塑料精密注射成型模具設(shè)計的七個要點

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       隨著電子,、電信,、醫(yī)療,、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展,，對塑料制品的高精度,、高性能要求與日俱增,，精密注射成型要求制品不僅具有較高的尺寸精度,、較低的翹曲變形,，而且還應(yīng)有優(yōu)異的光學(xué)性能等.注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技術(shù)水平,，生產(chǎn)出高精度的塑料制品,，創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品，模具的設(shè)計是重要環(huán)節(jié),。
4 g# D- E; p( h$ F, o4 K# ~　　在精密注射成型設(shè)計中,，除了應(yīng)考慮一般模具設(shè)計事項外，還要特別考慮如下事項:
　　1)為了得到所要尺寸公差的制品,，要考慮適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绻�差�?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動,；3)要考慮防止產(chǎn)生成型變形；4)要考慮防止產(chǎn)生脫模變形,；5)要使模具制作誤差最�,。�6)要考慮防止模具精度波動,；7)要考慮維持模具精度,。
5 L7 h. ]) G, h7 D" i  P　　1,、適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绾凸��?font class="jammer">: y3 k& C1 ^4 Y* j5 V' x/ J, C
　　1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關(guān)連
　　繪出制品圖，考慮模具設(shè)計,、模具制作和成型過程,。
. N- h& R# y! X　　首先可從制品圖面尺寸求模具圖面尺寸。按此模具圖畫尺寸制作模具,，得到模具的實際尺寸,。用此模具可得到成型的制品，得到制品實際尺寸,。間題是此實際尺寸如何在圖面所要尺寸公差內(nèi),。
　　1.2適當(dāng)?shù)氖湛s率
) V+ O, ^  {+ o5 p　　如上所述，即使在用同一顏料的同一樹脂中,，收縮率也因成型條件不同而異,。在精密成型中，收縮率變化程度要小,，預(yù)計收縮率和實際收縮半要盡可能無差異,。主要是采用整理以往的類似制品的實際收縮率來推定收縮率，也有用實驗?zāi)Ｇ髮嶋H收縮率,，再經(jīng)修正,、設(shè)計制作生產(chǎn)模的情形.
: G" `4 h0 G4 \9 {　　但完全恰當(dāng)推定收縮率幾乎是不可能的，不可避免地要在試成型后修正模具,。修正結(jié)果,，凹部將增大尺寸，凸部將縮小尺寸,。因此,，對凹部尺寸，將收縮率設(shè)在小值,，對于凸部尺寸將收縮率設(shè)在大值,。齒輪外徑尺寸變大時不能嚙合，變小時僅齒隙變大,，所以要將收縮率設(shè)在小值,。
) `) t, ^( T0 ]9 \' S0 u# o　　2、防止產(chǎn)生成型收縮率波動
　　精密注射成型,，必須以確實可按所要尺寸制作模具為前提,。然而，即使模具尺寸一定,，制品實際尺寸也因?qū)嶋H收縮不同而異.所以在精密注射成型中,，收縮率的控制是十分重要的.模具設(shè)計的合適與否支配收縮率，還因樹脂批次不同而異,，若改變顏料,，收縮率也產(chǎn)生差異,。因成型機(jī)不同，成型條件的設(shè)定,、再現(xiàn)性以及各成型周期的動作有波動,，對實際收縮率產(chǎn)生波動等，因而收縮的控制是困難的.
7 [& _: @$ L( M1 _7 N3 i4 C2 ]6 t　　2.1影響收縮率的主要因素
9 h3 n9 o: t' T) _; }& O　　模具尺寸可由制品尺寸加上收縮率求得,，所以在模具設(shè)計時,，需要考慮收縮率的主要因家。影響成型收縮率的主要因素有(1)樹脂壓力,，(2)樹脂溫度,，(3)模具溫度，(4)澆口截面積,，(5)注射時間,，(6)冷卻時間，(7)制品壁厚,，(8)增強(qiáng)材料含盆，(9)定向性,，(10)注射速度,。這些影響因樹脂和成型條件等項目的變化不同而異。
　　(1)樹脂壓力
9 J# c6 C6 |  ^3 J　　樹脂壓力對收縮率影響很大,，樹脂壓力若大,，收縮率變小，制品尺寸則大,。即使在同一模腔內(nèi),，樹脂壓力也因制品形狀不同而異，因此產(chǎn)生收縮率差異,。在多腔模的場合,，各模腔內(nèi)樹脂壓力容易產(chǎn)生差異，結(jié)果各模腔的收縮率也不相同,。
' s9 d% V' e6 C7 x9 _# T　　(2)模具溫度
& C' s2 |" j3 x% W/ A　　無論是非結(jié)晶性樹脂或是結(jié)晶性樹脂,，模具溫度若高，收縮率則變大.精密成型要將模具溫度維持在特定溫度,。在模具設(shè)計時,，必須注意冷卻回路設(shè)計。
. c, _. o1 n( A! Y) F- A　　(3)澆口截面積
; l7 ?$ S! o3 n1 i6 i* S3 h$ e: F　　一般說來,，改變澆口截面積時,，收縮率也變化.收縮率隨著澆口尺寸變大而變小，這與樹脂的流動性有關(guān),。
% N( E  h6 e2 A# F. B2 ~　　(4)制品壁厚度
( K; {/ h, N: E% F3 P" V　　制品壁厚度也影響收率.對于非結(jié)晶性樹脂,，因樹脂對壁厚的收縮率影響傾向不同,，壁厚大，收縮率也大,，反之,，收縮率變小。而對于結(jié)晶性樹脂,，必須避免壁厚變化特別大,。在多腔模的情形，如果模腔壁厚有差異,，收縮率也將產(chǎn)生差異.
　　(5)增強(qiáng)材料含量
　　用玻瑞纖維增強(qiáng)樹脂時,，加玻纖量愈多，收縮率則愈小,，流動方向的收縮率比橫向收縮率小,，根據(jù)樹脂其差較大，為了防止扭曲飛翹曲,，必須考慮澆口形狀飛僥口位置和澆口數(shù).
4 O/ u6 D8 @' v3 c8 m  J. D　　(6)定向性
　　定向性雖有較大差異,，然而對所有樹脂都存在定向性。結(jié)晶性樹脂的定向性特別大,，由于壁厚和成型條件而有差異,。
( |7 C$ u3 j8 F* n3 T! g　　此外，還有產(chǎn)生成型后收縮,。影響成型后收縮的主要因素有①內(nèi)部應(yīng)力緩和,，②結(jié)晶，③溫度,，④濕度.
+ x5 ?9 p7 P0 g$ k' O6 B　　2.2可采取的措施
$ D; Z) F3 h6 R  v# H& N　　(1)流道,，澆口平衡
: d% p( n+ m0 Y" D( X7 ]　　如上所述，收縮率因樹脂壓力變化,。在單腔模多點澆口以及多腔模的情形,，要同樣進(jìn)行充模，就要進(jìn)行澆口平衡,。樹脂流動與在流道中的流動阻力有關(guān),，所以在取澆口平衡前最好取流道平衡。
　　(2)模腔排列
, \  j1 {1 \5 y5 l" c$ f5 S　　為了使成型條件的設(shè)定容易,，所以需要注意模腔排列,。由于熔融樹脂將熱帶入模具，在一般模腔排列的情況下,，模具溫度分布呈以澆口為中心的同心圓狀,。所以在選擇多腔模的模腔排列時，既要易取流道平衡，又要取以澆口為中心的同心回狀排列.
0 Z+ f/ M8 }+ `2 F0 Z3 m　　(3)精密注射成型的冷卻回路設(shè)計
　　如上所述,，模具溫度對收縮率影響很大,，同時，因時間不同溫度變化,，多腔模各模腔的溫度差也難以避免,，所以需要注意冷卻回路設(shè)計。
　　從熱交換效率來看,，冷卻液的流動應(yīng)為紊流,，冷卻回路最好設(shè)為串聯(lián)的折流板式。
* P) F( F  n, o' D) [1 [　　在回路設(shè)計中,，型腔與型芯應(yīng)帶出的熱量也不同,，熱阻力也因回路構(gòu)造不同而異，入口水溫在模腔與型芯產(chǎn)生較大差異.因此,，精密成型模具的冷卻回路為型腔與型芯分別設(shè)計,，用分別的溫調(diào)機(jī)進(jìn)行溫度控制。
$ U. J8 k" M0 P! h+ L: |　　3,、防止產(chǎn)生成型變形
　　成型變形產(chǎn)生的原因是在不均勻的收縮下有內(nèi)應(yīng)力,，所以需要防止不均勻地收縮。
; d& v6 X, J& H  f1 ?; X　　(1)澆口數(shù)
( N( n5 r5 W3 O0 @5 ^7 W1 |' \　　在齒輪中心有孔的圓形制品的情形,，必須在中心設(shè)澆口.然而在樹脂的流動方向與垂直方向收縮率有較大差異時,，卻有產(chǎn)生橢圓的缺點，在需要更高精度的圓度時,，需要設(shè)成3點或6點澆口。但需要充分注意各澆口的平衡,。
/ A/ ]: p7 ~5 F　　在使用側(cè)澆口時,，3點澆口將使圓筒狀制品內(nèi)徑增大，在外表和端面不允許澆口痕跡的情形少使用內(nèi)側(cè)多點勻分澆口,，可以得到良好結(jié)果,。
　　(2)澆口形狀和位置
　　需要根據(jù)制品形狀選用適當(dāng)形狀的澆口。圖置表示澆口形狀和位置對變形的影響,。
; Q3 D3 `2 X6 H% c　　4,、防止脫模產(chǎn)生變形
　　精密制品一般較小，制品壁厚較薄,，有的還有許多薄筋,。棋具設(shè)計必須考慮使制品不變形，而且可適當(dāng)脫棋,。
　　對于收縮率較小的樹脂,，當(dāng)成型壓力高的情形，需要注意制品易留在模腔內(nèi).用收縮率小的樹脂成型齒輪時，齒輪部分模腔最好設(shè)計在頂出一側(cè)的模板上,。
; i! L8 l" y8 t# V　　在用頂銷時,，濡要注意無變形的頂銷數(shù)和頂壓位置。帶孔齒輪需要芯銷,，這時為了有助于在頂出時平行頂出,，而需要設(shè)置頂出側(cè)模板上。
　　對于角狀制品,，可以使用沖孔模板頂出,，用這種模板頂出可以防止產(chǎn)生變形。
4 g7 h/ {5 {6 Q- @  l　　一般精密制品拔模斜度較小,。為了減小脫模力,，而需要鏡面加工，研磨方向必須為拔模方向,。要按拔模方向設(shè)容易研磨的分塊型芯,。
　　5.最小的模具制作誤差
　　5.1按所要加工方式的適當(dāng)?shù)哪＞邩?gòu)造
4 }& T5 k8 {- n* f　　為了得到所要精度的制品尺寸，必須有相應(yīng)的模具尺寸,，而模具需要有極高精度的加工,，又受精加工機(jī)械限制。
; [$ |6 z4 E  d( e* B　　為了維持模具精度,，需要耐磨性高,，為此需要采用淬火，用磨床及電火花加工機(jī)床加工淬火模具的精度可達(dá)0.01毫米以內(nèi),。
　　由于用平面磨床無法加工封閉槽形,，可選用】形，但因】形強(qiáng)度差,，需要采用如圖2的增強(qiáng)措施,。
7 n1 f7 X4 l2 F  N  O( w. o　　用電火花加工機(jī)床彤模加工時，必須注意電極端的磨損變大,。加工圖3的齒輪用模腔以及用鋼絲電火花加工機(jī)床加工時,，應(yīng)盡可能設(shè)計能夠貫通加工的構(gòu)造。
　　從防止磨削變形和縮短加工時間方面來看,，要選定淬火變形少的鋼材,，而且要設(shè)計為淬火變形少的形狀。形狀復(fù)雜時,，悴火冷卻不易均勻,，易產(chǎn)生淬火變形。
　　5.2總分割式模具
6 D5 g2 J0 i7 w+ ~0 J! L　　為了將淬火零件加工成較高精度,，要使用磨床,。因此，需要采用鑲件組成分割式模具。這種模具有如下特征:
　　(1)因為可選擇適當(dāng)材料,，所以能夠使用適當(dāng)硬度模具材料,。
5 b  s, P4 `4 X) O& s3 X: N9 R　　(2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。
: l8 k: K( ]) G' D7 |( P　　(3)能夠分別熱處理,，所以容易設(shè)定熱處理條件,。
　　(4)能夠使用鏡面加工性良好的模具材料，鏡面加工操作也容易,，所以能夠提高鏡面度,。
# j7 c$ d' J( Q5 g; }) T6 L　　(5)因為容易按拔模方向研磨，所以有利于采用拔模斜度小的模具,。
　　(6)由于硬化,，可延長模具精度保持時間，模具壽命長,。
　　(7)容易設(shè)在任意位置排氣,，所以充模容易。
/ v- C+ ~+ ?2 J* T: f　　(8)磨削加工容易,。
　　(9)能夠提高模具零件精度,，所以可能提高制品精度。
　　(10)可在較小的公差內(nèi)制作備模腔和型芯,，所以部件互換性高,，容易維修。
+ U# S7 f5 B) U. C　　(11)因為以磨削加工為主體,，所以加工效率高,。
　　(12)零件數(shù)多，需要極大提高各零件加工精度,。
; M$ f; M+ H, B) G+ G8 `　　(13)局限于特定加工方法,。
+ q* a" u' [6 K" y  `2 d& F- g' \　　(14)采用完全淬火。
* X; [1 U5 k) p5 E3 Y　　5.3總分割式模具設(shè)計方面的注意點
　　關(guān)系精度和各部件所要精度必須從所要制品精度逆運算決定,。
　　因為分割數(shù)愈多，積象誤差愈大,，愈要提高加工精度,，所以分割數(shù)僻要定在最小限度。
　　一般禁止在制品表面設(shè)分型線,，不僅外觀上嫌棄,，而且在功能上也將成為障礙。若在產(chǎn)生應(yīng)力處有分型線時,，也往往因應(yīng)力集中而引起破損,。
3 l9 w8 p' x+ ]4 f# ?　　因為磨削加工容易得到均勻的尺寸零件，所以應(yīng)分割成可用研磨劑加工的形狀。
　　易損易壞部分應(yīng)分割成易更換的,，并且考慮選用高耐磨性合金,。
　　此外，要考慮組裝和拆卸容易,。必須用能夠容易,、正確地復(fù)原精度的機(jī)構(gòu)，組裝模腔和型芯的各部件,，如果分別裝在基座上,，則模腔與型芯必須同心。在使用安裝銷釘?shù)那樾�,，必須正確研磨銷孔,。
　　6、防止模具精度的誤差
8 H7 d/ f( T0 Y5 o: ?　　確�,；瑒蛹�各周期的定��,，需要防止模具精度的波動。為了維持滑動件的精度,，滑動件都應(yīng)悴火研磨,。側(cè)芯滑動部分的配合應(yīng)有定位退拔部分，如圖4所示,，在側(cè)芯尺寸大時,，中間部分可以設(shè)狹小的導(dǎo)槽。
: m# Y7 I5 Y' Z! n( G% l　　7,、模具精度的維持
　　7.1確保模腔與模芯的中心一致
　　為了經(jīng)常正確地合模,，的構(gòu)造.圖5-7表示其例必須設(shè)計成兩模板可確實正確定位
; [; U% w+ |4 {/ ]　　7.2 防止模具變形
' \) t9 Y6 H/ k0 m; V　　為了避免因樹脂壓力作用于模腔而產(chǎn)生的模具變形，棋具強(qiáng)度就要足夠大,。在型芯板中間常加支柱,，銷的材料也選用高強(qiáng)度鋼，并且將容易受彎曲的銷設(shè)在接近澆口,，還要降低作用于銷的樹脂流動壓力,。
. ~2 l2 V# @( i　　7.3預(yù)防時效變化
, ]& \1 Y" T( N; J8 _　　模具藉要淬火回火處理時，如果有殘余奧氏體,，將產(chǎn)生時效變化,，導(dǎo)致模具尺寸精度變化，所以再使殘余奧氏體分解的溫度回火,，并且孺要用冷處理,。
) A8 K, T5 C7 _1 ]　　為了防止因磨損的變化，需要提高硬度,，還應(yīng)考慮使用因淬回火尺寸變化極小的鋼種,。磨削與刀具切削加工相比,，因為加工效率差，所以為了縮短加工時間,，需要盡量減少磨量,。既要設(shè)成縮小淬火變形的零件形狀，又應(yīng)選定可縮小變形的材質(zhì),。

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