2.3 塑件成型工艺条件分析
成型本零件使用聚苯乙烯（PS），该材料为热塑性塑料，比重小，具有高的强度、刚性、硬度，耐腐蚀、性耐热性、电绝缘性优良，可在100℃左右使用。该塑料为无定形高聚物，注射时一般不需要进行干燥。流动性好，它的流变特性是黏度对剪切速率的依赖性比温度的依赖性大。因此，在注射充模时，通过提高注射压力或注射速度来增大熔体的流动性比通过提高温度有利。其结晶能力较强，提高模具温度将有助于制件结晶度的增加，甚至能提前脱模。同时，聚苯乙烯质软易脱模，塑件有浅的倒凹模时可强行脱模。
表2.3.1 PS的基本特性参数 项目 参数 密度ρ（g/cm3） 1.04～1.06 比体积（cm3/g） 0.94～0.96 吸水率（%） 0.03～0.05 熔点（℃） 131～165 成型收缩率（%） 0.2～0.8 硬度（HB） M65～80 抗弯强度（Mpa） 610～980 拉伸弹性模量（KMpa） 2.8～3.5 表2.3.2推荐成型工艺 塑料 聚苯乙烯（PS） 项目 注射机类型 螺杆式 螺杆转速/r/min 30～60 形式 直通式 喷嘴 温度/oC 160～170 前段 170～190 料筒温度/oC 中段 -- 后段 140～160 模具温度/oC 20～60 注射压力/MPa 60～100 保压力/Mpa 30～40 5
注射时间/s 保压时间/s 冷却时间/s 成型周期/s （
0～3 15～40 15～30 40～90 本设计中选择注射温度为160 oC。中批量生产，成型周期取20s，即成型周期=注射时间2s+冷却时间9.3s+开合模时间8.7s。模温低可以降低收缩率，减小热应力，防止变形，保证表面质量，模温高可以提高尺寸稳定性，综合考虑，取模温度30 oC。
经模流分析，在以上工艺条件下，可以得到很好的充型质量，并且压力降、模流前端温度、熔结痕位置、气孔位置等均在一个可以接受的程度。
第三章 成型设备
3.1 成型设备的选择
选注射机考虑注塑容量、最大成型面积、闭合高度、模具体的截面尺寸、模具的顶出、定位环、浇品套以及成型工艺，现初步确定注塑型号为XS-ZY-500，根据型腔尺寸选定模架型号为A4-450560-125-Z2 GB/T12556.1-1990。
表3.1.1 注射机基本参数 额定注射量/cm3 螺杆直径/mm 注射容量/cm3 注射压力/MPa 注射行程/mm 锁模力/kN 最大注射面积/cm2 喷嘴孔直径/mm 喷嘴圆弧半径/mm 注射时间/s 模板行程/mm 模具最大厚度/mm 模具最小厚度/mm 500 65 500 104 200 3500 1000 5 R18 2.7 500 450 300 6
定位孔直径/mm 150 3.2 注射机基本参数的校核 3.2.1 注射量的校核
根据生产经验，注射机的最大注射量是其额定注射量的80%，按体积表示法，必须
nVz?Vj?0.8Vg （3.1）
式中Vz——单个塑件容量，用Pro/E测得107.95cm；
3Vj——浇注系统凝料和飞边所需的塑料容量，40cm3；
n——型腔数目，在型腔的数目和排列方式中确定为1； Vg——注射机额定注射量，500cm3。
则1?105.84?40?147.95?0.8?500?400，故注射量符合要求。
3.2.2 锁模力的校核
为防止模具分型面被胀模力顶开，必须对模具施加足够的锁模力，否则在分型面处将产生溢料现象。本设计中必须
F?PmAz （3.2）
式中F——注射机额定锁模力（N）；
Pm ——塑料熔体在型腔内的平均压力，取35MPa；
Az ——制品在分型面上的垂直投影面积，经计算得1286. 8cm2。
则3500000?35?12867.8?450373，故锁模力符合要求。
3.2.3 最大注射压力的校核
本设计中成型时的注射压力为70～100MPa，注射机额定注射压力为104MPa，故注射压力符合成型要求。
3.2.4 注射机安装模具部分的尺寸校核
定位环尺寸：定位环必须与定位孔呈间隙配合，便于模具安装并使主流道中心线与注射机喷嘴中心线重合，定位环的高度小型模具取8～10mm，大型模具取10～15mm，定位孔深度应大于定位环的高度。
模具厚度：确定型腔尺寸后选定标准模架，查资料6得模架的闭合厚度为440mm，在注射机允许的最大450mm、最小闭合厚度350mm之间。
模具的长度与宽度：查资料6得模板长度为560mm，宽度为500mm，故可以安装在注射机上。
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3.2.5 开模行程的校核
开模行程应小于或等于注射机的模板行程，按下式校核
Smaz?S?H1?H2?S1?(5~10) （3.3）
式中Smax——注射机最大开模行程，500mm； S——模具所需开模距离，mm；
Sc'——抽芯距，17.00mm；
H1——塑件脱模距离，52mm；
H2——包括浇注系统凝料在内的塑件高度，184mm。
?17.0?0 S?52?184
?10m2m3 6 可见，开模行程满足设计要求。
第4章 模具的结构设计
4.1 型腔数目的确定和排列方式
确定型腔的数目有四种方法：按注射机的最大注射量、注射机的额定锁模力、制品的精度要求以及加工的经济性。现在根据注射机的最大注射量来确定型腔数目n
n?0.8vg?vjvn （4.1）
式中 vg——注射机最大注射量，cm3；vj——浇注系统凝料量，cm3；vn——单个塑件的体积，cm3 查表3.1.1，vg=500cm3，设定vj=40cm3，且vn=107.95 cm3 则：n?0.8?500?40?3.33（个）
107.95若取n=3，增加模具制造难度，所以取n=1。 故，本模具为一模一腔，布置在正中。
4.2 分型面的选择
模具上用于取出塑件和（或）浇注系统凝料的可分离的接触面通称为分型面。
通常按分型面的形状，将分型面分为平面型、曲面型和阶梯形三种。常把动定模分开的面称为主分型面。选择分型面的基本原则：①便于脱模和简化模具结构；②不影响外观；③保证尺寸精度；④有利于排气；⑤便于模具零件加工；⑥考虑注射机的技术规格；⑦侧向分型应与主分型面协调。本设计中分型面可以有以下三种方案：
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方案一分型面示意图 方案二分型面示意图 方案三分型面示意图 方案一：分型面选在凸台的下沿。经模流分析，产生的气孔和熔结痕主要集中在如图所示A-A面上，且该面为料流未端，利于利用分型面排气，且比较容易达到表面质量，但是增加了侧型芯的制造难度
方案二：分型面选在凸台的上沿，该分型面便于侧型芯和动模侧型芯的制做，却增加了型腔的制造难度，同时，凸台的上表面为重要面，对表面质量的要求较高，如此设置分型面会导致飞边，影响上重要面的成型精度，并且不利于排气。
方案三：分型面选在圆盒的顶面。这种设计降低了型芯的制造难度，却同时增加了型腔和滑块的制造难度，并且容易导致分型面上尺寸精度偏差，凸台的下沿会出现气孔等缺陷。这种设计有可能要求滑块安装在定模上，这就增加了侧抽芯机构的复杂性。
综上，全面考虑到制品的成型质量和模具的制造工艺性，选择方案一为本设计最终的设计方案。
4.3 浇注系统的设计
普通浇注系统由主流道、分流道、浇口、冷料穴四部分组成，其作用是使熔体顺利而平衡的充模、压实和保压。
4.3.1 主流道的设计
主流道与熔体接触，应选用较好的材料制造，还要进行淬火处理，以提高硬度，常设计成浇口套，便于更换。为保证浇口套不被冲出定模，加定位环固定，同时也能让浇口套与喷嘴对中定位。
①主流道设计成锥形，PS流动性好，可取较小的锥角， 本设计中取?=2?，内壁表面粗糙度取Ra=0.63?m。
②主流道半球形R2=R1+（1~2）mm，本设计R1=18mm，R2=18+1=19mm。
小端直径d2=d1+(0.5~1)mm，d1=5.5mm, d2=5.5+0.5=6mm,取0.5是为了获得更小的截面积，从而有更大的充型速度，并且减小温降和压力降。
凹坑深度取h=10mm. ③大端过渡圆角半径取r=2mm
④主流道长度根据模板厚度确定，L=62mm；衬套和定模采用配合H7/m6。 ⑤定位环与注射机定位孔采用H11/h11配合。
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