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塑胶模具基础设计介绍


塑膠模具基礎設計介紹

資??源:高雄應用科技大學 模具工程系 黃俊欽博士

模具設計介紹
?模具的種? ??道系統設計 ?頂出系統設計 ??卻系統設計 ?模具死角(under-cut)處? ?模具強?計算

種?
??澆道模具:?道內的熔膠隨模穴內的熔膠一併 ?卻,開模後一起取出。

可分為:
(1)?澆道二板式模具:開模後成品與?道一起取出,除 使用潛伏式澆口外,其成品與?道是相?的。 (2)?澆道三板式模具:開模後成品與?道一起取出,大 ?使用點?澆口外,故其成品與?道會自動分?。

?熱澆道模具:?道內的熔膠在模穴?卻過程中維 持熔融態,?隨模穴內的熔膠一併?卻,開模後 只有成品取出。

模具的種?
?澆道模具

二板式模具

三板式模具

二板式模具之基本結構裝配圖

熱澆道模具
? 特色: ?道內的塑?維持高溫,?與產品一同?卻析出 ? 優點 (1)節?塑?及二次加工 (2)?低射壓,減少應? (3)縮短?卻時間 ? 缺點 (1)模具昂貴 (2)應避免使用含纖塑? (3)澆口設計較?具彈性

熱澆道模具
?熱井噴嘴系統 ?伸長噴嘴系統 ?絕熱式澆道系統 ?分配式岐管系統

熱澆道模具

熱岐管塊
?岐管塊的膨脹:塑膠高溫導致 ?岐管塊的材質:鉻鉬鋼加熱處? ?岐管塊的保溫與隔熱 ?岐管塊的的加工:?道平?且高?拋光, 加熱器的孔道須絞光,配合公差0.1mm

熱澆道模具的優缺點
?優點:
1.原?成本較低,較沒有廢?回收的問題 2.?卻時間可縮短 3.成形溫?及壓?較低,成品應?較小 4.可完全自動化 5.?道內的壓?溫?變化較小,成品品質較佳,凹痕及?痕較少。

?缺點:
1.較?適用於熱敏性材? 2.較?適用於加纖材? 3.價格較貴 4.澆口的設計比較沒有?澆道模具的自由?

三板式標準模座

標準?件—定位環
? 規格名稱/標稱尺寸(射出成形模具用定位環100)

模板
?名稱A×B×h ?射出成形用模具的模板150×200×200

標準?件—注道襯套
? 規格名稱/形示/標稱尺寸xMxLxR 射出成形模具用注道襯套A型25x50x20x20

注道襯套的使用

標準?件—A型導銷
? 規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN ? 射出成形模具用導銷A型40x150x50

標準?件—導銷襯套
? 規格名稱/形示/標稱尺寸xL ? 射出成形模具用導銷B型40x80

導銷襯套的裝配孔

頂出銷
? 規格名稱/形示/標稱尺寸xL ? 射出成形模具用頂出銷A型10x150

? 規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN ? 射出成形模具用頂出銷B型3x100x30

? 規格名稱/形示/標稱尺寸xLxN ? 射出成形模具用頂出銷C型3x100x30

? 規格名稱/形示/標稱尺寸xtxWxLxN ? 射出成形模具用頂出銷D型2x9x100x30

頂出銷及裝配孔

頂出套筒
? 規格名稱/標稱尺寸xL ? 射出成形模具用頂出套筒5x150

頂出套筒及裝配孔

回位銷
? 規格名稱/標稱尺寸xL ? 射出成形模具用回位銷12x100

回位銷及裝配孔

注道抓銷
? 名稱/標稱尺寸/形式×L ? 射出成形用模具的注道抓銷A形6×100

注道抓銷及裝配孔

導銷及導銷襯套的使用

斜角銷
? 名稱/標稱尺寸×M×N ? 射出成形用模具的斜角銷20×100×30

停止銷及其使用

?道系統
? ? ? ? ? ?道的尺寸--壓?損失/?卻時間 ?道的配置--?動平衡 滯?井--蓄積?? 澆口-- 種?、尺寸、??、位置 排氣孔-- 種?、位置

?道 (runner)
? ?道的設計重點:1.種? 2.尺寸 3.配置 ? 一般而言?道尺寸(如直徑)比成品肉厚要大,因此常造成?卻時 間的?費。 ? ?道尺寸隨成品的大小,有一適當值。太粗或太細均?好。大直 徑的?道尺寸雖然可使熔膠?經時的壓損較小,但整個成形週期 會變長,因此產能會下?。小直徑的?道雖然會使熔膠?經時的 壓損較大,但整個成形週期短。 ? ?道長?太短,在保壓階段時較?在澆口附近產生應?殘?。? 道長?太長,則會因熔膠?卻造成?動??及射壓增加的缺點。 ? 在一模多穴的系統中,每個模穴充填?可能?同,而且與進膠點 的距?亦?同,如何設計?道尺寸及配置?道及模穴的位置使每 個模穴能達到同時填滿的目標。多模穴?能同時填滿,則每個模 穴內的壓?會較一致,可避免毛邊或充填?足的缺點產生。此即 為「?動平衡」的意義。否則在多模穴系統中先填滿的模穴,在 其它模穴尚在充填時,將造成壓?的劇增而產生毛邊。

種?
?圓形斷面最佳, 一般為考慮加工方?亦 常用梯形或U型斷面

尺寸
?以成品重?為基準 ?以成品投影面積(平方公分)為基準 ?公式計算 適用於圓形?道,且成品肉厚 <2.5mm, 重?<7盎司 (1盎司=27.8g) ?圖示法

配置
在一模多穴的系統中 (a)各模穴大小相同,則?道配置以「對稱」為原則。 (b)各模穴大小?同,則?道配置以達到「?動平衡」為 目標。

中間四個模穴充填較快

中間四個模穴的壓?較高

以對稱型設計可以達到?道平衡的效果

runner gate的平衡
各模穴的質?比=各模穴的BGV比
AG LR × LG
:澆口橫斷面積

BGV =

AG

LG :澆口長?
LR :?道長?

直接澆口
優點: 1.?去?道之加工。 2.壓?損失少。 3.可成形大型或深?較深之成形品。 缺點: 1.澆口殘?痕跡影響外觀及後加工。 2.平而淺的成形品?翹曲、扭曲。 3.澆口附近殘?應?大。 4.一次只能成形一個成形品,除非使用多噴 嘴成形機。 適用材?:硬質PVC,PE,PP,PC,PS,PA , POM

側?澆口
優點:1.澆口與成形品分?容?。 2.可防止材?逆?。 3.澆口部產生磨擦熱,可再次提 昇材?溫?,促進充填。 缺點:1.壓?損失大。 2.?動性?佳之材??造成充填 ?足或半途固化。 3.平板?或面積大之成形品,由 於澆口狹小?造成氣泡或?痕 之??現象。 適用材?:硬質PVC,PE,PP,PC,PS, PA,POM,AS,ABS,PMMA

重疊澆口
優點:1.可防止成形品產生?痕。 2.具側?澆口之各項優點。 3.可防止噴射紋之?動紋?。 4.可防止澆口附近因殘?應? 所引起之扭曲與??。 缺點:1.壓?損失大。 2.澆口??稍困難。 適用材?:硬質PVC,POM,AS,ABS,PMMA

凸片澆口
優點:1.澆口附近的收縮下陷可消除。 2.可排除過剩充填所致的應變,以 及?痕的發生。 3.可緩和澆口附近之應?集中。 4.澆口部產生磨擦熱可再次提 昇材?溫?。 缺點:1.壓?損失大。 2.澆口??稍困難。 適用材?:硬質PVC,POM,AS,ABS,PMMA。

膜?或扇形澆口
優點: 1.可均勻充填防止成形品變形。 2.可得?好外觀之成形品,幾無?? 現象發生。 3.平板?或面積較大之成形品使用此種 澆口。 缺點: 1.澆口部??稍困難。 適用材?: PP,POM,ABS等。

環形澆口
優點:1.可防止?痕之發生。 2.圓筒?之成品常使用此種澆口。 缺點:1.澆口??稍困難。 適適用材?:POM,ABS

盤形澆口
優點:1.可防止?痕之發生。 2.?去?道之加工。 3.具直接澆口之功用,壓?損失少。 4.用於成品中央有比注道直徑?大的貫 穿孔。 缺點:1.澆口??稍困難。 2.一次只能成形一個成形品。 3.成形品之孔中心必須與注道對應 適用材?:PS,PA,AS,ABS

點?澆口
優點:1.澆口痕跡?顯著,可?必後加工。 2.澆口位置可自由選擇。 3.澆口可從?點注入,應?及應變較小。 4.適合多?成形品之成形。 5.具限制澆口之優點。 缺點:1.壓?損失大。 適用材?:PE,PP,PC,PS,PA,POM,AS,ABS

潛?澆口
優點:1.澆口自動?斷,免除後加工。 2.成形品之外側或內側可自由設定澆口位置。 缺點:1.壓?損失大。 適用材?:PS,PA,POM,ABS

排氣孔
模穴內氣體的?源包括模穴內的空氣、塑?所 含的水氣及揮發物。?無法在塑?充填過程中 於予排出,則?產生下?缺點: 1.氣體因快速壓縮及受塑?加熱而升溫,且因溫 ?過高將塑?燒焦。 2.氣體因壓縮而升壓,導至模穴的充填?足。 3.氣體包入熔膠內部,造成產品內部氣泡,?低 產品物性。

排氣孔的設置
1.設計在分模面的排氣孔─空氣被聚積在成品的分模線 上。 2.設計在模穴內部的排氣孔─空氣被包風在成品內部或 ?、凸轂的底部。可?用頂出銷、頂出套筒或排氣銷 作為排氣裝置。 3.?用分割式模具設計作排氣孔

排氣系統設計

頂出系統設計
? 頂出系統的種? ? 頂出銷—用途最廣,但尺寸、?目、頂出位置 的決定要注意,設計上以受?平均、 對稱、且?至於造成頂白為原則 ? 頂出套筒—適用於底部為圓筒?(如凸轂)的 成品 ? 頂出板—適用於肉薄成品,受?平均,但?在 頂出板與模 心之間產生毛邊 ? 空氣頂出—適用於肉薄成品,可避免頂出時內 部局部真空造成成品凹陷 ? ?段式頂出—適用於成品內外均有高脫模阻? 的情形

頂出脫?板強?計算
1.允許的最大變形?為塑品在開模方向尺寸公差的 1/5~1/10
? ? Q H = 0.54 L? ?E?B? y? ? ? ?
1 3

H:板厚(cm) L:推桿間距(cm) Q:總脫模?(N) E:鋼材的彈性係?(N/cm2) B:板寬(cm) y:允許的最大變形?(cm)

設計頂出銷脫模的注意事項
1.以?目多,直徑小為原則 2.頂出銷外周距公模心型應?有 0.2~0.5mm的距? 3.前端應高出型腔表面0.1~0.2mm 4.應有回位機構 5.?宜在角偶內側部位 6.與裝配孔的間隙約0.01~0.03mm

設計頂出脫?板的注意事項
1.脫?板與公模心的配合應為錐面(>5?) 2.與推桿的結合應採用浮動結合 3.脫?板面積大時應加裝導向裝置

?卻系統設計
?卻系統的必要性:
a.對成形性及成形效?而言 模溫高→?動性佳。 模溫低→縮短固化時間,提高效?。 b. 對成形品物性而言 模溫高→結晶?高,表面性質較佳。 模溫低→材?迅速固化,成形壓?大,造成殘?應 ?。 c. 對防止成品變形而言 ?卻?足→發生收縮下陷。 ?卻?均→收縮?平均,引起翹曲、扭曲。

?卻回?的種?
a.鑽孔法
最一般性之?卻法,設貫穿孔,在模具外部用橡皮管?接,適用於 母模及四方形成品。

b.隔板法
在水道內裝?屬隔板,使?水?分開,適用於細長公模心或使用套 筒頂出之場合。

c.溝槽法
由嵌塊構成,在其中之一洗溝槽,嵌塊組合後形成管道,適用於淺 而寬的平板成品,或箱形品內側。

d.套管法
在水道內裝一套管,?水由套管內進入,然後噴出由套管與水道間? 出,適用於細長公模心或圓筒形成品。

e.間接?卻法
藉由鈹銅迅速導熱,並由?卻水將熱帶走,適用於細長公模心或成 品構造複雜之部份機構

?卻回?的設計原則與經驗
a. ?卻回?應沿著模穴均勻分佈為佳。 b. 水?管徑的決定使與??大小 ρVD 使???Re=( μ ) > 4000, 維持??形式以保持熱傳效?,一 般設計約維持在8000-10000。水?管徑與??大小可由肉厚 初步決定如下:

通常管徑?得超過14mm ,因為如此??造成??,而使熱 傳效??低。 c. 水管節距與深? 管徑:水管與成品距?:水管間距 = 1:3:5 or 1:4:7 d. 水管長?

e. 並?與??的特色比較 並?特色: 1.模具表面溫?較均勻 2.支?多,?卻水速?變慢,?卻效?變差 3.無法維持長時間各????相等,會導致模穴表面?卻?均 4.某一水道?較?會影響全體?卻效果 ??特色: 1.?卻水出入溫差較大,?造成模具表面溫??均勻 2.一有阻?,會影響全體?動,明顯?低?卻效果 3.?速較快,熱傳效果較佳 f. ?卻液應先從高溫處進入,然後循環至低溫處出去,以保持模具 溫?的均勻性。 g.有效水管長?的總表面積與成品總面積一致時最佳,但水管支? 太多常導致壓損而造成???低,並影響?卻效果。

模具死角(under-cut)處?
(1)強迫頂出 適用於軟質材?且倒角深?<1mm

(2)?用?塊及斜銷 設計重點
??塊的移動?程 ??塊的定位 ??塊的合模機構 ?斜銷的長? ?斜銷的安裝

模具強?計算
模具的受?與變形

角偶的應?集中

(1)模具側壁厚?

(2)承板厚?

模具材?
?碳鋼(SC)—?宜,加工性?好 ?合?工具鋼(SKD)—耐熱耐磨韌性優 ??鏽鋼(SUS)—耐蝕 ?鉻鉬鋼(SCM)—耐蝕強?佳韌性優 ?鋁鉻鉬鋼(SACM)--耐蝕經氮化處?後耐磨性佳 ?預硬化鋼(HPM)—硬?高質地細緻耐磨

?鏡面加工用模具材?
(1)無非?屬存在物,微視組織均勻細微,硬?高,須以真空熔解 法製造之極純境模材,一般以麻時效鋼(YAG) 、預硬化鋼 (HPM17 、HPM33 、HPM38 、HPM50)為主

?耐腐蝕用模具材?
(1)材質含鉻,如?鏽鋼(SUS系) 、預硬化鋼、鉻鉬鋼(SCM) (2)表面鍍硬鉻層

?耐磨耗用的模具材?
(1)耐磨性取決於碳化物的種?及含?,主要有預硬化鋼 (HPM31 、HPM38 ) 、粉末高速鋼(HAP)

依成形材?決定模材
1.充填材強化樹脂:磨耗問題
ZDP4?SUS440 系?? ZCD-M?HPM31?HPM 75

2.難燃劑添加樹脂:腐蝕問題
CrSUS系?(HPM38) ?SUS630系?

3.透明樹脂:容?鏡面處?
YAG ? HPM系?

4.薄的成品:硬?及強韌性
含有18%Ni的麻體時效鋼

?密模具設計的步驟
?考慮與射出機的配合 ?決定一次射出的成形品?及模穴配置 ?決定分模線及?道、澆口、排氣孔 ?死角(undercut)的處?與頂出方法的決定 ?溫?控制方法的決定 ?模具材?及模具加工法的決定

成形品射出個?的決定
(1)考慮射出機性能的射出個? 0.8F=(A*Y+B)*X F:合模? A:單一成品的投影面積 B:澆道的投影面積 Y:一次射出的成品個?

X:模內成形壓?

(2)考慮最經濟方式的射出個?
Ymin = ( M + L)t * Q 3600 * C

M:射出機一小時的費用

L:操作員一小時的費用

t:成形週期 Q:成品訂購?? C:單個模穴的成形費用 (3)考慮??的射出個? 以一模2~4個且配合適當的成形機(約為射出能?的40~70%)

?密模具設計上的考慮事項
1. 正確地算出模具的尺寸公差。 2.防止成形收縮?誤差的考慮。 3. 防止成形變形的事項考慮。 4. 防止?模變形的事項考慮。 5. 使模具製作時的誤差止於最小限的考慮。 6. 關於模具??誤差的防止事項的考慮。 7. 關於模具??維持事項的考慮。

成形品尺寸??和模具尺寸??的關?性
M = A 1? β

(γ 1 + γ 2 )(1 + δ 1 ? δ 2 ) (δ 1 ? δ 2 ) + =α 1? β

A 成形品圖面稱呼尺寸

γ2
M

γ1

α %對於成形品誤差的稱呼尺寸的百分比 β %預想收縮?
%預想收縮?和實際收縮?的差 %收縮?的誤差值 模具圖面尺寸的稱呼尺寸 %對於模具製作誤差的稱呼尺寸的百分比 %對於模具摩耗?的稱呼尺寸的百分比

δ1
δ2

防止成形收縮的誤差
1.runner gate的平衡 2.模穴的排? 3.模具的?卻回?設計
(1)並?式與??式的比較 (2)?卻液入口、出口溫?差因??大小而?。在?密射出 成形模具中,??的決定,必須使入口、出品溫?差在 2℃以內。各模穴間最大溫?差也要小於2℃以內。 (3)模穴、型蕊分開式的模具溫?控制系統

防止成形變形的發生
1.進澆口?? 2.進澆口形? 3.進澆口位置 4.?卻

模具設計檢查事項
?品質
(1)檢討模具材?、硬?、??、構造是否符合製定者之要求

?成形品
(1)檢討成形材?的?動、收縮下陷、熔合線、?紋、脫模斜?、 ?痕等關?成形品表面外觀的事項 (2)在成形品機能、外形等的容許範圍內,儘?簡化加工 (3)成形材?的收縮?是否估計正確,是否會經時變化

?成形機
(1)射出?、射出壓?、合模?是否充分 (2)模具是否能正確安裝於使用之成形機上 (3)成形品從成形機上取出是否順? (4)成形機的噴嘴與模具定位環、注道襯套是否能正確接觸 (5)頂出是否正確

?模具構造
分模線
(1)分模線位置是否適當,是否容?發生毛邊,開模時成形品 是否殘?可動側 (2)分模線之位置是否對模具加工、成形品外觀有所影響

頂出機構
(1)使用之頂出方法對成形品是否適當 (2)頂出銷、套筒的位置是否?想,?目是否充分 (3)剝?板是否容?卡住心型

溫?控制
(1)加熱用加熱器的能?是否充分 (2)?卻回?的大小、位置、??是否適當 (3)?卻用媒體的選用是否適當

?死角處?
(1)死角(undercut)之處?'方法是否適當 (2)側向心型是否會與頂出機構、回位銷衝突

??道澆口
(1)澆口形?的選擇是否適當 (2)澆口位置、大小是否適當 (3)注道及?道的尺寸、形?是否適當

?裝配圖
(1)模具大小是否適當,強?上是否適當 (2)模具各構造?件的配是否適當 (3)裝配圖的繪製是否明確適當 (4)各?件是否註明裝配位置 (5)必要?件是否全部記入 (6)必要的規格?、標題?等是否明確註明

??件圖
1. ?件件號、名稱、件?、是否正確記入 2. 是否註明自製或在庫品或市購品等資? 3. 必要時是否使用標準品或市購品 4. 配合部公差、表面??(表面光?)是否明確註明 5. ??要求嚴格的部皆,是否已考慮再修正的可能性 6. 是否有?必要的過剩?? 7. 材?的使用,是否適合?件的機能 8. 是否已註明熱處?、表面處?及表面特殊加工的程? 9. 心型及型穴號碼是否已註明 10.是否已註明各?件的加工方法

?加工考慮
1.檢討加工法,是否適合構造 2.檢討加工或組合,是否可能而且容? 3.特殊加工及工程指示是否充分 4.加工雖可能,但有?困難之處,可否變?設計 5.對加工及裝配之基準面是否已記入 6.現場配合加工處是否明確指示 7.配合調整之處是否指示調整預??及調整過程?明 8.裝配時注意事項是否記入 9.套環用孔是否已註明其大小及適當位置 10. 裝配、分解、調整用衝出孔、?紋孔等是否有明確指示 11. 淬火或其他加工等所致的變形是否止於最小。

減少模具製造誤差
1.依加工方式設計適當的模具結構 2.分割式模具 3.分割式模具設計上注意事項

依加工方式設計適當的模具結構
? 為?維持模具??,必需採用耐摩耗性高的材質。 ? 加工物經熱處?及淬火後的加工??在0.01mm以內, 除?用各種磨床及放電加工機外別無它法。 ? 平面研磨加工時,?得?使床台往?動作,因此,像 圖a的形?無法加工,?得?做成圖b的U字形?,但是 圖b的強?較圖a為弱,因此做成圖c的補強對策。 ? 當必需用放電加工機加工時,必需?意電極前端的摩 耗問題。

分割式模具的特徵
(1)可對某一部分做適當材質的選擇,並完全正確的應用其 硬?鋼材性能。 (2)可使用富有耐蝕性、耐摩耗性的模材。 (3)可以各別做熱處?,熱處?條件的設定容?。 (4)可使用鏡面加工性?好的模材,鏡面加工作業容?,鏡 面?高。 (5)由於硬化處?,使初期??的保持期間延長,性能也能 長時間維持,模具壽命增長。 (6)脫模方向的研磨加工容?,對脫模斜?較小的成形品有?。 (7)排氣位置任何地方皆可設置、填充容?。 (8)研磨加工容?。

分割式模具的特徵
(9) 模具?件??高,成形品??也提高。 (10)各模穴、型蕊可在很小的公差內製作,?件互 換性高,保養容?。 (11) 以研磨加工為主體,生產性高,工?的誤差小。 (12) ?件增多。 (13) 各?件的加工??必需要提高。 (14) 受特定加工法限制。 (15)完全淬火時,加工困難。

分割式模具設計上注意事項
(1)必須由成?品的???反算各個?件所需要的 ?? (2)從成形品的形?、機能?考慮模具的分割情形 (3)分割成可能研磨加工的形? (4)從保養方面?考慮模具的分割情形 (5)容?分解、組?的分割形?

實?(一)
? 一個一模?穴的模具,產品為髮夾(裝飾用叉子),所使用材 ?為聚苯乙稀,產品形?尺寸及模穴配置圖如下

模具3D?體 剖示圖

Design notes
(1)分模面(parting surface): 髮夾的分模面定在母模與固定側固定板之相接面,如圖16.26所示: (2)模穴配置(Impression layout): 模穴配置型式以圖16.27所示,以水平中心線為界,上面三個,下面三個。 (3)模板設計: 採用標準模座,在模穴部份的上下模板採嵌入式, 所採用的模座並沒有背板。 (4)頂出(Ejection): 採用適用的頂出銷做為頂出使用,由圖16.28可示?種直徑的頂出銷被採用。 (5)頂出銷固定板及頂出銷定位板(Ejector assembly and ejector grid): 一種常用的頂出裝置及固定頂出銷方式在這次設計型式中被採用。 (6)進?系統(Feed system): 經由注道,主?道及次?道將一模?穴的空間充滿塑膠(?考圖16.27),採用重 疊澆口方式避免在充填時融膠噴?效應發生。 (7)?卻系統(Fluid circulation system): 一種基本的?卻方式由四個水平的貫穿孔(F10)所構成,採用的原因是基於結 構簡單(圖16.28), 貫穿孔設在背板上(方?模板?換)

(8)模板定位(mould alignment): 在固定側模板上裝置導銷(G4),在可動側模板裝置導銷襯套(G3),用? 作為公母模的定位,在這個特殊?子中, 因為模穴?位於單一模板上, 所以定位的需求? ?低?。 (9)注道?銷(sprue pulling): 使用一種包含死角的注道?銷(S16),作用在?滯?井處,當開模時將注 道?出。 (10)分模面浮凸(Parting Surface Relief): ?塊模板結合處為做成浮凸型式,所包圍範圍包括??個模穴,並在可 動側模板的四個角?加上四個矩形凸塊,目的是減低鎖模所使用的油壓 缸?? (?圖16.30) 。

實?(二)—檢視設計錯誤之處

(1)??井(cold slug well)直徑小於豎澆道頂出銷S16(spure pin)直徑, 所以沒有頂出的機能 (2)從模穴模板C6(cavity plate)後方,到頂出銷固定板R4(retaining plate)前方其頂出距?過分大。 (3)頂出銷E4(ejector pin)太細長,要採用階梯式頂出銷(stepped ejector pin) (4)頂出銷E4太接近模穴壁面(impression wall) (5)頂出銷的頭部凸緣直徑太大 (6)頂出銷背板E5(ejector plate)太薄,頂出時有可能會變形 (7)頂出銷背板的平面太大,所以?歸銷P9(push-back pin)應該放在接近模 穴的位置 (8)在凸轂(boss)位置的頂出,最好是用套筒式(sleeve type ),以確保頂 出 (9)局部崁入塊的模心銷I3(core pin),沒有背板支撐 (10)間隔塊S23(support block)位置距?太遠(平斷面圖造成誤解)。模穴模 板C6(cavity plate)沒有背板,射出成型時會造成變形

實?(三)
隨身碟的頭部外殼塑膠模設計

設計?程
塑膠產品生產設計及開發 產品CAD繪製 產生基本的CAD模型

產品CAE成品分析

產生設計資?,?如溫 ?、壓?、水?模型

軟 體 一 元 化 3D模具設計 檢查干涉 CAE結構分析 RU,6 ?位化工廠 CAM程式設計 2D圖面製作 CAE熱傳分析 RU,6 生產作動模擬

模擬?削

模具及成品表面掃描

提供?據與3D CAD比對

澆道系統的考?
1.按重?選用?道 產品重?4g=0.14oz 所以選用ψ6 2.?道型式 採用U型(如圖2-2)的?道。加工上只要半邊加工, 採用球刀既可。且業界較常用。
標稱尺寸 成型品重? (OZ) 4 3 6 12 8 12以上 10 12 大型
10 ?

H

R

3.側?澆口的尺寸確?

h = n × t = 0.7 × 1.5 = 1.05
W = 3 × h = 3 × 1.05 = 3.15
(材質ABS: n=0.7) 取深?h為1㎜ 取寬?W為3㎜

W h

頂出系統的考?
? 在豎澆道的??系統上 我們採取最簡單的Z字形 的?銷 ? 頂出系統方面則由成品 的外型?考?,由於成 品有一部份為非外觀面 的位置,且其他位置也 ??製作頂出,?損傷外 觀面,因此我們考?頂 出製作於外觀面的位置 上如圖(2-7)

倒角的考?
? ? ? ? ? 角銷,?塊及導軌(rail guide)採用標準件,節?時間。 角?方面角銷(Angle pin)為20?,固定塊(Locking block)為 22?。 在?程方面,由於模心在脫模時要完全脫?成品,所以其?程約為 30㎜為?角銷尺寸為整?,所以反算?程為90*sin20=30.78㎜ 。 ?塊共計四組,左右邊共?組。之所以?製作成?組,主要是為? 試模時比較好調整間隙及相關尺寸。 角銷長?一般採用公式為,但由於是電腦繪圖,因此尺寸由電腦上 既可?出。
M = l L d + + ?H cos α sin α 2

模具側壁及承板強?考?
? 由MOLDEX的模?分析,在壓?方面模具平均所受壓?為40Mpa,因 此採用壓?40Mpa及容許位移?為0.1㎜?計算。另外根據產品及 模板的厚?及寬?,分別?運算模穴側壁及移動側模穴承板強?, 計算如下 模穴側壁的強?計算

12 pl 4 a 12 * 407 * 30 4 * 11.25 h= = = 3.806mm 6 384 Ebδ 384 * 2 * 10 * 40 * 0.1
移動側模穴承板強?
5 pbL4 5 * 407 * 30 * 88 4 h=3 =3 = 14.19mm 6 32 EBδ 384 * 2 * 10 * 250 * 0.1

ANSYS作模具強?分析
可使用ANSYS?作模具強?分析,我們選擇移動側模穴承板強??作分析,預估其 最大的位移?。分析結果如下,其大位移?為0.04㎜,發生於模具中心,由於 0.04<0.1㎜,所以承版的結構強?是足夠的。
使用單位 MKS kg ,mm,S,MPa 基本條件設定 使用元素 ??條件 電腦控制內定 模具表面壓? 四面體元素 40Mpa 拘束條件 支撐塊及支撐棒底面 全部拘束位移為0 材?條件 普通碳鋼S50C E=2x105 MPa ;υ =0.3

ANSYS分析圖形
位移圖 應?圖

成品最大位移?發生在模具中央,有0.04mm的位移?

由於進澆口的尖角形?,所以造成應?集中,產生應 ?局部升高.因此在製作時該部位時,要將尖角適當 圓角化使應?集中值變小.

?卻水?的設計考?

移動側模穴?卻水?

固定側模穴?卻水?

?塊上的模心?卻水?示意圖

MOLDEX模?分析
?材質:ABS ?充填時間: ?融膠溫?: ?模具溫?: ?射出壓?: 0.5 秒 210℃ 50℃ 120 Mpa ?卻時間: 頂出溫?: 保壓時間: 保壓壓?: 10秒 120℃ 1.5℃ 80 Mpa

加工條件設定
??名稱 材質 充填時間 射出壓? ??值 ABS 0.5秒 120 Mpa ??名稱 充填?況 ?卻時間 保壓壓? ??值 100% 10秒 80 Mpa ??名稱 融溶溫? 模具溫? ??值 210? 50? ??名稱 頂出溫? 保壓時間 ??值 120? 1.5秒

MODLEX分析圖形
成品與?卻水?CAD 波前圖

25 20 45 60

模心及模穴皆有水?採ψ8㎜,尺寸如上

成品約在0.5秒左右完全充填

加工條件設定
??名稱 材質 充填時間 射出壓? ??值 ABS 0.5秒 120 Mpa ??名稱 充填?況 ?卻時間 保壓壓? ??值 100% 10秒 80 Mpa ??名稱 融溶溫? 模具溫? ??值 210? 50? ??名稱 頂出溫? 保壓時間 ??值 120? 1.5秒

MODLEX分析圖形
塑膠最大溫?圖 脫模表面溫?

塑膠在成品的部份以達70?以下,小於頂出溫?120?,所以頂 成品脫模時,其溫?預估為70?以下 出沒有問題

加工條件設定
??名稱 材質 充填時間 射出壓? ??值 ABS 0.5秒 120 Mpa ??名稱 充填?況 ?卻時間 保壓壓? ??值 100% 10秒 80 Mpa ??名稱 融溶溫? 模具溫? ??值 210? 50? ??名稱 頂出溫? 保壓時間 ??值 120? 1.5秒

MODLEX分析圖形
壓?圖 固化百分比

預估成品對模穴所產生的壓?約為40Mpa

成品在此加工??下其固化程?可達100%

模具完成圖

導光板的開發—實?四
? 在TFT-LCD液晶顯示器中,背光模組為主要光源所 在,而其光??分佈和大小,主要為導光板所掌控。 其主要功能是將?陰極燈管(CCFL)或LED之線光源、 點光源轉換成面光源。
背光模組主要光學元件結構圖– 楔形板
燈光反射片 ? 鏡 片 (prism lens) 導 光 板 (LGP) 擴散片 (diffuser)

反射片 (reflector) ? 陰 極 燈 管 (CCFL) 光反射元件 (patterns;el ements)

模具設計?程
成形品設計 選用射出成形機 模穴?、模具配置 模具結構(直接雕刻、鑲入方式) 選擇標準模座 ?道系統設計 ?卻系統設計 模?分析CAE 頂出機構設計(頂出銷、?塊設計) 模具強?計算 模具組?圖、?件圖

成品圖
? 2.5吋、厚?由2.3mm漸縮至0.9mm之楔 形板導光板。 ?表面具有V-CUT之光學特徵。

成形品設計
?分模面:
設於AA處,?於模具加工且較?會影響成品外觀,公模 形?為楔形凹槽,母模為佈有pattern的平面模仁。

A

A

成形品設計
? 肉厚: 導光板的厚?由2.3mm漸縮至0.9mm 1)肉厚?均且較薄,?因成形時?卻?均及殘?應? 產生收縮及翹曲變形。 2)肉厚太薄?因頂出產生變形或破?,頂出方式使成品 在?產生變形且?影響外觀下而能順?頂出。 ? 拔模斜?: 導光板外形為楔形薄板,最大厚?為2.3mm,設置1°的 拔模斜?於成品外側以?於脫模。

模具設計
? 成形材?: Asahi chem 80NH PMMA ? 射出成形機: Sodick-TR30EH 油電複合式V型机構射出成形機 ?射出?:14g (0.5oz) ?合模?:30(ton) ?射出壓?:262(MPa) ?射出速?:500(㎜/s) ??桿間隔(横×縦):260 × 260 (㎜) ?最小/最大模具厚?:150 / 300 (㎜) ? 模穴配置:採用一模一穴。 ? 模具種?:二板式模具。 ? 標準模座:選用仕霸大水口1520系?C型 ( C1520-50-70-60 S )

模具結構
? ? ? ? 模仁採用鑲入組裝的方式 注道採用偏置的設計 母模設置具有V-cut的模仁(鈹銅) 公模設置具有澆口、楔形斜面的模仁(STAVEX)

公模core

母模cavity

?道系統設計
? 注道:採用A形注道襯套 ?射出機噴嘴直徑d=φ 3.0 ,噴嘴端面 r =10 ㎜ ?注口直徑D= φ 3.5 ,注道襯套R=16 ㎜

澆口設計
? 澆口採用扇型澆口 ? 以模?分析及考?後加工處?方式比較側邊進澆與厚邊進澆的?動性 值、翹曲?找出最佳的澆口設計。

側邊進澆

扇型澆口尺寸

厚邊進澆

模?分析
? 模擬定??明 ?使用軟體:Moldex3D ?塑膠材?:Asahi chem 80NH PMMA ?射出成型機:Sodick-TR30EH ??溫:260℃ ??卻為使用油?,模溫設定為65℃ ???設定為60 mm/s ?保壓壓?設定為50MPa一段壓 ? 模擬結果?明 ?波前分佈圖 ?總位移

模?分析---波前分佈圖

2.3㎜ 滯?

0.9㎜

0.9㎜

2.3㎜

厚邊進膠-?動波前

側邊進膠-?動波前

模?分析---總位移

厚邊進膠-總位移0.5332mm

側邊進膠-總位移0.6019mm

澆口位置設計比較
? 模?分析結果 ?厚邊進膠?動波前較一致,成形品質較好。 ?側邊進膠會導致熔膠會偏往厚邊?動而造成薄邊側產生滯?,薄邊側因 凝固層增厚?動阻?增大,可能會發生短射或充填?飽的現象,滯?較 嚴重時會產生回包的現象。 ? 加工成本考? ?導光板厚邊為放置燈管處,其表面的平整?對光學性質影響很大。 ?厚邊進膠:?除澆口後需做鏡面拋光之處?。 ?側邊進膠:因為?是於燈源側,?除澆口或拋光即可。 ? 決定澆口位置 ?選用側邊進澆,節?加工成本。 ?依?道系統、?卻系統設計及成形條件的調整以達到好的成形品質。

?卻系統設計
? ?卻管口徑為5㎜,?卻液使用熱煤油。 989 × 84.888 × 0.005 ? ???: Re = = 8745 ρ VD 0.048 Re = ( ) > 4000 ? ?卻回?配置: μ 管徑 : 水管與表面距? : 水管間距= 5 : 7.5 : 30(㎜) ? 加工方式:鑽孔法

?成品總面積:5290.53㎜2 ?有效水管的總表面積: A=(2304.132+942) 2 =6492.264㎜2

?卻水?3D圖

頂出系統設計
? 頂出銷設計 ?導光板外觀要求?頂出銷設置位置?頂出造成變形 ? ?塊系統設計 ?破真空設計??塊機構設計

模具強?
l

? 模具側璧強?計算 ?P=66MPa= 673kg/cm2 ? = 56.1㎜ ?a = 2.3㎜ CPa 4 3 h1 = Eδ ?C = 0.142
0.142 × 673 × 2.34 h1 = 3 = 2.15mm 2.1× 106 × 0.08

承模所需厚? ?P=66MPa= 673kg/cm2
?L = 150 ㎜ ?b = 56.1 ㎜ ?B = 200 ㎜
h2 =
3

5 pbL 4 32 EB δ

5 × 673× 56.1×1504 h=3 = 41.43mm 6 32 × 2.1×10 × 200× 0.1

配重塊設計
? 模穴採用偏置設計,當射出充填時模內壓?會逐漸上升,而造 成偏下方的模面會被撐開造成模具受??均,可能會模面受? 變形,所以設置配重塊平均射出時之壓?。

配重塊

模具?體圖

組?圖

公模平面圖

母模平面圖


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