塑胶射出成型模具设计

第 四 章模 具 設 計 介 紹國 立 高 雄 應 用 科 技 大 學模 具 工 程 系黃 俊 欽 教 授 模 具 設 計 介 紹 模 具 的 種 類 流 道 系 統 設 計 頂 出 系 統 設 計 冷 卻 系 統 設 計 模 具 死 角 (under-cut)處 理 模 具 強 度 計 算 種類 冷澆道模具：流道內的熔膠隨模穴內的熔膠一併冷卻，開模後一起取出。可分為: (1)冷澆道二板式模具：開模後成品與流道一起取出，除 使用潛伏式澆口外，其成品與流道是相連的。 (2)冷澆道三板式模具：開模後成品與流道一起取出，大 都使用點狀澆口外，故其成品與流道會自動分離。熱澆道模具：流道內的熔膠在模穴冷卻過程中維持熔融態，不隨模穴內的熔膠一併冷卻，開模後只有成品取出。 模 具 的 種 類二 板 式 模 具 三 板 式 模 具冷 澆 道 模 具 二 板 式 模 具 之 基 本 結 構 裝 配 圖 熱 澆 道 模 具 特 色 : 流 道 內 的 塑 料 維 持 高 溫 ， 不 與 產 品 一 同 冷 卻 析 出 優 點 (1)節 省 塑 料 及 二 次 加 工 (2)降 低 射 壓 ,減 少 應 力 (3)縮 短 冷 卻 時 間 缺 點 (1)模 具 昂 貴 (2)應 避 免 使 用 含 纖 塑 料 (3)澆 口 設 計 較 不 具 彈 性 熱 澆 道 模 具 熱 井 噴 嘴 系 統 伸 長 噴 嘴 系 統 絕 熱 式 澆 道 系 統 分 配 式 岐 管 系 統 熱 澆 道 模 具 熱 岐 管 塊 岐 管 塊 的 膨 脹 :塑 膠 高 溫 導 致 岐 管 塊 的 材 質 :鉻 鉬 鋼 加 熱 處 理 岐 管 塊 的 保 溫 與 隔 熱 岐 管 塊 的 的 加 工 :流 道 平 滑 且 高 度 拋 光 ,加熱 器 的 孔 道 須 絞 光 ,配 合 公 差 0.1mm 熱澆道模具的優缺點 優點： 1.原料成本較低，較沒有廢料回收的問題 2.冷卻時間可縮短 3.成形溫度及壓力較低，成品應力較小 4.可完全自動化 5.流道內的壓力溫度變化較小，成品品質較佳，凹痕及流痕較少。缺點： 1.較不適用於熱敏性材料 2.較不適用於加纖材料 3.價格較貴 4.澆口的設計比較沒有冷澆道模具的自由度 三 板 式 標 準 模 座 標 準 零 件 定 位 環 規 格 名 稱 /標 稱 尺 寸 (射 出 成 形 模 具 用 定 位 環 100) 模 板 名 稱 ABh 射 出 成 形 用 模 具 的 模 板 150200200 標 準 零 件 注 道 襯 套 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xMxLxR 射 出 成 形 模 具 用 注 道 襯 套 A型 25x50 x20 x20 注 道 襯 套 的 使 用 標 準 零 件 A型 導 銷 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xLxN 射 出 成 形 模 具 用 導 銷 A型 40 x150 x50 標 準 零 件 導 銷 襯 套 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xL 射 出 成 形 模 具 用 導 銷 B型 40 x80 導 銷 襯 套 的 裝 配 孔 頂 出 銷 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xL 射 出 成 形 模 具 用 頂 出 銷 A型 10 x150 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xLxN 射 出 成 形 模 具 用 頂 出 銷 B型 3x100 x30 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xLxN 射 出 成 形 模 具 用 頂 出 銷 C型 3x100 x30 規 格 名 稱 /形 示 /標 稱 尺 寸 xtxWxLxN 射 出 成 形 模 具 用 頂 出 銷 D型 2x9x100 x30 頂 出 銷 及 裝 配 孔 頂 出 套 筒 規 格 名 稱 /標 稱 尺 寸 xL 射 出 成 形 模 具 用 頂 出 套 筒 5x150 頂 出 套 筒 及 裝 配 孔 回 位 銷 規 格 名 稱 /標 稱 尺 寸 xL 射 出 成 形 模 具 用 回 位 銷 12x100 回 位 銷 及 裝 配 孔 注 道 抓 銷 名 稱 /標 稱 尺 寸 /形 式 L 射 出 成 形 用 模 具 的 注 道 抓 銷 A形 6100 注 道 抓 銷 及 裝 配 孔 導 銷 及 導 銷 襯 套 的 使 用 斜 角 銷 名 稱 /標 稱 尺 寸 MN 射 出 成 形 用 模 具 的 斜 角 銷 2010030 停 止 銷 及 其 使 用 流 道 系 統 流 道 的 尺 寸 -壓 力 損 失 /冷 卻 時 間 流 道 的 配 置 -流 動 平 衡 滯 料 井 -蓄 積 冷 料 澆 口 - 種 類、尺寸、數量、位置排氣孔- 種 類、位置 流道 (runner)流道的設計重點：1.種類 2.尺寸 3.配置一般而言流道尺寸(如直徑)比成品肉厚要大，因此常造成冷卻時間的浪費。流道尺寸隨成品的大小，有一適當值。太粗或太細均不好。大直徑的流道尺寸雖然可使熔膠流經時的壓損較小，但整個成形週期會變長，因此產能會下降。小直徑的流道雖然會使熔膠流經時的壓損較大，但整個成形週期短。流道長度太短，在保壓階段時較易在澆口附近產生應力殘留。流道長度太長，則會因熔膠冷卻造成流動不易及射壓增加的缺點。在一模多穴的系統中，每個模穴充填量可能不同，而且與進膠點的距離亦不同，如何設計流道尺寸及配置流道及模穴的位置使每個模穴能達到同時填滿的目標。多模穴若能同時填滿，則每個模穴內的壓力會較一致，可避免毛邊或充填不足的缺點產生。此即為流動平衡的意義。否則在多模穴系統中先填滿的模穴，在 其它模穴尚在充填時，將造成壓力的劇增而產生毛邊。 種類 圓 形 斷 面 最 佳 , 一 般 為 考 慮 加 工 方 便 亦 常用 梯 形 或 U型 斷 面 尺寸 以成品重量為基準以成品投影面積(平方公分)為基準公式計算 適用於圓形流道，且成品肉厚2.5mm， 重量5度 )2.與 推 桿 的 結 合 應 採 用 浮 動 結 合3.脫 料 板 面 積 大 時 應 加 裝 導 向 裝 置 冷 卻 系 統 設 計冷 卻 系 統的必要性：a.對成形性及成形效率而言 模溫高流動性佳。模溫低縮短固化時間，提高效率。 b. 對成形品物性而言 模溫高結晶度高，表面性質較佳。模溫低材料迅速固化，成形壓力大，造成殘留應力。 c. 對防止成品變形而言冷卻不足發生收縮下陷。冷卻不均收縮不平均，引起翹曲、扭曲。 冷卻回路的種類 a.鑽孔法最一般性之冷卻法，設貫穿孔，在模具外部用橡皮管連接，適用於母模及四方形成品。 b.隔板法在水道內裝金屬隔板，使冷水路分開，適用於細長公模心或使用套筒頂出之場合。 c.溝槽法由嵌塊構成，在其中之一洗溝槽，嵌塊組合後形成管道，適用於淺而寬的平板成品，或箱形品內側。 d.套管法在水道內裝一套管，冷水由套管內進入，然後噴出由套管與水道間流出，適用於細長公模心或圓筒形成品。 e.間接冷卻法藉由鈹銅迅速導熱，並由冷卻水將熱帶走，適用於細長公模心或成品構造複雜之部份機構 冷卻回路的設計原則與經驗 a. 冷卻回路應沿著模穴均勻分佈為佳。 b. 水路管徑的決定使與流量大小 使雷諾數Re=( ) 4000, 維持亂流形式以保持熱傳效率，一 般設計約維持在8000-10000。水路管徑與流量大小可由肉厚 初步決定如下: 通常管徑不得超過14mm ，因為如此不易造成亂流，而使熱 傳效率降低。 c. 水管節距與深度 管徑：水管與成品距離：水管間距 = 1：3：5 or 1：4：7 d. 水管長度VD e. 並聯與串聯的特色比較並聯特色：1.模具表面溫度較均勻2.支數多，冷卻水速度變慢，冷卻效益變差3.無法維持長時間各流路流量相等，會導致模穴表面冷卻不均4.某一水道塞較不會影響全體冷卻效果串聯特色：1.冷卻水出入溫差較大，易造成模具表面溫度不均勻 2.一有阻塞，會影響全體流動，明顯降低冷卻效果 3.流速較快，熱傳效果較佳f. 冷卻液應先從高溫處進入，然後循環至低溫處出去，以保持模具溫度的均勻性。g.有效水管長度的總表面積與成品總面積一致時最佳，但水管支數太 多常導致壓損而造成流量降低，並影響冷卻效果。 模 具 死 角 (under-cut)處 理(1)強 迫 頂 出 適 用 於 軟 質 材 料 且 倒 角 深 度 1mm (2)利 用 滑 塊 及 斜 銷設 計 重 點滑 塊 的 移 動 行 程滑 塊 的 定 位滑 塊 的 合 模 機 構斜 銷 的 長 度斜 銷 的 安 裝 模 具 強 度 計 算模 具 的 受 力 與 變 形 角 偶 的 應 力 集 中 (1)模 具 側 壁 厚 度 (2)承 板 厚 度 模 具 材 料 碳 鋼 (SC)便 宜 ， 加 工 性 良 好 合 金 工 具 鋼 (SKD)耐 熱 耐 磨 韌 性 優 不 鏽 鋼 (SUS)耐 蝕 鉻 鉬 鋼 (SCM)耐 蝕 強 度 佳 韌 性 優 鋁 鉻 鉬 鋼 (SACM)-耐 蝕 經 氮 化 處 理 後 耐 磨 性 佳 預 硬 化 鋼 (HPM)硬 度 高 質 地 細 緻 耐 磨 鏡 面 加 工 用 模 具 材 料 (1)無 非 金 屬 存 在 物 ， 微 視 組 織 均 勻 細 微 ， 硬 度 高 ， 須 以 真 空 熔 解法 製 造 之 極 純 境 模 材 ， 一 般 以 麻 時 效 鋼 (YAG) 、 預 硬 化 鋼 (HPM17 、HPM33 、 HPM38 、 HPM50)為 主 耐 腐 蝕 用 模 具 材 料 (1)材 質 含 鉻 ， 如 不 鏽 鋼 (SUS系 ) 、 預 硬 化 鋼 、 鉻 鉬 鋼 (SCM) (2)表 面 鍍 硬 鉻 層 耐 磨 耗 用 的 模 具 材 料 (1)耐 磨 性 取 決 於 碳 化 物 的 種 類 及 含 量 ， 主 要 有 預 硬 化 鋼 (HPM31 、 HPM38 ) 、 粉 末 高 速 鋼 (HAP) 依成形材料決定模材1.充 填 材 強 化 樹 脂 :磨 耗 問 題 ZDP4 SUS440 系 列 ZCD-M HPM31 HPM 752.難 燃 劑 添 加 樹 脂 :腐 蝕 問 題 CrSUS系 列 (HPM38) SUS630系 列3.透 明 樹 脂 :容 易 鏡 面 處 理 YAG HPM系 列4.薄 的 成 品 :硬 度 及 強 韌 性 含 有 18%Ni的 麻 體 時 效 鋼 精 密 模 具 設 計 的 步 驟 考 慮 與 射 出 機 的 配 合 決 定 一 次 射 出 的 成 形 品 數 及 模 穴 配 置 決 定 分 模 線 及 流 道 、 澆 口 、 排 氣 孔 死 角 (undercut)的 處 理 與 頂 出 方 法 的 決 定 溫 度 控 制 方 法 的 決 定 模 具 材 料 及 模 具 加 工 法 的 決 定 成 形 品 射 出 個 數 的 決 定(1)考 慮 射 出 機 性 能 的 射 出 個 數 0.8F=(A*Y+B)*X F:合 模 力 A:單 一 成 品 的 投 影 面 積 B:澆 道 的 投 影 面 積 X:模 內 成 形 壓 力 Y:一 次 射 出 的 成 品 個 數(2)考 慮 最 經 濟 方 式 的 射 出 個 數CQtLMY *3600 *)( min M:射 出 機 一 小 時 的 費 用 L:操 作 員 一 小 時 的 費 用 t:成 形 週 期 Q:成 品 訂 購 數 量 C:單 個 模 穴 的 成 形 費 用 (3)考 慮 精 度 的 射 出 個 數 以 一 模 24個 且 配 合 適 當 的 成 形 機 (約 為 射 出 能 力 的 4070%) 精 密 模 具 設 計 上 的 考 慮 事 項 1. 正 確 地 算 出 模 具 的 尺 寸 公 差 。2.防 止 成 形 收 縮 率 誤 差 的 考 慮 。3. 防 止 成 形 變 形 的 事 項 考 慮 。4. 防 止 離 模 變 形 的 事 項 考 慮 。5. 使 模 具 製 作 時 的 誤 差 止 於 最 小 限 的 考 慮 。6. 關 於 模 具 精 度 誤 差 的 防 止 事 項 的 考 慮 。7. 關 於 模 具 精 度 維 持 事 項 的 考 慮 。 成 形 品 尺 寸 精 度 和 模 具 尺 寸 精 度 的 關 連 性 12 121 AM 1 )1)()( 212121成 形 品 圖 面 稱 呼 尺 寸%對 於 成 形 品 誤 差 的 稱 呼 尺 寸 的 百 分 比%預 想 收 縮 率%預 想 收 縮 率 和 實 際 收 縮 率 的 差%收 縮 率 的 誤 差 值模 具 圖 面 尺 寸 的 稱 呼 尺 寸%對 於 模 具 製 作 誤 差 的 稱 呼 尺 寸 的 百 分 比%對 於 模 具 摩 耗 量 的 稱 呼 尺 寸 的 百 分 比AM 防 止 成 形 收 縮 的 誤 差1.runner gate的 平 衡2.模 穴 的 排 列 3.模 具 的 冷 卻 回 路 設 計 (1)並 連 式 與 串 連 式 的 比 較 (2)冷 卻 液 入 口 、 出 口 溫 度 差 因 流 量 大 小 而 異 。 在 精 密 射 出 成 形 模 具 中 ， 流 量 的 決 定 ， 必 須 使 入 口 、 出 品 溫 度 差 在 2 以 內 。 各 模 穴 間 最 大 溫 度 差 也 要 小 於 2 以 內 。 (3)模 穴 、 型 蕊 分 開 式 的 模 具 溫 度 控 制 系 統 防 止 成 形 變 形 的 發 生1.進 澆 口 數 量 2.進 澆 口 形 狀3.進 澆 口 位 置4.冷 卻 模 具 設 計 檢 查 事 項 品 質 (1)檢 討 模 具 材 料 、 硬 度 、 精 度 、 構 造 是 否 符 合 製 定 者 之 要 求 成 形 品 (1)檢 討 成 形 材 料 的 流 動 、 收 縮 下 陷 、 熔 合 線 、 裂 紋 、 脫 模 斜 度 、 流 痕 等 關 連 成 形 品 表 面 外 觀 的 事 項 (2)在 成 形 品 機 能 、 外 形 等 的 容 許 範 圍 內 ， 儘 量 簡 化 加 工 (3)成 形 材 料 的 收 縮 率 是 否 估 計 正 確 ， 是 否 會 經 時 變 化 成 形 機 (1)射 出 量 、 射 出 壓 力 、 合 模 力 是 否 充 分 (2)模 具 是 否 能 正 確 安 裝 於 使 用 之 成 形 機 上 (3)成 形 品 從 成 形 機 上 取 出 是 否 順 利 (4)成 形 機 的 噴 嘴 與 模 具 定 位 環 、 注 道 襯 套 是 否 能 正 確 接 觸 (5)頂 出 是 否 正 確 模 具 構 造 分 模 線 (1)分 模 線 位 置 是 否 適 當 ， 是 否 容 易 發 生 毛 邊 ， 開 模 時 成 形 品 是 否 殘 留 可 動 側 (2)分 模 線 之 位 置 是 否 對 模 具 加 工 、 成 形 品 外 觀 有 所 影 響 頂 出 機 構 (1)使 用 之 頂 出 方 法 對 成 形 品 是 否 適 當 (2)頂 出 銷 、 套 筒 的 位 置 是 否 理 想 ， 數 目 是 否 充 分 (3)剝 料 板 是 否 容 易 卡 住 心 型 溫 度 控 制 (1)加 熱 用 加 熱 器 的 能 量 是 否 充 分 (2)冷 卻 回 路 的 大 小 、 位 置 、 數 量 是 否 適 當 (3)冷 卻 用 媒 體 的 選 用 是 否 適 當 死 角 處 理 (1)死 角 (undercut)之 處 理 方 法 是 否 適 當 (2)側 向 心 型 是 否 會 與 頂 出 機 構 、 回 位 銷 衝 突 流 道 澆 口 (1)澆 口 形 狀 的 選 擇 是 否 適 當 (2)澆 口 位 置 、 大 小 是 否 適 當 (3)注 道 及 流 道 的 尺 寸 、 形 狀 是 否 適 當 裝 配 圖 (1)模 具 大 小 是 否 適 當 ， 強 度 上 是 否 適 當(2)模 具 各 構 造 零 件 的 配 是 否 適 當(3)裝 配 圖 的 繪 製 是 否 明 確 適 當(4)各 零 件 是 否 註 明 裝 配 位 置(5)必 要 零 件 是 否 全 部 記 入(6)必 要 的 規 格 欄 、 標 題 欄 等 是 否 明 確 註 明 零 件 圖 1. 零 件 件 號 、 名 稱 、 件 數 、 是 否 正 確 記 入 2. 是 否 註 明 自 製 或 在 庫 品 或 市 購 品 等 資 料 3. 必 要 時 是 否 使 用 標 準 品 或 市 購 品 4. 配 合 部 公 差 、 表 面 精 度 (表 面 光 度 )是 否 明 確 註 明 5. 精 度 要 求 嚴 格 的 部 皆 ， 是 否 已 考 慮 再 修 正 的 可 能 性 6. 是 否 有 不 必 要 的 過 剩 精 度 7. 材 料 的 使 用 ， 是 否 適 合 零 件 的 機 能 8. 是 否 已 註 明 熱 處 理 、 表 面 處 理 及 表 面 特 殊 加 工 的 程 度 9. 心 型 及 型 穴 號 碼 是 否 已 註 明 10.是 否 已 註 明 各 零 件 的 加 工 方 法 加 工 考 慮 1. 檢 討 加 工 法 ， 是 否 適 合 構 造 2. 檢 討 加 工 或 組 合 ， 是 否 可 能 而 且 容 易 3. 特 殊 加 工 及 工 程 指 示 是 否 充 分 4. 加 工 雖 可 能 ， 但 有 度 困 難 之 處 ， 可 否 變 更 設 計 5. 對 加 工 及 裝 配 之 基 準 面 是 否 已 記 入 6. 現 場 配 合 加 工 處 是 否 明 確 指 示 7. 配 合 調 整 之 處 是 否 指 示 調 整 預 留 量 及 調 整 過 程 說 明 8. 裝 配 時 注 意 事 項 是 否 記 入 9. 套 環 用 孔 是 否 已 註 明 其 大 小 及 適 當 位 置 10. 裝 配 、 分 解 、 調 整 用 衝 出 孔 、 螺 紋 孔 等 是 否 有 明 確 指 示 11. 淬 火 或 其 他 加 工 等 所 致 的 變 形 是 否 止 於 最 小 。 減 少 模 具 製 造 誤 差1.依 加 工 方 式 設 計 適 當 的 模 具 結 構2.分 割 式 模 具 3.分 割 式 模 具 設 計 上 注 意 事 項 依 加 工 方 式 設 計 適 當 的 模 具 結 構 為 了 維 持 模 具 精 度 ， 必 需 採 用 耐 摩 耗 性 高 的 材 質 。 加 工 物 經 熱 處 理 及 淬 火 後 的 加 工 精 度 在 0.01mm以 內 ，除 了 用 各 種 磨 床 及 放 電 加 工 機 外 別 無 它 法 。 平 面 研 磨 加 工 時 ， 不 得 不 使 床 台 往 復 動 作 ， 因 此 ， 像圖 a的 形 狀 無 法 加 工 ， 不 得 不 做 成 圖 b的 U字 形 狀 ， 但 是圖 b的 強 度 較 圖 a為 弱 ， 因 此 做 成 圖 c的 補 強 對 策 。 當 必 需 用 放 電 加 工 機 加 工 時 ， 必 需 留 意 電 極 前 端 的 摩耗 問 題 。 分 割 式 模 具 的 特 徵 (1) 可 對 某 一 部 分 做 適 當 材 質 的 選 擇 ， 並 完 全 正 確 的 應 用 其 硬 度 鋼 材 性 能 。 (2) 可 使 用 富 有 耐 蝕 性 、 耐 摩 耗 性 的 模 材 。 (3) 可 以 各 別 做 熱 處 理 ， 熱 處 理 條 件 的 設 定 容 易 。 (4) 可 使 用 鏡 面 加 工 性 良 好 的 模 材 ， 鏡 面 加 工 作 業 容 易 ， 鏡 面 度 高 。 (5) 由 於 硬 化 處 理 ， 使 初 期 精 度 的 保 持 期 間 延 長 ， 性 能 也 能 長 時 間 維 持 ， 模 具 壽 命 增 長 。 (6) 脫 模 方 向 的 研 磨 加 工 容 易 ， 對 脫 模 斜 度 較 小 的 成 形 品 有 利 。 (7) 排 氣 位 置 任 何 地 方 皆 可 設 置 、 填 充 容 易 。 (8) 研 磨 加 工 容 易 。 分 割 式 模 具 的 特 徵 (9) 模 具 零 件 精 度 高 ， 成 形 品 精 度 也 提 高 。 (10)各 模 穴 、 型 蕊 可 在 很 小 的 公 差 內 製 作 ， 零 件 互 換 性 高 ， 保 養 容 易 。 (11) 以 研 磨 加 工 為 主 體 ， 生 產 性 高 ， 工 數 的 誤 差 小 。 (12) 零 件 增 多 。 (13) 各 零 件 的 加 工 精 度 必 需 要 提 高 。 (14) 受 特 定 加 工 法 限 制 。 (15)完 全 淬 火 時 ， 加 工 困 難 。 分 割 式 模 具 設 計 上 注 意 事 項 (1)必 須 由 成 行 品 的 精 度 來 反 算 各 個 零 件 所 需 要 的精 度(2)從 成 形 品 的 形 狀 、 機 能 來 考 慮 模 具 的 分 割 情 形 (3)分 割 成 可 能 研 磨 加 工 的 形 狀(4)從 保 養 方 面 來 考 慮 模 具 的 分 割 情 形(5)容 易 分 解 、 組 立 的 分 割 形 狀 實 例 (一 ) 一 個 一 模 六 穴 的 模 具 ,產 品 為 髮 夾 (裝 飾 用 叉 子 ),所 使 用 材 料為 聚 苯 乙 稀 ,產 品 形 狀 尺 寸 及 模 穴 配 置 圖 如 下 模 具 3D立 體剖 示 圖 Design notes (1)分 模 面 (parting surface): 髮 夾 的 分 模 面 定 在 母 模 與 固 定 側 固 定 板 之 相 接 面 ,如 圖 16.26所 示 :(2)模 穴 配 置 (Impression layout): 模 穴 配 置 型 式 以 圖 16.27所 示 ,以 水 平 中 心 線 為 界 ,上 面 三 個 ,下 面 三 個 。(3)模 板 設 計 : 採 用 標 準 模 座 ,在 模 穴 部 份 的 上 下 模 板 採 嵌 入 式 , 所 採 用 的 模 座 並 沒 有 背 板 。(4)頂 出 (Ejection): 採 用 適 用 的 頂 出 銷 做 為 頂 出 使 用 ,由 圖 16.28可 示 兩 種 直 徑 的 頂 出 銷 被 採 用 。(5)頂 出 銷 固 定 板 及 頂 出 銷 定 位 板 (Ejector assembly and ejector grid): 一 種 常 用 的 頂 出 裝 置 及 固 定 頂 出 銷 方 式 在 這 次 設 計 型 式 中 被 採 用 。(6)進 料 系 統 (Feed system): 經 由 注 道 ,主 流 道 及 次 流 道 將 一 模 六 穴 的 空 間 充 滿 塑 膠 (參 考 圖 16.27),採 用 重 疊 澆 口 方 式 避 免 在 充 填 時 融 膠 噴 流 效 應 發 生 。 (7)冷 卻 系 統 (Fluid circulation system): 一 種 基 本 的 冷 卻 方 式 由 四 個 水 平 的 貫 穿 孔 (F10)所 構 成 ,採 用 的 原 因 是 基 於 結 構 簡 單 (圖 16.28), 貫 穿 孔 設 在 背 板 上 (方 便 模 板 更 換 ) (8)模 板 定 位 (mould alignment): 在 固 定 側 模 板 上 裝 置 導 銷 (G4),在 可 動 側 模 板 裝 置 導 銷 襯 套 (G3),用 來 作 為 公 母 模 的 定 位 ,在 這 個 特 殊 例 子 中 , 因 為 模 穴 都 位 於 單 一 模 板 上 ,所 以 定 位 的 需 求 便 降 低 了 。(9)注 道 拉 銷 (sprue pulling): 使 用 一 種 包 含 死 角 的 注 道 拉 銷 (S16),作 用 在 冷 滯 料 井 處 ,當 開 模 時 將 注 道 拉 出 。(10)分 模 面 浮 凸 (Parting Surface Relief): 兩 塊 模 板 結 合 處 為 做 成 浮 凸 型 式 ,所 包 圍 範 圍 包 括 了 六 個 模 穴 ,並 在 可 動 側 模 板 的 四 個 角 落 加 上 四 個 矩 形 凸 塊 ,目 的 是 減 低 鎖 模 所 使 用 的 油 壓 缸 力 量 (見 圖 16.30) 。 實 例 (二 )檢 視 設 計 錯 誤 之 處 (1)冷 料 井 (cold slug well)直 徑 小 於 豎 澆 道 頂 出 銷 S16(spure pin)直 徑 ，所 以 沒 有 頂 出 的 機 能(2)從 模 穴 模 板 C6(cavity plate)後 方 ， 到 頂 出 銷 固 定 板 R4(retaining plate)前 方 其 頂 出 距 離 過 分 大 。(3)頂 出 銷 E4(ejector pin)太 細 長 ， 要 採 用 階 梯 式 頂 出 銷 (stepped ejector pin)(4)頂 出 銷 E4太 接 近 模 穴 壁 面 (impression wall)(5)頂 出 銷 的 頭 部 凸 緣 直 徑 太 大(6)頂 出 銷 背 板 E5(ejector plate)太 薄 ， 頂 出 時 有 可 能 會 變 形(7)頂 出 銷 背 板 的 平 面 太 大 ， 所 以 復 歸 銷 P9(push-back pin)應 該 放 在 接近 模 穴 的 位 置(8)在 凸 轂 (boss)位 置 的 頂 出 ， 最 好 是 用 套 筒 式 (sleeve type )， 以 確 保頂 出(9)局 部 崁 入 塊 的 模 心 銷 I3(core pin)， 沒 有 背 板 支 撐(10)間 隔 塊 S23(support block)位 置 距 離 太 遠 (平 斷 面 圖 造 成 誤 解 )。 模穴 模 板 C6(cavity plate)沒 有 背 板 ， 射 出 成 型 時 會 造 成 變 形 實 例 (三 )隨 身 碟 的 頭 部 外 殼 塑 膠 模 設 計 設 計 流 程 軟體一元化 產 品 CAE成 品 分 析模 具 及 成 品 表 面 掃 描產 品 CAD繪 製3D模 具 設 計 CAE結 構 分 析RU,6檢 查 干 涉數 位 化 工 廠 CAE熱 傳 分 析RU,62D圖 面 製 作模 擬 切 削CAM程 式 設 計 產 生 基 本 的 CAD模 型產 生 設 計 資 料 ， 例 如 溫 度 、壓 力 、 水 路 模 型提 供 數 據 與 3D CAD比 對生 產 作 動 模 擬 塑 膠 產 品 生 產 設 計 及 開 發 澆 道 系 統 的 考 量 R 10度 H 1.按重量選用流道 產品重量4g=0.14oz 所以選用62.流道型式 採用U型(如圖2-2)的流道。加工上只要半邊加工， 採用球刀既可。且業界較常用。 標 稱 尺 寸 成 型 品 重 量 (OZ) 4 10 12 大 型 3 6 12 8 12以 上 W h 3.側狀澆口的尺寸確立05.15.17.0 tnh 15.305.133 hW(材質ABS: n=0.7) 取深度h為1 取寬度W為3 頂 出 系 統 的 考 量 在 豎 澆 道 的 拉 料 系 統 上我 們 採 取 最 簡 單 的 Z字 形的 拉 銷 頂 出 系 統 方 面 則 由 成 品的 外 型 來 考 量 ， 由 於 成品 有 一 部 份 為 非 外 觀 面的 位 置 ， 且 其 他 位 置 也不 易 製 作 頂 出 ,易 損 傷 外觀 面 ， 因 此 我 們 考 量 頂出 製 作 於 外 觀 面 的 位 置上 如 圖 (2-7) 倒 角 的 考 量 角 銷 ， 滑 塊 及 導 軌 (rail guide)採 用 標 準 件 ， 節 省 時 間 。 角 度 方 面 角 銷 （ Angle pin） 為 20度 ， 固 定 塊 （ Locking block） 為 22度 。 在 行 程 方 面 ， 由 於 模 心 在 脫 模 時 要 完 全 脫 離 成 品 ， 所 以 其 行 程 約 為30 為 了 角 銷 尺 寸 為 整 數 ， 所 以 反 算 行 程 為 90*sin20=30.78 。 滑 塊 共 計 四 組 ， 左 右 邊 共 兩 組 。 之 所 以 不 製 作 成 兩 組 ， 主 要 是 為 了試 模 時 比 較 好 調 整 間 隙 及 相 關 尺 寸 。 角 銷 長 度 一 般 採 用 公 式 為 ， 但 由 於 是 電 腦 繪 圖 ， 因 此 尺 寸 由 電 腦 上既 可 讀 出 。 HdLlM 2sincos 模 具 側 壁 及 承 板 強 度 考 量 由 MOLDEX的 模 流 分 析 ， 在 壓 力 方 面 模 具 平 均 所 受 壓 力 為 40Mpa，因 此 採 用 壓 力 40Mpa及 容 許 位 移 量 為 0.1 來 計 算 。 另 外 根 據 產 品及 模 板 的 厚 度 及 寬 度 ,分 別 來 運 算 模 穴 側 壁 及 移 動 側 模 穴 承 板 強 度 ，計 算 如 下模穴側壁的強度計算mmEbaplh 806.31.0*40*10*2*384 25.11*30*407*1238412 6 44 移動側模穴承板強度mmEBpbLh 19.141.0*250*10*2*384 88*30*407*5325 3 6 43 4 ANSYS作 模 具 強 度 分 析 可 使 用 ANSYS來 作 模 具 強 度 分 析 ， 我 們 選 擇 移 動 側 模 穴 承 板 強 度 來 作 分 析 ， 預 估其 最 大 的 位 移 量 。 分 析 結 果 如 下 ， 其 大 位 移 量 為 0.04 ， 發 生 於 模 具 中 心 ， 由 於0.040.1 ， 所 以 承 版 的 結 構 強 度 是 足 夠 的 。 材 料 條 件使 用 單 位 使 用 元 素 力 量 條 件 拘 束 條 件 普 通 碳 鋼 S50C MKSkg ,mm,S,MPa 電 腦 控 制 內 定四 面 體 元 素 模 具 表 面 壓 力40Mpa 支 撐 塊 及 支 撐 棒 底 面全 部 拘 束 位 移 為 0 E=2x105 MPa ; =0.3 成 品 最 大 位 移 量 發 生 在 模 具 中 央 ,有 0.04mm的 位 移 量 由 於 進 澆 口 的 尖 角 形 狀 ,所 以 造 成 應 力 集 中 ,產 生 應力 局 部 升 高 .因 此 在 製 作 時 該 部 位 時 ,要 將 尖 角 適 當 圓 角 化 使 應 力 集 中 值 變 小 . 基 本 條 件 設 定 ANSYS分 析 圖 形位 移 圖 應 力 圖 冷 卻 水 路 的 設 計 考 量 移 動 側 模 穴 冷 卻 水 路 固 定 側 模 穴 冷 卻 水 路 滑 塊 上 的 模 心 冷 卻 水 路 示 意 圖 MOLDEX模 流 分 析 材 質 :ABS 充 填 時 間 : 0.5 秒 冷 卻 時 間 : 10秒 融 膠 溫 度 : 210 頂 出 溫 度 : 120 模 具 溫 度 : 50 保 壓 時 間 : 1.5 射 出 壓 力 : 120 Mpa 保 壓 壓 力 : 80 Mpa 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值材 質 ABS 充 填 狀 況 100% 融 溶 溫 度 210度 頂 出 溫 度 120度 充 填 時 間 0.5秒 冷 卻 時 間 10秒 模 具 溫 度 50度 保 壓 時 間 1.5秒射 出 壓 力 120 Mpa 保 壓 壓 力 80 Mpa 模 心 及 模 穴 皆 有 水 路 採 8 ,尺 寸 如 上 成 品 約 在 0.5秒 左 右 完 全 充 填 加 工 條 件 設 定 MODLEX分 析 圖 形成 品 與 冷 卻 水 路 CAD 波 前 圖 45 60 25 20 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值材 質 ABS 充 填 狀 況 100% 融 溶 溫 度 210度 頂 出 溫 度 120度 充 填 時 間 0.5秒 冷 卻 時 間 10秒 模 具 溫 度 50度 保 壓 時 間 1.5秒射 出 壓 力 120 Mpa 保 壓 壓 力 80 Mpa 塑 膠 在 成 品 的 部 份 以 達 70度 以 下 ,小 於 頂 出 溫 度 120度 ,所 以 頂出 沒 有 問 題 成 品 脫 模 時 ,其 溫 度 預 估 為 70度 以 下 加 工 條 件 設 定 MODLEX分 析 圖 形塑 膠 最 大 溫 度 圖 脫 模 表 面 溫 度 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值 參 數 名 稱 參 數 值材 質 ABS 充 填 狀 況 100% 融 溶 溫 度 210度 頂 出 溫 度 120度 充 填 時 間 0.5秒 冷 卻 時 間 10秒 模 具 溫 度 50度 保 壓 時 間 1.5秒射 出 壓 力 120 Mpa 保 壓 壓 力 80 Mpa 預 估 成 品 對 模 穴 所 產 生 的 壓 力 約 為 40Mpa 成 品 在 此 加 工 參 數 下 其 固 化 程 度 可 達 100% 加 工 條 件 設 定 MODLEX分 析 圖 形壓 力 圖 固 化 百 分 比 模 具 完 成 圖 導 光 板 的 開 發 實 例 四 在 TFT-LCD液 晶 顯 示 器 中 ， 背 光 模 組 為 主 要 光 源 所 在 ，而 其 光 亮 度 分 佈 和 大 小 ， 主 要 為 導 光 板 所 掌 控 。 其 主要 功 能 是 將 冷 陰 極 燈 管 (CCFL)或 LED之 線 光 源 、 點 光源 轉 換 成 面 光 源 。 背 光 模 組 主 要 光 學 元 件 結 構 圖 楔 形 板稜 鏡 片 (prism lens) 擴 散 片(diffuser)導 光 板 (LGP) 反 射 片 (reflector) 燈 光 反 射 片 冷 陰 極 燈 管 (CCFL) 光 反 射 元 件(patterns;elements) 模 具 設 計 流 程成形品設計選用射出成形機模穴數、模具配置選擇標準模座模具結構(直接雕刻、鑲入方式) 流道系統設計冷卻系統設計模流分析CAE頂出機構設計(頂出銷、滑塊設計)模具強度計算模具組立圖、零件圖 成 品 圖 2.5吋 、 厚 度 由 2.3mm漸 縮 至 0.9mm之 楔形 板 導 光 板 。 表 面 具 有 V-CUT之 光 學 特 徵 。 成 形 品 設 計 分 模 面 :設 於 AA處 ， 易 於 模 具 加 工 且 較 不 會 影 響 成 品 外 觀 ， 公 模形 狀 為 楔 形 凹 槽 ， 母 模 為 佈 有 pattern的 平 面 模 仁 。A A 肉 厚 :導 光 板 的 厚 度 由 2.3mm漸 縮 至 0.9mm 1)肉 厚 不 均 且 較 薄 ， 易 因 成 形 時 冷 卻 不 均 及 殘 留 應 力 產 生 收 縮 及 翹 曲 變 形 。 2)肉 厚 太 薄 易 因 頂 出 產 生 變 形 或 破 裂 ， 頂 出 方 式 使 成 品 在 不 產 生 變 形 且 不 影 響 外 觀 下 而 能 順 利 頂 出 。 拔 模 斜 度 : 導 光 板 外 形 為 楔 形 薄 板 ， 最 大 厚 度 為 2.3mm， 設 置 1的 拔 模 斜 度 於 成 品 外 側 以 利 於 脫 模 。成 形 品 設 計 模 具 設 計 成 形 材 料 ： Asahi chem 80NH PMMA 射 出 成 形 機 ： Sodick-TR30EH 油 電 複 合 式 V型 机 構 射 出 成 形 機 射 出 量 ： 14g (0.5oz) 合 模 力 ： 30(ton) 射 出 壓 力 ： 262(MPa) 射 出 速 度 ： 500( /s) 連 桿 間 隔 (横 縦 )： 260 260 ( ) 最 小 /最 大 模 具 厚 度 ： 150 / 300 ( ) 模 穴 配 置 ： 採 用 一 模 一 穴 。 模 具 種 類 ： 二 板 式 模 具 。 標 準 模 座 ： 選 用 仕 霸 大 水 口 1520系 列 C型 ( C1520-50-70-60 S ) 模 具 結 構 模 仁 採 用 鑲 入 組 裝 的 方 式 注 道 採 用 偏 置 的 設 計 母 模 設 置 具 有 V-cut的 模 仁 (鈹 銅 ) 公 模 設 置 具 有 澆 口 、 楔 形 斜 面 的 模 仁 (STAVEX) 母模cavity公模core 流 道 系 統 設 計注 道 ： 採 用 A形 注 道 襯 套射 出 機 噴 嘴 直 徑 d 3.0 ， 噴 嘴 端 面 r 10 注 口 直 徑 D= 3.5 ， 注 道 襯 套 R=16 澆 口 設 計 澆 口 採 用 扇 型 澆 口 以 模 流 分 析 及 考 量 後 加 工 處 理 方 式 比 較 側 邊 進 澆 與 厚 邊 進 澆 的 流 動 性 值 、翹 曲 量 找 出 最 佳 的 澆 口 設 計 。 扇型澆口尺寸厚邊進澆側邊進澆 模 流 分 析 模 擬 定 數 說 明使 用 軟 體 ： Moldex3D塑 膠 材 料 ： Asahi chem 80NH PMMA射 出 成 型 機 ： Sodick-TR30EH料 溫 ： 260冷 卻 為 使 用 油 冷 ， 模 溫 設 定 為 65流 率 設 定 為 60 mm/s保 壓 壓 力 設 定 為 50MPa一 段 壓 模 擬 結 果 說 明波 前 分 佈 圖總 位 移 模 流 分 析 -波 前 分 佈 圖厚邊進膠-流動波前側邊進膠-流動波前2.3 2.30.9 0.9滯 流 模 流 分 析 -總 位 移 厚邊進膠-總位移0.5332mm側邊進膠-總位移0.6019mm 澆 口 位 置 設 計 比 較 模 流 分 析 結 果 厚 邊 進 膠 流 動 波 前 較 一 致 ， 成 形 品 質 較 好 。 側 邊 進 膠 會 導 致 熔 膠 會 偏 往 厚 邊 流 動 而 造 成 薄 邊 側 產 生 滯 流 ， 薄 邊 側 因 凝 固 層 增 厚 流 動 阻 力 增 大 ， 可 能 會 發 生 短 射 或 充 填 不 飽 的 現 象 ， 滯 流較 嚴 重 時 會 產 生 回 包 的 現 象 。 加 工 成 本 考 量 導 光 板 厚 邊 為 放 置 燈 管 處 ， 其 表 面 的 平 整 度 對 光 學 性 質 影 響 很 大 。 厚 邊 進 膠 ： 切 除 澆 口 後 需 做 鏡 面 拋 光 之 處 理 。 側 邊 進 膠 ： 因 為 不 是 於 燈 源 側 ， 切 除 澆 口 或 拋 光 即 可 。 決 定 澆 口 位 置 選 用 側 邊 進 澆 ， 節 省 加 工 成 本 。 依 流 道 系 統 、 冷 卻 系 統 設 計 及 成 形 條 件 的 調 整 以 達 到 好 的 成 形 品 質 。 冷 卻 系 統 設 計 冷 卻 管 口 徑 為 5 ， 冷 卻 液 使 用 熱 煤 油 。 雷 諾 數 ： 冷 卻 回 路 配 置 ： 管 徑 : 水 管 與 表 面 距 離 : 水 管 間 距 = 5 : 7.5 : 30( ) 加 工 方 式 ： 鑽 孔 法 4000)(Re VD 成品總面積：5290.532有效水管的總表面積： A=(2304.132+942) 2 =6492.264 28745048.0 005.0888.84989Re 冷 卻 水 路 3D圖 頂 出 系 統 設 計 頂 出 銷 設 計導 光 板 外 觀 要 求頂 出 銷 設 置 位 置頂 出 造 成 變 形 滑 塊 系 統 設 計破 真 空 設 計滑 塊 機 構 設 計 模 具 強 度 模 具 側 璧 強 度 計 算 P 66MPa= 673kg/cm2 = 56.1 a = 2.3 C = 0.142承 模 所 需 厚 度 P 66MPa= 673kg/cm 2 L = 150 b = 56.1 B = 200 3 41 ECPah l mmh 15.208.0101.2 3.2673142.03 6 41 3 42 325 EBpbLh mmh 43.411.0200101.232 1501.5667353 6 4 配 重 塊 設 計 模 穴 採 用 偏 置 設 計 ， 當 射 出 充 填 時 模 內 壓 力 會 逐 漸 上 升 ， 而 造成 偏 下 方 的 模 面 會 被 撐 開 造 成 模 具 受 力 不 均 ， 可 能 會 模 面 受 力變 形 ， 所 以 設 置 配 重 塊 平 均 射 出 時 之 壓 力 。配重塊 模 具 立 體 圖 組 立 圖 公 模 平 面 圖 母 模 平 面 圖