塑胶模具结构设计

1、第一章:塑料成形品之设计要领1- 1:模具分模面（Parting line 简称PL）1-1-1分模面尽量设置于成形品外观上不明显的位置開開模方向II成直線而帶有階梯形狀的成形品分模面1- 1-4成形材料的流动方式 应该详细的加以考虑，浇口之类的位置要针对该部分和分模面的关系加以检讨1- 1-5考虑分模面与成形品自模具上顶出之机能相关联的问题1- 1-6重要尺寸切勿做成横切通过分模面的设计1-2死角部份(undercut)成形品一旦形成死角部位时，那就不得不把这个部份附加于别的结构(滑块)上1-3-2标准的脱模角度是1/30-1/60（角度为1-2）,有些精度要求较高 的为 1/20-1/41

2、-3-3不良的表面加工（特别是抛光作业）应给予足够的脱模角度是 非常必要的1-4成形品之肉厚1-4-1依成形品之钢性或强度做决定。1-4-2依塑料材料的流动性、成形效率、成形品外观做决定。1-4-3肉厚应根据材料不同而标准不同，一般应为0.83mm左右。1-5.成形品之补强及变形的防止1-5-1偶角处改成R角,R角不只是加在内侧，而且外侧也要加上去才好，改适度大小的 R角，因成形品之肉厚比例上的不同而会有若干的变动，一般是至少要在 0.30.5mm以上1-5-2增加肉厚和变化其形状。LULL口緣之補強盒狀成形品之補 強肋條T母壁平旦面(a )縮以如(b )之彎曲面予以補強七)母壁與肋條的厚度相

3、同時,會產生縮水，虽然一般其1-5-3附加肋条。肋条部分的肉厚应做成比母壁还要小(0.5(500-1/200数值为50%-70%左右，但是在勒条肉厚无法做得够大时，应该再增內側加上肋條內側加上肋條, 外側也加上高度 低的肋條广湘勒条的数目 J1-6:凸壳和凸缘,根部应加R角-:-2.5dH11-9文字，数字，记号 1-10皮革，木纹等纹饰加工（其中常见的方法为”化学蚀刻法”俗称咬花”）第二章:各种模具结构上的要点2-2-3无浇道式模具：在射料管与流道部位插入加热管（heater）而将此一部位加热，使流于此内之熔融树脂长久保存在能够流动而不使 之固结的状态，并且于每次的射料冲击中仅仅自其中取用该

4、成形 品所需之胶料份量2- 2-4热硬性塑料之射出成形模具，与热塑性塑料之射出成形模具互相比较之下，其相异之处是在于模具必须高温加热，而浇道和浇口比一般的要稍为大一些第三章浇道与浇口部位的构造3- 1浇道（runner）系统喷嘴-射料管-流道-浇口-模腔-排气口3-1-1相关于制作浇道和浇口的一般规则塑膠進入口之注入孔射出成型機澆口一點,設於長邊的中央時沿著模壁流速較快複雜交錯之2配向性澆口一點設於短邊中央時 向作用而拉伸 塑膠分子（實際是為澆道澆口之類厂腔部份r中心部份流速快(a)己成形材A：应考虑与成形良良料注入各雪的时候位FS形出成形之際，發生塑膠材料因為流動所致之分子配向作用三點澆口時

5、情形号模穴数事乃是在熔融之設置於平板上之澆口位置 與成形材料流動所致之變形要做到同步充填以及同步结束Ag防止因為成形材料之配向性而發生變形的設計例子B:以成形外观和机能为着眼点，尽量选择不显眼处和不防碍功能处C:以成形品的后加工为着眼点，如有可能开潜入式或针点式D对成形品残留应力方面的考虑，尽量选择在不受外力作用的位置甚至考虑设置在即使发生应力也不致酿成重大事故的位置E:以成形材料之配向性为着眼点F:以成形品之形状和尺寸大小为着眼点，大而长的成形品，有时虽为 一模一穴，如采用一点进胶，往往无法完全充填，增加数目浇口的同 时，也需注意熔合痕的问题G:留意成形品上会形成孔眼的部份，注意不使模销受到

6、自浇口处高速流入模腔之成形材料的直接冲击而弯曲，以致偏离原有的位置3-1-2浇道配置及浇口之平衡澆口部分之名稱度深的口澆A:将浇口之阶段部份的长度规制于一定的范围，并将其宽度和深度(即浇口之断面积)作应有之调整.B:对于规划配置使成形材料同时到达全部模腔之浇口方面的工作 也是非常重要的.C:尤其重要的是，无论如何都必须使自料管到模腔之浇口为止的距离应尽量均匀一致，并且力求缩短长度D:溢流标尺(over flow scale)的基本构造是在浇道未端适当的地方开一道大约宽6mm,深0.5mm的长沟槽，并在该沟槽的底面上每隔3mm作一道刻划aAArw.3-1-3浇道形状和尺寸大小A：以成形材料及其相

7、对应之流动性，成形能率之类的要点决定B:圆形之断面形状是最好的一种浇道C:浇道的尺寸越大成形材料易于流动，但冷却时间很耗时D:经验大致标准，较小的成形品为 3-5mm,较大时为6-10mm.E:含玻纤及热硬性塑料应该使用尺寸稍大一点的浇道3-1-4热硬化性塑料成形用浇道系统：热硬化性塑料比热塑性塑料 在熔融阶段时，其材料黏度显著地高出许多，材料硬化作用因化学反 映而自动持续地进行着，随着经过时间的延伸，最后会失去材料的流 动性,由于对材料流动的阻抗必须做到特别地小，而且浇道和浇口比起热可塑性塑料所使用者的尺寸要稍大一点3-2浇口种类3-2-1竖浇道（spru）以及直接浇口（spru gate）

8、A:竖浇道入口直径一般为3-6mm,赋予2-4的脱模斜度B：直接浇口的优点：流动性良好，充分发挥成形压力的的效果，使成形表面缺点较少，适合一模一穴和含玻纤（尤其含长纤）的材料.缺 点:浇口周围容易承受过大的压力，产生残留应力而导致成形品发bu&品管廢料料頭鉤銷子C:竖浇道下部应设有料头钩销(spru lock pin)用以方便自料管中拨出射料管之废料头D： ” Z形的料头钩销，虽然较易拉出浇道，但会产生断掉之问题，所以不易使用在全自动成形作业度寬口澆口澆澆道澆口長度= PL標準澆口(側面澆口)C：料头钩销同时担任冷料井(slag gate)的任务，冷料井的深度相当于 竖浇道下端的直径尺寸3-2

9、-2标准射料口，即侧浇口 (side gate).重迭浇口与侧浇口相比之下 因其浇口断面积较大的效果，有改善成形材料流动性的优点3-2-3搭接浇口 (tab gate)此种浇口常使用于流动性较差的成形材料 如硬PVC, PC ,PMMA.如此不但可以防止浇口附近因为残留应力 所引起之应变扭曲和龟裂，还能防止成形品在浇口附近产生喷痕3-2-4薄膜浇口 (film gate)此种浇口常使用带有强烈配向性之强化塑料，如pom ,pp和热硬化性塑料3-2-6圆盘浇口 (dish gate)隔膜浇口(diaphram gate)具有较之射料管H圓盤形澆口尺寸設計標準上:成品肉厚 (2.5-3.5mm)薄

10、膜閘門部分1薄膜澆口于浇口附近之顶出销业变得容易进行.澆道te)隧道式浇口 (tunnel gate),此浇口在薄膜澆口及扇形澆口潛入式澆口U.环形状围绕着成形品，而以横载面较薄的环状直径为大之贯穿窗孔，而在贯穿窗孔的四周低浅薄的圆板状浇口3-2-7环形浇口 (ring gate)使用于细长圆筒状成形品之浇口设置的情况中,此一类形状的成形品若是在圆筒侧面(中央部份)设置浇口时，成形品有时会在浇口的内侧呈现弯曲变形的情形.在这种状况下以辅助浇口的姿态浇口做为浇道3-2-8潜入式浇成形品自模具顶出之际澆口 澆道将浇口部份自动切断，3-2-9针点浇口（pin gate）针点浇口的孔越小,其残留痕迹越

11、不显眼.使模具在關閉狀態一 一肉厚之60%-80%fT 1 一徑直口澆模具打開澆口 被切斷的狀態具有兩次澆道之潛入式澆口用此浇口射出压力损失将会变大因而必要增高射出压力，一般而言孔径以0.8-1mm左右为标准.3-3.无浇道（runner less）方式的模具.3-3-1何谓无浇道模具：A. 模单穴模腔式模具a- 1延长射嘴方式 a-2前室射料嘴（蓄液井式）B. 一模多穴模腔式模具b-1绝缘浇道式b-2热浇道式3-3-2无浇道方式模具的特征A.优点a成形材料变小b充填时间变短，模具开闭冲程变短，而行程周期变短.c可全自动方式运转B：缺点a 模具构造复杂化 ,造价高b 温度范围狭窄 ,易引起材料

12、分解 ,尤其 pom , pc 应特别注意3-3-3 延长射嘴方式 ,此方式相对的使得浇道部分的温度上升,因而对于成形品的外观有不良的影响,同时导致冷却时间拉长 ,因此把射料嘴的后退动作而降低之模具方面的热传导导量作一适当的调 整.3-3-4前空射料嘴(蓄料井well type)方式3-3-5绝缘浇道方式(insulated runner)此形式的模具构造虽然简单，但是其浇道部份之温度稳定性恶劣,而且由于存在着浇口部位之温度控制困难 ,材料更换以及色更换非常耗费工时之问题 ,所以较 少使用此浇道3-4 冷料井 (Slage well)3-4-1冷却状态之残留着的成形材料，为冷料渣(cold s

13、lage)冷料渣若 与新的成形材料混合而一同进入模腔内,会产生流痕 (flow mark)而且强度亦会下降3-4-2 除竖浇道未端应设置冷料井外,浇道两端亦需做相同性质的冷料井冷料井3-5 排气道（air vent）3-5-1排气槽的深度约为0.02-0.03mm左右3-5-2选择在远离浇口部位和容易发生熔接痕的位置3-5-3凸壳端部无法排气时，可利用顶出销和销孔之间的缝隙来达到目的3-5-4浇道未端也应该设有排气槽澆口LLL.LLLTrtr-匸-空氣排氣道氣道模腔階段部3-5-5热硬化性塑料材料O利用多孔質金屬之排 氣設計例子排氣道截面積部d*.0mm口在圓周溝：深度0.5mm寬度16孔間隙

14、:模腔設置於PL面之排利用頂針之排氣道 道方式設計例子0.03-0.05mm 亦可材料树脂排气槽深度(mm)阶段部长度(L)mm宽度(w)mm尼龙0.0125-0.0251.0-1.53.2塑钢pom0.025-0.051.0-1.53.2GRZ(玻纤强化尼龙)0.05-0.0651.0-1.53.2MRZ(矿纤强化尼龙)0.05-0.0651.0-1.53.2热可塑性PE(玻纤强化)0.025-0.051.0-1.53.2第四章:成形品之顶出退料装置4- 1成形品之顶出4- 1-1顶出针(eject pin)顶针直径最小从书10-15mm.顶针所使用的数目及其配置方式，应依 照成形品构造和尺

15、寸大小来决定4- 1-2 脱料板(stripper plat)A脱料板通常是使用在成形品肉厚太薄而且深度又很深或者塑料的材质过于脆硬的情况 下B也使用在无论是以成形品外观或者是机能来说，都对于顶出针残留在成形品上的痕迹 有所困扰的情形C有时需要同时运用脱料板和顶出针以防止成形品变形4- 1-3空气顶出：由于成形缩收的作用而有紧包黏附在模心的倾向，再加上模心与成品之间 呈现真空状态，以致脱模更加困难，空气顶出的方式，是由剖料板和模心之间特别制作的 沟槽部位，向模心的侧面吹出压缩空气4- 1-4有螺纹之成形品的取出方法A将模具之螺纹成形部位制作成为分割式模具结构，此法螺纹部位会带有分模线之残留 痕

16、迹B模具之螺纹部份,以放入子(Insert core)为之,此法需配合人员的手工操作，做业效率差，无 法全自动成形C内螺纹成形品，使之模具之螺纹部份(或者是成形品本身)旋转，螺纹入子旋转方法大都是 在螺纹入子的尾端设齿轮4-2浇料头之顶出4-3二段式顶出这种方式由于两组顶出装置赋与不同的形程落差，在行进的速度上，行程较长的一方应该稍为放慢一些4- 4顶出板之早回装置 虽然有如此防止障碍的必要性，但是在早回装置中也有采用弹簧或是各种凸轮装置的情形第五章有死角之成形品的模具构造5- 1成形品外侧带有死角部位时5- 1-1利用滑块使之能够顺利脱模5- 1-2滑块端面的倾斜部位与止块的倾斜面紧密接合，

17、籍由锲合的力量使滑块保持固定的 状态5- 1-3以模块分割的方式5- 2 成形品内侧带有死角部位时 ,通常都很难以全自动射出成形的方式生产 第六章 模具温度之控制方法6- 1 热口可塑性塑料之成形用模具的温度控制6- 1-1 模具温度控制与成形效率 ,成形品质量等方面的关系6- 1-1-1 与成形性和成形效率的关联性 ,当模具的温度较高时 ,由于模腔内的熔融材料的流 动性变好 ,因此将处于非常良好的充填状态6- 1-1-2 由防止成形品变形的观点来看 ,不但要保持适当的模具温度 ,同时更重要的是务必 尽量使得各部位的冷却速度达到均一的温度6- 1-1-3 由成形品特性的观点来看a:模温过低，材

18、料充填时会很快的凝固，需提高射压，此时持成形品内部会有一部分有残留应力,残留应力过大成形品会发生龟裂与变形b:结晶性材料模具温度较高则结晶化程度越高，其物理特性也会比较好6- 1-1-4提高模温,成形品之质量越合理 ,降低模温,成形效率越高6-1-2 模具温度的控制方法6-1-2-1 在冷却环路中使用 ,水,油,多氯联苯等冷却用煤体 ,将模具温度循环保持在适当的温度6-1-2-2 可直接在模具外侧装设电热器或者把电热管直插入模具之中而进行模具的加温作用6-1-2-3 模具各部分的之温度的保持应尽量力求均一a:在模板开设多数冷却孔的时候，应该在接近料管的部位（温度最高的地方）最先通水之后, 再使

19、之向外循环b:在成形收缩率较大的材料时，应尽量沿着主要的收缩方向开设冷却沟槽，用以防止变形c:视模心之宽度余量程度，装设几个冷却管将会有更好的效果d:模心特别细长的时候，可通入冷却水或压缩空气6- 1-3 冷却水孔之直径因模具的大小不同从5-10mm 不等第七章 成形品之尺寸精度与模具构造7- 1 成形之尺寸误差是怎样产生的7- 1-1 与模具有关联的原因7- 1-1-1 模具各部份尺寸精度不够7- 1-1-2 组合时各零件之间产生间隙 ,以致在成形的时候造成错位的现象7- 1-1-3 除模具零件的加工精度和组合精度以外 ,模具构造所占的因素也较大7- 1-2 与成形条件或成形材料有关的原因7

20、-1-2-1 熔温,模温,射压,射速与实际成形条件有相当差距时 ,会产生成形品尺寸的误差7-1-2-2 模具的制作精度和成形收缩率的误差,是造成尺寸误差的最主要原因7-1-2-3 直接由模具决定尺寸 :由模具之单一零件 （模腔,模仁,滑块）的尺寸7-1-2-4 无法直接由模具决定的尺寸 :取决于多数零件之间的组合精度 ,并且与成形品的毛 头和成形操作方面有关联7-1-2-5 任何原因造成模腔和模心 （固定侧与可动侧 ）错位,则必然造成此尺寸产生变动7-1-3其他的尺寸 :成形品之角度和平衡度的误差 ,偏心,翘曲,扭曲,弯曲之类的变形量7-2成形品的收缩率7-2-1 热的成形品尺寸与常温状态时的

21、尺寸差称成形收缩率7-2-2 收缩份量会因材料种类 ,成形品形状和成形条件而产生差异7-2-3 以模具制作来说 ,必须以成形收缩的实际份量而将尺寸放大制作a=（D-M）/DD：为模具尺寸M:为常温成形品尺寸a:为成形收缩率 D=（1+a）*M7-2-4 成形收缩率也会因为填充材料或补强材的种类以及其配合量的多少而有所变化,一般来说 ,添加玻璃纤维填充材料者其数值较小7-2-4-1 成形品的形状与浇口设计的关系A: 成形材料与填充材料会出现配向性 ,配向性将因成形品形状或浇口设置方法的不同 ,而呈 现出各种不同的面貌 ,收缩率因此也会有不同的显现B: 以浇口面积来对应成形收缩率 ,通常浇口面积加

22、大 ,成形收缩率有变小的倾向7-2-4-2 成形收缩率与肉厚的关系 :成形品的肉厚增加时 ,其收缩率变大7-2-4-3 成形收缩率与成形条件的关系 ,如抛开模温与射压 ,成形收缩率与成形条件的关系 可就不是那么明显 ,模温越高 ,收缩率越大 ,射压越大 ,收缩率越小7-3成形品之标准尺寸精度7- 4模具的制度精度因所加工物品之形状和尺寸的种类（孔径,孔距,沟槽宽度等 ）以及所使用的工作机械性能而有种种差异第八章 模具工厂设备及模具交货期估计8- 1 模具工厂设备8- 1-1切削加工用设备（车床，铣床,CNC铣床,NC铣床）8- 1-2 研磨加工用设备 :平面研磨 ,成形研磨8- 1-3 刻模放

23、电加工机械8- 1-4加工尺寸量测设备 :光标卡尺,分厘卡,投影机,二次元,三次元8- 1-5 模具之修整和打光用的工具设备 :锉刀,刮刀,油石,粗砂,细砂,气动或是电动往复振动 式打磨机8- 2 模具交货期估算 :简易之交货期的决定方法加工日数二总加工时间/（3h*实际稼动率）实际稼动率 =总加工时间 /直接加工时间（一般为 91-95%）h=实际稼动时间=拘束时间-休息时间第九章模具之标准零件9- 1模座9- 2其他标准模具零件9- 2-1 标准模板 （上,下模板 上,下承板 上,下固定板 顶针板, 脱料板）9- 2-2 导销和导套9- 2-2-1A 形导销主要是使用在直径对长度的比例数值

24、较为长的情况下9- 2-2-2B 形导销则是与相同直径的导套组合配对使用9- 2-3 定位环9-2-4射料管（唧嘴）该半径R应要比射嘴先端之半径r大1-2mm左右,射料管的直径也要做 得比射料嘴的内径稍为大 0.5-1mm9-2-5 支柱主要是在因为承板无法增加厚度 ,而没足够的强度来支撑保持模块和模心用之 本体模板的时候 ,或者模脚之间的距离过宽的情况下 ,防止承板弯曲之目的而使用9-2-6 止动销（垃圾钉） :有异物侵入时 ,顶出板无法回到原来的位置 ,将会造成成形方面的问 题,止动销可清除此危机9-2-7 顶出针,如使用直径较细者或是使用长度超出强度者的范围而有折断时,则必须将靠近基部的

25、尺寸分段加大形成阶梯状，用以增加使用上的强度第十章模具制作上所使用的材料10-1模具用的材料10- 1-1模腔与模心部分：需考虑材料不得有龟裂，伤痕和针孔，异物，硬度不均,要求镜面时需 抛旋光性较好的良质钢料10- 1-2固持模腔与模心的部分，需相当的强度必须不能使之因为成形压力而产生翘曲或变 形10- 1-3相互楔合的部分（导销,导套，以及滑块）必须使用硬度较高而且不容易刮伤或相互之 间拉伤的钢料10- 1-4其他不太需要强度的部分用普通钢料即可10- 1-4-1淬火钢:加热至800-1000C的高温，根据所须硬度，施行200-500C之回火处理，钢料 淬火处理后，硬度增加的同时也会增进耐磨

26、性10- 1-4-2预硬钢（调质钢）:在容许加工的限度内，由钢材制造商事先施行热处理（调质）手续之 后的钢料10-1-4-3析出硬化钢（时效硬化钢）,透过运用一种称为时效硬化处理的特殊热处理手法，而得到所期望之硬度的钢料，由于本系列钢料是以真空溶解法所制造之无针孔与杂质的 良质钢料，因此在机械强度（轫性，引伸强度等）方面有极佳表现10-1-4-4氮化钢，增加钢料的表面硬度10-2其他因应各种特发性要求之模具用钢料10-2-1耐磨耗性钢料：生产有玻璃纤维的成形品之模具，必须使用高耐磨性的淬火钢料10-2-2耐磨蚀性用模具钢料PVC ABS POM 低发泡塑料,氟素塑料,难燃性塑料都有模具腐蚀方面

27、的问题，因此必须使用耐蚀性较好的材料10-3铍铜合金是在铜原料中掺入 2-3%之铍原素，经过析出硬化而的合金，硬度 HRC40-500 热传性良好10-4铝合金优异热传导性塑料材料缩写ABS(Acrylonitrile,butadiene,styrene)ABS 塑料AS(Acrylonitrile, styrene)AS 塑料CA(Cellulose acetate)醋酸纤维素CAB(Cellulose butyrate)丁酸纤维素CFKresol 树脂CMCCaboxy methyl celluloseCNNitro cellulose 硝酸纤维素ECEthyl cellulose乙基纤维素CSCasein酪素树脂EPEpoxy环氧树脂EVAEthyle nevinyl acetate 醋酸乙烯共重合体MFMelami ne 三聚氰氨树脂PAPolyamide 尼龙PBTPoly butyle ne 聚丁烯PCPoly carbo nate聚碳酸酯PCTFEPoly chlorotri flouroethyle ne三氟化乙烯树月旨PDAPPoly diallyphthalate麸酸一丙烯树脂PEPolyethle ne 聚乙烯