文献翻译-注射模具设计和新型注射成型技术

注射模具设计和新型注射成型技术

塑料注射模具是现在所有塑料模具中使用最广的模具，能够成型复杂的高精度的塑料制品。下面只是粗略介绍一下。

设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我们常说的ABS 塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体采用乳液、本体或悬浮聚合法生产，使其具有三种单体的优越性能和可模塑性，在一定的温度和压力下注射到模具型腔，产生流动变形，获得型腔形状，保压冷却后顶出成塑料产品。聚合物的分子一般呈链状结构，线型分子链和支链型分子认为是热塑性塑料，可反复加热冷却加工，而经过加热多个分子发生交联反应，连结成网状的体型分子结构的塑料通常是一此次性的，不能重复注射加工，也就是所说的热固性塑料。

既然是链状结构，那塑料的在加工时收缩的方向也是跟聚合物的分子链在应力作用下取向性及冷却收缩有关，在流动方向上的收缩要比其垂直方向上的收缩多。产品收缩也同制品的形状、浇口、热胀冷缩、温度、保压时间及内应力等因素有关。通常书上提供的收缩率范围较广，在实际应用中所考虑的是产品的壁厚、结构及确定注塑时温度压力的大小和取向性。一般产品如果没有芯子支撑，收缩相应要大些。塑料注塑模具基本分为静模和动模。

注射模：注射模主要是用来生产热塑性的零件，尽管有些工艺已经发展为可以用注射模来生产热固性材料的零件。在从一个熔化的熔料箱中把熔料注入型腔中，是相当难解决在这种情况下热固性塑料在几分钟内凝固的问题。注射模的工作原理跟锻造模十分相似。当柱塞向后拉时，塑料粉末被载入加料斗，还有一定数量的塑料进入了加热腔。塑料粉末在加热腔中受到热力和压力的作用下熔化。加热的温度范围在265～500华氏度之间。压力在12000～30000PMa之间作用下，柱塞向前移动，把熔化的塑料注入模具的型腔中。由于模具被流通的冷水冷却，塑料凝固成型，当柱塞向后拉出和开模，塑件脱模。注射机可以设计为人工、斗自动、全自动操作。以每分钟注射四次的速率，典型注射机生产的塑件可重达22盎司，某些注射机可达到每分钟注射六次。除了表面电镀外，这类模具的用途与铸造模相似。注射模的优点是：1、高速注射模适用于大批量生产是可能的;

2、热塑性材料的广泛选择产生了各种有用的特性。

3、螺纹模具，飞边，侧孔大的薄壁结构的应用成为可能。

成型理论:板料冲压成形成功机率着冲压件形状的复杂程度减少而增加,冲压成形的目的是生产具有一定尺寸,形状并有稳定一致应力状态,甚至无起皱无

裂纹的冲压件.

冲压有一种至多种成形方式用来成型所需形状,它们是弯曲,局部成形,拉深,局部成形用来成形,凹陷形状或凸包,拉深用来成形,啤酒罐之类的冲压件,随着冲压件的形状越来越复杂,多种成形方法将会被用到同一零件的成型中,事实上,有很多冲压件上同时有弯曲,局部成型,拉深模具成型的特征,通常有三种形式的模具,它们是自由成型,局部成形以及拉深形式.

自由成形

自由成形是用的最基本的一种成形材料的成形模具,这类模具只是简单地通过一个冲头在压力机下行过程中把材料“撞击”进入凹模中成形材料。得到的是由无控制材料流动导致的应罚状态的冲压件，由无约束材料流动产生的“松弛金属区”的出现，冲压件尺寸和形状上趋于不稳定。

局部成形

成形工序中用一压边圈来控制材料流动压边圈是置于模具上的一个多压装置，由带压边圈模具成形的冲压件可分为三部分，它们分别是产品表面，压边圈以及连接这两部分的壁，在凸模一端壁与壁之间的角称作凸模过渡区。

凸模模穴理论上是在壁与压边圈面的交叉处，凸模被置于凸模穴之中，而压边圈被放在凸模穴外凸模的周围，这种模具还有上面的装置将压边圈与凸模联接起来，片料或工序件放到指定位置后压力机下行，上模开始接触片料，压边圈在凸模周围的材料上压出一些锁紧台阶或筋，从防止成形过程中材料从压边圈流向凸模部分随压边圈不再发生作用，材料不断地变形直到成形为凸模下部成形部分形状，在压力机回程时，模具做与下行时相反的动作，最后已经成形的冲压件被从模具上移走，就完成了一冲局部成形。

拉深

拉深的得名并不是因为材料在成形中变形情况得来，而是因为在拉深过程中材料进入拉离压边圈表面，直入凸模下面尽管拉深变形产生在拉深模中，但很多局部成形，弯曲模在工作过程中也对板料进行不同程度的拉深变形。

拉深模的工作机制，与局部成形模具非常类似，不同的是，在拉深模中，压边圈部分有特定的地方必须更加严格地控制材料流入凹模量，以防止起皱，拉深模中，控制材料流入是通过成形半月型的拉深筋来代替局部成形中的锁紧台阶，一般在直边部分设一至三条，以控制这部分的材料流入而在复杂边部分少设或不设拉深筋，当板料工序件放到模具相应位置后，拉深的第一个阶段是模具是板料以及压边圈的接触.

毛坯上为考虑到拉深过程中毛坯圆周沿走私方向减少留有的法兰边,是所有材料中流动最俦的地方,随着压力机滑块继续下行,材料变形流过凹模圆角半径.

板料开始形成与凸模一致的形状，在拉深的工序中，这部分很少发生变形。被除数压在凹模腔中的空气由于凸模以及制件的下降而从气孔中排出。

凸模、凹模的圆角半径应为4-6倍料厚以防止裂纹及起皱

随着模具继续闭合，校形开始发生，弯过凹模圆角材料，变形成钣金件的直壁部分，压边圈下边的材料被拉入凹模并弯过凹模圆部分，考虑到防止材料被拉裂，凹模圆角半径应为4-10个料厚。毛坯变形情况为周向压缩么向拉伸，这样被拉入凹模圆腔中的工序称为拉深，拉深过程有：摩擦压缩、拉伸。因此，拉深过程中，压力机必须提供足够大的压力，以克服拉深过程中的各种抗变形力，如：压边圈与毛坯间的静摩擦力，额外的力也是必须的，用来克服拉深过程中滑支摩擦力。克服由压边圈弯过凹模圆角在后面行程中校直成直壁材料的变形力。在毛坯被拉入凹模沉着凹模半径变弯，在接下来变形中校直的同时，压边圈部分毛坯被沿周向压缩。而且沿着圆周半径方向上压缩量随着半径增大而增大——半径越大的地方，需压缩的面积也大，这样的结果是压边圈部分的材料变厚，而凸模部分的材料因为被拉深变薄。在有些拉深中，拉深变形使拉深壁变形成卷曲形或弓形。最薄的区域是冲压件直壁与圆角过渡部分，因为这部分在拉深过程中拉伸变形最久，受力最大，这里往往也是最容易拉裂的地方，因为这部分的加工硬化少于其它地方。

拉深工序到压力机行程下死点结束，拉深工序结束后，压力机滑块上行，模具打开，奢力圈在弹性元件作用下，从凸模上卸下包附在凸模上的冲压件，冲头下面没有通气孔，当冲压件被压边圈推起时，空气可进入。冲压件离开凸模产生的真空部分如果不设通气孔，冲压件将很难脱出。

计算机辅助成型

采用计算机辅助工程（CAE）对加工设计及分析有助于缩短设计周期并可避免代价昂贵的机械失误。商业性仿真代码常用于流道上标明尺寸，以平衡熔料在流道系统及型腔内的流动，同时确定浇口的最佳开设置和浇口的数目。计算注射压力和合模吨位要根据不同的加工条件和材料而定。收缩率及翘曲率结合初始流向也可准确估算出来。重要的是要使得这种设计工具帮助熟练分析人员在某个设计方案或加工研究时进行判断的操作。结果必须理解为以研究对象和加工/材料为前提。当考虑采用这种方法准确输入数据后，可取得巨大的效益。另外，这种分析经济性可使设计周期更短和所需的生产时间更短。

应该提醒注意的是，商业性的CAE程序通常是不可直接使用的。充模仿真可产生有价值的见识，但结果必须重新对其局限性进行重新考虑估计。应用现代计算机进行注射成型模拟试验，仅限于纯粘性流体（不包括粘弹性的熔融塑料）。可预测熔体流入型腔的实际流动速率组成结构和性能公布等，如可进行高精度的