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隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)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(yīng)有優(yōu)異的光學(xué)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(shù)水平,生產(chǎn)出高精度的塑料制品,創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品,模具的設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)。
0 B8 x$ H+ I0 m( ^ 在精密注射成型設(shè)計(jì)中,除了應(yīng)考慮一般模具設(shè)計(jì)事項(xiàng)外,還要特別考慮如下事項(xiàng):
6 A9 z) R; @: u9 T0 I* o% @" l 1)為了得到所要尺寸公差的制品,要考慮適當(dāng)?shù)哪>叱叽绻睿?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動(dòng);3)要考慮防止產(chǎn)生成型變形;4)要考慮防止產(chǎn)生脫模變形;5)要使模具制作誤差最;6)要考慮防止模具精度波動(dòng);7)要考慮維持模具精度。
: K% K1 {0 o$ J 1、適當(dāng)?shù)哪>叱叽绾凸?font class="jammer"># x( W- d' ^- x/ g- W# G; y
1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關(guān)連
6 b8 Z% U8 j; f! ?* _ 繪出制品圖,考慮模具設(shè)計(jì)、模具制作和成型過程。" `# j7 P4 H1 l9 v
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(shí)際尺寸。用此模具可得到成型的制品,得到制品實(shí)際尺寸。間題是此實(shí)際尺寸如何在圖面所要尺寸公差內(nèi)。
$ t1 w2 D4 x# y% T, m1 p0 g1 n4 X 1.2適當(dāng)?shù)氖湛s率. ~5 M' a& Y! d' Z" O
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(yù)計(jì)收縮率和實(shí)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(shí)際收縮率來推定收縮率,也有用實(shí)驗(yàn)?zāi)G髮?shí)際收縮率,再經(jīng)修正、設(shè)計(jì)制作生產(chǎn)模的情形.
( @7 u% F4 I8 A1 F9 B# U5 G; ]8 k 但完全恰當(dāng)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(jié)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(shè)在小值,對于凸部尺寸將收縮率設(shè)在大值。齒輪外徑尺寸變大時(shí)不能嚙合,變小時(shí)僅齒隙變大,所以要將收縮率設(shè)在小值。
" r- U- E4 z" w% p 2、防止產(chǎn)生成型收縮率波動(dòng)
9 x6 ?% @- r% J2 m! ^* ]- D! n: p2 b 精密注射成型,必須以確實(shí)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(shí)際尺寸也因?qū)嶋H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(shè)計(jì)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(chǎn)生差異。因成型機(jī)不同,成型條件的設(shè)定、再現(xiàn)性以及各成型周期的動(dòng)作有波動(dòng),對實(shí)際收縮率產(chǎn)生波動(dòng)等,因而收縮的控制是困難的.) F0 N0 |: U+ L& I
2.1影響收縮率的主要因素) a5 A; ?4 a, N, g: o0 P5 z: P; @* m
模具尺寸可由制品尺寸加上收縮率求得,所以在模具設(shè)計(jì)時(shí),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(shí)間,(6)冷卻時(shí)間,(7)制品壁厚,(8)增強(qiáng)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(xiàng)目的變化不同而異。
$ A) K) U Y! c( A( x0 z8 l! r# z- b (1)樹脂壓力
Q( _% g- S% F! j 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(nèi),樹脂壓力也因制品形狀不同而異,因此產(chǎn)生收縮率差異。在多腔模的場合,各模腔內(nèi)樹脂壓力容易產(chǎn)生差異,結(jié)果各模腔的收縮率也不相同。6 k" S2 t8 ?4 r
(2)模具溫度2 n4 b7 |. U" D: }0 ?6 `8 F
無論是非結(jié)晶性樹脂或是結(jié)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(shè)計(jì)時(shí),必須注意冷卻回路設(shè)計(jì)。
/ M; X9 D: I. M$ ~% F; P (3)澆口截面積
9 t8 d) W8 Y/ K# S0 f2 }( L 一般說來,改變澆口截面積時(shí),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(dòng)性有關(guān)。
% X# S Y# [/ L (4)制品壁厚度
/ N' ^3 f/ a* f& r* q! t 制品壁厚度也影響收率.對于非結(jié)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(jié)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(chǎn)生差異.
5 f6 e# Z, f/ _' \- X (5)增強(qiáng)材料含量
; L' c, ]( \/ `0 G+ o& v9 s8 n 用玻瑞纖維增強(qiáng)樹脂時(shí),加玻纖量愈多,收縮率則愈小,流動(dòng)方向的收縮率比橫向收縮率小,根據(jù)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(shù).8 `7 ]/ N7 N" K" w9 \+ x( o
(6)定向性- t3 \5 A8 R1 G0 x
定向性雖有較大差異,然而對所有樹脂都存在定向性。結(jié)晶性樹脂的定向性特別大,由于壁厚和成型條件而有差異。
/ ~, Z ] Q3 { A8 K 此外,還有產(chǎn)生成型后收縮。影響成型后收縮的主要因素有①內(nèi)部應(yīng)力緩和,②結(jié)晶,③溫度,④濕度.5 H8 {% g% h; y- _6 F, Z
2.2可采取的措施8 v* u2 a9 b9 y, R+ l2 ^4 D
(1)流道,澆口平衡
% Y4 ~* {2 Z# ]8 v 如上所述,收縮率因樹脂壓力變化。在單腔模多點(diǎn)澆口以及多腔模的情形,要同樣進(jìn)行充模,就要進(jìn)行澆口平衡。樹脂流動(dòng)與在流道中的流動(dòng)阻力有關(guān),所以在取澆口平衡前最好取流道平衡。
7 j: b- d5 q8 s% u x- a; _; E% _ (2)模腔排列$ G( x1 t8 Y- ?
為了使成型條件的設(shè)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(shí),既要易取流道平衡,又要取以澆口為中心的同心回狀排列.% V, _+ U. G* x+ |* Z
(3)精密注射成型的冷卻回路設(shè)計(jì)4 C+ r8 B& {9 K
如上所述,模具溫度對收縮率影響很大,同時(shí),因時(shí)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(shè)計(jì)。$ E0 O9 i- f" I$ W2 [; g
從熱交換效率來看,冷卻液的流動(dòng)應(yīng)為紊流,冷卻回路最好設(shè)為串聯(lián)的折流板式。
, }! }6 @7 l0 p4 p8 Z3 U8 @ 在回路設(shè)計(jì)中,型腔與型芯應(yīng)帶出的熱量也不同,熱阻力也因回路構(gòu)造不同而異,入口水溫在模腔與型芯產(chǎn)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(shè)計(jì),用分別的溫調(diào)機(jī)進(jìn)行溫度控制。
8 ^4 ]9 f# p7 j) g6 ^ B 3、防止產(chǎn)生成型變形. j* o/ D. W2 g% T: g- K
成型變形產(chǎn)生的原因是在不均勻的收縮下有內(nèi)應(yīng)力,所以需要防止不均勻地收縮。
" _' c. f, h4 i! s& ^ (1)澆口數(shù)
! X+ \" H; Q: ?9 D' r6 n, H" o 在齒輪中心有孔的圓形制品的情形,必須在中心設(shè)澆口.然而在樹脂的流動(dòng)方向與垂直方向收縮率有較大差異時(shí),卻有產(chǎn)生橢圓的缺點(diǎn),在需要更高精度的圓度時(shí),需要設(shè)成3點(diǎn)或6點(diǎn)澆口。但需要充分注意各澆口的平衡。5 v; o) A9 f, @+ a" x
在使用側(cè)澆口時(shí),3點(diǎn)澆口將使圓筒狀制品內(nèi)徑增大,在外表和端面不允許澆口痕跡的情形少使用內(nèi)側(cè)多點(diǎn)勻分澆口,可以得到良好結(jié)果。3 y& A( a+ I. m8 j c: n0 }: N1 B
(2)澆口形狀和位置
) ]; C, h& B9 ^/ J. l 需要根據(jù)制品形狀選用適當(dāng)形狀的澆口。圖置表示澆口形狀和位置對變形的影響。
) Y) R; ?- Z) |9 r$ \( g ]; m 4、防止脫模產(chǎn)生變形
# o( p6 V6 K @1 Z1 J: _ 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(shè)計(jì)必須考慮使制品不變形,而且可適當(dāng)脫棋。
$ {5 a, ^; J) j& a3 q7 f5 r 對于收縮率較小的樹脂,當(dāng)成型壓力高的情形,需要注意制品易留在模腔內(nèi).用收縮率小的樹脂成型齒輪時(shí),齒輪部分模腔最好設(shè)計(jì)在頂出一側(cè)的模板上。0 r1 p% i; J8 b" x
在用頂銷時(shí),濡要注意無變形的頂銷數(shù)和頂壓位置。帶孔齒輪需要芯銷,這時(shí)為了有助于在頂出時(shí)平行頂出,而需要設(shè)置頂出側(cè)模板上。
1 z! [3 Z6 U6 @9 ~6 X1 Y/ C 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(chǎn)生變形。7 l% c0 `/ `" W) y' o4 I& ?
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(shè)容易研磨的分塊型芯。4 { o _: H9 ]6 |
5.最小的模具制作誤差, ^4 H, V, p8 V) v
5.1按所要加工方式的適當(dāng)?shù)哪>邩?gòu)造( [ |. i; e! [) k0 N/ O* ~# Q
為了得到所要精度的制品尺寸,必須有相應(yīng)的模具尺寸,而模具需要有極高精度的加工,又受精加工機(jī)械限制。6 K* P- c8 [0 |& ]/ {
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(jī)床加工淬火模具的精度可達(dá)0.01毫米以內(nèi)。
# v" }* i$ z8 t" ]2 [ 由于用平面磨床無法加工封閉槽形,可選用】形,但因】形強(qiáng)度差,需要采用如圖2的增強(qiáng)措施。& X% ?6 e( d6 P2 C3 h: M0 V
用電火花加工機(jī)床彤模加工時(shí),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(jī)床加工時(shí),應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)能夠貫通加工的構(gòu)造。
. N! h# M9 z5 Z C& E 從防止磨削變形和縮短加工時(shí)間方面來看,要選定淬火變形少的鋼材,而且要設(shè)計(jì)為淬火變形少的形狀。形狀復(fù)雜時(shí),悴火冷卻不易均勻,易產(chǎn)生淬火變形。
_9 Q. B; a1 R. O 5.2總分割式模具
3 S# E; U2 @7 b, m 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:
: W% u Q. t: b2 K" `; `9 R (1)因?yàn)榭蛇x擇適當(dāng)材料,所以能夠使用適當(dāng)硬度模具材料。
% v+ {9 W! l7 A. ~6 ^' ^ (2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。9 y# ~7 E) Z( w9 d0 T
(3)能夠分別熱處理,所以容易設(shè)定熱處理?xiàng)l件。# b" j& n, y6 b9 I
(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。' O9 q; q1 S/ ]* v
(5)因?yàn)槿菀装窗文7较蜓心ィ杂欣诓捎冒文P倍刃〉哪>摺?br />
& N, D, r9 b4 a! o (6)由于硬化,可延長模具精度保持時(shí)間,模具壽命長。2 K4 r' o& c2 s4 V& @
(7)容易設(shè)在任意位置排氣,所以充模容易。) P9 {! Y8 K/ U" R
(8)磨削加工容易。
) z1 X4 N" E3 M* q2 w7 }' | (9)能夠提高模具零件精度,所以可能提高制品精度。
g2 ~3 S/ s, `1 E (10)可在較小的公差內(nèi)制作備模腔和型芯,所以部件互換性高,容易維修。! O t, _' h8 N/ S
(11)因?yàn)橐阅ハ骷庸橹黧w,所以加工效率高。
. B9 m! ^( [2 K5 U0 s5 N (12)零件數(shù)多,需要極大提高各零件加工精度。' c! y! M; J! n, b5 S
(13)局限于特定加工方法。
0 V: }8 o2 F. w% K (14)采用完全淬火。
: J ~7 c. b5 N 5.3總分割式模具設(shè)計(jì)方面的注意點(diǎn)% I. h& `* {6 I
關(guān)系精度和各部件所要精度必須從所要制品精度逆運(yùn)算決定。
8 ^# {; y* Y6 ~; E* B& g J& f 因?yàn)榉指顢?shù)愈多,積象誤差愈大,愈要提高加工精度,所以分割數(shù)僻要定在最小限度。2 J$ R' H6 ]3 c: R
一般禁止在制品表面設(shè)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(chǎn)生應(yīng)力處有分型線時(shí),也往往因應(yīng)力集中而引起破損。
* J# A7 v4 g) O# S 因?yàn)槟ハ骷庸と菀椎玫骄鶆虻某叽缌慵,所以?yīng)分割成可用研磨劑加工的形狀。5 W7 ~1 U3 H3 A3 [8 D5 Y- V9 H
易損易壞部分應(yīng)分割成易更換的,并且考慮選用高耐磨性合金。( Z0 G9 C6 ?, b) @# v! d3 R- k7 L/ h% n8 \6 i
此外,要考慮組裝和拆卸容易。必須用能夠容易、正確地復(fù)原精度的機(jī)構(gòu),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?shù)那樾危仨氄_研磨銷孔。- u1 i2 L& P' \' {! O
6、防止模具精度的誤差9 e2 S4 }6 c+ q; D2 C/ r
確;瑒(dòng)件各周期的定位,需要防止模具精度的波動(dòng)。為了維持滑動(dòng)件的精度,滑動(dòng)件都應(yīng)悴火研磨。側(cè)芯滑動(dòng)部分的配合應(yīng)有定位退拔部分,如圖4所示,在側(cè)芯尺寸大時(shí),中間部分可以設(shè)狹小的導(dǎo)槽。
; A7 o/ C ]* W3 O( E4 T0 f 7、模具精度的維持
& a" |0 m2 Z6 y8 U; V" m$ Q; g. S3 M2 F 7.1確保模腔與模芯的中心一致5 X9 X, d& e8 R4 @
為了經(jīng)常正確地合模,的構(gòu)造.圖5-7表示其例必須設(shè)計(jì)成兩模板可確實(shí)正確定位9 T. ?9 Z/ t* _8 u" U
7.2 防止模具變形
! D2 r2 B) v' i' z 為了避免因樹脂壓力作用于模腔而產(chǎn)生的模具變形,棋具強(qiáng)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(qiáng)度鋼,并且將容易受彎曲的銷設(shè)在接近澆口,還要降低作用于銷的樹脂流動(dòng)壓力。
0 X% d* i2 X5 n t1 t6 x5 \4 I/ O 7.3預(yù)防時(shí)效變化. Y# a% o" l4 Z/ D" K
模具藉要淬火回火處理時(shí),如果有殘余奧氏體,將產(chǎn)生時(shí)效變化,導(dǎo)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。- v N# {/ M- X# c. B' ]
為了防止因磨損的變化,需要提高硬度,還應(yīng)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?yàn)榧庸ば什,所以為了縮短加工時(shí)間,需要盡量減少磨量。既要設(shè)成縮小淬火變形的零件形狀,又應(yīng)選定可縮小變形的材質(zhì)。+ w$ r* K0 J; `! N% U9 O
, B3 s8 F, G$ k# ?- S0 T+ I, B
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