塑胶加工工艺课件.ppt
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- 塑胶 加工 工艺 课件
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1、塑胶加工工艺第一部分:模具第一部分:模具第二部分:注塑第二部分:注塑第一部分:模具第一部分:模具 一、模具成本一、模具成本 模具价格模具价格=材料费材料费+设计费设计费+加工费与利润加工费与利润+增值税增值税+试模费试模费+包装运输费包装运输费 各项比例通常为各项比例通常为:材料费材料费:材料及标准件占模具总费用的材料及标准件占模具总费用的15%-30%;加工费与利润加工费与利润:30%-50%;设计费设计费:模具总费用的模具总费用的10%-15%;试模试模:大中型模具可控制在大中型模具可控制在3%以内以内,小型精密模具控制在小型精密模具控制在5%以内以内;包装运输费包装运输费:可按实际计算或
2、按可按实际计算或按3%计计;增值税增值税:17%模具成本 模具成本的三个方面:材料费(模胚)、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。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,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材料和热处理问题占70%左右,可见材料左右,可见材料和热处理在模具工业中的地位。和热处理在模具工业中的地位。1.模具钢(模胚)模具钢(模胚)1.模具选材的主要依据模具选材的主要依据 模具的尺寸大小,形状的复杂程度;模具的尺寸大小,形状的复杂程度;模具被加工材料的特点、特性及生产批模具被加工材料的特点、特
3、性及生产批量;量;零件成形工艺及模具设计结构;零件成形工艺及模具设计结构;模具使用性能及寿命要求。模具使用性能及寿命要求。2.模具钢的分类模具钢的分类 对于模具材料的分类(按照美国金属学会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工具委员会)根据模具服役条件分为冷作模具钢(模具钢(12小类)、热作模具钢(小类)、热作模具钢(9小类)、小类)、塑料模具钢(塑料模具钢(2小类)三大类。国内基本按小类)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,并非专钢专材料。但这个并不是绝对的,并非专钢专用,而大
4、部分是用,而大部分是“一专多能一专多能”,有些钢可,有些钢可以制作多种类型的模具以制作多种类型的模具 热作模具钢热作模具钢 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。个基本特征。冷作模具钢冷作模具钢 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,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
5、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。要选择粉末高速钢、硬质合金等高档材料。塑料模具材料塑料模具材料 近几年来塑料模具发展非常迅速,用钢量达模具钢近几年来塑料模具发展非常迅速,用钢量达模具钢用量的用量的50%以上。主要用碳素结构钢制模,模具质
6、量不是太理想。鉴以上。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:家标准的塑料模具钢牌号有两种:3Cr2Mo,3Cr2MnNiMo,纳入行业纳入行业标准的有标准的有20多个多个,已在生产中推广应用的有已在生产中推广应用的有10多个多个,初步形成了我国的初步形成了我国的塑料模具钢体系。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,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。合金元
7、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。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
8、平内。2.热处理热处理 在加工模具时,应该根据模具制作过程、模具的在加工模具时,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,以提高模具的使具的强度、硬度和韧性等要求,以提高模具的使用寿命。用寿命。模具在金属切削加工过程中,为改善切削加工性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先热处理和最终
9、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。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组织均匀。模具钢的预先热处理一般采用退火处理。退火处理。最终热处理一般采用淬火和回火处理
10、。淬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、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。稳定组织和保证模具尺寸的目的。3.电火花(线切割)加工 电火花加工是利用电火花加工是利用浸在工作液中的两浸在工作液中的两极间脉冲放电时产极间脉冲放电时产生的电蚀作用蚀除生的电蚀作用蚀除导电材料的特种加导电材料的特种加工方法,又称放电工方法,又称放电加工或电蚀加工,加工或电蚀加工,英文简称英文简称EDM。进行电火花加工时,工具电极和工件分别进行电火花加工时,工具电极和工件分别接脉冲电源
11、的两极,并浸入工作液中,或接脉冲电源的两极,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,产生火花放加的脉冲电压将工作液击穿,产生火花放电。电。在放电的微细通道中瞬时集中大量的热能,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
12、化,并爆炸式地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。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,两电极间工作液恢痕迹,放电短暂停歇,两电极间工作液恢复绝缘状态。复绝缘状态。紧接着,下一个脉冲电压又紧接着,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,但因每秒个脉冲放电蚀除的金属量极少,但因每
13、秒有成千上万次脉冲放电作用,就能蚀除较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。多的金属,具有一定的生产率。4.薄壁注塑薄壁注塑 薄壁注塑对注塑机、模具、塑胶原材料均薄壁注塑对注塑机、模具、塑胶原材料均有要求。有要求。何谓薄壁?何谓薄壁?简单的看法,当壁厚小于简单的看法,当壁厚小于1mm时称为薄壁。时称为薄壁。更全面地,薄壁的定义与流程更全面地,薄壁的定义与流程/壁厚比、塑壁厚比、塑料的粘度及传热系数均有关系。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,除以成品的壁厚除以成品的壁厚t,称为流程,称为流程/壁厚比。当壁
14、厚比。当L/t150时,称之为薄壁。如流程的厚薄不一时,称之为薄壁。如流程的厚薄不一致,可分段计算。致,可分段计算。薄壁充填的本质薄壁充填的本质 模壁是冷的,在熔融充填模腔时,模壁会模壁是冷的,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。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。这个情况在壁厚越薄时越严重。1mm壁厚壁厚有有0.2mm厚的固化层,流动道通剩下厚的固化层,流动道通剩下0.6mm厚。厚。0.5mm壁厚有壁厚有0.2mm厚的固化厚的固化层,流动道通剩下层,流动道通剩下0.1mm厚。当充填未完厚。当充填未完成,流动通道因固化层过厚而消失的话,成
15、,流动通道因固化层过厚而消失的话,成品便填不满。成品便填不满。高速充填高速充填 薄壁注塑因此要求注塑机高速注射,在固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,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。通用注塑机的注射在脱模后成品便变形。通用注塑机的注射速度在速度在100mm/s左右,不能应付薄壁注塑。左右,不能应付薄壁注塑。加大油泵能将注射速度提高加大油泵能将注射速度提高25%。双泵注。双泵注射则提高射则提高70%。塑胶模结构 1.定模部分定模部分 2.动动模部分模部分 3.
16、頂出部分頂出部分 4.导导向部分向部分 5.冷却部分冷却部分 6.流道部分流道部分 7.支撑支撑部分部分顶出机构 开模时能使产品从动模上顺利而迅速地全部开模时能使产品从动模上顺利而迅速地全部顶出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 快速模具技术中的快速模具技术中的“快速快速”是指的是模具是指的是模具能比传统加工快得多地被制造出来。在最能比传统加工快得多地被制造出来。在最近几年中,快速
17、模具技术发展成为了能提近几年中,快速模具技术发展成为了能提供周期比传统技术快出供周期比传统技术快出40%的制模技术。的制模技术。第二部分:注塑第二部分:注塑 二二.注塑机注塑机 1.注塑成型机的工作原理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,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。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:注射成型是一
18、个循环的过程,每一周期主要包括:定量加料定量加料熔融塑化熔融塑化施压注射施压注射充模冷却充模冷却启启模取件。取出塑件后又再闭模,进行下一个循环。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。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,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腔内的平均压力一般在20
19、-45MPa 之间,之间,同时可能在制件内产生内应力而变形),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。置和合模装置是注塑机的关键部件。注塑机的五大系统注塑机的五大系统 1、射出系统、射出系统 2、控制系统、控制系统3、模具系统、模具系统 4、锁模系统、锁模系统5、油压系统、油压系统注塑系统: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、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典型的射出成形机
20、之动作循环和 各动作所占的时间比例各动作所占的时间比例1-1-充填(射出阶段)充填(射出阶段)2-2-保压与冷却保压与冷却3-3-开启模具开启模具4-4-顶出塑件顶出塑件5-5-关闭锁具关闭锁具4.注射压力选择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
21、高压压力油来实现。由于压力高,塑料从一开始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。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
22、压力高低来实现的。为了满足不同塑料要求有不同的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。量和精度。5.注射速度的选择注射速度的选择 一般注塑机控制板上都有快速一般注塑机控制板上都有快速慢速旋钮慢速旋钮用来满足注射
23、速度的要求。在液压系统中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路只提供小流量时,注塑机各种动作就缓慢进行。慢进行。6.合模控制合模控制 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。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
24、,各行程开关均给出信号,合模动作立即开始。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。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,则可以顺利合拢模过程中,如果模具之间没有任何障碍,则可以顺利合拢至
25、压上高压开关,转高压是为了伸直机铰从而完成合模动至压上高压开关,转高压是为了伸直机铰从而完成合模动作。这段距离极短,一般只有作。这段距离极短,一般只有0.3-1.0mm,刚转高压旋即,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。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。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,也是四根拉连杆的伸直过程是活动板和尾板撑开的过程,也是四根拉
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