塑胶加工工艺

塑胶加工工艺第一部分：模具第二部分：注塑第一部分：模具•一、模具成本•模具价格=材料费+设计费+加工费与利润+增值税+试模费+包装运输费•各项比例通常为:•材料费:材料及标准件占模具总费用的15%-30%;•加工费与利润:30%-50%;•设计费:模具总费用的10%-15%;•试模:大中型模具可控制在3%以内,小型精密模具控制在5%以内;•包装运输费:可按实际计算或按3%计;•增值税:17%模具成本•模具成本的三个方面：材料费（模胚）、加工费（线切割、电火花加工）、热处理。•据统计分析，在模具失效的诸多因素中，材料和热处理问题占70%左右，可见材料和热处理在模具工业中的地位。1.模具钢（模胚）•1.模具选材的主要依据•①模具的尺寸大小，形状的复杂程度；•②模具被加工材料的特点、特性及生产批量；•③零件成形工艺及模具设计结构；•④模具使用性能及寿命要求。•2.模具钢的分类•对于模具材料的分类（按照美国金属学会工具委员会）根据模具服役条件分为冷作模具钢（12小类）、热作模具钢（9小类）、塑料模具钢（2小类）三大类。国内基本按照此分类，也有增加一个分类为玻璃模具材料。但这个并不是绝对的，并非专钢专用，而大部分是“一专多能”，有些钢可以制作多种类型的模具•①热作模具钢热作模具钢必须具备耐磨性、韧性、硬度和红硬性几个基本特征。•②冷作模具钢目前我国常用的冷作模具钢大致分为四类：碳素工具钢、合金工具钢、高速钢、硬质合金。尺寸小、形状简单、轻负荷的冷作模具通常用碳素工具钢制作，模具寿命不高；尺寸大，形状复杂，轻负荷的冷作模具一般用低合金工具钢；尺寸大、形状复杂、重负荷的冷作模具需采用中合金或高合金工具钢；受冲击负荷且模刃单薄的冷作模具一般选用高韧性模具钢；尺寸精度要求高、寿命长的模具则要选择粉末高速钢、硬质合金等高档材料。•③塑料模具材料近几年来塑料模具发展非常迅速，用钢量达模具钢用量的50%以上。主要用碳素结构钢制模，模具质量不是太理想。鉴于此，国内对塑料模具钢进行了研制，并取得了一定进展，已纳入国家标准的塑料模具钢牌号有两种：3Cr2Mo,3Cr2MnNiMo,纳入行业标准的有20多个,已在生产中推广应用的有10多个,初步形成了我国的塑料模具钢体系。什么是冷作模具钢和热作模具钢•冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性为主。•热作模具钢对硬度要求适当，侧重于红硬性，耐磨性。因此含碳量低，合金元素以增加淬透性，提高耐磨性、红硬性为主。•红硬性是指材料在经过一定温度下保持一定时间后所能保持其硬度的能力。如刀具材料中的高速钢，应在600摄氏度下保持60分钟后空冷，连续地重复进行4次后去表面氧化层，然后得出的硬度。•有些人把红硬性和热硬性混为一谈。热硬性应该理解为在高温下保持其硬度的能力，即其检测应该在高温下进行。这要求硬度标准块和硬度计都能在高温下正常地工作，其误差也可以控制在可接受的水平内。2.热处理•在加工模具时，应该根据模具制作过程、模具的材料和模具的使用性能及图样技术要求，通过选择不同的预先热处理及最终热处理工艺来满足模具的强度、硬度和韧性等要求，以提高模具的使用寿命。•模具在金属切削加工过程中，为改善切削加工性能及获得最终的综合力学性能，一般都要经过预先热处理和最终热处理。金属切削加工前的热处理称为第一热处理或预备热处理。金属切削加工后，为达到模具的使用性能要求，需要进行热处理，称为最终热处理或第二热处理。•预先热处理的作用：改变毛坯或原材料的硬度以改善切削加工性能；消除毛坯或金属切削加工中的应力；改善内部组织，使组织均匀。模具钢的预先热处理一般采用退火处理。•最终热处理一般采用淬火和回火处理。淬火的目的是提高模具材料硬度、强度和耐磨性。回火是为了消除应力，提高韧性、稳定组织和保证模具尺寸的目的。3.电火花（线切割）加工•电火花加工是利用浸在工作液中的两极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加工方法，又称放电加工或电蚀加工，英文简称EDM。•进行电火花加工时，工具电极和工件分别接脉冲电源的两极，并浸入工作液中，或将工作液充入放电间隙。通过间隙自动控制系统控制工具电极向工件进给，当两电极间的间隙达到一定距离时，两电极上施加的脉冲电压将工作液击穿，产生火花放电。•在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能，温度可高达一万摄氏度以上，压力也有急剧变化，从而使这一点工作表面局部微量的金属材料立刻熔化、气化，并爆炸式地飞溅到工作液中，迅速冷凝，形成固体的金属微粒，被工作液带走。•这时在工件表面上便留下一个微小的凹坑痕迹，放电短暂停歇，两电极间工作液恢复绝缘状态。紧接着，下一个脉冲电压又在两电极相对接近的另一点处击穿，产生火花放电，重复上述过程。这样，虽然每个脉冲放电蚀除的金属量极少，但因每秒有成千上万次脉冲放电作用，就能蚀除较多的金属，具有一定的生产率。4.薄壁注塑•薄壁注塑对注塑机、模具、塑胶原材料均有要求。•何谓薄壁？•简单的看法，当壁厚小于1mm时称为薄壁。更全面地，薄壁的定义与流程/壁厚比、塑料的粘度及传热系数均有关系。•从模具的主流道到成品最远一点的流程L，除以成品的壁厚t，称为流程/壁厚比。当L/t＞150时，称之为薄壁。如流程的厚薄不一致，可分段计算。•薄壁充填的本质•模壁是冷的，在熔融充填模腔时，模壁会成立固化层，因而降低可流动通道的厚度。这个情况在壁厚越薄时越严重。1mm壁厚有0.2mm厚的固化层，流动道通剩下0.6mm厚。0.5mm壁厚有0.2mm厚的固化层，流动道通剩下0.1mm厚。当充填未完成，流动通道因固化层过厚而消失的话，成品便填不满。•高速充填•薄壁注塑因此要求注塑机高速注射，在固化层不太厚时填满模腔。这不但增加了所需锁模力，高的内应力因此在成品里形成，在脱模后成品便变形。通用注塑机的注射速度在100mm/s左右，不能应付薄壁注塑。加大油泵能将注射速度提高25%。双泵注射则提高70%。塑胶模结构•1.定模部分•2.动模部分•3.頂出部分•4.导向部分•5.冷却部分•6.流道部分•7.支撑部分顶出机构•开模时能使产品从动模上顺利而迅速地全部顶出塑胶模具的排气•4.1气体的来源a.进料系统和型腔中存在的空气b.塑胶原材料中所含的水分蒸发c.塑胶分解产生的气体d.塑胶中某些添加剂分解或化学反应产生的气体分型面排气成型芯排气中心顶杆排气顶针排气侧型芯排气•5.快速模具技术•快速模具技术中的“快速”是指的是模具能比传统加工快得多地被制造出来。在最近几年中，快速模具技术发展成为了能提供周期比传统技术快出40%的制模技术。第二部分：注塑•二.注塑机•1.注塑成型机的工作原理•注塑机的工作原理与打针用的注射器相似，它是借助螺杆（或柱塞）的推力，将已塑化好的熔融状态（即粘流态）的塑料注射入闭合好的模腔内，经固化定型后取得制品的工艺过程。•注射成型是一个循环的过程，每一周期主要包括：定量加料—熔融塑化—施压注射—充模冷却—启模取件。取出塑件后又再闭模，进行下一个循环。•2.注射成型的基本要求是塑化、注射和成型。塑化是实现和保证成型制品质量的前提，而为满足成型的要求，注射必须保证有足够的压力和速度。同时，由于注射压力很高，相应地在模腔中产生很高的压力（模腔内的平均压力一般在20-45MPa之间，同时可能在制件内产生内应力而变形），因此必须有足够大的合模力。可见注射装置和合模装置是注塑机的关键部件。注塑机的五大系统•1、射出系统2、控制系统3、模具系统•4、锁模系统5、油压系统注塑系统：注：热塑性塑料的单螺杆射出成形机之塑化螺杆、料筒、电热片、固定模板及移动模板。典型的射出成形机之动作循环和各动作所占的时间比例1--充填（射出阶段）2--保压与冷却3--开启模具4--顶出塑件5--关闭锁具•4.注射压力选择•注塑机的注射压力由调压阀进行调节，在调定压力的情况下，通过高压和低压油路的通断，控制前后期注射压力的高低。普通中型以上的注塑机设置有三种压力选择，即高压、低压和先高压后低压。高压注射是由注射油缸通入高压压力油来实现。由于压力高，塑料从一开始就在高压、高速状态下进入模腔。高压注射时塑料入模迅速，注射油缸压力表读数上升很快。低压注射是由注射油缸通入低压压力油来实现的，注射过程压力表读数上升缓慢，塑料在低压、低速下进入模腔。先高压后低压是根据塑料种类和模具的实际要求从时间上来控制通入油缸的压力油的压力高低来实现的。为了满足不同塑料要求有不同的注射压力，也可以采用更换不同直径的螺杆或柱塞的方法，这样既满足了注射压力，又充分发挥了机器的生产能力。在大型注塑机中往往具有多段注射压力和多级注射速度控制功能，这样更能保证制品的质量和精度。•5.注射速度的选择•一般注塑机控制板上都有快速—慢速旋钮用来满足注射速度的要求。在液压系统中设有一个大流量油泵和一个小流量泵同时运行供油。当油路接通大流量时，注塑机实现快速开合模、快速注射等，当液压油路只提供小流量时，注塑机各种动作就缓慢进行。•6.合模控制•合模是以巨大的机械推力将模具合紧，以抵挡注塑过程熔融塑料的高压注射及填充模具而令模具发生的巨大张开力。关妥安全门，各行程开关均给出信号，合模动作立即开始。首先是动模板以慢速启动，前进一小短距离以后，原来压住慢速开关的控制杆压块脱离，活动板转以快速向前推进。在前进至靠近合模终点时，控制杆的另一端压杆又压上慢速开关，此时活动板又转以慢速且以低压前进。在低压合模过程中，如果模具之间没有任何障碍，则可以顺利合拢至压上高压开关，转高压是为了伸直机铰从而完成合模动作。这段距离极短，一般只有0.3-1.0mm，刚转高压旋即就触及合模终止限位开关，这时动作停止，合模过程结束。•注塑机的合模结构有全液压式和机械连杆式。不管是那一种结构形式，最后都是由连杆完全伸直来实施合模力的。连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程，也是四根拉杆受力被拉伸的过程。•合模力的大小，可以从合紧模的瞬间油压表升起之最高值得知，合模力大则油压表的最高值便高，反之则低。较小型的注塑机是不带合模油压表的，这时要根据连杆的伸直情况来判断模具是否真的合紧。如果某台注塑机合模时连杆很轻松地伸直，或“差一点点”未能伸直，或几副连杆中有一副未完全伸直，注塑时就会出现胀模，制件就会出现飞边或其它毛病。•7.注射速度的程序控制•注射速度的程序控制是将螺杆的注射行程分为3-4个阶段,在每个阶段中分别使用各自适当的注射速度。例如：在熔融塑料刚开始通过浇口时减慢注射速度，在充模过程中采用高速注射，在充模结束时减慢速度。采用这样的方法，可以防止溢料，消除流痕和减少制品的残余应力等。•低速充模时流速平稳，制品尺寸比较稳定，波动较小，制品内应力低，制品内外各向应力趋于一致（例如将某聚碳酸脂制件浸入四氯化碳中，用高速注射成型的制件有开裂倾向，低速的不开裂）。在较为缓慢的充模条件下，料流的温差，特别是浇口前后料的温差大，有助于避免缩孔和凹陷的发生。但由于充模时间延续较长容易使制件出现分层和结合不良的熔接痕，不但影响外观，而且使机械强度大大降低。•高速注射时，料流速度快，当高速充模顺利时，熔料很快充满型腔，料温下降得少，黏度下降得也少，可以采用较低的注射压力，是一种热料充模态势。高速充模能改进制件的光泽度和平滑度，消除了接缝线现象及分层现象，收缩凹陷小，颜色均匀一致，对制件较大部分能保证丰满。但容易产生制品发胖起泡或制件发黄，甚至烧伤变焦，或造成脱模困难，或出现充模不均的现象。对于高黏度塑料有可能导致熔体破裂，使制件表面产生云雾斑。•下列情况可以考虑采用高速高压注射：（1）塑料黏度高，冷却速度快，长流程制件采用低压慢速不能完全充满型腔各个角落的；（2）壁厚太薄的制件，熔料到达薄壁处易冷凝而滞留，必须采用一次高速注射，使熔料能量大量消耗以前立即进入型腔的；（3）用玻璃纤维增强的塑料，或含有较大量填充材料的塑料，因流动性差，为了得到表面光滑而均匀的制件，必须采用高速高压注射的。对高级精密制品、厚壁制件、壁厚变化大的和具有较厚突缘和筋的制件，最好采用多级注射，如二级、、、四级甚至五级。•8.注