客车用ABS注塑模具设计分析

梁艳松,张锐,魏永超

摘 要简述客车用ABS注塑模具设计分析——利用ABS注塑件工艺性能来设计模具。

关键词客车；ABS注塑模具设计分析；工艺性能

中图分类号U464.13文献标识码A文章编号1673-9671-(2011)071- 0188-02

近年来，客车内饰用ABS注塑模具增长十分迅速，尤其是高效率、自动化、精密、高寿命的注塑模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。浅析客车用ABS注塑模模具设计。

在注塑模具制造工艺上，为缩短注塑模具的制造周期，减少工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的加工中心和机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了注塑模具加工的精度。

1ABS注塑件的工艺性能分析

1.1ABS注塑料主要的性能指标

密度（Kg.dm-3）：1.13~1.14；

收缩率（%）：0.3~0.8；

熔点（℃）：130~160 ；

热变形温度：45N/cm 65~98 ；

弯曲强度（MPa）：80 ；

拉伸強度（Mpa）：35~49 ；

拉伸弹性模量（ Gpa）：1.8 ；

弯曲弹性模量（Gpa）：1.4 ；

压缩强度（Mpa）：18~39 ；

缺口冲击强度（kJ/m2）：11~20 ；

硬度（HR）：62~86 ；

体积电阻系数（Ωcm）：1013 ；

 击穿电压（ Kv.mm-1）：15；

介电常数： 60Hz3.7。

1.2ABS的注塑成型（注塑机类型：通用喷嘴螺杆式注朔机）工艺参数

料筒一区：150~170（℃）；

料筒二区：180~190（℃) ；

料筒三区：200~210（℃）；

喷嘴温度：180~190（℃）；

模具温度：50~70（℃ ）；

注塑压力：60~100（MPa）；

保压：40~60（s）；

注塑时间：2~5（s）；

保压时间：5~10（s）；

冷却时间：5~15（s）；

周期：15~30（s）；

后处理： 红外线烘箱 ；

温度：70℃；

时间：0.3~1（s）。

2最大注塑量的校核

注塑机的最大注塑量应大于制品的质量或体积（包括流道及浇口凝料和飞边），通常注塑机的实际注塑量最好是注塑机的最大注塑量的80%。所以选用的注塑机最大注塑量应满足：

0.8V机≥V塑＋V浇

式中：V机—注塑机的最大注塑量，40cm3；

   V塑—塑件的体积，该产品V塑＝18cm3；

   V浇—浇注系统体积，该产品V浇＝2cm3。

故：V机≥（18+4）cm3。

2.1锁模力校核

F锁﹥pA

式中：p—熔融型料在型腔内的压力，该产品A值—塑件和浇注系统在分型面上的投影面之和，经计算A=4641mm3；

  F锁—注塑机的额定锁模力。

故：F锁＞pA=200Mpa×4641mm3。

选定的注塑机的压力为2500KN，满足要求。

2.2模具与注塑机安装部分相关尺寸校核

1）模具闭合高度长宽尺寸要与注塑机模板尺寸和拉杆间距相合适。

模具长×模具宽<拉杆面积

2）模具闭合高度校核。

Hmin—注塑机允许最小模厚=130mm ；

Hmax—注塑机允许最大模厚=220mm ；

H—模具闭合高度=180mm；

故满足Hmax＞H＞Hmin。[paging]

开模行程校核：

注塑机的最大行程与模具厚度有关（如全液压合模机构的注塑机），故注塑机的开模行程应满足下式：

S机—（H模－Hmin）＞H1＋H2＋（5～10）

S机—注塑机最大开模行程，230mm；

H1—顶出距离，16mm；

H2—包括浇注系统在内的塑件高度，52mm。

因为本模具的浇注系统和塑件的特殊关系，浇注系统和塑件的高度就已经包括了顶出距离。

3塑料件的工艺尺寸的计算

所谓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径向尺寸。（包括矩形和异形型芯的长和宽），型腔深度和型芯高度和尺寸。

3.1型腔的径向尺寸

（LM）0+δ=[（1+S）Ls-(0.5～0.75)△] 0+δ=[1.008×Ls-0.75△] 0+δ

其中：LM为型腔的基本尺寸公差值为正偏差，Ls塑件的基本尺寸。塑件公差△为负偏差，S为塑料的平均收缩率，δ为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计算即可。

3.2型芯的计算

1）型芯径向尺寸的计算：LM=[（1+S）Ls+3/4△]-0，其各字母的含义与前相同，按照模具型芯制造精度计算即可。

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

3.3模具型腔壁厚的计算

如果是利用计算公式的话比较烦琐，且不能保证在生产中的精确性，我们可以根据书中的经验值来取的。

3.4成型零件材料选择

为实现高性能的目的；选用模具材料应具有高耐磨性，高耐蚀性，良好的稳定性和良好的导热性。必须具有一定的强度，表面需要耐磨，淬火变型要小。

4浇注系统的设计

普通浇注系统由主流道、分流道、浇口和冷料井组成。浇注系统的设计是注塑模具设计的一个重要的环节，它对注塑成型周期和塑件质量（如外观，物理性能，尺寸精度）都有直接的影响，设计时必须按如下原则： ①型腔布置和浇口开设部位力求对称，防止模具承受偏载而造成溢料现象。②型腔和浇口的排列要尽可能地减少模具外形尺寸。③系统流道应尽可能短，断面尺寸适当（太小则压力及热量损失大，太大则塑料耗费大）：尽量减少弯折，表面粗糙度要低，以使热量及压力损失尽可能小。④ 对多型腔应尽可能使塑料熔体在同一时间内进入各个型腔的深处及角落，及分流道尽可能平衡布置。⑤满足型腔充满的前提下，浇注系统容积尽量小，以减少塑料的耗量。⑥浇口位置要适当，尽量避免冲击嵌件和细小型芯，防止型芯变形浇口的残痕不应影响塑件的外观。

4.1主流道设计

主流道是塑料熔体进入模具型腔是最先经过的部位，它将注塑机喷嘴注出的塑料熔体导入分流道或型腔，其形状为圆锥形，便于熔体顺利的向前流动，开模时主流道凝料又能顺利拉出来，主流道的尺寸直接影响到塑料熔体的流动速度和充模时间，由于主流道要与高温塑料和注塑机喷嘴反复接触和碰撞，通常不直接开在定模上，而是将它单独设计成主流道套镶入定模板内。主流道套通常又高碳工具钢制造并热处理淬硬。塑件外表面不许有浇口痕，又考虑取料顺利，对塑件与浇注系统联接处能自动剪断。采用带直流道与分流道的潜伏式点浇口，为了方便于拉出流道中的凝料，将主流道设计成锥形.

4.2冷料井设计

冷料井位于主流道正对面的动模板上，或处于分流道末端，其作用是接受料流前锋的“冷料”，防止“冷料”进入型腔而影响塑件质量，开模时又能将主流道的凝料拉出。冷料井的直径宜大于大端直径，长度约为主流道大端直径。

4.3分流道设计

分流道是主流道与浇口之间的通道，一般开在分型面上，起分流和转向的作用。分流道截面的形状可以是圆形、半圆形、矩形、梯形和U形等，圆形和正方形截面流道的比面积最小（流道表面积于体积之比值称为比表面积），塑料熔体的温度下降小，阻力小，流道的效率最高。但加工困难，而且正方形截面不易脱模，所以在实际生产中较常用的截面形状为梯形、半圆形及U形。

1）分流道设计要点。①在保证足够的注塑压力使塑料熔体能顺利的充满型腔的前提下，分流道截面积与长度尽量取小值，分流道转折处应以圆弧过度。②分流道较长时，在分流道的末端应开设冷料井。对于此模来说在分流道上不须开设冷料井。③分流道的位置可单独开设在定模板上或动模板上，也可以同时开设在动，定模板上，合模后形成分流道截面形状。④分流道与浇口连接处应加工成斜面，并用圆弧过度。

2）分流道的长度。分流道的长度取决于模具型腔的总体布置方案和浇口位置，从在输送熔料时减少压力损失，热量损失和减少浇道凝料的要求出发，应力求缩短。

3）分流道的断面。分流道的断面尺寸应根据塑件的成形的体积，塑件的壁厚，塑件的形状和所用塑料的工艺性能，注射速率和分流道长度等因素来确定。

因ABS的推荐断面直径为4.5～9.5mm，部分塑件常用斷面尺寸推荐范围。分流道要减小压力损失，希望流道的截面积大，表面积小，以减小传热损失，同时因考虑加工的方便性。分流道应考虑出料的流畅性和制造方便，熔融料的热量损失小，流动阻力小，比表面和小等问题，由于采用的是潜伏式二级分流道对热损失及流动提出了较高的要求，采用圆形的分流道。

4.4浇口位置的设置

为了保证外形无浇口痕，浇口前后两端形成较大的压力差，增加流速，得到外形清晰的制件，提高熔体冷凝速度，保证熔融的塑料不回流，同时可隔断注射压力对型腔内塑料的后续作用，冷却后快速切除。同时它的效果与S浇注系统有同样的效果，有利于补塑；浇口设置应有利于排气和补塑。

1）浇口位置的选择要避免塑件变形。

采侧浇口在进料时顶部形成闭气腔，在塑件顶部常留下明显的熔接痕，而采用点浇口，有利于排气，整件质量较好，但是塑件壁厚相差较大，浇口开在薄壁处不合理；而设在厚壁处，有利于补缩，可避免缩孔、凹痕产生。

2）浇口位置的设置应减少或避免生成熔接痕。

3）浇口位置应避免侧面冲击细长型心或镶件。

5模具成型系统的设计

5.1分型面的选择

 塑料在模具型腔凝固形成塑件，为了将塑件取出来，必须将模具型腔打开，也就是必须将模具分成两部分，即定模和动模两大部分。定模和动模相接触的面称分型面。通常有以下原则：①分型面的选择有利于脱模：分型面应取在塑件尺寸的最大处。而且应使塑件流在动模部分，由于推出机构通常设置在动模的一侧，将型芯设置在动模部分，塑件冷却收缩后包紧型芯，使塑件留在动模，这样有利脱模。②分型面的选择应有利于保证塑件的外观质量和精度要求。③分型面的选择应有利于成型零件的加工制造。

5.2排气糟的设计

塑料熔体在填充模具的型腔过程中同时要排出型强及流道原有的空气，除此以外，塑料熔体会产生微量的分解气体。这些气体必须及时排出。否则，被压缩的空气产生高温，会引起塑件局部碳化烧焦，或塑件产生气泡，或使塑件熔接不良引起强度下降，甚至充模不满。

5.3合模导向机构的设计  

导向合模机构对于塑料模具是必不可少的部分，因为模具在闭合时要求有一定的方向和位置，所以必须设有导向机构，导柱安装在动模一边或定模一边均可，通常导柱设在主型腔周围。

导向机构的主要作用有：定位、导向和承受一定侧压力。为避免装配时方位搞错而损坏模具，并且在模具闭合后使型腔保持正确形状，不至因为位置的偏移而引起塑件壁厚不均。 塑件在注入型腔过程中会产生单向侧压力，或由于注射机的精度限制，使导柱工作中承受一不定的导向作用。

动定模合模时，首先导向机构接触，引导动定模正确闭合，避免凸模或型芯先进入型腔，产生干涉而坏零件。由于注塑压力的各向性就会对导柱进行径向的剪力，导致导柱容易折断。对型芯和型腔改进后，其的配合可以进行定位。

5.4温度调节系统的设计

在注射成型过程中，模具温度直接影响到塑件的质量如收缩率、翘曲变形、耐应力开裂性和表面质量等，并且对生产效率起到决定性的作用，在注射过程中，冷却时间占注射成型周期的约80%，然而，由于各种塑料的性能和成型工艺要求不同，模具温度的要求不尽相同，因此，对模具冷却系统的设计及优化分析在一定程度上决定了塑件的质量和成本，模具温度直接影响到塑料的充模、塑件的定型、模塑的周期和塑件质量，而模具温度的高低取决于塑料结晶性，塑件尺寸与结构、性能要求以及其它工艺条件如熔料温度、注射速度、注射压力、模塑周期等。影响注射模冷却的因素很多，如塑件的形状和分型面的设计，冷却介质的种类、温度、流速、冷却管道的几何参数及空间布置，模具材料、熔体温度、塑件要求的顶出温度和模具温度，塑件和模具间的热循环交互作用等。

1）模具冷却系统的设计。根据模具冷却系统设计原则：冷却水孔数量尽量多，尺寸尽量大的原则可知，冷却水孔数量大于或等于3根都是可行的。这样做同时可实现尽量降低入水与出水的温度差的原则。

2）模具加热系统的设计。因在ABS要求的熔融温度为200℃。而且流动性能为中性，同时在注射时模具温度要求为50℃~70℃，所以该模具必须加热。模具加热方法包括：热水，热空气，热油及电加热等。由于电加热清洁、结构简单、可调节范围大，所以在该模具应用电加热。

6结束语

由于ABS注塑件在客车内饰件中的运用越来越广泛，同时对ABS注塑模具的设计要求也越来越高，希望本篇注塑模具的的设计浅析，能对ABS注塑模具的设计者有所帮助。

参考文献

[1]王咏梅,李大庆.Pm/ENGINEER Wildfire3.0中文野火版基础教程[M].北京:人民邮电出版社,2006.

[2]凯德设计.精通Pm/ENGINEER Wildfire3.0中文野火版-模具设计篇[M].北京:中国青年出版社,2007.

[3]凯德设计.精通Pm/ENGINEER Wildfire3.0技术应用从业通[M].北京:中国青年出版社,2008.