模具设计要素

模具设计程序-概述 合理的模具设计,主要体现在所成型的塑料制品的质量(外观质量及尺寸稳定性),使用时的安全可靠和便于维修,在注射成型时有较短的成型周期和较长的使用寿命以及具有合理的模具制造工艺性等方面。 以上所体现的各个方面,都与模具设计有着非常密切的关系。一副设计合理的模, 就有85%成功的希望,其余就得依靠设备和模具制造工人的熟练程度来达到,所以要得到一副优良的模具,模具设计是一个极为重要的环节。所以,提高塑料注射模具的设计水平就显得尤为重要。要做到这一点,应当注意以下几个方面: 1.在开始模具设计时,应多考虑几种方案,衡量每种方案的优缺点,再从中优选一种。对于重新复制的模具,亦应当认真对待,因为由于时间和认识上的原因,当时认为合理的设计,经过生产使用也还会有可以改进的地方。 2.在设计时多参考过去所设计的类似图纸,并了解它在制造和使用方面的情况,吸取其中的经验和教训。 3.经常关心各类产品上的塑料制品,分析其浇注系统、顶出系统、分型面选择及模具结构,因为这类塑料制品都是近几年所生产的,将它与书本上的知识和自己现有的设计知识进行分析对比,可提高现有的设计水平。 4.经常关心自己设计的模具在制造和使用中的一些情况,并加以分析总结。模具设计程序-设计依据 模具设计的主要依据,就是客户所提供的塑料制品图及实样。模具设计人员必须对制品图及实样进行详细的分析和消化,同时在设计模具时,必须逐一核查以下所有项目: 1.尺寸精度及其相关尺寸的正确性 根据塑料制品在整个产品上的具体要求和功能,来确定其外观质量和具体尺寸属于哪一类型。一般来说有三种情况,第一种是外观质量要求较高、尺寸精度要求较低的塑料制品,如现具的外形件,其外观必须美观,具体尺寸除装配尺寸外,其余尺寸只要吻合较好、形状逼真即可。第二种是功能性塑料制品,尺寸要求严格,其尺寸必须在允许的公差范围内,否则会影响整个产品的性能,这类制品有塑料齿轮等。第三种是外观与尺寸都要求很严的塑料制品,这类制品如照相机用塑料件、塑料光学透镜等。对 严格的尺寸,倘若某些尺寸公差已超出标准要求,那就要进行具体分析,看能否在试模过程中进行适当调整来达到其要求。2.脱模斜度是否合理 脱模斜度直接关系到塑料制品的脱模和质量,亦即关系到在注射过程中,注射是否能顺利进行。因此要求塑料制品有足够的脱模斜度。脱模斜度的方向应与塑料制品在成型时的分型或模具分型面相适应,否则会影响制品的外观和壁厚尺寸的精度,甚至会影响塑料制品某些部位的强度。 3.制品壁厚及其均匀性 塑料制品的壁厚要适当,且要具有一定的均匀性。壁厚过厚或者壁厚的匀性较差,会直接影响制品的成型质量及成型后的变形,加长成型周期,甚至增加制品成本。 4.塑料种类 各种不同的塑料有其共性,也有各自的特性。在设计模具时必须考虑至塑料特性对模具的影响和要求,以便釆取相应的设计方案。因此必须充分地了解塑料名称、牌号、生产厂家及收缩率等情况,例如,在成型含有玻璃,纤维增强的塑料时,模具型腔和型芯要有较高的硬度和耐磨性,而在成型阴烯性塑料时,其型腔和型芯必须具有防腐蚀的性能,以防止在注射过程中挥发出的腐蚀性气体对模具的腐蚀。另外,不同生产厂家所生产的塑料其色彩和收缩率也不尽相同。 5.表面要求 塑料制品的表面要求,系指塑料制品的表面粗糙 及表面皮纹要求。模具成型表面的粗糙度对于成型透明制品和非有制品有所不同,成型透明制品要求型腔和型芯的表面粗糙度相同。对于成型非透明制品时,型腔、型芯的表面粗糙可以有所不同,成型装饰面的模具部位应具有较高的粗糙度要求,而对于非装饰面,在不影响脱模的情况下,其模具表面可以粗糙一些。塑料制品表面精糙度要求,应按照客户来选定。塑料制品表面皮纹要求,应按专业厂家提供的塑料皮纹校板来进行选择。在设计具有表面皮纹要求的模具时,要特别注意侧面皮纹对制品脱模的影响,其侧面的脱模斜度应为23。 6.塑料制品的颜色 在一般情况下,颜色对模具设计没有直接影响,但在制品壁厚较厚、制品较大的情况下,易产生颜色不匀,而且制品颜色越深,其制品缺陷暴露得亦越明显。 7.塑料制品成型后是否有后处理 某些塑料制品在成型后需进行热处理或表面处理。需进行热处理的制品在计算成型尺寸时,要考虑热处理对其尺寸的影响。需进行表面处理的制品,如需表面电镀的制品,若制品较小而批量又很大时,则必须考虑设置辅助流道,将制品连成一体,待电镀工序完成后,再将制品与辅助流道分开。 8.制品的批量 制品的生产批量是设计模具的重要依据之一,因此客户对于批量、年批量、总批量必须提供一个范围,以便在设计模具时,对模具的腔数、模具大小、模具的选材、模具寿命等方面能与批量相适应。 9.注射机规格 在接收客户订货时,需了解客户所用注射机的规格,以便作为模具设计时的依据。在所提供的注射机规格中应包括以下内容: (1)注射机型号及生产厂家; (2)注射机最大注射容积(最大注射量); (3)注射机锁模力; (4)注射机喷嘴球面半径及喷嘴孔径; (5)注射机定位孔直径; (6)注射机拉杆内间距; (7)注射机容模量(允许的模具最大、最小闭合高度); (8)注射机的顶出方式(液压顶出或机械顶出以及顶出点位置、顶杆直径); (9)注射机开模行程及最大开距; (10)必要时还要提供注射机顶出行程及顶出力。 10.其它要求 客户在提出订货时,除了提供必要的设计依据之外,有的客户甚至还对模具提出一些具体要求,如腔数及同一模中成型制品的种类、浇口形式、模具形式(二板模或三板模)、顶出方式及顶出位置、操作方式(手动、半自动、全自动)、型腔型型芯的表面粗糙度等,甚至对型腔型芯所用钢材的牌号及热处理硬度都提出具体要求。 以上这些内容,模具设计人员必须进行认真的考虑和核对,以便满足客户的要求。模具设计程序 模具设计人员,必须按客户所提供的上述依据和要求认真进行模具设计,在进行模具设计时,就是将上述要求逐一具体化,并以图纸或技术文件的形式表示出来。其设计过程基本是按以下程序进行。 1.对塑料制品图及实样的分析和消化 在进行模具设计之前,首先对制品图或实样进行详细的分析和消化,其内容包括以下几个方面: (1)制品的几何形状; (2)制品的尺寸、公差及设计基准 (3)制品的技术要求(即技术条件); (4)制品所用塑料名称、牌号; (5)制品的表面要求。 2.注射机型号的确定 注射机规格的确定主要是根据塑料制品的大小及生产批量。设计人员在选择注射机时,主要考虑其塑化率、注射量、锁模力、安装模具的有效面积(注射机拉杆内间距)、容模量、顶出形式及顶出长度。倘若客户已提供所用注射机的型号或规格,设计人员必须对其参数进行校核,若满足不了要求,则必须与客户商量更换。 3.型腔数量的确定及型腔排列 模具型腔数量的确定主要是根据制品的投影面积、几何形状(有无侧抽芯)、制品精度、批量以及经济效益来确定。 模腔数量主要根据以下因素进行确定: (1)制品重量与注射机的注射量; (2)制品的投影面与注射机的锁模力; (3)模具外形尺寸与注射机安装模具的有效面(或注射机拉杆内间距); (4)制品精度; (5)制品颜色; (6)制品有无侧抽芯及其处理方法; (7)制品的生产批量(月批量或年批量); (8)经济效(每一模的生产值)。 以上这些因素有时是互相制约的,因此在确定设计方案时,必须进行协调,以保证满足其主要条件。 型腔数量确定之后,便进行型腔的排列,亦即腔位置的布置。型腔的排列涉及模具尺寸、浇注系统的设计、浇注系统的平衡、抽芯(滑块)机构的设计、镶件及型芯的设计以及热交换系统的设计。以上这些问题又与分型面及浇口位置的选择有关,所以在具体设计过程中,要进行必要的调整,以达到比较完美的设计。 4.分型面的确定 分型面,在一此国外的制品图中已作具体规定,但在很多的模具设计中要由模具设计人员来确定。一般来讲,在平面上的分型面比较容易处理,有时到立体形式的分型面就应当特别注意。其分型面的选择应遵照以下原则: (1)不影响制品的外观,尤其是对外观有时确要求的制品,更应注意分型面对外观的影响; (2)有利于保证制品的精度; (3)有利于模具加工,物别是型腔的加工; (4)有利于浇注系统、排气系统、冷却系统的设计; (5)有利于制品的脱模,确保在开模时使制品留于动模一侧; (6)便于金属嵌件的安装。 5.侧向分型与抽芯机构的确定 在设计侧向分型机构时,应确保其安全可靠,尽量避免与顶出机构发生干扰,否则在模具上应设置先复位机构。 6.浇注系统设计 浇注系统的设计包括主流道的选择,分流道截面形状及尺寸的确定,浇口位置的选择,浇口形式及浇口截面尺寸的确定。 在设计浇注系统时,首先是选择浇口的位置。浇口位置选择的适当与否,将直接关系到制品的成型质量及注射过程是否能顺利进行。浇口位置的选择应遵循以下原则: (1)浇口位置如可以的话,尽量选择潜入水方法以便于生产; (2)浇口位置距型腔各个部位的距离应尽量一致,并使其流程为最短; (3)浇口的位置应保证塑料流入型腔时,对着型腔中厚壁部位,以便于塑料宽畅地流入; (4)避免塑料在流入型腔时直冲型腔壁、型芯或嵌件,便塑料能尽快流入到型腔各部位,并避免型芯或嵌件变形; (5)尽量避免使制品产生熔接痕,或使其熔接痕产生在制品不重要部位; (6)浇口位置及其塑料流入方向,应使塑料在流入型腔时,能沿着型腔平行方向均匀地流入,并有利于型腔内气体的排出; (7)浇口应设置在制品上最易清除的部位,同时尽可能不影响制品的外观。 7.排气系统的设计 排气系统对确保制品成型质量起着至关重要的作用,其排气方式有以下几种: (1)利用排气槽。排气槽一般设在型腔最后被充满的部位。排气槽的深度因塑料不同而异,基本上是以塑料不产生飞边时所允许的最大间隙来确定; (2)利用型芯、镶件、推杆等的配合间隙或专用排气塞排气; 8.冷却系统的设计 冷却系统的设计是一项比较繁琐的工作,既要考虑冷却效果及冷却的均匀性,又要考虑冷却系统对模具整体结构的影响。冷却系统的设计包括以下内容: (1)冷却系统的排列方式及冷却系统的具体形式; (2)冷却系统的具体位置及尺寸的确定; (3)重点部位如动模型芯或镶件的冷却; (4)侧滑块及侧型芯的冷却; (5)冷却组件的设计及冷却标准组件的选用; 9.顶出系统的设计 制品的顶出形式,归纳起来可分为机械顶出、液压顶出、气动顶出三大类。 在机械顶出中有推杆顶出、司筒顶出、推板顶出、顶针及推板联合顶出。 制品顶出是注射成型过程中最后一个环节,顶出质量的好坏将最后决定制品的质量,因此,制品的顶出是不可忽视的。在设计顶出系统时应遵守下列原则: (1)为使制品不致因顶出产生变形,推力点应尽量靠近型芯或难于脱模的部位,如制品上细长的中空圆柱,多釆用推管顶出。推力点的布置应尽量均匀。 (2)推力点应作用在制品能承受力最大的部位,即刚性好的部位,如筋部、突缘、壳体形制品的壁缘等处。 (3)尽量避免推力点作用在制品的薄平面上,防止制品破裂、穿孔等。如壳体形制品及筒形制品多釆用推板顶出。 (4)为避免顶出痕迹影响制品外观,顶出装置应设在制品的隐蔽面或非装饰表面。对于透明制品尤其要注意顶出位置及顶出形式的选择。 (5)为使制品在顶出时受力均匀,同时避免因真空吸附而使制品产生变形,往往釆用复合顶出或特殊形式的顶出系统,如推杆、推板或推杆、司筒顶出,或者釆用进气式推杆、推块等顶出置,必要时还应设置进气阀。 10.导向装置的设计 塑料注射模上的导向装置,在釆用标准模架时,已经确定下来。一般情况下,设计人员只要按模架规格选用就可以了。但根据制品要求须设置精密导向装置时,则必须由设计人员根据模具结构进行具体设计。 一般导向分为动、定模之间的导向,推板及推杆固定板的导向,推件板与动模板之间的导向,定模座板与推流道板之间的导向。 一般导向装置由于受加工精度的限制或使用一段时间之后,其配合精度降低,会直接影响制品的精度,因此对精度要求较高的制品必须另行设计精密导向定位装置。 精密定位组件,有的已经标准化,如锥形定位销、定位块等可供选用,但有些精密导向定位装置须根据模具的具体结构进行专门设计。 11.模架的确定和标准件的选用 以上内容全部确定之后,便根据所定内容设计模架。在设计模架时,尽可能地选用标准模架,确定出标准模架的形式、规格及标准代号。 标准件包括通用标准件及模具专用标准件两大类。通用标准件如紧固件等。模具专用标准件如定位圈、浇口套、推杆、推管、导柱、导套、模具专用弹簧、冷却及加热组件、二次分型机构及精密定位用标准组件等。 必须指出的是设计模具时,尽可能地选用标准模架和标准件,因为标准件有很大一部分已经商品化,随时可以在巿场上买到,这对缩短制造周期、降低制造成本是极其有利的。 12.绘制模图 模架及有关内容确定之后,便可以绘制模图。在绘制模图过程中,对已选定的浇注系统、冷却系统、抽芯机构、顶出系统等做进一步的协调和完善,从结构上达到比较完美的设计。 13.模具主要零件图的绘制 在绘制型腔或型芯图时,必须注意所给定的成型尺寸、公差及脱模斜度是否相互协调,其设计基准是否与制品的设计基准相协调。同时还要考虑型腔、型芯在加工时的工艺性及使用时的力学性能及其可靠性。14.设计图纸的校对 模具图设计完成后,模具设计人员将设计图及有关原始数据及计算草稿一同交校对人员进行校对。 校对人员应针对客户所提供的有关设计依据及客户所提要求,对模具的总体结构、工作原理、操作的可行性等进行比较系统的校对。 综合以上的模具设计程序,其中有些内容可以合并考虑,有些内容则要反复考虑,因为其中有些在素常常相互矛盾,必须在设计过程中通过不断论证、互相协调才能得到较好的处理,特别是涉及模具结构方面的内容,一定要认真对待,往往要做几个方案同时考虑,对每一种结构尽可能列出其各方面的优缺点,再逐一分析,进行优化。因为结构上的原因,会直接影响模具的制造和使用,甚至造成整套模具报废。所以,模具设计是保证模具质量的关键性的一步,其设计过程就是一项系统工程。