塑料模具設(shè)計(jì)時(shí)材料選用及工藝設(shè)計(jì)的要點(diǎn)

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【摘要】生活中隨處可見塑料制品，塑料玩具、塑料購(gòu)物袋、塑料辦公用品等等，可以說(shuō)塑料已經(jīng)遍布社會(huì)生活的方方面面。塑料的廣泛應(yīng)用使得人們對(duì)產(chǎn)品的模具、專業(yè)設(shè)計(jì)師提出更高的要求。塑料材料的原材料是決定塑料產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵因素，比如產(chǎn)品壁厚，這是無(wú)法利用輔助設(shè)計(jì)軟件解決的問(wèn)題，只能由通過(guò)技術(shù)把控來(lái)解決。本文將對(duì)塑料模具設(shè)計(jì)中常遇到的問(wèn)題進(jìn)行討論。

【關(guān)鍵詞】塑料；模具設(shè)計(jì)；工藝設(shè)計(jì)；材料選用

計(jì)算機(jī)在塑料工業(yè)的發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮著重要作用。利用計(jì)算機(jī)技術(shù)可以較大程度的減少模具設(shè)計(jì)的時(shí)間，尤其是在應(yīng)用了計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)后(CAE)，彌補(bǔ)了以往塑料產(chǎn)品開發(fā)、模具設(shè)計(jì)、產(chǎn)品加工等環(huán)節(jié)中的不足。CAE技術(shù)在提高生產(chǎn)效率、節(jié)約成本、保證質(zhì)量等方面發(fā)揮著突出作用。但是有一點(diǎn)不能否認(rèn)，無(wú)論科技怎么發(fā)展都無(wú)法替代專業(yè)設(shè)計(jì)師多年的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。如何選擇塑料模具的制作材料是一項(xiàng)非常重要的工作，直接影響著塑料產(chǎn)品的設(shè)計(jì)成敗。

1塑料制品材料的選用對(duì)模具設(shè)計(jì)的影響

通常來(lái)講，再好的材料用不到正確的地方都不算是好材料。所以，設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)必須先充分了解不同備選材料的性能，并對(duì)這些性能加以測(cè)試，分析各種不同因素對(duì)塑料產(chǎn)品的影響。本文以傳統(tǒng)的塑料性材料為研究對(duì)象對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行解釋說(shuō)明。熱塑性材料是注射成型塑料制品最常用的材料，通常分為兩大類，一是無(wú)定型塑料、二是半結(jié)晶性塑料。這兩種材料最大的不同在于分子結(jié)構(gòu)與受結(jié)晶化影響的性能。無(wú)定型熱塑性材料主要被應(yīng)用于外殼，因?yàn)槠洳灰讖澢苄院?而半結(jié)晶性熱塑性材料因其硬度高，較常用于機(jī)械強(qiáng)度高的地方。1．1根據(jù)填料和增強(qiáng)材料進(jìn)行選擇的研究熱塑性塑料的種類主要分為這幾類:未增強(qiáng)、玻璃纖維增強(qiáng)、礦物和玻璃體填充等。玻璃纖維增強(qiáng)就是用玻璃纖維來(lái)提高熱塑性材料的強(qiáng)度、硬度以及應(yīng)用溫度;礦物和玻璃體填充的效果不如玻璃纖維好，它們主要用來(lái)降低塑料材料的翹曲程度。玻璃纖維會(huì)對(duì)塑料產(chǎn)品的收縮性和翹曲性造成影響，玻璃纖維增票材料制成的塑料材料一般不會(huì)發(fā)生尺寸改變的現(xiàn)象。流動(dòng)方向決定了玻璃纖維的取向，如果取向不正確將會(huì)影響到部件的機(jī)械強(qiáng)度。為了證明這一點(diǎn)做了一個(gè)小試驗(yàn):在添加了30%玻璃纖維增強(qiáng)的熱塑性聚酯樹脂的注射成型片中分別縱向、橫向各自截取10個(gè)測(cè)試條，在拉力測(cè)試條件相同的條件下對(duì)兩種類型的測(cè)試條的機(jī)械性進(jìn)行對(duì)比，對(duì)比結(jié)果表明縱向的拉伸強(qiáng)度比橫向高出32%，其中縱向是流動(dòng)方向，而縱向的撓曲模量比橫向高43%、縱向的沖擊強(qiáng)度比橫向高53%。在對(duì)熱塑性材料添加某種能夠改變性質(zhì)的添加劑時(shí)，需要認(rèn)真查閱這些添加劑的作用和副作用，最好是仔細(xì)詢問(wèn)原材料廠家的建議，從而選擇最合適的材料。1．2濕度對(duì)材料性能的影響有些熱塑性材料具有很強(qiáng)的吸濕性，尤其是PA6和PA66。吸濕性很可能會(huì)影響到材料的穩(wěn)定性和機(jī)械程度，時(shí)間長(zhǎng)了有可能發(fā)生形變。因此，在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮到這一性質(zhì)會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成的影響。制品的材料決定了模具材料，因此，在進(jìn)行模具設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)對(duì)制品材料進(jìn)行全面考慮，從而選擇最佳的制品材料。1．3塑料制品模具材料的選擇分析對(duì)不同類型的塑料制品進(jìn)行分析后選擇最佳作為模具材料。國(guó)內(nèi)的塑料產(chǎn)業(yè)中用處最廣且最適合用于熱縮性模具材料有下面幾種:滲碳型塑料模具鋼、非合金型塑料模具鋼、預(yù)硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼、時(shí)效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼。制品材料的添加的填充劑種類、劑量等決定了其性質(zhì)，這些性質(zhì)決定了其用途。比如，硬型塑料模具鋼常用于制作一些結(jié)構(gòu)復(fù)雜的中型精密度塑料制品;時(shí)效硬化型塑料模具鋼常用于制造一些工藝比較復(fù)雜、精密度較高、實(shí)用期限較常的塑料制品。當(dāng)然這些選擇條件也不是絕對(duì)的，還需要由專業(yè)人員根據(jù)具體情況而定。

2壁厚及相關(guān)注意事項(xiàng)對(duì)產(chǎn)品性能的影響

工程類塑料零件在設(shè)計(jì)過(guò)程中需要考慮很多因素，其中比較重要的是塑料制品的壁厚。通常工程對(duì)塑料零件有著很高的要求，塑料制品的壁厚是否符合工程要求直接影響著工程的整體質(zhì)量。塑料零件的壁厚影響著零件的生產(chǎn)周期、整體重量、零件的剛性、公差等。堅(jiān)決不能使用生產(chǎn)不合要求的塑料零件，如有空隙、表面粗糙等。2．1塑料模具設(shè)計(jì)工藝中的基礎(chǔ)要求設(shè)計(jì)人員在模具設(shè)計(jì)之處就應(yīng)當(dāng)考慮到選用的材料不合格將會(huì)造成什么樣的后果。生產(chǎn)流程和壁厚比率會(huì)影響到模具空腔的填充程度。在注塑過(guò)程過(guò)，如果生產(chǎn)流程較常、壁較薄，那么聚合物必須具有很強(qiáng)的流動(dòng)性，否則將會(huì)形成空腔影響模具的質(zhì)量。為了進(jìn)一步了注塑材料融化時(shí)的流動(dòng)性，我能可以通過(guò)特殊的模具來(lái)進(jìn)行測(cè)定。塑料模具的壁厚影響著其機(jī)械性能，從而影響著模具質(zhì)量。在進(jìn)行塑料零件生產(chǎn)時(shí)一定要使得注塑均勻。壁厚程度不一樣則產(chǎn)品的收縮性也不一樣，在加上產(chǎn)品的剛性不同，直接導(dǎo)致翹曲、尺寸偏差等問(wèn)題的發(fā)生。為了保證模具的均勻程度，需要在壁厚處設(shè)置模心，主要目的是防止注塑過(guò)程產(chǎn)生空腔，并均衡內(nèi)部壓力，從而降低產(chǎn)品因壓力作用產(chǎn)生形變的可能。一旦產(chǎn)品內(nèi)部有空腔或者微孔，那么產(chǎn)品的橫截面變窄，從而能加了內(nèi)應(yīng)力，最終導(dǎo)致產(chǎn)品的機(jī)械性能降低。塑料制品的壁厚不一樣時(shí)對(duì)模腔的要求也會(huì)不一樣。模具的模腔和脫模斜度要和成品的分?；蚍帜Ｃ姹３忠恢?，不然既會(huì)影響外觀又會(huì)造成尺寸不準(zhǔn)。2．2熱塑性塑料設(shè)計(jì)中的指標(biāo)分析熱塑性材料的延展性與彈性都比較好，而金屬材料雖然剛性高，但是延展性與彈性都遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如熱塑性材料。設(shè)計(jì)人員的主觀意識(shí)會(huì)影響到熱塑性材料模具制品的生產(chǎn)投資，因此在保證產(chǎn)品性能、滿足生產(chǎn)要求的前提下降低生產(chǎn)成本是可行的。通常商業(yè)對(duì)產(chǎn)品的尺寸要求是在標(biāo)準(zhǔn)條件下的誤差不得超出0．25－0．3%的范圍，精確的模具能夠大大降低塑料制品的生產(chǎn)誤差，從而為生產(chǎn)商節(jié)約更多的成本。總結(jié)來(lái)說(shuō)，想要節(jié)約成本必須要盡可能的提高模具的精確程度。

3結(jié)語(yǔ)

塑料制品生產(chǎn)以后還存在著諸多和性能有關(guān)的問(wèn)題，要解決這些問(wèn)題還需要設(shè)計(jì)人員的不斷努力?？偠灾軌蛴绊懙缴a(chǎn)制品的因素有很多，在模具設(shè)計(jì)時(shí)必須全面考慮這些影響因素，綜合利弊，最終選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案和最佳的生產(chǎn)材料，只有這樣才能確保產(chǎn)品質(zhì)量。

參考文獻(xiàn):

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作者:周向群 單位:深圳建溢寶電子有限公司