江西理工大学2007届毕业生毕业论文
布、分子和纤维取向分布、制品的收缩和翘曲变形等情况，以便设计者能尽早发现问题，及时修改制件和模具设计，而不是等到试模以后再返修模具。这不仅是对传统模具设计方法的一次突破，而且对减少甚至避免模具返修报废、提高制品质量和降低成本等，都有着重大的技术经济意义[3]。 2 塑件材料分析
2．1 塑件材料的基本特性
目前，中国娱乐场比较多，游戏厅里的游戏机按扭，往往容易被兴致极高的玩家们按坏，所以市场也看中了这一点，为了适应玩家玩得痛快及游戏厅老板的需要，很多厂家开始生产比以前旧材料更好的新材料按扭，本次设计就是以此为基点，设计生产一批游戏机按扭套的注射模具，该按扭套不易被按坏，坚固而不难按，在玩家达到忘我境界时，老板不用担心被按坏，玩家也不会觉按扭不灵敏，深受广大消费者的欢迎，具有广阔的市场前景。设计中利用CAD/CAE技术进行模具设计和成型工艺分析。首先，在三维高端软件UG·NX上进行产品3D造型，然后使用Auto CAD绘制注射模具总装图和模具零件图，最后将产品三维图转入MOLDFLOW软件中进行注射工艺过程模拟分析，确定最佳的注射工艺参数，同时分析制品缺陷的原因及解决办法。
由于本次设计的按扭具有手感工效，而不缺实用功能，表面光滑且透明，故选用材料为聚苯乙烯PS，它是一种优良的热塑性工程材料。 2．2 塑件材料成型性能
塑件材料对注射工艺和模具结构的适应能力叫做注射成型性能，注射成型性能的好坏直接影响到成型加工的难易程度和制品质量的优劣，同时还影响生产效率的高低和设备的辐射能损耗等。 PS成型性能主要有：
聚苯乙烯（Polystyrene）简称PS。其世界产量仅次于PE、PVC、PP居
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世界第四位，后来高抗冲级的PS产生（简写HIPS）拓宽了PS的用途范围。
PS为无定型、非极性线性高聚物。由于在分子链上有苯环取代基，分子的不对称性增加，内旋转受到限制，为此，呈现刚性，性脆。玻璃化温度较高，为80～100?C，分子量一般在5万～20万。
PS的密度为1.054g/cm，为无色透明粒状热塑性树脂。具有良好的化学稳定性，它能溶解于苯、四氯化碳、甲苯、氯仿、除丙酮以外的酮类、酯类等。能耐一般酸、碱、盐的腐蚀。
热稳定性好，成型温度范围宽，在粘流态下温度的少许波动不会影响注射过程。吸湿性极小，只有0.02%～0.06%，所以在加工前，可以不干燥，又其比热较低，所以塑化效率高，在模具中固化快，成型周期短。PS收缩率低，只有0.4%～0.7%，对模制品影响不大。
PS具有一定的力学强度，化学稳定性及电气性能都较优良，透光性好，达88%～92%，仅次于有机玻璃，折光率为1.59～1.60，具有优良的电绝缘性能，一般不受温度、湿度的影响。着色性佳，并易于成形。它的特点是差不多完全能耐水。缺点是耐热性较低，而且其制品由于内应力容易碎裂，仅能于低负荷和不高的温度(60～75℃)下使用，所以在成型中一定要注意这个问题，清除内应力除调节工艺参数、模具结构等之外，还可将制品进行后处理以消除内应力，如将其置于60～75℃热水浴中或烘箱中，“退火”处理1～3小时。冷却定型温度应小于50℃，可使制品表面光亮、平滑。
处于粘流态的聚苯乙烯，其粘度对剪切速率和温度都比较敏感，在注射成型中无论是增大注射压力或升高温度都会使熔融粘度显着下降。因此，聚苯乙烯既可用于螺杆式也可用于柱塞式注射机成型。在此选用柱塞式注射机。料筒温度控制在140～260℃之间，喷嘴温度为170～190℃，注射压力为60～150MPa，为了使制品顺利脱模，模壁斜度应增大至1～2度。
PS主要用于各种仪表外壳，骨架，仪表指示灯，灯罩，汽车灯罩，化工
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贮酸槽、酸输送槽(特别如氢氟酸)，化学仪器零件，电讯零件，由于透明度好，还可用于制造光学仪器零件及透镜[4]。 2．3 塑件材料成型条件
确定注射工艺条件时，需要根据塑料品种选择适当的工艺参数，知道了塑料的工艺参数还能选择合适的注射机，使机型的规格大小及性能参数的范围尽量与注射工艺参数接近，只有这样才能在保证制品质量的前提下，获得最高的生产效率和经济效益。
PS的注射工艺条件参数见表1、2和3。
表1 PS的注射工艺参数
注射机预类型 热温喷嘴温度℃ 料筒温度℃ 前段 后段 模具温度℃ 柱塞式 60～75 160～170 170190 表2 PS的注射工艺参数
注射压成型冷却成型周后处理介后处后处力MPa 时间S 时间S 期 60100 S 质 理温理时度℃ 热水浴或 70 鼓风烘箱
表3 PS的热处理条件
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度℃ ～140160 ～20～60 间S 2～4 ～15～15～40～90 45 30 江西理工大学2007届毕业生毕业论文
塑料 热处理介质 处理温度℃ 制件厚度处理时间mm min ?6?7PS 空气或水 60～70 70～77 30～60 120～360 3 塑件的工艺分析
在模具设计之前需要对塑件的工艺性如形状结构、尺寸大小、精度等级和表面质量要进行仔细研究和分析，只有这样才能恰当确定塑件制品所需的模具结构和模具精度。
游戏机按扭套如图（1）所示，具体结构和尺寸详见图纸，该塑件结构并不太复杂，外轮廓线由圆弧和直线组成。
图（1）游戏按扭套俯视图和仰视图
3．1 塑件的结构设计 （1）、脱模斜度
由于注射制品在冷却过程中产生收缩，因此它在脱模前会紧紧的包住模具型芯或型腔中突出的部分。为了便于脱模，防止因脱模力过大拉伤制品表面，与脱模方向平行的制品内外表面应具有一定的脱模斜度。脱模斜度的大小与制品形状、壁厚及收缩率有关。斜度过小，不仅会使制品尺寸困难，而且易使制品表面损伤或破裂，斜度过大时，虽然脱模方便，但会影响制品尺寸精度，并浪费原材料。通常塑件的脱模斜度约取0.5～1.5?，根据文献
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[1]，塑件材料PS的型腔脱模斜度为35/～1?30/，型（2）、塑件的壁厚
30/～1?
塑件的壁厚是最重要的结构要素，是设计塑件时必须考虑的问题之一。塑件的壁厚对于注射成型生产具有极为重要的影响，它与注射充模时的熔体流动、固化定型时的冷却速度和时间、塑件的成型质量、塑件的原材料以及生产效率和生产成本密切相关。一般在满足使用要求的前提下，塑件的壁厚应尽量小。因为壁厚太大不仅会使原材料消耗增大，生产成本提高，更重要的是会延缓塑件在模内的冷却速度，使成型周期延长，另外还容易产生气泡、缩孔、凹陷等缺陷。但如果壁厚太小则刚度差，在脱模、装配、使用中会发生变形，影响到塑件的使用和装配的准确性。选择壁厚时应力求塑件各处壁厚尽量均匀，以避免塑件出现不均匀收缩等成型缺陷。塑件壁厚一般在1～4mm，最常用的数值为2～3mm。该小电机外壳壁厚均匀，周边和底部壁厚均为2mm。壳内凸出部件的壁厚均为1mm （3）、塑件的圆角
为防止塑件转角处的应力集中，改善其成型加工过程中的充模特性，增加相应位置模具和塑件的力学角度，需要在塑件的转角处和内部联接处采用圆角过度。在无特殊要求时，塑件的各连接角处均有半径不小于0.5～1mm的圆角。一般外圆弧半径大于壁厚的0.5倍，内圆角半径应是壁厚的0.5倍。
该小电机外壳表面圆角半径为2mm，内部转弯处圆角半径为1mm （4）、孔
塑料制品上通常带有各种通孔和盲孔，原则上讲，这些孔均能用一定的型芯成型。但当孔太复杂时，会使熔体流动困难，模具加工难度增大，生产成本提高，困此在塑件上设计孔时，应尽量采用简单孔型。由于型芯对熔体有分流作用，所以在孔成型时周围易产生熔接痕，导致孔的强度降低，故设计孔时孔时孔间距和孔到塑件边缘的距离一般都尖大于孔径，孔的周边应
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