塑料模具设计事例研究

小黄豆 · 发表于 2010-12-12 09:03

一.设计准备
1. 必需的图纸、金型仕样书的内容等的确认：
在正式的金型设计之前，下列图纸或文件通常要具备：
① 部品图；②金型设计制作仕样书；③设计制作契约书；④其他
并且要对上述资料完全理解，不明确处要得到客户的确认。
2. 把握图面的概要
部品图决定了金型设计的最终目的，必须透彻地理解。日本客户提供的部品图是按照JIS制图规定采用三角法绘制的，通常由以下部分构成：
正面图、平面图、侧面图、断面图、详细图、参考图、注记、公差一览、仕上记号一览、标题栏、其他
在视图过程中要注意以下方面：
① 公差要求较严格处；②对金型构造有影响的部位；
② 现有图面无法理解的部分；④注记中特别突出的事项
⑤特殊的材料和热处理要求；⑥部品壁厚较薄处（t<0.6mm）
⑦部品壁厚较厚处；⑧外观上有无特别仕样要求
⑨三维曲面部分；⑩设计者、日期、纳期、价格等
3. 部品立体形状的理解
部品图是二维绘制的，要通过视图转换成设计者头脑中的三维形状，而手绘立体图对此很有帮助。
准备好纸和铅笔。
首先绘制出制品的大致外形轮廓，然后再根据自己对部品图的理解，绘制出部品各部位的断面图。
上述这些对将来分型面的确定、入子的分割非常重要。如果条件允许，使用粘土等辅助物来帮助理解会更好。
4.标题栏的检讨
部品图的标题栏一般注明了图面中的公差、部品的材料等一些内容，必须要认真研读。
①部品名；②图名；③图番；④材质（包括收缩率）；⑤仕样，指材质的详细仕样，如生产厂家、商品名、髦??牛虎蕹叨龋虎呱杓普撸虎啾涓?福?br> 5.注记部分的检讨
⑴浇口种类、位置、数量
如无特殊要求，则金型设计者在自行决定后需征得客户的同意。
⑵入子分割线的要求
由于入子分隔线会在制品表面形成接痕，影响外观，尤其对折叠部位有害，所以设计者应遵守部品图的规定。
⑶成型品表面划伤等缺陷的规定
金型设计者应避免可能发生上述缺陷的金型结构设计。
⑷未注公差的要求。
⑸成型品形状及尺寸上的变更需征得客户的同意，作为金型设计者来说，不可自行决断。
⑹主视图的检讨
主视图是图面中尺寸较集中的地方，确认两侧公差及片侧公差，并标记其中较严格者。
⑺其他各视图的检讨。方法同上
⑻必要型缔力的检讨
熔融树脂在注射时，会在金型分型面上产生一个相当大的注射压力。如注射机最大型缔力小于注射压力，则模板之间就会产生缝隙，发生溢边现象。必要型缔力的计算如下：
F=P×A F：必要型缔力（Kg）
P：注射压力（Kg/cm2），取300～500，视成型条件而定
A：制品在注射方向上的投影面积cm2
⑽必要射出体积的检讨
在选择注射机时，要进行射出体积的检讨。
包括聊吧、制品在内的体积总和要小于注射机最大注射量的1/2～2/3
⑾其他事项
如客户提供的资料不全，需跟客户联系，取得全部资料。
使用彩笔标记出自己认为较重要的，以利于下一步的设计。
二.成型品基本图的设计
下图是金型设计工作的大致流程：
初期检讨→成型品基本图设计→金型构造设计→部品图设计→检图→出图
塑料注射金型的设计从成型品基本图的设计入手，其正确与否决定了成型制品的好坏。
下面就成型品基本图的设计手法进行讲解：
1. 了解成型材料的特性
最关键的是流动性能的好坏和收缩率的大小
2. 可充填性的检讨
应全面考虑以下几个方面:
① 型腔可否完全填充；②溶接痕的位置；③气泡的发生；
③ 成型品的变形；⑤点浇口的切断痕；⑥其他
在设计工作中，根据工作条件，采用下述方法来分析验证：
① 类似金型的比较；②流动比（L/T）的计算；③CAD、CAE
3. 浇口位置的确定
4. 浇口形状的确定
5. 分型面的确定
应参照下述原则:
① 尽量采用平面;②易于加工;③无离型不良发生;④外观上分割线无影响处.
6. 金型制作寸法的决定
由于塑料冷却以后的收缩性，故金型制作寸法要考虑“成型收缩率”，方法如下：（以收缩率0.2%为例）
①两侧公差: L=25±0.05 →L0=1.02×25=25.5
②片侧公差: L=3-0.2 →L0=[(3+2.8)/2]×1.02=2.96
经过上述方法计算出的寸法，要经过以下两方面的补正：
① 金型制作上可修改性的补正。
② 奇数寸法的偶数化。
7. 拔模斜度的决定（固定侧）
为防止离型不良，有必要在固定侧型芯处设置拔模斜度，但要在成型品公差范围内，一般以30’～3°为宜。
8. 拔模斜度的决定（可动侧）
如有必要，可动侧也可加拔模斜度，但一般可不加。如有顶出不良，可通过加装顶杆的方法来解决。
9. 顶杆的配置
按照以下原则：
① 顶出面积尽可能大，因细小的顶杆孔难以加工。
② 尽量采用圆顶杆，因方顶出孔难以加工（但利用镶件指钕咦龀龅慕霞虻ィ??br> ③ 顶杆要配置在型芯附近。
④ 顶杆孔周围最小1mm壁厚保证。
10. 生产数的记入

三.金型构造设计
成型品基本图完成以后，即可开展最重要的工作-金型构造图面的设计。这部分工作占金型设计全部研讨工作的80%。下面就是具体的设计流程：
1. 成型机金型取付仕样的确认：
① 滑杆间距的确认
金型大小不可超过滑杆间距，通常要留20mm以上的安全距离。
② 最小型厚的确认
金型的型厚要大于注射机的最小型厚
③ 最大开模行程的确认
④ 最大锁模力的确认
⑤ 理论射出容量的确认
⑥ 定位圈直径的确认（以选择定位圈型号）
⑦ 注射机喷嘴先端形状的确认（以选择浇口套型号）
⑧ 最大型厚的计算
T=最小型厚+最大开模距离-S1-S2-S
2. 型腔配置方法的检讨
对于多型腔模具而言，要妥善安排型腔位置，使之投影中心完全位于模架中心上，并使流道最短地达到均衡进料。
3. 型腔壁厚度的确定
见P126～P131附录论述
4. 模架的选择
对于塑料注射模具而言，模架均已标准化。我公司均采用日本FUTABA（双叶）的模架。在选择模架时，除了大小规格外，应确认以下方面：
① 导柱导套的位置，有的导柱在固定侧，而有的在可动侧。根据需要来选择。
② 对于各模板的厚度，应结合成型品基本图来确认。一般来说，要使镶件非成形部分的长度在30mm左右为宜。
③ 目前我们有FUTABA的标准模架CAD库，可使用它来快速生成模架图。
5. 分型动作的决定
在模板厚度确定后，进行分型动作的检讨。
① 固定侧型板与流道板之间的开模距离S1
S1=点浇口套长度+浇口套长度+10～20
② 流道板与固定侧座板之间的开模距离S2
S2=拉料勾勾头长度+3mm安全距离
③ 止动螺栓长度决定
L=固定侧型板厚+S1
④ 止动螺栓头部长度决定
⑤ 支撑导柱长度决定
L=固定侧型板厚+S1+流道板厚+S2+固定侧座板厚
⑥ 拉料勾长度决定
⑦ 流道顶出装置决定
⑧ 浇口套周边机构决定
⑨ 要做到使成形品顶出后自然落下的模具布局
6. 浇口套采用PUNCH市贩品
7. 开模次序的确定,并采用相应机构来确保这种开模次序的实现.
8. 流道从流道板顺利脱出的方法:
采用RUNNER EJECTING SET(MISUMI市贩品)
9. 支撑柱配置的检讨
在注射时,注射机会在可动侧型板的底部产生一个瞬间的注射压力,引起型板变形.为防止此种现象发生,可在模架中设置支撑柱,以不妨碍顶杆和力征安排在每个型腔附近为原则.
10. 冷却水孔的决定
为了恒定模具温度，必须开设冷却水孔，通以冷却用水。
冷却水孔的大小与冷却效率关系不大，中等大小的模具一般采用ф8.5的水孔即可，接口处采用PT1/8的管螺纹。
冷却水孔的位置与数量与冷却效果有密切关系，在确定时，应尽可能地近型腔和尽可能地多，但不要发生干涉。
11. 顶出部分的配置
结合成形品基本图，合理配置顶杆位置，注意不要与冷却水孔及支撑柱等部件发生干涉。
12. 浇口套的配置
本公司均采用PUNCH公司的标准部品。
浇口套头部SR寸法要比注射机喷嘴的SR寸法大1mm左右。
浇口套开口处ф寸法要比注射机喷嘴的ф寸法大0.5mm左右。
对于锥度来说，采用片侧1°比较好。
13. 定位圈的配置
结合成形机仕样，采用PUNCH市贩品。
14. 排气道的配置
为了使型腔内空气顺利排出，有时需设排气道。不过一般设计中不予考虑，生产中如发现有排气不良，再予以解决。
15. 顶出导柱与顶出导套的设计
为了提高顶出部件运动的精度，从而延长顶杆、型芯寿命，防止顶杆拉伤，可设计顶出导柱与顶出导套。
16. 部品番号的确定
本公司制定有金型用部品番号的命名规则，按此规则进行确定。
17. 其他
至此，金型的构造设计基本完成。四.部品图设计
在进行构造设计完成以后，根据成形品基本图和金型构造图进行金型部品图设计，包括下述内容：
⑴设计需加工的部品图面。
⑵外构件追加工部品图面。
⑶购入部品仕样书。
1. 型腔部分的设计：
⑴从金型构造图中把型腔部分的外形提取出来。X-Y方向与模板嵌合，注意公差与配合。Z方向采用螺钉或挂钩或键固定均可。
⑵成形部分形状与寸法
根据成形品基本图来决定，并考虑以下方面：
① 成形品寸法公差。
② 与别的部品之间的关系（配合）等。
③ 便于金型的修正。
④ 机械加工方法所能达到的加工能力。
⑤ 加工费用。
⑥ 其他。
⑶型芯均采用挂钩的形式与型腔件配合，X-Y方向用公差来严格控制。
⑷浇口设计
⑸固定方法
⑹材质、硬度的决定
考虑以下方面：
① 成形品的形状、寸法精度维持机能。
② 成形品表面品质决定机能。
③ 耐冲击，刚性、强度要足够。
④ 耐腐蚀性。
⑤ 耐磨性。
⑥ 机加工性。
⑦ 镜面特性。
⑧ 热传导性。
⑨ 热处理性。
⑩ 材料价格。
2. 固定侧型芯的设计
形状与寸法根据成形品基本图确定。
材质的选择参考上面的内容。
可动侧型芯、型腔设计大致与固定侧相同，但多出顶出部分的设计内容。
至此，金型部品图中与成形有关的部分已完成，下面进行金型构造部分的部品设计。
五.检图
部品图设计完了以后要进行检图，这与设计工作同等重要。在投入生产前发现错误，要比在生产中或完成后才发现要节省大量的金钱与精力。
检图工作，可由设计者自身承担，也可由第三者担任。在检图中应把握如下原则：
⑴详细设计、重要设计检查时，最好在精力充沛时进行。
⑵连续工作1～2小时，应休息10～15分钟，保持头脑清醒。
⑶不要惧怕失败，在失败中取得成长的经验。
⑷不要从详细设计着手，应从总体方案开始，这样容易发现大的原则性的错误。
⑸可调查类似金型在使用过程中发生的问题，并与自己的设计工作相对照。
检图工作主要内容如下：
1. 重要的原则性的项目
⑴根据型芯、型腔明细表，有无遗漏设计的部分。
⑵金型取数是否合适。
⑶分型面的设置是否正确？是否满足金型仕样书的要求？
⑷型腔可否完全填充？
⑸制作费用是否在预算范围内？
⑹成形品生产成本是否在预算范围内？
⑺金型纳期可否完成？
⑻为保证纳期，是否采取了合理的措施？
⑼成形品型腔可否顺利脱出？
⑽成形品型芯可否顺利脱出？
⑾浇口、流道的配置有无不当？
⑿冷却水道有无干涉处？
⒀支撑柱、顶杆、定出导向柱有无干涉？
⒁成形收缩率计算是否正确？
⒂镶件分割方式是否正确？
⒃两侧相互配合的部件设计是否正确？
⒄成形机取付仕样是否满足要求？
⒅其他特殊要求是否满足？
2. 金型构造方面的检讨
⑴目前的设计正确与否，有无可以改进之处？
⑵树脂流动的预想是否正确？
⑶型芯、型腔离型对策正确与否？
⑷滑块与滑动型芯的设计是否正确？
⑸配合处公差是否正确？
⑹排气道是否合适？
⑺配合间隙是否合适？
⑻装配时是否困难？
⑼拆卸是否方便？
⑽对白化现象有无预防？
⑾两侧各部件之间有无干涉？
3. 进行详细检讨的部分：
⑴有无尺寸相互不一致处？
⑵断面形状正确与否？
⑶部品个数是否正确？
⑷部品材质是否正确？
⑸型板刚性是否满足要求？
⑹型腔刚性、强度是否满足要求？
⑺浇口形状是否合适？
⑻加工方法是否经过妥善考虑？
⑼电极设计是否正确？
⑽标准部品发注书是否有误？
⑾客户仕样变更部分是否已全部变更？
⑿废旧图面是否已被替换？
⒀寸法公差、表面粗糙度有无过于严格处？
⒁机械加工性是否适当？

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