塑胶模具基础设计介绍

塑膠模具基礎設計介紹資料來源:高雄應用科技大學模具工程系黃俊欽博士模具設計介紹‧模具的種類‧流道系統設計‧頂出系統設計‧冷卻系統設計‧模具死角(under-cut)處理‧模具強度計算種類‧冷澆道模具：流道內的熔膠隨模穴內的熔膠一併冷卻，開模後一起取出。可分為:(1)冷澆道二板式模具：開模後成品與流道一起取出，除使用潛伏式澆口外，其成品與流道是相連的。(2)冷澆道三板式模具：開模後成品與流道一起取出，大都使用點狀澆口外，故其成品與流道會自動分離。‧熱澆道模具：流道內的熔膠在模穴冷卻過程中維持熔融態，不隨模穴內的熔膠一併冷卻，開模後只有成品取出。模具的種類二板式模具三板式模具冷澆道模具二板式模具之基本結構裝配圖熱澆道模具‧特色:流道內的塑料維持高溫，不與產品一同冷卻析出‧優點(1)節省塑料及二次加工(2)降低射壓,減少應力(3)縮短冷卻時間‧缺點(1)模具昂貴(2)應避免使用含纖塑料(3)澆口設計較不具彈性熱澆道模具‧熱井噴嘴系統‧伸長噴嘴系統‧絕熱式澆道系統‧分配式岐管系統熱澆道模具熱岐管塊‧岐管塊的膨脹:塑膠高溫導致‧岐管塊的材質:鉻鉬鋼加熱處理‧岐管塊的保溫與隔熱‧岐管塊的的加工:流道平滑且高度拋光,加熱器的孔道須絞光,配合公差0.1mm熱澆道模具的優缺點‧優點：1.原料成本較低，較沒有廢料回收的問題2.冷卻時間可縮短3.成形溫度及壓力較低，成品應力較小4.可完全自動化5.流道內的壓力溫度變化較小，成品品質較佳，凹痕及流痕較少。‧缺點：1.較不適用於熱敏性材料2.較不適用於加纖材料3.價格較貴4.澆口的設計比較沒有冷澆道模具的自由度三板式標準模座標準零件—定位環‧規格名稱/標稱尺寸(射出成形模具用定位環100)模板‧名稱A×B×h‧射出成形用模具的模板150×200×200標準零件—注道襯套‧規格名稱/形示/標稱尺寸xMxLxR射出成形模具用注道襯套A型25x50x20x20注道襯套的使用標準零件—A型導銷‧規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN‧射出成形模具用導銷A型40x150x50標準零件—導銷襯套‧規格名稱/形示/標稱尺寸xL‧射出成形模具用導銷B型40x80導銷襯套的裝配孔頂出銷‧規格名稱/形示/標稱尺寸xL‧射出成形模具用頂出銷A型10x150‧規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN‧射出成形模具用頂出銷B型3x100x30‧規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN‧射出成形模具用頂出銷C型3x100x30‧規格名稱/形示/標稱尺寸xtxWxLxN‧射出成形模具用頂出銷D型2x9x100x30頂出銷及裝配孔頂出套筒‧規格名稱/標稱尺寸xL‧射出成形模具用頂出套筒5x150頂出套筒及裝配孔回位銷‧規格名稱/標稱尺寸xL‧射出成形模具用回位銷12x100回位銷及裝配孔注道抓銷‧名稱/標稱尺寸/形式×L‧射出成形用模具的注道抓銷A形6×100注道抓銷及裝配孔導銷及導銷襯套的使用斜角銷‧名稱/標稱尺寸×M×N‧射出成形用模具的斜角銷20×100×30停止銷及其使用流道系統‧流道的尺寸--壓力損失/冷卻時間‧流道的配置--流動平衡‧滯料井--蓄積冷料‧澆口--種類、尺寸、數量、位置‧排氣孔--種類、位置流道(runner)‧流道的設計重點：1.種類2.尺寸3.配置‧一般而言流道尺寸(如直徑)比成品肉厚要大，因此常造成冷卻時間的浪費。‧流道尺寸隨成品的大小，有一適當值。太粗或太細均不好。大直徑的流道尺寸雖然可使熔膠流經時的壓損較小，但整個成形週期會變長，因此產能會下降。小直徑的流道雖然會使熔膠流經時的壓損較大，但整個成形週期短。‧流道長度太短，在保壓階段時較易在澆口附近產生應力殘留。流道長度太長，則會因熔膠冷卻造成流動不易及射壓增加的缺點。‧在一模多穴的系統中，每個模穴充填量可能不同，而且與進膠點的距離亦不同，如何設計流道尺寸及配置流道及模穴的位置使每個模穴能達到同時填滿的目標。多模穴若能同時填滿，則每個模穴內的壓力會較一致，可避免毛邊或充填不足的缺點產生。此即為「流動平衡」的意義。否則在多模穴系統中先填滿的模穴，在其它模穴尚在充填時，將造成壓力的劇增而產生毛邊。種類‧圓形斷面最佳,一般為考慮加工方便亦常用梯形或U型斷面尺寸‧以成品重量為基準‧以成品投影面積(平方公分)為基準‧公式計算適用於圓形流道，且成品肉厚2.5mm，重量7盎司(1盎司=27.8g)‧圖示法配置在一模多穴的系統中(a)各模穴大小相同，則流道配置以「對稱」為原則。(b)各模穴大小不同，則流道配置以達到「流動平衡」為目標。中間四個模穴充填較快中間四個模穴的壓力較高以對稱型設計可以達到流道平衡的效果runnergate的平衡各模穴的質量比=各模穴的BGV比GRGLLABGV×=：澆口橫斷面積：澆口長度：流道長度GAGLRL直接澆口優點：1.省去流道之加工。2.壓力損失少。3.可成形大型或深度較深之成形品。缺點：1.澆口殘留痕跡影響外觀及後加工。2.平而淺的成形品易翹曲、扭曲。3.澆口附近殘留應力大。4.一次只能成形一個成形品，除非使用多噴嘴成形機。適用材料：硬質PVC，PE，PP，PC，PS，PA，POM側狀澆口優點：1.澆口與成形品分離容易。2.可防止材料逆流。3.澆口部產生磨擦熱，可再次提昇材料溫度，促進充填。缺點：1.壓力損失大。2.流動性不佳之材料易造成充填不足或半途固化。3.平板狀或面積大之成形品，由於澆口狹小易造成氣泡或流痕之不良現象。適用材料：硬質PVC，PE，PP，PC，PS，PA，POM，AS，ABS，PMMA重疊澆口優點：1.可防止成形品產生流痕。2.具側狀澆口之各項優點。3.可防止噴射紋之流動紋路。4.可防止澆口附近因殘留應力所引起之扭曲與龜裂。缺點：1.壓力損失大。2.澆口切離稍困難。適用材料：硬質PVC，POM，AS，ABS，PMMA凸片澆口優點：1.澆口附近的收縮下陷可消除。2.可排除過剩充填所致的應變，以及流痕的發生。3.可緩和澆口附近之應力集中。4.澆口部產生磨擦熱可再次提昇材料溫度。缺點：1.壓力損失大。2.澆口切離稍困難。適用材料：硬質PVC，POM，AS，ABS，PMMA。膜狀或扇形澆口優點：1.可均勻充填防止成形品變形。2.可得良好外觀之成形品，幾無不良現象發生。3.平板狀或面積較大之成形品使用此種澆口。缺點：1.澆口部切離稍困難。適用材料：PP，POM，ABS等。環形澆口優點：1.可防止流痕之發生。2.圓筒狀之成品常使用此種澆口。缺點：1.澆口切離稍困難。適適用材料：POM，ABS盤形澆口優點：1.可防止流痕之發生。2.省去流道之加工。3.具直接澆口之功用，壓力損失少。4.用於成品中央有比注道直徑更大的貫穿孔。缺點：1.澆口切離稍困難。2.一次只能成形一個成形品。3.成形品之孔中心必須與注道對應適用材料：PS，PA，AS，ABS點狀澆口優點：1.澆口痕跡不顯著，可不必後加工。2.澆口位置可自由選擇。3.澆口可從數點注入，應力及應變較小。4.適合多數成形品之成形。5.具限制澆口之優點。缺點：1.壓力損失大。適用材料：PE，PP，PC，PS，PA，POM，AS，ABS潛狀澆口優點：1.澆口自動切斷，免除後加工。2.成形品之外側或內側可自由設定澆口位置。缺點：1.壓力損失大。適用材料：PS，PA，POM，ABS排氣孔模穴內氣體的來源包括模穴內的空氣、塑料所含的水氣及揮發物。若無法在塑料充填過程中於予排出，則易產生下列缺點：1.氣體因快速壓縮及受塑料加熱而升溫，且因溫度過高將塑料燒焦。2.氣體因壓縮而升壓，導至模穴的充填不足。3.氣體包入熔膠內部，造成產品內部氣泡，降低產品物性。排氣孔的設置1.設計在分模面的排氣孔─空氣被聚積在成品的分模線上。2.設計在模穴內部的排氣孔─空氣被包風在成品內部或肋、凸轂的底部。可利用頂出銷、頂出套筒或排氣銷作為排氣裝置。3.利用分割式模具設計作排氣孔排氣系統設計頂出系統設計‧頂出系統的種類‧頂出銷—用途最廣，但尺寸、數目、頂出位置的決定要注意，設計上以受力平均、對稱、且不至於造成頂白為原則‧頂出套筒—適用於底部為圓筒狀（如凸轂）的成品‧頂出板—適用於肉薄成品，受力平均，但易在頂出板與模心之間產生毛邊‧空氣頂出—適用於肉薄成品，可避免頂出時內部局部真空造成成品凹陷‧兩段式頂出—適用於成品內外均有高脫模阻力的情形頂出脫料板強度計算1.允許的最大變形量為塑品在開模方向尺寸公差的1/5~1/103154.0⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛••=yBEQLHH：板厚(cm)L：推桿間距(cm)Q：總脫模力(N)E：鋼材的彈性係數(N/cm2)B：板寬(cm)y：允許的最大變形量(cm)設計頂出銷脫模的注意事項1.以數目多，直徑小為原則2.頂出銷外周距公模心型應留有0.2~0.5mm的距離3.前端應高出型腔表面0.1~0.2mm4.應有回位機構5.不宜在角偶內側部位6.與裝配孔的間隙約0.01~0.03mm設計頂出脫料板的注意事項1.脫料板與公模心的配合應為錐面(5度)2.與推桿的結合應採用浮動結合3.脫料板面積大時應加裝導向裝置冷卻系統設計冷卻系統的必要性：a.對成形性及成形效率而言模溫高→流動性佳。模溫低→縮短固化時間，提高效率。b.對成形品物性而言模溫高→結晶度高，表面性質較佳。模溫低→材料迅速固化，成形壓力大，造成殘留應力。c.對防止成品變形而言冷卻不足→發生收縮下陷。冷卻不均→收縮不平均，引起翹曲、扭曲。冷卻回路的種類a.鑽孔法最一般性之冷卻法，設貫穿孔，在模具外部用橡皮管連接，適用於母模及四方形成品。b.隔板法在水道內裝金屬隔板，使冷水路分開，適用於細長公模心或使用套筒頂出之場合。c.溝槽法由嵌塊構成，在其中之一洗溝槽，嵌塊組合後形成管道，適用於淺而寬的平板成品，或箱形品內側。d.套管法在水道內裝一套管，冷水由套管內進入，然後噴出由套管與水道間流出，適用於細長公模心或圓筒形成品。e.間接冷卻法藉由鈹銅迅速導熱，並由冷卻水將熱帶走，適用於細長公模心或成品構造複雜之部份機構冷卻回路的設計原則與經驗a.冷卻回路應沿著模穴均勻分佈為佳。b.水路管徑的決定使與流量大小使雷諾數Re=()4000,維持亂流形式以保持熱傳效率，一般設計約維持在8000-10000。水路管徑與流量大小可由肉厚初步決定如下:通常管徑不得超過14mm，因為如此不易造成亂流，而使熱傳效率降低。c.水管節距與深度管徑：水管與成品距離：水管間距=1：3：5or1：4：7d.水管長度μρVDe.並聯與串聯的特色比較並聯特色：1.模具表面溫度較均勻2.支數多，冷卻水速度變慢，冷卻效益變差3.無法維持長時間各流路流量相等，會導致模穴表面冷卻不均4.某一水道塞較不會影響全體冷卻效果串聯特色：1.冷卻水出入溫差較大，易造成模具表面溫度不均勻2.一有阻塞，會影響全體流動，明顯降低冷卻效果3.流速較快，熱傳效果較佳f.冷卻液應先從高溫處進入，然後循環至低溫處出去，以保持模具溫度的均勻性。g.有效水管長度的總表面積與成品總面積一致時最佳，但水管支數太多常導致壓損而造成流量降低，並影響冷卻效果。模具死角(under-cut)處理(1)強迫頂出適用於軟質材料且倒角深度1mm(2)利用滑塊及斜銷設計重點‧滑塊的移動行程‧滑塊的定位‧滑塊的合模機構‧斜銷的長度‧斜銷的安裝模具強度計算模具的受力與變形角偶的應力集中(1)模具側壁厚度(2)承板厚度模具材料‧碳鋼(SC)—便宜，加工性良好‧合金工具鋼(SKD)—耐熱耐磨韌性優‧不鏽鋼(SUS)—耐蝕‧鉻鉬鋼(SCM)—耐蝕強度佳韌性優‧鋁鉻鉬鋼(SACM)--耐蝕經氮化處理後耐磨性佳‧預硬化鋼(HPM)—硬度高質地細緻耐磨‧鏡面加工用模具材料(1)無非金屬存在物，微視組織均勻細微，硬度高，須以真空熔解法製造之極純境模材，一般以麻時效鋼(YAG)、預硬化鋼(HPM17、HPM33、HPM38、HPM50)為主‧耐腐蝕用模具材料(1)材質含鉻，如不鏽鋼(SUS系)、預硬化鋼、鉻鉬鋼(SCM)(2)表面鍍硬鉻層‧耐磨耗用的模具材料(1)耐磨性取決於碳化物的種類及含量，主要有預硬化鋼(HPM31、HPM38)、粉末高速鋼(HAP)依