什麽因素決定我的注塑模具可以製造多少零件

1982年版的塑料工業協會（現為塑料工業協會或PLASTICS）的（de）熱塑性材料注塑模具分（fèn）類（lèi）。定義了用於400噸以下機器的各種（zhǒng）類型模具（jù）的構造要求（qiú），並將它們標記為101到（dào）105型。它還有三（sān）種類（lèi）型的（de）快速更換模具嵌件，分別標記為I型到III型（xíng）。它為需要具有400噸（dūn）或更多鎖模壓力（lì）的（de）機器指（zhǐ）定了（le）類似的分類。每種類型都（dōu）有特定數量的模具能夠生（shēng）產的循環。

據說，這些分類早（zǎo）在1996年就（jiù）已更新。近，2021年8月19日的《塑料新聞》有一篇文（wén）章（zhāng）提到，這些（xiē）標（biāo）準再次（cì）由行業、協（xié）會成（chéng）員組成的團（tuán）隊進行（háng）更新（xīn）並選擇美國模具製（zhì）造商協會的成員。我們應該讚揚他們為進一步完善這份重（chóng）要（yào）文件所做的努（nǔ）力（lì）。

我曾經（jīng）的每一位客戶都問過他們的模具可（kě）以製造多少個零件。大多數模具製造商會這樣（yàng）回答這個問題，“嗯，您支付了101類模具的（de）費用，因此它應（yīng）該可以生產多達（dá）100萬次循（xún）環。”顯然，這個（gè）答案是基於PLASTICS模具（jù）分類（lèi）的。雖然分類和這些分類的要求非常好，但我不同意（yì）指定每種模具應該能夠生產的周期數。

PLASTICS文件旨在作為注塑模具購買者的指南（nán），應相應地（dì）重新命名——指南。問題是許多人認（rèn）為規定的小周期數是事（shì）實，如果不是合同的話。這可能（néng）會導致未來出現問題。101級模具在一百萬零一（yī）個周期會發生什麽？客戶支付模具的所有維護和修理費用——無論成本有（yǒu）多大？如果腔體破（pò）裂（liè），999,000次（cì）循環（huán）會發生什麽？模具製造商是否必須自費更換它？盡管這個話題令人不快，但與您（nín）的客（kè）戶一起製定一些初步的基本規則（zé）可能是值得（dé）的。

永遠不要保證模具的壽命。

決定模具壽命的因素有很多。決定模具複雜性的零件複雜性可能是的因素。生產花盆、5加侖（lún）桶或飛盤的模具可以使（shǐ）用很長時間。但更複雜的模具，例如帶有凸輪動作、擰鬆機構、可折疊型芯、輪廓分型線、滑動關閉裝置等的模具，不（bú）會持續很長時間，因（yīn）為（wéi）有更多（duō）的零部件會磨損、斷裂、磨損或卡住.僅僅因為模具是由熱處理工具（jù）鋼製成的，並不意味著它會抽（chōu）出數十萬個零件。

例如，如果零件設計具有尖銳的外角（意味著模具中的尖銳內角）並且承受高注射壓力，則由於可能發生破裂，其（qí）壽命可能（néng）會非常短。我見過精心打造的101級（jí）熱流道模具在前5分鍾後就失效了，因為歧管中充滿（mǎn）了塑料——折斷螺栓和劈開板。十多年來，我還看到過硬（yìng）的（de）鋁製模具無故障運行。

圖1顯（xiǎn）示了一個用於玩具士兵的腔組。它是在1955年通過滾（gǔn）製銅塊製成的。滾齒是（shì）一種今天很少使用的製造方法（fǎ）。非合金銅今天也很少使用，因為它非常柔軟。圖（tú）2（左）中的小雕像初是用PS模製而成的。圖（tú）2（右）中的小雕像是幾周前在我（wǒ）桌子上用液態矽膠材料澆鑄而成的。鑄（zhù）件上有一點閃（shǎn）光，但“夾緊壓力”隻有大約10磅——由幾根橡皮筋產生。關鍵是零件幾（jǐ）何是一切開始的地方，並且通（tōng）常定義了一切結束的時間（jiān）。

就像飛機、汽車、船或摩托車一（yī）樣，如果維護得當並在必要（yào）時進（jìn）行維修，模具可能會永遠存在。隻有當維修成本超過其價值時，模具才會被認為無法使用（yòng）或已達到其使用壽命。除了零件（jiàn）和模具的複雜性外，模具的壽命（mìng）還取決於（yú）許（xǔ）多其他因（yīn）素，包括（但不限於）模（mó）具設計、鋼材選（xuǎn）擇、模（mó）具部件和結構（gòu）的質量（liàng）、運（yùn）行的（de）成（chéng）型機、成型材料（liào）用於製造零件的類型和成型工藝，以及模具的安裝、拆卸、維護和儲存。

隻有（yǒu）當維修成本超過其價值時，模具才會被認為無法使用或已達到其（qí）使用壽命。

模具製造商的目標（biāo）是根據項目的預期壽命限度（dù）地提高模具的性能，以盡可能降低每個零件的總（zǒng）成本。該分析應包括將維護模具的成本（běn）降至的目（mù）標。因此（cǐ），在審查新項目時，模具（jù）製造商會明智地問：

1.預計年（nián）產量是（shì）多少？這有助於模具（jù）製造商決定模具（jù）分類和滿足這些年度數量所（suǒ）需的型腔數量。

2.零件是做什麽用（yòng）的？如果它（tā）是醫療、光學或（huò）汽車零件，則很有可能（néng）要求模具由ESR（電渣（zhā）減少）不鏽鋼製（zhì）成，以用於潔（jié）淨室條件和光學拋光或模具紋理處理。

3、成型材料是什（shí）麽？如果是腐（fǔ）蝕性（xìng）樹脂，例如硬質PVC，好的選擇是用不鏽鋼製作（zuò）模具。我說好的選擇，因為鎳和其他塗層不能長（zhǎng）時間保護碳鋼（gāng）免受PVC氣體的影響（xiǎng）。如果（guǒ）您認（rèn）為不鏽鋼太貴，請考慮去（qù）除磨（mó）損或剝落的鍍層、重新拋光型芯和（hé）型腔然後重新電（diàn）鍍模具的成本。

如果材料（liào）是（shì）高磨蝕性（xìng）的，例如帶有玻璃填料（liào）的材料，則所有與塑（sù）料接觸的表（biǎo）麵（miàn）都需要徹底硬化——越硬越好。這包（bāo）括澆道襯套和流道嵌（qiàn）件，而（ér）不僅僅是型腔和型芯。研磨材（cái）料也可以決定插入澆口，因為它們將是個磨損的東西。碳和鉻含量（liàng）高的鋼（gāng）通常具（jù）有良好的耐磨性。如果材料具有極強的磨蝕性，例如帶有碳化（huà）矽填料的導（dǎo）熱材（cái）料，那麽典型硬度值約為（wéi）60洛（luò）氏C的粉末金屬工具鋼中的一種（zhǒng）可（kě）能是合適的。

4.是否有零件的二（èr）維尺寸圖？我（wǒ）見過（guò）太多嚴格基於3DCAD模型引用的工作。CAD模型不指定關鍵尺寸的（de）公差。他們也沒有（yǒu）指（zhǐ）定表麵光潔（jié）度、不（bú）能有澆口或頂針標記的美學區（qū）域（yù）、二（èr）次操作、配合零件等。2D圖紙幾乎總是可以幫助模具製（zhì）造商（shāng）決定設計和製造模（mó）具的方式（shì）——或者如（rú）果零件甚至可成型為規定的規格。

5.成（chéng）型（xíng）件有目標價嗎？這（zhè）是薄壁和商品零（líng）件的常見問題，例如瓶蓋和封蓋，其中循環（huán）時間至關（guān）重要，並且對熱流（liú）道係統的需求至關重（chóng）要。可能需要高導熱材料，例如銅合金。不幸的是，很少有模具（jù）製造商提（tí）出這個問題（tí）——除非他們（men）也將成（chéng）為模具製造商。

就個人（rén）而（ér）言，我熱衷於使用導熱材料，尤其是在難以冷卻的區域。不是因為它們擅長減少循（xún）環時間，而是因為它們擅長（zhǎng）實現均勻冷卻。不均勻的零件冷卻會導致零件翹曲，而翹曲的（de）零件通（tōng）常是不（bú）合格的（de）條件。表2給（gěi）出了各種模具材料（liào）的近似導熱率值。這些值（zhí）可能因製造商、熱處理和（hé）工（gōng）作溫度而有很大差異。

在選擇製造型腔和型芯的材（cái）料時，成型零件的（de）厚度很重要。如果零件是薄壁的，選擇導熱率極高的材料可能不是選擇。在注射過程中，材料可能會（huì）凝固得太快，終（zhōng）可能會出現大量短射或注射（shè）壓力超出機器的能力。相反，如果零件非常厚，則型腔和型芯材料的導熱性（xìng）幾乎沒有那麽重要，因為模製零件會形成一層外皮，起到絕緣屏障的作用。這就是（shì）為什麽冷卻時間與壁厚的關係圖不是一（yī）條直線。這是一條向上（shàng）突出的曲線。

適當的鋼材選擇對模具（jù）的壽（shòu）命（mìng）起著至關重要的作用。大多數模具製造商都有自己的“”類型，例如用於模架的1030或4130以及用於型腔和型芯的P-20、420​​或H-13。1030和4130是很好的模（mó）架鋼種，但如果項目需要持續數年，或者如（rú）果成型設施的水質容易出現鈣沉積，則模架應進行化學（xué）鍍鎳。

預硬化不鏽鋼（gāng）模架是更好的解決（jué）方案。不鏽鋼的導熱性沒有那麽（me）好，但對於模架來說通常沒關係。我一直想知（zhī）道模具製造商（shāng）更喜歡具有良好可焊性的鋼類型。雖（suī）然（rán）這是一個很好的屬（shǔ）性（xìng），但它不應該是一個指導因素。一些（xiē）鋼材偏好是基於（yú）多年的經驗。有（yǒu）些（xiē）是（shì）基於它們加工（gōng）的容易程度，或（huò）者它們在（zài）熱處理過程（chéng）中改變尺（chǐ）寸或翹曲的程（chéng）度。通常，對於大多數零件來（lái）說，常用的（de）鋼材已經綽綽有（yǒu）餘。但有時應更多地考慮鋼材的性能。

我已經（jīng）提（tí）到過拋光（guāng）性、導熱性、硬度和耐腐蝕性。但是韌性、抗壓強度、耐磨性（xìng）和耐磨性呢？這些也是需要考慮的重要屬性，尤其是當兩塊鋼（gāng）相互滑動時，如凸輪、升降器或關閉裝置。舊的經驗法則是，如果（guǒ）使用不同的鋼材類型並（bìng）且它（tā）們之間存在10點的RockwellC差異，那麽（me）一切都會好起（qǐ）來的。這個經驗法則並（bìng）不總是正確的——尤（yóu）其是當力很大並且接觸麵積很大的時候。O-6和A-10鋼非常適合滑動應用（yòng），因為這兩種鋼的微（wēi）觀結構中含有（yǒu）高濃度的石墨顆粒。O-1、O-2、D-2和S-1也（yě）是適用於滑動應用的良好鋼種。

模具損壞的一個非常常見的原因是磨損。當兩塊（kuài）鋼相互摩擦或滑動時，它（tā）們存（cún）在冶金結合在一起的風險。您通常可以聽到組件在卡（kǎ）住之前不久發出的吱吱聲。任何時候都可能發生磨損——從初的模具取樣到之後的100萬次循環。從機器操（cāo）作員到工廠（chǎng）經理（lǐ），每個人都應該知道這種聲（shēng）音的含義。及早（zǎo）發現磨損情況可以減少模具損（sǔn）壞的數量。

磨損和磨損解釋（shì）了為什麽人們對各種表麵塗層和表麵處理以及不同類型配合鋼的冶金相容性給予了很多關注。

韌性基本上是強度和延展性的結合，對於高大、獨（dú）立的（de）型芯以及具有（yǒu）尖銳內角的型腔很重要，因為成型壓力會導致（zhì）開裂。H-13具有很好的韌（rèn）性。S-7也不錯。

模具壽（shòu）命（mìng）降低的一些常見原因是由於（yú）生產車間的事故。戰壕中的人們將此類事件描（miáo）述為“崩潰”。常見的碰撞之一是凸輪不在位置上——通常（cháng）是在清潔分型線或移除零件之後，或者僅僅是因為凸輪固定（dìng）裝置太弱​​，凸輪滑出位置。當凸輪偏離位置時，角銷不會與凸輪上的孔對（duì）齊，然後——碰撞——它像樹枝一樣（yàng）折斷。如果角（jiǎo）銷碰到凸輪的頂部，通常沒什麽（me）大不了的。隻需更（gèng）換銷釘。但是，如（rú）果它（tā）擊中（zhōng）任何空腔印痕，那將結束生（shēng）產運行（háng），並且維（wéi）修成本要高得多。另（lìng）一種常見（jiàn）的碰撞類型是處理帶有一個吊環螺（luó）栓且沒有安全帶的模具。

任何時候都可能（néng）發生磨損——從初的模具取樣到之後的100萬次循環。

當一個大模具分成兩半掛在機器中時，可（kě）能會發生不常見但非常（cháng）嚴重的碰撞。如果其中一個半部意外地偏離了180°的位（wèi）置，並且由於模具無法關閉而設置人員（yuán）忽略了低壓（yā）設置模式（shì），那麽就會發生非（fēi）常糟糕的事情。有（yǒu）幾次，我看到一台成型機的液壓閥（fá）壞（huài）了（le）。模具全速關閉並震動了整個建築物。但幸（xìng）運的是，意外的模具崩（bēng）潰（kuì）是罕（hǎn）見的一次性事件。

真正（zhèng）的模具殺手——對於（yú）任何複雜的模具來說——是分型線飛（fēi）邊。當塑料或其他碎屑粘附在模具的分型線上（shàng）時，它會通（tōng）過（guò）留下（xià）壓痕或壓痕使模具變形。如果你（nǐ）想一想，當碎屑（xiè）夾在兩個平麵（miàn）之間並暴露在數百噸的夾緊壓力下時，它無處可去，隻能進去。

讓我們做一些簡單的數（shù）學運算。假設子澆口部分（fèn）留下1/16英寸。直徑分型線上的薄片。1/16英（yīng）寸（cùn）。直徑薄片的麵積為0.0031英寸2。模具在500噸的壓力機上。壓力=力÷麵積（jī），所以在（zài）這種情況下：

500噸÷0.0031英寸2=大約160,000psi。

P-20鋼的屈服強度約為125,000psi。1030和4130鋼的屈服強度約（yuē）為64,000psi。這個方程甚至不包（bāo）括由於移（yí）動壓板的關閉速度和動量而施加到碎屑上的附加力（lì）。圖3顯示（shì）了當施加的壓力遠（yuǎn）大（dà）於鋼的屈服強度時，澆口薄片對模具的影（yǐng）響。

如果注射或保壓壓力過大，或者合（hé）模（mó）壓力不足，塑料會試圖從型腔中滲出。這通常會導致空腔（qiāng）的邊緣銳利的周（zhōu）邊開始（shǐ）看起來像（xiàng）是有人在其（qí）上添加了一（yī）個小半徑。隨著時間的推移（yí），空腔周圍會出現越來越多的閃光。飛邊的問題是，一旦模具表麵出現凹痕，它就永遠（yuǎn）不會變好。它隻會變得更糟。它需要修複，並在次發現時確定和糾正根本原因。為操作員提供剃須刀片或其他工具來去除飛邊並（bìng）不是適當的糾（jiū）正措施。

Flash永遠不會變得更好。它隻會變得更糟。

雖然具有高抗壓強度的熱（rè）處理工具鋼確實可以延緩飛邊損傷的數量或嚴重程度（dù），但它不能使模具不受損壞。圖4顯示了由噴嘴串引起的預硬化28-32RockwellC模具的嚴重滾齒分型線。一般來說，工具鋼越硬，越脆。顯（xiǎn）然，在金（jīn）屬的物理特性方麵存在權衡。根據幾個因（yīn）素，您可能需要考慮使用更具延展性的材（cái）料，或製作備用（yòng）空腔組作為保險。

塑料的硬度以及（jí）模具的硬度可以決定模具損（sǔn）壞的速度和嚴重程度。如果熱襯套在P-20模具中使UltemPEI流口水，不久之後您就需要在分型線上磨掉千分之幾來（lái）清理它。我知道模具（jù）製造商故意將模芯提高0.005英寸（cùn），因為他（tā）們相信（xìn）在模具的使用壽命期間他們會多次研磨分型線。但塑料（liào）和鋼材（cái）的硬度並不是導致（zhì）飛邊的（de）因素。潛在原因的清單（dān）非常長。以下（xià）是一些較（jiào）常（cháng）見（jiàn）的：

劣質模具（jù）設計（jì）

劣（liè）質模具結構

模板厚度

不（bú）足支撐柱麵積不足

分型線釋放（fàng）不足

模具設置不當

鎖模壓力不足

鎖模壓力過大

型腔不平衡

加（jiā）工參數不佳

注射過多或包裝壓力

材料粘度（dù）低

排氣不足（zú）

排氣深（shēn）度過（guò）大（dà）

使用不幹膠標簽作為排氣孔

機器襯套磨損（sǔn）

機器壓板磨損（sǔn）

未對準

磨損關閉

磨料成型（xíng）材料

磨料填充物

噴嘴拉絲

副澆口剝落

粘附部件或流道

生鏽（xiù）或腐蝕

缺乏預防性（xìng）維護