塑胶模具的技术知识
阔途资讯-塑料网 sl.kuotu.com 2016-03-02 16:38:53

 

 

我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品,大到机床的底座、机身外壳,小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳,无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形,模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同,模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具,以及塑胶模具。

 

    近年来,随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高,塑料制品的应用范围也在不断扩大,如: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,塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料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。

 

    1、1、模具的一般定义:

 

    在工业生产中,用各种压力机和装在压力机上的专用工具,通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品,这种专用工具统称为模具。

 

    2、2、注塑过程说明:

 

    模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成,这个组合内有成型模腔。注塑时,模具装夹在注塑机上,熔融塑料被注入成型模腔内,并在腔内冷却定型,然后上下模分开,经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具,最后模具再闭合进行下一次注塑,整个注塑过程是循环进行的。

 

    (1)模具的一般分类:

 

    可分为塑胶模具及非塑胶模具:

 

    (1)非塑胶模具有:铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。

 

    A.铸造模――水龙头、生铁平台

 

    B.锻造模――汽车身

 

    C.冲压模――计算机面板

 

    D.压铸模――超合金,汽缸体

 

    (2)塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为:

 

    A.注射成型模――电视机外壳、键盘按钮(应用最普遍)

 

    B.吹气模――饮料瓶

 

    C.压缩成型模――电木开关、科学瓷碗碟

 

    D.转移成型模――集成电路制品

 

    E.挤压成型模――胶水管、塑胶袋

 

    F.热成型模――透明成型包装外壳

 

    G.旋转成型模――软胶洋娃娃玩具

 

    ◆注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料,制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的,作为注射成型加工的主要工具之一的,在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低,直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新,同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。

 

    ◆注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的,基本分为:

 

    A成型装置(凹模,凸模)

 

    B定位装置(导柱,导套)

 

    C固定装置(工字板,码模坑)

 

    D冷却系统(运水孔)

 

    E恒温系统(加热管,发热线)

 

    F流道系统(唧咀孔,流道槽,流道孔)

 

    G顶出系统(顶针,顶棍)

 

    3、3、根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类:

 

    (1)大水口模具:流道及浇口在分模线上,与产品在开模时一起脱模,设计最简单,容易加工,成本较低,所以较多人采用大水口系统作业。

 

    (2)细水口模具:流道及浇口不在分模线上,一般直接在产品上,所以要设计多一组水口分模线,设计较为复杂,加工较困难,一般要视产品要求而选用细水口系统。

 

    (3)热流道模具:此类模具结构与细水口大体相同,其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里,无冷料脱模,流道及浇口直接在产品上,所以流道不需要脱模,此系统又称为无水口系统,可节省原材料,适用于原材料较贵、制品要求较高的情况,设计及加工困难,模具成本较高。

 

    热流道系统,又称热浇道系统,主要由热浇口套,热浇道板,温控电箱构成。我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔,它适用单一腔单一浇口的;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔,它适用于单腔多点入料或多腔模具。

 

    热流道系统的优势

 

    (1)无水口料,不需要后加工,使整个成型过程完全自动化,节省工作时间,提高工作效率。

 

    (2)压力损耗小。热浇道温度与注塑机射嘴温度相等,避免了原料在浇道内的表面冷凝现象,注射压力损耗小。

 

    (3)水口料重复使用会使塑料性能降解,而使用热流道系统没有水口料,可减少原材料的损耗,从而降低产品成本。在型腔中温度及压力均匀,塑件应力小,密度均匀,在较小的注射压力下,较短的成型时间内,注塑出比一般的注塑系统更好的产品。对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势,而且能用较小机型生产出较大产品。

 

    (4)热喷嘴采用标准化、系列化设计,配有各种可供选择的喷嘴头,互换性好。独特设计加工的电加热圈,可达到加热温度均匀,使用寿命长。热流道系统配备热流道板、温控器等,设计精巧,种类多样,使用方便,质量稳定可靠。

 

    ◆热流道系统应用的不足之处

 

    (1)整体模具闭合高度加大,因加装热浇道板等,模具整体高度有所增加。

 

    (2)热辐射难以控制,热浇道最大的毛病就是浇道的热量损耗,是一个需要解决的重大课题。

 

    (3)存在热膨胀,热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。

 

(4)成本增加,热浇道系统标准配件价格较高,影响热浇道模具的普及。

 

    注塑缺陷解决方案

 

    1龟裂

 

    龟裂是塑料制品较常见的一种缺陷,产生的主要原因是由于应力变形所致。主要有残余应力、外部应力和外部环境所产生的应力变形。

 

    (-)残余应力引起的龟裂

 

    残余应力主要由于以下三种情况,即充填过剩、脱模推出和金属镶嵌件造成的。作为在充填过剩的情况下产生的龟裂,其解决方法主要可在以下几方面入手:

 

    (1)由于直浇口压力损失最小,所以,如果龟裂最主要产生在直浇口附近,则可考虑改用多点分布点浇口、侧浇口及柄形浇口方式。

 

    (2)在保证树脂不分解、不劣化的前提下,适当提高树脂温度可以降低熔融粘度,提高流动性,同时也可以降低注射压力,以减小应力。

 

    (3)一般情况下,模温较低时容易产生应力,应适当提高温度。但当注射速度较高时,即使模温低一些,也可减低应力的产生。

 

    (4)注射和保压时间过长也会产生应力,将其适当缩短或进行Th次保压切换效果较好。

 

    (5)非结晶性树脂,如AS树脂、ABS树脂、PMMA树脂等较结晶性树脂如聚乙烯、聚甲醛等容易产生残余应力,应予以注意。

 

    脱模推出时,由于脱模斜度小、模具型胶及凸模粗糙,使推出力过大,产生应力,有时甚至在推出杆周围产生白化或破裂现象。只要仔细观察龟裂产生的位置,即可确定原因。

 

    在注射成型的同时嵌入金属件时,最容易产生应力,而且容易在经过一段时间后才产生龟裂,危害极大。这主要是由于金属和树脂的热膨胀系数相差悬殊产生应力,而且随着时间的推移,应力超过逐渐劣化的树脂材料的强度而产生裂纹。为预防由此产生的龟裂,作为经验,壁厚7"与嵌入金属件的外径

 

    通用型聚苯乙烯基本上不适于宜加镶嵌件,而镶嵌件对尼龙的影响最小。由于玻璃纤维增强树脂材料的热膨胀系数较小,比较适合嵌入件。

 

    另外,成型前对金属嵌件进行预热,也具有较好的效果。

 

    (二)外部应力引起的龟裂

 

    这里的外部应力,主要是因设计不合理而造成应力集中,特别是在尖角处更需注意。由图2-2可知,可取R/7"一0.5~0.7。

 

    (三)外部环境引起的龟裂

 

    化学药品、吸潮引起的水降解,以及再生料的过多使用都会使物性劣化,产生龟裂。

 

    12充填不足

 

    充填不足的主要原因有以下几个方面:

 

    i.树脂容量不足。

 

    ii.型腔内加压不足。

 

    iii.树脂流动性不足。

 

    iv.排气效果不好。

 

    作为改善措施,主要可以从以下几个方面入手:

 

    1)加长注射时间,防止由于成型周期过短,造成浇口固化前树脂逆流而难于充满型腔。

 

    2)提高注射速度。

 

    3)提高模具温度。

 

    4)提高树脂温度。

 

    5)提高注射压力。

 

    6)扩大浇口尺寸。一般浇口的高度应等于制品壁厚的1/2~l/3。

 

    7)浇口设置在制品壁厚最大处。

 

    8)设置排气槽(平均深度0.03mm、宽度3~smm)或排气杆。对于较小工件更为重要。

 

    9)在螺杆与注射喷嘴之间留有一定的(约smm)缓冲距离。

 

    10)选用低粘度等级的材料。

 

    11)加入润滑剂。

 

    3皱招及麻面

 

    产生这种缺陷的原因在本质上与充填不足相同,只是程度不同。因此,解决方法也与上述方法基本相同。特别是对流动性较差的树脂(如聚甲醛、PMMA树脂、聚碳酸酯及PP树脂等)更需要注意适当增大浇口和适当的注射时间。

 

    4缩坑

 

    缩坑的原因也与充填不足相同,原则上可通过过剩充填加以解决,但却会有产生应力的危险,应在设计上注意壁厚均匀,应尽可能地减少加强肋、凸柱等地方的壁厚。

 

    5溢边

 

    对于溢边的处理重点应主要放在模具的改善方面。而在成型条件上,则可在降低流动性方面着手。具体地可采用以下几种方法:

 

    1)降低注射压力。

 

    2)降低树脂温度。

 

    3)选用高粘度等级的材料。

 

    4)降低模具温度。

 

    5)研磨溢边发生的模具面。

 

    6)采用较硬的模具钢材。

 

    7)提高锁模力。

 

    8)调整准确模具的结合面等部位。

 

    9)增加模具支撑柱,以增加刚性。

 

    l0)根据不同材料确定不同排气槽的尺寸。

 

    6熔接痕

 

    熔接痕是由于来自不同方向的熔融树脂前端部分被冷却、在结合处未能完全融合而产生的。一般情况下,主要影响外观,对涂装、电镀产生影响。严重时,对制品强度产生影响

 

    (特别是在纤维增强树脂时,尤为严重)。

 

可参考以下几项予以改善:

 

    l)调整成型条件,提高流动性。如,提高树脂温度、提高模具温度、提高注射压力及速度等。

 

    2)增设排气槽,在熔接痕的产生处设置推出杆也有利于排气。

 

    3)尽量减少脱模剂的使用。

 

    4)设置工艺溢料并作为熔接痕的产生处,成型后再予以切断去除。

 

    5)若仅影响外观,则可改变烧四位置,以改变熔接痕的位置。或者将熔接痕产生的部位处理为暗光泽面等,予以修饰。

 

    7烧伤

 

    根据由机械、模具或成型条件等不同的原因引起的烧伤,采取的解决办法也不同。

 

    1)机械原因,例如,由于异常条件造成料筒过热,使树脂高温分解、烧伤后注射到制品中,或者由于料简内的喷嘴和螺杆的螺纹、止回阀等部位造成树脂的滞流,分解变色后带入制品,在制品中带有黑褐色的烧伤痕。这时,应清理喷嘴、螺杆及料筒。

 

    2)模具的原因,主要是因为排气不良所致。这种烧伤一般发生在固定的地方,容易与第一种情况区别。这时应注意采取加排气槽反排气杆等措施。

 

    3)在成型条件方面,背压在300MPa以上时,会使料筒部分过热,造成烧伤。螺杆转速过高时,也会产生过热,一般在40~90r/min范围内为好。在没设排气槽或排气槽较小时,注射速度过高会引起过热气体烧伤。

 

    8银线

 

    银线主要是由于材料的吸湿性引起的。因此,一般应在比树脂热变形温度低10~15C的条件下烘干。对要求较高的PMMA树腊系列,需要在75t)左右的条件下烘干4~6h。特别是在使用自动烘干料斗时,需要根据成型周期(成型量)及干燥时间选用合理的容量,还应在注射开始前数小时先行开机烘料。

 

    另外,料简内材料滞流时间过长也会产生银线。不同种类的材料混合时,例如聚苯乙烯。和ABS树脂、AS树脂,聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。

 

    9喷流纹

 

    喷流纹是从浇口沿着流动方向,弯曲如蛇行一样的痕迹。它是由于树脂由浇口开始的注射速度过高所导致。因此,扩大烧四横截面或调低注射速度都是可选择的措施。另外,提高模具温度,也能减缓与型腔表面接触的树脂的冷却速率,这对防止在充填初期形成表面硬化皮,也具有良好的效果。

 

    10气泡

 

    根据气泡的产生原因,解决的对策有以下几个方面:

 

    1)在制品壁厚较大时,其外表面冷却速度比中心部的快,因此,随着冷却的进行,中心部的树脂边收缩边向表面扩张,使中心部产生充填不足。这种情况被称为真空气泡。解决方法主要有:

 

    a)根据壁厚,确定合理的浇口,浇道尺寸。一般浇口高度应为制品壁厚的50%~60%。

 

    b)至浇口封合为止,留有一定的补充注射料。

 

    C)注射时间应较浇口封合时间略长。

 

    d)降低注射速度,提高注射压力,

 

    e)采用熔融粘度等级高的材料。

 

    2)由于挥发性气体的产生而造成的气泡,解决的方法主要有:

 

    a)充分进行预干燥。

 

    b)降低树脂温度,避免产生分解气体。

 

    3)流动性差造成的气泡,可通过提高树脂及模具的温度、提高注射速度予以解决。

 

    11白化

 

    白化现象最主要发生在ABS树脂制品的推出部分。脱模效果不佳是其主要原因。可采用降低注射压力,加大脱模斜度,增加推杆的数量或面积,减小模具表面粗糙度值等方法改善,当然,喷脱模剂也是一种方法,但应注意不要对后续工序,如烫印、涂装等产生不良影响。

 

    12翘曲变形

 

    注射制品的翘曲、变形是很棘手的问题。主要应从方面着手解决,而成型条件的调整效果则是很有限的。翘曲、变形的原因及解决方法可参照以下各项:

 

    1)由成型条件引起残余应力造成变形时,可通过降低注射压力、提高模具并使模具温度均匀及提高树脂温度或采用退火方法予以消除应力。

 

    2)脱模不良引起应力变形时,可通过增加推杆数量或面积、设置脱模斜度等方法加以解决。

 

    3)由于冷却方法不合适,使冷却不均匀或冷却时间不足时,可调整冷却方法及延长冷却时间等。例如,可尽可能地在贴近变形的地方设置冷却回路。

 

    4)对于成型收缩所引起的变形,就必须修正模具的设计了。其中,最重要的是应注意使制品壁厚一致。有时,在不得已的情况下,只好通过测量制品的变形,按相反的方向修整模具,加以校正。收缩率较大的树脂,~般是结晶性树脂(如聚甲醛、尼龙、聚丙烯、聚乙烯及PET树脂等)比非结晶性树脂(如PMMA树脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂及AS树脂等)的变形大。另外,由于玻璃纤维增强树脂具有纤维配向性,变形也大。

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