塑胶模具设计(初级).doc

塑膠模具設計(初級篇)一. 塑膠及塑膠製品塑膠模具是用來生產塑膠製品的工具,在設計製造模具之前.必須對各種常用塑膠的特性有充分瞭解和掌握.才能精確控制模具尺寸與塑膠件尺寸及成型條件之間的內在關係.才能設計出優秀的模具,常用熱塑性塑膠之特性如下:塑膠特性縮水率%排氣槽深度(mm)模具設計注意事項ABS(苯乙烯丁二烯丙烯睛共聚體)1. 非結晶性塑膠吸濕性強要充分乾燥2. 流動性中等注意結合線3. 宜用高料溫高模溫壓力較高0.4-0.50.010.031. 澆注系統阻力要小注意膠口位子大小2. 脫模斜度2以上HIPS(改性聚苯乙烯)1. 吸濕性小不易分解性脆易裂內應力2. 流動性好0.50.010.031. 壁厚一致圓角2. 脫模斜度2以上頂出平衡3. 澆口圓滑行式各異 PC(聚碳酸酯)1. 熔融沾度高須高溫高壓2. 易應力裂痕3. 較硬易損傷模具4. 不易出現溢料5. 有一定機械強度尺寸穩定耐熱透明有自滅性耐燃燒無毒0.40.60.020.031. 高溫高壓成型2. 充分乾燥3. 分流道內澆口阻力小4. 壁厚一致避免金屬鑲嵌PP(聚丙烯)1. 成型性優良2. 易彎曲變形3. 耐衝擊機械強度高1.22.00.0050.031. 絞鏈產品澆口設計2. 注意縮孔變形硬PVC(聚氯乙烯)1. 熱穩定性差流動性差2. 成型與分解範圍相近停機易分解3. 腐蝕模具(氯氣)4. 外觀易老化變壞0.70.010.031. 控制料溫2. 分流道內澆口阻力小3. 模具表面處理(鍍鉻)POM(聚縮醛)1. 易分解2. 澆口處易出現料痕3. 收縮大易縮孔變形4. 未冷卻便可取產品1.82.50.010.021. 分流道內澆口阻力小防料痕與氣孔2. 須治具3. 須控制成形條件溫度NYLON(尼龍)1. 沾度低流動性好易溢邊2. 收縮率不穩定3. 易沾模4. 熔融前很硬易損傷模具螺桿1.52.50.0050.021. 防溢邊精度高2. 防止縮孔注意頂出機構3. 注意流綖PBT(聚對苯二甲酸二丁酯)1. 電氣性能佳2. 流動性好有光澤3. 抗油性、抗化學品性能優良。1.52.00.0050.0151. 模具精度高注意溢邊2. 注意控制模溫AS1. 流動性成型性好2. 產品易裂3. 不易溢邊0.40.50.020.041. 注意脫模以防裂紋2. 避免側凹脫模斜度1以上PMMA(聚甲基丙烯酸甲酯)1. 流動性差易產生流痕高壓成型2. 光學產品須注意透明度及樹脂分解0.40.50.020.031. 脫模斜度盡可能大2. 控制料溫模具溫度3. 澆道必須利於料流流動在實際研發和生產中,產品設計師與模具設計師往往不屬於同一人,這就造成各人會按自己的立場去設計完美自己的產品.如果兩者在各自領域不是很瞭解,將有可能設計出來的產品在模具結構和製造工藝上造成不可行性.塑膠製品的設計不僅要滿足使用要求,而且要符合塑膠的成型工藝特點,並且盡可能使模具結構減化.這樣可使成型工藝穩定,保證塑膠製品的質量,又可使生產成本降低,設計時考慮如下:1. 塑膠的性能 塑膠的物理力學性能和工藝性能2. 成型方法 要視具體的成型工藝來確定設計方案3. 模具結構和製造工藝 有利於模具結構的簡化和製造設計內容主要包括: 幾何形狀 尺寸精度 表面質量幾何形狀: 形狀 肉厚 脫模斜度 加強肋 支撐面 圓角 孔 螺紋 嵌件1. 形狀 盡量避免側壁凹槽或脫模方向垂直的孔,設計成球面或帶凸緣形狀可提高強度與剛性.2. 肉厚 滿足使用和成型條件,力求勻稱,以防內應力.3. 脫模斜度 為便於脫模,其大小與塑膠性能,縮水率,形狀,肉厚有關.注意:(1) 精度要求高,尺寸較高部位脫模斜度較小.(2) 形狀復雜,不易脫模處脫模斜度較大.(3) 一般母模側斜度比公模側脫模斜度大.方向: 內孔以小端為准,外形以大端為准,脫模斜度不包括在產品公差範圍內.4. 加強肋 可確保產品的強,度剛度,又不至於使產品的厚度過大.在適當位置設置可避免塑件變形改善料流方向.5. 支撐面 凸邊或凸點為支撐面,可增加產品剛度和平穩度.6. 圓角 在轉角處盡可能採用圓弧過渡,可避免應力集中,提高產品強度,改善料流狀況及便於脫模.一般外半徑R1=1.5肉厚 ,內半徑R=0.5肉厚.7. 孔 通孔,盲,螺紋孔,不影響產品強度,形狀簡單,簡化模具製造工藝.須注意孔與孔,孔與壁之間間距.8. 螺紋 可直接成型,也可成型後機械加工.對經常裝卸或受力較大之螺紋採用金屬鑲嵌件.注意: 外螺紋牙型不宜過細,直徑不宜小於4MM,內螺紋牙型不宜小於2MM,牙距須考慮收縮率.螺紋始端和末端須設計過渡長度,以防崩裂變形.9. 嵌件 在產品中鑲入金屬或其他材料形成不可卸連接,可提高機械強度及耐磨性,保證電氣性能,增加產品形狀及尺寸的穩定性,提高精度.注意:包裹層不可太薄,必須保證鑲件在模具內固定的牢靠性.尺寸精度: 材料縮水率和模具製造誤差是主要因素1. 成形材料成形條件 2塑件形狀 3模具 主流道尺寸 料流方向 分型面 模具製造誤差及磨損 4成型後的條件 測量誤差 存放條件表面質量: 黑點 白點 條紋 縮水 氣泡 色差 光澤性行(鏡面) 粗糙度(蝕紋) 文字 二. 一般塑模設計及加工 塑膠模具之設計與製造,是一種高度專門化的技術範圍.一個模具師在他的工作範圍內要熟練的話,需要經過幾年的刻苦磨練.在塑膠工業開始要蓬勃發展之時,熟練模具人才之缺乏就已經是一個嚴重的問題.現在想要在這方面一展抱負之模具人才,依然有多數就業機會在等他.因模具是一精密昂貴的設備,同時從設計到加工完成.須數月時間.而每一套模具的設計,都要因產品的需要而作靈活運用,因此其結構上的每一細節,都須仔細考量和詳加研究.假如現在我們接到一項開模通知單,將如何來展開開模動作呢?下面我們就一起一步一步來學習:1.一般塑模結構簡介: 首先讓我們來瞭解一下一套模具的基本結構(附模型)及作用(口述),如下圖:模具的幾個常用名詞:1. 溶注口或水口(sprue)塑膠由此進入模腔內,亦稱主流道.溶注口瀙套連接噴嘴與模具,已形成標準件.有些母模板較薄的模具,不須瀙套,直接在模具上鑽出溶注口.2. 冷料穴(cold-slug well)噴嘴最前端的熔融塑膠溫度較低,形成冷料渣.在進料口的末端公模仁上開設洞穴,以防止冷料渣進入模腔,造成堵塞流道.減緩料流速度,產品上形成冷料痕結合線.為了開模時從瀙套內拉出冷凝料,一般在冷料穴末端設置拉料桿(頂針上).3. 分流道(runne) 分流道是主流道的連接部分,是塑膠流入模腔的通道,它可在壓力損失最小的條件下,將主流道內的塑膠以較快的速度送到澆口處,其主要類型有:圓形.半圓形.矩形.梯形. 要求分流道的表面積或側面積與其截面積的比值為最小.4. 柵門(gates)亦稱澆口,是分流道和型腔之間連接部分,也是澆注系統的最後部分.其作用是使流道內熔融塑膠以較快速度進入模腔.型腔充滿後澆口能很快冷卻封閉,防止型腔內未冷卻料回流.其類型.位置.形狀.多種多樣.主要有:盤形.扇形.環形.點狀.側進膠.直接進膠.潛伏進膠.5. 排氣槽(vent)當模具完全閉合時,模腔與澆道內充滿空氣.注射時必須將空氣排出模具以外,否則將產生燒焦,填充不滿,毛邊,氣泡,銀線等不良.排氣槽的形式,大小.深度因材料和模具結構不同而異(如上表),其方法主要有:分模面排氣法,頂針排氣法,鑲件排氣法,水路排氣法,真空排氣法.6. 頂出系統(Ejection device)是將產品從模具上脫出之裝置,亦稱脫模機構.是模具的重要組成部分,其形式和推出方式因產品形狀,結構和塑膠特性有關,其零件有頂針,推板,頂出塊,斜梢,司筒,油缸或氣缸,齒輪等,它與模仁之間是間隙配合,表面積盡可能大,設在不影響外觀和功能處,注意脫模平衡.7. 模穴模仁(Mold cavity)模穴是在模板上挖框,以便埋入模仁,主要是節省材料和加工方便方面考慮.有些分模面斷差大的模具母模側,會不挖模穴直接在模板上加工產品部分.模仁主要指模具的產品部分,其精度,材質要求比模胚部分要高,其形狀,形式對不同的模具有不同的要求,為整套模具最重要部分.8. 模具鋼(Mold Steel)一套模具外觀看似乎都是一樣的鋼鐵,其實它的各部位因要求不同必須使用不同之材質,模具鋼之選擇對模具壽命,加工性,精度等影響很大.模具鋼材料因模具之構造塑膠產品要求不同而異.選材要求主要如下:1. 采購容易2. 機械加工性優良3. 耐磨,耐腐蝕,耐熱性好4. 組織細密一致,無針孔等內部缺陷5. 適合熱處理變形小6. 經濟,降低成本又能滿足使用要求模具與成型設備之關係模具要生產,必須架設在相應的成型設備上才能發揮其作用.所以從廣義上講,模具也是成型機的一個組成部分.兩者之間相輔相成,互為關聯.在模具設計中必須瞭解此模具生產中適用機台之相關規格.才能設計出符合要求之模具:1. 注射機型號及生產廠商2. 最大注射量3. 最大鎖模力4. 噴嘴球面半徑及噴嘴孔徑5. 定位孔直徑6. 頂桿間距座標7. 閉合高度(最大最小)8. 注塑機能配合的脫模方式9. 注塑機開模行程及開距10. 其他相關要求模具設計思路一套模具的好壞,可以說一半取決於設計.而一套模具設計的好壞,牽涉面極廣,除了要求設計者有豐富的模具方面理論知識和經驗外,對設計前的周詳檢討與思考也同樣重要:1. 瞭解產品圖-是否具備開模條件:脫模斜度,收縮變形,能否頂出.2. 確認產品材質-塑膠材料種類繁多,確定材質以決定收縮率,瞭解流動性以決定注口及澆道設計.3. 模具材質-根據不同之塑膠及產品要求,來正確選擇模具鋼,以便達到品質及模具壽命要求,這要求設計者對塑膠和鋼材有足夠瞭解.4. 成型機規格-瞭解夾模壓力,注射容量,裝模高度,定位環尺寸,噴嘴半徑,托模孔位置.5. 模穴及其排列-由產品的投影面積,形狀,精度,產量及效益來確定.各方面互相協調制約,多方面考慮來達到一最佳組合,並確定模胚和標準件.6. 澆道方式-熱澆道,絕熱澆道,無澆道,直接進膠(二板模),間接進膠(三板模)及其他方式.7. 澆口方式-種類繁多,因需求而異,須注意澆口是否有外觀要求及流動,平衡,結合線,排氣等問題,.澆口型號尺寸是否足以充滿整個產品.8. 分模面-為模具設計重要環節,由設計師靈活運用,須考慮產品外觀,頂出方式,模具加工等9. 模仁-須考慮外觀,加工方式,模具強度,脫模方式,冷卻方式,流動性,排氣等問題.10. 側凹-有滑塊,油(氣)缸,馬達,斜梢,強行脫模及其他特殊方式,此部分變化最多,最復雜之設計.11. 頂出-多種方式,頂針.扁梢.司筒.托板.滑塊.二段頂出.油(氣)壓.注意脫模平衡,模具強度,外觀,功能,冷卻效果.12. 排氣-對保證產品品質至關重要,利用多種形式進行排氣,注意防止產品真空吸附及模具拉不開.13. 冷卻-冷卻對模具生產影響很大,而設計工作較繁雜,既要考慮冷卻效果及冷卻一致性,又要考慮冷卻系統對模具整體結構的影響.14. 加工方式-所有模具設計都須確實考慮模具加工可行性,才有實用價值.否則將脫離現場模具製造經驗而成為一次失敗的設計.15. 模具圖-按上述構思進行繪製模具圖,含組立圖,零件圖及相關之加工用圖.在繪製過程中進一步完善模具各系統之間協調,以趨完美.16. 校對審核-模具設計完成,必須協同客戶及相關人員進行校對審核,以對總體結構,加工可行性及繪圖過程中的疏漏作一全面檢查,徵求客戶意見,避免因設計失誤造成模具製造和使用困難,甚至報廢.模具加工常識一套設計再好的模具,如果在加工時不能達到設計要求,將嚴重影響整套模具之質量和壽命.這是現場模具師的責任,也是設計者必須瞭解的加工可行性重點.根據模具的難易程度,我們必須選擇不同的加工方法來達到加工效果,總體來說,可分為傳統加工和特殊加工:傳統加工銑削,車削,磨削,鑽削,氬焊,鉗工,一般熱處理等.特殊加工火花放電,線切割,CNC加工,化學腐蝕,雕刻,鐳射,特殊熱處理,表面處理電鑄電鍍壓鑄等.模具的加工過程,要靠加工者豐富的現場經驗和熟練的操作技巧及先進的設備來保證.它可以引深為另一門專業學科,對於我們設計者來說,不要求精通每一個加工過程和細節,但必須結合工廠實際,清楚每一種加工工序,充分瞭解加工可行性,才可在低成本下設計出符合要求之模具.避免因模具設計缺陷造成模具質量問題.模具設計規範表客戶公司名稱地址交貨地點產品品名材質收縮率顏色透明,不透明,色名成品單重克成品投影面積成型機成型機廠商形式立式,臥式,直角式,轉盤式,偏心式,雙(多)色式射出量克合模力噸托模孔間距標準頂桿直徑毫米裝模高度 毫米(最大,最小)定位環孔孔徑毫米噴嘴孔徑毫米噴嘴端R毫米模具構造模具構造形式二板式,三板式,二次分模,無流道,特殊構造模穴1, 2, 4, 8, 16分模面單分模面,復雜分模面頂出頂針,剝料板,司筒,氣(油)缸,斜梢,滑塊,復合式,二次頂出流道一般,絕熱,加熱,圓形,U形,梯形,方形,半圓形噴嘴一般,加長,絕熱,內部加熱澆口側狀,潛狀,點狀,扇形,凸狀側凹斜梢,滑塊,油缸冷卻或加熱冷凍水,模溫機回位強迫,彈簧,油缸,拉桿,其他其他資料特殊加工放電,線割,電鑄,壓鑄,電鍍,蝕紋,雕刻模具主要材質718.NAK80.P20.SKD11.SKD61.S55C.熱處理淬火,回火,退火,氮化,碳化,調質實物(樣品)圖面(圖檔)2D. 3D試模T1 T2 T3模具尺寸長X寬X厚模具重量公斤模具價格成本價.商品價模具壽命1萬，10萬，30萬，50萬，100萬模具設計檢查表注意事項品質模具材質,硬度,精度,構造,是否符合要求產品1. 塑膠的流動,收縮,結合線,裂紋,脫模斜度,流痕等關係產品外觀事項2. 在產品功能,外形等容許範圍內盡量簡化加工3. 收縮率計算是否得當,是否會變化成型機1. 注射量,射出壓力,合模力是否充分2. 模具能否正確安裝於成型機上3. 產品從成型機上取出是否順利4. 成型機噴嘴與模具定位環瀙套是否能正確接觸5. 頂出系統是否正常分模線1. 位置是否適當,是否容易長毛邊,開模時是否沾模2. 是否對模具加工,產品外觀有影響頂出機構1. 頂出方式對產品是否合適2. 位置是否理想,數目是否合適,脫模是否平衡3. 剝料板是否易卡住模心溫度控制1. 溫控器能量是否充分2. 冷卻回路的大小,位置,數量是否合適3. 冷卻介質是否合適側凹處理1. 方法是否合適2. 側向機構是否會與頂出,回位機構干涉流道澆口1. 形狀是否合理2. 位置,大小是否合適3. 主流道,橫流道尺寸,形狀是否合適裝配圖1. 模具大小,強度是否適當2. 模具各相關零件配置是否合適3. 裝備圖的繪製是否明確合適4. 各零件是否注明裝配位置5. 必要零件是否全部記入6. 必要的規格欄,標題欄是否明確標明零件圖1. 零件號,名稱,數量是否正確記入2. 必要時是否使用標準品或市購品3. 配合公差,表面精度,粗糙度是否明確標示4. 精度要求高的部分是否考慮再修正之可能5. 是否有不必要之過剩精度要求6. 模具鋼材的選用是否適合零件的機能7. 是否以注明熱處理,表面處理及表面特殊加工之要求8. 模仁及基準是否已標明9. 各零件之加工方法是否已注明圖紙表示1. 現場作業者是否能看懂圖面的標示2. 圖面是否重複或有欠充分尺寸1. 現場作業者是否無須再作計算2. 文字,數字,尺寸,標注位置是否明確合適加工考慮加工考慮1. 檢討加工方法是否適合模具結構2. 是否可能而且容易,如可能但加工極難,可否變更設計3. 特殊加工及工程指令是否充分4. 對加工與裝配之基準是否已標示5. 是否考慮熱處理等加工引起的變形模具檢查表 檢查部位項目檢查部位項目產品部分1. 表面質量2. 鉗工修正3. 合模面4. 斜度5. 肉厚6. 形狀側凹1. 滑動配合2. 滑動行程3. 定位裝置4. 斜梢與斜梢孔配合流道1. 尺寸形狀2. 表面光潔冷卻系統1. 水壓試驗2. 位置大小數量注道1. 與噴嘴接觸2. 孔徑溫控器1. 與模具的嵌合2. 位置數量能量3. 絕緣電阻試驗澆口長寬深分模面1. 表面加工2. 間隙配合導柱1. 與導套配合間隙2. 配合有效長度模胚1. 外觀2. 托模孔徑與孔距頂出機構1. 動作情形2. 頂出行程3. 頂針配合間隙4. 回針配合間隙其他1. 模具標記及基準2. 吊環孔3. 各部定位塊4. 圖面要求的其他事項三, 試模與維護試模產品的品質與成型機性質,模具設計及加工成型條件有關,其中一項不當時,