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你知道玻璃吗？


中国科学院上海硅酸盐研究所 王开泰
如 果我问大家：“你知道玻璃吗？”大家一定会觉得很可笑，玻璃谁不知道呀！玻璃是透明的，硬而脆，容易敲碎。但如果我问大家：“玻璃是什么？它又是怎样制造 出来的呢？”在座的可能很少有人能正确回答。的确，讲到玻璃大家都很熟悉。我们的住房用玻璃采光，汽车用玻璃挡风；我们每天看电视，电视机的显像管是玻璃 做的；患有近视和老化眼疾朋友们戴的眼镜是玻璃；照相机、摄像机、望远镜都离不开光学玻璃透镜；喝酒的朋友用的酒瓶、酒杯都是玻璃做的；装饰用的工艺美术 品，好多是用彩色玻璃做的；各种电光源都少不了玻璃外壳；指挥交通的红绿灯、航空信号灯是用彩色玻璃做的等等。总之，可以毫不夸张地说，我们的日常生活一 刻也离不开玻璃。玻璃之所以有如此广泛的应用，是因为它有透明、坚硬、耐腐蚀、电绝缘等优良性能，而且制造玻璃的原料丰富、价格低廉、生产工艺相对简便， 能用多种成形方法制成各种形状的制品。


那么,玻璃是什么呢？我们知道固体材料可以分为有机材料和无机材料两大类。有机材料有木 材、塑料、有机玻璃、棉布、羊毛、尼龙等等。无机材料按照结构可以分成单晶体、多晶体和玻璃三大类。单晶体有规则的外形和严格规则的结构，例如红宝石是氧 化铝单晶，水晶是二氧化硅单晶，金刚钻则是碳的单晶。多晶体是大量小单晶的集合体，各种陶瓷、金属都是多晶材料。玻璃是经熔融、冷却、固化而得到的非结晶 固体。它的结构在原子、分子范围内有一定规则（近程有序），但在宏观范围却又没有规则（远程无序）。它可以依靠模具做成各种形状。玻璃的这种无规则结构， 决定了玻璃的下列特性：

1．各向同性，玻璃的质点排列总的说来是无规则的，但又是统计均匀的，因此，它的物理、化学性质在任何方向都是相同的。而晶体则是各向异性的。例：电阻率、导热系数、透过率、折射率等。

2．无固定熔点，玻璃由固体转变为液体是在一定温度范围内逐渐变化的。而晶体是有确定的熔点的，例如，冰（水的晶体）在0゜C融化。玻璃的这一特性使它可用吹、拉、压等多种方法成形。

3．组成和性能的可调性，玻璃的性能可随其成分在一定范围内发生连续和逐渐的变化。而晶体则具有固定的成分和确定的性能。这样，我们就可以调节玻璃的成分，使它的性能满足使用的要求。


玻璃是如何生产出来的呢？玻璃的生产工艺包括：配料、熔制、成形、退火等工序。分别介绍如下：

1． 配料，按照设计好的料方单，将各种原料称量后在一混料机内混合均匀。玻璃的主要原料有：石英砂、石灰石、长石、纯碱、硼酸等。

2． 熔制，将配好的原料经过高温加热，形成均匀的无气泡的玻璃液。这是一个很复杂的物理、化学反应过程。玻璃的熔制在熔窑内进行。熔窑主要有两种类型：一种是 坩埚窑，玻璃料盛在坩埚内，在坩埚外面加热。小的坩埚窑只放一个坩埚，大的可多到20个坩埚。坩埚窑是间隙式生产的，现在仅有光学玻璃和颜色玻璃采用坩埚 窑生产。另一种是池窑，玻璃料在窑池内熔制，明火在玻璃液面上部加热。玻璃的熔制温度大多在1300~1600゜C。大多数用火焰加热，也有少量用电流加 热的，称为电熔窑。现在，池窑都是连续生产的，小的池窑可以是几个米，大的可以大到400多米2。

3． 成形，是将熔制好的玻璃液转变成具有固定形状的固体制品。成形必须在一定温度范围内才能进行，这是一个冷却过程，玻璃首先由粘性液态转变为可塑态，再转变成脆性固态。成形方法可分为人工成形和机械成形两大类。

A． 人工成形。又有（1）吹制，用一根镍铬合金吹管，挑一团玻璃在模具中边转边吹。主要用来成形玻璃泡、瓶、球（划眼镜片用）等。（2）拉制，在吹成小泡后， 另一工人用顶盘粘住，二人边吹边拉主要用来制造玻璃管或棒。（3）压制，挑一团玻璃，用剪刀剪下使它掉入凹模中，再用凸模一压。主要用来成形杯、盘等。 （4）自由成形，挑料后用钳子、剪刀、镊子等工具直接制成工艺品。

B．机械成形。因为人工成形劳动强度大，温度高，条件差，所以，除自由 成形外，大部分已被机械成形所取代。机械成形除了压制、吹制、拉制外，还有（1）压延法，用来生产厚的平板玻璃、刻花玻璃、夹金属丝玻璃等。（2）浇铸 法，生产光学玻璃。（3）离心浇铸法，用于制造大直径的玻璃管、器皿和大容量的反应锅。这是将玻璃熔体注入高速旋转的模子中，由于离心力使玻璃紧贴到模子 壁上，旋转继续进行直到玻璃硬化为止。（4）烧结法，用于生产泡沫玻璃。它是在玻璃粉末中加入发泡剂，在有盖的金属模具中加热，玻璃在加热过程中形成很多 闭口气泡这是一种很好的绝热、隔音材料。此外，平板玻璃的成形有垂直引上法、平拉法和浮法。浮法是让玻璃液流漂浮在熔融金属（锡）表面上形成平板玻璃的方 法，其主要优点是玻璃质量高（平整、光洁），拉引速度快，产量大 。

4．退火，玻璃在成形过成中经受了激烈的温度变化和形状变化，这种变 化在玻璃中留下了热应力。这种热应力会降低玻璃制品的强度和热稳定性。如果直接冷却，很可能在冷却过程中或以后的存放、运输和使用过程中自行破裂（俗称玻 璃的冷爆）。为了消除冷爆现象，玻璃制品在成形后必须进行退火。退火就是在某一温度范围内保温或缓慢降温一段时间以消除或减少玻璃中热应力到允许值。

此外，某些玻璃制品为了增加其强度，可进行刚化处理。包括：物理刚化（淬火），用于较厚的玻璃杯、桌面玻璃、汽车挡风玻璃等；和化学刚化（离子交换），用于手表表蒙玻璃、航空玻璃等。刚化的原理是在玻璃表面层产生压应力，以增加其强度。


讲 玻璃必定要提一下它的一个重要新发展——微晶玻璃。由于晶体的性能优于玻璃，而玻璃则具有易于制造的优势，于是人们自然会想到能否把两者结合起来实现优势 互补呢？回答是肯定的，这种结合就是微晶玻璃。微晶玻璃是通过附加的热处理，使玻璃基体中长出大量均匀分布的微小晶体（微米级），而形成的一类新材料。或 者说是一类用玻璃工艺制得的具有陶瓷性能的材料。它集中了玻璃和陶瓷的优点。如果说人类制造玻璃已有五千多年历史（最早是在古埃及），那末，微晶玻璃是 20世纪50年代才出现的一类新型材料。


除了我们上面已提到的玻璃在日常生活中有着极其广泛的应用之外，玻璃在高科技领域有极其重要的地位。下面我们仅举一些例子：

1． 激光玻璃，玻璃是激光器的主体（工作物质），激光在其中产生。激光已广泛用于激光定向、激光测距、激光打孔及激光手术。尤其是由于激光束可以聚焦成极小的 点子，能量密度极高，可用来启动核聚变反应。激光诱发核聚变与磁控聚变相结合，已成为产生可控热核能的主要途径。（我们中科院有这个项目。）

2． 光导纤维（简称光纤），光纤通过光在其内部全反射，实现远距离传光而损失及小。由于光纤可任意弯曲，从而使光线拐弯，进而，光纤、光缆的出现使光通讯得以 实现。现已进入社区的宽带网就是基于光通讯。此外，利用光纤可以弯曲已做成内窥镜（胃镜、肠镜）和激光手术刀，实现了无创伤手术。

3．导 弹、飞船的雷达天线罩，天线位于导弹、飞船的头部，因此天线罩必须有高强度、能承受高温且有低介电损耗。它是用微晶玻璃或石英玻璃做成。（我们所有做 过。） 4．天文望远镜，天文望远镜的玻璃透镜很大，且为保持高度精确，要求一年四季尺寸不变，它是用零膨胀微晶玻璃做成的。这种微晶玻璃是通过在玻璃中析出负膨 胀的微晶体与基础玻璃的膨胀相抵消，使微晶玻璃的膨胀系数接近于零。

此外，还有用于红外夜视仪的透红外玻璃；用于复印机磁鼓的硫系玻璃；在微电子技术

上 用作基片的锂系微晶玻璃；用作人造牙齿、人造骨头的生物微晶玻璃；用作自动太阳镜的光致变色玻璃；称为眼镜超薄片的高折射率玻璃；用于双光眼镜的梯度折射 率玻璃；用在交通指示牌上的玻璃微珠；以及用作长效肥料的磷酸盐玻璃。玻璃还是处理放射性核废料的最好方法，即把放射性废物转变成化学稳定的玻璃。


总之，玻璃在当代科学技术与我们的物质文化生活中占有极重要的地位。科学技术的进步离不开新材料的发展，新材料是科技发展的急先锋，反之，科学技术的发展又促进材料的创新。可以预言，作为材料科学的重要组成部分，玻璃在未来将会有更辉煌的发展，不断造福于人类！
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有机玻璃性能
（1）材料
有机玻璃的化学名称叫聚甲烯酸甲酯，是由甲基丙烯酸酯聚合成的高分子化合物。
（2）应用：
有机玻璃应用广泛，不仅在商业、轻工、建筑、化工等方面。而且有机玻璃制作，在广告装潢、沙盘模型上应用十分广泛，如：标牌，广告牌，灯箱的面板和中英字母面板。
选材要取决于造型设计，什么样的造型，用什么样的有机玻璃、色彩、品种都要反复考试，使之达到最佳效果。有了好的造型设计，不要靠精心的加工制作，才能成为一件优美的工艺品。
（3）特点：
表面光滑、色彩艳丽，比重小，强度较大，耐腐蚀，耐湿，耐晒，绝缘性能好，隔声性好。
（4）形状：
可分管形材、棒形材、板形材三种。
（5）种类：可分四种。
有 色透明有机玻璃：俗称彩板。透光柔和，用它制成的灯箱、工艺品，使人感到舒适大方。有色的机玻璃分：透明有色、半透明有色，不透明有色三种。磁有机玻璃光 泽不如珠光有机玻璃鲜艳，质脆、易断、适于制作表盘、盒、医疗器械和人物、动物的造型材料。透明有机玻璃：透明度高，宜制灯具。用它制成的吊灯、玲珑剔 透、晶莹澄澈。半透明有机玻璃类似磨砂玻璃，反光柔和，用它制成的工艺品，使人感到舒适大方。无色透明有机吊灯，玲珑剔透，晶莹澄澈。
珠光有机动性玻璃：是在一般有机玻璃加入珠光粉或荧光粉著成。这类有机玻璃色泽鲜艳，表面光洁度高，外形式经模具热压后，即使磨平抛光，仍保持模压花纹，形成独物的艺术效果。用它可制作人物、动物造型，商标、装饰品及宣传展览材料。
压花有机玻璃：分透明、半透明无色，质脆，易断，适于制作。
2、有机玻璃制作方法
（1）粘贴法：
将有机玻璃切割成一定形状后，在平面上粘贴而成。
（2）热压法：
将有机玻璃薄板加热后，在模具中中热压型。这种造型法制成的工艺品具有形体丰满，曲线流畅，立体感强的特点，有浮雕的效果。热压模可用木材、油泥塑形，然后用铸铅、石膏材料作阴阳模，有机玻璃加热后即可压成型。
（3）镶嵌法：
将不同色彩的有机玻璃块切割成抽需的几何图形，在底板上镶嵌拼接而成。这种方法要求拼接严密，棱我争明，能收到色彩强烈，但又浑然一体的效果。
（4）立磨法：
将棒形有机玻璃或厚板形有机玻璃粘接后，直接在砂轮上磨制、抛光成型。用此法制作的工艺品与某种雕塑相似，由丰富多彩的表面形状，构成别具一格的艺术形象。
（5）断磨法：
将板形有机玻璃重叠粘贴在一起，然后直接削磨断面成型。此法制成的工艺品能得到色泽多变，浑朴自然的效果。
（6）热煨法：
将有机玻璃加工到一定形状，将有机玻璃加热，直接用手迅速窝制、捏制成型。些法要求事先对构图有成竹，动作敏捷，一气呵成。用此法制成的工艺品具有线条奔放，形象简洁等优点。
以上几种方法可交替使用，根据造型设计的艺术要求，定最佳方法。
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塑料成型加工是一门工程技术，所涉及的内容是将塑料转变为塑料制品的各种工艺。在转变过程中常会发生以下一种或几种情况，如聚合物的流变以及物理、化学性能的变化等。

塑料成型方法

1．压缩模塑。压缩模塑又称模压，是模塑料在闭合模腔内借助加压(一般尚须加热)的成型方法。通常，压缩模塑适用于热固性塑料，如酚醛塑料、氨基塑料、不饱和聚酯塑料等。
压缩模塑由预压、预热和模压三个过程组成：
预压 为改善制品质量和提高模塑效率等，将粉料或纤维状模塑料预先压成一定形状的操作。
预热 为改善模塑料的加工性能和缩短成型周期等，把模塑料在成型前先行加热的操作。
模压 在模具内加入所需量的塑料，闭模、排气，在模塑温度和压力下保持一段时间，然后脱模清模的操作。
压缩模塑用的主要设备是压机和塑模。压机用得最多的是自给式液压机，吨位从几十吨至几百吨不等。有下压式压机和上压式压机。用于压缩模塑的模具称为压制模具，分为三类；溢料式模具、半溢料式模具不溢式模具。
压缩模塑的主要优点是可模压较大平面的制品和能大量生产，其缺点是生产周期长，效率低。
2． 层压成型。用或不用粘结剂，借加热、加压把相同或不相同材料的两层或多层结合为整体的方法。
层压成型常用层压机操作，这种压机的动压板和定压板之间装有多层可浮动热压板。
层压成型常用的增强材料有棉布、玻璃布、纸张、石棉布等，树脂有酚醛、环氧、不饱和聚酯以及某些热塑性树脂。
3． 冷压模塑。冷压模塑又叫冷压烧结成型，和普通压缩模塑的不同点是在常温下使物料加压模塑。脱模后的模塑品可再行加热或借助化学作用使其固化。该法多用于聚四氟乙烯的成型，也用于某些耐高温塑料(如聚酰亚胺等)。一般工艺过程为制坯-烧结-冷却三个步骤。
4． 传递模塑。传递模塑是热固性塑料的一种成型方式，模塑时先将模塑料在加热室加热软化，然后压入巳被加热的模腔内固化成型。传递模塑按设备不同有工种形式：① 活板式；② 罐式；③ 柱塞式。
传递模塑对塑料的要求是：在未达到固化温度前，塑料应具有较大的流动性，达到固化温度后，又须具有较快的固化速率。能符合这种要求的有酚醛、三聚氰胺甲醛和环氧树脂等。
传 递模塑具有以下优点：① 制品废边少，可减少后加工量；② 能模塑带有精细或易碎嵌件和穿孔的制品，并且能保持嵌件和孔眼位置的正确；③ 制品性能均匀，尺寸准确，质量高；④ 模具的磨损较小。缺点是：⑤ 模具的制造成本较压缩模高；⑥ 塑料损耗大；⑦ 纤维增强塑料因纤维定向而产生各向异性；⑧ 围绕在嵌件四周的塑料，有时会因熔按不牢而使制品的强度降低。
5． 低压成型。使用成型压力等于或低于1.4兆帕的摸压或层压方法。
低压成型方法用于制造增强塑料制品。增强材料如玻璃纤维、纺织物、石棉、纸、碳纤维等。常用的树脂绝大多数是热固性的，如酚醛、环氧、氨基、不饱和聚酯、有机硅等树脂。
低压成型包括袋压法、喷射法。
(1) 袋压成型。借助弹性袋(或其它弹性隔膜)接受流体压力而使介于刚性模和弹性袋之间的增强塑料均匀受压而成为制件的一种方法。按造成流体压力的方法不同，一般可分为加压袋成型、真空袋压成型和热压釜成型等。
(2) 喷射成型。成型增强塑料制品时，用喷枪将短切纤维和树脂等同时喷在模具上积层并固化为制品的方法。
6．挤出成型。挤出成型也称挤压模塑或挤塑，它是在挤出机中通过加热、加压而使物料以流动状态连续通过口模成型的方法。
挤出法主要用于热塑性塑料的成型，也可用于某些热固性塑料。挤出的制品都是连续的型材，如管、棒、丝、板、薄膜、电线电缆包覆层等。此外，还可用于塑料的混合、塑化造粒、着色、掺合等。
挤出成型机由挤出装置、传动机构和加热、冷却系统等主要部分组成。挤出机有螺杆式(单螺杆和多螺杆)和柱塞式两种类型。前者的挤出工艺是连续式，后者是间歇式。
单螺杆挤出机的基本结构主要包括传动装置、加料装置、料筒、螺杆、机头和口模等部分。
挤出机的辅助设备有物料的前处理设备(如物料输送与干燥)、挤出物处理设备(定型、冷却、牵引、切料或辊卷)和生产条件控制设备等三大类。
7．挤拉成型。挤拉成型是热固性纤维增强塑料的成型方法之一。用于生产断面形状固定不变，长度不受限制的型材。成型工艺是将浸渍树脂胶液的连续纤维经加热模拉出，然后再通过加热室使树脂进一步固化而制备具有单向高强度连续增强塑料型材。
通常用于挤拉成型的树脂有不饱和聚酯、环氧和有机硅三种。其中不饱和聚酯树脂用得最多。
挤拉成型机通常由纤维排布装置、树脂槽、预成型装置、口模及加热装置、牵引装置和切割设备等组成.


8．注射成型。注射成型(注塑)是使热塑性或热固性模塑料先在加热料筒中均匀塑化，而后由柱塞或移动螺杆推挤到闭合模具的模腔中成型的一种方法。
注射成型几乎适用于所有的热塑性塑料。近年来，注射成型也成功地用于成型某些热固性塑料。注射成型的成型周期短(几秒到几分钟)，成型制品质量可由几克到几十千克，能一次成型外形复杂、尺寸精确、带有金属或非金属嵌件的模塑品。因此，该方法适应性强，生产效率高。
注射成型用的注射机分为柱塞式注射机和螺杆式注射机两大类，由注射系统、锁模系统和塑模三大部分组成；其成型方法可分为：
(1) 排气式注射成型。排气式注射成型应用的排气式注射机，在料筒中部设有排气口，亦与真空系统相连接，当塑料塑化时，真空泵可将塑料中合有的水汽、单体、挥发 性物质及空气经排气口抽走；原料不必预干燥，从而提高生产效率，提高产品质量。特别适用于聚碳酸酯、尼龙、有机玻璃、纤维素等易吸湿的材料成型。
(2) 流动注射成型。流动注射成型可用普通移动螺杆式注射机。即塑料经不断塑化并挤入有一定温度的模具型腔内，塑料充满型腔后，螺杆停止转动，借螺杆的推力使模 内物料在压力下保持适当时间，然后冷却定型。流动注射成型克服了生产大型制品的设备限制，制件质量可超过注射机的最大注射量。其特点是塑化的物件不是贮存 在料筒内，而是不断挤入模具中，因此它是挤出和注射相结合的一种方法。
(3) 共注射成型。共注射成型是采用具有两个或两个以上注射单元的注射机，将不同品种或不同色泽的塑料，同时或先后注入模具内的方法。用这种方法能生产多种色彩和(或)多种塑料的复合制品，有代表性的共注射成型是双色注射和多色注射。
(4) 无流道注射成型。模具中不设置分流道，而由注射机的延伸式喷嘴直接将熔融料分注到各个模腔中的成型方法。在注射过程中，流道内的塑料保持熔融流动状态，在 脱模时不与制品一同脱出，因此制件没有流道残留物。这种成型方法不仅节省原料，降低成本，而且减少工序，可以达到全自动生产。
(5) 反应注射成型。反应注射成型的原理是将反应原材料经计量装置计量后泵入混合头，在混合头中碰撞混合，然后高速注射到密闭的模具中，快速固化，脱模，取出制 品。它适于加工聚氨酯、环氧树脂、不饱和聚酯树脂、有机硅树脂、醇酸树脂等一些热固性塑料和弹性体。目前主要用于聚氨酯的加工。
(6) 热固性塑料的注射成型。粒状或团状热固性塑料，在严格控制温度的料筒内，通过螺杆的作用，塑化成粘塑状态，在较高的注射压力下，物料进入一定温度范围的模 具内交联固化。热固性塑料注射成型除有物理状态变化外，还有化学变化。因此与热塑性塑料注射成型比，在成型设备及加工工艺上存在着很大的差别。下表比较了 热固性与热塑性塑料注射成型的差别。
热固性与热塑性塑料注射成型条件的比较

工艺条件 热固性塑料 热塑性塑料
料筒温度 塑化温度低，料筒温度在95℃以下，温度控制要求严格 塑化温度高，料筒温度在150℃以上，温度控制不严格
在料筒中的时间 短 较 长
料筒加热方式 液体介质(水、油) 电加热
模具温度 150一200℃ 100℃以下
注射压力 100-200MPa 35-140MPa
注射量 注射量较小，料筒前部余料很小 注射量较大，料筒前部余料较多


热固性塑料的注射成型应用最多的是酚醛塑料。
9． 吹塑成型。借气体压力使闭合在模具中的热型坯吹胀成为中空制品，或管型坯无模吹胀成管膜的一种方法。该方法主要用于各种包装容器和管式膜的制造。凡是熔体 指数为0.04 ~ 1.12的都是比较优良的中空吹塑材料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、热塑性聚酯、聚碳酸酯、聚酰胺、醋酸纤维素和聚缩醛树脂等，其中以聚乙烯 应用得最多。
(1) 注射吹塑成型。系用注射成型法先将塑料制成有底型坯，接着再将型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。
(2) 挤出吹塑成型。系用挤出法先将塑料制成有底型坯，接着再将型坯移到吹塑模中吹制成中空制品。
注射吹塑成型和挤出吹塑成型的不同之处是制造型坯的方法不同，吹塑过程基本上是相同的。
吹塑设备除注射机和挤出机外，主要是吹塑用的模具。吹塑模具通常由两瓣合成，其中设有冷却剂通道，分型面上小孔可插入充压气吹管。
(3) 拉伸吹塑成型。拉伸吹塑成型是双轴定向拉伸的一种吹塑成型，其方法是先将型还进行纵向拉伸，然后用压缩空气进行吹胀达到横向拉伸。拉伸吹塑成型可使制品的透明性、冲击强度、表面硬度和刚性有很大的提高，适用于聚丙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PETP)的吹塑成型。
拉伸吹塑成型包括：注射型坯定向拉伸吹塑，挤出型坯定向拉伸吹塑，多层定向拉伸吹塑，压缩成型定向拉伸吹塑等。
(4) 吹塑薄膜法。成型热塑性薄膜的一种方法。系用挤出法先将塑料挤成管，而后借助向管内吹入的空气使其连续膨胀到一定尺寸的管式膜，冷却后折叠卷绕成双层平膜。
塑料薄膜可用许多方法制造，如吹塑、挤出、流延、压延、浇铸等，但以吹塑法应用最广泛。
该方法适宜于聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺等薄膜的制造。
10．浇铸。在不加压或稍加压的情况下，将液态单体、树脂或其混合物注入模内并使其成为固态制品的方法。浇铸法分为静态浇铸、嵌铸、离心浇铸、搪塑、旋转铸塑、滚塑和流延铸塑等。
(1) 静态浇铸。静态浇铸是浇铸成型中较为简便和使用较为广泛的二种方法。这种方法常用液状单体，部分聚合或缩聚的浆状物、聚合物与单体的溶液，配入助剂(如引发剂、固化剂、促进剂等)，或热塑性树脂熔体铸入模腔而成型。
(2) 嵌铸。嵌铸又称封入成型，是将各种样品、零件等包封到塑料中间的一种成型技术。即将被嵌物件置于模具中，注入单体、预聚物或聚合物等液体，然后使其聚合或 固化(或硬化)，脱模。这种技术已广泛用于电子工业。用于这类成型工艺的塑料品种有腮甲醛、不饱和聚酯、有机玻璃和环氧树脂等。
(3) 离心浇铸。离心浇铸是利用离心力成型管状或空心筒状制品的方法。通过挤出机或专用漏斗将定量的液态树脂或树脂分散体注入旋转并加热的容器(即模具)中，使 其绕单轴高速旋转(每分钟几十转到两千转)，此时放入的物料即被离心力迫使分布在模具的近壁部位。在旋转的同时，放入的物料发生固化，随后视需要经过冷却 或后处理即能取得制品。在成型增强塑料制品时还可同时加入增强性的填料。
离心浇铸通常用的都是熔体粘度较小、热稳定性较好的热塑性塑料，如聚酰胺、聚乙烯等。
(4) 搪塑。搪塑是模塑中空制品的一种方法。模塑时将塑料糊倒人开口的中空模内，直至达到规定的容量。模具在装料前或装料后应进行加热，以便使物料在模具内壁变 成凝胶。当凝胶达到预定厚度时，倒出过量的液体物料，并再行加热使之熔融，冷却后即可自模具内剥出制品。搪塑用的塑料主要是聚氯乙烯。
(5) 旋转铸塑。该法是将液态物料装入密闭的模具中而使它以较低速度(每分钟几转到几十转)绕单轴或多轴旋转，这样，物料即能借重力而分布在模具的内壁上，再通 过加热或冷却达到固化或硬化后，即可从模具中取得制品。绕单轴旋转的用于生产圆筒形制品，绕双轴或靠振动运动的则用于生产密闭制品。
(6) 滚塑(旋转成型)。类似于旋转铸塑的一种成型方法，不同的是其所用的物料不是液体，而是烧结性干粉料。其过程是把粉料装入模具中而使它绕两个互相垂直的轴旋转、受热并均匀地在模具内壁上熔结为一体，而后再经冷却就能从模具中取得空心制品。
滚塑使用的有聚乙烯、改性聚苯乙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和纤维素塑料等。
(7) 流延铸塑。制取薄膜的一种方法。制造时，先将液态树脂或树脂分散体流布在运行的载体(一般为金属带)上，随后用适当方法将其固化(或硬化)，最后即可从载体上剥取薄膜。
用于生产流延薄膜的塑料有：三乙酸纤维素、聚乙烯醇、氯乙烯和乙酸乙烯的共聚物等，此外某些工程塑料如聚碳酸酯等也可用来生产流延薄膜。

11． 手糊成型。手糊成型又称手工裱糊成型、接触成型，是制造增强塑料制品的方法之一。该法是在涂好脱模剂的模具上，用手工一边铺设增强材料一边涂刷树脂直到所 需厚度为止，然后通过固化和脱模而取得制品。手糊成型中采用的合成树脂主要是环氧树脂和不饱和聚酯树脂。增强材料有玻璃布、无捻粗纱方格布、玻璃毡等。
12． 纤维缠绕成型。在控制张力和预定线型的条件下，以浸有树脂胶液的连续丝缠绕到芯模或模具上来成型增强塑料制品。这种方法只适于制造圆柱形和球形等回转体。 常用的树脂有酚醛树脂、环氧树脂、不饱和聚酯树脂等。玻璃纤维是缠绕成型常用的增强材料，它有两种：有捻纤维和无捻纤维。
13．压延。将热塑性塑料通过一系列加热的压辊，而使其在挤压和展延作用下连结成为薄膜或片材的一种成型方法。压廷产品有薄膜、片材、人造革和其它涂层制品等。压延成型所采用的原材料主要是聚氯乙烯、纤维素、改性聚苯乙烯等。
压延设备包括压延机和其它辅机。压延机通常以辊筒数目及其排列方式分类。根据辊筒数目不同，压延机有双辊、三辊、四辊、五辊、甚至六辊，以三辊或四辊压延机用得最多。
14．涂覆。为了防腐、绝缘、装饰等目的，以液体或粉末形式在织物、纸张、金属箔或板等物体表面上涂盖塑料薄层(例如．0.3毫米以下)的方法。
涂覆法最常用的塑料一般是热塑性塑料，如聚乙烯、聚氯乙烯、聚酰胺、聚乙烯醇、聚三氟氯乙烯等。
涂覆工艺有热熔敷、流化喷涂、火焰喷涂、静电喷涂和等离子喷涂。
(1) 热熔敷。用压缩空气将塑料粉末经过喷枪、喷射到预热过的工件表面，塑料熔化、冷却形成覆盖层。
(2) 流化喷涂。预热的工件浸入悬浮有树脂粉末的容器中树脂粉末熔化而粘附在表面上。
(3) 火焰喷涂。将流态化树脂通过喷枪口的锥形火焰区使之熔化而实现喷涂的一种方法。
(4) 静电喷涂。利用高压静电造成静电场，即工件接地成正级，塑料粉末喷出时带有负电荷，则塑料静电喷涂到工件上。
(5) 等离子喷涂。用等离子喷枪使流经等离子发生区的惰性气体(如氩气、氮气、氦气的混合气体)成为5500 ~ 6300℃的高速高能等离子流，卷引粉状树脂以高速喷射至工件表面熔结成涂层。
15．发泡成型。发泡成型是使塑料产生微孔结构的过程。几乎所有的热固性和热塑性塑料都能制成泡沫塑料，常用的树脂有聚苯乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、聚乙烯、脲甲醛、酚醛等。
按照泡孔结构可将泡沫塑料分为两类，若绝大多数气孔是互相连通的，则称为开孔泡沫塑料；如果绝大多数气孔是互相分隔的，则称为闭孔泡沫塑料。开孔或闭孔的泡沫结构是由制造方法所决定的。
(1) 化学发泡。由特意加入的化学发泡剂，受热分解或原料组分间发生化学反应而产生的气体，使塑料熔体充满泡孔。化学发泡剂在加热时释放出的气体有二氧化碳、氮气、氨气等。化学发泡常用于聚氨脂泡沫塑料的生产。
(2) 物理发泡。物理发泡是在塑料中溶入气体或液体，而后使其膨胀或气化发泡的方法。物理发泡适应的塑料品种较多。
(3) 机械发泡。借机械搅拌方法使气体混入液体混合料中，然后经定型过程形成泡孔的泡沫塑料。此法常用于脲眠甲醛树脂，其它如聚乙烯醇缩甲醛、聚乙酸乙烯、聚氯乙烯溶胶等也适用。
16．二次成型。二次成型是塑料成型加工的方法之一。以塑料型材或型坯为原料，使其通过加热和外力作用成为所需形状的制品的一种方法。
(1) 热成型。热成型是将热塑性塑料片材加热至软化，在气体压力、液体压力或机械压力下，采用适当的模具或夹具而使其成为制品的一种成型方法。塑料热成型的方法很多，一般可分为：
模压成型 采用单模(阳模或阴模)或对模，利用外加机械压力或自重，将片材制成各种制品的成型方法，它不同于一次加工的模压成型。此法适用于所有热塑性塑料。
差压成型 采用单模(阳模或阴模)或对模，也可以不用模具，在气体差压的作用下，使加热至软的塑料片材紧贴模面，冷却后制成各种制品的成型方法。差压成型又可分为真空成型和气压成型。
热成型特别适用于壁薄、表面积大的制品的制造。常用的塑料品种有各种类型的聚苯乙烯、有机玻璃、聚氯乙烯、ABS、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺、聚碳酸酯和聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
热成型设备包括夹持系统、加热系统、真空和压缩空气系统及成型模具等。
(2) 双轴拉伸。为使热塑性薄膜或板材等的分子重新定向，特在玻璃化温度以上所作的双向拉伸过程。拉伸定向要在聚合物的玻璃化温度和熔点之间进行，经过定向拉伸并迅速冷到室温后的薄膜或单丝，在拉伸方向上的机械性能有很大提高。
适合于定向拉伸的聚合物有：聚氯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚偏二氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及某些苯乙烯共聚物。
(3) 固相成型。固相成型是热塑性塑料型材或坯料在压力下用模具使其成型为制品的方法。成型过程在塑料的熔融(成软化)温度以下(至少低于熔点10-20℃)。 均属固相成型。其中对非结晶类的塑料在玻璃化温度以上，熔点以下的高弹区域加工的常称为热成型，而在玻璃化温度以下加工的则称作冷成型或室温成型，也常称 作塑料的冷加工方法或常温塑性加工。
该法有如下优点：生产周期短；提高制品的韧性和强度；设备简单，可生产大型及超大型制品；成本降低。缺点是：难以生产形状复杂、精密的制品；生产工艺难以控制，制品易变形、开裂。
固相成型包括：片材辊轧、深度拉伸或片材冲压、液压成型、挤出、冷冲压、辊筒成型等。
17．二次加工。成型后的塑料制品或型材，按需要进行的再加工，例如机械加工、连接、修饰等。下表列出了塑料二次加工的方法。

塑料二次加工方法

分 类 加 工 方 法
机械加工 锯、剪、冲、车、刨、刮、铣、钻、磨、抛光、喷砂、揉面、螺纹加工等
激光加工 裁断、打孔、刻花等

连 接 焊接 热风、加热工具、激光、旋转摩擦、振动摩擦、高频、超声、感应等
粘结 溶剂、溶液、热熔等
机械 螺钉、弹簧夹、弹簧插销、铆接、铰链等
表面装饰 涂料涂饰、溶剂增亮、涂覆、印刷、彩绘、烫印、真空镀膜、喷镀、电镀等


六、塑料的用途

塑料巳被广泛用于农业、工业、建筑、包装、国防尖端工业以及人们日常生活等各个领域。
农业方面：大量塑料被用于制造地膜、育秧薄膜、大棚膜和排灌管道、鱼网、养殖浮漂等。
工 业方面：电气和电于工业广泛使用塑料制作绝缘材料和封装材料；在机械工业中用塑料制成传动齿轮、轴承、轴瓦及许多零部件代替金属制品；在化学工业中用塑料 作管道、各种容器及其它防腐材料；在建筑工业中作门窗、楼梯扶手、地板砖、天花板、隔热隔音板、壁纸、落水管件及坑管、装饰板和卫生洁具等。
在国防工业和尖端技术中，无论是常规武器、飞机、舰艇，还是火箭、导弹、人造卫星、宇宙飞船和原子能工业等，塑料都是不可缺少的材料。
在人们的日常生活中，塑料的应用更广泛，如市场上销售的塑料凉鞋、拖鞋、雨衣、手提包、儿童玩具、牙刷、肥皂盒、热水瓶壳等等。目前在各种家用电器，如电视机、收录机、电风扇、洗衣机、电冰箱等方面也获得了广泛的应用。
塑料作为一种新型包装材料，在包装领域中已获得广泛应用，例如各种中空容器、注塑容器(周转箱、集装箱、桶等)，包装薄膜，编织袋、瓦楞箱、泡沫塑料、捆扎绳和打包带等。
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亚克力(ACRYLICS)化学名称甲基丙烯酸甲酯(PMMA)，是塑料中最好及最容易加工的热可塑性材料，其
各种成品规格被广泛应用于彩光罩、采光顶棚、航空器及车船门窗玻璃、门窗罩、防风罩、机械罩、日常
用品、装潢、广告材料、手工艺品、水晶家俱、淋浴用具、厨房用具等。
亚克力板的优点是高透光度、低浊度，加工性能好，耐候性极佳，能经受住高温度、紫外光、强太阳
光照射，耐溶剂和常用化学品；亚克力板的缺点是抗冲击性能较差，但经过改良的压克力板能满足大多数
场合对抗冲性能的要求。

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亚 克力（ACRYLIC），学名甲基丙烯酸甲脂，俗名特殊处理有机玻璃。有"塑料皇后"之美誉。亚克力的研究开发，距今已有一百多年的历史， 1880年甲基丙烯酸的聚合性为人知晓；1901年聚丙酸脂的合成发研究完成；1927年运用前述合成法尝试工业化制造；1937年甲基丙烯酸甲脂工业制 造开发成功，由此进入规模化制造，因其具有优异的强韧性及透光性，二战时期应用于飞机的挡风玻璃，坦克视野镜等，最常见手机屏幕就是用光学级的亚克力制作 的。
亚克力因其独特的品质，在户外广告行业中倍受青睐，亚克力的优异性能，只有通过精湛的制作工艺，才能得到完美体现。为了使你适应激烈的市场竞争，更好的开拓市场，我公司将为您提供最好的技术支持，最精湛的制作工艺。
亚 克力具有水晶一般的透明度，透光率达92%以上，用染料著色的-压克力-又有很好的展色效果，此外，压克力板：具有极佳的耐候性，较高的表面硬度和表面光 泽以及较好的耐高温性能。压克力板有良好的加工性能，既可采用热成型（包括模压，吹塑和真空吸塑），也可用机械加工方式如钻、车、洗、切割等。用微电脑控 制的机械切刮和雕刻不仅使加工精度大为提高，而且还可制作出比传统方式更精美的图案和造型。另外，压克力板可采用激光切割和激光雕刻，制作效果奇特的制 品。

亚克力是继陶瓷之后能够制造卫生洁具的最好的新型材料。作为一种特殊的有机玻璃，亚克力还可以用于飞机挡风玻璃并在恶劣环境下使用几十年。

与 传统的陶瓷材料相比，亚克力除了无与伦比的高光亮度外，还有下列优点：韧性好，不易破损；修复性强，只要用软泡沫蘸点牙膏就可以将洁具擦拭一新；质地柔 和，冬季没有冰凉刺骨之感；色彩鲜艳，可满足不同品位的个性追求。用亚克力制作台盆、浴缸、坐便器，不仅款式精美，经久耐用，而且具有环保作用，其辐射线 与人体自身骨骼的辐射程度相差无几。亚克力洁具最早出现于美国，目前已占据整个国际市场的70%以上。在我国，四川东方洁具厂率先从国外引进这项技术，并 在国内申请注册专利。现在，“帝王”、“爵士”等国内亚克力洁具品牌也被越来越多的消费者所青睐。

由于亚克力生产难度大、成本高，故市场 上有不少质低价廉的代用品。这些代用品也被称为“亚克力”，其实是普通有机板或复合板（又称夹心板）。普通有机板用普通有机玻璃裂解料加色素浇铸而成，表 面硬度低，易褪色，用细砂打磨后抛光效果差。复合板只有表面很薄一层亚克力，中间是ABS塑料，使用中受热胀冷缩影响容易脱层。真假亚克力，可从板材断面 的细微色差和抛光效果中去识别
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一、 模具预检
在模具装上注塑机以前，应进行检验，以便及时发现质量问题，进行修模避免装上机后又拆下来，当模具固定模板和移动模板分开检查时，要注意方向记号，以免合模时搞错。
二、 斜导模安装
装模时，两人要密切配合注意安全，若有侧向分型机构的模具，滑块宜安装在水平位置，即活动块是左右移动。
三、 模具紧固
当 模具定位圈装入注塑机上定模板的定位圈座后，用极慢的速度闭模，使动模板将模具轻轻压紧，然后上压紧板，压紧板上一定要装上垫片，压紧板必须上下各装4 块，上压紧板时，必须注意将调节螺钉的高度调至与模脚同高，即压紧板要平。如果压紧板是斜的，就不能将模具的模脚压得很紧。压紧板侧面不可靠近模具，以免 摩擦损坏模具。
四、 较正顶杆顶出距
模具紧固后，使慢慢启模，直到动模板停止后退，这是顶杆的位置应调节至模具上的顶出板和动模底板之间尚留有不小于5毫米的间隙，以防止损坏模具，而又能顶出制件。
五、 闭模松紧度的调节
为了防止溢边，又保证腔适当排气，在调节液压注塞——肘节锁模机构时，主要是凭目测和经验，即在闭模时，肘节先快后慢，即不很自然，也不太勉强地伸直，闭模松紧度就正好合适。对于要求模温的模具，应在模具提升模温后，再校闭模松紧度。
六、 接能冷却水
接通冷却水后，应检查其是否畅通、漏水
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浇口位置对流动熔料前沿的形状和保压压力的效果都起着决定性作用，因此也决定了模制零件的强度和其它性能。
鉴于浇口的位置通常是同注塑零件设计人员和模具设计人员指定的，因此本文特别为这些人员而撰写。不过，注塑加工厂商也应从计划阶段开始参与，以避免出现那些可以预见的问题。
浇口位置不当可能导致的不利影响
半晶质工程聚合物制成的零件即使设计正确，但如果浇口位置不正确，其性能也可能遭到破坏。无论是增强型树脂还是非增强型树脂，以下症状都明显说明了其性能受到影响：流动熔料前沿形状导致的熔合线和空气气穴都可能影响零件的外观，特别是增强纤维材料，其机械性能将会受到影向。更改加工条件对这些影响也是无济于事。
如果浇口设在模制件的较薄部分，厚壁的部分会形成收缩痕迹和空隙。尽管厚壁部分需要更长的保压时间，但由于材料在薄壁部分结晶较快(图 1)，厚壁部分将不再有熔料供应。结果是，除了会产生光学和机械问题之外，还会在厚壁区域增大收缩量，在非增强型塑料中甚至会导致翘曲变形。

如果浇口过少并且位置不当，熔料的流动距离可能过长以及注射填充压力过高。若模具锁定力不足，或者所使用的聚合物粘度低并且结晶速度过慢，这种情况可能导致飞边的增加。
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一、前言
当我们接到一副新模具需打样试模时，我们总是渴望能早一些试出一个结果且祷求过程顺利以免浪费工时并造成困扰。

但在此我们必须提醒二点：第一、模具设计师及制造技师有时也会发生错误，在我们试模时若不提高警觉，可能会因小的错误而产生大的损害。第二、试模的结果是要保证以后生产的顺利。若在试模过程中没有遵循合理的步骤及做适当的记录，即无法保障量产时的顺利进行。我们更强调的是「模具运用顺利的话将迅速增加利润的回收，否则所造成的成本损失会更甚于模具本身的造价」。

二、试模前的注意事项
1. 了解模具的有关资料：

最好能取得模具的设计图面，详予分析，并约得模具技师参加试模工作。

2. 先在工作台上检查其机械配合动作：

要注意有否刮伤，缺件及松动等现象，模向滑板动作是否确实，水道及气管接头有无泄漏，模具之开程若有限制的话也应在模上标明。以上动作若能在挂模前做到的话，就可避免在挂模时发现问题，再去拆卸模具所发生的工时浪费。

3. 当确定模具各部动作得宜后，就要选择适合的试模射出机，在选择时应注意

(a)射出容量

(b)导杆的宽度

(c)最大的开程

(d)配件

是否齐全等。一切都确认没有问题后则下一步骤就是吊挂模具，吊挂时应注意在锁上所有夹模板及开模之前吊钓不要取下，以免夹模板松动或断裂以致模具掉落。

模具装妥后应再仔细检查模具各部份的机械动作，如滑板、顶针、退牙结构及限制开关等之动作是否确实。并注意射料嘴与进料口是否对准。下一步则是注意合模动作，此时应将关模压力调低，在手动及低速的合模动作中注意看及听是否有任可不顺畅动作及异声等现象。

4. 提高模具温度：

依据成品所用原料之性能及模具之大小选用适当的模温控制机将模具之温度提高至生产时所须的温度。

俟模温提高之后须再次检视各部份的动作，因为钢材因热膨胀之后可能会引起卡模现象，因此须注意各部的滑动，以免有拉伤及颤动的产生。

5.若工厂内没有推行实验计划法则，我们建议在调整试模条件时一次只能调整一个条件，以便区分单一条件变动对成品之影响。

6.依原料不同，对所采用的原枓做适度的烘烤。

7.试模与将来量产尽可能采用同样的原料。

8.勿完全以次料试模，如有颜色需求，可一并安排试色。

9.内应力等问题经常影响二次加工，应于试模后待成品稳定后即加以二次加工模具在慢速合上之后，要调好关模压力，并动作几次，查看有无合模压力不均等现象，以免成品产生毛边及模具变形。

以上步骤都检查过后再将关模速度及关模压力调低，且将安全扣杆及顶出行程定好，再调上正常关模及关模速度。如果涉及最大行程的限制开关时，应把开模行程调整稍短，而在此开模最大行程之前切掉高速开模动作。此乃因在装模期间整个开模行程之中，高速动作行程比低速者较长之故。在塑料机上机械式顶出杆也必须调在全速开模动作之后作用，以免顶针板或剥离板受力而变形。

在作第一模射出前请再查对以下各项：

(a) 加料行程有否过长或不足。

(b) 压力是否太高或太低。

(c) 充模速度有否太快或太慢。

(d) 加工周期是否太长或太短。

以防止成品短射、断裂、变形、毛边甚至伤及模具。

若加工周期太短，顶针将顶穿成品或剥环挤伤成品。这类情况可能会使你花费两三个小时才能取出成品。

若加工周期太长，则模蕊的细弱部位可能因胶料缩紧而断掉。

当然您不可能预料试模过程所可能发生的一切问题，但事先做的充份考虑及时的措施必可帮助您避免严重并昂贵的损失。
三、试模的主要步骤
为了避免量产时无谓的浪费时间及困扰，的确有必要付出耐心来调整及控制各种加工条件，并找出最好的温度及压力条件，且制订标准的试模程序，并可资利用于建立日常工作方法。

1.查看料筒内的塑料料是否正确无误，及有否依规定烘烤，（试模与生产若用不同的原料很可能得出不同的结果）。

2.料管的清理务求彻底，以防劣解胶料或杂料射入模内，因为劣解胶料及杂料可能会将模具卡死。测试料管的温度及模具的温度是否适合于加工之原料。

3.调整压力及射出量以求生产出外观令人满意的成品，但是不可跑毛边尤其是还有某些模穴成品尚未完全凝固时，在调整各种控制条件之前应思考一下，因为充模率稍微变动，可能会引起甚大的充模变化。

4.要耐心的等到机器及模具的条件稳定下来，即是中型机器可能也要等30分钟以上。可利用这段时间来查看成品可能发生的问题。

5.螺杆前进的时间不可短于闸口塑料凝固的时间，否则成品重量会降低而损及成品之性能。且当模具被加热时螺杆前进时间亦需酌予加长以便压实成品。

6.合理调整减低总加工周期。

7.把新调出的条件至少运转30分钟以至稳定，然后至少连续生产一打全模样品，在其盛具上标明日期、数量，并按模穴分别放置，以便测试其确实运转之稳定性及导出合理的控制公差。（对多穴模具尤有价值）。

8.将连续的样品测量并记录其重要尺寸（应等样品冷却至室温时再量）。

9.把每模样品量得的尺寸作个比较，应注意：

(a)尺寸是否稳定。

(b)是否有某些尺寸有增加或降低的趋势而显示机器加工条件仍在变化，如不良的温度控制或油压控制。

(c)尺寸之变动是否在公差范围之内。

10.如果成品尺寸不甚变动而加工之条件亦正常，则需观察是否每一模穴之成品其质量都可被接受，其尺寸都能在容许公差之内。把量出连续或大或小于平均值的模穴号记下，以便检查模具之尺寸是否正确。

记录且分析数据以做为修改模具及生产条件之需要，且为未来量产时之参考依据 。

1.使加工运转时间长些，以稳定熔胶温度及液压油温度。

2.按所有成品尺寸的过大或过小以调整机器条件，若缩水率太大及成品显得射料不足，也可资参考以增加闸口尺寸。

3.各模穴尺寸的过大或过小予以修正之，若模穴与门口尺寸尚属正确，那么就应试改机器条件，如充模速率， 模具温度及各部压力等，并检视某些模穴是否充模较慢。

4.依各模穴成品之配合情形或模蕊移位，予以各别修正，也许可再试调充模率及模具温度，以便改善其均匀度

5.检查及修改射出机之故障，如油泵、油阀、温度控制器等等的不良都会引起加工条件之变动，即使再完善的模具也不能在维护不良的机器发挥良好工作效率。

在检讨所有的记录数值之后，保留一套样品以便校对比较已修正之后的样品是否改善。

四、重要事项
妥善保存所有在试模过程中样品检验的记录，包括加工周期各种压力、熔胶及模具温度、料管温度、射出动作时间、螺杆加料时期等，简言之，应保存所有将来有助于能藉以顺利建立相同加工条件之数据，以便获得合乎质量标准的产品。

目前工厂试模时往往忽略模具温度，而在短时试模及将来量产时模具温度最不易掌握，而不正确的模温足以影响样品之尺寸、光度、缩水、流纹及欠料等现象，若不用模温控制器予以当握将来量产时就可能出现困难。
   
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注射成型模具基本结构及分类
一、 基本结构,根据部分起作用不同分类:
〈一〉 浇注系统
将塑料由注射机喷嘴引向型腔的通道称浇注系统，其由主流道，分流道，内浇口，冷料穴等结构组成，由零件的浇注套，拉料杆等组成。
〈二〉 成型零件
是直接构成塑料件形状及尺寸的各种零件，由型芯（成型塑件内部形状），型腔（成型塑料外部形状），成型杆，镶块等构成。
〈三〉 结构零件
构成零件结构的各种零件，在模具中起安装，导向，机构动作及调温等作用。
导向零件：导柱，导套 。
装配零件：定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
主流道
浇注系统 内浇口
分流道
冷料穴
注射 型芯
模 成型零件 型腔
成型杆
镶块
导柱
导向零件 导套

结构零件 装配固定零件 定位隙，定模底板，定模板，动模板，动模垫板，模脚
冷却加热系统
根据其运动特点均可分为两大部分：
定模部分：一部份留于模具机座的定模板上，
动模部分：随注射机动模板运动的部分
定模部分与动模部分闭合则可形成型腔与浇注系统
二、 模具的分类
〈一〉 按注射机类型分：
立式注射机，卧式注射机，直角式注射机上用的模具
〈二〉 按注射模具的总体结构特征分：
1、 单分型面模 分流道位于分型面上，需切除流道凝料。
2、 点浇口脱出模具（三板式模具）
3、 带横向轴芯的分型模具
4、 自动卸螺纹注射成型模具
 
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制品设计与模具设计的重点
1制品设计
1制品设计与模具设计的顺序的顺序
(1) 制品之规划
在制作规划之阶段,事实上由对决定采用塑料,在此一阶段有关人员对于有关塑料之性能的意见都是重要的资料.
(2) 制品的构想
由描绘第一条线开始以致能否制出完美的成型品都会有问题存在.图形设计者最好能与塑料技术者紧密的联系才能减少问题发生.
(3) 制品的设计 由于制品设计者一定要精通塑料,所以自设计之初期阶段开始即应与成型`模具之负责人配合.至少模线`凹穴(UNDER CUT )`顶出(KNOCK OUT)`浇口`心子等与制品设计有关的都必须能踪合运用.
(4) 成型品详细设计
A 明示成型品之使用条件及使用目的 首先尽可能将使用条件详细列出.尤其是温度`荷重`环境更不可忽略.
B 列出必要之特性 详细列出外观`精度`耐热性`耐药品性`刚性`冲击强度等.如果有特性不明确的部分可能会增加问题的发生,所以所列者愈清愈好
C 树脂选择 所选择之树脂应以自己所要求者为中心,综合各项因素而求可以平衡者 选择树脂要注意的重点是透明度`色调`外观`使用温度`使用荷重`使用环境`要求寿命,`尺寸精度`加工方法,重量`成型之难易.
D 成刑法２次加工法
有外观.尺寸精度`材料和形状的限制`数量`交货期`成本之限制等来决定 . 与是否靠近优秀的成型工厂亦有关系
E 分模线 相当于分模面四周拔模斜度,分模线较单纯
F 凹穴(死角)之去除 凹穴之去除方法是尽可能使制品构造单纯而坚固.自设计成型品之阶段开始即应与专家讨论引出构想减少问题发生,如斜导销式即是良法之一
G 顶出方法与位置 决定在成型品之表面或里边顶出,而且最重要者为顶出后应不影响成型品外观.而为易于进行自动化.亦应事先于成型品设计阶段即拟出构想.
H 浇口位置及种类 浇口虽对树脂之流动极为重要, 但浇口之切断.精加工不可影响制品成型后之外观亦是问题关键所在,而亦应考虑融合线之位置`强度(配向)
I 模具之心子构造 无法将模具一起加工时(有细而深之情形等),即有心子之构造.因心子的警界线复制于成型品上,对于外观上会有影响,必须特别加以注意.警界线常于精加工时以段差方式设法去除.于成型品之阶段即应先作计划.
J 拔模斜度 为求成型作业的高能率化,必须使离模简单方便.拔模斜度通常为1/40
k 厚度 厚度应均匀.厚度较厚的部分,会发生内部裂痕,厚度薄者则在强度上较弱.厚度最厚处因冷却关系而易使成型周期拖长,所以厚度尽可能薄.
L 转角之R
在转角的地方都应该有r,他可以避免应力集中并加快胶料的流动性 2 在成型上已引起问题之设计 (1)拔模斜度不大时
不易拔模且妨碍自动化,而且使用离模剂会使涂装`热印度等之表面处理难以进行. 通常之拔模斜度,在箱形构造情形下模穴方面最低为1度(深度50~100mm为1.5度,100mm以上为1度) 肋(底部之 肋)约为0.5度壁上直的肋约为0.25度
若为格子时,其格子之间距离为3MM以上,格子部全体长度较长者拔模度大.通常约为5度,格子高时(8MM以上)格子作成台形状.
(2)厚度部均一时
较厚的部分应设法省去一部分.补强用的肋亦是使厚度不均匀的原因之一,厚度的变化大约在+20%以内. 肋之根部应为壁厚的1/2以下,(像聚丙烯之类,成型收缩率大者应在1/3以下).
(3)成型品或模具形成锐角(SHARP EDGE)时 转角部分有R时,若宽度为T,转角(内侧)之半径为R时应使 R/T>=0.25
R/T 为0.25时,应力集中系数为2.0,低于0.25,则急剧增加.0.75以上变化不大, 由于尖锐转角而时成型品裂碎者格子`肋居多.自攻牙用壳部可将之去掉或在根部附加R,但若R过大则表面亦生缺陷. 模具上制造大的角穴之模穴时壁厚不够大,反复使用几次后即会产生无法补救的裂痕.
2模具设计之顺序 (1) 模具之规模(大小`构造) 模具之大小是模具设计之最大重点.模具小与刚性不足都会使成型困难,而大模具则成本增加.
(2) 模具之材质
模具之材质大都使用机械构造用钢,可能的话希望使用塑料模具专用钢。预先淬火硬化后的特殊钢难以切削而且较贵，但用于成型相当理想。
（３）取料之尺寸
绘制模具之概略设计图，准备主要部分的模具材料，大型的模具材料必须特别锻造。
（４）分模线之位置与形状
通常分模线是取做尺寸之基准。最好是非倾斜之直线。
（５）凹穴之消除方法
消除凹穴的机构事实上是故障最多之处，所以应尽可能简化。
（６）顶出之方法及位置
顶出机构设计应位于事实具有良好平面效果之处
（７）浇口之位置及种类
引浇口种类之不同，会造成２段竖浇口模具，而使成型作业稍感困难。简化构造较理想。
（８）模具之心子构造
因为有些制品之设计者不了解心子构造,所以模具设计者亦必须主动提供质料及意见以利制品设计.
(9)冷却水孔之位置于形状
为使成型品无应变发生,而且能快速成型,必须供应大量的冷却水(温度或冷冻水)给模具.冷却水孔必须于设计模具之初即做决定,否则会有较大麻烦.
(10)成行机安装相关尺寸
模具最好是由专属的成型机使用,但若要在相关企业工场中互相交换使用时，则应预先标准化。 (11)模具构造细部设计
做成模具之详细组立图 (12)成型品细部设计包含模具图及零件表已式,大体上至此模具材料之取料也已完成.

试模转模、洗模守则

为节省材料，将胶头量减至最低，现作出以下工作程序及洗机守则。

一. 啤够数、转模前、停机前务必关料斗，把炮筒内的料啤完，直啤到螺杆不能回料为止

二. 换料时务必将料桶的材料挖干净。

三. 啤黑色或深灰色材料射空胶时要把胶压小、压薄，可用的放在水口一起循环再用。

四. 水口、次品与不能循环再用的胶头务必分开装。

五. 保持机位卫生干净，尽量不让水口及次品掉到机底、地面、混杂、受污染。

六. 开啤前将模面油污、防锈油抹干净，避免次品受污导致不能循环再用。

七. 洗机前先将料斗内余料尘粉清理干净，再用洗机料清洗螺杆炮筒，有必要时加入螺杆清洗剂或洗衣粉。清洗将近完成前续渐调低炮筒温度避免炮筒螺杆内的料再度烧焦及熔化成液体引至开啤时不能回料。

八. 啤白色及透明PP、PE料后转任何颜色的材料都不用洗机。

九. 啤任何颜色POM料后转啤其它高温料（230℃以上的）要洗机,根据转料颜色而定洗机的干净程度。啤任何颜色的高温料（240℃以上）后转啤POM料时，要用低温料清洗螺杆。

十. 一般情况下啤白色后转啤灰色、黑色均不用洗机，具体视转材料而定,若产品有混色采取拆射咀清理或换射咀解决。

十一. 啤PP、PE、PS、ABS等低温料时，停机不超过15分钟，再啤时不用射空胶。试啤时将啤机熔胶量调至大约成品用胶量,射空胶三次即可开啤。
决定模型之详细尺寸，通常模具之尺寸都是完成品之尺寸加上成型收缩率的量。
 
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潘晓华1 朱祖昌2
（1艾福表面处理技术(上海)有限公司， 上海 200030， 2上海工程技术大学， 上海 200336）
中文摘要： 着重介绍H13钢的化学成分及低Si高M¬0的改进方向，同时论述了压铸模具的表面PVD改性。
关键词：压铸模具，热处理， 表面改性，物理气相沉积

1. 压铸模具和H13
国内有色金属压铸模具普遍采用H13热作模具钢。所谓热作模具是指对加热至再结晶温度以上的金属或合金进行塑性变形的和对液态的有色金属压制成型制造零部件的模具。
作 为有色金属的压铸模具用钢一般应具有下述条件：（1）具有较高的淬透性，热处理时可采用冷却强度较小的介质和具有较小的热处理变形；（2）具有高的抗热裂 性和耐热疲劳抗力，使模具经受激冷激热不易形成裂纹以及形成的裂纹不易扩展，避免模具失效；（3）具有高的抗热软化能力和抗高温磨损能力，使模具保持一定 的高温强度和尺寸稳定性；（4）具有高的抗液态金属的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤，国内以熔化液态金属的熔损来表征。要达到这些兼具高温强 度和高韧度要求，又有较高的高温硬度和抗磨损能力，主要由钢的化学成分决定，一般采用中碳含量（0.35～0.45％）和含Cr、W、M0和V等合金元 素,合金元素总量在6~25%范围。
在美国，热作模具钢分为三种：铬热作模具钢、钨热作模具钢和钼热作模具钢，全部以H命名。分别为 H10～H19,H21~H26,和H42、 H43[1]。用于Al合金压铸模的钢种，目前很普遍采用H13钢，它属于第一种。国内钢号为4Cr5M0SiVl。以前国内采用较多的3Cr2W8V钢 的热疲劳性和韧度显得不足。
H13钢的含碳量在0.5％以下。美国AISI H13,UNS T20813, ASTMA681(最新版)的H13钢和FED QQ-T-570的H13的含碳量都规定为（0.32～0.45）％, 是所有H13钢中含碳量范围最宽的。我国GB/T1299和YB/T094中4Cr5M0SiV1和SM4Cr5M0SiV1钢号的含碳量为 （0.32～0.42）％和（0.32～0.45）％。德国DIN17350 X40CrM0V5-1和WNr1. 2344钢的含碳量为（0.37～0.43）％，含碳范围较窄[2]。北美压铸协会标准NADCA 207-90中对中高级H13钢的含碳量规定为（0.37～0.42）％。
铬和其他碳化物形成元素一起提供给钢具有较高的淬透性和好的抗软化能 力，所以该钢在空冷条件下能够淬硬。在6 barN2气体真空处理条件下可淬透直径为160mm[3]。但铬的加入会增加碳化物的不均匀程度，致使钢中会出现亚稳定的共晶碳化物，这种碳化物现在国 内一般可用高碳铬轴承钢相关标准予以评定[4]。铬含量的提高有利于增加材料的热强度，但对韧度不利。材料中增加钼和钨，有人提出[5]，（1/2W+ M0）的量至1％以上时，会使材料500℃以上进行回火时仍获得较高硬度，并具有二次硬化能力。H13钢的二次硬化能力不很明显，可参见资料[1]。提高 V的含量，如V的量由0.4％（SKD6,相当于H11）提高至1%，使H13钢（SKD61）的热强度和热稳定性提高了，同时V也增加水冲洗抗力，实际 上是提高水浸侵蚀磨损抗力（erosive wear）[1]。
另外，钢中加入W、M0、V、Nb等形成M6C和MC型碳化物的元素，能对奥氏体 晶粒细化，也使溶入奥氏体后在回火过程中产生二次硬化效果。对 Cr的加入形成的碳化物为M23C¬6型，其在1100℃奥氏体化时基本上溶解完了，（全部溶入奥氏体的温度是1160℃），这将决定H13钢的最佳奥氏 体化温度处于1020～1080℃范围内[6]。
含Cr热作模具钢的含Si量都在0.80～1.20％，只有H19钢含Si量为 0.20～0.50％。钢中增加Si的量除了固溶强化影响外，它能改进钢的高温抗氧化能力，直至800℃（1475℉）。但Si有损于韧度提高。现在 H13钢的发展正在向低Si高M¬0的第二阶段进行，（发展第一阶段是提高H13钢的材质和热处理水平）。人们已逐渐认识到低Si的效果主要有：减轻材料 的偏析，改善宏观组织均匀程度；减少凝固时液/固界面上成分过冷，改善结晶的微观组织和奥氏体晶粒细化；提高钢的韧度以及抗热裂能力和减低高温疲劳裂纹扩 展速度以及高温蠕变裂纹扩展速率；延缓钢的贝氏体转变。同时增加M0 的量至3％左右，日本低Si高M0的SKD61的成分范围为：C（0.30～0.40％）、Si（0.05～0.30）、Cr（4.9～5.5%）、M0 （2.0～3.5％）和V（0.50～1.20％）。相应低Si高M0的德国钢号为1.2367，其成分为C 0.40％， Si 0.40％，Cr 4.95％， M03.0％和V0.9％。 M0的量提高至3.0％，则使钢的淬透性提高，防止奥氏体晶界碳化物的析出和延缓贝氏体转变；提高回火抗力和韧度；提高高温强度和高温蠕变强度；提高抗热 裂能力。关于延缓贝氏体转变，有资料报导：对610×203×500mm的H13模块经3 bar（约3atm）气淬后心部和表面的贝氏体量达70％和40%，而对低Si高M0SKD61钢相应仅有2％和1%[7]。这对模具使用寿命提高十分有 利。我国的一种新型热作模具钢3Cr3M03VNb的M0量也为3% （范围为2.70～3.20％），Si的量为≤0.60％， 其性能优良的一个原因也应归咎于低的Si高M0的。
2.H13钢的表面改性
压铸模具的使用寿命决定于很多因素：模具设计的合理性，模具材 料选择正确性，模具机械加工和热处理工艺的合理正确制订，当然还应涉及模具的使用条件和维护。其中模具材料的质量和热处理是相当重要的关键因素。热处理应 包括整体工件的热处理和工件的表面改性。相关的标准主要有北美压铸协会标准、法国汽车工业会、德国钢铁协会、材料协会和压铸协会的标准，还有通用汽车、福 特汽车的推荐标准等。对H13钢整体热处理和检测十分重要，我们将另有专论。
H13钢锻模和铝合金压铸模的表面改性目前主要在以下两个方面： （1）铁素体氮碳共渗和硫氮碳共渗技术和（2）PVD涂层技术。国内外在这两方面进行的研究论文有了发表，但具体工业应用报导不多。专门从事材料表面改性 技术的法国HEF集团在一些国际性会议上以论文形式报导了H13钢表面改性工业应用的实例，同时艾福表面处理技术（上海）有限公司（HEF Shanghai）结合舍福表面处理技术有限公司（TS Shanghai）的实践汇同国外的相关文献（尤其是NADCA的专家和Case Western Reserve 大学教授的工作）作一定描述。
国内普遍认为，热疲劳发生龟裂损伤和热磨损是热作模具失效的两大主要原因。这方 面，国外的相关文献叙述得十分明确：模具的损坏和限制模具寿命上升的三个机制为：1)液态金属铝的粘焊（soldering）和化学冲蚀损伤。2)磨损和 腐蚀。3)热疲劳开裂。其中1)是最重要的失效机制。他们提出采用铁素体氮碳共渗和离子氮化能显著提高工具钢的模具寿命。国内有关铝熔损的试验指出，当模 具材料硬度为45HRC时，未表面处理的铝熔损率高达54.90％时，当采用盐浴硫氮碳共渗，其熔损率仅为0.10％，当采用盐浴氮碳共渗（软氮化）后在 加上PVD处理时，熔损率更明显降低至0.10％。由此可见H13钢的表面改性的效果十分明显。
解决H13钢表面改性问题的最佳途径是在模具材料 表面涂覆硬膜，使其不被铝合金熔液润湿，同时涂覆的硬膜也赋予模具材料表面的腐蚀磨损抗力。 HEF集团对汽车转向操作系统的铝合金工件压铸成型模具中的挺杆（38CDV5，相当于H13钢）表面沉积3μm厚的CERTESS SD 涂层，其硬度可达4000～4500HV，使用温度可达800℃，还可抗铝合金的黏结，使用寿命提高至10万次，是未进行沉积处理挺杆的6~7倍。
对 如何获得这种不被液态金属润湿的硬质膜， Colorado School of Mines(CSM)的D.Zhong和J.J.Moore等[8]提出多层优化涂膜的结构是：①先对H13模具基体进行表面改性，如采用铁素体氮碳共渗 或离子渗氮；②50～100nm的结合中间层（adhesion interlayer）如Ti或Cr；③调整基材和涂层之间由于压铸作业引起的热残余应力的中间过度层（intermediate graded layer），这可应用有限元模拟方法确定，他们举例认为，这取决于所选的工作硬化层，当工作层选用Al2O3层时，这中间过渡层为Ti－Al－N梯度 层；④工作涂层，与液态金属或玻璃不相润湿（non wetting），对Al合金压铸，可采用CrN，TiAlN，TiCB和Al2O3等。相应多层结构膜总厚在5～8μm之间。
在模具工件上通过 PVD技术获得优异质量的涂层，应该依赖于高性能的设备和能优化选择的工艺参数。这种设备最好具有下述技术要求：①涂覆处理温度低；②绕涂性好；③涂层沉 积均匀；④采用增强离化率技术； ⑤精确的涂层成分控制；⑥一定的沉积速率；⑦能进行多层复合涂；⑧能得到纳米结构的涂层；⑨具有PVD和CVD的工作模式；⑩能边涂覆边刻蚀，获得最佳的 涂层质量。
法国HEF集团发展并应用等离子体增强磁控溅射（PEMSTM）技术对涂层的沉积过程进行精确的控制。应用PEMSTM技术可以达到涂层最高理论密度。HEF集团真空涂层设备和技术因此在世界上处于领先地位。概括地说，HEF的设备和技术的主要优势在于：

1) 可以独立地对离子的流量和能量进行控制，从而得到最高密度和性能的涂层；
2) 采用独特的OES系统对等离子体波长进行测量，实现涂层成分的精确控制；
3) 获得的所有硬质涂层都具有纳米级（≤20nm）结构；
4) 低电压、高真空度环境下均匀的轰击，可以极大地减弱尖角效应；
5) 在抽真空的同时进行加热，充分迅速地去除水分，获得优质、高效的沉积效果；
6) 最低处理温度可达到80℃，可用于对几乎所有材料，包括铝合金和聚合物材料进行涂层加工；
7) 一台设备同时拥有PVD和PACVD加工模式，给客户的技术升级以充分的支持。
法 国HEF集团通过艾福表面处理技术（上海）有限公司已在上海舍福表面处理技术有限公司（上海松江）投资引入两种系列的PVD/PACVD设备，现在能涂覆 的硬膜涂层主要有CrN、CrxNY、TiN、TiBN、TiCN、TiALN和类金刚石DLC膜，他们对PVD涂膜前的H13钢基材等的表面改性采用液 体硫氮碳共渗或液体氮碳共渗也具有鲜明特色，称作为Sursulf/Arcor（舍舍夫/阿可）技术或Tufftride/ Tenifer（由其2001年并入HEF集团的德国子公司Durferrit提供）。相关
介绍可参见本期广告及《模具工程》今年第四期论文。
3 结束语
1) H13钢是世界上普遍使用的强韧兼具的热作模具钢，具有高的淬透性和抗热裂能力。很多场合应用于制造铝合金压铸模具。
2) H13钢的国内牌号为4Cr5M0SiVl，现在正在向低Si高M0方向发展。
3) H13钢的表面改性主要有铁素体氮碳共渗或者硫氮碳共渗以及物理气相沉积硬膜等方法， 更为优越的办法是这些方法进行合理组合。
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现模模具是工业生产的主要工艺装备。现代工业产品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。
　　现模模具是工业生产的主要工艺装备。现代工业产品的发展和技术水平的提高，很大程度上取决于模具工业的发展水平。第二次世界大战以来，自动化程度的提高使国外模具迅速发展。我国虽是模具生产大国,却过不是模具制造强国。对与于模具相配的弹簧，此细节却也是成就品质的关键。影响整套模具的使用性能。
　　本人是从事表面处理工程专业，对模具弹簧也就是矩形弹簧的表面处理作了市场调查。发觉如下问题，提出来讨论。
　　弹簧表面采用各种漆层来代作识别，如轻小荷重用黄色漆表示;轻荷重用蓝色漆表示;中荷重用红色漆表示;极重荷重用咖啡色漆表示;
　　性能分析:好的漆层来配套弹簧表面处理，可谓一举两得，用颜色来标识各种技术参数，方便工业生产操作，而且使弹簧表面的防腐性能得以更好的保证。
　　目前成功使用上述方式的主要厂家为国外厂家多，如日本东发公司等。
　　在国内，此还只有小部分厂家效访，目前主要是一些固定的技术要求，如采用进口材料而达到国外水平外，但整个弹簧表面处理效果却明显存在差距。
　　国内一般用人工喷漆，外观会出现流挂、漏喷、结合不好，防锈能力差。本身的工艺局限性造成大量的产品要脱漆返工。
　　国外采用的是电泳漆，在水溶性的漆槽内，把工件做阴极，施加一定的电压和时间，便可在弹簧的所有表面形成厚度均匀的漆层，然后清洗烘干便可。其外观清洁光亮，无颗粒，无露底现象，结合力好不易脱落，硬度好有3-4H，如果采用英国LVH公司聚氨酯阴极电泳漆，则其柔软性相当好。操作环境无浓的溶剂味，对空气污染少，废水处理排放流程简易，只要调节PH沉降电泳漆的树脂，然后排放清水。
　　我们为国内一厂家设计工艺流程:成形弹簧→喷丸→→上挂具→碱性除油→双水洗→(微酸1%中和)磷化→双水洗→双去离子水洗→阴极系统聚氨酯彩色电泳漆→回收→双水洗→助洗→烘烤固化→下挂具。
　　结果:
　　喷丸的粒子会夹在弹簧的两头的缝隙内。
　　喷丸导致粗糙表面，漆层也要相应地加厚，才有光亮平整外观，有10-20微米厚，这样又导致弹簧的可收缩厚度变小。
　　磷化会导致氢脆，减少弹簧的使用寿命。
　　改进流程:成形弹簧→碱液光饰除油→离心摔水→上挂→碱性除油→双水洗→(微酸中和1%)磷化→双水洗→双去离子水洗→阴极系统聚氨酯彩色电泳漆→回收→双水洗→助洗→烘烤固化→下挂具。
　　分析:
　　光饰(整)工艺是将弹簧直接放入倾斜离心式或者螺旋振动式、涡流式等系列的光饰机中，并加入适量的研磨料、研磨剂和水，进行光整加工。光饰后的表面比喷丸的表面更光洁。
　　而且减少传统工艺如如去油、清洗、酸洗、磷化、去氢等，生产工序简化，弹簧在生产过程的锈蚀机会少，不用酸洗。在表面上漆的厚度就可控制在10微米左右。
　　笔者采用浩金精细化工(上海)有限公司的吉利隆阴极电泳漆作实验。其各方面性能较佳且涂覆率:当涂层为10微米时，每公斤漆可涂覆45-50个平方米。盐雾测试:500-1000H。
　　但减去喷丸工序可能会使弹簧本身的强度降低，最好是根据不同弹簧规格，如间隙的大小，选择合适直径大小的钢丸，避免钢丸夹于弹簧缝隙。
　　不合格的漆层退除方法:
　　目前有的工厂采用油烧漆层，然后再用喷丸清洁表面，但操作过程造污染相当大，而且人工操作过程中易出现火情。
　　用浓硫酸碳化漆漆层，但强酸本身会导致氢脆，不适用弹簧。
　　采用KRT脱漆剂，用溶涨方法，剥离漆层，不伤弹簧基体，操作简单，是比较先进的方法，但使用商品的脱漆剂可能会导致成本上升，但如果减免了报废率，总体成本倒不会上升。 
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1、引言 

    我们日常生产、生活中所使用到的各种工具和产品，大到机床的底座、机身外壳，小到一个胚头螺丝、纽扣以及各种家用电器的外壳，无不与模具有着密切的关系。模具的形状决定着这些产品的外形，模具的加工质量与精度也就决定着这些产品的质量。因为各种产品的材质、外观、规格及用途的不同，模具分为了铸造模、锻造模、压铸模、冲压模等非塑胶模具，以及塑胶模具。 

    近年来，随着塑料工业的飞速发展和通用与工程塑料在强度和精度等方面的不断提高，塑料制品的应用范围也在不断扩大，如：家用电器、仪器仪表，建筑器材，汽车工业、日用五金等众多领域，塑料制品所占的比例正迅猛增加。一个设计合理的塑料件往往能代替多个传统金属件。工业产品和日用产品塑料化的趋势不断上升。  

    2、模具的一般定义：在工业生产中，用各种压力机和装在压力机上的专用工具，通过压力把金属或非金属材料制出所需形状的零件或制品，这种专用工具统称为模具。 

    3、注塑过程说明：模具是一种生产塑料制品的工具。它由几组零件部分构成，这个组合内有成型模腔。注塑时，模具装夹在注塑机上，熔融塑料被注入成型模腔内，并在腔内冷却定型，然后上下模分开，经由顶出系统将制品从模腔顶出离开模具，最后模具再闭合进行下一次注塑，整个注塑过程是循环进行的。 

    4、模具的一般分类：可分为塑胶模具及非塑胶模具： 

    （1）非塑胶模具有：铸造模、锻造模、冲压模、压铸模等。 

    A．铸造模——水龙头、生铁平台 

    B．锻造模——汽车身 

    C．冲压模——计算机面板 

    D．压铸模——超合金，汽缸体 

    （2）塑胶模具根据生产工艺和生产产品的不同又分为： 

    A．注射成型模——电视机外壳、键盘按钮（应用最普遍） 

    B．吹气模——饮料瓶 

    C．压缩成型模——电木开关、科学瓷碗碟 

    D．转移成型模——集成电路制品 

    E．挤压成型模——胶水管、塑胶袋 

    F．热成型模——透明成型包装外壳 

    G．旋转成型模——软胶洋娃娃玩具 

    ◆ 注射成型是塑料加工中最普遍采用的方法。该方法适用于全部热塑性塑料和部分热固性塑料，制得的塑料制品数量之大是其它成型方法望尘莫及的，作为注射成型加工的主要工具之一的注塑模具，在质量精度、制造周期以及注射成型过程中的生产效率等方面水平高低，直接影响产品的质量、产量、成本及产品的更新，同时也决定着企业在市场竞争中的反应能力和速度。 

    ◆注塑模具是由若干块钢板配合各种零件组成的，基本分为： 

    A 成型装置（凹模，凸模） 

    B 定位装置（导柱，导套） 

    C 固定装置（工字板，码模坑） 

    D 冷却系统（运水孔） 

    E 恒温系统（加热管，发热线） 

    F 流道系统（唧咀孔，流道槽，流道孔） 

    G 顶出系统（顶针，顶棍） 

    5、根据浇注系统型制的不同可将模具分为三类： 

    （1） 大水口模具：流道及浇口在分模线上，与产品在开模时一起脱模，设计最简单，容易加工，成本较低，所以较多人采用大水口系统作业。 

    （2） 细水口模具：流道及浇口不在分模线上，一般直接在产品上，所以要设计多一组水口分模线，设计较为复杂，加工较困难，一般要视产品要求而选用细水口系统。 

    （3）热流道模具：此类模具结构与细水口大体相同，其最大区别是流道处于一个或多个有恒温的热流道板及热唧嘴里，无冷料脱模，流道及浇口直接在产品上，所以流道不需要脱模，此系统又称为无水口系统，可节省原材料，适用于原材料较贵、制品要求较高的情况，设计及加工困难，模具成本较高。 

    热流道系统，又称热浇道系统，主要由热浇口套，热浇道板，温控电箱构成。我们常见的热流道系统有单点热浇口和多点热浇口二种形式。单点热浇口是用单一热浇口套直接把熔融塑料射入型腔，它适用单一腔单一浇口的塑料模具;多点热浇口是通过热浇道板把熔融料分枝到各分热浇口套中再进入到型腔，它适用于单腔多点入料或多腔模具. 

    ◆热流道系统的优势 

    （1）无水口料，不需要后加工，使整个成型过程完全自动化，节省工作时间，提高工作效率。 

    （2）压力损耗小。热浇道温度与注塑机射嘴温度相等， 避免了原料在浇道内的表面冷凝现象，注射压力损耗小。 

    （3）水口料重复使用会使塑料性能降解，而使用热流道系统没有水口料，可减少原材料的损耗，从而降低产品成本。在型腔中温度及压力均匀，塑件应力小，密度均匀，在较小的注射压力下，较短的成型时间内，注塑出比一般的注塑系统更好的产品。对于透明件、薄件、大型塑件或高要求塑件更能显示其优势，而且能用较小机型生产出较大产品。 

    （4）热喷嘴采用标准化、系列化设计，配有各种可供选择的喷嘴头，互换性好。独特设计加工的电加热圈，可达到加热温度均匀，使用寿命长。热流道系统配备热流道板、温控器等，设计精巧，种类多样，使用方便，质量稳定可靠。 

    ◆热流道系统应用的不足之处 

    （1）整体模具闭合高度加大，因加装热浇道板等，模具整体高度有所增加。 

    （2）热辐射难以控制，热浇道最大的毛病就是浇道的热量损耗，是一个需要解决的重大课题。 

    （3）存在热膨胀，热胀冷缩是我们设计时要考虑的问题。 

    （4）模具制造成本增加，热浇道系统标准配件价格较高，影响热浇道模具的普及。 

    ◆提供热流道标准件的公司有: DME、HASCO、HUSKY、EOC、FULLY、MASTER-TIP、INCOE等公司。
 
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模具图面常见符号含义
M,MC ―― 铣 SP ―――― 基准点
H ――― 热处理 TYP ―――― 典型尺寸
ELE ―― 镀铬 RP ―――― 圆弧点
DYE ―― 染黑 CEN,CL ―― 中心线
G ――― 磨 TAN ―――― 切点
PG ――― 光学曲线磨 THR ―――― 穿孔
JG ――― 坐标磨 BOTT ――― 底面
W/C,W ――线割 TOP ―――― 顶面
E,EDM―― 放电 SYM ―――― 对称
L ―――― 车 T ――――― 厚度
INT ――― 交点 CB ―――― 沉孔
C ―――― 倒角 CLEAR ――― 间隙

常用金属材料密度表
常用金属材料密度表，包括黑色、有色金属材料及其合金材料的密度。材料名称密度 克/厘米3材料名称密度

克/厘米3

灰口铸铁6.6"7.4不锈钢1Crl8NillNb、Cr23Ni187.9

白口铸铁7.4"7.72Cr13Ni4Mn98.5

可锻铸铁7.2"7.43Cr13Ni7Si28.0

铸钢7.8纯铜材8.9

工业纯铁7.8759、62、65、68黄铜8.5

普通碳素钢7.8580、85、90黄铜8.7

优质碳素钢7.8596黄铜8.8

碳素工具钢7.8559-1、63-3铅黄铜8.5

易切钢7.8574-3铅黄铜8.7

锰钢7.8190-1锡黄铜8.8

15CrA铬钢7.7470-1锡黄铜8.54

20Cr、30Cr、40Cr铬钢7.8260-1和62-1锡黄铜8.5

38CrA铬钢7.8077-2铝黄铜8.6

铬钒、铬镍、铬镍钼、铬锰、硅、

铬锰硅镍、硅锰、硅铬钢7.8567-2.5、66-6-3-2、60-1-1铝黄铜8.5

镍黄铜8.5

铬镍钨钢7.80锰黄铜8.5

铬钼铝钢7.65硅黄铜、镍黄铜、铁黄铜8.5

含钨9高速工具钢8.35-5-5铸锡青铜8.8

含钨18高速工具钢8.73-12-5铸锡青铜8.69

高强度合金钢7.826-6-3铸锡青铜8.82

轴承钢7.817-0.2、6.5-0.4、6.5-0.1、4-3锡青铜8.8

不锈钢

0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13、

Cr17Ni2、Cr18、9Cr18、Cr25、Cr287.754-0.3、4-4-4锡青铜8.9

Cr14、Cr177.74-4-2.5锡青铜8.75

0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、Cr18Ni9Ti、

2Cr18Ni97.855铝青铜8.2

1Cr18Ni11Si4A1Ti7.52锻铝LD82.77

7铝青铜7.8LD7、LD9、LD102.8

19-2铝青铜7.6超硬铝2.85

9-4、10-3-1.5铝青铜7.5LT1特殊铝2.75

10-4-4铝青铜7.46工业纯镁1.74

铍青铜8.3变形镁MB11.76

3-1硅青铜8.47MB2、MB81.78

1-3硅青铜8.6MB31.79

1铍青铜8.8MB5、MB6、MB7、MB151.8

0.5镉青铜8.9铸镁1.8

0.5铬青铜8.9工业纯钛（TA1、TA2、TA3）4.5

1.5锰青铜8.8钛合金TA4、TA5、TC64.45

5锰青铜8.6TA64.4

白铜B5、B19、B30、BMn40-1.58.9TA7、TC54.46

BMn3-128.4TA84.56

BZN15-208.6TB1、TB24.89

BA16-1.58.7TC1、TC24.55

BA113-38.5TC3、TC44.43

纯铝2.7TC74.4

防锈铝LF2、LF432.68TC84.48

LF32.67TC94.52

LF5、LF10、LF112.65TC104.53

LF62.64纯镍、阳极镍、电真空镍8.85

LF212.73镍铜、镍镁、镍硅合金8.85

硬铝LY1、LY2、LY4、LY62.76镍铬合金8.72

LY32.73锌锭（Zn0.1、Zn1、Zn2、Zn3）7.15

LY7、LY8、LY10、LY11、LY142.8铸锌6.86

LY9、LY122.784-1铸造锌铝合金6.9

LY16、LY172.844-0.5铸造锌铝合金6.75

锻铝LD2、LD302.7铅和铅锑合金11.37

LD42.65铅阳极板11.33

LD52.75

灰铸铁 HT100～HT350 6.6--7.4
白口铸铁 S15、P08、J13等 7.4--7.7
可锻铸铁 KT30-6～KT270-2 7.2--7.4
铸钢 ZG45、ZG35CrMnSi等 7.8
工业纯铁 DT1--DT6 7.87
普通碳素钢 Q195、Q215、Q235、Q255、Q275 7.85
优质碳素钢 05F、08F、15F
10、15、20、25、30、35、40、45、50 7.85
碳素工具钢 T7、T8、T9、T10、T12、T13、T7A、T8A、T9A、T10A、
T11A、T12A、T13A、T8MnA 7.85
易切钢 Y12、Y30 7.85
弹簧钢丝 Ⅰ、Ⅱ、Ⅱa、Ⅲ 7.85
低碳优质钢丝 Zd、Zg 7.85
锰钢 20Mn、60Mn、65Mn 7.81
铬钢 15CrA 20Cr、30Cr、40Cr 38CrA 7.74 7.82 7.80
铬钒钢 50CrVA 7.85
铬镍钢 12CrNi3A、20CrNi3A 37CrNi3A 7.85
铬镍钼钢 40CrNiMoA 7.85
铬镍钨钢 18Cr2Ni4WA 7.8
铬钼铝钢 38CrMoA1A 7.65
铬锰硅钢 30CrMnSiA 7.85
铬锰硅镍钢 30CrMnSiNi2A 7.85
硅锰钢 60Si2nMnA 7.85
硅铬钢 70Si2CrA 7.85
高强度合金钢 GC-4、GC11 7.82
高速工具钢 W9Cr4V W18Cr4V 8.3 8.7
轴承钢 GCr15 7.81
不锈钢 0Cr13、1Cr13、2Cr13、3Cr13、4Cr13
Cr14、Cr17
Cr17Ni2、Cr18、9Cr18、Cr25、Cr28
0Cr18Ni9、1Cr18Ni9
1Cr18Ni9Ti、2Cr18Ni9
Cr18Ni11Nb
1Cr23Ni18、Cr17Ni3Mo2Ti
1Cr18Ni11Si4A1Ti
2Cr13Ni4Mn9
3Cr13Ni7Si2 7.7
7.75
7.85
7.85
7.9
7.9
7.52
8.5
8.0
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坯料在模具型腔中塑性变性时，沿型腔表面既流动又滑动，使型腔表面与坯料间产生剧烈的摩擦，从而导致模具因磨损而失效。所以材料的耐磨性是模具最基本、最重要的性能之一。
硬度是影响耐磨性的主要因素。一般情况下，模具零件的硬度越高，磨损量越小，耐磨性也越好。另外，耐磨性还与材料中碳化物的种类、数量、形态、大小及分布有关。

1．强韧性

模具的工作条件大多十分恶劣，有些常承受较大的冲击负荷，从而导致脆性断裂。为防止模具零件在工作时突然脆断，模具要具有较高的强度和韧性。

模具的韧性主要取决于材料的含碳量、晶粒度及组织状态。

2．疲劳断裂性能

模具工作过程中，在循环应力的长期作用下，往往导致疲劳断裂。其形式有小能量多次冲击疲劳断裂、拉伸疲劳断裂接触疲劳断裂及弯曲疲劳断裂。

模具的疲劳断裂性能主要取决于其强度、韧性、硬度、以及材料中夹杂物的含量。

3．高温性能

当模具的工作温度较高进，会使硬度和强度下降，导致模具早期磨损或产生塑性变形而失效。因此，模具材料应具有较高的抗回火稳定性，以保证模具在工作温度下，具有较高的硬度和强度。

4．耐冷热疲劳性能

有些模具在工作过程中处于反复加热和冷却的状态，使型腔表面受拉、压力变应力的作用，引起表面龟裂和剥落，增大摩擦力，阻碍塑性变形，降低了尺寸精度，从而导致模具失效。冷热疲劳是热作模具失效的主要形式之一，帮这类模具应具有较高的耐冷热疲劳性能。
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塑料注射模具是现在所有塑料模具中使用最广的模具，能够成型复杂的高精度的塑料制品。本文只是粗略介绍一下。

       设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解，塑料的主要成分是聚合物。如我们常说的ABS 塑料便是丙烯腈、丁二烯、苯乙烯三种单体采用乳液、本体或悬浮聚合法生产，使其具有三种单体的优越性能和可模塑性，在一定的温度和压力下注射到模具型腔，产生流动变形，获得型腔形状，保压冷却后顶出成塑料产品。
 
    聚合物的分子一般呈链状结构，线型分子链和支链型分子认为是热塑性塑料，可反复加热冷却加工，而经过加热多个分子发生交联反应，连结成网状的体型分子结构的塑料通常是一此次性的，不能重复注射加工，也就是所说的热固性塑料。既然是链状结构，那塑料的在加工时收缩的方向也是跟聚合物的分子链在应力作用下取向性及冷却收缩有关，在流动方向上的收缩要比其垂直方向上的收缩多。产品收缩也同制品的形状、浇口、热胀冷缩、温度、保压时间及内应力等因素有关。通常书上提供的收缩率范围较广，在实际应用中所考虑的是产品的壁厚、结构及确定注塑时温度压力的大小和取向性。一般产品如果没有芯子支撑，收缩相应要大些。
 
    塑料注塑模具基本分为静模和动模。
 
    在注塑机的注射头一边的带浇口套的为静模，静模一般有浇口套、靠板、模板组成，简单模具（特别是静模没有芯子的模具）也可以不使用靠板，直接用厚一点的模板就可以了。浇口套一般为标准件，除非特殊原因，不建议取消。浇口套的使用有利于安装模具、更换方便，不用自己抛光。有些特殊模具浇口套可用钻出来或用锥度线割割成。部分模具必须静模脱模时，还得加上静模脱模机构。
 
    动模的结构一般为动模板、动模靠板、脱模机构以及模脚和装机固定板。脱模机构中除了脱料杆，还有回位杆，部分模具还要增加弹簧以实现例如自动脱模等功能。还有导柱、冷却水孔、流道等也是不可少的模具的基本结构。当然，斜导模具还有斜导盒、斜导柱等。当为一产品设计模具时，首先要设定模具的基本结构尺寸以备料，来加快模具制造的速度。复杂产品应先绘制好产品图，再定好模具的尺寸。
 
    现在的模具基本上要进行热处理，加高模具的硬度，提高模具使用寿命。
 
    在热处理前，先对模板进行初步加工：钻好导柱孔、回位孔（动模）、型腔孔、螺丝孔、浇口套孔（静模）、拉料孔（动模）、冷却水孔等，铣好流道、型腔，有些模具还应铣好斜导盒等。现在的普通精密模具的模板一般用Cr12、Cr12Mov和一些专业模具钢,Cr12等硬度不能太高，在HRC60度时经常开裂，模板的常用硬度一般为HRC55度左右。芯子的硬度可在HRC58以上。如果材料为3Cr2W8v，制造后再氮化处理表面硬度，硬度应为HRC58以上，氮化层应越厚越好。浇口直接关系到塑件的美观，浇口设计不好的话，容易产生缺陷。在没有任何阻挡的情况下很容易产生蛇型流。对于要求高的产品，还应设计溢流和排气。溢流处可以用顶杆，不要在模板上留有溢流飞边，才不至于影响模具寿命。
 
    设计模具软件也越来越多，大多数已很少使用铅笔来绘制模具图了。设计时，如果没有产品图，在复杂一点的模具图中很难发挥软件制图的长处。产品图绘制好后存底，再利用尺寸驱动或比例缩放来生成制作图形。
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采用点浇口注射模具，可以实现塑料件与浇口凝料的自动拉断，减少人工操作，使塑料注射成型生产的自动化程度提高。但是，为了保证浇注系统凝料的自动脱模， 常常需要在定模一边增设浇道凝料推出机构，增加分型面，从而导致模具脱模机构复杂化，也使模具结构复杂化。对于多型腔的点浇口模具，如能利用定模的定距分 型动作来完成浇注系统凝料的自动脱模，则可以简化模具结构，并降低模具成本。
　　
一、模具设计要点
　　普通流道的点浇口 模具需采用双分型面模具结构，在定模一边应设置与定模定距分型的浇口板。对于多型腔的点浇口模具，浇注系统需设计分流道，在主流道的下面设计冷料井，并可 采用拉料杆的结构。在点浇口模具浇注系统凝料自动脱模机构的设计中，利用这些必要的结构并加以改进，可实现浇注系统凝料的自动脱模。模具结构如图1所示。

（一）在限位拉杆3上设计压缩弹簧4，模具开模时，在弹簧弹力作用下，定模首先分型，定模底板2和浇口板5作定距分型，其分型距离为能方便取出点浇口凝料所需的宽度。

（二）利用侧凹拉断点浇口凝料
　　在定模底板分流道的末端，钻一斜孔形成分流道侧凹1。当定模刚分型时，浇注系统凝料受侧凹1　内凝料的阻碍而不能运动，此时浇道凝料与塑料件在最小截面处(浇口)拉断，浇口凝料脱出浇口板5而留在定模底板2的浇道内。但冷料井凝料仍留在浇口板上。

　　（三）利用球形拉料杆拉出浇道凝料
　　随着定模的继续分型，由于球形拉料杆6对冷料井凝料的限制作用，其阻力大于分流道侧凹1的阻力，球形拉料杆6将浇道凝料从定模底板2的流道中全部拉出，由于冷料井凝料仍未脱出，浇道凝料随浇口板5一起移动。

　　（四）浇口板带动浇道凝料脱出球形拉料杆
　 　当限位拉杆3的轴肩与浇口板5的台阶接触时，由于限位拉杆3的限制，定模的定距分型即浇口板与定模底板的分型结束。注塑机继续开模，模具动模与定模分 型，塑料件脱出型腔而留在动模的型芯7上。由于球形拉料杆6固定在动模、冷料井设在定模浇口板5上，动、定模分型时，浇口板与动模分开，即浇口板与球形拉 料杆分开，在浇口板的作用下，把冷料井凝料强行地从球形拉料杆上刮下来，使浇注系统凝料能自动地脱模。此时浇口板起到浇道板的作用。

　　（五）塑料件的脱模模具继续分型，动模继续后退，注塑机顶杆10推动模具推板运动，顶杆9将塑料件从型芯7上推出，实现塑料件的脱模。

　　二、模具设计应注意的问题
　　（一）由于球形拉料杆6的直径较小，长度较长，拉料杆与浇口板5的孔又有配合要求，因此动、定模之间的导向机构不但要保护型芯7，而且还要保护球形拉料杆6，防止合模时被折断，造成模具损坏。在动、定模间，导柱11的有效高度L1应大于球形拉料杆6的有效高度L2。

　　（二）一般来讲，相对于喷嘴轴线对称布置的单型腔点浇口模具，不能采用拉料杆；只有多型腔的点浇口模具才设计拉料杆。因此，该模具结构适合于多型腔的点浇口注射模具。
　
　（三）由于浇注系统凝料在脱模时要发生一定的形变，因此，该模具结构适合于在成型温度下具有一定弹性的塑料品种。

　　三、结语
　　利用侧凹、浇口板和球形拉料杆的配合，可以实现浇注系统凝料的自动脱出，结构简单，模具动作可靠，成本降低，制造周期缩短，能满足全自动化生产的需要。

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通常模具用钢都采用合金工具钢、碳素工具钢和高速工具钢，其淬火后的组织主要是孪晶的亚结构，有显微裂纹的高碳针状、片状马氏体。由于含碳量较高，碳化物形成元素较多，钢中不可避免的会存在网状、带状和链状碳化物，往往造成模具在使用中脆性断裂。由于低碳马氏体亚结构是位错，具有较高的强度(硬度为 45HRC～50HRC，屈服强度为1000MPa～1300MPa)、良好的塑性(δ5≥10%，ψ≥40%)和韧性(AKV≥59J)以及良好的冷加工性、可焊性和热处理畸变小等优点。因此，如何使模具钢的淬火组织中得到更多的、甚至全部低碳马氏体，是提高模具强韧性、延长模具使用寿命的关键。目前发展方向是低碳结构钢的淬火组织希望得到全部板条马氏体，以保证高的强韧性；对高碳钢倾向于降低碳含量或尽量降低淬火温度来减少孪晶马氏体数量，以保证材料的韧性；对中碳合金钢则倾向于采用高温淬火，得到较多或全部低碳马氏体组织，来提高断裂韧性。

    低碳马氏体在塑料模具中的应用

    1　低碳马氏体渗碳型塑料模具钢

    低碳钢、低碳合金钢模具在成形后进行渗碳、淬火和低温回火，使模具表面得到高碳细针状回火马氏体+颗粒状碳化物+少量残留奥氏体，心部组织主要为低碳马氏体。从而保证了模具表面具有高硬度(58HRC～62HRC)、高耐磨性，而心部具有较高的强韧性(30HRC～45HRC)，用于制造各种要求耐磨性良好、形状复杂、承受载荷较高的塑料成形模具。

    2　超低碳冷挤压成型塑料模具钢

    国外广泛应用超低碳钢冷挤压成型工艺方法制造塑料模具。由于需要冷挤压成型，除碳含量较低外，经软化退火后，硬度较低(≤160HBS，挤压复杂型腔时 ≤130HBS)，特别适合于冷塑性变形。这类钢在冷挤压成型后进行渗碳、淬火、回火。因此具有生产效率高、制造周期短、模具精度高等优点。典型的钢种有美国P系列低碳模具钢、德国X6CrMo4钢(≤0.07%C，质量分数，下同)和国产LJ-08Cr3NiMoV钢(≤0.08%C)。

    3　低碳马氏体钢(≤0.25%C)强韧性型塑料模具钢

    低碳马氏体钢包括低碳碳素钢和低碳合金钢经低碳马氏体强烈淬火处理后，得到强韧性较高的低碳马氏体组织，代替中碳钢调质处理或低碳钢渗碳、渗氮处理，适用制造各种塑料模具，可显著缩短模具制造周期，降低制造成本，提高使用寿命，在塑料模具热处理中广泛应用。

    4　低碳马氏体时效硬化型塑料模具钢

    (1)低碳马氏体时效硬化钢　

    该钢具有较高的屈强比，良好的切削加工和焊接性能和热处理工艺简单等优点。典型钢种是超低碳18Ni钢系列(≤0.03%C)，由于18Ni钢价格昂贵，在国内很少使用。近年来开发的06Ni6CrMoVTiAl(简称06钢，≤0.06%C)，属低镍、低碳马氏体时效硬化钢。该钢经800℃～880℃加热，水或油冷却固溶处理，(500～540)℃×(4～8)h时效处理后的组织为低碳马氏体+析出强化相Ni3Al、Ni3Ti、TiC和TiＮ，硬度为 42HRC～45HRC，屈服强度1100MPa～1400MPa。06钢通常用来制作的收录机磁带盒模具，其平均寿命>110万件，是一种有发展前途的钢种。

    (2)国产低碳马氏体析出(沉淀)硬化钢　

    典型钢种为25CrNi3MoAl和10Ni3MnCuAl(简称PMS)，适用于制作对变形率要求<0.05%，镜面要求或表面要求光刻花纹工艺的精密镜面塑料模具。其中25CrNi3MoAl钢经830℃固溶处理后，硬度可达50HRC，540℃×4h时效处理后，硬度为 39HRC～42HRC；PMS钢经870℃×1h固溶处理，510℃×4h时效处理后金相组织为低碳马氏体基体上弥散分布大量细小金属间化合物，其硬度为40HRC～43HRC，抗拉强度为1000MPa～1300MPa。

    5　低碳马氏体耐蚀型塑料模具钢

    (1)低碳马氏体不锈钢　

    主要钢种为2Cr13钢(0.16%～0.25%C)和1Cr17Ni2钢(0.11%～0.17%C)，适用于制造在腐蚀介质作用下的塑料模具，透明塑料制品模具。

    (2)低碳马氏体析出(沉淀)硬化型不锈钢　

    典型钢种为国产07Cr16Ni4Cu3Nb钢(≤0.07%C，简称CR)，该钢经1050℃淬火后获得单一的低碳马氏体组织，硬度为 32HRC～35HRC，可以直接进行切削加工；经460℃～480℃时效处理后，硬度为42HRC～44HRC，良好的力学性能和抗蚀性。例如聚三氟氯乙烯阀门盖模具，原采用45钢镀铬处理模具，使用寿命为1000～4000件，后改用低碳马氏体PCR钢，寿命可达10000～20000件。

    低碳马氏体在冷作模具中的应用

    1　低碳钢冷作模具的低碳马氏体强烈淬火

    一些国家已在冷作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢(≤0.25%C)，例如在ISO4957.1999《冷作合金工具钢》中有下列钢种：5CrMo4钢 (≤0.07%C)、7CrMoNi2钢(≤0.10%C)、20Cr13钢(0.16%～0.25%C)；德国工具钢种：21MnCr5钢(0.16% ～0.24%C)、X6CrMo4钢(≤0.07%C)、15NiCr18钢(0.10%～0.17%C)。

    国内也有不少应用低碳马氏体钢强烈淬火工艺制造冷作模具的实例。

    (1)20钢锯齿锁紧垫圈冲模　该冷冲模用于冲压65Mn钢带(179HBS～217HBS)。原采用T10钢(48HRC～50HRC)，使用寿命 <1500次；后采用Cr12MoV钢(48HRC～50HRC)，使用寿命3000次；而采用20钢(46HRC～48HRC)，使用寿命高达 3～4万次，其处理工艺为：(910±10)℃加热，10%NACL盐水冷却，不回火直接使用，而且成本低廉。

    (2)Q235钢剪板机刀片螺栓锻件胎模冲头　曾选用GCr15、9SiCr、T8及45钢，由于工件有咬模、粘模现象发生，锻坯很难从模具中冲出，致使冲头产生塑性变形、弯曲和断裂，寿命较短，每10件冲头约冲螺栓800～1200件；而采用Q235钢做冲头材料，经950℃×5min盐炉加热，10% NACL盐水冷却淬火后不回火直接使用，硬度为36HRC～40HRC，每10件冲头能冲螺栓2000件以上，而且失效形式为塑性变形，消除了冲头使用中碎裂现象，保证了操作者的人身安全。

    (3)20CrMnTi钢压制铝套冷挤压模　D16、D20型压制钢丝绳铝套冷挤压模　原采用CrWMn钢淬火回火后，硬度为45HRC～50HRC，尽管硬度要求在冷挤压模中较低，但是由于CrWMn钢碳化物不均匀性比较严重，很难避免网状、带状碳化物，因此造成崩刃、开裂而早期失效，使用寿命仅为 1000多件，有的仅几百件甚至几十件。选用20CrMnTi钢制作D16、D20铝套冷挤压模，经950℃加热盐水淬火后，不回火直接使用，模具硬度为 46HRC～48HRC，压制铝套2000多件，仍在继续使用。

    (4)20Cr钢冷作模具　该钢经渗碳淬火表面强化处理后，可使模具表面获得细针状回火马氏体，硬度为58HRC～62HRC；心部获得低碳马氏体组织，硬度35HRC～40HRC，基体强韧性高，可满足冷作模具高硬度、高强度、高韧性的使用性能要求。例如，汽车软管锌合金接头八角模冲头，硬度要求 58HRC～62HRC。原采用Cr12MoV钢制造的八角模的寿命很短，往往不到2000件就断裂；把冲头材料换成20Cr钢并经渗碳处理后，渗层深 1.0mm～1.2mm，硬度为60HRC～62HRC，使用寿命提高到3万件。

    2　中碳合金钢冷作模具的低碳马氏体高温淬火

    对于中碳合金钢冷作模具，可以通过提高奥氏体化温度，使奥氏体晶粒更加均匀细化，碳含量趋于减少，Ms点升高，从而获得更多的低碳马氏体组织，提高模具的强韧性，有利于延长冷作模具的使用寿命。

    (1)5CrMnMo钢冷镦机螺母冷镦模的高温淬火　将5CrMnMo钢的淬火温度提高到900℃～950℃，可得到几乎是单一的低碳马氏体组织。例如，用5CrMnMo钢制作的Z41.24型多工位冷镦机螺母冷镦模，经900℃～930℃加热，180℃分级淬火，200℃×2次低温回火处理后，使用寿命比Cr12MoV钢的提高2.6倍，可完全取代T10A、9CrSi、Cr12MoV钢制造较大截面的冷镦模。

    (2)60Si2MnA钢冷镦螺帽4序冲模的高温淬火　60Si2MnA钢在高温淬火后，组织中板条马氏体数量增多，甚至可以获得全部板条马氏体组织，有较高的断裂韧度、冲击韧度和优良的耐磨性。60Si2MnA钢制冷镦螺帽4序冲模，经920℃～950℃淬火后，使用寿命比正常温度淬火的模具提高了2倍左右。

    (3)5CrW2Si钢冷剪切模的高温淬火　5CrW2Si钢冷剪切模，经950℃淬火和250℃回火后，得到板条马氏体加少量均匀细化的碳化物和分布在板条马氏体边界的细小残留奥氏体的组织，可显著提高冷剪切模剪刃的强度和韧性，寿命提高1.5～5倍。

    3　高碳钢冷作模具的低碳马氏体低温淬火

    高碳钢冷作模具淬火温度愈低，奥氏体固溶碳含量也愈低，Ms温度愈高，低碳马氏体数量愈多。因此模具具有较高的耐磨性和强韧性，变形和开裂的几率很小。

    (1)T10A钢冷镦模低温短时加热淬火　T10A钢冷镦模(光冲)，按原工艺(780℃×20min盐浴加热淬火)处理时获得孪晶马氏体组织，存在显微裂纹，在冲击载荷作用下，由于韧性差，常产生崩刃。现采用750℃×14min盐浴加热淬火，200℃回火处理后，可以得到细小的片状马氏体和50%(体积分数)以上的低碳马氏体，减少了显微裂纹，在保证高硬度的同时，具有较高韧性，从而提高使用寿命近一倍。

    (2)CrWMn钢制小型模具的低温淬火　一般用CrWMn钢制造生产手表用的小型凸模，经常规热处理后模具的使用寿命为1000～10000次，破损形式多为局部崩刃或整个头部断裂。CrWMn钢制小型凸模的低碳马氏体强韧化处理工艺为：700℃×10min预热，.790℃×(3～4)min盐浴炉加热，在180℃石腊中等温15min后，空冷，硬度为59HRC～61HRC；200℃×2h回火后，硬度为58HRC～60HRC，模具的刃磨寿命可达 1～2万次，总寿命可达10～20万次。且在使用中不易发生崩刃及断裂现象，显示出有极高的断裂抗力。

    (3)7Cr7Mo3V2Si(ＬD)钢冷挤压凸模的低温淬火　ＬD钢冷挤压凸模，按常规工艺1100℃～1150℃加热淬火处理后，使用寿命仅 3000～4000次。改用1050℃×25min盐浴加热油冷和200℃×2.5h回火后，获得板条马氏体+弥散碳化物组织，硬度为 60HRC～61HRC，使用寿命提高到2万次。

    低碳马氏体在热作模具中的应用

    热作模具钢经高温加热可使钢中的合金碳化物大量溶入奥氏体中，提高了基体的热强性和热稳定性，同时，相应地提高回火温度，可使组织中板条马氏体的份额有大幅度增加，断裂韧度和小能量多冲寿命有所提高。如果加热温度选择适当，则冲击韧度和塑性仍能保持在一定水平上，从而可使热作模具的使用寿命大幅度提高。因此，目前热作模具的淬火加热温度有向高温发展的趋势。热作模具钢的另外一个发展趋势是降碳、低碳化。目前有的国家已在热作模具钢标准中列入了低碳马氏体钢 (≤0.25%C)。例如，美国H25钢(≤0.25%C)、德国21CrMo10钢(0.16%～0.23%C)、法国20MoNi34.13钢 (0.18%～0.23%C)等。对于形状简单，生产批量小和交货期短的产品零件，可以选用低碳合金结构钢，特别是高温强度好、抗蠕变性能好的 20CrMo，20CrMnMo等含Mo的低碳低合金耐热结构钢制造热作模具，直接进行低碳马氏体强烈淬火。

    (1)3Cr2W8V钢热作模具的高温淬火　3Cr2W8V钢热作模具采用高温淬火和高温回火工艺处理后，可获得更多的板条马氏体组织，有较高的回火稳定性、高温强度、高温耐磨性和热疲劳性，可显著提高模具寿命。用3Cr2W8V钢制M12×50的圆柱螺柱(材料为40Cr)热锻模，采用1180℃加热淬火，640℃×2h×2次回火后，可以得到90%以上的板条马氏体，平均使用寿命由3000～5000件提高到3～4万件。

    (2)5CrNiMo钢锤锻模的高温淬火　5CrNiMo钢制作的480mm×450mm×295mm的锤锻模，原热处理工艺为860℃×5h油淬和 500℃×10h回火，硬度为42HRC。锻打齿轮毛坯2500件时，锻模便发生塑性变形，需修模后方可继续使用。改用新工艺，900℃×5h油淬， 500℃×10h回火，硬度为43HRC，锻打同样的齿轮毛坯8100件仍可继续使用。国内其他工厂的试验表明，将淬火温度由860℃提高到960℃，锻模的使用寿命能够提高2.5倍。

    (3)热作模具高温双重淬火处理　4Cr5MoSiV1钢高温双重淬火工艺为：1160℃淬火+720℃回火+1050℃淬火+350℃回火。双重淬火可减小未溶碳化物尺寸和体积分数，使碳化物颗粒间距增大。当第二相颗粒平均间距增大时，可使断裂韧度增大。高温淬火可显著减少孪晶马氏体，增加位错马氏体，使模具具有高的断裂韧度。因此，高温双重淬火与普通淬火(1020～1050)℃相比，断裂韧度可提高30%～40%，有利于提高热作模具钢的疲劳裂纹的扩展抗力和热疲劳开裂的抗力，使模具具有最佳的热疲劳性能，从而提高热作模具的使用寿命。

    (4)20Cr钢热锻模的低碳马氏体强烈淬火　拉索冷铸锚杯索节扣体是斜拉桥关键受力固定端件，技术要求必须是模锻件。由于合同订货数量仅88件，因此采用强韧性高、耐冲击、有一定热强性的20Cr钢制造索节扣体热锻模。其加工工艺流程为：下料—锻造—锻造余热正火(形变正火)—粗加工—淬火、回火—精加工。热处理工艺为：920℃加热，10%NACL盐水淬火，430℃回火。该工艺不仅消除淬火软点，提高模具淬透性，而且可以提高模具屈服强度和冲击韧度，保证模具使用寿命。经上述工艺处理后的索节扣体热锻模，平均硬度40HRC，金相组织为较细板条马氏体，圆满地完成了合同任务。

    (5)Q345B钢铆焊热锻模的低碳马氏体强烈淬火　XKJ44.5mm～48mm大型体育场馆斜拉钢丝缆索浇铸接头体是模锻件(质量98.5KG)，由于批量仅40件，选用厚度40mm的Q345B钢板，采用铆焊的工艺方法，将7层板制成400mm×400mm×290mm的热锻模。工艺流程为：下料— 钻孔—铆接—焊接—机加工—淬火—钳修。经箱式炉950℃快速加热(20s/mm)，盐水深冷淬火冷却，不回火直接使用。模具平均硬度46HRC，完成 40件后，仍能继续使用。

    结语

    (1)低碳马氏体具有相当高的强韧性，是模具钢理想的淬火组织。

    (2)低碳马氏体钢(≤0.25%C)进行强烈淬火和表面强化处理，可以代替模具钢制造各类模具。

    (3)中碳钢模具采用高温淬火，可以获得更多的、甚至全部低碳马氏体组织，显著提高模具的强韧性。

    (4)高碳钢模具采用低温淬火，可以获得较多的低碳马氏体组织，显著提高模具的使用寿命。

    (5)模具钢淬火组织低碳马氏体化，模具钢降碳、低碳化，是模具钢热处理的重要发展趋势。 
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基本原理　　

普 通的流道系统(Runner System)也称作浇道系统或是浇注系统，是熔融塑料自射出机射嘴(Nozzle)到模穴的必经信道。流道系统包括主流道(Primary Runner)、分流道(Sub-Runner)以及浇口(Gate)。下图显示了典型的流道系统组成。


●主流道：也称作主浇道、注道(Sprue)或竖浇道，是指自射出机射嘴与模具主流道衬套接触的部分起算，至分流道为止的流道。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分。　
● 分流道：也称作分浇道或次浇道，随模具设计可再区分为第一分流道(First Runner)以及第二分流道(Secondary Runner)。分流道是主流道及浇口间的过渡区域，能使熔融塑料的流向获得平缓转换；对于多模穴模具同时具有均匀分配塑料到各模穴的功能。　
● 浇口：也称为进料口。是分流道和模穴间的狭小通口，也是最为短小肉薄的部分。作用在于利用紧缩流动面而使塑料达到加速的效果，高剪切率可使塑料流动性良好 (由于塑料的切变致稀特性);粘滞加热的升温效果也有提升料温降低粘度的作用。在成型完毕后浇口最先固化封口，有防止塑料回流以及避免模穴压力下降过快使 成型品产生收缩凹陷的功能。成型后则方便剪除以分离流道系统及塑件。　
●冷料井：也称作冷料穴。目的在于储存补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质或堵塞浇口，冷料井通常设置在主流道末端，当分流道长度较长时，在末端也应开设冷料井。　
设计基本原则
模穴布置(Cavity Layout)的考虑
●尽量采用平衡式布置(Balances Layout )。
●模穴布置与浇口开设力求对称，以防止模具受力不均产生偏载而发生撑模溢料的问题。如图2的设计就以对称者较佳。
●模穴布置尽可能紧凑以缩小模具尺寸。如图3(b)的设计就模具尺寸考量而言优于图3(b)的设计。流动导引的考虑
●能顺利地引导熔融塑料填满模穴，不产生涡流，且能顺利排气。
●尽量避免塑料熔胶正面冲击直径较小的型芯和金属嵌件，以防止型芯位移(Core Shift)或变形。
热量散失及压力降的考虑
●热量损耗及压力降越小越好。
●流程要短。
●流道截面积要够大。
●尽量避免流道弯折及突然改变流向(以圆弧角改变方向)。
●流道加工时表面粗糙度要低。
●多点进浇可以降低压力降及所需射压，但会有缝合线问题。
流动平衡的考虑
●一模多穴(Multi-Cavity)充填时，流道要平衡，尽量使塑料同时填满每一个模穴，以保证各模穴成型品的品质一致性。
●分流道尽量采用自然平衡式的布置方式(Naturally-Balanced Layout)。
●无法自然平衡时采用人工平衡法平衡流道。
废料的考虑
●在可顺利充填同时不影响流动及压力损耗的前提下，减小流道体积(长度或截面积大小)以减少流道废料产生及回收费用。
冷料的考虑
●在流道系统上设计适当的冷料井(Cold Slug Well)、溢料槽以补集充填初始阶段较冷的塑料波前，防止冷料直接进入模穴影响充填品质。
排气的考虑
●应顺利导引塑料填满模穴，并使模穴内空气得以顺利逃逸，以避免包封烧焦的问题。成形品品质的考虑
●避免发生短射、毛边、包封、缝合线、流痕、喷流、残余应力、翘曲变形、模仁偏移等问题。
●流道系统流程较长或是多点进浇(Multiple Gating)时，由于流动不平衡、保压不足或是不均匀收缩所导致的成品翘曲变形问题应加以防止。
●产品外观性质良好，去除修整浇口方便，浇口痕(Gate Mark)无损于塑件外观以及应用。
生产效率的考虑
●尽可能减少所需的后加工，使成形周期缩短，提高生产效率。
顶出点的考虑
●需考虑适当的顶出位置以避免成形品脱模变形。
使用塑料的考虑
●粘度较高或L/t比较短的塑料避免使用过长或过小尺寸的流道。
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Bewise Inc. www.tool-tool.com

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尽 管使用了知名品牌的涂料，但刚装修完不久的居室墙面就开始开裂、掉皮，究竟是什么原因呢？为此，摩天涂料公司总经理贾莉萍介绍，合成树脂乳液内墙涂料，俗 称内墙乳胶漆，它具有施工方便、易于翻新、干燥快、耐擦洗、安全无毒等优点，但是，市场上也有一些涂料质量性能差、执行标准不严格；还有的装修公司施工不 规范，使用的腻子不过关，这些都会造成墙面质量出现问题。

　　涂料市场三大问题

　　贾经理介绍，目前涂料问题主要有：一是中、低档产品质量性能差。国家标准规定耐洗刷性指标为不小于200次，造成产品不合格的原因是企业偷工减料、使用质量低下的原材料和检验把关不严。

　 　二是小型企业的产品质量不稳定。由于企业生产规模小，技术改造和技术开发投入有限，生产工艺相对落后，企业管理工作薄弱，质量管理体系不健全，产品质量 稳定性差。这些企业中还有部分企业，少则几人，多则十几个人，厂房设备简陋，技术力量薄弱，人员素质偏低，不具备检验手段，更谈不上质量控制，生产带有一 定盲目性，这些企业虽然产量有限，但却以低档次、低品质、低价格，甚至假冒伪劣产品充斥市场，造成市场上同类产品低价竞销，无序竞争。

　　三是执行标准不严格，检验把关能力差。部分企业不进行产品批批检验或不按明示标准进行出厂检验，反映出企业的质量管理水平较低，对产品检验工作不重视。

　　内墙涂料三种类型

　　一类是低档水溶性涂料。由聚乙烯醇溶解在水中，再在其中加入颜料等其他助剂而成。这种涂料的缺点是不耐水、不耐碱，涂层受潮后容易剥落，属低档内墙涂料，多为中低档居室或临时居室室内墙装饰选用。

　 　第二类是乳胶漆。它是一种以水为介质，以丙烯酸酯类、苯乙烯－丙烯酸酯共聚物、醋酸乙烯酯类聚合物的水溶液耐水性和耐候性比第一类大大提高，湿擦洗后不 留痕迹，并有平光、高光等不同装饰类型，属中高档涂料。虽然价格较贵，但因其优良的性能和装饰效果，所占据的市场份额越来越大。

　　第三类是目前十分风行的多彩涂料。该涂料的成膜物质是硝基纤维素，以水包油形式分散在水相中，一次喷涂可以形成多种颜色花纹。

　　贾经理介绍，外墙漆刷内墙，从环保角度讲没问题，而内墙漆用来涂刷外墙就不一定行了。

　 　内、外墙乳胶漆有各自的特殊要求，外墙乳胶漆用于涂刷建筑外立面，所以最重要的一项指标是抗紫外线照射，要达到长时间照射不变色。而内墙漆用于室内墙面 粉刷，对抗紫外线要求比起外墙漆就低得多。内墙乳胶漆对耐擦洗的性能要求高，家居生活中较易弄脏墙面，可随时用水擦拭。

　　外墙漆能用于内墙涂刷使用是因为它也具有抗水性能，而内墙漆却不具备抗晒功能，所以不能用来涂刷外墙，但专家建议，还是专项专用为好。

　　如何鉴别环保涂料

　　所谓绿色涂料，就是能够保护环境，具有无毒、无异味的特点，能抑制霉菌的生长。那么，如何鉴别绿色涂料呢？

　　首先，购买涂料时要选择正规的销售经营店，选择知名产品，看是否符合国家强制标准。

　　其次，要仔细查看产品的质量合格检测报告，尤其是质检报告上的ＶＯＣ含量。国家标准规定ＶＯＣ限量为每升不超过200克，较好的涂料为每升100克以下，环保涂料则接近于0。

　 　如果可能的话，请销售商打开涂料桶，亲自检测一下。如果出现严重的分层现象，表明质量较差；用棍轻轻搅动，抬起后，涂料在棍上停留时间较长、覆盖均匀， 说明质量较好；用手轻捻，越细腻越好。福乐阁、大师的内墙乳胶漆就采用开盖销售，可以让消费者直观地感受到它特有的环保性。

　　施工规则决定墙面质量

　　施工应该注意什么？乳胶漆在施工前，墙面一定要处理好，否则乳胶漆涂刷后会引起脱落、开裂、起泡等严重问题。因此，使用乳胶漆时，先使用封底将墙面密封，然后使用耐水腻子，从而避免以上问题的出现。

　　乳胶漆在施工时，应搅拌均匀，尤其是使用色彩鲜艳的产品时。

　　另外，乳胶漆施工时可否加水及加水量的多少，一定要严格按照厂家的规定。

　　此外，在施工时可以采用刷涂、辊涂和喷涂工艺，以上无论哪种方法都能达到预期的效果，但是需要调好乳胶漆的黏度，以便在施工时容易涂刷，且刷后无明显刷痕为宜。
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