照相机塑料模具成型

工程/材料模具材料与热加工》论文一、塑件的机构及成型工艺分析：丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物ABS树脂微黄色或白色不透明，是丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物。丙烯腈使聚合物耐油，耐热，耐化学腐蚀，丁二烯使聚合物具有优越的柔性，韧性；苯乙烯赋予聚合物良好的刚性和加工流动性。因此ABS树脂具有突出的力学性能和良好的综合性能。同时具有吸湿性强，但原料要干燥，它的塑件尺寸稳定性好，塑件尽可能偏大的脱模斜度。1-3、ABS塑料主要的性能指标见下表：密度(Kg.dm-3)1.13—1.14熔 点 °C130~160收缩率%0.3〜0.8热变形温度45N/cm65~98弯曲强度 Mpa80拉伸强度 MPa35~49拉伸弹性模量GPa1.8弯曲弹性模量Gpa1.4压缩强度 Mpa18~39缺口冲击强度kJ/m?11~20硬度 HRR62〜86体积电阻系数Qcm1013击穿电压Kv.mm-115介电常数60Hz3.71-4、模具塑件的加工方法确定及分析:照相机的形状较复杂，带有很多不同形状的孔，在保证孔间距和孔的形状是给模具的加工带了很大的难度。照相机的材料选用ABS,而照相机的后盖绝大部分决定了照相机的重心的位置的所在。所以我们必须很好多处理后盖壁厚的均匀,譬如在成型过程中因为壁厚的不均匀造成了收缩率的不一致,这样就只能通过有效的控制模具温度来调节收缩率。由于照相机的主体作用是起固定作用,它的内部结构就相应的给加工制造带来了一定的难度。主要是它螺钉孔的壁厚相对壁厚有一定的差距,势必会在注塑的时候到来很大的牛顿减力,可以利用模具的可靠的精度来定位,但是这样的话成本太高,而且易造成模具损坏。因为考虑到凹凸模形状的复杂,用整体形式是不利于损坏后的维修,适当的使用嵌件就可以解决这些问题,但不能利用过多的嵌件,不然的话就会造成型腔的强度与刚度不够。综合材料及成型模具的特性最终确定采用注射加工成型。1-5、ABS的注射成型工艺参数:注塑机类型：螺杆式喷嘴形式：通用式料筒三区200——210喷嘴温度180——190模具温度50——70注塑压60——100保 压40——60注塑时间2——5保压时间5———10冷却时间5——15周 期15——30后处理红外线烘箱温度（70）时 间(0.3-——1)二、工艺流程及其各工序的作用简介：2-1、工艺流程：成型前的准备——注射过程——塑件后处理注射过程分为:加料——塑化——充模——保压——倒流——浇口冻结后的令却——脱模。2-2、各工序的作用简介：1） 成型前的准备：为了保证注射成型的正常进行和保证模具塑件的质量,对ABS的色泽、细度和均匀度进行检验。由于ABS的吸水率大约为0.2%〜0.8%,容易吸湿,成型前应进行充分的干燥,除去物料中过多的水分和挥发物。干燥至水分含量＜0.3%。干燥条件：用烘箱以80〜85°C烘2〜4小时或用干燥料斗以80C烘1〜2小时。2） 注射过程：1、加料：将粒状的塑料加入注射机料斗,由螺杆带入料筒进行加热。2-2、塑化：成型塑料在注射机料筒内经过加热,压实以及混料等作用以后,有松散的粒状的固态转变成连续的均化熔体的过程。2-3、充模：塑化好的塑料熔体在注射机螺杆的推进作用下，以一定的压力和速度经过喷嘴和模具的浇注系统进入并充满模具型腔。2-4、保压：充模结束后，螺杆后退，型腔中的熔料仍然保持进行补料，使料筒中的熔料的进入型腔，以补充型腔中塑料的收缩需要。2-5、倒流：保压结束后，螺柱后退型腔中的熔料压力解除，这时型腔中的熔料压力将比浇口前方的压力高如果此时浇口尚未冻结，就会发生型腔中熔料通过浇注系统倒流的现象，是塑料制品收缩，变形及质地疏松等缺陷。倒流是否发生及发生程度均与保压时间有关。2-6、浇口冻结后的冷却：冷却过程阶段补塑或倒流不在进行，型腔内的塑料继续令却、硬化和定型。当脱模时塑件有足够的刚度，不致产生翘曲和变形。随着令却过程的进行，温度继续下降，型腔内塑件收缩，压力下降，到开模时型腔内的压力下降到最低点。型腔内的压力与外界大气压力的差值称为残余压力，残余压力的大小与塑件保压阶段的长短有关，影响塑件开模的难易程度。2-7、脱模：塑料令却后即可开模，在推出机构的作用下，将塑料置评推出模外。2-3、塑件后处理：1）温度:注射成型过程需要控制的温度有料筒温度，喷嘴温度和模具温度等，前两种温度主要控制塑料的塑化和流动，后一种温度主要影响塑料的流动和令却定型。为了防止由于螺杆与熔料，熔料与熔料，熔料与料筒之间的剪切摩擦而导致塑料热降解，可使料筒前段温度略低于中断。1-1、喷嘴的温度：喷嘴的温度一般低于料筒的温度，防止熔料在喷嘴处产生流延现象。1-2、模具温度：模具的温度直接影响熔体的充模流动能力，塑件令却速度和成型后的塑件性能等。模具温度的高低取决于塑料是否结晶、塑件的尺寸和结构。2）压力：注射模塑过程中的压力包括塑化压力和注射压力两种，直接影响塑料的塑化和塑件的质量。3）时间：成型的周期直接影响到劳动产率和注射机的使用率，生产在保证质量的前提下应尽量缩短成型周期的各个阶段的时间。三、螺杆式注射模具的组成及性能要求和失效形式简介：一）、注射模具的组成：1-1、成型零件:是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。1-2、浇注系统：将熔融塑料由注射机射嘴引向闭合的模腔，一般由灌口主流道、分流道、浇口和冷料穴组成。1-3、热交换系统：为了满足注射成形工艺对模具温度的要求（冷却或加热）需要对模具温度进行较精确的控制。1-4、行位系统：当侧向有凸凹及孔时，在塑料被顶出之前，必须先抽拔侧向的型芯（或镶件），才能使塑胶产品顺利脱模。1-5、顶出系统：实现塑胶产品脱模的机构，其结构形式很多，最常用的是顶针、司筒和推板等脱模机构。1-6、导向定位部件：是保证动模与定模闭合时能准确对准、脱模时运动灵活，注射时承受侧向力的部件，常由导柱和导套及定位块、锥等组成。1-7、排气系统：将型腔内空气导出的结构，如：排气槽及镶件配合时的间隙。二）、塑料模具的失效分析2-1、过量变形失效————过量弹性变形失效、过量塑性变形（如局部塌陷、局部镦粗、型腔涨大等）失效、蠕变超限等。2-2、表面损伤失效——主要包括表面磨损（如粘着磨损、磨料磨损、氧化磨损、疲劳磨损等）失效、表面腐蚀（如点腐蚀、晶间腐蚀、冲刷腐蚀、应力腐蚀等）失效、接触疲劳失效等。2-3、断裂失效———主要有塑性断裂失效、脆性断裂失效、疲劳断裂失效、蠕变断裂失效、应力腐蚀断裂失效等。2-4、磨损失效：由于模具表面的相对运动，而从模具的接触表面逐渐失去物质的现象称为磨损。模具在工作中会与坯料的成形表面相接触，产生相对运动而造成磨损，当这种磨损使模具的尺寸发生变化或使模具表面的状态发生改变而使其不能正常工作时，则称为磨损失效。。2-4-1、磨粒磨损工件表面的硬突出物和外来硬质颗粒在加工时刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象称为磨粒磨损。磨粒磨损的机理如图1—1所示。影响磨粒磨损的因素主要有磨粒的形状和大小、磨粒硬度与模具材料硬度的比值、模具与工件的表面压力、工件厚度等。1）磨粒的外形越尖，则磨损量越大；2）磨粒的尺寸越大，模具的磨损量越大，但当磨粒的尺寸达到一定数值后，磨损量则会稳定在一定的范围内；3） 磨粒硬度Ha与模具材料硬度Hm的比值Ha/Hm小于l时，磨损量较小，比值增加到1以上时，磨损量急剧增加，而后逐渐保持在一定的范围内；4） 随着模具与工件表面压力的增加，磨损量会不断增加，当压力达到一定数值后，由于磨粒的尖角变钝面使磨损量的增加得以减缓；工件厚度越大，磨粒嵌入工件的深度越深，对模具的磨损量减小。2-4-2、粘着磨损由于模具与工件表面的凸凹不平，使其在相对运动中造成粘着点发生断裂面使模具材料发生剥落的现象称为粘着磨损。影响粘着磨损的主要因素：材料性质、材料硬度、表面压力等1）选择与工件材料互溶性小的模具材料，可减少两材料之间的溶解性，降低粘着磨损量；3） 理选用润滑剂，形成润滑油膜，可以防止或减少两金属表面的直接接触，有效地提高其抗粘着磨损能力；4） 用多种表面热处理方法，改变金属摩擦表面的互溶性质和组织结构，尽量避免同种类金属相互摩擦，可降低粘着磨损。2-5、疲劳磨损1） 在循环应力作用下，两接触面相互运动时产生的表层金属疲劳剥落的现象称为疲劳磨损。2） 在模具和工件的相对运动中，会承受一定的作用力，模具的表面和亚表面存在多变的接触压力和切应力，这些应力反复作用一定的周期后,模具表-1、磨损失效；3-2、塑性变形失效；3-3、断裂失效面就会产生局部的塑性变形和冷加工硬化现象。在那些相对薄弱的地方，会由于应力集中而形成裂纹源，并在外力的作用下扩展，当裂纹扩展到金属表面或与纵向裂纹相交时，便形成磨损剥落。影响疲劳磨损的因素主要有材料的冶金质量、材料硬度、表面粗糙度等。钢中的气体含量，非金属夹杂物的类型、大小、形状和分布等是影响疲劳磨损的重要因素材料硬度，一般情况下硬度提高，可以增加模具表面的抗疲劳能力，但硬度过高时又会加快疲劳裂纹的扩展，加速疲劳磨损。材料的表面粗糙，会使接触应力作用在较小的面积上，形成很大的接触应力，加速疲劳磨损，因此降低模具表面模粗糙度可以提高模具的抗磨损能力。为了更好地提高模具的抗疲劳能力，应选择合适的润滑剂，用以润滑模具与工件的表面，避免或减少模具与工件材料之间的直接接触，降低接触应力，减少疲劳磨损量。在常温状态下，通过对模具表面进行喷丸、滚压等处理，使模具的工作表面因受压变形而产生一定的残余压应力，有利于提高模具的抗疲劳磨损的能力。2-6、其他磨损气蚀磨损；由于金属表面的气泡发生破裂，产生瞬间的高温和冲击，使模具表面形成微小的麻点和凹坑的现象称为气蚀磨损。冲蚀磨损：固体和液体的微小颗粒以高速冲击的形式反复落到模具的表面上，使模具表面的局部材料受到损失而形成麻点或凹坑的现象称为冲蚀磨损。腐蚀磨损：在工作过程中，模具表面与其周围的环境介质发生化学或电化学反应，以及模具与工件之间的摩擦作用而引起模具表层材料脱落的现象称为腐蚀磨损。2-7、断裂失效1)模具在工作中出现较大型纹或部分分离而丧失正常服役能力的现象称为断裂失效。模具断裂通常表现为产生局部碎块或整个模具断成几个部分。断裂是最严重的失效形式。断裂失效分类，按照断裂的性质脆性断裂和韧性断裂；按照断裂路径可分为沿晶断裂、穿晶断裂；按照断裂机理可分为一次性断裂和疲劳断裂等。由于模具材料多为中、高强度钢，塑性相对较差，断裂时没有或仅有少量的塑性变形发生，因而经常表现为脆性断裂。2-8、疲劳断裂：疲劳断裂是指在较低的循环载荷作用下，工作一段时间后，出裂纹缓慢扩展，最后发生断裂的现象。疲劳裂纹总是在应力最高、强度最弱的部位上形成，模具的疲劳裂纹萌生于外表面或次表面，但其形成方式各有不同。(1)裂纹的萌生：疲劳裂纹常常在表面不均匀处、晶界、夹杂物和第二相处形成。模具上的尺寸过渡处、加工刀痕、磨损沟痕等易产生应力集中，在循环应力作用下易产生滑移变形，而出现的变形台阶极易成为疲劳裂纹源。(2)裂纹的扩展：在循环应力的作用下，己形成的裂纹便沿着主滑移面向模具材料内部扩展，此时与拉应力轴呈约45°的角度，当遇到晶界时其裂纹扩展位向会稍有改变；当扩展的裂纹遇到夹杂物或第二相这样的障碍物时，就会转向与拉应力轴相垂直的方向扩展。9、塑性变形失效：模具在使用过程中由于发生塑性变形而不能通过修复继续服役的现象称为塑性变形失效。主要形式有塌陷、撤粗、弯曲等。三）、模具的使用寿命及影响因素3-1、模具结构设计对使用寿命的影响：模具结构的合理性对模具的承载能力和受力状态都有很大的影响，合理的模具结构能使其在工作时受力均匀，应力集中小；不合理的模具结构可能引起严重的应力集中和工作温度升高，导致模具的过早失效，降低其使用寿命结构设计错误包括：尖角、圆角半径过小；凹槽、窄槽和截面突变；孔的位置不当造成薄壁、截面太薄及间隙配合不当；模具形状不对称，造成偏心受载和模具磨损不均等。3-2、具型腔过渡圆角半径的影响：模具零件的面交界处大多含有过渡圆角，过渡圆角的合理性对模具的使用寿命影响很大。3-3、具型腔结构的影响：冷挤压模、冷墩模、热锻模等，一般所受应力较大，冲击力较高。若采用整体式结构的模具，则不可避免地会存在凹圆角半径，这很容易造成模具工作部位的应力集中，并引起模具的局部开裂或模具的整体开裂。而采用组合式结构的模具，则可避免出现模具型腔的开裂现象。采用组合式结构模具时，可根据具体的服役条件，给模具的不同组成模块选用不同的模具材料，既便于机械加工，又便于模具零件的更换，能有效地提高模具的使用寿命。对于小间隙或无间隙的大、中型的型腔模具（如冲裁模等），可采用导向装置对模具中的零件进行定位，以保证模具各部分之间的精度，增加模具的抗弯曲和抗偏载的能力，避免模具出现不均匀的磨损3-4、具工作部位角度的影响：模具工作部位的角度对成形过程中金属坯料的流动及成形力都会产生很大的影响。锤锻模、压铸模、塑料模等型腔模具的拔模斜度对制件的脱模及模腔底部圆角处的应力状态也有直接地影响，设计模具时要给予考虑。3-5、模具工作条件对使用寿命的影响：模具的工作环境不同、工作条件不同，都将对模具的使用寿命造成一定的影响。成形件的材质、状态和温度成形件的材质有金属材料和非金属材料，根据其状态不同又有固体材料和流体材料之分；成形设备特性、成形过程中的润滑和冷却。3-7模具材料对使用寿命的影响：模具材料对模具使用寿命的影响主要体现在模具材料的类别、化学成分、组织结构、力学性能、冶金质量等因素的综合影响上，其中，模具材料的类别和硬度影响最为明显。材料的类别、出现早期断裂、冶金质量、热处理工艺：1）模具的热处理工艺是否得当，决定着模具热处理后的组织状态和性能。处理不当或工艺参数选择不正确，都可能造成模具的过早失效。2）因此应根据模具的具体工作条件和性能要求，正确选择热处理工艺参数，获得均匀的符合模具具体性能要求的组织结构，从而提高模具的使用寿命。3）要注意采用新的热处理工艺，充分挖掘现有材料的应用潜力，有助于提高模具的使用寿命。3-8模具热处理与表面强化对使用寿命的影响：采用最佳的热处理工艺和表面强化技术，保证热处理和表面强化质量是充分发挥模具材料潜力，提高模具使用寿命的关键。模具零件的表面强化可以改善模具材料的表面特性，获得硬度、耐磨性、韧性、抗疲劳强度等性能指标的良好配合，得到“外强内韧”的效果。表面处理方法很多，除常用的渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗钒等工艺以外，还有电火花强化、激光强化处理、化学气相沉积、物理气相沉积等工艺，可得到硬度极高，耐磨性、耐蚀性、抗粘合性好的效果，能提高模具寿命几倍到几十倍。3-9、模具制造工艺对使用寿命的影响模具加工包括模具的外形加工和工作型腔（面）加工两类。模具的外形加工比较简单，可在车床、铣床、刨床、磨床等机械设备上进行，由于模具外形中的各部位在模具工作时，不直接与工件或金属坯料相接触，受力较小，因而其加工质量对模具的使用寿命影响不大；而模具的工作型腔（面）的形状一般复杂，多数部位直接与坯料或工件相接触，承受高压、高温以及剧烈摩擦，对模具的使用寿命影响很大。1．模具零件的加工精度。2．模具型腔的表面粗糙度。3．模具工作部位硬度的均匀性。4．模具的装配精度。四）、模具材料的性能要求1、模具材料的力学性能要求：1、耐磨性2、韧性3、硬度与热硬性4、抗热疲劳性。对热作模具钢要考虑其抗冷热疲劳性能；对压铸模具应考虑其耐融熔金属的冲蚀性能；对于高温下工作的热作模具应考虑其在工作温度下的抗氧化性能；对于在腐蚀介质中工作的模具，应注意其抗腐蚀件能；对在高载荷下工作的模具应考虑其抗压强度、抗拉强度、抗弯强度、疲劳强度及断裂韧度等。4-2、模具材料的工艺性能：模具材料的工艺性能是影响模具成本的一个重要因素，改善模具的工艺性能，不仅可以使模具生产工艺简单、易于制造，而且可以有效地降低模具的制造费用。模具材料的工艺性能主要有以下几种：1、加工性能2、淬透性和淬硬性 3、氧化、脱碳敏感性四、模具的发展趋势近年来，模具增长十分迅速，高效率、自动化、大型、微型、精密、高寿命的模具在整个模具产量中所占的比重越来越大。从模具设计和制造角度来看，模具的发展趋势可分为以下几个方面：（1） 加深理论研究：在模具设计中，对工艺原理的研究越来越深入，模具设计已经有经验设计阶段逐渐向理论技术设计各方面发展，使得产品的产量和质量都得到很大的提高。（2） 高效率、自动化：大量采用各种高效率、自动化的模具结构。高速自动化的成型机械配合以先进的模具，对提高产品质量，提高生产率，降低成本起了很大的作用。（3）大型、超小型及高精度：由于产品应用的扩大，于是出现了各种大型、精密和高寿命的成型模具，为了满足这些要求，研制了各种高强度、高硬度、高耐磨性能且易加工、热处理变形小、导热性优异的制模材料。（4）革新模具制造工艺：在模具制造工艺上，为缩短模具的制造周期，减少钳工的工作量，在模具加工工艺上作了很大的改进，特别是异形型腔的加工，采用了各种先进的机床，这不仅大大提高了机械加工的比重，而且提高了加工精度。（5）标准化：开展标准化工作，不仅大大提高了生产模具的效率，而且改善了质量