塑料模具設計時材料選用及工藝設計的要點

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【摘要】生活中隨處可見塑料制品，塑料玩具、塑料購物袋、塑料辦公用品等等，可以說塑料已經遍布社會生活的方方面面。塑料的廣泛應用使得人們對產品的模具、專業設計師提出更高的要求。塑料材料的原材料是決定塑料產品質量的關鍵因素，比如產品壁厚，這是無法利用輔助設計軟件解決的問題，只能由通過技術把控來解決。本文將對塑料模具設計中常遇到的問題進行討論。

【關鍵詞】塑料；模具設計；工藝設計；材料選用

計算機在塑料工業的發展過程中發揮著重要作用。利用計算機技術可以較大程度的減少模具設計的時間，尤其是在應用了計算機輔助工程技術后(CAE)，彌補了以往塑料產品開發、模具設計、產品加工等環節中的不足。CAE技術在提高生產效率、節約成本、保證質量等方面發揮著突出作用。但是有一點不能否認，無論科技怎么發展都無法替代專業設計師多年的設計經驗。如何選擇塑料模具的制作材料是一項非常重要的工作，直接影響著塑料產品的設計成敗。

1塑料制品材料的選用對模具設計的影響

通常來講，再好的材料用不到正確的地方都不算是好材料。所以，設計人員在進行模具設計時必須先充分了解不同備選材料的性能，并對這些性能加以測試，分析各種不同因素對塑料產品的影響。本文以傳統的塑料性材料為研究對象對這些問題進行解釋說明。熱塑性材料是注射成型塑料制品最常用的材料，通常分為兩大類，一是無定型塑料、二是半結晶性塑料。這兩種材料最大的不同在于分子結構與受結晶化影響的性能。無定型熱塑性材料主要被應用于外殼，因為其不易彎曲塑性好;而半結晶性熱塑性材料因其硬度高，較常用于機械強度高的地方。1．1根據填料和增強材料進行選擇的研究熱塑性塑料的種類主要分為這幾類:未增強、玻璃纖維增強、礦物和玻璃體填充等。玻璃纖維增強就是用玻璃纖維來提高熱塑性材料的強度、硬度以及應用溫度;礦物和玻璃體填充的效果不如玻璃纖維好，它們主要用來降低塑料材料的翹曲程度。玻璃纖維會對塑料產品的收縮性和翹曲性造成影響，玻璃纖維增票材料制成的塑料材料一般不會發生尺寸改變的現象。流動方向決定了玻璃纖維的取向，如果取向不正確將會影響到部件的機械強度。為了證明這一點做了一個小試驗:在添加了30%玻璃纖維增強的熱塑性聚酯樹脂的注射成型片中分別縱向、橫向各自截取10個測試條，在拉力測試條件相同的條件下對兩種類型的測試條的機械性進行對比，對比結果表明縱向的拉伸強度比橫向高出32%，其中縱向是流動方向，而縱向的撓曲模量比橫向高43%、縱向的沖擊強度比橫向高53%。在對熱塑性材料添加某種能夠改變性質的添加劑時，需要認真查閱這些添加劑的作用和副作用，最好是仔細詢問原材料廠家的建議，從而選擇最合適的材料。1．2濕度對材料性能的影響有些熱塑性材料具有很強的吸濕性，尤其是PA6和PA66。吸濕性很可能會影響到材料的穩定性和機械程度，時間長了有可能發生形變。因此，在設計產品時應當充分考慮到這一性質會對產品造成的影響。制品的材料決定了模具材料，因此，在進行模具設計時應當對制品材料進行全面考慮，從而選擇最佳的制品材料。1．3塑料制品模具材料的選擇分析對不同類型的塑料制品進行分析后選擇最佳作為模具材料。國內的塑料產業中用處最廣且最適合用于熱縮性模具材料有下面幾種:滲碳型塑料模具鋼、非合金型塑料模具鋼、預硬型塑料模具鋼、耐腐蝕型塑料模具鋼、時效硬化型塑料模具鋼、整體淬硬型塑料模具鋼。制品材料的添加的填充劑種類、劑量等決定了其性質，這些性質決定了其用途。比如，硬型塑料模具鋼常用于制作一些結構復雜的中型精密度塑料制品;時效硬化型塑料模具鋼常用于制造一些工藝比較復雜、精密度較高、實用期限較常的塑料制品。當然這些選擇條件也不是絕對的，還需要由專業人員根據具體情況而定。

2壁厚及相關注意事項對產品性能的影響

工程類塑料零件在設計過程中需要考慮很多因素，其中比較重要的是塑料制品的壁厚。通常工程對塑料零件有著很高的要求，塑料制品的壁厚是否符合工程要求直接影響著工程的整體質量。塑料零件的壁厚影響著零件的生產周期、整體重量、零件的剛性、公差等。堅決不能使用生產不合要求的塑料零件，如有空隙、表面粗糙等。2．1塑料模具設計工藝中的基礎要求設計人員在模具設計之處就應當考慮到選用的材料不合格將會造成什么樣的后果。生產流程和壁厚比率會影響到模具空腔的填充程度。在注塑過程過，如果生產流程較常、壁較薄，那么聚合物必須具有很強的流動性，否則將會形成空腔影響模具的質量。為了進一步了注塑材料融化時的流動性，我能可以通過特殊的模具來進行測定。塑料模具的壁厚影響著其機械性能，從而影響著模具質量。在進行塑料零件生產時一定要使得注塑均勻。壁厚程度不一樣則產品的收縮性也不一樣，在加上產品的剛性不同，直接導致翹曲、尺寸偏差等問題的發生。為了保證模具的均勻程度，需要在壁厚處設置模心，主要目的是防止注塑過程產生空腔，并均衡內部壓力，從而降低產品因壓力作用產生形變的可能。一旦產品內部有空腔或者微孔，那么產品的橫截面變窄，從而能加了內應力，最終導致產品的機械性能降低。塑料制品的壁厚不一樣時對模腔的要求也會不一樣。模具的模腔和脫模斜度要和成品的分模或分模面保持一致，不然既會影響外觀又會造成尺寸不準。2．2熱塑性塑料設計中的指標分析熱塑性材料的延展性與彈性都比較好，而金屬材料雖然剛性高，但是延展性與彈性都遠遠不如熱塑性材料。設計人員的主觀意識會影響到熱塑性材料模具制品的生產投資，因此在保證產品性能、滿足生產要求的前提下降低生產成本是可行的。通常商業對產品的尺寸要求是在標準條件下的誤差不得超出0．25－0．3%的范圍，精確的模具能夠大大降低塑料制品的生產誤差，從而為生產商節約更多的成本。總結來說，想要節約成本必須要盡可能的提高模具的精確程度。

3結語

塑料制品生產以后還存在著諸多和性能有關的問題，要解決這些問題還需要設計人員的不斷努力。總而言之，能夠影響到生產制品的因素有很多，在模具設計時必須全面考慮這些影響因素，綜合利弊，最終選擇最優的設計方案和最佳的生產材料，只有這樣才能確保產品質量。

參考文獻:

［1］李海龍．注塑模具設計［J］．模具前沿，2005(12)．

［2］冉新成．塑料制品及模具設計學習領域課程整體設計研究［J］．職業教育研究，2012(01):111～113

作者:周向群 單位:深圳建溢寶電子有限公司