塑料精密注射成型模具設計的七個要點

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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。
　　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。
　　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。
　　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
　　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。
　　2、防止產生成型收縮率波動
　　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.
　　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
　　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。
　　(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
　　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.
　　(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。
　　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
　　(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。
　　(2)模腔排列
　　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。
　　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。
　　3、防止產生成型變形
　　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
　　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。
　　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。
　　(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
　　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
　　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。
　　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。
　　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。
　　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。
　　5.2總分割式模具
　　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。
　　(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。
　　(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。
　　(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。
　　(13)局限于特定加工方法。
4 m) Y, N" f; n8 _! V4 ?　　(14)采用完全淬火。
　　5.3總分割式模具設計方面的注意點
　　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。
　　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。
　　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。
　　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
　　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
　　7.1確保模腔與模芯的中心一致
　　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。
　　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。

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