塑料镶件的工艺探讨.docx

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塑料镶件的工艺探讨

塑料镶件的工艺探讨

风之影

　　也许你已经看过我前面的主页了，我认为即然是搞CAD、CAM、CAE，总得实践与理论相联系。

这里我就综合了CAD绘图、CAE分析，结合专业知识，对实际生产中常遇到的问题进行分析，这里不仅是对塑料镶件的工艺探讨，也是对分析处理实际问题的一种方法的探讨。

　　什么是塑料镶件？

　　凡是搞注塑模具的人都知道在要求注塑件中包含有其它已经加工成型的零件时，使用在模具中放入镶件的形式是最可靠的，因为这样，事先加工的零件用于固定的部分完全被塑料包裹。

通常我们见到含有铜芯的接插头，包有塑料铁芯片等均是这种形式。

在压铸模具中，也有采用这种形式的，如汽车驾驶盘中的零件等。

而当我们对注塑件要求含有两种性能或颜色不同的材料以达到特殊的外观或使用要求时，也会使用先使其中一种材料成型，再将它放入另一种材料的注塑模具中一起成型的方法，其实双色或多色注塑基本上也是应用这个原理。

那么其中先成型的部分，我们就称为塑料镶件。

　　如果你做过含镶件的注塑模，你就会知道这种模具存在模温控制困难、塑料的流动性受影响、镶件的定位困难、合模精度要求高、生产效率低等方面的困难。

如果你用的是金属镶件，为保证型腔内的温度均匀，有可能必须对镶件进行预加热，而对于塑料镶件，模具的温度必须低于镶件的热变形温度。

对金属镶件而言，定位部分要多考虑因金属镶件的反复插拔所带来的磨损，而对塑料镶件则是要考虑不能使镶件因定位的不准确而产生不适当的变形。

　　在工艺上，镶件的选材是第一步。

镶件选材不能选热变形温度低于主体材料注塑所需的模温，并且应有适当余量；其次镶件与主体材料之间的相融性，如果相融性不好，则会影响两种材料的结合强度；再次是所选镶件材料的机械强度，对有外观要求的镶件，不能在主体注塑过程中因注塑压力的原因而变形；最后一点是镶件的材料是否会对主体材料产生不恰当的流动阻力，从而使主体的成型遇到不应有的困难。

选材上还有其它的一些要求，以上的这些从艺方面讲是主要的，对许多情况下，这些要求是相对立的，只有通过比较分析从中找到一个平衡的解决方法，有时甚至要求改进主体的模具。

　　第二步是镶件的尺寸，首先镶件的尺寸要满足其本身的成型要求；其次应考虑到镶件在主体注塑时所处的环境，如镶件是一些线条的组合，则这些线条的则必须有足够的强度来承受注塑压力（有时就可能要求加大线条宽度）；还有就是如果镶件中存在填充区（见图4），则就要考虑主体的注塑成型工艺要求。

　　以上的要求也可能相互对立，但最多的情况是于产品设计的外观等要求存在着矛盾。

以下是一个含有塑料镶件的注塑件实例，以供大家参考：

图1

图1就是我要进行分析的实例，它是一个用于轿车上的开关按钮，白色部分为塑料镶件，实际生产中最常见的问题就是白色线条的变形。

它的结构如下：

图2

图3

塑料镶件的结构图如下：

图4

　　我针对实际存在的问题，以及外观方面对线条的要求，在选材基本定案的基础上，决定将解决问题的重点放在工艺上。

　　如以上各图所示，我的解决方法是降低在镶件主体注塑模具中所承受的注射压力。

过去生产中，常常发生填充区填充不良，操作人员往往盲目地加大注射压力，提高模温和料温，结果是使镶件线条严重变型，完全不符合设计所提出的外观要求。

在这里，我的思路是分两步。

一步是从主体的材料要求出发，加大了浇口的尺寸，加宽加深流道（实际情况下因考虑到要将流道去除，在宽度上不宜过大，在深度上则会有较大的余量）；另一步是在塑料镶件中增加反料井，排除先锋冷料。

加深填充的深度。

这其中，加深填充区的深度是我认为较为关键的一步。

　　塑料填充区的深度由于受零件本身的限制，可允许的变化范围极为有限，而主体塑料所要求的一般最小可成型的厚度为0.5mm，合理的成型厚度最小为0.8mm，但这一理论数据是针对金属型腔而言的，在填充区内，五面塑料，一面为金属，所以我将这一区域的深度定为1mm。

然后我用QuickFill模拟了型腔内压力的分布，结果如下：

　　填充区深度为0.8mm

　　填充区深度为1mm从图中可以发现，填充区的注塑压力差值为1~2MPa。

其作用是很明显的。

且不论何种情况，填充的注塑压力都不是整个塑件压力最高的地方。

　　上图表明的是，填充区应不是整个塑件成型最晚的地方。

如果生产中发现在整个塑件均已顺利充填，而填充区仍未充足，则就应对图2中的浇道、浇口等的尺寸重新确认。

　　实际生产中，采用方述的方法，模具的形式为一模两腔，潜伏式浇口，均采用PA6，模温控制在50度左右，取得了很好的效果。

顺便要提一下的是，当塑料镶件为PC材料时，其它参数和尺寸均不变时，填充区会补缩困难，产生明显的缩凹的痕迹，这就可能是流动阻力的关系。

整个分析包括造型工作，我都是在下载的DesignWave和QuickFill试用版中完成的。

这里不是做广告，只是想说明CAD绘图与CAE分析的结合就可以试着解决很多工程技术上的问题，还想说一句的是，上网的日了真好！

如果哪位网友发现了新软件（不好也没关系），千万别忘了告诉我。

注塑模CAD中的模架数据管理

吴菊林

0　引　言

　　塑料注射成型是生产塑料制品的重要手段之一。

在CAD技术引入注塑模设计领域后，模具设计发生了根本性的变革，同时也带来了巨大的经济效益。

据国外统计，注射模采用CAD技术的比例约占所有不同模具CAD技术的75%，在我国，注塑模CAD技术也在不断地应用和推广中。

　　在注塑模CAD系统的建立研制过程中，对模具设计中的标准数据信息进行管理是一项重要的工作。

模架是设计和制造塑料注射模的基础部件，目前已成为标准化、系列化的产品。

为更好地辅助设计人员完成模架的选型与设计，避免低水平的重复劳动，可以通过建立统一的标准模架数据库来实现系统对模架数据的管理与共享。

　　我国对塑料注射模模架的国家标准分为《塑料注射模中小型模架》（GB/T12556.1—90）和《大型模架》（GB/T12555.1—90）两种，本文仅以中小型模架的标准为例。

中小型模架的结构形式按品种型号分，即基本型4种，派生型9种，以定模、动模座板有肩、无肩划分，又增加13个品种，共26个模架品种。

以模板的每一宽度尺寸为系列主参数，各配以一组尺寸要素，组成12个尺寸系列。

按照同品种、同系列所选用的模板厚度A、B和垫板高度C再来划分每一系列的规格。

另外，模架全部采用GB4169.1-11—84《塑料注射模零件》中的11类标准零件组合而成。

因此，标准模架的数据量很大。

　　图1为4种典型的模架结构图。

图1　4种典型的模架结构图

　　对注塑模标准模架数据进行管理，一般有3种方式：

（1）用程序或数组的方式来管理标准数据。

适合于在程序模块的内部管理私有的、静态的、不活跃的数据。

这种方式编程容易，但管理的数据量较少，数据不易共享。

（2）以数据文件的方式管理标准数据。

特点是实现方便，使用效率高，但数据冗余度大，缺乏独立性，各文件对数据没有统一的管理。

用户需要对文件的物理存储细节有相当的了解，增加了用户使用数据的难度。

而且数据的安全性、完整性都得不到保证。

　　（3）采用数据库的方式。

在这一方式下，数据具有较高的独立性和较少的冗余，且集合中的文件具有相互关系。

　　根据模架库数据的具体情况，本文研究采用的是具有参数化和智能特征的模架数据库，这样不仅使数据具有共享、独立及集中管理的数据库管理方式的优点，而且充分利用参数化的优点，使用户能够方便地对设计数据进行添加和智能修改。

标准模架库实际上是一个智能化的标准模架数据库系统。

1　采用参数化方式建立和管理模架库

　　1.1　模架库的基本组成

　　在标准模架库中，模架数据实行统一、集中的管理，使数据独立于程序而存在，可以提供给不同的模块共享使用。

标准模架库由标准模架数据库、标准件数据库、非标准模架数据库和标准模架索引数据库等4部分组成，它们相互间的关系可见图2。

图2　模架数据库结构图

　　在标准模架数据库里，存储着模架的标准信息，其中包括模架的26个品种，模架的宽度尺寸系列，不同规格的尺寸数据等。

　　在标准件数据库里，主要存储着组成模架的GB4169.111—84《塑料注射模零件》中的11类标准零件的有关数据。

这些零件可以分为4类：

推出零件（标准推杆、标准推板、标准垫块、标准支承板），支承与固定零件（标准模板、标准支承柱），导向零件（标准导套、导柱），定位与限位零件（限位钉、圆锥定位件）。

　　非标准模架数据库的建立是由于在生产实际应用中，标准模架的尺寸系列常常不能满足一些特定的生产要求，因而派生出了标准模架的修改类型，即非标准模架。

非标准模架数据库的结构与标准模架数据库类似，不同之处是非标准模架数据库没有国家标准，而且记录了标准模架数据的修改内容，根据这一数据特点，在使用过程中，该模架可以根据用户给出的参数进行智能化的非标准模架数据生成。

　　标准模架索引数据库的内容最为关键，模架的标准信息量虽然很大，但不同的数据信息有共同的特点，将这些特点总结归纳出来，就是模架的参数，管理模架参数和标准信息之间数据结构关系的数据就存放在标准模架索引数据库里。

具体地说，该库中存储了模架国标代号、品种、系列等数据及指向标准模架数据库的指针。

　　1.2　模架主参数的确定

　　由于标准注塑模模架的零件及结构有一定的规律，所以适宜采用参数化方法提取模架主参数。

模架主参数是根据国标中对塑料模架的标记方法归纳得到的，具有一定的普遍性。

　　国标中的塑料模架标记方法是：

　　品种—系列—规格—导柱导套安装形式

　　如A1—180L—15—Z2，标准模架的选型依据上述4个方面，由用户给出这4个选型参数。

（1）模架品种。

标准模架有基本型4种和派生型9种，共13种。

如例中的A1。

（2）模架尺寸系列。

这一参数决定于模板的宽度和长度。

如例中的参数180L。

　　（3）模架规格。

主要给出动、定模板的厚度和垫块的厚度。

如例中的参数15。

　　（4）导柱导套安装的形式。

正装、反装各3种类型。

如例中的参数Z2。

2　模架数据库的管理

　　模架数据库的管理和维护是一个十分复杂的过程。

这里采用的是VisualC++开发环境，VC++是当今最为优秀的Windows应用程序的开发工具之一，模架库的管理系统将数据的查询、调用、添加等数据操作通过一个友好的中文用户界面集中表示出来，用户通过选取相对应的资源选项，就可以驱动相关的事件程序对模架数据库进行管理和维护。

用户对模架库的管理和维护可以用以下模块实现：

（1）在列表模块中，用户可以通过对话框的提示，将所有标准模架品种、选定模架品种的所有宽度尺寸系列、选定模架品种和宽度尺寸系列的所有规格的尺寸数据在客户区列表显示出来，系统同时配上有关视图。

这一模块的设计目的是帮助用户了解数据库中的标准模架信息，方便用户使用；

（2）在查询模块中，用户可以查询标准模架品种，选定模架品种的所有某一宽度尺寸系列，以及选定模架品种和宽度尺寸系列的某一规格的尺寸数据，输出到屏幕使选中的数据在客户区列表显示出来，系统同时配上有关示意图，输出到文件将选中的数据以特定的格式存储起来，在自动生成模架时使用；

　　（3）在非标准模块中，可以根据用户的输入模仿标准模架的数据形式智能化地生成一套非标准模架的数据存入非标准模架数据库。

这实际是使非标准模架数据库成为具有一定智能性的动态库，以满足实际生产中的需要。

　　在进行模架设计时，用参数化的方法，根据用户给出的参数在标准模架索引数据库中获得有关指针，进而得到一副模架的完整信息，可以选择输出的数据，生成模架数据文件，用于在有关的造型系统中生成模架三维造型图。

3　结　论

　　利用数据库方式管理标准模架信息，解除了设计人员查找零件目录和标准数据的繁琐工作，有更多的时间从事创造性的设计，将参数化方法引入数据库的建立和管理中，便于用户设计修改智能化的非标准模架模块，更好地满足了设计的实际需要。

统一的数据模式也为后续的模架图形自动生成提供了可能。