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塑料模具制造技术的最新动向 模具制造业中一直被认为是理所当然的东西,在过去十年中已经经历了剧烈的变化。标准化的基础零配件已被应用了相当一段时间。过去几年中,标准化的单一精密零件已取代了手装式嵌件。这是模具制造商能够合理地生产模具、尽快地装配、和确保世界范围内都有替换零件供应的唯一方法。 这个转变是因为九十年代初经济气候的变化和竞争的全球化,甚至在模具业也是这样。除此以外,越来越多的顾客在世界范围内拥有生产网络,而模具的产出地和使用地之间的距离变得更大。甚至只有工业化的模具生产才能满足由这个转变产生的规格要求。 用于成型复杂件的微注塑模具的固定半模部分高标准的工程技术 不断地引入3D-CAD设计、CAD/CAM、加工中心才能实现模具的工业化生产。而且,高速铣削(HSC)和组合工件加工在模具制造领域已成为最新技术。这些新发展已经取代了类似仿形铣削和电火花加工,以及程度不大的线导电火花加工等传统工艺。通过HSC铣削获得的表面质量高,已经令多数费时的表面抛光在电火花加工后不再需要使用。高质量的金属去除生产工艺已经代替了模具嵌件的单独组装和对模,取而代之的是集中装配。 工业化生产的模具嵌件,以及单/多型腔模具的阴模具有统一性和精确度,促进了注道系统的均衡。热塑料用注塑模具的最新技术是热流道系统,而弹性体用注塑模具的最新技术是冷流道系统。 新型注塑工艺 模具制造业设计师和生产专家的想象力和能力也经受考验。他们不得不将过去十年在工艺工程中取得的为数众多的革新转化为成功的实践。可举出的例子有多料和多色注塑、含织物、薄膜或涂漆表面的注塑。但热流道注道系统或者气体注射方法也得到不断应用。 这些模具制造技术的发展也需要来自顾客(如注塑工厂)、最终使用者、材料和设备生产厂家的紧密合作。日益提高的模具复杂性(型腔数量、不同工艺的结合)也迫使模具制造趋于规范化。与10-15年前的情况相比,普通的模具制造商很难在今天的市场中具有竞争力。但是将产品理念转变化模具设计将会一直是模具制造业的主要任务。 微注塑工艺 微注塑模具一般轻于1克,但产品所含部件的总重量仅0.01克。这些微注塑件的几何形态同大型注塑件的一样都是多种多样的。 对于成型微型部件,有两套系统供选择。第一种是由合模装置、材料准备、注射装置、模具等组成的非标准注塑装置的组合部件。在这种情况下,模具配备了转板,从而可以从模具中取出完整的物件。 第二种被称为变温注塑。基本原理是在每个循环内,将模具加热至被加工塑料的熔化温,以促进填充模腔。一旦模腔被充满,它又冷却下来了。为缩短冷却时间,尽可能少的阴模嵌件经受温度循环。余下的模结构被一直保持在脱模温度中。阴模嵌件依靠电加热,它的截面积决定着加热的强度。
冷却模具嵌件相当具有挑战性。因为尺寸细微,很难得有空间来集中冷却腔道。它们的截面积很小,对任何冷却液体都有很高的流动阻力。所以空气是最理想的冷却介质。 塑料中常用透明原料的特性及注塑工艺 由于塑料具有重量轻、韧性好、成型 易。成本低等优点,回此在现代 业和日 用产品中,越来越多用塑料代替玻璃,特 别应用于光学仪器和包装工业方面,发展 尤为迅速。但是由于要求其透明性要好, 耐磨件要高,抗冲击韧件要好,回此对塑 料的成份,注塑整个过程的工艺,设备。 模具等,都要作出大量工作,以保证这些 用于代替玻璃的塑料(以下简称透明塑 料),表面质量良好,从而达到使用的要求。 目前 市场上一般使用的透明塑料有 聚甲基丙烯酸甲酯(即俗称亚加力或有机 玻璃,代号pmma)、聚碳酸酯(代号 pc)。聚对苯二甲酸乙二醇脂(代号 pet)、透明尼龙。as(丙烯睛一苯 乙烯共聚物)、聚砜(代号psf)等, 其中我们接触得最多的是pmma。pc 和pet三种塑料,由于编幅有限,下 面就以这三种塑料为例,讨论透明塑 料的特性和注塑工艺。 一、透明塑料的性能 透明塑料首先必须有高透明度, 其次要有一定的强度和耐磨性,能抗 冲击,耐热件要好,耐化学性要优, 吸水率要小,只有这样才能在使用中,能满足透明度的要求而长久不变,下面列出表 l,比较一下 pmma、pc和 pet的 性能。 材料\性能 密度(g/am2) 抗拉强度(mpa) 缺口冲击(j/m2) 透明度(%) 变形温度(℃) 允许含水量 收缩率 耐磨性 抗化学性pmma 1.18 75 1200 92 95 0.04 0.5 差 良 pc 1.20 66 1900 90 137 0.02 0.6 中 良 pet 1.37 165 1030 86 120 0.03 2 良 优 注:(1)因品种繁多,这只是取平均 值,实际不同品种数据有异。 (2)pet数据(机械方面)为经拉伸后的数据。 从表1数据可知pc是较理想的选择, 但主于其原料价贵和注塑工艺较难,所以 仍以选用pmma为主,(对一般要求的制 品),而ppt由于要经过拉伸才能得到好的机械性能,所以多在包装、容器中使用。 二、透明塑料注塑过程中应注意的共同问题 透明塑料由于透光率要高,必然要求 塑料制品表面质量要求严格,不能有任何 斑纹、气孔、泛白。雾晕、黑点、变色、 光泽不佳等缺陷,因而在整个注塑过程对 原料、设备。模具、甚至产品的设计,都 要十分注意和提出严格甚至特殊的要求。 其次由于透明塑料多为熔点高、流动 性差,因此为保证产品的表面质量,往往 要在机高温度、注射压力、注射速度等工 艺参数作细微调整,使注塑料时既能充满 模,又不会产生内应力而引起产品变形和 开裂。 下面就其在原料准备。对设备和模具 要求、注塑工艺和产品的原料处理几方 面,谈谈应注意的事项。 (一)原料的准备与干燥 由于在塑料中含有任何一点杂质,都 可能影响产品的透明度,因此和储存、运 输。加料过程中,必须注意密封,保证原 料干净。特别是原料中含有水分,加热后 会引起原料变质,所以一定要干燥,并在 注塑时,加料必须使用干燥料斗。还要注 意一点的是干燥过程中,输入的空气最好 应经过滤、除湿,以便保证不会污染原 料。其干燥工艺如表2,表2,透明塑料的干燥工艺: 材料\工艺 干燥温度(℃) 干燥时间(h) 料层厚度(mm) 备注pmma 70~80 2~4 30~40 pc 120~130 >6 <30 采用热风循环干燥pet 140~180 3~4 采用连续干燥加料装置为佳(二)机筒、螺杆及其附件的清洁 为防止原料污染和在螺杆及附件凹陷 处存有旧料或杂质,特别热稳定性差的树 脂存在,因此在使用前、停机后都应用螺 杆清洗剂清洗干净各件,使其不得粘有杂 质,当没有螺杆清洗剂时,可用pe、ps等 树脂清洗螺杆。 当临时停机时,为防止原料在高温下 停留时间长,引起解降,应将干燥机和机筒温度降低,如 pc、 pmma等机筒温度都 要降至 160℃以下。(料斗温度对于 pc应 降至100℃以下) 高速切削加工在模具制造中的应用 高速切削加工在模具制造中得到了广泛的应用。它能改善模具的尺寸、形状和表面粗糙度,减少甚至省去手工修磨,从而降低生产成本和缩短制造周期。 一、引言 高速切削加工是面向21世纪的一项高新技术,它是一种不同于传统加工的加工方式。与之相比,高速切削加工主轴转速高、切削进给速度高、切削量小,但单位时间内的材料切除量却增加3~6倍。它以高效率、高精度和高表面质量为基本特征,在汽车工业、航空航天、模具制造和仪器仪表等行业中获得了愈来愈广泛的应用,并已取得了重大的技术经济效益,是当代先进制造技术的重要组成部分。 用传统方式加工模具时,常采用电火花加工,但电极的设计与制造本身是一个费时费力的工艺过程。而采用高速切削加工后,由于狭小区域加工的实现和高质量的表面结果,让电极的使用率大大降低。另外,用高速铣来制造电极也可以使生产效率提高到一个新的档次。 绝大部分模具均可利用高速切削技术来加工,如锻模、压铸模、注塑与吹塑模等。锻模腔体较浅,刀具寿命较长;压铸模尺寸适中,生产率较高;注塑与吹塑模一般尺寸较小,比较经济。 二、高速切削加工模具相对传统加工模具的优势1. 提高生产率 高速切削中主轴转速和进给速度的提高,可提高材料去除率。同时,高速切削可加工淬硬零件,许多零件一次装夹可完成粗、半精和精加工等全部工序,对复杂型面加工也可直接达到零件表面质量要求,因此,高速切削工艺往往可省却电火花加工、手工磨修等工序,缩短工艺路线,进而大大提高加工生产率。 2. 改善加工精度和表面质量 高速机床必须具备高刚性和高精度等性能,同时由于切削力低,工件热变形减少,刀具变形小,高速切削的加工精度很高。切削深度较小,而进给速度较快,加工表面粗糙度很小,切削铝合金时可达Ra0.4~0.6,切削钢件时可达Ra0.2~0.4。 3. 减少切削产生的热量 因为高速切削加工是浅切削,同时进给速度很快,刀刃和工件的接触长度和接触时间非常短,减少了刀刃和工件的热传导,避免了传统加工时在刀具和工件接触处产生大量热的缺点,保证刀具在温度不高的条件下工作,延长了刀具的使用寿命。如图1所示,A为高速切削加工时的热传导过程,B为传统加工的热传导过程。
塑料模具制造技术的最新动向 模具制造业中一直被认为是理所当然的东西,在过去十年中已经经历了剧烈的变化。标准化的基础零配件已被应用了相当一段时间。过去几年中,标准化的单一精密零件已取代了手装式嵌件。这是模具制造商能够合理地生产模具、尽快地装配、和确保世界范围内都有替换零件供应的唯一方法。 这个转变是因为九十年代初经济气候的变化和竞争的全球化,甚至在模具业也是这样。除此以外,越来越多的顾客在世界范围内拥有生产网络,而模具的产出地和使用地之间的距离变得更大。甚至只有工业化的模具生产才能满足由这个转变产生的规格要求。 用于成型复杂件的微注塑模具的固定半模部分高标准的工程技术 不断地引入3D-CAD设计、CAD/CAM、加工中心才能实现模具的工业化生产。而且,高速铣削(HSC)和组合工件加工在模具制造领域已成为最新技术。这些新发展已经取代了类似仿形铣削和电火花加工,以及程度不大的线导电火花加工等传统工艺。通过HSC铣削获得的表面质量高,已经令多数费时的表面抛光在电火花加工后不再需要使用。高质量的金属去除生产工艺已经代替了模具嵌件的单独组装和对模,取而代之的是集中装配。 工业化生产的模具嵌件,以及单/多型腔模具的阴模具有统一性和精确度,促进了注道系统的均衡。热塑料用注塑模具的最新技术是热流道系统,而弹性体用注塑模具的最新技术是冷流道系统。 新型注塑工艺 模具制造业设计师和生产专家的想象力和能力也经受考验。他们不得不将过去十年在工艺工程中取得的为数众多的革新转化为成功的实践。可举出的例子有多料和多色注塑、含织物、薄膜或涂漆表面的注塑。但热流道注道系统或者气体注射方法也得到不断应用。 这些模具制造技术的发展也需要来自顾客(如注塑工厂)、最终使用者、材料和设备生产厂家的紧密合作。日益提高的模具复杂性(型腔数量、不同工艺的结合)也迫使模具制造趋于规范化。与10-15年前的情况相比,普通的模具制造商很难在今天的市场中具有竞争力。但是将产品理念转变化模具设计将会一直是模具制造业的主要任务。 微注塑工艺 微注塑模具一般轻于1克,但产品所含部件的总重量仅0.01克。这些微注塑件的几何形态同大型注塑件的一样都是多种多样的。 对于成型微型部件,有两套系统供选择。第一种是由合模装置、材料准备、注射装置、模具等组成的非标准注塑装置的组合部件。在这种情况下,模具配备了转板,从而可以从模具中取出完整的物件。