塑胶模具设计及加工

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塑料模具之设计与制造,是一种高度专门化的技术范围.一个模具师在他的工作范围内要熟练的话,需要经过几年的刻苦磨练.在塑料工业开始要蓬勃发展之时,熟练模具人才之缺乏就已经是一个严重的问题.现在想要在这方面一展抱负之模具人才,依然有多数就业机会在等他.因模具是一精密昂贵的设备,同时从设计到加工完成.须数月时间.而每一套模具的设计,都要因产品的需要而作灵活运用,因此其结构上的每一细节,都须仔细考量和详加研究.假如现在我们接到一项开模通知单,将如何来展开开模动作呢?下面我们就一起一步一步来学习:
1.一般塑模结构简介:
, Y" U9 |# I2 L$ \首先让我们来了解一下一套模具的基本结构(附模型)及作用(口述),如下图:
2 T, l2 O: x  c6 T/ h
模具的几个常用名词:
  C2 o7 T% S1 h4 q. \+ r1. 溶注口或水口(sprue)
2 c/ Z' X2 t, p& K塑料由此进入模腔内,亦称主流道.溶注口瀙套连接喷嘴与模具,已形成标准件.有些母模板较薄的模具,不须瀙套,直接在模具上钻出溶注口.
2. 冷料穴(cold-slug well)
; I+ M$ L4 `0 h# F2 Z8 ~喷嘴最前端的熔融塑料温度较低,形成冷料渣.在进料口的末端公模仁上开设洞穴,以防止冷料渣进入模腔,造成堵塞流道.减缓料流速度,产品上形成冷料痕结合线.
为了开模时从瀙套内拉出冷凝料,一般在冷料穴末端设置拉料杆(顶针上).
3. 分流道(runne)
$ ^5 Q" a  g0 Y; ^  M: B# N/ h分流道是主流道的连接部分,是塑料流入模腔的信道,它可在压力损失最小的条件下,将主流道内的塑料以较快的速度送到浇口处,其主要类型有:圆形.半圆形.矩形.梯形. 要求分流道的表面积或侧面积与其截面积的比值为最小.
  v" {  O4 V2 P8 X4. 栅门(gates)
亦称浇口,是分流道和型腔之间连接部分,也是浇注系统的最后部分.其作用是使流道内熔融塑料以较快速度进入模腔.型腔充满后浇口能很快冷却封闭,防止型腔内未冷却料回流.其类型.位置.形状.多种多样.主要有:盘形.扇形.环形.点状.侧进胶.直接进胶.潜伏进胶.

5. 排气槽(vent)
当模具完全闭合时,模腔与浇道内充满空气.注射时必须将空气排出模具以外,否则将产生烧焦,填充不满,毛边,气泡,银线等不良.排气槽的形式,大小.深度因材料和模具结构不同而异(如上表),其方法主要有:
分模面排气法,顶针排气法,镶件排气法,水路排气法,真空排气法.
; N  w" g* t  G  f0 N. B+ V6. 顶出系统(Ejection device)
) i" M1 P4 J8 d7 i是将产品从模具上脱出之装置,亦称脱模机构.是模具的重要组成部分,其形式和推出方式
因产品形状,结构和塑料特性有关,其零件有顶针,推板,顶出块,斜梢,司筒,油缸或气缸,齿轮等,它与模仁之间是间隙配合,表面积尽可能大,设在不影响外观和功能处,注意脱模平衡.
4 |5 b$ O3 z3 D) Y2 F$ [/ y7. 模穴模仁(Mold cavity)
/ Q, j) o8 M7 z& W( b4 v模穴是在模板上挖框,,以便埋入模仁,主要是节省材料和加工方便方面考虑.有些分模面断差大的模具母模侧,会不挖模穴直接在模板上加工产品部分.模仁主要指模具的产品部分,其精度,材质要求比模胚部分要高,其形状,形式对不同的模具有不同的要求,为整套模具最重要部分.
" o' J  K) ]8 T" W" {! y8. 模具钢(Mold Steel)
( E* ~" {+ g2 P  i7 ~& S, R8 I! N6 |6 v一套模具外观看似乎都是一样的钢铁,其实它的各部位因要求不同必须使用不同之材质,模具钢之选择对模具寿命,加工性,精度等影响很大.模具钢材料因模具之构造塑料产品要求不同而异.选材要求主要如下:
/ R: n+ l6 L+ H1. 采购容易
3 p. c. M4 T6 r# P2. 机械加工性优良
) @; ?2 F0 x$ c/ q+ H3. 耐磨,耐腐蚀,耐热性好
4. 组织细密一致,无针孔等内部缺陷
- X0 _4 @/ [- g$ _0 C5 \5. 适合热处理变形小
6. 经济,降低成本又能满足使用要求模具与成型设备之关系模具要生产,必须架设在相应的成型设备上才能发挥其作用.所以从广义上讲,模具也是成型机的一个组成部分.两者之间相辅相成,互为关联.在模具设计中必须了解此模具生产中适用机台之相关规格.才能设计出符合要求之模具:
2 x9 c2 K7 N% `1. 注射机型号及生产厂商
2. 最大注射量
3. 最大锁模力
  A1 f* O, s1 t' @  V4. 喷嘴球面半径及喷嘴孔径
' g5 q' y% \# V+ s  y5. 定位孔直径
4 L, L" t" p" ^. t8 z6. 顶杆间距坐标
+ V- P" y, f5 m( _0 O" B7. 闭合高度(最大最小)
8. 注塑机能配合的脱模方式
( Q6 w( v5 A1 O/ t' Q9 M3 d. ?9. 注塑机开模行程及开距
10. 其它相关要求
模具设计思路
一套模具的好坏,可以说一半取决于设计.而一套模具设计的好坏,牵涉面极广,除了要求设计者有丰富的模具方面理论知识和经验外,对设计前的周详检讨与思考也同样重要:
8 f! Y2 x* q1 o1 `" t" N2 n5 s1. 了解产品图----是否具备开模条件:脱模斜度,收缩变形,能否顶出.
2. 确认产品材质----塑料材料种类繁多,确定材质以决定收缩率,了解流动性以决定注口及浇道设计.
, [5 u  q( q5 _, ?  }6 a5 ^! U3. 模具材质----根据不同之塑料及产品要求,来正确选择模具钢,以便达到品质及模具寿命要求,这要求设计者对塑料和钢材有足够了解.
5 O9 I4 k. d/ l9 w: | 4. 成型机规格----了解夹模压力,注射容量,装模高度,定位环尺寸,喷嘴半径,托模孔位置.
5. 模穴及其排列----由产品的投影面积,形状,精度,产量及效益来确定.各方面互相协调制约,多方面考虑来达到一最佳组合,并确定模胚和标准件.
( M4 q% c9 S; I4 L' b8 l9 ~6. 浇道方式----热浇道,绝热浇道,无浇道,直接进胶(二板模),间接进胶(三板模)及其它方式.
( L1 x0 i# z; E' `, }& b7. 浇口方式----种类繁多,因需求而异,须注意浇口是否有外观要求及流动,平衡,结合线,排气等问题,.浇口型号尺寸是否足以充满整个产品.
8. 分模面----为模具设计重要环节,由设计师灵活运用,须考虑产品外观,顶出方式,模具加工等
9. 模仁----须考虑外观,加工方式,模具强度,脱模方式,冷却方式,流动性,排气等问题.
% I2 z8 ]! {% n! |$ n+ \& n  u! M10. 侧凹----有滑块,油(气)缸,马达,斜梢,强行脱模及其它特殊方式,此部分变化最多,最复杂之设计.
11. 顶出----多种方式,顶针.扁梢.司筒.托板.滑块.二段顶出.油(气)压.注意脱模平衡,模具强度,外观,功能,冷却效果.
5 t1 B; b: Y; s0 }7 {) o$ |+ L12. 排气----对保证产品品质至关重要,利用多种形式进行排气,注意防止产品真空吸附及模具拉不开.
13. 冷却----冷却对模具生产影响很大,而设计工作较繁杂,既要考虑冷却效果及冷却一致性,又要考虑冷却系统对模具整体结构的影响.
14. 加工方式----所有模具设计都须确实考虑模具加工可行性,才有实用价值.否则将脱离现场模具制造经验而成为一次失败的设计.
. g6 C" N+ q- f- k' k3 k15. 模具图----按上述构思进行绘制模具图,含组立图,零件图及相关之加工用图.在绘制过程中进一步完善模具各系统之间协调,以趋完美.
16. 校对审核----模具设计完成,必须协同客户及相关人员进行校对审核,以对总体结构,加工可行性及绘图过程中的疏漏作一全面检查,征求客户意见,避免因设计失误造成模具制造和使用困难,甚至报废.
& D: B; w$ G$ V+ S- J# B 模具加工常识
一套设计再好的模具,如果在加工时不能达到设计要求,将严重影响整套模具之质量和寿命.这是现场模具师的责任,也是设计者必须了解的加工可行性重点.根据模具的难易程度,我们必须选择不同的加工方法来达到加工效果,总体来说,可分为传统加工和特殊加工:
4 X" r6 O# @; w9 F传统加工:铣削,车削,磨削,钻削,氩焊,钳工,一般热处理等.
7 F7 r( ]: ~# p特殊加工:火花放电,线切割,CNC加工,化学腐蚀,雕刻,激光,特殊热处理,表面处理电铸电镀压铸等.
# z; {/ {2 D  N+ {. ~4 q5 Z模具的加工过程,要靠加工者丰富的现场经验和熟练的操作技巧及先进的设备来保证.它可以引深为另一门专业学科,对于我们设计者来说,不要求精通每一个加工过程和细节,但必须结合工厂实际,清楚每一种加工工序,充分了解加工可行性,才可在低成本下设计出符合要求之模具.避免因模具设计缺陷造成模具质量问题.