塑胶模具设计标准.doc
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1、 塑胶模具设计标准一 材质1. 模具钢材A.钢材规格:模仁镶件一般用SKD-61牌号.特殊要求另行考虑.B.加工性能:热处理前车,铣.钻,磨加工均可.热处理后性能好,硬度为HRC 50-53.只能模床加工.放电加工.线割加工.C.附表1:模具钢,工具钢规格特性对照表2. 塑胶材质A.附表2:缩水率对照表B.缩水的计算方法及其影响因素:热塑性塑料的特性是在加热後膨胀,冷却後收缩,当然加压以後体积也将缩小。 在注塑成形过程中,首先将熔融塑料注射入模具型腔内,充填结束後熔料冷却固化,从模具中取出塑件时即出现收缩,此收缩称为成形收缩。塑件从模具取出到稳定这一段时间内,尺寸仍会出现微小的变化,一种变化是
2、继续收缩,此收缩称为後收缩。另一种变化是某些吸湿性塑料因吸湿而出现膨胀。例如尼龙610含水量为3%时,尺寸增加量为2%;玻璃纤维增强尼龙66的含水量为4%时尺寸增加量为0.3%。但其中起主要作用的是成形收缩。 目前确定各种塑料收缩率(成形收缩後收缩)的方法,一般都推荐德国国家标准中DIN16901的规定。即以230.1时模具型腔尺寸与成形後放置24小时,在温度为23,相对湿度为505%条件下测量出的相应塑件尺寸之差算出。 收缩率S由下式表示: S=(DM)/D100%(1)其中:S-收缩率; D-模具尺寸; M-塑件尺寸。 如果按已知塑件尺寸和材料收缩率计算模具型腔则为 D=M/(1-S) 在
3、模具设计中为了简化计算,一般使用下式求模具尺寸: D=M+MS(2)如果需实施较为精确的计算,则应用下式: D=M+MS+MS2(3)但在确定收缩率时,由於实际的收缩率要受众多因素的影响也只能使用近似值,因而用式(2)计算型腔尺寸也基本上满足要求。在制造模具时,型腔则按照下偏差加工,型芯则按上偏差加工,便於必要时可作适当的修整。 难於精确确定收缩率的主要原因,首先是因各种塑料的收缩率不是一个定值,而是一个范围。因为不同工厂生产的同种材料的收缩率不相同,即使是一个工厂生产的不同批号同种材料的收缩率也不一样。因而各厂只能为用户提供该厂所生产塑料的收缩率范围。其次,在成形过程中的实际收缩率还受到塑件
4、形状,模具结构和成形条件等因素的影响。下面对这些因素的影响作一介绍。 a.塑件形状 对於成形件壁厚来说,一般由於厚壁的冷却时间较长,因而收缩率也较大,如图1所示。 对一般塑件来说,当熔料流动方向L尺寸与垂直於熔料流方向W尺寸的差异较大时,则收缩率差异也较大。 从熔料流动距离来看,远离浇口部分的压力损失大,因而该处的收缩率也比靠近浇口部位大。 因加强筋、孔、凸台和雕刻等形状具有收缩抗力,因而这些部位的收缩率较小。 b.模具结构 浇口形式对收缩率也有影响。用小浇口时,因保压结束之前浇口即固化而使塑件的收缩率增大。 注塑模中的冷却回路结构也是模具设计中的一个关键。冷却回路设计得不适当,则因塑件各处温
5、度不均衡而产生收缩差,其结果是使塑件尺寸超差或变形。在薄壁部分,模具温度分布对收缩率的影响则更为明显。 c.成形条件 料筒温度:料筒温度(塑料温度)较高时,压力传递较好而使收缩力减小。但用小浇口时,因浇口固化早而使收缩率仍较大。对於厚壁塑件来说,即使料筒温度较高,其收缩仍较大。 补料:在成形条件中,尽量减少补料以使塑件尺寸保持稳定。但补料不足则无法保持压力,也会使收缩率增大。 注射压力:注射压力是对收缩率影响较大的因素,特别是充填结束後的保压页号335压力。在一般情况下,压力较大的时因材料的密度大,收缩率就较小。 注射速度:注射速度对收缩率的影响较小。但对於薄壁塑件或浇口非常小,以及使用强化材
6、料时,注射速度加快则收缩率小。 模具温度:通常模具温度较高时收缩率也较大。但对於薄壁塑件,模具温度高则熔料的流动阻抗小,*而收缩率反而较小。 成形周期:成形周期与收缩率无直接关系。但需注意,当加快成形周期时,模具温度、熔料温度等必然也发生变化,从而也影响收缩率的变化。在作材料试验时,应按照由所需产量决定的成形周期进行成形,并对塑件尺寸进行检验。用此模具进行塑料收缩率试验的实例如下。 注射机:锁模力70t 螺杆直径35mm 螺杆转速80rpm 成形条件:最高注射压力178MPa 料筒温度230(225-230-220-210) 240(235-240-230-220) 250(245-250-2
7、40-230) 260(225-260-250-240) 注射速度57cm3/s 注射时间0.440.52s 保压时间6.0s 冷却时间15.0s C. 附表3:常用材料的成型参考温度二 模具编号规定1. 模具编号流水号编排.2. 镶件编号前模镶件编号用F标识,后模用M标识. 流水号排列.电极,垫板.组立图等用文字标识三. 绘图规定1. 需出图面有组立图,镶件图,电极图等要齐全,根据图面加工完后即可组立,2. 所有须注明配合公差规定:轴:-0.005/-0.015 孔:+0.005/+03.所有未注公差规定:如图示 .X 0.1.XX 0.01.XXX 0.002四.模具的基本结构1. 模具結
8、構2.澆注系統A:設計流道的基本原則a.基本原理普通的流道系統(Runner System)也稱作澆道系統或是澆注系統,是熔融塑料自射出機射嘴(Nozzle)到模穴的必經通道。流道系統包括主流道(Primary Runner)、分流道(Sub-Runner)以及澆口(Gate)。下圖顯示了典型的流道系統組成。主流道:也稱作主澆道、注道(Sprue)或豎澆道,是指自射出機射嘴與模具主流道襯套接觸的部分起算,至分流道為止的流道。此部分是熔融塑料進入模具後最先流經的部分。分流道:也稱作分澆道或次澆道,隨模具設計可再區分為第一分流道(First Runner)分流道(Secondary Runner)
9、。分流道是主流道及澆口間的過渡區域,能使熔融塑料的流向獲得平緩轉換;對於多模穴模具同時具有均勻分配塑料到各模穴的功能。 澆口:也稱為進料口。是分流道和模穴間的狹小通口,也是最為短小肉薄的部分。作用在於 利用緊縮流動面而使塑料達到加速的效果,高剪切率可使塑料流動性良好(由於塑料的切變致稀特性);黏滯加熱的升溫效果也有提昇料溫降低黏度的作用。在成型完畢後澆口最先固化封口,有防止塑料回流以及避免模穴壓力下降過快使成型品產生收縮凹陷的功能。成型後則方便剪除以分離流道系統及塑件。 冷料井:也稱作冷料穴。目的在於儲存補集充填初始階段較冷的塑料波前,防止冷料直接進入模穴影響充填品質或堵塞澆口,冷料井通常設置
10、在主流道末端,當分流道長度較長時,在末端也應開設冷料井。b.設計基本原則 模穴佈置(Cavity Layout)的考慮: 盡量採用平衡式佈置(Balances Layout )。模穴佈置與澆口開設力求對稱,以防止模具受力不均產生偏載而發生撐模溢料的問題。模穴佈置儘可能緊湊以縮小模具尺寸。流動導引的考慮: 能順利地引導熔融塑料填滿模穴,不產生渦流,且能順利排氣。盡量避免塑料熔膠正面衝擊直徑較小的型芯和金屬嵌件,以防止型芯位移(Core Shift)或變形。熱量散失及壓力降的考慮: 熱量損耗及壓力降越小越好。流程要短。流道截面積要夠大。盡量避免流道彎折及突然改變流向(以圓弧角改變方向)。流道加工時
11、表面粗糙度要低。多點進澆可以降低壓力降及所需射壓,但會有縫合線問題。流動平衡的考慮:一模多穴(Multi-Cavity)充填時,流道要平衡,盡量使塑料同時填滿每一個模穴,以保證各模穴成型品的品質一致性。 分流道盡量採用自然平衡式的佈置方式(Naturally-Balanced Layout)無法自然平衡時採用人工平衡法平衡流道。廢料的考慮: 在可順利充填同時不影響流動及壓力損耗的前提下,減小流道體積(長度或截面積大小)以減少流道廢料產生及回收費用。冷料的考慮:在流道系統上設計適當的冷料井(Cold Slug Well)、溢料槽以補集充填初始階段較冷的塑料波前,防止冷料直接進入模穴影響充填品質。
12、排氣的考慮: 應順利導引塑料填滿模穴,並使模穴內空氣得以順利逃逸,以避免包封燒焦的問題。 成形品品質的考慮:避免發生短射、毛邊、包封、縫合線、流痕、噴流、殘餘應力、翹曲變形、模仁偏移等問題。流道系統流程較長或是多點進澆(Multiple Gating)時,由於流動不平衡、保壓不足或是不均勻收縮所導致的成品翹曲變形問題應加以防止。產品外觀性質良好,去除修整澆口方便,澆口痕(GateMark)無損於塑件外觀以及應用。生產效率的考慮:盡可能減少所需的後加工,使成形週期縮短,提高生產效率。頂出點的考慮: 需考慮適當的頂出位置以避免成形品脫模變形。使用塑料的考慮: 黏度較高或L/t比較短的塑料避免使用過
13、長或過小尺寸的流道。3. 顶出系统為使射出成形能率及成形品品質提高亦有必要施行自動運轉為此必需能使注道流道及成形品自動而确實脫模再者少量生產之制品型模制作日數及价格有所限制亦由於成形品形狀及澆口之种類不能自動脫模之場合此際可決定成形品及注道流道最容易脫模之頂出机构同一形狀之成形品亦由於材料种類及澆口形式之不同頂出方法亦隨之异必需將最适當之方法組合使用成形品頂出方法之決定當然受成形品材料及形狀等所左右但原則上在成形品上制成缺口階層等使能形成最确實之脫模并且故障較少再都故障發生之場合必需能簡單補修同一形狀之成形品亦因由於外表精度成形性不同而變化使用之頂出方法頂出方法一般使用頂出梢(直梢階段梢)筒套
14、刮料板空气等單獨使用或組合使用則視型模之壽命長短,型模加工之難易選定之(1)頂出之种類1)頂出梢梢之加工最為容易必需硬度之場合施行淬火磨削等亦較其他方法為容易可在成形品之任意位置上配置為使用最多者孔之加工容易精度亦能達規定滑動抵抗最小契住發生少因之型模壽命長互換性使在破損之際補修可以容易然而在小面積上頂出頂出應力集中於成形品之局部杯類及箱形物品之退縮傾斜小脫模抵抗大之成形品上將發生壓陷及頂穿等此种場合使用頂出梢大多不适當2)方形或板狀頂出梢板狀頂出板等件之加工熱處理等并無困難點但孔之加工困難需要使用放電加工等特殊加工將型模板及心型部份分割形成組合型加工變為容易但制造工時增加成形品由於有分割線對
15、透明件之外觀有不良影響亦有不允許之場合再者滑動抵抗亦較,圓梢為多板之厚度較薄容易引起彎折及挫屈在可能限度中避免使用3)套筒套筒之加工性比較良好但套筒內徑小而長度長者加工較難使用於肉薄件容易發生開裂由於套筒之端面全面頂出成形品頂出均一能形成确實脫模成形品開裂較少發生4)刮料板刮料板及心型之加工并不比頂出梢為難滑動面机械加工及配合則需要較多時間滑動面契合部必需淬火熱處理為困難再者互換性亦趨向不良修補必需較多人工刮料板与心型配合面形狀為圓形或方形者机械加工及配合加工比較容易但如為連續變化之曲線形者則變為困難再者為使施行淬火后仍保有互換性使用襯套嵌入使補修容易特別有數個型穴者可僅將破損單件換調刮料板与
16、其他頂出方法比較為頂出面積廣大成形品能确實脫模對脫模抵抗較大之杯類及帽類之成形品脫模有效廣泛應用再者外觀上几無頂出痕跡顯示此亦為优點之一5)空气壓出方法空气壓出方法為設置閥等將空气通入隙間加工較為簡單對杯類及箱形等深度較大之成形品之脫模為极有效之方法附表4:常规标准化法五.标准件使用规定 附表5:模具标准件六 设计流程1. 设计之前的资料审查.比对产品样板,产品CAD图面,产品3D档案,对产品结构,尺寸做进一步审查.A. 产品参数审查a. 产品用在何处(外观要求)怎样使用(力学性能要求)b. 成型塑料的收缩为多少c. 产品与其他零部件进行配合的公差要求d. 产品的脱模角度分别是多少e. 浇口位
17、置,流线,结合线,顶出痕要求f. 产品外观有无特殊要求:咬花,蚀纹,雾面等B. 模具参数审查a. 产品成型塑料的模塑特性如何b. 预期一模出多少产品c. 需要何种类型的流道系统:冷流道,热流道d. 模腔的布局,e. 产品出模方式的选择2. 设计中(模具结构设计)A. 确定出模方向:首先根据产品结构确定出模方向,若无法正常成型和脱模则考虑设计斜销(顶),内(外)滑快侧面抽芯等B. 确定PL面:以模具制造加工条件的要求为依据,满足产品外形要求来确定模具PL面位置,便利与加工.C. 产品模穴布局平衡吗?针对产品布局不平衡问题对进浇口进行处理.D. 设计合理的浇口位置,浇口形状以及浇口数目.根据产品大
18、小,成型材料的粘度,流动性能,可能出现的料流结合线,模塑周期的长短,借用CAE模流分析软体来确定浇口位置,大小,形式(针点,侧边式,搭接式,)数目.浇口的设计决定料流结合线,而结合线的汇集将是内应力集中,这对产品将是一个致命的破坏因素E. 镶件和成型销的设计,针对一些精巧细小的部位采取模仁镶件的方法,便于损坏更换F. 排气结构的设计,针对产品一些尖锐薄的位置,在注射过程因排气不良而容易形成真空一致注射压力损失大而且沾料难以充饱产生射出产品缺胶现象,我们需在该处设置排气G. 顶出机构的设计,确定合适的顶出方案H. 冷却水路设计,我们根据预期模塑量,模塑周期来确定冷却水路,避免出现冷却不均甚至有些
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