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1 前言 1 1 模具工業(yè)在國民經(jīng)濟中的地位 模具是制造業(yè)的一種基本工藝裝備 它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 模具工業(yè)是國民經(jīng)濟的基礎工業(yè) 是國際上公認的關鍵工業(yè) 模具生產(chǎn)技術水平的高低是衡量 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)品的質量 效益和新產(chǎn)品的開發(fā) 能力 振興和發(fā)展我國的模具工業(yè) 正日益受到人們的關注 早在 1989 年 3 月中國政府頒布的 關 于當前產(chǎn)業(yè)政策要點的決定 中 將模具列為機械工業(yè)技術改造序列的第一位 模具工業(yè)既是高新技術產(chǎn)業(yè)的一個組成部分 又是高新技術產(chǎn)業(yè)化的重要領域 模具在機械 電子 輕工 汽車 紡織 航空 航天等工業(yè)領域里 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)領域中 60 90 的產(chǎn)品的零件 組件和部件的生產(chǎn)加工 模具制造的重要性主要體現(xiàn)在市場的需求上 僅以汽車 摩托車行業(yè)的模具市場為例 汽車 摩托車行業(yè)是模具最大的市場 在工業(yè)發(fā)達的國家 這一市場占整個模具市場一半左右 汽車工業(yè) 是我國國民經(jīng)濟五大支柱產(chǎn)業(yè)之一 汽車工業(yè)重點是發(fā)展零部件 經(jīng)濟型轎車和重型汽車 汽車模 具作為發(fā)展重點 已在汽車工業(yè)產(chǎn)業(yè)政策中得到了明確 汽車基本車型不斷增加 2005 年將達到 170 種 一個型號的汽車所需模具達幾千副 價值上億元 為了適應市場的需求 汽車將不斷換型 汽車換型時約有 80 的模具需要更換 中國摩托車產(chǎn)量位居世界第一 據(jù)統(tǒng)計 中國摩托車共有 14 種排量 80 多個車型 1000 多個型號 單輛摩托車約有零件 2000 種 共計 5000 多個 其中一半以 上需要模具生產(chǎn) 一個型號的摩托車生產(chǎn)需 1000 副模具 總價值為 1000 多萬元 其他行業(yè) 如電 子及通訊 家電 建筑等 也存在巨大的模具市場 目前世界模具市場供不應求 模具的主要出口國是美國 日本 法國 瑞士等國家 中國模具 出口數(shù)量極少 但中國模具鉗工技術水平高 勞動成本低 只要配備一些先進的數(shù)控制模設備 提 高模具加工質量 縮短生產(chǎn)周期 溝通外貿(mào)渠道 模具出口將會有很大發(fā)展 研究和發(fā)展模具技術 提高模具技術水平 對于促進國民經(jīng)濟的發(fā)展有著特別重要的意義 1 2 各種模具的分類和占有量 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 除部分沖模以外的的上述各種模具都屬于腔型模 因為他們一般都是依靠三維的模具形腔是材料成 型 1 沖模 沖模是對金屬板材進行沖壓加工獲得合格產(chǎn)品的工具 沖模占模具總數(shù)的 50 以 上 按工藝性質的不同 沖模可分為落料模 沖孔模 切口模 切邊模 彎曲模 卷邊模 拉深模 校平模 翻孔模 翻邊模 縮口模 壓印模 脹形模 按組合工序不同 沖模分為單工序模 復合 模 連續(xù)模 2 鍛模 鍛模是金屬在熱態(tài)或冷態(tài)下進行體積成型是所用模具的總稱 按鍛壓設備不同 鍛 模分為錘用鍛模 螺旋壓力機鍛模 熱模鍛壓力鍛模 平鍛機用鍛模 水壓機用鍛模 高速錘用鍛 模 擺動碾壓機用鍛模 輥鍛機用鍛模 楔橫軋機用鍛模等 按工藝用途不同 鍛?？煞譃轭A鍛模 具 擠壓模具 精鍛模具 等溫模具 超塑性模具等 3 塑料模 塑料模是塑料成型的工藝裝備 塑料模約占模具總數(shù)的 35 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 4 壓鑄模 壓鑄模是壓力鑄造工藝裝備 壓力鑄造是使液態(tài)金屬在高溫和高速下充填鑄型 在高壓下成型和結晶的一種特殊制造方法 壓鑄模約占模具總數(shù)的 6 5 粉末冶金模 粉末冶金模用于粉末成型 按成型工藝分類粉末冶金模有 壓模 精整模 復壓模 熱壓模 粉漿澆注模 松裝燒結模等 模具所涉及的工藝繁多 包括機械設計制造 塑料 橡膠加工 金屬材料 鑄造 凝固理論 塑性加工 玻璃等諸多學科和行業(yè) 是一個多學科的綜合 其復雜程度顯而易見 1 3 我國模具工業(yè)的現(xiàn)狀 自 20 世紀 80 年代以來 我國的經(jīng)濟逐漸起飛 也為模具產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了巨大的動力 20 世 紀 90 年代以后 大陸的工業(yè)發(fā)展十分迅速 模具工業(yè)的總產(chǎn)值在 1990 年僅 60 億元人民幣 1994 年增長到 130 億元人民幣 1999 年已達到 245 億元人民幣 2000 年增至 260 270 億元人民幣 今后 預計每年仍會以 10 15 的速度快速增長 目前 我國 17000 多個模具生產(chǎn)廠點 從業(yè)人數(shù)五十多萬 除了國有的專業(yè)模具廠外 其他所 有制形式的模具廠家 包括集體企業(yè) 合資企業(yè) 獨資企業(yè)和私營企業(yè)等 都得到了快速發(fā)展 其 中 集體和私營的模具企業(yè)在廣東和浙江等省發(fā)展得最為迅速 例如 浙江寧波和黃巖地區(qū) 從事 模具制造的集體企業(yè)和私營企業(yè)多達數(shù)千家 成為我國國內知名的 模具之鄉(xiāng) 和最具發(fā)展活力的地 區(qū)之一 在廣東 一些大集團公司和迅速崛起的鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè) 為了提高其產(chǎn)品的市場競爭能力 紛紛 加入了對模具制造的投入 例如 科龍 美的 康佳和威力等知名集團都建立了自己的模具制造中 心 中外合資和外商獨資的模具企業(yè)則多集中于沿海工業(yè)發(fā)達地區(qū) 現(xiàn)已有幾千家 在模具工業(yè)的總產(chǎn)值中 企業(yè)自產(chǎn)自用的約占三分之二 作為商品銷售的約占三分之一 其中 沖壓模具約占 50 中國臺灣 40 塑料模具約占 33 中國臺灣 48 壓鑄模具約占 6 中國臺灣 5 其他各類模具約占 11 中國臺灣 7 中國臺灣模具產(chǎn)業(yè)的成長 分為萌芽期 1961 1981 成長期 1981 1991 成熟期 1991 2001 三個階段 萌芽期 工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)設備與技術的不斷改進 由于紡織 電子 電氣 電機和機械業(yè)等產(chǎn)品 外銷表現(xiàn)暢旺 連帶使得模具制造 維修業(yè)者和周邊廠商 如熱處理產(chǎn)業(yè)等 逐年增加 在此階段 的模具包括 一般民生用品模具 鑄造用模具 鍛造用模具 木模 玻璃 陶瓷用模具 以及橡膠 模具等 1981 年 1991 年是臺灣模具產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為迅速且高度成長的時期 有鑒于模具產(chǎn)業(yè)對工業(yè)發(fā) 展的重要性日益彰顯 自 1982 年起 臺灣地區(qū)就將模具產(chǎn)業(yè)納入 策略性工業(yè)適用范圍 大力推動 模具工業(yè)的發(fā)展 以配合相關工業(yè)產(chǎn)品的外銷策略 全力發(fā)展整體經(jīng)濟 隨著民生工業(yè) 機械五金 業(yè) 汽機車及家電業(yè)發(fā)展 沖壓模具與塑料模具 逐漸形成臺灣模具工業(yè)兩大主流 從 1985 年起 模具產(chǎn)業(yè)已在推行計算機輔助模具設計和制造等 CAD CAM 技術 所以臺灣模具業(yè)接觸 CAD CAM CAE CAT 技術的時間相當早 成熟期 在國際化 自由化和國際分工的潮流下 1994 年 1998 年 由臺灣地區(qū)政府委托金屬 中心執(zhí)行 工業(yè)用模具技術研究與發(fā)展五年計劃 與 工業(yè)用模具技術應用與發(fā)展計劃 以協(xié)助業(yè)界 突破發(fā)展瓶頸 并支持產(chǎn)業(yè)升級 朝向開發(fā)高附加值與進口依賴高的模具 1997 年 11 月間臺灣憑 借模具產(chǎn)業(yè)的實力 獲得世界模具協(xié)會 ISTMA 認同獲準入會 正式成為世界模具協(xié)會會員 整 體而言 臺灣模具產(chǎn)業(yè)在這一階段的發(fā)展 隨著機械性能 加工技術 檢測能力的提升 以及計算 機輔助設計 臺灣模具廠商供應對象已由傳統(tǒng)的民用家電 五金業(yè)和汽機車運輸工具業(yè) 提升到計 算機與電子 通信與光電等精密模具 并發(fā)展出汽機車用大型鈑金沖壓 大型塑料射出及精密鍛造 等模具 1 4 世界五大塑料生產(chǎn)國的產(chǎn)能狀況 美國塑料 原料 的產(chǎn)量多年來一直雄居各國之首 早在 80 年代前期 美國塑料產(chǎn)量就已達 2000 萬噸之多 1986 年增至 23l0 萬噸 占全球總產(chǎn)量 8100 噸的 28 5 此后美國塑料產(chǎn)量繼續(xù)呈現(xiàn)穩(wěn) 定增長之勢 1988 年 1990 年 1992 年 1994 年 1996 年和 1998 年分別增加到 2710 萬噸 2810 萬噸 3010 萬噸 3410 萬噸 4000 萬噸和 4360 萬噸 占世界總產(chǎn)量的比例從 1996 年起提高到 30 以上 2001 年美國塑料產(chǎn)量為 4170 萬噸 其中以聚乙烯為最多 達 1500 多萬噸 其次分別是 氯乙烯 650 萬噸 聚丙烯 720 萬噸 聚苯乙烯對酞酸脂 320 萬噸 聚苯乙烯 280 萬噸 國內塑料消 費量 產(chǎn)量 進口量一出口量 美國也是全球最多的 美國的全部塑料消費量 2001 年為 4280 萬噸 美國人均塑料消費量也是很高的 2000 年為 159 公斤 2001 年略減為 155 公斤 居全球第 3 位 美國現(xiàn)有各種大小塑料企事業(yè)單位 1 萬多家 其中職工人數(shù)少于 50 人的占總數(shù)的 53 50 l00 人 的占 21 100 500 人的占 23 超過 500 人的占近 4 職工總數(shù)近 90 萬人 在美國塑料制品加 工業(yè)的就職人數(shù)達 110 萬 2001 年的出貨金額為 2150 億美元 人均出貨金額為 195 美元 德國是世界最大的塑料 原料 生產(chǎn)國之一 上世紀 90 年代初的 1991 年 1992 年和 1993 年 德 國塑料產(chǎn)量都為 990 多萬噸 1994 年增達超過 1000 萬噸的 1110 萬噸 1998 年達近 1300 萬噸 1999 年為近 1400 萬噸 2000 年增至 1550 萬噸 超過日本為世界第 2 大塑料生產(chǎn)國 2001 年上升 為 1580 萬噸 2002 年已過 1600 萬噸 2001 年德國生產(chǎn)的種種塑料原料中 聚乙烯為 285 萬噸 低 密度聚乙烯 160 萬噸 高密度聚乙烯 125 萬噸 氯乙烯 175 萬噸 聚丙烯 160 萬噸 德國 2001 年 的國內塑料消費量為 1280 萬噸 其中聚乙烯 265 萬噸 聚丙烯 155 萬噸 氯乙烯 152 萬噸 德國人 均塑料消費量 2001 年為 160 公斤 在世界上僅少于比利時的 172 公斤 高于美國的 155 公斤 排在 世界第 2 位 德國塑料制品加工業(yè)的職工總計有近 30 萬人 2001 年的出貨金額為 360 億美元 人 均 126 美元 德國塑料制品加工企業(yè)中職工少于 50 人的占 44 50 100 人的占 28 100 500 人 的占 25 500 人以上的占 4 中國塑料工業(yè)多年持續(xù)高速增長 1991 年產(chǎn)量僅為 250 萬噸 1995 年增為 350 萬噸 1998 年 超過 700 萬噸 到 2002 年已增達約 1400 萬噸 超過日本而成為世界第 3 大塑料原料生產(chǎn)國 中國 今年塑料制品市場將持續(xù)走強 在包裝 工程 建材 農(nóng)用和日用塑料制品等各個領域都將有較大 幅度的增長 需求量將超過 2500 萬噸 其中包裝塑料制品今年需求量將超過 850 萬噸 工程塑料制 品需求量將達 400 萬噸左右 建材塑料制品需求量將達 300 萬噸以上 農(nóng)用塑料制品需求量將在 500 萬噸左右 日用塑料制品需求量約為 80 萬噸左右 日本在很長的時期內都是僅次于美國的世界第 2 大塑料生產(chǎn)國 一直到 1997 年 日本塑料產(chǎn)量 曾經(jīng)連續(xù)多年增長 年產(chǎn)量在 70 年代中期就已達 500 多萬噸 1987 年突破 1000 萬噸 1991 年達約 1300 萬噸 1992 年和 1993 年因受日本經(jīng)濟下滑的影響 產(chǎn)量略有減少 分別降至 1258 和 1225 萬 噸 從 1994 年起產(chǎn)量再度增長 1994 年 1995 年和 1996 年分別回升到 1300 萬噸 1400 萬噸和 1470 萬噸 1997 年的產(chǎn)量又比上年增長 3 7 達到 1521 萬噸 首次超過 1500 萬噸 但這種增勢 在 1998 年受到遏制 產(chǎn)量大幅度減少 1998 年 日本塑料產(chǎn)量為 1390 萬噸 比上年減少了 8 7 1999 年和 2000 年日本塑料產(chǎn)量分別回升到 1432 萬噸和 1445 萬噸 但仍遠未恢復到 1997 年 的水平 2001 年和 2002 年日本塑料產(chǎn)量再度下降至 1400 萬噸以下的 1364 萬噸和 1361 萬噸 2002 年日本塑料 原料 產(chǎn)量減為 1361 萬噸 而中國則增為 1366 萬噸 日本又退居第 4 位 韓國塑料產(chǎn)量增長十分迅速 1986 年超過 200 萬噸 1990 年增達 300 萬噸 1992 年突破 500 萬噸 1994 年 1996 年和 1997 年分別上升到 600 多萬噸 700 多萬噸和 800 多萬噸 1998 年產(chǎn)量 增至 850 萬噸 1999 年突破 900 萬噸 2001 年達 1200 萬噸 躋身于世界 5 大塑料生產(chǎn)國之列 韓 國塑料原料產(chǎn)品中以聚乙烯居首 2001 年產(chǎn)量為 340 萬噸 低密度聚乙烯 160 萬噸 高密度聚乙烯 180 萬噸 聚丙烯以 238 萬噸排在第 2 位 其次分別是聚酯 161 萬噸 氯乙烯 124 萬噸 ABS AS 樹脂 86 萬噸 聚苯乙烯 77 萬噸 韓國國內塑料消費量 2001 年 420 萬噸 只相當于產(chǎn)量的 1 3 略高 人均塑料消費量 2001 年為 106 公斤 韓國塑料制品加工業(yè)的職工總數(shù) 2001 年為 3 1 萬人 出貨金 額為 85 億美元 人均 276 美元 塑料產(chǎn)量位居世界前 10 名的國家和地區(qū)還有法國 660 萬噸 比利時 600 萬噸 中國臺灣 598 萬 噸 加拿大 432 萬噸和意大利 385 萬噸 均為 2001 年產(chǎn)量 1 5 我國模具技術的現(xiàn)狀及發(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)十分重視技術發(fā)展 加大了用于技術進步的 投入力度 將技術進步作為企業(yè)發(fā)展的重要動力 此外 許多科研機構和大專院校也開展了模具技 術的研究與開發(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 中國塑料模工業(yè)從起步到現(xiàn)在 歷經(jīng)了半個多世紀 有了很大發(fā)展 模具水平有了較大提高 在大型模具方面已能生產(chǎn) 48 約 122CM 大屏幕彩電塑殼注射模具 6 5KG 大容量洗衣機全套塑 料模具以及汽車保險杠和整體儀表板等塑料模具 精密塑料模方面 以能生產(chǎn)照相機塑料件模具 多形腔小模數(shù)齒輪模具及塑封模具 經(jīng)過多年的努力 在模具 CAD CAE CAM 技術 模具的電加工 和數(shù)控加工技術 快速成型與快速制模技術 新型模具材料等方面取得了顯著進步 在提高模具質 量和縮短模具設計制造周期等方面作出了貢獻 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)量還是質量仍 滿足不了國內市場的需要 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 模具 CAD CAM CAE 技術是模具技術發(fā)展的一個重要里程碑 實踐證明 模具 CAD CAM CAE 技術是模具設計制造的發(fā)展方向 可顯著地提高模具設計制造水平 4 重視快速模具制造技術 縮短模具制造周期 隨著先進制造技術的不斷出現(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 高速銑削加工技術 以及自動研磨拋光技術 將在模具制造中獲得更為廣泛的應用 2 注塑件的設計 2 1 功能設計 功能設計是要求塑件應具有滿足使用目的功能 并達到一定的技術指標 該塑件是日用品 承受外力 的幾率不大 如沖擊載荷 振動 摩擦等情況比較少 塑件的工作溫度是室溫 這使得在材料選擇時對熱變 形溫度 脆化溫度 分解溫度的要求降低 作為一種日用品 生產(chǎn)批量應該是大批大量生產(chǎn) 這樣 就必須考 慮生產(chǎn)成本和模具壽命 在材料的選擇時要綜合各種因素 此外 塑料都會老化 作為一種光學用品 還要 考慮到材料的光氧化等問題 2 2 材料選擇 通常 選擇塑件的材料依據(jù)是它所處在的工作環(huán)境及使用性能的要求 以及原材料廠家提供的材料 性能數(shù)據(jù) 對于常溫工作狀態(tài)下的結構件來說 要考慮的主要是材料的力學性能 如屈服應力 彈性模量 彎曲強度 表面硬度等 該塑件對材料的要求首先必須是透光性好 其次才是成型難易和經(jīng)濟性問題 以 下是對幾種透光性能較好材料的性能對比 如表2 1所示 表2 1 材料的特性 塑料名稱 PS PC PMMA 拉伸強度 MPa 51 9 66 72 彎曲強度 MPa 110 95 113 斷裂伸長率 2 80 100 落球沖擊強度 J m 16 422 洛氏硬度 M 115 82 101 氧指數(shù) OI 18 1 24 9 17 3 熱變形溫度 85 134 100 維卡軟化點 105 153 120 馬丁耐熱溫度 112 體積電阻率 cm 10 17 10 192 1 10 1610 10145 吸水率 0 05 0 13 1 19 透光度 88 92 93 93 霧度 3 0 9 0 9 折射率 1 592 1 586 1 492 價格 元 噸 1150 1230 33000 41000 19500 20700 和機械加工一樣要考慮到加工工藝問題 模具成型也要考慮到材料的注塑特性 在各特點都相 差無幾的情況下 好的成型特性是選擇材料的主要標準 以下是三種材料的性能和成型特性比較 如表 2 2 所示 表2 2 材料的性能和成型特性比較 塑料 品種 性 能 特 點 成 型 特 點 模具設計 注意事項 使用溫 度 主要用 途 聚苯 乙烯 非 結晶型 透明性好 電性能好 抗 拉強度高 耐 磨性好 質脆 抗沖擊強度差 化學穩(wěn)定性教 好 成型性能好 成型前可不干燥 但注射時應防止溢 料 制品易產(chǎn)生內 應力 易開裂 因流動性好 適宜用點澆口 但因熱膨脹大 塑件中 不宜有嵌 件 30 80 裝飾制 品 儀表殼 絕緣零件 容 器 泡沫塑料 日用品等 有機 玻璃 非 結晶型 透光率最 好 質輕堅韌 電氣絕緣性好 但表面硬度不 高 質脆易開 裂 化學穩(wěn)定 性較好 但不 耐無機酸 易 溶于有機溶劑 流動性差 易 產(chǎn)生流痕 縮孔 易分解 透明性好 成型前要干燥 注 射時速度不能太高 合理設計澆 注系統(tǒng) 便于充 型 脫模斜度盡 可能大 嚴格控 制料溫與模溫 以防分解 收縮率取 0 35 80 透明制品 如窗玻璃 光 學鏡片 燈罩 等 聚碳 酸酯 非 結晶型 透光率較 高 介電性能 好 吸水性小 力學性能好 抗沖擊 抗蠕 變性能突出 但耐磨性差 不耐堿 酮 酯 耐寒性好 熔 融溫度高 黏性大 成型前需干燥 易 產(chǎn)生殘余應力 甚 至裂紋 質硬 易 損模具 使用性能 好 盡可能使用 直接澆口 減小 流動阻力 塑料 要干燥 不宜采 用金屬嵌件 脫 模斜度 2 130 脆化 溫度為 100 在機械上 做齒輪 凸輪 蝸輪 滑輪等 電機電子產(chǎn)品 零件 光學零 件等 以上的性能分析對比中看 出 在透光度方面三種材料相差 不大 成型特性上以聚碳酸酯 為好 由于是一般性民用品 所以價格上是需要考慮的 我 們主要要求是價格和透光度 其 它如拉伸強度 斷裂伸長率等則 是次要考慮的指標 這由塑件的 工作環(huán)境決定 最終選定PS為塑 件材料 因為除了質脆和抗拉強 度不如其它兩種材料外 它所 擁有的特性符合我們的塑件要 求 但這些不是我們主要考慮 的 2 3 結構設計 圖2 1 原始零件圖 塑料制件的結構工藝性是指塑件結構對成型工藝方法的適應性 在塑料 生產(chǎn)過程中 一方面成型會對塑件的結構 形狀 尺寸精度等諸方面提出要求 以便降低模具結構的復雜程度和制造難度 保證生產(chǎn)出價廉物美的產(chǎn)品 另一 方面 模具設計者通過對給定塑件的結構工藝性進行分析 弄清塑件生產(chǎn)的難 點 為模具設計和制造提供依據(jù) 2 3 1 對塑件的修改說明 塑件要求能夠放置一對7 電池 安放小燈泡 外接系帶 所以要考慮 鎖位到電池和燈泡的固定 開關的安放問題 關于零件的造型圖如圖2 3所示 詳細結構可參考零件圖紙 1 外型輪廓 原零件2D圖的心型曲線不規(guī)則 如圖2 1 和 2 2所示 在用PRO E 造型時總會造成曲面不能加厚的問題 用修剪曲面的辦法雖然能解決加厚問題 但整個塑件也不規(guī)則 給后續(xù)工作帶來不便 所以在保證基本外型的前提下對尺寸做了修改 目的是為了造型 2 結構 原圖形有兩個小而薄的吊耳 且置于塑件外端 考慮到所有PS料硬而脆 這會使得兩個吊耳極易損壞 所以 改兩個吊耳為一個 設計吊耳 開關 燈泡在塑件中心位置 如圖2 2所示 這樣起到吊掛作用又不易損壞 設計凹槽使兩半燈罩配合 設置了三個鎖位加強 最終確定的尺寸如圖2 2所示 2 3 2 壁厚 圖2 2 原始零件圖 各種塑件 不論是結構件還是板壁 根據(jù)使用要求具有一定的厚度 以保證其力學強度 一般地說 在滿足力學性能的前提下厚度不宜過厚 不僅可以節(jié) 約原材料 降低生產(chǎn)成本 而且使塑件在模具內冷卻或固化時間縮短 提高 生產(chǎn)率 其次可避免因過厚產(chǎn)生的凹陷 縮孔 夾心等質量上的缺陷 以下是PS 的壁厚推薦值 最小壁厚mm小型件壁厚mm中型件壁厚mm大型件壁厚mm0 75 1 25 1 6 3 2 5 4該塑件屬于中小型件 從圖上看 塑件邊緣的壁很厚 達到5MM 殼體取中型件壁厚1 6 這樣使得整個塑件的壁厚是不均勻的 但若減小邊緣壁厚 則對塑件的推出不利 而且有可能使電池不能安裝 邊緣壁厚可用來放置推桿或推板 2 3 3 脫模斜度 由于塑件成型時冷卻過程中產(chǎn)生收縮 使其緊箍在凸模或型芯上 為了便于脫模 防止因脫模力過大而拉壞塑件或使其表面受損 與脫模方向平行的塑件內 外表面都應具有合理的斜度 以下是PS的脫模斜度推薦值 制件外表面 制件內表面 35 1 35 30 1 塑件內表面在造型時就有弧度 如果要有 脫模斜度就是在凹槽和鎖位處 這不僅對脫模 圖2 3 修改后的產(chǎn)品零件圖 有好處 而且可以更好的鎖緊 2 3 4 加強肋 塑件上適當設置的加強肋可以防止塑件的翹曲變形 沿著物料流動方向的加強肋還能降低充模 阻力 提高融體流動性 避免氣泡 縮孔和凹陷等現(xiàn)象的產(chǎn)生 在該塑件中的加強肋起到引導物料 流動的作用同時又對電池進行定位 高度比分型面低1MM 脫模斜度取2度 頂部倒圓角 低部倒 角R 寬度取0 5T 通常加強肋的設計原則為高度低 過高時容易在彎曲和沖擊負荷作用下受損 寬度小 而數(shù)量多為好 塑件形狀所允許的情況下 2 3 5 圓角 塑件上各處的輪廓過度和壁厚連接處 一般采用圓角連接 有特殊要求時才采用尖角結構 尖 角容易產(chǎn)生應力集中 在受力或受沖擊載荷時會發(fā)生破裂 圓角不僅有利于物料充模 同時也有利 于融料在模具型腔內的流動和塑件的脫模 圓角的取值與應力集中的關系遵循R T 函數(shù)關系 當 R T 0 6以后應力集中變的緩和 該塑件大部分的圓角取R1 較大值取到R3 加強肋的圓角半徑值關 系如表2 3 所示 表2 3 肋的圓角半徑值關系表 肋的高度 mm 6 5 6 5 13 13 19 19 圓角半徑 mm 0 8 1 5 1 5 3 0 2 5 5 0 3 6 5 塑件上其它的特征還有如孔 螺紋 嵌件 鉸鏈 文字和花紋等 各個特征都有其設計原則和 特殊功能 因為該塑件沒有涉及 所以就不一一介紹 2 4 塑件的尺寸精度及表面質量 2 4 1 尺寸精度 1 尺寸精度的選擇 塑件的尺寸精度是決定塑件制造質量的首要標準 然而 在滿足塑件使 用要求的前提下 設計時總是盡量將其尺寸精度放低一些 以便降低模具的加工難度和制造成本 對塑件的精度要求 要具體分析 根據(jù)裝配情況來確定尺寸公差 該塑件是一般民用品 所以精度 要求為一般精度即可 但是由于要保證兩半殼體的閉合 所以在凹槽和鎖位處應該對精度要求高些 對其要有公差配合要求 應選擇高精度 根據(jù)精度等級選用表 PS 的高精度為 2 級 一般精度為 3 級 根據(jù)塑件尺寸公差表 在公稱尺寸在 100 120 范圍內 取 MT2B 級的公差數(shù)值為 0 52 mm MT3B 級的公差數(shù)值為 0 78 mm 2 尺寸精度的組成及影響因素 制品尺寸誤差構成為 2 1 sz ca 式中 制件總的成型誤差 塑料收縮率波動所引起的誤差 s 模具成型零件制造精度所引起的誤差 模具磨損后所引起的誤差 z c 模具安裝 配合間隙引起的誤差 a 影響塑料制品尺寸精度的因素比較復雜 歸納有以下三個方面 1 模具 模具各部分的制造精度是影響制件尺寸精度重要的因素 2 塑料材料 主要是收縮率的影響 收縮率大的尺寸精度誤差就大 3 成型工藝 成型工藝條件的變化直接造成材料的收縮 從而影響尺寸精度 2 4 2 塑件的表面質量 表面質量是一個相當大的概念 包括微觀的幾何形狀和表面層的物理 力學性質兩方面技術指標 而不是單純的表面粗糙度問題 塑件的表觀缺陷是其特有的質量指標 包括缺料 溢料與飛邊 凹 陷與縮癟 氣孔 翹曲等 模具的腔壁表面粗糙度是塑件表面粗糙度的決定性因素 通常要比塑件 高出一個等級 該塑件要求對型腔拋光 所以對粗糙度的要求比較高 查表得 PS 拋光后順紋路方向 的表面粗糙度為 0 02 m 垂直紋路方向的表面粗糙度為 0 26 m 3 注塑成型的準備 3 1 注塑成型工藝簡介 注塑成型是利用塑料的可擠壓性與可模塑性 首先將松散的粒狀或粉狀成型物料從注塑機的料 斗送入高溫的機筒內加熱熔融塑化 使之成為粘流狀態(tài)熔體 然后在柱塞或螺桿的高壓推動下 以 很大的流速通過機筒前端的噴嘴注射進入溫度較低的閉合模具中 經(jīng)過一段時間的保壓冷卻以后 開啟模具便可以從模腔中脫出具有一定形狀和尺寸的塑料制件 一般分為三個階段的工作 圖3 1 注塑成型壓力 時間曲線 1 物料準備 成型前應對物料的外觀色澤 顆粒情況 有無雜質等進行檢驗 并測試其熱穩(wěn) 定性 流動性和收縮率等指標 對于吸濕性強的塑料 應根據(jù)注射成型工藝允許的含水量進行適當 的預熱干燥 若有嵌件 還要知道嵌件的熱膨脹系數(shù) 對模具進行適當?shù)念A熱 以避免收縮應力和 裂紋 有的塑料制品還需要選用脫模劑 以利于脫模 2 注塑過程 塑料在料筒內經(jīng)過加熱達到流動狀態(tài)后 進入模腔內的流動可分為注射 保壓 倒流和冷卻四個階段 注塑過程可以用如圖所示3 1所示 圖中T0代表螺桿或柱塞開始注射熔體的時 刻 當模腔充滿熔體 T T1 時 熔體壓力迅速上升 達到最大值P0 從時間T1到T2 塑料仍處于 螺桿 或柱塞 的壓力下 熔體會繼續(xù)流入模腔內以彌補因冷卻收縮而產(chǎn)生的空隙 由于塑料仍在 流動 而溫度又在不斷下降 定向分子 分子鏈的一端在模腔壁固化 另一端沿流動方向排列 容 易被凝結 所以這一階段是大分子定向形成的主要階段 這一階段的時間越長 分子定向的程度越 高 從螺桿開始后退到結束 時間從T2到T3 由于模腔內的壓力比流道內高 會發(fā)生熔體倒流 從 而使模腔內的壓力迅速下降 倒流一直進行到澆口處熔體凝結時為止 其中 塑料凝結時的壓力和 溫度是決定塑料制件平均收縮率的重要因素 3 制件后處理 由于成型過程中塑料熔體在溫度和壓力下的變形流動非常復雜 再加上流動 前塑化不均勻以及充模后冷卻速度不同 制件內經(jīng)常出現(xiàn)不均勻的結晶 取向和收縮 導致制件內 產(chǎn)生相應的結晶 取向和收縮應力 脫模后除引起時效變形外 還會使制件的力學性能 光學性能 及表觀質量變壞 嚴重時會開裂 故有的塑件需要進行后處理 常用的后處理方法有退火和調濕兩 種 退火是為了消除或降低制件成型后的殘余應力 此外 退火還可以對制件進行解除取向 并降 低制件硬度和提高韌性 溫度一般在塑件使用溫度以上的10 20度至熱變形溫度以下10 20度之間 調濕處理是一種調整制件含水量的后處理工序 主要用于吸濕性很強 而且又容易氧化的聚酰胺等 塑料制件 調濕處理所用的加熱介質一般為沸水或醋酸鉀溶液 沸點為121 加熱溫度為100 121 保溫時間與制件厚度有關 通常取2 9小時 3 2 注塑成型工藝條件 1 溫度 注塑成型過程中需要控制的溫度有料筒溫度 噴嘴溫度和模具溫度等 噴嘴溫度通常 略微低于料筒的最高溫度 以防止熔料在直通式噴嘴口發(fā)生 流涎現(xiàn)象 模具溫度一般通過冷卻系 統(tǒng)來控制 為了保證制件有較高的形狀和尺寸精度 應避免制件脫模后發(fā)生較大的翹曲變形 模具 溫度必須低于塑料的熱變形溫度 PS料與溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù)如表 3 1所示 表3 1 溫度的經(jīng)驗數(shù)據(jù) 料筒溫度 噴嘴溫度 模具溫度 熱變形溫度 后段 中段 前段 1 82MP A 0 45MP A 150 210 170 230 190 250 240 250 5 75 65 96 2 壓力 注射成型過程中的壓力包括注射壓力 保壓力和背壓力 注射壓力用以克服熔體從料 筒向型腔流動的阻力 提供充模速度及對熔料進行壓實等 保壓力的大小取決于模具對熔體的靜水 壓力 與制件的形狀 壁厚及材料有關 對于像 PS 流動性好的料 保壓力應該小些 以避免產(chǎn)生飛 邊 保壓力可取略低于注射壓力 背壓力是指注塑機螺桿頂部的熔體在螺桿轉動后退時所受到的壓 力 背壓力除了可驅除物料中的空氣 提高熔體密實程度之外 還可以使熔體內壓力增大 螺桿后 退速度減小 塑化時的剪切作用增強 摩擦熱量增大 塑化效果提高 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗 背壓的使用 范圍約為 3 4 27 5MPA 3 時間 完成一次注塑成型過程所需要的時間稱為成型周期 包括注射時間 保壓時間 冷卻 時間 其他時間 開模 脫模 涂脫磨劑 安放嵌件和閉模等 在保證塑件質量的前提下盡量減小 成型周期的各段時間 以提高生產(chǎn)率 其中 最重要的是注射時間和冷卻時間 在實際生產(chǎn)中注射 時間一般為 3 5 秒 保壓時間一般為 20 120 秒 冷卻時間一般為 30 120 秒 這三個時間都是根據(jù) 塑件的質量來決定的 質量越大則相應的時間越長 確定成型周期的經(jīng)驗數(shù)值如表 3 2 所示 表 3 2 成型周期與壁厚關系 制件壁厚 mm 成型周期 s 制件壁厚 mm 成型周期 s 0 5 10 2 5 35 1 0 15 3 0 45 1 5 22 3 5 65 2 0 28 4 0 85 經(jīng)過上面的經(jīng)驗數(shù)據(jù)和推薦值 可以初步確定成型工藝參數(shù) 因為各個推薦值有差別 而且有 的與實際注塑成型時的參數(shù)設置也不一致 結合兩者的合理因素 初定制品成型工藝參數(shù)如表 3 3 所示 表 3 3 制品成型工藝參數(shù)初步確定 特性 內容 特性 內容 注塑機類型 螺桿式 螺桿轉速 r min 48 噴嘴形式 直通式 模具溫度 50 噴嘴溫度 230 后段溫度 150 210 中段溫度 170 230 前段溫度 190 250 注射壓力 MPa 90 保壓力 MPa 80 注射時間 s 1 5 保壓時間 s 5 冷卻時間 s 20 其他時間 s 3 成型周期 s 30 成型收縮 0 6 干燥溫度 60 80 干燥時間 1 3 后處理溫度 70 保溫時間 2 小時 3 3 注塑機的選擇 3 3 1 注塑機簡介 1956年制造出世界上第一臺往復螺桿式注塑機 這是注塑成型工藝技術的一大突破 目前注塑機加 工的塑料量是塑料產(chǎn)量的30 注塑機的產(chǎn)量占整個塑料機械產(chǎn)量的50 成為塑料成型設備制造業(yè)中 增長最快 產(chǎn)量最多的機種之一 注塑機的分類方式很多 目前尚未形成完全統(tǒng)一標準的分類方法 常用的說法有 1 按設備外形特征分類 臥式 立式 直角式 多工位注塑機 2 按加工能力分類 超小型 小型 中型 大型和超大型注塑機 此外還有按用途分類和按合模裝置的特征分類 但日常生活中用的較少 3 3 2 注塑機基本參數(shù) 注塑機的主要參數(shù)有公稱注射量 注射壓力 注射速度 塑化能力 鎖模力 合模裝置的基本尺寸 開合 模速度 空循環(huán)時間等 這些參數(shù)是設計 制造 購買和使用注塑機的主要依據(jù) 1 公稱注塑量 指在對空注射的情況下 注射螺桿或柱塞做一次最大注射行程時 注射裝置所能達 到的最大注射量 反映了注塑機的加工能力 2 注射壓力 為了克服熔料流經(jīng)噴嘴 澆道和型腔時的流動阻力 螺桿 或柱塞 對熔料必須施加足 夠的壓力 我們將這種壓力稱為注射壓力 3 注射速率 為了使熔料及時充滿型腔 除了必須有足夠的注射壓力外 熔料還必須有一定的流動 速率 描述這一參數(shù)的為注射速率或注射時間或注射速度 常用的注射速率如表3 4所示 表3 4 注射量與注射時間的關系 注射量 CM 125 250 500 1000 2000 4000 6000 100003 注射速率 CM S 125 200 333 570 890 1330 1600 2000 注射時間 S 1 1 25 1 5 1 75 2 25 3 3 75 5 4 塑化能力 單位時間內所能塑化的物料量 塑化能力應與注塑機的整個成型周期配合協(xié)調 若塑 化能力高而機器的空循環(huán)時間長 則不能發(fā)揮塑化裝置的能力 反之則會加長成型周期 5 鎖模力 注塑機的合模機構對模具所能施加的最大夾緊力 在此力的作用下模具不應被熔融的 塑料所頂開 6 合模裝置的基本尺寸 包括模板尺寸 拉桿空間 模板間最大開距 動模板的行程 模具最大厚度 與最小厚度等 這些參數(shù)規(guī)定了機器加工制件所使用的模具尺寸范圍 7 開合模速度 為使模具閉合時平穩(wěn) 以及開模 推出制件時不使塑料制件損壞 要求模板在整個 行程中的速度要合理 即合模時從快到慢 開模時由慢到快在到停 8 空循環(huán)時間 在沒有塑化 注射保壓 冷卻 取出制件等動作的情況下 完成一次循環(huán)所需的時間 3 3 3選擇注塑機 1 由公稱注射量選定注射機 由注射量選定注射機 由PRO E建模分析得 材料密度取 31 05kgdm 總體積V 49 3cm 3 總質量M 56 5g 流道凝料V 0 5V 流道凝料的體積 質量 是個未知數(shù) 根據(jù)手冊取0 5V 0 5M 來估算 塑件越大則 比例可以取的越小 實際注射量為 V 49 3 1 5 73 95 cm 實 3 實際注射質量為M 1 5M 56 5 1 5 84 75g 實 根據(jù)實際注射量應小于0 8倍公稱注射量原則 即 0 8V V 3 1 公 實 V V 0 8 公 實 79 35 0 8 92 44 cm 3 2 由鎖模力選定注射機 F F A P 3 2 鎖 脹 分 型 2 P 24D 型 2 30 10 23 140 6 569 91 KN 式中 F 注射機的鎖模力 N A 塑件和澆注系統(tǒng)在分型面上的投影面積之和 鎖 分 P 型腔壓力 取P 30MP D取的是塑件的平均直徑 D 110 5 D 110mm 型 型 a 120 結合上面兩項的計算 初步確定注塑機為表3 5所示 查國產(chǎn)注射機主要技術參數(shù)表取SZ 160 1000 主要技術參數(shù)如下 表3 5 國產(chǎn)注射機SZ 160 1000 技術參數(shù)表 特性 內容 特性 內容 結構類型 臥 拉桿內間距 mm 360 260 理論注射容積 cm 3179 移模行程 mm 280 螺桿 柱塞 直徑 mm 44 最大模具厚度 mm 360 注射壓 MP a132 最小模具厚度 mm 170 注射速率 g s 110 鎖模形式 mm 液壓 塑化能力 g s 10 5 模具定位孔直徑 mm 120 螺桿轉速 r min 10 150 噴嘴球半徑 mm 10 鎖模力 KN 1000 噴嘴口直徑 3 4 注射機的校核 3 4 1 最大注塑量的校核 為確保塑件質量 注塑模一次成型的塑件質量 包括流道凝料質量 應在公稱注塑量的 35 75 范 圍內 最大可達 80 最小不小于 10 為了保證塑件質量 充分發(fā)揮設備的能力 選擇范圍通常 在 50 80 V 73 95 cm V 179 cm 實 3公 3 41 3 滿足要求 7 9510 3 4 2 鎖模力的校核 在確定了型腔壓力和分型面面積之后 可以按下式校核注塑機的額定鎖模力 F K A P 3 分 型 3 1 2 2 30 10 23 140 6 683 892 KN 滿足要求 式中 F 注塑機額定鎖模力 1000KN K 安全系數(shù) 通常取 1 1 1 2 取 K 1 2 3 4 3 塑化能力的校核 由 3 2 3 初定的成型周期為 30 秒計算 實際要求的塑化能力為 成 型 周 期每 次 實 際 注 射 量 即 2 465 g s 小于注塑機的塑化能力 10 5 g s 說明注射機能完全滿足塑化要求 3095 7 3 4 4 噴嘴尺寸校核 在實際生產(chǎn)過程中 模具的主流道襯套始 端的球面半徑 R2 取比注射機噴嘴球面半徑 R1 大 1 2 mm 主流道小端直徑 D 取比注射機噴 嘴直徑 d 大 0 5 1 mm 如圖 3 2 所示 以防止 主流道口部積存凝料而影響脫模 所以 注射 機噴嘴尺寸是標準 模具的制造以它為準則 3 4 5 定位圈尺寸校核 圖 3 2 噴嘴與澆口套尺寸關系 注塑機固定模板臺面的中心有一規(guī)定尺寸的孔 稱之為定位孔 注塑模端面凸臺徑向尺寸須與 定位孔成間隙配合 便于模具安裝 并使主流道的中心線與噴嘴的中心線相重合 模具端面凸臺高 度應小于定位孔深度 3 4 6 模具外形尺寸校核 注塑模外形尺寸應小于注塑機工作臺面 的有效尺寸 模具長寬方向的尺寸要與注塑機拉桿 間距相適應 模具至少有一個方向的尺寸能 穿過拉桿間的空間裝在注塑機的工作臺面上 3 4 7 模具厚度校核 模具厚度必須滿足下式 H H H 3 4 min max 170 301 360 滿足要求 式中 H 所設計的模具厚度 301 mm H 注塑機所允許的最小模具厚度 170 m in mm H 注塑機所允許的最大模具厚度 360 mm max 3 4 8 模具安裝尺寸校核 注塑機的動模板 定模板臺面上有許多不同間距的螺釘孔或 T 形槽 用于安裝固定模具 模具 固定安裝方法有兩種 螺釘固定 壓板固定 采用螺釘直接固定時 大型模具常用這種方法 模具 動 定模板上的螺孔及其間距 必須與注塑機模板臺面上對應的螺孔一致 采用壓板固定時 中 小模具多用這種方法 只要在模具的固定板附近有螺孔就行 有較大的靈活性 該模具外形尺寸為 300 400 屬中 小型模具 所以采用壓板固定法 一般認為當尺寸在 500 500 內為中 小模具 3 4 9 開模行程校核 所選注塑機為全液壓式鎖模機構 最大開模行程受模具厚度影響 此時最大開模行程 S 等于開 注塑機移動 固定模板臺面之間的最大距離減去模具厚度 S H H 5 10 mm 3 開 12 5 280 15 67 10 280 92 滿足要求 式中 S 注塑機移模行程 280 mm H 推出距離 15 mm 開 1 H 流道凝料與塑件高度 67 mm 2 4 模具設計 4 1 塑料配方說明 塑料配方設計是塑料制品成型加工中在加工設備和工藝參數(shù)確定之后所必須進行的重要環(huán)節(jié) 設 計水平的高低直接關系到塑料制品的最終使用性能的優(yōu)劣 也是應用現(xiàn)代技術對塑料進行改性的過程 其技術含量極高 一個成功配方的產(chǎn)生是多年實踐經(jīng)驗與應用高新技術的結局 塑料是以高分子聚合物 為主要成分 加入一定量添加劑而組成的一種混合物 添加劑是由一系列為改變塑料的某些性能而添加 的混合物 通常為填充劑 增塑劑 穩(wěn)定劑 潤滑劑 著色劑等 根據(jù) PS 的特性及使用性能要求 配方中應含 有以下添加劑 填充劑 玻璃微珠 PS 成型后易產(chǎn)生內應力 添加玻璃微珠使塑料的流動性好 殘余內應力分 布均勻 使光的漫反射率為 80 88 增韌劑 SBS ABS EPR PS 的沖擊性能很差 是一種十分脆的材料 增韌改性是必須的 光穩(wěn)定劑 氧化鋅 塑料制品在日光或強熒光下 由于吸收紫外光的能量 引發(fā)氧化反應 導致聚合物降解 使制品的外觀或內在性能變壞 這一過程稱為光氧化或光老化 潤滑劑 硬脂酸及其鹽類 對塑料的表面去潤滑作用 防止塑料在成型加工時黏模 同時提高塑料制品表面光潔度 著色劑 粉紅色 在塑料制品中 需要著色的大約占 80 左右 著色的目的有 1 增加制品美感 以吸引消費者 的購買欲望 2 提高產(chǎn)品的耐候性 主要是通過著色劑防紫 外線功能而實現(xiàn)的 抗菌劑 磷酸鋯系銀離子抗菌劑 考慮到該產(chǎn)品人們 可能會作為玩具把玩 因此需要做此設計 很多塑料制品的表面 會滋生致病細菌 與人接觸后可能導致如感冒 咽炎 流行 性腦膜炎 肺結核等疾病的傳播 塑料抗菌改性是在樹脂中 加入抗菌劑 其逸出塑料表面后 可將沾在塑料表面的細菌 殺死或抑制細菌的繁殖 保持自身的清潔狀態(tài) 4 2 分型面的確定 根據(jù)分型面的選擇原則 1 便于塑件脫模 2 在開模時盡量使塑件留在動模 4 1 分型面的位置 3 外觀不遭到損壞 4 有利于排氣和模具的加工方便 結合該產(chǎn)品的結構 分型面確定在塑件的最大投影面積上 如圖 4 1 所示 4 3 型腔數(shù)目的確定 注塑模的型腔數(shù)目 可以是一模一腔 也可以是一模多腔 在 型腔數(shù)目的確定時主要考慮以下幾個有關因素 1 塑件的尺寸精度 2 模具制造成本 3 注塑成型的生產(chǎn)效益 4 模具制造難度 分 型面 考慮到該塑件是一般日用品 查手冊得塑件的經(jīng)濟精度推薦 4 級 這個產(chǎn)品是兩個殼件的組合 所 以初定為一模兩腔最合理 排列形式如圖 4 2 所示 4 4 澆口確定 PS 料的流動性好 可適用于各種澆口 為了不影響外觀 簡化模局結構 確定使用側澆口 4 5 模具材料的選擇 現(xiàn)有的模具模架已經(jīng)標準化 所以在模具材料的選擇時主要是根據(jù)制品的特性和使用要求選擇合 理的型腔和型芯材料 如何合理的選擇模具鋼 是關系到模具質量的前提條件 如果選材不當 圖 4 2 型腔的排布形式 則所有的精密加工所投入的工時 設備費用將浪費 在選擇模具鋼時 首先必須考慮材料的使用性能和工藝性能 從使用性能考慮 硬度是主要指標之 一 模具在高應力作用下欲保持尺寸不變 必須有足夠的硬度 當承受沖擊載荷時還要考慮折斷 崩刃問 題 所以韌性也是一重要指標 耐磨性是決定模具壽命的重要因素 從 PS 特性看 這三項指標是必須要滿 足的 此外還有紅硬性 抗壓屈服強度和抗彎強度和熱疲勞能力的指標 從工藝性能考慮 要熱加工工藝好 加工溫度范圍寬 冷加工性能如切削 銑削 拋光等加工性能好 此 外還要考慮淬透性和淬硬性 熱處理變形和氧化脫碳等性能 另外從經(jīng)濟考慮 要求材料來源廣 價格低 查手冊選擇模仁的材料是 4Cr13 屬馬氏體類型不銹鋼 該鋼機械加工性能較好 經(jīng)熱處理 淬火及 回火 后 具有優(yōu)良的耐腐蝕性能 拋光性能 較高的強度和耐磨性 適于制造承受高負荷 高耐磨及在腐蝕 介質作用下的塑料模具 透明塑料制品模具等 有關參數(shù)如下 物理性能 臨界溫度 AC1 820 AC3 1100 線膨脹系數(shù) 10 5 在 20 100 熱導率 27 6W M K 1 在 20 左右 彈性模量 MP a 210000 223500 20 左右 4 6 澆注系統(tǒng)設計 注塑模的澆注系統(tǒng)是指模具中從注塑機噴嘴開始到型腔入口為止的塑料熔體的流動通道 它由 主流道 分流道 冷料穴和澆口組成 它向型腔中的傳質 傳熱 傳壓情況決定著塑件的內在和外 表質量 它的布置和安排影響著成型的難易程度和模具設計及加工的復雜程度 所以澆注系統(tǒng)是模 具設計中的主要內容之一 4 6 1 主流道 主流道是連接注塑機的噴嘴與分流道的一段通道 通常和注塑機的噴嘴在同一軸線上 斷面為 圓形 有一定的錐度 目的是便于冷料的脫模 同時也改善料流的速度 因為要和注塑機相配 所 以其尺寸與注塑機有關 如圖所示 主要參數(shù) 錐角 3 內表面粗糙度 Ra 0 63 小端直徑 D d 0 5 1 mm m 半徑 R R 1 2 mm 材料 T8A 21 由于主流道要與高溫的塑料熔體和噴嘴反復接觸和碰撞 所以主流道部分常設計成可拆卸的主 流道澆口套 以便選用優(yōu)質的鋼材單獨加工和熱處理 4 6 2 分流道 分流道是主流道與澆口之間的通道 一般開設在分型面上 起分流和轉向作用 分流道的長度 取決于模具型腔的總體布置和澆口位置 分流道的設計應盡可能短 以減少壓力損失 熱量損失和 流道凝料 常用分流道斷面尺寸推薦如表 4 1 所示 表 4 1 流道斷面尺寸推薦值 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm 塑料名稱 分流道斷面直徑 mm ABS AS 聚乙烯 尼龍類 聚甲醛 丙烯酸 抗沖擊丙烯酸 醋酸纖維素 聚丙烯 異質同晶體 4 8 9 5 1 6 9 5 1 6 9 5 3 5 10 8 10 8 12 5 5 10 5 10 8 10 聚苯乙烯 軟聚氯乙烯 硬聚氯乙烯 聚氨酯 熱塑性聚酯 聚苯醚 聚砜 離子聚合物 聚苯硫醚 3 5 10 3 5 10 6 5 16 6 5 8 0 3 5 8 0 6 5 10 6 5 10 2 4 10 6 5 13 分流道的斷面形狀有圓形 矩形 梯形 U 形和六角形 要減少流道內的壓力損失 希望流 道的截面積大 表面積小 以減小傳熱損失 因 此 可以用流道的截面積與周長的比值來表示流 道的效率 其中圓形和正方形的效率最高 但正 方形的流道凝料脫模困難 所以一般是制成梯形 流道 在該模具上取圓形斷面形狀 直徑為 6mm 4 6 3 冷料穴 冷料穴一般位于主流道對面的動模板上 或 主 流 道 拉 料 桿 處于分流道末端 其作用是存放料流前端的冷料 防止冷料進入型腔而形成冷接縫 此外 開模時 又能將主流道凝料從定模板中拉出 冷料穴的尺寸 圖 4 3 冷料穴的尺寸 宜稍大于主流道大端的直徑 長度約為主流道大端直徑 冷料穴的尺寸如圖 4 3 所示 4 6 4 澆口 澆口是連接分流道與型腔的一段細短的通道 它是澆注系統(tǒng)的關鍵部分 澆口的形狀 數(shù)量 尺寸和位置對塑件的質量影響很大 澆口的主要作用有兩個 一是塑料熔體流經(jīng)的通道 二是澆口 的適時凝固可控制保壓時間 澆口的類型有很多 有點澆口 側澆口 直接澆口 潛伏式澆口等 各澆口的應用和尺寸按塑件的形狀和尺寸而定 該模具采用側澆口 其有以下特性 形狀簡單 去除澆口方便 便于加工 而且尺寸精度容易保證 試模時如發(fā)現(xiàn)不當 容易及時修改 能相對獨立地控制填充速度及封閉時間 對于殼體形塑件 流動充填效果較佳 1 側澆口深度尺寸 H 的確定 H nt 0 6 1 6 0 96mm n 塑料系數(shù) PS 料取 0 6 t 塑件在澆口位置處的壁厚 該設計取殼體中間壁厚 t 1 6 mm 經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明 H 的取值范圍在 0 5 2 0mm 之間 若按澆口處壁厚計算則 H 0 6 5 3mm 超出 了經(jīng)驗值 而且由于澆口是易磨損部位 所以開始時取小值是有好處的 這有利于以后的修模 2 側澆口寬度尺寸 W 的確定 W 4 30An 1 A 型腔一側的表面積 A V t V 澆注體積 V 53 9 10 mm t 取平均壁厚 3 3mm 取 3mm 31 652 W 2 68 取 3mm 0 tVn039 56 澆口尺寸如圖 4 3 所示 4 6 5 剪切速率的校核 生產(chǎn)實踐表明 當注射模主流道和分流道的剪切速率 R 5 10 5 10 S 澆口的剪切速率231 R 10 10 S 時 所成型的塑件質量最好 對一般熱塑性塑料 將以上推薦的剪切速率值作為計451 算依據(jù) 可用以下經(jīng)驗公式表示 R 4 2 3 nvRq 式中 q 體積流量 CM S R 澆注系統(tǒng)斷面當量半徑 CM v3 1 主流道剪切速率校核 Q 0 8Q T 73 95 1 5 49 3 CM S 主 v公 3 T 注射時間 T 1 5 S R 0 27 CM n421d R 主流道的平均當量截面半徑 n d 主流道小端直徑 d 0 4 CM d 主流道大端直徑 d 0 68 CM 1 122 R 2 63 10 S 主 3 nvq 37 0149 31 2 分流道剪切速率的校核 第一級分流道 Q 27 CM S 1分 2主 9 53 R 0 3 CM n1 R 1 05 10 S 1分 3 nvq 3 0427 31 第二級分流道 Q CM S 2分 1分 5 3 因為當量半徑和第一