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      臺州市黃巖中康模塑有限公司
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      塑料模具設計與制造新技術(shù)

        塑料模具在塑料加工中占有了非常重要的地位,模具設計水平和制造能力也反應了一個(gè)國家的工業(yè)水準,近年來(lái)塑料成型模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分訊速,高效率,自動(dòng)化、大型、精密、長(cháng)壽命的模具所占的比例越來(lái)越大下面從模具設計,加工方法,加工設備,表面處理等幾個(gè)方面來(lái)總結一下模具的發(fā)展現狀。

        塑料模具在塑料加工中占有了非常重要的地位,模具設計水平和制造能力也反應了一個(gè)國家的工業(yè)水準,近年來(lái)塑料成型模具的產(chǎn)量和水平發(fā)展十分訊速,高效率,自動(dòng)化、大型、精密、長(cháng)壽命的模具所占的比例越來(lái)越大下面從模具設計,加工方法,加工設備,表面處理等幾個(gè)方面來(lái)總結一下模具的發(fā)展現狀。

      塑料成型方法及模具設計   

      氣體輔助成型,氣輔成型不是一種新的技術(shù),但近年來(lái)發(fā)展很快并出現了一些新的方法。液化氣體輔助注射是將一種預熱的特殊可氣化的液體從噴注入塑料熔體中,液體受熱在模腔中被氣化而膨脹,使制作成為空心,并將熔體推向模腔表面,這種方法可用于任何熱塑性塑料。振動(dòng)氣體輔助注射是通過(guò)振蕩制品壓縮氣體向塑料熔體施加振動(dòng)能量,從而達到控制品的微觀(guān)結構,改善制品性能的目的,有些廠(chǎng)家把氣輔成型中所用的氣體轉換成型出更薄的制品,也可以生產(chǎn)大型中空制品,其質(zhì)量更高,成本更低,但關(guān)鍵點(diǎn)是水的泄露問(wèn)題,

        推拉成型模具,在模具型腔的周?chē)_(kāi)設兩個(gè)或多個(gè)通道,并與兩個(gè)或多個(gè)注射裝置或能往復移動(dòng)的活塞相連,在注射完成后熔體固化前,注射裝置的螺桿或活塞來(lái)回移動(dòng)往復推拉型腔中的熔體,這種技術(shù)叫動(dòng)態(tài)保壓技術(shù),其目的是為了避免用傳統成型方法成型厚制品會(huì )有很大收縮的問(wèn)題,                    高壓成型薄殼制品,薄殼制品一般是長(cháng)流程比的制品,多采用多點(diǎn)澆口的模具,但多點(diǎn)進(jìn)澆會(huì )造成熔結縫,對一些透明制品則會(huì )影響其視覺(jué)效果,單點(diǎn)進(jìn)澆又不易充滿(mǎn)模腔,故可以用高壓成型技術(shù)來(lái)成型,比如美國空軍,F16戰機的座艙就是用這種技術(shù)生產(chǎn)的,目前已采用此技術(shù)來(lái)生產(chǎn)PC汽車(chē)擋風(fēng)玻璃,高壓成型的注射壓力一般超過(guò)200MPA,故模具材料也要選擇高楊氏模量的高強剛,高壓成型的關(guān)鍵是模溫的控制,另外要注意模腔的排氣一定要順利。否則高速注射導致排氣不暢會(huì )燒焦塑料。

        熱流道模具:在多腔模中越來(lái)越多地利用熱流道技術(shù),其動(dòng)態(tài)進(jìn)科技術(shù)是模具技術(shù)中的一個(gè)亮點(diǎn)。即通過(guò)一個(gè)針閥調節塑料的流動(dòng),可為每個(gè)澆口分別設定注射時(shí)間,注射壓力等參數,可以獲得平衡和注射和最佳的質(zhì)量保證,針閥可通過(guò)液壓驅動(dòng)活塞動(dòng)態(tài)地,無(wú)級地移動(dòng),針閥的位置決定了注射的流量和壓力。在流道內有壓力傳感器,可連續記錄通道內的壓力大小,進(jìn)而可以控制針閥位置和調整熔體壓力。 

        熔芯注射成型用模具:這種方法是把低熔點(diǎn)合金制成的可熔型芯放入模具中作為鑲嵌件進(jìn)行注射成型。然后對含有可熔型芯的制品加熱去除可熔型芯。這種成型方法用于形狀復雜中空的產(chǎn)品,如汽車(chē)的輸油管或送排氣管等復雜形狀的空芯塑件。用這類(lèi)模具成型的產(chǎn)品還有:網(wǎng)球拍手柄,汽車(chē)水泵、離心熱水泵和航天器油泵等,  注射/壓縮成型模具:注射/壓縮成型可生產(chǎn)低應力。光學(xué)性能好的產(chǎn)品,其工藝過(guò)程為:模具合模(但動(dòng)定模不完全閉合,留一個(gè)間隙以便以后的壓縮),注入熔體,二次合模(即壓縮使熔體在模內被壓實(shí))、冷卻,開(kāi)模,脫模。在模具設計上要注意的是由于模具在開(kāi)始合模時(shí)并未完全合攏,故為了防止在注射時(shí)溢料,在模具中要設計防止溢料的結構,疊層模:將多個(gè)型腔在合模方重疊布置,而不是在同一平面上布置多腔,這可以充分發(fā)揮注射機的塑化能力,這種模具一般用于熱流道模具中,可極大地提高效率,層狀制品注射模:層狀制品注射模成型兼有共擠出成型和注射成型的特點(diǎn),能在制品上實(shí)現任厚度不同材料的多層組合,每層厚度可小到0.1~10mm層數可達上千。這種模具實(shí)際上是一注射模具與一多級共擠模具的組合。

      模具滑移成型(DSI):此方法可成型中空制品,也可成型多種材料的復合制品,其過(guò)程為:閉模(對中空制品而言,此時(shí)兩半型腔處于不同的位置),分別注射,模具移動(dòng)至兩半型腔對合,在中間注入結合兩半型腔的樹(shù)脂,這種方法成型的制品與吹塑制品相比,有表面精度好,尺寸精度高,壁厚均勻,設計自由度大等優(yōu)點(diǎn)。 

      鋁材模:塑料制造技術(shù)中一個(gè)突出點(diǎn)就是鋁金材料的應用,Corus公司開(kāi)發(fā)的鋁合金塑料模的使用壽命可達30萬(wàn)以上,PechineyRhenalu公司用其MI-600鋁材制造塑料,壽命可達到50萬(wàn)次以上

      模具制造

      高速銑削:目前,高速切削已進(jìn)入了精密加工領(lǐng)域,其定位精度已提高到{+25UM},采用液體靜壓軸承的高速電動(dòng)主軸回轉精度在0.2um以下,機床主軸轉速可達100.000r/min,采用空氣靜壓軸承的高速電動(dòng)主軸回轉達達200。00r/min快速進(jìn)給速度能達30~60m/min,如果采用大導和滾珠絲杠和高速伺服電機,直線(xiàn)電機和精密直線(xiàn)導軌,進(jìn)給速度甚至可達60~120m/min。換刀時(shí)間減少到1~2s 其加工的粗糙度Ra<1um。結合新型刀具(金屬陶瓷刀具、PCBN刀具,特殊硬質(zhì)和金刀具等),還可加工硬度達60HRC的材料。其加工過(guò)程的溫度只升高3度左右,熱度形很小,特別適合于成型對溫度熱變形繁感的材料(如鎂合金等)。高速切削的速度在5~100m/s,完全可以達到模具零件的鏡面車(chē)削和鏡面銑削。另外割于切削力小,可以加工薄壁和剛性差的零件  

      激光焊接:激光焊接設備可用于修復模具或熔覆金屬層以增加模具耐磨性,經(jīng)激光熔覆處下后的模具表面層硬度可達62HRC。采用顯微焊接時(shí)間僅為10-9秒,因而可避免熱量傳到焊點(diǎn)鄰近區域。采用一般 激光焊接工藝。在工作上距焊點(diǎn)15mm處的溫度可達到150~200C而采用顯微焊接技術(shù)時(shí)溫度僅為36C。困此不會(huì )引起材料的金相組織和性能的改變,也不會(huì )引起翹曲變形或開(kāi)裂等到問(wèn)題 

      電火花銑削:也稱(chēng)為電火花創(chuàng )成加工技術(shù)。它是用高速旋轉的簡(jiǎn)單管狀電極作二維或三維輪廓加工,因而不再需要制造復雜的成型電極。  

      三維微加工(DEM)技術(shù):DEM技術(shù)克服了LIGA技術(shù)加工周期長(cháng),價(jià)格昂貴的缺點(diǎn),綜合了三個(gè)主要的工藝:深層刻蝕,微電鑄和微復制??梢陨珊穸葍H100um的齒輪等微型零件的模具,  

      三維型腔的精密成形及鏡面電火加工一體化才技術(shù):采用在普通煤油工作液中添加固體微細粉末的方法,來(lái)增大精加工的極間距離,減小電空效應,增大放電通道的分散性,從而可使排屑好、放電穩定,加工效率提高并有效降低加工表面的粗糙度。同時(shí)使用混粉工作液還可在模具工件表面形成硬度較高的鍍層,提高模具型腔表面的硬度和耐磨性  

      模具表面處理、強化   

      為了提高模具的壽命,除了常規熱處理方法外,下面是一些常用的模具表面處理與強化技術(shù),  化學(xué)處理,其發(fā)展趨勢是由滲入單一元素向多元素,向多元素共滲,復合滲發(fā)展,由一般的擴,散滲向化學(xué)氣相沉積(PVD),物理化學(xué)氣相沉積(PCVD即等到離子氣相沉積)。  

      離子滲入,離子注入等到方向發(fā)展

      激光表面處理:

      1.利用激光束獲得極高的加熱速度,實(shí)現金屬材料的表面淬火。在表面獲得高碳極細的馬氏體晶體,硬度比常規淬火層高15%~20%,而心部組織不會(huì )發(fā)生變化,

      2.作用激光進(jìn)行表面重熔或表面合金化獲得高性能的表面硬度化層。例如用CrWMn復合粉未合金化后,其體積磨損量為淬 火CrWMn的1/10,其使用壽命提高14倍。   

      3.激光熔凝處理是利用高能量密度的激光束對金屬的表面進(jìn)行熔融的激冷處理組織,使金屬表面層形成一層液態(tài)金屬的激冷組織,由于表面層的加熱和冷卻非常迅速故得到的組織非常細密,如果通過(guò)外部的介質(zhì)使冷卻速度達到足夠高,則可抑制結晶過(guò)程,而形成非晶態(tài),故也被稱(chēng)為激光熔化一非晶態(tài)處理,又稱(chēng)激光上釉。

      稀土元素表面強化:這可以改善鋼的表層結構,物理,化學(xué)及機械性能等,它可以提高滲速25%~30%,使處理時(shí)間縮短1/3以上。常見(jiàn)是有稀土碳共滲,稀土碳氮共滲,稀土硼共滲,稀土硼鋁共滲等,化學(xué)鍍:它是通過(guò)化學(xué)試計將溶液中的Ni P B,等還原析出在金屬的表面上,從而在金屬表面上獲得Ni-P、Ni-B等的合金鍍層。以提高金屬的機械性能,耐燭性能和工藝性能等,又被稱(chēng)為自催化還原鍍,無(wú)電鍍等。 

      納米表面處理:是以納米材料和其它低維非平衡材料為期礎,通過(guò)特定的加工技術(shù),對固體表面材料為期礎,通過(guò)特定的加工技術(shù),對固體表面進(jìn)行強化或賦予表面新功能的一項技術(shù)。(1)納米復合鍍層是在傳統的電渡液中加入零維或一維納米質(zhì)點(diǎn)粉體材料而形成納米復合鍍層。納米材料還可用于耐磨復合鍍層,如將n-ZrO2納米粉體材料加入NI-W-B非晶態(tài)復合鍍層,可提高鍍層在550-850C的高溫搞氧化性能,使鍍層的耐蝕性提高2~3倍,耐磨民生和硬度也都明顯提高。(2)納米結構涂層在強度、韌性、抗蝕、耐磨、抗熱疲勞等方面涂都有顯著(zhù)改善,且一種涂層可同時(shí)具有上述多種性能,快速原型制造與快速制模

      快速原型制造與快速制模是新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)中的一項重要技術(shù)。以前人們一直認為快速制模限于小批量試制,然而進(jìn)年來(lái)快速制模也用勁中等批量,乃至大批量,準耐久金屬模具的制造熔射制模法工藝是在原型表面形成金屬熔射層,然后對熔射層進(jìn)行補強,并將被熔射去除得到金屬模具,用高熔點(diǎn)熔射材料可使模具表面硬度達63HRC。

      直接快速制造金屬模具(DRMT)方法主要有:以激光為熱源的選擇性激光燒結法(SLS)和基于激光熔融堆積法(LENS),以等離子電弧等為熱源的熔積法(PDM),噴射成形的三維打?。?DP)法和金屬薄板LOM技術(shù)等,SLS的制模精度已在為改善。收縮率已由原來(lái)的1%降至0.2%以下,LENS制造的制件密度及機械性能雖較SLS方法是很大提高,但仍有約5%的孔隙率,它只適用于制造簡(jiǎn)單的幾何形狀的零件或模具,由于未熔顆粒的粘結,表面質(zhì)量也不太高。

      形狀沉積制造法(SDM),利用焊接原理熔化焊材(絲狀),并借助熱噴涂原理使超高溫熔滴逐層沉積成形,實(shí)現層間治金結合,可避免上述基于層積法原理的RT技術(shù)會(huì )產(chǎn)生側面階梯效應致使精度低、表面質(zhì)量差,且存在綜合力學(xué)性能不高等問(wèn)題。

      快速制模技術(shù)是在與傳統的機械加工技術(shù)的競爭中產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的,但銑削速度高達100.000r/min,表面精度優(yōu)良的高速銑削技術(shù)已成為DRMT技術(shù)最大的競.

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