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产品模具设计要领及技巧研究论文
产品模具设计要领及技巧研究论文 关键词:塑料模具设计;材料;
选用 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。同时也对专业设计人员的经验提出了更高的要求,在塑料 制品模具设计时制品材料的选择是决定产品性能的重要因素。还有制品壁厚等问 题是辅助设计软件所不能解决的,要需要专业设计人员长时间经验的积累才能做 好的。因此本文就塑料制品模具设计中若干重要问题做以简要的讨论。
在我国塑料工业发展中,计算机的应用起到了重要作用。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 是决定模具设计时模具材料选用的重要因素。怎样选用合适的材料,是模具设计 中一个重要的问题。
一、塑料制品材料的选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,半结晶性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,其次,还要根据填 料和增强材料继续选择。
(一)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。
玻璃纤维主要用于增加强度、坚固度和提高应用温度;
矿物和玻纤则具较低的增 强效果,主要用于减少翘曲。玻璃纤维会影响到成型加工,尤其会对部件产生收 缩和翘曲性。所以,玻璃纤维增强材料不能被未增强热塑性塑料或低含量增强材 料来替代,而不会有尺寸改变。玻璃纤维的取向由流动方向决定,这将引起部件机械强度的变化。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%。
在综合考虑安全因素的强度计算中,应注意到这些损失。
在一些热塑性塑料中加入了一系列增强材料、填料和改性剂来改变它们的 性质。由这些添加剂产生的性能变化必须认真地从手册或数据库中查阅,更好的 是听取原材料制造厂家的专家的技术建议。以选用最为合适的材料。
(二)考虑湿度对材料性能影响 一些热塑性材料,特别是PA6和PA66,吸湿性很强。这可能会对它们的机 械性能和尺寸稳定性产生较大的影响。在进行设计时,应特别注意这种性能,考 虑其对产品性能的影响。模具材料的选用取决于制品材料,细致分析制品材料后, 才能在模具设计时选用最为合适的模具材料。
(三)塑料制品模具材料选用 细致分析塑料制品使用的材料后,选取最为合适的模具材料。目前我国市 场常见的、适合热缩性材料的模具材料有: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,根据制品材料是否改 性和增加填充剂,添加何种添加剂来选取适合的模具材料。例如:制作形状复杂 的大、中型精密塑料制品时,其模具材料可选用预硬型塑料模具钢;
制造复杂、 精密且生产时间较长,需要高寿命模具时刻采用时效硬化型塑料模具钢。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。
二、壁厚及相关注意事项对产品性能的影响 在工程塑料零件的设计中,还有一些设计要点要经常考虑,其中对于壁厚 的设计尤为重要,壁厚设计的合理与否对产品影响极大,改变一个零件的壁厚, 对以下主要性能将有显着影响:零件重量、在模塑中可得到的流动长度、零件的 生产周期、模塑零件的刚性、公差、零件质量,如表面光洁度、翘曲和空隙等。(一)塑料模具设计工艺中的基础要求 在设计的最初阶段,有必要考虑一下所用材料是否可以得到所要求。流程 与壁厚比率对注塑工艺中模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中,要得到流程 长、而薄,则聚合物应具有相当的低熔融粘度(易于流动熔解)是非常必要的。
为了深入了解聚合物熔化时的流动性能,可以使用一种特殊的模具来测定流程。
增加壁厚不仅决定了机械性能,还将决定成品的质量。在塑料零件的设计 中,很重要的一点是尽量使均匀。同一种零件壁厚不同可引起零件的不同收缩性, 根据零件刚性不同,这将导致严重的翘曲和尺寸精度问题。为取得均匀的,模制 品的厚壁部分应设置模心。此举可防止形成空隙,并减少内部压力,从而使扭曲 变形减至最小。零件中形成的空隙和微孔,将使横截面变窄,内应力升高,有时 还存在切口效应,从而大大降低其机械性能。不同壁厚塑料制品的模具设计时, 模腔的要求也不同,根据制品的要求,设计模具的模腔及脱模斜度,斜度要与塑 胶制品在成型的分模或分模面相适应;
是否会影响外观和壁厚尺寸的精度。
(二)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范围。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,较少成本是可以实现 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%,但这还需要 与应用时的具体要求相结合来判断。精确的模具可以有效的缩小制品公差,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。
三、塑料模具设计时对收缩值的考虑 为了不对塑料部件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。模具制造的标准必须严格遵守,同时要特别注意脱模斜度的重 要性,因为它决定了脱模容易与否及防翘曲性能。
结论:
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寸、性能、外观等多方面 因素,综合利弊,选用适合的材料,合理的设计,才能保证产品的性能。