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塑料模具讲座第1讲何谓成形收缩现象？种别：成形材料2012年07月20日在进行热可塑性塑料的注射成型加工时，可利用成形收缩现象获得具备所希望尺寸的成形件。成形收缩是指被填充至模具型腔内部的熔融树脂在冷却固化时，体积产生收缩的现象。这种收缩的程度被称为成形收缩率，如果能够凭借科学和经验正确掌握成形收缩率，就可以采用恰好可以弥补收缩尺寸的大一圈的型腔尺寸来进行制作，从而进行成形加工，获得所需尺寸的成形品。成形收缩率的值通常处于2／1000～20／1000左右（0.2～2％左右）的数值范围内。当以α（阿尔法）来表征成形收缩率时，可用下述【公式1】来进行定义。而且，成形收缩率受以下列出的因素的影响。1、成形材料的种类基本收缩率的范围根据塑料的材料种类而确定。但是，各材料厂商、各材料级别之间存在细微的差异。2、型腔表面温度收缩率受成形加工时的型腔表面温度左右。通常温度较高时，收缩率有变大的倾向。3、保压×保压时间收缩率受填充树脂后的保压压力大小与保压时间的乘积左右。通常保压压力高、保压时间长时，收缩率有变小的倾向。4、成形品的壁厚收缩率受成形品壁厚左右。壁厚较厚时，收缩有变大的倾向。5、浇口形状收缩率受浇口的形状、浇口尺寸左右。通常浇口的截面面积较大时，收缩有变小的倾向。采用侧浇口时的收缩率通常比点式浇口或斜浇口要小一些。6、成形材料内是否有添加物非强化材料和含玻璃纤维等的材料，其收缩率通常存在较大的差异。含玻璃纤维的材料的收缩率通常更小。在实际工作中应综合考虑上述情况，确定用于进行模具设计的成形收缩率。第2讲MISUMI产品介绍～螺旋隔水片种别：成本2012年07月20日对于今后的注塑成形模具来说，精确地、稳定地进行工件成形已属于最低标准，如何缩短成形周期将成为考量模具优劣的重要因素。通常，在成形周期的工序中占比重最大的是冷却工序。为了缩短冷却工序的时间，最重要的是在溶料填充完毕后，高效地吸收型腔表面的热量、迅速降低成形品的表面温度。虽然在模具中设有用于流通冷却水（或冷却油）的流道，但是单纯的采用冷却孔不能保证获得有效的冷却。为了使冷却介质（流体）更有效地发挥作用，有效的手段是增大冷却介质接触发热部分的时间与面积。常用的手段之一是使用隔水片。碰到隔水片的冷却介质的前端部分，沿隔水片流经冷却孔内，吸收、带走热量。充分应用了这一原理的产品就是螺旋隔水片WRCA、WRCT、WRCB系列。由于螺旋隔水片可使冷却介质（流体）在旋转螺旋流道的同时流经冷却孔内部，因此可提高与冷却孔内面的接触几率，能够更有效地冷却模具。此外，该产品的特点之一是便于进行组装、调整。由于采用尼龙树脂制作（含30%玻璃纤维），所以可根据冷却水孔的深度，在组装现场轻松切断成所需的长度。而且，在拆卸模具时，可以轻松拆下隔水片，还可方便地去除水垢。仅通过这一种手段很难完全实现缩短冷却周期的目的，应不断进行细微调整，实现逐步改善。作为其中的一种方法，请务必尝试使用螺旋隔水片。第3讲MuCellProcess美国的・最新注射成型技术种别：技术课题2012年07月20日2000年6月下旬于美国芝加哥举办了史无前例的名为NPE2000的塑料产品展示会，有众多新技术在此脱颖而出。其中以MuCellProcess技术最为引人注目。该技术是由马萨诸塞工科大学研发后，代由相关企业Trexel公司持有专利，并与8家注射成型机厂商签订了技术授权使用合同。该技术的特征是将超临界状态的氮气或二氧化碳（CO2）填入特殊的树脂混炼料筒中，与常规的注射成型工序一样，向模具内注射、填充，冷却后取出成形品。这种成形品与普通成型品的外观上没多大区别，但拿到手里，会发现明显的差异。因为这种特殊加工的成形品明显轻得多（20%左右）。探其理由切断成型品会发现：尽管表面呈固体状态，但产品内部含有无数的微细气泡，呈海绵状（蜂窝状）。正是由于表面固化但而内部含有微细气泡，与内外全部是固化的成形品相比，在重量上实现了轻量化的效果。同时，由于是微细发泡（泡直径50微米以下）的集合体，所以机械强度上也无太大的变化。下面我们来列举一下该技术的特点：1.成形产品更轻。2.由于材料的固化时间更短，缩短成形周期。3.相应的降低了螺旋送料杆的加热温度。达到了节能效果。4.降低了树脂粘度。因此能够以较低压力射料。5.可缩短保压时间。6.可有效的减少弯曲和变形。原理与气体辅助成形技术类似。7.表面外观与普通成形品无区别。8.可广泛使用PS、ABS、PP、PA6、PPS、含玻璃纤维树脂等材料。9.能够增加模具模腔数。如上所述，此项新技术包含了很多值得重视的技术内容，今后很可能应用于各种领域。如果想使用该技术，需要签订专利授权合同，目前需要通过注射成型机厂商与T公司签订许可协议。第4讲关于模具用钢的化学成分种别：模具材料2012年07月20日塑料成形模具所使用的钢材，一般为铁和碳的合金（也即所谓的碳素钢、合金钢）。针对比较有代表性钢种，不仅要了解它化学成分等方面的基础知识，还要考虑其热处理以及机械性能。下面介绍各钢种的化学成分。各化学成分的一般性影响如下所示。C（碳）比例增加时，硬度、拉伸强度升高。Si(硅)比例增加时，拉伸强度升高。Mn（锰）比例增加时，淬透性提高。P（磷）比例增加时，脆性增大。S（硫）比例增加时，高温下出现裂纹。Ni（镍）比例增加时，韧性增强。Cr（铬）比例增加时，淬透性提高，耐磨性也会得到提高。Mo（钼）比例增加时，耐磨性提高。W(钨)比例增加时，耐磨性提高。V(钒)比例增加时，耐磨性提高。◎但是，需要注意的是当只有各成分的比例保持平衡时，才能够更好的发挥合金的特性。第5讲电动式注射成形机的特征种别：技术课题2012年07月20日最近，以小型机为主的全电动式塑料注射成型机主正在急速的普及。这类机器在15年之前虽已开始了应用性研究，但由于近几年其功能性迅速的得到提高，成为其得到普及的重要原因。全电动式注射成型机的特征可分为以下几点：1.消耗电能比油压式成型机大幅减少。削减幅度可达40〜50％。也就是说能够减少每月的电费。2.由于使用伺服电机能够对注射装置进行有效的精确地控制，因此可实现成形条件的稳定化。3.能够实现低噪音成形加工。4.由于能够采用4个以上的独立电机进行开合模、注射、顶出、计量，能够并行进行成形工序，因此可缩短成形周期。5.油压机难以完成的对顶出量的精确控制、多级顶出方面，电动成型机均可完成。6.过去难以提高注射速度，但最近已达到了1000mm／s～2000mm／s的程度。7.由于不使用油液，所以成形环境清洁，利于食品容器、医疗相关制品的成形。8.目前，电动式成型机的价格仍比油压机要高。欧洲、美国、加拿大的全电动式注射成型机的普及率高于日本。所以对于，IT相关产业和汽车产业的注塑成型的新产品，电动注塑机优势被寄予更高的期待。伴随着注射成型机的发展，与之匹配的模具技术水平的提高也会逐渐得到重视。例如，高精密定位结构、排气槽结构、模具温度调节等方面都需要有所提高。在模具用标准零件领的领域，也将会开发出与之适用的新产品。第6讲主要塑料材料成形收缩率的标准−第一部分种别：成形材料2012年07月20日在塑料注射成型模具设计过程中，明确成形收缩率的重要性已做过说明。本讲将列举几个较有代表性的塑料材料，针对其成形收缩率进行说明。【表1】中，体现了几种主要热塑性塑料的成形收缩率、型腔表面温度、注射成型压力。更多详情，可向材料厂家索取材料的产品目录及技术资料进行参考。*未特别说明之处，均表示的是标准材料的数值。第7讲模具为什么会损坏？种别：型腔2012年07月27日模具在组装时，从外部不会被施加多大的外力，一旦安装于注塑成形机，进行成形加工时，则会承受各种外力。例如，锁紧模具的合模力就能达到数吨，数百吨乃至数千吨。首先模具要具备足以承受该锁紧应力的强度。其次，要将熔融树脂流经浇口流道，最后完全填充型腔内部，也必须要有很大的射料强度才能使其流入。究其原因，就是因为融化的塑料是粘性（粘度）很高的流体，为了使其顺畅流入，必须有相应的注射压力。该压力在浇口入口附近可达1000～2000kgf/cm2，即使在型腔内部也有200～600kgf/cm2。而且该压力通常维持不到1秒的时间，对型芯及型腔都会有相当大的冲击。此外，推杆在推板的作用下顶出成形品，如果推杆的动作不顺畅，也必须要承受很大的压力，如果推杆过细的话，还有可能压曲损坏。所以如果按顺序对模具零部件损坏过程进行回溯，会发现原因是互相关联。为避免模具损坏，在设计时就要以数值形式明确基本使用环境（注塑压力、模具结构、作用应力等），对模具的实际工作过程进行事前验证。这一点非常重要。如果基本的强度计算或结构上的缺陷被忽视的话，在模具完成后，可能会出现无法修复和调整的致命缺陷。更进一步，对模具零件进行机械加工或装配调整时，务必要明确其形状和表面的质量要求、配合精度来考虑如何加工。在进行机械加工时，仅仅按照图纸上标注的尺寸、精度、公差制作，也只是完成了最低要求，要想制作更优良的模具，必须要进一步理解模具部件的功能。为了设计、制作不会损坏的模具，必须平衡考虑其基本构思与加工装配，这是非常重要的一点。第8讲必备合模力的基础知识种别：成形技术2012年07月27日将注射成型模具安装于成形机、通过注射喷嘴将熔融树脂注入模具内部时，型腔内部会产生很高的填充压力。这个填充压力方向与合模力相反，所以必须有足够的合模力保证分型面不被瞬间撑开。可以想象，即使分型面仅仅有一道缝，成形品也会产生飞边。这种将模具锁紧的力被称为必备合模力。必备合模力的单位采用力学单位N（牛顿）或kgf或者tf。在设计全新模具时，需要通过计算来确定该模具适于多大必备合模力的注射成型机。如果将该必备合模力为100tf的模具安装于75tf的成形机上，成形品就会遍布飞边，甚至无法完全成型。如果安装于300tf的成形机，虽然也能够完成成形加工，但由于300tf成形机的使用成本比100tf的要高得多，会增加成型成本。模具的必备合模力可通过下述计算式求得。p值在300〜500kgf／cm2左右的范围内。根据树脂的种类及成形品的壁厚、型腔表面温度、成形条件的不同，p值也会发生变化。为了更加精确计算，推荐在型腔内设置压力传感器，来采集实测值的标准数据。A为型腔和流道在分型面上的投影面积的总和。相应地，当出模数量或流道排布发生变化时，A的数值也会发生变动。■计算示例计算PBT树脂含玻璃纤维30%、一次成形4件时的必备合模力。作为计算的前提条件，假设型腔内压力P＝300kgf／cm2。1个型腔的投影面积A1＝15.3cm2流道的投影面积A2＝5.5cm2F＝p×A／1000＝300×（15.3×4＋5.5）／1000＝20.01（tf）由以上可知，需要20t左右的必备合模力。考虑一定余量，最佳选择是25～30tf级的成形机。第9讲关于树脂的流动比（L/t）种别：成形技术2012年07月27日要将树脂充填至型腔内，必须向注射筒内加压方可压入。树脂经加热后处于熔融状态，虽然变成了有粘性(粘度)的流体。但其在流经浇口、流道到达型腔的过程中，其热量会被模具表面吸收，导致粘性降低。当粘性低于一定限度时，前端部分会因冷却而发生固化，而无法继续流动。那么多长距离内，前端部分不会发生冷却固化、能够维持流动呢？只要掌握这一信息，就能够在设计模具时对浇口的数量和布置、流道的布置等进行考虑。其参考指标就是流动比（L/t）。流动比是指在对某种特定的树脂加压、使其流入一定厚度的型腔内时，流动前端能够到达的距离的实验性指标。通常采用以下形式进行描述：以900kgf／cm2的注射压力，将POM树脂射入板厚1mm的型腔时，流动比（L／t）为450～530mm流动比通常具有下述倾向：（1）注射压力越高，流动比值越大。（2）型腔越薄，流动比值越小。（3）型腔表面温度越高，流动比值越大。（4）成形机和模具的状态不同，流动比值会有一定的波动范围。（5）局部薄壁部分的流动状态无法作为预测对象。主要树脂的流动比如下所示。第10讲成形品中孔的制作方法种别：型腔2012年07月27日本讲