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塑料成型加工


塑料注塑成型工艺指南

塑料注塑成型工艺指南
原料选择->制件设计->配色着色->模具设计->成型工艺

0.前言
由于合成树脂和塑料工业发展迅速,塑料材料的种类和品级日趋繁多, 而且通过共 混;接枝共聚、嵌段共聚、互穿网络、填充增强和合金等,其性能又千变万化,差异很大。 这对于制品设计和塑料应用

者来说,既扩大了选择范围,又增加了选择难度。过去由于缺乏 分析设计技术, 人们主要经过实践试验,经验设计,使塑料的应用范围迅速扩大。然而, 这种经验方法对某些应用要求是很困难的,所以必须掌握选材、合理的设计和加工工艺方面 的技术。 另一方面,为了提高产品质量、缩短生产周期和降低开发新应用的成本,也必须 重视选材和设计技术。 塑料制品选材和设计者首先遇到的问题是由于塑料属于粘弹性材 料,其性能与金属有很大的差异, 所以不能套用金属制品的设计方法。塑料的性能受环境 条件影响十分显著,着受力时间、 受力速度和温度等的变化而有很大变化,因此,选材和 设计时应了解材料的性能极限, 这样才能使塑料制品满足更苛刻的和更复杂的承载要求, 保证产品质量的可靠性。为此,应当综合考虑材料的力学性能和与使用相关的其它性能,如 强度、模量、冲击性能,疲劳性能、 耐高低温性、耐老化性、电性能、光学性能、渗透 性、燃烧性和加工性等等, 并通过应力分析来计算塑料零件的尺寸。对用于要求承受高速 应力或交变应力的产品, 还应了解材料的动态力学性能和材料在高应变率下的行为,因为 材料的静态力学性能与动态力学性能或高应变率下的性能有较大的差别。 塑料制品选材和设计者遇到的另一个问题是已工业化的塑料品种、品级繁多,但其工程 性能数据不足, 因为有些数据的测试需求复杂,又费时间,而且因试验条件的改变而变 化, 所以这些数据通常不是由材料生产厂提供,而是由设计部门提出要求或靠塑料零件设 计者自己(或委托)测试。

1.原料选择
1.1 塑料选材的一般程序
塑料也像金属一样,种类繁多,虽然已工业化的主要类别只有五十多种,但每类又有许 多品级。如尼龙塑料则包括尼龙 3、尼龙 4、尼龙 6、尼龙 46、尼龙 66、尼龙 7、尼龙 8、 尼龙 9、尼龙 610、尼龙 1010、尼龙 11、尼龙 12、尼龙 13、尼龙 612,尼龙 9T,尼龙 13, MC 尼龙,尼龙 MXD6 尼龙等品种。每一品种还可以通过改性,例如加入填料或增强材料和其 它辅助材料,或通过共混制成"合金";或通过加工工艺如定向拉伸、结晶、发泡等来获得新 的性能,以满足使用要求。 塑料的品种既然是如此繁多,它们的性能又具可变性,因此,塑料应用的选材常常要从 塑料中许多性能的综合平衡来考虑(包括工艺与成本),而且某些性能数据如磨损性、冲击性 尚不能完全预测其使用性,有时又缺乏准确可靠的设计公式,因此,大多数塑料的选材过程 是比较复杂的。为了能选择出性能和加工工艺均符合使用要求的、又尽量能恰如其分地量材 使用的品种就要求采用系统、综合的分析方法来选材。 一个完整的设计过程,应从构思、草图开始。选材在设计过程中是个关键步骤,对于指 定部件的选材,最主要的是考虑部件的功能和决定部件功能的有关材料性能,同时还要考虑 1

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诸如部件的特点和禁忌、使用时的外界条件、临界条件、使用寿命和使用方式、维修方法、 制品尺寸和尺寸精度、成型加工工艺、生产数量、生产速度、成本、原料来源和经济效益等 等。这些因素包括两方面,一方面是使用环境介质和环境条件,如构件承受的负荷和自重, 冲击和振动等机械作用的影响;接触的气体、液体、固体及化学药品;曝露的大气环境 (气 温、湿度、降雨、阳光、冰雪以及有害气体等)的影响;贮存环境条件和长期贮存的的影 响;此外,除静态破坏影响外,还要考虑摩擦升温、蠕变、成型收缩等引起的变形、应力松 弛以及反复应变而引起的疲劳,高应变率引起的力学性能变化等等。另一方面是搬运、勤务 处理或操作时,制品可能遭到外力作用,甚至是意外的外力作用的影响。充分考虑这些因素 才能明确所要求的综合性能。 了解生产数量是为了从经济上考虑恰当的成型加工方法。比如所需数量是几个至几十 个,就不必要制造模具,可直接用板材或棒材加工;需要数量是几百个左右时,可酌情采用 简易模具或树脂-金属模、低熔点合金模等;当需要量更多时则应采用正规的模具成型。比 如,设计的部件要急于使用,则考虑材料货源是主要的;如要设计宇航零件,则性能因素是 最重要的;如设计通用产品,则应综合考虑性能和成本。下面列举一个典型的选材程序: (1)零部件的构思:进行初步的功能设计,即部件的形状及其功能元件的形状,并考虑选 择基本加工方法。 (2)选材:根据在应力下与使用性能相关的塑料的工程性能和加工性来筛选候选材料,这 些应力是部件工作时施加在制品上的。 (3)初步分析设计:利用工程设计性能计算壁厚和零件的其它尺寸。并根据塑料的特点进 行制品设计和模具设计。 (4)试制样品:在部件实际使用条件下或模拟零部件的使用条件下进行考验、考核。 (5)重新设计和重新试验:当发现性能不能满足使用要求时,要重新筛选材料或重新设计 并试验。 (6)根据试制样品的试验情况和加工零部件的成本,确定最终设计和选材。 (7)确定材料的技术规格和检验方法。 有时上列步骤可以缩短,尤其是在零部件要求简单,或新零件与旧零件的差别很小的时 候。然而,有时选材步骤更为复杂,特别是在开发新应用时,或在塑料所承受的应力很复杂 的情况下,系统、综合的分析法不仅是可靠的成功办法,而且是节省开发费用的途径。

1.2 原料的一般选择
1.2.1 塑料一般选材 设计者绘出零件图后,要对零部件列出使用条件和重要选材因素、然后合理地选材。括 以下三个步骤: (1)跟据应用目的,列出部件的全部功能要求(并不是材料的性能),并尽可能定量化。 例如: ①在额定的连续载荷下允许的最大变形量; ②使用和运输过程中所受的应力种类和大小;是否长期受力,是动态或是静态应力; ③最高工作温度; ④在工作温度下允许的尺寸变化; ⑤零部件允许的尺寸公差; ⑥零部件的使用性能要求; ⑦部件是否要求着色、粘接、电镀等; ⑧要求贮存期多长,是否在户外使用; 2

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⑨有无耐燃性要求,等等。 (2)根据部件的功能要求,考虑使用性能数值(工程性能)和设计数据,提出目标材料(部件材 料)的性能数值,并通过这些性能要求来选定材料,即使这些性能估计是粗略的,也会大大 方便候选材料的筛选,为最终材料的选定提供有益的依据。 选择恰当材料性能是很关键而又复杂的,因为零部件的某一功能常常包含几种性能,例 如在尺寸稳定性的要求中除尺寸精度外,还要考虑线胀系数、模塑收缩率、吸水性、蠕变性 等等。零件的强度和刚度,除了从材料性能上考虑以外,还要从制品结构设计上(如厚度和 加强筋等)加以考虑。材料的成型工艺性、耐久性、经济性等也都是选材时应考虑的因素。 有时候,某些使用要求不一定能明确对材料性能的定量要求,如电镀性往往要通过实际试验 或已有的经验来筛选。又如塑料炮弹弹带,要求材料经受高速冲击、压缩、扭拧、剪切等复 杂的外力作用和高速高温高压气流的影响,很难直接提出材料的定量性能要求,因此,除了 通过力学计算外,还可通过模拟试验和探索试验来推算受力情况,提出粗略的性能要求。 (3)最后通过部件工程性能要求与材料性能的比较来确定候选材料。 1.2.2 选择塑料时应注意的问题 选择塑料时应注意下面几个问题: ①必须对选用塑料的性能有较全面的了解,然后根据使用条件去考虑配方、工艺和制品设 计等。 ②塑料一般导热性低,选用和设计时要充分注意。 ③塑料的线胀系数一般比金属大,有的易吸水,因此尺寸变化较大,选用和设计时要考虑 恰当的配合间隙和公差范围。 ④有的塑料有应力开裂的倾向,选用和设计时要尽量减少应力,制品设计要避免应力集 中,或作适当的后处理,并要严格控制加工工艺。 ⑤有的塑料有蠕变和后收缩或变形的倾向,选用和设计时应充分注意。 ⑥各种塑料有-一定的使用强度范围和允许接触的介质以及能承受的压力和速度极限,选 用和设计时应该考虑。

1.3 塑料选材的途径
着手选材,可以先进行初选,然后综合评价后进行试验。初选可通过两个途径,一是根 据制品用途选材;二是根据制品要求性能选材(利用材料性能表和性能等级分类等);同时 还要考虑经济成本和安全卫生等因素。 下面就以一些已工业化的塑料为对象,列举几种简易的选材方法。 1.3.1 根据用途选材 用途主要是指制品应用域的归类,此外还包括制品的使用环境、受力类型和作用方式、 使用对象等等要素。 (1)使用环境 所谓使用环境是指材料或制品使用时经受周围环境的温度、湿度、介质等,特别是温度 和湿度的条件。根据用途的不同,温度条件可由南北极的低温到赤道或沙漠地区的炎热气 温,或者是宇航环境的高低温,甚至在火灾时的高温等;湿度条件从在水中长期或间歇浸泡 3

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与露天雨淋到冬天的干燥状态(30%RH);有的制品是在特殊气体中使用或者用于接触化学液 体或溶液的场合;此外,自然曝露状态下除了风、雨、雾等影响外还受太阳光的曝晒等等。 因此,必须考虑待用塑料对使用环境的适应能力。 (2)制品的受力类型和作用方式 根据制品的受力类型和受力状态及其对材料产生的应变来筛选能满足使用要求的材料是 很必要的。也就是说,要考虑上述各种环境下的外力作用是拉伸、压缩、弯曲、扭曲、剪 切、冲击或摩擦,或是几种力的组合作用。此外,还要考虑外力的作用方式是快速的 (短暂) 或是恒应力或恒应变的,是反复应力还是渐增应力等等。 用于冲击负荷场合的制品,应选择冲击强度高的;用于恒定应力的场合而且必须防止变 形时,应选择蠕变小的材料;用于反应力作用的场合应选择疲劳强度比较高的材料; (3)使用对象 使用对象是指使用塑料制品的国别、地区、民族和具体使用者的范围。例如。国家不 同,其标准规格也不同。如美国的电气部件用的塑料,为保证其对热和电气的安全性,要求 必须符合 UL 规格。另外,对色彩和图案及形状的要求也会因国家、民族的习惯和爱好而不 同,应选择合适的色彩和形状。使用者不同,如儿童、老年、妇女用品也各有不同的要求在 工业上使用也要考虑使用对象,而选择不同的材料。 (4)按用途进行分类。 按用途分类的方法有多种,有的按应用领域分类。如汽车运输工业用的,家用电气设备 用的,机械工业用的,建筑材料用的,宇航和航空用的……等等;有的,按应用功能分类。 如结构材料(外壳、容器等),低摩擦擦材料(轴承、滑杆、阀衬等),受力机械零件材料。耐 热、耐腐蚀材料(化工设备、耐热设备和火箭导弹用材料),电绝缘材料(电气结构制品)、透 光材料……。表中列出一些机械部件采用工程盟栀料的情况。当有几种材料同属一类用途 时,应根据其使用特点和材料性能进一步比较和筛选。最好选择 2-3 种进行试验比较。比如 说外壳这类用途就包括动态外壳,静态外壳,绝缘外壳等,因此要求使用不同特性的塑料。 动态外壳是经常受到剧烈震动或轻微撞击的容器,要求材料除有刚性和尺寸稳定性外,还要 有较好的冲击强度。在室内应用时可采用 ABS 塑料,在户外使用的应考虑耐老化性能好的材 料。如 AAS(丙烯睛-丙烯酸酯-苯乙烯共聚物)或 MAAS,或用酚醛、环氧或聚的玻璃钢等。静 态外壳是用在不活动或少活动的部位,如仪表壳、收音机和电视机外壳等。要求形状和尺寸 稳定、美观,一般可采用高冲击强度聚苯乙烯、ABS、聚丙烯等;如要求透明则可采用乙酸 丁酸纤维素、聚甲基丙烯酸酯或聚碳酸酯。至于绝缘外壳,除要求绝缘外,有的还要求有高 的机械强度和冲击强度,如电动机罩、电动机械外壳等,则可采用玻璃纤维增强聚碳酸酯, 玻璃纤维增强聚对苯二甲酸丁二酯(PBTP)或热固性树脂的玻璃钢等。 1.3.2 按塑料应用范围选材 (1)制造容器、外壳、盖、导管的塑料 。 这类制品一般不要求承载很大负荷,但要求有良好甚至优良的冲击强度和硬度、良好的 或适中的拉伸强度和尺寸稳定性,以及良好的外观和耐环境性,并要求材料的价格适中。对 另有特殊性能要求的应专门考虑。如果采用金属制造时,一般是采用钢板、型钢、铸铝或冲 切铝、轻合金或压铸金属。这些材料强度较高,刚硬度也好。但是,当遇到下列情况和要求 时,采用塑料更为合适。 a.必须防止共振而且要求传声小; b.要求有一定的弹性变形以防止由于偶然碰撞而引起的凹痕; 4

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c.制品形状复杂,用金属加工工艺生产有困难; d.制品不希望后加工; e.要求制品整体电绝缘(或部分绝缘)和绝热,或整体着色或要求透明、半透明; f.要求耐腐蚀和耐湿气,不生锈; 考虑以上的特点、比较适宜的材料见表(待补充)所示。有时,一种材料不能满足要求, 往往需要塑料和其它材料复合,例如需要控制蠕变或挠曲变形或特别耐磨耗时,可把带螺纹 的金属嵌件嵌入塑料件中,如果要求结构壳体能经受碰撞和粗用时,可考虑采用金属和塑料 的复合板或在金属表面上复合塑料。 (2)低摩擦应用方面的塑料 这类应用要求的材料需具有低的摩擦系数甚至无润滑时摩擦系数也低,耐磨蚀性好,并 具有适中至良好的形稳性、耐热性和耐腐蚀性。以往采用铜锑锡合金、青铜、铸铁、预润滑 的木材、石墨等。但是,当遇到下列情况和要求时,采用塑料更为合适。 a.有腐蚀或磨耗; b.加工时,润滑剂会污染产品; c.组件必须在高于或低于普通润滑剂的适用温度下工作; d.要求无保养操作; e.用塑料可避免复杂的润滑体系; f.迫切要求减重时; g. 要求电绝缘; h. 要求减弱声响、噪音; I. 要求尽量减少擦伤和刻痕; j.体系高负荷、低速运行会挤出普通润滑剂; k. 滑粘性不适宜时。 根据上述要求,作为轴承减摩零件的合适塑料见表(待补充)所示。但是,当工作温度长 期超过 260℃或有很大的径向负荷、止推负荷时,或是需要连续高速运转,以及长期时间内 要求轴的偏斜极小或要求轴的磨损先于轴承的磨损时,应考虑用其它材料。有时(尤其是遇 到下列情况)可考虑用塑料和其它材料组合,如:a.需要尽快散发热量,b.要求蠕变极 小;c.仅用塑料不能承受太高负荷,等等。 (3)用作重应力机械零件的材料(如齿轮、凸轮、齿条、联轴节、辊子等) 这类应用要求材料的机械强度高、尤其要求具有高的弯曲、拉伸和冲击强度,在升高温 度时仍具有良好的耐疲劳性和稳定性,机械加工性良好,尺寸稳定、能模塑成型精密公差 制品。以往是采用铸铁、钢、黄铜等,但是,当遇到下列情况和要求时,考虑用塑料更为合 适。 a.迫切要求减重; b.使用环境砂尘多,有磨蚀和腐蚀; c.尽量减小声响或振动; d.希望有综合效能。 根据上述要求,比较合适的塑料见表(有待补充)所示。但是,如果要求承受重负荷、工 作温度高、以及迫切要求降低材料成本时。应考虑用其它材料。如果要求高耐冲击、耐弯曲 而且要求成本低时,可以考虑采用塑料与其它材料(如金属)组成的结构复合材料。 (4)用作化工设备的塑料和耐热塑料

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这类应用要求材料耐化学腐蚀、吸湿性小有的还要求耐高低温,具有一般到良好的机械 强度。以往是采用不锈钢、钦、铌、和其它贵金属。但是当遇到下列情况和要求时,可考虑 用塑料更为合适。 a.特别要求耐腐蚀,而不锈钢又不能满足要求; b. 要求既耐腐蚀又耐磨损; c.迫切要求降低成本或延长化工设备的使用寿命; d.要求减少保养,便于维修; e.要求绝热,隔热以及耐瞬时高温或烧蚀(为了选材方便,也可将耐热塑料另分一类) 根据上述的要求,比较合适的塑料见表(有待补充)。此外,还有不饱和聚酯玻璃钢用于 大型手糊制品;酚醛或改性酚醛塑料用于耐高温、耐烧蚀、或既耐热又要求具有较高强度的 制品。但是,如果要求的机械强度不高,工作温度长期超过 290℃,而且在高低温变动范围 很宽的情况下要求尺寸稳定性良好时,应考虑新型复合材料或用其它材料。如果工作条件要 求强度很高,而且要有极好的耐腐蚀性,或者要求在升高温度下极耐腐蚀,或者需要借助塑 料在高温下慢慢烧蚀来保护金属免受损坏,则可考虑用塑料和其它材料组成的复合材料( 如 石墨、耐热树脂与填料或石棉、碳纤、Si02 纤维等组成的复合材料)。 (5)用作电气结构零件的塑料 这类应用要求材料在低至中频下电绝缘性优良,具有高的强度和抗冲击性能,良好的耐 疲劳性和耐热性,在升高温度情况下,尺寸稳定性良好。以往是用陶瓷、玻璃或云母,但 是,当遇到下列情况和要求时,考虑用塑料更为合适。 a.有冲击负荷; b.迫切要求减重; c.尺寸精度要求较严格,陶瓷、玻璃等无机绝缘材料加工达不到要求时; d.要求制造形状复杂的导体-绝缘体组合成整体的制品或零件(如印刷电路、集流环组 件、灌封或封嵌件等)。 根据上述的要求,比较合适的塑料见表(待补充)此外,还有聚酯(PETP、PBTP)、氟塑 料、聚苯醚、聚砜、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、酚醚树脂(xylok-新型酚醚树脂。聚对二甲 苯也是较好的绝缘材料。作为一般绝缘材料还可采用聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯 可用于制造一般电线电缆绝缘。其中聚碳酸酯用于要求高冲击强度的透明零件;浇铸环氧或 模塑料可包封电子和电气元件。适用于要求对环境有最大抗耐能力的场合。组合电器组件的 包封可以用有机硅橡胶和环氧组合封来获得更佳的性能;模塑的环氧用于在宽广的温度范围 内要求尺寸稳定的零件;三聚氰胺甲醛塑料用于要求具有较大硬度的零件;有机硅聚合物用 于要求耐高温的场合;氨基塑料用于要求价格低廉的场合;酚醛层压材料用于冲切和模冲零 件等等。但是,如果工作温度极高,或压缩负荷很高时,应考虑用其它材料。 (6)用作透光零件、透明板和模型的塑料这类透明或带色的半透明材料要求透光性良好,具 有良好至优良的二次成型性和成型加工性,不易碎(耐冲击)、并有一般至良好的拉伸强度。 过去大多数采用玻璃,但是玻璃存在一些缺点,特别是不能满足下列使用要求: a.制品要求耐冲击、耐振动、不易击碎; b.要求具有一定的可弯的性; c.要求有更高的比强度; d.材料必须是天然半透明而不应通过表面处理来达到半透明; e.要求易于成型形状复杂的制品;等等。 根据上述的要求,比较合适的塑料见表(待补充)其中丙烯酸酯类塑料推荐作一般应用, 特别适用于光学、装饰和室外应用。浇铸的丙烯酸酪板料,具有较高的强度和透明性,可制 造中、低精度透镜,挤压成型用的丙烯酸酯塑料价格较低(尤其是制造薄的制品),并且有较 6

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好的二次成型性;在透明塑料中聚碳酸酯具有最高的强度,可制作透明的面罩、防护眼镜或 防护板。乙酸丁酸纤维素具有优良的耐冲击性,并可深延成型;透明聚氯乙烯具有最佳的二 次成型性和印刷适应性;乙酸纤维素塑料可用作可弯曲的透明板和防护板;中等抗冲击的聚 苯乙烯和硬质聚氯乙烯塑料是价格低廉的透明和半透明材料;聚苯乙烯可制作价格最低的模 塑透明部件。烯丙基二甘醇酯树脂(CR-39)是目前光学上主要使用的热固性塑料,其透明 性,耐磨性,抗冲击性及耐化学性都很好,采用表面镀膜或涂有机硅酮膜来提高其表面硬度 和耐磨性,能连续耐 100℃,短期内耐 150℃。但尚有吸湿性较大等问题,目前主要用于制 作镜片。但是,如果要求制品具有极好的耐化学性或者要求适应高的工作温度,或在工作条 件下有磨损,在宽广的温度范围内要求有极好的尺寸稳定性,则应考虑对塑料进行表面处理 或采用其它材料。随着新材料的不断出现,选材表也要不断补充修改,以利于提高制品质 量、降低成本。如轴承、轴瓦等低摩擦材料,以前一直使用布基酚醛层压品,但近年来则采 用尼龙和聚甲醛,要求摩擦系数更小和全耐热时可即含氛塑料粉末或纤维的聚甲醛或聚酰亚 胺。 1.3.3 根据要求的性能选材 聚合物材料在不同应用场合下,会经受各种外力和环境的综合作用。因此首先要详细了 解使用条件及其对材料性能的要求,然后根据性能要求选材并进行设计。但是根据材料性能 数据选材时,制品设计者应该注意,塑料和金属之间有明显的差别,对金属而言,其性能数 据基本上可用于材料的筛选和制品设计,然而,粘弹性的塑料却不一样,各种测试标准和文 献记载的聚合物性能数据是在许多特定条件下的,通常是短时期作用力或者指定温度或低应 变速率下的",这些条件可能与实际工作状态差别较大,尤其不适于预测塑料的使用强度和 对升温的耐力,因此,所有的塑料选材都要把全部功能要求转换成与实际使用性能有关的工 程性能,并根据要求的性能进行选材。通常根据性能选材的方法有:对塑料性能分项考虑、 比较的选材;同时考虑多项性能综合评价的选材。 (1)对塑料性能分项考虑、比较的选材 ①相对密度塑料基材的相对密度一般都在 0.91(聚丙烯)到 2.2(聚四氟乙烯)的范围 内。但若制成泡沫塑料,相对密度就会减少到 0.04 或更低;填充无机材料或金属等材料能 使相对密度达到 3 左右。塑料比金属的相对密度小(铝 2.7,钢 7.8),这是塑料的优点之 一。用它们来制造水上运输船舶和漂浮物,飞机和宇宙飞行器、导弹等就是利用这一优异特 性以及其它性能。 列出各种工业材料和各种塑料的相对密度比较。 ②色泽与透明度塑料有可能在很广的范围内着色,而且有的塑料表面有光泽,不需机 械加工就能得到成型制品,这对简化工艺、降低成本是很有利的。此外,由于有些非结晶性 的树脂是透明的,所以适于在光学上和装饰上应用。若使用填料掺混,则会失去透明性。对 于层压塑料,可用表面有光泽的树脂制作塑料装饰板;还可在塑料表面组合金属箔和其它塑 料膜或通过表面电镀、喷镀、蒸镀、表面陶瓷化和表面涂饰、改质等技术来获得各种用途的 表面,改善表面性能。分别列出各种材料的折射率、透明塑料的光学性能以及各种塑料的光 弹性常数; ③硬度 塑料的硬度比-般金属差得多,而且目前还没有一种能通用于金属和塑料的硬度测 定计,所以不能作定量比较。一些材料的硬度的近似比较。尽管塑料表面比金属软,但对于 许多方面的应用,塑料的耐磨损性还是令人满意的,例如热固性的三聚氰胺甲醛树脂和酚醛 树脂层压板可用作桌面,俞者的棉纤维增强塑料可用作轴承滚珠等。为了进一步提高塑料的

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表面硬度和耐磨性,以适应某些应用如光学材料和制品的需要,可以通过表面处理和改性技 术,如有机与无机的表面涂层或表面镀层,表面陶瓷化等,其表面性能将会大大改善。 ④机械性能 因为塑料与金属的特性不同,设计受力的塑料零部件时,必须考虑塑料的特点,并 认真进行结构设计和合理选材。一般塑料的特点是: a.塑料受热膨胀,线胀系数比金属大很多; b.一般塑料的刚度比金属低一数量级; c.塑料的力学性能在长时间受热下会明显下降; d.一般塑料在常温下和低于其屈服强度的应力下长期受力,会出现永久形变; e.塑料对缺口损坏很敏感; f.塑料的力学性能通常比金属低的多,但有的复合材料的比强度和比模量高于金属, 如果制品设计合理,会更能发挥起优越性; g.一般增强塑料力学性能是各项异性的; h.有些塑料会吸湿,并引起尺寸和性能变化; i.有些塑料是可燃的; j.塑料的疲劳数据目前还很少,需根据使用要求加以考虑. 根据塑料的特性,不能简单地直接代用金属材料,必须按所选塑料的性能和特点, 重新 设计。

2.制件设计
工程塑料制品大部分是用注射成型方法加工而成的,制件的设计必须在满足使用要求和 符合塑 料本身的特性前提下,尽可能简化结构和模具、节省材料、便于成型。制件设计中 应分别考虑如下因素:

2.1 制件的形状应尽量简单、便于成型
在保证使用要求前提下,力求简单、便于脱模,尽量避免或减少抽芯机构,如采用下图 例中 (b)的结构,不仅可大大简化模具结构,便于成型,且能提高生产效率。

2.2 制件的壁厚确定应合理
塑料制件的壁厚取决于塑件的使用要求,太薄会造成制品的强度和刚度不足,受力后 容易产生 翘曲变形 ,成型时流动阻力大 ,大型复杂的制品就难以充满型腔。反之,壁厚 过大,不但浪费材 料,而且加长成型周期,降低生产率,还容易产生气泡、缩孔、翘曲等 疵病。因此制件设计时确定 制件壁厚应注意以下几点: 1.在满足使用要求的前提下,尽量减小壁厚; 2.制件的各部位壁厚尽量均匀,以减小内应力和变形; 8

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3.承受紧固力部位必须保证压缩强度; 4.避免过厚部位产生缩孔和凹陷; 5.成型顶出时能承受冲击力的冲击。 国外的一些常用塑料的推荐壁厚如下表: 材料 PA、POM PC、PSV ABS 壁厚(mm) 0.45-3.2 0.95-4.5 0.8-3.2

2.3 必须设置必要的脱模斜度
为确保制件成型时能顺利脱模,设计时必须在脱模方向设置脱模斜度,其大小与塑料性 能、制 件的收缩率和几何形状有关,对于工程塑料的结构件来说,一般应在保证顺利脱模 的前提下,尽量 减小脱模斜度。 下表为根据不同材料而推荐的脱模斜度: 材料 PA、POM、ABS 40' PC、PSV PE、PP 热固性塑料 脱模斜度 -10°30' 50'-2° 30'-1° 20'-1°

具体确定脱模斜度时应考虑以下几点: 1.对于收缩率大的塑料制件应选用较大的脱模斜度; 2.对于大尺寸制件或尺寸精度要求高的制件应采用较小的脱模斜度; 3.制件壁厚较厚时,成型收缩增大,因此脱模斜度应取大; 4.对于增强塑料脱模斜度宜取大; 5.含自润滑剂等易脱模塑料可取小; 6.一般情况下脱模斜度不包括在制件公差范围内。

2.4 强度和刚度不足可考虑设计加强筋
为满足制件的使用所需的强度和刚度单用增加壁厚的办法,往往是不合理的,不仅大幅 增加了 制件的重量,而且易产生缩孔、凹痕等疵病,在制件设计时应考虑设置加强筋,这 样能满意地解决 这些问题,它能提高制件的强度、防止和避免塑料的变形和翘曲。设置加 强筋的方向应与料流方向 尽量保持一致,以防止充模时料流受到搅乱,降低制件的韧性或 影响制件外观质量。

2.5 在满足使用要求的前提下所有的转角尽可能设计成圆角或用圆弧过渡
圆角具有以下特点: 1、 圆角可避免应力集中,提高制件强度 在制件的转角处易产生应力集中,在受力或受冲击、振动时会发生破裂,尤其像常用的 工程塑 料――聚碳酸酯,如果成型条件不当或制件结构不合理,则会产生很大的内应力, 特别容易产生应 力开裂。实验数据证明,当圆角半径小于制件壁厚 0.3 倍/时应力集中急 剧增大, 当大于壁厚 0.8 倍/时,应力集中明显变小。 9

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2、 圆角可有利于充模和脱模 对于一些流动性差的塑料或加入填料的塑料,制件设计圆角尤为重要,不仅可改善充 模性能,而且可提高制品使用性能。 3、 圆角有利于模具制造,提高模具强度 制件上设计了圆角,模具的对应部位也呈圆角,这就增加了模具的坚固性,模具在淬 火或使用时不致因应力集中而开裂,因而也增加了模具的强度。

2.6 应根据制件的使用要求和塑料材料的特性合理确定制件的尺寸公差
影响塑料制件尺寸精度的因素很多而且十分复杂,归纳起来主要有以下几方面: 1、塑料原料本身的特性,一般结晶型和半结晶型的塑料的收缩率比无定型的大,范围 也宽,因 此制件尺寸精度也就有差异。 2、成型工艺条件如料温、模温、注射压力、保压压力、塑化背压、注射速度、成型周 期等都会 影响成型收缩率的大小和波动范围。 3、模具的结构如分型面选择、浇注系统的设计、排气、模具的冷却和加热等以及模具 的刚度等 都会影响制件尺寸精度。 4、模具在使用过程中的磨损和模具导向部件的磨损也会直接影响制件的尺寸精度。因 此在制件 设计中正确合理确定尺寸公差是非常重要的。对于工程塑料制件、尤其是以塑代 钢的制件,设计者 往往简单地套用机械零件的尺寸公差,这是很不合理的,许多工业化国 家都根据塑料特性制定了塑 料制件尺寸公差。我国也于 1993 年发布了 GB/T14486-93 《工程塑料模塑塑料件尺寸公差》,设计 者可根据所用的塑料原料和制件使用要求,根据 标准中的规定确定制件的尺寸公差。 工程塑料的制件设计除了要注意上述各点外,还应注意各种孔、侧凹(凸)、螺纹和嵌 件的设计,这里不再一一详述,如有需要了解,可参阅有关专业书利。

3.配色着色
3.1 配色和着色剂
3.1.1 配色着色定义 配色就是在红、黄、蓝三种基本颜色基础上,配出令人喜爱、符合色卡色差要求、经济 并在加工、使用中不变色的色彩。另外塑料着色还可赋予塑料多种功能,如提高塑料耐光性 和耐候性;赋予塑料某些特殊功能,如导电性、抗静电性;不同彩色农地膜具有除草或避 虫、育秧等作用。即通过配色着色还可达到某种应用上的要求。 3.1.2 着色剂 着色剂主要分颜料和染料两种。颜料是不能溶于普通溶剂的着色剂,故要获得理想的着 色性能,需要用机械方法将颜料均匀分散于塑料中。按结构可分为有机颜料和无机颜料。无 机颜料热稳定性、光稳定性优良,价格低,但着色力相对差,相对密度大;有机颜料着色力 高、色泽鲜艳、色谱齐全、相对密度小,缺点为耐热性、耐候性和遮盖力方面不如无机颜 料。染料是可用于大多数溶剂和被染色塑料的有机化合物、优点为密度小、着色力高、透明 度好,但其一般分子结构小,着色时易发生迁移。 白色颜料主要有钛白粉、氧化锌、锌钡白三种。钛白粉分金红石型和锐钛型两种结构, 金红石型钛白粉折射率高、遮盖力高、稳定、耐候性好。 10

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炭黑是常用黑色颜料,价格便宜,另外还具有对塑料的紫外线保护(抗老化)作用和导 电作用,不同生产工艺可以得到粒径范围极广的各种不同炭黑,性质差别也很大。炭黑按用 途分有色素炭黑和橡胶补强用炭黑,色素炭黑按其着色能力又分为高色素炭黑、中色素炭黑 和低色素炭黑。炭黑粒子易发生聚集,要提高炭黑的着色力,要解决炭黑的分散性。 珠光颜料又叫云母钛珠光颜料,是一种二氧化钛涂覆的云母晶片。根据色相不同,可分 为银白类珠光颜料、彩虹类珠光颜料、彩色类珠光颜料三类。 购买颜料,必须了解颜料的染料索引(C.I),C.I 是由英国染色家协会和美国纺织化 学家和染色家协会合编出版的国际性染料、颜料品种汇编,每一种颜料按应用和化学结构类 别有两个编号,避免采购时因对相同分子结构、不同叫法的颜料发生误解,也有利于使用时 管理和查找原因。

3.2 配色着色工艺:
配色着色可采用色粉直接加入树脂法和色母粒法。 色粉与塑料树脂直接混合后,送入下一步制品成型工艺,工序短,成本低,但工作环境 差,着色力差,着色均匀性和质量稳定性差。 色母粒法是着色剂和载体树脂、分散剂、其他助剂配制成一定浓度着色剂的粒料,制品 成型时根据着色要求,加入一定量色母粒,使制品含有要求的着色剂量,达到着色要求。 色母粒可以按欲着色树脂分类,如 ABS 色母粒,PC 色母粒,PP 色母粒等;也可按着色 树脂加工艺分类,有注塑、吹膜、挤出级三大类母粒。色母粒由于对颜料先进行预处理,有 较高的着色力,用量可降低且质量稳定,运输、贮存、使用方便、环境污染大为降低。 分散剂通过对颜料的润湿、渗透来排除表面空气,将凝聚体、团聚体分散成细微、稳定 和均匀的颗粒,并在加工过程中不再凝聚,常用分散剂为低分子量聚乙烯蜡,对于较难分散 的有机颜料和炭黑采用 EVA 蜡或氧化聚乙烯蜡,合成低分子量聚乙烯蜡和聚乙烯裂解法制的 低分子量聚乙烯蜡有很大差别。其他助剂有偶联剂、抗氧剂、光稳定剂、抗静电剂、填料 等,视要求和品种而定加入量,称为多功能母粒,再如加入光亮剂,有利于模塑制品脱模和 提高制品表面光亮度。 色母粒的性能指标有色差、白度、黄度、黄变度、热稳定性、氧指数、熔体流动速率 等,当然颜料的细度、迁移性、耐化学性、毒性也与色母粒性能有关,有些指标在专门用途 中十分重要,如纤维级母粒的压滤值(DF 值)细度。

3.3 配色管理和仪器
配色管理的硬件有测色计及处理测得数据的计算机。测色计可分为分光光度计和色差计 两种,代替人眼测定色彩,去除人为因素对测定结果的影响。 分光光度计用来测定各波长对完全漫反射面的反射系数,不能直接求得色度值或色差, 但通过其对数据处理便可评价色度值及其他各种数值。分光光度计可分为采用衍射光栅分光 和采用干涉滤光片分光两种类型。先进的带内装微处理器的分光光度计,具有 0%、100% 的 自动校正及倍率增加等功能,从而提高了精度。 色差计是一种简单的测试仪器,即制作一块具有与人眼感色灵敏度相等的分光特性的滤 光片,用它对样板进行测光,关键是设计一种具有感光器分光灵敏度特性并能在某种光源下 测定色差值的滤光片,色差计体积小、操作简便,较适宜对分光特性变化小的同一种产品作 批量管理,带有小型微机的色差计,容易用标准样板进行校正和输出多个色差值。 配色管理软件有分光反向率曲线、色差公式、条件等色表示法、遮盖力表示法和雾度表 示法。分光反射率曲线用于选择着色剂时的分析,不能用来判断颜色的一致度。色差值是色

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彩管理中最重要的指标之一,但不同的色差公式求得的色差各不相同,因此必须注明所用色 度体系或色差公式。

3.4 电脑配色:
利用计算机进行调色配方及其管理已成功地用于塑料配色调色。 电脑配色仪具有下列功能: (1)配色 根据要求建立常用颜(染)料数据库(制备基础色板并输入)。然后在软件菜单下 把来料色板输入电脑,在键盘中点出数个候选颜料,立刻计算出一系列配方,并分别按 色差和价格排序列出,供配色选择; (2)配方修正 修正电脑列出配方、其他来源配方,色差不合格时利用显示器显示的不一致的 反射曲线直接通过键盘增减颜料量,直至两条曲线基本重合,得出修正后配方; (3)颜色测量和色差控制 测量着色剂的着色强度、产品的白度、产品颜色牢度、颜色色差。 由于电脑能定量表述颜色的性能指标,有利于双方的信息沟通和传递; (4)颜色管理 日常工作中的色样、配方、工艺条件、生产日期和用户等信息均可存入计算 机,便于检索、查找和作为修改时的参考,方便、快捷,提高工作效率,且便于保密。

4.模具设计
4.1 接受任务书
成型塑料制件的任务书通常由制件设计者提出,其内容如下: ?经过审签的正规制制件图纸,并注明采用塑料的牌号、透明度等。 ?塑料制件说明书或技术要求。 ?生产产量。 ?塑料制件样品。 通常模具设计任务书由塑料制件工艺员根据成型塑料制件的任务书提出,模具设计人员 以成型塑料制件任务书、模具设计任务书为依据来设计模具。

4.2 收集、分析、消化原始资料
收集整理有关制件设计、成型工艺、成型设备、机械加工及特殊加工资料,以备设计模 具时使用。 ?消化塑料制件图,了解制件的用途,分析塑料制件的工艺性,尺寸精度等技术要求。 例如塑料制件在外表形状、颜色透明度、使用性能方面的要求是什么,塑件的几何结构、斜 度、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、胶接、 钻孔等后加工。选择塑料制件尺寸精度最高的尺寸进行分析,看看估计成型公差是否低于塑 料制件的公差,能否成型出合乎要求的塑料制件来。此外,还要了解塑料的塑化及成型工艺 参数。 ?消化工艺资料,分析工艺任务书所提出的成型方法、设备型号、材料规格、模具结构 类型等要求是否恰当,能否落实。 成型材料应当满足塑料制件的强度要求,具有好的流动性、均匀性和各向同性、热稳定 性。根据塑料制件的用途,成型材料应满足染色、镀金属的条件、装饰性能、必要的弹性和 塑性、透明性或者相反的反射性能、胶接性或者焊接性等要求。

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4.3 确定成型方法
采用直压法、铸压法还是注射法。

4.4 选择成型设备
根据成型设备的种类来进行模具,因此必须熟知各种成型设备的性能、规格、特点。例 如对于注射机来说,在规格方面应当了解以下内容: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,具体见相关参数。 要初步估计模具外形尺寸,判断模具能否在所选的注射机上安装和使用。

4.5 具体结构方案:
4.5.1 确定模具类型 如压制模(敞开式、半闭合式、闭合式)、铸压模、注射模等。 4.5.2 确定模具类型的主要结构 选择理想的模具结构在于确定必需的成型设备,理想的型腔数,在绝对可靠的条件下能 使模具本身的工作满足该塑料制件的工艺技术和生产经济的要求。对塑料制件的工艺技术要 求是要保证塑料制件的几何形状,表面光洁度和尺寸精度。生产经济要求是要使塑料制件的 成本低,生产效率高,模具能连续地工作,使用寿命长,节省劳动力。 影响模具结构及模具个别系统的因素很多,很复杂: ①型腔布置。根据塑件的几何结构特点、尺寸精度要求、批量大小、模具制造难易、模 具成本等确定型腔数量及其排列方式。 对于注射模来说,塑料制件精度为 3 级和 3a 级,重量为 5 克,采用硬化浇注系统, 型腔数取 4-6 个;塑料制件为一般精度(4-5 级),成型材料为局部结晶材料,型腔数可取 16-20 个;塑料制件重量为 12-16 克,型腔数取 8-12 个;而重量为 50-100 克的塑料制件, 型腔数取 4-8 个。对于无定型的塑料制件建议型腔数为 24-48 个,16-32 个和 6-10 个。当 再继续增加塑料制件重量时,就很少采用多腔模具。7-9 级精度的塑料制件,最多型腔数较 之指出的 4-5 级精度的塑料增多至 50%。 ②确定分型面。分型面的位置要有利于模具加工,排气、脱模及成型操作,塑料制件的 表面质量等。 ③确定浇注系统(主浇道、分浇道及浇口的形状、位置、大小)和排气系统(排气的方 法、排气槽位置、大小)。 ④选择顶出方式(顶杆、顶管、推板、组合式顶出),决定侧凹处理方法、抽芯方式。 ⑤决定冷却、加热方式及加热冷却沟槽的形状、位置、加热元件的安装部位。 ⑥根据模具材料、强度计算或者经验数据,确定模具零件厚度及外形尺寸,外形结构及 所有连接、定位、导向件位置。 ⑦确定主要成型零件,结构件的结构形式。 ⑧考虑模具各部分的强度,计算成型零件工作尺寸。 以上这些问题如果解决了,模具的结构形式自然就解决了。这时,就应该着手绘制模具 结构草图,为正式绘图作好准备。 ⑨绘制模具图 要求按照国家制图标准绘制,但是也要求结合本厂标准和国家未规定的工厂习惯画法。

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在画模具总装图之前,应绘制工序图,并要符合制件图和工艺资料的要求。由下道工序 保证的尺寸,应在图上标写注明"工艺尺寸"字样。如果成型后除了修理毛刺之外,再不进行 其他机械加工,那么工序图就与制件图完全相同。 在工序图下面最好标出制件编号、名称、材料、材料收缩率、绘图比例等。通常就把工 序图画在模具总装图上。 A、绘制总装结构图 绘制总装图尽量采用 1:1 的比例,先由型腔开始绘制,主视图与其它视图同时画出。 模具总装图应包括以下内容: ①模具成型部分结构 ②浇注系统、排气系统的结构形式。 ③分型面及分模取件方式。 ④外形结构及所有连接件,定位、导向件的位置。 ⑤标注型腔高度尺寸(不强求,根据需要)及模具总体尺寸。 ⑥辅助工具(取件卸模工具,校正工具等)。 ⑦按顺序将全部零件序号编出,并且填写明细表。 ⑧标注技术要求和使用说明。 B、模具总装图的技术要求内容: ①对于模具某些系统的性能要求。例如对顶出系统、滑块抽芯结构的装配要求。 ②对模具装配工艺的要求。例如模具装配后分型面的贴合面的贴合间隙应不大于 0.05mm 模具上、 下面的平行度要求,并指出由装配决定的尺寸和对该尺寸的要 求。 ③模具使用,装拆方法。 ④防氧化处理、模具编号、刻字、标记、油封、保管等要求。 ⑤有关试模及检验方面的要求。 C、绘制全部零件图 由模具总装图拆画零件图的顺序应为:先内后外,先复杂后简单,先成型零件,后结构 零件。 ①图形要求:一定要按比例画,允许放大或缩小。视图选择合理,投影正确,布置得 当。为了使加工专利号易看懂、便于装配,图形尽可能与总装图一致,图形要清 晰。 ②标注尺寸要求统一、集中、有序、完整。标注尺寸的顺序为:先标主要零件尺寸和 出模斜度,再标注配合尺寸,然后标注全部尺寸。在非主要零件图上先标注配合尺 寸,后标注全部尺寸。 ③表面粗糙度。把应用最多的一种粗糙度标于图纸右上角,如标注"其余 3.2。 "其 它粗糙度符号在零件各表面分别标出。 ④其它内容,例如零件名称、模具图号、材料牌号、热处理和硬度要求,表面处理、 图形比例、自由尺寸的加工精度、技术说明等都要正确填写。 D、校对、审图、描图、送晒 自我校对的内容是: 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 等是否符合塑件图纸的要求。 ②塑料制件方面 塑料料流的流动、缩孔、熔接痕、裂口,脱模斜度等是否影响塑料制件的使用性能、 尺寸精度、表面质量等方面的要求。图案设计有无不足,加工是否简单,成型材料 的收缩率选用是否正确。 ③成型设备方面 14

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注射量、注射压力、锁模力够不够,模具的安装、塑料制件的南芯、脱模有无问题, 注射机的喷嘴与哓口套是否正确地接触。 ④模具结构方面 a.分型面位置及精加工精度是否满足需要,会不会发生溢料,开模后是否能保证塑料 制件留在有顶出装置的模具一边。 b.脱模方式是否正确,推广杆、推管的大小、位置、数量是否合适,推板会不会被型 芯卡住,会不会造成擦伤成型零件。 c.模具温度调节方面。加热器的功率、数量;冷却介质的流动线路位置、大小、数量 是否合适。 d.处理塑料制件制侧凹的方法,脱侧凹的机构是否恰当,例如斜导柱抽芯机构中的滑 块与推杆是否相互干扰。 e.浇注、排气系统的位置,大小是否恰当。 f.设计图纸 g.装配图上各模具零件安置部位是否恰当,表示得是否清楚,有无遗漏 h.零件图上的零件编号、名称,制作数量、零件内制还是外购的,是标准件还是非标 准件,零件配合处理精度、成型塑料制件高精度尺寸处的修正加工及余量,模具零 件的材料、热处理、表面处理、表面精加工程度是否标记、叙述清楚。 ⑤零件主要零件、成型零件工作尺寸及配合尺寸。尺寸数字应正确无误,不要使生产 者换算。 ⑥检查全部零件图及总装图的视图位置,投影是否正确,画法是否符合制图国标,有 无遗漏尺寸。 ⑦校核加工性能:(所有零件的几何结构、视图画法、尺寸标'等是否有利于加工) ⑧复算辅助工具的主要工作尺寸 专业校对原则上按设计者自我校对项目进行;但是要侧重于结构原理、工艺性能及操 作安全方面。描图时要先消化图形,按国标要求描绘,填写全部尺寸及技术要求。 描后自校并且签字。把描好的底图交设计者校对签字,习惯做法是由工具制造单位 有关技术人员审查,会签、检查制造工艺性,然后才可送晒。 ⑨编写制造工艺卡片 由工具制造单位技术人员编写制造工艺卡片,并且为加工制造做好准备。在模具零件 的制造过程中要加强检验,把检验的重点放在尺寸精度上。模具组装完成后,由检 验员根据模具检验表进行检验,主要的是检验模具零件的性能情况是否良好,只有 这样才能俚语模具的制造质量。 4.5.3 试模及修模 虽然是在选定成型材料、成型设备时,在预想的工艺条件下进行模具设计,但是人们的 认识往往是不完善的,因此必须在模具加工完成以后,进行试模试验,看成型的制件质量如 何。发现总是以后,进行排除错误性的修模。 塑件出现不良现象的种类居多,原因也很复杂,有模具方面的原因,也有工艺条件方面 的原因,二者往往交只在一起。在修模前,应当根据塑件出现的不良现象的实际情况,进行 细致地分析研究,找出造成塑件缺陷的原因后提出补救方法。因为成型条件容易改变,所以 一般的做法是先变更成型条件,当变更成型条件不能解决问题时,才考虑修理模具。 修理模具更应慎重,没有十分把握不可轻举妄动。其原因是一旦变更了模具条件,就不 能再作大的改造和恢复原状。 4.6 整理资料进行归档 15

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模具经试验后,若暂不使用,则应该完全擦除脱模渣滓、灰尘、油污等,涂上黄油或其 他防锈油或防锈剂,关到保管场所保管。 把设计模具开始到模具加工成功,检验合格为止,在此期间所产生的技术资料,例如任 务书、制件图、技术说明书、模具总装图、模具零件图、底图、模具设计说明书、检验记录 表、试模修模记录等,按规定加以系统整理、装订、编号进行归档。这样做似乎很麻烦,但 是对以后修理模具,设计新的模具都是很有用处的。

5.成型工艺
5.1 热塑性塑料成型
热塑性塑料品种每繁多,即使同一品种也由于树脂分子及附加物配比不同而使其使 用 及工艺特性也有所不同。另外,为了改变原有品种的特性,常用共聚、交联等各种化学 方 法在原有的树脂结构中导入一定百分比量的其它单体或高分子等,以改变原 有树脂的结构 成为具有新的改进物性和加工性的改性产品。例如,ABS 即为在聚苯乙烯分子 中导入了丙 烯腈、丁二烯等第二和第三单体后成为改性共聚物,可看作称改性聚苯乙烯,具有比 聚苯 乙烯优异综合性能,工艺特性。由于热塑性塑料品种多、性能复杂,即使同一类的塑料 也 有仅供注塑用和挤出用之分,故本章节主要介绍各种注塑用的热塑性塑料。 5.1.1 收缩率 热塑性塑料成型收缩的形式及计算如前所述,影响热塑性塑料成型收缩的因素如下: ? 塑料品种热塑性塑料成型过程中由于还存在结晶化形起的体积变化,内应力强, 冻 结在塑件内的残余应力大,分子取向性强等因素,因此与热固性塑料相比则收缩率较 大, 收缩率范围宽、方向性明显,另外成型后的收缩、退火或调湿处理后的收缩率 一般也都比热 固性塑料大。 ? 塑件特性成型时熔融料与型腔表面接触外层立即冷却形成低密度的固态外壳。由 于 塑料的导热性差,使塑件内层缓慢冷却而形成收缩大的高密度固态层。所以壁厚、冷 却 慢、高密度层厚的则收缩大。另外,有无嵌件及嵌件布局、数量都直接影响料流 方向,密 度分布及收缩阻力大小等,所以塑件的特性对收缩大小、方向性影响较 大。 ? 进料口形式、尺寸、分布这些因素直接影响料流方向、密度分布、保压补缩作 用及 成型时间。直接进料口、进料口截面大(尤其截面较厚的)则收缩小但方向性大,进 料口宽及长度短的则方向性小。距进料口近的或与料流方向平行的则收缩大。 ? 成型条件模具温度高,熔融料冷却慢、密度高、收缩大,尤其对结晶料则因结晶 度 高,体积变化大,故收缩更大。模温分布与塑件内外冷却及密度均匀性也有关,直接 影 响到各部分收缩量大小及方向性。另外,保持压力及时间对收缩也影响较大,压 力大、时 间长的则收缩小但方向性大。注塑压力高,熔融料粘度差小,层间剪切应 力小,脱模后弹性 回跳大,故收缩也可适量的减小,料温高、收缩大,但方向性 小。因此在成型时调整模温、 压力、注塑速度及冷却时间等诸因素也可适当改变塑 件收缩情况。 模具设计时根据各种塑料的收缩范围,塑件壁厚、形状,进料口形式尺寸及分布 情 况,按经验确定塑件各部位的收缩率,再来计算型腔尺寸。对高精度塑件及难以掌握收 缩 率时,一般宜用如下方法设计模具: ①对塑件外径取较小收缩率,内径取较大收缩率,以留有试模后修正的余地。 16

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②试模确定浇注系统形式、尺寸及成型条件。 ③要后处理的塑件经后处理确定尺寸变化情况(测量时必须在脱模后 24 小时以 后)。 ④按实际收缩情况修正模具。 ⑤再试模并可适当地改变工艺条件略微修正收缩值以满足塑件要求。 5.1.2 流动性 料流动性大小,一般可从分子量大小、熔融指数、阿基米德螺旋线流动长 度、表现粘 度及流动比(流程长度/塑件壁厚)等一系列指数进行分析。分子量小,分子量 分布宽,分 子结构规整性差,熔融指数高、螺流动长度长、表现粘度小,流动比大的则流动性就好,对 同一品名的塑料必须检查其说明书判断其流动性是否适用于注塑成型。按模具设计要求大致 可将常用塑料的流动性分为三类: ①流动性好的尼龙、聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、醋酸纤维素、聚(4)甲基戍烯; ②流动性中等 聚苯乙烯系列树脂(如 ABS、AS)、有机玻璃、聚甲醛、聚苯醚; ③流动性差 聚碳酸酯、硬聚氯乙烯、聚苯醚、聚砜、聚芳砜、氟塑料。 各种塑料的流动性也因各成型因素而变,主要影响的因素有如下几点: ①温度料温高则流动性增大,但不同塑料也各有差异,聚苯乙烯(尤其耐冲击 型及 MFR 值较高的)、聚丙烯、尼龙、有机玻璃、改性聚苯乙烯(如 ABS、AS)、聚碳酸 酯、醋 酸纤维素等塑料的流动性随温度变化较大。对聚乙烯、聚甲醛、则温度增减 对其流动性影响 较小。所以前者在成型时宜调节温度来控制流动性。 ②压力注塑压力增大则熔融料受剪切作用大,流动性也增大,特别是聚乙烯、聚 甲醛 较为敏感,所以成型时宜调节注塑压力来控制流动性。 ③模具结构浇注系统的形式,尺寸,布置,冷却系统设计,熔融料流动阻力(如 型面 光洁度,料道截面厚度,型腔形状,排气系统)等因素都直接影响到熔融料在型腔 内的 实际流动性,凡促使熔融料降低温度,增加流动性阻力的则流动性就降低。 模具设计时应根据所用塑料的流动性,选用合理的结构。成型时则也可控制料温, 模温及注塑压力、注塑速度等因素来适当地调节填充情况以满足成型需要。 5.1.3 结晶性 热塑性塑料按其冷凝时无出现结晶现象可划分为结晶型塑料与非结晶型(又称无 定 形)塑料两大类。 所谓结晶现象即为塑料由熔融状态到冷凝时,分子由独立移动,完全处于无次序 状 态,变成分子停止自由运动,按略微固定的位置,并有一个使分子排列成为正规模型的 倾 向的一种现象。 作为判别这两类塑料的外观标准可视塑料的厚壁塑件的透明性而定,一般结晶性 料为 不透明或半透明(如聚甲醛等),无定形料为透明(如有机玻璃等)。但也有例外情 况, 如聚(4)甲基戍烯为结晶型塑料却有高透明性,ABS 为无定形料但却并不透明。 在模具设计及选择注塑机时应注意对结晶型塑料有下列要求及注意事项: ①料温上升到成型温度所需的热量多,要用塑化能力大的设备。 ②冷却回化时放出热量大,要充分冷却。 ③熔融态与固态的比重差大,成型收缩大,易发生缩孔、气孔。 ④冷却快,结晶度低,收缩小,透明度高。结晶度与塑件壁厚有关,壁厚则冷却慢, 结晶度高,收缩大,物性好。所以结晶性料应按要求必须控制模温。 17

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⑤各向异性显著,内应力大。脱模后未结晶化的分子有继续结晶化倾向,处于 能量 不平衡状态,易发生变形、翘曲。 ⑥结晶化温度范围窄,易发生未熔粉末注入模具或堵塞进料口。 5.1.4 热敏性塑料及易水解塑料 热敏性系指某些塑料对热较为敏感,在高温下受热时间较长或进料口截面 过小,剪切 作用大时,料温增高易发生变色、降解,分解的倾向,具有这种特性的塑料称 为热敏性塑 料。如硬聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、醋酸乙烯共聚物,聚甲醛,聚三氟氯乙烯等。 热敏性塑 料在分解时产生单体、气体、固体等副产物,特别是有的分解气体对人体、设备、 模具都 有刺激、腐蚀作用或毒性。因此,模具设计、选择注塑机及成型时都应注意,应选 用螺杆 式注塑机,浇注系统截面宜大,模具和料筒应镀铬,不得有死角滞料,必须严格控 制成型 温度、塑料中加入稳定剂,减弱其热敏性能。 有的塑料(如聚碳酸酯)即使含有少量水分,但在高温、高压下也会发生分解, 这种 性能称为易水解性,对此必须预先加热干燥。 5.1.5 应力开裂及熔体破裂 有的塑料对应力敏感,成型时易产生内应力并质脆易裂,塑件在外力作用下或 在溶剂 作用下即发生开裂现象。为此,除了在原料内加入添加剂提高开抗裂性外,对原料应 注意 干燥,合理的选择成型条件,以减少内应力和增加抗裂性。并应选择合理的塑件形状, 不 宜设置嵌件等措施来尽量减少应力集中。模具设计时应增大脱模斜度,选用合理的进料口及 顶 出机构,成型时应适当的调节料温、模温、注塑压力及冷却时间,尽量避免塑件过于冷 脆 时脱模,成型后塑件还宜进行后处理提高抗开裂性,消除内应力并禁止与溶剂接触。 当一定融熔体流动速率的聚合物熔体,在恒温下通过喷嘴孔时其流速超过某值后,熔 体表面发生明显横向裂纹称为熔体破裂,有损塑件外观及物性。故在选用熔体流动速率高的 聚 合物等,应增大喷嘴、浇道、进料口截面,减少注塑速度,提高料温。 5.1.6 热性能及冷却速度 各种塑料有不同比热、热传导率、热变形温度等热性能。比热高的塑化时需要 热量 大,应选用塑化能力大的注塑机。热变形温度高塑料的冷却时间可短,脱模早,但脱模后 要防止冷却变形。热传导率低的塑料冷却速度慢(如离子聚合物等冷却速度极慢),故必须 充分冷却,要加强模具冷却效果。热浇道模具适用于比热低,热传导率高的塑料。比热大、 热传导率低,热变形温度低、冷却速度慢的塑料则不利于高速成型,必须选用适当的注塑机 及加 强模具冷却。 各种塑料按其种类特性及塑件形状,要求必须保持适当的冷却速度。所以模具 必须按 成型要求设置加热和冷却系统,以保持一定模温。当料温使模温升高时应予冷却,以防止塑 件脱模后变形,缩短成型周期,降低结晶度。当塑料余热不足以使模具保持一定温度时,则 模具应设有加热系统,使模具保持在一定温度,以控制冷却速度,保证流动性,改善填充条 件或用以控制塑件使其缓慢冷却,防止厚壁塑件内外冷却不匀及提高结晶度等。对流动性 好,成型面积大、料温不匀的则按塑件成型情况有时需加热或冷却交替使用或局部加热与冷 却并用。为此模具应设有相应的冷却或加热系统。各种塑料成型时要求的模温及热性能见表 1-4 及表 1-5。

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5.1.7 吸湿性 塑料中因有各种添加剂,使其对水分有不同的亲疏程度,所以塑料大致可分为 粘附水分及不吸水也不易粘附水分的两种,料中含水量必须控制在允许范围内,不 温、高压下水分变成气体或发生水解作用,使树脂起泡、流动性下降、外观及力学 良。所以吸湿性塑料必须按要求采用适当的加热方法及规范进行预热,在使用时还 外线辐照以防止再吸湿。 吸湿、 然在高 性能不 需用红

5.2 增强塑料的成型
为了进一步改善热固性及热塑性塑料的力学性能。常在塑料中加入玻璃纤维(简 称玻 纤),滑石粉、云母、碳酸钙、高岭土、碳纤维等作为增强材料,以树脂为母体及粘结剂而 组成新型复合材料,称为增强塑料(如环氧树脂为母体树脂 塑料的增强塑料又称为玻璃 钢)。 由于塑料混用玻璃纤维的品种、长度、含量等不同,其工艺性及物性也各 不相同。下 面主要介绍模塑用的热固性增强塑料及注射用的热塑性增强塑料。

5.2.1 热固性增强塑料 热固性增强塑料是由树脂、增强材料、助剂等组成。其中树脂作为母体和粘结剂,它 要求有良好的流动性、适宜的固化速度、副产物少,易调节粘度和良好的相溶性,并需满 足塑件及成型要求。增强材料起骨架作用,其品种规格繁多,但常用玻璃纤维,一般用量为 60%、长度为 15~20 毫米。助剂包括调节粘度的稀释剂(用以改进玻纤与树脂的粘结)、 用以调节树脂-纤维界面状态的玻纤表面处理剂、用以改进流动性,降低收缩,提高光泽 度 及耐磨性等用的填料和着色剂等。由于选用的树脂,玻纤的品种规格(长度、直径, 无碱 或含碱,支数,股数,加捻或无捻),表面处理剂,玻纤与树脂混制工艺(预混法或 预浸 法,塑料配比等不同则其性能也各不相同。 (A)加工特性 ?流动性 增强料的流动性比一般压塑料差,流动性过大时易产生树脂流失与玻 纤分 头聚积。过小则成型压力及温度将显著提高。影响流动性的因素很多,要评定某种料 的流 动性,必须按组成作具体分析。影响流动性的因素 ?收缩率增强塑料的收缩率比一般压塑料小,它主要由 热收缩及化学结构收缩 组 成。影响收缩的因素首先是塑料类种。一般酚醛比环氧、环氧酚醛、不饱和聚酯等 要大, 其中不饱和聚酯料收缩最小。其它影响收缩的因素是塑件形状及壁厚,厚壁则收缩 大,塑 料中含填料及玻纤量大则收缩小,挥发物含量大则收缩也大,成型压力大,装料 量大则收 缩小,热脱模比冷脱模的收缩大,固化不足收缩大,当加压时机及成型温度适当, 固化充 分而均匀时则收缩小。同一塑件其不同部位的收缩也各不相同,尤其对薄壁塑件更 为突 出。一般收缩率为 0~0.3%,以 0.1%~0.2%的居多,收缩大小还与模具结构有关,总 之确 定收缩率时应综合考虑各种因素。 ?压缩比 增强料的比容,压缩比都较一般压塑料大,预混料则更大,因此在模 具设 计时需取较大的装料室,另外向模内装料也较困难,尤其预混料更为不便,但如采用 料坯 预成型工艺则压缩比就可显著减小。 装料量一般可预先估算,经试压后再作调整。估算装料量的方法可由如下四种: ①计算法装料量可按公式(1-1)计算: 19

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A = V × G[1+(3%~5%)] (1-1) 式中:A--装料量(克); V--塑件体积(厘米 3); G--所用塑料比重(克/厘米 3); 3%~5%--物料挥发物、毛刺等损耗量补偿值。 ②形状简化计算法,将复杂形状塑件简化成由若干个简单形状组成,同时将尺寸也相 应变更,再按简化形状进行计算。 ③比重比较法,当按金属或其它材料的零件仿制塑件时,则可将原零件的材 料比重 与所选用的增强塑料比重之比及原零件重量求得装料量。 ④注型比较法用树脂或石蜡等浇注型材料注入模具型腔成型后再以此零件 按比重比 较法求得装料量。 ?物料状态增强料按其玻纤与树脂混合制成原料的方式可分为如下三种状态。 ①预混料是将长达 15~30 毫米的玻纤与树脂混合烘干而成,它比容大,流 动性比预 浸料好,成型时纤维易受损伤,质量均匀性差,装料困难,劳动条件差。适用于 压制中小型、复杂形状塑料及大量生产时,不宜用于压制要求高强度的塑件。使用 预混料 时要防止料"结"使流动性迅速下降。该料互溶性不良,树脂与玻纤易分头 聚积。 ②预浸料是将整束玻纤浸入树脂,烘干切短而成。它流动性比预混料差, 料束间相 溶性差,比容小,玻纤强度损失小,物料质量均匀性良好,装模时易按塑件形状 受力状态进行合理辅料,适用于压制形状复杂的高强度塑料。 ③浸毡料是将切短的纤维均匀地铺在玻璃布上浸渍树脂而成的毡状料,其 性能介于 上述两者之间。适用压制形状简单,厚度变化不大的薄壁大型塑件。 ?硬化速度及贮存性增强塑料按其硬化速度可分为快速和慢速两种。快速料固化快, 装料模温高,为适用于压塑小型塑件及大量生产时常用原料。慢速料适用于压制大 型塑 件,形状复杂或有特殊性能要求及小批量生产时,慢速料必须慎重选择升温速度,过 快易 发生内应力,硬化不匀,填充不良。过慢则降低生产效率。所以模具设计时应预先了 解所 用料的性能和要求。 各种料都有其允许贮存期及贮存条件。凡超期或贮存条件不良者都会导致塑 料变 质,影响流动性及塑件质量,故试模及生产时都应注意。 (B)成型条件(略) 热固性增强塑料的成型条件 (C)塑件及模具设计注意事项 ?塑件设计时应注意下列事项。 ①塑件光洁度可达 7~ 9,精度一般宜取 3~5 级,但沿压制方向的精度不易保 证, 宜取自由公差。 ②不易脱模,宜取较大脱模斜度。若不允许取较大脱模斜度时,则塑件径 向公差宜 取大。 ③塑件宜取回转体对称外形,不宜过高。 ④壁应厚而均匀,避免尖角、缺口、窄槽等形状,各面应圆弧过渡连接以 防止应力 集中、死角滞料,填充不良,物料集聚堵塞流道。 ⑤孔一般应取通孔,避免用Φ 5 毫米以下的盲孔,盲孔底部应成半球面或圆 锥面以 利物料流动,孔径及深度比一般为 1∶2~1∶3,大型塑件尽量不设计小孔,孔间 距、 孔边距宜取大,大密度排列的小孔不宜模压成型。

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⑥螺孔比螺纹易成型,M6 以下螺纹不宜成型,齿形宜用半圆形及梯形,其 圆角半径 应大于 0.3 毫米,并应注意半角公差,可以参照一般塑制的螺纹进行设计。当塑件 螺纹与其它材料螺纹零件接合时,要考虑其配合张力,螺纹段长度应取最小尺寸。 ⑦成型压力大,嵌件应有足够强度,防止变形损坏,定位必须可靠。 ⑧收缩小,有方向性,易发生熔接不良,变形、翘曲、缩孔、裂纹及应力 集中,树 脂填料分布不匀。薄壁塑件易碎,不易脱模,大面积塑件易发生波纹及物料聚积。 ?模具设计时应注意下列事项: ①要便于装料,有利于物料流动填充型腔。 ②脱模斜度宜取 1°以上。 ③宜选塑件投影面大的方向作为成型加压方向便于物料填充型腔,但不宜 把尺寸精 度高的部位和嵌件、型芯轴线垂直方向作为成型加压方向。 ④物料渗入力强,导致飞边厚不易去除,选择分型面时应注意飞边方向。上下 模及 并镶件宜取整体结构,组合结构装配间隙不宜取大,上下模可拆成型零件宜取 3~ 4 级 滑动配合。 ⑤收缩率为 0~0.3%,一般取 0.1~0.2%,物料体积一般取塑件体积的 2~3 倍。 ⑥成型压力大,物料渗挤力大。模具型芯嵌件应有足够强度、防止变形、 位移与损 坏。尤其对细长型芯与型腔间空隙较小时更应注意。 ⑦模具应抛光、淬硬。 ⑧顶出力大,顶杆应有足够强度,顶出应均匀,顶杆不宜兼作型芯。 ⑨快速成型料在成型温度下即可脱模,慢速成型料模具应设有加热及强迫 冷却措 施。 5.2.2 热塑性增强塑料 热塑性增强塑料一般由树脂及增强材料组成。目前常用的树脂主要为尼龙、聚苯 乙 烯、ABS、AS,聚碳酸酯、线型聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚甲醛等。增强材料一般为无碱玻 璃纤维(有长短两种,长纤维料一般与粒料长一致为 2~3 毫米,短纤维料长一般小于 0.8 毫米)经表面处理后与树脂配制而成。玻纤含量应按树脂比重选用最合理的配比,一般为 20%~40%之间。由于各种增强塑料所选用的树脂不同,玻纤长度、直径,有无含碱及表面处 理剂不同其增强效果不一,成型特性也不一。 如前所述增强料可改善一系列力学性能,但也存在一系列缺点:冲击强度与冲击 疲劳 强度低(但缺口冲击强度提高);透明性、焊接点强度也降低,收缩、强度、热膨胀 系 数、热传导率的异向性增大。故目前该塑料主要用于小型,高强度、耐热,工作环境 差及 高精度要求的塑件。 (A)工艺特性 ?流动性差增强料熔融指数比普通料低 30%~70%故流动性不良,易发生填充不 良,熔 接不良,玻纤分布不匀等弊病。尤其对长纤维料更易发生上述缺陷,并还易损伤纤 维而影 响力学性能。 ?成型收缩小、异向性明显成型收缩比未增强料小,但异向性增大沿料流方向 的收缩 小,垂直方向大,近进料口处小,远处大,塑件易发生翘曲、变形。 ?脱模不良、磨损大不易脱模,并对模具磨损大,在注射时料流对浇注 系统,型芯等 磨损也大。 ?易发生气体成型时由于纤维表面处理剂易挥发成气体、必须予以排出,不 然易发生 熔接不良、缺料及烧伤等弊病。 (B)成型注意事项 21

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为了解决增强料上述工艺弊病,在成型时应注意下列事项: ?宜用高温、高压、高速注射。 ?模温宜取高(对结晶性料应按要求调节),同时应防止树脂、玻纤分头聚积, 玻纤 外露及局部烧伤。 ?保压补缩应充分。 ?塑件冷却应均匀。 ?料温、模温变化对塑件收缩影响较大,温度高收缩大,保压及注射压力增 大,可使 收缩变小但影响较小。 ?由于增强料刚性好,热变形温度高可在较高温度时脱模,但要注意脱模后均匀冷 却。 ?应选用适当的脱模剂。 ?宜用螺杆式注射机成型。尤其对长纤维增强料必须用螺杆式注射机加工,如果 没有 螺杆式注射机则应在造粒后象短纤维料一样才可在柱塞式注射机上加工。 (C)成型条件 常用热塑性增强塑料成型条件见表(略)。 (D)模具设计注意事项 ?塑件形状及壁厚设计特别应考虑有利于料流畅通填充型腔,尽量避免尖角、缺口。 ?脱模斜度应取大,含玻璃纤维 15%的可取 1~2°,含玻璃纤维 30%的可取 2~3°当 不允许有脱模斜度时则应避免强行脱模,宜采用横向分型结构。 ?浇注系统截面宜大,流程平直而短,以利于纤维均匀分散。 ?设计进料口应考虑防止填充不足,异向性变形,玻璃纤维分布不匀,易产 生熔接痕 等不良后果。进料口宜取薄片,宽薄,扇形,环形及多点形式进料口以使料流乱流, 玻璃 纤维均匀分散,以减少异向性,最好不采用针状进料口,进料口截面可适当增大,其长度应 短。 ?模具型芯、型腔应有足够刚性及强度。 ?模具应淬硬,抛光、选用耐磨钢种,易磨损部位应便于修换。 ?顶出应均匀有力,便于换修。 ?模具应设有排气溢料槽,并宜设于易发生熔接痕部位。

5.3 成型工艺的设定
5.3.1 成型前的物料干燥 成型加工前,塑胶必须被充分的干燥。含有水分的材料进入模腔后,会使制件的表 面 出现银绦状的瑕斑,甚至会在高温时发生加水分解的现象,致使材质劣化。因此在成型加 工前一定要对材料进行预处理,使得材料能保持合适的水分。以下为几种塑料的烘料条件及 成型时所能允许的适当水分: 塑料名称 ABS PS PE PP 干燥温度 80℃~ 70~80℃ 60~80℃ 60~80℃ 干燥时间 2hr~ 1~2hr 1~2hr 1~2hr 初期水分 0.2~0.4% 0.1~0.2% 0.1~0.2% 0.1~0.2% 适合水分 0.07% 0.07% 0.07% 0.07% 热风 ○ ※ ※ ※ 除湿 ※

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PVC PMMA PA PC POM MPPO PBT R-PET PPS PES PEEK 60~70℃ 80~90℃ 80℃~ 120~℃ 80~℃ 80~100℃ 130℃~ 130~℃ 130~180℃ 180℃ 150℃ 1~2hr 3hr~ 4~6hr 2~4hr 2hr~ 2~4hr 3~42hr 4~5hr 1~3hr 3hr~ 3hr~ 0.1~0.2% 0.2~0.4% 0.5~2.0% 0.1~0.2% 0.2~0.4% 0.1%~ 0.2~0.4% 0.2~0.4% 0.1~0.2% 0.4%~ 0.5%~ 0.07% 0.07% 0.1% 0.02% 0.02% 0.02% 0.02% 0.02% 0.05% 0.05% 0.06% ※ ○ × ○ ○ ○ ○ □ ※ × × ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※ ※

注: ※最佳;○可接受;□尽量避免;×不好

5.3.2 模温的设定
?模温影响成型周期及成形品质,在实际操作当中是由使用材质的最低适当模温 开始 设定,然后根据品质状况来适当调高。 ?正确的说法,模温是指在成形被进行时的模腔表面的温度,在模具设计及成形 工程 的条件设定上,重要的是不仅维持适当的温度,还要能让其均匀的分布。 ?不均匀的模温分布,会导致不均匀的收缩和内应力,因而使成型口易发生变形和翘 曲。 ?提高模温可获得以下效果; ①加成形品结晶度及较均匀的结构。 ②使成型收缩较充分,后收缩减小。 ③提高成型品的强度和耐热性。 ④减少内应力残留、分子配向及变形。 ⑤减少充填时的流动阴抗,降低压力损失。 ⑥使成形品外观较具光泽及良好。 ⑦增加成型品发生毛边的机会。 ⑧增加近浇口部位和减少远浇口部位凹陷的机会。 ⑨减少结合线明显的程度 ⑩增加冷却时间。

5.3.3 计量及可塑化
?在成型加工法,射出量的控制(计量)以及塑料的均匀熔融(可塑化)是由射出机的 可塑化机 构(Plasticating unit 来担任的 ①加热筒温度(Barrel Temperature) 虽然塑料的熔融,大约有 60~85%是因为螺杆的旋转所产生的热能,但是塑料 的熔融状 态仍然大受加热筒温度的影响,尤以靠近喷嘴前区的温度--前区的温度过高时易 发生滴料 及取出制件时牵丝的现象。以下表格为几种塑料的适当料温、模温及成型收缩率等。 ②螺杆转速(screw speed) A.塑料的熔融,大体是因螺杆的旋转所产生的热量,因此螺杆转速太快,则 有下列 影响: 23

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a.塑料的热分解。 b.玻纤(加纤塑料)减短。 c.螺杆或加热筒磨损加快。 B.转速的设定,可以其圆周速(circumferen-tial screw speed)的大小来衡量: 圆周速=n(转速)*d(直径)*π (圆周率) 通常,低粘度热安定性良好的塑料,其螺杆杆旋转的圆周速约可设定到 1m/s 上 下,但热安定性差的塑料,则应低到 0.1 左右。 C.在实际应用当中,我们可以尽量调低螺杆转速,使旋转进料在开模前完成即可。 ③背压(BACK PRESSURE) A.当螺杆旋转进料时,推进到螺杆前端的熔胶所蓄积的压力称为背压,在射 出成 型时,可以由调整射出油压缸的退油压力来调节,背压可以有以下的效果: a.熔胶更均匀的熔解。 b.色剂及填充物更加均匀的分散。 c.使气体由落料口退出。 d.进料的的计量准确。 B.背压的高低,是依塑料的粘度及其热安定性来决定,太高的背压使进料时 间延 长,也因旋转剪切力的提高,容易使塑料产生过热。一般以 5~15kg/cm2 为宜。 ④松退(SUCK BACK,DECOMPRESSION) A.杆旋转进料结束后,使螺杆适当抽退,可以螺杆前端熔胶压力降低,此称 为松 退,其效果可防止喷嘴部的滴料。 B.不足,容易使主流道(SPRUE)粘模;而太多的松退,则能吸进空气,使成型品 发生气痕。 料别 PA ABS AS PMMA LDPE HDPE PP 软 PVC 硬 PVC EVA PC POM 改生 PPO PA CA PSF PET PBT 适当模温 40~60℃ 50~70℃ 50~70℃ 59~80℃ 35~65℃ 40~70℃ 20~80℃ 50~70℃ 50~70℃ 20~55℃ 80~120℃ 80~120℃ 60~100℃ 20~90℃ 20~80℃ 90~165℃ 50~150℃ 60~70℃ 料筒温度 160~260℃ 190~260℃ 170~290℃ 180~260℃ 140~300℃ 150~300℃ 180~300℃ 150~190℃ 150~190℃ 120~200℃ 260~320℃ 190~240℃ 260~280℃ 220~285℃ 170~265℃ 330~420℃ 290~315℃ 230~270℃ 成型收缩率 0.2~0.6% 0.4~0.8% 0.2~0.6% 0.2~0.8% 1.5~5% 1.5~5% 0.8~2.5% 1~5% 0.1~0.4% 0.7~2% 0.6~0.8% 0.6~2% 0.7~0.8% 0.6~2% 0.2~0.7% 0.7% 1~2% 0.5~2% 24 射出压力 500~1000kg/cm2 500~1500kg/cm2 700~1500kg/cm2 700~1500kg/cm2 300~1000kg/cm
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300~1500kg/cm2 400~1500kg/cm2 600~1500kg/cm2 900~1500kg/cm2 600~1500kg/cm2 1000~1500kg/cm2 500~1500kg/cm2 1200~1300kg/cm2 500~1400kg/cm2 700~900kg/cm2 700~2000kg/cm2 700~1400kg/cm2 300~1200kg/cm2

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5.3.4 安定成型的参数设定
1、事前确认及预备设定 ?确认材料干燥、模温及加热筒温度是否被正确设定并达到可加工状态。 ?检查开闭模及顶出的动作和距离设定。 ?射出压力(P1)设定在最大值的 60%。 ?保持压力(PH)设定在最大值的 30%。 ?射出速度(V1)设定在最大值的 40%。 ?螺杆转速(VS)设定在约 60RPM。 ?背压(PB)设定在约 10kg/cm2。 ?松退约设定在 3mm。 ?保压切换的位置设定在螺杆直径的 30%。例如φ 100mm 的螺杆,则设定 30mm。 ?计量行程比计算值稍短设定。 ⑴射出总时间稍短,冷却时间稍长设定。 2、手动运转参数修正 ?闭锁模具(确认高压的上升),射出座前进。 ?以手动射出直到螺杆完全停止,并注意停止位置。 ?螺杆旋退进料。 ?待冷却后开模取出成型品。 ?重复?~?的步骤,螺杆最终停止在螺杆直径的 10%~20%的位置,而且成型品无短 射、毛边及白化,或开裂等现象。 3、半自动运转参数的修正 ?计量行程的修正[计量终点] 将射出压力提高到 99%,并把保压暂调为 0,将计量终 点 S0 向前调到发生短射,再向后调至发生毛边,以其中间点为选择位置。 ?出速度的修正把 PH 回复到原水准,将射出速度上下调整,找出发生短射及毛边的 个别速度,以其中间点为适宜速度[本阶段亦可进入以多段速度对应外观问题的参数设定]。 ?保持压力的修正上下调整保持压力,找出发生表面凹陷及毛边的个别压力,以其中 间点为选择保压。 ?保压时间[或射出时间]的修正逐步延长保持时间,直至成型品重量明显稳定为明适 选择。 ?冷却时间的修正逐步调降冷却时间,并确认下列情况可以满足:1、成型品被顶 出、夹出、修整、包装不会白化、凸裂或变形。2、模温能平衡稳定。肉厚 4mm 以上制品冷 却时间的简易算法: ①理论冷却时间=S(1+2S)…….模温 60 度以下。 ②理论冷却时间=1.3S(1+2S)…….模具 60 度以上[S 表示成型品的最大肉厚]。 ?塑化参数的修正 ①确认背压是否需要调整; ②调整螺杆转速,使计量时间稍短于冷却时间; ③确认计量时间是否稳定,可尝试调整加热圈温度的梯度。 ④确认喷嘴是否有滴料、主流道是否发生猪尾巴或粘模,成品有无气痕等现象,适 当调整喷嘴部温度或松退距离。 ?段保压与多段射速的活用 ①一般而言,在不影响外观的情况下,注射应以高速为原则,但在通过浇口间及保 压切换前应以较低速进行; ②保压应采用逐步下降,以避免成型品内应力残留太高,使成型品容易变形。

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5.4 故障排除指南
5.4.1 常见的不良现象及对策 1、充填不足(short shot) 溶融之塑料经射入模穴中,尚未灌满时即已冷却硬化,此种欠料之现象 称之为充填不足。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 对 策 1.射出能力不足 机台射出部能力确认 2.射出压力太低 提高压力 3.原料温度低,流动性差 确认加热缸温度及提高射出压力 4.原料供给量不足 增加料量 5.射出速度慢 提高射速 6.射出喷嘴部阻力大 确认孔径及电热能力 7.螺杆进料不良 手动进料 8.原料落下因难 确认清除原料团,降低入料口温度 9.螺杆射出逆流 更新 check ring(逆止环) ■由模具引起的原因及对策 原 因 对 策 1.汤口设计不平均 重新计算与修正 2.汤口\流道\浇口设计过小 重新计算及加大尺寸 3.冷料储井阻塞 清除阻塞部位 4.排气不良 追加逃气设计 5.模温低 减少冷却水温、水量 6.成品肉厚太薄 检查排气性或增加肉厚设计 7.热料道阻塞未通 检查电路及温度并检修 8.模具冷却不当 确认水路系统并修改之 ■由原料引起的原因及对策 原 因 对 策 1.材料本身流动性差 确认或材料变更 2.润滑处理不当 修正使用部位及量的多少 3.离喷过多 降低使用量 2、毛边(flash) 塑胶料流出动静模之接合面,形成芒刺壮之现象,称之为毛边。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 1.射出压力大 2.开模压力不足 3.射出供料量太多 4.原料温度高,流动性过佳 5.保压时是过长 对 策 降低压力 重新调整增加 降低射出供料量 降低原料加热温度 压低保压时间 26

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6.射出速度太快 7.机台动静模板平行度欠佳 ■由模具引起的原因及对策 原 因 1.公母模接合不良 2.合模面附着异物 3.模具之投影面积太大 4.模具老旧破损 5.热浇道温度设定过高 ■由原料引起的原因及对策 原 因 1.材料本身的粘度低,流动性良 降低射出速度 利用长度规测量平长度、调整 对 策 确认平行度及合模线、调整 清除异物 重新计算机台能力或换机 修补破损部位 调整适当的温度 对 策 降低成型温度、模具温度或变更材质

3、缩水(sink mark): 此种现象在成型品表常会发现到,其发生之主要原因系原料在准却过程 中,体积向肉厚的中心部逐渐收缩,而造成成品表面的凹陷状况。特别是肉 厚特别大的部位,其表面更加明显。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 对 策 1.射速太慢 提高射出速度 2.射压偏低 提高射出压力 3.保压时间不足 增加保压时间 4.原料供应量不足 增加原料供应量 5.原料温度偏高 降低原料加热温度 6.射出喷嘴太长或孔径太小 更换短喷嘴或增大喷嘴孔径 7.射出喷嘴与模具汤口未吻合 重新校正中心度及圆弧度 8.射出喷嘴部温度低 提高喷嘴温度 9.开模太早、冷却不足 增加冷却时间 10.热流道温度低 提高热流道之温度 11.射出时原料产生逆流 螺杆逆止环更换 ■由模具引起的原因及对策 原 因 对 策 1.模具温度太高 增加冷却水路或降低水路 2.模具温度不一局部过高 确认水路循环系统或增减 3.汤口或流道细小 重新计算及修改汤口或流道 4.模穴有特别厚肉的部位 增加厚肉部位之流道 5.肉厚设计不均一或不适当 依肉厚比例修正 ■由原料引起的原因及对策 原 因 对 策 1.原料流动性太好 修正成型条件配合或变更村质或规格级数 2.原料收缩率太高 4、流道痕(flow mark) 熔融的原料射入模穴后,以进料点为中心,呈现年轮状纹路的现象。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 对 27 策

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1.原料温度低,流动性不够 提高原料加热温度 2.射出速度慢 提高射出速度 3.射出喷口太长、孔径太小 适当修正孔径、更换合适品 4.保压压力低 提高保压压力 5.保压时间不足 增加保压时间 6.原料供应略不足 略增加计量值 7.刚成型时冷料流入 可以松退来防止冷却出现 8.射出喷口部温度低 检修喷口部电热圈及能力 ■由模具引起的原因及对策 原 因 对 策 1.模温偏低 确认后再适提高 2.模具冷却不当 确认整个水路系统再修正 3.冷料储陷设计太小 增大冷料储陷部位 4.脱气不良 增加逃气槽设计或追加 pin 5.热浇道温度偏低 适当提高温度 ■由原料引起的原因及对策 原 因 对 策 原料本身之流动性差 修正成型条件来配合变更规格级数或材质 5、银线(silver streak): 成品表面出现随着原料流动方向的银白色线条之状况。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 1.射出能力不足 2.原料加热温度太高产生热分解 3.射出速度太快产生热分解 4.射压太高产生热分解 5.背压不足卷入空气 6.原料加热时间太长产生热分解 7.原料加热温度低熔不均 8.螺杆转速太快产生热分解 9.螺杆不洁残留他料所致 ■由模具引起的原因及对策 原 因 1.模具温度低 2.排气不良不顺 3.汤口位置不适当 4.汤口、流道、浇口设计太小 5.冷料储陷设计太小 6.肉厚设计不良 7.模面残留水份或过多之润滑剂 ■由原料引起的原因及对策 原 因 1.原料含水份及挥发物质多 2.材料受空气湿度影响混合一起 28 对 策 确认射出容量/可塑化能力 降低原料加热温度 降低射出速度 降低射出压力 提高背压 降低原料加热温度或时间 提高原料加热温度 降低螺杆回转 r.p.m 值 徹清除螺杆内异物异质 对 策 可先行预热模具 追加顶出梢或逃气槽 重新确认与修正 重新确认与变大尺寸 重新确认与变大尺寸 重新确认与修正 徹底去除水份\适当润滑剂 对 策 以干燥设备预热干燥 先预热干燥提高机台背压

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6、表面雾状痕(cloudym appearance)、光泽不良(lusterless): 成品光泽面的部分,出现类似云雾状的白色现象。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 对 策 1.原料熔融程度不均匀、部分过热 增加原料加热时间使之均匀 2.射出喷嘴太冷 检修喷嘴部电热片及提高温度 3.射出喷嘴孔径太小 适当修改孔径或更换合适品 4.射出速度太快或太慢 适当调整射出速度 5.原料过热分解 降低原料加热温度或时间 ■由模具引起的原因及对策 原 因 对 策 1.模温过高或过低或不均 检查水路、水温及水量并修正之 2.汤口、流道、浇口过小 重新确认与修改 3.冷料储陷设计过小 重新确认与修改 4.模面附着水份或油质 清洁及擦拭模面及顶出梢 5.排气不良 追加顶出梢或逃气槽 6.离型剂使用过多 减少离型剂之量 ■由原料引起的原因及对策 原 因 对 策 1.原料本身含水份或挥发物 预备干燥 2.润滑剂中含挥发物所影响 适当地减少润滑剂使用量 3.不同材料混合造成 更新材料 7、融接线(weld line): 塑料射入模具中,流经流道,面后再会合而成的细线。 ■由机床引起的原因及对策 原 因 1.原料温度偏低\流动性不足 2.射出喷嘴温度太低 3.射出压力低 4.射出速度慢 ■由模具引起的原因及对策 原 因 1.原料流动距离太长 2.模具温度太低 3.汤口位置及数量不当 4.汤口、流道、浇口太小 5.冷却时间太长 6.排气不良 7.离型剂使用太多 ■由原料引起的原因及对策 原 因 1.原料本身含水份或挥发物 2.原料流动性不良 3.原料硬化速度快 对 策 提高原料加热温度 检修喷嘴部电热片及提高温度 提高射出压力 提高射出速度 对 策 提高模具温度或增加流道数 提高模具温度 重新计算与修正 重新计算与修正 缩短冷却时间 追加顶出梢或逃气槽 以少量多次来改善 对 策 预备干燥时间加长 提高原料温度 提高模具温度 29

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4.润滑剂不良或用量过多 适当修正

5.4.2 利用射程控制不良对策
不良现象 对策方法 缩短计量长度[S0 的位置向前移]

毛边\尺寸过大

保压切换前射速降低[确保正确保压切换] 毛边尺寸不安定

降低第一段保压,待毛边部形成皮层后,再提高

流路末端/毛边进浇口处/凹陷

全面调降保持压力

龟裂、白化应力残留毛边

不良现象

对策方法 提高充填压力;提高充填速度

短射波纹钝状

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延长计量长度[S0 向后移动]

短射凹陷

降低充填后期速度[使排气充分进行]

流路末端焦痕短射

通过肉厚部位减速[形成皮层]

凹陷

不良现象

对策方法 提高充填速度或充填压力

流路末端凹陷接合线明显接合处 脆弱

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调高保持压力或延长保持时间

凹陷尺寸不足

通过接合线部位快速通过[或其切换位置前后移动]

接合线明显

低速通过问题区域

喷痕、流痕浇口周边云状

不良现象

对策方法 到达浇口前的初速降低[让熔胶到达各浇口后再加速]

浇口不平衡

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