塑胶材料与工艺知识
2021年3月30日 目录
材料定义与分类
第一部分:塑胶材料
1)塑胶的分类与童车常用材料的特性
2)常用材料的鉴别
第二部分、成型基本原理
1)塑胶射出成形机构
2)塑胶射出机构分类
3)螺杆结构
4)我司常见塑膠成型工艺分类
5)成型示意图
第三部分、模具基础知识
1)模具的结构
2)模仁的材料
3)浇口分类
第四部分、塑料收缩率和模具尺寸
第五部分.常见的成形缺陷及解决方法
第六部分、塑料模具设计步骤
第七部分、表面处理简介
材料的定义与分类
1)材料的定义:具有满足指定工作条件下使用要求的形态和物理性状的物质
2)材料分类:
- 高分子材料 :以脂肪或芳香族的C-C共价键为基本结构的高分子化学物为主构成的材料,也称有机材料
- 无机非金属:(包括陶瓷材料,半导体材料等)
- 金属:一般分为铁基金属(黑色金属),非铁基金属(有色金属)
- 复合材料:是以一种材料为基体,另一种材料为增强体组合而成的材料,(按其组成分:①金属与金属复合材料②非金属与金属复合材料③非金属与非金属复合材料)
第一部分、塑胶材料
一、高分子材料分类
1、按来源分类 :
(1)天然:天然橡胶、棉花、蚕丝、麻、人体器官等
(2)半合成(改性天然高分子材料):羟乙基纤维素(卓越的增稠性、稳定性、造浆性能,降失水性能、粘合性能、保胶性能,已被广泛应用在乳胶漆涂料、建筑、油田开采、化工、食品、医药、化妆品、建筑等行业 ,全世界只有美国Hercules 、道化学、拜尔公司生产 )
(3)合成高分子材料:化学纤维、塑料和合成橡胶等
2、按受热时的行为分:
(1)热固性塑料:第一次加热时可以软化流动,加热到一定温度,产生化学反应—交链固化而变硬,这种变化是不可逆的,此后,再次加热时,已不能再次变软流动了。
酚醛、氨基(三聚氰胺、脲醛)聚酯、聚邻笨二甲酸二丙烯酯等,主要用于压铸、挤塑、注射成形。
热固性塑料的树酯固化前是线型或带支链的,固化后分子链之间形成化学键(化学变化),成为三度的网状结构,不仅不能再熔融,在溶剂中也不能溶解。
(2)热塑性塑料:加热时变软以至流动,冷却变硬,这种过程是可逆的,可以反复进行。
PP、PE、ABS、PA等,主要用于注射成形、挤塑。
热塑性塑料中树酯分子链都是线型或带支链的结构,分子链之间无化学键产生,加热时软化流动、冷却变硬的过程是物理变化。
3、按用途分
- 通用塑料:指生产量大,货源广,价格低,适于大量应用的塑料 。聚乙烯(PE)、聚氯乙烯(PVC)、聚苯乙烯(PS)、聚丙烯、(PP)、酚醛塑料(电木粉)合称五大通用塑料
- 工程塑料:指那些具有突出力学性能,耐热性,或优异耐化学试剂,耐溶剂性,或在变化的环境条件下可保持良好绝缘介电性能的塑料 。PA、PC、POM、ABS、PET、PBT、等。
- 特种塑料:具有某种特殊功能,适于某种特殊用途的,例如用于导电、压电、热电、导磁、感光、防辐射、光导纤维、液晶、高分子分离膜、专用于摩擦磨损用途等塑料 。
价格比较:
低價位塑膠:PP<HDPE<PS<PVC<LDPE<LLDPE<PET
中高價位塑膠:ABS<EVA<PMMA<POM<PA<PBT<PC+ABS<PC
塑膠材料6大特性
- 質輕
- 加工易
- 性質可隨需要而變
- 化學穩定性好
- 絶緣性佳
- 透明性及著色易
PE
- 化学名为聚乙烯,是结构最简单的高分子有机化合物
- 特点:白色蜡状半透明材料,柔而韧,比水轻,无毒,具有优越的介电性能。易燃烧且离火后继续燃烧。透水率低,对有机蒸汽透过率则较大。聚乙烯的透明度随结晶度增加而下降在一定结晶度下,透明度随分子量增大而提高。
- 聚乙烯的结构式为:
- 密度: 0.91~0.97g/cm3(采用不同的生产方法可得不同密度的产物)
- 熔点:高密度聚乙烯范围为132-135oC,低密度聚乙烯熔点较低(112oC)且范围宽
- 成型收缩率:1.5-3.6%
- 成型温度:140-220℃
PE的种类
- LDPE:低密度聚乙烯、高压聚乙烯,ρ=0.91-0.925g/cm3
- LLDPE:线形低密度聚乙烯,用薄膜挤出工艺,因为在LLDPE中缺少长支链使聚合物不缠结。
- MDPE:中密度聚乙烯、双峰树脂, ρ=0.926-0.94g/cm3
- HDPE:高密度聚乙烯、低压聚乙烯,一半以上用于薄膜制品,其次是管材、注射成型制品、电线包裹层等, ρ=0.941-0.97g/cm3
- UHMWPE:超高分子量聚乙烯 ,由于超高分子聚乙烯优异的综合性能,可作为工程塑料使用。
- 改性聚乙烯:氯化聚乙烯(CPE)、交联聚乙烯(PEX)
- 乙烯共聚物:乙烯-丙烯共聚物(塑料)、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA) 、乙烯-丁烯共聚物、乙烯-其它烯烃(如辛烯POE、环烯烃)的共聚物、乙烯-不饱和酯共聚物(EAA、 EMAA 、EEA、EMA、EMMA、EMAH)
注塑成型工艺
工艺参数 | LDPE | HDPE | |
料筒温度/℃ | 后部 | 140-160 | 140-160 |
中部 | 160-170 | 180-190 | |
前部 | 170-200 | 180-220 | |
喷嘴温度/ ℃ | 170-180 | 180-190 | |
模具温度/ ℃ | 30-60 | 30-60 | |
注射压力/MPa | 50-100 | 70-100 | |
螺杆转速/(r/mm) | <80 | 30-60 |
PP
- 化学名称:聚丙烯,密度0.89~0.91g/cm3,是最轻的通用塑料 ,俗称”百折胶”
- 结构式:
- 特点:无毒、无味,密度小,强度、刚度、硬度耐热性均优于低压聚乙烯,可在100度左右使用.具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响,但低温时变脆、不耐磨、易老化.适于制作一般机械零件,耐腐蚀零件和绝缘零件 。常见的酸、碱有机溶剂对它几乎不起作用,可用于食具。
- PP不存在环境应力开裂问题。通常,采用加入玻璃纤维、金属添加剂或热塑橡胶的方法对PP进行改性,共聚物型的强度比均聚物型的要高
- 所有的商品级聚丙烯都含有稳定剂,以便在加工时保护材料,提供令人满意的最终使用性能,比如:抗氧、抗紫外线、添加抗静电等。
- 应用广泛的通用塑料,由于其结晶度小,表面张力小,以及材料表面存在弱界面层而使其表面粘合及涂装性能差。
1、特性
1)半结晶料,吸湿性小,易发生融体破裂,长期与热金属接触易分解.由于均聚物型的PP温度高于00C以上时非常脆因此许多商业的PP材料是加入1~4%乙烯的无规则共聚物或更高比率乙烯含量的钳段式共聚物
2)流动性好,但收缩范围及收缩值大,易发生缩孔.凹痕,变形.
3)冷却速度快,浇注系统及冷却系统应缓慢散热,并注意控制成型温度.料温低温高压时容易取向,模具温度低于50度时,塑件不光滑,易产生熔接不良,流痕,90度以上易发生翘曲变形
4)塑料壁厚须均匀,避免缺胶,尖角,以防应力集中.
2、按甲基排列位置分为三种
1)等规聚丙烯:甲基原子团都处在聚合物骨架的同一侧,这一结构很容易形成结晶态,结晶性赋予它良好的抗溶剂和抗热性能 ,与PE相比较,等规聚丙烯更易受光和热而氧化降解
2)无规聚丙烯:生产等规聚丙烯的副产物,简称APP,结构不规整,内聚力低,故机械性能和耐热性较差,在室温下是非结晶、微带粘性的白色蜡状固体。无毒、无腐蚀、熔点高、粘度大、韧性高、润滑性好,有很好的耐湿性,主要有热熔胶粘剂,填堵和密封材料,油墨和润滑油的增稠剂,乳化剂,涂料,纸张复合材料加工,制造发泡体,铺路以及防水材料等多种用途
3)间规聚丙烯:立体结构中甲基侧链交替规整地排列在主链两侧,为结晶性均聚物。物化性质与等规聚丙烯相近,其抗冲击强度为等规聚丙烯的两倍,但刚性和硬度则仅及等规聚丙烯的一半
一般生产的聚丙烯树脂中,等规结构的含量为90-95%,其余为无规或间规聚丙烯
3、注塑模工艺条件
1)干燥处理:如果储存适当则不需要干燥处理。
2)成型温度:220~270C,注意不要超过270C。它有良好的热稳定性(分解温度为310℃),但高温下(270-300℃),长时间停留在炮筒中会有降解的可能
3)模具温度:40~800C,建议使用500C。结晶程度主要由模具温度决定。
4)注射速度:通常,使用高速注塑可以使内部压力减小到最小。如果制品表面出现了缺陷,那么应使用较高温度下的低速注塑。
ABS
●化学名称:丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物,A代表丙烯腈,B代表丁二烯,S代表苯乙烯,
A、丙烯晴的特性是耐热性、耐化学性、刚性、抗拉强度;
B、丁二烯的特性是抗冲击强度;
S、苯乙烯的特性是加工流动性,光泽性 ;
●比重:1.05g/cm3 成型收缩率:0.4-0.7%
1、特点:
1)综合性能较好,冲击强度较高,化学稳定性,电性能良好.
2)有高抗冲、高耐热、阻燃、增强、透明等级别。
3)流动一般,比PMMA、PC等好,柔韧性好。
2、成型特性
1)无定形料,流动性中等,吸湿大,必须充分干燥,表面要求光泽的塑件须长时间预热干燥80-90 ℃,3小时.
2)宜取高料温,高模温(180~240 ℃ ),但料温过高易分解(分解温度为>270℃).对精度较高的塑件,模温宜取50-60 ℃,对高光泽.耐热塑件,模温宜取60-80 ℃.
3)如成形耐热级或阻燃级材料,生产3-7天后模具表面会残存塑料分解物,导致模具表面发亮,需对模具及时进行清理,同时模具表面需增加排气位置。
PA
化学名称:聚酰氨,俗称尼龙(Nylon)密度:1.12~1.14g/cm3;
1、特性:
1)性质:结晶性塑胶,有明显熔点,含吸水基故有吸水性,成形前须干燥,温度过高干燥则尼龙粒变色;
2)优点 :具高抗张強度、耐韧、耐冲击性特优、自润性、耐磨性佳、耐药品性优、低温特性佳、具自熄性;
3)缺点 :尼龙吸湿性高、长期尺寸精密度及物性受影响。
五大工程塑料中产量最大、品种最多、用途最广的品种
聚酰胺(PA)、聚碳酸酯(PC)、聚甲醛(POM)、聚酯(主要是PBT)及聚苯醚(PPO)
2、加工特性
1)尼龙容易受潮。在大气中,PA的平衡吸水率为3.5%、PA66为2.5%,尼龙含水量对其力学性能有较大的影响。在熔融状态下,水分的存在,会引起尼龙的水解而导致分子量下降,使制品机械性能下降,还会在成型中使制品表面出现气泡、银丝和斑纹等缺陷。所以成型前必须充分干燥.
2)尼龙熔体粘度低、流动性大,可以用来加工很薄的元件,但喷嘴会产生”流延”现象。浪费原料,污染喷嘴。如果用螺杆式注射机成型,注射时熔体会在螺杆和料筒壁之间出现逆流,使注料不准,所以,尼龙在螺杆式注射机成型时,在螺杆端部必须安装止逆环。
3)PA66的收缩率在1%~2%之间,加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到0.2%~1%
PA6与PA66的区别
名称 | 聚已内酰胺 | 聚已二酰已二胺 | ||
分子式 | [-NH-(CH2)5-CO]n- | [-NH(CH2)6-NHCO(CH2)4CO]n- | ||
密度 | 1.13g/cm3 | 1.14 g/cm3 | ||
吸水率(24H浸泡) | 1.8% | 1.2% | ||
吸水率(饱和吸水) | 10.7% | 8.5% | ||
熔点 | 215-225℃ | 255℃ | ||
料温 | 230-280℃ | 260-290 ℃ | ||
抗冲击性,抗溶解性 | PA6>PA66 | |||
疲勞強度,耐熱性 | PA6<PA66 | |||
刚性 | PA6<PA66 | |||
韧性 | PA6>PA66 | |||
结晶度 | 20-30%(透明度高)) | 30-35% |
3)尼龙是结晶性高聚物。尼龙需要在较高温度下成型,熔融状态的尼龙热稳定性较差,易分解。因此必须严格控制工艺条件。
4)尼龙的成型收缩率大(1.6%),对于制造高精密度的制品,模具设计应在试验的基础上确定其尺寸,成型工艺应严格控制。
5) 模具温度:80-90 ℃
★加玻璃纤维增强尼龙相应的加工温度要高10~20℃。熔化溫度避免超過 300 ℃
POM
1、化学名称:聚氧化聚甲醛,常称聚甲醛、缩醛树脂聚甲醛,又称赛钢、特灵 ;
2、按分子链结构不同,聚甲醛可分为均聚甲醛和共聚甲醛
3、结构式:
均聚甲醛ROCH2(-OCH2-)nOCH2OR,式中R为-CH3或CH3-CO-
共聚甲醛 (-CH2-O)m-(CH2-O-CH2-O-CH2)-n,式中m:n=95:1
均聚合物(只有-C-O-) | 共聚合物(含有-C-C-) | |
比重 | 1.42 | 1.41 |
伸长率(%) | 40 | 60 |
拉伸强度 | 72 | 62 |
吸水率 | 0.2% | 0.22% |
熔点( ℃ ) | 179 | 165 |
热稳定性 | 均聚热稳定性差加工温度窄(10度) | |
结晶度 | 75-85% | 70-75% |
冲击强度(无缺) | 108(KJ.M-2) | 95 (KJ.M-2) |
3、物理性能:
1)有优异的耐摩擦性能一种表面光滑,有光泽的硬而致密的材料,白色粉末状或粒状固体;
2)稳定性:可在-40- 100 ℃温度范围内长期使用。
3)优越的的耐磨性和自润滑性;
4)有良好的耐油,耐过氧化物性能。很不耐酸,不耐强碱和不耐月光紫外线的辐射;
5)吸水性小,尺寸稳定,这些性能都比尼龙好,在热塑性树脂中是最坚韧的。具抗热强度,弯曲强度,耐疲劳性强度均高;
6)均聚甲醛比共聚甲醛的力学性高略高10~20%.
4、成型:熔化溫度:180 -210 ℃ 模具溫度:80 -105 ℃
PVC
- 化学名称:聚氯乙烯,本色为微黄色半透明状,有光泽。分为软、硬PVC,软制品柔而韧,手感粘,硬制品的硬度高于低密度聚乙烯,而低于聚丙烯,在屈折处会出现白化现象
- 材料的结构如下:
- 最大特点是阻燃,因此被广泛用于防火应用。但是聚氯乙烯在燃烧过程中会释放出氯化氢和其他有毒气体
- 密度 1.38 g/cm3,熔点 212 ℃
- 成型温度:160~220 ℃
- 聚氯乙烯树脂本身并无毒性。但所添加的增塑剂、防老剂等主要辅料有毒性,日用聚氯乙烯塑料中的增塑剂,主要使用对苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯等,这些化学品都有毒性,聚氯乙烯的防老剂硬脂酸铅盐也是有毒的,含铅盐防老剂的聚氯乙烯(PVC)制品和乙醇、乙醚及其他溶剂接触会析出铅 。
PC
PC化学名称:聚碳酸酯,俗称为防弹玻璃胶,具有良好的韧性及耐冲击强度,
1、吸水性较強,干燥温度较高100-120 ℃烘烤4H-8H,原料未充分干燥会使产品机械性能变劣导致产品破裂。
2、PC透明本色原料,如烘烤温度过高或烘烤时间过久,还会导致原料出现颜色变黃现象。
3、成型温度:一般在250-300 ℃.
4、模温的要求比较高,模温过低会导致塑胶流动性较差,产品不易饱模,外观品质难以达到要求,也会导致日后产品破裂及冲击強度降低,但模温使用太高时,产品不能很快冷却,脱模困难,容易翘曲,內部筋位还会粘在公模內,为改善此现象,必须延长成型周期,影响生产效率.
常用材料经1百万次弯曲后的疲劳强度比较
塑胶种类 | 疲劳强度/MPa | 塑胶种类 | 疲劳强度/MPa |
共聚甲醛(M90) | 25 | PA66 | 23-25 |
共聚甲醛(M25) | 27 | PC | 7-10 |
20%增强共聚甲醛 | 35 | PP | 11-22 |
均聚甲醛 | 30 | ABS | 11-15 |
PA6 | 12-19 | HDPE | 11 |
HPVC | 13-17 |
四、塑料材质判定方法
1.比重(略,详见各材料密度)
2.外观(透明性,光泽度,软硬度)
3.溶解度
4.熔点
5.热裂解
6.热裂解气体酸碱性
7.热烧试验(黑烟 、滴垂性、火焰颜色、气味)
6、燃烧法鉴别
塑胶 名称 |
燃烧 难易 |
离焰是否 继续燃烧 |
火焰的形状 | 气味 | 其他现象 |
PA6 PA66 |
难燃 | 慢慢熄灭 | 蓝色,尖端黄色 | 特殊刺激味 毛发燃烧气味 |
熔融滴落 起泡 |
PP | 易 | 继续燃烧 | 黄色 | 石油气味 | 熔融滴落 |
PC | 难燃 | 慢慢熄灭 | 黄色,冒烟 | 酚味刺鼻 | 软化 |
ABS | 易 | 继续燃烧 | 黄色,浓黑烟 | 杂花甜味 | 有熔融滴落 |
POM | 易 | 继续燃烧 | 淡蓝 | 剌鼻,甲醛味 | 熔融滴落 |
PE | 易 | 继续燃烧 | 黄色(带蓝光) | 蜡烛燃烧味 | 熔融滴落 |
PVC | 难燃 | 离火即灭 | 黄色(带绿光) | 剌鼻臭味 盐酸味 |
软化 |
EVA | 易 | 继续燃烧 | 黄色,冒浓烟 | 醋酸乙烯味 | 熔融滴落 |
PMMA | 易 | 继续燃烧 | 黄色(带蓝光) | 有芳香甜味 | 熔化起泡 |
PU | 易 | 继续燃烧 | 氮氧化物味 | / |
第二部分.塑胶成型
1.塑胶射出成形机基本构造5大系统:
1.控制系统 4.托模系统
2.射出系统 5.夹模系统
3.油压系统
2.塑胶成型机分类
1)依锁模装置机构分类
- 肘节式:利用肘节机构,执行模具的开关及锁模的动作
- 直压式:利用油压缸的直接压力作为锁模力的动力来源
- 肘节直压式:将肘节式及直压式机构组合,模具开关以肘节,锁模则利用油压缸装置
- 复合直压式:结合直压缸及支柱转盘结构或滑块闭模结构的直压式锁模
2)射出装置及锁模装置的配列方式分类
- 横(卧)式:射出装置及锁模装置均依水平(横)方向组合而成,操作员所占位置的左侧为锁模机构,右侧为射出机构;
- 立式:依直立方向组合而成,一般射出装置都装配于锁模装置的上面
3)依射出装置的组数分类
- 变色射出:和一般成型机相同,仅其射出系统有2套左右对向配置 的射出机构,在执行射出时,以2次成形射出动作完成同一成品;
- 混色射出:由2套射出装置构成,当两种不同颜色的材料,由不同的射出机构射出后在喷嘴处产生合流,变化射出速度、时间、压力时,可以获得各种色彩和模样的产品;
- 夹层射出:主要由传统塑胶射出机上增加一组复合射嘴及料管组,形成独立的变料管,在射出过程中,可以同时或间隔方式将2种熔胶透过共同的射嘴射入模穴中,达成双料共射,将传统的2次加工改为1次成形。
3.螺杆的基本构造
- L/D = 20:1 (通常为16~20)
- 压缩比 = =2.5:1(通常为2~3)
4、我司常见塑膠成型工艺分类
- 擠塑成型
- 射出成型
- 双色注射成型
- 气体辅助注射成型
- 吹塑成型
- 热成型
- 模内发泡成型
- 模外发泡成型(二步发泡法)
擠塑成型
原理:將熔融的塑膠自模具內以擠壓的方式往外推出,而得與模口相同幾何形狀的流體,冷卻固化後,得到所要的零件。
應用于截面相同的零件。如橡塑护套、PVC篷杆等。
射出成型
原理:
首先將固體塑膠材料加熱熔解成液態,而後將其射入模具中,再行冷卻、凝固即成零件。
應用:推车常用塑胶零件
双色注射成型
原理:两个注射系统和两副模具共用一个合模系统。模具固定在回转板上,当其中一个注射系统向模内注入一定数量的A种塑料后(未充满型腔),回转板动作,将此模具送至另一个注射系统工作位置,该系统立即向模内注入B种塑料,直至充满整个型腔为止,制品经过保压冷却定型后脱模。
气体辅助注射成型
原理:先向模具型腔内注入准确计量的塑胶熔体,再通过特殊的喷嘴向熔体中注入压缩气体,气体在熔体内沿阻力最小的方向扩散前进时,推动熔体充满型腔并对熔体进行保压,待塑料熔体凝固后排出熔体中的气体,开模顶出制品。
应用:G3588扶手把
吹塑成型
原理:將做好的瓶胚(擠製或注射成型…)加熱至一定溫度,放於模具中,吹入壓縮空氣便瓶胚受壓而貼於模上,冷卻後開模取出。
應用:瓶子,容器。
热成型
原理:將膠膜或是膠板加熱到半融狀態,以壓力將其成型至與模穴相同的形狀,待冷卻後經後處理(如:裁邊)即得所需之產品。
應用:ST105塑胶底座。
模内发泡成型
原理:用可发性泡沫塑料,在相关模具中直接成型为泡沫塑件
应用:如EVA座兜
模外发泡成型(二步发泡法)
原理:先用可发性泡沫塑料在压模中预压成胚料后,再在烘箱或其它保温装置中发泡成型。
应用:如EVA发泡轮胎
第三部分、模具基础知识
1、两板模结构
2、 三板模结构
3、模仁材料:
产品的材质和模具的寿命要求将影响模仁材料的选择。
产品材质:
a.一般性材料,非防火級 (P20、NAK80、 SKD61)
b.防火级,加玻纤材料 (420系列)
c.高模温材料 (SKD61,H13)
模具寿命考量:
1.实验模(5000模次以下、P20国产)
2. 10 万模次 (P20特级版)
3. 30 万模次 (NAK80)
4. 50 万模次 (SKD61,8407)
5. 100 万模次 (S136)
4、浇口种类:
- 1.直接浇口(包含热浇道);
- 2.侧浇口(直接 搭接 扇形 护耳)
- 3.潜伏 (包含香蕉形)
- 4.针点
- 5.薄膜 平缝
- 6.轮辐 盘形 爪形 环形
第四部分、塑料收缩率和模具尺寸
设计塑料模时,确定了模具结构之後即可对模具的各部分进行详细设计,即确定各模板和零件的尺寸,型腔和型芯尺寸等。这时将涉及有关材料收缩率等主要的设计参数。因而只有具体地掌握成形塑料的收缩率才能确定型腔各部分的尺寸。即使所选模具结构正确,但所用参数不当,就不可能生产出品质合格的塑件。
塑料收缩率及其影响因素
热塑性塑料的特性是在加热後膨胀,冷却後收缩,当然加压以後体积也将缩小。 在注塑成形过程中,首先将熔融塑料注射入模具型腔内,充填结束後熔料冷却固化,从模具中取出塑件时即出现收缩,此收缩称为成形收缩。塑件从模具取出到稳定这一段时间内,尺寸仍会出现微小的变化,一种变化是继续收缩,此收缩称为後收缩。另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀。例如尼龙610含水量为3%时,尺寸增加量为2%;玻璃纤维增强尼龙66的含水量为40%时尺寸增加量为0.3%。但其中起主要作用的是成形收缩。 目前确定各种塑料收缩率(成形收缩+後收缩)的方法,一般都推荐德国国家标准中DIN16901的规定。即以23℃±0.1℃时模具型腔尺寸与成形後放置24小时,在温度为23℃,相对湿度为50±5%条件下测量出的相应塑件尺寸之差算出。
收缩率S由下式表示: S={(D-M)/D}×100%(1)
其中:S-收缩率; D-模具尺寸; M-塑件尺寸。
如果按已知塑件尺寸和材料收缩率计算模具型腔则为 D=M/(1-S) 在模具设计中为了简化计算,一般使用下式求模具尺寸:
D=M+MS(2)
如果需实施较为精确的计算,则应用下式: D=M+MS+MS2(3)
但在确定收缩率时,由於实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近似值,因而用式(2)计算型腔尺寸也基本上满足要求。在制造模具时,型腔则按照下偏差加工,型芯则按上偏差加工,便於必要时可作适当的修整。
难於精确确定收缩率的主要原因,首先是因各种塑料的收缩率不是一个定值,而是一个范围。因为不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同,即使是一个工厂生产的不同批号同种材料的收缩率也不一样。因而各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。其次,在成形过程中的实际收缩率还受到塑件形状,模具结构和成形条件等因素的影响。下面对这些因素的影响作一介绍。
塑件形状
对於成形件壁厚来说,一般由於厚壁的冷却时间较长,因而收缩率也较大,如图1所示。 对一般塑件来说,当熔料流动方向L尺寸与垂直於熔料流方向W尺寸的差异较大时,则收缩率差异也较大。 从熔料流动距离来看,远离浇口部分的压力损失大,因而该处的收缩率也比靠近浇口部位大。 因加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力,因而这些部位的收缩率较小。
模具结构
浇口形式对收缩率也有影响。用小浇口时,因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大。 注塑模中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键。冷却回路设计得不适当,则因塑件各处温度不均衡而产生收缩差,其结果是使塑件尺寸超差或变形。在薄壁部分,模具温度分布对收缩率的影响则更为明显。
成形条件
料筒温度:料筒温度(塑料温度)较高时,压力传递较好而使收缩力减小。但用小浇口时,因浇口固化早而使收缩率仍较大。对於厚壁塑件来说,即使料筒温度较高,其收缩仍较大。
补料:在成形条件中,尽量减少补料以使塑件尺寸保持稳定。但补料不足则无法保持压力,也会使收缩率增大。
注射压力:注射压力是对收缩率影响较大的因素,特别是充填结束後的保压页号335压力。在一般情况下,压力较大的时因材料的密度大,收缩率就较小。
注射速度:注射速度对收缩率的影响较小。但对於薄壁塑件或浇口非常小,以及使用强化材料时,注射速度加快则收缩率小。
模具温度:通常模具温度较高时收缩率也较大。但对於薄壁塑件,模具温度高则熔料的流动阻抗小,*]而收缩率反而较小。
成形周期:成形周期与收缩率无直接关系。但需注意,当加快成形周期时,模具温度、熔料温度等必然也发生变化,从而也影响收缩率的变化。在作材料试验时,应按照由所需产量决定的成形周期进行成形,并对塑件尺寸进行检验。用此模具进行塑料收缩率试验的实例如下。 注射机:锁模力70t 螺杆直径Φ35mm 螺杆转速80rpm 成形条件:最高注射压力178MPa 料筒温度230(225-230-220-210)℃ 240(235-240-230-220)℃ 250(245-250-240-230)℃ 260(225-260-250-240)℃ 注射速度57cm3/s 注射时间0.44~0.52s 保压时间6.0s 冷却时间15.0s
模具尺寸和制造公差
模具型腔和型芯的加工尺寸除了通过D=M(1+S)公式计算基本尺寸之外,还有一个加工公差的问题。按照惯例,模具的加工公差为塑件公差的1/3。但由於塑料收缩率范围和稳定性各有差异,首先必须合理化确定不同塑料所成形塑件的尺寸公差。即由收缩率范围较大或收缩率稳定较差塑料成形塑件的尺寸公差应取得大一些。否则就可能出现大量尺寸超差的废品。 为此,各国对塑料件的尺寸公差专门制订了国家标准或行业标准。中国也曾制订了部级专业标准。但大都无相应的模具型腔的尺寸公差。德国国家标准中专门制订了塑件尺寸公差的DIN16901标准及相应的模具型腔尺寸公差的DIN16749标准。此标准在世界上具有较大的影响,因而可供塑料模具行业参考。
关於塑件的尺寸公差和允许偏差
为了合理地确定不同收缩特性材料所成形塑件的尺寸公差,让标准引入了成形收缩差△VS这一概念。 △VS=VSR-VST(4)
式中: VS-成形收缩差 VSR-熔料流动方向的成形收缩率 VST-与熔料流动垂直方向的成形收缩率。
根据塑料△VS值,将各种塑料的收缩特性分为4个组。△VS值最小的组是高精度组,以此类推,△VS值最大的组为低精度组。 并按照基本尺寸编制了精密技术、110、120、130、140、150和160公差组。并规定,用收缩特性最稳定的塑料成形塑件的尺寸公差可选用110、120和130组。用收缩特性中等稳定的塑料成形塑件的尺寸公差选用120、130和140。如果用这类塑料成形塑件的尺寸公差选用110组时,即可能出大量尺寸超差塑件。用收缩特性较差的塑料成形塑件的尺寸公差选用130、140和150组。用收缩特性最差的塑料成形塑件的尺寸公差选用140、150和160组。 在使用此公差表时,还需注意以下各点。 表中的一般公差用於不注明公差的尺寸公差。直接标注偏差的公差是用於对塑件尺寸标注公差的公差带。其上、下偏差可设计人员自行确定。例如公差带为0.8mm,则可以选用以下各种上、下偏差构成。0.0;-0.8;±0.4;-0.2;-0.5等。 每一公差组中均有A、B两组公差值。其中A是由模具零件组合形成的尺寸,增加了模具零件对合处不密合所形成的错差。此增加值为0.2mm。其中B是直接由模具零件所决定的尺寸。 精密技术是专门设立的一组公差值,供具有高精度要求塑件使用。 在此用塑件公差之前,首先必须知道所使用的塑料适用哪几个公差组。
模具的制造公差
德国国家标准针对塑件公差制订了相应模具制造公差的标准DIN16749。该表中共设4种公差。不论何种材料的塑件,其中不注明尺寸公差尺寸的模具制造公差均使用序号1的公差。具体公差值由基本尺寸范围确定。 不论何种材料塑件中等精度尺寸的模具制造公差为序号2的公差。不论何种材料塑件较高精度尺寸的模具制造公差为序号3的公差。精密技术相应的模具制造公差为序号4的公差。
可以合理地确定各种材料塑件的合理公差和相应的模具制造公差,这不仅给模具制造带来方便,还可以减少废品,提高经济效期益。
第五部分.常见的成形缺陷及解决方法
- 充填不足(SHOT SHORT)
定义:充填不足(SHOT SHORT)是熔融塑料未完全流遍成型空间(模穴)的各个
角落之现象.
原因对策:
- 成型品与射出机匹配不当,可塑化能力或射出量不足.
改善对策:需更换适当机台.射出成型品含浇道重量以不超过射出机
台最大射出量之80%为限.
- 喷嘴射出口径太小,冷料阻塞.
改善对策:加大喷嘴射出口尺寸,以3.50Z(80~90 tons)射出喷嘴口
径应为2.0~2.2m/mψ.
- 流道设计不良时,塑料流动阻力大.
改善对策:修改流道尺寸以符合实际需要.
- 塑料熔化不均匀,造成射出压力降过大所致.
改善对策:适当的调整背压与螺杆转速,使塑料混炼均匀.
- 流道中冷料井预留不足或不当,冷料头进入成型品而阻碍塑料之正常流动充满模穴.
改善对策:增加冷料井储存空间或打多段射出移开冷料头使塑料充
填顺畅.
- 模具温度太冷,塑料在某一特定压力下流动困难.
改善对策:斟酌生产上实际需要,提高模具温度.
- 毛边(BURR&FLUSH)
定义:熔融塑料流入分模面或侧向蕊型的对合面间隙会发生BURR;模具锁模
力足够,但在浇道与横流道会合处产生薄膜状多余树脂为FLUSH.
原因与对策:
- 模具的锁模力不足,塑料高压射入模具内时会在分模面发生间隙,塑料由此缝流出.
改善对策:调整锁模力,提高锁模吨数.如已调至该机台最大锁模力
还无法改善,可更换较大型机台成型.
- 模具(固定侧)未充分接触喷嘴,模具发生间隙时.
改善对策:调整足射座顶力.
- 模具导锁摩损,分模面偏移或模具安装板受损,导杆(大柱)强度不足发生弯曲时.
改善对策: a更换模具销. b模具安装板整修.
(4)异物附着模面时.
改善对策:清除模面异物.
(5)成型品投影面过大或树脂(塑料)温度太高.
改善对策:(a)更换较大机台. (b)降低塑料温度.
- 收缩下陷(SINK MARKS)
定义:成型品表面产生凹陷的现象.这是体积收缩所致,通常见于肉厚部分、
肋或凸出的背面、直接浇口肉厚不均的部份.
原因对策:
- 射出压低的场合
射出压低则树脂的压缩不完全而产生收缩下陷,最好提高射出压.
(2)射出压保持时间短的场合
射出压保持时间短,则无法弥补树脂的热收缩量,另外也容易造成回
流(back flow),而发生压缩不完全,因此延长射出保持时间.
(3)射出速度过慢、过快的场合
太慢的话,固化即刻开始,压力传达不足,因此需加快射出速度.另外,
太快的话,仅能填充少量,所以要减缓射出速度,增加计量.
(4)射出量少的场合
射出量少则树脂的压缩少,因此需加射出量.
(5)树脂温度高,模温高的场合
如此,冷却速度慢,收缩完全而产生收缩下陷,因此最好降低树脂温度
及模温.
(6)横浇道、进浇道口狭小场合
横浇道、进浇口狭小的话,压力损失增大,树脂压降低,则压缩不完全.
大部加大时浇口而横浇道维持原状,但长的横浇道压力损失是进浇口
的数倍,因此不仅考虑进浇口对横浇道也不可遗忘.太大的横浇道将会
浪费材料,因此不可随便加大.
(7)有厚肉部与宽的补强肋的场合
普通补强肋厚度需控制在壁厚的0.5~0.8倍以内,距离进浇口远的位
置或容易造成收缩下陷问题的位置,尽量减小补强肋的肉厚.另外,为
了缩小与周围的热收缩差,由周边部补强肋.有根部渐渐增加肉厚.
(8)模具冷却不适当的场合
模具冷却不适当将使热收缩不均一,因此厚肉部与补强肋的根部肉厚
的地方需要有足够的冷却.
(四) 气泡(BUBBLES & VOIDS)
定义:熔融塑料中有水份、挥发性气体于成型过程进入成型品内部而残留的
空洞现象谓气泡(BUBBLES)
对策:
- 材料进行预先干燥.
- 使储料桶部的冷却充分,降低储料桶侧温度,并提高背压,使气体能由储料桶侧排出.
- 树脂温度过高,则气体的发生量多,此时则必需下降加热缸筒的温度.
(五)破裂(CRACKING)与龟裂(CRAXING)
定义:成型品表面裂痕严重而明显者为破裂(CRACKING).
成型品表面呈毛发状裂纹,制品尖锐突角处常呈现此现象谓之龟裂现象.
裂纹为成型品的致命缺陷,主要的原因如下:
- 脱模不良所致. (3)模子温度过低.
- 过度充填所致. (4)制品构造上的缺陷所致.
a为避免脱模不良所致的该毛病时母模各部份要设充分的退模斜度,研磨模
子表面,检讨顶出销的粗细、配置等,顶出时成型品各部份的脱模阻力要均
匀.
b过度充填是施加过大的射出压力或材料计量过多,成型品内部应力过大,脱
模时造成裂纹,在此种状态,模子配件的变形也增大,更难脱模,肋常破裂,
此时宜低射出压力、低树脂温度、低模子温度,防止过度充填.
(六) 白化(BLUSHING)
定义:成型品脱模之际,因顶出销的顶力或成型品倒钩(UNDERCUT)位之阻力,
该部呈现白色痕迹称为白化(BLUSHING).
白化并非裂纹,但却是裂纹(龟裂)之前兆,当见于ABS.HIPS等塑件.白
化是成型品内部显著的残留应力所致,应注意龟裂现象之发生.
(七)变形(STRAIN)—翘曲、扭曲
定义:变形可分成翘曲与扭曲两种现象.平行边变形者称为翘曲(WRAPING);
对角线方向的变形称为扭曲(TORSION).
这些变形为成形时的各种内部应力所致,原因大致如下:
- 脱模时的内部应力所致.
- 模具温度控制不充分或不均匀所致.
- 材料或填充料的流动配向所致.
- 成形条件不适当所致.
- 成形品形状,肉厚等所致.
变形的对策是依制品形状面定,对于变形的因素有很大的不同
- 肉厚不均一,冷却不均一的场合
因树脂的冷却速度不一样,冷却速度快的地方收缩变小,冷却速度慢
的地方收缩大,面发生变形.则厚肉的地方必需有效地冷却,或距进胶
口远的地方树脂温度较低,因此距离浇口近的地方冷却,而距进浇口
远的地方提高模温,刻意地设置温度差.
(2)全体的收缩小,或收缩差小的场合
利用低模温、低树脂温减小树脂的热收缩,或利用高射出压,长射出
保持时间提高压缩性,充分补足热收缩量.
(八)熔合线
定义:熔合线(weld line)是熔融材料二道或二道以上合流的部分所形成的细
线.
熔合线发生的原因如下所示:
- 成型品形状(模具构造)所致材料的流动的方式.
- 熔合材料的流动性不良.
- 熔融材料合流处卷入空气,挥发物或脱模剂等异物.
熔合线是流动的材料前端部合流时,此部分的材料温度特别低所致,即合
流部未能充分熔合所致.成型品的窗,孔部周边难免会造成材料合流,而
产生熔合线.但材料的流动性特别良好时,可使熔合线几乎看不见,同时,
升高材料温度,增高模具温度,亦可使熔线之程度减至最小.
改变浇口位置,数目,将发生熔合线的位置移往他处,或在熔合线设置排
气孔,迅速疏散此部分的空气及挥发物,或在熔合部附近设材料溢流池,
将熔合线移至溢流池,事后再将其切除等皆是有效的处置对策.
熔合线不仅有碍成形品之外观,同时也不利于成形品强度.玻璃纤维等
结合线在射出成形中是不可避免的现象,通常表现于成形品的不连续部.溶
融树脂在模具内分流后再度合流时,树脂温度降低,而产生无法完全融合,
这是因树脂的流动性的恶化,树脂温度过量下降及模具内的树脂融合部的
排气不良造成.下图是结合线的例子.
(1) 树脂温与模温低的场合
树脂温度与模温低则树脂的流动性恶化,因此需提高树脂温度与模温,
增强树脂的流动性,提高融合时的树脂温.
- 射出压低的场合
射出压低则树脂的流动性恶化,因此需提高射出压力.
- 射出速度慢的场合
射出速度慢则树脂的流入速度,而降低了融合时的温度,因此需增高射出速度.
- 浇道,浇口过小的场合
浇道,浇口过小则流动阻力大,使流动性恶化,因此要增大横浇道,进浇口
- 由进浇口到结合部的距离长的场合
由进浇口到结合部的距离长,则树脂温度大幅降低,此时必需追加进浇口,变更位置.
(6) 排气不良的场合
汇集于融合部的空气.挥发分.水分.离模剂等影响树脂的融合,因此如图
3所示,设置排气梢.排气沟或利用顶出梢排气,或如图4所示,设置树脂
的滞留区,并需清除模具,干燥树脂.
(7) 进浇口的位置与数量不适文件
可能的话尽量减少分流,进浇口位置需设于结合线不显眼位置与不施加力量的地方.
(九) 流
痕(FLOW MARKS)
定义:流痕(flow mark)是熔融材料流动的痕迹,以浇口为中心而呈现的条纹
模样.
流痕是最初流入成形空间内的材料冷却过快,而与其后流入的材料间形成界
线所致.为了防止流痕,可增高材料温度,改善材料流动性,调整射出速度,
改善对策:(1)增高聚合物温度及模具温度,充填中的聚合物保持高温,在低粘度
状态充填,即可防止.
(2) 模具的冷却水沟位置在浇口部或其附近时,或在薄肉处时,聚合
物温度下降而充填成形空间,或聚合物温度的下降超出必要以上
时,故易发生.此时须修正冷却水沟的位置.
(3)喷嘴过小的话,喷嘴部的聚合物温度易下降,在射出初期压入,或
粘度增高,引起压力降低.发生波纹.
(4) cushion量(射出后残留的熔融聚合物)少的话,聚合物停滞加热
简内的时间短,实际的聚合物温度比指示温度低.因而须增加
cushion量,在加热简内有充分的停滞时间升高聚合物温度.
(十)喷流痕(JETTING MARKS)
定义:喷流痕是熔融塑料由浇口往成型空间(模穴)内射出时呈纽带状固化,
而在成型品表面成蛇行状态.
使用侧状浇口的成型品,在材料流路中无滞料部或不充足时,容易产生喷流
痕,原因是急速通过浇口的冷材料直接进入成型空间,然后接触成型空间
表面而固化,接着被随后进入的热材料推流,而残留蛇行痕迹.
防止喷流痕的方法是在流道系统设置足够的滞料部,或增大浇口面积,增
高模具温度,防止材料快速固化,或改变浇口形状,采用重迭浇品或凸片浇
口,或使从浇口进入成型空间的材料,一度碰撞成型空间内的销类或壁面,
再者,可减慢材料的射出速度.
(十一) 银条(SLIVER STERAKS)
定义:银条(sliver streak)是在成型品表面或表面附近,沿材料流动方向,
呈现的银白色条纹.
银条的发生大都是成形材料中的水分或挥发物或附着模具表面的水分
等气化所致,射出成型的螺杆卷入空气时也会发生银条.
防止银条的对策是首先充分干燥成型材料,再者,增高模具温度.降低材
料温度.减慢射出速度.降低射出压力及升高螺杆背压等.
原因:
- 塑料中含有水份或挥发性成份.
- 塑料在料管中滞留过久.
- 塑料在料管中异常升温,部份塑料分解.
- 模具排气沟堵塞或排气不良.
- 润滑剂或水份附着模具表面.
- 粉碎料中含有细微颗粒多.
- 异种塑料混入.
- 螺杆卷入过多的空气没有排出.
- 针点或潜入式浇口因射速太快,引起塑料升温过剧部份塑料分解.
(10)模穴表面温度太低.
对策:
-
射出容量.可塑化能力不足的场合
初期射出的树脂迅速固化,因而气体的排出不完全发生银线.此时,需
采用力大的机械.
- 树脂滞留或过热的场合
由树脂所发生的气体量多,这些排出不完全而固化时会产生银线,因
此需清除加热缸,并下降树脂温度.
-
射出压过高.射出速度过快的场合
有急速的肉厚变化的话,流动中的压缩树脂急速地减压而膨胀,挥发分解气体与模穴接触后液化,因此需降低射出压.射出速度,并减小肉厚变化情况.
-
螺杆有空气卷入的场合
储料桶下的冷却充分,则储料桶侧的温度低,与加热缸筒有温度差,则树脂经常擦伤螺杆,另外降低螺杆转数,增高背压,原料受压缩则空气由储料桶侧排出.
-
树脂含水分.挥发物的场合
有吸湿性的压克力树脂.ABS树脂.AS树脂.聚酰胺树脂.聚碳酯等必需预先干燥.
- 模具温度低的场合
树脂迅速固化则引起排气不完全,因此需提高模温.
-
横浇道.进浇口过小的场合
因流动阻力增大,填充速度慢,树脂迅速固化.所以必需加大进浇口.横浇道.
- 模具的排气不良的场合
模具排气不良的话,可以增设排气沟,或排气梢.
-
模具制品面有油或水分,或付着脱模剂场合
模具制品面有油或水分或付着脱模剂时,因树脂热蒸发而成气体状,随着树脂的冷却固化而液化.所以需清除模具,并限制离模剂的使用.
(十二) 烧焦(BURN MARKS)
定义:一般所谓的烧焦(burn marks),包括成形品表面因材料过热所致的变
色及成型品的锐角部份或毂部.肋的前端等材料焦黑的现象.
烧焦是滞留成型空间内的空气,在熔融材料进人时未能迅速排出,被压
缩而显著升温,再将材料烧焦所致.
烧焦之有效防止对策是在易聚集空气部位设置排气孔或利用顶出销.
芯型销等的间隙,使残留空气急速排出.再者,可降低材料温度.减低射
出速度及射出压力或加大浇口尺寸.
原因:
烧焦现象是成型品最远离浇口的末端或接合部的融熔塑料排气不良引起压缩燃烧之残痕.
烧焦若呈现于成型品表面分散者,是由于成型空间(模穴)内急速绝热压缩.局部发生燃烧而形成者.
对策:
- 降低射出压力,但应注意压力下降后射速随之减慢容易造成流痕及熔合线之产生.
- 采用多段射出,在成型过程末端分多段减速以利多余气体排出.
- 采用真空泵抽取模穴内之空气,使模穴成真空状态而成型.
(十三) 黑条(BLACK STREAKS)
定义:黑条(Black Streaks)指成型品有黑色条纹的现象,其发生的主要原因
是成形材料的热分解所致,常见于热安定性不良的材料.
有效防止黑条发生的对策是防止加热缸内的材料温度过高,减慢射出速度.加热缸内壁或螺杆,若有伤痕或缺口,则附着于此部份的材料会过热,引起热分解.逆流防止阀亦会因材料滞留而引起热分解,所以黏度高的材料或容易分解的材料要特别注意防止黑条的发生.
原因:
-
塑料润滑剂不足时,严重发生摩擦热,且因排气不良而引起燃烧.
改善对策:添加适当润滑剂,但如超过0.2%的剂量时,润滑剂的可燃
性挥发物,反令燃烧容易发生而产生黑条.
- 成型品小,料管尺寸太大,塑料滞留太久而分解.
改善对策:更换机台或更换较小螺杆.
- 螺杆局部受损或逆流环间隙大.
改善对策:更换螺杆或逆流环.
- 塑料异常升温,引起塑料局部分解.
- 螺杆塑粒咬入不良卷入过多空气.
第六部分、塑料模具设计步骤
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接受任务书
成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出,其内容如下:
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经过审签的正规制制件图纸,并注明采用塑料的牌号、透明度等。
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塑料制件说明书或技术要求。
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生产产量。
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塑料制件样品。
通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出,模具设计人员以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。
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收集、分析、消化原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料,以备设计模具时使用。
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消化塑料制件图,了解制件的用途,分析塑料制件的工艺性,尺寸精度等技术要求。例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么,塑件的几何结构、斜度、嵌件等情况是否合理,熔接痕、缩孔等成型缺陷的允许程度,有无涂装、电镀、胶接、钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析,看看估计成型公差是否低于塑料制件的公差,能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外,还要了解塑料的塑化及成型工艺参数。
-
消化工艺资料,分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构类型等要求是否恰当,能否落实。
成型材料应当满足塑料制件的强度要求,具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定性。根据塑料制件的用途,成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。
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确定成型方法
采用直压法、铸压法还是注射法。
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选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具,因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例如对于注射机来说,在规格方面应当了解以下内容:注射容量、锁模压力、注射压力、模具安装尺寸、顶出装置及尺寸、喷嘴孔直径及喷嘴球面半径、浇口套定位圈尺寸、模具最大厚度和最小厚度、模板行程等,具体见相关参数。
要初步估计模具外形尺寸,判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。
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具体结构方案
(一)确定模具类型
如压制模(敞开式、半闭合式、闭合式)、铸压模、注射模等。
(二)确定模具类型的主要结构
选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备,理想的型腔数,在绝对可靠的条件下能使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要求是要保证塑料制件的几何形状,表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的成本低,生产效率高,模具能连续地工作,使用寿命长,节省劳动力。
影响模具结构及模具个别系统的因素很多,很复杂:
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型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模具成本等确定型腔数量及其排列方式。
对于注射模来说,塑料制件精度为3级和3a级,重量为5克,采用硬化浇注系统,型腔数取4-6个;塑料制件为一般精度(4-5级),成型材料为局部结晶材料,型腔数可取16-20个;塑料制件重量为12-16克,型腔数取8-12个;而重量为50-100克的塑料制件,型腔数取4-8个。对于无定型的塑料制件建议型腔数为24-48个,16-32个和6-10个。当再继续增加塑料制件重量时,就很少采用多腔模具。7-9级精度的塑料制件,最多型腔数较之指出的4-5级精度的塑料增多至50%。
-
确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工,排气、脱模及成型操作,塑料制件的表面质量等。
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确定浇注系统(主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小)和排气系统(排气的方法、排气槽位置、大小)。
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选择顶出方式(顶杆、顶管、推板、组合式顶出),决定侧凹处理方法、抽芯方式。
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决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。
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根据模具材料、强度计算或者经验数据,确定模具零件厚度及外形尺寸,外形结构及所有连接、定位、导向件位置。
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确定主要成型零件,结构件的结构形式。
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考虑模具各部分的强度,计算成型零件工作尺寸。
以上这些问题如果解决了,模具的结构形式自然就解决了。这时,就应该着手绘制模具结构草图,为正式绘图作好准备。
-
绘制模具图
要求按照国家制图标准绘制,但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。
在画模具总装图之前,应绘制工序图,并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序保证的尺寸,应在图上标写注明”工艺尺寸”字样。如果成型后除了修理毛刺之外,再不进行其他机械加工,那么工序图就与制件图完全相同。
在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工序图画在模具总装图上。
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绘制总装结构图
绘制总装图尽量采用1:1的比例,先由型腔开始绘制,主视图与其它视图同时画出。
模具总装图应包括以下内容:
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模具成型部分结构
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浇注系统、排气系统的结构形式。
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分型面及分模取件方式。
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外形结构及所有连接件,定位、导向件的位置。
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标注型腔高度尺寸(不强求,根据需要)及模具总体尺寸。
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辅助工具(取件卸模工具,校正工具等)。
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按顺序将全部零件序号编出,并且填写明细表。
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标注技术要求和使用说明。
模具总装图的技术要求内容:
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对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。
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对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于0.05mm模具上、下面的平行度要求,并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要求。
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模具使用,装拆方法。
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防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。
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有关试模及检验方面的要求。
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绘制全部零件图
由模具总装图拆画零件图的顺序应为:先内后外,先复杂后简单,先成型零件,后结构零件。
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图形要求:一定要按比例画,允许放大或缩小。视图选择合理,投影正确,布置得当。为了使加工专利号易看懂、便于装配,图形尽可能与总装图一致,图形要清晰。
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标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为:先标主要零件尺寸和出模斜度,再标注配合尺寸,然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺寸,后标注全部尺寸。
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表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角,如标注”其余3.2。”其它粗糙度符号在零件各表面分别标出。
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其它内容,例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求,表面处理、图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。
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校对、审图、描图、送晒
自我校对的内容是:
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模具及其零件与塑件图纸的关系
- 模具及模具零件的材质、硬度、尺寸精度,结构等是否符合塑件图纸的要求。
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塑料制件方面
- 塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口,脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、尺寸精度、表面质量等方面的要求。图案设计有无不足,加工是否简单,成型材料的收缩率选用是否正确。
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成型设备方面
- 注射量、注射压力、锁模力够不够,模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题,注射机的喷嘴与哓口套是否正确地接触。
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模具结构方面
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分型面位置及精加工精度是否满足需要,会不会发生溢料,开模后是否能保证塑料制件留在有顶出装置的模具一边。
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脱模方式是否正确,推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适,推板会不会被型芯卡住,会不会造成擦伤成型零件。
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模具温度调节方面。加热器的功率、数量;冷却介质的流动线路位置、大小、数量是否合适。
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处理塑料制件制侧凹的方法,脱侧凹的机构是否恰当,例如斜导柱抽芯机构中的滑块与推杆是否相互干扰。
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浇注、排气系统的位置,大小是否恰当。
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设计图纸
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装配图上各模具零件安置部位是否恰当,表示得是否清楚,有无遗漏
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零件图上的零件编号、名称,制作数量、零件内制还是外购的,是标准件还是非标准件,零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量,模具零件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度是否标记、叙述清楚。
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零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸数字应正确无误,不要使生产者换算。
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检查全部零件图及总装图的视图位置,投影是否正确,画法是否符合制图国标,有无遗漏尺寸。
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校核加工性能
(所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标’等是否有利于加工)
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复算辅助工具的主要工作尺寸
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专业校对原则上按设计者自我校对项目进行;但是要侧重于结构原理、工艺性能及操作安全方面。
描图时要先消化图形,按国标要求描绘,填写全部尺寸及技术要求。描后自校并且签字。
把描好的底图交设计者校对签字,习惯做法是由工具制造单位有关技术人员审查,会签、检查制造工艺性,然后才可送晒。
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编写制造工艺卡片
由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片,并且为加工制造做好准备。
在模具零件的制造过程中要加强检验,把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后,由检验员根据模具检验表进行检验,主要的是检验模具零件的性能情况是否良好,只有这样才能俚语模具的制造质量。
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试模及修模
虽然是在选定成型材料、成型设备时,在预想的工艺条件下进行模具设计,但是人们的认识往往是不完善的,因此必须在模具加工完成以后,进行试模试验,看成型的制件质量如何。发现总是以后,进行排除错误性的修模。
塑件出现不良现象的种类居多,原因也很复杂,有模具方面的原因,也有工艺条件方面的原因,二者往往交只在一起。在修模前,应当根据塑件出现的不良现象的实际情况,进行细致地分析研究,找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变,所以一般的做法是先变更成型条件,当变更成型条件不能解决问题时,才考虑修理模具。
修理模具更应慎重,没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件,就不能再作大的改造和恢复原状。
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整理资料进行归档
模具经试验后,若暂不使用,则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等,涂上黄油或其他防锈油或防锈剂,关到保管场所保管。
把设计模具开始到模具加工成功,检验合格为止,在此期间所产生的技术资料,例如任务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录表、试模修模记录等,按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。这样做似乎很麻烦,但是对以后修理模具,设计新的模具都是很有用处的。
第七部分、表面处理简介
电镀 Coating
塑料电镀时, 须先进行无电解电镀, 塑料表面形成薄金属皮膜,形成导电物质后再进行电解电镀。
喷漆 Painting
喷漆涂装为目前电子产品最为广泛应用技术,其创新及演进如下,当塑料材料尚未流行喷漆涂装时,塑料成型注重于成型之合胶线,但因受制于塑料之基本特性虽有改善,但始终未尽理想,而有于素材表面轻喷涂同为素材颜色之涂料以解决流痕线及合胶线之问题.但其虽解决某些产品之问题,但确无法满足如行动电话如影随行之产品规格,而最早使用喷涂技术应用于产品线为行动电话大厂Nokia,技术经由另一厂商Motorola发扬光大,其定制规格而始全球制造商将之内部规则成为喷涂甚至使用其它非喷漆工法,亦适用其规格.塑料表面之涂装规格既由此得之.
印刷
网版印刷: 适用于一般平面印刷
移印:适用不规则, 曲面的印刷
曲面印刷: 被印物体旋转而将文字与油墨印上
电化铝烫印(烫金)
电化铝烫印是利用专用箔,在一定的温度下将文字及图案转印到塑料制品的表面。其优点在于该方法不需要对表面进行处理,使用简单的装置即可进行彩印。此外,还可以印刷出具有金、银等金属光泽的制品。其缺点是印刷品不耐磨损。
激光印字 (镭雕)
激光印字技术是利用激光所特有的高能源,直接将文字、图案打印至材料表面的印刷方法。我们可以依据所使用的激光种类(波长)或打印方式,分成数种类型。与一般的油墨印刷相比较,由于不需要周边设备,所以也就不需要使用溶剂,因此,激光印字技术是属于环保型的装饰技术。此外,它利用制品本身的质变进行雕刻,印刷品因不易被磨损而备受瞩目。
染色
可以专对各类塑胶(AS、ABS、压克力、CA、CP、尼龙、可丽龙、PC、K胶、PVC)以及各类树脂(PU树脂、波丽、环氧树脂、烤漆类)直接染颜色做各种花纹,以及经烤漆后的金属品都可以使用,颜色渗透入产品内部,色彩花纹漂亮自然,绝不掉色,不需投资生产设备且生产快,一般的作业人员均可生产,可提升贵公司产品的附加价值。
产品可以做仿板材效果(如玳瑁琥珀花纹):可开发透明一类的产品:烤漆后的金属品可染色仿电镀色多色效果……等。