泽和耐热时，模具温度应控制60~80℃。

(8)顶出力过大或机械加工时塑件表面会留下白色痕迹，脱模斜度易取2°以上。

2.塑件的尺寸精度和表面质量的分析

该塑件的尺寸精度无特殊要求，所有尺寸均为自由尺寸，未注公差按MT5级查取公差，塑件上的主要尺寸的公差要求如下：外形尺寸21.50-0.44 5.80-0.24 120-0.32 170-0.38 5.80-0.24内形尺寸3.30+0.24 R490+0.64 10+0.20 60+0。24 6.90+0.28

塑件的表面质量无特殊要求。

3.塑件的结构工艺性分析

①从图纸上看，，该塑件左下部有两个均布的加强肋，可增强塑件的强度，减小塑件的变形。

②壁厚相对均匀，且符合最小壁厚的要求，无圆角。

③为使塑件顺利脱模，可在塑件内部及加强肋处增设1°～2°的拔模斜度。

综合来看，该塑件无特殊的结构要求和精度要求，在注射成型生产时，只要工艺参数控制得当，该塑件是比较容易成型的。

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4.塑件的生产批量

该塑件的生产类型是大批量生产，因此在模具设计中要提高塑件的生产率，倾向于采用多型腔、高寿命、自动脱模模具，以便降低生产成本。

二、工艺方案的确定

1.塑件的体积和质量

（1）塑件的体积：

V=2*5.8*2.5+(7.5*1.5*2.4-1/2*1.5)*4+2*7.5*1.4*6.9+1/3*14(3* 17+2*16.5+√3*17*2*16.5) ≈853.33mm3

(2) 塑件的质量：

查有关手册，ABS的密度为m=ρv=1.03*853.33*10-3≈0.88 g

2.分型面的选择

不论塑件的结构如何以及采用何种设计方法，都必须先确定分型面，因为模具结构很大程度上取决于分型面的选择。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量、便于清除毛刺及飞边、有利于排除模具型腔内的气体、分模后塑件留在动模一侧及便于取出塑件等因素，分型面应选择在塑件外形轮廓的最大处，如下图所示

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3.确定型腔数量

由于该单个塑件，体积较小，约为0.85cm3，且此塑件的生产批量为大批量生产，为尽量提高生产率，决定采用一模4件的模具结构，型腔环形分布在型腔板上，这样有利于浇注系统的排列和模具的平衡。

4.初选注塑机

（1）根据该塑件的体积、结构特点和ABS的成型性能，查有关资料初步确定塑件的注射成型工艺参数，见下表

塑件的注射成型工艺参数

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（2）确定模具温度及冷却方式

ABS为非结晶型塑料，流动性中等，壁厚一般，因此在保证顺利脱模的前提下应尽可能降低模温，以缩短冷却时间，从而提高生产率。所以模具应考虑采用适当的循环水冷却，成型模具温度控制在50～70℃。

（3）确定成型设备

由于塑件采用注射成型加工，使用一模四腔分布，因此可计算出一次成型过程所用塑料量为：W=4m+m废=4*0.88+0.88*20%=3.696g 5

根据以上一次注射量的分析以及考虑到塑件的结构、生产批量及注射工艺参数、注射模具尺寸大小等因素，参考资料可得，初选SZY-300型螺杆式注射机，螺杆式注射机的主要参数如下：

三．模具结构的设计

1.浇注系统的设计

浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四个部分组成。考虑到塑件是采用一模四腔的布置，属于大批量生产等情况，浇口采用对各种塑料的成型适应性均较强，加工和维修方便的侧浇口。浇注系统的设6

计如下图所示

:

（1）主流道和定位圈的设计

主流道采用可拆卸更换的浇口套，浇口套和定位圈属于注射模具的通用件，设计者尽量采用推荐尺寸的浇口套和定位圈。

查资料得到SYZ-300型注射机喷嘴有关尺寸：喷嘴前端球面半径SR0=12㎜；喷嘴孔直径d0=φ4.

根据模具主流道和喷嘴的关系：SR=SR0+（1～2）㎜，

d=d0+0.5㎜,取：主流道球面半径SR=14㎜(取标准值)；主流道的小端直径d=φ4.5㎜.

为了便于将凝料从主流道中拔出，将主流道设计成圆锥形，其斜度为2°～4°。计算其大端直径约为φ4㎜，同时为了使熔料顺利进入分流道，在主流道出料端设计R=1～5㎜的圆弧过渡。该模具的浇口套和定位圈设计如图1、图2.图1

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图

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（2）分流道的设计

分流道的形状及尺寸与塑件的体积、壁厚、形状的复杂程度、注射速率等因素有关。该塑件的体积不大，形状也不算太复杂，且壁厚均匀，采用一处进料方式，缩短分流道长度，有利于塑件的成型和外观质量的保证。本任务从便于加工的方面考虑，采用截面形状为半圆形的分流道如下图，查有关资料取R=5mm

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(3)浇口的设计

根据塑件的型腔分布情况，选用如下图所示的侧浇口，浇口的位置选择在塑件最右端处，不影响塑件的外观。

（4）冷料穴的设计

冷料穴用于储存流动熔体前端的冷料头，避免这些冷料进入型腔影响塑件质量或堵塞浇口。冷料穴设置在主流道的末端和分流道的转向位置处，其长度通常为浇道直径d的1.5～2倍。

2.型腔布置

对于一模多件的模具型腔布置，在保证浇注系统分流道的流程短、模具结构紧凑、模具能正常工作的前提下，尽可能使模具型

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腔对称、均衡、取件方便。本模具采用一模四腔，型腔中心对称分布，如下图所示：

3.成型零件的结构设计

（1）型腔设计

考虑到该塑件的型腔不算复杂，塑件的尺寸较小，以及冷却水道的布置方便等，决定采用结构简单紧凑的整体式型腔。(2)型芯设计

组合式型芯可节省贵重模具钢，便于机械加工和热处理，修理及更换方便，同时也有利于型芯冷却和排气。由于该塑件有

加强肋，考虑到型芯加工制造方便和降低模具成本，故采用组

合式型芯。

4.推出结构设计

根据该塑件的形状特点，其推出机构可采用推杆和推件板推出，其中，推件板推出机构可靠，顶出力均匀，不影响塑件的外观，但制造困难，成本高；推杆推出机构简单，推出平稳，虽然推出时会在塑件内部型腔上留下顶出痕迹，但不影响塑件外观，所以还是选择推杆10

推出。

5.冷却系统的设计

该塑件采用大批量生产，应尽量缩短成型周期，提高生产效率；ABS为非结晶型塑料，流动性中等，因此，采用冷却水冷却，冷却水道开在定模板。

四．主要零部件计算

1.型零件的成型尺寸

该塑件的成型零件尺寸均按平均值法计算，查有关手册得ABS的收缩率为0.4%～0.7%，故平均收缩率

S CP=(0.4%+0.7%)/2=0.55%=0.0055，根据塑件尺寸公差要求，模具制造公差取δZ=△/4，成型零件尺寸计算如下:

型腔的计算：径向尺寸公式为：（L m）0+δZ=[(1+S CP)L S-0.75△］0+δZ 170-0.38=[(1+0.0055)*17-0.75*0.38］0+0.095=16.800+0.095

16.50-0.38=[(1+0.0055)*16.5-0.75*0.38］0+0.095=16.310+0.095

20-0.2=[(1+0.0055)*2-0.75*0.2］0+0.05=1.860+0.05

30-0.2=[(1+0.0055)*3-0.75*0.2］0+0.05=2.870+0.05

5.80-0.24=[(1+0.0055)*5.8-0.75*0.24］0+0.06=5.650+0.06

60-0.24=[(1+0.0055)*6-0.75*0.24］0+0.06=5.850+0.06

6.90-0.28=[(1+0.0055)*6.9-0.75*0.28］0+0.07=6.730+0.07

型腔深度公式为：(H m) 0+δZ =[(1+S CP)H S-2/3△］0+δZ

120-0.32=[(1+0.0055)*12-2/3*0.32］0+0.08=11.850+0.08 11

1220-0.2=[(1+0.0055)*2-2/3*0.2］0+0.05=1.880+0.05

21.50-0.44=[(1+0.0055)*21.5-2/3*0.44］0+0.11=21.320+0.11 490-0.64=[(1+0.0055)*49-2/3*0.64］0+0.16

型芯的计算：径向尺寸公式为：(l m )0-δz = [(1+S CP )l s +0.75△］0-δz 3.30+0.24= [(1+0.0055 )*3.3+0.75*0.24］0-0.06=3.500-0.06 10+0.2= [(1+0.0055 )*1+0.75*0.2］0-0.05

型芯高度公式为：(h m )0-δz = [(1+S CP )h s +2/3△］0-δz 8.50+0.28=[(1+0.0055)*8.5+2/3*0.28］0-0.07=8.730-0.07 50+0.24=[(1+0.0055)*5+2/3*0.24］0-0.06=5.190-0.06

2.模具型腔壁厚的确定

塑料模具型腔在成型过程中受到熔体的高压作用，应有足够的刚度和强度，本模具的型腔采用的是整体式，因此可用整体式矩形型腔壁厚计算公式来确定型腔侧壁厚度S 和型腔底板厚度

T.

（1）型腔侧壁厚度S 的计算 ① 按刚度条件计算

S 钢≥｛cph 4/E[δ］｝?=(0.031*30*19.54/2.2*105*21.35)? ≈0.3㎜

式中c-由h/l决定的系数，查表得c=0.031:；

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取30Mpa;

h-型腔深度，h=19.5mm;

E-模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;

[δ］-模具刚度计算许用变形量，查表得[δ］

=25i2=25*(0.45*W1/5+0.001*W)=25*(0.45*21.51/5+0.001*

21.5)=21.35㎜

②按强度条件计算

S强≥｛3ph2(1+Wα)/[σ］｝?=｛3*30*19.52*(1+0.108*0.27)/30?

≈10.84mm

式中p-型腔内最大熔体压力,取30Mpa；

h-型腔深度，h=19.5mm;

W-抗弯截面系数，由h/l决定，查表得W=0.108；

α-型腔的边长比，α=b/l=5.8/21.5=0.27；

[σ］-模具强度计算许用应力，一般中碳钢[σ］=160Mpa，预硬化塑料模具钢[σ］=300Mpa。

（2）型腔底板厚度T的计算

①按刚度条件计算

T钢≥｛c′pb4/E[δ］｝1/2=(0.0226*30*124/2.2*105*21.35)1/2≈13

0.142mm

式中c′-由型腔边长比l/b决定的系数，查表得c′=0.0226；

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p 取30Mpa

b-型腔宽度，b=12mm;

E-模具钢的弹性模量，一般中碳钢E=2.1*105Mpa,预硬化塑料模具钢E=2.2*105Mpa;

[δ］-模具刚度计算许用变形量，查表得[δ］

=25i2=25*(0.45*W1/5+0.001*W)=25*(0.45*21.51/5+0.00

1*21.5)= 21.35㎜

②按强度条件计算

T强≥｛α′pb2/[σ]｝1/2=(0.4*30*122/300)1/2=2.4mm.

式中α′-由型腔长度与型腔宽度之比决定的系数，查表得

α′=0.4；

p-型腔内最大熔体压力，可取注射成型压力的25%～50%，p取30Mpa

b-型腔宽度，b=12mm;

[σ］-模具强度计算许用应力，一般中碳钢[σ］=160Mpa，预硬化塑料模具钢[σ］=300Mpa。

根据以上刚度、强度的计算，得出型腔的壁厚要求为：型腔侧壁厚度S≥10.84mm；型腔底板厚度T≥2.4mm.

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3.推出机构的设计

采用推杆推出机构，由于该塑件的脱模力不太大推杆的布置空间足够，所以无须用繁琐的计算方法确定推杆的尺寸大小，可以根据经验选取d=φ8㎜的国家标注推杆，注意保证推出距离大于型芯的凸出长度

2～3㎜，即推出距离大于8.5㎜。

4.标准模架的确定

综合考虑本塑件采用一模四腔中心对称分布、浇口、型腔的壁厚要求、塑件的尺寸大小，冷却水道的布置等多项因素，估算型腔模板的概略尺寸，查表选取标准模架的尺寸为250mm*230mm*30mm,选用A2

型标准模架，标记为A2-250230-30-Z1 GB/T 12555-2006。

五．注射机有关参数的校核

1.注射量的校核

在一个注射成型周期内，注射模具内所需的塑料熔体总量（m i）与模具浇注系统的容积和型腔容积有关，即

m i =Nm s+m j

式中 N-型腔数量；

M s-单个制品的质量或体积，g或cm3;

M j-浇注系统和飞边所需的塑料质量或体积，g或cm3。

已知N=4、m s=0.88g 、经估算m j≈0.47g,则m i≈3.99 cm3.

SZY-300型螺杆式注射机的最大注射量为m I320cm3﹥3.99cm3.

2.模具闭合高度的确定

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组成模具闭合高度的模板及其他零件的尺寸有：

定模座板为H1=30mm

型腔板为H2=35mm

型芯固定板为H3=35mm

支承板为H4=35mm

垫铁为H5=70mm

动模座板为H6=25mm

则该模具闭合高度为H= H1+ H2+H3+H4+H5+H6=230mm

3.模具安装尺寸的校核

该模具的外形最大部分尺寸为280mm*250mm,SZY-300型螺杆式注射机的动、定模模板最大安装尺寸为520mm*620mm,允许的最小模具厚度H min=130mm,最大模具厚度Hmax=355mm,即模具的外形尺寸不超过注射机动、定模板最大安装尺寸，模具闭合高度满足H min≤H≤Hmax的安装条件，故该模具满足SZY-300型螺杆式注射机的安装要求。

4.模具开模行程的校核

注射机的开模行程是有限的，取出制品所需的开模距离必须小于注射机的最大开模行程，开模行程的校核关系式为

S﹥h1+h2+a+(5～10)

式中 S-注射机的最大开模行程，查相关资料得SZY-300型螺杆式注射机的最大开模行程S=340mm;

h1-塑件脱模所需的推出距离，该塑件的脱模推出距离为9.5mm 16

h2-塑件的高度（不包括浇注系统高度），该塑件的高度为8.5mm a-取出浇注系统凝料所需的分模距离，取出该塑件的分模距离为21.5mm.

计算得 h1+h2+a+10=9.5+8.5+21.5+10=49.5mm﹤S=340mm 以上分析证明，SZY-300型螺杆式注射机能满足要求，故可以采用。根据校核结论，将SZY-300型螺杆式注射机填入塑件的成型工艺卡中。

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