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隨著電子、電信、醫療、汽車等行業的迅速發展,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,而且還應有優異的光學性能等.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水平,生產出高精度的塑料制品,創造附加值高的產品,模具的設計是重要環節。0 j) _' t0 J8 p% M- Z# Q t
在精密注射成型設計中,除了應考慮一般模具設計事項外,還要特別考慮如下事項:
3 I+ h: H# M5 @ 1)為了得到所要尺寸公差的制品,要考慮適當的模具尺寸公差;2)要考慮防止產生成型收縮率波動;3)要考慮防止產生成型變形;4)要考慮防止產生脫模變形;5)要使模具制作誤差最小;6)要考慮防止模具精度波動;7)要考慮維持模具精度。 T# Q" b0 [; s# t# M) f6 C7 }5 e
1、適當的模具尺寸和公差
" N; \3 t( z! `$ Y5 `+ y 1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關連
! C, P! w6 o& C/ ~' r 繪出制品圖,考慮模具設計、模具制作和成型過程。" ], b2 G& g, q; V
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。
" ~3 G- |3 V+ c7 u 1.2適當的收縮率- o# `% u" s' D; K: W! m8 d
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,也有用實驗模求實際收縮率,再經修正、設計制作生產模的情形.
]1 [# h) x* [8 k$ y/ z i 但完全恰當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,將收縮率設在小值,對于凸部尺寸將收縮率設在大值。齒輪外徑尺寸變大時不能嚙合,變小時僅齒隙變大,所以要將收縮率設在小值。1 Y2 x( O' s" U, I1 O8 l$ O
2、防止產生成型收縮率波動1 A, m2 \" O" |# m7 N5 |
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,制品實際尺寸也因實際收縮不同而異.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,收縮率也產生差異。因成型機不同,成型條件的設定、再現性以及各成型周期的動作有波動,對實際收縮率產生波動等,因而收縮的控制是困難的.( S" q+ `, U6 P0 }. p
2.1影響收縮率的主要因素
! H( q3 [- X9 U/ X [; C 模具尺寸可由制品尺寸加上收縮率求得,所以在模具設計時,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。
( h7 n U8 I- \+ V8 v( p (1)樹脂壓力
6 {" H3 d, ]) u" X7 h 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,樹脂壓力也因制品形狀不同而異,因此產生收縮率差異。在多腔模的場合,各模腔內樹脂壓力容易產生差異,結果各模腔的收縮率也不相同。
% T) H, m( p& L' g0 Q0 | (2)模具溫度
* q. w6 O0 K G8 J$ v: S( q, _! D 無論是非結晶性樹脂或是結晶性樹脂,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。在模具設計時,必須注意冷卻回路設計。
* R' F6 z# ] h3 D: E (3)澆口截面積, p! X- J3 G+ \$ [1 j6 K1 g ~# j: m
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。3 z7 O2 Y+ c5 N8 G
(4)制品壁厚度
& i, v* o/ Y% t m2 \ 制品壁厚度也影響收率.對于非結晶性樹脂,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,收縮率也將產生差異.
; ]8 D3 q+ _' p( C3 n ^3 N (5)增強材料含量. N' `! W) V3 y& d8 V i& k _
用玻瑞纖維增強樹脂時,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.9 L& b% j3 z0 C" @
(6)定向性
6 I$ g: A9 z8 g& G. A0 e% E) U 定向性雖有較大差異,然而對所有樹脂都存在定向性。結晶性樹脂的定向性特別大,由于壁厚和成型條件而有差異。. l h+ K8 a& h. G C
此外,還有產生成型后收縮。影響成型后收縮的主要因素有①內部應力緩和,②結晶,③溫度,④濕度.
' C9 z4 B+ W2 @' ^; ~& W6 ~$ h 2.2可采取的措施4 T3 F; H0 B& M& A1 e0 L& E
(1)流道,澆口平衡
5 [, z+ p2 U# l! T( N 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,要同樣進行充模,就要進行澆口平衡。樹脂流動與在流道中的流動阻力有關,所以在取澆口平衡前最好取流道平衡。% S( I4 R1 W: k% y1 Q0 |* c+ x
(2)模腔排列, }( ?+ \8 b) @; \5 c3 h; F. l3 u2 @
為了使成型條件的設定容易,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 N' t6 l& v; N0 y0 \ (3)精密注射成型的冷卻回路設計
$ @' v0 B0 {% W3 s% @ 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計。
, t5 e, F' R& t' T+ X3 h5 ~ 從熱交換效率來看,冷卻液的流動應為紊流,冷卻回路最好設為串聯的折流板式。- s3 [( ]; H8 `4 I
在回路設計中,型腔與型芯應帶出的熱量也不同,熱阻力也因回路構造不同而異,入口水溫在模腔與型芯產生較大差異.因此,精密成型模具的冷卻回路為型腔與型芯分別設計,用分別的溫調機進行溫度控制。9 P1 o# ]: x8 |+ |
3、防止產生成型變形8 u, I4 T! O, F
成型變形產生的原因是在不均勻的收縮下有內應力,所以需要防止不均勻地收縮。
( k$ w8 E& s: ]! R% I (1)澆口數0 k" ^- O0 A. k: [( R% N; b( n
在齒輪中心有孔的圓形制品的情形,必須在中心設澆口.然而在樹脂的流動方向與垂直方向收縮率有較大差異時,卻有產生橢圓的缺點,在需要更高精度的圓度時,需要設成3點或6點澆口。但需要充分注意各澆口的平衡。1 F6 I/ p4 b5 R
在使用側澆口時,3點澆口將使圓筒狀制品內徑增大,在外表和端面不允許澆口痕跡的情形少使用內側多點勻分澆口,可以得到良好結果。4 _' |$ _/ j0 l& ]* v
(2)澆口形狀和位置
6 F- ~! J2 Q% X 需要根據制品形狀選用適當形狀的澆口。圖置表示澆口形狀和位置對變形的影響。
; v9 G& j" C) h% h; o 4、防止脫模產生變形6 Z: T+ A$ v( Q
精密制品一般較小,制品壁厚較薄,有的還有許多薄筋。棋具設計必須考慮使制品不變形,而且可適當脫棋。
+ L# [0 ` ^; ]6 D7 l1 s8 I/ a% T' Z 對于收縮率較小的樹脂,當成型壓力高的情形,需要注意制品易留在模腔內.用收縮率小的樹脂成型齒輪時,齒輪部分模腔最好設計在頂出一側的模板上。
2 V5 y+ v8 H: z+ H; O; M* l- v$ R 在用頂銷時,濡要注意無變形的頂銷數和頂壓位置。帶孔齒輪需要芯銷,這時為了有助于在頂出時平行頂出,而需要設置頂出側模板上。
- |9 W5 A0 f) k# g! R- E 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生變形。
" _) m1 \! ]# X4 i* u( t, W 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。要按拔模方向設容易研磨的分塊型芯。
7 w2 y/ d3 B' {1 W' g" Y$ F: {) M% W 5.最小的模具制作誤差. j! R# [# w7 z$ @
5.1按所要加工方式的適當的模具構造
! i' j% q' [ W; M! S. A9 l7 O1 R 為了得到所要精度的制品尺寸,必須有相應的模具尺寸,而模具需要有極高精度的加工,又受精加工機械限制。9 t% z" f7 G. t: _, G2 g a
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床加工淬火模具的精度可達0.01毫米以內。
( v; }" y$ A! w% O) C' }. R 由于用平面磨床無法加工封閉槽形,可選用】形,但因】形強度差,需要采用如圖2的增強措施。: {+ E; {' J/ E
用電火花加工機床彤模加工時,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床加工時,應盡可能設計能夠貫通加工的構造。6 D# u$ l( Z+ l) L3 D
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,而且要設計為淬火變形少的形狀。形狀復雜時,悴火冷卻不易均勻,易產生淬火變形。8 y2 D2 w2 U' C: r' v5 O3 Y: g* U
5.2總分割式模具/ q# F4 K1 f: q- D3 ]1 |8 X
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:
. K- j3 J: K4 T (1)因為可選擇適當材料,所以能夠使用適當硬度模具材料。
* g& k4 t5 w+ @5 Y3 c9 f# U1 Q (2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。
+ L: |! p3 D5 f, Z; j (3)能夠分別熱處理,所以容易設定熱處理條件。# m& W1 J0 q$ ` ^/ ~
(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。
/ \0 k* Z) g. L6 q x (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。
1 F& A* A2 D, K0 D- K (6)由于硬化,可延長模具精度保持時間,模具壽命長。3 b$ v F1 _2 ^
(7)容易設在任意位置排氣,所以充模容易。
9 L! L) d" j+ a7 H7 | A& e2 t5 E7 D7 j (8)磨削加工容易。
5 r. n4 e) Y& i( G- v, f (9)能夠提高模具零件精度,所以可能提高制品精度。
) W5 t }" G+ Q4 h: N0 R- | (10)可在較小的公差內制作備模腔和型芯,所以部件互換性高,容易維修。: j+ u6 J. l8 F) K) e
(11)因為以磨削加工為主體,所以加工效率高。
/ W7 k7 T$ Q* n0 s6 w% O# i (12)零件數多,需要極大提高各零件加工精度。8 U: i' _5 M- x* R/ @# T' \
(13)局限于特定加工方法。
4 m) Y, N" f; n8 _! V4 ? (14)采用完全淬火。! @7 G7 G0 [0 X+ c) U% j& y7 T& I9 {
5.3總分割式模具設計方面的注意點5 r I: E% W) h9 ?( t- ?
關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。 H! `: `$ K/ f. k$ D, `
因為分割數愈多,積象誤差愈大,愈要提高加工精度,所以分割數僻要定在最小限度。
" E2 a2 B2 `" S* F 一般禁止在制品表面設分型線,不僅外觀上嫌棄,而且在功能上也將成為障礙。若在產生應力處有分型線時,也往往因應力集中而引起破損。# b1 c' V4 `: x' t8 U
因為磨削加工容易得到均勻的尺寸零件,所以應分割成可用研磨劑加工的形狀。
. S4 P3 E( {: I$ l; ] 易損易壞部分應分割成易更換的,并且考慮選用高耐磨性合金。0 w) u; [; S a) E( n4 m t- C& l# I
此外,要考慮組裝和拆卸容易。必須用能夠容易、正確地復原精度的機構,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。在使用安裝銷釘的情形,必須正確研磨銷孔。
$ e' c" E' ^; \* b, } 6、防止模具精度的誤差7 L& \# D4 o( `/ a: s2 r+ A
確保滑動件各周期的定位,需要防止模具精度的波動。為了維持滑動件的精度,滑動件都應悴火研磨。側芯滑動部分的配合應有定位退拔部分,如圖4所示,在側芯尺寸大時,中間部分可以設狹小的導槽。
4 l1 e% m& p8 [9 ]4 r" N 7、模具精度的維持4 N! z/ [ ^0 ?3 G
7.1確保模腔與模芯的中心一致% v( v% y( ~& e
為了經常正確地合模,的構造.圖5-7表示其例必須設計成兩模板可確實正確定位
, o3 P7 j0 n2 A* @1 V8 J( G 7.2 防止模具變形
1 {6 `7 u4 R% V) \7 p 為了避免因樹脂壓力作用于模腔而產生的模具變形,棋具強度就要足夠大。在型芯板中間常加支柱,銷的材料也選用高強度鋼,并且將容易受彎曲的銷設在接近澆口,還要降低作用于銷的樹脂流動壓力。
; ]* y0 z" \, R4 h! R3 U& g 7.3預防時效變化
. s1 G/ a- ]; v; j' R( v q' | 模具藉要淬火回火處理時,如果有殘余奧氏體,將產生時效變化,導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。 ]; ?* I0 m% A% C- l& h
為了防止因磨損的變化,需要提高硬度,還應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。既要設成縮小淬火變形的零件形狀,又應選定可縮小變形的材質。/ Z8 u5 L. E7 _5 K: {* D' ]( I3 a
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