射出模具问题与对策100招 2Word文档格式.docx
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成形品:
Moldings,經成形的塑膠制品。
模具:
Mold,成形用的模(注進塑膠用)。
射出成形:
InjectionMolding
成形粒:
Pellet,米粒狀的熱可塑性塑膠成形材料。
Mpa:
megapascal:
M=106(100萬倍)
1Pa=1N/㎡1N(牛頓)=0.102kgf
1Mpa=10.2kgf/cm2
模具內樹脂的流程
●成形品的質依模具內流程決定
在模具內通路流動的樹脂
當樹脂後方受壓力時,樹脂先端則前進(先端並沒有壓力)。
樹脂快速前進時,由於模具內通路的阻力,樹脂壓力異高(成形機是提高樹脂後方的壓力加速樹脂的前進速度的)。
由於樹脂的特殊性質(觸變性:
thixotropy),加快流動速度(則射出速度),樹脂可達較遠部位(流動良好)。
成形品的表面狀態(凹塌以外的外觀)僅在這時段決定。
填滿模具的樹脂
當樹脂先端到達模具末端時,樹脂後方的壓力則傳到樹脂先端(若在模具末端設一壓力感應器,可以測出模具內壓)。
樹脂先端達到模具先端時,由於阻力急劇增加,樹脂後方的壓力也急劇升高,模具末端設置壓力傳感器,可計測模具內壓力。
射出成形是籍由對模具內的每一角落施加壓力來制得均質成形品(模具內壓力需有一定壓力(40Mpa程度)以上。
因為若一直保持射出壓(一次壓),在澆口附近產生多余壓力,引起變形或龜裂。
亦則射出壓過高。
但是射出壓力不夠的話,樹脂無法填滿模具的每一角落,因此需採用上述技巧,這叫做保壓。
保壓時間原則是應持續到成形材料冷卻而失去流動性為止。
但澆口冷卻後會封閉,再保壓也無效果。
較薄的成形品,由於冷卻較快,通常不做保壓。
成形條件的偏差會顯示於模具內壓力之變化(壓力模型),因此監控壓力模型的再現性是消除偏差的有效手段。
表-1成形的重要決竅
工程
重要
熔
融
可塑性
․每一射出及射出中的樹脂溫度偏差應盡量少,多半會以長周期發生溫度變化(以測試確認)
․料筒溫度和螺桿轉數是關鍵。
․樹脂的實際溫度較重要。
流
動
射出前期(流動)
․成形材料流進模具便立即產生表皮層。
成形品表面狀態僅在此時段決定。
․模具表面溫度和傳熱是關鍵。
․流動速度越快流動性越佳(樹脂特有的性質)
․射出速度是重點之一(提高速度)。
․重要的是在模具內流動的樹脂的實際速度。
射出後期(填充)及保壓
․心層不會立即冷卻。
模具的每一角落都有高壓力。
․需要保壓。
成形品的尺寸和凹塌決定於這時段。
․射出壓,保壓是關鍵。
(瞬間施高壓,立即降壓保持)。
․模具溫度很重要(應高一點)。
․模具內樹脂壓力的實際變化很重要(需測定)。
固
化
冷卻
․為使心層冷卻固化,要冷卻模具。
․對模具高速度循環冷卻水。
․關鍵是冷卻水,速度,溫度。
․模具溫度偏差應盡量少(需測定)。
․由樹脂來的熱移動很重要。
[用語]
粘度:
viscosity.樹脂流動時隨著速度產生的阻力。
一般成形材料,樹脂溫度越高粘度越低。
粘度(Pasia)=剪斷應力(Pa)/剪斷速度(S-1)
搖變性:
thixotropy.樹脂流動時,速度增加粘度則降低的特殊現象。
一般成形材料多半有這性質。
膨脹:
dilatancy.樹脂流動時,速度增加粘度則升高的特殊現象。
這種材料不適做射出成形。
(注意)樹脂流動時的搖變性和膨脹是不按一般物理定律的特殊現象。
普通課本無此記載。
實際品質良好的成形的基本事項
●制造品質均勻的制品
日本制品獲得全球信賴的原因,主要因為品質均勻。
日本的制造場的優點是所制產品均勻。
塑膠成形這種生產,以機械為中心的生產方式較以人為中心的生產主方式更能制造均勻產品。
品質管理的基本是[重視品質的概念]和[對品質的責任感],而推動這基本的就是[統計手法]。
不過,對品質管理有優異實績的日本,也是二點不大理解的部分。
一是,這[概念]和[責任感]是一種普通人士應有的義務,另一是[統計手法]是任何人都做得到的平易的事。
在塑膠成形時,必須實施無偏差的成形,這經由成形品檢查確認。
亦則需用統計手法實施多數檢查。
品質管理的基本是把良品傳送給下一工程,換言之,不傳送不良品。
從對品質的責任感來說,這是理所當然的。
不過,切勿把檢查和選別混在一起。
由於品質是在制造階段已決定,檢查的主要目的是確認良品。
品質穩定的重點有二,一是盡可能減少人為要素。
人可做很復難作業,但並非經常如此。
機械通常隻會做單純作業,但是隻要好好整理保養,則能制出同樣制品。
另一重點是盡量減少外亂。
因為機械通常不具自行補正外亂的功能,外亂將直接成為偏差原因。
塑膠成形品與名師制造的工藝品不同的地方是,以生產品全數為良品的基礎大量生產的工業產品。
因此,[調整使它順利]或[仔細作業]這種作業手冊並不是制造工業產品用的。
在成形現場不應該做[高困難度的成形]。
若把條件調整為能發揮最高性能,當它稍微偏差。
因此,真正高度技術是,即使稍偏移也能保持小偏差范圍的[簡易成形]。
成形品與模具不一定完全相似形,但是若對各部位的成形收縮率加以補正的模具,不但形狀扭歪,模具的制作本身非常困難,成形操作也困難。
這種[高難度的成形],由於偏差大,品質並不好。
因此,通常單純地假設成形品質與模具是相似形(亦則認為成形收縮率是一律,而採取[簡易成形]法。
換言之,必須認清射成形自有界限,並不是什麼都能做到。
凡事都有[因]和[果]以及連接因果的[緣]。
盡管緣有自(本身的努力),他力(別人的援助)和佛力(神佛的保佑),佛力是人不可理解的部件。
成形中發生困擾時,往往找不出原因。
老是致力於探求原因,常常失時機。
這時應想通,人不知道的事物並不少,面採取急措施。
[找不出原因]時的對策隻有一個---就是不明時把所有條件都設定於一定]。
比如,成形周期一定,室溫一定等。
這方法非常有效,務必實行。
表---1為使成形業在日本生存下去的策略
方針
內容
手段
信賴性高的產品
高價值產品
自動化工程
引進新技術
品質無偏差
同功能,價格便宜
彈性大的自動化設備
引進外部優良技術
細致照顧/良質零件
動腦筋/公平競爭
提升精度/協力工廠也是同格同志
圖—1連接”因”與結”果”的緣
射出成形模具的原理
●堅固的模具是大量生產之本
[模具的功能]
射出成形是一種適應范圍很廣的成形法,可是實際上仍有許多形狀的限制。
第一是,這形狀必須能制成模具。
第二,即使能制成模具,它必須裝配於成形機放進成形料,制成成形品(成形作業不會中斷)和形狀(及模具)。
此外,由於制造一模具通常需要較長時間,等完成裝上成形機後才發現問題的話,幾乎來不及修改(已經沒有再制一部模具的時間)。
模具在開模狀態時分成二部分,當關閉時則裡面形成空隙部,在這部分灌注成形材料(則射出)制成成形品。
射出成形的三步驟,[熔融]、[流動]、及[固化]中,熔融系在料筒內進行,而流動和固化則在模具內進行。
因此,模具可視為成形機的一部(當然視成形品而特制)。
模具是非常昂貴的零組件,往往比成形機本身還貴。
(模心和模槽)
模具系由模槽(母模)和模心(公模)所構成,模槽與模心間的空隙部則是成形品部。
模具加工的大部分工作是模心和模槽的加工。
用於制造模心和模槽的鋼材,須為無針孔的結實而信賴性較高的材料。
模心和模槽的制造上,除必須高精密尺寸和精磨外,全體必須十分堅固(則剛性高)以免因成形壓力變形或偏移。
此外,模心和模槽須具冷卻熱成形品機能,其冷卻水孔之配置非常重要。
表-1模具的五大重點
高精密度
通常,模具的尺寸公差採用成形品尺寸的確1/6。
即使剛制造的模具精密度良好,若使用中無法維持其精密度,便失去實用價值。
於是,為了防止因成形時的高壓力(如果40MPa)和高溫(如材料溫度200℃,模具溫度40℃)而變形,需有防止扭歪措施。
不故障
模具結構宜盡量單純化,制得堅固。
滑動銷多的復雜結構模具,剛性低的模具以及材質軟的模具都是容易故障的模具。
冷卻良好
由於模具需具將熱而軟的成形材料冷使其固化的功能。
因止冷卻水孔的配置需有效分布。
通風性
模具須設通風孔以利模具內空氣(或瓦斯)順利排出。
研磨良好
模具表面必須經精研磨。
以鏡面研磨為原則。
[架台部分]
模心和模槽以外的部分統稱為架台部分。
有時把未加工模心和模槽在內的全架台叫做模座(Dieset),以半成品形態供應市場。
若尺寸適合,使用這種模座可縮短加工期問。
架台部分系以裝配於成形機機構(固定側模板和移動側模板),與成形機注嘴的對位機構以及成形品頂出機構脫模銷(Knock-Outpin),頂出銷(ejectorpin)為主體。
模心:
Core:
公模,凸模。
模槽:
Cavity:
母模,凹模。
合模線:
Partingline:
模具(模心與模槽)分割面。
以此處為分界線設斜度。
扭歪防止機構:
為防止射出壓力施加時的變形所設鍥合機構,防止模具(模心,模槽)偏移。
射出成形模具基本結構
●單純結構是最佳結構
[標準型](Standardtype)
標準型是一段注道模具。
一段注道模具是,可把注道或澆道(對成形品灌注成形材料的通路)和成形品一起取出的,打開模具的部位(合模線,模具分割面)隻有一個。
原則上,模具應採用這型式,但是往往因澆口(成形材料向成形品部流進口)種類和模數(在一模具設多成形品部)的限制,無法採用一段式。
這時可用二段澆道模具或熱澆道模具。
[三片模板型](threeplatestype)
三片模板型是二段注道模具。
二段注道模具是對一段注道模具再加設一注道及澆道部分的,這多設的注道和澆道,需另行取出。
開模部位有二處,則合模線和注道部。
作業上,另行取出這注道,澆道部分的工作相
當麻煩,因此以自動化。
因此,通常使用注道取出機(一種機器人)擔任這作業。
[熱澆道型](hotrunnertype)
熱澆道型模具是,把二段注道模具的注道,澆道部經常加熱,以免每次成形需取出一次之麻煩,也可應用於一段注道模具。
熱注道模具的原理簡單,但在實際制造及使用上需要經驗和熟練。
因為在同一模具內有高溫部位(熱澆道部)和冷卻部位(成形品部),而毗鄰存在。
熱注道模具的重點在於熱注道部位的隔熱方法(設一微細間隙利作空氣隔熱,或在澆口附近設一成形材料流進的間隙,利用成形材料塑膠隔熱)和精細的溫度控制。
二段注道模具(Twoplatesmold):
開模部位隻有一處的模具。
三段注道模具(Threeplatesmold):
開模部位有二處的模具。
熱注道模具(Hotrunnermold):
注道和澆道經常在加熱狀態的模具。
●補充說明
模具的價值需經成形後才能判斷,因此僅用模具價格或廠內自制來論模具成本,往往造成想不到的困擾。
[用堅固的模具,容易成形]。
射出成形模具的實際結構
●調查過去實績,實施安全設計
在實際設計作業時,通常照過去的設計描繪或組合或稍微修改。
這方式是依據過去的經驗,失敗既少且安全確實。
企業若已有長期經驗,應存著豐富而有實績的圖面,隻要抽出,組合即可。
這方法不容易做新而有創意的設計,但是工作快而問題少,是一種設計成本低而實用的手法。
射出成形模具有標準型(一段注道),二段注道型及熱澆道型三種。
模具設計
設計模具的程序
●回饋於制品設計
盡管模具是依據成形品圖面制造,事實上僅由圖面得不到充分資料。
因此,制造模具時,應邀集成形品設計者,成形技術者及模具設計者會同計論,而模具完成進行試成形時亦應由同一成員來確認。
通常,在模具零件因未完全齊備前須發出材料劃分圖或附屬零件表,首次結構圖之擬制非常重要。
結構圖最好用實物尺寸描繪,因為如此可無意中利用過去經驗。
CAD時也應印於紙上。
設計模具的程序如下。
[描繪結構圖]
模具規模(大小),模具材質,材料大小(含模座),合模面的位置和形狀,凹槽做法,頂出方法和位置,澆口位置和種類,模具嵌件構造,通風孔位置和構造,冷卻水孔位置和形狀,成形機座板相關尺寸,附屬零件表等。
[擬制模零件圖]
架台部各零件圖,模部各零件圖(含嵌件)
表—1設計模具程序
設計程序
重點
模具大小
過小則剛性不足,成形困難。
過大則成本高。
模具材質
模部應選用硬材質材料以利耐久。
一般品用S50C,高級品用SCM,精密品用SKD等。
切削困難的材料會增加加工費。
材料尺寸
依據面按配主要部的模材。
大型品需特別鑄造。
太大則成本高。
盡可能使用現成的模座,標準零件。
(應經常收集各種型綠)
合模面(PL)
位置和形狀
以PL為境界設斜度。
PL應為單純(無傾斜直線)線。
凹槽頂法
採用單純而堅固的(斜槽銷較堅固)。
應考慮動力源(油壓缸筒補助)
考慮動作順序
脫模(頂出)
方法和位置
用單純而堅固的。
對外觀無妨害部位(成形品上會留痕)
設置於均衡而確實部位。
澆口位置
種類及數目
以成形材料流程為主要考量(用CAE分析選定對成形品全體同時均勻充填的位置)
宜由厚部流向薄部位。
考慮澆口部截斷方法(如採取自動截斷,或用取出機截斷,或在後工程截斷等)。
不影響外觀的部位(成形品上會留痕)
成形上不致產生麻煩。
模具嵌件
原則上一體制造,但無法加工部分則作嵌件。
使用嵌件往往影響模具強度,須注意。
嵌件境界有微細空隙,由於它會產生隔熱效果而使得模具冷卻困難(延長成形周期),應特別注意。
通風孔位置
和構造
考慮成形材料流程,設於流動終點。
大小應為不泄漏材料但氣體會排出的程度(宜用CAE實施流動分析,設於熔合線部位)。
冷卻水孔位置
和形狀
在設計模具初期就要決定。
應為水可高速流動的構造。
位置選定模具表面可均勻冷卻的位置。
不會發生漏水(注意嵌件構造)。
成形機底板相關尺寸
採用預定成形的成形機均可安裝的尺寸。
注道徑應比注嘴徑大0.5mm。
附件零件表
標準零件,採購零件規格,數量一覽表。
架台部各零件圖
模部以外各部的零件
應考慮堅牢度以免因成形時的壓力或溫度發生變化和移位
模部各零件圖
模部(模心,模槽,嵌件)。
通常仍據成形品圖面之尺寸,考慮成形收縮率計算模具尺寸。
應十分堅固以免因成形時的壓力或溫度發生或移位。
基準線附◎標記,副基準線(通常是中心線)附○標記。
加工時容易錯誤部位應付字下線。
補充說明
新產品俞早推出市場俞好,但通常因模具交貨遲延而影響出品時機。
於是,常常在計劃新產品的階段就開始制造模具。
亦則,成形品圖面和模具圖面同步描繪,因為等成形品圖完成後才著手,估價模具會商機。
產品(裝配廠),成形廠及模具廠的連緊合作非常重要。
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