注塑模具设计方案

注塑模具设计徐昌煜CharlesHsu先进成型技术学会创会理事模具设计的流程分型面设计(PartingPlaneDesign)侧向分模与抽芯机构设计浇注系统设计(FillingSystemDesign)排气系统设计(VentingSystemDesign)冷却系统设计(CoolingSystemDesign)脱模系统设计(EjectingSystemDesign)导向装置设计(GuidingSystemDesign)模架的确定和标准件的选用浇注系统设计FillingSystemDesign徐昌煜CharlesHsu浇注系统设计的优先顺序PrioritiesofFillingSystemDesign产品设计(PartDesign)型腔设计(CavityDesign)浇口设计(GateDesign)流道设计(RunnerDesign)喷嘴设计(NozzleDesign)主流道Sprue分流道MainRunner产品Part浇口Gate冷料井ColdSlugWell次分流道BranchRunner典型的浇注系统TypicalFillingSystem浇口设计GateDesign徐昌煜CharlesHsu每增加一个浇口，至少要增加一条熔接痕，同时还要增加一个浇口痕迹、较多的困气以及流道的体积。Onceagateisadded,oneweldline,atleast,onegatemark,moreairtrapsandmorerunnervolumewillbeadded.在型腔能够如期充填的前提下，浇口的数目是愈少愈好。Aslongasthecavityisabletobefilled,asexpected,gatesarethelessthebetter.为了减少浇口的数目，每一浇口应就塑流力所能及的流长/壁厚比之内，找出可以涵盖最大产品面积的进浇位置。Inordertoreducethenumberofgates,eachgateshallbelocatedatwherethemeltisabletocovermaximumpartareabasedonthelargestmeltflowlength/thicknessratio.浇口数目TheNumberofGatesL/tt(mm)ABS160-2801.5-4.0CA醋酸纤维素220-3001.5-4.0GPS220-3001.4-4.0HIPS160-2801.5-5.5PA200-3200.8-3.0PC100-1501.5-5.0PE200-2800.3-3.0PMMA100-1501.5-5.0POM150-2501.5-5.0PP160-2800.6-3.0PVC(Rigid)100-1501.5-5.0最大流长/壁厚比Gate位置不同，需注意L/t變化（以10型wide導光板為例）即使同尺寸及肉厚，gate的位置若不同，L/t則會大大不同！2496.0/4.149/4.1497013222tLL4186.0/6.250/6.2508723522tLL235mm132mm70mm0.6tＬGate165mm235mm132mmＬGate短辺側長辺側0.6t10mm(87mm)35mmCourtesy:JSW2009.7.10.JSW澤田靖彥於清雲科技大學熔胶前沿推进Melt-frontAdvancement充填模式,气穴和熔接痕Fillingpatterns,air-trapsandweldlineslocation材料[Material]:PC-GF50原设计[Original]改善设计[Revised]改善浇口位置以重新定位熔接痕WeldLinesCanBeRelocatedByChangingGateLocation典型对头熔接痕伸张强度保留值TypicalButtWeldTensileStrengthRetentionValuesMaterialTypeReinforcementTypeTensileStrengthRetention(%)PP0%GF86%PP20%GF47%PP30%GF34%SAN0%GF80%SAN30%GF40%PC0%GF99%PC10%GF86%PC30%GF64%PSF0%GF100%PSF30%GF62%PPS0%GF83%PPS10%GF38%PPS40%GF20%PA660%GF83-100%PA6610%GF87-93%PA6630%GF56-64%以外差法算出：PC,50%GF,44%IBM笔记本电脑键盘盖,PC-CF,广东省东莞市,2003.10.23.板条冲前IBM笔记本电脑键盘盖,PC-CF,广东省东莞市,2003.10.23.板条/薄膜浇口Plate/FilmGate板条/薄膜浇口Plate/FilmGate板条冲后IBM笔记本电脑键盘盖,PC-CF,广东省东莞市,2003.10.23.熔接痕预测与对策20°→NG11.522.533.54405060708090100ウエルド会合角（°）ウエルド深さ（μｍ）NGOK汽车保险杠材料：PP原始设计时，已经预测到熔接痕会在外观面出现。前沿会合角在75°以下，则产生明显(深的)熔接痕(实验结果)。厚度调整t=4.0mmR停止t=4.5mmt=3.5mmBL断面(中心开口横水平板部)t=1.5mm厚度检讨120°→OK对策：厚度变更后，会合角变大，熔接痕淡化。增加厚度•上策是优化产品厚度或/和浇口位置等以消除熔接痕Thebestwayischangingthethicknessprofileofthepartor/andthelocationofthegates,etc.,inordertoeliminateweldlines.•改善排气Improveventing•增加相遇前沿的会合角Increasethemeetingangleofthemeetingmeltfronts•增加前沿会合区面积Increasetheareaoftheregionwheremeltfrontsmeet•加熔接冷料井Addweldslugwell•提高模温Increasemoldtemperature•提高熔胶温度Increasemelttemperature•提高射压和保压Increaseinjectionpressureandholdingpressure如何优化熔接痕的质量HowtoOptimizeTheQualityofTheWeldLine气穴AirTraps透明管帽上的气穴AirTraponaTransparentCap顶出销痕白斑左图显示一透明带螺牙管帽顶部沟槽旁(顶出销痕的左下方)，有一白班，此一白班使整个产品的质量蒙羞-当然，客户是无法接受的。试了各种各样的成型条件，白斑依然故我，厂商为此伤透脑筋！以CAE模拟原始设计，发现在出现白斑处有一气穴(airtrap)，如左图所示。原始设计OriginalDesign合理假设：充填时，在相对于管帽顶部生成白斑的型腔处，熔胶前沿(meltfront)包围了气体，气体无路可走，在升压升温的情况下，前沿塑料氧化、降解(degrade)、变色。对策：气穴的位置，由充填模式(fillingpattern)决定。在产品已经定型的情况下，改变充填模式最有效的方法就是改变浇口的位置。合理假设和对策ReasonableAssumptionsandSolutions二浇口痕左图显示原始设计的两个浇口是在管帽开口端(openend)紧贴U型缺口的两侧。原始设计浇口位置OriginalGateLocation借助3DCAE的模拟，可以评估不同浇口设计对充填模式的影响。要注意的是，螺牙的造型对充填模式的影响是不可轻忽的，为了避免螺牙的造型失真，须要采用3D造型、以3DCAE进行模拟。左图显示改善设计的两个浇口位置。3D造型3DModel左图显示气穴移到管帽顶部中央。改善设计RevisedDesign为什么要将气穴移到管帽的顶部中央呢？因为该处的动模(core)侧，本来就有一顶出销，将顶出销的顶部磨掉一圈，再略为加工，就可改成排气销(ventingpin)，气穴能在管帽的顶部中央形成，被包围的气体就可以从该处的排气销的排气口(ventingland)和排气沟(ventinggroove)逃到大气，不至于留在型腔中危害产品的质量了。顶出销修改成排气销EjectorPinModifiedtobeVentingPin调整浇口，使得熔接痕与气穴移至对强度与外观不敏感处。流动平衡FlowBalance就单型腔而言，流动平衡意味着熔胶前沿于同一时间抵达型腔各末端。就多型腔而言，流动平衡意味着熔胶前沿于同一时间抵达各型腔末端。流动平衡的设计，熔胶的压力、温度以及体积收缩率分布均匀，质量均一。流动平衡是注塑产品和模具设计最重要的原则之一。2004年11月19日，徐昌煜、陈夏宗、钟文仁、HoKwanLee、Seok-WooLee摄于韩国仁川市的KoreaInstituteofIndustrialTechnology(KITECH)30”LCDTVRearHousingNominalThickness:3mm913.5815002.53.02.0ABS(ChiMeiPA-765A)Φ12.7mmΦ10mm/Φ3.0mmCase(5Gates)Case(5Gates)WeldLinesConcernsHotRunnerΦ12.7mmΦ10mm/Φ3.0mmCase(3Gates)Case(3Gates)WeldLinesCase(5Gates)Case(3Gates)Inject.Pressure(MPa)86.1783.98ClampForce(mton）2,5982,295WeldLinesStrengthConcernLessStrengthConcernAirTrapsVentisnoteasyVentiseasierComparisonbetween5Gateand3GateDesigns30”LCDTVRearHousing30”LCDTVRearHousing家族模FamilyMold•相同材料SameMaterial•相同颜色SameColor•相近尺寸SimilarSize•装配制件AssemblyParts问题•不平衡流动→不一致收缩→尺寸不吻合→装配上的困扰解决方式•借助CAE平衡塑流，变形减少50%不需开二付模具，使用一付模具即可生产合格的产品平衡家族模之塑流BalanceFlowsinFamilyMold功能键FunctionKey功能键模FunctionKeyMold熔胶前沿推进Melt-frontAdvancement剪切速率ShearRate剪切应力shearstress黏度viscosity剪切速率shearrate剪切应力ShearStress导致平直产品的浇口设计GateDesignforFlatPart中心浇口CenterGate扇形浇口FanGate最坏的Worst坏的Worse较好的Better最好的Best侧浇口EdgeGate薄膜浇口FilmGate产品：角磨机机壳材料：PA6-GF35模具：二型腔模，每一型腔二浇口简述：角磨机壳第一次试模时变形严重，左右机壳合在一起未打螺丝时合缝明显，打螺丝后还是存在变形，影响产品的装配及使用功能问题：翘曲，合缝大机壳的合缝机壳的合缝原始方案改善方案0.21mm0.50mm116t82.4MPa改善32.4%0.74mm#1点总变形量改善情况原始61.1%43.4%44.1%0.54mm80.9t57.2MPa#2点总变形量Max.ClampForceMax.Pressure方案总结实际试模样品的翘曲变形量在未打螺丝时变形微小，在一端固定的情况下，合缝减到0.63mm原始方案改善方案机壳的合缝产品设计:模具设计:从2个浇口改成1个浇口，以符合单一方向流原则。制程设计:机壳的合缝浇口1浇口2医疗器械塑件A,PA6-GF30,南京市,MuCell&2浇口时