K/S成型塑模開發
模具設計訓練講議
(試行版)
大綱
前言
模具設計作業辦法
塑模設計原則
快速提昇電腦輔助設計效率
模具設計要項查檢
圖面標注與模具加工
組立試模
模具設計檢討
前言
本教材用於內部教育訓練。
訓練對象必須具備以下條件:熟練成型機參數調整,熟知塑模結構,具有良好的塑模組立/維修實踐經驗,能使用AUTO-CAD或其它軟體。
訓練目標為:合格的塑模設計工程師
塑模設計原則
塑膠模具設計原則
每種塑料對於模具設計之要求不同,同時模具設計又隨生產之形態及現有之成型設備之不同而有所變化,盡管如此,模具設計仍有些原則可循:
1)模具設計上應與熱交換器相似:
由於模具溫度之冷卻及控制對整個注塑周期及物料性質有很大影響;故模具必須具有熱交換器式的設計。計算進入模具的熱量可以利用以下公式:
Q1=WSCRΔt1.
其中W-射出重量(kg/次)
S-每小時射出次數(次/hr)
CR-樹脂比熱(kcal/kg?c)
Δt1-射出溫度與平均取出溫度的差
Q2=πdlhΔt2
係水帶走熱量之計算公式
其中d-冷卻孔徑
l-冷卻孔長
h-界膜係數(kcal/m2hr?c)
Δt2-模具與水平均溫差(°c)
同時可以利用以下公式計算進入冷卻水的熱量:
Q3=vceΔt3
其中v-水流量(m3/hr)
c-水的比熱(kcal/kg.?c)
e-水的熱容量(kg/m2)
Δt3-出水與入水口溫差
如此,模具達到熱平衡就有:Q1=Q2=Q3,不難確定冷卻水道的直徑及長度.實際設計時,考慮水垢等因素可將計算值提高到2倍的能力,只要增加管長,內面積即可。界膜係數即使增大,只要水溫接近模溫,並不會有問題。
2).採用平衡式流道系統:
平衡式流道易加工,更重要的是平衡式流道最容易使每一個模腔達到相同壓力,有利於保證每個零件均質生產。這對於連接器來說尤其重要。
3).模具設計標準化:
盡量採用標準的模具組件及附件。這不但可加速繪圖過程(因標準製品已儲存於電腦系統),更可減低模具的生產成本及維修成本。在連接器模具方面可以有以下標準化部件:A,B板及其固定板,引料接頭,水栓,導柱套及頂針,回位銷,彈簧,近定位以及部分架構件等。
4).足夠的排氣裝置:
模腔內氣體的順利排出可以減少零件包封,不飽模,髒污及模仁腐蝕。通常可以通過設置頂針,分割模仁,開排氣槽及採用特殊材料來排氣。開排氣槽是直接有效的方法,排氣槽深約0.005~0.02mm,依原料溢料值決定,寬度不限,位於成品面以下0.5mm可加深到0.3mm。排氣槽的位置在遠GATE,零件結合線處,以及肉薄處。對於電子連接器而言,有一種趨勢:只要位置許可,排氣槽越開越多,可視模腔內壓力不同而深淺不一化。當然,最後要確保排氣暢通直至模具外,以免前功盡棄。
5).確保快速修模,設計時預留修模量:
精密模具除了塑膠原料本身固有之收縮率外,還需要克服其它如肉厚不均造成的脫模後變形。後者的難處在於:不同的零件將有不同的變形量及變形方式,變形位置。因此,像電子連接器生產用之精密模具必須依照經驗設置修模餘量,以確保試模時可以快速修正局部模仁,使得可以花較少成本,就可以快速使零件符合規格要求,在產品開發段尤其重要。
6).以容易組立,不易出錯為原則:
電子連接器的塑膠零件料號眾多,有些差別不大,連接器製造廠從成本考慮,大多采用多料號共用一套模生產;設計模具時應考慮在模仁上做MARK,鍵槽,掛腳,以減少在組立多料號模具時出錯,即模具設計中的”防呆法”。
7).以模具易加工,精度適當為原則:
在進行模具結構設計時,應充分了解各種加工方法及所能達到的精度。連接器功能與配合部位相對精度要求較高,其對應的模仁部位應保證足夠的精度及均質。如可將該部分設計成完全由磨床的方式加工,對其表面粗糙度作進一步要求;有些既無功能又無配合要求的部位,模仁加工時盡可以放寬公差,如一些外形的倒角等。當然,以上也是出於對模具加工成本降低的考量。(詳情見第6章)
模具設計要項查檢
1).注塑模具設計之計算工式
1.模具設計理論尺寸計算:L=μL0
L:模具理論尺寸μ:原料各向收縮率L0:零件設計尺寸
2.模具設計實際尺寸計算:?=L+a1+a2+a3-a4
?:模具實際尺寸L:模具理論尺寸a1:預置變形量a2:脫模斜度餘量a3:塑膠零件熱膨脹量a4:模具熱膨脹量
3.回位銷及頂出板變形量計算:σ=(ω?3)/(nEI)
σ:最大變形量(cm)E:縱彈性係數(kgf/cm2)I:截面2次矩(cm4)ω:頂出板重量/彈簧輸出力(kg)n:係數(懸臂梁時n=3)
?:承受彎曲長度(cm)
4.模具彈簧輸出力計算:ω=(d4Gσ)/(8ND3)
ω:輸出力(kgf)N:線圈的有效圈數
D:線圈的中心直徑(mm)
d:線徑(mm)G:橫彈性係數(kgf/cm2)σ:變形量(mm)
5.模具彈簧剪斷力計算:τ=k(8Dω)/(πd3)
τ:剪斷應力(kgf/cm2)d:線徑(mm)D:線圈中心直徑(mm)
ω:負荷(kgf)
k:依線徑與線圈直徑比m=D/d而變化的剪應力修正係數
6.塑膠零件脫模力計算:R≤P-nP1
R:最大脫模阻力(kgf)P:頂出力(kgf)
P1:彈簧反作用力(kgf)n:彈簧支數
7.頂針大小及長度計算:R=4π2(EI)/?2
R:最大脫模阻力(kgf)E:縱彈性係數(kgf/cm2)
I:截面2次矩(cm4)?:頂針長度
8.塑化量計算:G=((m1+m2)/T)η
G:塑化量(g/min)m1:零件重量(g)m2:料頭重量(g)T:成型周期(min)η:安全係數
9.鎖模力計算:C≥S(P0-?P1-?P2-?P3)
C:鎖模力S:零件及料頭投影面積P0:注射壓力?P1:噴嘴壓力降?P2:流道壓力降
?P3:模腔流動壓力降
10.流體力學及熱力學公式適用
2).注塑模具結構設計
1.模具構造形式
二板、三板、HeatRunner、單/多滑塊抽芯、簡易/快速模
2.模具注射系統
gate位置/大小、Runner截面形狀、Runner平衡及模穴數排布、模流分析
3.模具頂出機構
普通圓/扁銷頂出、剝料板頂出、套筒頂出、兩次頂出、模內cut、斜銷頂出、氣體輔助
4.模具溫度控制
冷卻水道排布、block內水道設計、冷媒及迴路密封性
5.分型系統設計
分型面選取、模仁分割、死角處理(側向抽芯機構設計)
6.模具材料選用
考量:模具精度、被切削性、鏡面加工性、耐磨耗性、靭性、耐腐蝕性、強度、電加工性能以及材料價格
(S55C,RAMAX,SKD61,VIKING,SKD11……)
7.概念設計與拆模
正確讀懂產品設計圖、收縮率計算與調整、平面layout、立体assm圖、模仁分割
8.模具設計製圖(詳見第6章)
layout圖:
圖框欄位、模仁件號、模穴中心尺寸、邊界尺寸、插破位置尺寸、關鍵高度方向尺寸、block內水道、滑塊鑲件、頂針孔位置、模仁相對位置
零件圖:
圖框欄位、配合公差與互換性、清角&逃角、表面粗糙要求、各種mark、成型工藝需求(脫模角/鏡面)、標注加工方法、精度過剩、標準件使用、缺少尺寸、尺寸鏈封閉、累計公差吸收、圖面排布整潔美觀、局部視圖運用
ass’y圖:
圖框欄位、頂針及標準品、模板尺寸/編號及相對位置、複雜頂出機構示意
圖面標注與模具加工
1).塑模圖面標注基本要求:
a.模具加工者及模具組立者易讀懂:
b.圖面標注不應超過必要及欠充分:
c.現場作業者應無需再作計算:
d.採用標準化圖框及一個件號一張圖紙.
2).圖面標注方法:
架構件及模仁六面體配合件外形公差取±0.002,著眼於模具
精度要求,減少累計公差;架構件高度取公差
b.模仁高度靠破方向理想尺寸、實際尺寸、公差一般為:A、A+0.01、或
c.E.D.M尺寸公差取±0.005,其理想
尺寸為依收縮率計算所得。若無變形預置及脫模角,則實際模仁尺寸為理想尺寸。
d.掛腳部分高度公差為±0.01,掛腳與槽深的理論值差值為0.02mm。(如:掛腳3.99mm,槽深4.01mm)
e.配合(無論是動、靜)模仁公差考量排氣與原料溢料值。PPS間隙<0.005mm,如為LCP、PBT、PA6T、PCT等原料,孔尺寸A銷尺寸為A
方孔、槽配合也是如此。
f.頂針孔尺寸配合:模仁A,墊板A+0.10,M02板A+1,M03板A+0.5mm(實際需考量A值及頂針規格)。
g.脫模角與斜靠保證成型後零件尺寸大小端均在規格內。(如原料:PBT,Y軸,藍圖:1.20±0.05,模仁大端取1.24mm/小端取1.18mm)
h.FOXCOnnmark選用標準字型(1#,2#,3#,4#,5#),明確標示”霧面亮字”或”霧字亮面”、E.D.M深或字深;POS.NO.依照藍圖規格(建議R&D採用”霧面亮字”)標示模仁圖;
CAV.NO.不可漏失,明確標示位置、HIGH、DEEP
i.同一方向尺寸,選用同一基準。盡量使得加工基準與標注基準一致,通常選大平面/外形中心作為標注基準。
j.模板公差取標準件,保證大面平行度,A/B板需配加工。
k.圖面版次更新一定在右上方注明原因,並簽名,寫日期。
l.尺寸標注以實體為主,便於量測及現場加工。
3).常用加工代號對照
REF.參考尺寸TYP.點型尺寸THR.通孔
TAPER錐度TAPERSTART脫模角起始線
DEEP深度HIGH高度BOTTOM底部
VIEW向視圖SEC剖視圖DETAIL放大圖
LARGE大端SMALL小端MARK記號
SQ正方形LP拋光“CB”螺栓沉頭孔
CUT逃角(1.000.20)
E.D.M放電加工TAP攻牙M/C中心切削
W/E線切割G成形磨P/G光學研磨
W/E0油割J/G治具研磨M銑削
AROUND全周0.3C倒角0.30.3mm
8-M810---8個M8螺孔牙深10mm
R0.03清角0.04max
FINISH熱處理硬度(HRC)NOTE%所有標%處
MAT’L模仁材質
Q’TY整套全CAV.模所需數量
4).加工精度及加工方法
E.D.M5μm/尺寸0.8μm/R
W/E03μm/尺寸1μm/R
W/E15μm/尺寸1μm/R
P/G2μm/尺寸0.5μm/R精密模仁
G(高速精密)2μm/尺寸0.1μm/R精密模仁
J/G2μm/尺寸0.5μm/R內孔
M/C0.01mm模板
M5μm/尺寸1.2μm/R
清角R0.04max(磨床)R0.08mm(W/E視線徑)
E.D.M0.201.0mm(寬深)
1
7
+0.01
+0.005
+0.01
+0
+0.01
+0.005
+0
-0.005
+0
-0.01
|
|
