第一章:塑膠成形品之設計要領
1-1:模具分模面(Parting line 簡稱PL)
1- 1-1分模面盡量設置於成形品外觀上不明顯的位置
1- 1-2成形品上有死角部位,要針對該部分的模具構造和分模面的關係加以充分考慮
1-1-3為使成品易剪修,須選擇適當的位置和形狀
1- 1-4成形材料的流動方式,應該詳細的加以考慮,澆口之類的位置要針對該部分和分模面的關係加以檢討
1- 1-5考慮分模面與成形品自模具上頂出之機能相關聯的問題
1- 1-6重要尺寸切勿做成橫切通過分模面的設計
1-2死角部份(undercut)成形品一旦形成死角部位時,那就不得不把這個部份附加於別的結構(滑塊)上
1-3脫模角度(draft angle)
1-3-1脫模角度的大小乃是以斜度(傾斜角度),錐度(taperi左右對稱時)等而表示
1-3-2標準的脫模角度是1/30-1/60(角度為10-20),有些精度要求較高的為1/20-1/40
1-3-3不良的表面加工(特別是拋光作業)應給予足夠的脫模角度是非常必要的 1-4成形品之肉厚
1-4-1依成形品之鋼性或強度做決定。
1-4-2 依塑膠材料的流動性、成形效率、成形品外觀做決定。
1-4-3 肉厚應根據材料不同而標準不同,一般應為0.8~3mm左右。
1-4-4 肉厚盡量要求做到均勻一致。
1-5. 成形品之補強及變形的防止
1-5-1 偶角處改成R角,R角不只是加在內側,而且外側也要加上去才好，改適度大小的R角,因成形品之肉厚比例上的不同而會有若干的變動,一般是至少要在0.3~0.5mm以上。
1-5-3 附加肋條。肋條部分的肉厚應做成比母壁還要小,雖然一般其數值為50%-70%左右,但是在勒條肉厚無法做得夠大時,應該再增加勒條的數目,勒條應有足夠的脫模角度,根部應加R角
1-6-1凸殼必須要有1/30-1/100左右的脫模角度
1-6-2凸殼周圍設置勒條,不但可以防止凸殼傾斜,而且可以防止充填不足的現象
1-6-3孔的周圍設置凸緣作為補強時,應設法使肉厚做到均勻一致 1-7孔
1-7-1孔的深度,盲孔時為孔徑之4倍,貫穿孔為8倍以下的程度
1-7-2將模銷分割而配置屬實可動側和固定側各一方,只要是做成由配置於兩側之模銷對合而成的構造,就能增加模銷的鋼性,此時模銷直徑應設置0.3-0.5MM左右的段差
1-7-3孔的間隔以及孔到邊緣的距離,事先都要盡量加大
1-8以螺絲結合的方式
第二章:各種模具結構上的要點
2--1:模具是由那些部份組成的 2-1-1模腔部份
2-1-2形成材料道路的部份 2-1-3成形品之頂出部份
2-1-4調節模溫度的部分(施行加熱或冷卻的部份)
2-1-5固定至成形機上的部份 2-1-6模座
2-2射出成形用模具
2-2-1二板式(two plate)模具,主要由可動側和固定側兩大部份組成
2-2-2三板式(three plate)模具,有一件被稱為澆道脫料板以做為剝離澆道殘料而使用的模板,加上固定側與可動側所構成
2-2-3無澆道式模具:在射料管與流道部位插入加熱管(heater)而將此一部位加熱,使流於此內之熔融樹脂長久保存在能夠流動而不使之固結的狀態,並且於每次的射料衝擊中僅僅自其中取用該成形品所需之膠料份量
2-2-4熱硬性塑膠之射出成形模具,與熱塑性塑膠之射出成形模具互相比較之下,其相異之處是在於模具必須高溫加熱,而澆道和澆口比一般的要稍為大一些
第三章澆道與澆口部位的構造
3-1澆道(runner)系統
噴嘴→射料管→流道→澆口→模腔→排氣口 3-1-1相關於製作澆道和澆口的一般規則
A:應考慮與成形品之每模穴數,如一模多穴,首要的事乃是在熔融之
成形材料注入各模腔的時候,要做到同步充填以及同步結束
B:以成形外觀和機能為著眼點,盡量選擇不顯眼處和不防礙功能處
C:以成形品的後加工為著眼點,如有可能開潛入式或針點式
D對成形品殘留應力方面的考慮,盡量選擇在不受外力作用的位置,甚至考慮設置在即使發生應力也不致釀成重大事故的位置
E:以成形材料之配向性為著眼點
F:以成形品之形狀和尺寸大小為著眼點,大而長的成形品,有時雖為一模一穴,如採用一點進膠,往往無法完全充填,增加數目澆口的同時,也需注意熔合痕的問題
G:留意成形品上會形成孔眼的部份,注意不使模銷受到自澆口處高速流入模腔之成形材料的直接衝擊而彎曲,以致偏離原有的位置
3-1-2澆道配置及澆口之平衡
A:將澆口之階段部份的長度規制於一定的範圍,並將其寬度和深度(即澆口之斷面積)作應有之調整.
B:對於規劃配置使成形材料同時到達全部模腔之澆口方面的工作,也是非常重要的.
C:尤其重要的是,無論如何都必須使自料管到模腔之澆口為止的距離應盡量均勻一致,並且力求縮短長度
D:溢流標尺(over flow scale)的基本構造是在澆道未端適當的地方開一道大約寬6mm,深0.5mm的長溝槽,並在該溝槽的底面上每隔3mm作一道刻劃
3-1-3澆道形狀和尺寸大小
A:以成形材料及其相對應之流動性,成形能率之類的要點決定.
B:圓形之斷面形狀是最好的一種澆道
C:澆道的尺寸越大成形材料易於流動,但冷卻時間很耗時
D:經驗大致標準,較小的成形品為3-5mm,較大時為6-10mm.
E:含玻纖及熱硬性塑膠應該使用尺寸稍大一點的澆道
3-1-4熱硬化性塑膠成形用澆道系統: 熱硬化性塑膠比熱塑性塑膠在熔融階段時,其材料黏度顯著地高出許多,材料硬化作用因化學反映而自動持續地進行著,隨著經過時間的延伸,最後會失去材料的流動性,由於對材料流動的阻抗必須做到特別地小,而且澆道和澆口比起熱可塑性塑膠所使用者的尺寸要稍大一點 3-2澆口種類
3-2-1豎澆道(spru)以及直接澆口(sprugate)
A:豎澆道入口直徑一般為3-6mm,賦予2-40的脫模斜度
B: 直接澆口的優點:流動性良好,充分發揮成形壓力的的效果,使成形表面缺點較少,適合一模一穴和含玻纖(尤其含長纖)的材料. 缺點:澆口周圍容易承受過大的壓力,產生殘留應力而導致成形品發生龜裂
C:豎澆道下部應設有料頭鉤銷(spru lock pin)用以方便自料管中撥出射料管之廢料頭
D:」Z」形的料頭鉤銷,雖然較易拉出澆道,但會產生斷掉之問題,所以
不易使用在全自動成形作業
C:料頭鉤銷同時擔任冷料井(slag gate)的任務,冷料井的深度相當於豎澆道下端的直徑尺寸
3-2-2標準射料口,即側澆口(side gate).重疊澆口與側澆口相比之下,因其澆口斷面積較大的效果,有改善成形材料流動性的優點
3-2-3搭接澆口(tab gate)此種澆口常使用於流動性較差的成形材料,如硬PVC, PC ,PMMA.如此不但可以防止澆口附近因為殘留應力所引起之應變扭曲和龜裂,還能防止成形品在澆口附近產生噴痕 3-2-4薄膜澆口(film gate)此種澆口常使用帶有強烈配向性之強化塑膠,如pom ,pp 和熱硬化性塑膠
3-2-5扇形澆口(fan gate)
直徑為大之貫穿窗孔,而在貫穿窗孔的四周低淺薄的圓板狀澆口
3-2-7環形澆口(ring gate)使用於細長圓筒狀成形品之澆口設置的情況中,此一類形狀的成形品.若是在圓筒側面(中央部份)設置澆口時,成形品有時會在澆口的內側呈現彎曲變形的情形.在這種狀況下以
孔徑以0.8-1mm左右為標準.
3-3.無澆道(runner less)方式的模具.
3-3-1何謂無澆道模具:A.一模單穴模腔式模具
a- 1延長射嘴方式 a-2前室射料嘴(蓄液井式) B.一模多穴模腔式模具
b-1絕緣澆道式 b-2熱澆道式
3-3-2無澆道方式模具的特徵
A. 優點 a成形材料變小
b充填時間變短,模具開閉沖程變短,而行程周期變短. c可全自動方式運轉. B:缺點
a模具構造復雜化,造價高
b溫度範圍狹窄,易引起材料分解,尤其pom , pc應特別注意
3-3-3延長射嘴方式,此方式相對的使得澆道部分的溫度上升,因而對於成形品的外觀有不良的影響,同時導致冷卻時間拉長,因此把射料嘴的後退動作而降低之模具方面的熱傳導導量作一適當的調整.
3-3-4前空射料嘴(蓄料井well type)方式
3-3-5絕緣澆道方式(insulated runner)此形式的模具構造雖然簡單
但是其澆道部份之溫度穩定性惡劣,而且由於存在著澆口部位之溫度控制困難,材料更換以及色更換非常耗費工時之問題,所以較少使用此澆道
3-3-6熱澆道方式(hot runner)
A豎澆道與二次射料嘴的部份插入電熱器用來保持一定的溫度,以使澆道和二次射料嘴內的成形材料不致固結,而經常呈現適當的熔融狀態
B將射出成形機的射料嘴延長至針點澆口為止
C澆道部分不斷的加熱當中,其熱量若是傳達至模腔部份則將防礙模具的冷卻作用,因此需增加澆道模塊(runner plat)和模腔之間的間隙
D澆道加熱方面,則在膠道模塊中插入彈簧式(catridge)的電熱器 E採用熱澆道方式的模具,除了熱絕緣的問題之外還有一個重要問題,那就是澆口部份之溫度控制方面的問題
F在射出動作終了之後也勢必呈關閉狀態,否則熔融之成形材料會自澆口部位流出來
3-4冷料井(Slage well)
3-4-1冷卻狀態之殘留著的成形材料,為冷料渣(coldslage)冷料渣若與新的成形材料混合而一同進入模腔內,會產生流痕(flow mark)而且強度亦會下降3-4-2除豎澆道未端應設置冷料井外,澆道兩端亦需做相同性質的冷
3-5排氣道(air vent)
3-5-1排氣槽的深度約為0.02-0.03mm左右
3-5-2選擇在遠離澆口部位和容易發生熔接痕的位置
3-5-3凸殼端部無法排氣時,可利用頂出銷和銷孔之間的縫隙來達到目的
3-5-4澆道未端也應該設有排氣槽
第四章:成形品之頂出退料裝置
4-1成形品之頂出
4-1-1頂出針(eject pin)頂針直徑最小從ψ10-15mm.頂針所使用的數目及其配置方式,應依照成形品構造和尺寸大小來決定
4-1-2脫料板(stripper plat)
A脫料板通常是使用在成形品肉厚太薄而且深度又很深或者塑膠的材質過於脆硬的情況下
B也使用在無論是以成形品外觀或者是機能來說,都對於頂出針殘留在成形品上的痕跡有所困擾的情形
C有時需要同時運用脫料板和頂出針以防止成形品變形
4-1-3空氣頂出:由於成形縮收的作用而有緊包黏附在模心的傾向,再加上模心與成品之間呈現真空狀態,以致脫模更加困難,空氣頂出的方式,是由剖料板和模心之間特別製作的溝槽部位,向模心的側面吹出壓縮空氣
4-1-4有螺紋之成形品的取出方法
A將模具之螺紋成形部位製作成為分割式模具結構,此法螺紋部位會帶有分模線之殘留痕跡
B模具之螺紋部份,以放入子(Insertcore)為之,此法需配合人員的手工操作,做業效率差,無法全自動成形
C內螺紋成形品,使之模具之螺紋部份(或者是成形品本身)旋轉,螺紋入子旋轉方法大都是在螺紋入子的尾端設齒輪
4-2澆料頭之頂出
4-3二段式頂出這種方式由於兩組頂出裝置賦與不同的形程落差,在行進的速度上,行程較長的一方應該稍為放慢一些
4-4頂出板之早回裝置雖然有如此防止障礙的必要性,但是在早回裝置中也有採用彈簧或是各種凸輪裝置的情形
第五章有死角之成形品的模具構造
5-1成形品外側帶有死角部位時
5-1-1利用滑塊使之能夠順利脫模
5-1-2滑塊端面的傾斜部位與止塊的傾斜面緊密接合,籍由鍥合的力量使滑塊保持固定的狀態
5-1-3以模塊分割的方式
5-2成形品內側帶有死角部位時,通常都很難以全自動射出成形的方式生產
第六章 模具溫度之控制方法
6-1熱口可塑性塑膠之成形用模具的溫度控制
6-1-1模具溫度控制與成形效率,成形品品質等方面的關係
6-1-1-1與成形性和成形效率的關聯性,當模具的溫度較高時,由於模腔內的熔融材料的流動性變好,因此將處於非常良好的充填狀態
6-1-1-2由防止成形品變形的觀點來看,不但要保持適當的模具溫度,同時更重要的是務必盡量使得各部位的冷卻速度達到均一的溫度
6-1-1-3由成形品特性的觀點來看
a:模溫過低,材料充填時會很快的凝固,需提高射壓,此時持成形品內部會有一部分有殘留應力,殘留應力過大成形品會發生龜裂與變形
b:結晶性材料模具溫度較高則結晶化程度越高,其物理特性也會比較好
6-1-1-4提高模溫,成形品之品質越合理,降低模溫,成形效率越高
6-1-2模具溫度的控制方法
6-1-2-1在冷卻環路中使用,水,油,多氯聯苯等冷卻用煤體,將模具溫度循環保持在適當的溫度
6-1-2-2可直接在模具外側裝設電熱器或者把電熱管直插入模具之中而進行模具的加溫作用
6-1-2-3模具各部分的之溫度的保持應盡量力求均一
a:在模板開設多數冷卻孔的時候,應該在接近料管的部位(溫度最高的地方)最先通水之後,再使之向外循環
b:在成形收縮率較大的材料時,應盡量沿著主要的收縮方向開設冷卻溝槽,用以防止變形
c:視模心之寬度餘量程度,裝設幾個冷卻管將會有更好的效果
d:模心特別細長的時候,可通入冷卻水或壓縮空氣
6-1-3冷卻水孔之直徑因模具的大小不同從5-10mm不等
第七章 成形品之尺寸精度與模具構造
7-1成形之尺寸誤差是怎樣產生的
7-1-1與模具有關聯的原因
7-1-1-1模具各部份尺寸精度不夠
7-1-1-2組合時各零件之間產生間隙,以致在成形的時候造成錯位的現象
7-1-1-3除模具零件的加工精度和組合精度以外,模具構造所佔的因素也較大
7-1-2與成形條件或成形材料有關的原因
7-1-2-1熔溫,模溫,射壓,射速與實際成形條件有相當差距時,會產生成形品尺寸的誤差
7-1-2-2模具的製作精度和成形收縮率的誤差,是造成尺寸誤差的最主要原因
7-1-2-3直接由模具決定尺寸:由模具之單一零件(模腔,模仁,滑塊)的尺寸
7-1-2-4無法直接由模具決定的尺寸:取決於多數零件之間的組合精度,並且與成形品的毛頭和成形操作方面有關聯
7-1-2-5任何原因造成模腔和模心(固定側與可動側)錯位,則必然造成此尺寸產生變動
7-1-3其他的尺寸:成形品之角度和平衡度的誤差,偏心,翹曲,扭曲,彎曲之類的變形量
7-2成形品的收縮率
7-2-1熱的成形品尺寸與常溫狀態時的尺寸差稱成形收縮率
7-2-2收縮份量會因材料種類,成形品形狀和成形條件而產生差異
7-2-3以模具製作來說,必須以成形收縮的實際份量而將尺寸放大製作
a=(D-M)/D D:為模具尺寸 M:為常溫成形品尺寸 a:為成形收縮率 D=(1+a)*M
7-2-4成形收縮率也會因為填充材料或補強材的種類以及其配合量的多少而有所變化,一般來說,添加玻璃纖維填充材料者其數值較小
7-2-4-1成形品的形狀與澆口設計的關係
A:成形材料與填充材料會出現配向性,配向性將因成形品形狀或澆口設置方法的不同,而呈現出各種不同的面貌,收縮率因此也會有不同的顯現
B:以澆口面積來對應成形收縮率,通常澆口面積加大,成形收縮率有變小的傾向
7-2-4-2成形收縮率與肉厚的關係:成形品的肉厚增加時,其收縮率變大
7-2-4-3成形收縮率與成形條件的關係,如拋開模溫與射壓,成形收縮率與成形條件的關係可就不是那麼明顯,模溫越高,收縮率越大,射壓越大,收縮率越小
7-3成形品之標準尺寸精度
7-4模具的制度精度因所加工物品之形狀和尺寸的種類(孔徑,孔距,溝槽寬度等)以及所使用的工作機械性能而有種種差異
第八章 模具工廠設備及模具交貨期估計
8-1模具工廠設備
8-1-1切削加工用設備(車床,銑床,CNC銑床,NC銑床)
8-1-2研磨加工用設備:平面研磨,成形研磨
8-1-3刻模放電加工機械
8-1-4加工尺寸量測設備:遊標卡尺,分釐卡,投影機,二次元,三次元
8-1-5模具之修整和打光用的工具設備:銼刀,刮刀,油石,粗砂,細砂,氣動或是電動往復振動式打磨機
8-2模具交貨期估算:簡易之交貨期的決定方法 加工日數=總加工時間/(3h*實際稼動率) 實際稼動率=總加工時間/直接加工時間 (一般為91-95%) h=實際稼動時間=拘束時間-休息時間
第九章模具之標準零件
9-1模座
9-2其他標準模具零件
9-2-1標準模板(上,下模板 上,下承板 上,下固定板 頂針板, 脫料板)
9-2-2導銷和導套
9-2-2-1 A形導銷主要是使用在直徑對長度的比例數值較為長的情況下
9-2-2-2 B形導銷則是與相同直徑的導套組合配對使用
9-2-3定位環
9-2-4射料管(唧嘴)該半徑R應要比射嘴先端之半徑r大1-2mm左右,射料管的直徑也要做得比射料嘴的內徑稍為大0.5-1mm
9-2-5支柱主要是在因為承板無法增加厚度,而沒足夠的強度來支撐保持模塊和模心用之本體模板的時候,或者模腳之間的距離過寬的情況下,防止承板彎曲之目的而使用
9-2-6止動銷(垃圾釘):有異物侵入時,頂出板無法回到原來的位置,將會造成成形方面的問題,止動銷可清除此危機
9-2-7頂出針,如使用直徑較細者或是使用長度超出強度者的範圍而有折斷時,則必須將靠近基部的尺寸分段加大形成階梯狀,用以增加使用上的強度
第十章模具製作上所使用的材料
10-1模具用的材料
10-1-1模腔與模心部分:需考慮材料不得有龜裂,傷痕和針孔,異物,硬度不均,要求鏡面時需拋光性較好的良質鋼料
10-1-2固持模腔與模心的部分,需相當的強度必須不能使之因為成形壓力而產生翹曲或變形
10-1-3相互楔合的部分(導銷,導套,以及滑塊)必須使用硬度較高而且不容易刮傷或相互之間拉傷的鋼料
10-1-4其他不太需要強度的部分用普通鋼料即可
10-1-4-1淬火鋼:加熱至800-10000C的高溫,根據所須硬度,施行200-5000C之回火處理,鋼料
淬火處理後,硬度增加的同時也會增進耐磨性
10-1-4-2預硬鋼(調質鋼):在容許加工的限度內,由鋼材製造商事先施行熱處理(調質)手續之後的鋼料
10-1-4-3析出硬化鋼(時效硬化鋼),透過運用一種稱為時效硬化處理的特殊熱處理手法,而得到所期望之硬度的鋼料,由於本系列鋼料是以真空溶解法所製造之無針孔與雜質的良質鋼料,因此在機械強度(軔性,引伸強度等)方面有極佳表現
10-1-4-4氮化鋼,增加鋼料的表面硬度
10-2其他因應各種特發性要求之模具用鋼料
10-2-1耐磨耗性鋼料:生產有玻璃纖維的成形品之模具,必須使用高耐磨性的淬火鋼料
10-2-2耐磨蝕性用模具鋼料 PVC ABS POM 低發泡塑膠, 氟素塑膠,難燃性塑膠都有模具腐蝕方面的問題,因此必須使用耐蝕性較好的材料 10-3鈹銅合金是在銅原料中摻入2-3%之鈹原素,經過析出硬化而的合金, 硬度HRC40-500熱傳性良好 10-4鋁合金 優異熱傳導性
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