客車用ABS注塑模具設(shè)計(jì)分析

梁艷松,張銳,魏永超

摘?要簡(jiǎn)述客車用ABS注塑模具設(shè)計(jì)分析——利用ABS注塑件工藝性能來(lái)設(shè)計(jì)模具。

關(guān)鍵詞客車；ABS注塑模具設(shè)計(jì)分析；工藝性能

中圖分類號(hào)U464.13文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)1673-9671-(2011)071- 0188-02

近年來(lái)，客車內(nèi)飾用ABS注塑模具增長(zhǎng)十分迅速，尤其是高效率、自動(dòng)化、精密、高壽命的注塑模具在整個(gè)模具產(chǎn)量中所占的比重越來(lái)越大。淺析客車用ABS注塑模模具設(shè)計(jì)。

在注塑模具制造工藝上，為縮短注塑模具的制造周期，減少工作量，在模具加工工藝上作了很大的改進(jìn)，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進(jìn)的加工中心和機(jī)床，這不僅大大提高了機(jī)械加工的比重，而且提高了注塑模具加工的精度。

1ABS注塑件的工藝性能分析

1.1ABS注塑料主要的性能指標(biāo)

密度（Kg.dm-3）：1.13~1.14；

收縮率（%）：0.3~0.8；

熔點(diǎn)（℃）：130~160 ；

熱變形溫度：45N/cm?65~98 ；

彎曲強(qiáng)度（MPa）：80 ；

拉伸強(qiáng)度（Mpa）：35~49 ；

拉伸彈性模量（ Gpa）：1.8 ；

彎曲彈性模量（Gpa）：1.4 ；

壓縮強(qiáng)度（Mpa）：18~39 ；

缺口沖擊強(qiáng)度（kJ/m2）：11~20 ；

硬度（HR）：62~86 ；

體積電阻系數(shù)（Ωcm）：1013 ；

?擊穿電壓（ Kv.mm-1）：15；

介電常數(shù)： 60Hz3.7。

1.2ABS的注塑成型（注塑機(jī)類型：通用噴嘴螺桿式注朔機(jī)）工藝參數(shù)

料筒一區(qū)：150~170（℃）；

料筒二區(qū)：180~190（℃) ；

料筒三區(qū)：200~210（℃）；

噴嘴溫度：180~190（℃）；

模具溫度：50~70（℃ ）；

注塑壓力：60~100（MPa）；

保壓：40~60（s）；

注塑時(shí)間：2~5（s）；

保壓時(shí)間：5~10（s）；

冷卻時(shí)間：5~15（s）；

周期：15~30（s）；

后處理： 紅外線烘箱 ；

溫度：70℃；

時(shí)間：0.3~1（s）。

2最大注塑量的校核

注塑機(jī)的最大注塑量應(yīng)大于制品的質(zhì)量或體積（包括流道及澆口凝料和飛邊），通常注塑機(jī)的實(shí)際注塑量最好是注塑機(jī)的最大注塑量的80%。所以選用的注塑機(jī)最大注塑量應(yīng)滿足：

0.8V機(jī)≥V塑＋V澆

式中：V機(jī)—注塑機(jī)的最大注塑量，40cm3；

???V塑—塑件的體積，該產(chǎn)品V塑＝18cm3；

???V澆—澆注系統(tǒng)體積，該產(chǎn)品V澆＝2cm3。

故：V機(jī)≥（18+4）cm3。

2.1鎖模力校核

F鎖﹥pA

式中：p—熔融型料在型腔內(nèi)的壓力，該產(chǎn)品A值—塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面之和，經(jīng)計(jì)算A=4641mm3；

? F鎖—注塑機(jī)的額定鎖模力。

故：F鎖＞pA=200Mpa×4641mm3。

選定的注塑機(jī)的壓力為2500KN，滿足要求。

2.2模具與注塑機(jī)安裝部分相關(guān)尺寸校核

1）模具閉合高度長(zhǎng)寬尺寸要與注塑機(jī)模板尺寸和拉桿間距相合適。

模具長(zhǎng)×模具寬<拉桿面積

2）模具閉合高度校核。

Hmin—注塑機(jī)允許最小模厚=130mm ；

Hmax—注塑機(jī)允許最大模厚=220mm ；

H—模具閉合高度=180mm；

故滿足Hmax＞H＞Hmin。[paging]

開模行程校核：

注塑機(jī)的最大行程與模具厚度有關(guān)（如全液壓合模機(jī)構(gòu)的注塑機(jī)），故注塑機(jī)的開模行程應(yīng)滿足下式：

S機(jī)—（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）

S機(jī)—注塑機(jī)最大開模行程，230mm；

H1—頂出距離，16mm；

H2—包括澆注系統(tǒng)在內(nèi)的塑件高度，52mm。

因?yàn)楸灸＞叩臐沧⑾到y(tǒng)和塑件的特殊關(guān)系，澆注系統(tǒng)和塑件的高度就已經(jīng)包括了頂出距離。

3塑料件的工藝尺寸的計(jì)算

所謂工作尺寸是零件上直接用以成型塑件部分尺寸，主要有型腔和型芯的徑向尺寸。（包括矩形和異形型芯的長(zhǎng)和寬），型腔深度和型芯高度和尺寸。

3.1型腔的徑向尺寸

（LM）0+δ=[（1+S）Ls-(0.5～0.75)△] 0+δ=[1.008×Ls-0.75△] 0+δ

其中：LM為型腔的基本尺寸公差值為正偏差，Ls塑件的基本尺寸。塑件公差△為負(fù)偏差，S為塑料的平均收縮率，δ為模具成型零件的制造公差取1/4～1/6△。按照模具型腔制造精度計(jì)算即可。

3.2型芯的計(jì)算

1）型芯徑向尺寸的計(jì)算：LM=[（1+S）Ls+3/4△]-0，其各字母的含義與前相同，按照模具型芯制造精度計(jì)算即可。

2）型芯高度尺寸的計(jì)算：HM=[（1+S）Hs+3/4△] -0，按照模具制造精度計(jì)算即可。

3.3模具型腔壁厚的計(jì)算

如果是利用計(jì)算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產(chǎn)中的精確性，我們可以根據(jù)書中的經(jīng)驗(yàn)值來(lái)取的。

3.4成型零件材料選擇

為實(shí)現(xiàn)高性能的目的；選用模具材料應(yīng)具有高耐磨性，高耐蝕性，良好的穩(wěn)定性和良好的導(dǎo)熱性。必須具有一定的強(qiáng)度，表面需要耐磨，淬火變型要小。

4澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

普通澆注系統(tǒng)由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是注塑模具設(shè)計(jì)的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，它對(duì)注塑成型周期和塑件質(zhì)量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設(shè)計(jì)時(shí)必須按如下原則： ①型腔布置和澆口開設(shè)部位力求對(duì)稱，防止模具承受偏載而造成溢料現(xiàn)象。②型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。③系統(tǒng)流道應(yīng)盡可能短，斷面尺寸適當(dāng)（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費(fèi)大）：盡量減少?gòu)澱?，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小。④ 對(duì)多型腔應(yīng)盡可能使塑料熔體在同一時(shí)間內(nèi)進(jìn)入各個(gè)型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置。⑤滿足型腔充滿的前提下，澆注系統(tǒng)容積盡量小，以減少塑料的耗量。⑥澆口位置要適當(dāng)，盡量避免沖擊嵌件和細(xì)小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應(yīng)影響塑件的外觀。

4.1主流道設(shè)計(jì)

主流道是塑料熔體進(jìn)入模具型腔是最先經(jīng)過(guò)的部位，它將注塑機(jī)噴嘴注出的塑料熔體導(dǎo)入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動(dòng)，開模時(shí)主流道凝料又能順利拉出來(lái)，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動(dòng)速度和充模時(shí)間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機(jī)噴嘴反復(fù)接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨(dú)設(shè)計(jì)成主流道套鑲?cè)攵０鍍?nèi)。主流道套通常又高碳工具鋼制造并熱處理淬硬。塑件外表面不許有澆口痕，又考慮取料順利，對(duì)塑件與澆注系統(tǒng)聯(lián)接處能自動(dòng)剪斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點(diǎn)澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設(shè)計(jì)成錐形.

4.2冷料井設(shè)計(jì)

冷料井位于主流道正對(duì)面的動(dòng)模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進(jìn)入型腔而影響塑件質(zhì)量，開模時(shí)又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長(zhǎng)度約為主流道大端直徑。

4.3分流道設(shè)計(jì)

分流道是主流道與澆口之間的通道，一般開在分型面上，起分流和轉(zhuǎn)向的作用。分流道截面的形狀可以是圓形、半圓形、矩形、梯形和U形等，圓形和正方形截面流道的比面積最?。鞯辣砻娣e于體積之比值稱為比表面積），塑料熔體的溫度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困難，而且正方形截面不易脫模，所以在實(shí)際生產(chǎn)中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。

1）分流道設(shè)計(jì)要點(diǎn)。①在保證足夠的注塑壓力使塑料熔體能順利的充滿型腔的前提下，分流道截面積與長(zhǎng)度盡量取小值，分流道轉(zhuǎn)折處應(yīng)以圓弧過(guò)度。②分流道較長(zhǎng)時(shí)，在分流道的末端應(yīng)開設(shè)冷料井。對(duì)于此模來(lái)說(shuō)在分流道上不須開設(shè)冷料井。③分流道的位置可單獨(dú)開設(shè)在定模板上或動(dòng)模板上，也可以同時(shí)開設(shè)在動(dòng)，定模板上，合模后形成分流道截面形狀。④分流道與澆口連接處應(yīng)加工成斜面，并用圓弧過(guò)度。

2）分流道的長(zhǎng)度。分流道的長(zhǎng)度取決于模具型腔的總體布置方案和澆口位置，從在輸送熔料時(shí)減少壓力損失，熱量損失和減少澆道凝料的要求出發(fā)，應(yīng)力求縮短。

3）分流道的斷面。分流道的斷面尺寸應(yīng)根據(jù)塑件的成形的體積，塑件的壁厚，塑件的形狀和所用塑料的工藝性能，注射速率和分流道長(zhǎng)度等因素來(lái)確定。

因ABS的推薦斷面直徑為4.5～9.5mm，部分塑件常用斷面尺寸推薦范圍。分流道要減小壓力損失，希望流道的截面積大，表面積小，以減小傳熱損失，同時(shí)因考慮加工的方便性。分流道應(yīng)考慮出料的流暢性和制造方便，熔融料的熱量損失小，流動(dòng)阻力小，比表面和小等問(wèn)題，由于采用的是潛伏式二級(jí)分流道對(duì)熱損失及流動(dòng)提出了較高的要求，采用圓形的分流道。

4.4澆口位置的設(shè)置

為了保證外形無(wú)澆口痕，澆口前后兩端形成較大的壓力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔體冷凝速度，保證熔融的塑料不回流，同時(shí)可隔斷注射壓力對(duì)型腔內(nèi)塑料的后續(xù)作用，冷卻后快速切除。同時(shí)它的效果與S澆注系統(tǒng)有同樣的效果，有利于補(bǔ)塑；澆口設(shè)置應(yīng)有利于排氣和補(bǔ)塑。

1）澆口位置的選擇要避免塑件變形。

采側(cè)澆口在進(jìn)料時(shí)頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用點(diǎn)澆口，有利于排氣，整件質(zhì)量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設(shè)在厚壁處，有利于補(bǔ)縮，可避免縮孔、凹痕產(chǎn)生。

2）澆口位置的設(shè)置應(yīng)減少或避免生成熔接痕。

3）澆口位置應(yīng)避免側(cè)面沖擊細(xì)長(zhǎng)型心或鑲件。

5模具成型系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

5.1分型面的選擇

?塑料在模具型腔凝固形成塑件，為了將塑件取出來(lái)，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動(dòng)模兩大部分。定模和動(dòng)模相接觸的面稱分型面。通常有以下原則：①分型面的選擇有利于脫模：分型面應(yīng)取在塑件尺寸的最大處。而且應(yīng)使塑件流在動(dòng)模部分，由于推出機(jī)構(gòu)通常設(shè)置在動(dòng)模的一側(cè)，將型芯設(shè)置在動(dòng)模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動(dòng)模，這樣有利脫模。②分型面的選擇應(yīng)有利于保證塑件的外觀質(zhì)量和精度要求。③分型面的選擇應(yīng)有利于成型零件的加工制造。

5.2排氣糟的設(shè)計(jì)

塑料熔體在填充模具的型腔過(guò)程中同時(shí)要排出型強(qiáng)及流道原有的空氣，除此以外，塑料熔體會(huì)產(chǎn)生微量的分解氣體。這些氣體必須及時(shí)排出。否則，被壓縮的空氣產(chǎn)生高溫，會(huì)引起塑件局部碳化燒焦，或塑件產(chǎn)生氣泡，或使塑件熔接不良引起強(qiáng)度下降，甚至充模不滿。

5.3合模導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) ?

導(dǎo)向合模機(jī)構(gòu)對(duì)于塑料模具是必不可少的部分，因?yàn)槟＞咴陂]合時(shí)要求有一定的方向和位置，所以必須設(shè)有導(dǎo)向機(jī)構(gòu)，導(dǎo)柱安裝在動(dòng)模一邊或定模一邊均可，通常導(dǎo)柱設(shè)在主型腔周圍。

導(dǎo)向機(jī)構(gòu)的主要作用有：定位、導(dǎo)向和承受一定側(cè)壓力。為避免裝配時(shí)方位搞錯(cuò)而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因?yàn)槲恢玫钠贫鹚芗诤癫痪?塑件在注入型腔過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生單向側(cè)壓力，或由于注射機(jī)的精度限制，使導(dǎo)柱工作中承受一不定的導(dǎo)向作用。

動(dòng)定模合模時(shí)，首先導(dǎo)向機(jī)構(gòu)接觸，引導(dǎo)動(dòng)定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M(jìn)入型腔，產(chǎn)生干涉而壞零件。由于注塑壓力的各向性就會(huì)對(duì)導(dǎo)柱進(jìn)行徑向的剪力，導(dǎo)致導(dǎo)柱容易折斷。對(duì)型芯和型腔改進(jìn)后，其的配合可以進(jìn)行定位。

5.4溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在注射成型過(guò)程中，模具溫度直接影響到塑件的質(zhì)量如收縮率、翹曲變形、耐應(yīng)力開裂性和表面質(zhì)量等，并且對(duì)生產(chǎn)效率起到?jīng)Q定性的作用，在注射過(guò)程中，冷卻時(shí)間占注射成型周期的約80%，然而，由于各種塑料的性能和成型工藝要求不同，模具溫度的要求不盡相同，因此，對(duì)模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及優(yōu)化分析在一定程度上決定了塑件的質(zhì)量和成本，模具溫度直接影響到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件質(zhì)量，而模具溫度的高低取決于塑料結(jié)晶性，塑件尺寸與結(jié)構(gòu)、性能要求以及其它工藝條件如熔料溫度、注射速度、注射壓力、模塑周期等。影響注射模冷卻的因素很多，如塑件的形狀和分型面的設(shè)計(jì)，冷卻介質(zhì)的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數(shù)及空間布置，模具材料、熔體溫度、塑件要求的頂出溫度和模具溫度，塑件和模具間的熱循環(huán)交互作用等。

1）模具冷卻系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)模具冷卻系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則：冷卻水孔數(shù)量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數(shù)量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時(shí)可實(shí)現(xiàn)盡量降低入水與出水的溫度差的原則。

2）模具加熱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。因在ABS要求的熔融溫度為200℃。而且流動(dòng)性能為中性，同時(shí)在注射時(shí)模具溫度要求為50℃~70℃，所以該模具必須加熱。模具加熱方法包括：熱水，熱空氣，熱油及電加熱等。由于電加熱清潔、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可調(diào)節(jié)范圍大，所以在該模具應(yīng)用電加熱。

6結(jié)束語(yǔ)

由于ABS注塑件在客車內(nèi)飾件中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，同時(shí)對(duì)ABS注塑模具的設(shè)計(jì)要求也越來(lái)越高，希望本篇注塑模具的的設(shè)計(jì)淺析，能對(duì)ABS注塑模具的設(shè)計(jì)者有所幫助。

參考文獻(xiàn)

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