塑料模具设计时材料选用及工艺设计的要点

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【摘要】生活中随处可见塑料制品，塑料玩具、塑料购物袋、塑料办公用品等等，可以说塑料已经遍布社会生活的方方面面。塑料的广泛应用使得人们对产品的模具、专业设计师提出更高的要求。塑料材料的原材料是决定塑料产品质量的关键因素，比如产品壁厚，这是无法利用辅助设计软件解决的问题，只能由通过技术把控来解决。本文将对塑料模具设计中常遇到的问题进行讨论。

【关键词】塑料；模具设计；工艺设计；材料选用

计算机在塑料工业的发展过程中发挥着重要作用。利用计算机技术可以较大程度的减少模具设计的时间，尤其是在应用了计算机辅助工程技术后(CAE)，弥补了以往塑料产品开发、模具设计、产品加工等环节中的不足。CAE技术在提高生产效率、节约成本、保证质量等方面发挥着突出作用。但是有一点不能否认，无论科技怎么发展都无法替代专业设计师多年的设计经验。如何选择塑料模具的制作材料是一项非常重要的工作，直接影响着塑料产品的设计成败。

1塑料制品材料的选用对模具设计的影响

通常来讲，再好的材料用不到正确的地方都不算是好材料。所以，设计人员在进行模具设计时必须先充分了解不同备选材料的性能，并对这些性能加以测试，分析各种不同因素对塑料产品的影响。本文以传统的塑料性材料为研究对象对这些问题进行解释说明。热塑性材料是注射成型塑料制品最常用的材料，通常分为两大类，一是无定型塑料、二是半结晶性塑料。这两种材料最大的不同在于分子结构与受结晶化影响的性能。无定型热塑性材料主要被应用于外壳，因为其不易弯曲塑性好;而半结晶性热塑性材料因其硬度高，较常用于机械强度高的地方。1．1根据填料和增强材料进行选择的研究热塑性塑料的种类主要分为这几类:未增强、玻璃纤维增强、矿物和玻璃体填充等。玻璃纤维增强就是用玻璃纤维来提高热塑性材料的强度、硬度以及应用温度;矿物和玻璃体填充的效果不如玻璃纤维好，它们主要用来降低塑料材料的翘曲程度。玻璃纤维会对塑料产品的收缩性和翘曲性造成影响，玻璃纤维增票材料制成的塑料材料一般不会发生尺寸改变的现象。流动方向决定了玻璃纤维的取向，如果取向不正确将会影响到部件的机械强度。为了证明这一点做了一个小试验:在添加了30%玻璃纤维增强的热塑性聚酯树脂的注射成型片中分别纵向、横向各自截取10个测试条，在拉力测试条件相同的条件下对两种类型的测试条的机械性进行对比，对比结果表明纵向的拉伸强度比横向高出32%，其中纵向是流动方向，而纵向的挠曲模量比横向高43%、纵向的冲击强度比横向高53%。在对热塑性材料添加某种能够改变性质的添加剂时，需要认真查阅这些添加剂的作用和副作用，最好是仔细询问原材料厂家的建议，从而选择最合适的材料。1．2湿度对材料性能的影响有些热塑性材料具有很强的吸湿性，尤其是PA6和PA66。吸湿性很可能会影响到材料的稳定性和机械程度，时间长了有可能发生形变。因此，在设计产品时应当充分考虑到这一性质会对产品造成的影响。制品的材料决定了模具材料，因此，在进行模具设计时应当对制品材料进行全面考虑，从而选择最佳的制品材料。1．3塑料制品模具材料的选择分析对不同类型的塑料制品进行分析后选择最佳作为模具材料。国内的塑料产业中用处最广且最适合用于热缩性模具材料有下面几种:渗碳型塑料模具钢、非合金型塑料模具钢、预硬型塑料模具钢、耐腐蚀型塑料模具钢、时效硬化型塑料模具钢、整体淬硬型塑料模具钢。制品材料的添加的填充剂种类、剂量等决定了其性质，这些性质决定了其用途。比如，硬型塑料模具钢常用于制作一些结构复杂的中型精密度塑料制品;时效硬化型塑料模具钢常用于制造一些工艺比较复杂、精密度较高、实用期限较常的塑料制品。当然这些选择条件也不是绝对的，还需要由专业人员根据具体情况而定。

2壁厚及相关注意事项对产品性能的影响

工程类塑料零件在设计过程中需要考虑很多因素，其中比较重要的是塑料制品的壁厚。通常工程对塑料零件有着很高的要求，塑料制品的壁厚是否符合工程要求直接影响着工程的整体质量。塑料零件的壁厚影响着零件的生产周期、整体重量、零件的刚性、公差等。坚决不能使用生产不合要求的塑料零件，如有空隙、表面粗糙等。2．1塑料模具设计工艺中的基础要求设计人员在模具设计之处就应当考虑到选用的材料不合格将会造成什么样的后果。生产流程和壁厚比率会影响到模具空腔的填充程度。在注塑过程过，如果生产流程较常、壁较薄，那么聚合物必须具有很强的流动性，否则将会形成空腔影响模具的质量。为了进一步了注塑材料融化时的流动性，我能可以通过特殊的模具来进行测定。塑料模具的壁厚影响着其机械性能，从而影响着模具质量。在进行塑料零件生产时一定要使得注塑均匀。壁厚程度不一样则产品的收缩性也不一样，在加上产品的刚性不同，直接导致翘曲、尺寸偏差等问题的发生。为了保证模具的均匀程度，需要在壁厚处设置模心，主要目的是防止注塑过程产生空腔，并均衡内部压力，从而降低产品因压力作用产生形变的可能。一旦产品内部有空腔或者微孔，那么产品的横截面变窄，从而能加了内应力，最终导致产品的机械性能降低。塑料制品的壁厚不一样时对模腔的要求也会不一样。模具的模腔和脱模斜度要和成品的分模或分模面保持一致，不然既会影响外观又会造成尺寸不准。2．2热塑性塑料设计中的指标分析热塑性材料的延展性与弹性都比较好，而金属材料虽然刚性高，但是延展性与弹性都远远不如热塑性材料。设计人员的主观意识会影响到热塑性材料模具制品的生产投资，因此在保证产品性能、满足生产要求的前提下降低生产成本是可行的。通常商业对产品的尺寸要求是在标准条件下的误差不得超出0．25－0．3%的范围，精确的模具能够大大降低塑料制品的生产误差，从而为生产商节约更多的成本。总结来说，想要节约成本必须要尽可能的提高模具的精确程度。

3结语

塑料制品生产以后还存在着诸多和性能有关的问题，要解决这些问题还需要设计人员的不断努力。总而言之，能够影响到生产制品的因素有很多，在模具设计时必须全面考虑这些影响因素，综合利弊，最终选择最优的设计方案和最佳的生产材料，只有这样才能确保产品质量。

参考文献:

［1］李海龙．注塑模具设计［J］．模具前沿，2005(12)．

［2］冉新成．塑料制品及模具设计学习领域课程整体设计研究［J］．职业教育研究，2012(01):111～113

作者:周向群 单位:深圳建溢宝电子有限公司