模具设计制作方案
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模具設計製作
組員:王明偉、王建中、莊世懷
德霖技術學院機械工程系日四技0941
指導老師:張惠欽老師
摘要
模具是近代工業產品大量生產所倚藉的一項重要工業與技術。模具製造的精密程度和技術層次,對於生產成品的品質,生產原料的有效利用,以及生產力的提高等方面,均有絕對性的影響。而模具業又以塑膠模為最大宗。與我們生活息息相關之家電產品,資訊產品及汽機車零件中,大部分皆為塑膠製品。
因此本計劃乃以一個塑膠產品為範例,逐步探討及說明整個塑膠模具的設計流程,同時並輔以虛擬實境的展現方式,來加強對初學者之學習效果。
一.模具的定義
模具必須具有堅固的“複製空間”結構體。在操作中,他呈密閉空間以確保熱熔樹脂在射出壓力及速度下,充填並擠壓模穴時,不發生脹裂或溢料。此外還需在適當地方具有氣孔,以便在射出充填的短時間內,能讓熔融樹脂快速取代這個複製空間。
在成形循環未了,熱熔樹脂已固化時,可以在分模線處打開,在平行開模方向上,沒有任何嵌口(underercut)的情況下,將成品頂出來。為了達到上述目的,則必須具備下列條件:1.在靜態部份
(1)必須有“複製空間”結構體,例如模座及
心型。
(2)射出成形機之鎖模裝置:動態模固定板。
(3)頂出成品的裝置:頂出前後板、頂出銷、
頂出套筒。
(4)導引熱熔樹脂的通路:澆口、流道、注口
襯道。
(5)固化機構:熱塑性樹脂採用冷卻管道(系
統)。
熱固性樹脂採用電熱加熱棒。
2.在動態部份
(1)在射出成形機鎖模壓力下,模具剛才須有足夠的抗壓縮強度,才不會發生塑性變形或被壓碎的情況。
(2)在射出成形機射出壓力下,模具鋼材在強行變形範圍內的變形量須比樹脂的收縮量小。成品被頂出時,不會發生嵌口和表面刮傷的情形。
(3)在頂出壓力下,頂出銷截面積對頂出銷長度比不可過大,以防頂出銷彎曲,可採用階段式頂出銷。頂出銷與成品接觸的面積應盡量大,以防成品有頂空的情形。
(4)特殊結構體需堅固,動作行程需確實,以防裝壞模具本體、滑塊、側蕊、壓板及旋退裝置。
二、模具的功能
1.複製的功能
將熱熔樹脂填滿由模腔及模蕊所構成的密閉空間,藉熱交換作用,使其固化(或硬化)被“複製”出來。當然,一方面複製成品形狀(加入收縮率),另一方面是複製表面之咬花花紋。
2.熱交換功能
(1)熱塑性塑膠:將熱熔樹脂所帶入的熱量,
利用油冷、水冷或空冷方式,間接自模蕊、模座及其他模板處將熱量帶走,使其固
化。油或水皆係經冷卻循環管道流通這其
中牽涉到冷卻速度及冷卻能力。
(2)熱固性塑膠:將熱熔局部架橋樹脂射入模
穴空間後,利用電熱方式間接傳給模穴中
樹脂,使其發生架橋硬化,他牽涉到硬化
速度、硬化能力(在模具中)及硬化程度(在
模具外)。
三、模具的製作流程圖
四、基本理論
1.決定模具強度
在模具設計時應該考慮的:
(1)對於成形機的鎖模力需具有足夠壓
縮強度。因此PL面必須設定出足夠
的耐壓面積。
(2)對於溶融樹酯的射出壓力需具有足
夠的壓縮、抗拉、彎曲強度,不會產
生龜裂、彎曲而使模具模具無法打開
或產生毛邊或動作不良等。
(3)依據製品形狀來考慮模具材質,利用
嵌入模心的構造,使部分材質更高級
化,並使其易於更換。
(4)冷卻孔、導梢孔、頂出梢孔、嵌件及
滑塊機構等強度上易造成應力集
中,導致龜裂現象也要一倂考慮。
強度:強度是指破損或破壞發生的界限,破損或破壞是材料的某一部份或全體引起分離。
S點:降伏點M點:最大荷重Z點:破斷剛性:任何物體上施加力量會產生變形,這種變形大小程度稱為剛性。
λ
λ
σ
A
W
a
w
E
=
=
∈
=
/
/
E:彈性係數σ:垂直應力
∈:縱向變形w:負荷
a:斷面積λ:彎曲量
:原尺寸
2.強度計算
模具強度計算,因為模具內有橫澆道、進澆口、肉厚和不同的形狀等等,難以計算,實際資料又很少,在設計時需要注意模穴內的R部及承受拉應力與彎曲應力部分,還有應力集中、龜裂破損,都應加入安全率使強度更寬裕。(1)鎖模、射出壓縮強度
對於公模和母模的分模面而言,最好僅考慮鎖模力,對於組立板、模板、支柱等而言,需加入射出壓力考慮計算。
)
/
(2
cm
kg
a
p
=
σ
S
●
●
M
Z
伸長率
荷
重
a 承受面積、σ壓縮應力、P 壓縮力
(2) 壓縮強度計算
頂出銷棒狀的長度對於斷面而言,非常長
的時候,軸壓縮負荷超越某界限值,承受壓縮使棒開始彎曲,所以才用不同壓縮計算。
2
L I E ‧‧‧π
n p b =
n :端末條件造成的係數(n=2.046) E :楊氏係數,鋼的場合=2.1X106
kg/cm 2
π:3.14
I :長柱的最小斷面二次矩 L::長柱的長度
(3) 剪斷力與銷的強度
安裝於模具的銷,由於射出壓照成剪斷應
力而破損。
‧‧T S
E =
τ F :剪斷力 S :斷面一次矩
T :求剪斷應力點的肉厚 I :斷面二次矩 3. 決定模穴數
必須考慮所用型機之規格及最經濟的產
量,而後決定模穴數。ㄧ般情形,成形品量少,或精度高,或形狀大之場合,使用ㄧ個模穴或2~4個模穴之型模。反之,生產量多之場合,尺寸精度不高,需要較低成本之場合,使用多數模穴及成組模穴之型模。
4. 決定分模線及流道、澆口
由此決定型模之基本構造,成形品毛邊及
熔接線之位置,從而決定成形品之外觀及製造工時。
直接進澆口:豎橫口直接與模具的模穴連接,因此模具構造簡單,一般用於單模穴模具。 側邊近澆口:由小型、中形物的形狀產品大部分使用多模穴。成行品在側面設置進澆口。
5. 處理嵌口部分及決定頂出方法
成形品有崁口部份時,先行決定使用何種
退出方法,於成形完成後,在型模取出。例如使用分模型模,滑塊,螺紋旋出等模具構造。頂出機構,ㄧ般採用頂出銷及頂出套筒等構造。但如成形品上,不得有頂出壓痕(pin mark)或箱形、杯類型狀物體,使用刮料板方式。或者成形品為聚乙烯樹脂者,以空氣吹出法亦被接受。
6. 模穴及心型材料及其加工方法之決定
基於模具材料之硬度及加工法,決定採用
壓入法、崁入法等。等此等場合,必須考慮嵌入線及嵌入位置或嵌入方向。
7. 溫度控制方法之決定
射出成形後,為使成形品能冷卻至常溫尺
寸,模具溫度必須加以控制,為此目的,可用水、油、空氣等通入模具,以達到冷卻模具的目的。
五.模具設計
首先,在可塑化工程融解的樹脂材料在射出工程中被射出充填至模具,然後以模具內的形狀來決定產品的外型。(摘自: )
當一個設計者拿到成品或者是概念圖之後,首先必須將成物件在腦海中有一個概略的藍圖。
此藍圖是需要由實務經驗的累積才能快速的建構,例如模仁外型,模穴數量等,模仁的外型太小容易讓塑膠在射出的時候因為壓力過大而溢滲出去,太大則是浪費成本。
模仁的材質跟模座比起來是屬於較高級的材質(模仁通常是 NAK80 模座通常是 S45C )
而模穴數量則是決定生產的速度,不過在有限的機器支援條件之下設計者必須設計出恰好的穴數,否則設計過多的模穴也只是射不飽,白白的浪費加工成本與時間,設計過少的模穴會讓生產能力下降導致產能不足,設計者於腦中