轿车的塑料零部件如线圈骨架、基座、保险丝盒、灯座、片式熔断器、中心配电盒、护套、推动架、簧片排组件及外罩等大都采用注射成型,由于这些塑料件本身具有较高的设计精度,使得对这些塑料件不能采用惯例的注射成型,而必需采用精密注射成型工艺技巧。为了保证轿车精密塑料件的性能、质量与可靠性,注射成型出质量较高、符合产品设计请求的塑料制品,必需对塑料材料、注塑设备与模具及注塑工艺不断进行改良。
1影响精密注塑的重要因素
判定精密注塑的根据是注塑制品的精度,即制品的尺寸公差、形位公差和表面粗糙度。要进行精密注塑必需有很多相干的条件,而更本质的是塑料材料、注塑模具、注塑工艺和注塑设备这四项基础因素。设计塑料制品时,应首先选定工程塑料材料,而能进行精密注塑的工程塑料又必需选用那些力学性能高、尺寸稳固、抗蠕变性能好、耐环境应力开裂的材料。其次应根据所选择的塑料材料、成品尺寸精度、件重、质量请求以及预想的模具结构选用实用的注塑机。在加工过程中,影响精密注塑制品的因素重要来自模具的精度、注塑压缩,以及制品的环境温度和湿度变更幅度等方面。
在精密注塑中,模具是用以取得符合质量请求的精密塑料制品的关键之一,精密注塑用的模具应切实符合制品尺寸、精度及外形的请求。但即使模具的精度、尺寸一致,其模塑的塑料制品之实际尺寸也会因压缩量差别而不一致。因此,有效地把持塑料制品的压缩率在精密注塑技巧中就显得十分重要。
模具设计得公平与否会直接影响塑料制品的压缩率,由于模具型腔尺寸是由塑料制品尺寸加上所估算的压缩率求得的,而压缩率则是由塑料生产厂家或工程塑料手册推荐的一个范畴内的数值,它不仅与模具的浇口情势、浇口地位与散布有关,而且与工程塑料的结晶取向性(各向异性)、塑料制品的外形、尺寸、到浇口的间隔及地位有关。影响塑料压缩率的重要有热压缩、相变压缩、取向压缩、压缩压缩与弹性回复等因素,而这些影响因素与精密注塑制品的成型条件或把持条件有关。因此,在设计模具时必需考虑这些影响因素与注塑条件的关系及其表观因素,如注塑压力与模腔压力及充模速度、注射熔体温度与模具温度、模具结构及浇口情势与散布,以及浇口截面积、制品壁厚、塑料材料中加强填料的含量、塑料材料的结晶度与取向性等因素的影响。上述因素的影响也因塑料材料不同、其它成型条件如温度、湿度、持续结晶化、成型后的内应力、注塑机的变更而不同。
由于注塑过程是把塑料从固态(粉料或粒料)向液态(熔体)又向固态(制品)转变的过程。从粒料到熔体,再由熔体到制品,中间要经过温度场、应力场、流场以及密度场等的作用,在这些场的共同作用下,不同的塑料(热固性或热塑性、结晶性或非结晶性、加强型或非加强型等)具有不同的聚合物结构形态和流变性能。凡是影响到上述"场"的因素必将会影响到塑料制品的物理力学性能、尺寸、外形、精度与外观质量。
这样,工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑料制品之间的内在接洽会通过塑料制品表现出来。分析明白这些内在的接洽,对公平地拟定注塑加工工艺、公平地设计并按图纸制作模具、乃至公平选择注塑加工设备都有重要意义。精密注塑与普通注塑在注塑压力和注射速率上也有差别,精密注塑常采用高压或超高压注射、高速注射以获得较小的成型压缩率。综合上述各种原因,设计精密注塑模具时除考虑一般模具的设计要素外,还须考虑以下几点:①采用适当的模具尺寸公差;②防止产天生型压缩率误差;③防止产生注塑变形;④防止产生脱模变形;⑤使模具制作误差降至更小;⑥防止模具精度的误差;⑦保持模具精度。
2防止产天生型压缩率误差
由于压缩率会因注塑压力而产生变更,因此,对于单型腔模具,型腔内的模腔压力应尽量一致;至于多型腔模具,型腔之间的模腔压力应相差很小。在单型腔多浇口或多型腔多浇口的情况下,必需以雷同的注塑压力注射,使型腔压力一致。为此,必需确保使浇口地位均衡。为了使型腔内的模腔压力一致,更好使浇口进口处的压力保持一致。浇口处压力的均衡与流道中的运动阻力有关。所以,在浇口压力达到均衡之前,应先使流通均衡。
由于熔体温度和模具温度对实际压缩率产生影响,因此在设计精密注塑模具型腔时,为了便于断定成型条件,必需留心型腔的排列。由于熔融塑料把热量带进模具,而模具的温度梯度散布一般是缭绕在型腔的四周,呈以主流道为中心的同心圆外形。
因此,流道均衡、型腔排列和以主流道为中心的同心圆状排列等设计措施,对减小各型腔之间的压缩率误差、扩大成型条件的答应范畴以及下降本钱都是必要的。精密注塑模具的型腔排列方法应满足流道均衡和以主流道为中心排列两方面的请求,且必需采用以主流道为对称线的型腔排列方法,否则会造成各型腔的压缩率差别。
由于模具温度对成型压缩率的影响很大,同时也直接影响注塑制品的力学性能,还会引起制品表面发花等各种成型缺点,因此必需使摸具保持在规定的温度范畴内,而且还要使模具温度不随时间变更而变更。多型腔模具的各型腔之间的温差也不得产生变更。为此,在模具设计中必需采用对模具加热或冷却的温度把持措施,且为了使模具各型腔间的温差尽量缩小,必需留心温控-冷却回路的设计。在型腔、型芯温控回路中,重要有串联冷却与并联冷却两种连接方法。
从热交换效率来看,冷却水的运动应呈紊流。但是在并联冷却回路中,成为分流的一条回路中的流量比在串联冷却回路中的流量小,这样可能会形成层流,而且实际进进每条回路中的流量也不必定雷同。由于进进各回路的冷却水温度雷同,各型腔的温度也应雷同,但实际上因各回路中的流量不同,且每条回路的冷却才能也不雷同,致使各模腔的温度也不可能一致。采用串联冷却回路的毛病是冷却水的运动阻力大,更前面的型腔进口处的冷却水温度同更后型腔进口处的冷却水温度有明显的差别。冷却水出进口的温差因流量的大小而变更。对于加工轿车塑料件的小型精密注塑模具而言,一般从下降模具本钱考虑,采用串联冷却回路较合适。假如所应用的模温调节把持仪(机)的性能能在2℃内把持冷却水的流量,则各型腔的温差更大也可保持在2℃范畴内。
模具型腔和型芯应有各自的冷却水回路系统。在冷却回路的设计上,由于从型腔和型芯上所摄取的热量不同,回路结构的热阻力也不一样,型腔与型芯进口处的水温会产生很大的温差。若采用同一系统,冷却回路设计也较艰苦。一般轿车塑料件用的小型注塑模具型芯都很小,采用冷却水系统有很大的艰苦。如有可能,可以采用被青铜材料制作型芯,对实心铍青铜型芯则可采用插进式冷却的方法。另外,在对注塑制品采用防止翘曲的对策时,也盼看型腔与型芯之间保持必定的温差。因此设汁型腔与型芯的冷却回路时应能分辨进行温度的调节和把持。
3模具精度的保持
为了保持在注塑压力、锁模力下的模具精度,设计模具结构时必需考虑对型腔零件进行磨削、研磨和抛光等加工的可行性。尽管型腔、型芯的加工已经达到高精度的请求,而且压缩率也同所预计的一样,但由于成型时的中心偏移,其所成型的制品内侧、外侧的相干尺寸都很难达到塑料零部件的设计请求。为了保持动、定模型腔在分型面上的尺寸精度,除了设置惯例模具所常用的导柱、导套定中心外,还必需加装锥形定位销或楔形块等定位副,以确保定位精度准确、可靠。
制作精密注塑模具的材料要选择力学性能高、热蠕变小的优质合金工具钢,制作型腔、浇道的模具材料要选择经过严格热处理的硬度高、耐磨性好、耐腐化性强、抗热变形的材料,同时还要考虑机械加工、电加工的难易性和经济性。为防止产生时效变更而转变模具的尺寸精度,必需在设计模具时规定下降模具材料热处理的残存奥氏体组织的回火处理或低温处理。
对精密注塑模具的易损零件,尤其是型腔、型芯等易损件,要在设计时考虑修理的可能性,以保持模具维修后仍具有较高精度。
4结语
精密注塑技巧是轿车塑料零部件的重要和关键生产技巧,而精密注塑模具的设计是这项生产技巧的重要部分,公平地设计精密注塑模具是获得精密制品的基础和必要条件。通过公平地断定模具的尺寸与公差、采用防止注塑制品产生压缩率误差、注塑变形、脱模变形、溢边等,以及确保模具精度等技巧措施,并采用准确的精密注塑工艺、实用的工程塑料材料和精密的注塑设备,使之达到更佳的匹配,对于提高轿车精密塑料件的质量、可靠性和性能,下降生产本钱,提高生产效率具有十分重要的意义。
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