什么因素决定我的注塑模具可以制造多少零件

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我有 1982 年版的塑料工业协会（现为塑料工业协会或 PLASTICS）的热塑性材料注塑模具分类。我的版本定义了用于 400 吨以下机器的各种类型模具的构造要求，并将它们标记为 101 到 105 型。它还有三种类型的快速更换模具嵌件，分别标记为 I 型到 III 型。它为需要具有 400 吨或更多锁模压力的机器指定了类似的分类。每种类型都有特定数量的模具能够生产的循环。表 1 总结了这些分类和寿命数量。

据说，这些分类早在 1996 年就已更新。最近，2021 年 8 月 19 日的《塑料新闻》有一篇文章提到，这些标准再次由行业领导者、协会成员组成的团队进行更新并选择美国模具制造商协会的成员。我们应该赞扬他们为进一步完善这份重要文件所做的努力。
我曾经的每一位客户都问过他们的模具可以制造多少个零件。大多数模具制造商会这样回答这个问题，“嗯，您支付了 101 类模具的费用，因此它应该可以生产多达 100 万次循环。” 显然，这个答案是基于 PLASTICS 模具分类的。虽然分类和这些分类的要求非常好，但我不同意指定每种模具应该能够生产的周期数。

PLASTICS 文件旨在作为注塑模具购买者的指南，应相应地重新命名——指南。问题是许多人认为规定的最小周期数是事实，如果不是合同的话。这可能会导致未来出现问题。101 级模具在一百万零一个周期会发生什么？客户支付模具的所有维护和修理费用——无论成本有多大？如果腔体破裂，999,000 次循环会发生什么？模具制造商是否必须自费更换它？尽管这个话题令人不快，但与您的客户一起制定一些初步的基本规则可能是值得的。

永远不要保证模具的寿命。

决定模具寿命的因素有很多。决定模具复杂性的零件复杂性可能是最大的因素。生产花盆、5 加仑桶或飞盘的模具可以使用很长时间。但更复杂的模具，例如带有凸轮动作、拧松机构、可折叠型芯、轮廓分型线、滑动关闭装置等的模具，不会持续很长时间，因为有更多的零部件会磨损、断裂、磨损或卡住. 仅仅因为模具是由热处理工具钢制成的，并不意味着它会抽出数十万个零件。

例如，如果零件设计具有尖锐的外角（意味着模具中的尖锐内角）并且承受高注射压力，则由于可能发生破裂，其寿命可能会非常短。我见过精心打造的 101 级热流道模具在前 5 分钟后就失效了，因为歧管中充满了塑料——折断螺栓和劈开板。十多年来，我还看到过硬的铝制模具无故障运行。
图 1 显示了一个用于玩具士兵的腔组。它是在 1955 年通过滚制铜块制成的。滚齿是一种今天很少使用的制造方法。非合金铜今天也很少使用，因为它非常柔软。图 2（左）中的小雕像最初是用 PS 模制而成的。图 2（右）中的小雕像是几周前在我桌子上用液态硅胶材料浇铸而成的。铸件上有一点闪光，但“夹紧压力”只有大约 10 磅——由几根橡皮筋产生。关键是零件几何是一切开始的地方，并且通常定义了一切结束的时间。
就像飞机、汽车、船或摩托车一样，如果维护得当并在必要时进行维修，模具可能会永远存在。只有当维修成本超过其价值时，模具才会被认为无法使用或已达到其使用寿命。除了零件和模具的复杂性外，模具的寿命还取决于许多其他因素，包括（但不限于）模具设计、钢材选择、模具部件和结构的质量、运行的成型机、成型材料用于制造零件的类型和成型工艺，以及模具的安装、拆卸、维护和储存。


只有当维修成本超过其价值时，模具才会被认为无法使用或已达到其使用寿命。

模具制造商的目标是根据项目的预期寿命最大限度地提高模具的性能，以尽可能降低每个零件的总成本。该分析应包括将维护模具的成本降至最低的目标。因此，在审查新项目时，模具制造商会明智地问：

1. 预计年产量是多少？这有助于模具制造商决定模具分类和满足这些年度数量所需的型腔数量。

2. 零件是做什么用的？如果它是医疗、光学或汽车零件，则很有可能要求模具由 ESR（电渣减少）不锈钢制成，以用于洁净室条件和光学抛光或模具纹理处理。

3、成型材料是什么？如果是腐蚀性树脂，例如硬质 PVC，唯一好的选择是用不锈钢制作模具。我说唯一好的选择，因为镍和其他涂层不能长时间保护碳钢免受 PVC 气体的影响。如果您认为不锈钢太贵，请考虑去除磨损或剥落的镀层、重新抛光型芯和型腔然后重新电镀模具的成本。

如果材料是高磨蚀性的，例如带有玻璃填料的材料，则所有与塑料接触的表面都需要彻底硬化——越硬越好。这包括浇道衬套和流道嵌件，而不仅仅是型腔和型芯。研磨材料也可以决定插入浇口，因为它们将是第一个磨损的东西。碳和铬含量高的钢通常具有良好的耐磨性。如果材料具有极强的磨蚀性，例如带有碳化硅填料的导热材料，那么典型硬度值约为 60 洛氏 C 的粉末金属工具钢中的一种可能是最合适的。

4. 是否有零件的二维尺寸图？我见过太多严格基于 3D CAD 模型引用的工作。CAD 模型不指定关键尺寸的公差。他们也没有指定表面光洁度、不能有浇口或顶针标记的美学区域、二次操作、配合零件等。2D 图纸几乎总是可以帮助模具制造商决定设计和制造模具的最佳方式——或者如果零件甚至可成型为规定的规格。

5. 成型件有目标价吗？这是薄壁和商品零件的常见问题，例如瓶盖和封盖，其中循环时间至关重要，并且对热流道系统的需求至关重要。可能需要高导热材料，例如铜合金。不幸的是，很少有模具制造商提出这个问题——除非他们也将成为模具制造商。

就个人而言，我热衷于使用导热材料，尤其是在难以冷却的区域。不是因为它们擅长减少循环时间，而是因为它们擅长实现均匀冷却。不均匀的零件冷却会导致零件翘曲，而翘曲的零件通常是不合格的条件。表 2 给出了各种模具材料的近似导热率值。这些值可能因制造商、热处理和工作温度而有很大差异。

在选择制造型腔和型芯的最佳材料时，成型零件的厚度很重要。如果零件是薄壁的，选择导热率极高的材料可能不是最佳选择。在注射过程中，材料可能会凝固得太快，最终可能会出现大量短射或注射压力超出机器的能力。相反，如果零件非常厚，则型腔和型芯材料的导热性几乎没有那么重要，因为模制零件会形成一层外皮，起到绝缘屏障的作用。这就是为什么冷却时间与壁厚的关系图不是一条直线。这是一条向上突出的曲线。

适当的钢材选择对模具的寿命起着至关重要的作用。大多数模具制造商都有自己的“首选”类型，例如用于模架的 1030 或 4130 以及用于型腔和型芯的 P-20、420 ​​或 H-13。1030和4130是很好的模架钢种，但如果项目需要持续数年，或者如果成型设施的水质容易出现钙沉积，则模架应进行化学镀镍。

预硬化不锈钢模架是更好的解决方案。不锈钢的导热性没有那么好，但对于模架来说通常没关系。我一直想知道模具制造商更喜欢具有良好可焊性的钢类型。虽然这是一个很好的属性，但它不应该是一个指导因素。一些钢材偏好是基于多年的经验。有些是基于它们加工的容易程度，或者它们在热处理过程中改变尺寸或翘曲的程度。通常，对于大多数零件来说，常用的钢材已经绰绰有余。但有时应更多地考虑钢材的性能。

我已经提到过抛光性、导热性、硬度和耐腐蚀性。但是韧性、抗压强度、耐磨性和耐磨性呢？这些也是需要考虑的重要属性，尤其是当两块钢相互滑动时，如凸轮、升降器或关闭装置。旧的经验法则是，如果使用不同的钢材类型并且它们之间存在 10 点的 Rockwell C 差异，那么一切都会好起来的。这个经验法则并不总是正确的——尤其是当力很大并且接触面积很大的时候。O-6 和 A-10 钢非常适合滑动应用，因为这两种钢的微观结构中含有高浓度的石墨颗粒。O-1、O-2、D-2 和 S-1 也是适用于滑动应用的良好钢种。

模具损坏的一个非常常见的原因是磨损。当两块钢相互摩擦或滑动时，它们存在冶金结合在一起的风险。您通常可以听到组件在卡住之前不久发出的吱吱声。任何时候都可能发生磨损——从最初的模具取样到之后的 100 万次循环。从机器操作员到工厂经理，每个人都应该知道这种声音的含义。及早发现磨损情况可以减少模具损坏的数量。

磨损和磨损解释了为什么人们对各种表面涂层和表面处理以及不同类型配合钢的冶金相容性给予了很多关注。

韧性基本上是强度和延展性的结合，对于高大、独立的型芯以及具有尖锐内角的型腔很重要，因为成型压力会导致开裂。H-13具有很好的韧性。S-7也不错。

模具寿命降低的一些常见原因是由于生产车间的事故。战壕中的人们将此类事件描述为“崩溃”。最常见的碰撞之一是凸轮不在位置上——通常是在清洁分型线或移除零件之后，或者仅仅是因为凸轮固定装置太弱​​，凸轮滑出位置。当凸轮偏离位置时，角销不会与凸轮上的孔对齐，然后——碰撞——它像树枝一样折断。如果角销碰到凸轮的顶部，通常没什么大不了的。只需更换销钉。但是，如果它击中任何空腔印痕，那将结束生产运行，并且维修成本要高得多。另一种常见的碰撞类型是处理带有一个吊环螺栓且没有安全带的模具。

任何时候都可能发生磨损——从最初的模具取样到之后的 100 万次循环。

当一个大模具分成两半挂在机器中时，可能会发生不常见但非常严重的碰撞。如果其中一个半部意外地偏离了 180° 的位置，并且由于模具无法关闭而设置人员忽略了低压设置模式，那么就会发生非常糟糕的事情。有几次，我看到一台成型机的液压阀坏了。模具全速关闭并震动了整个建筑物。但幸运的是，意外的模具崩溃是罕见的一次性事件。

真正的模具杀手——对于任何复杂的模具来说——是分型线飞边。当塑料或其他碎屑粘附在模具的分型线上时，它会通过留下压痕或压痕使模具变形。如果你想一想，当碎屑夹在两个平面之间并暴露在数百吨的夹紧压力下时，它无处可去，只能进去。

让我们做一些简单的数学运算。假设子浇口部分留下 1/16 英寸。直径 分型线上的薄片。1/16 英寸。直径 薄片的面积为 0.0031 英寸2。模具在500吨的压力机上。压力 = 力 ÷ 面积，所以在这种情况下：

500 吨 ÷ 0.0031 英寸2  = 大约 160,000 psi。

P-20 钢的屈服强度约为 125,000 psi。1030 和 4130 钢的屈服强度约为 64,000 psi。这个方程甚至不包括由于移动压板的关闭速度和动量而施加到碎屑上的附加力。图 3 显示了当施加的压力远大于钢的屈服强度时，浇口薄片对模具的影响。
如果注射或保压压力过大，或者合模压力不足，塑料会试图从型腔中渗出。这通常会导致空腔的边缘锐利的周边开始看起来像是有人在其上添加了一个小半径。随着时间的推移，空腔周围会出现越来越多的闪光。飞边的问题是，一旦模具表面出现凹痕，它就永远不会变好。它只会变得更糟。它需要修复，并在第一次发现时确定和纠正根本原因。为操作员提供剃须刀片或其他工具来去除飞边并不是适当的纠正措施。

Flash永远不会变得更好。它只会变得更糟。

虽然具有高抗压强度的热处理工具钢确实可以延缓飞边损伤的数量或严重程度，但它不能使模具不受损坏。图 4 显示了由喷嘴串引起的预硬化 28-32 Rockwell C 模具的严重滚齿分型线。一般来说，工具钢越硬，越脆。显然，在金属的物理特性方面存在权衡。根据几个因素，您可能需要考虑使用更具延展性的材料，或制作备用空腔组作为保险。
塑料的硬度以及模具的硬度可以决定模具损坏的速度和严重程度。如果热衬套在 P-20 模具中使 Ultem PEI 流口水，不久之后您就需要在分型线上磨掉千分之几来清理它。我知道模具制造商故意将模芯提高 0.005 英寸，因为他们相信在模具的使用寿命期间他们会多次研磨分型线。但塑料和钢材的硬度并不是导致飞边的唯一因素。潜在原因的清单非常长。以下是一些较常见的：


• 劣质模具设计
• 劣质模具结构
• 模板厚度
不足 • 支撑柱面积不足
• 分型线释放不足
• 模具设置不当
• 锁模压力不足
• 锁模压力过大
• 型腔不平衡
• 加工参数不佳
• 注射过多或包装压力
• 材料粘度低
• 排气不足
• 排气深度过大
• 使用不干胶标签作为排气孔
• 机器衬套磨损
• 机器压板磨损
• 未对准
• 磨损关闭
• 磨料成型材料
• 磨料填充物
• 喷嘴拉丝
• 副浇口剥落
• 粘附部件或流道
• 生锈或腐蚀
• 缺乏预防性维护

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注塑机厂家

我是来刷分的，嘿嘿

mhsmvztz

找到好贴不容易，我顶你了，谢了

mcgovwaf

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