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。
( `0 y# w( [2 N  `0 S: r; l/ C2 C　　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:
7 ~2 N) P9 K0 Y* f　　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。
3 ]( i6 ]3 Z4 I& G$ s/ ~　　1、適當的模具尺寸和公差
　　1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關連
　　繪出制品圖，考慮模具設計、模具制作和成型過程。
0 N: d/ b& j; D- _/ x2 R" H　　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。
* o+ V4 n) W4 e+ h　　1.2適當的收縮率
3 k# w' {  w: U9 D- ^/ C　　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.
! M# `" t/ B, ^$ y　　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
　　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。
7 k+ _. T3 `( o: J0 G　　(1)樹脂壓力
　　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。
' B( ]/ Z  D1 l) a* Y　　(2)模具溫度
　　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。
　　(3)澆口截面積
  P0 ~% o: E0 {, |' x4 T) B/ \& V6 |$ U　　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
　　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.
　　(5)增強材料含量
! Y5 W. ^2 d$ m+ Y) p1 R) }2 z' Y6 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.
' H# k' I$ p2 \, \/ ^& [　　(6)定向性
9 c9 Z; a4 }2 ^& K2 D2 K/ r　　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。
5 g- B# R2 r1 G$ g2 y2 k. i# X　　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.
　　2.2可采取的措施
　　(1)流道，澆口平衡
2 [" m8 [$ P% P; P( N& Z- j　　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.
　　(3)精密注射成型的冷卻回路設計
　　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計。
　　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。
7 u5 M% g. }$ Y6 v$ S5 ~$ M3 `4 T　　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
; x; J- Z, @3 N　　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。
　　(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。
4 O1 I4 j7 J2 _　　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。
9 ]: m8 f8 v" K0 q　　(2)澆口形狀和位置
　　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。
. Z  y' _1 b0 m0 |7 E2 U　　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。
1 _, `, n: v$ q　　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。
- s* G2 T+ Y$ `9 `3 q* x　　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。
　　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。
　　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。
　　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
　　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。
( Z4 b5 U5 U/ B; c　　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。
　　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。
7 A2 h; n2 T' @* J+ }　　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
/ Q& @0 B6 ~9 K　　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)因為可選擇適當材料，所以能夠使用適當硬度模具材料。
+ U: Z0 `0 y4 y+ l. i　　(2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。
　　(3)能夠分別熱處理，所以容易設定熱處理條件。
" l# Q$ b8 U% z7 i6 |: r　　(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。
$ I, T) ?  Z( u- Y- g$ O　　(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。
- s# F* ^: o  k+ c# G　　(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。
6 [" w" ?3 Q3 A  k　　(8)磨削加工容易。
* N/ [% `# S! I/ J) w( g  a. i/ L/ H　　(9)能夠提高模具零件精度，所以可能提高制品精度。
+ i; L& p8 i* I& ]6 u　　(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。
5 u. |4 @; C* ?  D　　(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。
  F# k) F. |; ?5 c- Y  o　　(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。
　　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。
7 `2 u+ A2 d' E1 O  H　　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。
　　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。
　　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。
　　7、模具精度的維持
　　7.1確保模腔與模芯的中心一致
8 M0 Q+ a% z' [, K) n/ Q　　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
/ d2 z  V. f1 E. E6 q9 q2 e8 u8 ]　　7.2 防止模具變形
5 ]2 X: n) w. h0 E0 D2 b: N/ S　　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。
6 S6 ?0 x7 v, @/ k' h$ e　　7.3預防時效變化
　　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。
- q% d6 |6 G7 O6 I! @　　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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齊天小小圣

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