模具工艺与结构设计11-15

注塑模具基础知识分享，有利于初学者快速掌握模具设计的知识梳理，包括产品缺胶与模具镶件排气、双色模与产品结构设计、产品缩水与结构设计点、产品进胶方式与结构设计等。

模具工艺与结构设计

• 产品缺胶与模具镶件排气
  • 定义：当注塑产品完成后，仍存在填充不足，内应力高导致变形严重，产品内部有气泡，碳化等现象，这很可能是塑料模具的排气问题；（碳化=气体留在模具型腔内由于塑胶的温度过高与气体产生了氧化）
  • 注塑成型模组内气体的来源
    • 1.型腔和浇注系统中存在空气；
    • 2.塑料原料本身含有水分再高温下蒸发而产生的水蒸气；
    • 3.高温下塑料分解产生的气体（塑胶再流动到摸具的时候会与模具表面产生摩擦而产生高温，这种高温会使塑胶产生分解然后散发气体）；
    • 4.塑料中某添加剂挥发或发生化学反应所产生的气体，比如热固性塑料成型时，常常由于化学反应而产生气体；
  • 解决方法
    • 1.注塑调机；
    • 2.分型面做排气（最常见）；
      • 所谓的分型面做排气就是前后模之间留出一个很小的空间，这个缝隙不能太大，不然产品会跑毛边；
    • 3.模具做镶件（最常见，也是碰穿的分型面）；
      • 在镶件中做一个槽用来排出气体，角落的所有的气体会跟着排气槽然后全部从排气管里排出；
      • 镶件作用：
        • 1.容易加工，降低模具成本；（如果不采用镶件直接在模组上加工，这种加工是非常麻烦的） 如果是做成一体模具，图上的槽一般是放电加工，会产生积炭，槽内的废料排不出来；
        • 2.排气；
          • 实际上加工，镶件会比模具的镶件孔单边小1个丝（0.01mm），有间隙所以镶件可以排气；
    • 4.模具做排气片； 如图，框中的是一片一片的排气片；
    • 5.顶针和斜顶（原理和镶件一样，因为顶针和模仁肯定有间隙，单边至少0.01mm）；
    • NOTE： 1.只要是镶件肯定会留下印子； 2.对于筋条比较高的骨位（比较深的）都采用做镶件而不是斜顶，因为这种位置的地方做斜顶很容易出现行驶空间不足，而且不做排气的话会出现缺胶风险；
• 双色模与产品结构设计
  • 定义：两种塑胶材料在同一台注塑机上注塑，分两次成型，但是产品只出模一次的模具。通常由一组模具完成，需要专门的双色注塑机（两套模具分别注塑两种材料或同一种材料不同颜色）。
  • 模具特点
    • 1.两套模具的高度，必须保持一致；
    • 2.第一色注塑一般是硬胶，第二色注塑一般是软胶； 如果第一射是软胶这会出现变形导致产品异常（因为硬胶再注塑的时候压力非常大，会直接把软胶挤压变形）；
    • 3.双色模基本上都是热流道；
    • 4.母模的形状是不同的（前模），公模的两个形状基本一样；因为第一色注塑好后整个模具旋转180°，再注塑第二色（所以前模形状不一样）；
    • 5.模具的前/后模以中心旋转180°后必须吻合；
    • 6.原则上要求二次料的熔融温度要低于一次料的熔融温度，防止二次射出时产生融胶（把第一色融化了）；
    • 7.缩水率：一般来说，双色模的缩水率取决于第一色，第二色的缩水率会取决于第一色的。因此两种材质的缩水率要保持相同；
      • 假设如果第二色的缩水率小于第一色会出现什么情况？ 1.由于第二色的的缩水率小于第一色，这会导致产品打上去后第二色软胶的部分会形成高度差（高于第一色）；
  • 结构拆件注意事项：
    • 要考虑原料的流动性，选择适当的壁厚，二次肉厚如果太薄会导制缺料，熔接痕不良；第二色厚度不能低于0.8mm；
    • 第一色料的壁厚要保证一次产品不会缩水，防止第二色溢料；
    • 拆件时，第二色必须在前模（外观面）（以分模线为界限）；
    • 设计时，第二色不要有倒扣，出倒扣的前模滑块，在表面留有合模线，影响外观；
    • 第一射结构要保证第二射的附着力，两种塑料接触太光滑，容易脱落（通过设计凹槽、圆孔、表面火花纹等）；
  • NOTE：双色模选材推荐表：
• 产品缩水与结构设计点（结构设计的重点）
  • 概念：注塑成型的产品表面发生凹坑，一般出现在体积收缩量较大的肉厚部位（简单说就是肉厚过度不均匀），成型件在冷却的过程中，发生体积收缩，由此发生向中心部收缩的拉拽力（塑胶件在成型后因为还要冷却，但是冷却的不均匀会造成缩水，关键词：冷却不均匀）；
  • 形成原因：受到表面冷料层（与接触模具的面）的刚性和树脂收缩力之间平衡性的影响；
    • 冷料层较弱时，向成型件中心部位发生拉拽力，在产品表面上表现为凹陷状；
    • 冷料层较强时，成型件的中心部位会产生真空气泡；
  • 冷却速度的影响
    • 冷却速度较快时形成真空气泡；
    • 冷却速度较慢时形成缩水（料厚了，冷却也就慢了）；
    • 冷却速度变慢，体积收缩差会变小，缩水状况也会变小；
  • 软件仿真使用方法
    • 1.一定要是在英文路径下创建；
    • 2.进入应用程序——Mold Analysis；
    • 3.定义一个材料（假设选择第一个材料）；
    • 4.定义浇口——添加一个浇口——用鼠标直接点击一个位置——修改浇口直径；
    • 5.分析——计算收缩+适中（如果不修改浇口位置的话，直接点击确定）；
    • 6.点击缩痕；
    • 结构设计注意点
      • 1.所有产品的筋条和boss柱的厚度是有要求的；
      • 2.产品不缩水的解决方案；
        • Ⅰ.公式解析； 1.A代表着产品塑胶件的厚度； 2.B代表筋条的厚度； 3.C是通过筋条低端2个点+相切与产品边缘算出来的圆直径； 4.公式=（C-A)/A≤0.04 =（圆直径-产品厚度）/产品厚度； 5.反推，C≤1+0.04*A（产品厚度）； 一般来讲，筋条厚度≥0.7mm(考虑到塑胶流动性一般不高，太小的壁厚有可能缺胶)；
          • 举个例子： 厚度2.5mm，套用公式： 外接圆直径≤1.04*2.5=2.6； 计算得出，筋条底部厚度应该为1.0mm；
        • Ⅱ.BOSS柱缩水（火山口） 1.BOSS柱缩水（根部做一个旋转切除）； 2.在BOSS柱往下拉走一个安全极限距离（比如最大距离-安全距离=火山口下沉距离）； 比方说筋条不缩水0.8，BOSS柱厚度1.2；所有要旋转下移1.2-0.8=0.4（也可以多个0.1/0.2，但不能给多，如图下移0.6）； 3.给一个角度可以75°； 4.旋转切除； 5.中间螺丝孔高度也要下沉0.6（与刚才旋转的底部齐平）； 6.可以外侧倒个R角；
          • NOTE：也可以直接用拉伸切除，底部再倒D1XD2的直角；
      • 3.其他问题点；
        • 1.厚薄印 结构原因：因为塑胶厚度过渡不均匀所导致，容易造成厚薄印；
          • 形成原因： 因为模具是铁的，铁会吸热（产品表面与模具接触的冷却快，产品内部冷却慢）；当出模后会出现热胀冷缩，向内拉料，表面形成凹坑；
          • 解决方法：做设计的时候可以倒R角，让凹坑过度均匀；
        • 2.筋条的根部不要倒R角；
• 产品进胶方式与结构设计
  • 组成部分
    • 流道：又名主浇道、注道(Sprue)，是注塑机射嘴与模具主流道衬套接触 的部分。此部分是熔融塑料进入模具后最先流经的部分；
    • 浇口：是指从流道到模具型腔（产品）这部分；
  • 常见浇口方式
    • 1. 大水口进胶（侧浇口）；
      • 特点(适合两板）： 1.流道直接冲到浇口； 2.一般情况下，侧浇口开在模具的分型面上，在产品的侧边进胶，这种方式比较广泛； 3.需要人工去除水口料，但是会留下伤疤（伤疤比较明显）；
    • 2. 细水口进胶（点浇口、点进胶）；
      • 特点（适合在三板)： 1.可以自动脱料头（因为有水口料板）； 2.产品点的部位会设计下凹，因为点进胶在脱模的适合会留下毛刺，为了毛刺高度不会高于产品表面（比如饮料的瓶盖）； 3.注塑的时候压力损失比较大，因为流道比两板模长；
    • 3. 扇形进胶；
      • 特点（跟大水口进胶有点像）： 1.浇口接触产品的面积会比较大，好处是让产品更快的注塑填充满； 2.压力损失比较小，但是去除浇口后产品上留下的痕迹较大，需要人工去浇口料； 3.如果是有外观要求的话就不太合适；
    • 4. 潜进胶；
      • 特点（对产品外观影响很小）： 1.流道设计在分型面上，浇口设置在产品的侧面或者内部筋条或者顶针，不影响外观的隐蔽部位，与流道成一定角度（一般不会超过45°）； 2.可以自动脱水口料节省人力；
    • 5. 顶针进胶；
      • 潜进胶的衍生； 浇口潜入到顶针的缺口进胶； 产品外观有要求；
    • 6.牛角进胶（香蕉进胶）；
      • 特点（是潜进胶的衍生）： 1.当产品外观有要求的时候可以采用这种方式，但是不适合强韧的材料（如尼龙PA）或者脆性塑料（如PS，亚克力PMMA），前者不易切断，后者容易断裂堵住浇口； 2. 自动脱料头；
  • NOTE：点进胶+潜进胶（顶针进胶）是很常见的方式；
• 热流道与产品结构设计
  • 概念：
    • 热流道（Hot Runner Systems）是在注塑模具中使用的，将融化的塑料粒子注入到模具的型腔中的加热组件系统。简而言之，热流道是注塑机喷嘴的延长。
  • 优点：
    • 1、节约原材料，降低成本；（流道内的胶一直加热熔融，可以一直利用，没有水口料）
    • 2、提高注塑制品表面美观度，改善产品熔接线；
    • 3、可以使用较小的注塑压力，可以有效降低薄壁产品的后变形，降低应力；
  • 缺点：
    • 1、模具结构复杂，造价高，维护费用高；
    • 2、开机需要一段时间工艺才会稳定，造成开始废品较多；
    • 3、出现熔体泄露、加热元件故障时，对产品质量和生产进度影响较大； （维护费用比较高，模具坏了不像常规的模具修得快，修模时间长）