塑料制品模具設(shè)計(jì)影響因素探討

1、工業(yè)技術(shù)科技咨詢導(dǎo)報(bào)在我國(guó)塑料工業(yè)發(fā)展中 ,計(jì)算機(jī)的應(yīng)用 起到了很好的作用。而計(jì)算機(jī)技術(shù)在模 具設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用 ,大大縮短了模具設(shè)計(jì)時(shí)間 , 尤其計(jì)算機(jī)輔助工程 (CAE 技術(shù)的大 規(guī)模 推廣, 解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、 模具設(shè)計(jì)及產(chǎn)品 加工中的薄弱環(huán)節(jié) , 更在提高生 產(chǎn)率、 保證產(chǎn) 品質(zhì)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(shù) 并不能替代專業(yè)設(shè)計(jì) 人員的經(jīng)驗(yàn) ,在塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)制品材料的 選擇、 及制品結(jié)構(gòu) 大小、 壁厚的設(shè)計(jì)是決定模 具設(shè)計(jì)、 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(shè)計(jì)中一個(gè)重要 的問題。1 塑料制品材料種類用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響 一般來

2、說 ,并沒有不好的材料 , 只有 在 特定的領(lǐng)域使用了錯(cuò)誤的材料。因此 , 設(shè)計(jì) 者必須要徹底了解各種可供選擇的材 料的性 能,并仔細(xì)測(cè)試這些材料 ,研究其與各種因 素對(duì)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(jìn)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(jié)晶性塑料。這兩類材料 在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化 影響的性能上有明顯 不同。一般來說 ,半結(jié)晶型熱塑性塑料主要 用于機(jī)械強(qiáng)度高的 部件 ,而無定型熱塑性塑 料由于不易彎曲 ,則常被應(yīng)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

3、 料,因此 ,根據(jù)所加填料來選用 就顯得尤為重要了。1.1 根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的分析 熱塑性塑料可分為未增強(qiáng)、玻璃纖 維增 強(qiáng)、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品 ,不同產(chǎn) 品的成型工藝性能是不相同的。玻 璃纖維主 要用于增加強(qiáng)度、堅(jiān)固度和提高應(yīng)用溫度 ; 礦物和玻璃體則具較低的增強(qiáng) 效果 ,主要用 于減少制品的翹曲。例如 ,實(shí)際應(yīng)用中玻璃 纖維會(huì)影響到成型加工 ,使 制品在成型后產(chǎn) 生收縮和翹曲。所以 ,玻璃纖維增強(qiáng)材料就 不能被未增強(qiáng)熱塑性塑 料或低含量增強(qiáng)材料 來替代 ,不然就會(huì)使制品的尺寸與設(shè)計(jì)尺寸 發(fā)生不符。此外 ,玻 璃纖維在成型時(shí)的流動(dòng) 取向?qū)⒁鹬破窓C(jī)械強(qiáng)度的改變。試驗(yàn) (從

4、注射成型片的橫 向和縱向截取了 10 個(gè)測(cè)試 條,并在同一個(gè)拉力測(cè)試儀上對(duì)它們的機(jī)械 性能進(jìn)行了 比較表明 ,對(duì)添加了 30%玻 璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹脂 ,其橫向的拉 伸強(qiáng)度比縱 向 （流動(dòng)方向低了 32%,撓 曲模量和沖擊強(qiáng)度分別減少了 43%和 53%。 在對(duì)制品安 全性的強(qiáng)度校核計(jì)算中就要注意 到這些損失 ,同時(shí)在成型模具設(shè)計(jì)中澆注系 統(tǒng)的布置也要充分地對(duì)這些問題加以考慮。 因此,對(duì)于在熱塑性塑料中加入了一系 列增強(qiáng)材料、填料和改性劑的 ,由此而產(chǎn)生 的性能變化必須認(rèn)真地從手冊(cè)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(shù)建議 ,以選用最為合適的制品材料。1.2 考慮濕度

5、對(duì)材料性能影響 一些熱塑性材料 ,比如 P A 6和 P A 66, 其吸濕性很強(qiáng) ,在成型過程中會(huì)在高溫料筒 中促使塑料發(fā)生水解 ,導(dǎo)致塑料起泡和流動(dòng) 性下降 ,從而對(duì)制品的機(jī)械性能和尺寸穩(wěn)定 性產(chǎn)生較大的影響。 在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí) , 應(yīng)特 別注意這種情況 , 以減少對(duì)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(guān)的 , 因此細(xì)致分析制品材料后 , 才能在 模具設(shè)計(jì)時(shí)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(xì)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(guó)市場(chǎng)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 、

6、滲碳型塑料模具 鋼、 預(yù)硬型塑料模具鋼、 時(shí)效硬化型塑料模具 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(shí) , 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(jié)構(gòu)、 尺寸精度等。 例如 : 成型 以玻璃纖維為填料的塑料制品時(shí) ,模具材料 可選用預(yù) 硬型 塑料 模具鋼 （如 8Cr2MnWMoVs ; 對(duì)制品材料在成型時(shí)會(huì)產(chǎn) 生腐蝕性氣體的 ,宜采用耐腐蝕型塑料模具 剛（如 Cr18MoV ;成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、 產(chǎn)量大的制品時(shí) ,需要高壽命的時(shí)效硬化型 塑料模具鋼 （如 4Cr5MoSiVS 。具

7、體選用時(shí)主要還是要針對(duì)塑料制品的材料和模具預(yù)計(jì)使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計(jì)將極大的提高模具使用周期 ,同時(shí)也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、 降低生產(chǎn)成本。2 塑料制品對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響在塑料制品的設(shè)計(jì)中 ,還有一些設(shè)計(jì)要點(diǎn)要經(jīng)?？紤] ,其中制品壁厚的設(shè)計(jì)尤為重要,其設(shè)計(jì)的合理與否對(duì)產(chǎn)品影響極大 ,主要影響有:制品重量 ;在模塑中可得到的流動(dòng)長(zhǎng)度;制品的生產(chǎn)周期 ;尺寸公差 ;制品的質(zhì)量 ,如表面粗糙度、翹曲和空隙等。2.1 塑料制品壁厚設(shè)計(jì)與模具設(shè)計(jì)我們知道 ,在成型制品的過程中 ,流程與壁厚的比率對(duì)注塑成型時(shí)模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中 ,要得到流程長(zhǎng)而壁厚薄的制品 ,則制品原料應(yīng)具有相

8、當(dāng)?shù)牡?熔融黏度 （易于流動(dòng)、 熔解 是非常 必要的。 因此, 在成型不同材料的制品時(shí) , 就要對(duì)制品 的壁厚加以限制。 設(shè)計(jì)時(shí), 壁厚不宜過小, 不然制品的強(qiáng)度、 剛度不足, 對(duì)模具頂出機(jī)構(gòu)的 設(shè)計(jì)影響甚大 ,在成 型過程中也不易充滿模 具型腔 ; 壁厚過大, 會(huì)增加制品的成型時(shí)間和 冷卻時(shí)間 , 從 而延長(zhǎng)了模塑周期 , 降低了生產(chǎn) 率,同時(shí)對(duì)模具的強(qiáng)度、剛度也有更高的要 求。 另 外, 制品的壁厚應(yīng)力求平均 , 否則會(huì)因 為固化或冷卻速度不同引起收縮不均勻 ,從 而 在制品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 ,導(dǎo)致制品產(chǎn)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(shè)計(jì)時(shí)就要在制品的厚壁部

9、分 設(shè)置型芯 , 防止成型時(shí)形成空隙 , 并 減少內(nèi)部 壓力, 從而使制品扭曲變形減至最小。 此外,對(duì)不同壁厚塑料制品的模具 設(shè) 計(jì) , 模具型腔的設(shè)計(jì)要求也不同。還要根據(jù) 制品的要求 ,合理設(shè)計(jì)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(yīng) ;不然會(huì)嚴(yán)重 影響制品 的外觀質(zhì)量和壁厚尺寸的精度。2.2 熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)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(yán)格的成型尺寸范圍。 因此, 設(shè)計(jì)者在決定熱塑性塑料模具制 品的成本方 面起了關(guān)鍵作用 , 合理且不影響產(chǎn)品性能的、 縮小公差, 降低成

10、本是可 以實(shí)現(xiàn)的。 一般商業(yè) 上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于 0. 25 0.3%,不過 這還需要與應(yīng)用時(shí)的具體要 求相結(jié)合來判斷。精確的模具設(shè)計(jì)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(duì)制品生產(chǎn)廠家具有重要意 義。3 塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)制品收縮率的考慮 為了不對(duì)塑料制品制定過分嚴(yán)格的范 圍,必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)是必須嚴(yán)格遵守 ,因此對(duì)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(dòng)的情況是不相同 的。 成型大型制品時(shí) , 其收縮率 較大, 此時(shí)就 應(yīng)著

11、重設(shè)法穩(wěn)定工藝條件和選擇收縮率波動(dòng) 較小的材料,如果單靠提 高模具成型零件的 制造精度則不經(jīng)濟(jì)了 ;而在成型尺寸較小的 制品時(shí) ,模具成型的 零件制造精度和磨損就 對(duì)制品的尺寸精度影響較大了。 此外, 塑料制 品的幾何形 狀對(duì)收縮率也有影響 ,進(jìn)而影響 到產(chǎn)品的性能 ,這也是設(shè)計(jì)者值得關(guān)注的一塑料制品模具設(shè)計(jì)影響因素探討朱逸忠（東莞市高級(jí)技工學(xué)校523112摘 要 : 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展及塑料制品在各個(gè)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用 ,產(chǎn)品對(duì)模 具的要求也越來越高?，F(xiàn)代模具的設(shè)計(jì)通過 CAE 技術(shù) ,實(shí)現(xiàn)了從制品設(shè)計(jì)到生產(chǎn)的 完全解決方案。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專業(yè)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn) ,比如在模具設(shè)計(jì)時(shí) 塑料

12、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(shù)不 能解決的 ,而這些因素對(duì)成型模具的壽命、結(jié)構(gòu)等設(shè)計(jì)都具有重要的影響 ,需要專業(yè)設(shè)計(jì)人員長(zhǎng)期經(jīng)驗(yàn)的積累才能做好的。本文就塑料制品模具設(shè)計(jì)中以上問題做如下 簡(jiǎn)要的討論。關(guān)鍵詞 :塑料模具設(shè)計(jì)材料 制品壁厚 選用中圖分類號(hào) :TE624 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1673-0534(200610(a- 0051-0251 科技咨詢導(dǎo)報(bào) Science and Technology Consulting Herald52 科技咨詢導(dǎo)報(bào) Science and Technology Consulting Herald2006 NO

13、.14工業(yè)技術(shù)科技咨詢導(dǎo)報(bào) 點(diǎn)。因此在此類制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要注意制品 脫模收縮后的尺寸 是否為產(chǎn)品要求尺寸 ,否 則因制品模后收縮值的影響 ,極有可能導(dǎo)致 產(chǎn)品尺寸不符合 標(biāo)準(zhǔn)。4 結(jié)語與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問題還有許多 ,設(shè) 計(jì)人員可以參考手冊(cè)進(jìn)行設(shè)計(jì)。 總之 , 在塑料 制品模具設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮可能影響制品尺1 前言選礦拜爾法生產(chǎn)氧化鋁流程中 ,溶出機(jī) 組的產(chǎn)量決定了整個(gè)系統(tǒng)的產(chǎn)量 , 供機(jī)組 的料 漿是靠精礦抓斗天車將磨浮生產(chǎn)出來的精礦從 精礦庫抓上皮帶進(jìn)入調(diào)配槽生 產(chǎn)出合格的原礦 漿。 我廠共有精礦 16T抓斗天車兩臺(tái) , 負(fù)責(zé)精 礦庫的精礦抓混和 配料, 使用頻繁 , 設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu) 工作級(jí)別為

14、 M6,自投產(chǎn)以來共發(fā)生提升減速 機(jī)低速軸斷 裂一次, 閉合減速機(jī)低速軸斷裂兩 次, 既破壞了特種設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行又嚴(yán)重 威 脅到了氧化鋁的生產(chǎn)。 因此, 抓好這兩臺(tái)精 礦抓斗天車的安全穩(wěn)定運(yùn)行 , 保證溶出 機(jī)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(jī)輸出軸的受力分析精礦天車作為我廠的重要生產(chǎn)天車 ,自 投產(chǎn)以來頻繁斷鋼絲繩 ,后經(jīng)過將鋼絲繩 型 號(hào) 6 (37-24-155改為 6 (37-26-155型號(hào)后效果明顯好轉(zhuǎn) , 有原來的平均每 10天 換繩一次延長(zhǎng)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(jī)低速軸斷裂 時(shí), 一 方面對(duì)備件提出了更

15、高的要求 ,另一方面對(duì) 天車工進(jìn)行了多次培訓(xùn) ,并要求當(dāng) 提升時(shí)必 須保證提升和閉合繩同時(shí)用力 ,但是還是發(fā) 生了兩次軸斷裂事故。經(jīng)過對(duì) 提升時(shí)電機(jī)電 流的測(cè)量發(fā)現(xiàn)頻繁出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象 , 因此, 對(duì) 提升機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和起重 量提出了質(zhì)疑。作為 減速機(jī)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(jì)。3 使用過程中抓斗有效的使用體積核定 和實(shí)際起重量精礦天車隨車帶的抓斗設(shè)計(jì)為 3. 2m 3,但是由于陶瓷過濾機(jī)過濾出的精礦水分偏大 ,粘結(jié)性較強(qiáng) ,造成實(shí)際抓料體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè) 計(jì)體積 ,現(xiàn)經(jīng)過計(jì)算和現(xiàn)場(chǎng)核定抓斗 的實(shí)際抓料體積為 4.93m3通過稱重測(cè)得精礦的平均容重 為 2

16、t/m 3(1.7 2.3t/m 3,根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)的要求所抓物料粘結(jié)性較強(qiáng)時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮增加 25 30%的起重量 , 因此精礦天車的起重量計(jì)算如下 :Q q =V 總 +0.3V總 +Q 0=12.8+8=20.8t4 計(jì)算起動(dòng)時(shí)間式中: M e =9750 N e /n=1262.95N? mM e 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)矩 N e 為電機(jī)額定功率 n 為電機(jī)額定轉(zhuǎn)速 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(dòng)機(jī)最大力矩與額定力矩的比值 ,

17、查得為 3.4M qp 為電機(jī)平均起動(dòng)轉(zhuǎn)矩 M j =Q q ? D js /2? a? i? =2080000.726/2 131.50.91=2N6 3?4m 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(dòng)比為起升機(jī)構(gòu)的機(jī)械效率 t q =1.2GD 2n/375(M qp -M j +0.975Q q 2/n(M q-Mp j =0.25st q 為起動(dòng)時(shí)間GD 2 為電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子及同軸上聯(lián)軸器等的 總飛輪矩為起升速度5 計(jì)算徑向載荷 a q = /t q =41.8/60/0.25=2.79m/s 2式中:a q 為起動(dòng)平均

18、加速度 F a =Q q ? a q =20800 2.79=58032N 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(dòng)時(shí)加速度產(chǎn)生的力 Q 0為卷筒的自重產(chǎn)生的力 Q 為起重量 產(chǎn)生的力 6 計(jì)算輸出軸扭矩 T 輸出 =(Q +F a D js /2 1=2660精32礦抓斗天車減速 機(jī)輸出軸斷裂的原因分析與對(duì)策原成鋼(河南焦作市中國(guó)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(duì)天車提升機(jī)構(gòu)的受力分析 ,討論出了提升、閉合減速機(jī)低速 軸軸斷事故產(chǎn)生的原因 ,并提出了行之有效的解 決 辦 法 。關(guān)鍵詞 :抓斗天車軸斷裂 扭矩中圖分類號(hào) :F 407. 61 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 :A 文章編號(hào) :1673-0534(200610(a- 0052-010.726/2 0.95=193139.23/1.9=101652. 23 N ? m1為卷筒的機(jī)械效率 ,取 0. 95。7 結(jié)論我廠抓斗天車減速機(jī) (Z Q 850-31. 5600rpm設(shè)計(jì)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F, 不滿足徑向載荷的要求 因 此 , 此減速機(jī)不能滿足精礦天車的使用要求