塑料制品模具设计影响因素探讨

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摘要:随着塑料工业的飞速发展及塑料制品在各个领域的推广应用,产品对模具的要求也越来越高。

现代模具的设计通过CAE 技术,实现了从制品设计到生产的完全解决方案。

但是现代技术并不能替代专业设计人员的经验,比如在模具设计时塑料制品材料的选择、制品壁厚的确定、材料收缩率的影响等问题是现代技术不能解决的,而这些因素对成型模具的寿命、结构等设计都具有重要的影响,需要专业设计人员长期经验的积累才能做好的。

本文就塑料制品模具设计中以上问题做如下简要的讨论。

关键词:塑料模具设计材料制品壁厚选用中图分类号:TE624 文献标识码:A 文章编号:1673-0534(200610(a-0051-0251 科技咨询导报Science and Technology Consulting Herald52科技咨询导报Science and Technology Consulting Herald2006 NO.14工业技术科技咨询导报点。

因此在此类制品模具设计时要注意制品脱模收缩后的尺寸是否为产品要求尺寸,否则因制品模后收缩值的影响,极有可能导致产品尺寸不符合标准。

4 结语与产品模后性能相关问题还有许多,设计人员可以参考手册进行设计。

总之, 在塑料制品模具设计时要充分考虑可能影响制品尺1 前言选矿拜尔法生产氧化铝流程中,溶出机组的产量决定了整个系统的产量, 供机组的料浆是靠精矿抓斗天车将磨浮生产出来的精矿从精矿库抓上皮带进入调配槽生产出合格的原矿浆。

我厂共有精矿16T抓斗天车两台, 负责精矿库的精矿抓混和配料, 使用频繁, 设计机构工作级别为 M6,自投产以来共发生提升减速机低速轴断裂一次, 闭合减速机低速轴断裂两次, 既破坏了特种设备的安全稳定运行又严重威胁到了氧化铝的生产。

因此, 抓好这两台精矿抓斗天车的安全稳定运行, 保证溶出机组合格原矿浆的供给, 成了我们目前的重要课题。

2 天车的现状及减速机输出轴的受力分析精矿天车作为我厂的重要生产天车,自投产以来频繁断钢丝绳,后经过将钢丝绳型号6×(37-24-155改为6×(37-26-155型号后效果明显好转, 有原来的平均每10天换绳一次延长到现在的平均每40天换绳一次。

发生第一次闭合减速机低速轴断裂时, 一方面对备件提出了更高的要求,另一方面对天车工进行了多次培训,并要求当提升时必须保证提升和闭合绳同时用力,但是还是发生了两次轴断裂事故。

经过对提升时电机电流的测量发现频繁出现过负荷现象, 因此, 对提升机构的设计和起重量提出了质疑。

作为减速机输出轴主要受力有三部分, 即:径向载荷;扭矩;其它受力,忽略不计。

3 使用过程中抓斗有效的使用体积核定和实际起重量精矿天车随车带的抓斗设计为 3. 2m 3,但是由于陶瓷过滤机过滤出的精矿水分偏大,粘结性较强,造成实际抓料体积远远大于设计体积,现经过计算和现场核定抓斗的实际抓料体积为 4.93m3通过称重测得精矿的平均容重ν为 2t/m 3(1.7￣ 2.3t/m 3,根据起重机设计手册的要求所抓物料粘结性较强时在设计时要考虑增加25￣ 30%的起重量, 因此精矿天车的起重量计算如下:Q q =V 总ν+0.3V 总ν+Q 0=12.8+8=20.8t4 计算起动时间式中:① M e =9750 N e /n=1262.95N・mM e 为电机额定转矩 N e 为电机额定功率 n为电机额定转速② 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 m a x =∮ M e =4294. 03N・m∮为电动机最大力矩与额定力矩的比值, 查得∮为3.4M qp 为电机平均起动转矩③ M j =Q q ・ D js /2・a・i・η=208000×0.726/2×1×31.5×0.91=2634 N ・m 式中:M j 为起升静力矩Q q 为起重量(包括吊具 D js 为卷筒有效直径 a为起重倍率 i为传动比η为起升机构的机械效率④ t q =[1.2GD 2n/375(M qp -M j +0.975Q q ν2/n(M qp -M j η=0.25st q 为起动时间GD 2为电动机转子及同轴上联轴器等的总飞轮矩ν为起升速度5 计算径向载荷① a q =ν/t q =41.8/60/0.25=2.79m/s 2式中:a q 为起动平均加速度② F a =Q q ・ a q =20800×2.79=58032N ③径向载荷:F m a x =(Q +Q 0+Fa /2=(208000+19480+58032/2=142756N式中:F a 为提升启动时加速度产生的力 Q 0为卷筒的自重产生的力 Q 为起重量产生的力 6 计算输出轴扭矩 T 输出=(Q +F a D js /2η1=266032×精矿抓斗天车减速机输出轴断裂的原因分析与对策原成钢(河南焦作市中国铝业中州分公司第二氧化铝厂装备能源科454171摘要:本文通过对天车提升机构的受力分析,讨论出了提升、闭合减速机低速轴轴断事故产生的原因,并提出了行之有效的解决办法。