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)中一個重要 的問題。1 塑料制品材料種類用對模具設(shè)計(jì)的影響 一般來說,并沒有不好的材料,

2、只有在 特定的領(lǐng)域使用了錯誤的材料。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(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

3、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,玻璃纖維在成型時的流動 取向?qū)⒁鹬破窓C(jī)械強(qiáng)度的改變。試驗(yàn)(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們的機(jī)械 性能進(jìn)行了比較表

4、明,對添加了 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,同時在成型模具設(shè)計(jì)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(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,其吸濕性很強(qiáng),在成型過程中會在高溫料筒中促使塑料發(fā)生水解,導(dǎo)致塑料起泡

5、和流動性下降,從而對制品的機(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, 應(yīng)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(guān)的, 因此細(xì)致分析制品材料后, 才能在模具設(shè)計(jì)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(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(yù)硬型塑料模具鋼、 時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, 除了要根據(jù)制品材料是否改性和有否增加填充劑,添

6、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,模具材料可 選 用 預(yù) 硬 型 塑 料 模 具 鋼 (如8Cr2MnWMoVs ;對制品材料在成型時會產(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,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,同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、 降低生產(chǎn)成本。2塑料制品對模具設(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

7、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長度;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(yīng)具有相當(dāng)?shù)牡?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(shè)計(jì)時, 壁厚不宜過小, 不 然制品的強(qiáng)度、 剛度不足, 對模具頂出機(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

8、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(chǎn) 率,同時對模具的強(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)時就要在制品的厚壁部分 設(shè)置型芯, 防止成型時形成空隙, 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?；蚍帜Ｃ嫦噙m應(yīng)

9、;不然會嚴(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,模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意 義。3塑料模具設(shè)計(jì)時對制品收縮率的考慮 為了不對

10、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(yīng)著重設(shè)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,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(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

11、莞市高級技工學(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領(lǐng)域的推廣應(yīng)用,產(chǎn)品對模具的要求也越來越高。現(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(shù)不能解決的,而這些因素對成型模具的壽命、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:TE624文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1673-0534(200610(a-0

12、051-0251科技咨詢導(dǎo)報(bào)ScienceandTechnologyConsultingHerald52科技咨詢導(dǎo)報(bào)ScienceandTechnologyConsultingHerald2006NO.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)人員可以參考手冊進(jìn)行設(shè)計(jì)。 總之, 在塑料 制品模具設(shè)計(jì)時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)量決定了整個系統(tǒng)的產(chǎn)量, 供機(jī)組的料 漿是靠精礦抓斗天車將

13、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, 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) 工作級別為 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 6(37-24-155改為 6(37-26-155型號后效果

14、明顯好轉(zhuǎn), 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(jī)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(jìn)行了多次培訓(xùn),并要求當(dāng)提升時必 須保證提升和閉合繩同時用力,但是還是發(fā) 生了兩次軸斷裂事故。經(jīng)過對提升時電機(jī)電 流的測量發(fā)現(xiàn)頻繁出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象, 因此, 對 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)

15、遠(yuǎn)大于設(shè) 計(jì)體積,現(xiàn)經(jīng)過計(jì)算和現(xiàn)場核定抓斗的實(shí)際抓料體積為 4.93m3通過稱重測得精礦的平均容重為 2t/m 3(1.7 2.3t/m 3,根據(jù)起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊的要求所抓物料粘結(jié)性較強(qiáng)時在設(shè)計(jì)時要考慮增加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)算起動時間式中: M e =9750 N e /n=1262.95NmM 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

16、m a x = M e =4294. 03Nm為電動機(jī)最大力矩與額定力矩的比值, 查得為3.4M qp 為電機(jī)平均起動轉(zhuǎn)矩 M j =Q q D js /2ai=2080000.726/2131.50.91=2634N 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 qp -M j =0.25st q 為起動時間GD 2為電動機(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.

17、25=2.79m/s 2式中:a q 為起動平均加速度 F a =Q q a q =208002.79=58032N 徑向載荷:F m a x =(Q +Q 0+F a /2=(208000+19480+58032/2=142756N式中:F a 為提升啟動時加速度產(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 /21=266032精礦抓斗天車減速機(jī)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(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

18、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:F 407. 61 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1673-0534(200610(a-0052-010.726/20.95=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=116800Nm,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。8解決方案探討更換減速機(jī):查國內(nèi)起重減速機(jī)(Z Q A 850-31. 5600rpm資料得:輸出軸上的最大短暫容 許扭矩T=116800Nm,輸出軸上的最 大短暫容許徑向載荷F=106000N 。別的減 速機(jī)也滿足不了我廠抓斗天車的使用性能, 所以此方案不合適。更換抓斗:考慮到精礦黏結(jié)性能, 將抓斗更換為 2. 5m3,實(shí)際抓料容積可達(dá)到 3.2m3,可以完全 達(dá)到徑向載荷要求。增加調(diào)速控制器;通過增加調(diào)速控制器使得加到電機(jī)上的 電壓是等變化率變化的,從而保證了電機(jī)的 平穩(wěn)地加減速,防止對電機(jī)和齒輪箱的機(jī)械 沖擊。參考文獻(xiàn)1 編寫組.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊.遼寧人民出版社.