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 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gffffffffffffffffffffffffggfg1-3-2标准的脱模角度是1/30-1/60(角度为10-20),有些精度要求较高的为1/

2、20-1/40 1-3-3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。1-5-3 附加肋条。肋条部分的肉厚应做成比母壁还要小,虽然一般其数值为50%-70%左

3、右,但是在勒条肉厚无法做得够大时,应该再增加勒条的数目,勒条应有足够的脱模角度,根部应加R角1-6:凸壳和凸缘1-6-1凸壳必须要有1/30-1/100左右的脱模角度1-6-2凸壳周围设置勒条,不但可以防止凸壳倾斜,而且可以防止充填不足的现象1-6-3孔的周围设置凸缘作为补强时,应设法使肉厚做到均匀一致1-7孔1-7-1孔的深度,盲孔时为孔径之4倍,贯穿孔为8倍以下的程度1-7-2将模销分割而配置属实可动侧和固定侧各一方,只要是做成由配置于两侧之模销对合而成的构造,就能增加模销的钢性,此时模销直径应设置0.3-0.5MM左右的段差1-7-3孔的间隔以及孔到边缘的距离,事先都要尽量加大1-8以螺

4、丝结合的方式1-8-1埋植配件(insert)即用带螺丝的配件放入模具内注射1-8-2螺丝套筒埋植(post screw insert)1-8-3自攻螺丝(self tapping screw)1-8-4超音波埋植与铆接1-9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

5、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A:应考虑与成形品之每模穴数,如一模多穴,首要的事乃是在熔融之成形材料注入各模腔的时候,要做到同步充填以及同步结束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

6、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

7、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3-1-3浇道形状和尺寸大小A:以成形材料及其相对应之流动性,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

8、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)A:竖浇道入口直径一般为3-6mm,赋予2-40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生龟裂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C:料头钩销同时担任冷料井(sl

9、ag gate)的任务,冷料井的深度相当于竖浇道下端的直径尺寸3-2-2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)具有较之射料管直

10、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呈圆环形状围绕着成形品,而以横载面较薄的环状浇口做为浇道与成形品之间的连系.3-2-8潜入式浇口(submarine gate)隧道式浇口(tunnel gate),此浇口在成形品自模具顶出之际,由于能够籍着设置于浇口附近之顶出销将浇口部份自动切断,而使得全自动成形作业变得容易进行.3-2-9针点浇口(pin gate)针点浇口的孔

11、越小,其残留痕迹越不显眼.使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.一模单穴模腔式模具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

12、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 slage)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

13、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3-5-5热硬化性塑料材料,由于黏度较高,排气槽的深度在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)0.05-0.0651.0-1.53.2MR

14、Z(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

15、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

16、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,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

17、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

18、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

19、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7-1-2-1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

20、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)/D D: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

21、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

22、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=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9-2-2-1 A形导

23、销主要是使用在直径对长度的比例数值较为长的情况下9-2-2-2 B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

24、的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800-10000C的高温,根据所须硬度,施行200-5000C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性10-1-

25、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的问题,因此必

26、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 cellulose CNNitro cellulose 硝酸纤维素ECEthyl cellulose 乙基纤维素CSCasein 酪素树脂EPEpoxy 环氧树脂EVAEthylene vinyl acetate 醋酸乙烯共重合体MFMelamine 三聚氰氨树脂PAPolyamide 尼龙PBTPoly butylene 聚丁烯PCPoly carbonate 聚碳酸酯PCTFEPoly chlorotri flouro ethylene 三氟化乙烯树脂PDAPPoly diallyphthalate 麸酸二丙烯树脂PEPolyethlene 聚乙烯HDPE高密度聚