客車用ABS注塑模具設計分析

梁艷松,張銳,魏永超

摘?要簡述客車用ABS注塑模具設計分析——利用ABS注塑件工藝性能來設計模具。

關鍵詞客車；ABS注塑模具設計分析；工藝性能

中圖分類號U464.13文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2011)071- 0188-02

近年來，客車內飾用ABS注塑模具增長十分迅速，尤其是高效率、自動化、精密、高壽命的注塑模具在整個模具產量中所占的比重越來越大。淺析客車用ABS注塑模模具設計。

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，特別是異形型腔的加工，采用了各種先進的加工中心和機床，這不僅大大提高了機械加工的比重，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

密度（Kg.dm-3）：1.13~1.14；

收縮率（%）：0.3~0.8；

熔點（℃）：130~160 ；

熱變形溫度：45N/cm?65~98 ；

彎曲強度（MPa）：80 ；

拉伸強度（Mpa）：35~49 ；

拉伸彈性模量（ Gpa）：1.8 ；

彎曲彈性模量（Gpa）：1.4 ；

壓縮強度（Mpa）：18~39 ；

缺口沖擊強度（kJ/m2）：11~20 ；

硬度（HR）：62~86 ；

體積電阻系數（Ωcm）：1013 ；

?擊穿電壓（ Kv.mm-1）：15；

介電常數： 60Hz3.7。

1.2ABS的注塑成型（注塑機類型：通用噴嘴螺桿式注朔機）工藝參數

料筒一區：150~170（℃）；

料筒二區：180~190（℃) ；

料筒三區：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）；

注塑時間：2~5（s）；

保壓時間：5~10（s）；

冷卻時間：5~15（s）；

周期：15~30（s）；

后處理： 紅外線烘箱 ；

溫度：70℃；

時間：0.3~1（s）。

2最大注塑量的校核

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

0.8V機≥V塑＋V澆

式中：V機—注塑機的最大注塑量，40cm3；

???V塑—塑件的體積，該產品V塑＝18cm3；

???V澆—澆注系統體積，該產品V澆＝2cm3。

故：V機≥（18+4）cm3。

2.1鎖模力校核

F鎖﹥pA

式中：p—熔融型料在型腔內的壓力，該產品A值—塑件和澆注系統在分型面上的投影面之和，經計算A=4641mm3；

? F鎖—注塑機的額定鎖模力。

故：F鎖＞pA=200Mpa×4641mm3。

選定的注塑機的壓力為2500KN，滿足要求。

2.2模具與注塑機安裝部分相關尺寸校核

1）模具閉合高度長寬尺寸要與注塑機模板尺寸和拉桿間距相合適。

模具長×模具寬<拉桿面積

2）模具閉合高度校核。

Hmin—注塑機允許最小模厚=130mm ；

Hmax—注塑機允許最大模厚=220mm ；

H—模具閉合高度=180mm；

故滿足Hmax＞H＞Hmin。[paging]

開模行程校核：

注塑機的最大行程與模具厚度有關（如全液壓合模機構的注塑機），故注塑機的開模行程應滿足下式：

S機—（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）

S機—注塑機最大開模行程，230mm；

H1—頂出距離，16mm；

H2—包括澆注系統在內的塑件高度，52mm。

因為本模具的澆注系統和塑件的特殊關系，澆注系統和塑件的高度就已經包括了頂出距離。

3塑料件的工藝尺寸的計算

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算即可。

3.2型芯的計算

1）型芯徑向尺寸的計算：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算即可。

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

3.3模具型腔壁厚的計算

如果是利用計算公式的話比較煩瑣，且不能保證在生產中的精確性，我們可以根據書中的經驗值來取的。

3.4成型零件材料選擇

為實現高性能的目的；選用模具材料應具有高耐磨性，高耐蝕性，良好的穩定性和良好的導熱性。必須具有一定的強度，表面需要耐磨，淬火變型要小。

4澆注系統的設計

普通澆注系統由主流道、分流道、澆口和冷料井組成。澆注系統的設計是注塑模具設計的一個重要的環節，它對注塑成型周期和塑件質量（如外觀，物理性能，尺寸精度）都有直接的影響，設計時必須按如下原則： ①型腔布置和澆口開設部位力求對稱，防止模具承受偏載而造成溢料現象。②型腔和澆口的排列要盡可能地減少模具外形尺寸。③系統流道應盡可能短，斷面尺寸適當（太小則壓力及熱量損失大，太大則塑料耗費大）：盡量減少彎折，表面粗糙度要低，以使熱量及壓力損失盡可能小。④ 對多型腔應盡可能使塑料熔體在同一時間內進入各個型腔的深處及角落，及分流道盡可能平衡布置。⑤滿足型腔充滿的前提下，澆注系統容積盡量小，以減少塑料的耗量。⑥澆口位置要適當，盡量避免沖擊嵌件和細小型芯，防止型芯變形澆口的殘痕不應影響塑件的外觀。

4.1主流道設計

主流道是塑料熔體進入模具型腔是最先經過的部位，它將注塑機噴嘴注出的塑料熔體導入分流道或型腔，其形狀為圓錐形，便于熔體順利的向前流動，開模時主流道凝料又能順利拉出來，主流道的尺寸直接影響到塑料熔體的流動速度和充模時間，由于主流道要與高溫塑料和注塑機噴嘴反復接觸和碰撞，通常不直接開在定模上，而是將它單獨設計成主流道套鑲入定模板內。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，對塑件與澆注系統聯接處能自動剪斷。采用帶直流道與分流道的潛伏式點澆口，為了方便于拉出流道中的凝料，將主流道設計成錐形.

4.2冷料井設計

冷料井位于主流道正對面的動模板上，或處于分流道末端，其作用是接受料流前鋒的“冷料”，防止“冷料”進入型腔而影響塑件質量，開模時又能將主流道的凝料拉出。冷料井的直徑宜大于大端直徑，長度約為主流道大端直徑。

4.3分流道設計

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，所以在實際生產中較常用的截面形狀為梯形、半圓形及U形。

1）分流道設計要點。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，分流道截面積與長度盡量取小值，分流道轉折處應以圓弧過度。②分流道較長時，在分流道的末端應開設冷料井。對于此模來說在分流道上不須開設冷料井。③分流道的位置可單獨開設在定模板上或動模板上，也可以同時開設在動，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加工成斜面，并用圓弧過度。

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

3）分流道的斷面。分流道的斷面尺寸應根據塑件的成形的體積，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度等因素來確定。

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，同時因考慮加工的方便性。分流道應考慮出料的流暢性和制造方便，熔融料的熱量損失小，流動阻力小，比表面和小等問題，由于采用的是潛伏式二級分流道對熱損失及流動提出了較高的要求，采用圓形的分流道。

4.4澆口位置的設置

為了保證外形無澆口痕，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，同時可隔斷注射壓力對型腔內塑料的后續作用，冷卻后快速切除。同時它的效果與S澆注系統有同樣的效果，有利于補塑；澆口設置應有利于排氣和補塑。

1）澆口位置的選擇要避免塑件變形。

采側澆口在進料時頂部形成閉氣腔，在塑件頂部常留下明顯的熔接痕，而采用點澆口，有利于排氣，整件質量較好，但是塑件壁厚相差較大，澆口開在薄壁處不合理；而設在厚壁處，有利于補縮，可避免縮孔、凹痕產生。

2）澆口位置的設置應減少或避免生成熔接痕。

3）澆口位置應避免側面沖擊細長型心或鑲件。

5模具成型系統的設計

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，必須將模具型腔打開，也就是必須將模具分成兩部分，即定模和動模兩大部分。定模和動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：分型面應取在塑件尺寸的最大處。而且應使塑件流在動模部分，由于推出機構通常設置在動模的一側，將型芯設置在動模部分，塑件冷卻收縮后包緊型芯，使塑件留在動模，這樣有利脫模。②分型面的選擇應有利于保證塑件的外觀質量和精度要求。③分型面的選擇應有利于成型零件的加工制造。

5.2排氣糟的設計

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

5.3合模導向機構的設計 ?

導向合模機構對于塑料模具是必不可少的部分，因為模具在閉合時要求有一定的方向和位置，所以必須設有導向機構，導柱安裝在動模一邊或定模一邊均可，通常導柱設在主型腔周圍。

導向機構的主要作用有：定位、導向和承受一定側壓力。為避免裝配時方位搞錯而損壞模具，并且在模具閉合后使型腔保持正確形狀，不至因為位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔過程中會產生單向側壓力，或由于注射機的精度限制，使導柱工作中承受一不定的導向作用。

動定模合模時，首先導向機構接觸，引導動定模正確閉合，避免凸?；蛐托鞠冗M入型腔，產生干涉而壞零件。由于注塑壓力的各向性就會對導柱進行徑向的剪力，導致導柱容易折斷。對型芯和型腔改進后，其的配合可以進行定位。

5.4溫度調節系統的設計

在注射成型過程中，模具溫度直接影響到塑件的質量如收縮率、翹曲變形、耐應力開裂性和表面質量等，并且對生產效率起到決定性的作用，在注射過程中，冷卻時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，對模具冷卻系統的設計及優化分析在一定程度上決定了塑件的質量和成本，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量，而模具溫度的高低取決于塑料結晶性，塑件尺寸與結構、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計，冷卻介質的種類、溫度、流速、冷卻管道的幾何參數及空間布置，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交互作用等。

1）模具冷卻系統的設計。根據模具冷卻系統設計原則：冷卻水孔數量盡量多，尺寸盡量大的原則可知，冷卻水孔數量大于或等于3根都是可行的。這樣做同時可實現盡量降低入水與出水的溫度差的原則。

2）模具加熱系統的設計。因在ABS要求的熔融溫度為200℃。而且流動性能為中性，同時在注射時模具溫度要求為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、結構簡單、可調節范圍大，所以在該模具應用電加熱。

6結束語

由于ABS注塑件在客車內飾件中的運用越來越廣泛，同時對ABS注塑模具的設計要求也越來越高，希望本篇注塑模具的的設計淺析，能對ABS注塑模具的設計者有所幫助。

參考文獻

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