塑膠模具的技術與知識
????????日常生活中所使用到的各種工具和產品無不與模具有著密切的關系。塑料模具的加工質量與精度也就決定著這些產品的質量。隨著塑料工業的飛速發展和通用與工程塑料在強度和精度等方面的不斷提高，工業產品和日用產品塑料化的趨勢不斷上升，一個設計合理的塑料件往往能代替多個傳統金屬件。
????????1、1、模具的一般定義：
????????在工業生產中，用各種壓力機和裝在壓力機上的專用工具，通過壓力把金屬或非金屬材料制出所需形狀的零件或制品，這種專用工具統稱為模具。
????????2、2、注塑過程說明：
????????模具是一種生產塑料制品的工具。它由幾組零件部分構成，這個組合內有成型模腔。注塑時，模具裝夾在注塑機上，熔融塑料被注入成型模腔內，并在腔內冷卻定型，然后上下模分開，經由頂出系統將制品從模腔頂出離開模具，最后模具再閉合進行下一次注塑，整個注塑過程是循環進行的。
????????模具的一般分類,可分為塑膠模具及非塑膠模具：
????????(1)非塑膠模具有：鑄造模、鍛造模、沖壓模、壓鑄模等。
????????A.鑄造模――水龍頭、生鐵平臺
????????B.鍛造模――汽車身
????????C.沖壓模――計算機面板
????????D.壓鑄模――超合金，汽缸體
????????(2)塑膠模具根據生產工藝和生產產品的不同又分為：
????????A.注射成型模――電視機外殼、鍵盤按鈕(應用最普遍)
????????B.吹氣模――飲料瓶
????????C.壓縮成型模――電木開關、科學瓷碗碟
????????D.轉移成型模――集成電路制品
????????E.擠壓成型模――膠水管、塑膠袋
????????F.熱成型模――透明成型包裝外殼
????????G.旋轉成型模――軟膠洋娃娃玩具
????????◆注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。該方法適用于全部熱塑性塑料和部分熱固性塑料，制得的塑料制品數量之大是其它成型方法望塵莫及的，作為注射成型加工的主要工具之一的，在質量精度、制造周期以及注射成型過程中的生產效率等方面水平高低，直接影響產品的質量、產量、成本及產品的更新，同時也決定著企業在市場競爭中的反應能力和速度。
????????◆注塑模具是由若干塊鋼板配合各種零件組成的，基本分為：
????????A.成型裝置(凹模，凸模)
????????B.定位裝置(導柱，導套)
????????C.固定裝置(工字板，碼模坑)
????????D.冷卻系統(運水孔)
????????E.恒溫系統(加熱管，發熱線)
????????F.流道系統(唧咀孔，流道槽，流道孔)
????????G.頂出系統(頂針，頂棍)
????????3、3、根據澆注系統型制的不同可將模具分為三類：
????????(1)大水口模具：流道及澆口在分模線上，與產品在開模時一起脫模，設計最簡單，容易加工，成本較低，所以較多人采用大水口系統作業。
????????(2)細水口模具：流道及澆口不在分模線上，一般直接在產品上，所以要設計多一組水口分模線，設計較為復雜，加工較困難，一般要視產品要求而選用細水口系統。
????????(3)熱流道模具：此類模具結構與細水口大體相同，其最大區別是流道處于一個或多個有恒溫的熱流道板及熱唧嘴里，無冷料脫模，流道及澆口直接在產品上，所以流道不需要脫模，此系統又稱為無水口系統，可節省原材料，適用于原材料較貴、制品要求較高的情況，設計及加工困難，模具成本較高。
????????熱流道系統，又稱熱澆道系統，主要由熱澆口套，熱澆道板，溫控電箱構成。我們常見的熱流道系統有單點熱澆口和多點熱澆口二種形式。單點熱澆口是用單一熱澆口套直接把熔融塑料射入型腔，它適用單一腔單一澆口的;多點熱澆口是通過熱澆道板把熔融料分枝到各分熱澆口套中再進入到型腔，它適用于單腔多點入料或多腔模具。
????????◆熱流道系統的優勢
????????(1)無水口料，不需要后加工，使整個成型過程完全自動化，節省工作時間，提高工作效率。
????????(2)壓力損耗小。熱澆道溫度與注塑機射嘴溫度相等，避免了原料在澆道內的表面冷凝現象，注射壓力損耗小。
????????(3)水口料重復使用會使塑料性能降解，而使用熱流道系統沒有水口料，可減少原材料的損耗，從而降低產品成本。在型腔中溫度及壓力均勻，塑件應力小，密度均勻，在較小的注射壓力下，較短的成型時間內，注塑出比一般的注塑系統更好的產品。對于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能顯示其優勢，而且能用較小機型生產出較大產品。
????????(4)熱噴嘴采用標準化、系列化設計，配有各種可供選擇的噴嘴頭，互換性好。獨特設計加工的電加熱圈，可達到加熱溫度均勻，使用壽命長。熱流道系統配備熱流道板、溫控器等，設計精巧，種類多樣，使用方便，質量穩定可靠。
????????◆熱流道系統應用的不足之處
????????(1)整體模具閉合高度加大，因加裝熱澆道板等，模具整體高度有所增加。
????????(2)熱輻射難以控制，熱澆道最大的毛病就是澆道的熱量損耗，是一個需要解決的重大課題。
????????(3)存在熱膨脹，熱脹冷縮是我們設計時要考慮的問題。
????????(4)成本增加，熱澆道系統標準配件價格較高，影響熱澆道模具的普及。
????????注塑缺陷解決方案
????????1 龜裂
????????龜裂是塑料制品較常見的一種缺陷，產生的主要原因是由于應力變形所致。主要有殘余應力、外部應力和外部環境所產生的應力變形。
????????(一)殘余應力引起的龜裂
????????殘余應力主要由于以下三種情況，即充填過剩、脫模推出和金屬鑲嵌件造成的。作為在充填過剩的情況下產生的龜裂，其解決方法主要可在以下幾方面入手：
????????(1)由于直澆口壓力損失最小，所以，如果龜裂最主要產生在直澆口附近，則可考慮改用多點分布點澆口、側澆口及柄形澆口方式。
????????(2)在保證樹脂不分解、不劣化的前提下，適當提高樹脂溫度可以降低熔融粘度，提高流動性，同時也可以降低注射壓力，以減小應力。
????????(3)一般情況下，模溫較低時容易產生應力，應適當提高溫度。但當注射速度較高時，即使模溫低一些，也可減低應力的產生。
????????(4)注射和保壓時間過長也會產生應力，將其適當縮短或進行Th次保壓切換效果較好。
????????(5)非結晶性樹脂，如AS樹脂、ABS樹脂、PMMA樹脂等較結晶性樹脂如聚乙烯、聚甲醛等容易產生殘余應力，應予以注意。
????????脫模推出時，由于脫模斜度小、模具型膠及凸模粗糙，使推出力過大，產生應力，有時甚至在推出桿周圍產生白化或破裂現象。只要仔細觀察龜裂產生的位置，即可確定原因。
????????在注射成型的同時嵌入金屬件時，最容易產生應力，而且容易在經過一段時間后才產生龜裂，危害極大。這主要是由于金屬和樹脂的熱膨脹系數相差懸殊產生應力，而且隨著時間的推移，應力超過逐漸劣化的樹脂材料的強度而產生裂紋。為預防由此產生的龜裂，作為經驗，壁厚7"與嵌入金屬件的外徑
????????通用型聚苯乙烯基本上不適于宜加鑲嵌件，而鑲嵌件對尼龍的影響最小。由于玻璃纖維增強樹脂材料的熱膨脹系數較小，比較適合嵌入件。
????????另外，成型前對金屬嵌件進行預熱，也具有較好的效果。
????????(二)外部應力引起的龜裂
????????這里的外部應力，主要是因設計不合理而造成應力集中，特別是在尖角處更需注意。由圖2-2可知，可取R/7"一0.5～0.7。
????????(三)外部環境引起的龜裂
????????化學藥品、吸潮引起的水降解，以及再生料的過多使用都會使物性劣化，產生龜裂。
????????2 充填不足
????????充填不足的主要原因有以下幾個方面：
????????i.樹脂容量不足。
????????ii.型腔內加壓不足。
????????iii.樹脂流動性不足。
????????iv.排氣效果不好。
????????作為改善措施，主要可以從以下幾個方面入手：
????????1)加長注射時間，防止由于成型周期過短，造成澆口固化前樹脂逆流而難于充滿型腔。
????????2)提高注射速度。
????????3)提高模具溫度。
????????4)提高樹脂溫度。
????????5)提高注射壓力。
????????6)擴大澆口尺寸。一般澆口的高度應等于制品壁厚的1/2～l/3。
????????7)澆口設置在制品壁厚最大處。
????????8)設置排氣槽(平均深度0.03mm、寬度3～smm)或排氣桿。對于較小工件更為重要。
????????9)在螺桿與注射噴嘴之間留有一定的(約smm)緩沖距離。
????????10)選用低粘度等級的材料。
????????11)加入潤滑劑。
????????3 皺招及麻面
????????產生這種缺陷的原因在本質上與充填不足相同，只是程度不同。因此，解決方法也與上述方法基本相同。特別是對流動性較差的樹脂(如聚甲醛、PMMA樹脂、聚碳酸酯及PP樹脂等)更需要注意適當增大澆口和適當的注射時間。
????????4 縮坑
????????縮坑的原因也與充填不足相同，原則上可通過過剩充填加以解決，但卻會有產生應力的危險，應在設計上注意壁厚均勻，應盡可能地減少加強肋、凸柱等地方的壁厚。
????????5 溢邊
????????對于溢邊的處理重點應主要放在模具的改善方面。而在成型條件上，則可在降低流動性方面著手。具體地可采用以下幾種方法：
????????1)降低注射壓力。
????????2)降低樹脂溫度。
????????3)選用高粘度等級的材料。
????????4)降低模具溫度。
????????5)研磨溢邊發生的模具面。
????????6)采用較硬的模具鋼材。
????????7)提高鎖模力。
????????8)調整準確模具的結合面等部位。
????????9)增加模具支撐柱，以增加剛性。
????????l0)根據不同材料確定不同排氣槽的尺寸。
????????6 熔接痕
????????熔接痕是由于來自不同方向的熔融樹脂前端部分被冷卻、在結合處未能完全融合而產生的。一般情況下，主要影響外觀，對涂裝、電鍍產生影響。嚴重時，對制品強度產生影響
????????(特別是在纖維增強樹脂時，尤為嚴重)。
????????可參考以下幾項予以改善：
????????1)調整成型條件，提高流動性。如，提高樹脂溫度、提高模具溫度、提高注射壓力及速度等。
????????2)增設排氣槽，在熔接痕的產生處設置推出桿也有利于排氣。
????????3)盡量減少脫模劑的使用。
????????4)設置工藝溢料并作為熔接痕的產生處，成型后再予以切斷去除。
????????5)若僅影響外觀，則可改變燒四位置，以改變熔接痕的位置。或者將熔接痕產生的部位處理為暗光澤面等，予以修飾。
????????7 燒傷
????????根據由機械、模具或成型條件等不同的原因引起的燒傷，采取的解決辦法也不同。
????????1)機械原因，例如，由于異常條件造成料筒過熱，使樹脂高溫分解、燒傷后注射到制品中，或者由于料簡內的噴嘴和螺桿的螺紋、止回閥等部位造成樹脂的滯流，分解變色后帶入制品，在制品中帶有黑褐色的燒傷痕。這時，應清理噴嘴、螺桿及料筒。
????????2)模具的原因，主要是因為排氣不良所致。這種燒傷一般發生在固定的地方，容易與第一種情況區別。這時應注意采取加排氣槽反排氣桿等措施。
????????3)在成型條件方面，背壓在300MPa以上時，會使料筒部分過熱，造成燒傷。螺桿轉速過高時，也會產生過熱，一般在40～90r/min范圍內為好。在沒設排氣槽或排氣槽較小時，注射速度過高會引起過熱氣體燒傷。
????????8 銀線
????????銀線主要是由于材料的吸濕性引起的。因此，一般應在比樹脂熱變形溫度低10～15C的條件下烘干。對要求較高的PMMA樹臘系列，需要在75t)左右的條件下烘干4～6h。特別是在使用自動烘干料斗時，需要根據成型周期(成型量)及干燥時間選用合理的容量，還應在注射開始前數小時先行開機烘料。
????????另外，料簡內材料滯流時間過長也會產生銀線。不同種類的材料混合時，例如聚苯乙烯。和ABS樹脂、AS樹脂，聚丙烯和聚苯乙烯等都不宜混合。
????????9 噴流紋
????????噴流紋是從澆口沿著流動方向，彎曲如蛇行一樣的痕跡。它是由于樹脂由澆口開始的注射速度過高所導致。因此，擴大燒四橫截面或調低注射速度都是可選擇的措施。另外，提高模具溫度，也能減緩與型腔表面接觸的樹脂的冷卻速率，這對防止在充填初期形成表面硬化皮，也具有良好的效果。
????????10 氣泡
????????根據氣泡的產生原因，解決的對策有以下幾個方面：
????????1)在制品壁厚較大時，其外表面冷卻速度比中心部的快，因此，隨著冷卻的進行，中心部的樹脂邊收縮邊向表面擴張，使中心部產生充填不足。這種情況被稱為真空氣泡。解決方法主要有：
????????a)根據壁厚，確定合理的澆口，澆道尺寸。一般澆口高度應為制品壁厚的50%～60%。
????????b)至澆口封合為止，留有一定的補充注射料。
????????c)注射時間應較澆口封合時間略長。
????????d)降低注射速度，提高注射壓力，
????????e)采用熔融粘度等級高的材料。
????????2)由于揮發性氣體的產生而造成的氣泡，解決的方法主要有：
????????a)充分進行預干燥。
????????b)降低樹脂溫度，避免產生分解氣體。
????????3)流動性差造成的氣泡，可通過提高樹脂及模具的溫度、提高注射速度予以解決。
????????11 白化
????????白化現象最主要發生在ABS樹脂制品的推出部分。脫模效果不佳是其主要原因。可采用降低注射壓力，加大脫模斜度，增加推桿的數量或面積，減小模具表面粗糙度值等方法改善，當然，噴脫模劑也是一種方法，但應注意不要對后續工序，如燙印、涂裝等產生不良影響。
????????12 翹曲變形
????????注射制品的翹曲、變形是很棘手的問題。主要應從方面著手解決，而成型條件的調整效果則是很有限的。翹曲、變形的原因及解決方法可參照以下各項：
????????1)由成型條件引起殘余應力造成變形時，可通過降低注射壓力、提高模具并使模具溫度均勻及提高樹脂溫度或采用退火方法予以消除應力。
????????2)脫模不良引起應力變形時，可通過增加推桿數量或面積、設置脫模斜度等方法加以解決。
????????3)由于冷卻方法不合適，使冷卻不均勻或冷卻時間不足時，可調整冷卻方法及延長冷卻時間等。例如，可盡可能地在貼近變形的地方設置冷卻回路。
????????4)對于成型收縮所引起的變形，就必須修正模具的設計了。其中，最重要的是應注意使制品壁厚一致。有時，在不得已的情況下，只好通過測量制品的變形，按相反的方向修整模具，加以校正。收縮率較大的樹脂，～般是結晶性樹脂(如聚甲醛、尼龍、聚丙烯、聚乙烯及PET樹脂等)比非結晶性樹脂(如PMMA樹脂、聚氯乙烯、聚苯乙烯、ABS樹脂及AS樹脂等)的變形大。另外，由于玻璃纖維增強樹脂具有纖維配向性，變形也大。
