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【資料】精密模具設計要點

1.精密注射模具設計要點

隨著電子、電信、醫療、汽車等行業的迅速發展,對塑件的精度、性能要求也越來越高、精密注射成型要求塑件不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形,而且還要有優異的光學性能。注射成型是最重要的塑料成型方法之一,如何提高注射成型技術水平,生產出高精度的塑件,創造高附加值的產品,模具設計是重要環節。在精密注射成型模設計中,除了應考慮一般模具設計事項外,還要特別考慮如下事項。

2 適當的模具尺寸精度

2.1 塑件尺寸精度與模具尺寸精度的關聯

根據塑件圖考慮模具設計、模具制作和塑件成型過程。首先從塑件圖面尺寸求得模具圖面尺寸,然后按模具圖面尺寸制作模具,得到模具實際尺寸,再由模具得到成型塑件。但問題是如何保證塑件實際尺寸在圖面所要求尺寸公差內。

2.2適當的收縮率

即使同一樹脂收縮率也會因成型條件不同而不同,精密成型要求收縮率變化小,預計收縮率和實際收縮率盡可能無差異。當前收縮率的確定主要是通過整理以往類似塑件的實際收縮率來推定,也有用實驗模求實際收縮率,再經修正,設計制作生產模。但完全恰當地推定收縮率幾乎是不可能的,不可避免地要在試模后修正模具。為便于模具修正,在設計模具凹部尺寸時應將收縮率取小值,設計凸部尺寸時將收縮率取小值,設計凸部尺寸時將收縮率取大值。

3 防止產生收縮率波動

精密注射成型必須以確定的尺寸作為制怍模具的前提。然而,即使模具尺寸一定,塑件實際尺寸也會因實際收縮率不同而不同,所以在精密注射成型中,收縮率控制十分重要。

3.1 影響收縮率的主要因素

模具尺寸可由塑件尺寸加上收縮率求得,所以在模具設計時需考慮影響收縮率的主要因素。影響收縮率的主要因素有:

①注射壓力;

②樹脂溫度;

③模具溫度;

④澆口截面積;

⑤注射時間;

⑥冷卻時間;

⑦塑件壁厚;

⑧增強材料含量;

⑨定向性;

⑩注射速度。但塑件成型后仍然存在收縮,影響成型后收縮的主要因素有內部應力、結晶度、溫度、濕度等。

(1)注射壓力的影響。注射壓力對收縮率影響很大,注射壓力大,收縮率小,塑件實際尺寸較大。在單個模腔內,注射壓力內因塑件形狀不同而不同,在多模腔內,各模腔內注射壓力存在差異,結果各模腔的收縮率也不相同。

(2)模具溫度。無論是非結晶樹脂還是結晶樹脂,模具溫度高,收縮率大。精密成型必須將模具溫度維持在特定溫度,因此在模具設計時,必須注意冷卻回路設計。

(3)澆口截面積。改變澆口截面積會使收縮率發生變化,收縮率隨澆口尺寸變大而變小,這與樹脂的流動性有關。

(4)塑件壁厚。對于非結晶樹脂,壁厚大,收縮率大,對于結晶樹脂,則必須避免壁厚發生較大變化。多模腔時,如果模腔壁厚有差異,收縮率也將產生差異。

(5)增強材料含量。用玻璃纖維增強樹脂時,玻璃纖維含量越多,收縮率越小,流動方向的收縮率比橫向收縮率小。為了防止扭曲、翹曲,還必須考慮澆口形狀、位置和數量的影響。

(6)定向性。所有樹脂都存在定向性,結晶樹脂的定向性特別大,并因壁厚和成型條件不同而有差異。

3.2 采取措施

(1)保證流道,澆口平衡。單模腔多澆口以及多模腔中進行充模時,澆口要平衡。由于樹脂流動與流道中的流動阻力有關,在取澆口平衡前最好先取流道平衡。

(2)模腔排列方式。為了使成型條件設定容易,要注意模腔排列方式。由于熔融樹脂將熱量帶入模具,在一般模腔排列情況下,模具溫度分布以澆口為中心的同心圓狀,在選擇模腔排列方式時,既要取流道平衡,又要取以澆口為中心的同心圓狀排列。

(3)冷卻回路設計。模具溫度對收縮率影響很大,同時冷卻時間不同也會帶來溫度變化。從熱交換效率來看,冷卻液的流動應為素流,冷卻回路最好設計為串聯的折流板式。冷卻時型腔與型芯處熱量是不同的,熱阻力也因回路構造不同而異,入口水溫在模腔與型芯處具有較大差異,因此,精密成型模的冷卻回路應采用型腔與型芯分別設計,并分別用溫控機進行溫度控制。

4 防止產生成型變形

成型變形產生的原因是收縮不均勻,有內應力,防止產生成型變形的措施有:

(1)選擇合適的澆口數量。例如在設計中心有孔的圓筒形注射模時,必須在中心設置澆口。然而在樹脂的流動方向與垂直方向收縮率存在較大差異,有產生橢圓的缺點。當中心孔有高精度圓度要求時,模具需設計成3個或6個澆口,還要注意各澆口的平衡。在使用側澆口時,3個澆口將使圓筒狀塑件內徑增大,當外表面不允許有澆口痕跡時,使用內側多點分澆口可以達到要求。

(2)澆口形狀和位置。根據塑件形狀選用合適的澆口,如同一環形塑件,采用側澆口、點澆口、輪輻澆口和薄膜澆口成型后變形程度不同,其中薄膜澆口的特點是可看作長的矩形邊緣澆口,通?缭侥G坏恼麄整度,提供較大的流動面積,充填時間快且充填均勻,翹曲變形小,特別適用于翹曲變形量大的塑料成型。

5 防止脫模產生變形

精密塑件尺寸一般較小,塑件壁厚較薄,有的還有許多薄筋。模具設計必須考慮在塑件不變形的情況下脫模。對于收縮率較小的樹脂,當成型壓力高時,需注意塑件易留在模腔內。用收縮率小的樹脂成型齒輪時,齒輪部分模腔最好設計在頂出一側的模板上。在用推桿時,需注意無變形的推桿數和頂壓位置。帶孔齒輪有型芯時,為了平行頂出,需設置頂出側模板。對于角狀塑件,可以使用沖孔模板頂出、用這種模板頂出可以防止產生變形。

一般精密塑件拔模斜度較小,為了減小脫模力,需鏡面加工,研磨方向必須為拔模方向,按拔模方向設計出容易研磨的分塊型芯。

6、模具制造誤差

6.1 按要求的加工方式確定適當的零件結構為了獲得所要精度的塑件尺寸,必須要有相應的模具尺寸,而保證模具尺寸需要有極高精度的機械加工。為了維持模具精度,耐磨性要高,為此需要淬火。用磨床及電火花加工機床加工淬火材料的精度可達0.01mm以內。由于用平面磨床無法加工封閉槽形,可選用"]"_形加工,但因“]”形強度差,需采用圖1所示的增強措施。

用電火花機床加工時,必須注意電極端的磨損變大。加工圖2所示的齒輪,用鋁絲電火花加工機床加工時,應盡可能設計能夠貫通加工的結構。從防止磨削變形和縮短加工時間方面來看,要選定淬火變形小的鋼材,而且要設計為淬火變形小的形狀。形狀復雜時,淬火冷卻不易均勻,易產生淬火變形.

6.2 分割式模具

為了將淬火零件加工成較高精度,要使用磨床。因此,需采用鑲件組成分割式模具,有如下特征:

(1)因為可選擇適當材料,所以能夠100%使用適當硬度等模具材料的性能。

(2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。

(3)能夠分別熱處理,容易設定熱處理條件。

(4)能夠使用鏡面加工性良好的模具材料,鏡面加工操作容易,能夠提高光潔度。

(5)容易按拔模方向研磨,有利于采用拔模斜度小的模具。

(6)由于硬化.可延長模具精度保持時間,模具壽命長。

(7)容易在任意位置設排氣槽,所以充模容易。

(8)磨削加工容易。

(9)能夠提高模具零件精度,可提高塑件精度。

(10)可在較小的公差內制作備用模腔和型芯。部件互換性高,容易維修。

(11)以磨削加工為主體,加工效率高。

(12)零件數多,需要極大提高各零件加工精度。

(13)局限于特定的加工方法。

(14)難以采用完全淬火。

6.3分割式模具設計的注意點

模具尺寸的精度和各零件的精度必須由塑件尺寸精度決定。分割數越多,累積誤差越大,越要提高各零件的加工精度,所以分割數越少越好,一般

禁止在塑件表面設分型線,不僅外觀上不美觀,而且在使用上也會造成缺陷。若在產生應力處有分型線,往往因應力集中而容易破損。磨削加工容易得到均勻的尺寸,所以應分割成可用研磨劑加工的形狀。易損部分應分割成易更換的。并考慮選用高耐磨性合金。此外,要考慮組裝和拆卸,必須用能夠容易、正確地復原精度的結構,組裝模腔和型芯的各零件,如果分別裝在基座上,則模腔與型芯必須同心。在使用安裝銷釘時,必須正確研磨銷孔。

為確;瑝K件的定位,需要防止模具精度的波動。為了維持滑塊件的精度,滑塊件都應淬火研磨。側型芯滑動部分的配合應有定位退拔部分,側型芯尺寸大時,中間部分可以設狹小的導槽。

7 模具精度的保持

7.1 確保模腔與型芯同心為了正確地合模,必須把兩模板設計成能正確定位的結構.如圖4—6所示。

7.2 防止模具變形為了避免因注射壓力作用于模腔而產生模具變形,模具強度就要足夠大。在型芯板中間常加支柱,材料選用高強度鋼,并且將容易受彎曲的銷設計在澆口附近,還要減小作用于銷的樹脂流動壓力。

7.3 預防時效變化模具需要淬火回火處理時,如果有殘留奧氏體,將產生時效變化,導致模具尺寸精度變化。所以要在能使殘留奧氏體分解的溫度回火,并且需要用深冷處理?紤]模具使用時的磨損,需提高硬度,使用淬、回火變形小的材料。磨削與切削加工相比,磨削加工效率低,為了縮短加工時間,盡量減少磨削加工。

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