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1、 为什么塑料在铝合金注塑模具中表现得更 好？为什么塑料在铝合金注塑模具中表现得更 好？ _ 一个调查性的研究直接对比了一种典型的塑料在QC10铝合金模具和P20模具中 的流动特性。 第一部 第一部 介绍介绍 已经有数不清的文章出版过关于在同样的浇口， 同样的产品结构和冷却水路的情况下， 铝合 金模具对于钢质模具在节拍上具有优势， 但是几乎有很少专门的信息来具体说明为什么铝合 金模具优于钢质模具，还有它是如何来提升注塑模具工艺的。 美铝（芬可乐）锻造和铸造产品联合美国铝合金注塑模具公司的（罗切斯特，纽约）并且资 助了一个案例研究来揭示塑料在铝合金模具和钢质模具中的不同状态， 这个不同是已经确认
2、存在的。 主要的目的是量化， 测量塑料在铝合金模具和钢质模具的不同反应并且分享实验的 结果。这些结论可以帮助模具制造者更好的理解使用铝合金模具成型产品的潜在好处: 1) 和钢质模具相比，塑料在铝合金模具里在长距离流动情况下它的注塑压力更小。 2) 模具充型更快更高效 3) 打出的产品翘曲最小并且尺寸精度更高 铝合金的热传导性是将近钢材的 5 倍（表一） 。在 2002 年一片发表在模具制造技术上的 文章，作者道格拉斯布赖斯讨论了一个 IBM 模具研究报告，此项研究历时 5 年比较了同一 种铝合金和钢质模具生产相同的产品。文章揭示了使用铝合金模具，制造费用可以减少 50% 以上， 进度减少一半。
3、 文章同时说明了铝合金模具相比于钢质模具可以生产出质量更高的产 品，并且减少 25%到 40%的节拍时间。 测量 QC10 P20 热传导性 92.2 20.2 表格一 在 2005 年，一篇出版于模流杂志， 模流前沿的文章，使用了电脑模拟的节拍和冷却而不 是实际生产。通过对 12 种完全不同形状，尺寸和塑料产品注塑工艺的模拟，得出了如下结 论：使用铝合金而不是钢质模具可以实现更加优化的节拍。节拍时间节约了 10-20%在没有 严格的产品尺寸公差由受热产生的要求之下。 实际上， 如果严格控制由发热产生的尺寸变形 因素计算在呢，60-200%的节拍提升也是在实验中出现过的。 像这样的实验是与模具
4、工业息息相关的， 这个实例研究也是关注于为什么塑料在铝合金模具 内的流动更加的好。 第二部 模具第二部 模具 螺旋线测试模具，是根据 ASTM D3123-98 标准制造设计的。这个形状标准化了通道的长度， 整个模具的尺寸，冷却和浇口位置。此外，每副模具配有一系列共 4 个热电偶用于实时地检 测和记录， 金属在塑料注射进来后的状态。 所有的热电偶都连接在一个数据记录器和一个用 于收集数据的计算机上。 对于铝合金模具我们选用 QC-10， 钢质模具选用 P20.六副结构完全 相同的模具，三个用 QC-10 制造，三个用 P20 制造。螺旋线模具槽的尺寸为 6mm 宽，深度分 别为 1mm，2mm
5、 和 3mm。模具的尺寸是标准的 7 英寸*8 英寸 master 单元模具，所有模板的 厚度都是相同的（图一） 六副 的模 的热 面上 吨 T我们 ABS，第第三三试试模模 孔位每组 巨大 同时 英尺 同的流长 都是 25年 小组 知道试试模模 第二 次的副模具的主浇 模具从背面都 热电偶被放置 上都有激光蚀 Toyo 注塑机上们特地选择了 ，尼龙和聚碳三三部 部 试试模模一一： 选用 位，温度和注组模具各打样 大的热传导性 时模具也被预 尺到15英尺， 的结果，但是长和P20模具的 是一样的。实 年制造铝合金 组不得不停下 道如何来量化模模二二：试验7 二次试模再次 的实验将测试浇口尺寸都
6、是 都安装有热电 置在二级排气 蚀刻的尺寸， 上完成。 了七种不同的 碳酸酯。 试试模模 塑料供应商推 注塑压力( 样25件。 我们的 性差距。塑料 预热到供应商 和制造商的 是我们并没有的结果一样。 实验结果并非 金模具的经验 下来重新审视 化它。经过许7种塑料；在 次开始，温度被 试每一个模具是相同的。水路 电偶，离开型腔 气槽区域用于 从 1 英寸到塑料来测试推荐的熔融温 1000 psi)都的假设是， 由 料事先被干燥准 推荐的温度 参考值一致 有看到。 我们感到非 非我们所想。 验告诉我们， 试 视现状。 我们要 许多讨论，我们特定的模温和 被记录下来。 具就好像是在图一 路也是一样
7、的 腔面大约 0. 检测注塑过程 67 英寸。型我们的模具：温度，相同的 都是事先确定由于QC-10和P 准备用于注塑 。我们先试了 。接着我们试非常困惑。最试模应该是会 要寻找的事我 们决定采用合和合模保压状 。注塑压力依 正常生产一样的。六副模具 5mm。在深度 程中排气槽的 型腔表面 600：聚乙烯，聚的模温，在六 定的。 P20的流动情 塑。熔融温度 了P20模具。 试了QC-10模最后，所有模会证明我们一 我们早就知道 合模保压的方状态下测试六 依然保持在第 样。 每副模具具中的四副， 度为 3mm 的模 的温度。所有 砂纸粗糙度聚丙烯，聚苯六副模具上进情况将大相径 度被设定到供 数
8、据显示螺 模具，我们期模具生产出的一开始所猜想 道的既定事实 方式来验证同六副模具。 第一次试模的 具的前几个产深度 1mm 和 模具上，一组 有 6 副模具 。实验在一台苯乙烯，ABS，进行测试。试径庭因为两种 供应商推荐的 螺旋线的总长 期盼着出现完的产品的变形想的结果的。 实， 只是我们 同一种塑料。的压力线附近 产品都特意打和 2mm 组 5 个 在 A 台 55PC/ 试模的材料 的值， 在10 全不程度实验 还不近。这 打不满（在 能将在QC 加， 发现 厚度在这个例子里 将主浇口清理 模C-10模具中， 然后在快速 现QC-10那组的 度到1mm的情况里是，更短的 理干净当产品
9、具生产25个产在温度曲线 速下降到初始温 的模具用了1 况下变短了，的螺旋线长度 的冷却到足够 产品，每次实线图中可以看 温度在开模之 2.2秒注塑聚 但是总体来） ，然后逐渐 够顶出， 那么 实验的节拍时看出， 模具温度 之前。以任意 聚苯乙烯。 所 来说节拍都在渐打满来达到 么我们定义这 时间和模温都度从开始的1 意一点作为计 所有三种不同 在12到12.5秒到最佳的填充 这个是最佳的 都被记录下来10-12度以一 计算节拍的起 厚度的产品， 秒这个范围之充效果。当拉 的节拍时间。 来。一个接近垂直 起始点，我们 ， 尽管流长从 之内。 料杆 每副直的增 可以 从3mmP20模具在与QC-
10、10的模温相同。 第一个观察的是当注塑时模温的反应如何。 模温的变化并没 有像QC-10模具那样剧烈。 此外， 它冷却的时间也更加的缓慢。 同时， P20无法回到初始温度， 它将会比初始温度高平均20度左右。 由于注塑的热量，模具温度将额外升高15-20度。比如，由于超射和冷却过慢，我们可以发 现节拍上的不同，P20是20多面，而QC-10是大约12秒。在这点上，我们相信我们已经最终发 现了注塑模具使用QC-10优于P20的原因了， 然而我们决定继续做下一个实验来证明我们的发 现。 试模三试模三-两种塑料，一种非晶体，一种半结晶塑料，在壁厚3mm的QC-10和P20模具上实验， 合模保压。 我
11、们决定只使用聚苯乙烯（非晶体）和尼龙（半结晶）完成这次试模，因为我们同种类型的 塑料性质是相近的。 QC-10 P20 QC-10 P20 聚苯乙烯 融化温度 465 465 430 430 模具温度 100 100 100 100 节拍时间 12.3 21.8 12.0 17.5 流长 34英寸 34英寸 27英寸 27.5英寸 尼龙 融化温度 555 555 510 555 模具温度 150 150 150 150 节拍时间 21.0 24.0 20.3 22.0 流长 52英寸 53英寸 39英寸 39.5英寸 表二 表二 我们想看下熔融温度和流长以及节拍之间的关系。 我们先从供应商提供
12、的最低的允许温度开 始测试。同时我们也把模具的温度调至推荐的最低值。我们在P20模具分别测试两种塑料， 记下节拍，模温和注塑压力。接着我们在QC-10模具分别测试两种塑料，记下节拍，模温和 注塑压力。在整理完数据后，我们将所有温度调到最高，再完成一次刚才的测试，记录下数 据。在两种不同的温度条件下我们测试了聚苯乙烯，QC-10模具的节拍时间和试模二的结果 保持一致，12-13秒。在最低温的测试条件下，P20的节拍时间在20-21秒间，和第二次试模 的结果比较相似，但是在高温的测试里，节拍激增了将近25%。 第四部 发现第四部 发现 我们发现QC-10模具升温速度是P20的5倍，当我们每次测试的
13、时候。所有这些测试，QC-10 模具的温度和模温的设定值差距都保持在1-3度的范围内。 注塑阶段， 我们也观察到有10-20 的温度突变。 P20模具温度保持在一个稳定的高于设定点10-25%的位置。在注塑阶段，模具将额外升高 15-30度由于冷却缓慢。 当我们使用QC-10模具时，我们没有发现节拍的变化，甚至当我们在供应商温度参考值之上 生产时也没有。但是，P20模具会继续发热，节拍时间也更得更长。 鉴于这些发现，我们就不再惊讶会有一些塑料顾问赞同在低于材料制造商推荐值100度以下 的温度条件下，在P20和其他钢质模具中生产塑料件，甚至这样做会使材料商对于材料性能 的保证作废。 第五部 结论
14、第五部 结论 实验的结果既是一个惊喜也不是一个惊喜。 我们并不惊喜于我们证明了我们想证明的东西， 但是这个过程却是值得玩味思考的。 我们高 兴的展现给大家， 塑料产品在铝合金模具中翘曲变形达到最小， 尺寸的稳定性也得到了提高， 填充更快，效率更高，并且可以在低注塑压力的条件下与钢质模具相比能保持较大的流长。 我们揭示了使用铝合金模具可以带来如下好处，更便宜的制造成本，更短的发货时间，生产 出更高质量的塑料件并且能够在一天中生产出更多的产品。 我们惊喜的是，实验预期的结果经过了一个完全不同，出乎意料的方式。我们想我们可以达 到理想中的结果因为在注塑阶段铝合金模具能更多的带上塑料的热量， 可以使得填充压力更 小速度更快，密度变化更小。相反的，我们感到钢质模具会带上更少的热量，因此产生更多 的“纹理” ，并阻碍了前段的流动，因此需要更高的注塑压力，随之产生产品密度的变化。 实际上我们发现QC-10并没有我们之前想的那样带上很多热量，因此它可以使得熔融塑料流 动更快，冷却更快，因此不会产生由过大注塑压力产生的密度变化。我们发现实际上钢材将 带上更多的热量。在注塑阶段，塑料填充型腔，保持熔融状态时间越长，额外的注塑压力需 求就越大，导致了在产品固化前的密度变化。
