工藝技術(shù)_塑料中常用透明原料的特性及注塑工藝

塑料中常用透明原料的特性及注塑工藝 由于塑料具有重量輕、韌性好、成型易。成本低等優(yōu)點，因此在現(xiàn)代工業(yè)和日用產(chǎn)品中，越來越多用塑料代替玻璃，特別應(yīng)用于光學(xué)儀器和包裝工業(yè)方面，發(fā)展尤為迅速。但是由于要求其透明性要好，耐磨件要高，抗沖擊韌件要好，因此對塑料的成份，注塑整個過程的工藝，設(shè)備，模具等，都要作出大量工作，以保證這些用于代替玻璃的塑料（以下簡稱透明塑料），表面質(zhì)量良好，從而達(dá)到使用的要求。目前市場上一般使用的透明塑料有聚甲基丙烯酸甲酯（即俗稱亞加力或有機玻璃，代號PMMA）、聚碳酸酯（代號PC）、聚對苯二甲酸乙二醇脂（代號PET）、透明尼龍。AS（丙烯睛一苯 乙烯共聚物）、聚砜（代號PSF）等， 其中我們接觸得最多的是PMMA、PC和PET三種塑料，由于篇幅有限，下面就以這三種塑料為例，討論透明塑料的特性和注塑工藝。 一、透明塑料的性能 透明塑料首先必須有高透明度， 其次要有一定的強度和耐磨性，能抗沖擊，耐熱性要好，耐化學(xué)性要優(yōu)， 吸水率要小，只有這樣才能在使用中，能滿足透明度的要求而長久不變，下面列出表l，比較一下 PMMA、PC和PET的性能。表1：透明塑料性能比較性能密度(g/am2)抗拉強度(MPa)缺口沖擊(J/m2)透明度(%)變形溫度()允許含水量收縮率耐磨性抗化學(xué)性PMMA1.1875120092950.040.5差良PC1.20661900901370.020.6中良PET1.371651030861200.032良優(yōu)注：（1）因品種繁多，這只是取平均值，實際不同品種數(shù)據(jù)有異。（2）PET數(shù)據(jù)（機械方面）為經(jīng)拉伸后的數(shù)據(jù)。 從表1數(shù)據(jù)可知PC是較理想的選擇， 但主于其原料價貴和注塑工藝較難，所以仍以選用PMMA為主，（對一般要求的制品），而RET由于要經(jīng)過拉伸才能得到好的機械性能，所以多在包裝、容器中使用。二、透明塑料注塑過程中應(yīng)注意的共同問題 透明塑料由于透光率要高，必然要求塑料制品表面質(zhì)量要求嚴(yán)格，不能有任何斑紋、氣孔、泛白、霧暈、黑點、變色、光澤不佳等缺陷，因而在整個注塑過程對原料、設(shè)備、模具、甚至產(chǎn)品的設(shè)計，都要十分注意和提出嚴(yán)格甚至特殊的要求。 其次由于透明塑料多為熔點高、流動性差，因此為保證產(chǎn)品的表面質(zhì)量，往往要在較高溫度、注射壓力、注射速度等工藝參數(shù)作細(xì)微調(diào)整，使注塑料時既能充滿 模，又不會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力而引起產(chǎn)品變形和開裂。 下面就其在原料準(zhǔn)備、對設(shè)備和模具要求、注塑工藝和產(chǎn)品的原料處理幾方面，談?wù)剳?yīng)注意的事項。（一）原料的準(zhǔn)備與干燥 由于在塑料中含有任何一點雜質(zhì)，都可能影響產(chǎn)品的透明度，因此和儲存、運輸、加料過程中，必須注意密封，保證原料干凈。特別是原料中含有水分，加熱后會引起原料變質(zhì)，所以一定要干燥，并在注塑時，加料必須使用干燥料斗。還要注意一點的是干燥過程中，輸入的空氣最好應(yīng)經(jīng)過濾、除濕，以便保證不會污染原料。其干燥工藝如表2，表2，透明塑料的干燥工藝：工藝干燥溫度（）干燥時間（h）料層厚度（mm）備注PMMA7080243040PC120130630采用熱風(fēng)循環(huán)干燥PET14018034采用連續(xù)干燥加料裝置為佳（二）機筒、螺桿及其附件的清潔為防止原料污染和在螺桿及附件凹陷處存有舊料或雜質(zhì)，特別熱穩(wěn)定性差的樹脂存在，因此在使用前、停機后都應(yīng)用螺桿清洗劑清洗干凈各件，使其不得粘有雜質(zhì)，當(dāng)沒有螺桿清洗劑時，可用PE、PS等 樹脂清洗螺桿。 當(dāng)臨時停機時，為防止原料在高溫下 停留時間長，引起解降，應(yīng)將干燥機和機筒溫度降低，如 PC、PMMA等機筒溫度都要降至 160以下。（料斗溫度對于 PC應(yīng)降至100以下）（三）在模具設(shè)計上應(yīng)注意的問題（包括產(chǎn)品的設(shè)計）為了防止出現(xiàn)回流動不暢，或冷卻不均造成塑料成型不良，產(chǎn)生表面缺陷和變質(zhì)， 一般在模具設(shè)計時，應(yīng)注意以下幾點。a）壁厚應(yīng)盡量均勻一致，脫模斜度要足夠大;b）過渡部分應(yīng)逐步。圓滑過渡，防止有尖角。銳邊產(chǎn)生，特別是PC產(chǎn)品一定不要有缺口;c）澆口。流道盡可能寬大、粗短，且應(yīng)根據(jù)收縮冷凝過程設(shè)置澆口位置，必要時 應(yīng)加冷料井；d）模具表面應(yīng)光潔，粗糙度低（最好低于0.8）；e）排氣孔。槽必須足夠，以及時排出空氣和熔 體中的氣 體；f）除 PET外， 壁厚不要太薄，一般不得小于lmm。 （四）注塑工藝方面應(yīng)注意的問題(包括注塑機的要求） 為了減少內(nèi)應(yīng)力和表面質(zhì)量缺陷，在注塑工藝方面應(yīng)注意以下幾方面的問題。a）應(yīng)選用專用螺桿、帶單獨溫控射咀的注塑機;b)注射溫度在塑料樹脂不分解的前提下，宜用較高注射濕度；c）注射壓力：一般較高，以克服熔料粘度大的缺陷，但壓力太高會產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力造 成脫模因難和變形；d）注射速度：在滿足充模的情況下， 一般宜低，最好能采用慢快慢多級注 射；e）保壓時間和成型周期：在滿足產(chǎn)品充模，不產(chǎn)生凹陷、氣泡的情況下；宜盡量短，以盡量減低熔料在機筒停留時間；f）螺桿轉(zhuǎn)速和背壓：在滿足塑化質(zhì)量的前提下，應(yīng)盡量低，防止產(chǎn)生解降的可 能；g）模具溫度：制品的冷卻好壞，對質(zhì)量影響極大，所以模溫一定要能精確控制其 過程，有可能的話，模溫宜高一些好。（五）其他方面的問題由于為要防上表面質(zhì)量惡化，一般注塑時盡量少用脫模劑；當(dāng)用回用料時不得大于 20。對于除PET外，制品都應(yīng)進(jìn)行后處理， 以消除內(nèi)應(yīng)力，PMMA應(yīng)在7080T熱風(fēng)循環(huán)干燥4小時； PC應(yīng)在清潔空氣、甘油。 液體石臘等加熱 110135，時間按產(chǎn)品而定，最高需要10多小時。而PET必須經(jīng)過雙向拉伸的工序，才能得到良好機械性能。三、透明塑料的注塑成型工藝（一）透明塑料的工藝特性：除了以上的共同問題，透明塑料亦各有一些工藝特 性，現(xiàn)分述如下： 1、PMMA 的工藝特性 PMMA粘度大，流動性稍差，因此必須高料溫、高注射壓力注塑才行，其中注射溫度的影響大于注射壓力， 但注射壓力提高，有利于改善產(chǎn)品的收縮 率。 注射溫度范圍較寬，熔融溫度為 160，而分解溫度達(dá)270，因此料溫調(diào)節(jié)范圍寬，工藝性較好。故改善流動性，可從注射溫度著手。 沖擊性差，耐磨性不好，易劃花，易脆裂，故應(yīng)提高模溫，改善冷凝過程，去克服這些缺陷。 2、PC的工藝特性 PC粘度大，融料溫度高，流動性差， 回此必須以較高溫度注塑（270320T之 間），相對來說料溫調(diào)節(jié)范圍較窄，工藝性不如PMMA。注射壓力對流動性影響較小，但因粘度大，仍要較大注射壓力，相應(yīng)為了防止內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，保壓時間要盡量短。 收縮率大，尺寸穩(wěn)定，但產(chǎn)品內(nèi)應(yīng)力大，易開裂，所以宜用提高溫度而不是壓力去改善流動性，并且從提高模具溫度，改善 模具結(jié)構(gòu)和后處理去減少開裂的可能。當(dāng)注射速度低時，澆口處易生波紋等缺陷，放射咀溫度要單獨控制，模具溫度要高，流道、澆口阻力要小。 3、PET的工藝特性PET成型溫度高，且料溫調(diào)節(jié)范圍窄（260300），但熔化后，流動性好，故工藝性差，且往往在射咀中要加防延流裝置。 機械強度及性能注射后不高，必須通過拉伸工序和改性才能改善性能。 模具溫度準(zhǔn)確控制，是防止翹曲。變形的重要因素，因此建議采用熱流道模具。模具溫度高，否則會引起表面光澤差和脫模困難。 綜上所述，我們可以列出在塑工藝參數(shù)表（表3），供大家注射時參考。表3透明塑料注塑成型工藝參數(shù)表：工藝參數(shù)溫度（）壓力（MPa）轉(zhuǎn)速（rpm）射嘴 均化段壓縮段加料段模具注射 保壓背壓螺桿PMMA180-200 190-210 200-230 180-200 40-9070-15040-6014.5-4020-40PC250-270 260-285 270-300 240-270 85-10080-15040-706-14.720-60PET260-300 265-300 260-295 250-290 68-14086-12030-504.8520-70 四、透明塑料件的缺陷和解決辦法 由于篇幅關(guān)系，這里只討論影響產(chǎn)品透明度的缺陷，其他缺陷請參考產(chǎn)品說明書或其他資料。其缺陷大概有以下幾項：（一）銀紋：由充模和冷凝過程中，內(nèi)應(yīng)力各向異性影響，垂直方向產(chǎn)生的應(yīng)力，使樹脂發(fā)生流動上取向，而和非流動取向產(chǎn)生折光率不同而生閃光絲紋，當(dāng)其擴展后，可能使產(chǎn)品出現(xiàn)裂紋。 除了在注塑工藝和模具上注意外（見表4，最好產(chǎn)品作退火處理。如PC料可加熱到 160以上保持 3 5分鐘，再自然冷卻即可。（二）氣泡：主于樹脂內(nèi)的水氣 和其他氣體排不出去，（在模具冷凝過程中）或因充模不足，冷凝表面又過快冷凝而形成“真空泡”。其克服方法見表4。（三）表面光澤差：主于模具粗糙度大，另一方面冷凝過早，使樹脂不能復(fù)印模具表面的狀態(tài)，所有這些都使其表面產(chǎn)生微小凹凸不平，而使產(chǎn)品失去光澤。其克服方法見表4。（四）震紋：是指從直澆口為中心形成的密集波紋，其原因因熔體粘度過大，前端料已在型腔冷凝，后來料又沖破此冷凝面，而使表面出現(xiàn)震紋。其克服方法見表4。（五）泛白、霧暈：主要由于在空氣中灰塵落入原料之中或原料含水量太大而引起的。其克服方法見表4。（六）白煙、黑點：主要由于塑料在機筒內(nèi)，因局部過熱而使機筒樹脂產(chǎn)生分解或變質(zhì)而形成的。其克服方法見表4。 為了使清楚地說明克服這些缺乏所攝 取的措施，列出表4供大家參考。表四：透明產(chǎn)品的缺陷和克服方法：克服方法缺陷銀紋氣泡表面光澤差震紋泛白、霧暈白煙、黑點樹脂原料有雜質(zhì)或污染清除雜質(zhì)、污染清除雜質(zhì)、污染清除雜質(zhì)、污染樹脂原料干燥干燥要充分干燥要充分干燥要充分融料溫度降低、控制精確保證塑化再降低增加增加，特別射嘴降低、控制精確盡量降低料溫注射壓力增加增加增加增加增加調(diào)整合適、不變質(zhì)注射速度增加增加增加注射時間增加增加保證壓力生產(chǎn)周期減少減少料在機筒內(nèi)停留時間背壓壓力調(diào)整合適增加螺桿轉(zhuǎn)速減少澆注系統(tǒng)合理（尺寸及布局）壁厚部分加澆口設(shè)置布局合理合理（尺寸及布局）合理，盡量短粗模具溫度調(diào)整適當(dāng)，略增增加增加增加冷卻時間增加增加模具排氣排氣孔夠位置對排氣孔夠位置對加冷料井改善排氣孔夠位置對射嘴、流道、澆口不能堵塞料流暢、不塞料流暢、不塞料流暢、不塞注射量增加DIM注塑模設(shè)計計算軟件 塑料注射模是塑料加工的工藝裝備，注射成型法是生產(chǎn)效率高、質(zhì)量穩(wěn)定和低成本的生產(chǎn)工藝，注塑制品廣泛用于包裝、家電、儀表和建材等各行各業(yè)，因此注射模具的設(shè)計和制造技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)中，尤其是對新產(chǎn)品開發(fā)有著重要的地位。 長期以來，我國注射模設(shè)計依賴于設(shè)計人員的經(jīng)驗。大多數(shù)注塑模制造后需反復(fù)試模，模具制造周期長、成本高，模具質(zhì)量難以保證，許多復(fù)雜高級的模具依賴進(jìn)口。八十年代以來，注塑模設(shè)計的理論經(jīng)大量引進(jìn)、消化和吸收，已經(jīng)初步形成了注塑模設(shè)計計算的理論系統(tǒng)。一整套先進(jìn)的設(shè)計方法已趨成熟，一系列注塑模設(shè)計的國家標(biāo)準(zhǔn)也已制定。現(xiàn)代注塑模設(shè)計理論和方法建筑在高分子材料流變學(xué)和傳熱學(xué)基礎(chǔ)上，又涉及了模具的金屬材料的力學(xué)計算，但計算方法繁復(fù)和費時，是模具制造周期所不允許的。目前，注塑模設(shè)計人員很少在工作中進(jìn)行全面和完整的設(shè)計計算，實際上還只是處于經(jīng)驗設(shè)計狀態(tài)，以致模具設(shè)計的質(zhì)量不高，一次試模成功率很低。國內(nèi)注塑模設(shè)計者需要掌握現(xiàn)代注塑模設(shè)計理論，更需要注塑模設(shè)計的電算軟件包。 國外先進(jìn)的塑料注塑模設(shè)計CAE/CAD/CAM 計算軟件如美國的C-Mold和澳大利亞的Mold- Flow在國內(nèi)已推銷十多年了。它們作為注塑流動和冷卻分析的軟件，給塑料件和注塑模設(shè)計提供了方案的決策，但大量的設(shè)計計算內(nèi)容卻并不在這些專業(yè)軟件的功能之內(nèi)，如模具成型零件尺寸計算并不在這些專業(yè)軟件的功能之內(nèi)，如模具成型零件尺寸計算、模具強剛度計算、脫模力計算和側(cè)向抽芯機構(gòu)設(shè)計等。 國內(nèi)新研制的注塑模CAD軟件，側(cè)重于繪制二維的模具生產(chǎn)圖紙，注塑模的設(shè)計計算功能過于簡略，且沿用過時的經(jīng)驗公式編制。在國外某些專業(yè)大公司，此類注塑模設(shè)計計算軟件由本企業(yè)編制并使用。由于這類軟件設(shè)計要應(yīng)用大量國家標(biāo)準(zhǔn)，涉及企業(yè)注塑件生產(chǎn)的數(shù)據(jù)、信息和經(jīng)驗，無法引進(jìn)并在國內(nèi)使用。 本軟件包DIM(Design of Injection Mold )的功能反映了八十年代至今注塑模設(shè)計計算的理論和方法，其中有不少是軟件開發(fā)負(fù)責(zé)人徐佩弦教授的研究成果。軟件包在目前的Windows操作系統(tǒng)中運行，有先進(jìn)的界面，無需查閱手冊和設(shè)計資料，高效保質(zhì)地實現(xiàn)設(shè)計計算優(yōu)化，計算結(jié)果可打印輸出，可置于內(nèi)存與其它CAD軟件交互使用，也可存盤供日后查閱。 本軟件包由三大部分組成：一、基礎(chǔ)計算部分子程序 1.型腔體積計算澆注系統(tǒng)凝料重量和塑料制品重量 2.分型面上塑料面積計算鎖模力 3.壓縮彈簧設(shè)計計算 4.脫模斜度計算二、注射工藝計算部分子程序5.注射模成本估算 6.一模多腔注塑模的最佳型腔數(shù)計算7.注塑機的選用8.充模流動的流程比計算9.塑件冷卻時間計算三、注塑模各系統(tǒng)的設(shè)計計算子程序10.澆注系統(tǒng) 各類澆口的尺寸計算 澆口平衡計算 一模多腔平衡布置的流道尺寸計算一模多腔非平衡布置的流道尺寸計算11.成型零件尺寸計算按平均收縮率計算成型零件尺寸 按公差帶法計算成型零件尺寸12.模具強剛度計算中小型模具的強剛度計算 大型模具的強剛度計算13.脫模力計算 按平均收縮率近似計算 按線膨脹系數(shù)計算14.頂桿直徑校核計算15.側(cè)向抽芯分型機構(gòu)設(shè)計 斜導(dǎo)柱設(shè)計計算 鎖緊楔剛度計算16.模具溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)計算 模具的熱平衡計算 冷卻液參量和管道計算 冷卻管道的位置計算17.排氣槽的尺寸計算18.模具導(dǎo)柱直徑的剛度計算DIM注塑模設(shè)計計算軟件包(2001年試用版)歡迎拷貝或下載使用，殷切期望將試用后的意見和修改建議通知我們。2002年將有正式使用版問世。試用版下載 歡迎聯(lián)系購買DIM軟件包或個別程序。我們將對軟件使用提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。聯(lián)系電話：021- 王婷蘭E-mail：熱作模具鋼中的新秀-3Cr3Mo3VNb 3Cr3Mo3VNb鋼是由原航空部所屬的安大航空鍛造廠，北京航空材料研究所和西北工業(yè)大學(xué)在70年代末共同研制成功的一種新型熱作模具鋼。3Cr3Mo3VNb鋼在1980年就已榮獲原第三機械工業(yè)部科技成果一等獎，隨后又獲原國家國防工業(yè)辦公室重大技術(shù)改進(jìn)二等獎。3Cr3Mo3VNb鋼的化學(xué)成份如下（%）-CCrMoV NbSiMnPS0.24-0.332.60-3.202.70-3.200.60-0.80 0.08-0.150.600.350.0300.030從化學(xué)成份上認(rèn)識，它與我國常用的熱作模具鋼3Cr2W8V、4Cr5MoVISi(簡稱H13)、5CrNiMo以及4Cr5W2Vsi相比，有它獨特的特點。首先它是屬于Cr3-Mo3-V型熱強鋼，它的鉬含量是H13平均鉬含量的2倍，此外，H13、3Cr2W8V鋼，等鋼中不含有Nb，Nb在3Cr3Mo3VNb鋼中與碳形成穩(wěn)定性很高的NbC化合物，Nb不僅有抑制奧氏體晶粒長大、細(xì)化晶粒的作用，而且可以顯著提高鋼的熱強性，并有助于提高基體的韌性。迄今為止，3Cr3Mo3VNb鋼與國標(biāo)中所列的所有熱模具鋼的碳含量相比，它是最低的。正因為其含碳量不高，所以其塑性、韌性和抗冷熱疲勞性要比其它鋼種要高，雖然該鋼經(jīng)熱處理后在常溫下的硬度并不很高，但它在使用狀態(tài)下的熱強度卻保持很好，這是與其Cr3-Mo3-V-Nb的合金化組分分不開的。在3Cr3Mo3VNb鋼的研制期間，在實驗室將原航空鍛造的常用熱模具鋼5CrNiMo、4Cr5W2VSi與3Cr3Mo3VNb鋼作了多種對比試驗，試驗結(jié)果見表一、表二、表三、表四。表一 三種材料的拉伸性能-鋼號 項目 溫度()20 200 300 400 500 600 700 800-3Cr3Mo3VNb b(Mpa) 1518 1437 1378 1300 1212 1022 554.0 150.00.2(Mpa) 1390 993.5 795.5 365.0(%) 6.9 7.3 7.5 7.1 8.3 8.2 10.2 24.6(%) 61.4 62.2 61.6 60.8 61.7 64.9 73.04Cr5W2VSi b(Mpa) 1857 1729 1653 1561 1393 108.5 358.0 111.00.2(Mpa) 1066 707.0 188.5(%) 6.0 6.6 6.1 8.2 10.4 7.9 19.3 33.4(%) 46.4 50.9 53.5 56.0 56.9 50.53Cr3Mo3VNb b(Mpa) 1507 1461 1411 1186 922.5 555.0 146.0 95.10.2(Mpa) 959.0 526.5 230.5(%) 7.4 7.5 10.6 9.3 13.2 23.0 92.7 58.2(%) 41.0 35.0 42.2 54.6 72.0 89.9-表二 三種材料的沖擊韌性單位：j/cm2-鋼號 熱處理制度 試驗溫度（）20 200 250 300 350 400-3Cr3Mo3VNb 1060油淬，630、570 9.10 68.9 79.6 75.2 79.1兩次回火，各3h油冷4Cr5W2VSi 1070油淬，590、56014.6 30.2 37.1 15.2 39.0 40.0兩次回火，各3h油冷5CrNiMo 860油淬，380回火， 6.1 21.4 22.2 24.2 22.6 22.13h空冷-表三 三種材料的冷熱疲勞性能-鋼號 裂紋長度（mm）縱向 橫向-3Cr3Mo3VNb 0.31 0.264Cr5W2VSi 0.45 0.425CrNiMo 3.39 1.20-表四 三種材料抗650回火穩(wěn)定性-鋼號 650保持時間 原狀態(tài) 20 50 2H10 5H40 9H10 硬度（HRC）-3Cr3Mo3VNb 49.6 49.2 47.3 44 39.2 36.84Cr5W2VSi 51.2 48.1 44 39 36.2 33.55CrNiMo 48.5 34.5 33 29.5 26.5 24-從表一中可見，隨著試驗溫度的升高，3Cr3Mo3VNb鋼的強度極限下降慢，而5CrNiMo和4Cr5W2VSi鋼下降較快。設(shè)若模具型腔表面工作溫度由400升高到700時，則5CrNiMo鋼強度損失達(dá)87%，4Cr5W2VSi鋼強度損失達(dá)77%，而3Cr3Mo3VNb鋼的強度損失57%。3Cr3Mo3VNb鋼不僅其強度極限隨試驗溫度升高而下降緩慢，而且其屈服下降更慢。在600以上工作時，按三種材料拉伸性能的絕對值作比較，3Cr3Mo3VNb鋼始終具有較5CrNiMo和4Cr5W2VSi鋼顯著優(yōu)越的使用強度，這也就是3Cr3Mo3VNb鋼模具使用壽命數(shù)倍增高的內(nèi)在原因之一。從表二中可以看出三種材料在室溫下韌性都很低，但在實際使用溫度下（烤模溫度-250），3Cr3Mo3VNb鋼的沖擊韌性顯著提高，比4Cr5W2VSi高約一倍，比5CrNiMo高約二倍。表三是三種材料的冷熱疲勞性能比較結(jié)果。用2mm厚、開有60槽口的板狀試樣，經(jīng)在650下加熱，隨后在20水中冷卻，這樣反復(fù)加熱冷卻的條件下，經(jīng)1000次循環(huán)后測定槽口尖端產(chǎn)生裂紋的長度進(jìn)行比較。表四展現(xiàn)了三種材料抗650回火穩(wěn)定性的比較結(jié)果。三種材料經(jīng)最終熱處理后，在650箱式電爐內(nèi)再經(jīng)不同時間回火后空冷，其硬度見中數(shù)據(jù)。從中可以看出這三種鋼仍以3Cr3Mo3VNb鋼的抗650回火穩(wěn)定性最好。如果以HRC39為額定指標(biāo)評定，在650下，3Cr3Mo3VNb鋼可堅持5小時40分鐘，4Cr5W2VSi鋼只能堅持2小時10分鐘，而5CrNiMo鋼堅持不到20分鐘。這說明了3Cr3Mo3VNb鋼在工作溫度（-650）下可堅持較長時間的使用硬度而不致過早軟化失效。需要另作一點說明的是，由于鎢與鉬在鋼中的作用大致相同，加上其它元素含量都基本一致，所以H13（4Cr5MoVISi）與4Cr5W2Vsi基本上是屬于同一類型模具鋼，如果H13也參與對比試驗的話，其試驗結(jié)果可能與4Cr5W2VSi相當(dāng)。諸多的生產(chǎn)實踐中更是證明了3Cr3Mo3VNb鋼制作的模具在高溫工作狀態(tài)下強度保持得很好，耐冷熱疲勞性能好，用其制作的模具或受熱擠壓、熱磨擦的部件適用面廣，在許多不相同的部門成功的替代了國內(nèi)目前廣泛使用的5CrNiMo、3Cr2W8V以及H13等熱作模具鋼。下面列舉部分廠家應(yīng)用3Cr3Mo3VNb鋼的實例：（1）早在70年代末期貴州虹山軸承廠用其制作的模具鍛造GCr15時，壽命是3Cr2W8V的五倍；而南昌航空工業(yè)學(xué)校用作軸承內(nèi)套沖頭模具鍛造35號鋼時，壽命曾超過3Cr2W8V的十多倍。（2）鐵道部寶雞橋梁廠，自采用3Cr3Mo3VNb鋼制作軌頭模后，不僅模具壽命大為提高、成本降低、模具供給速度趕上了使用的要求，而且使該廠的唯一一臺大型油壓機的生產(chǎn)效率大為提高，在每天16小時的連續(xù)生產(chǎn)中，中途不用停機，不用更換模具，一套模具可連續(xù)作業(yè)直至壽命終止，使寶雞橋梁廠在任務(wù)重、時間緊的形勢下，順利的完成了國家下達(dá)的鐵路提速道貧生產(chǎn)任務(wù)。如果采用原5CrNiMo模具，則在連續(xù)16小時的生產(chǎn)中途，必需更換已經(jīng)升溫的整套模具，結(jié)果會導(dǎo)致整個生產(chǎn)線中途停頓。（3）在鋁型材料行業(yè)，可用其制作擠壓模具，其壽命遠(yuǎn)高于H13鋼。廣西南寧中外合資的邕生材廠十幾年來一直采用3Cr3Mo3VNb鋼制作擠壓槍、喂料板等模具，用于生產(chǎn)鋁管，模具表面工作溫度在500左右，與從境外進(jìn)口的H13鋼模具相比，不僅壽命成倍的提高，而且價格也便宜得多。（4）在水城鋼廠，曾用3Cr3Mo3VNb鋼制作高速熱輸送滾輪，安裝在生產(chǎn)20的建筑螺紋鋼軋機生產(chǎn)線上，比原滾輪提高使用壽命五至八倍，減少了頻繁更換滾輪的停機時間，從而極大的提高了整條生產(chǎn)線的效率。（5）用其制作的生產(chǎn)無縫鋼管穿孔頂頭也充分的證明了它的熱強性高的特點。在貴陽特殊鋼廠的試驗結(jié)果為：與3Cr2W8V鋼和H13鋼相比較，其頂頭模具可生產(chǎn)的無縫鋼管數(shù)量之比為6：3：2。（6）同樣是在貴陽特殊鋼廠，該廠生產(chǎn)釬鋼的釬肩擠壓模具既不采用自己生產(chǎn)的3Cr2W8V鋼，也不采用自己生產(chǎn)的H13鋼，而是采用3Cr3Mo3VNb鋼。據(jù)釬鋼分廠出據(jù)的統(tǒng)計結(jié)果，采用3Cr3Mo3VNb鋼釬肩擠壓模的壽命是他們原采用的5CrNiMo鋼的6倍。該廠自從引進(jìn)3Cr3Mo3VNb鋼后，就徹底解除了制模單位的壓力。（7）貴州安湖機械廠是一個生產(chǎn)高溫耐熱鋼螺栓等產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)專業(yè)化廠，用他們自己深有感觸的話說：試遍了國內(nèi)所有的模具鋼品種，終于找到了我們最理想的、可以信賴的模具鋼-3Cr3Mo3VNb鋼，在他們的應(yīng)用條件下，連高速鋼W18Cr4V也不如它。（8）貴州安大航空鍛造公司，既是3Cr3Mo3VNb鋼生產(chǎn)單位，又是3Cr3Mo3VNb的最大用戶。20多年來，該公司用其制作的各種類型模具用在模鍛錘、磨擦壓力機、環(huán)軋機以及等溫鍛等鍛造設(shè)備上，用以鍛壓各種合結(jié)鋼、不銹耐熱鋼、高溫合金和鈦合金等產(chǎn)品，為航空的鍛造事業(yè)立下汗馬功勞。綜上所述，3Cr3Mo3VNb鋼，是熱模鋼種中的一個新秀，隨著時間的推移，它將被人們越來越了解，它的用途將越來越廣泛，它將在我國的模具工業(yè)中占有其應(yīng)有的地位。熱流道應(yīng)用技術(shù)作者簡介： Bob （孟博），在國際箸名熱流道生產(chǎn)商工程應(yīng)用部擔(dān)任多年高級技術(shù)職務(wù)。為數(shù)千套熱流道模具應(yīng)用項目提供過技術(shù)支持。加拿大MOLDCAE公司創(chuàng)始人。E-mail: 第一篇 熱流道應(yīng)用技術(shù)概況 一 熱流道模具的優(yōu)點 熱流道模具在當(dāng)今世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國家和地區(qū)均得到極為廣泛的應(yīng)用。這主要因為熱流道模具擁有如下顯著特點： 1、縮短制件成型周期 因沒有澆道系統(tǒng)冷卻時間的限制，制件成型固化后便可及時頂出。許多用熱流道模具生產(chǎn)的薄壁零件成型周期可在5秒鐘以下。 2、節(jié)省塑料原料 在純熱流道模具中因沒有冷澆道，所以無生產(chǎn)費料。這對于塑料價格貴的應(yīng)用項目意義尤其重大。事實上，國際上主要的熱流道生產(chǎn)廠商均在世界上石油及塑料原料價格昂貴的年代得到了迅猛的發(fā)展。因為熱流道技術(shù)是減少費料降低材料費的有效途徑。 3、減少費品，提高產(chǎn)品質(zhì)量 在熱流道模具成型過程中，塑料熔體溫度在流道系統(tǒng)里得到準(zhǔn)確地控制。塑料可以更為均勻一致的狀態(tài)流入各模腔，其結(jié)果是品質(zhì)一致的零件。熱流道成型的零件澆口質(zhì)量好，脫模后殘余應(yīng)力低，零件變形小。所以市場上很多高質(zhì)量的產(chǎn)品均由熱流道模具生產(chǎn)。 如人們熟悉的MOTOROLA手機，HP打印機，DELL筆記本電腦里的許多塑料零件均用熱流道模具制作。 4、消除后續(xù)工序，有利于生產(chǎn)自動化。 制件經(jīng)熱流道模具成型后即為成品，無需修剪澆口及回收加工冷澆道等工序。有利于生產(chǎn)自動化。國外很多產(chǎn)品生產(chǎn)廠家均將熱流道與自動化結(jié)合起來以大幅度地提高生產(chǎn)效率。 5。擴大注塑成型工藝應(yīng)用笵圍 許多先進(jìn)的塑料成型工藝是在熱流道技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。如PET預(yù)成型制作，在模具中多色共注，多種材料共注工藝，STACK MOLD等。 二 熱流道模具的缺點 盡管與冷流道模具相比，熱流道模具有許多顯著的優(yōu)點，但模具用戶亦需要了解熱流道模具的缺點。概括起來有以下幾點。 1、模具成本上升 熱流道元件價格比較貴，熱流道模具成本可能會大幅度增高。如果零件產(chǎn)量小，模具工具成本比例高，經(jīng)濟(jì)上不花算。對許多發(fā)展中國家的模具用戶，熱流道系統(tǒng)價格貴是影響熱流道模具廣泛使用的主要問題之一。 2、熱流道模具制作工藝設(shè)備要求高 熱流道模具需要精密加工機械作保證。熱流道系統(tǒng)與模具的集成與配合要求極為嚴(yán)格，否則模具在生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)很多嚴(yán)重問題。 如塑料密封不好導(dǎo)致塑料溢出損壞熱流道元件中斷生產(chǎn)，噴嘴鑲件與澆口相對位置不好導(dǎo)致制品質(zhì)量嚴(yán)重下降等。 3、操作維修復(fù)雜 與冷流道模具相比，熱流道模具操作維修復(fù)雜。如使用操作不當(dāng)極易損壞熱流道零件，使生產(chǎn)無法進(jìn)行，造成巨大經(jīng)濟(jì)損失。對于熱流道模具的新用戶，需要較長時間來積累使用經(jīng)驗。 三 熱流道系統(tǒng)的組成 盡管世界上有許多熱流道生產(chǎn)廠商和多種熱流道產(chǎn)品系列，但一個典型的熱流道系統(tǒng)均由如下幾大部分組成： 1 熱流道板 （MANIFOLD） 2 噴嘴 （NOZZLE） 3 溫度控制器 4 輔助零件 將在以后系列文章深入討論這些零件的種類與應(yīng)用。 四 熱流道應(yīng)用主要技術(shù)關(guān)鍵 一個成功的熱流道模具應(yīng)用項目需要多個環(huán)節(jié)予以保障。其中最重要的有兩個技術(shù)因素。一是塑料溫度的控制，二是塑料流動的控制。 1塑料溫度的控制 在熱流道模具應(yīng)用中塑料溫度的控制極為重要。許多生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的加工及產(chǎn)品質(zhì)量 問題直接來源于熱流道系統(tǒng)溫度控制的不好。 如使用熱針式澆口方法注塑成型時產(chǎn)品澆口質(zhì)量差問題，閥式澆口方法成型時閥針關(guān)閉困難問題，多型腔模具中的零件填充時間及質(zhì)量不一致問題等。如果可能應(yīng)盡量選擇具備多區(qū)域分別控溫的熱流道系統(tǒng)，以增加使用的靈活性及應(yīng)變能力。 塑料流動的控制 塑料在熱流道系統(tǒng)中要流動平衡。澆口要同時打開使塑料同步填充各型腔。對于零件重量相差懸殊的要進(jìn)行澆道尺寸設(shè)計平衡。 否則就會出現(xiàn)有的零件充模保壓不夠，有的零件卻充模保壓過度，飛邊過大質(zhì)量差等問題。熱流道澆道尺寸設(shè)計要合理。尺寸太小充模壓力損失過大。尺寸太大則熱流道體積過大，塑料在熱流道系統(tǒng)中停留時間過長， 損壞材料性能而導(dǎo)致零件成型后不能滿足使用要求。世界上已經(jīng)有專門幫助用戶進(jìn)行最佳流道設(shè)計的CAE軟件如MOLDCAE。 五 熱流道模具的應(yīng)用范圍 1塑料材料種類 熱流道模具已被成功地用于加工各種塑料材料。如PP，PE，PS，ABS，PBT，PA，PSU，PC，POM，LCP，PVC，PET，PMMA，PEI，ABS/PC等。 任何可以用冷流道模具加工的塑料材料都可以用熱流道模具加工。 2零件尺寸與重量 用熱流道模具制造的零件最小的在0.1克以下。最大的在30公斤以上。應(yīng)用極為廣泛靈活。 3工業(yè)領(lǐng)域 熱流道模具在電子，汽車，醫(yī)療，日用品，玩具，包裝，建筑，辦公設(shè)備等各工業(yè)部門都得到廣泛應(yīng)用。 六 國際上熱流道模具生產(chǎn)簡況 在世界上工業(yè)較為發(fā)達(dá)的國家和地區(qū)熱流道模具生產(chǎn)極為活躍。 熱流道模具比例不斷提高。許多10人以下的小模具廠都進(jìn)行熱流道模具的生產(chǎn)。從總體上講北美，歐洲使用熱流道技術(shù)時間較久，經(jīng)驗較多水平較高。在亞洲，除日本外，新加坡，南韓，臺灣，香港處于領(lǐng)先地位。北美，歐洲雖然模具制造水平較高，但價格較高交貨期較長。相比之下，亞洲的熱流道模具制造商在價格與交貨期上更具競爭性。而中國的熱流道模具尚處于起步階段，但是正在快速增長，比例不斷提高。 七 世界上主要熱流道生產(chǎn)商及總部所在地 在熱流道技術(shù)領(lǐng)域里競爭非常激烈。許多公司在熱流道產(chǎn)品開發(fā)上均投入巨大財力物力。 在各主要塑料，模具展覽會上總能看到最新面世的熱流道產(chǎn)品?，F(xiàn)將世界上主要熱流道生產(chǎn)商及總部所在地收列于此。 1北美洲 MOLD-MASTERS 加拿大 HUSKY 美國 SYNVENTIVE 美國 CACO美國 INCOE 美國 FASTHEAT美國 D-M-E美國 HASCO美國 2歐洲 EWIKON 德國 GUNTHER德國 SPEAR 德國 PLASTHING 英國 UNITEMP 瑞典 THERMOPLY 意大利 3亞洲 SEIKI 日本 YUDO 南韓 4澳洲 MASTIP 新西蘭 八 結(jié)語 此文對熱流道技術(shù)和應(yīng)用作了概要介紹。在下一篇文章里將談?wù)摕崃鞯老到y(tǒng)的種類與應(yīng)用特點。 塑料收縮率和模具尺寸 設(shè)計塑料模時，確定了模具結(jié)構(gòu)之後即可對模具的各部分進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計，即確定各模板和零件的尺寸，型腔和型芯尺寸等。這時將涉及有關(guān)材料收縮率等主要的設(shè)計參數(shù)。因而只有具體地掌握成形塑料的收縮率才能確定型腔各部分的尺寸。即使所選模具結(jié)構(gòu)正確，但所用參數(shù)不當(dāng)，就不可能生產(chǎn)出品質(zhì)合格的塑件。 塑料收縮率及其影響因素 熱塑性塑料的特性是在加熱後膨脹，冷卻後收縮，當(dāng)然加壓以後體積也將縮小。 在注塑成形過程中，首先將熔融塑料注射入模具型腔內(nèi)，充填結(jié)束後熔料冷卻固化，從模具中取出塑件時即出現(xiàn)收縮，此收縮稱為成形收縮。塑件從模具取出到穩(wěn)定這一段時間內(nèi)，尺寸仍會出現(xiàn)微小的變化，一種變化是繼續(xù)收縮，此收縮稱為後收縮。另一種變化是某些吸濕性塑料因吸濕而出現(xiàn)膨脹。例如尼龍610含水量為3%時，尺寸增加量為2%；玻璃纖維增強尼龍66的含水量為40%時尺寸增加量為0.3%。但其中起主要作用的是成形收縮。 目前確定各種塑料收縮率（成形收縮後收縮）的方法，一般都推薦德國國家標(biāo)準(zhǔn)中DIN16901的規(guī)定。即以230.1時模具型腔尺寸與成形後放置24小時，在溫度為23，相對濕度為505%條件下測量出的相應(yīng)塑件尺寸之差算出。 收縮率S由下式表示： S=(DM)/D100%(1)其中：S-收縮率； D-模具尺寸； M-塑件尺寸。 如果按已知塑件尺寸和材料收縮率計算模具型腔則為 D=M/(1-S) 在模具設(shè)計中為了簡化計算，一般使用下式求模具尺寸： D=M+MS(2)如果需實施較為精確的計算，則應(yīng)用下式： D=M+MS+MS2(3)但在確定收縮率時，由於實際的收縮率要受眾多因素的影響也只能使用近似值，因而用式(2)計算型腔尺寸也基本上滿足要求。在制造模具時，型腔則按照下偏差加工，型芯則按上偏差加工，便於必要時可作適當(dāng)?shù)男拚?難於精確確定收縮率的主要原因，首先是因各種塑料的收縮率不是一個定值，而是一個范圍。因為不同工廠生產(chǎn)的同種材料的收縮率不相同，即使是一個工廠生產(chǎn)的不同批號同種材料的收縮率也不一樣。因而各廠只能為用戶提供該廠所生產(chǎn)塑料的收縮率范圍。其次，在成形過程中的實際收縮率還受到塑件形狀，模具結(jié)構(gòu)和成形條件等因素的影響。下面對這些因素的影響作一介紹。 塑件形狀 對於成形件壁厚來說，一般由於厚壁的冷卻時間較長，因而收縮率也較大，如圖1所示。 對一般塑件來說，當(dāng)熔料流動方向L尺寸與垂直於熔料流方向W尺寸的差異較大時，則收縮率差異也較大。 從熔料流動距離來看，遠(yuǎn)離澆口部分的壓力損失大，因而該處的收縮率也比靠近澆口部位大。 因加強筋、孔、凸臺和雕刻等形狀具有收縮抗力，因而這些部位的收縮率較小。 模具結(jié)構(gòu) 澆口形式對收縮率也有影響。用小澆口時，因保壓結(jié)束之前澆口即固化而使塑件的收縮率增大。 注塑模中的冷卻回路結(jié)構(gòu)也是模具設(shè)計中的一個關(guān)鍵。冷卻回路設(shè)計得不適當(dāng)，則因塑件各處溫度不均衡而產(chǎn)生收縮差，其結(jié)果是使塑件尺寸超差或變形。在薄壁部分，模具溫度分布對收縮率的影響則更為明顯。 成形條件 料筒溫度：料筒溫度（塑料溫度）較高時，壓力傳遞較好而使收縮力減小。但用小澆口時，因澆口固化早而使收縮率仍較大。對於厚壁塑件來說，即使料筒溫度較高，其收縮仍較大。 補料：在成形條件中，盡量減少補料以使塑件尺寸保持穩(wěn)定。但補料不足則無法保持壓力，也會使收縮率增大。 注射壓力：注射壓力是對收縮率影響較大的因素，特別是充填結(jié)束後的保壓頁號335壓力。在一般情況下，壓力較大的時因材料的密度大，收縮率就較小。 注射速度：注射速度對收縮率的影響較小。但對於薄壁塑件或澆口非常小，以及使用強化材料時，注射速度加快則收縮率小。 模具溫度：通常模具溫度較高時收縮率也較大。但對於薄壁塑件，模具溫度高則熔料的流動阻抗小，*而收縮率反而較小。 成形周期：成形周期與收縮率無直接關(guān)系。但需注意，當(dāng)加快成形周期時，模具溫度、熔料溫度等必然也發(fā)生變化，從而也影響收縮率的變化。在作材料試驗時，應(yīng)按照由所需產(chǎn)量決定的成形周期進(jìn)行成形，并對塑件尺寸進(jìn)行檢驗。用此模具進(jìn)行塑料收縮率試驗的實例如下。 注射機