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塑膠模具的技術(shù)與知識(shí)
????????日常生活中所使用到的各種工具和產(chǎn)品無(wú)不與模具有著密切的關(guān)系。塑料模具的加工質(zhì)量與精度也就決定著這些產(chǎn)品的質(zhì)量。隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展和通用與工程塑料在強(qiáng)度和精度等方面的不斷提高，工業(yè)產(chǎn)品和日用產(chǎn)品塑料化的趨勢(shì)不斷上升，一個(gè)設(shè)計(jì)合理的塑料件往往能代替多個(gè)傳統(tǒng)金屬件。
????????1、1、模具的一般定義：
????????在工業(yè)生產(chǎn)中，用各種壓力機(jī)和裝在壓力機(jī)上的專用工具，通過(guò)壓力把金屬或非金屬材料制出所需形狀的零件或制品，這種專用工具統(tǒng)稱為模具。
????????2、2、注塑過(guò)程說(shuō)明：
????????模具是一種生產(chǎn)塑料制品的工具。它由幾組零件部分構(gòu)成，這個(gè)組合內(nèi)有成型模腔。注塑時(shí)，模具裝夾在注塑機(jī)上，熔融塑料被注入成型模腔內(nèi)，并在腔內(nèi)冷卻定型，然后上下模分開(kāi)，經(jīng)由頂出系統(tǒng)將制品從模腔頂出離開(kāi)模具，最后模具再閉合進(jìn)行下一次注塑，整個(gè)注塑過(guò)程是循環(huán)進(jìn)行的。
????????模具的一般分類,可分為塑膠模具及非塑膠模具：
????????(1)非塑膠模具有：鑄造模、鍛造模、沖壓模、壓鑄模等。
????????A.鑄造模――水龍頭、生鐵平臺(tái)
????????B.鍛造模――汽車身
????????C.沖壓模――計(jì)算機(jī)面板
????????D.壓鑄模――超合金，汽缸體
????????(2)塑膠模具根據(jù)生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)產(chǎn)品的不同又分為：
????????A.注射成型模――電視機(jī)外殼、鍵盤按鈕(應(yīng)用最普遍)
????????B.吹氣模――飲料瓶
????????C.壓縮成型模――電木開(kāi)關(guān)、科學(xué)瓷碗碟
????????D.轉(zhuǎn)移成型模――集成電路制品
????????E.擠壓成型模――膠水管、塑膠袋
????????F.熱成型模――透明成型包裝外殼
????????G.旋轉(zhuǎn)成型模――軟膠洋娃娃玩具
????????◆注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數(shù)量之大是其它成型方法望塵莫及的，作為注射成型加工的主要工具之一的，在質(zhì)量精度、制造周期以及注射成型過(guò)程中的生產(chǎn)效率等方面水平高低，直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量、成本及產(chǎn)品的更新，同時(shí)也決定著企業(yè)在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中的反應(yīng)能力和速度。
????????◆注塑模具是由若干塊鋼板配合各種零件組成的，基本分為：
????????A.成型裝置(凹模，凸模)
????????B.定位裝置(導(dǎo)柱，導(dǎo)套)
????????C.固定裝置(工字板，碼模坑)
????????D.冷卻系統(tǒng)(運(yùn)水孔)
????????E.恒溫系統(tǒng)(加熱管，發(fā)熱線)
????????F.流道系統(tǒng)(唧咀孔，流道槽，流道孔)
????????G.頂出系統(tǒng)(頂針，頂棍)
????????3、3、根據(jù)澆注系統(tǒng)型制的不同可將模具分為三類：
????????(1)大水口模具：流道及澆口在分模線上，與產(chǎn)品在開(kāi)模時(shí)一起脫模，設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)單，容易加工，成本較低，所以較多人采用大水口系統(tǒng)作業(yè)。
????????(2)細(xì)水口模具：流道及澆口不在分模線上，一般直接在產(chǎn)品上，所以要設(shè)計(jì)多一組水口分模線，設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，加工較困難，一般要視產(chǎn)品要求而選用細(xì)水口系統(tǒng)。
????????(3)熱流道模具：此類模具結(jié)構(gòu)與細(xì)水口大體相同，其最大區(qū)別是流道處于一個(gè)或多個(gè)有恒溫的熱流道板及熱唧嘴里，無(wú)冷料脫模，流道及澆口直接在產(chǎn)品上，所以流道不需要脫模，此系統(tǒng)又稱為無(wú)水口系統(tǒng)，可節(jié)省原材料，適用于原材料較貴、制品要求較高的情況，設(shè)計(jì)及加工困難，模具成本較高。
????????熱流道系統(tǒng)，又稱熱澆道系統(tǒng)，主要由熱澆口套，熱澆道板，溫控電箱構(gòu)成。我們常見(jiàn)的熱流道系統(tǒng)有單點(diǎn)熱澆口和多點(diǎn)熱澆口二種形式。單點(diǎn)熱澆口是用單一熱澆口套直接把熔融塑料射入型腔，它適用單一腔單一澆口的;多點(diǎn)熱澆口是通過(guò)熱澆道板把熔融料分枝到各分熱澆口套中再進(jìn)入到型腔，它適用于單腔多點(diǎn)入料或多腔模具。
????????◆熱流道系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)
????????(1)無(wú)水口料，不需要后加工，使整個(gè)成型過(guò)程完全自動(dòng)化，節(jié)省工作時(shí)間，提高工作效率。
????????(2)壓力損耗小。熱澆道溫度與注塑機(jī)射嘴溫度相等，避免了原料在澆道內(nèi)的表面冷凝現(xiàn)象，注射壓力損耗小。
????????(3)水口料重復(fù)使用會(huì)使塑料性能降解，而使用熱流道系統(tǒng)沒(méi)有水口料，可減少原材料的損耗，從而降低產(chǎn)品成本。在型腔中溫度及壓力均勻，塑件應(yīng)力小，密度均勻，在較小的注射壓力下，較短的成型時(shí)間內(nèi)，注塑出比一般的注塑系統(tǒng)更好的產(chǎn)品。對(duì)于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能顯示其優(yōu)勢(shì)，而且能用較小機(jī)型生產(chǎn)出較大產(chǎn)品。
????????(4)熱噴嘴采用標(biāo)準(zhǔn)化、系列化設(shè)計(jì)，配有各種可供選擇的噴嘴頭，互換性好。獨(dú)特設(shè)計(jì)加工的電加熱圈，可達(dá)到加熱溫度均勻，使用壽命長(zhǎng)。熱流道系統(tǒng)配備熱流道板、溫控器等，設(shè)計(jì)精巧，種類多樣，使用方便，質(zhì)量穩(wěn)定可靠。
????????◆熱流道系統(tǒng)應(yīng)用的不足之處
????????(1)整體模具閉合高度加大，因加裝熱澆道板等，模具整體高度有所增加。
????????(2)熱輻射難以控制，熱澆道最大的毛病就是澆道的熱量損耗，是一個(gè)需要解決的重大課題。
????????(3)存在熱膨脹，熱脹冷縮是我們?cè)O(shè)計(jì)時(shí)要考慮的問(wèn)題。
????????(4)成本增加，熱澆道系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)配件價(jià)格較高，影響熱澆道模具的普及。
????????注塑缺陷解決方案
????????1 龜裂
????????龜裂是塑料制品較常見(jiàn)的一種缺陷，產(chǎn)生的主要原因是由于應(yīng)力變形所致。主要有殘余應(yīng)力、外部應(yīng)力和外部環(huán)境所產(chǎn)生的應(yīng)力變形。
????????(一)殘余應(yīng)力引起的龜裂
????????殘余應(yīng)力主要由于以下三種情況，即充填過(guò)剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。作為在充填過(guò)剩的情況下產(chǎn)生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手：
????????(1)由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產(chǎn)生在直澆口附近，則可考慮改用多點(diǎn)分布點(diǎn)澆口、側(cè)澆口及柄形澆口方式。
????????(2)在保證樹(shù)脂不分解、不劣化的前提下，適當(dāng)提高樹(shù)脂溫度可以降低熔融粘度，提高流動(dòng)性，同時(shí)也可以降低注射壓力，以減小應(yīng)力。
????????(3)一般情況下，模溫較低時(shí)容易產(chǎn)生應(yīng)力，應(yīng)適當(dāng)提高溫度。但當(dāng)注射速度較高時(shí)，即使模溫低一些，也可減低應(yīng)力的產(chǎn)生。
????????(4)注射和保壓時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，將其適當(dāng)縮短或進(jìn)行Th次保壓切換效果較好。
????????(5)非結(jié)晶性樹(shù)脂，如AS樹(shù)脂、ABS樹(shù)脂、PMMA樹(shù)脂等較結(jié)晶性樹(shù)脂如聚乙烯、聚甲醛等容易產(chǎn)生殘余應(yīng)力，應(yīng)予以注意。
????????脫模推出時(shí)，由于脫模斜度小、模具型膠及凸模粗糙，使推出力過(guò)大，產(chǎn)生應(yīng)力，有時(shí)甚至在推出桿周圍產(chǎn)生白化或破裂現(xiàn)象。只要仔細(xì)觀察龜裂產(chǎn)生的位置，即可確定原因。
????????在注射成型的同時(shí)嵌入金屬件時(shí)，最容易產(chǎn)生應(yīng)力，而且容易在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后才產(chǎn)生龜裂，危害極大。這主要是由于金屬和樹(shù)脂的熱膨脹系數(shù)相差懸殊產(chǎn)生應(yīng)力，而且隨著時(shí)間的推移，應(yīng)力超過(guò)逐漸劣化的樹(shù)脂材料的強(qiáng)度而產(chǎn)生裂紋。為預(yù)防由此產(chǎn)生的龜裂，作為經(jīng)驗(yàn)，壁厚7"與嵌入金屬件的外徑
????????通用型聚苯乙烯基本上不適于宜加鑲嵌件，而鑲嵌件對(duì)尼龍的影響最小。由于玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料的熱膨脹系數(shù)較小，比較適合嵌入件。
????????另外，成型前對(duì)金屬嵌件進(jìn)行預(yù)熱，也具有較好的效果。
????????(二)外部應(yīng)力引起的龜裂
????????這里的外部應(yīng)力，主要是因設(shè)計(jì)不合理而造成應(yīng)力集中，特別是在尖角處更需注意。由圖2-2可知，可取R/7"一0.5～0.7。
????????(三)外部環(huán)境引起的龜裂
????????化學(xué)藥品、吸潮引起的水降解，以及再生料的過(guò)多使用都會(huì)使物性劣化，產(chǎn)生龜裂。
????????2 充填不足
????????充填不足的主要原因有以下幾個(gè)方面：
????????i.樹(shù)脂容量不足。
????????ii.型腔內(nèi)加壓不足。
????????iii.樹(shù)脂流動(dòng)性不足。
????????iv.排氣效果不好。
????????作為改善措施，主要可以從以下幾個(gè)方面入手：
????????1)加長(zhǎng)注射時(shí)間，防止由于成型周期過(guò)短，造成澆口固化前樹(shù)脂逆流而難于充滿型腔。
????????2)提高注射速度。
????????3)提高模具溫度。
????????4)提高樹(shù)脂溫度。
????????5)提高注射壓力。
????????6)擴(kuò)大澆口尺寸。一般澆口的高度應(yīng)等于制品壁厚的1/2～l/3。
????????7)澆口設(shè)置在制品壁厚最大處。
????????8)設(shè)置排氣槽(平均深度0.03mm、寬度3～smm)或排氣桿。對(duì)于較小工件更為重要。
????????9)在螺桿與注射噴嘴之間留有一定的(約smm)緩沖距離。
????????10)選用低粘度等級(jí)的材料。
????????11)加入潤(rùn)滑劑。
????????3 皺招及麻面
????????產(chǎn)生這種缺陷的原因在本質(zhì)上與充填不足相同，只是程度不同。因此，解決方法也與上述方法基本相同。特別是對(duì)流動(dòng)性較差的樹(shù)脂(如聚甲醛、PMMA樹(shù)脂、聚碳酸酯及PP樹(shù)脂等)更需要注意適當(dāng)增大澆口和適當(dāng)?shù)淖⑸鋾r(shí)間。
????????4 縮坑
????????縮坑的原因也與充填不足相同，原則上可通過(guò)過(guò)剩充填加以解決，但卻會(huì)有產(chǎn)生應(yīng)力的危險(xiǎn)，應(yīng)在設(shè)計(jì)上注意壁厚均勻，應(yīng)盡可能地減少加強(qiáng)肋、凸柱等地方的壁厚。
????????5 溢邊
????????對(duì)于溢邊的處理重點(diǎn)應(yīng)主要放在模具的改善方面。而在成型條件上，則可在降低流動(dòng)性方面著手。具體地可采用以下幾種方法：
????????1)降低注射壓力。
????????2)降低樹(shù)脂溫度。
????????3)選用高粘度等級(jí)的材料。
????????4)降低模具溫度。
????????5)研磨溢邊發(fā)生的模具面。
????????6)采用較硬的模具鋼材。
????????7)提高鎖模力。
????????8)調(diào)整準(zhǔn)確模具的結(jié)合面等部位。
????????9)增加模具支撐柱，以增加剛性。
????????l0)根據(jù)不同材料確定不同排氣槽的尺寸。
????????6 熔接痕
????????熔接痕是由于來(lái)自不同方向的熔融樹(shù)脂前端部分被冷卻、在結(jié)合處未能完全融合而產(chǎn)生的。一般情況下，主要影響外觀，對(duì)涂裝、電鍍產(chǎn)生影響。嚴(yán)重時(shí)，對(duì)制品強(qiáng)度產(chǎn)生影響
????????(特別是在纖維增強(qiáng)樹(shù)脂時(shí)，尤為嚴(yán)重)。
????????可參考以下幾項(xiàng)予以改善：
????????1)調(diào)整成型條件，提高流動(dòng)性。如，提高樹(shù)脂溫度、提高模具溫度、提高注射壓力及速度等。
????????2)增設(shè)排氣槽，在熔接痕的產(chǎn)生處設(shè)置推出桿也有利于排氣。
????????3)盡量減少脫模劑的使用。
????????4)設(shè)置工藝溢料并作為熔接痕的產(chǎn)生處，成型后再予以切斷去除。
????????5)若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變?nèi)劢雍鄣奈恢?。或者將熔接痕產(chǎn)生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。
????????7 燒傷
????????根據(jù)由機(jī)械、模具或成型條件等不同的原因引起的燒傷，采取的解決辦法也不同。
????????1)機(jī)械原因，例如，由于異常條件造成料筒過(guò)熱，使樹(shù)脂高溫分解、燒傷后注射到制品中，或者由于料簡(jiǎn)內(nèi)的噴嘴和螺桿的螺紋、止回閥等部位造成樹(shù)脂的滯流，分解變色后帶入制品，在制品中帶有黑褐色的燒傷痕。這時(shí)，應(yīng)清理噴嘴、螺桿及料筒。
????????2)模具的原因，主要是因?yàn)榕艢獠涣妓?。這種燒傷一般發(fā)生在固定的地方，容易與第一種情況區(qū)別。這時(shí)應(yīng)注意采取加排氣槽反排氣桿等措施。
????????3)在成型條件方面，背壓在300MPa以上時(shí)，會(huì)使料筒部分過(guò)熱，造成燒傷。螺桿轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱，一般在40～90r/min范圍內(nèi)為好。在沒(méi)設(shè)排氣槽或排氣槽較小時(shí)，注射速度過(guò)高會(huì)引起過(guò)熱氣體燒傷。
????????8 銀線
????????銀線主要是由于材料的吸濕性引起的。因此，一般應(yīng)在比樹(shù)脂熱變形溫度低10～15C的條件下烘干。對(duì)要求較高的PMMA樹(shù)臘系列，需要在75t)左右的條件下烘干4～6h。特別是在使用自動(dòng)烘干料斗時(shí)，需要根據(jù)成型周期(成型量)及干燥時(shí)間選用合理的容量，還應(yīng)在注射開(kāi)始前數(shù)小時(shí)先行開(kāi)機(jī)烘料。
????????另外，料簡(jiǎn)內(nèi)材料滯流時(shí)間過(guò)長(zhǎng)也會(huì)產(chǎn)生銀線。不同種類的材料混合時(shí)，例如聚苯乙烯。和ABS樹(shù)脂、AS樹(shù)脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。
????????9 噴流紋
????????噴流紋是從澆口沿著流動(dòng)方向，彎曲如蛇行一樣的痕跡。它是由于樹(shù)脂由澆口開(kāi)始的注射速度過(guò)高所導(dǎo)致。因此，擴(kuò)大燒四橫截面或調(diào)低注射速度都是可選擇的措施。另外，提高模具溫度，也能減緩與型腔表面接觸的樹(shù)脂的冷卻速率，這對(duì)防止在充填初期形成表面硬化皮，也具有良好的效果。
????????10 氣泡
????????根據(jù)氣泡的產(chǎn)生原因，解決的對(duì)策有以下幾個(gè)方面：
????????1)在制品壁厚較大時(shí)，其外表面冷卻速度比中心部的快，因此，隨著冷卻的進(jìn)行，中心部的樹(shù)脂邊收縮邊向表面擴(kuò)張，使中心部產(chǎn)生充填不足。這種情況被稱為真空氣泡。解決方法主要有：
????????a)根據(jù)壁厚，確定合理的澆口，澆道尺寸。一般澆口高度應(yīng)為制品壁厚的50%～60%。
????????b)至澆口封合為止，留有一定的補(bǔ)充注射料。
????????c)注射時(shí)間應(yīng)較澆口封合時(shí)間略長(zhǎng)。
????????d)降低注射速度，提高注射壓力，
????????e)采用熔融粘度等級(jí)高的材料。
????????2)由于揮發(fā)性氣體的產(chǎn)生而造成的氣泡，解決的方法主要有：
????????a)充分進(jìn)行預(yù)干燥。
????????b)降低樹(shù)脂溫度，避免產(chǎn)生分解氣體。
????????3)流動(dòng)性差造成的氣泡，可通過(guò)提高樹(shù)脂及模具的溫度、提高注射速度予以解決。
????????11 白化
????????白化現(xiàn)象最主要發(fā)生在ABS樹(shù)脂制品的推出部分。脫模效果不佳是其主要原因?？刹捎媒档妥⑸鋲毫Γ哟竺撃Ｐ倍?，增加推桿的數(shù)量或面積，減小模具表面粗糙度值等方法改善，當(dāng)然，噴脫模劑也是一種方法，但應(yīng)注意不要對(duì)后續(xù)工序，如燙印、涂裝等產(chǎn)生不良影響。
????????12 翹曲變形
????????注射制品的翹曲、變形是很棘手的問(wèn)題。主要應(yīng)從方面著手解決，而成型條件的調(diào)整效果則是很有限的。翹曲、變形的原因及解決方法可參照以下各項(xiàng)：
????????1)由成型條件引起殘余應(yīng)力造成變形時(shí)，可通過(guò)降低注射壓力、提高模具并使模具溫度均勻及提高樹(shù)脂溫度或采用退火方法予以消除應(yīng)力。
????????2)脫模不良引起應(yīng)力變形時(shí)，可通過(guò)增加推桿數(shù)量或面積、設(shè)置脫模斜度等方法加以解決。
????????3)由于冷卻方法不合適，使冷卻不均勻或冷卻時(shí)間不足時(shí)，可調(diào)整冷卻方法及延長(zhǎng)冷卻時(shí)間等。例如，可盡可能地在貼近變形的地方設(shè)置冷卻回路。
????????4)對(duì)于成型收縮所引起的變形，就必須修正模具的設(shè)計(jì)了。其中，最重要的是應(yīng)注意使制品壁厚一致。有時(shí)，在不得已的情況下，只好通過(guò)測(cè)量制品的變形，按相反的方向修整模具，加以校正。收縮率較大的樹(shù)脂，～般是結(jié)晶性樹(shù)脂(如聚甲醛、尼龍、聚丙烯、聚乙烯及PET樹(shù)脂等)比非結(jié)晶性樹(shù)脂(如PMMA樹(shù)脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹(shù)脂及AS樹(shù)脂等)的變形大。另外，由于玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂具有纖維配向性，變形也大。
