塑料精密注射成型模具设计要点
随着电子、电信、医疗、汽车等行业的迅速发展,对塑料制品的高精度、高性能要求与日俱增,精密注射成型要求制品不仅具有较高的尺寸精度、较低的翘曲变形,而且还应有优异的光学性能等.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术水平,生产出高精度的塑料制品,创造附加值高的产品,模具的设计是重要环节。在精密注射成型设计中,除了应考虑一般模具设计事项外,还要特别考虑如下事项:1)为了得到所要尺寸公差的制品,要考虑适当的模具尺寸公差。2)要考虑防止产生成型收缩率波动。3)要考虑防止产生成型变形.4)要考虑防止产生脱模变形。5)要使模具制作误差最小.6)要考虑防止模具精度波动.7)要考虑维持模具精度.
1、适当的模具尺寸和公差
1.1制品尺寸精度与模具尺寸精度的关连
绘出制品图,考虑模具设计、模具制作和成型过程。
首先可从制品图面尺寸求模具图面尺寸。按此模具图画尺寸制作模具,得到模具的实际尺寸。用此模具可得到成型的制品,得到制品实际尺寸。间题是此实际尺寸如何在图面所要尺寸公差内。
1.2适当的收缩率
如上所述,即使在用同一颜料的同一树脂中,收缩率也因成型条件不同而异。在精密成型中,收缩率变化程度要小,预计收缩率和实际收缩半要尽可能无差异。主要是采用整理以往的类似制品的实际收缩率来推定收缩率,也有用实验模求实际收缩率,再经修正、设计制作生产模的情形.
但完全恰当推定收缩率几乎是不可能的,不可避免地要在试成型后修正模具。修正结果,凹部将增大尺寸,凸部将缩小尺寸。因此,对凹部尺寸,将收缩率设在小值,对于凸部尺寸将收缩率设在大值。齿轮外径尺寸变大时不能啮合,变小时仅齿隙变大,所以要将收缩率设在小值。
2、防止产生成型收缩率波动
精密注射成型,必须以确实可按所要尺寸制作模具为前提。然而,即使模具尺寸一定,制品实际尺寸也因实际收缩不同而异.所以在精密注射成型中,收缩率的控制是十分重要的.模具设计的合适与否支配收缩率,还因树脂批次不同而异,若改变颜料,收缩率也产生差异。因成型机不同,成型条件的设定、再现性以及各成型周期的动作有波动,对实际收缩率产生波动等,因而收缩的控制是困难的.
2.1影响收缩率的主要因素
模具尺寸可由制品尺寸加上收缩率求得,所以在模具设计时,需要考虑收缩率的主要因家.影响成型收缩率的主要因素有(1)树脂压力,(2)树脂温度,(3)模具温度,(4)浇口截面积,(5)注射时间,(6)冷却时间,(7)制品壁厚,(8)增强材料含盆,(9)定向性,(10)注射速度。这些影响因树脂和成型条件等项目的变化不同而异。
(1)树脂压力
树脂压力对收缩率影响很大,树脂压力若大,收缩率变小,制品尺寸则大。即使在同一模腔内,树脂压力也因制品形状不同而异,因此产生收缩率差异。在多腔模的场合,各模腔内树脂压力容易产生差异,结果各模腔的收缩率也不相同。
(2)模具温度
无论是非结晶性树脂或是结晶性树脂,模具温度若高,收缩率则变大.精密成型要将模具温度维持在特定温度。在模具设计时,必须注意冷却回路设计。
(3)浇口截面积
一般说来,改变浇口截面积时,收缩率也变化.收缩率随着浇口尺寸变大而变小,这与树脂的流动性有关。
(4)制品壁厚度
制品壁厚度也影响收率.对于非结晶性树脂,因树脂对壁厚的收缩率影响倾向不同,壁厚大,收缩率也大,反之,收缩率变小。而对于结晶性树脂,必须避免壁厚变化特别大。在多腔模的情形,如果模腔壁厚有差异,收缩率也将产生差异.
(5)增强材料含量
用玻瑞纤维增强树脂时,加玻纤量愈多,收缩率则愈小,流动方向的收缩率比横向收缩率小,根据树脂其差较大,为了防止扭曲飞翘曲,必须考虑浇口形状飞侥口位置和浇口数.
(6)定向性
定向性虽有较大差异,然而对所有树脂都存在定向性。结晶性树脂的定向性特别大,由于壁厚和成型条件而有差异。
此外,还有产生成型后收缩。影响成型后收缩的主要因素有①内部应力缓和,②结晶,③温度,④湿度.
2.2可采取的措施
(1)流道,浇口平衡
如上所述,收缩率因树脂压力变化。在单腔模多点浇口以及多腔模的情形,要同样进行充模,就要进行浇口平衡。树脂流动与在流道中的流动阻力有关,所以在取浇口平衡前最好取流道平衡。
(2)模腔排列
为了使成型条件的设定容易,所以需要注意模腔排列。由于熔融树脂将热带入模具,在一般模腔排列的情况下,模具温度分布呈以浇口为中心的同心圆状。所以在选择多腔模的模腔排列时,既要易取流道平衡,又要取以浇口为中心的同心回状排列.
(3)精密注射成型的冷却回路设计
如上所述,模具温度对收缩率影响很大,同时,因时间不同温度变化,多腔模各模腔的温度差也难以避免,所以需要注意冷却回路设计。
从热交换效率来看,冷却液的流动应为紊流,冷却回路最好设为串联的折流板式。
在回路设计中,型腔与型芯应带出的热量也不同,热阻力也因回路构造不同而异,入口水温在模腔与型芯产生较大差异.因此,精密成型模具的冷却回路为型腔与型芯分别设计,用分别的温调机进行温度控制。
3、防止产生成型变形
成型变形产生的原因是在不均匀的收缩下有内应力,所以需要防止不均匀地收缩。
(1)浇口数
在齿轮中心有孔的圆形制品的情形,必须在中心设浇口.然而在树脂的流动方向与垂直方向收缩率有较大差异时,却有产生椭圆的缺点,在需要更高精度的圆度时,需要设成3点或6点浇口。但需要充分注意各浇口的平衡。
在使用侧浇口时,3点浇口将使圆筒状制品内径增大,在外表和端面不允许浇口痕迹的情形少使用内侧多点匀分浇口,可以得到良好结果。
(2)浇口形状和位置
需要根据制品形状选用适当形状的浇口。图置表示浇口形状和位置对变形的影响。
4、防止脱模产生变形
精密制品一般较小,制品壁厚较薄,有的还有许多薄筋。棋具设计必须考虑使制品不变形,而且可适当脱棋.
对于收缩率较小的树脂,当成型压力高的情形,需要注意制品易留在模腔内.用收缩率小的树脂成型齿轮时,齿轮部分模腔最好设计在顶出一侧的模板上。
在用顶销时,濡要注意无变形的顶销数和顶压位置。带孔齿轮需要芯销,这时为了有助于在顶出时平行顶出,而需要设置顶出侧模板上。
对于角状制品,可以使用冲孔模板顶出,用这种模板顶出可以防止产生变形。
一般精密制品拔模斜度较小。为了减小脱模力,而需要镜面加工,研磨方向必须为拔模方向。要按拔模方向设容易研磨的分块型芯。
5.最小的模具制作误差
5.1按所要加工方式的适当的模具构造
为了得到所要精度的制品尺寸,必须有相应的模具尺寸,而模具需要有极高精度的加工,又受精加工机械限制.
为了维持模具精度,需要耐磨性高,为此需要采用淬火.用磨床及电火花加工机床加工淬火模具的精度可达0.01毫米以内。
由于用平面磨床无法加工封闭槽形,可选用】形,但因】形强度差,需要采用如图2的增强措施。
用电火花加工机床彤模加工时,必须注意电极端的磨损变大。加工图3的齿轮用模腔以及用钢丝电火花加工机床加工时,应尽可能设计能够贯通加工的构造。
从防止磨削变形和缩短加工时间方面来看,要选定淬火变形少的钢材,而且要设计为淬火变形少的形状。形状复杂时,悴火冷却不易均匀,易产生淬火变形。
5.2总分割式模具
为了将淬火零件加工成较高精度,要使用磨床。因此,需要采用镶件组成分割式模具。这种模具有如下特征:
(1)因为可选择适当材料,所以能够使用适当硬度模具材料。
(2)能够利用耐蚀性和耐磨性高的模具材料.
(3)能够分别热处理,所以容易设定热处理条件。
(4)能够使用镜面加工性良好的模具材料,镜面加工操作也容易,所以能够提高镜面度。
(5)因为容易按拔模方向研磨,所以有利于采用拔模斜度小的模具。
(6)由于硬化,可延长模具精度保持时间,模具寿命长。
(7)容易设在任意位置排气,所以充模容易.
(8)磨削加工容易.
(9)能够提高模具零件精度,所以可能提高制品精度。
(10)可在较小的公差内制作备模腔和型芯,所以部件互换性高,容易维修。
(11)因为以磨削加工为主体,所以加工效率高。
(12)零件数多,需要极大提高各零件加工精度.
(13)局限于特定加工方法
(14)采用完全淬火
5.3总分割式模具设计方面的注意点
关系精度和各部件所要精度必须从所要制品精度逆运算决定。
因为分割数愈多,积象误差愈大,愈要提高加工精度,所以分割数僻要定在最小限度。
一般禁止在制品表面设分型线,不仅外观上嫌弃,而且在功能上也将成为障碍。若在产生应力处有分型线时,也往往因应力集中而引起破损。
因为磨削加工容易得到均匀的尺寸零件,所以应分割成可用研磨剂加工的形状。
易损易坏部分应分割成易更换的,并且考虑选用高耐磨性合金。
此外,要考虑组装和拆卸容易。必须用能够容易、正确地复原精度的机构,组装模腔和型芯的各部件,如果分别装在基座上,则模腔与型芯必须同心。在使用安装销钉的情形,必须正确研磨销孔。
6、防止模具精度的误差
确保滑动件各周期的定位,需要防止模具精度的波动。为了维持滑动件的精度,滑动件都应悴火研磨.侧芯滑动部分的配合应有定位退拔部分,如图4所示,在侧芯尺寸大时,中间部分可以设狭小的导槽。
7、模具精度的维持
7.1确保模腔与模芯的中心一致
为了经常正确地合模,的构造.图5-7表示其例必须设计成两模板可确实正确定位
7.2 防止模具变形
为了避免因树脂压力作用于模腔而产生的模具变形,棋具强度就要足够大。在型芯板中间常加支柱,销的材料也选用高强度钢,并且将容易受弯曲的销设在接近浇口,还要降低作用于销的树脂流动压力。
7.3预防时效变化
模具藉要淬火回火处理时,如果有残余奥氏体,将产生时效变化,导致模具尺寸精度变化,所以再使残余奥氏体分解的温度回火,并且孺要用冷处理。
为了防止因磨损的变化,需要提高硬度,还应考虑使用因淬回火尺寸变化极小的钢种.磨削与刀具切削加工相比,因为加工效率差,所以为了缩短加工时间,需要尽量减少磨量。既要设成缩小淬火变形的零件形状,又应选定可缩小变形的材质。
文章关键词: 塑料、注射、模具设计
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