高性能模具材料的充分利用

來源：塑膠五金網(wǎng)發(fā)布時間：2014-08-20 08:58:33點擊率：

　　內(nèi)容摘要:通過獲得更快的加工節(jié)拍和更好的零件質(zhì)量，注塑模生產(chǎn)商和吹塑模生產(chǎn)商能從導(dǎo)熱性高的材料身上獲利。模具材料和聚合物的某種特性能使這些功效得以實現(xiàn)。一旦這些特性被弄清楚后，模具制造商能優(yōu)化他們所使用的高性能材料，為他們的客戶提供一個耐用的、加工周期快的模具。冷卻時間模具合金的熱特性模具材料的某些特性使我們能更好地弄清楚加工模具時發(fā)生的熱力過程。

　　通過獲得更快的加工節(jié)拍和更好的零件質(zhì)量，注塑模生產(chǎn)商和吹塑模生產(chǎn)商能從導(dǎo)熱性高的材料身上獲利。模具材料和聚合物的某種特性能使這些功效得以實現(xiàn)。一旦這些特性被弄清楚后，模具制造商能優(yōu)化他們所使用的高性能材料，為他們的客戶提供一個耐用的、加工周期快的模具。

　　冷卻時間模具合金的熱特性

　　模具材料的某些特性使我們能更好地弄清楚加工模具時發(fā)生的熱力過程。三個重要的特性如下：

　　1. 導(dǎo)熱性：更高的導(dǎo)熱性等同于在穩(wěn)定狀態(tài)條件下單位時間內(nèi)傳遞更多的熱量。

　　2. 散熱性：更高的散熱性意味著當溫度變化時，將更快地達到熱平衡。好的散熱器將對環(huán)境溫度的變化反應(yīng)更迅速。

　　3. 滲熱性(導(dǎo)熱性除以散熱性的平方根)：更高的是一種測量材料在突然接觸時，從一個更高溫度物體上即刻散熱的效率。

　　下述內(nèi)容解釋了模具注塑時所有這些特性意味著什么。

　　1. 加熱模具到工作溫度 (通過水槽)。

　　◆ 更高的散熱性使得銅合金模具更快地達到熱平衡，因此成型加工能盡早開始。

　　2. 注入的熱塑料融入模具并冷卻。

　　◆ 更高的滲熱性意味著模具將開始立刻并有效地從塑料上帶走熱量。

　　◆ 然后滲熱性高轉(zhuǎn)化為迅速地到達穩(wěn)定狀態(tài)和一致的溫度。

　　◆ ，一旦處于平衡，導(dǎo)熱性決定了熱量能以多快的速度從塑料上移開，直到零件達到期望的脫模溫度。

　　3. 在加工循環(huán)的開模、脫模和閉模部分時維持凝固點溫度(等于水溫)。

　　通過使用鈹銅合金，制造商每年能產(chǎn)量達500,000件椅子底座而無需購買另外的注塑機。對于所有鋼制模具，需要增加四臺壓機才能滿足需求的增長。再者，避免大量的資本支出，代之以高導(dǎo)熱性模具合金的少量投資。

　　結(jié)論：高導(dǎo)熱性合金的好處包括：(1) 更快的加工節(jié)拍、(2)一致的模具溫度、(3)更好的零件質(zhì)量、(4)冷卻管道的維護成本低和(5) 對于非晶體和結(jié)晶體聚合物系列的適應(yīng)性。對這些模具合金具有專長和能力的模具制造商在全球市場上具有競爭優(yōu)勢。這樣的模具制造商將使其客戶更有競爭力和獲利能力。而且我們知道能獲利的客戶是的。

　　◆ 再一次，散熱性高使得模具在開模、脫模和閉模時在凝固點維持平衡。既然空氣是一種很差的熱媒介，水與銅合金之間的接觸就是主要的因素。

　　聚合物類型

　　兩種主要的聚合物系列-半結(jié)晶和非結(jié)晶，兩者均可受益于導(dǎo)熱性更高的模具材料。

　　半結(jié)晶聚合物具有致密的組織、一致的分子結(jié)構(gòu)，包括諸如聚酰胺(尼龍)、聚乙烯、聚丙烯和聚甲醛等材料。在加工時由于熔化，這些聚合物變成非結(jié)晶體，并將在冷卻時變回半結(jié)晶體。

　　非結(jié)晶聚合物具有一種松散且隨機排列的分子結(jié)構(gòu)，所以在某些情況下，非結(jié)晶材料是透明的。兩種聚合物均能受益于傳熱性能的提高并能縮短冷卻時間。

　　下述內(nèi)容是一些需要認知的區(qū)別，它能對應(yīng)用提供更好的理解。

　　◆ 結(jié)晶體材料具有明確的熔點，故此當熔化時必須添加潛在的熱能，而當冷卻時要去除。從模具中脫出之前，塑料需要固化并冷卻到低于熱撓曲溫度。熱撓曲溫度(HDT) 可從多數(shù)樹脂的數(shù)據(jù)表上獲得。僅僅低于熔點是不夠的。零件必須被冷卻至硬到足以使其脫出的溫度點。玻璃和礦物填料提高結(jié)晶率和HDT，所以零件能在更高的溫度下脫出而沒有變形。

　　◆ 非晶體聚合物不具有熔點，但是隨著熱量輸入增加到高于玻璃態(tài)轉(zhuǎn)化溫度(Tg)，聚合物的粘度下降，直到它開始流動。增加熱量直到塑料能充分流動以填滿模具。然后熱量必須移開，直到聚合物低于Tg- 在很多情況下，零件將硬到足以被脫出。

　　通常，歸因于潛熱，結(jié)晶聚合物包含更多的熱能。例如，非晶體的聚碳酸酯的熱容量為1.2 J/(g °K)，而半結(jié)晶的聚丙烯的熱容量為1.9 J/(g °K)或者是高出58%。當使用導(dǎo)熱性高的模具合金時，制模工將對兩類塑料都能碰到加工節(jié)拍縮短和冷卻的一致性提高。

　　一些半結(jié)晶材料(如尼龍)要求相當高的模具溫度以提供良好的表面粗糙度和大化的結(jié)晶度。導(dǎo)熱性高的模具合金能提高兩者的特性，而附加值是縮短加工節(jié)拍。

　　通過簡單地使模具運轉(zhuǎn)于期望的溫度(例如180°F)，可獲得這個效果。導(dǎo)熱性高的合金將能比鋼件更快地帶走熱量，但是對于推薦的溫度，熱量的帶走將是更一致的。結(jié)果是縮短了冷卻時間和制模零件更一致的結(jié)晶度。當用非晶體塑料制模時，一致的冷卻也是非常重要的。對于透明的聚合物(如聚碳酸酯)，零件將具有更好的透明度和韌性。

　　水冷

　　對于鋼制模具，制模工通常使用冷卻器來縮短加工節(jié)拍和補償鋼件傳遞熱量的減少。冷卻的模具通常將會引起模具表面的冷凝，它能反過來影響模具的質(zhì)量。有了導(dǎo)熱性高的模具合金，冷卻水可被設(shè)定到更高德溫度以防止冷凝，而且仍然獲得比鋼制模具快得多的節(jié)拍。還有，模具的表面溫度將非常接近水溫的設(shè)定值。銅合金的熱傳遞長期性能表現(xiàn)是非常好的，因為銅合金耐冷卻管道內(nèi)的腐蝕和生物附著。

　　經(jīng)濟性

　　加工節(jié)拍的縮短一直是制模工主要的努力方向。制模工越來越多地嘗試改進節(jié)拍以抵消更高的樹脂、能源和運輸?shù)纫呀?jīng)不能轉(zhuǎn)嫁給客戶的成本。使用銅合金模具使得制模工能提高他們的生產(chǎn)率、避免資本投資并使質(zhì)量問題小化。

　　導(dǎo)熱性更高德模具比鋼制模具能提供更一致的冷卻、產(chǎn)生更好的尺寸控制、減少翹曲和提高零件強度。由于縮短了冷卻時間，使用高性能合金的模具的償還分析產(chǎn)生非常喜人的數(shù)字。

　　應(yīng)用

　　1. 近來，就大型聚乙烯罩蓋而言，制模工計算出在鋼制模具內(nèi)使用鈹銅合金鑲嵌件的償還期為10天。加工節(jié)拍從75秒縮短至52秒，而且使制模工免于采購額外的制模設(shè)備就能滿足需求。有時未注意到資金的避免，但從長期看可獲得巨大的好處。

　　2. 另一個例子是由玻璃纖維增強尼龍制成的椅子底座。在椅子底座模具內(nèi)的型芯鑲件上使用鈹銅合金，制造商能獲得加工節(jié)拍縮短20%。在使用鈹銅合金之前，制造商在其模具內(nèi)使用的是鋼件。在轉(zhuǎn)換到使用鈹銅合金的鑲件后，他們已經(jīng)目睹了節(jié)拍從122秒降到98秒 - 使得整個生產(chǎn)更快。還有，提高了輪轂直徑的尺寸控制。

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