USB轉(zhuǎn)接盒上蓋注塑模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE】
USB轉(zhuǎn)接盒上蓋注塑模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE】,說明書+CAD+PROE,USB轉(zhuǎn)接盒上蓋注塑模具設(shè)計【說明書+CAD+PROE】,usb,轉(zhuǎn)接,盒上蓋,注塑,模具設(shè)計,說明書,仿單,cad,proe
畢業(yè)設(shè)計說明書
第一章 緒 論
{一} 【模具介紹】
模具的作用是控制和限制材料（固態(tài)或液態(tài)）的流動，使之形成所需要的形體。用模具制造零件以其效率高，產(chǎn)品質(zhì)量好，材料消耗低，生產(chǎn)成本低而廣泛應用于制造業(yè)中。模具主要類型有：沖模、鍛摸、塑料模、壓鑄模、粉末冶金模、玻璃模、橡膠模、陶瓷模等。除部分沖模以外的上述各種模具都屬于腔型模，因為它們一般都是依靠三維的模具型腔是材料成型。其中塑料模約占模具總數(shù)的35％，分額最大而且有繼續(xù)上升的趨勢。塑料模主要包括壓塑模，擠塑模，注射模，此外還有擠出成型模，泡沫塑料的發(fā)泡成型模，低發(fā)泡注射成型模，吹塑模等。
{二} 【模具在加工工業(yè)中的地位】
模具是工業(yè)生產(chǎn)中的重要工藝裝備，模具工業(yè)是國民經(jīng)濟各部門發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，是國際上公認的關(guān)鍵工業(yè)。模具生產(chǎn)技術(shù)水平的高低是衡量一個國家產(chǎn)品制造水平高低的重要標志。它在很大程度上決定著產(chǎn)品的質(zhì)量，效益和新產(chǎn)品的開發(fā)能力。模具工業(yè)既是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的一個組成部分，又是高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要領(lǐng)域。模具在機械，電子，輕工，汽車，紡織，航空，航天等工業(yè)領(lǐng)域里，日益成為使用最廣泛的主要工藝裝備，它承擔了這些工業(yè)領(lǐng)域中60％~90％的產(chǎn)品的零件，組件和部件的生產(chǎn)加工。振興和發(fā)展我國的模具工業(yè)，正日益受到人們的關(guān)注。
[三] 【模具的發(fā)展趨勢】
20世紀80年代開始，發(fā)達工業(yè)國家的模具工業(yè)已從機床工業(yè)中分離出來，并發(fā)展成為獨立的工業(yè)部門，其產(chǎn)值已超過機床工業(yè)的產(chǎn)值。改革開放以來，我國的模具工業(yè)發(fā)展也十分迅速。近年來，每年都以15％的增長速度快速發(fā)展。許多模具企業(yè)十分重視技術(shù)發(fā)展。加大了用于技術(shù)進步的投入力度，將技術(shù)進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力。此外，許多科研機構(gòu)和大專院校也開展了模具技術(shù)的研究與開發(fā)。模具行業(yè)的快速發(fā)展是使我國成為世界超級制造大國的重要原因。今后，我國要發(fā)展成為世界制造強國，仍將依賴于模具工業(yè)的快速發(fā)展，成為模具制造強國。
盡管我國模具工業(yè)有了長足的進步，部分模具已達到國際先進水平，但無論是數(shù)量還是質(zhì)量仍滿足不了國內(nèi)市場的需要，每年仍需進口10多億美元的各類大型，精密，復雜模具。與發(fā)達國家的模具工業(yè)相比，在模具技術(shù)上仍有不小的差距。今后，我國模具行業(yè)應在以下幾方面進行不斷的技術(shù)創(chuàng)新，以縮小與國際先進水平的距離。
（1）注重開發(fā)大型，精密，復雜模具；隨著我國轎車，家電等工業(yè)的快速發(fā)展，成型零件的大型化和精密化要求越來越高，模具也將日趨大型化和精密化。
（2）加強模具標準件的應用；使用模具標準件不但能縮短模具制造周期，降低模具制造成本而且能提高模具的制造質(zhì)量。因此，模具標準件的應用必將日漸廣泛。
（3）推廣CAD/CAM/CAE技術(shù)；模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具技術(shù)發(fā)展的一個重要里程碑。實踐證明，模具CAD/CAM/CAE技術(shù)是模具設(shè)計制造的發(fā)展方向，可顯著地提高模具設(shè)計制造水平。
（4）重視快速模具制造技術(shù)，縮短模具制造周期；隨著先進制造技術(shù)的不斷出現(xiàn)，模具的制造水平也在不斷地提高，基于快速成形的快速制模技術(shù)，高速銑削加工技術(shù)，以及自動研磨拋光技術(shù)將在模具制造中獲得更為廣泛的應用。
[四] 【設(shè)計在學習模具專業(yè)中的作用】
通過對模具專業(yè)的學習，掌握了常用材料在成型過程中對模具的工藝要求，掌握模具的結(jié)構(gòu)特點及設(shè)計計算的方法，以達到能夠獨立設(shè)計一般模具的要求。在模具制造方面，掌握一般機械加工的知識，金屬材料的選擇和熱處理，結(jié)合模具結(jié)構(gòu)的特點，根據(jù)不同情況選用模具加工新工藝。
畢業(yè)設(shè)計能夠?qū)σ陨细鞣矫娴囊蠹右造`活運用，綜合檢驗大學期間所學的知識。
本模具設(shè)計流程：
? 、課題調(diào)研，查閱有關(guān)資料
? 2、塑件的工藝分析及工藝方案的確定
? 3、模具結(jié)構(gòu)的總體方案設(shè)計
? 4、模具的結(jié)構(gòu)參數(shù)及工藝性能參數(shù)的設(shè)計計算
? 5. 模具的裝配圖、零件工作圖的設(shè)計
? 6、編寫設(shè)計說明書和技術(shù)文件
第二章 產(chǎn)品及模具的三維造型
如圖2-1所示塑料制件,材料為ABS,收縮率0.3%～０.８％。大批量生產(chǎn)。需說明的是USB轉(zhuǎn)接盒上蓋作為模具畢業(yè)設(shè)計產(chǎn)品，主要目的是通過本產(chǎn)品綜合鍛煉模具設(shè)計與制造的能力。
圖2—1
本模具采用PROE3.0進行模具分型，各步驟如下：
1.載入產(chǎn)品同時設(shè)定收縮率
2.設(shè)定模具工作坐標系，以制件主分型面中心為模具工作坐標且Z 指向制件頂出方向
3.設(shè)定工件大小
4.自動補孔，做分型面如圖2-2所示
圖2-2
4.在各抽芯與插破處創(chuàng)建箱體，如圖2-3所示
如圖2-3
5.在箱體處補實體，如圖2-4所示
如圖2-4
6.創(chuàng)建分型面，如圖2-5所示
如圖2-5
7.創(chuàng)建型芯，如圖2-6所示
如圖2-6
8.創(chuàng)建型腔，如圖2-7所示
如圖2-7
第3章 該塑件材料分析和工藝性分析
3.1 材料分析
該產(chǎn)品的成型材料是ABS?；咎匦裕篈BS是由丙烯腈、丁二烯、苯乙烯共聚而成的。這三種組分的各自特性，使ABS具有良好的綜合力學性能。丙烯腈使ABS有良好的耐化學腐蝕性及表面硬度，丁二烯使ABS堅韌，苯乙烯使它有良好的加工性和染色性能。ABS無毒、無味，呈微黃色，成形的塑料件有較好的光澤。密度為1.02～1.05g/cm3。 ABS有極好的抗沖壓強度，且在低溫下也不迅速下降。有良好的機械強度和一定的耐磨性、耐油性、耐水性、化學穩(wěn)定性和電氣性能。ABS有一定的硬度和尺寸穩(wěn)定性，易于成型加工。經(jīng)過調(diào)色可配成任何顏色。其缺點是耐熱性不高，連續(xù)工作溫度為70°C左右，熱變形溫度為93°C左右。耐氣候性差，在紫外線作用下變硬變脆；主要用途：ABS廣泛用于水表殼、紡織器材、電器零件、文教體育用品、玩具等；成型特點：ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力比較高，塑料上的脫模斜度宜稍大，ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應注意盡量減少澆口對流道的阻力；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度及收縮率影響極小。要求塑件精度高時，模具溫度可控制在50～60°C，要求塑件光澤和耐用時，應控制在60～80°C。
3.2 工藝分析
1）該塑件尺寸不大，一般精度等級。屬于中等難度的塑料模具。包括了模具的基本結(jié)構(gòu)，其中有外側(cè)抽芯兩處。
2）為滿足制品表面質(zhì)量要求與提高成型效率采用側(cè)澆口。
3）為了節(jié)約成本和方便加工與熱處理，型腔和型芯均采用整體鑲嵌式結(jié)構(gòu)。
4）ABS在升溫時粘度增高，所以成型壓力較高，故塑件上的脫模斜度宜稍大，要有足夠的脫模斜度a≥2。防止頂角；ABS易吸水，成型加工前應進行干燥處理；ABS易產(chǎn)生熔接痕，模具設(shè)計時應注意盡量減少澆注系統(tǒng)對料流的阻力，要注意澆口位置防止和減少熔接痕；在正常的成型條件下，壁厚、熔料溫度對收縮率影響極小。 模具溫度應控制在60°～80°。
第4章 擬定的成型工藝
4.1 制件的成型方法
熱塑性塑料指定采用注射成型，本設(shè)計選用熱塑性塑料ABS，可用注射成型。
4.2 制件的成型參數(shù)
根據(jù)制品結(jié)構(gòu)特點及選定的原料ABS，可擬定如下工藝參數(shù)）。
塑料名稱： ABS密度（g/cm3）：1.02～1.05
計算收縮率（%）：0.5
模具溫度（℃）： 50～60
注射壓力（MPa）：60～100
成型時間（s）： 注射時間15～60；加壓時間0～3；
冷卻時間 20～90；總周期 50～160
適應注射機類型：柱塞式
4.3 確定型腔數(shù)目
（1）計算制品的體積和重量
通過三維制圖PROE軟件測量得:
單件塑件面積 S=23631㎜2 ;單件 塑件體積V=21487㎜3
查有關(guān)資料可知ABS的密度為1.02～1.05g/cm3 則單件塑件重量m=215g
（2）型腔數(shù)目的確定主要參考以下幾點來確定
1）根據(jù)經(jīng)濟性確定型腔數(shù)目和總成型加工費用最小的原則,并略準備時間試生產(chǎn)原材料費用,僅考慮模具加工費和塑件成型加工費
2）根據(jù)注射機的額定鎖模力確定型腔數(shù)目,當成型大型平板制件時常用這種方法
3）根據(jù)注射機的最大注射量確定型腔數(shù)目,根據(jù)經(jīng)驗,每加一個型腔制品尺寸精度要降低4%,對于高精度制品,由于多型腔模具難以保證各型腔的成型條件一致,故推薦型腔數(shù)目不超過4個。
（3）根據(jù)本產(chǎn)品的生產(chǎn)批量及尺寸精度要求采用一腔一模,
由于單型腔模具具有塑料制件的形狀和尺寸一致性好，成型工藝條件容易控制，模具結(jié)構(gòu)簡單緊湊、模具制造成本低、制造周期短等特點，并結(jié)USB轉(zhuǎn)接盒上蓋的質(zhì)量要求，所以采用一模二腔式。
第5章 澆注系統(tǒng)的設(shè)計
5.1制件在模具中的位置
（1）型腔的布置
主要考慮制件在分型后能保留在動模上以便脫模，并結(jié)合制件的結(jié)構(gòu)特征應將型腔設(shè)置在定模側(cè)，型芯設(shè)置在動模側(cè)。
（2）分型面的選擇
由于分型面受到塑件在模具中的成型位置、澆注系統(tǒng)的設(shè)計、塑件結(jié)構(gòu)工藝性及尺寸精度、嵌件的位置、塑件的推出、排氣等多種因素的影響，因此在選擇分型面時應綜合分析，應遵循以下幾項的設(shè)計原則：
1）分型面應選擇在塑件外形最大輪廓處
2）分型面的選擇應有利于塑件的順利脫模
3）分型面的選擇應保證塑件的精度要求
4）分型面的選擇應滿足塑件的外觀質(zhì)量要求
5）分型面的選擇要便于模具的加工制造
6）分型面的選擇應有利于排氣
除了以上這些基本原則以外，分型面的選擇還要考慮到型腔在分型面上的投影面積的大小。為了保證側(cè)向型芯的位置的放置及抽芯機構(gòu)的動作順利，應以淺的側(cè)向凹孔或短的側(cè)向凸臺作為抽芯方向，而將較深的凹孔或較高的凸臺放置在開合模方向。
綜合考慮以上的設(shè)計原則并結(jié)合該塑件的結(jié)構(gòu)特點和質(zhì)量要求采用下面圖示的分型面。
圖5-1
5.2 確定澆口形式及位置
對澆注系統(tǒng)進行設(shè)計時，一般應遵循如下基本原則：
（1）了解塑料的成型性能
（2）盡量避免或減少熔接痕
（3）有利于型腔中氣體排出
（4）防止型芯的變形和嵌件的位移
（5）盡量采用較短的流程充滿型腔
（6）流動距離比和流動面積比的校核
為了提高成型效率和綜合考慮以上的基本設(shè)計原則并結(jié)合制件質(zhì)量要求，本模具應采用側(cè)澆口，由兩處澆口進料。澆口位置如圖5—2所示
澆口直徑可以根據(jù)經(jīng)驗公式計算
d=（0.14～0.20）
式中 d—澆口直徑（mm）
—塑件在澆口處的壁厚（mm）
A—型腔的表面積㎜2
d=（0.14～0.20）×8500≈2mm
(澆口直徑也可根據(jù)經(jīng)驗值取 d=1.5mm)
澆口錐角取
澆口傾斜角取
5.3 主流道的設(shè)計
主流道是連接注射機噴嘴與分流道的一段通道，通常和注射機噴嘴在同一軸線上，斷面為圓形，帶有一定錐度
1）主流道設(shè)計成圓錐型，其錐角為2°～6°，內(nèi)壁粗糙度Ra取0.4um
分流道截面設(shè)計成圓型截面，加工容易，且熱量損失與壓力損失均不大為常用形式。圓形截面分流道的直徑可以根據(jù)塑料的流動性等因素確定，該塑料件采用ABS塑料，流動性為中等，所以選圓形截面。根具經(jīng)驗分流道的直徑可以取d=5～6mm。根據(jù)型腔在分型面上的排布情況設(shè)置分流道。
2）主流道大端成圓角，半徑r=1～3mm，以減小料轉(zhuǎn)向過度時的阻力
3）在模具結(jié)構(gòu)允許的情況下，主流道盡可能短，一般小于60mm，過長則會影響流體的順利充型
4）對于小型模具可將主流道襯套與定位圈設(shè)計成整體式，但在大多數(shù)情況下將主流道襯套與定位圈設(shè)計成兩個零件，主流道襯套與定模板采用H7/m6過度配合與定位圈的配合采用H9/f9間隙配合
5）主流道襯套一般選用T8 T10制造，熱處理強度為52～56HRC
根據(jù)“常用塑料直澆口尺寸”表，選主流道始端尺寸d=2.5mm,大端尺寸D=4mm，澆口套始端半徑R=機床噴嘴小經(jīng)d +（0.5～1）=10+(0.5～1)=11mm，半錐角a=2o。其長度尺寸取L=40mm，其余尺寸見圖。主流道內(nèi)壁粗造度Ra=0.63，拋光時要沿軸向進行。
澆口套與定位圈采用H9/f9的配合。定位圈在模具安裝調(diào)試時應插入注射機定模板的定位孔內(nèi)，用于模具與注射機的安裝定位。定位圈外徑比注射機定模板上的定位孔徑小0.2mm以下。澆口套與模板的配合為H7/m6
5.4 分流道設(shè)計
分流道設(shè)計時應注意盡量減少流動過程中的熱量損失與壓力損失。
1）分流道的形狀與尺寸 分流道的截面尺寸視塑料的品種、塑件是尺寸、成型工藝條件以及流道長短等因素來確定。通常圓形截面分流道直徑為2～10㎜ 。本制件采用的是ABS，由于ABS的流動性能較好且分流道長度教短時，因此分流道采用圓形截面。初選直徑為5㎜，具體尺寸由修模時修正。
2）分流道的長度 具體尺寸根據(jù)型腔的太小而定
3）分流道的表面粗糙度 由于分流道中與模具接觸的外層塑料迅速冷卻,只有內(nèi)部的熔體比較理想，因此分流道的表面粗糙糙不能太低，一般Ra取1.6um這可增加對外層塑料熔體的流動阻力，使外層塑料冷卻皮固定,形成絕熱層。
4）分流道在分型面的布置形式如圖5-2
根據(jù)以上設(shè)計參數(shù)校核流動比
式中 —流動比距離
Li—模具中各段料流通道及各段型腔的長度（mm）
ti—模具中各段料流通道及各段型腔的截面厚度（mm）
=60/3.5+37/5+4.5/5+2/2+140/2=98mm
因為影響流動比的因素主要是塑料的流動性，ABS塑料的流動性為中等，經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS允許的流動比[]=210～110，所以 〈[]
5.5 冷料穴設(shè)計
冷料穴位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端。其作用是容納澆注系統(tǒng)流道中料流的前鋒的“冷料”，以避免這些冷料注入型腔而影響塑件質(zhì)量；還有便于在流道處設(shè)置主流道拉料桿的功能。開模時又可以將主流道的冷凝料拉出，冷料穴直徑宜稍大于主流道大端直徑，長度約為主流道大端直徑。分流道冷料穴當分流道較長時，可將分流道的盡頭沿料流前進方向延長作為分流道冷料穴，以貯存前鋒冷料，其長度為分流道直徑的1.5～2倍。
本模具采用Z形拉料桿，設(shè)計的具體尺寸詳見零件圖。
第6章 成型零部件的設(shè)計
6.1 成型零部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計
（1）本制件有5個4㎜的小淺通孔。由于現(xiàn)代制造技術(shù)的先進，那5個孔可以做成電極利用電火花來加工。
（2）圖6-1所示，外側(cè)圓形通槽采用斜導柱側(cè)向分型機構(gòu)，做成滑塊成型
圖6-1
6.2 成型零部件工作尺寸計算
（1）由于成型零件直接與高溫高壓的塑料熔體接觸，它必須有以
一些性能:
1） 必須具有足夠的強度、剛度，以承受塑料熔體的高壓；
2） 有足夠的硬度和耐磨性，以承受料流的摩擦和磨損。通常進行熱處理，使其硬度達到HRC40以上；
3） 對于成型會產(chǎn)生腐濁性氣體的塑料還應選擇耐腐濁的合金鋼理；
4） 材料的拋光性能好，表面應該光滑美觀。表面粗造度應在Ra0.4以下；
5） 切削加工性能好，熱處理變形小，可淬性良好；
6） 熔焊性能要好,以便修理；
7） 成型部位應須有足夠的尺寸精度?？最惲慵镠8~H10，軸類零件為h7~h10。
（2） 型腔、型芯工作部位尺寸的確定
經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS塑料的收縮率是0.3%～0.8%
平均收縮率為: S=（0.3%+0.8%）/2=0.55%
型腔工作部位的尺寸：
型腔徑向尺寸
型腔深度尺寸
型芯徑向尺寸
型芯高度尺寸
中心距尺寸
式中 L—塑件外型徑向基本尺寸的最大尺寸（mm）
l—塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
H—塑件外型高度基本尺寸的最大尺寸（mm）
h—塑件內(nèi)型徑向基本尺寸的最小尺寸（mm）
C—塑件中心距基本尺寸的平均尺寸（mm）
x—修正系數(shù)，取0.5～0.75
△—塑件公差（mm）
—模具制造公差，?。?/3～1/4）△。
各工作部位尺寸計算結(jié)果詳見相應零件圖紙所標明
通常，制品中1mm和小于1mm并帶有大于0.05mm公差的部位以及2mm和小于2mm并帶有大于0.1mm公差的部位不需要進行收縮率計算。
6.3 成型零部件的強度與剛度計算
為了方便加工和熱處理，其型腔為整體形式。因此，型腔的強度和剛度按型腔整體式計算。由于型腔壁厚計算比較麻煩，也可參考經(jīng)驗推薦數(shù)據(jù)。經(jīng)查有關(guān)資料可知型腔側(cè)壁厚S=65mm。
第7章 結(jié)構(gòu)零部件的設(shè)計
7.1 選用標準注射模架
（1）初選注射機
1）注射量：該塑料制件單件重量m=215g
澆注系統(tǒng)重量的計算可以根據(jù)澆注系統(tǒng)尺寸先計算澆注系統(tǒng)的體積
V= 3.601
粗略計算澆注系統(tǒng)重量為 3.601×1.053.5g
總重量 M=26×1.05×2=54.6g
聚苯乙烯的密度為1.054g/cm3 ，ABS的密度為1.02～1.05g/
滿足注射量 V機≥V塑件/0.80
式中 V機—額定注射量（）
V塑件塑件與澆注系統(tǒng)凝料體積和（）= 45
或滿足注射量M機≥M塑件
式中 M機—額定注射量（g）
M塑件—塑件與澆注系統(tǒng)凝料的重量和（g）
—聚苯乙烯的密度（g/cm3）
—塑件采用塑料的密度（g/cm3）
M塑件P2/P10.8=（21.4*2*1.05）/1.054*0.8=37.89g
2）注射壓力：
P注≥P成型
經(jīng)查有關(guān)資料可知ABS塑料成型時的注射壓力P成型=70～90MPa
3）鎖模力：
P鎖模力≥pF
式中p—塑料成型時型腔的壓力，ABS塑料的型腔壓力p=30MPa
F—澆注系統(tǒng)和塑件在分型面上的投影面積和（）
各型腔及澆注系統(tǒng)及各型腔在分型面上的投影面積
F=7208.11*2
PF=30×8187.5=216.243KN
根據(jù)以上的分析、計算，查資料初選注射機型號為：XS-ZY-125,其有關(guān)技術(shù)參數(shù)如下：
理論注射容量（cm3） 125
螺桿直徑（mm） 42
注射壓力（MPa） 119
注射行程（㎜） 115
注射方式 注塞式
鎖模力（KN） 900
最大模具厚度（mm） 300
最小模具厚度（mm） 200
噴嘴圓弧半徑（mm） 12
噴嘴孔直徑（mm） 4
最大開合模行程（mm） 300
動、定模板尺寸（㎜） 428×450
拉桿空間（㎜） 260×290
（2）選標準模架
根據(jù)以上分析、計算以及型腔尺寸及位置可確定模架的結(jié)構(gòu)形式和規(guī)格。
模具外形尺寸：320㎜×3000 ㎜×238 ㎜
7.2 合模導向機構(gòu)的設(shè)計
1.為了使導柱能順利地進入導套，導柱端部應做成錐形或半球形，導套的前端也應倒角。
2.導柱設(shè)在動模一側(cè)可以保護型芯不受損傷，而設(shè)在定模一側(cè)則便于順利脫模取出塑件，因此可根據(jù)需要而決定裝配方式。
3.一般導柱滑動部分的配合形式按H8/f8，導柱和導套固定部分配合按H7/k6，導套外徑的配合按H7/k6。
4.除了動模、定模之間設(shè)導柱、導套外，一般還在動模座板與推板之間設(shè)置導柱和導套，以保證推出機構(gòu)的正常運動。
5.導柱的直徑應根據(jù)模具大小而定，可參考標準模架數(shù)據(jù)選取。一次分型導向機構(gòu)設(shè)計：導柱固定在固定模板上，與固定模板為H7/m6的過渡配合。導柱直徑參考標準，取D=25mm，導柱頭部做成半圓形。導柱長度與主流導長度點澆口長度以及塑件長度等有關(guān)。
第8章 推出機構(gòu)的設(shè)計
脫模機構(gòu)設(shè)計應遵循下述原則：
1. 塑件滯留于動模邊，以便借助于開模力驅(qū)動脫模裝置，完成脫模動作，致使模具結(jié)構(gòu)簡單。
2. 防止塑件結(jié)構(gòu)變形或損壞，正確分析塑件對模腔的粘附力的大小及所部位，有針對性的選擇合適的脫模裝置，使推出重心與脫模阻力中心相重合。由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大部位，作用面積也盡可能大一些，以防塑件變形或損壞。
3. 由于塑件收縮時包緊型芯，因此推出力作用點應盡量靠近型芯，同時推出力應施于塑件剛性和強度最大部位，作用面積也盡可能大一些，以防塑件變形或損壞。
4. 力求良好的塑件外觀，在選擇頂相互位置時，應盡量設(shè)在塑件內(nèi)部或?qū)λ芗绊懖淮蟮牟课弧Ｔ诓捎猛茥U脫模時，尤其要注意這個問題。
5. 結(jié)構(gòu)合理可靠，脫模結(jié)構(gòu)應工作可靠，運動靈活，制造方便，更換容易，且有足夠的強度和剛度。
根據(jù)制件的形狀，本模具可才用頂桿頂出。
復位桿長度尺寸：
L4=L頂桿固定板+L推桿行程+L型芯板=107mm
復位桿徑向尺寸參考標準見尺寸，取d=20mm。
推出結(jié)構(gòu)的設(shè)計
1）.推件力的計算
推件力
式中 A—塑件包絡(luò)型芯的面積（）
—塑件對型芯單位面積上的包緊力，p取0.8×107～1.2×107Pa
—脫模斜度
—大氣壓力0.09MPa
—塑件對鋼的檫系數(shù)，約為0.1～0.3；
—制件垂直于脫模方向的投影面積（）
查資料可知道ABS的脫模斜度= A 9680
=[9680×1.0×(0.2cos -sin)/+0.09×17×15]=11.6kN
（2）確定頂出方式及頂桿位置
根據(jù)制品的結(jié)構(gòu)特點，確定在制品的四角上設(shè)置12根普通的圓頂桿。普通的圓形頂桿按GB4169.—1984選用，均可滿足頂桿剛度要求。
經(jīng)查相關(guān)資料，選用 6㎜×123㎜型號的圓型頂桿13根。
第9章 側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)設(shè)計
外側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計
外側(cè)抽芯機構(gòu)設(shè)計采用斜導柱側(cè)向分型與抽芯機構(gòu)，把兩個凹槽做成成型滑塊。
（1）計算斜導柱傾斜角
斜導柱傾斜角是決定斜導柱抽芯機構(gòu)中工作效果的重要參數(shù)， 大小對斜導柱的有效工作長度、抽芯距、受力狀況等有直接影響。最常用的是。本模具采用中間值a=17度.
（2）計算斜導柱直徑D
由于計算比較復雜，為了方便，用查表的方法來確定斜導柱的直徑。先按已經(jīng)求得的抽撥力和選定的斜導柱傾斜角查出最大的彎曲力，然后根據(jù)和以及斜導柱傾斜角查出斜導柱直徑D=8㎜。
第10章 溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)計
一般注射到模具內(nèi)的塑料溫度為200°C左右，而塑件固化后從模具型腔中取出時其溫度在60°C以下。熱塑性塑料在注塑成型后，必須對模具進行有效的冷卻，使熔融塑料的熱量盡快的傳給模具，以便使塑件可靠冷卻定型并可迅速脫模，縮短成型周期，提高塑件定型質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
由于制品平均厚度為2㎜，制品尺寸不大，確定水孔直徑為8㎜。由于冷卻水道的位置、結(jié)構(gòu)形式、孔徑、表面狀態(tài)、水的流速、模具材料等很多因素都會影響模具的熱量向冷卻水的傳遞，精確計算比較困難。實際生產(chǎn)中，通常都是根據(jù)模具的結(jié)構(gòu)確定冷卻水路，通過調(diào)節(jié)水溫、水速來滿足要求。
第11章 排氣系統(tǒng)設(shè)計
對于小型模具，可利用分型面間隙排氣，但分型面須位于容體流動末端。還可以利用推桿、活動型芯等配合間隙排氣。
由于本制品尺寸不大，可利用分型面開設(shè)排氣槽、推桿的配合間隙和活動型芯排氣即可。
分型面排氣槽應離開型腔5～6㎜，深度h0.03㎜。利用間隙排氣，其配合間隙不能超過0.05㎜，一般為0.03～0.005㎜。
第12章 注塑機參數(shù)校核
12.1 最大注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度的校核
由于在初選注射機和選用標準模架時是根據(jù)以上的四個技術(shù)參數(shù)及計算壁厚等因素選用的，所以注射量、鎖模力、注射壓力、模具厚度不必進行校核，已經(jīng)符合所選注射機要求。
12.2 開模行程的校核
注射機最大的開模行程S
S=116<300
式中 2h件 —塑料制品高度（mm）
h澆—澆注系統(tǒng)高度
故滿足要求。
12.3 模具與注射機安裝相關(guān)部分尺寸校核
從標準模架外形尺寸看小于注射機拉桿空間，并采用壓板固定模具，所以所選注射機規(guī)格滿足要求。
第13章 繪制圖紙并編寫技術(shù)文件
13.1繪制各非標準零件圖紙
詳見裝配圖紙和非標準零件圖紙
附本模具的工作原理：
? 開模時，動模部分向后移，開模力通過斜導柱作用于側(cè)抽芯活塊，迫使其在動模板的導滑槽內(nèi)向外滑動，直至滑塊與塑件完全脫開，完成外側(cè)抽芯動作，這時塑件包在型芯上隨動模繼續(xù)后移，直至注射機頂桿與模具推板接觸，推出機構(gòu)開始工作，推桿將塑件從型芯上推出。合模時，復位桿使推出機構(gòu)復位，斜導柱使側(cè)型芯滑塊向內(nèi)移動復位，繼續(xù)下一次的加工生產(chǎn)。
模具總裝配圖
13.2編寫加工工藝和裝配技術(shù)
模具精度是影響塑料成型件精度的重要因素之一，為了保證模具精度，塑料模具制造時應達到以下技術(shù)要求：
a、組成塑料模具的所有零件，在材料加工精度和熱處理質(zhì)量等方面均應符合相應圖樣的要求。
b、組成模架的零件應達到規(guī)定的加工要求，裝配成套的模架應活動自如，并達到規(guī)定的平行度和垂直度要求
c、模具的功能必須達到設(shè)計要求
d、為了鑒別塑料成型件的質(zhì)量，裝配好的模具必須在生產(chǎn)條件下試模，并根據(jù)試模存在問題進行修整，直至試出合格的成型件為止。
（1）加工要求
1）模具分型面及組合件的結(jié)合面應很好貼合，局部間隙不大于0.02mm
2）模具成型表面的內(nèi)外銳角、尖邊、圖樣上未注明圓角時允許不大于0.5mm圓角（分型面及結(jié)合面除外）。當不允許有圓角時,應在圖樣上注明。
3）圖樣中未注明公差的一般尺寸其極限偏差按GB1804標準即孔按H13，軸按h13，長度按J14來加工。
4）模具中各承壓板（模板）的兩承壓面的平行度公差按GB1184附錄一的5級。
5）導柱、導套孔對模板平面的垂直度公差按GB1184附錄一的4級。導柱、導套之間的配合按H8/f8。
6）模具中安裝鏍釘（鏍栓）之螺紋孔及其通孔的位置公差不大于2mm，或相應各孔配作。
7）導柱(直導柱、臺肩導柱)其配合部位的大徑與小徑的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
8）導套（直導套、帶頭導套）外圓與內(nèi)孔的同軸度公差t按GB1184附錄一的5級。
9）主流道襯套的中心錐孔應研磨拋光，不得有影響脫澆口的各種缺陷。
10）成型零部件：為了保證導向作用，動、定模的導柱，導套孔的孔距精度應控制在0.01mm以內(nèi)。因此，必須用坐標鏜床對動、定模鏜孔。在缺少坐標鏜床的情況下，較普遍采用的方法是將動、定模合在一起，在車床、銑床或鏜床上進行鏜孔。成型零部件采用優(yōu)質(zhì)模具鋼，強度高，耐磨性好，熱處理變形小，要求耐腐蝕，調(diào)質(zhì)淬火低溫回火≥55HRC。
型芯的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑進行數(shù)控銑外形加工，再銑小型芯孔和凹臺，鉆推桿孔，加工澆口。再用電火花加工成型，詳見表13-1。
型腔的加工：把成型面的曲面圖通過計算機產(chǎn)生刀具加工路徑，留余量在數(shù)控銑上加工成型，再用電火花加工成型，詳見表13-2。
表 13-1 型芯的機加工工藝
序號
工序名稱
加工內(nèi)容及要求
設(shè)備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長、寬、厚
3
劃線
劃線
鉗工臺
4
鉆孔
鉆孔
鉆床
5
銑削
以孔定位銑出型腔的外形
銑床
6
刨削
精刨上下面
刨床
7
鉆孔
鉆孔
鉆床
8
鉆孔
鉆旁邊側(cè)抽芯孔到規(guī)定位尺寸
鉆床
9
熱處理
淬火，表面硬度達54～58HRC
10
磨削
粗磨底面
平面磨床
11
磨削
精磨上表面，使厚度達圖紙要求
平面磨床
表 13-2 型腔的機加工工藝
序號
工序名稱
加工內(nèi)容及要求
設(shè)備
1
下料
根據(jù)模板形狀下料
2
鍛造
鍛坯料至尺寸長、寬、厚mm
3
劃線
劃線、打樣沖4個沉頭孔的中心
鉗工臺
4
鉆孔
鉆孔
鉆床
5
銑削
以孔定位銑出型腔的外形
銑床
6
刨削
精刨上下面
刨床
7
鉆孔
鉆型腔中間的孔
鉆床
8
鉆孔
鉆旁邊側(cè)抽芯孔到規(guī)定位尺寸
鉆床
9
熱處理
淬火，表面硬度達54～58HRC
10
磨削
粗磨底面，使厚達到要求
平面磨床
11
磨削
精磨上表面，使厚度達圖紙要求
平面磨床
(2)裝配要求：
1）頂出制品的推桿的端面與所在的相應型面保持齊平，允許推桿端面
高出型面不大于0.1mm。
2）注射模的復位桿，其端面應與模具分型面齊平，允許低于分型面大
大于0.03mm。
3）型芯、凸模、鑲件等，其尾部高度尺寸未注明公差時，其端面應在
裝配后與其配合的零件齊平。
4）制品同一表面的成型腔分布在上、下模或兩模時，裝配后沿分型面的錯邊不大于0.05mm，并其組合尺寸不超過型腔允許的極限尺寸。
5）凸模與凹模裝配后的配合間隙，應保持周圍均勻。
6）需保持同軸的兩個以上零件，其同軸度必須保證裝配要求，使各配合零件能順利裝卸，活動自如。
7）模具導向件的導向部分，裝配后保證滑動靈活，無卡滯現(xiàn)象。
8）模具裝配后，兩安裝平面應保持平，其平行度公差按按GB1184附錄一的6級。
(3)綜合要求
1）模具、模架及其零件的工件表面，不應有碰傷、凹痕、裂紋、毛刺、銹蝕等缺陷。
2）經(jīng)熱處理后的零件，硬度應均勻，不允許有脫碳、軟點、氧化斑點及裂紋等缺陷。熱處理后應清除氧化皮，臟物油污。
3）配通用模架模具，裝配后兩側(cè)面應進行同時磨削加工，以保證模具能順利裝入模架。
4）模具的冷卻水道應保證暢通。
設(shè)計總結(jié)
通過本次畢業(yè)設(shè)計收益匪淺，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
1．培養(yǎng)我綜合運用所學的基礎(chǔ)理論、基本知識和基本技能、提高分析解決實際問題的能力。
2．接受模具設(shè)計工程師必須的綜合訓練，提高實際工作能力。如調(diào)查研究、查閱文獻和收集資料并進行分析的能力；制訂設(shè)計或試驗方案的能力；設(shè)計、計算和繪圖能力；總結(jié)提高撰寫論文的能力。
3．檢驗我綜合素質(zhì)與實踐能力，是畢業(yè)的重要依據(jù)。
心得體會：我即將踏入工作的崗位。回想幾年的大學生涯，可謂艱辛，但收獲是豐盛的。在這幾年中，我掌握了許多模具設(shè)計與制造方面的知識，通過這次畢業(yè)設(shè)計充分的發(fā)揮出來。我也從中認識到自己的不足，彌補了缺乏的知識面，使專業(yè)知識得到升華。這次畢業(yè)設(shè)計的零件是“USB轉(zhuǎn)接盒上蓋”。雖然零件不算復雜，但我覺得是比較有特色的。通過本設(shè)計，對注塑模具有一個初步的認識，注意到設(shè)計中的某些細節(jié)問題，掌握了模具結(jié)構(gòu)及工作原理。使自己的所學的知識得以綜合運用。通過對PROE和AutoCAD的學習，從而有效的提高工作效率。收音機外殼的形狀比較復雜，所以模具設(shè)計中要考慮的因素有很多，除考慮它的出模、分型面，還需考慮它成型的質(zhì)量，表面光潔度等。更重要的是考慮它的制造難度和加工成本。所以設(shè)計認真分析塑料制品的結(jié)構(gòu)，尋求最佳的設(shè)計方案。應用模具設(shè)計的PROE、工程圖設(shè)計的AutoCAD、文字處理排版Word等軟件更加得心應手。遺憾沒有能用PROE把整個模具的三維結(jié)構(gòu)畫出來，主要還二維為主從而二維缺乏直觀難免有不當和錯誤之處！
在日后的工作學習中我定會不畏艱辛地深造和不斷地積累經(jīng)驗，爭取早日在模具行業(yè)中出人頭地。
致語謝
在本次畢業(yè)設(shè)計過程中得到老師和同學的不少幫助，老師和同學幫我解決了很多在設(shè)計中遇到的各種問題，在此我向他們表示忠心的感謝。同時，特別感謝老師在百忙之中對我的畢業(yè)設(shè)計逐一作了仔細地審閱，并提出了許多問題和建議，使本次的設(shè)計質(zhì)量得到進一步的提高。感謝老師對我的設(shè)計課題作出的分析。
參考文獻
1. 史鐵梁.模具設(shè)計指導.第1版.北京：機械工業(yè)出版社，2003
2. 屈華昌.塑料成型工藝與模具設(shè)計.第1版.北京：高等教育出版社,2001（教材）
3. 王樹勛.注塑模具設(shè)計與制造實用技術(shù). 第1版.廣州：華南理工大學出版社,1996
4. 唐海翔.UGNX2注塑模具設(shè)計培訓教程. 第1版.北京：清華大學出版社,2005
5. 閻啞林.塑料模具圖冊. 第1版.北京：高等教育出版社，2001
6. 高長銀.模具設(shè)計. 第1版.北京：電子工業(yè)出版社，2007
7. UGNX4.0塑料模具設(shè)計就業(yè)實戰(zhàn)精解. 第1版.北京：清華大學出版社，2006
8. UGNX4.0 模具設(shè)計典型范例教程. 第1版.北京：電子工業(yè)出版社，2007
9. 李建軍.李德群主編.模具設(shè)計基礎(chǔ)及模具CAD. 北京：機械工業(yè)出版社，2005
10. 鄧明等編著．現(xiàn)代模具制造技術(shù). 北京：化學工業(yè)出版社，2005．
11. 中國模具工業(yè)協(xié)會標準件委員會編．中國模具標準件手冊. 上海：上?？茖W普及出版社，1989
12. 《塑料模具技術(shù)手冊》編委會編著．塑料模具技術(shù)手冊. 北京：機械工業(yè)出版社，2001
- 31 -
PBT玻璃纖維增強復合材料水輔注塑成型的實驗研究
摘要：本報告的目的是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇復合材料水輔注塑的成型工藝。實驗在一個配備了水輔注塑統(tǒng)的80噸注塑機上進行，包括一個水泵，一個壓力檢測器，一個注水裝置。實驗材料包括PBT和15%玻璃纖維填充PBT的混合物以及一個中間有一個肋板的空心盤。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)以及它們的機械性能。XRD也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。實驗發(fā)現(xiàn)熔體壓力,熔融溫度，及短射類型是影響水注塑行為的決定性參數(shù)。材料在模具一面比在水一面展示了較高的結(jié)晶度。氣輔成型制品也要比水輔成型制品結(jié)晶度高。另外，制品表面的玻璃纖維大部分取向與流動方向一致，而隨著離制品表面距離的增加，越來越多的垂直與流動方向。
關(guān)鍵詞：水輔注塑成型，玻璃纖維增強PBT，工藝參數(shù)，機械性能，結(jié)晶
1．前言
依靠重量輕，成型周期短，消耗低，水輔注塑成型技術(shù)在塑料制品制造方面已經(jīng)取得了突破。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。水輔注塑成型的原理如圖1
圖1 水輔注塑成型的原理如圖
水輔注塑成型能夠在更短的循環(huán)時間內(nèi)生產(chǎn)出收縮小，翹曲小，表面質(zhì)量好的各種薄厚的制品。水輔注塑成型工藝也可根據(jù)工具及設(shè)備的承受壓力在設(shè)計，節(jié)省材料，減輕重量，減少成本方面取得更大的自由。典型的應用有棒，管材，水路管網(wǎng)建設(shè)用的大型復合結(jié)構(gòu)管。另一方面，盡管有很多優(yōu)勢，由于加入了額外的工藝參數(shù)，模具和工藝控制變的更加嚴峻和困難。水也可能腐蝕模具鋼，同時一些材料包括熱塑性塑料難以成型。成型后水的清除也是對這個新技術(shù)的一個挑戰(zhàn)。表1列出了水輔注塑成型技術(shù)的優(yōu)勢和局限性。
優(yōu)勢
局限性
1，成型周期短
2，成本低（水更便宜而且可方便地循環(huán)利用）
3，制品內(nèi)部不產(chǎn)生泡沫現(xiàn)象。
1，水腐蝕模具
2，需要較大的注塑元件。（容易陷入聚合物熔體）
3，一些材料難以成型（尤其是非晶態(tài)熱塑性材料）
4，成型后需要清除水
表1
水輔注塑成型有優(yōu)勢超過它更有名的競爭對手，氣輔注塑成型，因為依靠水在成型過程中更好的冷卻能力，水輔注塑成型獲得了更短的成型周期。它的不可壓縮性，低成本以及易循環(huán)利用，水成為這一過程的理想媒介。既然水不會溶解和擴散到聚合物熔體中，那么經(jīng)常在氣輔成型工藝出現(xiàn)的氣泡現(xiàn)象也便消除了。另外，水輔注塑成型能更好的用小剩余壁厚成型大型制件。表2是對水輔和氣輔成型工藝的一個比較。
表2水輔和氣輔成型工藝比較。
水輔
氣輔
1成型周期
2介質(zhì)成本
3氣泡現(xiàn)象
5殘余壁厚
6表面粗糙度
7表面光澤
8指形效應
9非均勻穿透
10制品透明度
11內(nèi)表面（熱塑性半晶）
12內(nèi)表面（熱固性）
短
低
無
小
小
高
大
穩(wěn)定
高
平滑
粗糙
長
高
有
大
高
低
小
不穩(wěn)定
低
粗糙
平滑
隨著對密度小，強度高，價格便宜，成型周期短的優(yōu)良性能材料需求的增加，塑料工程是一個不可忽視的工藝。這些塑料包括熱塑性和熱固性塑料。一般來說，熱塑性塑料以其更高的沖擊強度，斷裂阻力，疲勞強度而更有優(yōu)勢。這使得熱塑性塑料在工程建設(shè)中廣泛使用。
PBT是廣泛使用的熱塑性工程塑料之一，它有1，4—丁烯乙2醇和DMT聚合而成。玻纖增強混合材料適用于提高原材料的機械性能。今天，短玻璃纖維增強PBT已被廣泛應用與電子，通信，汽車領(lǐng)域。所以，對玻璃纖維增強PBT的研究更加重要了。本文是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇水輔注塑的成型工藝，實驗在一個配備了水輔注塑統(tǒng)的80噸注塑機上進行，包括一個水泵一個壓力檢測器，一個注水裝置。實驗材料包括PBT和15%玻璃纖維填充PBT的混合物以及一個中間有一個肋板的空心盤。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)以及它們的機械性能。XRD也被用來分別材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)。最后,作了水輔助和氣體輔助注塑件的比較。
2．實驗步驟
2.1 材料
實驗材料包括PBT（牌號1111FB，南亞塑料，臺灣）和15%玻璃纖維填充PBT的混合物（牌號1210G3，南亞塑料，臺灣）。表3列出了此混合材料的特征。
表3 纖維增強PBT復合材料特征
性質(zhì)
ASTM
PBT
15%G.F.PBT
屈服應力(kg/cm2)
彎曲應力(kg/cm2)
硬度
熱變形溫度（℃）
MFI
沖擊強度
熔點（℃）
D-638
D-570
D-785
D-648
D-1238
D-256
DSC
600
900
119
60
40
5
224
1000
1500
120
200
25
5
224
2.2 水輔注塑元件
一個實驗室注水元件，包括一個水泵，一個壓力檢測器，一個注水閥，一個配備了溫度調(diào)節(jié)裝置的水箱，以及一個控制電路。這個孔板型注水閥每邊有兩個孔，用來成型制件。實驗過程中，注水閥的控制電路收到由注塑機產(chǎn)生的信號實現(xiàn)對時間和注水壓力的控制。在注入模具行腔之前，水在有溫控裝置的水箱里加熱30分鐘。
2.3注塑機和模具
水輔注塑成型實驗在一個最高注塑速率109cm3/s的80噸注塑機上進行。研究使用了一個中間有一個肋板的空心盤。圖2顯示了這個行腔的尺寸。模具溫度由一個水循環(huán)模溫控制元件調(diào)節(jié)。實驗根據(jù)水注入制品的長度的影響測得了各種工藝參數(shù)，包括熔體溫度，模具溫度，熔體充模壓力，水溫和水壓，注水延遲時間和保持時間，以及熔體短射類型。表4列出這些工藝參數(shù)及在實驗中的數(shù)值。
A
B
C
D
E
F
熔體壓力
熔體溫度
短射類型
水 壓
水 溫
模具溫度
140
126
114
98
84
280
275
270
265
260
76
77
78
80
81
8
9
10
11
12
80
75
70
65
60
80
75
70
65
60
表 4
2.4氣輔注塑元件
為了對水輔和氣輔注塑成型制件進行比較，氣輔注塑成型實驗使用了一個商用氣輔注塑成型元件，其具體配置可參考RCFS。氣輔注塑成型工藝控制和水輔注塑成型一樣，除了氣體溫度設(shè)置為25外。
圖2 模具行腔的尺寸和外形
2.5 XRD
為了分析水輔注塑成型制品的晶體結(jié)構(gòu)，實驗使用了具有二維探測分析傳輸模式的廣角X射線衍射儀。更特別的是實驗對水輔注塑成型制品模具一邊和水一邊的樣品在7到40的范圍內(nèi)進行測量。分析所用的樣品來自制品中心。為了獲得XRD樣品要求的厚度，多余的部分在一個旋轉(zhuǎn)輪上打磨掉。首先用濕的碳硅紗布，而后用粒度300的，再用粒度600和1200的，以獲得更好的表面質(zhì)量。
2.6機械性能
拉伸強度和彎曲強度測試在一個拉力測試機上進行。實驗對水輔注塑成型制件樣本進行拉力測試以評估水溫對拉伸性能的影響。樣本的尺寸為30mm*10mm*1mm.
水輔注塑成型制件的彎曲實驗也在室溫下進行。彎曲樣本的尺寸為20mm*10mm*1mm
2.7顯微鏡觀察
用電子掃描顯微鏡（型號5410）觀察制品中纖維的分子取向。樣品為取自注塑成型制件厚度方向上（圖3）。在垂直于流動方向了對截面進行觀察。觀察前，所有樣品表面鍍金。
圖3拉伸和彎曲測試切取樣品的位置圖示
3結(jié)果和討論
所有實驗在一個最高注塑速率109cm3/s的80噸注塑機上進行。所有研究中使用了一個中間有一個肋板水道的空心盤。
3.1制品的指形效應
所有制品都在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應。并且，玻璃纖維增強的復合材料指形效應比不增強的更嚴重，如圖4所示。指形效應一般在一種密度小，粘性低的液體穿過另一種密度大，粘性高的不相溶液體時產(chǎn)生。考慮一個密度和黏度變化都很快的兩相界面或區(qū)域。流體移動的壓力P2-P1導致有效的置換量用下式描述
這里U是特性速率，K是穿透性。當壓力為正時，任何很小的置換量都會被放大，導致不穩(wěn)定并出現(xiàn)指形效應。當一種液體被比它密度低，黏度小的液體置換時，我們知道ｕ=ｕ1-ｕ2》0，而且U》O。這時，當一個黏度較高的液體被一種黏度較低的液體置換時，這種液體流動性較高，會出現(xiàn)不穩(wěn)定和指形效應。這次研究的結(jié)果顯示玻璃纖維增強的復合材料更傾向于指形效應。這也許是因為玻璃纖維增強的復合材料和水的黏度差比較大。因此水輔注塑成型復合材料顯示了更嚴重的指形效應。
3.2水穿透對工藝參數(shù)的影響
圖4 PBT復合材料水輔注塑成型照片
3.2工藝參數(shù)對水穿透的影響
實驗根據(jù)水穿透行為的影響測得了各種工藝參數(shù)。表4列出這些工藝參數(shù)以及實驗中使用的數(shù)值。為了成型制件，引用了一個重要工藝條件。通過在每一個實驗中改變一個參數(shù)，我們可以更好的理解在復合材料水輔注塑成型中每個參數(shù)對水穿透行為的影響。成型后，實驗測量了水注塑的長度。圖5-10顯示了工藝參數(shù)對水注塑長度的影響，包括熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射類型，水溫以及水壓。
實驗結(jié)果顯示，水在純凈PBT中比在玻璃纖維增強PBT復合材料中穿透更深。這是由于玻璃纖維增強復合材料冷卻過程中體積收縮更小，因此，制品被水穿過的長度要短些。
熔體充模壓力
圖5，熔體充模壓力對水穿過長度的影響
熔體溫度
圖6 熔體溫度對水穿過長度的影響
模具溫度
圖7模具溫度對水穿過長度的影響
短射類型
圖8短射類型對水穿過長度的影響
水溫
圖9水溫對水穿過長度的影響
水壓
圖10水壓對水穿過長度的影響
由圖5可以看出，水穿過長度隨著熔體充模壓力的增大而減小。這可以解釋為由于熔體充模壓力增大，模具行腔對流動的阻力增加，因此水更難以進入材料的內(nèi)部。水穿過長度因而變短。
圖6可以看出成型PBT復合材料制品時，隨著熔體溫度是增加水穿過長度也會變短。這也許是因為隨著溫度增加聚合物熔體的黏度降低。較低的熔體黏度有利于水包裹住水道，減少空閑區(qū)域，而不是更深的穿透。水道開頭孔的變小導致了水穿過長度的變短。
如圖7，增加模具溫度稍微降低了水在成型制品中的穿過長度。這也許是因為增加模具溫度降低了冷卻速率以及材料的黏度。于是水就包裹了水道，減少了水道口附近的空閑空間，而不是更深的穿透制品。
如圖8，增加短射率降低了水穿過長度。在水輔注塑成型中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。聚合物熔體短射率的增加降低了水在成型制品中的穿過長度。
作為實驗中的工藝參數(shù)，增加水溫或者水壓都增加了水在成型制品中的穿過長度。增加水溫降低了冷卻速率，是聚合物熔體更長時間內(nèi)保溫，它的黏度也因此降低。這有利于水更深的進入進品中心。增加水壓也有利于水穿過物體，因此而獲得更深的穿透長度。
最后，制品的偏差，各種工藝參數(shù)測量的主觀性，
最大的制品偏差是翹曲。表11的結(jié)果顯示制品翹曲隨著水在成型制品中的穿過長度的降低而減少。這是因為水穿過制品的長度越長，包裹聚合物材料的水就越多。制品的翹曲和收縮也因而降低。
水穿過制品的長度
3.3成型制品的結(jié)晶
PBT是一個結(jié)晶速率很高的半結(jié)晶熱塑性聚脂。在水輔注塑成型過程中，結(jié)晶在非等溫條件下發(fā)生，冷卻速率隨著冷卻時間而變化。這里研究了各種工藝參數(shù)包括充熔體溫度，模具溫度，以及水溫對成型制品結(jié)晶的影響。測量使用了2維廣角X射線衍射儀。表12的結(jié)果顯示所有材料在模具層的結(jié)晶比在水層的結(jié)晶度要高。這個結(jié)果標志著在冷卻過程中水有著更好的冷卻能力。這與我們早先通過測量模內(nèi)溫度分布得到的結(jié)果一致。另外，表12C的實驗結(jié)果顯示成型材料的結(jié)晶隨著水溫的增加而增加。這是因為增加水溫降低了冷卻過程中的材料冷卻速率。成型制品因而有更高的結(jié)晶度。
熔體溫度，模具溫度，以及水溫對水輔成型制品結(jié)晶的影響
另一方面，為了對水輔和氣輔注塑成型制品的結(jié)晶作一個比較，我們在同一臺注塑機上做了實驗，不同的是注塑機裝備了一個高壓氮氣注塑裝置。圖13的結(jié)果顯示氣輔注塑成型制品比水輔注塑成型制品有著更高的結(jié)晶度。這是因為水比空氣的冷卻能力高，冷卻快。因而水輔注塑成型制品比氣輔注塑成型制品的結(jié)晶度要低些。
圖13，水輔和氣輔成型制品的結(jié)晶度
3.4機械性能
對水輔注塑成型制品樣本進行拉伸測試以觀察水溫對拉伸性能的影響，表14的測量結(jié)果顯示其隨水溫增高而降低。正如我們看到的，PBT材料的屈服應力和拉伸應力都隨著溫度增高而降低。另一方面，PBT水輔注塑成型制品彎曲強度測試也在室溫下進行。圖15的測試結(jié)果顯示，制品的彎曲強度也隨溫度升高而降低。
圖15 水溫對PBT制品彎曲強度的影響
圖14水溫對PBT制品拉伸性能的影響
一般來說，增高水溫降低了冷卻速率，使制品的結(jié)晶度增高。正如我們所知，對于半結(jié)晶熱塑性塑料，較高的結(jié)晶度意味著較低的自由體積因而增加了制品的剛度。但是，實驗結(jié)果顯示，結(jié)晶度對PBT力學性能的影響是微不足道的，有更重要的增加了PBT材料的拉伸和彎曲應力。成型材料的機械性能取決于成型過程中結(jié)晶的數(shù)量和晶體類型。PBT的延展性隨著結(jié)晶降低的事實說明PBT在冷卻速率較低的成型過程中結(jié)晶度和剛性增加，因為缺乏延展性，成型制品在拉伸測試中的數(shù)值較高，而剛度沒有預期的高。無論如何，需要更詳細 的實驗研究水輔注塑成型制品的形態(tài)參數(shù)以及相關(guān)的機械性能。
3.5成型制品中纖維取向
從制品的中間切取小的樣品用來觀察纖維的取向。觀察的位置如圖3所示。觀察前，所有樣品的表面被磨光并鍍金。圖16顯示了水輔注塑成型制品的微型結(jié)構(gòu)。
圖16 PBT復合材料水輔注塑成型制品的纖維取向
測量結(jié)果顯示水輔注塑成型制品中的纖維取向與常規(guī)注塑制品有明顯區(qū)別。
在常規(guī)注塑制品中一般觀察兩個區(qū)域：薄壁處與中心。在薄壁區(qū)域，所有纖維取向與流動方向平行，而在中心，纖維在流動平面內(nèi)取向隨意。與常規(guī)注塑成型相比，水輔注塑成型技術(shù)的充模方式不同。對于常規(guī)注塑機，一個循環(huán)周期被定義為充模，保壓，冷卻3個階段。而在水輔注塑成型過程中，模具行腔被部分注入聚合物熔體，而后向這些聚合物中心注入水。這個新穎的充模方式明顯影響了纖維的取向。
由圖16可以看出，水輔注塑成型制品的纖維取向大致可分為3個區(qū)域，在模具一邊的表面，這里充模時剪切很嚴重，纖維很規(guī)則的平行。在水一側(cè)的表面，剪切作用不明顯，速率快，在這種情況下，纖維更傾向與垂直與注射方向。在制品中心，纖維取向很隨意。 總的來說，模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動方向。最后，應該注意的是，我們實驗室應該在今后的研究中對水輔注塑成型和常規(guī)注塑成型的纖維取向和形態(tài)做一個定量的比較。
4結(jié)論
本報告的目的是通過實驗研究聚對苯二甲酸丁二醇復合材料水輔注塑的成型工藝。基于當前實驗可得出以下結(jié)論
1. 水輔注塑成型制品在水道的過度區(qū)域出現(xiàn)了指形效應。并且，玻璃纖維增強復合材料的指形效應比不增強的更嚴重
2. 研究的實驗結(jié)果顯示PBT復合材料的水穿透長度隨著水溫和水壓的增加而增加。隨著熔體充模壓力，熔體溫度，模具溫度，短射量的增加而降低。，
3. 制品的翹曲隨著水穿透的程度而降低了。
4. 注塑制品的結(jié)晶度隨著水溫的升高而提高。水輔成型制品的結(jié)晶度比氣輔的要低。
5. 模具一邊的制品表面的玻璃纖維取向大部分與流動方向一致，而隨著離這一表面距離的增加，纖維取向逐漸的垂直與流動方向
感謝
感謝臺灣科學委員會對研究工作的資金支持！
參考文獻
[1] Knights M. Plast Technol 2002(April):42.
[2] Michaeli W, Juntgen T, Brunswick A. Kunststo. Plast Europe
[3] Liu SJ, Chen YS. Polym Eng Sci 2003;43:1806.
[4] Liu SJ, Chen YS. Compos Part A: Appl Sci Manuf 2004;35:171.
[5] Johnson L, Olley P, Coates PD. Plast Rubber Compos 2000;29:31.
[6] Potente H, Moritzer E, Oberman CH. Polym Eng Sci 1996;36:2163.
[7] Fung CP. Plast Rubber Compos 2004;33:170.
[8] Ludwig H-J, Eyerer P. Polym Eng Sci 1988;28:143.
[9] Chisholm BJ, Fong PM, Zimmer JG, Hendrix R. J Appl Polym Sci
1999;74:889.
[10] Yoshioka T, Tsuji M, Kawahara Y, Kohjiya S, Manabe N, Yokota
Y. Polymer 2005;46:4987.
[11] Liu SJ, Wu YC. Int Polym Process 2000;15:297.
12] Liu SJ, Chang JH, Ho CY, Hung SW. Int Polym Process 1999;14:
191.
[13] Liu SJ, Chang JH. Polym Compos 2000;21:322.
[14] Liu SJ, Yang CY. Plast Rubber Compos 2002;31:36.
[15] Liu SJ, Lin IH. Plast Rubber Compos 2002;31:28.
[16] Homsy GM. Ann Rev Fluid Mech 1987;19:271.
[17] Liu SJ, Chen WK. Plast Rubber Compos 2004;33:260.
[18] Sarasua JR, Lopez Arraiza A, Balerdi P, Maiza I. Polym Eng Sci
[19] Ludwig H-C, Fischer G, Becker H. Compos Sci Technol 1995;53:235.
[20] Mlekusch B, Lehner EA, Geymayer W. Compos Sci Techol
[21] Tucker III CL. In: Isayev AI, editor. Injection and compression
molding fundamentals. Marcel Dekker; 1987 [Chapter 7
收藏