我想瞭解注塑模具厂的设计原理(包含成型条件限制、参考数据)要找那本书看比较好呢??

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注塑模具毕业设计外文翻译--立体光照成型的注塑模具工艺的综合模拟
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我在注塑成型里打滚了七八年,现在对模具结构,塑料特性都已相当了解,想要改学模具设计大概要学多久?在培训班能不能学的到?
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我是学模具设计与制造,这个看你想学不,想学的话大概两年就精通拉吧!祝你好运!
做工艺员都比学设计好,努力点当个班长混个车间主任
晕,这年头做个班长也就左右呀,还12个小时呀,做个设计比这个轻松多了,工资又高,发展前途又好,我才不得不想着改行呀
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精密注塑模具成型条件讲解
第一章 塑料注塑成形 1.1 简介 塑料注塑成型是一种周期性的塑料成型加工方法,它是通过加热和塑料的剪切作用使塑料软 化,然后将软化的塑料注射进紧紧合拢的模具内,待塑料在模腔内冷却定型后,再被推出模具外,从而 获得符合设计要求的塑料制品。简称注件。 在塑胶工业中,注塑成型是一项极其普通的加工方法,用途十分广泛,尤其是热塑性树脂, 多采用注塑成型。近年来,热固性树脂的注塑成型技术日益成熟,热固性塑料注塑成型也逐渐普 及起来。 注塑成型过程 塑料注塑成型过程可用下面的简图表示: 塑料 干燥 加热软化 注件后处理 射入模具 完工交货 冷却成型 模具打开1.2注件脱离模具上图表示的只是一个成型周期的示意图,实际生产中,注塑成型乃是一个不停的重复生产 过程, 注塑机会不停地按照设定的参数,设定的程序重复地把已干燥的塑料软化,射入锁紧 的模具中,冷却成型后,模具打开,将已成型的注件顶出,脱离模具,生产过程到此会重复不 断地进行,此注塑工艺被广泛地应用于热塑性塑料上,实际上,几乎所有的热塑性塑料都可以 用注塑成型来加工。 随着科学技术的不断发展,热固性树脂也被广泛地用于注塑成型,二者的区别在于模具的 操作温度不同。热塑性塑料是模具的操作温度低于熔料温度,而热固性塑料是模具温度高于熔 料温度。在热塑性塑料生产中常常遇到因散热不理想而影响正常生产的情况 ,再者不同的冷却速度还会明显的影响热塑性塑料制品的晶体结构, 也影响了塑料分子的排列及收缩程度,从而影响了产品的性能。1.3 注塑生产线 一条完整的注塑生产线不单单是几台注塑机的简单组合,还包含了其它的辅助设备。例如 ,干燥机、自动供料机、破碎机、机械手、输送带等。这些辅助设备连同注塑机一起互相配合 ,构成一条完整的生产线,以进行快捷、高效的生产。为了达到此目的,注塑机的控制,往往 是由机上的微型电脑来负责,各微型电脑又互相连络。现在,更先进的注塑生产线就是利用一 部中央电脑系统来控制和监视各注塑成型机组。为了有效地管理整个注塑生产线,在注塑成型 车间或工厂,电脑网络的应用是非常重要的一环,它是把各个零乱的电脑及工作站,用电脑网 络联结起来成为一个电脑系统来处理日常的生产事宜,从各种物料的定购、使用、人员管理、 生产、直到产品的包装发放等,都有电脑网络来完成。 注塑成型的优点 注塑成型法是一种重复性的大量生产方法,如果工作得当,生产正常的话,它的产量及生 产外形复杂注件的重复能力是十分惊人的,大多数的注件无须事后加工,特殊需要也可以进行 车、铣 、钻等操作,如果是为了增加注件外表的美感,如家电外壳之类的产品,现在也有许 多装饰方法,如:电镀、印刷、抛光等,对于形状复杂及尺寸要求严格的产品,注塑成型法也 能应用自如,现在的精密注塑可使尺寸精确到0.001mm,一些精密注件 ,如小模数齿 轮、轴承、光学镜片等都可以用注塑成型法生产出来。 为了拓宽注塑成型法的实用范围,降低注件成本,提高注件的品质;注塑成型工艺本身 及注塑机的能力,在科学家及工程技术人员的不懈努力下,正在不断地发展提高,以前传统 注塑工艺无法生产的零件,新的工艺也可以应付自如,如气体辅助注塑成型法、多层注塑成 型法、双色及多色注塑成型法、压缩注塑成型法等,这使得注塑产品遍及到国民经济的各个 角落,特别是汽车、电子、电器、文艺器材、玩具行业注塑产品最多。 总之,注塑成型具有成型周期短,能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或金属嵌 件的塑料产品,对成型各种塑料的适应性强,生产效率高,易于实现自动化生产等一系列优 点。因此,注塑成型是一种比较经济而先进的成型技术,发展迅速。 注塑成型发展的趋势1.41.5第1页,共18页 1.5.11.5.21.5.31.5.41.5.51.61.6.1注塑成型经过多年的发展,已经非常成熟,并且向着以下几个方面发展:①快速成型 ② 生产自动化 ③注件极端化(超大件和超小件)④精密注塑 ⑤薄壁件注塑6。复合注塑 当然,以上这几个方面并非是单独、独立的,而是相互交叉的,一些注塑已经融合上述 发展方向,并在某一方面有突出的表现。 快速成型 随着塑料在国民经济各部门中的应用日益普及,塑料注件的需求量日益增多,市场竞争加 剧,为了满足客户需求,缩短交货时间,因此必须进行快速成型,在较短的时间内,生产出大 量的符合客户要求的注塑产品,现在,注塑机生产厂家为了适应这一发展,开发出许多快速注 射成型机,如德麦欧冠技术公司生产的Rapid系列注塑机,射速为800mm/s,同时,合模及 开模速度进一步加快,各生产厂家也采取了不少的措施,如快速冷却,采用自动化生产等以缩 短成型周期时间,达到快速生产的目的。 生产自动化 为了提高生产效率,节省劳动力,降低生产成本。最近几年来,无人操作的自动化生产得 到快速的发展,自动化生产是指从材料供应、干燥、注塑成型直到注件的检验、包装等全部无 人化操作,有的甚至连注塑件的装配也可以一起进行。 自动化生产效率高,优点比较明显,但对机床、模具及辅助设备的要求比较高,对操作者 的操作技能也有较高的要求,自动化生产中的任何一个环节出了问题,都会使自动化生产中断 ,因此,到目前为止,也只是部分企业,部分环节实现了自动化生产,而并非真正意义上的自 动化生产。 注件极端化(超大件及超小件) 在当今注塑中,注件基本上已趋向极端化,即超大件及超小件的生产,并且大、小之间的 差距越来越大。如:Husky公司用8000吨的注塑机可将一种汽车的整个车身一次性注塑成 型,而超小件则如巴吨菲尔德公司的生产的用于汽车工业的由40%玻纤维增强LCP制造的 0.016g的推杆。 随着汽车、微电子等工业的发展,超大件及超小件注塑成型的极端化会越来越明显。 精密注塑 在当今汽车、电子、仪器、仪表工业中,应用了大量的更轻、更小、尺寸精密度高的注塑料 制件,简称精密塑件。如小模数齿轮、光学镜片、VCD光碟等,这些都是通过精密注塑来生 产的,所谓精密注塑是指注塑件的尺寸控制在 0.01~0.001之间的注塑,精密注塑需要精度更高 的注塑机及更精密的成型模具。 精密注塑机的特点是控制准确、重复精度高等;精密成型模具的特点是尺寸准确、造价很 高,通常一付精密成型模具是普通模具的10倍左右。 薄壁件注塑 薄壁件是指壁厚小于0.5mm的注件,这类塑料件的特点是壁薄、重量轻、成本低,适于 快速成型,成型周期短(冷却快),生产效率高等,但此类塑料件的成型有一定的技术难度, 通常需要高速注射,因此,对注塑机的要求是必须能提供高速注射。 现在多数注塑机生产厂为适应这一情况,专门研制生产了用于注塑薄壁件的注塑机。如台 湾南嵘机械厂生产的TNK-150型,其注射速度是普通机型的5倍,德麦欧冠技术公司的 Rapid系列射速为800mm/s。 几种新型的注塑成型方法 随着塑料制品应用越来越广,为满员某些客户的特殊要求,人们逐渐发展几种不同特色的注 塑成型方法。 注射压缩成型法 注射压缩成型工艺已问世多年,基本上,注射压缩成型是将塑化的熔融塑料注入一个部分 打开的模具内,再将模具闭合压出制品。压缩会引起模具内塑料的额外流动,确保边角及细微 的空隙也能填入物料,注射压缩结合了注塑的优点(自动化及较短周期)和压塑的好处(制品 尺寸稳定、收缩率低和良好的外观)。 在一般的注塑过程中,由于压力充斥整个模具内,使大多数塑料分子趋向排列成同一方向 。这种分子趋向产生不同程度的收缩率,为了减少这种现象,注射压缩成型法便应运而生。 注射压缩成型法的优点是熔化树脂可通过更容易的流动线路注入模具中,因此,这种方法 可大幅度降低注塑压力,产品的变形情况也可获得改观,投资成本也相对下降。与此同时,压 缩过程可以提高韧性,流道路线,与其它注塑方法相比,也大幅度延长。这意味着,采用低压第2页,共18页 1.6.21.6.31.6.41.6.5注塑,制造较大设计的产品已经成为可能。对生产精密IC外壳,塑料光学透镜及大平面尤为 重要。 注射压缩成型法具有技术优势和较高生产率,注塑时间变短,压力在整个模腔中平均分配, 注塑加压的维持过程基本上可以取消,因此,可以缩短生产周期。 双色注塑 双色注塑就是把两种不同颜色的材料或同种材料不同颜色的塑料注射到同一模具中,以获 得色彩及性能不同的制品。 目前,双色注塑技术已达到成熟的阶段,而且发展到更复杂的多部件注塑系统,这些系统 虽然在注塑过程中比较复杂,但在装配工序的简单性以及整体效果方面优势比较明显。例如, 眼珠就可以引用双色注塑方法,采用这个方式,注塑商可向顾客提供完整的产品,无须再进行 装配,节省许多后加工工序。 由于每组单元都是独立控制的,即是说每个单元可以用不同的原料进行注塑,不过在大多 数双色注塑例子里,所用的物料通常都会经过细心选择,以得到较佳的粘合效果。 气体辅助注塑成型法 此工艺的英文简称是GIM,它是一种把气体及塑料一并射进模腔的注塑成型方法,半结晶 形的热塑性塑料(PP)的成型收缩率较大,这就意味着以聚丙烯来生产厚注件时很难获得满 意的外观,气体辅助注塑成型法可以有效解决这一问题,成型时,气体可从特制的塑料射咀注 射到塑料的熔料中,此气体会在注件最厚的地方形成被塑料所包围的独立气泡,当注件冷却时 被围的气体把四周的塑料推向模腔胶壁,因而避免了绝大部分的收缩现象,厚壁注件,例如: 浴室用的配件,都是用此工艺制成,虽然注件内有气泡,但它的外观仍然可以满足电镀的要求 。此技术问世后,很多金属零件已可以被聚丙烯(PP)所代替。内气体辅助成形法(英文简 称IGM)是指传统的气体辅助注塑成型法,有别于外气体辅助注塑成型法(英文简称EGM ),外气体辅助注塑成型法可以用来减少加强助或凸台所形成的收缩凹陷,它的方法是把气体 在数点特定位置从模腔胶壁注射进模腔里,把熔料推向一面,然后把气体在适当时间排掉,气 体是从镶在模具内的多孔喷咀喷入模内。但此工艺需要考虑气体在模腔内的局部密封及排放设 计。 注射合金 注射合金是指金属注射进模具里,先压制出毛坯,然后再将毛坯放进高温炉内烧结成型 。这一成型工艺是人们借鉴了金属件压铸的原理,不过这里所用的金属粉末与塑料粘合剂通过造 粒而成的特制金属粒。这种金属粉末可在普通的热塑性注塑机上注入模具。粘结剂可以提高流动 性,保证均匀注满型腔,成型后粘结剂通过熔剂笨或加热方法除去,零件即可送去烧结。 这项新生技术可以成形很复杂、精密的零件,目前已推广到陶瓷领域。 无尘注塑 无尘注塑技术可用来制造那些不能暴露于空气中的激光碟及其它零件,但却需要使用昂贵的 封闭式设备和仪器,不过现在已有一种新方法可不用打开模具来注塑零件,它可将零件隔离,不 用暴露于空气中。它依靠一条斜槽来控制重力坠落,使零件脱模,同时也缩短周期时间。结果是 提高生产力,以及不用一个专门的无尘室也能制造出无尘的零件。 工序最初的步骤是把模具合上,而模腔则充满压力,因为模腔排气口把已过滤的空气从模具 里的真空/空气线引入,,注入塑料时,模具内由受压空气转为半真空( 由毛细管效应产生), 以协助塑料进入模腔内。接着,脱模销装置移向前至相配合的表面。这样便把模腔封闭起来,熔料 不能再进入或离开,它亦在未凝固的熔料中切出激光碟中空的洞,并把激光碟与冷浇口分开。当零 件地凝固及冷却后活动压板回缩,(但模具依然密封),并令激光碟和冷浇口一起移动。它们约移 动7.5mm时,可借着模具其中一面的排气口施以气压,另一面则是半真空,以确保零件不会离开 活动压板。这种向后的移动使激光碟靠自重坠落导轨排成一排,有了“不打开”模具,一般可节省 20~40%的周期时间。第3页,共18页 第二章注塑机2.1注塑机 注塑机是进行塑料注塑成型的生产母机,通常都是由油压推动,带有螺杆直射式的机械。 螺杆直射注射机 这一名称通常是指储料螺杆与射料活塞连为一体的注塑机。最为普遍的注塑机是单螺杆往复式 直射机,这类机最常见的是水平式的(俗称卧式);注塑机的螺杆是水平布置的,射料缸内的螺 杆是负责射料前把熔料输送到螺杆的前面,当足够的熔料已准备妥当,螺杆便向前推进,把熔料 注进模腔里,保压阶段过后,螺杆便开始转动,边旋转边后退,而熔料再一次被送到螺杆前面以 准备下一次的注塑。 现今很多先进的注塑机都配有闭环式的控制电路以达到精确控制注塑机的参数。如注射速 度、注射压力。闭环控制的意思是控制系统监视着螺杆的前进速度,并调节油压系统的压力以确 保螺杆的前进速度合乎要求的数值。倘若注塑机控制系统是开环式的,控制系统将不会监视速度 和压力的实际变化而进行调节,虽然实际数值与初始输入的数值有所偏离,系统亦不能进行纠正 。 2.2注塑机的分类 绝大多数的注塑机都是由电动马达驱动一个或一组液压泵,由液压泵及运行其中的压力油组成 一套驱动系统,动作的产生由驱动器所担任,通常直线的往复运动是由压力油推动气缸或活塞产 生的,而旋转运动是由压力油推动油压马达所产生的。 注塑机的分类方法有许多种,例如:它们可以以注射单元形式作分类:分为活塞式和螺杆 式两大类,目前大部分的注塑机都是螺杆式的。 注塑机也可以按能源系统来分类,分为空气动力式、液压动力式、机械电动式、全电动式 等,目前,市场上大部分注塑机都是液压动力式的。 注塑机也可以按机上的控制系统来分类,分为继电器式、微电脑式、也可以分为开环式和 闭环式两种。 目前,中国大陆最常用的一类分类方法是按照机上的锁模机构及注射台相对于地面的布置 形式来分类,分为卧式、立式、角式等。 2.3注塑机的几个重要组成部分 2.3.1 微处理器 微处理器是注塑机的大脑神经中枢。它的工作能力及工作速度对产品的品质和废品的多少 是其中的决定因素之一,它主要是通过控制注射速度和注射压力的转换(例如从填充阶段转换到 保压阶段)的重复性来控制零件的好坏。准确地转换保证了相同份量的熔料在每一周期中被填充 到模具里,从而得到了稳定的品质,稳定的生产状况。 微处理器的设计可以在间断的情况下,控制和监视着注塑机的工作情况,在每一个周期内 ,微处理器可能“巡视和指挥”各单元的工作多达50多次,例如压力和速度转换,微处理器在 每一周期内所巡视的次数和周期长短有关,近几年来,微处理器的工作速度和能力大大提高,这 对于无废品生产十分重要,微处理器的监视和纠正次数愈频繁,注塑机各装置的重复性就愈高, 产品才更稳定。 2.3.2 油压控制系统 大部分的注塑机都设有油压控制系统,它是通过控制各种控制阀来控制压力油的流动方 向、大小、以实现注塑机的各种动作(全电动式的注塑机除外),适当的油压控制系统对于无废 品的生产影响很大,下面我们就将分别讨论目前世界上最常用的一些控制阀。 2.3.2.1 线性比例阀 线性比例阀可以提供不间断的压力和速度调节,常用于开环式和闭环式的控制技术,它的 工作原理是把电压讯号用一放大器转变为一相应的比例电流,这一电流经过一组动力线圈后便产 生相应的比例动力推动阀芯,阀芯的内部装有闭环式的反馈控制,以获得精确的阀芯移动距离, 线圈内的磁滞程度和控制阀的重复性影响着注塑机的整体生产能力。 比例阀的主要缺点是,即使是相同的比例阀,它们的工作表现都不一样,所以设有比例阀 的同一型号,同一大小的注塑机,它们的表现也会不同。 2.3.2.2 伺服阀 伺服阀一般都是装在闭环式控制的注塑机上,基本上,伺服阀是一个高性能及高准确度的 比例阀,它内部的反馈控制设计,使阀芯的工作速度更快、更准确。如果注塑机需要精确的压力 位置,线性速度和旋转速度控制,则必须使用伺服阀。伺服阀技术使产品重量的变化范围在第4页,共18页 0.05~0。5%之间,伺服阀的主要限制有: 1. 伺服阀通常由模拟讯号推动,容易受到外界“噪音”的干扰,波动按干扰的程度、比例地 反馈在控制变数上。 2. 对压力油的品质要求十分严格,过滤要求是比例阀的10倍。 3. 伺服阀在零点附近时,表现不太稳定,同时表现随着操作磨损而改变,因此,伺服阀经过 一段使用时间后便需要重新检定。 2.3.2.3 数码(弹筒式)阀技术 数码阀的组成包括套筒、弹筒及弹簧,它们装进分流阀的镗孔里,孔的顶端有盖子以固定 弹筒阀,阀盖设有油路以接通先导油压讯号的来源,弹簧把阀内的弹筒推向一边,关闭阀门(即 关闭状态),当先导油压讯号把弹筒推向另一边时,阀门打开(即开启状态),允许压力油的流 通,这种弹筒要10mS的时间才能打开。 通常分流阀上有五、六个弹筒阀,每个弹筒阀的阀门都有着不同的尺寸,所以通过各阀门 的油量都不同。假如通过各阀门洞口的压力降是不变的,则选择开启某一组合的弹筒阀门便可以 获得某一数值的流量,从而达到控制压力油流量的目的。由于弹筒阀只有开启和关闭两种状态, 所以注塑机制造商可以利用它们的反应速度和绝对性以获得精确的模腔填充速度,弹筒阀的工作 原理也被称为“数码式流速控制”。 数码式油压阀控制技术没有磁滞现象,它可以提供范围广阔的速度和压力数值,这一技术 有着非常持久的高度重复性。使注塑商可以很轻易地制造出高品质、稳定的注件,产品重量的精 确度可以被控制在0。02~0。1%之间,数码技术成功的重要因素是确保压力油粘度的稳定,注塑 机压力油温度必须保持在±10°C之内。 2.3.3 不同油压系统的比较 为了让大家更进一步了解机床的性能,下面将数码阀和伺服阀控制系统进行比较分析。 数码阀和伺服阀控制系统的主要不同在于控制是采用开环式还是闭环式有关。数码技术的 工作原理是基于开环式的控制,而伺服阀技术在开环式和闭环式控制场合都有应用。对于某一工 作参数而言,闭环式的工作原理是经常监视和计算参数实际值和设定值的差别,并按差别的大小 反馈到另一控制阀,以调节有关的参数。使其实际值接近设定值,这种监视和调节的工作是循环 不停地进行的,所以工作参数是被精密地控制着,有极高的重复性,开环式的控制系统没有这种 反馈的控制模式。 闭环式的数码控制方法最佳的应用情况是成品的整体重量和尺寸都需要精确的控制,但有 一点必须注意,就是注塑机的工作参数必须是正确的,否则要求的结果将不会达到 。 闭环式伺服阀控制系统的最佳应用情况是当注件的填充模式需要被严格地控制,特别是需 要精密地控制熔料流速的转换。 人们常常对闭环式的控制技术产生误解,所以这里想进一步解释,目前,社会上流行的主 要是压力和速度的闭环式控制。 1. 闭环式压力控制 为了实现闭环式的压力控制,需要用上压力转换器去测量实际的压力数值,并把这一数值 转化为一信号,注塑机油泵的输出压力便按照着信号作出修正,使实际压力数值和设定数值尽量 一样。 2. 闭环式速度控制比压力的控制较困难,原因是工作速度不能直接测量出来。一般方法 是利用一个行程转换器测量输出位置信号,然且把这一位置信号作时间的微分处理, 得出速度数值。为了达到有效地闭环控制,这一微分处理必须在很短的时间内完成, 这也就意味着微处理器必须有足够的运算速度和能力。另一折衷办法是监视控制阀的 位置,把测得的讯号和控制系统的预计值作比较,这样控制阀便可以达到准确及重复 地闭环控制,这种形式的控制大都被注塑机制造商称为闭环式的速度控制,可是这种 称法是不合理的,因为油阀的位置和实际速度的关系并没有被提供出来,从控制阀需 要定期的检定足以说明闭环式的生产并未真正达到。 2.3.3 螺杆 螺杆是往复式的注塑机的重要部件,它的作用是对塑料进行输送、压实、塑化和施压。螺杆 在射料筒内旋转时,首先将料斗来的料卷入料筒。并逐渐向前推送、压实、排气、塑化,最后, 塑化好的塑料就被推到螺杆顶部与射咀之间,同时,螺杆本身则受到熔料的压力而缓慢后移,当 前方熔料达到一次射胶量时,螺杆就停止转动,射胶时,螺杆负责将熔料射入合拢的模具中。 通常是将螺杆分为三段:即送料段、压缩段和计量段。在进料与进料区段,螺杆的根部直径第5页,共18页 是恒等的,但在压缩区段的根径则采用一斜线变化,从进料到计量区段的根径变化是顺滑的,区 段长度和螺杆深度与生产的塑料有关。 螺杆的一个重要参数就是长径比(L/D),现在一般螺杆的长径比是19~20:1。个别螺杆为 25:1,它的优点是塑化和混合效果较佳,加长了的螺杆使混合物的分布和扩散功能增加改善了 熔料的均匀度。 螺杆的几何形状设计常常根据物料的不同密度和形状而改变螺槽深度和螺旋角,这些改变可 以压缩比例来表示,典型的压缩比例范围是2.12:1或2.8:1,实际的比例要根据塑料品种而定。对热 和剪切速率很敏感的材料如UPVC、PPVC和一些带防火性能的合成物,压缩比例可以少到1。8: 1。 典型的区段比是进料段35~40%,压缩段35~40%,计量段20~30%。上述比是用于所谓“普通 用途”的螺杆设计,即人们所说的通用螺杆,顾名思义,通用螺杆是杂而不专的,不能满足特殊 情况下的注塑,在采购注塑机时,如果没有特殊要求,所供应的螺杆都是通用螺杆。 2.3.4 特殊几何形状的螺杆 对于一些热敏性塑料,通用螺杆将无法满足熔料所需的均匀度。例如:PMMA、POM、 PA6、 PBT等,都需要特殊设计的螺杆以从事注塑加工。 在采购注塑机时,注塑商必须向注塑机供应商提出将来生产塑料的种类、型号、级别。以保 证供应商所推荐的螺杆及射料缸装置可以满足将来生产的要求,塑料可以被适当的塑化,熔料的 均匀度可以达到无废品生产的水平。若供应商对所推荐的螺杆及射料缸装置不能做出保证,则注 塑商必须要求一特殊设计的螺杆。 若注塑机是集中生产某种型号的塑料,则采用特殊设计的螺杆是极其明智的。 在螺杆工作长度上加上一些特殊的混合区段和双螺杆区段,熔料的均匀度可被大大提高,对 一些高难度的生产情况很有帮助。 总之,为达到无废品的生产境界,应尽量采用专用设计的螺杆,以符合某种塑料的特殊需要 。 2.3.5 止流阀装置 止流阀是设置在螺杆前端的部分。它的作用是保证在模腔填充时,熔料的注射压力和保压压 力能够维持在注射和保压阶段,必须保证在螺杆前面的熔料不能回流。并且在设计上,止流阀不 能妨碍熔料在储料阶段(即备料时)经止流阀奔向前方。在众多的止流阀设计中,环式设计最为 流行,虽然这种止流阀还存在着不少缺点,但在应用上可算是最成功的一种了。 2.3.6 射料缸 射料缸俗称炮筒,安装在射台上,射料缸装置的温度设定和控制一般都采用PID(比例、 积分、微分)的控制技术,利用PID技术射料缸各区段的温度可以控制在±1°C的范围内 。现在在部分注塑机的射料缸温度控制都采用这种方式。 由于射料缸内部的压力可能高达2450bar,它的设计和制造必须能在400°C的操作下 承受此压力。还有其它同样重要的地方需作考虑,例如射料缸内部的抗腐蚀能力和抗磨损能力, 所以一般射料缸都采用合金钢制造,经过离子氮化处理,有的则在内层镀硬铬,以提高抗磨损能 力。 2.4 注塑机的几个重要参数 2.4.1 注射量 注射量是注塑机的一个重要参数,它也是选择注塑机时最常用的一个参数,以安士或克表示 ,这个参数简单明了,但却容易被误解。道理很简单,当选定了塑料后,注塑商便可以确定塑件的 重量。因此,他们很容易以此注射量来选机。其实,注射量的定义是对空注射PS塑料的重量,它 是测量出来的,而不是理论计算出来的,当塑件的塑料有别于PS时,规格上的注射量要经以下换 算后才可使用。非PS塑料的注射量=Cχb/1.05(b=塑料的比重 C=以ps塑料表示 的注射量),例如POM的比重是1.42,它在一台注射量(以PS算)8安士的注塑机上注塑 。此机以POM的注射量应为8X1.42/1.05=10.8安士。 选择一台足够注射量的 注塑机,不应选择注射量刚好等于注件重量加流道塑料重量的注塑机。在要求不高的注塑中,如玩 具,总重量应是注射量的85%,在要求高的注塑中,如水晶制品,则用75%。例如,用比重1 .38的硬聚氯乙烯(upvc)注塑玩具人像时,塑件与流道共重4安士,需要注射量多大的注塑机 ?以PS表示的注射量=4χ1.05/1.38=3.04安士,使用85%的指引,所需注塑 机的注射量=3.04/0.85=3.58. 2.4.2锁模力第6页,共18页 锁模力是注塑机合模装置的一个很重要的参数。它是注塑机在注塑时用来抵抗注射压力的最大 锁模力。锁模力不足时会产生披锋(即飞边)。大多数的注塑机都以锁模力(吨)来作型号的命名。 应尽量使用最大锁模力以下的数值。足够的锁模力与模腔的投影面积成正比,模腔投影面积是模 腔投影在模具分型面的面积。锁模力有以下几种方法。 保守的方法是投影面积乘以因塑料而异的常数。例如:一般硬胶的厚度注塑常数是1~2吨/英寸2 ,薄壁注塑则用3~4吨/英寸2。 例如要注塑一直径为79mm的一般硬胶杯,此杯最薄的部分为0.6 mm,求足够的锁模力? 杯 及 流 道 的 投 影 面 积是3./4=49cm2 , 此 杯属 薄 壁 的范 畴, 保 守 的 锁模 力 是1. 62x49=30.4 吨。在估计中考虑流程及壁厚是个比较准确的方法。流程是熔融塑料从浇口流至模 腔最远一点的长度,若注塑件的壁厚大小不一,取其4mm,求一较准确的锁模力。流程壁厚比 =104/06=173,壁厚0.6mm最小作壁厚。例如:同一硬胶杯的流程是10米处,模腔压力是550bar, 锁模力是550x1.02x49=27500kg=27.5吨。以上的估计没有考虑粘度,但估计仍然正确,因为一般 硬胶的粘度系数是1. 0。例如:同一胶杯用ABS注塑,求所需的锁模力。使用的粘度系数是1.5, 所需的锁模力是1.5x27.5吨=41.3吨。 最准确的锁模力估计是设计模具时由电脑模拟算出的锁模力。 2.4.3 螺杆直径 在一给定的注射装置上,很多厂商都是提供多种螺杆直径可选。螺杆直径直接影响长径比及注 塑容量。因此也影响到注塑重量。 2.4.4 长径比 若注塑机有可选的螺杆,螺杆长径比是选择过程的一个重要参数,一个22:1或更大的长径比提 供在螺杆的压缩区段较佳的混合及较均匀的加热,对于要求高的注塑件,如注塑工程塑料,或在 0.01mm公差内高精度的注塑,都应选大的长径比。在给定的螺杆长度,较大的长径比等于较小的螺 杆直径。因此,注射压力增加,而注射容量及注射重量降低。20: 1的长径比属中等,适合一般要求 的注塑,而18:1或更小的长径比适用于要求不高的注塑而较大的注射重量是更重要的。此时注射压 力不高。 2.4.5 注射压力 在注射机规格表里的注射压力是注射时料筒内的最高压力。而非油压的最高压力。注射压力与 油压的关系是反比于螺杆横截面积与注射缸面积之比。通常,注射压力是最高油压的10倍。若注射 装置有螺杆可选,较小的螺杆直径产生较高的注射压力,一个较高的注射压力有助于工程塑料注塑 ,塑料供应商都在塑料规格表里公布塑料可用的最高及最低注射压力。 2.4.6 注射行程 在给定的螺杆直径下,增加注射行程可以增加注射容量,但增加注射行程会增长注射空间,因 此增长注射周期,它也会降低螺杆有效长度,因此降低长径比。高长径比的优势就失去了。 从长径比18:1的注塑机规格中统计,显示注射行程约是螺杆直径的4倍,选择注塑机时小 心以过大的注塑行程争取高的注射容量及重量,其实是牺牲了注射时间及长径比。 2.4.7注射容量 注射容量是理论性的,它等于螺杆的横截面积乘以注射行程。注射容量(厘米3)=(d2/4) ×i(d=螺杆直径 i=注射行程以厘米计) 由于熔融回流及止流阀的后移,实际注射容量约是理论的90%,从实际注射容量计算注射 重量,应使用塑料在熔化温度时的比重。 2.4.8注射速度 在注塑机规格表里,注射速度是注射时螺杆的最快速度,它以厘米/秒计算。 注射速度影响注射时间。注射薄壁件时需要高的注射速度,以防止模腔未注满时,溶融塑料 已冷却,通过控制压力油的流量,注塑机都可以注射时有多段注射速度。恒速前缘理论 指出最优良的注塑是当熔融前缘在模腔内以恒定的速度前进,因模腔的断面面积并不一致 注射时需要多段射速来达到恒定前缘,有些注塑机有多达10段的射速。 有些注塑机可加蓄能器来加快注射速度,蓄能器在注射周期的低用油阶段储存高压的压力油 ,来给高压油的注射阶段使用。它均化电马达的负载及减低其过荷。虽然加大马达及油泵(有些 注塑机厂提供有替代装置),可以增加注射速度约25%,蓄能器一般可增加注射速度约三倍。 2.4.9注射速率 有些注塑机厂商在规格表里不用注射速度而用注射速率。注射速率是螺杆在注射时每秒射出第7页,共18页 的最大容量。它以厘米3/秒计算,注射速率=注射速度×(d/2)2(d=螺杆直径) 2.4.10螺杆转速 螺杆转速是以转/分表示的一个上、下限。螺杆转速不及螺杆表面速度重要,两者以 螺杆 直径相关联。螺杆表面速度(mm/s)=3.14×螺杆直径(mm)× 螺杆转速(转/分)/60 每种塑料都有它的推荐最高螺杆表面速度,不应超越。如硬性聚氯乙烯(upvc)的表面速度 不应超过200mm/s,例如,使用60mm螺杆注塑硬性聚氯乙烯(upvc)时,最大的螺杆转速=6 0×200/(3。14×60)=64转/分。 2.4.11 塑化能力 塑化能力是一台注塑机在最高螺杆转速及零背压下与一小时能够均匀地塑化或提升到均匀的 溶化温度的一般硬胶重量,因塑化能力以非结晶的一般硬胶表示,注塑结晶塑料时,塑化能力要 较高。虽然料筒的发热也帮助熔化塑料,但这部分的热能不能计算在塑化能力内。 因为注塑周期比螺杆旋转时间更长,一台注塑机的注射量s(g) 及其塑化能力G(kg/h)确定 了最短的注塑周期Tmin(秒),如Tmin=sχ3600/(Gχ1000)。 在快速的注塑机上生产薄壁或精确的注塑件时,注塑机的注射重量及塑化能力匹配尤为重要。 加大电马达及油泵可以增加塑化能力。 2.4.12开模行程 开模行程是移动模板从合模到开模的位移。开模行程决定了注塑件的最大高度H,其关系是 :开模行程=2H+水口长度L,使用热流道模具时L=0,以上的不等式提供空位给地心引力 。机械手或人手将注塑件拿走。 2.4.13模具高度(厚度) 模具高度是从垂直合模装置时代遗留下来的。在水平的合模装置中,更贴切的名称是模具厚 度。在一台机铰式的注塑机规格中,容模量以一个范围表示,代表注塑机能容纳的最小至最大模 具厚度,他们的相差便是注塑机的调模量。 在一台直接油压锁模的注塑机规格中,容模量是以一个数字表示代表注塑机能容纳的最小模 具厚度。 可用的模具厚度应比最小容模量大,使注塑机能合模及锁模,否则,该用一台较小的注塑机 (其实该是较小的合模装置)。 可用的模具厚度应比最大容模量小,模具才能放得进去,否则,该用一台较大的注塑机。 2.4.14拉杆空间 拉杆尺寸通常以水平及垂直尺寸表示。若模具是从上面吊入,他的阔度该小于水平的拉杆空 间。若模具是从旁边推入,则它的长度该小于垂直的拉杆空间。推荐在小模具两侧多留25mm空 间,在大模具两侧多留50mm空间,还要避免沉重的模具在安装时碰撞拉杆,使他凹陷,影响后继 移动模板的顺滑移动。 2.4.15 顶出行程 顶针前移使塑件脱模,长的塑件需要长的顶出行程。 2.4.16顶出力 当塑件冷却时,它因收缩会抱紧模具,需要大的顶出力才能脱模,有时,规格表中出指出顶 针后退力。 2.4.17 注射台行程 维修射咀,射咀发热器及料筒前端时,注射台要往后移。螺杆马达不应紧贴墙壁,背后应留 空间。 2.4.18注射台推力 注射台前移使射咀紧压主流道。注射台推力将介面封闭,防止漏胶。 2.4.19电马达的额定功率 油压系统是由电马达驱动,它以某一效率将电能转换成动能。电马达的额定功率以千瓦或马 力计算。它代表在指定的条件下,如线圈温度、马达输出的最大功率。有些厂商提供加大的电马 达,此时也应加大油泵。 电马达的额定功率不应与效率混淆。一个较低的额定功率本身并不代表注塑机更有效率。他 只意味着在注塑周期内,它会经历更大过载,三相马达在广阔的功率范围内效率都是约90%。 注塑周期的不同阶段所需的压油功率参差不齐。对电马达来讲,所需的功率也是参差不齐 。注射阶段通常是需要最大的,电马达的额定功率都比他低。以致在注射阶段时,电马达都超额 运行。在一台没有蓄能器的注塑机上,电马达在注射阶段是过载的。大多数马达都能有短暂的时第8页,共18页 间内过载两倍。虽然三相马达过荷,它的转速还是较平稳。所以额外的功率来自增加的扭力。因 马达电流正比于扭力。过载马达过热,降低其长期的可靠性,一个功率较高的马达有较小的过载 。 在一台有蓄能器的注塑机上,情况就不一样了,有了蓄能器可使用较低功率的电马达。蓄能 器在低流量需要时储存压力油。以备高流量需要时使用。总之,它在周期内平均了马达的负载并 减低其过载。 一个功率高的马达不会耗掉更多的能源,能源用掉多少决定于负载。负载又决定于马达驱动 器,油泵及油路设计。 2.4.20电热额定功率 料筒上的电热在开机时提升塑料温度,它亦有辅助注塑周期内螺杆转动的塑化。一个高的电 热功率有助于缩短加温时间。 每个加热区通常有一至两个电热器,发热器尽量是平均分配在三相上的。发热器在每相所需 的最大电流量i=发热额定功率(千瓦)χ1000/(3χ单相电压) 2.4.21系统压力 注塑机压力多数使用140bar系统压力。它约等于140 kg/厘米2,这个限制是来自叶片 泵。叶片泵本是一个内部压力不平均的设计,限制它输出最高压力。 170 bar 甚至200bar的系统压力需用柱塞泵。柱塞泵需要较洁净的压力油才可工作 。在较高的系统压力下,产生相等力量需要较小的油缸直径或相等的油缸直径会产生较大的力量 。力量加大后,控制会较快。 2.4.22 怎样选择注塑机 目前,世界上注塑机的生产厂商很多,向客户提供的注塑机规格型号,品质档次也非常的多 。因此购买注塑机可以说是比较容易的事。但如果客户不清楚自己所要生产的产品要求、性能以 及注塑机的能力和表现而随意购买一台注塑机,可能会带来很大的经济损失。其主要表现在以下 几个方面: 1 生产出的产品不能满足所需要的品质标准。 2 不能以合理的成本生产零件,导致亏损。 3 不能按期交货,导致顾客失去信心。 因此,在决定购买注塑机之前,一定要慎重考虑,特别是在当今市场竞争日益激烈的情况下 ,更应当慎之又慎。那么怎样才能恰当地选择注塑机呢?我们认为,1 注塑商首先应清楚地知道 购买注塑机用来生产什么,即应清楚地知道自己所生产的产品的使用性能、材料、大小、重量等 多个方面的资料。例如一个生产垃圾桶的注塑商和另一个生产精密齿轮的注塑商会选择不同的注 塑机。2 主要是对比2.5节所讲的几个重要参数。 2.5 几种新型注塑机 2.5.1双色注塑机 近年来,随着汽车、电子、玩具等多色花纹制品的增加,科学家们研制出了双色注塑机(也 有生产三色、四色等多色的注塑机)。目前,这种双色注塑机已经达到实质性的应用阶段,它是 利用两个或多个注射单元,通过调整注射单元的注射时间及注射量来制得各种花纹的制品。双色 注塑系统虽然复杂,但在装配工序的简单性以及整体效果方面却显出明显优势。例如眼珠便可以 应用双色注塑方法。采用这种方式,注塑商可向顾客提供完整的产品,无须再进行装配。节省了 许多加工工序。 2.5.2 全电动注塑机 过去的几年内,无可否认,越来越多的传统液压注塑机都更换上了电动装置。这足以证明其 节省能源的优点。但目前售价很高。尽管其价格略高,但全电动式注塑机的好处有:良好的节能 效益、清洁、宁静、精密度高,可重复性高等。所以,对于要求高精密的注塑制品而言,它比传 统的液压注塑机有更好的表现。 由于电动伺服不会受到油粘度、温度、压缩及变质等影响。所以电动伺服有高精度的感应器 ,能够加强运动位置的精确度。 电力驱动应用到各种大小的压机上,目前市面上的电动机功率可高达100 kw ,而如果较 大型的压机需要较大功率的话,就可用两台电动机以主辅式工作。压机越大,节省成本的潜力也 就越大。 在大部分该种机中,所用的电动机都是三相类型,最新的类型是AC伺服电动机。这类电动 面在加工工业中作心轴驱动,有良好的表现。第9页,共18页 据权威人士透露,电动机能够与液压驱动一样提供无级变速,也能在各速度段提供全部转矩 ,也能提供高达约20%的直接及间接能量节省――冷却的时间越长,节省的程度越大。因为电 动机在这段时间内关上,其它的好处包括更短的周期时间,更好的熔料品质,因为塑化过程可以 在锁模装置打开和闭合期间继续进行。 2.5.3DVD注塑机 DVD数码影像光碟可记录任何资料如电影、电子游戏及电脑数据等,俗称数字万能盘(D igital verstile Disk).DVD 是显示时代镭射影碟及CD―ROM的未来用品。 DVD和CD―ROM市场在过去的几年里发展迅速,在不久的将来,30~35吨的注塑 机将会用来生产DVD,高精度时代的出现要求CD-ROM的磁道更深,相应地对注射压力的 要求更大。 据有关人士分析,到2000年将制造1.2亿台播放机,这为DVD市场奠定了基础,并可 能成为信息和影视界新一代的媒介。 在1996年10月日本干叶举行的国际展览会上,一些日本厂家展出了其生产的DVD成 型机器,包括东芝、住友、日精、TSW和名机。DVD机器可以加工出表面光洁度为5μm或更 好的盘片,仅为CD的六分之一,充模时间小于十分之一秒,以保证精细的凹坑形状准确的重现 2.6 雅宝注塑机的特点 雅宝注塑机是德国雅宝公司生产的全液压式螺杆直射型注塑机,采用模块化设计,通用性强, 可根据客户要求,改变工作方式及位置。以适应不同的工作环境及工作场合,主要部件均采用世界 名牌产品,质量稳定。反应快捷,控制精确。锁模及注射部分均采用闭环控制,使锁模及注射更加 精确,零件质量比较稳定,独特的拉杆设计,使模具保护及模具设计的自由度更高,在故障分析及 质量控制方面,该机配置了质量分析及控制软件包,能对每次注塑进行比较、分析及判断,并及时 以警报的方式通知操作人员。第10页,共18页 第三章 塑料材料及其处理 3.1 塑料的定义和分类 自从本世纪初酚醛塑料实现工业化生产以来,塑料就以电气材料为起点而发展起来。随着以 后石油化学工业的建立和发展,塑料材料进展更是突飞猛进,特别是随着当今汽车、电子、家电等 工业快速发展,塑料材料无论从品种或是数量上,都有了令人惊异的发展。如今不论是在人们的日 常生活中,或是在国民经济的各个领域,到处都会感觉到塑料所处的显要位置。 尽管当今塑料已成为随处可见的材料,然而塑料至今为止,尚未有一确切的定义。不过,大 家总是习惯上认为塑料是以高聚物为主要成份,混以某些添加剂,在中等温度及压力下可以变形成 模塑的物质。虽然塑料并无确切的定义,但这不妨碍人们对它的认识和应用,定义似乎对我们并不 是太重要。 塑料材料的分类通常有如下几种: 1 根据塑料的组成不同,可分为单组分塑料和多组分塑料。前者主要由树脂组成,其中仅加 入少量辅助材料,如着色剂、润滑剂、抗氧剂等。属于这种塑料的有未加填料的聚乙烯、聚丙烯、 聚苯乙烯等。多组分塑料则以树脂、填料、增塑剂为主要成分。如酚醛塑料、软质聚氧乙烯塑料等 。 2 按树脂的名称命名,如以聚乙烯为原料的塑料称为聚乙烯塑料,以聚丙烯塑料为原料的 塑料称为聚丙烯塑料等等。如果塑料中包括两种或两种以上的树脂,例如由聚乙烯和聚丙烯两种树 脂所制得的塑料,则称为这几种树脂的共混塑料。在此情况下,塑料和树脂的名称虽然相同,但应 注意二者的区别,它们除了在组分上不同以外,树脂不但可以制成塑料,而且还可以制成纤维、橡 胶、涂料、粘合剂等。它们通常也是以树脂的名称也命各的。 3.按塑料材料受热后的性能表现不同,分为热塑性塑料和热固性塑料。前者定义为在整特征 温度范围内,能反复加热软化和反复冷却硬化。且在软化状态采用模塑、挤塑或二次成型通过流动 能反复模塑为制品的塑料。如聚乙烯、聚丙烯等。热固性塑料则为经加热或其它方法如辐射、催化 等固化时,能变成基本上不溶、不熔产物的塑料。不能进行二次加工,如酚醛塑料、脲醛塑料等。 4. 按用途分,有通用塑料、工程塑料和特种塑料。通用塑料一般指产量大、用途广、成型性 好、价廉的塑料。如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等塑料。从广义上讲工程塑料指凡是可以作为工程 材料的塑料或者说凡是可以作为结构材料的塑料,但从狭义上讲一般指具有某些金属性能,能承受 一定的外力作用,并有良好的力学性能和尺寸稳定性,以及在高、低温下仍具有优良性能的塑料 。如尼龙、聚砜、聚碳酸酯等。特种塑料一般指具有特种功能(如耐热、自润滑等),可应用于特 殊要求的塑料,如氟塑料、有机硅塑料等。 5. 按成型方法分,主要有以下几种: 模压塑料 供压塑用的树脂混合料,如一般树指混合料。 层合塑料 用或不用粘合剂、借加热、加压把相同或不相同材料的两层或多层结合为整体 的塑料材料。 注塑、挤出和吹塑塑料 一般指能在机筒温度下熔融流动,在模具中迅速硬化的塑料。如 一般热塑性塑料。 铸塑塑料 能在无压或稍加压力情况下,倾注于模具中并能硬化为一定形状制品的液态树 脂混合料,如单体浇注尼龙等。 反应注塑模塑料 一般指液态原材料,加压注入模腔内,使之反应固化制得制品,如聚氨酯 类。 6 按塑料半制品或制品分类有以下几类: 模塑粉 主要由热固性树脂和填料等经充分混合、辊压、粉碎而得,如酚醛塑料模塑粉等 。 增强塑料 组分中含有高强度纤维,使某些力学性能比原来树脂有较大的提高的塑料。 微孔塑料 或称发泡塑料、泡沫塑料、整体内因存在大量相互连通或不连通的小孔穴而降 低落密度的塑料。 3.2.1 塑料的优点: 1. 可批次生产: 便宜。 2. 高生产性:大批量生产。 3. 设计自由度大: 设计性佳。 4. 外观美丽: 不需要涂装。 5. 不生锈。第11页,共18页 3.2.2 塑料的缺点 1 耐热性差。 2 刚性低。 3 易老化。 4 容易引起燃烧。 5 耐油性差、容易发生龟裂。 3.3 注塑应注意的塑料物性 3.3.1 结晶体和非结晶体 热塑性塑料可分为两个主要类型:结晶体和非结晶体。结晶体塑料通常耐热性较好,透明性 较低,收缩性较大。而非结晶体塑料通常是坚硬、明亮刚性、收缩性较低。结晶体塑料中含有非结 晶体的塑料,通常称为半结晶体热塑性塑料。这种塑料通常更软、更有韧性,但它的热变形温度比 非结晶体热塑性塑料更高。这类物质是半透明或不透明的,并有高收缩和高特定温度。结晶的程度 和能力通常取决于聚合物分子结构及晶核成长的环境。 3.3.2 分子排列定向 当聚合物受热熔化流动时,由于分子链滑动或互相碰撞,就产生定向了。通常称为分子定向 。分子定向的结果使制品在分子定向排列的方向上强度明显好于排列的方向,这在模具设计上要特 别注意,一定要和产品设计师保持密切联系,深入了解产品的用途,以选择恰当的浇口位置,使分 子定向向优于产品性能的方向排列。 3.4 塑料及注塑件的处理 由于许多注塑厂商都忽略了塑料及制品处理的重要性,致使物料及制品受到污染,物料的主要污 染物质为水份,而制得方面则是油脂,制造商的注意力通常只集中于改善注塑工序的操作,却忽 略了塑料及制品处理方面的问题。 塑料供应 大多数的热塑性都是球状或粉状的。它们的包装方法有两种――袋装和大量包装。袋装通常是每 袋25g,供应时通常是以1000kg为单位。假若可以接受大量包装形式,则在采购时可获得特别折扣 ,但大量包装方法可导致某些塑料在运输途中吸收过多的水分,造成日后生产的困难。 无论以何种包装托运,塑料都必须小心存放,因为多数塑料的价格都比较昂贵,并且多数是 易燃物品。若袋、箱或料斗敞开,塑料会很容易受到污染,因此塑料一定要密封好。 3.4.1 塑料的入库验收 塑料收货时大多数都不经检验便当作是良好的,直到实际生产使用时才知道其真正的好坏 。但在生产时发现材料不合格为时已晚。轻微的可勉强使用,严重的将导致生产停顿。因此在收货 时进行一些简单的外观检验是非常有益的。例如查看塑料的颜色是否均匀,粒状尺寸是否稳定,同 时查看有没有其它的污染物混入。要时刻牢记“不合格”的塑料会产生“不合格”的制品这一千古 不变的道理。当然这只是简单的检验,如果有条件的话,用塑料片(流道的延伸)在注塑时检查塑 料的流动性。或者利用射咀式压力传感器来检查塑料流动的难易位置程度。最简单实用的方法就是 随意抽取一袋到机床上试打。若无问题的话,应该说同一批号的该批塑料基本上没有问题。 3.4.2 塑料的存储 所有存储及装卸区域必须保持干净,整洁。为减少火警危险,存储室与注塑工厂必须以防火 门分隔,储存的塑料应避免阳光直射,存放于结实的货架上,一般来说,自然通风室温下储存就 可以了,除非有特殊的储存要求。 另外,库房必须采取严密的措施监管塑料存货,避免存储太多,应采用先入先出的存货管理 制度,严格的存货管理非常重要。因为每批货都可能生产批号、日期不一样,其中可能有不合格 品。采取严密的管理制度,就可以随时辩认出不合格的批次,将其隔离或退货,这样便可以进一 步防止生产出有缺陷的制品。 3.4.3 塑料的输送 塑料的输送一般分为人工输送和自动输送两种方式。人工输送是指用人工的方法将塑料材料 倒入注塑机料斗,而自动输送是利用送料设备将塑料材料自动送入注塑机料斗。人工输送比较适合 于多品种、小批量的生产场合。而自动输送适于大批量及用料量比较大的场合。人工输送来不及或 劳动强度太大。自动送料有生产效率较高、节省人力、降低工人劳动强度等诸多优点。目前中国大 陆的沿海地区、发达城市企业、中外合资企业、国外独资企业及中国台湾、香港、国外发达国家等 都采用自动送料方式。 3.4.4 粉尘的处理第12页,共18页 当塑料输入自动系统后,要当心产生粉尘的危险。所有的设备必须安放稳妥。因为粉尘容易 引起火灾或者爆炸。如果您是在充满粉尘的地方工作,应尽量避免产生和吸入粉尘。所有工作区域 的空气流动必须良好,必须避免接触到皮肤,应穿戴必要的防护工具。有害的不一定是塑料,也可 能是和塑料混合在一起的添加剂。例如:染料、稳定剂等。 3.4.5 水份污染的处理 塑料运到注塑工厂时,首先要将塑料的温度调整到工厂温度,此举可防止塑料被凝固的水份 污染。举例来说,当塑料运到工厂时,无须立即开启包装,应把塑料存放于工厂内8小时 ,尤其 是在较冷的月份及湿度高的季节,更应预先将每日所须的塑料用量存放于工厂内。 3.4.6 烘干处理 大部分塑料均以干式供应,可随时使用,只有小部分是湿的,注塑前必须进行烘干处理。许多 塑料,尤其是工程塑料,都具有吸水性,故使用前必须干燥。此外,可采用抽湿机将湿塑料的 湿度降低到可接受的水平。此举不但可降低塑料的水份,更能清除那些在达到注塑湿度时会挥 发成气体的物质。不过有些塑料如PC,在受热时利用抽湿机处理时会因与水接触而损失某些 特性。至于损失了哪些特性,多数不能从注塑件表面察觉出来。例如有些注塑件表面看起来合 乎标准,但使用后却发现冲击强度不足。 测量塑料吸水程度的常用方法是测量塑料在室温下24小时 内所吸收的水份,如吸水量 超过0.2%,塑料通常要烘干;在0.2%以下,便无此必要。烘干处理的设备主要为热风烘 箱、热风料斗干燥机、除湿干燥机。后两者较快,吸水力较高,所需时间只有热风烘箱的一半 。对某些塑料来说更是唯一可取的方法。例如吸水性较强的PET塑料,只有采用除湿干燥机 才可以获得令人满意的干燥效果。 一般地,材料生产商在售货时会向使用客户推荐合适的干燥条件,如干燥湿度、干燥时间 等。注塑厂商在使用时只需遵照执行就可以了。 3.。4。7烘干之后的处理 塑料经烘干后不应长期置于开放式料斗内,否则会再次吸收水份,特别是ABS及PA66等 吸水性较高的塑料,使用后的塑料注塑出的制品表面会出现水渍或裂纹。 以注塑机与模具搭配进行注塑时,必须计算出料所须的加料量,目的是避免过多塑料长期储 存于料斗内,所用的料斗通常是加热式的,而塑料于料斗内的存放时间不应超过1小时。 3.4.8烘干方法 a 热风循环烘箱干燥法 热风循环烘箱是以空气作为传热载体,烘箱的底部装有电加热丝并配有小型风机,以使烘箱 内的热空气是以循环,加速水分从塑料表面移走,并使烘箱内各层的温度分布趋向于均匀。 热风循环烘箱干燥法的操作要点是料层不可太厚,一般以10~20mm为宜,用托盘盛时应 该摊平,不要垒尖,更不能盘盘迭压;一般在一个烘箱内不应该同烘两种以上的塑料或是两种颜色 不同的塑料。以避免不同塑料、不同颜色的料混杂。 另外,烘箱的安全使用是一个值处注意的问题,正常生产时在塑料容许的连续耐热温度下,塑 料不会出现明显的化学变化。但如果取放不当,倾泄出来的料粒遗落在箱内长期受热,逐渐降解、 焦化,一旦混入后来的盘料中,将会污染盘料,使生产出来的制品质量低劣。如果遗漏的料粒落到 箱底、靠近或直接碰到电加热丝时,将会引起塑料的分解和燃烧。操作人员有时在开启箱门时闻到 的刺激性气味,就是塑料分解和燃烧的气味。这种气味会刺激人体五官粘膜、有害健康。特别是: 如果烘箱底的塑料燃烧猛烈,将会使烘箱内温度脱离电器控制,骤然上升,并紧接使箱内盘料跟着 熔化燃烧,从而燃着整个烘箱,造成火灾。再者,如果箱内积聚 的粉尘,可燃烧挥发物成分过多, 将因短时间内释放巨大的热能而造成爆炸,这是十分危险的,为保障生产安全,必须建立严格的烘 箱管理制度。 b 热风料斗干燥法 热风料斗干燥法是将干燥料斗直接装于注塑机上,在干燥料斗旁附近设热风发生器,空气通过风 机进入热风发生器,在温控下进行电加热。达到额定温度后从料斗底部送入料斗,自下而上地穿 越料斗中的塑料粒层。带走粒料中的水份,最后从料斗顶部排空。干燥料斗内的塑料可以是间歇 式逐批加入,也可以是连续式不断加入,按与热风相反的方向自上而下重力缓慢下降 ,愈往下 停留的时间越长,被热风带走的水份总量愈多,最后到达料斗的锥形底部,以合适的干燥状态进 入注塑机。 这种干燥方法被认为是比较经济合理的。优点在于:节约了专门的烘箱,烘箱用地及烘箱管理 ;能实现加料的连续自动化,避免了对水份敏感的塑料在干燥后的重新吸潮;令进入注塑机的原第13页,共18页 料有一个比较好的预热状态。最突出的优点是能够大大缩短干燥时间,提高生产效率。 使用热风料斗干燥器应注意的问题: 1 热风温度不宜过高,过高易导致料斗下部塑料熔融结块,影响热风的均匀吹送,严重时影 响塑料顺利进入注塑机。 2 用干混法着色的塑料,颜料一定要选择分散性高,粘附力强的助染剂, 在长时间的热风作 用下不易与塑料分离。 3 转换原料或颜色时,一定要进行仔细的清扫,必要时还要清扫空气分配器内部,用酒精清 退器壁上的色渍较为理想。 4 排气口处一定要加装集尘器,以避免塑料粉尘污染环境。 c 除湿性干燥法 除湿干燥法,顾名思义就是利用除湿室将材料及空气中蒸发出来的湿气除去,外界空气先进 入一个再生加热器,然后通过除湿室(室内含有干燥剂)将空气中的水份去除,再通过加热空气上 升到一定温度,然后自下而上经过料斗,带走塑料中的潮气。从料斗中出来的气体先经过一过滤器 ,该过滤器的作用上过滤空气中夹带的树脂微粒,然后通过后冷却器将温度降下来,再通过一过滤 器将空气中的渣滓或污物除去。过滤后的空气重新进入循环系统中,上述过程重复进行,从而达到 干燥的目的。 除湿干燥法的优点:除湿效果好、效率高。 影响除湿干燥机除湿效果的三个重要参数: 1 空气流量 塑料要想在短时间内得到充分干燥,空气流动速率是很重要的,举例来说,对 PET树脂,如果要使干燥能力达到27kg/h,则所需的干燥空气流量 80~120m3/h。按干燥机设计 的不同而定,较低的空气流量将降低料筒内的树脂温度。 2 空气温度 温度的衡量应当在空气进入料筒的入口处,而非在干燥机内,举例来说,对于 PET树脂,正常的时候,对于刚从密封包装袋中取出的树脂,建议以121°C~135°C的 温度干燥2~3小时对于裸露置放的树脂则需干燥4~6小时,在121°C或较高温度下延长时 间加热则不宜,这样做可能会使PET树脂中的少量添加物挥发;如果PET树脂要做整夜干燥, 其干燥温度应降低到107°C,同样的如果由于生产速率的关系,材料在料斗内的存放超过8h的 话,温度也要降到107°C。 3 空气“露点” 露点是指水蒸气凝结之前,空气必须先冷却至某一温度,此温度即称为露点。空气中的湿气 愈重,露点即愈高。露点值的测定通常是使用一些能直接读出其值的湿度测定仪器,为使树脂能够 充分得到干燥,整个干燥过程中,输入空气的露点必须低于-40°C或更低。 3.4.9 着色 在塑料加工过程中,很大一部分原料需要加入色料,使之具有特定的色彩或特定的光学性能 ,这就称为着色。着色工艺不仅与选定的色料有关,而且与塑料本身的性能,添加剂、加工手 段、使用方法有关。除了色、光作用外,某些色料如炭黑等,能赋予制品具有诸如防老化、屏蔽 紫外线、导电、填充、增加强度等功效。 通常,大部分热塑性塑料都具有很广泛的着色范围,特别是非结晶性的热塑性塑料,本身是 透明的,更容易着色。 3.4.9.1 化合色料 传统上所有塑料产品是采用有色的胶粒注塑而成,但生产时直接将色粉加入注塑机内注塑着 色,过程十分简单,故目前色种及色母料在注塑业的用途愈来愈普遍,并可与其它未着色的天然 物料联合使用。直到目前为止,化合色料着色法仍可算是最精确的着色技术,可生产出准确,重 复性高而深浅恰当的颜色,最适宜小批量生产。大多数商业塑料是在注塑机上着色的,而且大多 数工程塑料在出售时已着了色。 3.4.9.2 色母料着色 色母料分为粒料及液料两种,均可调配成各式各样的颜色。其中以粒料最为普遍。在工厂着色 过程中,约有百分之六十所需的色母料是粒状的,色母分为通用色母及专用色母。采用色母之前 ,最重要的是先查明色料是否适用于该种塑料,以免使用后会使制品出现某些缺陷。 色母料的优点: 在使用过程中,我们发现使用色母料着色有以下优点 1 方便――在使用时,只需按比例将色母料混入塑料中便可达到着色目的。且着色均匀效果好第14页,共18页 2 干净――相对于干的颜料(色粉),粉尘问题不会产生,解决了一系列与粉有关的环保问题 3 成本低――色母同专门的色母生产厂生产,注塑厂大批量使用时可以大量采购,成本核算较 低。 4 储存方便――因为色母是粒状的,可以和塑料一样贮存。 3.4.9.3 液体颜料 本系统的染料分散在液体储存器中,以便加工过程中容易计量。至于液体颜料,人们一般很少 使用,最成功的应用例子是采用单色作长期生产,在此操作情况下,可确定并维持精确计算,以达 致均一的颜色,不过亦存在一个缺点,如液体溅出,或份量不正确时便难以清理。 3.4.9.4 干色粉 最便宜的着色法是采用干色粉,但有一大缺点,就是容易造成环境污染。要保证生产过程中的 颜色均匀及准确,可使用特定尺寸的袋或低箱盛装正确数量的干色粉。 使用干色粉着色时,塑料粒的表面涂上一层均匀的着色剂,以便颜色能平均地分散于熔胶内, 配混的时间及方法必须有标准,才可确保着色均匀。着色步骤确定后,就必须持之以恒,此外也要 避免色粉在储存期间吸收水分,令注塑件出现裂纹。有些色粉因为有毒,故处理时必须十分小心。 3.5 塑料的再加工使用 热塑性塑料注塑成型的好处是可以回收流道系统和不合格的注塑件。所以很多注塑商都认为可 以磨碎成回收料以供再次使用,次品并非太大问题。 不过回收工序是很费时间和人力的。而且注塑机的操作成本高,因此,能够一次注塑成功就 是最为理想,换句话说,就是要力求做对,力争达到无废品生产。而且废品及流道系统一旦生产 出来,就要保证它们得到很好的储存。塑料是吸尘的,所以尽量不要让它们暴露于空气中,最好 一直盖着直到拉去磨碎。 3.5.1 定时检查 所有可供回收的塑料均需遮盖,碎料机及烘干机应保持绝对清洁,必须定期检查碎料机刀片 是否折断,钝化或磨损,一经发现须及时更换。回收料经清除粉尘,金属碎屑后,便可当作新料 处理,储存于密封的袋中,并放置于清洁干爽的储料室内,新料与回收料的调配比例要精确,并 须遵照比例生产,否则会注塑出不均一的注塑件。 3.5.2 再生料的人工回收 注塑厂或车间指定专人将浇口料及次品零件集中分类进行磨碎,然后经清除粉尘、金属碎屑后 ,包装于密封的袋中,使用时,将新料与再生料按一定比配混后送到注塑机台。 3.5.3 再生料的自动回收 碎料机置于注塑机旁,浇道系统通过机械手或浇道与零件自动分选系统送入碎料机的入口,塑料 经磨碎后会自动在要求的比例下与新料混合,然后直接输入注塑机料斗内。相对于人工回收,自动 回收有两个显著的优点,一是减少塑料污染的机会;二是省掉了将吸水性高的塑料再次烘干的麻烦 3.6 如何选用塑料材料 俗话说,没有不好的材料,只有不好的产品,选材错误则是产品不佳的重要原因。实际上选 材不仅关系到制品的品质,还与制品的成本密切相关,由此可见,正确选材是何等重要。 尽管日前世界上工业化生产的主要树脂仅50多种,但每一种树脂几乎都有众多的品级和牌号, 各种品级和牌号的树脂又可以通过诸如添加剂、共混、填充等手段进行改填,从而衍生出更多的 品牌。再者,由于各生产厂家采用的合成设备、合成方法以及改性的方法不同,即使是同一类型 的塑料,性能、价格、用途也会有很大的差异。 材料的多样性对塑料选材来说,既提供了广阔的空间,同时也增加了一定的难度。 正确选材要考虑的因素很多,例如不但要了解制品的使用要求和不同材料的性能,而且还要 顾及经济核算,原料、加工条件、环境保护等等,这些因素在选择都是要考虑到的。 着手选材时,往往先进行初选,经过综合评价后再进行实验,有时还需反复论证,最后才能确定 所选材料。第15页,共18页 第四章 塑料零件设计 4.1 简介 塑料零件的设计一定要适合注塑生产工艺,这样才可以达到零件生产快捷,品质稳定的目的,以及零件 希望的功能和使用寿命。当然,我们都希望零件生产顺利而没有任何阻碍,这就有赖于塑料、生产设备以及 模具三者配合恰当。所以,塑料零件设计和模具设计、制造的好坏,往往决定零件生产过程的难易和快 慢。 在生产过程中,塑料零件必须很容易地被顶出模具,零件的外观、尺寸、重量都要在特定的范围内 。一般来说,所有公差范围的规定,应尽可能地宽,零件厚度要尽量均匀及尽量薄,零件四周边壁应有 斜度及带圆角,为了减少翘曲变形,平面都应带一些孤度,或带有坑纹、皮革纹或波浪纹设计。 零件设计应尽量避免在模具制造上使用滑块,因为带有滑块的模具使用难度较大,模具成本较高, 模具的维护及保养比较困难。 4.2 侧孔及侧凹 当塑件有侧孔及侧凹(也称为倒扣、凹陷)时,由于塑件的侧孔或侧凹是垂直于开模方向的,成型 后不能顺利脱模,模具必须设置滑块或其它复杂的抽芯机构,这就造成模具结构复杂,成本增加,模具 制造周期延长等问题,因此,改进塑件结构,以达到简化模具结构、缩短生产周期,提高塑件质量等目 的是非常必要的。 当侧凹较浅并允许带有圆角时,可以考虑采用强行脱模的方法脱去塑件,这里要注意的是,塑件在 脱模温度下应有足够的弹性,使塑件在强行脱出时不会发生变形。 4.3 塑件壁厚 塑件都必须有一定的厚度,这不仅使塑料在成型时有良好的流动状态,而且也为了塑件在使用中有 足够的强度和刚度。当然从经济的角度来考虑,塑件壁厚的设计,在可能许可的范围内应尽量地薄。但 是在设计时必须注意尖角或壁厚的突然变化,这种设计不单是阻碍了塑料在模腔内的顺利流动,而且还 是塑件产生应力集中的地方,严重时将引起塑件在顶出模腔时被破坏或降低塑件在产品使用时的寿命。 在设计的初期,决定塑件的壁厚是极其重要的环节。举例来说,对于一套已经确定的模具冷却系统,设 计塑件的壁厚将影响着塑件在注塑周期的冷却速度或所需的时间,而这一冷却时间正占着每一注塑周期 的绝大部分,很显然,正确选择塑件的壁厚是何等的重要。同时,塑件在热、电和隔音等方面都是和壁 厚有直接的关系的。许多产品设计者在选择塑件的壁厚时,往往取决于产品的生产成本,而不是取决于 技术、使用寿命,正因为如此,许多塑料产品在使用后不久便产生了许多问题,产品的寿命缩短了。另 外,塑件壁厚是有一个最薄限度的,低于此限度,将会在生产中发生困难,如果要增加塑件的强度和刚 性,在产品设计时可考虑加上曲面或加强肋。现在有一种新的注塑成型工艺。称为气体辅助注塑成型法 ,此成型法的优点是可以增加塑件的可用壁厚范围,而不增加材料的重量成本。在我国的厦华电子公司 ,康佳电子公司都有比较广泛的应用。 4.4 塑件壁厚均匀度 在设计时,一旦塑件的壁厚已被决定,这时应当注意塑件各部位的壁厚是否均匀一致,这种要求在 很多情况下都不一定可以办到。所以应考虑以下建议。大体上,塑件最大和最小壁厚的比例不能超过3: 1。同时,在允许的情况下,壁厚的变化应该是渐进的。这是因为塑件壁厚设计为突变时,塑件在注塑后 会发生很大的变形。尤其是对于结晶性塑料或附有增强剂的塑料来说,变形情况特别厉害,这些变形问 题是由于不同壁厚的塑件部位有着不同的冷却速度所引起。含有不均匀壁厚的透明或半透明的塑件通常 都会发生视觉或光学上的问题,这是由于不同壁厚有着不同的透光率和折光率所致。塑件的尖角阻碍塑 料在模腔内的顺利流动,它们也是塑件强度脆弱的原因,因为尖角会引起应力集中,假如以较大的圆角 来减少应力集中,则塑件的冲击强度会显著地提升。同一理由,塑件壁厚设计应是均匀的,带突变的壁 厚设计也可以导致应力集中,使塑件变为脆弱。要保持塑件的均匀度还有其他的理由。当壁厚增长时, 会在塑件较厚的部位产生凹陷,同时增加壁厚也会使生产周期延长。因此,塑件壁厚必须设计得尽量薄 ,尽量均匀。 4.5 加强筋 加强筋的作用是在不增加塑件厚度的情况下,加强塑件的刚度和强度,适当地使用加强筋,常可以 克服扭曲现象,在某些情况下,加强筋还使塑料在模腔内易于流动,设计加强筋时,必须考虑加强筋的 布置以减小因壁厚不均而产生的内应力,或由于塑料局部集中而产生偏孔、气泡等,而且加强盘底部的 宽度应当比它所附着的壁厚小。加强筋以设计得矮一些、多一些为好。加强筋应有的形状尺寸及数目可 以一般标准工程设计公式计算出来,也可以参考工程设计手册,如Dnpont的工程塑料设计手册,它提供 了很多详细的计算例子。除了采用加强筋外,采用曲面设计也可以有效地增加刚性和减少变形,但若产 品设计必须含有很厚的增强筋时,则需要考虑应用“气体辅助注塑成型”技术了。第16页,共18页 4.6 凸台 凸台是用来增强孔或装配附近两边凸出部分。设计凸台时,除应考虑采用加强筋所应考虑的一般问 题外,在可能的范围内,凸台应当位于边角部位,其几何尺寸应小,高度不应超过其直径的两倍,并应 具有足够的倾斜角度以便脱模。设计固定用的凸台时,除应保证有足够的强度,以承受紧固时的作用力 外,在转折处不应有突变。 4.7公差 使模具制造成本提高的一种极常见、极容易的方法就是要求模具制造人员按照并不需要的严格公差 尺寸来制造模具。由于塑料有着很大的线性膨胀系数,要保证达到产品设计所定下来的超精确尺寸是十 分昂贵的,虽然塑料可用来生产极为精密的零件,但当生产上有实际困难时,过于严格的要求便不能盲 目要求,随意乱定,要知道,塑件注塑后外形尺寸的变化,往往都是超出产品尺寸公差的规定,例如, 对一些塑料来说,塑件的尺寸是随着使用环境、温度及湿度而变化的。 要求塑料零件和金属切削零件相等的尺寸公差是不合理的,给予热塑性塑料0.05mm公差范围在实际 生产中可能是恰当的。 4.8 脱模斜度 在生产中,为了保证塑件顺利脱模,希望在设计中,塑件的内外表面都有适当的脱模斜度。塑件上 所取斜度的大小与塑料性质、收缩率大小、塑件的壁厚和几何形状有关,从经验得知,刚性大的要求较 小的脱模斜度,柔软的塑料则需要较大的斜度。通常塑件都应该有最少1°的脱模斜度。细小塑件的脱模 斜度0.5~1°可能已经足够,但大型塑件可能需要多达3°的角度。一般地,脱模斜度愈大,则脱模愈容易 。所以,在可能的范围内,产品设计人员应规定最大的脱模斜度。为了使生产顺利,产品设计人员对塑 件的内外表面应规定不同的脱模斜度。因为热塑性塑件收缩时,会脱离型腔的模壁,而紧紧地包住型芯 ,为了保证塑件能保留在模具正确的一边(使塑件被顶出)。合理地规定型腔、型芯的脱模斜度是十分 重要的。假如塑件要留在动模一边,然后被顶出,则型腔一面的脱模斜度应该定得大一点,反之亦然。 4.9 分模线 分模线是指模具两边在塑件上形成的一条线痕,选择分模线时,首要条件是塑件能够顺利脱模。 分模线通常很容易被看出来,无论模具的制造是如何完美。除非在产品设计上下功夫使分模线不甚 明显。假如模具两边配合不好,塑件上便会产生毛刺,去除毛刺是要花费很大的人力和费用的,既使有 办法避免去毛刺的工序,但制造低劣的分模线,可能产生凹陷,使日后产品使用不久便产生应力集中, 缩短了产品的使用寿命。 设计塑件时,应尽可能把分模线布置在一个平面上,分模线应沿着零件最大模切面的周边围绕。最 常见的分模线是平面形式的,通常都安排在零件的顶部和底部。 对于复杂曲线的零件如玩具零件,最好是把分模线精确地在原型上表现出来,这样做可让制造模具技师 确定分模线的安排是沿着零件最大的投影面积的周边。 4.10 形状设计 在产品设计阶段,为了评估设计的外观模样,我们需要制造一个原型式样件,制造原型的传统方法 是利用一些木材或其它合适的材料,用简单的机械或手工制成,但这种方法很费工、费时,代价很高 。先进的电脑设计系统不但可以解决上述问题,它还可以帮助设计人员把他们的设计概念转变为有实用 价值的电脑原型,通过电脑操作系统,设计师可以随时更改在屏幕上的电子原型,可以从任意角度观看 原型,也可以检查原型本身的模截面或与其它原型相交面和接合面。更先进的系统更能以多种颜色显示 出相片真实的原型。 4.11塑件设计要领 1、 减少零件个数。零件纵然再复杂,也要考虑一次成型法。 2、 设计时应减少成型的各项困绕,应遵守各项基本原则,如壁厚、脱模斜度等,虽然有些产品设计是不 遵守规则的,但这样做付出的代价也是高昂的。 3、 设计时应考虑能否节省材料,零件的壁厚应根据使用要求。生产条件减至最低,要以塑件的功能为中 心,研究看看哪里可以节省材料。 4、 设计时应考虑能否实现自动化或无人化生产,因为自动化生产能提高生产效率、降低成本。 5、 可否减少二次加工。象去毛刺、修饰等二次加工是相当费时、费力的,无形中会提高生产成本,故设 计时应尽量避免有二次加工作业。 6、 产品设计时,应考虑缩短成型周期,应遵守设计的基本原则,维持均匀厚度,太厚的部位应尽量减薄 ,塑件应避免有脆弱的部份,能快速取出塑件。 7、 形状单纯化,形状单纯化不仅能维持精确尺寸及美丽的外观,还可以避免因形状复杂而造成的收缩现 象。故原则上应保持对称结构和均匀的厚度。第17页,共18页}

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