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1、模具设计前的准备知识模具设计前的准备知识产品设计前的专业准备知识重点介绍 Pro/ENGINEER 家电产品设计的一些专业准备知识,包括家电产品材料与工艺常识、家用电器的安全标准与规范和家电产品结构设计的一般流程等。2.1产品材料与工艺常识在家电产品设计中,塑胶是主要材质,在其他各方面的产品中也大量被采用,是当今不可缺少的工业材料,因此有人称塑胶是万能的产品。今后塑胶材料将在工业设计中继续扮演更重要的角色。2.1.1 塑胶材料塑胶材料种类较多,下面就举一些常用的材料进行介绍。1.ABS(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物)(1)典型应用范围家电大件电器(风扇、电视机及电冰箱等)、大强度工具(搅拌器、
2、食品加工机及割草机等),另外也包括电话机壳体、打字机键盘以及娱乐用车辆(如高尔夫球手推车以及喷气式雪撬车等)。(2)注塑模工艺条件干燥处理:ABS 材料具有吸湿性,要求在加工之前进行干燥处理。建议干燥条件为 80-90 下最少干燥 2 小时,材料温度就保证小于 0.1%。熔化温度:210280(建议温度:245)模具温度:2570(模具温度将影响塑件的光洁度,温度较低则导致光洁度较低)注射压力:500bar-1000bar注射速度:中高速度化学和物理特性ABS 是由丙烯腈、丁二烯和苯乙烯三种化学单体合成,每种章体都具有不同特性。丙烯腈具有高强度、热稳定性及化学稳定性。丁二烯具有坚韧性及抗冲特性
3、。苯乙烯具有易加工、高光洁度及高强度性。从形态上看,ABS 是非结晶性材料。三种单体的聚合产生了具有两相的三无共聚物,一个是苯乙烯-丙烯腈的连续相,另一个是聚丁二烯橡胶分散相。ABS 的特性主要取决于三种单体的比率心以及两相中的分子结构。这就可以在产品设计上具有很大的灵性,并且由此产生了市场上百种不同品质的 ABS 材料。这些不同品质的材料提供了不同的特性,例如从中等到高等的搞冲击性,从低到高的光洁度和高温扭曲特性等。ABS 材料具有超强的易加工性、外观特性、低蠕变性和优异的尺寸稳定性以及很高的抗冲击强度。2.PA66(聚酰胺 66 或尼龙 66)(1)典型应用相比,PA66 更广泛用于汽车工
4、业,仪器壳体以及其他需要有抗冲击性和高强度要求的产品。(2)注塑模工艺条件干燥处理：如果加工前材料是密封的,那么就没有必要干燥。然而，如果储存容器被打开，那么建议在 85的热空气中干燥处理。如果温度大于 0.2%，还需要进行 105、12 小时的真空干燥。熔化温度：260290。对于含有玻璃添加剂的产品为275280。熔化温度应避免高于 300模具温度：建议 80。模具温度将影响结晶度，而结晶度将影响产品的物理特性。对于薄壁塑件，如果使用低于 40 的模具温度，则塑件的结晶度将随着时间而变化。为了保持塑件的几何稳定性，需要进行退火处理。注射压力：通常在 750bar-1250bar，取决于材料
5、少产品设计。注射速度：高速（对于增强型材料应稍低一些）流道和浇口：由于 PA66 的凝固时间很短，因此浇口的位置非常重要。浇口孔径一般不要小于 0.5xt（这里 t 为塑件厚度） 。如果使用热流道，浇口尺寸应比使用常规流道小一些，因为热流道能够帮助阻止材料过早凝固。如果用潜入式浇口。浇口的最小走私应当是由0.75mm。（3）化学和物理特性PA66 在聚酰胺材料中有较高的熔点。它是一种半晶体-晶体材料。在较高温度也能保持较强的强度和刚度。PA66 在成型后仍然具有吸湿性。其程度主要取决于材料的组成、壁厚以及环境条件。在产品设计时，一定要考虑吸湿性对几何稳定性的影响。为了提高的机械特性，经常加入各
6、种各样的改性剂。玻璃就是最常见的添加剂，有时为了提高抗冲击性还加入合成橡胶，如 EPDM 和 SBR 等。PA66 的粘性较低,因此流动性很好(但不如 PA6)。这个性质可以用来加工很薄的元件。它的粘度对温度变化很敏感。的收缩率在 12 之间，加入玻璃纤维添加剂可以将收缩率降低到 21。收缩率在流程方向和与流程方向相垂直方向上的相异是较大的。PA66 对许多溶剂具有抗溶性，但对酸和其他一些氯化剂的抵抗力较弱。3PBT（聚对苯二甲酸丁二醇酯）（1）典型应用范围家用器具（食品加工刀片、真空吸尘器元件、电风扇、电吹风壳体、咖啡器皿等）电器元件（开关、电机壳、保险丝盒及计算机键盘按键等） 、汽车工业（
7、散热器格窗、车身嵌板、车轮盖及门窗部件等）（2）注塑模工艺条件干燥处理：这种材料在调温下很容易水解，因此加工前的干燥处理是很重要的。建议在空气中的干燥条件为了 120和 68 小时，或者 150 和 24 小时。温度必须小于 0.03%。如果用吸湿干燥器干燥，建议条件为 150和 2.5 小时熔化温度：225275，建议温度：250。模具温度：对于未增强型的材料为 4060。要很好地设计模具的冷却腔道以减小塑件的弯曲。热量的散失一定要快而均匀。建议模具冷却腔道的直径为 12mm。注射压力：中等（最大到 1500 bar）注射速度：应使用尽可能快的注射速度（因为 PBT 凝固很快）流道和浇口：建
8、议使用圆形流道以增加压力的传递（经验公式：流道直径=塑件厚度+1.5 mm）可以使用各种形式的浇口。也可以使用热流道，但要注意防止材料的渗漏和降解。浇口直径应该在0.81.0xt 之间，这里 t 是塑件厚度。如果是潜入式浇口，建议最小直径为 0.75mm。（3）化学和物理特性PBT 是最坚韧的工程热塑材料之一，它是半结晶材料，有非常好的化学稳定性、机械强度、电绝缘特性和热稳定性。这些材料在很广的环境条件下都有很好的稳定性。PBT 吸湿特性很弱。非增强型 PBT 的张力强度为 50MPa，玻璃添加剂型的 PBT 张力强度为170MPa。玻璃添加剂过多将导致材料变脆。PBT 的结晶很迅速，这将导致
9、因冷却不均匀而造成弯曲变形的情况。对于有玻璃添加剂类型的材料，流程方向的收缩率可以减小，但与流程垂直方向上的收缩率基本上和普通材料没有区别。一般材料收缩率在 0.3%1.6 %之间。熔点（225）和高温变形温度都比 PET 材料要低。维卡软化温度大约为 170。玻璃化转换温度（glass trasitio temperature ）在 2243之间。由于 PBT 的结晶速度很高，因此它的粘性很低，塑件加工的周期时间一般也较低。4PC（聚碳酸酯）（1）典型应用范围电气和商业设备（计算机元件、连接器等） 、器具（食品加工机、电冰箱抽屉等）和交通运输行业（车辆的前后灯、仪表板等） 。（2）注塑模工艺
10、条件干燥处理：PC 材料具有吸湿性，加工前的干燥很重要，建议干燥条件为 100200，并且要 34 小时。加工前的温度必须必须小于 0.02%。熔化温度：260340模具温度：70120注射压力：尽可能地使用高注射压力。注射速度：对于较小的浇口使用低速注射，对其他类型的浇口使用高速注射。（3）化学和物理特性PC 是一种非晶体工程材料，具有特别好的抗冲击强度。热稳定性、光泽度、抑制细菌特性、阻燃特性以及抗污染性。PC 的缺口伊估德冲击强度(otched Izod impact strength )非常高,并且收缩率很低,一般为 0.1%0.2 %。PC 有很好的机械特性，但流动特性较差，因此这种
11、材料的注塑过程较困难。在选用何种品质的 PC 材料时，要以产品的最终期望为基准。如果塑件要求有；较高的抗冲击性，那么就使用低流动率的 PC 材料。反之，可以使用高流动率的 PC 材料，这样可以优化注塑过程。5.PC/ABS(聚碳酸酯和丙烯腈丁二烯-苯乙烯共聚物和混合物)（1）典型应用范围计算机和商业机器的壳体，电器设备，草坪和园艺机器，汽车零件（仪表板、内部装修以及车轮盖）（2）注塑模工艺条件干燥处理：加工前的干燥处理是必需的。温度应小于 0.04%,建议干燥条件为 90100,24 小时。熔化温度：230300模具温度：50100注射压力：取决于塑件。注射速度：尽可能的高。（3）化学和物理特
12、性PC/ABS 具有 PC 和 ABS 两者的综合特性。例如 ABS 的易加工特性和PC 的优良机械特性和热稳定性，二者的比率将影响 PC/ABS 材料的热稳定性，PC/ABS 这种混合材料还显示了优异的流动特性。5.PC/PBT(聚碳酸酯和聚对苯二甲酸丁二醇酯的混合物)（1）典型应用范围齿轮箱、汽车保险杠以及要求具有抗化学反应和耐腐蚀性、热稳定性、抗冲击性以及几何稳定性的产品。（2）注塑模工艺条件干燥处理：建议 110135，约 4 小时的干燥处理。熔化温度：235300。模具温度：3793。（3）化学和物理特性PC/ABS 具有 PC 和 ABS 两者的综合特性。例如 PC 的高韧性和几何
13、稳定性以及 PBT 的化学稳定性、热稳定性和润滑特性等。7.PE-HD（高密度聚乙烯）（1）典型应用范围电冰箱容器、存储容器、家用厨具及密封盖等。（2）注塑模工艺条件干燥：如果存储恰当则无须干燥。熔化温度：220260。对于分子较大的材料，建议熔化温度范围在 200250之间模具温度：5095。6mm 以下壁厚的塑件应使用较高的模具温度，6mm 以上壁厚的塑件使用较低的模具温度，塑件冷却温度应当均匀以减小收缩率的差异。对于最优的加工周期时间，冷却腔道直径应不小于 8mm，并且距模具表面的距离应在1.3d(这里 d 是冷却腔道的直径)。注射压力：700bar1050bar注射速度：建议使用高速注
14、射。流道和浇口：流道直径 4mm7.5mm，流道长度应尽可能短。可以使用各种类型的浇口，浇口长度不要超过 0.75mm。特别适用于使用热流道模具。（3）化学和物理特性.PE-HD 的高结晶度导致了它的高密度、抗张力强度、高温扭曲温度、粘性以及化学稳定性。PE-HD 比 PE-LD 有更强的抗渗透性。PE-HD 的抗冲击强度较低。PE-HD 的特性主要由密度和分子量分布所控制。适用于注塑模的 PE-HD 分子量分布很窄，密度为 0.91g/cm0. 925g/cm 被称为第一类型 PE-HD。 密度为 0.926g/cm0. 94g/cm 被称为第二类型 PE-HD。密度为 0.94g/cm0.
15、 965g/cm 被称为第三类型 PE-HD。该材料的流动特性很好，MFR 为 0.128 之间。分子量越高，PE-LD 的流动特性较差，但是有更好的抗冲击强度。PE-LD 是半结晶材料，成型后收缩率较高，在 1.5%4%之间。PE-HD 很容易发生环境应力开裂现象。可以通过使用很低流动特性的材料以减小内部应力，从而减轻开裂现象。PE-HD 当温度高于 60时很容易在烃类溶剂中溶解，但其抗溶解性比 PE-LD。还要好一些。8PE-LD(低密度聚乙烯)（1）典型应用范围碗、箱柜及管道连接器。（2）注塑模工艺条件干燥处理：一般不需要.熔化温度：180280模具温度：2040,为了实现冷却均匀以及较
16、为经济的去热,建议冷却腔道走私至少为 8mm,并且从冷却腔道到模具表面的距离不要超过冷却腔道的 1.5 倍,注射压力：最大可到 1500bar。保压压力：最大可到 750bar。流道和浇口：可以使用各种类型的流道和浇口。PE-LD 特别适合于使用热流道模具。注射速度：可以使用各种类型的流道和浇口。PE-LD 特别适合于使用热流道模具。（3）化学和物理特性商业用的 PE-LD 材料的密度为 0.91g/cm0. 94g/cm。PE-LD 对气体和水蒸汽具有渗透性。PE-LD 的热膨胀系数很高不适合于加工长期使用的制品。如果 PE-LD 的密度为 0.91g/cm0. 925g/cm 之间，那么其收缩率在 2%5%之间，如果密度为 0.926g/cm0. 94g/cm 之间，那么其收缩率在 1.5%4%之间，当前实际的收缩率还要取决于注塑工艺参数。PE-LD 在室温下可以抵抗多种溶剂，但是芳香烃
