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模具知識

塑料產品的工藝性分析

2022-01-20102人次瀏覽
作者:雙林汽車部件 李再民

? ? 對于專業的模具公司,一般都是按照客戶設計好的塑料產品來進行模具設計開發。而每個客戶的產品設計人員的設計水平參差不齊,經驗欠缺,對產品的模具開發和注塑生產工藝性不了解,設計產品時只考慮了產品的使用功能,而沒有充分考慮模具是否可以開發,注塑生產是否能順利進行,生產出來的產品是否符合設計要求,導致產品設計存在諸多不合理甚至錯誤之處。

? ? 有基于此,模具公司在接到客戶的模具開發訂單后,在模具開始設計前,需要針對產品進行全面而又詳細的檢查和工藝性分析,指出問題、提出建議、優化設計。

? ? 塑料產品的工藝性分析,目的就是能夠大大提供產品的開發成功率,保證產品質量符合要求,成本為最低,主要包括但不局限于以下幾個方面:產品尺寸和裝配符合設計標準、外觀符合設計要求、實驗達標、模具簡單、開發周期短、生產成本低、生產合格率高。

? ? 為保證上述目的的實現,我們必須從以下幾個方面對產品進行工藝性分析:

? ? (1) 產品材料選用

? ? (2) 產品結構設計

? ? (3) 產品基準與尺寸公差

? ? (4) 產品外觀要求

? ? (5) 產品性能與實驗標準

? ? (6) 注塑生產要求

? ? 以下就這六個方面做一簡單說明。

? ? 一、產品材料選用

? ? 一般來說,客戶在進行產品設計時,會按照其內部的標準來選用材料類型,并指定合格供應商的具體牌號。對于此類,模具開發時不需要進行分析,但是也有客戶因為沒有經驗和標準,僅僅指出哪一類材料,具體牌號需要模具廠去選用,這個時候就需要模具廠根據自己的理論基礎和實際經驗,對材料的性能和注塑可行性進行分析,評估其是否能保證產品和模具的成功開發,比如:材料的流動性、收縮率、外觀保證、產品變形、吸水性、腐蝕性、可成型最小壁厚、硬度、成型溫度、對注塑機要求等諸多方面。因為這些方面的優良與否,將會大大影響產品性能、尺寸穩定性、外觀、設備要求、模具性能等。

? ? 當然,在進行模具開發前,必須確定材料的具體牌號,因為進行工藝分析時,需要用到材料的物性參數以及相關的UDB文件等。

? ? 二、 產品結構設計

? ? 客戶完成產品設計后,是否能開發模具,是否能制造出來,還不能下結論,還必須進行結構分析,是否有不合理之處,需要修改和完善。

? ? 1. 壁厚的設計

? ? 塑料產品的壁厚對零件的質量影響很大,壁厚過小時成型的流動阻力大,大型復雜的零件就很難充滿型腔。

? ? 從環保和成本考慮,原則上塑料產品壁厚越小越好,但壁厚的最小尺寸應滿足以下幾個方面的要求:足夠的強度和剛度、脫模時能經受脫模機構的沖擊與震動、裝配時能承受足夠的緊固力。

? ? 塑料零件規定有最小壁厚值,它隨塑膠品種牌號和零件大小不同有不同,一般可以按照供應商的推薦值和成功開發產品的經驗值來定,比如汽車保險杠、門板、立柱等,都有行業經驗值可供參考。

? ? 當壁厚太薄時,可能會導致產品無法填充滿,或需要大的注塑壓力,尤其對于大型產品。

? ? 塑料產品的壁厚選擇不合理,將可能會由于壁厚不均而產生壁厚處縮水。

? ? 2. 筋條的設計

? ? 加強筋的作用是增加塑料產品的強度,和避免零件變形,如果單用增加壁厚的辦法來提高塑料產品的強度,常常是不合理的,其一是容易出現縮水,其二是提高了注塑成本。

? ? 加強筋不要設計的過厚,否則容易在其根部出現縮水,也不要太薄,太薄了易出現走膠不齊。

? ? 加強筋的厚度和深度,也會對模具開發帶來影響,包括是否需要做鑲件來方便加工、拋光和利于排氣。

? ? 3. 脫模斜度的設計

? ? 在塑料產品的內表面和外表面,沿脫模方向均應設計足夠的拔模斜度,否則會難以脫模,或頂出時拉傷,擦壞塑料產品。

? ? 對于有皮紋的表面,脫模斜度的選擇,必須嚴格按照皮紋廠家的相關標準來設計,至少不能小于標準值?,F在有些客戶,在要開發模具的時候,還沒確定產品外表面的皮紋型號和深度,這是絕對不行的,否則,到時候會出現皮紋拉傷的情況。

? ? 4. 螺絲柱的設計

? ? 通常塑料產品的螺絲柱用來定位和支撐其他零件,也可作為自攻螺絲孔。

? ? 對于螺絲柱根部,主要分析是否會出現縮水或陰影,為了防止出現縮水,需要把柱子根部減膠。同時把中間孔加深。

? ? 為考慮模具頂出司筒的標準化,也需要對螺絲

? ? 柱的內外徑進行分析和調整。

? ? 5. 卡扣與倒扣的設計

? ? 卡扣與倒扣,主要是考慮產品的強度,還有裝配是否方便,如:變形量、彈性、根本圓角。

? ? 當然,更重要的是:簡化模具結構,保證生產的穩定性,原則上就是要減少斜頂、滑塊等模具結構的選用。

? ? 6.圓角的設計

? ? 塑料產品除了使用上要求采用尖角連接外,其余所有轉角處均應盡可能采用圓角過度,因塑料產品的尖角處易產生應力集中,在受力或沖擊時會發生開裂現象,甚至在脫模過程中就發生開裂,尤其是在運輸和裝配過程中出現開裂,就是很嚴重的質量事故了。

? ? 一般推薦加工圓角會根據產品的材料和產品性能要求來確定。

? ? 7. 刻字與標識

? ? 對于塑料產品的刻字和標識,主要要確定好:刻字位置、內容、字體、深度和高度、日期章、模穴號、材料牌號、LOGO等。

? ? 8.皮紋選用

? ? 對于外觀件,產品有皮紋要求的,在模具設計前必須確定好皮紋廠家和皮紋型號,以及皮紋的深度和拔模斜度以及皮紋范圍,因為這將會影響到模具的結構和模具材料的選擇。

? ? 三、 產品基準與尺寸公差

? ? 在客戶提供產品設計數據時,比較有設計能力的客戶,會提供詳細的3D造型數據和2D圖,也有的客戶沒有這個實力來進行2D圖的設計,尤其是在尺寸與公差標注這方面很是欠缺,這也包括一些大的國內整車廠提供的設計數據。

? ? 對于有2D圖的,我們在模具開發前,必須要對其進行分析,看是否可以達到設計要求,對于沒有2D圖的,我們必須與客戶設計人員面對面的交流,讓其指定相關的定位基準和尺寸公差。

? ? 首先,要同客戶確定好產品的測量方案,有合理的定位基準和測量基準。

? ? 其次,是否需要使用測量工裝來定位和固定。對于汽車零件,是否需要專業的檢具來測量。

? ? 對于2D圖中的尺寸,我們需要對照3D造型,檢查是否一致。不能直接用3D就開始開模。

? ? 對于2D圖中的尺寸,檢查其是否標注合理,尤其是公差精度,模具廠是否有這個能力來保證模具加工精度和注塑產品的精度。說實話,我們現在有很多的不量產產品的專業模具廠,對產品尺寸和精度的經驗嚴重不足,對產品的測量也很不專業,長久以來也不是很重視,導致模具開發出來后,產品是否能合格完全沒把握,也沒辦法保證。

? ? 還有一點,對于圖紙上標注的技術要求和特殊標記,同樣需要重點關注,否則就會因某個要求沒達到,導致模具有可能報廢。

? ? 最后還有一點,也是需要特別關注的一點,就是產品的變形,產品的變形將會大大影響產品的尺寸和精度,甚至裝配質量。如何控制產品的變形,首先在模具設計前,可以通過模流分析進行模擬仿真,通過不同的進膠方式和注塑工藝進行比較,選用最為合適的方案。

? ? 四、 產品外觀要求

? ? 對于產品外觀,主要考慮的是對模具結構、選材、加工方式、澆口方式與位置、注塑工藝的要求。針對不同的外觀要求,我們必須有相對應的開發方式方法來保證。

? ? 1. 顏色與透明度

? ? 根據產品的顏色和透明度,需要分析原材料是否符合要求,是否需要增加色母。同時,也要針對性的考慮模具方面的要求。

? ? 2. 表面類型

? ? 塑料產品的內外表面類型基本包括:加工紋、光面、火花紋、皮紋、噴砂、鏡面……

? ? 加工紋:就是模具加工出來,保留刀紋,不需要進行打磨拋光。

? ? 光面:模具加工出來后,進行拋光出來,至少沒有刀紋。根據拋光程度,有多種標準。

? ? 火花紋:電火花加工后形成的紋理。

? ? 皮紋:經過化學腐蝕或激光等方式制作的紋理。一般各供應商都有自己的皮紋型號和對應的模具開發要求。

? ? 噴砂:在模具表面進行噴砂處理。

? ? 鏡面:對模具成型鏡面處,進行鏡面拋光,以保證注塑后的產品表面達到鏡面標準。

? ? 在進行模具開發和注塑生產時,需要根據塑料產品的表面要求,選用合適的模具方案和注塑工藝。比如說對于皮紋面,要設計合適的拔模斜度和型腔材料,對于鏡面,需要選用鏡面的型腔材料和拋光方法。

? ? 3. 分型線與段差

? ? 一般來說,對于外觀產品,或產品的外觀面,是不允許有分型線(也包括鑲拼線)的。而非外觀產品或產品非可視面,是沒有這方面的要求的。

? ? 因為產品結構原因,可能會在產品外觀面上需要有分型線,這時需要與客戶確認是否可以有分型線,或建議客戶修改產品結構避免此次不產生分型線。

? ? 無論是外觀面還是內表面,客戶都會要求把分型面處的段差控制在一定范圍,此時就需要評估是否可以達到要求,設計的模具結構和選用的加工方式是否合適。

? ? 4. 飛邊

? ? 原則上,產品注塑后是不允許跑飛邊的,否則,就需要后期修飛邊?;蛘呖蛻粢幎ㄔ试S跑飛邊的厚度和長度都有相應的規定。要保證無飛邊,需要從模具結構、加工精度和注塑工藝等方面進行考慮,找到解決的辦法。

? ? 首先,不同的塑料有不同的流動性和溢邊值,跑飛邊的程度也不同。所以在客戶沒有指定材料牌號的時候,需要選擇不易跑飛邊的材料。

? ? 其次,模具設計分型面時,需要有相應的方式和位置。

還有,選擇模具材料時,盡可能用硬度高的材料。

? ? 最后,要充分保證模具零件的加工精度,以及配模質量,并設置合適的注塑工藝。

? ? 5. 熔接線

? ? 當多股熔融塑料流向某一位置,塑料前端相遇時生成的一條線或小槽。多產生在有孔的某一側或澆口的對面。

? ? 對于外觀產品,或者有強度要求的產品,一般是不允許產生熔接線的。此時除了通過注塑工藝來控制和減少外,也可以建議客戶進行產品的修改,來消除熔接線或把熔接線轉移到非重要位置。

? ? 6. 燒焦、困氣、注塑不足

? ? 燒焦和困氣大部分產生在遠離澆口處或狹窄深筋底部,呈現發白、發黃,焦黑、尤其當塑料流程特長時,在產品末端,易出現注塑不足的情況。所以,在產品的薄膠位處,需要進行分析評估,確保不會產生不足現象。

? ? 五、 產品性能與實驗標準

? ? 在產品進行開發前,我們需要充分理解產品的性能要求與實驗標準。

? ? 首先,產品與對手件的裝配關系,如定位、卡扣位、螺絲位,裝配間隙。最好能讓客戶提供相對應的裝配3D和2D。只有理解了產品的裝配關系,才能了解產品的各方面的要求,包括裝配要求,性能要求,其中最重要的是有關產品的定位基準和尺寸公差的測量與控制,更有助于我們對產品結構設計、尺寸公差的分析,能提出更多的產品修改建議。

? ? 其次,理解產品或裝配部件的功能是如何定義的,是否需要在模具開發和生產時特別重視和關注的。

? ? 對于實驗標準,分析出哪些項目是與模具開發或注塑生產相關聯的,然后制定出相對應的技術方案。比如,強度測試可能與產品結構、或澆口位置或材料有關系,沖擊實驗也可能與材料有關系,爆破實驗可能與材料和撕裂線厚度有關。

? ? 六、 注塑生產要求

? ? 根據塑料產品要求和供貨要求,可能會初步規劃模穴數和注塑機規格,此時,我們就需要驗證產品的注塑生產可行性。

? ? 首先,機臺噸位是否合適,鎖模力是否足夠。機臺是否可以放得下模具,炮筒和螺桿是否匹配,是否適合于生產此類產品。

? ? 如何選用合適的注塑工藝,是保證產品正常生產的重要一環。一般來說,可以有幾種方法來初步設置:經驗參數和成功案例、材料供應商提供、多次調試等。如果經過分析和評估后,對此產品沒有把握,就需要尋求資源提供支持和指導。

? ? 對于有特殊要求的產品,是否需要特殊的配套裝備,如高光和鏡面產品,可能就需要取件機械手。

? ? 七、 總結

? ? 塑料產品對模具開發和注塑生產提出了多方面的要求,模具與注塑是塑料產品質量的有效保證,如何保證塑料產品的質量,需要產品設計單位、模具廠、注塑廠協同配合,共同完成產品設計與開發,而不是各自為政。

? ? 長期以來,模具廠家只注重模具開發與制造,沒有站在產品設計單位也沒有站在模具使用單位即生產企業的角度去思考,沒有考慮產品設計要求的達成、產品生產的可行性、穩定性和安全性,所以忽略了對塑料產品的深入分析、評估和認證,導致模具開發出來了,產品不合格,生產不可行,并且連修模改模的可能性都已沒有,更嚴重的是可能需要重開模具,重頭再來。這樣就會浪費時間,消耗資源,甚至失去市場。

? ? 所以,為確保產品開發的順利和成功,我們必須高度重視開發前的產品分析,盡可能把可能出現的問題控制在前期,降低開發的風險。正所謂:“預防為主,防補結合”。

? ? 為了讓塑料產品的工藝性分析更為全面和規范,建議將對產品設計、模具開發和注塑生產等諸多方面的分析內容形成書面報告輸出,提交給相關人員進行討論和評審,也可作為與客戶進行技術交流的材料,并簽字確認和存檔。

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