塑料制品模具设计影响因素探讨(精)

工业技术

科技咨询导报

在我国塑料工业发展中,计算机的应用起到了很好的作用。而计算机技术在模具设计领域的应用,大大缩短了模具设计时间, 尤其计算机辅助工程 (CAE 技术的大规模推广, 解决了塑料产品开发、模具设计及产品加工中的薄弱环节, 更在提高生产率、保证产品质量、降低成本等方面体现出现代科技的优越性。但是现代技术并不能替代专业设计人员的经验,在塑料模具设计时制品材料的选择、及制品结构大小、壁厚的设计是决定模具设计、模具材料选用的重要因素。而怎样选用合适的材料,就成为模具设计中一个重要的问题。

1塑料制品材料种类用对模具设计的影响一般来说,并没有不好的材料,只有在特定的领域使用了错误的材料。因此,设计者必须要彻底了解各种可供选择的材料的性能,并仔细测试这些材料,研究其与各种因素对成型加工制品性能的影响。本文只就传统的热塑性材料进行分析以说明问题。在注射成型中最常用的是热塑性塑料,它又可分为无定型塑料和半结晶性塑料。这两类材料在分子结构和受结晶化影响的性能上有明显不同。一般来说,半结晶型热塑性塑料主要用于机械强度高的部件,而无定型热塑性塑料由于不易弯曲,则常被应用于外壳,这是材料选用的大框。另外,为改善热塑性塑料的使用性能和工艺性能,往往在制品原料中加入各种填料,因此,根据所加填料来选用就显得尤为重要了。

1.1根据填料和增强材料进行选择的分析热塑性塑料可分为未增强、玻璃纤维增强、矿物及玻璃体填充等种类产品,不同产品的成型工艺性能是不相同的。玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度; 矿物和玻璃体则具较低的增强效果,主要用于减少制品的翘曲。例如,实际应用中玻璃纤维会影响到成型加工,使制品在成型后产生收缩和翘曲。所以,玻璃纤维增强材料就不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材料来替代,不然就会使制品的尺寸与设计尺寸发生不符。此外,玻璃纤维在成型时的流动取向将引起制品机械强度的改变。试验(从注射成型片的横向和纵向截取了 10个测试条,并在同一个拉力测试仪上对它们的机械性能进行了

比较表明,对添加了 30%玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂,其横向的拉伸强度比纵向(流动方向低了 32%,挠曲模量和冲击强度分别减少了 43%和 53%。在对制品安全性的强度校核计算中就要注意到这些损失,同时在成型模具设计中浇注系

统的布置也要充分地对这些问题加以考虑。

因此,对于在热塑性塑料中加入了一系

列增强材料、填料和改性剂的,由此而产生

的性能变化必须认真地从手册或数据库中查

阅,最好的是听取原材料制造厂家的专家的

技术建议,以选用最为合适的制品材料。

1.2考虑湿度对材料性能影响

一些热塑性材料,比如 P A 6和 P A 66,

其吸湿性很强,在成型过程中会在高温料筒

中促使塑料发生水解,导致塑料起泡和流动

性下降,从而对制品的机械性能和尺寸稳定

性产生较大的影响。在进行模具设计时, 应特

别注意这种情况, 以减少对制品性能的影响。

模具材料的选用与制品材料的选择是密

切相关的, 因此细致分析制品材料后, 才能在

模具设计时选用到最为合适的模具材料。

1.3热塑性塑料制品成型模具材料选用

细致分析塑料制品使用的材料后,就要

选取最为合适的模具材料。目前我国市场常

见的热塑性塑料成型模具的材料有:非合金

型塑料模具钢 (即碳素钢、渗碳型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢几种。在模具材料选取时, 除了要根据制品材料是否改性和有否增加填充剂,添加何

种添加剂来选取适合的模具材料外,还要依

据制品大小、结构、尺寸精度等。例如 :成型以玻璃纤维为填料的塑料制品时,模具材料

可选用预硬型塑料模具钢 (如

8Cr2MnWMoVs ;对制品材料在成型时会产

生腐蚀性气体的,宜采用耐腐蚀型塑料模具

刚(如 Cr18MoV ;成型结构复杂、精度高、

产量大的制品时,需要高寿命的时效硬化型

塑料模具钢(如 4Cr5MoSiVS 。具体选用时

主要还是要针对塑料制品的材料和模具预计

使用情况选取。适宜的材料加上合理的设计

将极大的提高模具使用周期,同时也可以提

高产品质量、降低生产成本。

2塑料制品对模具设计的影响

在塑料制品的设计中,还有一些设计要

点要经常考虑,其中制品壁厚的设计尤为重

要,其设计的合理与否对产品影响极大,主

要影响有:制品重量;在模塑中可得到的流

动长度;制品的生产周期;尺寸公差;制

品的质量,如表面粗糙度、翘曲和空隙等。

2.1塑料制品壁厚设计与模具设计

我们知道,在成型制品的过程中,流程

与壁厚的比率对注塑成型时模腔填充有很大

影响。如果在注塑工艺中,要得到流程长而

壁厚薄的制品,则制品原料应具有相当的低熔融黏度 (易于流动、熔解是非常必要的。因此, 在成型不同材料的制品时, 就要对制品的壁厚加以限制。设计时, 壁厚不宜过小, 不然制品的强度、刚度不足, 对模具顶出机构的设计影响甚大,在成型过程中也不易充满模具型腔 ; 壁厚过大, 会增加制品的成型时间和冷却时间, 从而延长了模塑周期, 降低了生产率,同时对模具的强度、刚度也有更高的要求。另外, 制品的壁厚应力求平均, 否则会因为固化或冷却速度不同引起收缩不均匀,从而在制品内部产生内应力,导致制品产生翘曲, 缩孔甚至开裂。为使制品的壁厚能够

尽量均匀,在模具设计时就要在制品的厚壁部分设置型芯, 防止成型时形成空隙, 并减少内部压力, 从而使制品扭曲变形减至最小。此外,对不同壁厚塑料制品的模具设计,模具型腔的设计要求也不同。还要根据制品的要求,合理设计模具的模腔及型芯的脱模斜度,脱模斜度要与塑料制品在成型的分模或分模面相适应;不然会严重影响制品的外观质量和壁厚尺寸的精度。

2.2热塑性塑料设计中的指标分析。

热塑性塑料一般具有高的延展性和弹性, 不需要像具有高刚性、低延展性和低弹性的金属一样指定严格的成型尺寸范围。因此, 设计者在决定热塑性塑料模具制品的成本方面起了关键作用, 合理且不影响产品性能的、缩小公差, 降低成本是可以实现的。一般商业上可接受的产品与标准尺寸的偏差不高于0. 25￣ 0.3%,不过这还需要与应用时的具体要求相结合来判断。精确的模具设计可以有效的缩小制品尺寸公差, 从而降低制品成本。因此,模具精密度对制品生产厂家具有重要意义。

3塑料模具设计时对制品收缩率的考虑为了不对塑料制品制定过分严格的范围,必须要注意一些影响塑料制品尺寸准确性的因素, 其中就是材料的收缩率的因素了。模具制造的标准是必须严格遵守,因此对于成型不同材料的塑料制品,在不同的尺寸条件下,其成型后收缩率波动的情况是不相同的。成型大型制品时, 其收缩率较大, 此时就应着重设法稳定工艺条件和选择收缩率波动较小的材料,如果单靠提高模具成型零件的制造精度则不经济了;而在成型尺寸较小的制品时,模具成型的零件制造精度和磨损就对制品的尺寸精度影响较大了。此外, 塑料制品的几何形状对收缩率也有影响,进而影响到产品的性能,这也是设计者值得关注的一

塑料制品模具设计影响因素探讨

朱逸忠

(东莞市高级技工学校523112