一塑料制品的工艺性分析

一、前言

塑料模具技术的发展日新月异，在现代工业、餐具、玩具等行业中的应用很广泛，模具是生产各种产品的重要工艺装备。

此次毕业设计的题目是塑料成型模具的设计。塑料模具的分类很多，按照塑料制件的不同可分为：注射模、压缩模、压注模、挤出模、气动成型模等。注塑模具又称注塑成型，是热塑性塑料制品生产的一种重要的方法。除少数塑料制品外，几乎所有的热塑性塑料都可以用注射成型方法生产塑料制品。注塑模具不仅用于热塑性塑料的成型，而且成功用于热固性塑料的成型。模具以其特定的形状通过一定的方式使原料成型。模具的制造精度越高，制造成本越高，因此应延长模具的使用寿命，尽量缩短模具的制造周期，来降低生产成本。

塑料制品以其密度小、质量轻的优点在工业中的应用日益普遍，大有“以塑代钢”的趋势。塑料模具可以满足塑料的加工工艺要求和使用要求，可以很好的降低塑料制品的生产成本。塑料的质量要靠模具的正确结构和模具成型零件的正确形状，精确尺寸几较低的表面粗糙度来保证。本次设计的模具用于有机玻璃制品的生产制造。

ABS 塑料

化学名称：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物

英文名称:Acrylonitrile Butadiene Styrene

比重:1.05克/立方厘米 成型收缩率:0.4-0.7%

成型温度：200-240℃ 干燥条件：80-90℃ 2小时

特点：

1、综合性能较好, 冲击强度较高, 化学稳定性, 电性能良好.

2、与372有机玻璃的熔接性良好, 制成双色塑件, 且可表面镀铬, 喷漆处理.

3、有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。

4、流动性比HIPS 差一点，比PMMA 、PC 等好，柔韧性好。

用途：适于制作一般机械零件, 减磨耐磨零件, 传动零件和电讯零件. 成型特性：

1. 无定形料, 流动性中等, 吸湿大, 必须充分干燥, 表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90度,3小时.

2. 宜取高料温, 高模温, 但料温过高易分解(分解温度为>270度). 对精度较高的塑件, 模温宜取50-60度, 对高光泽. 耐热塑件, 模温宜取60-80度.

3、如需解决夹水纹，需提高材料的流动性，采取高料温、高模温，或者改变入水位等方法。

4、如成形耐热级或阻燃级材料，生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物，导致模具表面发亮，需对模具及时进行清理，同时模具表面需增加排气位置。

ABS 树脂是目前产量最大，应用最广泛的聚合物，它将PS ，SAN ，BS 的各种性能有机地统一起来，兼具韧，硬，刚相均衡的优良力学性能。ABS 是丙烯腈、丁二烯和苯乙烯的三元共聚物，A 代表丙烯腈，B 代表丁二烯，S 代表苯乙烯。

ABS 工程塑料一般是不透明的，外观呈浅象牙色、无毒、无味，兼有

韧、硬、刚的特性，燃烧缓慢，火焰呈黄色，有黑烟，燃烧后塑料软化、烧焦，发出特殊的肉桂气味，但无熔融滴落现象。

ABS 工程塑料具有优良的综合性能，有极好的冲击强度、尺寸稳定性好、电性能、耐磨性、抗化学药品性、染色性，成型加工和机械加工较好。ABS 树脂耐水、无机盐、碱和酸类，不溶于大部分醇类和烃类溶剂，而容易溶于醛、酮、酯和某些氯代烃中。

二、塑料制品的工艺性分析

1、塑件的分析： ①ABS 是丙烯、丁二烯和苯乙烯三种弹体聚合而成的非结晶型的高聚物，属于热塑性工程塑料。

②ABS 塑料在一定温度范围内具有较高的冲击强度和表面硬度及耐磨性；其热变形温度为1000C 左右；具有一定的化学稳定性和良好的介电性能；还能与其他塑料和橡胶混溶等特性；其制品尺寸稳定性好，表面光泽，可以抛光和电镀；ABS 塑料耐热性并不高，耐低温性和耐紫外线性能也不好。

③ABS 塑料成型性较好。其流动性也较好，成型收缩性小；ABS 塑料比热容较低，在料筒中塑化效率高，在模具中凝固也较快，模塑周期短。但ABS 吸水性大，成型前必须充分干燥，表面要求光泽的制品应进行较长时间的干燥。ABS 塑料可采用注射、挤出、压延、吹塑、真空成型等方法制造塑料制品。

2、塑件尺寸精度分析：

此塑件上均未标注公差精度要求，所以所有尺寸均为自由尺寸，查《塑料模塑成型技术》表3—9“常用材料分类和公差等级选用”，未注公差等级选MT5级精度，属于中等精度等级然后按表3—10“国家标准模塑件尺寸公差数值表”，查得未注尺寸公差的公差，标注如下（单位 ：mm ）

①塑件外形尺寸：

φ6-0. 24 φ15-0. 3800+0. 2+0. 24+0. 34+0. 38 φ170 φ200 4. 50 20 50 120 170 -0. 38-0. 64-0. 24

②塑件内形尺寸：

φ80+0. 240 R 2. 50-0. 2 0. 5-0. 2

3、塑件表面质量分析

该塑件是电视机旋钮表面要求光亮无划伤痕迹。

4、塑件结构工艺性分析

①、此塑件为圆柱回转体类零件，高度为31mm, 各段厚度不一，总体

尺寸为20mm ，尺寸较小；

②、塑件有一长度为12mm 的杆状部分，成型此杆状部分采用镶件结构，塑件有圆周内凹槽，且要求成型后表面光滑；所以必须使用两侧的侧滑块分型机构，使用斜导板起开合模的导向作用。塑件表面有一个圆形凹槽，成型此部分采用成型推杆成型。

三、成型设备选择与模塑工艺规程的编制

计算塑件体积、重量

①计算体积：

通过使用Pro/e软件绘制旋钮零件图，查的塑件体积

V=5.33cm

②估算质量：

查表5—1“某些热塑性塑料的密度及压缩比”，知ABS 的密度ρ=1.0~1.1g/cm2，取ρ=1.05g/cm2

塑件质量m=ρV=1.05⨯5.33≈5.59g

查《中国模具工程大典》知，浇注系统的质量取塑件质量的20%~100%,所以总质量M=4.35⨯m=24.32g

初选注射机：XS-ZY-60；

初定型腔数：一模四腔；

注射机XS-ZY-60的主要技术参数：

结论：可用注射成型

四、注射模结构设计

1、分型面的选择

分型面的选择应遵循以下原则：

① 分型面应便于塑件的脱模；

② 分型面选择应有利于侧面分型和抽芯；

③ 分型面选择应保证塑件的外观质量；

④ 分型面选择应有利于防止溢料；

⑤ 分型面选择应有利于排气；

⑥ 分型面选择应尽量使成型零件便于加工；

⑦ 分型面选择必须考虑注射机的技术参数；

“一般，分型面选在塑件的最大截面处”

综上所述，该塑料件的分型面取在塑件的最大截面A-A 。

2、浇注系统

对浇注系统的要求是：将熔体平稳的引入型腔，使之按要求填充型腔；使型腔内的气体顺利排出；在熔体填充型腔和凝固过程中，能充分地把压力传到型腔各部位，以获得组织致密、外形清晰、尺寸稳定的塑料制品。

(1)主流道：主流道横截面形状通常采用圆形，为了便于流道凝料的脱出，主流道设计成圆锥形，其锥度α=20~60，内壁粗糙度R a 小于

0.4μm ，小端直径d 约0.5~1mm；主流道的长度由定模座板和定模板厚度确定，一般L 不超过60mm ，主流道大端与分流道相接处应有过渡圆角（通常r 取1~3mm）以减小料流转向时的阻力。

由于主流道需要与高温塑件和喷嘴频繁接触，所以要设置浇口套，查《模具设计与制造简明手册》，选浇口套I 型，小端直径d 1=5mm，

长度L 为30mm 。浇口套直接装配到定模座板上，方便且安装简单。如图所示：

（2）分流道：

分流道是介于主流道和浇口之间的一段流道。它是熔体由主流道流入型腔的过渡段通道，也是使浇注系统的截面变化和熔体流动转向的过渡通道。

分流道截面形状和尺寸：分流道截面为梯形截面，其加工容易，且热量散失和流动阻力也不大；所以，选梯形截面。

查《塑料模塑成型技术》表5—5“常用分流道横截面及其尺寸”如图：圆角半径R=1.5mm分流道长度L=50mm 高度h=3.5mm 梯形长度X=5mm

（3）浇口：

① 浇口的基本作用：使从分流道来的熔体产生加速，以快速充满型腔；防止熔料倒流；便于浇口凝料与制品分离。

② 浇口选用：

点浇口：其优点是去除浇口后，制品上留下的痕迹不明显，但压力损失较大，制品收缩大，而且模具应设计成双分型面模具，以便脱出流道凝料，造成模具结构复杂。

图为点浇口

该制品选用点浇口。塑件表面质量较高要求，去除浇口后，制品上留下的痕迹不明显。但是，模具应设计成双分型面模具，以便脱出流道凝料，造成模具结构复杂。

图为点浇口尺寸：

（4）冷料穴与拉料杆；

梯形拉料杆为标注件，易于选取，且使用效果较好，其头部有一定空间。能贮存凝料，充当冷料穴。如图：

3、型腔设计：

型腔是成型塑料制品外形的主要零件。可分为整体式和组合式两类。 组合式凹模改善了加工性，减少了热处理变形，有利于排气，便于模具的维修，节约了模具钢，但装配调整较麻烦，主要用于形状复杂的塑料制品的成型。

该制品外型有圆周内凹槽，且要求成型后表面光滑；所以必须使用两侧的侧滑块分型机构，型腔需要做成两侧滑块，采用组合式。

4、侧向分型：

因为塑件有圆周内凹槽，所以必须使用两侧的滑块分型机构，且塑料件倒装需要延时侧抽。使用斜导板起开合模的导向作用。使用楔紧块，在合模时对模具起锁紧的作用。 5、推件方式： 推出机构的设计要求： i 、尽量使塑料制品留在动模上 ii 、保证制品不变形不损坏 iii 、保证制品外观良好 iv 、结构可靠

该塑件要求“表面光亮且无划伤痕迹”且该零件底面上有一个圆形浅凹槽，可以直接使用推杆成型。选推杆推出。 复位零件：

采用复位杆复位，使已完成推出制品任务的推杆回到注射成型状态的位置。

6、冷却与加热系统：

由于ABS 塑料成型时要求温度在50~800C ，但其体积很小，故模具可不考虑设置加热冷却系统。 7、标准模架的选用：

该塑件最大尺寸为20mm ，采用点浇口，采用一模四腔，则其模具对称，便于布置，型腔采用镶拼式，尺寸不大，但为满足模板强度，刚度以及型腔布局的需要，选择150mm ⨯200mm 的标准模架，其闭合厚度为195mm ，该模具的最大尺寸为200mm ⨯200mm ；注射机XS-ZY-60

的拉杆空间为280mm ⨯250mm 最大模具厚度200mm ，所选模架能放进去。所以可使用初选的注射机XS-ZY-60，其能满足生产要求。 五、成型零件尺寸计算

型芯、型腔计算：该塑件材料为ABS ，查得该塑料的收缩率为0.4%~0.7%，取0.55%。模具制造公差取

3∆

（1）型腔径向尺寸：由前面可知塑件尺寸及公差。按下式计算： A M =[（1+S）A S —x ∆]+δZ

A S =φ60、4. 50、φ150、φ170、φ200 -0. 38-0. 38-0. 64-0. 24-0. 24

+0. 08+0. 08则A M1=（100.55%⨯6—0.75⨯0.24）0=5.850 +0. 08+0. 12+0. 12+0. 21A M2=4.340 AM3=14.790 AM4=16.650 AM5=19.680

（2）型腔深度尺寸： H M =[（1+S）H S —

23∆

]+δZ

+0. 2+0. 34H S =12+0. 340、20、110

+0. 11+0. 11则H M1=（100.55%⨯12—0.22）0=11.830 +0. 06+0. 11H M2=1.870 HM3=10.830

（3）型芯径向尺寸：按下式计算 B M =[（1+S）B S +

34∆

]-δz

+0. 24B S1=φ80 、R 2. 50 -0. 2

则B M1=（100.55%⨯8+0.18）-0. 08=8.22-0. 08 B M2=（100,.55%⨯2.5+0.15）-0. 06=2.67-0. 06 六、注射机有关参数的校核：

1、注射量的校核：由前面可知，塑件和浇注系统质量都为35g ，则

每次注射所需注射量为4⨯5.59g=25g

注射机的最大注射量以最大注射容积定时，按下式校核： KV 0≥V=∑V i +V m （5—1）

i =1n

式中V 0—注射机最大注射容积（cm 3） Vi —一个制品的体积（cm 3） V —制品总体积（包括制品、流道凝料在内）（cm 3） n—型腔数 Vm —流道凝料体积（cm 3) K—注射机最大注射量的利用系数，取K=0.8

由前面计算知，塑件与浇注系统凝料的体积相等，则每次注射所需塑料体积为：V 总=V塑件+V凝料=4⨯5.33+2.05=23.37（cm 3) 注射机最大注射量60⨯0.8=48cm3>23.37cm3故能满足要求。 2、锁模力与注射压力的校核： ①注射压力校核： 即P 0≥P

式中P 0—注射机最大注射压力（MPa ） P—塑料制品成型所需的注射压力（MPa ）

由于所选注射机为XS-ZY-60，其注射压力为122MPa ，即为122MPa 。查《塑料模塑成型技术》附表4“常用热塑性塑料注射成型的工艺参数”，P 为60~100MPa，满足上式要求。 ②锁模力的校核： 需满足F 0≥F=P模⨯A 分

式中F 0—注射机的最大锁模力 P模—模内平均压力

A分—制品、流道、浇口在分型面上的投影面积之和

由前可知，注射机XS-ZY-60的最大锁模力为500KN ，P 模为34.3MPa ，经计算的A 分为865.4mm 2

A 分=A制品+A流+A浇=π⨯102+100⨯5+π⨯4. 52=865.4mm2 F=P模⨯A 分=34.3⨯865.4=30KN

式中H —模具闭合厚度（=193mm）

Hmin —注射机允许模具最小厚度（=70mm） Hmax —注射机允许模具最大厚度（=200mm） 满足上式要求。

4、注射机喷嘴与模具主流道衬套关系： R=r+（1~2）mm D=d+（0.5~1）mm 式中 d—注射机喷嘴前端孔径（=4mm） D—模具主流道衬套的小端直径（=5mm） r—注射机喷嘴球面半径（=12mm） R—模具主流道衬套的球面半径（=13mm） 满足上式要求。 5、开模行程的校核：

由于注射机XS-ZY-60最大开模行程与模具厚度无关，所以按下式校核：

S ≥H 1+H2+（5~10）mm

式中 S—注射机最大开模行程（移动模板行程）（=180mm） H1—制品的推出距离（=15mm） H2—制品的总高度（=31mm） 满足上式要求。 6、流程比的校核：

熔体流程长度与厚度之比即为流程比。可按下式计算： 流程比B =∑

i =1n

L i t i

≤B p

式中B —流程比 L i —各段流程长度（mm ） t i —各段流程的型腔厚度（mm ） B p —允许的流程比 所以B =⎛

50

+366+11+85+125+102+77+

17⎫

⎪⨯2=7017⎭

⎝3

，而ABS 的流程比介于聚

乙烯和聚丙烯之间，取210~235。所求值小于ABS 的流程比，满足要求。

7、型腔侧壁和底板厚度的校核： （1）型腔侧壁厚度计算： 由于其型腔为组合式型腔 型腔侧壁厚度

1）从刚度的观点出发，型腔最小壁厚为

S c

⎛=r ⨯

⎝

1-μ+E δ/r ⨯p ⎫-1⎪ ⎪E δ/(r ⨯p ) -μ-1⎭

式中p —型腔内熔体压力，（=34.3MPa） E—弹性模量，钢材取2.1×105MPa

δ—允许变形量（mm ）为防止溢料应根据不同塑料限定不同的最大不溢料间隙在此取 0.05mm μ—泊松比，钢材取0.25 r—型腔内径 经过计算可得S c =1.4mm

2）从强度的观点出发，型腔最小壁厚为

⎛

S c =r ⨯

⎝

⎫-1⎪ ⎪[σ]-2p ⎭[σ]

式中p —型腔内熔体压力，（=34.3MPa） [σ]—型腔长边长度（=200MPa） r—型腔内径 经计算可得S c =4.7mm 故模具型腔壁厚可取>4.7mm （2）型腔底板厚度计算：

该模具采用两垫块支撑，按刚度计算的底板厚度如下： S=3

5pbl

4

32EB δ

式中l —型腔侧壁边长（=94mm） B—凹模宽度（=200mm） b—型腔宽度（=115mm）

δ—允许变形量（mm ）为防止溢料应根据不同塑料限定不同的最大不溢料间隙在此取 0.05mm p—型腔内熔体压力，（=34.3MPa） E—弹性模量，钢材取2.1×105MPa 经计算可得S=28.4mm

计算出的底板厚度h 为28.4mm ，在结构许可情况下，为使底板强度满足可以增加一点底板厚度。所以，将底板厚度h 定为32mm 七、模具装配图：

该模具结构较复杂，且采用一模四腔，属于多分型面模具。 其主要地方在于侧滑块和型腔的加工，须严格保证其加工，以满足生产需要。

模具整体尺寸较小，但局部采用镶拼式结构，装配时需保证 其安装精度，以保证制品质量。其各个零件图详见塑模装配图。

模具开模动作说明：

开模时，由于拉钩27拉着滑块30

，以至使模具首先由定模座

板3和镶块固定板4分开，使浇口凝料能取出。然后，当动模开行到压块29将滑块30打入使拉钩与滑块脱离，且压板29又将滑板30拉住，使镶块固定板4固定在那不再向下运动；然后模具继续分型，由侧导板2导向（延时侧抽），先是将塑件从上型腔中抽出，再进行侧向分型；侧向分型完成以后，最后由成型推杆将塑件推出。 八、参考文献：

《塑料模塑成型技术》 翁其金主编 机械工业出版社 《中国模具工程大典》李德群唐志玉主编 电子工业出版社 《实用模具技术手册》陈锡栋等编 机械工业出版社

《模具设计与制造简明手册》韩泰荣主编上海科学技术出版社 《模具常用机构设计》 许发樾主编 机械工业出版社 《塑料成型工艺与模具设计》齐晓杰主编 机械工业出版社 《互换性与技术测量》 廖念钊等编著 中国计量出版社 九、设计总结

经过三个多月来对电视机旋钮塑件注塑模具的设计，使我对注塑模具的设计流程和方法有了一个较为全面的了解，掌握了注塑模具的基础知识等等。同时在这个反复设计计算，工艺分析，查阅文献和资料的过程中，不仅是对大学三年所学的知识进行系统的整合和恰当的运用，而且潜移默化中又得到了一种科学的设计思路和解决问题的方式方法。

在设计过程当中遇到了很多问题，比如如何选择分型面、成型设备、模架的结构，以及成型零件的设计和工作尺寸的计算等等，费了很多周折，也走了不少的弯路。而在装配图的绘制过程中，又遇到了前面设计上的很多结构错误，对细节方面的，反复修改较多。经过老师的指导和长时间的思考及翻阅许多的相关资料，才完整的完成了本

套模具的设计过程。但由于经验和水平所限，设计中依然存在很多的问题，在实际中仍需大量的修正和调试，才可正常运作，毕竟是在学校做的设计，难免会遇到各种各样的生产上的实际问题。

在设计过程充分利用了各种可以利用的方式，在设计的后一阶段充分利用CAD 软件制图和Word 对设计说明书的排版编辑和打印等。新的工具的利用，大大的提高了工作效率，同时又让我对这些应用软件有了更深层次的提高。

总之，对模具的设计原则是在模具符合使要求的前提下尽量降低成本，同时在实际中不断的积累经验，设计出价廉物美的模具 。