塑料制品模具設(shè)計影響因素探討

1、工業(yè)技術(shù)科技咨詢導(dǎo)報在我國塑料工業(yè)發(fā)展中 ,計算機的應(yīng)用 起到了很好的作用。而計算機技術(shù)在模 具設(shè)計領(lǐng)域的應(yīng)用 ,大大縮短了模具設(shè)計時間 , 尤其計算機輔助工程 (CAE 技術(shù)的大 規(guī)模 推廣, 解決了塑料產(chǎn)品開發(fā)、 模具設(shè)計及產(chǎn)品 加工中的薄弱環(huán)節(jié) , 更在提高生 產(chǎn)率、 保證產(chǎn) 品質(zhì)量、降低成本等方面體現(xiàn)出現(xiàn)代科技的 優(yōu)越性。但是現(xiàn)代技術(shù) 并不能替代專業(yè)設(shè)計 人員的經(jīng)驗 ,在塑料模具設(shè)計時制品材料的 選擇、 及制品結(jié)構(gòu) 大小、 壁厚的設(shè)計是決定模 具設(shè)計、 模具材料選用的重要因素。 而怎樣選 用合 適的材料 ,就成為模具設(shè)計中一個重要 的問題。1 塑料制品材料種類用對模具設(shè)計的影響 一般來

2、說 ,并沒有不好的材料 , 只有 在 特定的領(lǐng)域使用了錯誤的材料。因此 , 設(shè)計 者必須要徹底了解各種可供選擇的材 料的性 能,并仔細(xì)測試這些材料 ,研究其與各種因 素對成型加工制品性能的影響。本 文只就傳 統(tǒng)的熱塑性材料進行分析以說明問題。在注 射成型中最常用的是熱塑性 塑料 ,它又可分 為無定型塑料和半結(jié)晶性塑料。這兩類材料 在分子結(jié)構(gòu)和受結(jié)晶化 影響的性能上有明顯 不同。一般來說 ,半結(jié)晶型熱塑性塑料主要 用于機械強度高的 部件 ,而無定型熱塑性塑 料由于不易彎曲 ,則常被應(yīng)用于外殼 ,這是 材料選用的大 框。另外 ,為改善熱塑性塑料 的使用性能和工藝性能 ,往往在制品原料中 加入各種填

3、 料,因此 ,根據(jù)所加填料來選用 就顯得尤為重要了。1.1 根據(jù)填料和增強材料進行選擇的分析 熱塑性塑料可分為未增強、玻璃纖 維增 強、礦物及玻璃體填充等種類產(chǎn)品 ,不同產(chǎn) 品的成型工藝性能是不相同的。玻 璃纖維主 要用于增加強度、堅固度和提高應(yīng)用溫度 ; 礦物和玻璃體則具較低的增強 效果 ,主要用 于減少制品的翹曲。例如 ,實際應(yīng)用中玻璃 纖維會影響到成型加工 ,使 制品在成型后產(chǎn) 生收縮和翹曲。所以 ,玻璃纖維增強材料就 不能被未增強熱塑性塑 料或低含量增強材料 來替代 ,不然就會使制品的尺寸與設(shè)計尺寸 發(fā)生不符。此外 ,玻 璃纖維在成型時的流動 取向?qū)⒁鹬破窓C械強度的改變。試驗 (從

4、注射成型片的橫 向和縱向截取了 10 個測試 條,并在同一個拉力測試儀上對它們的機械 性能進行了 比較表明 ,對添加了 30%玻 璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂 ,其橫向的拉 伸強度比縱 向 （流動方向低了 32%,撓 曲模量和沖擊強度分別減少了 43%和 53%。 在對制品安 全性的強度校核計算中就要注意 到這些損失 ,同時在成型模具設(shè)計中澆注系 統(tǒng)的布置也要充分地對這些問題加以考慮。 因此,對于在熱塑性塑料中加入了一系 列增強材料、填料和改性劑的 ,由此而產(chǎn)生 的性能變化必須認(rèn)真地從手冊或數(shù)據(jù)庫中查 閱,最好的是聽取原材料制造廠家的專家的 技術(shù)建議 ,以選用最為合適的制品材料。1.2 考慮濕度

5、對材料性能影響 一些熱塑性材料 ,比如 P A 6和 P A 66, 其吸濕性很強 ,在成型過程中會在高溫料筒 中促使塑料發(fā)生水解 ,導(dǎo)致塑料起泡和流動 性下降 ,從而對制品的機械性能和尺寸穩(wěn)定 性產(chǎn)生較大的影響。 在進行模具設(shè)計時 , 應(yīng)特 別注意這種情況 , 以減少對制品性能的影響。 模具材料的選用與制品材料的選擇是密 切相關(guān)的 , 因此細(xì)致分析制品材料后 , 才能在 模具設(shè)計時選用到最為合適的模具材料1.3 熱塑性塑料制品成型模具材料選用 細(xì)致分析塑料制品使用的材料后 ,就要 選取最為合適的模具材料。目前我國市場常 見的熱塑性塑料成型模具的材料有 :非合金 型塑料模具鋼 （即碳素鋼 、

6、滲碳型塑料模具 鋼、 預(yù)硬型塑料模具鋼、 時效硬化型塑料模具 鋼、 整體淬硬型塑料模具鋼、 耐腐蝕型塑料模 具鋼幾種。 在模具材料選取時 , 除了要根據(jù)制 品材料是否改性和有否增加填充劑 ,添加何 種添加劑來選取適合的模具材料外 ,還要依 據(jù)制品大小、 結(jié)構(gòu)、 尺寸精度等。 例如 : 成型 以玻璃纖維為填料的塑料制品時 ,模具材料 可選用預(yù) 硬型 塑料 模具鋼 （如 8Cr2MnWMoVs ; 對制品材料在成型時會產(chǎn) 生腐蝕性氣體的 ,宜采用耐腐蝕型塑料模具 剛（如 Cr18MoV ;成型結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、 產(chǎn)量大的制品時 ,需要高壽命的時效硬化型 塑料模具鋼 （如 4Cr5MoSiVS 。具

7、體選用時主要還是要針對塑料制品的材料和模具預(yù)計使用情況選取。適宜的材料加上合理的設(shè)計將極大的提高模具使用周期 ,同時也可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、 降低生產(chǎn)成本。2 塑料制品對模具設(shè)計的影響在塑料制品的設(shè)計中 ,還有一些設(shè)計要點要經(jīng)常考慮 ,其中制品壁厚的設(shè)計尤為重要,其設(shè)計的合理與否對產(chǎn)品影響極大 ,主要影響有:制品重量 ;在模塑中可得到的流動長度;制品的生產(chǎn)周期 ;尺寸公差 ;制品的質(zhì)量 ,如表面粗糙度、翹曲和空隙等。2.1 塑料制品壁厚設(shè)計與模具設(shè)計我們知道 ,在成型制品的過程中 ,流程與壁厚的比率對注塑成型時模腔填充有很大影響。如果在注塑工藝中 ,要得到流程長而壁厚薄的制品 ,則制品原料應(yīng)具有相

8、當(dāng)?shù)牡?熔融黏度 （易于流動、 熔解 是非常 必要的。 因此, 在成型不同材料的制品時 , 就要對制品 的壁厚加以限制。 設(shè)計時, 壁厚不宜過小, 不然制品的強度、 剛度不足, 對模具頂出機構(gòu)的 設(shè)計影響甚大 ,在成 型過程中也不易充滿模 具型腔 ; 壁厚過大, 會增加制品的成型時間和 冷卻時間 , 從 而延長了模塑周期 , 降低了生產(chǎn) 率,同時對模具的強度、剛度也有更高的要 求。 另 外, 制品的壁厚應(yīng)力求平均 , 否則會因 為固化或冷卻速度不同引起收縮不均勻 ,從 而 在制品內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力 ,導(dǎo)致制品產(chǎn)生翹 曲, 縮孔甚至開裂。 為使制品的壁厚能夠盡量 均勻,在模具設(shè)計時就要在制品的厚壁部

9、分 設(shè)置型芯 , 防止成型時形成空隙 , 并 減少內(nèi)部 壓力, 從而使制品扭曲變形減至最小。 此外,對不同壁厚塑料制品的模具 設(shè) 計 , 模具型腔的設(shè)計要求也不同。還要根據(jù) 制品的要求 ,合理設(shè)計模具的模腔及型 芯的 脫模斜度 ,脫模斜度要與塑料制品在成型的 分?；蚍帜Ｃ嫦噙m應(yīng) ;不然會嚴(yán)重 影響制品 的外觀質(zhì)量和壁厚尺寸的精度。2.2 熱塑性塑料設(shè)計中的指標(biāo)分析。熱塑性塑料一般具有高的延展性和彈 性, 不需要像具有高剛性、 低延展性和低 彈性 的金屬一樣指定嚴(yán)格的成型尺寸范圍。 因此, 設(shè)計者在決定熱塑性塑料模具制 品的成本方 面起了關(guān)鍵作用 , 合理且不影響產(chǎn)品性能的、 縮小公差, 降低成

10、本是可 以實現(xiàn)的。 一般商業(yè) 上可接受的產(chǎn)品與標(biāo)準(zhǔn)尺寸的偏差不高于 0. 25 0.3%,不過 這還需要與應(yīng)用時的具體要 求相結(jié)合來判斷。精確的模具設(shè)計可以有效 的縮小制 品尺寸公差 , 從而降低制品成本。 因 此 ,模具精密度對制品生產(chǎn)廠家具有重要意 義。3 塑料模具設(shè)計時對制品收縮率的考慮 為了不對塑料制品制定過分嚴(yán)格的范 圍,必須要注意一些影響塑料制品尺寸準(zhǔn)確 性的因素 , 其中就是材料的收縮率的因素 了。 模具制造的標(biāo)準(zhǔn)是必須嚴(yán)格遵守 ,因此對于 成型不同材料的塑料制品 ,在不同的 尺寸條 件下,其成型后收縮率波動的情況是不相同 的。 成型大型制品時 , 其收縮率 較大, 此時就 應(yīng)著

11、重設(shè)法穩(wěn)定工藝條件和選擇收縮率波動 較小的材料,如果單靠提 高模具成型零件的 制造精度則不經(jīng)濟了 ;而在成型尺寸較小的 制品時 ,模具成型的 零件制造精度和磨損就 對制品的尺寸精度影響較大了。 此外, 塑料制 品的幾何形 狀對收縮率也有影響 ,進而影響 到產(chǎn)品的性能 ,這也是設(shè)計者值得關(guān)注的一塑料制品模具設(shè)計影響因素探討朱逸忠（東莞市高級技工學(xué)校523112摘 要 : 隨著塑料工業(yè)的飛速發(fā)展及塑料制品在各個領(lǐng)域的推廣應(yīng)用 ,產(chǎn)品對模 具的要求也越來越高。現(xiàn)代模具的設(shè)計通過 CAE 技術(shù) ,實現(xiàn)了從制品設(shè)計到生產(chǎn)的 完全解決方案。但是現(xiàn)代技術(shù)并不能替代專業(yè)設(shè)計人員的經(jīng)驗 ,比如在模具設(shè)計時 塑料

12、制品材料的 選擇、制品壁厚的確定、材料收縮率的影響等問題是現(xiàn)代技術(shù)不 能解決的 ,而這些因素對成型模具的壽命、結(jié)構(gòu)等設(shè)計都具有重要的影響 ,需要專業(yè)設(shè)計人員長期經(jīng)驗的積累才能做好的。本文就塑料制品模具設(shè)計中以上問題做如下 簡要的討論。關(guān)鍵詞 :塑料模具設(shè)計材料 制品壁厚 選用中圖分類號 :TE624 文獻標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1673-0534(200610(a- 0051-0251 科技咨詢導(dǎo)報 Science and Technology Consulting Herald52 科技咨詢導(dǎo)報 Science and Technology Consulting Herald2006 NO

13、.14工業(yè)技術(shù)科技咨詢導(dǎo)報 點。因此在此類制品模具設(shè)計時要注意制品 脫模收縮后的尺寸 是否為產(chǎn)品要求尺寸 ,否 則因制品模后收縮值的影響 ,極有可能導(dǎo)致 產(chǎn)品尺寸不符合 標(biāo)準(zhǔn)。4 結(jié)語與產(chǎn)品模后性能相關(guān)問題還有許多 ,設(shè) 計人員可以參考手冊進行設(shè)計。 總之 , 在塑料 制品模具設(shè)計時要充分考慮可能影響制品尺1 前言選礦拜爾法生產(chǎn)氧化鋁流程中 ,溶出機 組的產(chǎn)量決定了整個系統(tǒng)的產(chǎn)量 , 供機組 的料 漿是靠精礦抓斗天車將磨浮生產(chǎn)出來的精礦從 精礦庫抓上皮帶進入調(diào)配槽生 產(chǎn)出合格的原礦 漿。 我廠共有精礦 16T抓斗天車兩臺 , 負(fù)責(zé)精 礦庫的精礦抓混和 配料, 使用頻繁 , 設(shè)計機構(gòu) 工作級別為

14、 M6,自投產(chǎn)以來共發(fā)生提升減速 機低速軸斷 裂一次, 閉合減速機低速軸斷裂兩 次, 既破壞了特種設(shè)備的安全穩(wěn)定運行又嚴(yán)重 威 脅到了氧化鋁的生產(chǎn)。 因此, 抓好這兩臺精 礦抓斗天車的安全穩(wěn)定運行 , 保證溶出 機組合 格原礦漿的供給 , 成了我們目前的重要課題。2 天車的現(xiàn)狀及減速機輸出軸的受力分析精礦天車作為我廠的重要生產(chǎn)天車 ,自 投產(chǎn)以來頻繁斷鋼絲繩 ,后經(jīng)過將鋼絲繩 型 號 6 (37-24-155改為 6 (37-26-155型號后效果明顯好轉(zhuǎn) , 有原來的平均每 10天 換繩一次延長到現(xiàn)在的平均每 40 天換繩一 次。 發(fā)生第一次閉合減速機低速軸斷裂 時, 一 方面對備件提出了更

15、高的要求 ,另一方面對 天車工進行了多次培訓(xùn) ,并要求當(dāng) 提升時必 須保證提升和閉合繩同時用力 ,但是還是發(fā) 生了兩次軸斷裂事故。經(jīng)過對 提升時電機電 流的測量發(fā)現(xiàn)頻繁出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象 , 因此, 對 提升機構(gòu)的設(shè)計和起重 量提出了質(zhì)疑。作為 減速機輸出軸主要受力有三部分 , 即:徑向載 荷;扭矩;其它受力 , 忽略不計。3 使用過程中抓斗有效的使用體積核定 和實際起重量精礦天車隨車帶的抓斗設(shè)計為 3. 2m 3,但是由于陶瓷過濾機過濾出的精礦水分偏大 ,粘結(jié)性較強 ,造成實際抓料體積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè) 計體積 ,現(xiàn)經(jīng)過計算和現(xiàn)場核定抓斗 的實際抓料體積為 4.93m3通過稱重測得精礦的平均容重 為 2

16、t/m 3(1.7 2.3t/m 3,根據(jù)起重機設(shè)計手冊的要求所抓物料粘結(jié)性較強時在設(shè)計時要考慮增加 25 30%的起重量 , 因此精礦天車的起重量計算如下 :Q q =V 總 +0.3V總 +Q 0=12.8+8=20.8t4 計算起動時間式中: M e =9750 N e /n=1262.95N? mM e 為電機額定轉(zhuǎn)矩 N e 為電機額定功率 n 為電機額定轉(zhuǎn)速 M qp =(M q m a x +M q m i n /2=(4294.03+2897.4/2=3595.72N ? m 式中:M q m a x = M e =4294. 03N? m為電動機最大力矩與額定力矩的比值 ,

17、查得為 3.4M qp 為電機平均起動轉(zhuǎn)矩 M j =Q q ? D js /2? a? i? =2080000.726/2 131.50.91=2N6 3?4m 式 中:M j 為起升靜力矩Q q 為起重量 (包括吊具 D js 為卷筒有效直徑 a 為起重倍率 i 為傳動比為起升機構(gòu)的機械效率 t q =1.2GD 2n/375(M qp -M j +0.975Q q 2/n(M q-Mp j =0.25st q 為起動時間GD 2 為電動機轉(zhuǎn)子及同軸上聯(lián)軸器等的 總飛輪矩為起升速度5 計算徑向載荷 a q = /t q =41.8/60/0.25=2.79m/s 2式中:a q 為起動平均

18、加速度 F a =Q q ? a q =20800 2.79=58032N 徑向載荷 :F m a x =(Q +Q 0+F a /2=(208000+19480+58032/2=142756N式中:F a 為提升啟動時加速度產(chǎn)生的力 Q 0為卷筒的自重產(chǎn)生的力 Q 為起重量 產(chǎn)生的力 6 計算輸出軸扭矩 T 輸出 =(Q +F a D js /2 1=2660精32礦抓斗天車減速 機輸出軸斷裂的原因分析與對策原成鋼(河南焦作市中國鋁業(yè)中州分公司第二氧化鋁廠裝備能源科454171摘 要 : 本文通過對天車提升機構(gòu)的受力分析 ,討論出了提升、閉合減速機低速 軸軸斷事故產(chǎn)生的原因 ,并提出了行之有效的解 決 辦 法 。關(guān)鍵詞 :抓斗天車軸斷裂 扭矩中圖分類號 :F 407. 61 文獻標(biāo)識碼 :A 文章編號 :1673-0534(200610(a- 0052-010.726/2 0.95=193139.23/1.9=101652. 23 N ? m1為卷筒的機械效率 ,取 0. 95。7 結(jié)論我廠抓斗天車減速機 (Z Q 850-31. 5600rpm設(shè)計值為 :輸出軸上的最大短暫 容許 扭矩 T=116800 N? m,輸出軸上的 最大短暫容許徑向載荷 F=125000N由于 T 輸出F, 不滿足徑向載荷的要求 因 此 , 此減速機不能滿足精礦天車的使用要求