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塑料模具设计与制造的认识


对塑料模具设计与制造的认识
塑料制品的应用日益广泛 , 为塑料模具提供了一个广阔的市场 据有关方面预测,模具市场的总体趋势是平稳向上的 ,在未来的模具 市场中,塑料模具的发展速度将高于其它模具 ,在模具行业中的比例 将逐步提高。随着塑料制品的迅猛发展,塑料模具的工作条件愈加复 杂和苛刻,从而带动了塑料模具材料的快速发展 ,主要表现为全球范 围内塑料模具材料的开发速度加快

、品种迅速增加。目前塑料模具材 料仍以钢为主。 塑料模具,是塑料加工工业中和塑料成型机配套,赋予塑料制 品以完整构型和精确尺寸的工具。由于塑料品种和加工方法繁多,塑 料成型机和塑料制品的结构又繁简不一,所以,塑料模具的种类和结 构也是多种多样的。中国全年塑料模具产值达 534 亿元人民币左右? 你相信吗?由于中国经济的高速发展对塑料模具工业的要求是越来越 严格,因此为塑料模具工业的发展提供了巨大的动力。据准确数据统 计,中国全年塑料模具产值达 534 亿元人民币,这是一个已经存在的 事实。随着汽车制造业和 IT 制造业的飞速发展,国内模具工业取得 了飞速发展,据了解,我国模具行业中塑料模具的占比可达 30%,预 计在未来模具市场中,塑料模具占模具总量的比例仍将逐步提高,且 发展速度将快于其他模具。 据悉,模具工业 2000 年以来以每年 20%的速度飞速增长,拉动 了模具档次的提高, 精良的模具制造装备为模具技术水平的提升提供

了保障。分析认为,由于进口模具中,精密、大型、复杂、长寿命模 具占多数,所以,从减少进口、提高国产化率角度出发,这类高档模 具在市场上的份额也将逐步增大。建筑业的快速发展,使各种异型材 挤出模具、PVC 塑料管材接头模具成为模具市场新的经济增长点,高 速公路的迅速发展,对汽车轮胎也提出了更高要求,因此子午线橡胶 轮胎模具,特别是活络模的发展也将高于总平均水平;以塑代木,以 塑代金属使塑料模具在汽车、摩托车工业中的需求量巨大;家用电器 行业在“十二五”期间将有较大发展,特别是电冰箱、空调器和微波 炉等的零配件的塑料模需求很大 同时,塑料模具行业结构调整步伐在不断加快,面向市场的专业 塑料模具厂家得数量及能力也在较快增长。 根据对塑料模具制造行业 的生产、销售、市场情况、行业结构、产品以及进出口等情况分析, 参考塑料模具相关行业发展趋势, 预测未来我国塑料模具制造行业的 发展方向究竟在哪里,到底我国塑料模具制造行业有多大的发展潜 力,这些都是需要去验证的。

一、塑料模具的分类 按照成型方法的不同, 可以划分出对应不同工艺要求的塑料加工 模具类型,主要有注射成型模具、挤出成型模具、吸塑成型模具、高 发泡聚苯乙烯成型模具等。 1、塑料注射(塑)模具

它主要是热塑性塑料件产品生产中应用最为普遍的一种成型 模具,塑料注射模具对应的加工设备是塑料注射成型机,塑料首先在 注射机底加热料筒内受热熔融,然后在注射机的螺杆或柱塞推动下, 经注射机喷嘴和模具的浇注系统进入模具型腔,塑料冷却硬化成型, 脱模得到制品。其结构通常由成型部件、浇注系统、导向部件、推出 机构、调温系统、排气系统、支撑部件等部分组成。制造材料通常采 用塑料模具钢模块,常用的材质主要为碳素结构钢、碳素工具钢、合 金工具钢,高速钢等。注射成型加工方式通常只适用于热塑料品的制 品生产,用注射成型工艺生产的塑料制品十分广泛,从生活日用品到 各类复杂的机械,电器、交通工具零件等都是用注射模具成型的,它 是塑料制品生产中应用最广的一种加工方法。 2、 塑料压塑模具 包括压缩成型和压注成型两种结构模具类型。它们是主要用来 成型热固性塑料的一类模具,其所对应的设备是压力成型机。压缩成 型方法根据塑料特性,将模具加热至成型温度(一般在 103°—108°),然后将计量好的压塑粉放入模具型腔和加料室,闭 合模具,塑料在高热,高压作用下呈软化粘流,经一定时间后固化定 型,成为所需制品形状。压注成型与压缩成型不同的是有单独的加料 室,成型前模具先闭合,塑料在加料室内完成预热呈粘流态,在压力 作用下调整挤入模具型腔,硬化成型。压缩模具也用来成型某些特殊 的热塑性塑料如难以熔融的热塑性塑料(如聚加氟乙烯)毛坯(冷压 成型),光学性能很高的树脂镜片,轻微发泡的硝酸纤维素汽车方向

盘等。压塑模具主要由型腔、加料腔、导向机构、推出部件、加热系 统等组成。压注模具广泛用于封装电器元件方面。压塑模具制造所用 材质与注射模具基本相同。 3、塑料挤出模具 用来成型生产连续形状的塑料产品的一类模具,又叫挤出成型 机头,广泛用于管材、棒材、单丝、板材、薄膜、电线电缆包覆层、 异型材等的加工。与其对应的生产设备是塑料挤出机,其原理是固态 塑料在加热和挤出机的螺杆旋转加压条件下熔融,塑化,通过特定形 状的口模而制成截面与口模形状相同的连续塑料制品。 其制造材料主 要有碳素结构钢、合金工具等,有些挤出模具在需要耐磨的部件上还 会镶嵌金刚石等耐磨材料。 挤出中工工艺通常只适用热塑性塑料品制 品的生产,其在结构上与注塑模具和压塑模具有明显区别。 4、塑料吹塑模具 是用来成型塑料容器类中空制品(如饮料瓶、日化用品等各种 包装容器)的一种模具,吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑 中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型(俗称“注拉 吹”),多层吹塑中空成型,片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成 型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机, 吹塑成型只适用于热塑料 品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单,所用材料多以碳素多则制 造。 5、塑料吸塑模具

是以塑料板、片材为原料成型某些较简单塑料制品的一种模具, 其原理是利用抽真空盛开方法或压缩空气成型方法使固定在凹模或 凸模上的塑料板、片,在加热软化的情况下变形而贴在模具的型腔上 得到所需成型产品,主要用于一些日用品、食品、玩具类包装制品生 产方面。吸塑模具因成型时压力较低,所以模具材料多选用铸铝或非 金属材料制造,结构较为简单。 6、高发泡聚苯乙烯成型模具 是应用可发性聚苯乙烯(由聚苯乙烯和发泡剂组成的珠状料) 原料来成型各种所需形状的泡沫塑料包装材料的一种模具。 其原理是 可发聚苯乙烯在模具内能入蒸汽成型, 包括简易手工操作模具和液压 机直通式泡沫塑料模具两种类型, 主要用来生产工业品方面的包装产 品。制造此种模具的材料有铸铝、不锈钢、青铜等。 二、塑料模具的设计 1 接受任务书 一般情况下,成型塑料制件的任务书通常由产品设计者提出, 具体有完整的设计要求,所用材料的材质、塑料产品说明书或技术要 求等内容。 2 收集、分析、消化原始资料 收集有关制件成型工艺、成型设备、特殊加工等资料。 (1)消化塑料制件图。了解产品的用途,分析产品的工艺性、尺寸 精度等技术要求。比如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能 方面的要求,塑件的几何结构、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、胶连接、钻孔等后期加工 工艺。 并对精度最高的塑料零件尺寸进行分析, 以及成型工艺参数等。 (2)确定成型方法。采用直压法、铸压法还是注射法。 (3)选择成型设备。根据成型设备的种类来进行模具加工, 例如对于注射机来说,应当了解注射容量、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。 (4)型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批 量规模、模具制造难易程度、模具成本等确定型腔数量及其排列 方式。 (5)浇注系统要考虑主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大 小;排气系统要选择排气槽位置、大小等。 (6)根据对顶杆、顶管、推板、组合式顶出等要素考虑,确定 顶出方式,选择侧凹处理方法及抽芯方式。 (7)一般采用油浴加热及水冷却方式,并确定加热冷却沟槽 的形状、位置及安装部位。 (8)根据模具材料、强度计算以及经验,确定模具外形尺寸 零件、外形结构。 (9)确定主要成型零件,结构件的结构形式。 (10)考虑模具各部分的强度,计算成型零件工作尺寸。 3 绘制模具图

按照国家标准绘制,无国家规定的可结合本部门习惯画法,需给出总 装图及全部零件图以及技术要求。 3.1 总装结构图 绘制总装图尽量采用 1∶1 的比例,应同时给出主视图及其他视图, 确保数据的冗余性。总装图还需包含以下内容: (1)模具成型部分结构。 (2)表明浇注系统、排气系统的结构形式。 (3)表明外形结构及所有连接件、定位、导向件的位置。 (4)按顺序编写零件序号,填写明细表。 (5)总装图要注明模具使用、装拆方法、保管及试模方面的要求。 3.2 零件图 根据模具总装图、 零件图, 应先内后外, 先复杂后简单, 先成型零件, 后结构零件。 (1)原则上要按比例画。局部剖面图允许放大或缩小。视图选择合 理。为了便于装配,图号应与总装图一致。 (2)尺寸标注要统一、集中、有序、完整。对主要零部件图来说, 标注时注意先标主要零件尺寸, 再标注配合尺寸, 最后标注整体尺寸; 非主要零件图上要先标注配合尺寸,后标注全部尺寸。 (3)注意事项可填写零件名称、模具图号、材料材质、热处理和硬 度等要求。 4 校对、审图

(1)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、结构等是否符合产品图纸的要求。 (2)塑料制件方面。重点考虑塑料物料的流动、缩孔、熔接痕、裂 口,脱模方式是否会影响塑料产品的使用性能、尺寸精度、表面质量 等方面的要求,是否会擦伤零件表面。 (3)成型设备方面。如选择注塑模具需考虑注射量、注射压力、锁 模力等,确定模具安装、脱模有无问题,反之选择挤出模具则考虑模 具的。 (4)主要考虑加工是否简单,成型材料的收缩率选用是否正确。 (5)图纸校对完,按程序审批,出正式加工图纸。 5 模具加工 由制造单位技术人员分析总装图及零件图要求, 编写制造工艺卡 片,准备所需材料,最终加工制造模具。试模及修模,虽然成型模具 是在选定成型材料及成型设备,在预定的工艺条件下进行,甚至经计 算机模拟成型,但是现实中总有一些因素无法模拟,必须在模具加工 完成后进行试模,最终才能看成型产品的质量如何,如有缺陷时,要 进行排除错误性的修模工作。 6 整理资料进行归档 将此期间所形成的技术资料, 包括任务书、 产品说明书、 总装图、 全部零件图蓝图或 CAD 格式图纸等,分门别类加以整理、编号并及 时归档。模具经试验后,交付用户,若暂不使用,则应该及时清理渣

滓、灰尘、油污等,内、外、表面完全擦除脱模剂,涂上黄油或其他 防锈油或防锈剂,交库房保管。 7 结论 文章结合国内管理程序, 系统地介绍了模具设计和制造系统的一般流 程化管理程序,能够帮助技术人员分析工艺方案、模具设计、加工的 合理性和正确性,能提高模具开发的一次成功率,有效缩短模具设计 和制造周期,同时也能保证提高模具的加工质量,这将有助于提高企 业的市场竞争力。 三、注塑件的应用 注塑件是指由注塑机生产的各种注塑产品统称注塑件, 包括各种 包装,零件等。主要是由聚乙烯或聚丙烯等材料并添加了多种有机溶 剂后制成的。塑料件的选择主要决定于塑料的类型(热塑性还是热固 性)、起始形态以及制品的外形和尺寸。制作注塑件一般采用模压、 传递模塑,也用注射成型。层压、模压和热成型是使塑料在平面上成 型。上述方法,均可用于橡胶加工。此外,还有以液态单体或聚合物 为原料的浇铸等。在这些方法中,以挤出和注射成型用得最多,也是 最基本的成型方法。 家用电器、仪器仪表,建筑器材,汽车工业、日用五金等众多领域, 注塑件所占的比例正迅猛增加。 一个设计合理的注塑件往往能代替多 个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。 注塑件的主要工艺参数包括: 1.料筒温度: 熔料温度是很重要的,所用的射料缸温度只是指

导性。熔胶温度可在射嘴处量度或使用空气喷射法来量度。射料缸的 温度设定取决于熔胶温度、螺杆转速、背压、射料量和注塑件周期。 您如果没有加工某一特定级别塑料的经验,请从最低的设定开始。为 了便于控制,射料缸分了区,但不是所有都设定为相同温度。如果运 作时间长或在高温下操作,请将第一区的温度设定为较低的数值,这 将防止塑料过早熔化和分流。注塑件开始前,确保液压油、料斗封闭 器、模具和射料缸都处于正确温度下。 2.熔料温度:熔体温度对熔体的流动性能起主要作用,由于塑胶 没有具体的熔点,所谓熔点是一个熔融状态下的温度段,塑胶分子链 的结构与组成不同,因而对其流动性的影响也不同,刚性分子链受温 度影响较明显,如 PC、PPS 等,而柔性分子链如:PA、PP、PE 等流 动性通过改变温度并不明显, 所以应根据不同的材料来调校合理的注 塑件温度。 3.模具温度:有些塑胶料由于结晶化温度高,结晶速度慢,需要 较高模温,有些由于控制尺寸和变形,或者脱模的需要,要较高的温 度或较低温度,如 PC 一般要求 60 度以上,而 PPS 为了达到较好的外 观和改善流动性,模温有时需要 160 度以上,因而模具温度对改善产 品的外观、变形、尺寸,胶模方面有不可抵估的作用。 4.注射压力:熔体克服前进所需的阻力,直接影响产品的尺寸, 重量和变形等,不同的塑胶产品所需注射压力不同,对于像 PA、PP 等材料,增加压力会使其流动性显著改善,注射压力大小决定产品的 密度,即外观光泽性。它没有固定的数值,而模具填充越困难,注塑

件压力也大。


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