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1、塑 料 注 射 模 技 术 耐 斯 飘 怠 。飞 模：07 6好9-22帮7 08手24 0 Ht t p：www n i c e m a c h i n e n e t E-m a i l：n i c e n ic e ma c h i n e-n e t 汽车精 密塑 件成 型分析 与模 具设计 江苏南通友星机 电工业有限公司(江苏南通2 2 6 0 0 8)贲可萍孟玉喜【摘要】通过江铃全顺车用 中央熔断器盒的分析，对汽车精 密塑件成型模具的设计思路进行 详 细的介 绍，提 出 了精 密塑件 成型 时 的注射成 型分析 和精 密模具 的设计 要 点。关键 词：精 密 注射；塑料材 料；注射
2、 工 艺；注射设备；精 密模具 M o l d De s i g n a nd M o l d i ng Ana l y s i s o f t he Pr e c i s e Pl a s t i c Pa r t f o r Aut o m o b i l e 【A b s t r a c t】D e s i g n i d e a s o f m o l d s o f t h e p r e c i s e p l a s t i c p a r t s f o r t h e a u t o m o b i l e w e r e i n t r o d u c e d i n d
3、e t a i l b y a n a l y z i n g t h e c e n t r a l f u s e b o x u s e d i n T r a n s i t o f J i a n g l i n g Mo t o r C o mp a n y，a n a l y s i s o f mo l d i n g o f the p r e c i s e p l a s t i c p a r t s a n d t h e d e s i g n p o i n t s o f p r e c i s e mo l d we r e g i v e n Ke y wo
4、 r d s：p r e c i s e i n j e c t i o n mo l d i n g；p l a s t i c ma t e r i a l；i n j e c t i o n m o l d i n g p r o c e s s；i n j e c t i o n mo l d i n g ma c h i n e；p r e c i s e mo l d 1 引 言 汽车的塑料零部件如线圈扎带、限制件、保 险丝 盒、灯座、片式熔断器、中央熔 断器盒、护套、簧片排组 件及上下罩等大都采用 注射成型，由于这些塑件本身 具有较高的设计精度，常用的材料有P A 6、P A 6
5、 6、P B T、P P、增强P A 6、增强P B T 等，使 得对这些 塑件不能采用 常规的注射成型，而必须采用精密注射成型工艺。为 了保证汽车精密塑件 的性能、质量 与安全可靠性，注 射成型出质量较高、符合产 品设计要求 的塑料制 品，必须对塑料材料、注射设备与模具 及注射工艺不断进 行研究分析和改进。图1 所示塑件 为我公司为江铃全 顺商务车开发的中央熔断器盒。性。模具结构合理，运行可靠，塑件性能均一。初步推 算，模具费用相对于普通 模具费用将 降低 3 5 ，而效 率提高一倍，具有很高的应用价值。7 参考文献 1 陈剑玲，刘廷华，皮体斌新 型叠式热流道 模具 的设计 J 现代塑料加工
6、应 用，2 0 0 5，(5)2 王振保，李辉，方少明叠层式注塑模具的研究 J 橡塑技 术与装备，2 0 0 6，(1)3 3 D a n i e l F r e n k l e r,H e n r y k Z a w i s t o w s k i H o t Ru n n e r s i n I n j e c ti o n Mo u l d s J R a p r a T e c h n o l o g y，2 0 0 1 4 S H T ang，Y M K o n g，S M S a p u a n D e s i g n a n d t h e r ma l a n a l y s
7、i s o f p l a s ti c i n j e c ti o n m o u l d J J o u r n a l o f Ma t e ri al s P r o c e s s i n g T e c h n o l o g y，2 0 0 6，(1 7 1)图 1 江铃全顺车用中央熔断器盒 5 H 瑞斯 模具工程 M 北京：化学工业出版社，2 0 0 5 6 申开智 塑料成型模具 M 中国轻工业 出版社，2 0 0 5 7 J G a o D T Z h e n g NG i n d y E x t r a c ti o n o f m a c h i n i n g f e
8、 a t u r e s f o r C AD C AM i n t e g r a ti o n I n t J Ad v Ma n u f T e c h n o l，2 0 0 4，(4)8 A m o l C h a n d e k a r，M i c h a e l A l a b r a n，S a n d i p K S e n g u p t a，e c t F a b ri c a ti o n o f s t a mp s f o r mi c r o c o n t a c t p ri n t i n g b y i n j e c ti o n m o l d i n
9、 g J Mi c r o e l e c t r o n i c E n g i n e e ri n g，2 0 0 7，(8 5)9 A k b a r S h o j a e i A n u m e ri c a l s t u d y o f fi il i n g p r o c e s s t h r o u g h mu h i l a y e r p r e f o rms i n res i n i n j e c t i o n，c o mp r e s s i o n m o l d i n g 【I C o m p o s i t e s S c i e n c e
10、a n d T e c h n o l o gy，2 0 0 6，(6 6)1 O A H e i n z e l，F M a h l e n d o r f,O N i e m z i g I n j e c t i o n mo u l d e d l o w c o s t b i p o l a r p l a t e s for P E M f u e l c e i l s J J o u rnal o f P o w e r S o u r c e s，2 0 0 4，(3)j 2 模具制造)2 0 0 8年第 7期 4 1 姗 东 莞 明 利 钢 材 模 具 制 品 有 限 公
11、 司 秘 铜姚 朗 碑 明 -一。一 一 维普资讯 http:/ 耐斯 。嘉 Ht t p 1 1 www n i c e ma c h i n e n e t E ma i l：n ic en i c e ma c h i n en e t 塑 料 注 射 模 技 术 2 影响汽车精密塑件成型的因素 要进行精密注射必须有许多相关的条件，主要 有：塑料材料、注射工艺、注射设备和注射模 4项基本 要素。设计塑料制 品时，应首先选定工程塑料材料，而 能进行 精密注射 的工程塑料 又必须选用那些力学性 能高、尺寸稳定、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
12、、产 I 蒹I#h-l、质 量 要 求 以 及 预 想 的 模 具 结 构，选 用 适 用 的 l 壶 I 注塑机。在 加工过 程中，影响精密 注射制品的因 素主 l 毅I 要 来 自 模 具 的 精 度、注 射 工 艺 收 缩，以 及 制 品 的 环 境 l I 温 度 和 湿 度 变 化 幅 度 等 方面。I 萋l 2 塑 料 材 料 J 矗I 图 1的中央熔断器盒，因其材料要具有优异 的耐 I 答 I 磨性和抗冲击能力，又必须具有良 好的耐热性和机械 l专 I 性能；另外图l 的中央熔断器盒结构较为复杂，要求 l I 材料具有良 好的加工成型性能，因而选用P A 6的材 I 誉；I料。P
13、 A 6 材料能自 熄，耐化学药品，尤其是耐油性突 l 圣 I出，它的电性能也较好，适于制作较高温度下要求高 l机械强度的电气电子部件。I 秉 l 2 2 注射工艺 I 量 曩 l 注 射的 过程实 质是通过热和 力的 作用，让塑 料从 l I 室温的玻璃态，经历高弹态转变为粘流态，压注入具 I 干#I有一定形状的封闭模腔，然后在模腔内 逐渐冷却，从 l床 l粘流态返经高弹态转回玻璃态，最后形成与模腔形状 l 喜 I 一 致 的 制 品。注 射 加 工 时，有 效 地 控 制 塑 料 制品 的 收 l 塞 I 缩率 在 精密注 射技 术中 十 分重要。影响 塑 料收缩 率主 I 寨 I 要 有
14、 热 收 缩、相 变 收 缩、取向 收 缩、压 缩 收 缩与 弹 性 回 I 莓 需 I 复 等因 素，而这些 影响因 素 与精密注射 制品 的成型 条 童 I 件 有 关。上 述 因 素 的 影 响 也 因 塑 料 材 料 不 同 及 其 它 成 I|Il 重 l型条件如环境温度、湿度、继续结 晶化、成型后的内应 l 誓 I力 等不同，还有注 塑机的 变 化而不同。注射工艺 着重 I鸯 秦 j 考 虑：I 鲞 髯 I(1)烘干。如 果烘 干不到 位，会产生 银丝、凹陷、缩 一孔、斑纹和气泡等缺陷。烘干条件：9 0 C、4 h 以上，确保 P A 6 的含湿量达到注射要求：0 0 4-0 0
15、8。烘干的材 料露置空气中不得时间过长(晴天不超过3 h，雨天不超 过 l h)。正常生产过程中，加料料斗上应加密封盖。(2)注射压力与时间表见图 2 所示。其中注射温 度的控制为 1 2段；塑料开始熔化为 2 3段；全部 熔化为3 4 段；准备注射为 5 段；注射完毕。出 时间 图2 注射压力与时间表(3)图 3所示为保温压力与 时间表，其 中注射压 力 的控制 为 1 2段；塑料人模 为 2 3段；充满型腔 为 3 叫段；继续注人为 4 5段；保压为 5 6段；螺 杆后退为 7段；水 口固化封闭为 7 8段；开模。出 时间 图 3 保 温压力与时间表(4)注射速度：对 P A6而言，注射速
16、度 以略快些为 宜，可防止冷却速率过快而造成的波纹、充模不足等 问题。如果模具排气不畅或制品有溢边现象，可选用 较慢的注射速度。由于该产品精度要求高，模具配合 较紧密，所 以该产品成型时注射速度不宜太快。(5)模具温度控制：为 了使模具型腔各位置温度 尽量均衡 一致，确保P A 6 熔体及时充满模腔，同时为了 缩短生产周期，本产品的模温控制水管见图4 所示。模温 水管 图 4模温控制水管(6)P A 6材料的产品，成型后 为了防止、消除制 品 中的残 留应力或因吸湿作用所 引起 的尺寸变化，对产 品应进行调湿处理。这样，工艺因素与聚合物的性能、结构形态和塑 料制品之间的内在联 系会通过塑料制品
17、表现出来。分 析清楚这些内在的联系，对合理地拟定注射加工工 艺、合理地设计并按图纸制造模具、乃至合理选择注 4 2 模具制造)2 0 0 8年第 7期 维普资讯 http:/ 耐 斯 撬 。飞-模：076好9-22帮708手240 H p：l l www n i c e ma c h i n e n e t E-ma i l：n i c en i c e ma c h i n e n e t 射加工设备都有重要意义。也有区别，精密注 射常采用高压或超高压、高速注射 精密注射与普通注射在注射压力 和注射速率上 以获得较小的成型收缩率。产品的工艺卡如 图5 所示。名 称 I X B 2 3 6 1
18、 中 央 熔 断 器 盒 l 工 艺 说 明 I I 7 YXZS GY一 0 7 7 2 图号 I G WP 8 0 7 5 1 1 5 l 工装图号 设备名称 每只产 品净重(g)每模用量(g)每模件数 每万件工艺定额(k g)G WP 0 6 3-7 7 2 HT F 3 6 0海天机 3 6 5 0 5 4 6 2 0 5 l 4 8 5 l 产品 颜色 l 原材料 名称 回 收 料用 量 色母料用量 材料预处理规范 温 度()时间 h)设 备 黑色 I P A 6|l l O 5 一 l 1 5 4 料斗式干燥机 合模 注射 螺杆 开模 顶出速度 速度 一级 二 级 三级 一级 二级
19、 三级 四级 转速 一级 二级 三级()3 0 5 2 5 5 3 0 5 6 5 5 68 5 6 6 5 5 5 5 5 5 5 3 0 5 5 0 5 3 0 5 2 0 5 合模 注射 顶 出速度()顶出压力(k g，c m 顶出次数 压力 一级 二级 三级 一 级 二级 三级 四级(kg c m ：l 5 5 2 0 5 l 3 0 5 3 O 5 8 0 5 8 3 5 8 0 5 6 6 5 5 3 5 l 喷 嘴 I J II 射 胶 冷 却 周 期 旧底图总号 盟厦(时I 1日 J(S，J 35 0 5 档 2 4 5 5 f 2 4 2 5 2 3 5 5 5 0 0 5
20、7 0-7 5 9 0-1 0 0 备注 原料牌号：B N O F S O 1 底 图总号 设计 贲 可萍 2 O o 6 2 2 2 审核 注塑 成 型 工 艺卡 日期 签名 标 准化 第 1页 更改标记 数量 更改单 号 签名 日期 更改标记 数量 更改单号 签名 日期 批准 孟 玉喜 共 1页 图 5 产品的工艺卡 2 3 注射设备 精密注射对注射设备 的主要 要求是：注射压力 高，注射速度高，能充分发挥注射速率 的功效，提高制 品的精度，稳定制品的尺寸公差；要采用 多级反馈 控 制，确保注射参数 的重复 精度(再现 性)高；料筒及喷 嘴温度控制精确，温度波动小；工作油 的温控精度高，减
21、小各执行机构的流量波动；液压系统采用 比例压力 阀、变量 泵的比例系统，这样不仅 可以实现油路系统 的多级压力、流量 的转换，而且可以省能。该产品选用 3 6 0 t 的 H T F 3 6 0海天注塑机。海天注塑机与国内同类 型机器的区别主要有：采用齿轮调模，更快速、稳定、安全；可调节式 动模板支撑 结构，采用三把电子尺控 制顶针、锁模，射胶、精度更准确。整机技术参数更 优 化、适用范围更广、如哥林柱 内距、移模行程、螺杆转 速、塑化能力等等。电控部分采用大屏幕彩色 电脑，双 C P U控制，频率 8 0 H Z，扫 描速度 0 5 ms以内，远高于 普通机 1-2 ms的速度。双缸平衡注射
22、系统，无 托板式 尾板设计，料筒温度通过 电脑 P I D控制，完全能够保 证汽车精密塑料件对注射的要求。2 4 注射模 模具设计得合理与否会直接影响塑料制品的收 缩率，由于模具型腔尺寸是 由塑料制 品尺寸加上所估 算的收缩率求得 的，而收缩率则是 由塑料生产厂家或 工程塑料手册推荐的一个范 围内的数值，它不仅与模 具 的浇 口形式、浇 口位 置与分布有关，而且与工程塑 料 的结晶取 向性(各 向异性)、塑料制 品的形状、尺寸、到浇 口的距离及位置有关。因此，在设计模具时必须考虑这些影 响因素与注 射条件 的关系及其表观因素，如注射压力与模腔压力 及充模 速度、注射熔体 温度与模具温度、模具
23、结构及 浇 口形式与分布，以及浇 口截面积、制品壁厚、塑料材 料 中增强填料的含量、塑料材料的结 晶度与取向性等 因素 的影响。该产品的浇 口见图 6所示。图 6 产品的浇 口 品浇 口 模具制造)2 o o 8年第 7期 4 3 泅 东 莞 明 利 钢 材 模 具 制 品 有 限 公 司 麓 籍 铜桃 颠朗 蜷 鹊 一 维普资讯 http:/ 耐 斯。飞模0 7 6好9-2 2帮7 0 8手2 4 0 Ht t p：www n i c e ma c h i n e n e t E ma i l：n i c en i c e ma c h i n e n e t 由于模具温度对成型收缩率 的影
24、响很大，同时也 直接影响注射制品的力学性能，还会引起制品表面发 花等各种成 型缺陷，因此必须使模具保持在规定 的温 度范 围内，而且还要使模具温度不 随时 间变化 而变 化。多型腔模具 的各型腔之 间的温差也不得发生变 化。为此，在模具设计 中必须采取对模具加热或冷却 的温度控制措施，且为了使模具 各型腔间的温差尽量 缩小，必须注意温控一 冷却 回路 的设计。在型腔、型芯 温控回路 中，主要有 串联冷却与并联冷却两种连接方 式。从热交换效率来看，冷却水的流动应呈紊流。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，而且实际进入每条
25、回路 中的流量也不一定相同。由于进入各 回路 的冷却水温度相 同，各型腔 的温度也 应相 同，但实际上因各 回路 中的流量不同，且每条 回 路 的冷却能力也不相 同，致使各模腔的温度也不可能 一致。采用串联冷却 回路 的缺点是冷却水的流动阻力 大，最前面的型腔人 口处 的冷却水温度同最后型腔人 口处的冷却水温度有 明显 的差别。冷却水出人 口的温 差因流量 的大小而变化。对于加工轿车塑料件的小型 精密注射模而言，一般从降低模具成本考虑，采用串 联冷却回路较适宜。如果所使用的模温调节控制仪(机)的性能能在 2 内控制冷却水的流量，则各型腔 的 温差最大也可保持在 2 范围内。模温调节控制仪见 图
26、 7所示。模温控制仪 图 7 H T F 3 6 0海天注塑机 3 模具设计要点 3 1 模具精度的保持 为 了保持在注射压力、锁模力下的模具精度，设 计模具结构时必须考虑对 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 到高精度的要求，而且收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 的相关尺寸都很难达到塑料零部件 的设计要求。为了 保持动、定模型腔在分型面上 的尺寸精度，除 了设 置 常规模具所常用 的导柱、导套定 中心外，还必须加装 锥形定位销或楔形块等定位副，对模具 进行精确定 位。精确定位块(俗称导柱辅助器)见图 8所示
27、。图 8 精确定位块 3 2 模具材料的选择 制作精密注射模的材料要选择力学性能高、热蠕 变小的优质合金工具钢，制造型腔、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、耐腐蚀 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。为防止发生时效变化而改变模 具 的尺寸精度，必须在设计模具 时规定降低模具材料 热处理 的残存奥氏体组织 的回火处理或低温处理。3-3 设计方面的考虑 对精密注射模的易损零件，尤其是型腔、型芯等 易损件，要在设计时考虑修理的可行性，以保持模具 维修后仍具有较高精度。4 结束语 精密注射 技术是汽车塑料零部件的主要和关键 生产技术，而精密注射模的设计是这项生产技术的主 要部分，合理地设计精密注射模是获得精密制品的基 础和必要前提。通过合理地确定模具的尺寸与结构、采取防止注射制品产生收缩率误差、注射变形、脱模 变形、溢边等，以及确保模具精度等技术措施，并采用 正确的精密注射工艺、适用的工程塑料材料和精密的 注射设备，使之达到最佳的匹配，对于提高汽车精密 塑料件的质量、可靠性和性能，降低生产成本，提高生 产效率具有十分重要的意义。5 参 考文献【1 王兴天 注塑成型技术 M 化学工业出版社，1 9 9 7 回 墨 4 4 模具制造)2 o o s 年第 7 期 维普资讯 http:/