ABS成型塑料件的工艺性分析
ABS成型塑料件的工艺性分析
1. 引言
模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。
模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。换句话说，没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。
塑料制品和注射成形在模具业的重要地位
塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。
注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。
塑料注射成形工艺的最大特点是复制，能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备上投入较大，但是可以生产制品的数量非常大，实属一种经济快捷的生产方式，因此得到广泛的应用和快速的发展。
模具在我国的发展历程
过去在我国工业中，模具长期未受到重视。改革开放以来，塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产，模具工业有了一定的发展。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来，因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密，如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。
我国模具工业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但是我们也要清醒地看到，我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后很多，这与我国制造业发展的要求相比差距还很大；我们的企业技术装备还比较落后，劳动生产率也较低；模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高；模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档模具多数要依靠进口，产品结构调整的任务很重；人才紧缺，管理滞后的状况依然突出，等等。可见，我国模具工业的发展任重而道远。
前景展望
我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期，模具工业的发展也将进入一个关键时期。在这一时期，模具行业的主要任务是，在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下，进一步推进改革，调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。不断提升模具制造水平，振兴我国装备制造业，为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。
2 塑料制件的分析
2.1 成型塑料件的工艺性分析
通过对塑件外部造型、工艺结构的设计、对塑件进行计算仿真和生产验证，也通过对分模线、塑件的壁厚、圆角、塑件的尺寸精度、脱模斜度进行了综合的考虑，工件的尺寸和形状如图1.1所示。
从塑件厚来看，总的来讲塑件壁厚变化比较均匀，有利于零件成型。
脱模斜度分析 当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。
一般来说，塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。
①斜度作用： 便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度。
图1.1 塑件
②脱模斜度选取:取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30°
塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则：
1 塑料的收缩率大，壁厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。
2 塑件结构比较复杂，脱模阻力就比较大，应选用较大的脱模斜度。
3 当塑件高度不大（一般小于2mm）时，可以不设斜度；对型芯长或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可将斜度值取大些。
4 一般情况下，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些，有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度。
5 热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。
6 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。综合以上的原则，由于塑件高度不是很大，收缩率一般，本设计中采用30′的脱模斜度。
表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等痴点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2级，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度值不断加大，应随时给以抛光复原。非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。一般，型腔表面粗糙度要求达到0.2~0.4mm。
2.2 成型塑件的材料分析
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。
ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm³。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
2.2.1 ABS塑料主要的性能指标：
使用注射成形塑料制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注射成形压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。易吸水，成形加工前应进行干燥处理。在正常的成形条件下，制品的尺寸稳定性较好。
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
拉伸强度 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/㎡ 11~20
硬 度 HR R62~86
体积电阻系数 Ωcm 1013
击穿电压 Kv.mm-1 15
介电常数 60Hz3.7
2.2.2 ABS的注射成型工艺参数:
注塑机类型：螺杆式
喷嘴形式： 通用式
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 60——100
保压 40——60
注塑时间 2——5
保压时间 5——10
冷却时间 5——15
周期 15——30
后处理 红外线烘箱
温度（70）
时间（0.3——1）
3 塑件成型的基本过程
注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体-----熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约20~85mpa），溶入模具的型腔中经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。
a 塑化过程
现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。
b 充模过程
熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。
充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题------浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。
c 冷却凝固过程
热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即：
塑化——注射充模——固化成型
加热——理论上绝热——散热
热交换效果的好坏决定了塑件的质量，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。
d 脱模过程
塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。
由a至d形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件
1. 引言
模具是工业生产的重要装备，是国民经济的基础设备，是衡量一个国家和地区工业水平的重要标志。模具在电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，是工业发展的基石，被人称为“工业之母”和“磁力工业”。
模具是制造业的重要基础装备，是工业化国家实现产品批量生产和新产品研发所不可缺少的工具。用模具生产制品所表现出来的高效率、低消耗、高一致性、高精度和高复杂程度是其他任何制造方法所不及的。换句话说，没有高水平的模具就不会有高水平的工业产品。模具业是否强盛也反映出一个国家工业的强弱。
塑料制品和注射成形在模具业的重要地位
塑料制品具有原料来源丰富,价格低廉,性能优良等特点。它在电脑、手机、汽车、电子、汽车、电机、电器、仪器仪表、家电和通讯产品制造中具有不可替代的作用，应用极其广泛。
注射成形是成形热塑件的主要方法，因此应用范围很广。注射成形是把塑料原料放入料筒中经过加热熔化，使之成为高黏度的流体，用柱塞或螺杆作为加压工具，使熔体通过喷嘴以较高压力注入模具的型腔中，经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。
塑料注射成形工艺的最大特点是复制，能够复制出所需任意数量的可直接使用或稍作处理即可使用的制品，是一种适宜大批量生产的工艺。虽然在设备上投入较大，但是可以生产制品的数量非常大，实属一种经济快捷的生产方式，因此得到广泛的应用和快速的发展。
模具在我国的发展历程
过去在我国工业中，模具长期未受到重视。改革开放以来，塑料成形、家用电器、仪表、汽车等行业进入大批量生产，模具工业有了一定的发展。随着现代工业发展的需要，塑料制品在工业、农业和日常生活等各个领域的应用越来越广泛，质量要求也越来越高。当今社会的进步和发展，使原有的商品已经不能满足人们对物质的需求，然而有些商品的制造必须依靠模具才能够生产加工出来，因此，模具的发展与人们的生活关系越来越紧密，如我们使用的电脑、手机、汽车等产品都要依靠模具。在塑料制品的生产中，高质量的模具设计、先进的模具制造设备、合理的加工工艺、优质的模具材料和现代化的成形设备等都是成形优质塑件的重要条件。
我国模具工业虽然有了长足的发展，取得了巨大进步，但是我们也要清醒地看到，我国模具工业总体水平比工业发达国家要落后很多，这与我国制造业发展的要求相比差距还很大；我们的企业技术装备还比较落后，劳动生产率也较低；模具生产专业化、商品化、标准化程度也不够高；模具产品主要还是以中低档为主，技术含量较低，高中档模具多数要依靠进口，产品结构调整的任务很重；人才紧缺，管理滞后的状况依然突出，等等。可见，我国模具工业的发展任重而道远。
前景展望
我国进入实施国民经济和社会发展的第十一个五年规划期，模具工业的发展也将进入一个关键时期。在这一时期，模具行业的主要任务是，在党中央关于把我国建设成为创新型国家的战略思想指引下，进一步推进改革，调整结构，开拓市场，苦练内功，提升水平，使我国模具工业在整体上再上一个新台阶。不断提升模具制造水平，振兴我国装备制造业，为实现把我国建设成为制造业强国的宏伟目标而奋斗。
2 塑料制件的分析
2.1 成型塑料件的工艺性分析
通过对塑件外部造型、工艺结构的设计、对塑件进行计算仿真和生产验证，也通过对分模线、塑件的壁厚、圆角、塑件的尺寸精度、脱模斜度进行了综合的考虑，工件的尺寸和形状如图1.1所示。
从塑件厚来看，总的来讲塑件壁厚变化比较均匀，有利于零件成型。
脱模斜度分析 当塑件成型后因塑料收缩而包紧型芯，若塑件外形较复杂时，塑件的多个面与型芯紧贴，从而脱模阻力较大。为防止脱模时塑件的表面被檫伤和推顶变形，需设脱模斜度。
一般来说，塑件高度在25mm以下者可不考虑脱模斜度。但是，如果塑件结构复杂，即使脱模高度仅几毫米，也必须认真设计脱模斜度。
①斜度作用： 便于塑件脱模，防止脱模时擦伤塑件，须在塑件内外表面脱模方向上留有足够的斜度，在模具上称为脱模斜度。
图1.1 塑件
②脱模斜度选取:取决于塑件的形状、壁厚及塑料的收缩率，一般取30°
塑件脱模斜度的选取应遵循以下原则：
1 塑料的收缩率大，壁厚，斜度应取偏大值，反之取偏小值。
2 塑件结构比较复杂，脱模阻力就比较大，应选用较大的脱模斜度。
3 当塑件高度不大（一般小于2mm）时，可以不设斜度；对型芯长或深型腔的塑件，斜度取偏小值。但通常为了便于脱模，在满足制件的使用和尺寸公差要求的前提下可将斜度值取大些。
4 一般情况下，塑件外表面的斜度取值可比内表面的小些，有时也根据塑件的预留位置（留于凹模或凸模上）来确定制件内外表面的斜度。
5 热固性塑料的收缩率一般较热塑性塑料的小一些，故脱模斜度也相应取小一些。
6 一般情况下，脱模斜度不包括在塑件的公差范围内。综合以上的原则，由于塑件高度不是很大，收缩率一般，本设计中采用30′的脱模斜度。
表面粗糙度分析 塑料制件的表面粗糙度，除了在成型时从工艺上尽可能避免冷疤、云纹等痴点外，主要取决于模具成型零件的表面粗糙度。一般模具的表面粗糙度值要比塑件的低1~2级，塑料制件的表面粗糙度Ra值一般为1.6~0.2um，在模具使用中，由于型腔磨损而使表面粗糙度值不断加大，应随时给以抛光复原。非配合表面和隐蔽面可取较大的表面粗糙度值，除塑件外表面有特殊要求以外，一般型腔的表面粗糙度值要低于型芯的。此外，塑件的表面粗糙度与塑料的品种有关。一般，型腔表面粗糙度要求达到0.2~0.4mm。
2.2 成型塑件的材料分析
丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。
ABS无毒、无味、呈微黄色，成型的塑件有较好的光泽。密度为1.02~1.05g/cm³。ABS有良好的机械强度和一定的耐磨性、耐寒性、耐油性、耐水性、化学稳定性和电气性能。水、无机盐、碱和酸类对ABS几乎无影响。ABS不溶于大部分醇类及烃类溶剂，但与烃长期接触会软化溶胀。ABS有一定的硬度和尺寸稳定性，易与成型加工，经过调色可配成任何颜色。ABS的缺点是耐热性不高，连续工作温度为70ºC左右，热变形温度为93ºC左右，且耐气候性差，在紫外线作用下易发脆。ABS在升温时粘度增高，所以成型压力高，故塑件上的脱模斜度宜稍大；ABS易吸水，成型加工前应进行干燥处理；ABS易产生熔接痕，模具设计时应注意尽量少浇注系统对料流的阻力；在正常的成型条件下，壁厚、熔料温度对收缩率影响极小。
2.2.1 ABS塑料主要的性能指标：
使用注射成形塑料制品时，由于其熔体黏度较高，所需的注射成形压力较高，因此塑件对型芯的包紧力较大，故塑件应采用较大的脱模斜度。另外熔体黏度较高，使制品易产生熔接痕，所以模具设计时应注意尽量减少系统对料流的阻力。易吸水，成形加工前应进行干燥处理。在正常的成形条件下，制品的尺寸稳定性较好。
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
拉伸强度 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/㎡ 11~20
硬 度 HR R62~86
体积电阻系数 Ωcm 1013
击穿电压 Kv.mm-1 15
介电常数 60Hz3.7
2.2.2 ABS的注射成型工艺参数:
注塑机类型：螺杆式
喷嘴形式： 通用式
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 60——100
保压 40——60
注塑时间 2——5
保压时间 5——10
冷却时间 5——15
周期 15——30
后处理 红外线烘箱
温度（70）
时间（0.3——1）
3 塑件成型的基本过程
注塑成型是把塑料原料（一般经过造粒、染色、添加剂等处理之后的颗粒）放入料间当中，经过加热溶化使之成为高粘度的流体-----熔体用柱塞或螺杆作为加压工具，使得熔体通过喷嘴以较高的压力（约20~85mpa），溶入模具的型腔中经过冷却、凝固阶段，而后从模具中脱出，成为塑料制品。
a 塑化过程
现代式的注射机基本上采取螺杆式的塑化设备，塑料原粒（称为物料）自从送料斗以定容方式送入料筒，通过料筒外的点加热装置和料筒内的螺杆旋转所产生的摩擦热，使物理熔化达到一定的温度后即可注射，注射动作是由螺杆的推进来完成的。
b 充模过程
熔体自注射机的喷嘴喷出来后，进入模具的型腔内，将型腔内的空气排出，并充满型腔，然后升到一定压力，使溶体的密度增加，充实型腔的每一个角落。
充模过程是注射成型的最主要的过程，由于塑料溶体的流动是非牛顿流动，而且粘度很大，所以在压力损耗，粘度变化，多般汇流等现象左右塑件的质量，因此充模过程的关键问题------浇注系统的设计就成为注射模具设计过程的重点，现代的设计方法已经运用了计算机辅助设计以解决浇注系统设计中疑难问题。
c 冷却凝固过程
热塑性塑料的注射成型过程是热交换过程，即：
塑化——注射充模——固化成型
加热——理论上绝热——散热
热交换效果的好坏决定了塑件的质量，模具设计时，散热交换也要充分考虑，在现代设计方法中也采用了计算机辅助设计来解决问题。
d 脱模过程
塑件在型腔内固化后，必须采取机械的方式把它从型腔内取出，这个动作由脱模机构来完成。不合理的脱模机构对塑件的质量影响很大，但塑件的几何形状是千变万化的，必须采用最有效和最好的脱模方式。因此，脱模机构的设计也是注射模具设计的一个主要环节，由于标准化的推广，许多标准化的脱模机构零部件也有商品供应。
由a至d形成了一个循环，就完成了一次成型乃至很多塑件
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