塑料制品模具设计影响因素探讨

1、工业技术科技咨询导报在我国塑料工业发展中 ,计算机的应用 起到了很好的作用。而计算机技术在模 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、 及制品结构 大小、 壁厚的设计是决定模 具设计、 模具材料选用的重要因素。 而怎样选 用合 适的材料 ,就成为模具设计中一个重要 的问题。1 塑料制品材料种类用对模具设计的影响 一般来

2、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 ,半结晶型热塑性塑料主要 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。另外 ,为改善热塑性塑料 的使用性能和工艺性能 ,往往在制品原料中 加入各种填

3、 料,因此 ,根据所加填料来选用 就显得尤为重要了。1.1 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 ,不同产 品的成型工艺性能是不相同的。玻 璃纤维主 要用于增加强度、坚固度和提高应用温度 ; 矿物和玻璃体则具较低的增强 效果 ,主要用 于减少制品的翘曲。例如 ,实际应用中玻璃 纤维会影响到成型加工 ,使 制品在成型后产 生收缩和翘曲。所以 ,玻璃纤维增强材料就 不能被未增强热塑性塑 料或低含量增强材料 来替代 ,不然就会使制品的尺寸与设计尺寸 发生不符。此外 ,玻 璃纤维在成型时的流动 取向将引起制品机械强度的改变。试验 (从

4、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%。 在对制品安 全性的强度校核计算中就要注意 到这些损失 ,同时在成型模具设计中浇注系 统的布置也要充分地对这些问题加以考虑。 因此,对于在热塑性塑料中加入了一系 列增强材料、填料和改性剂的 ,由此而产生 的性能变化必须认真地从手册或数据库中查 阅,最好的是听取原材料制造厂家的专家的 技术建议 ,以选用最为合适的制品材料。1.2 考虑湿度

5、对材料性能影响 一些热塑性材料 ,比如 P A 6和 P A 66, 其吸湿性很强 ,在成型过程中会在高温料筒 中促使塑料发生水解 ,导致塑料起泡和流动 性下降 ,从而对制品的机械性能和尺寸稳定 性产生较大的影响。 在进行模具设计时 , 应特 别注意这种情况 , 以减少对制品性能的影响。 模具材料的选用与制品材料的选择是密 切相关的 , 因此细致分析制品材料后 , 才能在 模具设计时选用到最为合适的模具材料1.3 热塑性塑料制品成型模具材料选用 细致分析塑料制品使用的材料后 ,就要 选取最为合适的模具材料。目前我国市场常 见的热塑性塑料成型模具的材料有 :非合金 型塑料模具钢 （即碳素钢 、

6、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 , 除了要根据制 品材料是否改性和有否增加填充剂 ,添加何 种添加剂来选取适合的模具材料外 ,还要依 据制品大小、 结构、 尺寸精度等。 例如 : 成型 以玻璃纤维为填料的塑料制品时 ,模具材料 可选用预 硬型 塑料 模具钢 （如 8Cr2MnWMoVs ; 对制品材料在成型时会产 生腐蚀性气体的 ,宜采用耐腐蚀型塑料模具 刚（如 Cr18MoV ;成型结构复杂、精度高、 产量大的制品时 ,需要高寿命的时效硬化型 塑料模具钢 （如 4Cr5MoSiVS 。具

7、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、 降低生产成本。2 塑料制品对模具设计的影响在塑料制品的设计中 ,还有一些设计要点要经常考虑 ,其中制品壁厚的设计尤为重要,其设计的合理与否对产品影响极大 ,主要影响有:制品重量 ;在模塑中可得到的流动长度;制品的生产周期 ;尺寸公差 ;制品的质量 ,如表面粗糙度、翘曲和空隙等。2.1 塑料制品壁厚设计与模具设计我们知道 ,在成型制品的过程中 ,流程与壁厚的比率对注塑成型时模腔填充有很大影响。如果在注塑工艺中 ,要得到流程长而壁厚薄的制品 ,则制品原料应具有相

8、当的低 熔融黏度 （易于流动、 熔解 是非常 必要的。 因此, 在成型不同材料的制品时 , 就要对制品 的壁厚加以限制。 设计时, 壁厚不宜过小, 不然制品的强度、 刚度不足, 对模具顶出机构的 设计影响甚大 ,在成 型过程中也不易充满模 具型腔 ; 壁厚过大, 会增加制品的成型时间和 冷却时间 , 从 而延长了模塑周期 , 降低了生产 率,同时对模具的强度、刚度也有更高的要 求。 另 外, 制品的壁厚应力求平均 , 否则会因 为固化或冷却速度不同引起收缩不均匀 ,从 而 在制品内部产生内应力 ,导致制品产生翘 曲, 缩孔甚至开裂。 为使制品的壁厚能够尽量 均匀,在模具设计时就要在制品的厚壁部

9、分 设置型芯 , 防止成型时形成空隙 , 并 减少内部 压力, 从而使制品扭曲变形减至最小。 此外,对不同壁厚塑料制品的模具 设 计 , 模具型腔的设计要求也不同。还要根据 制品的要求 ,合理设计模具的模腔及型 芯的 脱模斜度 ,脱模斜度要与塑料制品在成型的 分模或分模面相适应 ;不然会严重 影响制品 的外观质量和壁厚尺寸的精度。2.2 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成型尺寸范围。 因此, 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, 降低成

10、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%,不过 这还需要与应用时的具体要 求相结合来判断。精确的模具设计可以有效 的缩小制 品尺寸公差 , 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。3 塑料模具设计时对制品收缩率的考虑 为了不对塑料制品制定过分严格的范 围,必须要注意一些影响塑料制品尺寸准确 性的因素 , 其中就是材料的收缩率的因素 了。 模具制造的标准是必须严格遵守 ,因此对于 成型不同材料的塑料制品 ,在不同的 尺寸条 件下,其成型后收缩率波动的情况是不相同 的。 成型大型制品时 , 其收缩率 较大, 此时就 应着

11、重设法稳定工艺条件和选择收缩率波动 较小的材料,如果单靠提 高模具成型零件的 制造精度则不经济了 ;而在成型尺寸较小的 制品时 ,模具成型的 零件制造精度和磨损就 对制品的尺寸精度影响较大了。 此外, 塑料制 品的几何形 状对收缩率也有影响 ,进而影响 到产品的性能 ,这也是设计者值得关注的一塑料制品模具设计影响因素探讨朱逸忠（东莞市高级技工学校523112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。现代模具的设计通过 CAE 技术 ,实现了从制品设计到生产的 完全解决方案。但是现代技术并不能替代专业设计人员的经验 ,比如在模具设计时 塑料

12、制品材料的 选择、制品壁厚的确定、材料收缩率的影响等问题是现代技术不 能解决的 ,而这些因素对成型模具的寿命、结构等设计都具有重要的影响 ,需要专业设计人员长期经验的积累才能做好的。本文就塑料制品模具设计中以上问题做如下 简要的讨论。关键词 :塑料模具设计材料 制品壁厚 选用中图分类号 :TE624 文献标识码 :A 文章编号 :1673-0534(200610(a- 0051-0251 科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald52 科技咨询导报 Science and Technology Consulting Herald2006 NO

13、.14工业技术科技咨询导报 点。因此在此类制品模具设计时要注意制品 脱模收缩后的尺寸 是否为产品要求尺寸 ,否 则因制品模后收缩值的影响 ,极有可能导致 产品尺寸不符合 标准。4 结语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1 前言选矿拜尔法生产氧化铝流程中 ,溶出机 组的产量决定了整个系统的产量 , 供机组 的料 浆是靠精矿抓斗天车将磨浮生产出来的精矿从 精矿库抓上皮带进入调配槽生 产出合格的原矿 浆。 我厂共有精矿 16T抓斗天车两台 , 负责精 矿库的精矿抓混和 配料, 使用频繁 , 设计机构 工作级别为

14、 M6,自投产以来共发生提升减速 机低速轴断 裂一次, 闭合减速机低速轴断裂两 次, 既破坏了特种设备的安全稳定运行又严重 威 胁到了氧化铝的生产。 因此, 抓好这两台精 矿抓斗天车的安全稳定运行 , 保证溶出 机组合 格原矿浆的供给 , 成了我们目前的重要课题。2 天车的现状及减速机输出轴的受力分析精矿天车作为我厂的重要生产天车 ,自 投产以来频繁断钢丝绳 ,后经过将钢丝绳 型 号 6 (37-24-155改为 6 (37-26-155型号后效果明显好转 , 有原来的平均每 10天 换绳一次延长到现在的平均每 40 天换绳一 次。 发生第一次闭合减速机低速轴断裂 时, 一 方面对备件提出了更

15、高的要求 ,另一方面对 天车工进行了多次培训 ,并要求当 提升时必 须保证提升和闭合绳同时用力 ,但是还是发 生了两次轴断裂事故。经过对 提升时电机电 流的测量发现频繁出现过负荷现象 , 因此, 对 提升机构的设计和起重 量提出了质疑。作为 减速机输出轴主要受力有三部分 , 即:径向载 荷;扭矩;其它受力 , 忽略不计。3 使用过程中抓斗有效的使用体积核定 和实际起重量精矿天车随车带的抓斗设计为 3. 2m 3,但是由于陶瓷过滤机过滤出的精矿水分偏大 ,粘结性较强 ,造成实际抓料体积远远大于设 计体积 ,现经过计算和现场核定抓斗 的实际抓料体积为 4.93m3通过称重测得精矿的平均容重 为 2

16、t/m 3(1.7 2.3t/m 3,根据起重机设计手册的要求所抓物料粘结性较强时在设计时要考虑增加 25 30%的起重量 , 因此精矿天车的起重量计算如下 :Q q =V 总 +0.3V总 +Q 0=12.8+8=20.8t4 计算起动时间式中: M e =9750 N e /n=1262.95N? mM e 为电机额定转矩 N e 为电机额定功率 n 为电机额定转速 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为电动机最大力矩与额定力矩的比值 ,

17、查得为 3.4M qp 为电机平均起动转矩 M j =Q q ? D js /2? a? i? =2080000.726/2 131.50.91=2N6 3?4m 式 中:M j 为起升静力矩Q q 为起重量 (包括吊具 D js 为卷筒有效直径 a 为起重倍率 i 为传动比为起升机构的机械效率 t q =1.2GD 2n/375(M qp -M j +0.975Q q 2/n(M q-Mp j =0.25st q 为起动时间GD 2 为电动机转子及同轴上联轴器等的 总飞轮矩为起升速度5 计算径向载荷 a q = /t q =41.8/60/0.25=2.79m/s 2式中:a q 为起动平均

18、加速度 F a =Q q ? a q =20800 2.79=58032N 径向载荷 :F m a x =(Q +Q 0+F a /2=(208000+19480+58032/2=142756N式中:F a 为提升启动时加速度产生的力 Q 0为卷筒的自重产生的力 Q 为起重量 产生的力 6 计算输出轴扭矩 T 输出 =(Q +F a D js /2 1=2660精32矿抓斗天车减速 机输出轴断裂的原因分析与对策原成钢(河南焦作市中国铝业中州分公司第二氧化铝厂装备能源科454171摘 要 : 本文通过对天车提升机构的受力分析 ,讨论出了提升、闭合减速机低速 轴轴断事故产生的原因 ,并提出了行之有效的解 决 办 法 。关键词 :抓斗天车轴断裂 扭矩中图分类号 :F 407. 61 文献标识码 :A 文章编号 :1673-0534(200610(a- 0052-010.726/2 0.95=193139.23/1.9=101652. 23 N ? m1为卷筒的机械效率 ,取 0. 95。7 结论我厂抓斗天车减速机 (Z Q 850-31. 5600rpm设计值为 :输出轴上的最大短暂 容许 扭矩 T=116800 N? m,输出轴上的 最大短暂容许径向载荷 F=125000N由于 T 输出F, 不满足径向载荷的要求 因 此 , 此减速机不能满足精矿天车的使用要求