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电力电容器的任务道理及其操纵

日期:2019-11-25 11:00 来源:

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  我作为一名从家电维修人员,转行为建筑电气安装施工人员,跨度还是比较大的。电容对于我们从事家电维修的人来说不陌生的。电子电路的构成有五大件:电阻,电容,二极管,三极管,集成电路。

  电容作为电子电路的核心成员主要作用有:耦合,隔直流电通交流电,滤波。这是我作为多年的家电维修人员所掌握的知识。没想到在我们项目上又见到了,但是个头比我之前见到的大得多。这种电容叫做自愈式低电压并联电容器,是电力系统中常见的电气元件。电力电容器,用于电力系统和电工设备的电容器。任意两块金属导体,中间用绝缘介质隔开,即构成一个电容器。电容器电容的大小,由其几何尺寸和两极板间绝缘介质的特性来决定。当电容器在交流电压下使用时,常以其无功功率表示电容器的容量,单位为乏或千乏。本期专题将详细介绍电力电容器的分类、原理、安装及运行维护等问题。

电力电容器的任务道理及其操纵

  我们学过电工学的都知道功率因数这个名词,那么这个自愈式低电压并联电容器就和功率因数有关。我们知道在工厂车间中我们用的比较多的动力设备是电动机,那么电动机是感性负载,又知道电感的电流在相位上滞后电压90度,电容的电流在相位上超前电压90度。并且在这同时还会产生无功功率。我们通常用电容去补偿无功功率,或者说是提高功率因数。

  电容的单位我们知道有法,毫法,微法,纳法,皮法等。它们分别对应的关系是1法=1000毫法=1000000微法

  1微法=1000纳法=1000000皮法。注意了在电子电器中电容标注只有额定电压和额定电容这两种,但是在电力电容上却有多种参数标注,额定容量,额定电容,额定电压,额定电流,额定功率。注意了这是我们要掌握的知识点,最后我们要学着判断电容的好坏。这很重要。我们要知道它有那些故障这样我们去判断可以有针对性。第一,电容容量下降,这个我们可以用电容表或者指针表去判断。第二,击穿短路,开路这个可以用指针表欧姆档上去判断,第三,漏油鼓包,这个可以用直观法去判断。

  还有就是我们去更换电力电容的时候一定要记得去放电。方法是用100瓦或者200瓦的灯泡,接在电容的接线柱上等待几分钟就可以了。

  并联电容器是一种无功补偿设备,并联在线路上,其主要作用是补偿系统的无功功率,提高功率因数,从而降低电能损耗、提高电压质量和设备利用率。

  电力电容器按安装方式可分为户内式和户外式两种;按其运行的额定电压可分为低压和高压两类;按其相数可分为单相和三相两种,除低压并联电容器外,其余均为单相;按外壳材料可分为金属外壳、瓷绝缘外壳、胶木筒外壳等。

  1)并联电容器。原称移相电容器。主要用于补偿电力系统感性负荷的无功功率,以提高功率因数,改善电压质量,降低线)串联电容器。串联于工频高压输、配电线路中,用以补偿线路的分布感抗,提高系统的静、动态稳定性,改善线路的电压质量,加长送电距离和增大输送能力。

  3)耦合电容器。主要用于高压电力线路的高频通信、测量、控制、保护以及在抽取电能的装置中作部件用。

  4)断路器电容器。原称均压电容器。并联在超高压断路器断口上起均压作用,使各断口间的电压在分断过程中和断开时均匀,并可改善断路器的灭弧特性,提高分断能力。

  5)电热电容器。用于频率为40~24000赫的电热设备系统中,以提高功率因数,改善回路的电压或频率等特性。

  6)脉冲电容器。主要起贮能作用,用作冲击电压发生器、冲击电流发生器、断路器试验用振荡回路等基本贮能元件。

  8)标准电容器。用于工频高压测量介质损耗回路中,作为标准电容或用作测量高压的电容分压装置。

  电力电容器的基本结构包括:电容元件、浸渍剂、紧固件、引线、外壳和套管。结构图如图1所示。

  额定电压在1kV以下的称为低压电容器,1kV以上的称为高压电容器,都做成三相、三角形连接线,内部元件并联,每个并联元件都有单独的熔丝;高压电容器一般都做成单相,内部元件并联。外壳用密封钢板焊接而成,芯子由电容元件串并联组成,电容元件用铝箔作电极,用复合薄膜绝缘。电容器内衣绝缘油(矿物油或十二烷基苯等)作浸渍介质。

  用一定厚度和层数的固体介质与铝箔电极卷制而成。若干个电容元件并联和串联起来,组成电容器芯子。在电压为10kV及以下的高压电容器内,每个电容元件上都串有一熔丝,作为电容器的内部短路保护。当某个元件击穿时,其他完好元件即对其放电,使熔丝在毫秒级的时间内迅速熔断,切除故障元件,从而使电容器能继续正常工作。电容元件的结构如图2所示。

  电容器芯子一般放于浸渍剂中,以提高电容元件的介质耐压强度,改善局部放电特性和散热条件。浸渍剂一般有矿物油、氯化联苯、SF6气体等。

  外壳一般采用薄钢板焊接而成,表面涂阻燃漆,壳盖上焊有出线套管,箱壁侧面焊有吊攀、接地螺栓等。大容量集合式电容器的箱盖上还装有油枕或金属膨胀器及压力释放阀,箱壁侧面装有片状散热器、压力式温控装置等。接线端子从出线瓷套管中引出。

  1) 提高线路末端电压。串接在线路中的电容器,利用其容抗xc补偿线路的感抗xl,使线路的电压降落减少,从而提高线路末端(受电端)的电压,一般可将线) 降低受电端电压波动。当线路受电端接有变化很大的冲击负荷(如电弧炉、电焊机、电气轨道等)时,串联电容器能消除电压的剧烈波动。这是因为串联电容器在线路中对电压降落的补偿作用是随通过电容器的负荷而变化的,具有随负荷的变化而瞬时调节的性能,能自动维持负荷端(受电端)的电压值。

  3) 提高线路输电能力。由于线路串入了电容器的补偿电抗xc,线路的电压降落和功率损耗减少,相应地提高了线) 改善了系统潮流分布。在闭合网络中的某些线路上串接一些电容器,部分地改变了线路电抗,使电流按指定的线路流动,以达到功率经济分布的目的。

  5) 提高系统的稳定性。线路串入电容器后,提高了线路的输电能力,这本身就提高了系统的静稳定。当线路故障被部分切除时(如双回路被切除一回、但回路单相接地切除一相),系统等效电抗急剧增加,此时,将串联电容器进行强行补偿,即短时强行改变电容器串、并联数量,临时增加容抗xc,使系统总的等效电抗减少,提高了输送的极限功率(Pmax=U1U2/xl-xc),从而提高系统的动稳定。

  并联电容器并联在系统的母线上,类似于系统母线上的一个容性负荷,它吸收系统的容性无功功率,这就相当于并联电容器向系统发出感性无功。因此,并联电容器能向系统提供感性无功功率,系统运行的功率因数,提高受电端母线的电压水平,同时,它减少了线路上感性无功的输送,减少了电压和功率损耗,因而提高了线路的输电能力。

  1)电容器应安装在无腐蚀性气体、无蒸汽,没有剧烈震动、冲击、爆炸、易燃等危险的场所。电容器的防火等级不低于二级。

  4)电容器室装设通风机时,出风口应安装在电容器组的上端。进、排风机宜在对角线)电容器室可采用天然采光,也可用人工照明,不需要装设采暖装置。

  1)为了节省安装面积,高压电容器可以分层安装于铁架上,但垂直放置层数应不多于三层,层与层之间不得装设水平层间隔板,以保证散热良好。上、中、下三层电容器的安装位置要一致,名牌向外。

  2)安装高压电容器的铁架成一排或两排布置,排与排之间应留有巡视检查的走道,走道宽度应不小于1.5m.

  4)高压电容器外壳之间的距离,一般不应小于10cm;低压电容器外壳之间的距离应不小于50mm。

  5)高压电容器室内,上下层之间的净距不应小于0.2m;下层电容器底部与地面的距离应不小于0.3m。

  6)每台电容器与母线相连的接线应采用单独的软线,不要采用硬母线连接的方式,以免安装或运行过程中对瓷套管产生应力造成漏油或损坏。

  7)安装时,电气回路和接地部分的接触面要良好。因为电容器回路中的任何不良接触,均可能产生高频振荡电弧,造成电容器的工作电场强度增高和发热损坏。

  8)较低电压等级的电容器经串联后运行于较高电压等级网络中时,其各台的外壳对地之间,应通过加装相当于运行电压等级的绝缘子等措施,使之可靠绝缘。

  9)电容器经星形连接后,用于高一级额定电压,且系中性点不接地时,电容器的外壳应对地绝缘。

  10)电容器安装之前,要分配一次电容量,使其相间平衡,偏差不超过总容量的5%。当装有继电保护装置时还应满足运行时平衡电流误差不超过继电保护动作电流的要求。

  11)对个别补偿电容器的接线应做到:对直接启动或经变阻器启动的感应电动机,其提高功率因数的电容可以直接与电动机的出线端子相连接,两者之间不要装设开关设备或熔断器;对采用星—三角启动器启动的感应式电动机,最好采用三台单相电容器,每台电容器直接并联在每相绕组的两个端子上,使电容器的接线总是和绕组的接法相一致。

  12)对分组补偿低压电容器,应该连接在低压分组母线电源开关的外侧,以防止分组母线开关断开时产生的自激磁现象。

  13)集中补偿的低压电容器组,应专设开关并装在线路总开关的外侧,而不要装在低压母线上。

  电容器应在额定电压下运行。如暂时不可能,可允许在超过额定电压5%的范围内运行;当超过额定电压1.1倍时,只允许短期运行。但长时间出线过电压情况时,应设法消除。

  电容器应维持在三相平衡的额定电流下进行工作。如暂时不可能,不允许在超过1.3倍额定电流下长期工作,以确保电容器的使用寿命。

  装置电容器组地点的环境温度不得超过40℃,24h内平均温度不得超过30℃,一年内平均温度不得超过20℃。电容器外壳温度不宜超过60℃。如发现存在上述现象时,应采用人工冷却,必要时将电容器组与网路断开。

  1)温度的监视。无厂家规定时,电容器的温度一般应为-40℃~40℃,在电容器外壳粘贴示温蜡片。运行中电容器温度异常升高的原因包括:运行电压过高(介损大);谐波的影响(容抗小电流大);合闸涌流(频繁投切);散热条件恶化。

  2)电压的监视。应在额定电压下运行,亦允许在1.05倍额定电压运行,在1.1倍额定电压运行不超过4小时。

  3)电流的监视。应在额定电流下运行,亦允许在1.3倍额定电流下运行,电容器组三相电流的差别不应超过±5%。

  当功率因数低于0.85,电压偏低时应投入;当功率因数趋近于1且有超前趋势,电压偏高时应退出。

  发生下列故障之一时,应紧急退出:①连接点严重过热甚至熔化;②瓷套管闪络放电;③外壳膨胀变形;④电容器组或放电装置声音异常;⑤电容器冒烟、起火或爆炸。

  电力电容器组在接通前应用兆欧表检查放电网络。接通和断开电容器组时,必须考虑以下几点:

  2)在电容器组自电网断开后1分钟内不得重新接入,但自动重复接入情况除外。

  3)在接通和断开电容器组时,要选用不能产生危险过电压的断路器,并且断路器的额定电流不应低于1.3倍电容器组的额定电流。

  1)正常情况下,全站停电操作,应先拉开电容器断路器,后拉开各出线断路器;恢复送电时,顺序相反。

  3)并联电容器组断路器跳闸后,不准强送电;熔丝熔断后,未查明原因前,不准更换熔丝送电。

  6)高压电容器组外露的导电部分,应有网状遮拦,进行外部巡视时,禁止将运行中电容器组的遮拦打开。

  7)任何额定电压的电容器组,禁止带电荷合闸,每次断开后重新合闸,须在短路三分钟后(即经过放电后少许时间)方可进行。

  8)更换电容器的保险丝,应在电容器没有电压时进行。故进行前,应对电容器放电。

  1)当电容器喷油、爆炸着火时,应立即断开电源,并用砂子或干式灭火器灭火。

  2)电容器的断路器跳闸,而熔丝未熔断。应对电容器放电3分钟后,再检查断路器、电流互感器、电力电缆及电容器外部情况。若未发现异常,则可能是由于外部故障或电压波动所致,可以试投,否则应进一步对保护做全面的通电试验。

  3)当电容器的熔丝熔断后,应向值班调度员汇报,取得同意后,再切断电源并对电容器放电后,先进行外部检查,如套管的外部有无闪络痕迹、外壳是否变形、漏油及接地装置有无短路等,然后用摇表摇测极间及极对地的绝缘电阻值。如未发现故障迹象,可换熔丝继续投入运行。如经送电后熔丝扔熔断,则应退出故障电容器。

  4)处理故障电容器应先断开电容器的断路器,拉开断路器两侧的隔离开关。由于电容器组经放电电阻放电后,可能部分残存电荷一时放不完,仍应进行一次人工放电。放电时先将接地线接地端接好,再用接地棒多次对电容器放电,直至无放电火花及放电声为止。尽管如此,在接触故障电容器前,还应戴上绝缘手套,先用短路线将故障电容器两极短接,然后手动拆卸和更换。

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  塑料吹塑成型方法有五种:挤出吹塑成型、注射吹塑成型、拉伸吹塑成型、多层吹塑成型和发泡吹塑成型。模具注塑成型是批量生产某些形状复杂部件时用到的一种加工方法。具体原理指:将受热融化的塑胶原材料由注塑机螺杆推进高压射入塑胶模具的模腔,经冷却固化后,得到塑胶成形产品。 塑料吹塑成型工艺是用来成型塑料容器类中空制品(如饮料瓶、日化用品等各种包装容器)的一种模具,吹塑成型的形式按工艺原理主要有挤出吹塑中空成型、注射吹塑中空成型、注射延伸吹塑中空成型(俗称注拉吹),多层吹塑中空成型,片材吹塑中空成型等。中空制品吹塑成型所对应的设备通常称为塑料吹塑成型机,吹塑成型只适用于热塑料品种制品的生产。吹塑模具结构较为简单,所用材料多以碳素多则制造。 吹塑制品的工艺过程一般为:原料的准备和运输i型坯的制作i型坯的吹胀、成型及冷却制品的修整和质量检查一旦选择好成型方法,成型的工艺过程也基本确定下来。此外,在批量生产吹塑制品时,还应考虑成型加工的操作方式以及应配备的辅助设备。   操作方式有:手工操作、半自动操作、全自动操作。   配备辅助设备时应考虑以下问题。   (1)原料是否干燥,应采取的技术措施。   (2)边角废料的处理方法、回用方式及技术要求。   (3)型坯再加热装置的温度控制。   (4)吹塑或注射模具的温度控制。   (5)压缩空气的干燥及压力的选用。   (6)吹塑成型后制品的冷却系统。   (7)吹塑制品表面处理、表面印刷的方法。   (8)吹塑制品质量(外形尺寸、耐压、防泄漏、耐环境应力开裂等)检查的方式、方法及工具。   与注射成型相比,吹塑成型有哪些优缺点?   与注射成型相比,挤出吹塑成型有如下优点:   (1)吹塑机械(尤其是吹塑模具)的造价较低(成型相似的制品时,吹塑机械的造价约为注射机械的1/3—1/2),制品的生产成本也较低。   (2)吹塑中,型坯是在较低压力下通过机头成型并在低压(多数为0.2—1.0MN)下吹胀的,因而制品的残余应力较小,耐拉伸、冲击、弯曲与环境等各种应变的性能较高,具有较好的使用性能。而在注射成型中,熔体要在高压(15—140yPa)下通过模具流道与浇口,这会导致应力分布不均匀。   (3)吹塑级塑料(例如PE)的相对分子质量比注射级塑料要高得多。因此,吹塑制品具有较高的冲击韧性和很高的耐环境应力开裂性能,适于生产包装或运输洗涤剂与化学试剂的容器或大桶。   (4)由于吹塑模具仅由阴模构成,故通过简单地调节机头模口间隙或挤出条件即可改变制品的壁厚,这对无法预先准确计算所需壁厚的制品很有利。而对注射成型i改变制品壁厚的费用要高得多。   (5)吹塑成型可以生产壁厚很小的制品,这种制品无法通过注射成型来生产。   (6)吹塑成型可以生产形状复杂、不规则且为整体式的制品。采用注射成型时,要先生产出两件或多件制品后,通过搭扣配合、溶剂教结或超声波焊接等组合在一起。   不过,吹塑制品的精度一般没有注射成型制品的高。   塑料吹塑件的设计步骤是什么?   好的吹塑件是从设计开始的。塑料容器的吹塑件设计是制造有竞争力、品质优良容器的关键,是一项系统性、综合姓的工程策划。即首先考虑满足使用功能;然后进行材料选择,确定吹塑成型方法(尤其要注意吹塑件的分型、脱模、排气等);最后才是吹塑模具结构尺寸和技术要求的确定,同时还要顾及模具加工的工艺性。整个过程要与生产成本和效率紧密结合。   吹塑件设计步骤的说明如下:   (1)设计对象。根据吹塑件的用途和使用要求,确定制品的功能特点、环境条件、载荷条件。这是一般设计中首要的一环(2)形状造型结构设计。根据吹塑件的功能特点、环境条件、载荷条件来设计,做到满足使用要求、造型美观、尺寸合理、强度适宜、节省用料。   (3)合理选材。选用的吹塑件材料应达到使用性能以及成型加工的要求。若吹塑件有特殊功能性(如抗静电、防老化、杀菌等)要求,在配方设计时,应考虑选择合适的添加剂。   若一种材料难以满足吹塑件设计的要求,应考虑采用多种材料,使用共混改性或共挤吹塑法,提高吹塑件的技术性能。   若有多种材料可供选择时,应考虑材料的价格以及材料在当地市场购买是否方便。   (4)样品初步设计。包括配方设计、工艺设计、结构造型及模具设计。这三方面要同时并举,统筹考虑,目的是照顾到样品初步设计的完整性。宜多方案考虑,必要时以候补方案替换。设计完成后可比较原料、工艺、成本、质量等方面,从而进行综合评价。   ①配方设计。根据吹塑件的性能要求考虑基材树脂与添加剂的配合。   ②工艺设计。明确成型设备以及它对吹塑件设计的影响。根据吹塑件的生产数量和技术性能,选择合适的吹塑成型方法。设计吹塑件成型的工艺流程、工艺条件以及主要工艺参数。当有多台吹塑成型设备可供选择时,应考虑设备和模具的费用、技术工人的熟练程度、生产吹塑件时的材料损耗率等。   ②结构造型及模具设计。根据吹塑件结构形状定出造型设计的要求,画出模具设计图,并确定模具加工工艺条件。   (5)样品的试制。这是对上述样品初步设计中的各种设计构思进行实践性的整体检验。在试制中,同时对模具进行试模并检验试模得到的样品。试制的结果可以获得多种不同方案的样品及工艺条件,测试评价不同设计方案的样品的多种指标。   (6)性能测试、定额测算及成本核算。对试制的样品进行性能测试,检验其是否符合设计要求,并由此确定制品的技术质量指标。通过批量试制,测算生产效率、原辅料消耗及废品率等定额,计算原料成本及工资成本得出合理的制品成本。如果在这一程序,制品质量尚未达到设计要求或存在不足之处,则应回到初步设计程序中进行适当修改。   (7)制品设计的修改。制品设计的修改是多次、反复进行的,它包括制品设计评审后的修改、制品试模后的修改、用户的最终修改等。   (8)编写技术设计说明书等技术文件。重要项目的制品设计应采用鉴定会、评审会形式,汇聚专家意见,进行制品和技术文件的最终确认。技术文件包括生产流程、工艺操作规程、产品技术标准、安全操作规程、用户试用报告、产品性能的测试报告以及产品使用说明书等。

  塑料产品结构设计要点说明 塑胶产品开发的结构设计原则: a、结构设计要合理:装配间隙合理,所有插入式的结构均应预留间隙;保证有足够的强度和刚度(安规测试),并适当设计合理的安全系数。 b、塑件的结构设计应综合考虑模具的可制造性,尽量简化模具的制造。 c、塑件的结构要考虑其可塑性,即零件注塑生产效率要高,尽量降低注塑的报废率。 d、考虑便于装配生产(尤其和装配不能冲突)。 e、塑件的结构尽可能采用标准、成熟的结构,所谓模块化设计。 f、能通用/公用的,尽量使用已有的零件,不新开模具。 g、兼顾成本 大略的汇总下结构中常见的问题注意点,期抛砖引玉,共同提高。 关于塑料零件的脱模斜度: 一般来说,对模塑产品的任何一个侧面,都需有一定量的脱模斜度,以便产品从模具中顺利脱出。脱模斜度的大小一般以0.5度至1度间居多。具体选择脱模斜度注意以下几点: a、塑件表面是光面的,尺寸精度要求高的,收缩率小的,应选用较小的脱模斜度,如0.5°。 b、较高、较大的尺寸,根据实际计算取较小的脱模斜度,比如双筒洗衣机大桶的筋板,计算后取0.15°~0.2°。 c、塑件的收缩率大的,应选用较大的斜度值。 d、塑件壁厚较厚时,会使成型收缩增大,脱模斜度应采用较大的数值。 e、透明件脱模斜度应加大,以免引起划伤。一般情况下,PS料脱模斜度应不少于2.5°~3°,ABS及PC料脱模斜度应不小于1.5°~2°。 f、带皮纹、喷砂等外观处理的塑件侧壁应根据具体情况取2°~5°的脱模斜度,视具体的皮纹深度而定。皮纹深度越深,脱模斜度应越大。 g、结构设计成对插时,插穿面斜度一般为1°-3°。 关于塑件的壁厚确定以及壁厚处理: 合理的确定塑件的壁厚是很重要的。塑件的壁厚首先决定于塑件的使用要求:包括零件的强度、质量成本、电气性能、尺寸稳定性以及装配等各项要求,一般壁厚都有经验值,参考类似即可确定 (如熨斗一般壁厚2mm,吸尘器大体为2.5mm),其中注意点如下: a、塑件壁厚应尽量均匀,避免太薄、太厚及壁厚突变,若塑件要求必须有壁厚变化,应采用渐变或圆弧过渡,否则会因引起收缩不均匀使塑件变形、影响塑件强度、影响注塑时流动性等成型工艺问题; b、塑件壁厚一般在1—5mm范围内。而最常用的数值为2—3mm; c、常用塑料塑件的最小壁厚及常用壁厚推荐值:(mm) d、尽量不要将加强筋和螺钉柱设计的太厚,一般建议取本体壁厚的一半较保险,否则容易引起缩影等外观问题; e、尽量不要将零件设计成单独的平板,尺寸很小另论,否则变形导致零件不平整。 关于塑件的加强: 为了确保塑件的强度和刚性,而又不致使塑件的壁厚过厚,可以在塑件的适当部位设置加强筋。加强筋还可以避免塑件的变形,在某些情况下,加强筋还可以改善塑件成型过程中塑料流动的情况。 a、加强筋的厚度不应大于壁厚的1/2,以免引起塑件表面缩影;同时从成型流动性考虑,最小不宜低于0.8mm; b、在必须采用较大的加强筋时,在容易形成缩痕的部位可以设计成纹理,来遮盖缩痕; c、加强筋应加脱模斜度,筋应标注大端尺寸(但是考虑加工工艺,3D图上可以不做出,模具加工时EDM加工会自然产生斜度,高精度零件另论); d、除特殊要求外,加强筋应尽可能矮,加强筋的高不要超过(3~4)*T(T为零件厚度)。 小技巧:把表面制成拱形和波形也是增加强度和刚性的方法之一。 关于塑件的圆角设计: 在塑件设计过程中,为了避免应力集中,提高塑件强度,改善塑件的流动情况及便于脱模,在塑件的各面或内部连接处,应采用圆弧过度。另外,塑件上的圆角对于模具制造和机械加工及提高模具强度,也是不可少的。在塑件结构上无特殊要求时,塑件的各转角处均应有半径不小于0.5~1mm的圆角。允许的情况下,圆角应尽量大。 对于内外表面的拐角处,外圆角应为内圆角加壁厚,可减少内应力,并能保证壁厚均匀一致。 关于塑件的螺钉柱设计: 塑件之间的连接常采用自攻螺钉的连接方式,在螺钉柱的设计过程中应注意以下几点: a、在允许的情况下,螺钉柱应尽量低一点 b、应加一字形或十字形斜筋保证螺钉柱的强度,并考虑防止缩影 c、外观要求严格的表面螺钉柱应做斜顶式的结构以防止缩影,见下图示意: d、螺钉柱内侧应加倒角,利于螺钉的安装,倒角大小一般为(1~1.5)X45°,个人建议使用下图第二个方案: 螺钉柱的内外直径应符合加工工艺性,优先选用值: 关于嵌件设计: 在嵌件的设计过程中应注意以下几点: a、嵌件周围塑料层厚度不宜太薄,否则会因收缩而破裂。 b、嵌件各尖角部位应倒圆角,这样可减少内应力。 c、嵌件在塑件中应固定牢固,可采用开槽、加凸台,或滚花结构。 d、在设计中应考虑嵌件在模具中便于安装,正确和牢固定位,成型时有利于塑料流动,模具制造方便。 注塑成型时,塑件会收缩,金属件不会收缩,所以嵌件周围会产生内应力,过大则塑件开裂,解决办法,其一是塑件包围嵌件的尺寸不要太薄,其次,选择弹性较好,收缩率较小的塑胶材料,比如ABS,PC等,而脆性材料则不适合嵌件,比如PS。 外观要求及材料、收缩率、分型面: 在产品开发设计,作为开发工程师应该了解: a、产品使用的材料; b、外观光洁度要求,如镜面、皮纹、喷砂、亚光、喷漆等,以及需处理的范围。还需与客户以及模具厂沟通确定一下; c、分型面的位置、滑块抽芯允许的分型线位置,允许设浇口的位置、哪些地方不允许有顶出痕迹… d、若塑件上需塑出文字、符号等标识,应落实文字、符号的大小、深度、位置等; e、对塑件成型后难以避免的缺陷如:融接痕、微量收缩等应向客户提出,征得客户的认可。并尽量采取措施减轻缺陷; f、修饰特征如logo,塑件上刻字等,宜设计先沉下然后凸起,模具加工时为下凹,加工容易实现。 常用塑料及收缩率如下表:(含添加剂及其他特殊要求的材料视具体牌号及客户要求定) 其他: ① 分型面尽量不要有台阶,可以改为斜面,便于修边以及模具加工,也便于精度实现;分型面能平面不要斜面,能斜面不要曲面等等。 ② 螺钉柱防止缩影可以加火山口,如下示意: 关于强制脱模的结构设计要点: 尺寸允许如下,且强脱的地方全部做成斜面和R角过渡,不能尖角。 一些结构优化举例: 关于产品一些圆角处理的地方。 下图是一个产品扣线卡槽,以前的产品在设计时是没有加小圆角的,后来再才发现一个松下的产品上不是这样做的,他们是在转角的地方加了一个小圆角,防止线材破皮,这样小小的人性化设计。 上图:需要加圆角的地方如果直接加上圆角的话会有倒扣出不了模,所以结构上要改进一下,如下图所示: 如何改进呢?我们可以在圆角处再起一级: 脱模检测分析,模具问题解决。 再看另外一个常见的例子。 如图所示:对于这样的矩形通孔,往往会忘记做一些圆角处理,如果要在四个拐角处加上小圆角,出来的效果也许就不一样,避免一些不必要的小缺陷。这样做的目的很简单,防止在出模时由于应力集中,会有拉白拉裂等现象,一般留个0.5mm左右的小圆角就行了,也不影响外观和功能。 关于产品保修贴,规格贴的一些问题。 象这些诸如标贴凹槽,还有一些孔位,我们都要说明清楚是要留出来,还是需要镶出来,不同做法出来的效果也是不同的,如下图: 这个地方前模上需要留出,所以会有相应的小圆角,如果需要利角的话就需要镶出来。在图纸上尽量表达出来,这些小的细节,工程师不去提出来,往往模厂会遗漏掉。 关于合壳螺钉柱的一些细节。 紧固的螺钉柱要注意其强度问题,根据产品的要求,要经得起跌落实验这一关,另外也常遇到跌落时,连根拨起的现象和打螺钉爆裂的情况。因此在设计过程中要考虑到这些问题,留有一定的余量。 对于螺孔的内外径要给出合适的尺寸,外径不宜过大,大了有可能缩水,内径偏小容易爆裂,过大了要容易滑牙,根据对产品特性的了解给出恰当的经验值。举个简单的小例子:如下图:锁壳螺丝柱的配合端面,更改之前第一个图,更改后见第二个图。 模具对插结构。 结构中常见散热孔,不建议直接切槽散热,这样透光可以看见内配线,给人产品低档的感觉,可以改为侧面散热,即做成百叶窗式的结构: 其他细节:手穿过的尺寸不少于30*90,若出口到欧美,建议30*100以上,手持式的,手握的尺寸,如手柄,(25~30)*(30~35),手提的面积尺寸不少于15mm,指甲抠起的尺寸不少于4~5mm。 塑件自攻螺钉规格尺寸表: 12、3D结构设计完成后,工程师自检以及开模前与模具厂需要检讨的: a、自检:零件有没有未完全约束的情况;零件是否有干涉(结构设计时经常干涉分析),配合的间隙是否合理;所有的设计数据是否可以在装配模式下再生成功(结构设计时经常再生分析)…… b、自检:产品厚度是否分布均匀(多做剖视图检查) c、自检:产品是否有拔模,或存在倒勾(拔模检测,做剖视图检查) d、模具厂讨论:产品分模线的具体位置,是否可以接受,对外观的影响程度 e、模具厂讨论:模具的进料方式,进料点以及所产生的结合线是否接受 f、模具厂讨论:斜顶、滑块的位置是否足够,产生的分型线是否被接受 g、模具厂讨论:其它特殊要求,比如模具的材质和寿命,产品表面的要求,咬花面的规格等等

  注射模在试模过程中,制件上常会出现各种缺陷。产生缺陷的原因是多方面引起的,因此需要按成形条件、成形设备、模具结构和制造装配精度等因素,对其进行全面分析,找出产生的原因,采取必要的调整措施,使试模时获得合格的制品零件。 1、 塑件充填不足 在试模时,由于注射量不够、加料量及塑化能力不足,以及融料填充不良和排气不好等原因,导致填充型腔不满,致使塑件外形残缺、形体不完整而造成废品。发生这种塑件充填不足缺陷时,应从以下几方面进行调整和改进: (1) 注射量不够或供料不足及塑化能力差时,应加大注射量和加料量,并设法增加塑化能力。 (2) 融料填充流动不良时,应加大喷嘴直径、提高喷嘴温度,或使用流阻力较小的喷嘴;对于主浇道或分浇道可增大其直径,使其截面积加大;若由于壁厚薄而造成的填充不足,可增加整个或局部的壁厚,也可以在填充不足的附近,设置辅助浇道或浇口;当发现喷嘴最先注射出的融料被主浇道或浇道冷却,导致填充流动不良时,应在调整时开设大的冷料穴。 (3) 排气不良时,可采取降低注射速度给予一定的排气时间来解决,或在融料最后流到的部位加开排气孔道,或把型腔部制成镶件以及在分型面处开设浅槽,使空气在缝隙溢出。 (4) 检查一下注射力、注射时间、保压时间是否太小或太短,螺杆和柱塞是否回程太早。此时,应该提高注射压力和延长注射及保压时间。 (5) 多型腔有局部填充不足时,即只在主浇道附近或浇口粗而短的型腔可加工出合格的零件,其余型腔有缺料,则在调整时应加粗浇道直径,使流到浇道末端的压力降减小,同时要加大离主浇道较远的型腔浇口。 (6) 喷嘴及料筒温度太低或喷嘴孔径太小,容易使型腔填不满,此时应提高喷嘴及料筒温度,或加大喷嘴直径。 (7) 模具温度低、塑料融料冷却较快,也容易使型腔填充不足,此时应提高模温。 (8) 材料(塑料)粘度不均或含水分太多,而引起型腔填充不足,应在试模前,将塑料烘干或改换新的塑料。 2、 塑件尺寸变化不稳定 在试模时,若发现塑件尺寸变化及不稳定,应从以下几方面进行调整: (1) 调整注射机,使其电器部分、液压系统工作时稳定可靠。 (2) 设法提高模具强度,对于定位杆弯曲或磨损的,应给以重新更换。 (3) 严格控制注射温度、注射压力、注射速度等成形条件,应使每一个制品的成型周期要稳定一致。 (4) 调整模具精度,使活动零件动作平稳、定位零件定位准确。 (5) 检查模具合模时的锁模力。应使合模时,锁模力要大,防止时松、时紧,要合模稳定。 (6) 多腔注射成形时,浇口应大小一致,使每个型腔应进料均衡。 (7) 要严格控制每次注射时的加料量,要定量加料,不能每次过多或过少。 (8) 检查塑料的质量,应使颗料均匀,收缩率要稳定,必要时要更换新的塑料。 3、塑件表面产生明显的细缝 塑件在注射成形后,在其表面或内部,产生明显的裂缝,主要由于料温、模温太低、注射速度较慢、注射压力小、料的进口位置不当、嵌件温度太低、塑料流动性差及模具排气不良等因素引起的。其调整及解决办法是: (1) 改善工艺条件,即提高料温、模温、加快注射速度、加大注射压力。 (2) 若进料口位置不当,进料口数量多或浇道系统流程长,阻力太大或料温下降太快,引起塑件表面裂纹,则应调整进料口和浇道系统,使之合适。 (3) 改变模具冷却浇道,使之冷却均匀,消除塑件局部由于冷热变化太大而产生裂纹 (4) 塑件若太薄、嵌件过多或薄厚不均,使塑料在薄厚交界处出现融接不良而产生裂纹。这时,应改进塑件设计,使之符合工艺性。 (5) 嵌件在使用前,一定要预热。 (6) 在试模前,一定要清除模腔内水分,适量使用润滑剂和脱模剂。 (7) 若模具排气不良而产生裂纹,应在模内增设冷却槽,使之充分排除气体。 (8) 若塑料流动性较差,且纤维填料分布不均时,应更换流动性好的塑料,并要改善填料,使之分布均匀。 4、 塑件表面产生黑点 注射后塑件表面产生黑点、黑条或沿塑件表面呈炭状烧伤现象。这主要是料筒清洗不洁、或有混杂物;塑料中或模具型腔表面的可燃性挥发物或塑料质量不佳、塑料受潮、水解变黑等因素造成的。为清除上述现象,应从以下几方面予以解决; (1) 在注射开始前,应认真清洗料筒,使之干净。并认真清理型腔表面,应无杂物和水分存在。 (2) 塑料在使用前,应清除杂质或进行烘干后使用。 (3) 合理地修整模具排气系统,尽量减少锁模力。 5、 模具脱模困难 由于模具脱模性能不良,填充作用过强,致使制品附于模具上难于脱模,或脱模后产生变形、裂纹、拉毛。其主要原因是:型腔表面粗糙、型腔脱模斜度太小、模具镶块处缝隙太大、模温太高或太低、顶杆太短不起作用、拉料杆失灵、活动型芯脱模不及时、塑料发脆、收缩率太大。 调整和解决方法是: (1) 调整模具结构,即加大脱模斜度,对模腔进行抛光使之光洁;修整模具,尽量使镶块嵌镶部位及活动型芯部位缝隙减小;在模芯内增设进气孔,修整拉料杆和顶件杆,使其动作灵活、可靠。 (2) 改善成形工艺条件,即合理控制模具温度与成形时间,降低注射力。 (3) 更换质量好的塑料。 6、 粘模 粘模的原因和调整方法是: (1) 浇道斜度太小或倒斜度,容易产生粘模,此时应改进浇道斜度。 (2) 使用的塑料混入杂物易粘模,应使用干净的无杂质塑料。 (3) 料温、喷嘴温度、模温较低,且喷嘴与浇口套不吻合或喷嘴与模具间有漏出的融料,难以脱模。此时,应提高料温、模温及喷嘴温度,并调整喷嘴与浇口套,尽量使其在同一轴线上,并使喷嘴在工作时,尽量与模具紧密贴合,不留有缝隙,防止融料溢出。 (4) 若定模的脱模阻力大于动模时,制件会粘在定模上,有时会无法推出制件。此时,要合理地修整模具,对其型腔进行抛光,或使用良好的脱模剂。 (5) 更换拉料杆,尽量使拉料杆动作可靠。 (6) 改善浇道强度或更换新浇道口,使浇道口直径加大。 (7) 加长冷却时间。

  这几点措施学会 可大大减少模具的加工缺陷  塑料模具加工即指成型和制坯东西的加工,此外还包括剪切模和模切模具,在模具加工的时候,有时候会出现缺陷,下面塑料模具公司小编就来说一下削减模具加工缺陷的几个小方法。 1、合理选择和修整砂轮,采用白刚玉的砂轮较好,它的性能硬而脆,且易产生新的切削刃,因此切削力小,磨削热较小,在粒度上使用中等粒度,如46~60目较好,在砂轮硬度上采用中软和软(ZR1、ZR2和R1、R2),即粗粒度、低硬度的砂轮,自励性好可降低切削热。精磨时选择适当的砂轮十分重要,针对模具钢材的高钒高钼状况,选用GD单晶刚玉砂轮比较适合,当加工硬质合金、淬火硬度高的材料时,优先采用有机粘结剂的金刚石砂轮,有机粘结剂砂轮自磨性好,磨出的工件粗糙度可达Ra0.2μm。 近年来,随着新材料的应用,CBN(立方氮化硼)砂轮显示出十分好的加工效果,在数控成型磨床、坐标磨床、CNC内外圆磨床上精加工,效果优于其它种类砂轮。在磨削加工中,要注意及时修整砂轮,保持砂轮的锐利,当砂轮钝化后,会在工件表面滑擦、挤压,造成工件表面烧伤,强度降低。   2、合理使用冷却润滑液,发挥冷却、洗涤、润滑的三大作用,保持冷却润滑清洁,从而控制磨削热在允许范围内,以防止工件热变形。改善磨削时的冷却条件,如采用浸油砂轮或内冷却砂轮等措施。将切削液引入砂轮的中心,切削液可直接进入磨削区,发挥有效的冷却作用,防止工件表面烧伤。   3、将热处理后的淬火应力降低到最低限度,因为淬火应力、网状碳化组织在磨削力的作用下,组织产生相变极易使工件产生裂纹。对于高精度模具为了消除磨削的残余应力,在磨削后应进行低温时效处理以提高韧性。   4、消除磨削应力也可将模具在260~315℃盐浴中浸1.5min,然后在30℃油中冷却,这样硬度可下降1HRC,残留应力降低40%~65%。   5、对于尺寸公差在0.01mm以内的精密模具的精密磨削要注意环境温度的影响,要求恒温磨削。由计算可知,300mm长的钢件,温差3℃时,材料有10.8μm左右的变化,(10.8=1.2×3×3,每100mm变形量1.2μm/℃),各精加工工序都需充分考虑这一因素的影响。   6、采用电解磨削加工,改善模具制造精度和表面质量。电解磨削时,砂轮刮除氧化膜:而不是磨削金属,因而磨削力小,磨削热也小,不会产生磨削毛刺、裂纹、烧伤等现象,一般表面粗糙度可优于Ra0.16μm;另外,砂轮的磨损置小,如磨削硬质合金,碳化硅砂轮的磨损量大约为磨削掉的硬质合金重量的400%~600%,用电解磨削时,砂轮的磨损量只有硬质合金磨除量的50%~100%。   7、合理选择磨削用量,采用径向进给量较小的精磨方法甚至精细磨削。如适当减少径向进给量及砂轮速度、增大轴向进给量,使砂轮与工件接触面积减少,散热条件得到改善,从而有效地控制表层温度的提高。

  塑胶模具结构中,经常会用到弹簧来驱动相关机构。如顶针板,水口板,行位组件等等,大大小小各式各样的弹簧。 弹簧分类: 弹簧规格有着各种各样,如圆线弹簧、矩形弹簧、碟形弹簧等(如下图)。 模具零件大都由钢材组成,有一定的重量,弹力较小的难以驱动,所以常用矩形弹簧来组成。 矩形弹簧根据弹力需求,再细分为多种类别,业界通常用颜色分类。(如下图所示)。其中黄色弹簧在塑胶模具上是最常用的,如行位上的复位,顶针板的复位。当模具上的结构偏多或者偏大时(如顶针及斜顶偏多,或有大斜顶),需要更大的弹力时,又或者有部分模板开模顺序要求比较高的,则可以考虑选用弹力更好的蓝色弹簧,甚至更高一级的红色弹簧。再下来更高弹力的弹簧在塑模中用的很少。 下面也重点介绍黄色、蓝色及红色弹簧。 黄色弹簧: 黄色弹簧属于轻小载荷的类别,在塑胶模具中应用最广泛。 弹簧的相关参数可以参考供应商提供的资料。(如下图例) 用法: 首先根据模具结构选择合适大小弹簧(外径D),若弹簧中间有柱子穿过,还需要留意弹簧内径大小(d),黄色弹簧内径比外径的一半大一点,穿过的柱子外径不能大于弹簧内径,不然装不进去。其次选择不同的弹簧压缩比,使用不同的压缩比弹簧的寿命不一样。(如下图所示),通常使用30%~50%的压缩比。 还需要注意弹簧的压井长度,也就是压紧极限。这是不能超过的。建议黄色弹簧压缩比不要超过50%。 蓝色弹簧: 蓝色弹簧属于轻载荷的类别,在塑胶模具中应用的也比较多。 弹簧的相关参数可以参考供应商提供的资料。(如下图例) 用法: 用法与黄色弹簧类似,但要注意蓝色弹簧内径比黄色弹簧小,为外径的一半。压井长度也比相同规格的黄色弹簧长,蓝色弹簧通常使用30%~40%的压缩比。建议蓝色弹簧压缩比不要超过40%。 红色弹簧: 红色弹簧属于中载荷的类别,在塑胶模具中应用的比较少。 弹簧的相关参数可以参考供应商提供的资料。(如下图例) 用法: 用法与黄色弹簧类似,红色弹簧内径与蓝色弹簧一样,为外径的一半。压井长度也比相同规格的蓝色弹簧长,红色弹簧通常使用25%~30%的压缩比。建议红色弹簧压缩比不要超过32%。 其它类型弹簧也可以由此类推。 碟形弹簧 碟形弹簧的用法与圆形弹簧及矩形弹簧不一样,它的优点是空间小,弹力大,还有同样的碟形弹簧,不同的装配组合,得到的弹力也不一样,以方便得到不同的弹力需求。缺点是行程比较小,大多在1mm范围内。 用法: 由于模内注塑钢片及各模具零件加工后存在各种不同的公差,甚至在生产中也会出现各种磨损,导致在小的碰穿面上容易出现毛边等产品不良。常用的做法是维修模具以及增加预压。这时可以在模仁上设计一组弹镶件,由镶件和碟形弹簧组成,根据弹力需要,计算出合适的碟形弹簧数量(具体力学数据可查各供应商的产品资料)。如下图所示。 需要注意碟形弹簧压缩比尽量不要超过75%。镶件的设计行程一定要比弹簧的压缩高度大,还需多避空0.2mm左右,避免组装存在间隙。也就是说不能存在预压,因为碟形弹簧弹力比较大,增加预压可能会装不上,长期预压也会容易损坏模具。这与一般圆形弹簧和矩形弹簧不同。 所有弹簧都有一定的受热温度范围,超过弹簧的受热温度范围必定会对弹簧的弹力造成影响,甚至失效。所以在选取弹簧时必须了解清楚弹簧的工作温度,以选择合适的弹簧。 一般来说,模具弹簧发生问题最常见的原因,常是起因於对弹簧不正确的选择和使用。   弹簧在模具总成本中所占的比例极小,尝试在弹簧上节省成本,可能会引起弹簧过早发生故障,增加维修费用,减少生产力,使你浪费更多的时间与劳工成本,甚至损坏模具而造成更大的损失。因此,确保在每项应用中都使用最好的模具弹簧,不失为一项明智的投资。   正确的使用   1、列为设计的重点在构造模具前,先确定弹簧的类型和数量,让选择合适的弹簧成为设计工作的一部分是最佳的选择。   2、让弹簧预先负重对安装模具内之各只弹簧,须先行预压5%,以避免悴然产生之负荷导致应力不均而损及弹簧寿命。   3、勿任意切削研磨任意研磨弹簧之内、外径或削减圈数来配合模具的尺寸,易导致损害弹簧而提早发生故障。   4、更换需同进同出维修时应同时更换,不要只更换一只弹簧,因大小长度不一、新旧不同的弹簧会造成受力不均的现象。   5、加以保护及维护在高热、腐蚀等环境下使用应加以保护,并依照事先预定的时间间隔更换模具弹簧。   6、按比例加深导孔弹簧安装在整修过的模具时,应按比例加深导孔,使弹簧能装置安稳并产生统一且均匀的应力。   7、适当的引导保护当弹簧的自由长度大於平均直径的四倍,在压缩情形下弹簧会变形。欲解决此一情况可使用套筒或套棒,或二者并用,以减少弹簧弯曲变形的可能。   8、正确使用寿命长尽管模具弹簧设计允许产生最大应力,但模具弹簧在最大荷重下工作时,不要期望它保有最大的工作寿命。   正确的安装方法   为求得最佳使用效能,弹簧安装须注意下列二点:   1.安装於平底孔而无导杆时,导孔深度至少须有弹簧两圈的深度;   2.安装於导杆时,导杆长度须大於弹簧长度。   当然,就算了解了弹簧在该产品中的重要作用,但如果弹簧的质量不好,对的影响是很大的,因此弹簧求购需选对商家。

  模塑料模具钢材料与模具热处理工艺   塑料成形用模具产值已在模具工业总产值中占首位。中国过去无专用塑料模具用钢。近年在引进国外塑料模具用钢的同时,自行研制和开发出一些新的塑料模具专用钢。   1、预硬型塑料模具钢   这类钢在钢厂经过充分锻打后制成模块,预先热处理至要求的硬度(一般预硬至30~35RHC)后,供使用单位制模。P20(即3Cr2Mo)是国外使用最广泛的预硬塑料模具钢,已列入我国合金工具钢标准,八十年代以来已在我国一些工厂广泛采用。718是瑞典生产的改型P20钢,较P20有更高的淬透性,调质后可在大截面尺寸保持硬度均匀一致,亦在我国得到较广泛地使用。   2、易切削预硬钢   为了改善预硬塑料模具钢的被切削性能,可加入易切削元素。美国、日本、德国都发展了一些易切削预硬钢。国外易切削预硬钢主要是S系,也有S-Se系、Ca系。但Se价格较贵。S系易切削钢的各向异性较大,在截面增大时,硫化物的偏析比较严重。   我国研制了一些含硫易切削预硬塑料模具钢,如8Cr2MnWMoVS(8Cr2S)和S-Ca复合易切削塑料模具钢5CrNiMnMoVSCa(5NiSCa)。5NiSCa钢采用了S-Ca复合易切削系和喷射冶金技术,改善了硫化物的形态、分布和钢的各向异性,在大截面中硫化物的分布仍比较均匀。5NiSCa钢有高的淬透性和镜面抛光性,模具硬度为35~45HRC时,可顺利进行各种加工。   3、非调质塑料模具钢   这种钢不经调度处理,锻、轧后可达到预硬硬度,有利于节约能源、降低成本、缩短生产周期。我国开发的这类钢有:中碳锰硼系空冷贝氏体钢、可用于制作塑料模和橡胶模;非调质塑料模具钢2Mn2CrVTiSCaRe(FT),钢中加入S、Ca、Re做为易切削元素,比S-Ca复合系易切削钢有更好的切削性能;低碳MnMoVB系非调质贝氏体型大截面塑料模具钢(B30),钢中加入S、Ca作为易切削元素,工业试生产表明400mm厚板坯热轧后空冷,硬度沿截面分布较均匀。   4、时效硬化钢   我国开发了几种低镍时效硬化钢,这些钢经调质后进行机械加工,再经时效,通过析出金属间化合物提高硬度,热处理后变形很小。时效硬化钢适于制作高精度塑料模具、透明塑料用模具等。   这类钢有25CrNi3MoAl、10Ni3Mn2AlCu(PMS)和06Ni6CrMoVTiAl等钢。这些钢经调质后,硬度为20~30HRC,可进行机械加工,再经时效,硬度可达38~42HRC、。   5、耐蚀塑料模具钢   塑料制品在以化学性腐蚀塑料为原料时,模具需具有防腐蚀性能,一般采用耐蚀钢制造模具,此时还要求有较好的耐磨性。常用的钢种为4Cr13(420)、9Cr18、17-4PH。PCR(0Cr16Ni4Cu3Nb)是我国开发的一种耐蚀塑料模具钢,有较好的综合力学性能良好的抗蚀性。   5、硬质合金和钢结硬质合金   硬质合金是用粉末冶金方法制造的一类复合材料。硬质合金的硬度很高、耐磨性好,有高的弹性模量和高的使用工作温度。用于制作某些模具,模具使用寿命可提高数倍、数十倍以上。但硬质合金较脆,抗弯强度和韧性较差,且不能进行机械加工。硬质合金作为模具材料,主要用于拉丝模具、受冲击力不大的冷挤和冷冲模具等。目前,我国已可生产各类牌号的硬质合金,基本上可以满足国内市场的需要。   为了满足制造集成电路板钻孔用的微型钻头、计算机用的点阵打印针、精密工模具等的需要,近年来,各国都研制出一些微晶(WC晶粒小于1微米)和超细晶粒硬质合金(WC晶粒小于0.6微米),传统的硬质合金中,WC晶粒尺寸为1.3~1.5微米。超细晶粒硬质合金弥补了常规硬质合金的许多不足,扩大了其应用范围,在制造耐磨耐冲击工模等方面取得了良好的效果。我国一些研究单位和硬质合金厂已研制出多种牌号的微晶硬质合金和超细晶粒硬质合金。开发高性能超细晶粒硬质合金目前仍是硬质合金研究的热点。   钢结硬质合金是以碳化物为硬质相,钢作粘接相形成的复合材料。钢结硬质合金有良好的耐磨性,其强度和韧性一般高于硬质合金,并具有可热处理性、可切削加工性、可锻性和可焊性这样一些工艺性能。模具是钢结硬质合金的主要应用领域。我国于60年代开始研制这种材料,已研制成多种牌号的钢结硬质合金,用作模具的钢结硬质合金,硬质相主要用TiC和WC,钢的基体主要采用低合金铬钼钢、中高合金工具钢或高速钢,如TiC系的GT35、R5、D1、T1和WC系的TLMW50、GW50、GJW50。钢结硬质合金已用于制作冷镦模、挤压模、拉伸模、冲裁摸、拉丝模、热镦模等。   粉末冶金技术的发展和热等静压的应用,导致七十年代无偏析粉末高速钢的生产和使用,其主要特点是强韧性、可磨削性、等向性、热处理工艺性都优于一般高速钢,并有比较高的使用寿命。以后用此技术生产常规工艺无法生产的高碳高钒高耐磨冷模具钢,这类钢有较好的切削加工性和磨削性能,并有较好的韧性,制成的模具使用寿命与一些硬质合金相近。国外已生产多种牌号的粉末冶金高耐磨冷模具钢,国内尚少研究。

  模具的材质工艺处理及保养 模具材料的性能对模具寿命有决定性的影响,根据模具的结构和使用情况,合理选用制模材料是模具工程师的重要任务之一。 模具热处理及表面强化是模具制造中的关键工艺,是保证模具质量和使用寿命的重要环节,实际使用证明,在模具失效中由于热处理不当引起的占很大比例。 好的模具结构设计是一副合格模具制造的前提,对模具结构和产品结构进行全方面分析(包括:模具脱模斜度,产品表面的缩影,浇注系统的设计,排气系统的设计,冷却系统的设计等)这些模具最主要也最容易出的问题都会在模具结构设计时进行反复试验。 模具材料的性能要求及选用原则 模具用途广泛,工作条件差别大,制造模具的材料范围很广。目前,冲压模、塑料模、压铸模、粉末冶金模的材料以钢为主,有些模具还可采用低熔点合金和非金属材料等。 模具用钢主要性能要求如下: 1.硬度和耐磨性(最重要的模具失效形式,决定模具寿命) 2.可加工性能(模具零件形状复杂,要求热处理变形小) 3.强度和韧性(足够的强度承受高压,冲击载荷等要求高韧性) 4.淬透性、抛光性、耐腐蚀性(塑料及添加剂的腐蚀作用)。 模具用钢按用途可分为三大类: 1.冷作模具钢:制作金属在冷态下变形的模具,包括:冷冲模、冷挤压模、冷镦模、粉末压制模。要求高硬度、高耐磨性及足够强度和韧性。 2.热作模具钢:制造经过加热的固态或液态金属在压力下成型的模具,包括:热锻模、压铸模。要求高温下足够的强度、韧性和耐磨性及高热疲劳抗力和导热性 3.塑料模具钢:制造各种塑料模具。塑料品种多,要求差别大,其模具材料范围广。主要要求工艺性能高(热处理变形小、抛光性好、耐腐蚀) 选用一般原则:满足使用性能要求、良好的工艺性能、适当考虑经济性。 模具常用热处理工艺 一般模具厂为了节省模具制作成本,在第一次热处理后就进行加工处理,这样模具材料的硬度达不到预计要求或标准。如果是高要求的模具只能用硬度更高的钢材,增加成本。我们在第一次热处理后进行回火热处理,通过淬火提高钢材的硬度,既达到客户的要求又不增加客户的成本。 模具热处理包括模具材料热处理和模具零件热处理。 模具材料热处理:在钢厂内完成,保证钢材质量,如基本力学性能,金相组织要符合国家标准或行业标准。特点是大型工业炉中大批量生产。 模具零件热处理:在模具制造厂完成,或专业热处理厂完成。特点是小批量或单件生产,工艺复杂多样,设备精良。 热处理工艺方法,分预备热处理和最终热处理。常用方法有:正火、退火、淬火、调质、渗碳及氮化等,见表。 冷作模具钢及其热处理 冷作模具主要用于金属或非金属材料的冲裁、拉伸、弯曲等工序。工作零件承受拉压、弯曲、冲击、疲劳、摩擦等多种机械力作用。 主要失效形式:断裂、堆塌、磨损、黏着(咬合)、啃伤、软化等。 冷作模具钢的主要性能要求:高变形抗力、断裂抗力、耐磨损、抗疲劳、抗黏着性能 常用材料包括: 碳素工具钢,T10A,T12A 低合金钢,9Mn2V、CrWMn、9SiCr、GCr15 高合金钢,Cr12、Cr12MoV 合金钢主要特点:含C量高、含较多合金元素、合金元素降低钢的马氏体相变点Ms 冷作模具钢及其热处理 冷作模具钢热处理特点:加热方式(预热或阶梯式升温)、加热介质(采用控制气氛炉、真空炉)、冷却方式(较缓和的冷却方式以减少变形)、表面处理(深冷处理、渗氮)、工序间防护(及时清理) 碳素工具钢的热处理:用于要求不太高的小型简单冷作模具工作零件,(T8A,T10A),T10A应用最普遍,强度和韧性较高。碳素工具钢淬透性差,常规淬火后淬硬层1.5~3.0mm。 低合金钢的热处理:俗称油淬钢,这类钢一般淬火温度较低,在油中冷却,变形小,尺寸稳定性好。 主要材料有:铬钨锰钢(CrWMn,9CrWMn),锰钒钢(9Mn2V),高碳铬钢(Cr2),铬硅钢(9SiCr) 高合金钢的热处理:主要是高铬高碳钢,淬透性极高,具有微变形性,也叫微变形钢,是高级冷作钢。 代表钢号Cr12,Cr12MoV,Cr12W,Cr5MoV等 火焰淬火冷作模具钢的热处理:为简化大型、特大型冷作模具的生产过程而专门研制的,其热处理特点是:淬火温度范围很宽(880--1150℃),适合手工操作;淬透性很高,空冷后表面硬度高,芯部性能也好;淬火变形倾向性小。 冷作模具钢与热作模具钢的区别: 冷作模具钢侧重硬度、耐磨性。含碳量高,合金元素以增加淬透性,提高耐磨性为主。 热作模具钢对硬度要求适当,侧重于红硬性,导热性,耐磨性。因此含碳量低,合金元素以增加淬透性,提高耐磨性、红硬性为主。 塑料模具钢及其热处理 塑料模具钢的主要特点: 1.范围广:从普通钢到专用钢。专用钢已自成体系,钢号前加SM 2.性能要求严格,热处理难度大,要求可抛光性和镜面质量 3.避免变形 4.耐腐蚀 5.易切削性 各种钢型的热处理 1.硬化型塑料模具钢的热处理 2.易切削预硬化型塑料模具钢的热处理 3.非合金中碳塑料模具钢的热处理 4.渗C型塑料模具钢的热处理 5.耐腐蚀型塑料模具钢的热处理 6.时效硬化塑料模具钢的热处理 预硬化钢泛指钢厂已进行最终热处理(淬火回火)的钢材。 典型预硬化塑料模具钢为:SM3Cr2Mo.其热处理工艺为:840--880℃淬火,油冷,600--650℃回火,空冷,供应硬度32HRC。 对应的美国钢材为P20,德国钢40CrMnMo7,日本HPM2。P20钢渗C后热处理工艺为: 820--870℃淬火, 150--260℃回火,空冷,渗C层硬度达58-64HRC。德国钢40CrMnMo7淬透性比SM3Cr2Mo好,加工性、抛光性更好。 易切削预硬化钢在保证原有性能前提下,添加一种或几种易切削合金元素。 典型材料有:8CrMnWMoVS(8CrS),含S易切削钢,热处理硬度达40—42HRC时,其切削加工性相当与退火态的T10A钢(200HBS),可抛光性和光刻浸蚀性好。典型热处理:800±10 ℃退火,保温2-4h,降温到700-720 ℃,保温4-6h,炉冷,硬度=229HBS,880-920 ℃淬火,空冷,硬度63HRC,160-200 ℃回火,空冷,硬度=58HRC。 高韧性易切削钢:5CrNiMnMoVSCa 非合金中碳塑料模具钢是冶金质量(纯洁度)更高的中碳碳素结构钢,含C量在0.4%—0.6%。 典型材料有:SM45、SM50,同类日本钢号是S45C—S58C。其热处理工艺与常规工艺无异,对于小型、精度要求不高的塑料模具零件,首选此钢种。 渗C型塑料模具钢:对受冲击大的塑料模具零件,要求表面硬心部韧,采用渗C钢。一般零件采用20Cr。对表面质量要求很高的零件采用专门钢种:12CrNi3A。 耐腐蚀型塑料模具钢用于制造对金属有腐蚀作用的塑料制品模具零件。 典型钢种有:Cr13、9Cr18等可强化马氏体不锈钢。其热处理与一般不锈钢制品热处理相同。 时效硬化型塑料模具钢:对于形状复杂、高精度、长寿命的塑料模具零件为减少热处理变形和提高模具零件的精度保持性采用时效硬化钢。模具零件在固溶处理后变软(28-34HRC),便于加工成型,然后再时效硬化,获得所需综合力学性能。 马氏体时效硬化钢具有高屈强比、良好切削性能和焊接性能。典型钢种有18Ni在固溶状态下硬度28HRC,480 ℃时效3h,硬度可提高到43HRC,保温时间更长,硬度可达52HRC。 析出硬化型钢是通过固溶处理和沉淀析出第二相而强化,硬度可达37-43HRC。代表性钢号有:25CrNi3MoAl。这类钢冶金质量高,一般采用特殊冶炼,纯洁读好,镜面研磨性好。其热处理分为:第一次固溶(淬火),第二次固溶处理(回火)和时效处理。 市场上常用塑料模具钢 常用的模具钢材有45#、40Cr、P20、2738、2316、718、718H、NAK80、S136等。一般薄壁模具选用718、P20、2316材料,这样可以使产品表面达到一定的光洁度,而且模具寿命比较长。如果要模具质量更有保证可以选用NAK80。 718塑料模具钢(43元/单位) 718塑料模具钢:交货状态已预加硬至HB285-320(HRC30-35)不需要再淬硬,永不变形;可再加硬至HRC40。性能说明:经电炉精炼或电渣重溶钢,适合电蚀(电火花)加工,易镜面抛光;淬透性好,综合力学性能好。主要用于: (1)长期生产或大型塑胶料模具; (2)有镜面抛光要求的大型塑料模具。 718H ( 36元/单位) 718H为真空熔炼之铬-镍-钼合金钢,出厂前已经过淬硬及回火处理,具备2个项优点: 1.无淬裂和热处理变形风险,无需热处理费用,缩短模具制作周期 降低模具所需成本(例,无需矫正变形), 2.模具易于修正,可施以氮化及火眼硬化处理,以增进模具的表面硬度及耐磨性。 718H主要用途: 大型长寿命塑胶注塑模,如家电制品,电脑外壳等模具高表面光洁度之塑胶制品模具吹塑模由于硬度高,可用于塑胶模具中之滑块成形工具,压缩-制动模(弯板机模),(视生产需要可施加火焰硬化或氮化处理)构造零件及轴 718H钢材特长:抛光性及加工性好,钢材纯洁度高. 出厂状态:预硬HB 330-370 S136 (96元/单位) S136 --高耐磨抗腐蚀预硬镜面钢材一胜百(瑞典)ASSAB STAVAX ESR(S-136)为高级不锈工具钢、其具备以下的特性: 1.优良的耐腐蚀性 2.优良的抛光性 3.优良的耐磨性 4.优良的机械加工性 5.淬火时具有优良的稳定性 综合上列的优点,使得该钢种具有卓越的生产特性。 由于其优良的耐腐蚀性,在塑料模具中使用的好处概述如下: 较低的维修费用模具经过长期使用后,模穴表面仍然维持原先的光滑状态。 HPM38 (日立金属 ) 高耐磨抗腐蚀预硬镜面钢材HPM38是13Cr系含Mo不锈钢,经过特殊溶解制造而成有很好的耐腐蚀性。因此,最适合于要求硬度高且对耐腐蚀镜面性要求高的塑胶模具,而且,HPM38热处理尺寸变化极小,适合精密热处理。 另外,它的浸蚀性好,有利于模具的保养。主要用于:日用透明産品(家电,医疗,食品)高抛光要求的模具以及耐腐蚀要求的橡胶模具等。如:通讯器材零件,医疗器械零件等。 特点:抛光性非常好,耐腐蚀性佳,热处理尺寸极小 。 热作模具钢及其热处理 热作模具主要有锻模、热挤压模、压铸模等 主要失效形式:断裂(开裂或机械疲劳裂纹)、塑性变形或型腔堆塌、热疲劳、热磨损和热熔损. 热作模具钢的主要特点:除良好的工艺性能外,还要求在不同温度下具有高的强度、韧性、硬度、热稳定性。一般含C量较低,多元合金化(含Cr、W、Mo、Ni、V、Si、Co等) 1.较高韧性热作模具钢:用于制造受冲击载荷较大的热作模具工作零件。 典型钢号:5CrNiMo和5CrMnMo。 2.高热强性热作模具钢:主要制作压铸模、机锻模的工作零件。要求有较高的热强性、热疲劳性、热熔损、回火抗力、热稳定性。一般含较多Cr、W、Si、Mo、V等合金元素。代表钢号有:4Cr5MoSiV、 4Cr5MoSiV1(国外牌号H13)、4Cr3Mo3SiV 3.高耐磨性热作模具钢:具有红硬性和良好的热磨损性,有较高的高温强度、高温韧性和热稳定性。代表钢号:3Cr2W8V,含W量高。淬火温度高:1100-1150 ℃,为减少变形,要缓慢升温,对复杂、大型件应预热。 其他模具材料的热处理 模具用铸铁的热处理:制造大型复杂模具,一般选用球墨铸铁、合金铸铁。典型热处理为正火及高温回火。 模具用铸钢的热处理:大型锻模,典型代表ZG5CrMnMo、ZG5CrNiMo等。热处理一般为正火和回火。 钢结硬质合金的热处理:以钢基体为黏结相,以金属碳化物为硬质相,通过粉末冶金工艺压制烧结而成。其热处理与合金工具钢基本相同。 时效硬化钢 凡通过时效热处理可提高硬度的合金钢,均称之为时效硬化合金钢。典型钢种有马氏体时效钢和沉淀硬化不锈钢。前者的基本成分为含碳≤0.03%和镍18%~25%,并添加有各种能产生时效硬化的合金元素,它主要用于飞机上的某些部件、火箭发动机外壳等,也用于压铸模具等方面。 沉淀硬化不锈钢又分为奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢和马氏体沉淀硬化不锈钢。 1.奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢可用作飞机机体的薄壁结构、蜂窝结构,还可作燃料储箱、火箭发动机外壳、高压容器等。 2.马氏体沉淀硬化不锈钢可耐大气、水以及其他一些介质腐蚀,用于制造液体火箭壳体和核动力装置中的某些零件。 模具冷却系统设计: 冷却系统的设计是一项比较繁锁的工作,即要考虑冷却效果及冷却的均匀性,又要考虑冷却系统对模具整体结构的影响及冷却系统的具体位置及尺寸的确定;重点部位如动模或镶件的冷却;侧滑块及侧型芯的冷却;冷却元件的设计及冷却标准元件的选用。我们公司在模具设计时就开始分析这些一系列问题,模具采用循环水的方式在模具内部每一个部位流动,降低注塑时的冷却时间,提高产品的生产效率,大大降低生产成本。 模具的保养: 模具保养比模具维修更为重要,模具维修的次数越多,其寿命越短;而模具保养得越好,其使用寿命就会越长。 模具保养主要分三点 1.模具的日常保养:各种运动部件如顶针、行位、导柱、导套加油,模面的清洁,运水的疏道,这是模具生产时每天要维护的。 2.定期的保养:定期保养包括日常保养之外还要排气槽的清理,困气烧黑位加排气,损伤、磨损部位修正等。 3.外观保养:模胚外侧涂油漆,以免生锈,下模时,定模动模应涂上防锈油,模具保存时应闭合严实,防止灰尘进入型腔。

  模具结构的设计,这些特点忽视不得 记得刚学模具的时候,老师傅就给我说了这么一句话:模具设计要越简单越好!当时有点不理解,看到有一些工序很多,模具结构复杂,还有很多花俏成型啊,折弯啊,冲孔啊。。。。哇!这模具好牛,羡慕!膜拜! 我进过很多家公司上班,小作坊,小模具厂,小冲压厂,集团公司。让我感触比较深刻的是一些小的冲压厂,同样的产品,和大公司的模具相比起来,他们的模具成本少1/3——1/2.而且生产效益一样的好。 为什么?小公司里基本有一个比较经验不错的设计者,也是管理者。工艺的简化,零件的可加工性非常清楚;还有一个就是能担当责任,胆大,一个工序能做出来的绝不用两个工序去做;反而稍微大一点的公司,设计者就单纯设计,为了保证产品能做出来,一步工序的就分解成两步,后面还要加个空步用来修改,基本不会先去考虑加工成本。 因为上司看重的是结果,模具能顺利的出样品,生产。 单就产品来讲,大公司做的都是比较前沿的东西。根据公司规模,氛围,产品简易难度,都有不同的标准; 首先就是大公司做的通常是新机种,所以就产品本身来讲就存在很多不确认的因素,样品做出来需要试模,要经过产品组装上的验证,产品功能测试,还有使用过程中的各种不问题。寿命等等一些验证才可使新产品投放到市场中去。 由于产品本身不确认的因素太多了,所以对模具本身就存在一些不确定的因素。这时候就只做多加工序,划是多加空步来预防这些,以便后续产品需要设变时有地方增加工艺。 第二个重点就是大公司做的产品要尺寸要求高,不管是功能尺寸,还是一般功能,或是不重要的形状尺寸,图面上标的公差都比较小。还有由于大公司的开发者对产品质量不想过于承担更多的一些意外风险。对产品的要求都会要求的比较高。 由于以上的两点,不得不使一个公司习惯于这样的一种烧钱的方法来确保模具本身安全素数和降低管理者承担责任的一种风险。小公司为什么能省,一它不做前沿性的产品,由于市场的主导性,也轮不到小厂去做。小厂只能去抄袭,去做一些市面上已经有了的东西。单一这点就可以节省了很多。   ⑴抽气孔的设计:   抽真空成型的抽气孔设计是模具设计的关键,抽气孔应位于片材最后贴模的地方,如凹模成型时在凹模底部四周及有凹陷的地方,凸模成型时在凸模的底部四周等,具体情况视成型塑件的形状和大小而定。   对于轮廓复杂的塑件,抽气孔应集中,对于大的平面塑件,抽气孔需要均布。孔间距可视塑件大小而定,对于小型塑件,孔间距可在20~30mm之是选取,大型塑件应适当增加距离。   通常成型塑料流动性好,成型温度高,则抽气孔小些;坏料板材厚度大,则抽气孔大些;坯料板材厚度小,由抽气孔小些。总之,对抽气孔大小的要求是既能在短时间内坯材与模具成型面之间的空气抽出,又不在塑件上留下抽气孔的痕迹。一般抽气孔的直径是0.5~1mm,以最大抽气孔直径尺寸不超过片材厚度的50%为宜,但对于小于0.2mm的板材,过分小的抽气孔就无法加工。   ⑵型腔尺寸:   抽真空成型模具的型腔尺寸同样应考虑塑料的收缩率,其计算方法与注射模型腔尺寸计算相同。抽真空成型塑件的收缩量,大约有50%是塑件脱模后产生的,25%是脱模后保持在室温下1h内产生的,其余的25%是在以后的8~24h内产生的。   用凹模成型的塑件比用凸模成型的塑件收缩量要大25%~50%。影响塑件尺寸精度的因素很多,降了型腔的尺寸精度外,还与成型温度、模具温度和塑件品种等有关,因此要预先精确确定收缩率是很困难的。如果生产批量比较大,尺寸精度要求又较高,最好先用石膏制造模具试制出产品,测得其收缩率,以上为设计模具型腔的依据。   ⑶型腔表面粗糙度:   一般抽真空成型的模具都没有顶出装置,成型后靠压缩空气脱模。抽真空成型模具的表面粗糙度太低时,对抽真空成型后的脱模很不利,塑件易粘附于模具成型表面不易脱模,即使有顶出装置可以顶。

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