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塑料射出成型及产品设计:模具设计

发布日期:2019-12-17 08:14  点击次数: 次

2-4 模具设计 适切的射出成型模具设计乃为制造成功的塑料产品的先决条件。因为模具设计的好坏不仅影响到产品之质量,产能,操作难易,更直接关系到整个成本结构。所以,以下我们将就模具各个重要构造,予以探讨。 2-4-1 浇道衬套及其拉出机构(sprue bushings
2-4 模具设计
 
适切的射出成型模具设计乃为制造成功的塑料产品的先决条件。因为模具设计的好坏不仅影响到产品之质量,产能,操作难易,更直接关系到整个成本结构。所以,以下我们将就模具各个重要构造,予以探讨。
 
2-4-1 浇道衬套及其拉出机构(sprue bushings & sprue pullers)
 
浇道衬套乃连接射出成型机的喷嘴及模具的流道系统之机构。理想的浇道应该愈短愈好以减少材料的浪费及缩短成型周期。为了确保浇道与衬套能够完全分离,衬套内部必须非常光滑及予以弧度化,并且使用有效性的拉出机构,如图2-23为常见的浇道(冷料)拉出机构之三种设计:

(a) 沟槽型:此乃在浇道的侧壁开设几个沟槽,以便塑料冷凝时,能留住冷料。此结构中亦采用浇道顶杆将冷料从冷料井中顶出,此时浇道顶杆直接切过槽里之塑料,使之仍留在槽沟里,在下一次注射周期里,注入之熔融塑料又与槽沟内之冷料融合在一起。
(b) 倒锥型:倒锥面之冷料井是最简单之浇道拉出设计。其锥型冷料井之小端朝注口套,大端则顺冷料之拉出方向构成凹槽。浇道顶杆,其结构与顶出机构的顶杆相同,位于冷料井之后方,以便在进行顶出时,冷料井之冷料与注口和流道的冷料一起被顶出。
(c) Z型:此结构中,浇道顶杆之头部被加工成Z型状,在模具打开时能把冷料钩住,随顶出行程而向前移动再把尾料顶出。
2-4-2 传统之模具(conventional molds)
 
2-4-2-1 流道(runner)之形状
 
流道是传动塑料从浇道到浇口的系统。流道应该具有最大之横切面积及最小的周长,亦即具高的体积对表面积比,或截面积对圆周长比值。如此的流道方可使热散失,压力降的变化减到最少及预防塑料在流道内过早固化。所以圆形与正方形截面之流道结构最好,而半圆形和梯形的截面则稍差,六角形则介于其中间,如图2-24所示。

(a) 圆形流道:此为最具效益性的流道,但成本也最高,因为流道须被切成两半,各在模子的一方,精确度之要求非常高。
(b) 梯形流道:由于正方形截面之流道非常难脱模,所以将两面倾斜2~5度而成梯形流道,此流道较便宜而仍能发挥有效的塑流传送,通常将其深度与梯形底部之长相等,以保有最大之体积对表面积比。
(c) 半圆形流道:此种流道通常不建议采用,因为其体积对表面积之比值最小。只有对于复杂分型面之模具而言,因为模具之两边准确对准有困难,方采用之。
(d) 六角形流道:它是由在分型面上,连接两个梯形而成。由模具制造者之观点来看:由于比构成圆形流动的两个半圆边配合要容易,其特别适用于直径小于1/8英寸的流道。
由于塑流经过流道时与模穴的冷表面接触,塑料温度会迅速降低而逐渐凝固,如此外围便起了绝热作用而保持了流道内中心部分塑料的高温。所以浇口位于流道中心在线的全圆形流道和六角形流道,对射出成形而言,最具效益性。但在多层模具里,由于机械之顶出较为困难,一般采用梯形或改良自梯形的U形流道。 
2-4-2-2 流道之尺寸
 
在决定流道之尺寸时,应考虑下列这些因素如:塑件之体积、壁厚与流动长度、流道之长度及冷却,机台的容量能力,浇口大小及成形周期等。由于流道之横截面积应大到足以让熔融塑料在流道内凝固定之前进入模穴,并可进行保压以补偿塑料之收缩。一般而言,流道之直径在0.1875至0.375英寸(10mm)之间。除了硬质PVC与丙烯酸类塑料例外,可用到直径达13mm的流道,因为其黏度较高。但流道之横截面积也不应该太大,以免增长了成形周期。所以,在理论上,主流道的横截面积应该等于或超过支流道横截面积之总和,可达流道尺寸之最适化。现在,我们也可以利用计算机模具塑流模拟分析的方法算得最佳的流道尺寸。
总之,流道须大到能够使压力流失减到最少,小到使塑料产生剪切热以助其流动。在这两者间求得一折衷。
 
2-4-2-3 流道之布局(runner layout)
 
流道之布局取决于以下几个因素:①模穴数,②塑物的形状,③模具为双板式模具抑是多层模具,④浇口之类型。
在设计流道布置时,流道之长度应尽可能的短以减少压力损失并且流道系统应是平衡的,即充填各模穴之时间与压力必须相同,如图2-25所示。

当然并非所有的多模穴都具相同之大小,我们可层次性的改变流通直径,及改变浇口大小来达成上述之要求。
一般之单穴型模具,由于塑料直接由浇口进入模穴,因此无需设置流道系统,但为了防止塑物之表面有注口痕迹,可采用如图2-26所示之短流道,但模穴本身必须偏置。这样做对大型模穴而言会发生问题。因为注射压力会产生一个不平衡之力而使塑物带毛边(flash)。

当然并非所有的多模穴都具相同之大小,我们可层次性的改变流通直径,及改变浇口大小来达成上述之要求。
一般之单穴型模具,由于塑料直接由浇口进入模穴,因此无需设置流道系统,但为了防止塑物之表面有注口痕迹,可采用如图2-26所示之短流道,但模穴本身必须偏置。这样做对大型模穴而言会发生问题。因为注射压力会产生一个不平衡之力而使塑物带毛边(flash)。

其它三穴型,四穴型以至多穴型模穴都是以上述类似之方法尽可能的达到平衡各模穴时间与压力的要求。

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