支承管注射模具設計-90度直角彎頭彎管

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[4] 《塑料模設計手冊》編著組.塑料設計手冊.北京：機械工業(yè)出版 社,2002. [5] 陳劍鶴.模具設計基礎[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. [6] 王文廣等.塑料注塑模具設計技巧與實例[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004 [7] 章飛.型腔模具設計與制造[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003. [8] 譚雪松，林曉新，溫利編。新編塑料模設計手冊[M].北京：人民郵電出版社，2007.1. [9] 朱光.塑料注塑模中小型模架及其技術(shù)條件[M]. 北京：清華大學出版社，2003,1. [10] 2006HERBERT W.YANKEE MANUFACTURING PROCESSES Prentice-Hall,Inc. 五、試驗、測試、試制加工所需主要儀器設備及條件 計算機(autoCAD,及pro/E,protel軟件) 任務下達時間： 2013年12月9日 畢業(yè)設計開始與完成時間： 2013年12月17日至 2014年05 月8日 組織實施單位： 教研室主任意見： 簽字： 2013年12月14日 院領導小組意見： 簽字： 2013 年12月16日 2014年機電工程學院畢業(yè)設計(論文)進度計劃表 學生姓名： 學號： 序號 起止日期 計劃完成內(nèi)容 實際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 1 2013.12.9—12.15 2 2013.12.16—12.22 3 2013.12.23—12.29 4 2013.12.30-2014.1.5 5 2014.1.6-2014.1.12 6 2014.1.13-2014.1.19 7 2014.2.24-2014.3.2 8 2014.3.3-2014.3.9 (本表同時作為指導教師對學生的16次考勤記錄) 2014年機電工程學院畢業(yè)設計進度計劃表（續(xù)） 學生姓名： 學號： 序號 起止日期 計劃完成內(nèi)容 實際完成內(nèi)容 檢查日期 檢查人簽名 9 2014.3.10-2014.3.16 10 2014.3.17-2014.3.23 11 2014.3.24-2014.3.30 12 2014.3.31-2014.4.6 13 2014.4.7-2014.4.13 14 2014.4.14-2014.4.20 15 2014.4.21-2014.4.27 16 2014.4.28-2014.5.4 任務下達時間：2013年12月9日　(本表同時作為指導教師對學生的16次考勤記錄) 編號： 　畢業(yè)設計（論文）外文翻譯 （原文） 學 院： 國防生學院 專 業(yè)：機械設計制造及其自動化 學生姓名： 譚宇宙 學 號： 1000110111 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 何玉林 職 稱： 講師 2014年1月18日 編號： 　畢業(yè)設計(論文)開題報告 題 目： 支承管注射模具設計 院 （系）： 國防生學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 譚宇宙 學 號： 1000110111 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 何玉林 職 稱： 講師 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 2013年12月23日 1．畢業(yè)設計的主要內(nèi)容、重點和難點等 注射成型的基本原理、冷流道注射模具澆注系統(tǒng)、凸模凹模以及成型零件的計算、排氣系統(tǒng)的設計、側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)的設計、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)和頂出系統(tǒng)。并介紹OUTCAD的應用以及對導柱和導套進行參數(shù)化設計。 1、塑件的分析 2、塑件材料的選用與性能分析（特性及成型工藝參數(shù)） 3、擬定模具的結(jié)構(gòu)形式塑（塑件要有側(cè)凹或側(cè)凸或螺紋） 4、 澆注系統(tǒng)的設計 5、分流道的設計 6、澆口的設計 7、冷料穴和拉料桿的設計 8、成型零件的設計 9、導向機構(gòu)的設計 10、脫模推出機構(gòu)的設計 11、側(cè)向分型與抽心機構(gòu)設計 12、排氣系統(tǒng)的設計 13、冷卻系統(tǒng)的設計 2．準備情況（查閱過的文獻資料及調(diào)研情況、現(xiàn)有設備、實驗條件等） 1、模具技術(shù)的現(xiàn)狀 模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。 2、注塑模簡介 注塑成型又稱注塑模具，是熱塑性塑料制件的一種主要成型方法，并且能夠成功地將某些熱固性塑料注塑成型。注塑成型可成型各種形狀的塑料制品，其優(yōu)點包括成型周期短，能一次成型外形復雜、尺寸精密、帶有嵌件的制品，且生產(chǎn)效率高易于實現(xiàn)自動化，因而廣泛應用在塑料制品生產(chǎn)當中。 3、注塑成型原理及特點 塑料的注塑成型過程，就是借助螺桿或柱塞的推力，將已塑化的塑料熔體以一定的壓力和速度注入模具型腔內(nèi)，經(jīng)過冷卻固化定型后開模而獲得制品。因此，可以說注塑成型在塑料裝配生產(chǎn)中具有重要地位。 4、注塑成型原理 注塑成型所用的模具即為注塑模（也稱為注射模），注塑成型的原理（以螺桿式注射機為例）。首先將顆?；蚍蹱畹乃芰霞尤肓隙?，然后輸送到側(cè)裝有電加熱的料筒中塑化。螺桿在料筒前端原地轉(zhuǎn)動，使被加熱預塑的塑料在螺桿的轉(zhuǎn)動作用下通過螺旋槽輸送至料筒前端的噴嘴附近。螺桿的轉(zhuǎn)動使塑料進一步化，料溫在剪切摩擦熱的作用下進一步提高并得以均勻化。當料筒前端堆積的體對螺桿產(chǎn)生一定的壓力時（稱為螺桿的背壓），螺桿將轉(zhuǎn)動后退，直至整好的行程開關接觸，從而使螺母與螺桿鎖緊。具有模具一次注射量的塑料預塑和儲過程結(jié)束。這時，馬達帶動氣缸前進，與液壓缸活塞相連接的螺桿以一定的速度和壓力將熔料通過料筒前端的噴嘴注入溫度較低的閉合模具型腔中。熔體通過噴嘴注入閉合模具腔后，必須經(jīng)過一定時間的保壓，熔融塑料才能冷卻固化，保持模具型腔所賦予形狀和尺寸。當合模機構(gòu)打開時，在推出機構(gòu)的作用下，即可頂出注塑成型的塑料制品。 5、 支承管注射模具設計的流程： (1)思考與創(chuàng)新：繪制草圖，確定晾衣叉的外觀形式； (2)實踐操作：通過Pro-e軟件畫出晾衣叉外殼的三維模型； (3)用Pro-e做出內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)外觀要求； (4)將Pro-e做的圖導入AutoCAD中； (5)修改結(jié)構(gòu)圖。 6、注射模具的設計過程 (1)對塑料零件的材料、形狀和功能進行分析 (2)確定型腔的數(shù)目 確定型腔的數(shù)目條件有：最大注射量、鎖模力、產(chǎn)品的精度要求和經(jīng)濟性等。 (3) 選擇分型面 分型面的選擇應以模具結(jié)構(gòu)簡單、分型容易，且不破壞已成型的塑件為原則。 (4)型腔的布置方案 型腔的布置應采用平衡式排列，以保證各型腔平衡進料。型腔的布置還要注意與冷卻管道、推桿布置的協(xié)調(diào)問題。 (5)確定澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)包括主流道、分流道、澆口和冷料穴。澆注系統(tǒng)的設計應根據(jù)模具的類型、型腔的數(shù)目及布置方式、塑件的原料及尺寸等確定。 (6)確定脫模方式 脫模方式的設計應根據(jù)塑件留在模具的部分而同。由于注射機的推出頂桿在動模部分，所以，脫模推出機構(gòu)一般都設計在模具的動模部分。因此，應設計成使塑件能留在動模部分。設計中，除了將較長的型芯安排在動模部分以外，還常設計拉料桿，強制塑件留在動模部分。但也有些塑件的結(jié)構(gòu)要求塑件在分型時，留在定模部分，在定模一側(cè)設計出推出裝置。推出機構(gòu)的設計也應根據(jù)塑件的不同結(jié)構(gòu)設計出不同的形式，有推桿、推管和推板等結(jié)構(gòu)。 (7)確定調(diào)溫系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 模具的調(diào)溫系統(tǒng)主要由塑料種類決定。模具的大小、塑件的物理性能、外觀和尺寸精度都對模具的調(diào)溫系統(tǒng)有影響。 (8)確定凹模和型心的固定方式 當凹模或型心采用鑲塊結(jié)構(gòu)時，應合理地劃分鐵塊并同時考慮鑲塊的強度、可加工性及安裝固定。 (9)確定排氣尺寸 一般注射模的排氣可以利用模具分型面和推桿與模具的間隙；而對于大型和高速成型的注射模，必須設計相應的排氣裝置。 (10)確定注射模的主要尺寸 根據(jù)相應的公式，計算成型零件的工作尺寸，以及決定模具型腔的側(cè)壁厚度、動模板的厚度、拼塊式型腔的型腔板的厚度及注射模的閉合高度。 (11)選用標準模架 根據(jù)設計、計算的注射模的主要尺寸，來選用注視模的標準模架，并盡量選擇標準模具零件。 (12)繪制模具的結(jié)構(gòu)草圖 在以上工作的基礎上，繪制注射模的完整的結(jié)構(gòu)草圖，繪制模具結(jié)構(gòu)圖是模具設計十分重要的工作，其步驟為先畫俯視圖（順序為：畫模架、型腔、冷卻管道、支撐柱、推出機構(gòu)），再畫出主視圖。 (13)校核模具與注射機有關尺寸 對所使用的注射機的參數(shù)進行校核：包括最大注射量、注射壓力、鎖模力及模具的安裝部分的尺寸、開模行程和推出機構(gòu)的校核。 (14)注射模結(jié)構(gòu)設計的審查 對根據(jù)上述有關注視模結(jié)構(gòu)設計的各項要求設計出來的注射模，應進行注射模結(jié)構(gòu)設計的初步審查，同時，也有必要對提出的要求加以確認和修改。 (15)繪制模具的裝配圖 裝配圖是模具裝配的主要依據(jù)，因此應清楚地表明注視模的各個零件的裝配關系、必要的尺寸（如外形尺寸、定位圈直徑、安裝尺寸、活動零件的極限尺寸等）、序號、明細表、標題欄及技術(shù)要求。 (16)繪制模具的零件圖 由模具裝配圖拆繪零件圖的順序為：先內(nèi)后外，先復雜后簡單，先成型零件后結(jié)構(gòu)零件。 (17)復核設計圖樣 注射模具設計的最后是審核所設計的注射模，應多關注零件的加工、性能。 已查閱的文獻資料 [1] 李學峰.塑料模設計及制造[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2001. [2] 翁其金.塑料模塑成型技術(shù)[M]. 北京：機械工業(yè)出版社,2002. [3] 錢泉森.塑料成型工藝及模具設計[M]. 濟南：山東科學技術(shù)出版社，2004. [4] 《塑料模設計手冊》編著組.塑料設計手冊.北京：機械工業(yè)出版社,2002. [5] 陳劍鶴.模具設計基礎[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2004. [6] 王文廣等.塑料注塑模具設計技巧與實例[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2004 [7] 章飛.型腔模具設計與制造[M]. 北京：化學工業(yè)出版社，2003. [8] 譚雪松，林曉新，溫利編。新編塑料模設計手冊.北京：人民郵電出版社，2007.1. [9] 朱光.塑料注塑模中小型模架及其技術(shù)條件[M]. 北京：清華大學出版社， 2003,1. [10] cunha,L,et.al.,performance of chromium nitride and titanium nitride coatings during platics injection moulding. Surface and coating Technology, 2002. 153(2-3):p.160-165. 現(xiàn)有設備及實驗條件：計算機一臺，使用軟件為Pro/Engineer5.0及Auto CAD2008、Moldflow insight，以上實驗條件可滿足本次畢業(yè)設計的要求. 3、實施方案、進度實施計劃及預期提交的畢業(yè)設計資料 1、2013年12月17日至2013年12月30日，理解消化畢設任務書要求并收集、分析、消化資料文獻，根據(jù)畢設內(nèi)容完成并交開題報告； 2、2013年1月6日至2014年1月13日，開展調(diào)研，了解塑件結(jié)構(gòu)，對原材料進行分析，考慮塑件的成型工藝性、模具的總體結(jié)構(gòu)的形式，并完成部分英文摘要翻譯。 3、2014年3月4日至2013年3月31日，查閱資料，熟悉注射模的結(jié)構(gòu)及有關計算，擬定模具的方案設計、總體設計及主要零件設計，擬定成型工藝過程，查閱有關手冊確定適宜的工藝參數(shù)，注射機的選擇及確定注射設備及型號規(guī)格； 4、2014年4月1日至2014年4月21日，完成設計計算任務，總體結(jié)構(gòu)的設計和完成總裝配圖及零件圖的設計； 5、2014年4月22日至2014年5月1日，完成設計，圖紙繪制任務，工藝規(guī)程說明書的編寫； 6、2014年5月1日至2014年5月4日，完善設計并完成論文的撰寫； 7、2014年5月4日至2014年5月8日，修改并打印畢業(yè)論文及整理相關資料，交指導老師評閱，準備論文答辯。 指導教師意見 指導教師（簽字）： 2013年12月 日 開題小組意見 開題小組組長（簽字）： 2014年1 月 日 院（系、部）意見 主管院長（系、部主任）簽字： 2014年1月　　日 - 4 - 畢業(yè)設計（論文）中期檢查表（指導教師） 指導教師姓名：何玉林 　　 填表日期： 2014年 4 月 20 日 學生學號 1000110111 學生姓名 譚宇宙 題目名稱 支承管注射模具設計 已完成內(nèi)容 開題并做調(diào)研，進行翻譯； 確定其方案設計； 完成結(jié)構(gòu)設計； 繪制結(jié)構(gòu)草圖； 完成相關計算； 完成英文翻譯； 繪制裝配圖； 繪制零件圖； 撰寫論文； 完成畢業(yè)設計。 檢查日期：2014-4-20 完成情況 t全部完成 □按進度完成 □滯后進度安排 存在困難 　 解決辦法 　查閱相關資料，并且與指導老師和同學們一起討論解決方案。 預期成績 □優(yōu) 秀 t良 好 □中 等 □及 格 □不及格 建 議 教師簽名： 教務處實踐教學科制表 說明：1、本表由檢查畢業(yè)設計的指導教師如實填寫；2、此表要放入畢業(yè)設計（論文）檔案袋中； 3、各院(系)分類匯總后報教務處實踐教學科備案 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 編號： 　畢業(yè)設計(論文)說明書 題 目： 支承管注射模具設計 院 （系）： 機電工程學院 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學生姓名： 譚宇宙 學 號： 1000110111 指導教師單位： 機電工程學院 姓 名： 何玉林 職 稱： 講師 題目類型：¨理論研究 ¨實驗研究 t工程設計 ¨工程技術(shù)研究 ¨軟件開發(fā) 2014年5月1日 摘 要 模具作為一種成型工具，其設計、制造水平的高低，直接關系到產(chǎn)品的質(zhì)量與更新?lián)Q代，是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平的重要標志。 支撐管彎頭體積較小、內(nèi)部結(jié)構(gòu)復雜，因而對注射成型模具和成型工藝的要求極高。支撐管彎頭注射模設計制造的最大難點在于成型部件、澆注系統(tǒng)、脫模機構(gòu)的設計。然后用Solidworks進行三維實體建模,再進行實體分析,確定出型腔數(shù)目,初選出成型設備,確定塑件的擺放位置,然后進行分型面的確定,澆口的確定,確定結(jié)構(gòu)草圖,再搭配Solidworks的moldflow可以非常有效的進行模架設計,然后進行抽芯機構(gòu),推出機構(gòu),復位機構(gòu)的設計,冷卻系統(tǒng)的設計,最后在Solidworks下進行機構(gòu)模擬分析和校核。在這過程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)不合理或者干涉的情況,然后分析這些狀況產(chǎn)生的原因,然后進行修改,直到最后確定比較合理的方案。方案出來以后,再利用Solidworks的有限元分析功能對模具的受力部分進行強度校核,這也是Solidworks比較強大的功能之一。當完全確定沒有問題的時候,就進行二維圖形的繪制。在繪制二維圖形的時候,運用目前機械行業(yè)最有有效的二維圖紙繪制方法---由三維轉(zhuǎn)成二維。這不但在設計的過程思維更加清晰, 把大量經(jīng)歷用于機構(gòu)的優(yōu)化和完善,最重要的是大大提高的繪圖速度和準確性,這在目前的經(jīng)濟時代是非常重要的。 這套模具最重要的是通過傳統(tǒng)和現(xiàn)代二種思維方法來設計的,可以親身體會出二種方法各自的優(yōu)缺點,取長補短。可以讓傳統(tǒng)工業(yè)煥發(fā)出新的活力,也提高了大家學習興趣。 關鍵詞: 注塑模具；支撐管彎頭；澆注系統(tǒng)；裝配工藝； Abstract Die as a tool for molding, its design, manufacture level are of direct bearing on the quality of products and replacement, an important indicator to measure a country's level of manufacturing. Support elbow is of small size and complex internal structure, thus demanding a highly molding technique and injection die. The most difficult parts of Support elbow injection mould design and manufacture are the design of molding part, injection system, stripping structures. after demonstrated, I choose low-pressure polyethylene as the stuff. Second, I use Solidworks to do the three-dimensional sculpting for the entity for the sake of deciding the number of swage, equipment of injection, and the place of produce. Third, I choose the parting line, the gate, the sketch of the machinery, and arranged in pairs or groups imoldflow of Solidworks (in this way, we can design the mold’s carrier with effectively). Next, the machine of take out, fetch, return, and the cool system. The end, I use Solidworks to simulate the machine, besides analyses and check it. In the process, I always find the phenomenon of inconsequence and interference, when this phenomenon happened, I must analyses what’s wrong happened and why. Until I fine the whys, I must modify it. The end, I should decide the rational project. After the project is putted forward, I checked the intension of the pressed part of the mold with FEA of Solidworks. FEA is one of the power functions of Solidworks. After raveling out all problems, I should draw the planar chart. In the process of drawing——transform the three-dimensional chart to planar. In this way, my thinking became very in focus in the process of design, so I spend mostly energy to optimize and consummate the machine, the top-drawer is that we can heighten speed and veracity of drawing. At present, this is very important. In the process of the design, I used traditionary technique and unconventional ways. Compared them, I found theirs strongpoint and disadvantage, so I can learn from other’s strong points to offset one's weakness. Improving the traditionary technique, besides improve our’s interest to study machine. Key Words: Injection mold；Support elbow；Pouring system； Assembly process； 目 錄 1. 緒 論 1 1.1國內(nèi)外發(fā)展狀況 1 1.1.1模具工業(yè)的概況 1 1.1.2我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)狀況及地區(qū)分布 2 1.1.3我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)的今后的主要發(fā)展方向 5 1.1.4注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢 5 1.2研究內(nèi)容 7 1.2.1支撐管彎頭外形設計 7 1.2.2分析最佳成型工藝 7 1.2.3模具結(jié)構(gòu)分析和確定 7 1.2.4模具開合模運動仿真 7 2.支撐管彎頭設計及其成型工藝分析 8 2.1制品結(jié)構(gòu)和形狀的設計 8 2.2制品材料的選擇 9 2.2.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） 9 2.2.2聚苯乙烯（PS） 9 2.2.3雙酚A型碳酸脂（PC） 10 2.3注射工藝選擇 12 2.3.1 ABS塑料的干燥 12 2.3.2注射壓力 12 2.3.3注射溫度 12 2.3.4模具溫度 13 2.3.5料量控制 13 3.模具設計 14 3.1型腔數(shù)量的確定 14 3.2注塑機選型 14 3.2.1注射量計算 15 3.2.2注射機型號確定 16 3.2.3注射壓力校核 16 3.2.4鎖模力校核 16 3.2.5開模行程和模板安裝尺寸校核 17 3.3模具澆注系統(tǒng)設計 18 3.3.1主流道設計 18 3.3.2分流道 18 3.3.3澆口設計 19 3.4注射模具成型零部件設計 20 3.4.1成型零部件尺寸分析 20 3.4.2塑件收縮率的影響 20 3.4.3成型零件的設計 21 3.4.3.1型腔 21 3.4.3.2側(cè)型芯 22 3.4.4成型零部件強度校核計算 23 3.4.5型芯與型腔配合 23 3.5脫模機構(gòu)設計 24 3.6側(cè)向抽芯設計 26 3.6.1機構(gòu)設計 26 3.6.2確定抽芯距 27 3.6.3抽芯力的計算 27 3.6.4斜導柱設計 28 3.7導柱導向機構(gòu) 29 3.7.1結(jié)構(gòu)形式 29 3.7.2導柱結(jié)構(gòu)和技術(shù)要求 30 3.7.3導套 30 3.8模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng) 31 3.9模具材料 31 4.模具裝配工藝 33 4.1塑料模具的裝配基準 33 4.2塑料模具的總裝配程序 33 4.3塑料模具裝配時注意事項 34 4.4空心球柄模具裝配工藝 34 結(jié) 語 36 致 謝 37 參考文獻 38 桂林電子科技大學畢業(yè)設計（論文）報告用紙 第 38 頁 共 38 頁 1 緒 論 1.1國內(nèi)外發(fā)展狀況 1.1.1模具工業(yè)的概況 模具是機械、汽車、電子、通訊、家電等工業(yè)產(chǎn)品的基礎工藝裝備之一。作為工業(yè)基礎，模具的質(zhì)量、精度、壽命對其他工業(yè)的發(fā)展起著十分重要的作用，在國際上被稱為“工業(yè)之母”，對國民經(jīng)濟發(fā)展起著不容質(zhì)疑的作用。 模具工業(yè)是制造業(yè)中的一項基礎產(chǎn)業(yè)，是技術(shù)成果轉(zhuǎn)化的基礎，同時本身又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要領域，在歐美等工業(yè)發(fā)達國家被稱為“點鐵成金”的“磁力工業(yè)” ；美國工業(yè)界認為“模具工業(yè)是美國工業(yè)的基石”;德國則認為是所有工業(yè)中的“關鍵工業(yè)” ;日本模具協(xié)會也認為“模具是促進社會繁榮富裕的動力” ，同時也是“整個工業(yè)發(fā)展的秘密”，是“進入富裕社會的原動力” 。日本模具產(chǎn)業(yè)年產(chǎn)值達到13000億日元，遠遠超過日本機床總產(chǎn)值9000億日元。如今，世界模具工業(yè)的發(fā)展甚至己超過了新興的電子工業(yè)。在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中，沖壓模具約占50%，塑料模具約占33%，壓鑄模具約占6%，其它各類模具約占11%[1]。 塑料模具工業(yè)是隨塑料工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展的。塑料工業(yè)是一門新興工業(yè)。自塑料問世后的幾十年以來，由于其原料豐富、制作方便和成本低廉，塑料工業(yè)發(fā)展很快，它在某些方面己取代了多種有色金屬、黑色金屬、水泥、橡膠、皮革、陶瓷、木材和玻璃等，成為各個工業(yè)部門不可缺少的材料[2]。 目前在國民經(jīng)濟的各個部門中都廣泛地使用著各式各樣的塑料制品。特別是在辦公設備、照相機、汽車、儀器儀表、機械制造、交通、電信、輕工、建筑業(yè)產(chǎn)品、日用品以及家用電器行業(yè)中的電視機、收錄機、洗衣機、電冰箱和手表的殼體等零件，都已經(jīng)向塑料化方向發(fā)展。近幾年來由于工程塑料制件的強度和精度等得到很大的提高，因而各種工程塑料零件的使用范圍正在不斷擴大，預計今后隨著微型電子計算機的普及和汽車的微型化，塑料制件的使用范圍將會越來越大，塑料工業(yè)的生產(chǎn)量也將迅速增長，塑料的應用將覆蓋國民經(jīng)濟所有部門，尤其在國防和尖端科學技術(shù)領域中占有越來越重要的地位。目前，世界的塑料產(chǎn)量已超過有色金屬產(chǎn)量的總和[3]。 塑料模具就是利用特定形狀去成型具有一定形狀和尺寸的塑料制品的工藝基礎裝備。用塑料模具生產(chǎn)的主要優(yōu)點是制造簡便、材料利用高、生產(chǎn)率高、產(chǎn)品的尺寸規(guī)格一致，特別是對大批量生產(chǎn)的機電產(chǎn)品，更能獲得價廉物美的經(jīng)濟效果。塑料模具的現(xiàn)代設計與制造和現(xiàn)代塑料工業(yè)的發(fā)展有極密切的關系。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展，塑料模具工業(yè)也隨之迅速發(fā)展。 在我國，隨著國民經(jīng)濟的高速發(fā)展，模具工業(yè)的發(fā)展也十分迅速。2010年中國大陸制造工業(yè)對模具的總市場需求量約為1800億元，今后幾年仍將以每年10%以上的速度增長。對于大型、精密、復雜、長壽命模具需求的增長將遠超過每年10%的增幅。汽車、建筑材料、家用電器行業(yè)的飛速發(fā)展使之對模具的需求量極大。到2015年，在建筑與建材行業(yè)方面，塑料門窗的普及率為40%，塑料管的普及率將達到60%，這些都會大大增加對模具的需求量。其它發(fā)展較快的行業(yè)，如電子、通訊和建筑材料等行業(yè)對模具的需求，都將對中國模具工業(yè)和技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生巨大的推動作用[1]。 1.1.2我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)狀況及地區(qū)分布 在中國，人們已經(jīng)越來越認識到模具在制造中的重要基礎地位，認識到模具技術(shù)水平的高低，已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志，并在很大程度上決定著產(chǎn)品質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。我國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在，歷經(jīng)半個多世紀，有了很大發(fā)展，模具水平有了較大提高。在大型模具方面已能生產(chǎn)l8英寸大屏幕彩電塑殼注射模具、6. 5kg大容量洗衣機全套塑料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具。精密塑料模具方面，已能生產(chǎn)照相機塑料件模具、多型腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具。如天津榮天和機電有限公司和煙臺北極星I.K模具有限公司制造的多腔VCD和DVD齒輪模具，所生產(chǎn)的這類齒輪塑件的尺寸精度、同軸度、跳動等要求都達到了國外同類產(chǎn)品的水平，而且還采用最新的齒輪設計軟件，糾正了由于成型收縮造成的齒形誤差，達到了標準漸開線齒形要求。還能生產(chǎn)厚度僅為0. 08mm的一模兩腔的航空杯模具和難度較高的塑料門窗擠出模等等。注塑模型腔制造精度可達0. 02 ~ 0. 05mm，表面粗糙度Ra0. 2 u m，模具質(zhì)量、壽命明顯提高了，非淬火鋼模壽命可達10~30萬次，淬火鋼模達50 ~100萬次，交貨期較以前縮短，但和國外相比仍有較大差距。 成型工藝方面，多材質(zhì)塑料成型模、高效多色注射模、鑲件互換結(jié)構(gòu)和抽芯脫模機構(gòu)的創(chuàng)新設計方面也取得較大進展。氣體輔助注射成型技術(shù)的使用更趨成熟，如青島海信模具有限公司、天津通信廣播公司模具廠等廠家成功地在29~34英寸電視機外殼以及一些厚壁零件的模具上運用氣輔技術(shù)，一些廠家還使用了C-MOLD氣輔軟件，取得較好的效果。如上海新普雷斯等公司就能為用戶提供氣輔成型設備及技術(shù)。熱流道模具開始推廣，有的廠采用率達20%以上，一般采用內(nèi)熱式或外熱式熱流道裝置，少數(shù)單位采用具有世界先進水平的高難度針閥式熱流道模具。但總體上熱流道的采用率不到10%,與國外的50~80%相比，差距較大。 在制造技術(shù)方面，CAD/CAM/CAE技術(shù)的應用水平上了一個新臺階，以生產(chǎn)家用電器的企業(yè)為代表，陸續(xù)引進了相當數(shù)量的CAD/CAM系統(tǒng)，如美國EDS的UG II、美國Parametric Technology公司的Pro/Engineer、美國CV公司的CADS5、英國Deltacam公司的DOCT5、日本HZS公司的CRADE、以色列公司的Cimatron、美國AC-Tech公司的C-Mold及澳大利亞Moldflow公司的MPA塑模分析軟件等等。這些系統(tǒng)和軟件的引進，雖花費了大量資金，但在我國模具行業(yè)中，實現(xiàn)了CAD/CAM的集成，并能支持CAE技術(shù)對成型過程，如充模和冷卻等進行計算機模擬，取得了一定的技術(shù)經(jīng)濟效益，促進和推動了我國模具CAD/CAM技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國自主開發(fā)的塑料模CAD/CAM系統(tǒng)有了很大發(fā)展，主要有北航華正軟件工程研究所開發(fā)的CAXA系統(tǒng)、華中科技大學開發(fā)的注塑模HSC5.0系統(tǒng)及CAE軟件等，這些軟件具有適應國內(nèi)模具的具體情況、能在微機上應用且價格較低等特點為進一步普及模具CAD/CAM技術(shù)創(chuàng)造了良好條件[1]。 近年來，國內(nèi)己較廣泛地采用一些新的塑料模具鋼，如:P20, 3Cr2Mo, PMS,SM I、SM II等，對模具的質(zhì)量和使用壽命有著直接的重大的影響，但總體使用量仍較少。塑料模標準模架、標準推桿和彈簧等越來越廣泛地得到應用，并且出現(xiàn)了一些國產(chǎn)的商品化的熱流道系統(tǒng)元件。但目前我國模具標準化程度和商品化程度一般在30%以下，和國外先進工業(yè)國家已達到70%-80%相比，仍有很大差距[3]。技術(shù)比較見表1 表1-1 國內(nèi)外塑料模具技術(shù)比較表 項目 國外 國內(nèi) 注塑模型腔精度 0. 005~0. 01mm 0.02~0.05mm 型腔表面粗糙度 Ra0.01~0. 05 um Ra0.20 um 非淬火鋼模具壽命 10-60萬次 10~30萬次 淬火鋼模具壽命 160~300萬次 50~100萬次 熱流道模具使用率 80%以上 總體不足10% 標準化程度 70~80% 小于30% 中型塑料模生產(chǎn)周期 一個月左右 2~4個月 目前，全世界模具的年產(chǎn)值約為650億美元，我國模具工業(yè)的產(chǎn)值在國際上排名位居第三位，僅次于日本和美國。雖然近幾年來，我國模具工業(yè)的技術(shù)水平己取得了很大的進步，但總體上與工業(yè)發(fā)達的國家相比仍有較大的差距[2]。 我國模具工業(yè)起步晚，底子薄，與工業(yè)發(fā)達國家相比有很大的差距，但在國家產(chǎn)業(yè)政策和與之配套的一系列國家經(jīng)濟政策的支持和引導下，我國模具工業(yè)發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計2000年總產(chǎn)值僅為270億元，占世界總量的5%。2010年，我國模具產(chǎn)業(yè)的銷售總額超過1200億元，預計到“十二五”末我國模具產(chǎn)業(yè)的總產(chǎn)值將有望突破2600億元[5]。但我國模具行業(yè)還有很大的發(fā)展空間，目前自產(chǎn)自用占主導地位，商品化模具僅占一半左右，國內(nèi)模具生產(chǎn)仍供不應求，特別是精密、大型、復雜、長壽命模具，仍主要依賴進口。目前，就整個模具市場來看，進口模具約占市場總量的20%左右，其中，中高檔模具進口比例達40%以上。因此，近年來我國模具發(fā)展的重點放在精密、大型、復雜、長壽命模具上，并取得了可喜的成績，模具進口逐漸下降，模具技術(shù)和水平也有長足的進步。近年來，模具行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和體制改革步伐加快，主要表現(xiàn)為：大型精密、復雜、長壽命等中高檔模具及模具標準件發(fā)展速度快于一般模具產(chǎn)品；塑料模和壓鑄模比例增大；專業(yè)模具廠數(shù)量增加較快，其能力提高顯著；“三資”及私營企業(yè)發(fā)展迅速，尤其是“三資”企業(yè)目前已成為行業(yè)的主力軍；股份制改造步伐加快，等等。從地區(qū)分布來說，以珠江三角洲和長江三角洲為中心的東南沿海地區(qū)發(fā)展快于中西部地區(qū)，南方的發(fā)展快于北方。目前發(fā)展最快、模具生產(chǎn)最為集中的省份是廣東和浙江，這2個省的模具產(chǎn)值已占全國總量的六成以上。江蘇、上海、山東、安徽等地目前發(fā)展態(tài)勢也很好。我國模具年生產(chǎn)總量雖然已位居世界第三，但設計制造水平在總體上要比工業(yè)發(fā)達國家落后許多，其差距主要表現(xiàn)在下列六方面： (1)國內(nèi)自配率不足80％，中低檔模具供過于求，中高檔模具自配率不足60％。 (2)企業(yè)組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、技術(shù)結(jié)構(gòu)和進出口結(jié)構(gòu)都不夠合理。 (3)模具產(chǎn)品水平和生產(chǎn)工藝水平總體上比國際先進水平低許多，而模具生產(chǎn)周期卻要比國際先進水平長許多。 (4)開發(fā)能力弱，經(jīng)濟效益欠佳。我國模具企業(yè)技術(shù)人員比例較低，水平也較低，不重視產(chǎn)品開發(fā)，在市場中常處于被動地位。 (5)模具標準化水平和模具標準件使用覆蓋率低。 (6)與國際先進水平相比，模具企業(yè)的管理落后更甚于技術(shù)落后[1]。 縱觀發(fā)達國家對模具工業(yè)的認識與重視，我們感受到制造理念陳舊則是我國模具工業(yè)發(fā)展滯后的直接原因。模具技術(shù)水平的高低，決定著產(chǎn)品的質(zhì)量、效益和新產(chǎn)品開發(fā)能力，它已成為衡量一個國家制造業(yè)水平高低的重要標志。因此，模具是國家重點鼓勵與支持發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，現(xiàn)代模具是多學科知識集聚的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一部分，是國民經(jīng)濟的裝備產(chǎn)業(yè)，其技術(shù)、資金與勞動相對密集。提高模具標準化水平和模具標準件的使用率。模具標準件是模具基礎，其大量應用可縮短模具設計制造周期，同時也顯著提高模具的制造精度和使用性能，大大地提高模具質(zhì)量。 早在1989年，在國務院頒布的《關于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定》中，模具被列為機械工業(yè)技術(shù)改造序列的首位。1997年以來，又相繼把模具及其加工技術(shù)和設備列入《當前國家重點鼓勵發(fā)展的產(chǎn)業(yè)、產(chǎn)品和技術(shù)目錄》和《鼓勵外商投資產(chǎn)業(yè)目錄》。經(jīng)國務院批準，從1997年開始對部分模具企業(yè)實行了增值稅返還70%的優(yōu)惠政策。所有這些國家對模具工業(yè)采取的優(yōu)惠政策也將對其發(fā)展提供有力支持[1]。 在科技發(fā)展中，人是第一因素，因此我們要特別注重對知識的更新與學習，實現(xiàn)產(chǎn)、學、研相結(jié)合，培養(yǎng)更多的模具人才，搞好技術(shù)創(chuàng)新，提高模具設計制造水平。在制造中積極采用多媒體與虛擬現(xiàn)實技術(shù)，逐步走向網(wǎng)絡化、智能化環(huán)境，實現(xiàn)模具企業(yè)的敏捷制造、動態(tài)聯(lián)盟與系統(tǒng)集成。我國模具工業(yè)一個完全信息化的、充滿著朝氣和希望而又實實在在的新時代即將到來。 1.1.3我國塑料模具工業(yè)和技術(shù)的今后的主要發(fā)展方向 在信息社會和經(jīng)濟全球化不斷發(fā)展的進程中，模具行業(yè)發(fā)展趨勢主要是模具產(chǎn)品向著更大型、更精密、更復雜及更經(jīng)濟快速方面發(fā)展，技術(shù)含量不斷提高，模具生產(chǎn)向著信息化、數(shù)字化、無圖化、精細化、自動化方面發(fā)展；模具企業(yè)向著技術(shù)集成化、設備精良化、產(chǎn)品品牌化、管理信息化、經(jīng)營國際化方向發(fā)展。 模具技術(shù)的發(fā)展趨勢主要是：①CAD、CAM、CAE的廣泛應用及其軟件的不斷先進和CAD／CAM／CAE技術(shù)的進一步集成化、一體化、智能化；②PDM(產(chǎn)品數(shù)據(jù)管理)、CAPP(計算機輔助工藝設計管理)、KBE(基于知識工程)、ERP(企業(yè)資源管理)、MIS(模具制造管理信息系統(tǒng))及Internet平臺等信息網(wǎng)絡技術(shù)的不斷發(fā)展和應用；③高速、高精加工技術(shù)的發(fā)展與應用；④超精加工、復合加工、先進表面加工和處理技術(shù)的發(fā)展與應用；⑤快速成型與快速制模(RP／RT)技術(shù)的發(fā)展與應用；⑥熱流道技術(shù)、精密測量及高速掃描技術(shù)、逆向工程及并行工程的發(fā)展與應用；⑦ 模具標準化及模具標準件的發(fā)展及進一步推廣應用；⑧優(yōu)質(zhì)模具材料的研制及正確選用；⑨模具自動加工系統(tǒng)的研制與應用；⑩虛擬技術(shù)和納米技術(shù)等的逐步應用[1]。 1.1.4注塑模具CAD發(fā)展概況及趨勢 計算機輔助設計((Computer Aided Design, CAD)是當代計算機應用的一個重要領域。隨著計算機硬件和軟件技術(shù)水平的迅速提高，CAD技術(shù)及其應用一直處于日新月異的發(fā)展浪潮中。作為CAD技術(shù)應用的一個十分重要的方面，塑料模具計算機輔助設計、模擬分析與制造，即模具CAD、CAE和CAM也一直是國內(nèi)外普遍關注的熱點。 三十多年來，國外注射模CAD技術(shù)發(fā)展相當迅速。70年代己開始應用計算機對熔融塑料在圓盤形、管形和長方形型腔內(nèi)的流動情況進行分析。80年代初，人們成功地采用有限元法分析三維型腔內(nèi)塑料熔體的流動過程，使設計人員可以依據(jù)理論分析并結(jié)合自身的經(jīng)驗，在模具制造前對設計方案進行評價和修改，以減少試模時間，提高模具質(zhì)量。近十年來，注射模CAD技術(shù)在不斷進行理論和實驗研究的同時，十分注意向?qū)嵱没A段發(fā)展，一些高水平的商品軟件逐步推出，并在推廣和實際使用中不斷改進、提高和完善。比較有代表性的軟件系統(tǒng)有: 澳大利亞Moldflow PTY公司的Moldflow系統(tǒng)該系統(tǒng)具有很強的注射模分析模擬功能，包括繪制型腔圖形的線框造型軟件SHOD，有限元網(wǎng)格生成軟件FMESH，流動分析軟件FLOW，冷卻分析軟件COOLING，流動、冷卻分析結(jié)果和模架應力場分布的可視化顯示軟件FRES以及翹曲分析模擬軟件。 美國CRATEK公司的注射模CAD/CAM/CAE系統(tǒng)該系統(tǒng)包括三維幾何形狀描述軟件OPTIMOLD III，二維注射流動分析軟件SIMUFLOW，三維有限元流動分析軟件SLMUFLOW 3D，冷卻分析軟件SIMUCOOL，標準模架(美國DME標準)選擇軟件OPTIMOLD等部分。 美國和意大利的Plastics&Computer Inc公司的TMCONCEPT專家系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括材料選擇TMC-MS、注射工藝條件和模具費用優(yōu)化TMC-MCO、注射流動分析TMC-FA、型腔尺寸設計TMC-CSE和模具傳熱分析TMC-MTA等功能模塊。 德國IKV研究所的CADMOULD系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有注射模流動分析、冷卻分析和力學性能校核等功能，CAD-MOULD-MEFISTO系統(tǒng)則采用有限元法進行三維型腔的流動分析。 我國在注射模CAD技術(shù)開發(fā)、應用及研究方面起步較晚。從80年代中期開始，國內(nèi)部分大中型企業(yè)先后引進了一些國外知名度較高的注塑模CAD系統(tǒng)。同時，某些高等學校和科研院所也開始了注塑模CAD系統(tǒng)的研制與開發(fā)工作。 多年來，我國對注射模設計制造技術(shù)及其CAD的開發(fā)應用十分重視，在“八五”期間，這方面安排了“大型薄壁深腔注射模具制造技術(shù)”、“多型腔小模數(shù)齒輪精密模具制造技術(shù)”和“實用CAD/CAM技術(shù)在精密注射模制造中的應用”等國家重點企業(yè)技術(shù)開發(fā)項目，還安排了國家“八五”重點科技攻關項目“塑料注射模CAD/CAM/CAE集成系統(tǒng)研究”。這些項目的成果對促進我國注射模CAD技術(shù)的迅速發(fā)展起到了重要作用，使我國注射模CAD技術(shù)的發(fā)展和應用水平得到很快提高[1]。 我國在注射模CAD技術(shù)研究與開發(fā)方面較具代表性的工作有: 華中理工大學是國內(nèi)較早自行開發(fā)研究注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)的單位之自80年代中期開始，就在注塑模流動分析模擬和冷卻分析模擬方面進行了較深入的研究與開發(fā)工作，并推出了塑料注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)HSC-1。該系統(tǒng)包括塑料制品三維形狀輸入、流動模擬、冷卻分析、型腔強度與剛度校核及模具圖設計與繪制等功能，在一些企業(yè)單位應用取得較好效果，現(xiàn)已實現(xiàn)商品化。 浙江大學基于工作站的UG II系統(tǒng)開發(fā)出精密注射模CAD/CAM系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用特征造型技術(shù)構(gòu)造產(chǎn)品模型，使形狀特征表達與工藝信息描述統(tǒng)一，并利用特征反轉(zhuǎn)映射實現(xiàn)了型腔模型的快速生成。 上海交通大學從1983年開始，對注射模CAD進行了多方面的研究。在國內(nèi)首次將人工智能技術(shù)引入注射模CAD系統(tǒng)中，并于1988年開發(fā)出集成化注射模智能CAD系統(tǒng)。現(xiàn)在在工作站UG II平臺上進一步開發(fā)智能CAD/CAE/CAM系統(tǒng)。 北京航空航天大學華正模具研究所開發(fā)的注射模CAD/CAE/CAM系統(tǒng)具有塑料產(chǎn)品線框造型、曲面造型、分析模擬和數(shù)控仿真與數(shù)控加工程序生成等功能，具有很高的技術(shù)水平與實用價值。 合肥工業(yè)大學在注射模結(jié)構(gòu)CAD技術(shù)方面進行了多年的研究與開發(fā)工作，先后研制出微機注塑模CAD系統(tǒng)PMCAD和微機注塑模CAD三維系統(tǒng)IPMCAD V3.0，取得了較好的成績。IPMCAD3.0系統(tǒng)在微機上采用三維實體模型、實體造型技術(shù)，使系統(tǒng)在設計效率和通用性兩方面都得到較好的兼顧。現(xiàn)在以AutoCAD 813.0和MDT作為環(huán)境，進一步采用參數(shù)化特征模型、特征建模技術(shù)和裝配模型技術(shù)，研制出注射模CAD三維參數(shù)化系統(tǒng)IPMCAD V4.0，在技術(shù)水平、實用性與通用性方面都達到較高水平[4]。 1.2研究內(nèi)容 本文主要是對支撐管彎頭的成型工藝、各構(gòu)件及模具的研究和設計。 1.2.1支撐管彎頭外形設計 本課題利用solidworks軟件對支撐管彎頭進行的實體建模，solidworks的圖形設計是基于三維的，它與傳統(tǒng)的二維繪圖有著本質(zhì)的區(qū)別。生成的模型直觀，立體感強，可以在任何角度進行觀察。使設計者很容易、很清楚地知道零件的特性。而且可由立體圖生成三視圖，大大提高工作的效率和準確性。 1.2.2分析最佳成型工藝 工藝方案的優(yōu)劣直接影響到產(chǎn)品質(zhì)量、生產(chǎn)成本以及生產(chǎn)效率。本文在對塑件進行分析的基礎上，確定并優(yōu)化了工藝方案。具體內(nèi)容如下： (1)對塑件成型工藝性進行分析，對可能的工藝方案進行比較分析，初步得出可能的工藝方案以及其可行的條件。 (2)根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)依據(jù)及成型要求，確定工藝方案。 1.2.3模具結(jié)構(gòu)分析和確定 根據(jù)塑料制品的形狀、精度、大小、工藝要求和生產(chǎn)批量，模具設計軟件會提供相應的設計步驟、參數(shù)選擇、計算公式以及標準模架等，最后給出全套的結(jié)構(gòu)設計圖。 1.2.4模具開合模運動仿真 運用CAD技術(shù)可對模具開模、合模以及制品被推出的全過程進行仿真，從而檢查出模具結(jié)構(gòu)設計的不合理處，并及時更正，一減少修模時間。 2.支撐管彎頭設計及其成型工藝分析 2.1制品結(jié)構(gòu)和形狀的設計 用SolidWorks軟件進行空心球柄的三維建模，三維實體模型更加直觀的表現(xiàn)了產(chǎn)品造型,可以從各個角度對模型進行觀察，軟件可以測量并且可以根據(jù)三維模型數(shù)據(jù)使用 SolidWorks的MoldFlow分析模塊進行熔體的充模仿真，可以驗證模具結(jié)構(gòu)的正確性，制品如圖所示： 圖2-1 支撐管彎頭 2.2制品材料的選擇 通用塑料如聚丙烯PP，聚乙烯PE，聚氯乙烯PVC具有應用范圍廣、加工性能良好，價格低廉的優(yōu)點，但由于其力學性能較差且成型收縮率較大不易成型尺寸穩(wěn)定的制品故不選用，以下拿三種常用典型材料比較選取。 2.2.1丙烯腈—丁二烯—苯乙烯三元共聚物（ABS） ABS外觀上是淡黃色非晶態(tài)樹脂，不透明，密度與聚苯乙烯基本相同。ABS具有良好的綜合物理力學性能，耐熱，耐腐，耐油，耐磨、尺寸穩(wěn)定，加工性能優(yōu)良，它具有三種單體所賦予的優(yōu)點。其中丙烯腈賦予材料良好的剛性、硬度、耐油耐腐、良好的著色性和電鍍性；丁二烯賦予材料良好的韌性、耐寒性；苯乙烯賦予材料剛性、硬度、光澤性和良好的加工流動性。改變?nèi)M分的比例，可以調(diào)節(jié)材料性能。 ABS為無定形聚合物，無明顯熔點，熔融流動溫度不太高，隨所含三種單體比例不同，在160~190℃范圍即具有充分的流動性，且熱穩(wěn)定性較好，在約高于285℃時才出現(xiàn)分解現(xiàn)象，因此加工溫度范圍較寬。ABS熔體具有明顯的非牛頓性，提高成型壓力可以使熔體粘度明顯減小，粘度隨溫度升高也會明顯下降。ABS吸濕性稍大于聚苯乙烯，吸水率約在0.2%~0.45%之間，但由于熔體粘度不太高，故對于要求不高的制品，可以不經(jīng)干燥，但干燥可使制品具有更好的表面光澤并可改善內(nèi)在質(zhì)量。在80~90℃下干燥2~3h,可以滿足各種成型要求。ABS具有較小的成型收縮率，收縮率變化最大范圍約為0.3%~0.8%，在多數(shù)情況下，其變化小于該范圍。注塑是ABS塑料最重要的成型方法，可以采用柱塞式注塑機，但更長采用螺桿式注塑機，后者更適于形狀復雜制品、大型制品成型[5]。 2.2.2聚苯乙烯（PS） 聚苯乙烯是無色無臭的透明剛硬固體，制品擲地時有金屬般響鳴。聚苯乙烯透光率不低于80%，霧度約為3%，折射率較大，在1.59~1.60之間，具有特殊光亮性，但儲存時易泛黃。泛黃原因之一是單體純度不夠，特別是在含有微量元素時；二是聚合物在空氣中緩慢老化引起發(fā)黃。聚苯乙烯較輕，密度在1.04~1.065之間。 （1）力學性能 聚苯乙烯在熱塑性塑料中屬于典型的硬而脆塑料，拉伸、彎曲等常規(guī)力學性能皆高于聚烯烴，拉伸時無屈服現(xiàn)象。 （2）熱學性能 聚苯乙烯分子鏈雖是剛性鏈，但由于是無定形結(jié)構(gòu)，超過玻璃化溫度即開始軟化，軟化點僅95℃左右，許多力學性能都受到溫度升高的明顯影響。最高連續(xù)使用溫度僅60~80℃。120℃開始成為熔體，180℃后開始具有流動性，其熱穩(wěn)定性較好，超過300℃才開始分解，因此聚苯乙烯具有較高的成型加工區(qū)間。 （3）電性能 聚苯乙烯是非極性聚合物，具有頗為優(yōu)異的介電、電絕緣性能，由于吸濕性很小，電性能也不受環(huán)境濕度改變的影響。 （4）加工工藝性 吸濕性很小，加工前一般不需要專門的干燥工序，成型溫度范圍較寬，收縮率及其變化范圍都很小，一般在0.2%~0.8%有利于成型出尺寸精度較高和尺寸較穩(wěn)定的制品[5]。 聚苯乙烯制品容易產(chǎn)生內(nèi)應力，并且在空氣中會緩慢老化引起發(fā)黃很顯然不適合選用。 2.2.3雙酚A型碳酸脂（PC） 雙酚A型聚碳酸酯是無色或者微黃色透明的剛硬、堅韌固體。 （1）力學性能 雙酚A型聚碳酸酯是典型的硬而韌聚合物，具有良好的綜合力學性能。拉伸、壓縮、彎曲強度均相當于聚酰胺6、聚酰胺66，沖擊強度高于所有脂肪族聚酰胺和大多數(shù)工程塑料，抗蠕變性也明顯優(yōu)于聚酰胺、聚甲醛。力學性能方面缺點是耐疲勞性較差，缺口敏感性較明顯。 （2）熱性能 有良好的耐熱性，玻璃化溫度較高，高于所有的脂肪族聚酰胺，熔融溫度略高于聚酰胺6但低于聚酰胺66，熱變形溫度和最高連續(xù)使用溫度均高于絕大多數(shù)脂肪族聚酰胺，也高于幾乎所有的熱塑性通用塑料。在工程塑料中，他的耐熱性優(yōu)于聚甲醛、脂肪族聚酰胺和PBT,與PET相當，但遜于其他工程塑料。聚碳酸酯具有良好的耐熱性，脆化溫度為-100℃。 （3）電性能 雙酚A型聚碳酸酯是弱極性聚合物，極性的存在對電性能有一定不利影響，在標準條件下電性能雖不如聚烯烴、聚苯乙烯等，但也不失為是電性能較優(yōu)的絕緣材料，特別是因其耐熱性優(yōu)于聚烯烴，可在較寬溫度范圍保持良好的電性能。由于吸濕性較小，環(huán)境溫度對電性能無明顯影響。 （4）其他性能 在干燥的氣候條件下物理力學性能基本不變，但在潮濕環(huán)境及強烈日照條件下，會產(chǎn)生表面裂紋并發(fā)暗，在火焰中可緩慢燃燒，離火源后可自熄[5]。 PC剪切黏度高，充模阻力大，并且由于其在力學性能方面的缺點也不選用。 表2-1 三種材料性能參數(shù)表 ABS PS PC 密 度 1.05 1.04~1.06 1.18~1.20 收 縮 率 0.3~0.8 0.2~0.8 0.5~0.7 熔 點 130~160 131~165 220~240 熱變形溫度（45N/cm2） 65~98 65~90 132~138 模具溫度 50~70 40~60 85~120 噴嘴溫度 180~190 160~170 250~300 中段溫度 180~230 170~190 270~320 后段溫度 150~170 140~160 250~270 注射壓力 70~90 60~100 50~110 塑化形式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式 螺桿式柱塞式 拉伸強度 33~49 35~63 60~66 拉伸彈性模量 1.8 2.8~3.5 2.3 彎曲強度 80 61~98 105~113 彎曲彈性模量 1.4 - 1.54 壓縮強度 18~39 80~112 85 缺口沖擊強度 11~20 0.25~0.40 不斷 硬 度 R62~86 洛氏M65~80 11.7HB 體積電阻率 1016 1017~1019 1015 介電常數(shù) 60Hz2.4~5.0 106 Hz≥2.7 60Hz3.0 擊穿電壓 - 19~27 20~30 外 觀 淺象牙色或白色不透明 無色透明、摔打音清脆 透明微黃 特 點 耐熱、表面硬度高、，尺寸穩(wěn)定、耐化學及電性能好，易成型加工，可鍍鉻 耐水、耐化學品、絕緣性好、不耐沖擊不耐溫 透明度高、硬而韌、高抗沖、尺寸穩(wěn)定性優(yōu)電絕緣性和耐熱性好、耐開裂耐藥品性差 材料最終選定為ABS,其綜合性能優(yōu)異，具有較高的力學性能，流動性好，易于成型；成型收縮率小，理論計算收縮率為0.5％ ；溢料值為0.04 mm；比熱容較低，在模具中凝固較快，模塑周期短。制件尺寸穩(wěn)定，表面光亮。 2.3注射工藝選擇 2.3.1 ABS塑料的干燥 ABS塑料的吸濕性和對水分的敏感性較大，在加工前進行充分的干燥和預熱，不單能消除水汽造成的制件表面煙花狀泡帶、銀絲，而且還有助于塑料的塑化，減少制件表面色斑和云紋。ABS原料需要控制水分在0.3%以下[5]。 注塑前的干燥條件是：干冬季節(jié)在75～80℃以下，干燥2～3h，夏季雨水天在80～90℃下，干燥4～8h，干燥達8～16h可避免因微量水汽的存在導致制件表面霧斑。在此，由于空心球柄屬批量件要求自動化程度高實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)選用烘干料斗并裝備熱風料斗干燥器，以免干燥好的ABS在料斗中再度吸潮[10]。 (1) 注射溫度： 表2-2 ABS溫度工藝參數(shù)表 工藝參數(shù) 通用型ABS 料桶后部溫度 180~200 料桶中部溫度 210~230 料桶前部溫度 200~210 噴嘴溫度/℃ 180~190 模具溫度/℃ 50~70 ABS塑料非牛頓性較強，在熔化過程溫度升高時，其熔融降低很小，但一旦達到塑化溫度(適宜加工的溫度范圍，如220～250℃)，如果繼續(xù)盲目升溫，必將導致耐熱性不太高的ABS的熱降解反而使熔融粘度增大，注塑更困難，制件的機械性能也下降。 2.3.2注射壓力 ABS熔融的粘度比聚苯乙烯或改性聚苯乙烯高，在注射時要采用較高的注射壓力。但并非所有ABS制件都要施用高壓，考慮到本制件小型、構(gòu)造不算非常復雜、厚度中等可以用較低的注射壓力。注制過程中，澆口封閉瞬間型腔內(nèi)的壓力大小決定了制件的表面質(zhì)量及銀絲狀缺陷的程度。壓力過小，塑料收縮大，與型腔表面脫離接觸的機會大，制件表面容易霧化。壓力過大，塑料與型腔表面摩擦作用強烈，容易造成粘模[6]。 2.3.3注射溫度 ABS塑料采用中等注射速度效果較好。當注射速度過快時，塑料易燒焦或分解析出氣化物，從而在制件上出現(xiàn)熔接痕、光澤差及澆口附近塑料發(fā)紅等缺陷。并且空心球柄小型薄壁制件，要保證有足夠高的注射速度，否則難以充滿。 2.3.4模具溫度 ABS的成型溫度相對較高，模具溫度也相對較高。一般調(diào)節(jié)模溫為75～85％，當生產(chǎn)具有較大投影面積制件時，定模溫度要求70～80℃，動模溫度要求50～60℃。空心球柄屬小型制件，形狀也不算復雜不用考慮專門對模具加熱。 2.3.5料量控制 注塑機注塑塑料時，其每次最大注射量僅達標準注射量的80％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，注射量選為標定注射量的80%[6]。 通常要確保注塑機生產(chǎn)條件及參數(shù)有一個很寬的范圍，使大多數(shù)的產(chǎn)品和生產(chǎn)能力要求包含于這范圍內(nèi)，并且在調(diào)整確定這范圍的過程時盡量按常規(guī)的工藝流程，這種生產(chǎn)條件范圍愈大，生產(chǎn)過程愈穩(wěn)定，使注塑產(chǎn)品愈不容易受到生產(chǎn)條件的改變而產(chǎn)生明顯的質(zhì)量降低[6]。 3.模具設計 3.1型腔數(shù)量的確定 型腔的數(shù)量和注射機的塑化速率、最大注射量和鎖模力有關，此外，還受塑件的精度和生產(chǎn)的經(jīng)濟性等因素影響。 確定型腔數(shù)目的方法： (1) 根據(jù)經(jīng)濟性： (3-1） 式中 n--每副模具中型腔的數(shù)目 N--計劃生產(chǎn)塑件的總量 Y--單位小時模具加工的費用 t--成型周期（min） C1--每個型腔的模具加工費用（元） (2) 根據(jù)鎖模力： （3-2） 式中 Q--注射機鎖模力）（kN） P--型腔內(nèi)熔體的平均壓力（MPa） A2--澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積 A1--每一個塑件在分型面上的投影面積 (3) 根據(jù)塑件的精度： 根據(jù)經(jīng)驗，在模具中每增加一個型腔，塑件的尺寸精度就要降低4%，由于水龍頭殼體是人們生活中的人體中的手經(jīng)常觸摸的日常生活消費品，精度自然要求高一點，所以采用一模一腔。 (4) 根據(jù)注射量： （3-3） 式中 G--注射機的最大注射量（g） m1--單個塑件的重量（g） m2--澆注系統(tǒng)的重量（g） 支撐管彎頭體積小，結(jié)構(gòu)較簡單，精度要求不是很高，為考慮其生產(chǎn)效率和經(jīng)濟性，初步定為4型腔。 3.2注塑機選型 注射模是安裝在注射機上使用的工藝裝備，因此注射模是應該詳細了解注射機的技術(shù)規(guī)范，才能設計出很符合要求的模具。 3.2.1注射量計算 由SolidWorks 2010工具當中的質(zhì)量特性功能查得如圖所示塑件單個體積為11.1 cm3。 圖3-1 支撐管彎頭質(zhì)量特性 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗，注塑機注塑塑料時，其每次注射量僅達標準注射量的80％。為了提高制件質(zhì)量及尺寸穩(wěn)定，表面光澤、色調(diào)的均勻，選定注射量為標定注射量的80％[7] V—一個成型周期內(nèi)所需要注射的塑料容積cm3 n—型腔數(shù) Vz—單個塑件容量cm3 Vj—澆注系統(tǒng).凝料和飛邊所需的塑料的容積cm3 Vg—注射機的額定注射量 單個塑件體積Vz=11.1cm3，預計澆注系統(tǒng)和飛邊體積為10cm3 V=4×11.1+10=54.4 cm3 0.8Vg≥n×Vz+Vj Vg≥68cm3 3.2.2注射機型號確定 根據(jù)以上的計算初步選定注塑機型號為XZ-SY-125，其主要的技術(shù)參數(shù)于表3-1 表 3-1 XZ-SY-250技術(shù)規(guī)格 XZ-SY-250注射機 額定注塑量 cm3 250 螺桿直徑 mm 50 注射壓力 MPa 130 注射行程 mm 160 注射方式 螺桿式 注射時間 S 2.0 螺桿轉(zhuǎn)速 r/min 31 合模力 KN 1800 最大成型面積 550 最大開（合）模行程 mm 500 模具最大高度 mm 350 最小高度 mm 200 動、定模固定板尺寸 mm 450×400 拉料空間 mm 448×370 合模方式 增壓式 3.2.3注射壓力校核 ABS塑料推薦注射壓力為70~90MPa，考慮到本制件壁厚較小，充模阻力較大取注射壓力為80 MPa[8]，XZ-SY-125注射機注射壓力為130 MPa，符合要求。 3.2.4鎖模力校核 注射成型時的塑料會產(chǎn)生模板間的漲模力，此漲模力等于塑件和澆注系統(tǒng)在分形面上的投影面積與型腔壓力之積[22]。為防止模具分型面被漲模力頂開，必須對模具施加足夠的鎖模力，否則在分型面處會產(chǎn)生溢料現(xiàn)象，因此模具設計時應使注射機的額定鎖模力大于漲模力 由P（n+） H1+H2時，可用Hc代替（1）式中H1+H2，其他各項保持不變 當 Hc< H1+H2時，Hc對開模沒有影響，仍采用（1）式 經(jīng)計算，塑件側(cè)抽芯距離為34mm，斜導柱角度為18°，因此彎頭側(cè)抽芯開模距離為110mm，而H1+H2=30mm，Hc> H1+H2 所以S=110+6=116mm 選擇XZ-SY-125液壓泵注塑機 3.3模具澆注系統(tǒng)設計 澆注系統(tǒng)是指塑料熔體從注射機噴嘴射出后到達型腔之前在模具內(nèi)流經(jīng)的通道。澆注系統(tǒng)的組成一般由主流道、分流道、澆口和冷料穴等四部分組成。 澆注系統(tǒng)的作用： (1)將來自注射機噴嘴的塑料熔體均勻而平穩(wěn)地輸送到型腔，同時使型腔內(nèi)的氣體能及時順利排出。 (2)在塑料熔體填充及凝固的過程中，將注射壓力有效地傳遞到型腔的各個部位，以獲得形狀完整、內(nèi)外在質(zhì)量優(yōu)良的塑料制件。 普通流道澆注系統(tǒng)設計，一般遵循以下原則： (1）了解塑料的成型特性和塑料熔體的流動特性 (2) 采用盡量短的流程，以減少熱量與與壓力的損失 (3) 澆注系統(tǒng)設計應有利于良好的排氣 (4) 防止型芯變形和嵌件的位移 (5) 便于修整澆口以保證塑件外觀質(zhì)量 (6) 澆注系統(tǒng)應結(jié)合型腔布局同時考慮 (7) 流動距離比和流動面積比的校核 綜合考慮以上各種因素，下面開始詳細的澆注系統(tǒng)設計。 3.3.1主流道設計 主流道是澆注系統(tǒng)中從注射機噴嘴與模具相接觸的部位開始，到各分流道為止的塑料熔體的流動通道。它的形狀和尺寸最先影響著塑料熔體的流動速度及填充時間，必須使熔體的溫度和壓力降最小，且不損害其把塑料熔體輸送到最“遠”位置的能力。 3.3.2分流道 模具采用一模四腔對稱布置，型腔數(shù)過多影響制品精度，而型腔數(shù)過少生產(chǎn)效率太低不能達到使用要求，故采用一模四腔。為使塑料熔體以等速度充滿兩型腔，分流道在模具上采用對稱等距離分布，在注射時采用對稱分布可以使型腔和澆注系統(tǒng)投影面積重心更接近鎖模力的中心，避免局部脹模力過大影響鎖模。分流道長度也盡可能短小，便于注射成型過程中最經(jīng)濟地使用原料和注射機的能耗，減少壓力損失和熱量損失。由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻，只有中心部位的塑料熔體的流動狀態(tài)較為理想，因而分流道的內(nèi)表面