對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)與制造的認(rèn)識(shí)

1、 對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)與制造的認(rèn)識(shí)一、塑料工業(yè)塑料工業(yè)是制造合成樹(shù)脂和塑料制品的高分子化工部門，也有把塑料加工機(jī)械和模具的制造工業(yè)包括在內(nèi)的。塑料工業(yè)的生產(chǎn)量和品種，主要依賴于合成樹(shù)脂的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，因此與石油化工關(guān)系密切；塑料又以其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、生產(chǎn)效率高、能耗低等特點(diǎn)，在機(jī)械制造，建筑等部門的某些領(lǐng)域，可取代金屬和木材；在電子、電器等部門，塑料已成為必需材料之一；塑料制品廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活之中；在包裝方面，可以說(shuō)當(dāng)今沒(méi)有塑料，幾乎就沒(méi)有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。是制造合成樹(shù)脂和塑料制品的高分子化工部門，也有把塑料加工機(jī)械和模具的制造工業(yè)包括在內(nèi)的。塑料工業(yè)的生產(chǎn)量和品種，主要依賴于合成樹(shù)

2、脂的生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)，因此與石油化工關(guān)系密切；塑料又以其質(zhì)輕、比強(qiáng)度高、耐腐蝕、生產(chǎn)效率高、能耗低等特點(diǎn)，在機(jī)械制造，建筑等部門的某些領(lǐng)域，可取代金屬和木材；在電子、電器等部門，塑料已成為必需材料之一；塑料制品廣泛用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和人民生活之中；在包裝方面，可以說(shuō)當(dāng)今沒(méi)有塑料，幾乎就沒(méi)有現(xiàn)代化的包裝工業(yè)。世界上塑料的人均年消費(fèi)量1970年8kg，1980年13.4kg,預(yù)計(jì)1995年可達(dá)到22.5kg，工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家多超過(guò)50kg。2、 塑料模具的簡(jiǎn)介及分類 塑料模具，是塑料加工工業(yè)中和塑料成型機(jī)配套，賦予塑料制品以完整構(gòu)型和精確尺寸的工具。塑料模具是一種生產(chǎn)塑料制品的工具.它由幾組零件部分構(gòu)成，這個(gè)組合

3、內(nèi)有成型模腔。注塑時(shí)，模具裝夾在注塑機(jī)上，熔融塑料被注入成型模腔內(nèi)，并在腔內(nèi)冷卻定型，然后上下模分開(kāi)，經(jīng)由頂出系統(tǒng)將制品從模腔頂出離開(kāi)模具，最后模具再閉合進(jìn)行下一次注塑，整個(gè)注塑過(guò)程是循環(huán)進(jìn)行的。一般塑料模具由動(dòng)模和定模兩部分組成，動(dòng)模安裝在注射成型機(jī)的移動(dòng)模板上，定模安裝在注射成型機(jī)的固定模板上。在注射成型時(shí)動(dòng)模與定模閉合構(gòu)成澆注系統(tǒng)和型腔，開(kāi)模時(shí)動(dòng)模和定模分離以便取出塑料制品。 模具的結(jié)構(gòu)雖然由于塑料品種和性能、塑料制品的形狀和結(jié)構(gòu)以及注射機(jī)傾誠(chéng)模具的類型等不同而可能千變?nèi)f化，但是基本結(jié)構(gòu)是一致的。模具主要由澆注系統(tǒng)、調(diào)溫系統(tǒng)、成型零件和結(jié)構(gòu)零件組成。其中澆注系統(tǒng)和成型零件是與塑料直接接觸

4、部分，并隨塑料和制品而變化，是塑模中最復(fù)雜，變化最大，要求加工光潔度和精度最高的部分。 澆注系統(tǒng)是指塑料從射嘴進(jìn)入型腔前的流道部分，包括主流道、冷料穴、分流道和澆口等。成型零件是指構(gòu)成制品形狀的各種零件，包括動(dòng)模、定模和型腔、型芯、成型桿以及排氣口等。由于塑料品種和加工方法繁多，塑料成型機(jī)和塑料制品的結(jié)構(gòu)又繁簡(jiǎn)不一，所以，塑料模具的種類和結(jié)構(gòu)也是多種多樣的。按照成型方法的不同，可以劃分出對(duì)應(yīng)不同工藝要求的塑料加工模 塑料模具具類型，主要有注射成型模具、擠出成型模具、吸塑成型模具、高發(fā)泡聚苯乙烯成型模具等。3、 塑料模具的設(shè)計(jì)要素 塑料模具設(shè)計(jì)的目的就是為了能夠更好的確保塑件進(jìn)行批量生產(chǎn)，所以為

5、了確保模具能夠在生產(chǎn)中更好的發(fā)揮其作用，所需要在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)多種因素進(jìn)行充分的考慮。不僅需要對(duì)模具本身進(jìn)行考慮，而且還需要對(duì)塑料用料、成型設(shè)計(jì)和成型工藝進(jìn)行充分的考慮，這些因素之間還存在著許多關(guān)聯(lián)性，在設(shè)計(jì)時(shí)任何一項(xiàng)因素考慮不到，都會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)的質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。因此，在設(shè)計(jì)塑料模具時(shí)，用工程綜合性思維擬定模具設(shè)計(jì)方案，并重點(diǎn)突出關(guān)鍵結(jié)構(gòu)或系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 3.1 成型體的尺寸和公差 塑料成型的方法有很多種，各種模具的結(jié)構(gòu)和形狀千差萬(wàn)別，直接成形塑料制品的零件叫成型體。由于成型體直接成形塑件，其工作尺寸與公差直接影響塑件的形狀和精度，因此在模具設(shè)計(jì)中成為至關(guān)重要的設(shè)計(jì)對(duì)象。成型體的工作尺寸與公差必須按塑

6、件的名義尺寸與公差，在考慮了塑料收縮率及其波動(dòng)#模具磨損量和制造公差后進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。同時(shí)還要考慮塑件的大小，在設(shè)計(jì)大件時(shí)，以考慮收縮率為主，在設(shè)計(jì)小件時(shí)，以提高模具制造精度和減少磨損量為主，在精密成型中，更要考慮因工藝因素引起的波動(dòng)。為了便于修模，合理設(shè)計(jì)模具的凸凹部位的尺寸與公差也是一個(gè)很重要的方面。 3.2 模具的導(dǎo)向與定位裝置 模具的導(dǎo)向與定位裝置是為了保證模具正確工作，使動(dòng)定模在工作過(guò)程中有一個(gè)確定的位置，保持模具的精度，使模具順利實(shí)現(xiàn)脫模與合模，同時(shí)承受適當(dāng)?shù)膫?cè)向壓力。它包括動(dòng)模與定模上的導(dǎo)柱#導(dǎo)套#錐形銷和楔形塊等。模具的導(dǎo)向與定位裝置的設(shè)計(jì)必須考慮其在模具上的分布位置與數(shù)量結(jié)構(gòu)形

7、式，其軸線必須保證相互平行，嚴(yán)防出現(xiàn)咬死現(xiàn)象。 3.3 抽芯機(jī)構(gòu) 塑件上有側(cè)向孔槽結(jié)構(gòu)時(shí)，在模具脫模過(guò)程中必須抽芯。抽芯機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)很重要，關(guān)系到能否順利脫模、制品質(zhì)量、模具壽命和生產(chǎn)效率。在設(shè)計(jì)抽芯機(jī)構(gòu)時(shí)，首先要計(jì)算抽拔力，其次要設(shè)計(jì)合理的抽芯機(jī)構(gòu)，保證抽拔方便，機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)高效、自如。抽芯方式有直抽和斜抽兩種，抽芯機(jī)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單、可靠，直接利用脫模力通過(guò)斜導(dǎo)柱或斜滑塊抽芯，必要時(shí)也可設(shè)計(jì)氣動(dòng)或液壓直抽芯。 3.4 頂出機(jī)構(gòu) 塑件在成型時(shí)往往緊緊包裹在型芯上或內(nèi)嵌在型腔內(nèi)，脫模時(shí)必須借助頂出機(jī)構(gòu)才能從型芯上或型腔內(nèi)順利脫出。設(shè)計(jì)頂出機(jī)構(gòu)必須要計(jì)算頂出力的中心，頂桿的布局應(yīng)均衡，其合力的中心必須與頂

8、出力的中心重合，以避免頂出板因受力不均勻而傾斜，甚至造成頂出導(dǎo)向裝置因受力不均而咬死。此外，頂出位置應(yīng)選擇在塑件比較隱秘的部位，防止頂出痕跡影響塑件美觀。 3.5 澆注系統(tǒng) 澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要包括澆口的形式#位置及其分布。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)時(shí)，首先要熟悉塑料的工藝性能，明確澆注系統(tǒng)可能對(duì)熔體流動(dòng)產(chǎn)生的影響$其次要分析澆口的位置及其分布可能對(duì)塑件變形所帶來(lái)的影響$最后還要考慮澆注系統(tǒng)盡量以最短的流程充滿型腔，保證壓力損失小，并便于排氣。如果條件允許，應(yīng)采用專用軟件進(jìn)行流動(dòng)模擬和保壓模擬分析，以確定合理的澆注系統(tǒng)，優(yōu)化工藝參數(shù)。 3.6 塑料模具的熱處理熱處理作為塑料模具設(shè)計(jì)中極為關(guān)鍵的一環(huán)，其對(duì)模具

9、的使用性能和使用壽命都會(huì)產(chǎn)生較大的影響。塑料模具只有經(jīng)過(guò)良好的熱處理后才能確保模具材料的性能得以更好的發(fā)揮出來(lái)。在生產(chǎn)過(guò)程中，很大一部分模具失效往往都是緣于熱處理不當(dāng)。所以在塑料模具設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)塑料模具的具體情況來(lái)對(duì)使其能夠更好的滿足熱處理要求，在確保模具使用壽命和性能的前提下，需要充分的降低力學(xué)性能指標(biāo)、尺寸和公差精度等級(jí)，這樣不僅可以簡(jiǎn)化熱處理工藝，而且能夠確保成本的降低。 四、材料要求塑料模具的工作條件與冷沖模不同，一般須在150°C-200°C下進(jìn)行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響?，F(xiàn)根據(jù)塑料成型模具使用條件、加工方法的不同將塑料模具用鋼的基本

10、性能要求大致歸納如下： 1、足夠的表面硬度和耐磨性塑料模的硬度通常在50-60HRC以下，經(jīng)過(guò)熱處理的模具應(yīng)有足夠的表面硬度，以保證模具有足夠的剛度。模具在工作中由于塑料的填充和流動(dòng)要承受較大的壓應(yīng)力和摩擦力，要求模具保持形狀的精度和尺寸精度的穩(wěn)定性，保證模具有足夠的使用壽命。模具的耐磨性取決于鋼材的化學(xué)成分和熱處理硬度，因此提高模具的硬度有利于提高其耐磨性。 2、優(yōu)良的切削加工性大多數(shù)塑料成型模具，除EMD加工外還需進(jìn)行一定的切削加工和鉗工修配。為延長(zhǎng)切削刀具的使用壽命，提高切削性能，減少表面粗糙度，塑料模具用鋼的硬度必須適當(dāng)。 3、良好的拋光性能高品質(zhì)的塑料制品，要求型腔表面的粗糙度值小。

11、例如，注塑模型腔表面粗糙度值要求小于Ra0.10.25的水平，光學(xué)面則要求Ra<0.01nm，型腔須進(jìn)行拋光，減小表面粗糙度值。為此選用的鋼材要求材料雜質(zhì)少、組織微細(xì)均一、無(wú)纖維方向性、拋光時(shí)不應(yīng)出現(xiàn)麻點(diǎn)或桔皮狀缺陷。 4、良好的熱穩(wěn)定性塑料注射模的零件形狀往往比較復(fù)雜，淬火后難以加工，因此應(yīng)盡量選用具有良好的熱穩(wěn)定性的，當(dāng)模具成型加工經(jīng)熱處理后因線膨脹系數(shù)小，熱處理變形小，溫度差異引起的尺寸變化率小，金相組織和模具尺寸穩(wěn)定，可減少或不再進(jìn)行加工，即可保證模具尺寸精度和表面粗糙度要求。45、50牌號(hào)的碳素鋼具有一定的強(qiáng)度與耐磨性，經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后多用于模架材料。高碳工具鋼、低合金工具鋼經(jīng)過(guò)熱

12、處理后具有較高的強(qiáng)度和耐磨性，多用于成型零件。但高碳工具鋼因其熱處理變形大，僅適用于制造尺寸小、形狀簡(jiǎn)單的成型零件。隨著塑料工業(yè)的發(fā)展，塑料制品的復(fù)雜性、精度等要求愈來(lái)愈高，對(duì)模具材料也提出更高要求。對(duì)于制造復(fù)雜、精密和耐腐蝕性的塑料模，可采用預(yù)硬鋼（如PMS）、耐蝕鋼（如PCR）和低碳馬氏體時(shí)效鋼（如18Ni-250），均具有較好的切削加工、熱處理和拋光性能及較高強(qiáng)度。此外，在選擇材料時(shí)還須考慮防止擦傷與膠合，如兩表面存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況，則盡量避免選擇組織結(jié)構(gòu)相同的材料，特殊狀況下可將一面施鍍或氮化，使兩面具有不同的表面結(jié)構(gòu)。材料選擇1、塑料模的工作條件由于塑料及塑料成型工業(yè)的發(fā)展，對(duì)塑料的

13、模具的質(zhì)量要求也越來(lái)越高，因而塑料模具的失效問(wèn)題及其影響因素已成為重要的研究課題。塑料模的主要工作零件是成型零件，如凸模、凹模等，它們構(gòu)成塑料模的型腔，以成型塑料制件的各種表面并直接與塑料接觸，經(jīng)受壓力、溫度、摩擦和腐蝕等作用。2 、塑料模材料失效原因分析一般模具制造中包括模具設(shè)計(jì)、選用材料、熱處理、機(jī)械加工、調(diào)試與安裝等過(guò)程。根據(jù)調(diào)查表明：模具失效的因素中，模具所使用的材料與熱處理是影響使用壽命的主要因素。從全面質(zhì)量管理的角度出發(fā)，不能把影響模具使用壽命的諸因素作為多項(xiàng)式之和來(lái)衡量，而應(yīng)該是多因素的乘積，這樣，模具材料與熱處理的優(yōu)劣在整個(gè)模具制造過(guò)程中就顯得特別重要。從模具失效的普遍現(xiàn)象分析

14、，塑料模具在服役過(guò)程中，可產(chǎn)生磨損失效、局部性變形失效和斷裂失效。塑料模具的重要失效形式可分為磨損失效、局部塑性變形失效和斷裂失效。3、 塑料模具鋼性能要求 隨著制造業(yè)快速發(fā)展，塑料模具是塑料成型加工中不可缺少的工具，在總的模具產(chǎn)量中所占的比例逐年增加，隨著高性能塑料的發(fā)展和不斷生產(chǎn)，塑料制品的種類日益增多，用途不斷擴(kuò)大，制品向精密化、大型化、復(fù)雜化發(fā)展。成型生產(chǎn)向高速化發(fā)展，模具的工作條件也越趨復(fù)雜。 (1）型腔表面的磨損和腐蝕塑料熔體以一定的壓力在模腔內(nèi)流動(dòng)，凝固的塑件從模具中脫出，都對(duì)模具成型表面造成摩擦，引起磨損。造成塑料模具磨損失效的根本原因就是模具與物料間的摩擦。但磨損的具體形式和

15、磨損過(guò)程則與許多因素有關(guān)，如模具在工作過(guò)程中的壓力、溫度、物料變形速度和潤(rùn)滑狀況等。當(dāng)塑料模具使用的材料與熱處理不合理時(shí)，塑料模具的型腔表面硬度低，耐磨性差，其表現(xiàn)為：型腔面因磨損及變形引起的尺寸超差；粗糙度值因拉毛而變高，表面質(zhì)量惡化。尤其是當(dāng)使用固態(tài)物料進(jìn)入塑模型腔時(shí)，它會(huì)加劇型腔面的磨損。加之塑料加工時(shí)含有氯、氟等成分受熱分解出腐蝕性氣體HC1、HF，使塑料模具型腔面產(chǎn)生腐蝕磨損，導(dǎo)致失效。如果在磨損的同時(shí)又有磨損損傷，使型腔表面的鍍層或其他防護(hù)層遭到破壞，則將促進(jìn)腐蝕過(guò)程。兩種損傷交叉作用，加速了腐蝕一磨損失效。 (2）塑性變形失效塑料模型腔表面受壓、受熱可引起塑性變形失效，尤其是當(dāng)小

16、模具在大噸位設(shè)備上工作時(shí)，更容易產(chǎn)生超負(fù)荷塑性變形。塑料模具所采用的材料強(qiáng)度與韌性不足，變形抗力低；塑性變形失效另一原因，主要是模具型腔表面的硬化層過(guò)薄，變形抗力不足或工作溫度高于回火溫度而發(fā)生相變軟化，而使模具早期失效。 (3）斷裂斷裂的主要原因是由于結(jié)構(gòu)、溫差而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)應(yīng)力、熱應(yīng)力或因回火不足，在使用溫度下，使殘余奧氏體轉(zhuǎn)變成馬氏體，引起局部體積膨脹，在模具內(nèi)部產(chǎn)生的組織應(yīng)力所致。塑料模具的工作條件與冷沖模不同， 一般須在150-200下進(jìn)行工作，除了受到一定壓力作用外，還要承受溫度影響。同一種模具會(huì)有多種失效形式，即使在同一個(gè)模具上也可能出現(xiàn)多種損傷。從塑料模的失效形式可知，合理的選用

17、塑料模具材料和熱處理是十分重要的，因?yàn)樗鼈冎苯雨P(guān)系到模具的使用壽命。所以，塑料模具用鋼應(yīng)滿足以下要求： (1）耐熱性能隨著高速成型機(jī)械的出現(xiàn)，塑料制品運(yùn)行速度加快。由于成型溫度在200-350之間，如果塑料流動(dòng)性不好，成形速度又快，會(huì)使模具部分成型表面溫度在極短時(shí)間內(nèi)超過(guò)400。為保證模具在使用時(shí)的精度及變形微小，模具鋼應(yīng)有較高的耐熱性能。 (2） 足夠耐磨性隨著塑料制品用途的擴(kuò)大，在塑料中往往需添加玻璃纖維之類的無(wú)機(jī)材料以增強(qiáng)塑性，由于添加物的加入，使塑料的流動(dòng)性大大降低，導(dǎo)致模只的磨損，故要求棋具有良好的耐磨性。 (3） 優(yōu)良的切削加工性大多數(shù)塑料成型模具，除電火花加工還需進(jìn)行一定的切削加

18、工和鉗工修配。為延長(zhǎng)切削刀具的使用壽命，在切削過(guò)程中加工硬化小。為避免模具變形而影響精度，希望加工殘余應(yīng)力能控制在最小限度。 (4） 良好的熱穩(wěn)定性塑料注射模的零件形狀往往比較復(fù)雜，淬火后難以加工，因此應(yīng)盡量選用具有良好的熱穩(wěn)定性的材料。 (5）鏡面加工性能型腔表面光滑，成型面要求拋光成鏡面，表面粗糙度低于Ra0.4m，以保證塑料壓制件的外觀并便于脫模。 (6）熱處理性能在模具失效事故中，因熱處理造成的事故一般是523%，以致熱處理在整個(gè)模具制造過(guò)程中占有重要的地位，熱處理工藝的好壞對(duì)模具質(zhì)量有較大的影響。一般要求熱處理變形小，淬火溫度范圍寬，過(guò)熱敏感性小，特別是要有較大的淬硬性和淬透性等等。 (7） 耐腐蝕性在成形過(guò)程中可能放出腐蝕氣受熱分解出具有腐蝕性的氣體，如HC1、HF等腐蝕模具，有時(shí)在空氣流道口處使模具銹蝕而損壞，故要求模具鋼有良好的耐蝕性。 4 、新型塑料模具鋼一般塑料模具常采用正火態(tài)的45鋼或40Cr鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)制造。硬度要求較高的塑料模具采用CrWMn或Crl2MoV等鋼制造。對(duì)工作溫度較高的塑料模具，可以選擇用韌性高的熱作模具鋼。為了滿足塑料型腔對(duì)尺寸精度和表面質(zhì)量的更高要求，新近又研制一系列新型模具鋼。拋光過(guò)程。 五、注塑件的應(yīng)用注塑件是指由注塑