塑料制品模具設計影響因素探討精

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1、工　業(yè)　技　術 科技咨詢導報 在我國塑料工業(yè)發(fā)展中,計算機的應用 起到了很好的作用。而計算機技術在模具設 計領域的應用,大大縮短了模具設計時間, 尤其計算機輔助工程 (CAE 技術的大規(guī)模 推廣, 解決了塑料產品開發(fā)、 模具設計及產品 加工中的薄弱環(huán)節(jié), 更在提高生產率、 保證產 品質量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的 優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術并不能替代專業(yè)設計 人員的經(jīng)驗,在塑料模具設計時制品材料的 選擇、 及制品結構大小、 壁厚的設計是決定模 具設計、 模具材料選用的重要因素。 而怎樣選 用合適的材料,就成為模具設計中一個重要 的問題。 1　 塑料制品材料種類用對模具設計的影響 一般來說

2、,并沒有不好的材料,只有在 特定的領域使用了錯誤的材料。因此,設計 者必須要徹底了解各種可供選擇的材料的性 能,并仔細測試這些材料,研究其與各種因 素對成型加工制品性能的影響。本文只就傳 統(tǒng)的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注 射成型中最常用的是熱塑性塑料,它又可分 為無定型塑料和半結晶性塑料。這兩類材料 在分子結構和受結晶化影響的性能上有明顯 不同。一般來說,半結晶型熱塑性塑料主要 用于機械強度高的部件,而無定型熱塑性塑 料由于不易彎曲,則常被應用于外殼,這是 材料選用的大框。另外,為改善熱塑性塑料 的使用性能和工藝性能,往往在制品原料中 加入各種填料,因此,根據(jù)所加填料來選用 就顯得尤為重

3、要了。 1.1　根據(jù)填料和增強材料進行選擇的分析 熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖維增 強、礦物及玻璃體填充等種類產品,不同產 品的成型工藝性能是不相同的。玻璃纖維主 要用于增加強度、堅固度和提高應用溫度; 礦物和玻璃體則具較低的增強效果,主要用 于減少制品的翹曲。例如,實際應用中玻璃 纖維會影響到成型加工,使制品在成型后產 生收縮和翹曲。所以,玻璃纖維增強材料就 不能被未增強熱塑性塑料或低含量增強材料 來替代,不然就會使制品的尺寸與設計尺寸 發(fā)生不符。此外,玻璃纖維在成型時的流動 取向將引起制品機械強度的改變。試驗(從 注射成型片的橫向和縱向截取了 10個測試 條,并在同一個拉力測試儀上對它

4、們的機械 性能進行了比較表明,對添加了 30%玻 璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂,其橫向的拉 伸強度比縱向(流動方向低了 32%,撓 曲模量和沖擊強度分別減少了 43%和 53%。 在對制品安全性的強度校核計算中就要注意 到這些損失,同時在成型模具設計中澆注系 統(tǒng)的布置也要充分地對這些問題加以考慮。 因此,對于在熱塑性塑料中加入了一系 列增強材料、填料和改性劑的,由此而產生 的性能變化必須認真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查 閱,最好的是聽取原材料制造廠家的專家的 技術建議,以選用最為合適的制品材料。 1.2　考慮濕度對材料性能影響 一些熱塑性材料,比如 P A 6和 P A 66, 其吸濕

5、性很強,在成型過程中會在高溫料筒 中促使塑料發(fā)生水解,導致塑料起泡和流動 性下降,從而對制品的機械性能和尺寸穩(wěn)定 性產生較大的影響。 在進行模具設計時, 應特 別注意這種情況, 以減少對制品性能的影響。 模具材料的選用與制品材料的選擇是密 切相關的, 因此細致分析制品材料后, 才能在 模具設計時選用到最為合適的模具材料。 1.3　熱塑性塑料制品成型模具材料選用 細致分析塑料制品使用的材料后,就要 選取最為合適的模具材料。目前我國市場常 見的熱塑性塑料成型模具的材料有:非合金 型塑料模具鋼 (即碳素鋼 、 滲碳型塑料模具 鋼、 預硬型塑料模具鋼、 時效硬化型塑料模具

6、鋼、 整體淬硬型塑料模具鋼、 耐腐蝕型塑料模 具鋼幾種。 在模具材料選取時, 除了要根據(jù)制 品材料是否改性和有否增加填充劑,添加何 種添加劑來選取適合的模具材料外,還要依 據(jù)制品大小、 結構、 尺寸精度等。 例如 :成型 以玻璃纖維為填料的塑料制品時,模具材料 可 選 用 預 硬 型 塑 料 模 具 鋼 (如 8Cr2MnWMoVs ;對制品材料在成型時會產 生腐蝕性氣體的,宜采用耐腐蝕型塑料模具 剛(如 Cr18MoV ;成型結構復雜、精度高、 產量大的制品時,需要高壽命的時效硬化型 塑料模具鋼(如 4Cr5MoSiVS 。具體選用時 主要還是要針對塑料制品的材料和模

7、具預計 使用情況選取。適宜的材料加上合理的設計 將極大的提高模具使用周期,同時也可以提 高產品質量、 降低生產成本。 2　塑料制品對模具設計的影響 在塑料制品的設計中,還有一些設計要 點要經(jīng)?？紤],其中制品壁厚的設計尤為重 要,其設計的合理與否對產品影響極大,主 要影響有:制品重量;在模塑中可得到的流 動長度;制品的生產周期;尺寸公差;制 品的質量,如表面粗糙度、翹曲和空隙等。 2.1　塑料制品壁厚設計與模具設計 我們知道,在成型制品的過程中,流程 與壁厚的比率對注塑成型時模腔填充有很大 影響。如果在注塑工藝中,要得到流程長而 壁厚薄的制品,則制品原料應具有相當?shù)?/p>

8、低 熔融黏度 (易于流動、 熔解 是非常必要的。 因此, 在成型不同材料的制品時, 就要對制品 的壁厚加以限制。 設計時, 壁厚不宜過小, 不 然制品的強度、 剛度不足, 對模具頂出機構的 設計影響甚大,在成型過程中也不易充滿模 具型腔 ; 壁厚過大, 會增加制品的成型時間和 冷卻時間, 從而延長了模塑周期, 降低了生產 率,同時對模具的強度、剛度也有更高的要 求。 另外, 制品的壁厚應力求平均, 否則會因 為固化或冷卻速度不同引起收縮不均勻,從 而在制品內部產生內應力,導致制品產生翹 曲, 縮孔甚至開裂。 為使制品的壁厚能夠盡量 均勻,在模具設計時就要在制品的厚壁部分 設置型芯, 防止成型時

9、形成空隙, 并減少內部 壓力, 從而使制品扭曲變形減至最小。 此外,對不同壁厚塑料制品的模具設 計,模具型腔的設計要求也不同。還要根據(jù) 制品的要求,合理設計模具的模腔及型芯的 脫模斜度,脫模斜度要與塑料制品在成型的 分模或分模面相適應;不然會嚴重影響制品 的外觀質量和壁厚尺寸的精度。 2.2　熱塑性塑料設計中的指標分析。 熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈 性, 不需要像具有高剛性、 低延展性和低彈性 的金屬一樣指定嚴格的成型尺寸范圍。 因此, 設計者在決定熱塑性塑料模具制品的成本方 面起了關鍵作用, 合理且不影響產品性能的、 縮小公差, 降低成本是可以實現(xiàn)的。 一般商業(yè) 上可接受的產品與標

10、準尺寸的偏差不高于0. 25￣ 0.3%,不過這還需要與應用時的具體要 求相結合來判斷。精確的模具設計可以有效 的縮小制品尺寸公差, 從而降低制品成本。 因 此,模具精密度對制品生產廠家具有重要意 義。 3　塑料模具設計時對制品收縮率的考慮 為了不對塑料制品制定過分嚴格的范 圍,必須要注意一些影響塑料制品尺寸準確 性的因素, 其中就是材料的收縮率的因素了。 模具制造的標準是必須嚴格遵守,因此對于 成型不同材料的塑料制品,在不同的尺寸條 件下,其成型后收縮率波動的情況是不相同 的。 成型大型制品時, 其收縮率較大, 此時就 應著重設法穩(wěn)定工藝條件和選擇收縮率波動 較小的材料,如果單靠提高模具成

11、型零件的 制造精度則不經(jīng)濟了;而在成型尺寸較小的 制品時,模具成型的零件制造精度和磨損就 對制品的尺寸精度影響較大了。 此外, 塑料制 品的幾何形狀對收縮率也有影響,進而影響 到產品的性能,這也是設計者值得關注的一 塑料制品模具設計影響因素探討 朱逸忠 (東莞市高級技工學?！　?23112 摘　 要:隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展及塑料制品在各個領域的推廣應用,產品對模具的要求也越來越高?，F(xiàn)代模具的設計通過CAE 技術,實現(xiàn)了從制品設計到生產的完全解決方案。但是現(xiàn)代技術并不能替代專業(yè)設計人員的經(jīng)驗,比如在模具設計時塑料制品材料的 選擇、制品壁厚的確定、材料收縮率的影響等問題是現(xiàn)代技術不能解決的

12、,而這些因素對成型模具的壽命、結構等設計都具有重要的 影響,需要專業(yè)設計人員長期經(jīng)驗的積累才能做好的。本文就塑料制品模具設計中以上問題做如下簡要的討論。 關鍵詞:塑料模具設計　　材料　　制品壁厚　　選用 中圖分類號:TE624　　　文獻標識碼:A　　　文章編號:1673-0534(200610(a-0051-02 51　科技咨詢導報　Science　and　Technology　Consulting　Herald 52科技咨詢導報　Science　and　Technology　Consulting　Herald 2006　　NO.14 工　業(yè)　技　術 科技咨詢導報 點。因此在此類

13、制品模具設計時要注意制品 脫模收縮后的尺寸是否為產品要求尺寸,否 則因制品模后收縮值的影響,極有可能導致 產品尺寸不符合標準。 4　結語 與產品模后性能相關問題還有許多,設 計人員可以參考手冊進行設計。 總之, 在塑料 制品模具設計時要充分考慮可能影響制品尺 1　前言 選礦拜爾法生產氧化鋁流程中,溶出機 組的產量決定了整個系統(tǒng)的產量, 供機組的料 漿是靠精礦抓斗天車將磨浮生產出來的精礦從 精礦庫抓上皮帶進入調配槽生產出合格的原礦 漿。 我廠共有精礦16T抓斗天車兩臺, 負責精 礦庫的精礦抓混和配料, 使用頻繁, 設計機構 工作級別為 M6,自投產以來共發(fā)生提升減速 機低速軸斷裂一次,

14、閉合減速機低速軸斷裂兩 次, 既破壞了特種設備的安全穩(wěn)定運行又嚴重 威脅到了氧化鋁的生產。 因此, 抓好這兩臺精 礦抓斗天車的安全穩(wěn)定運行, 保證溶出機組合 格原礦漿的供給, 成了我們目前的重要課題。 2　 天車的現(xiàn)狀及減速機輸出軸的受力分析 精礦天車作為我廠的重要生產天車,自 投產以來頻繁斷鋼絲繩,后經(jīng)過將鋼絲繩型 號 6×(37-24-155改為 6×(37-26-155型號后效果明顯好轉, 有原來的平均每10天換繩一次延長到現(xiàn)在的平均每40天換繩一 次。 發(fā)生第一次閉合減速機低速軸斷裂時, 一 方面對備件提出了更高的要求,另一方面對 天車工進行了多次培訓,并要求當提升時必 須保證提升

15、和閉合繩同時用力,但是還是發(fā) 生了兩次軸斷裂事故。經(jīng)過對提升時電機電 流的測量發(fā)現(xiàn)頻繁出現(xiàn)過負荷現(xiàn)象, 因此, 對 提升機構的設計和起重量提出了質疑。作為 減速機輸出軸主要受力有三部分, 即:徑向載 荷;扭矩;其它受力,忽略不計。 3　使用過程中抓斗有效的使用體積核定 和實際起重量 精礦天車隨車帶的抓斗設計為 3. 2m 3, 但是由于陶瓷過濾機過濾出的精礦水分偏大, 粘結性較強,造成實際抓料體積遠遠大于設 計體積,現(xiàn)經(jīng)過計算和現(xiàn)場核定抓斗的實際 抓料體積為 4.93m 3通過稱重測得精礦的平均容重ν為 2t/ m 3(1.7￣ 2.3t/m 3,根據(jù)起重機設計手冊的 要求所抓

16、物料粘結性較強時在設計時要考慮 增加25￣ 30%的起重量, 因此精礦天車的起重 量計算如下: Q q =V 總 ν+0.3V 總 ν+Q 0=12.8+8=20.8t 4　計算起動時間 式中:① M e =9750　 N e /n=1262.95N?m M e 為電機額定轉矩 N e 為電機額定功率 n為電機額定轉速 ② M qp =(M q m a x +M q m i n /2 =(4294.03+2897.4/2=3595.72N ?m 式中:M q m a x =∮ M e =4294. 03N?m ∮為電動機最大力矩與額定力矩的比值, 查得∮為3.4 M qp

17、為電機平均起動轉矩 ③ M j =Q q ? D js /2?a?i?η=208000×0.726/2×1×31.5×0.91=2634　N ?m 式中:M j 為起升靜力矩 Q q 為起重量(包括吊具 D js 為卷筒有效直徑 a為起重倍率 i為傳動比 η為起升機構的機械效率 ④ t q =[1.2GD 2n/375(M qp -M j +0.975Q q ν2/n(M qp -M j η=0.25s t q 為起動時間 GD 2為電動機轉子及同軸上聯(lián)軸器等的 總飛輪矩 ν為起升速度 5　計算徑向載荷 ① a q =ν/t q =41.8/60/0.25=2.79m/s 2

18、 式中:a q 為起動平均加速度 ② F a =Q q ? a q =20800×2.79=58032N ③徑向載荷:F m a x =(Q +Q 0+F a /2=(208000+19480+58032/2=142756N 式中:F a 為提升啟動時加速度產生的力 Q 0為卷筒的自重產生的力 Q 為起重量產生的力 6　計算輸出軸扭矩 T 輸出 =(Q +F a D js /2η1=266032×精礦抓斗天車減速機輸出軸斷裂的原因分析與對策 原成鋼 (河南焦作市中國鋁業(yè)中州分公司第二氧化鋁廠裝備能源科　　454171 摘　 要:本文通過對天車提升機構的受力分析,討論出了提升、閉合減

19、速機低速軸軸斷事故產生的原因,并提出了行之有效的解 決 辦 法 。 關鍵詞:抓斗天車　　軸斷裂　　扭矩 中圖分類號:F 407. 61　 　文獻標識碼:A 　 　 文章編號:1673-0534(200610(a-0052-01 0.726/2×0.95=193139.23/1.9=101652. 23　 N ?m η1為卷筒的機械效率,取 0. 95。 7　結論 我廠抓斗天車減速機(Z Q 850-31. 5600rpm設計值為:輸出軸上的最大短暫 容許扭矩[T]=116800　N?m,輸出軸上的 最大短暫容許徑向載荷[F]=125000N 由于 T 輸出<[T],完全滿足扭矩要

20、求, 但是Fmax>[F], 不滿足徑向載荷的要求, 因 此, 此減速機不能滿足精礦天車的使用要求。 8　解決方案探討 ①更換減速機: 查國內起重減速機(Z Q A 850-31. 5600rpm資料得:輸出軸上的最大短暫容 許扭矩[T]=116800　N?m,輸出軸上的最 大短暫容許徑向載荷[F]=106000N 。別的減 速機也滿足不了我廠抓斗天車的使用性能, 所以此方案不合適。 ②更換抓斗: 考慮到精礦黏結性能, 將抓斗更換為 2. 5m3,實際抓料容積可達到 3.2m3,可以完全 達到徑向載荷要求。 ③增加調速控制器; 通過增加調速控制器使得加到電機上的 電壓是等變化率變

21、化的,從而保證了電機的 平穩(wěn)地加減速,防止對電機和齒輪箱的機械 沖擊。 參考文獻 [1]　 編寫組.起重機設計手冊.遼寧人民出版社. 1979.12. [2]　 華玉潔.起重機械與吊裝.化學工業(yè)出版社. 2006.1. [3]　 成大先.機械設計手冊.化學工業(yè)出版社. 2002.1. 寸、性能、外觀等多方面因素,綜合利弊, 選用適合的材料, 合理的設計, 才能保證產品 的性能。 參考文獻 [1]　張國棟.模具設計概述.中國模具設計. 2003.6. [2]　 李海龍.注塑模具設計.模具前沿, 2005.12. [3]　 肖海燕.模具設計之材料選用.西安機械設 計.2006.1. [4]　 吳利國.塑料模設計手冊.機械工業(yè)出版 社.2005.1. [5]　 張旭.塑料成型工藝與模具設計.高等教育 出版社.2002.7. [6]　 馬志國.模具設計工程師知道手冊.海南工 業(yè)出版社.2004.11.