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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,而且還應有優(yōu)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(chǎn)出高精度的塑料制品,創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品,模具的設計是重要環(huán)節(jié)。, j- e- H; }7 F4 ^
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:
* {! J" U- F& H* e+ u 1)為了得到所要尺寸公差的制品,要考慮適當?shù)哪>叱叽绻睿?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動;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;7)要考慮維持模具精度。' N" | J! x% s) p. r0 P- ]3 a% O
1、適當?shù)哪>叱叽绾凸?font class="jammer">3 v5 z7 h' Y$ t2 d
1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關連8 `1 u% ~ G7 B9 j* J
繪出制品圖,考慮模具設計、模具制作和成型過程。. j/ v8 k$ Y3 p6 f" 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。, w) T. K) |5 V1 Z
1.2適當?shù)氖湛s率
6 H5 p1 }- B2 L }( U$ A4 P 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(jīng)修正、設計制作生產(chǎn)模的情形.6 Y1 j- v2 K* w9 S* q0 k: D. |/ Y: S, d
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。( v1 K; J8 _: d8 F& w: |: v
2、防止產(chǎn)生成型收縮率波動% y- u$ ~/ n6 W- e; m: h
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(chǎn)生差異。因成型機不同,成型條件的設定、再現(xiàn)性以及各成型周期的動作有波動,對實際收縮率產(chǎn)生波動等,因而收縮的控制是困難的.
4 {3 M' K5 I# q 2.1影響收縮率的主要因素
- A, S$ b6 ]4 q 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。9 N2 s: ?! Y; D/ R- a
(1)樹脂壓力0 X) g! u9 e8 `" d
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(chǎn)生收縮率差異。在多腔模的場合,各模腔內樹脂壓力容易產(chǎn)生差異,結果各模腔的收縮率也不相同。2 z5 Q! {0 Z* l, M
(2)模具溫度) d, |" y! C9 y3 _1 ~) a" [
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。( x9 u* {/ X% [( \8 E2 @7 e
(3)澆口截面積
# `$ a3 b/ m0 D" }- ] 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。1 t5 j" E( ]# \5 |! j
(4)制品壁厚度
+ [9 v; v4 @. y6 c 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(chǎn)生差異.- v& [9 U# j" J- g/ a% T4 c
(5)增強材料含量1 Z+ Y( P( Q/ y' t W# ^
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(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).
- t/ E, p. [! q% E B, m5 J( } (6)定向性$ n! T5 l9 t$ g( @! i
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。6 M. n1 g; |( r) C& B
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內部應力緩和,②結晶,③溫度,④濕度.! i4 \# S; [7 ]. M0 h' G
2.2可采取的措施/ y' R1 X. B) b
(1)流道,澆口平衡& v" z0 \# Z3 p* W
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。
! ]1 F) ^0 K7 a& K+ E2 l. h (2)模腔排列# s3 x3 |6 G" d, J3 K* \
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.6 U( ?+ n) v" E% |- t; @
(3)精密注射成型的冷卻回路設計
& @2 I5 @4 w: E' N 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。- p" }# `9 x4 ]1 E& O2 A
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(lián)的折流板式。
. }6 V" l9 |% c- n; I1 ` 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(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計,用分別的溫調機進行溫度控制。# o* P6 E% t4 }2 e0 \
3、防止產(chǎn)生成型變形1 v: p2 x( _; ?6 v0 E$ w/ w
成型變形產(chǎn)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。
. C5 q' J) q: U% f5 Y# F9 O2 ]0 T3 i (1)澆口數(shù)+ {4 k b" a3 g5 l
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(chǎn)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。
$ @1 |8 ]$ J: Q2 G# C 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。$ U) l( j1 Q. @( J+ |+ L
(2)澆口形狀和位置
/ j. a: i) N" H8 }3 _& j$ f: ~ 需要根據(jù)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。
/ s* o# O. \3 V0 k6 Q 4、防止脫模產(chǎn)生變形
) }7 m- }3 }' X+ I& [ 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。
. B1 A% B g0 j j# Q4 V. \ 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。
! W% Y% k! i; {- T1 e: M2 x$ P 在用頂銷時,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,這時為了有助于在頂出時平行頂出,而需要設置頂出側模板上。3 p5 _" ]+ A# v) }% b' E
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。) G2 U; f; d& A9 X
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。
4 t$ f: \. Z% I3 x& v5 x2 N- Z 5.最小的模具制作誤差. j# o+ n9 E4 Z7 ~
5.1按所要加工方式的適當?shù)哪>邩嬙?br />
8 t/ {3 K- K- z( [8 B4 i- F 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。
1 @6 @" ?5 c$ Y1 [: E# `$ u8 y" Y G 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。0 b7 `; p3 r; |; }% E( }+ {8 k' @
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。
8 s/ k5 r5 A2 y i1 n6 p 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。
* L P2 m. H/ Z. z+ v9 j, Z) Z 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(chǎn)生淬火變形。
" i$ p1 y- _* W8 ]" c1 e 5.2總分割式模具9 f; R3 {! u' a
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:
0 b" @" Z \: D (1)因為可選擇適當材料,所以能夠使用適當硬度模具材料。
- H3 j; {# V$ @. h U (2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。8 S( E/ M& U5 C' O
(3)能夠分別熱處理,所以容易設定熱處理條件。
. u8 E& f$ E$ G- m* h( V (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。) c; c8 K6 k# O- \% _0 P7 h
(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。( E) q- G( E, ^' E9 d' N( T
(6)由于硬化,可延長模具精度保持時間,模具壽命長。
- C% r/ J6 M% O (7)容易設在任意位置排氣,所以充模容易。: J* Q" n. P' {; t* x
(8)磨削加工容易。
; s4 |5 R$ J1 a* }* I% F (9)能夠提高模具零件精度,所以可能提高制品精度。8 [2 s5 s5 {' \! B3 f- w. x
(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。: O4 s/ c8 D* j; }* r/ q |! z) X
(11)因為以磨削加工為主體,所以加工效率高。% l1 z- B, m9 ?! Y; C/ S
(12)零件數(shù)多,需要極大提高各零件加工精度。/ e6 P; G% f6 K. V; T G$ Q4 U% w
(13)局限于特定加工方法。
/ j3 I5 l! V( V (14)采用完全淬火。+ I' f% l6 \7 Q/ Y$ }
5.3總分割式模具設計方面的注意點
) U- O' l% K" ?. h' m1 H 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。
5 b- P5 [) G/ y w0 q; W. ? 因為分割數(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。6 {) Y2 ]4 }; f9 [# Y( {
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(chǎn)生應力處有分型線時,也往往因應力集中而引起破損。! w6 {- V8 y4 x6 Q
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。
9 ]) Y- T: B5 I" T% Q 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。
) H) \: z' |1 }' y* ]7 F 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?shù)那樾,必須正確研磨銷孔。( }+ t9 J: W) U5 @# f- W8 _! P
6、防止模具精度的誤差
$ b! Z# x9 K7 w/ V 確;瑒蛹髦芷诘亩ㄎ唬枰乐鼓>呔鹊牟▌。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。3 a" @1 ?& b7 f# M" I" b" J
7、模具精度的維持
7 y1 @1 _/ E* [ 7.1確保模腔與模芯的中心一致/ m" M! l$ R; p0 S i) m
為了經(jīng)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4 [$ X5 ~% o3 m
7.2 防止模具變形- R% t+ e5 y& P& h, d, O7 b
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。
( X. P8 R# u, S 7.3預防時效變化
- z" _1 s* q% P 模具藉要淬火回火處理時,如果有殘余奧氏體,將產(chǎn)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。
, ?6 n; S" d* G0 a6 p. }' \ 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。4 c! q/ X5 I- z- A; L a1 o
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