隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)塑料制品的高精度、高性能要求與日俱增，精密注射成型要求制品不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形，而且還應(yīng)有優(yōu)異的光學(xué)性能等.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(shù)水平，生產(chǎn)出高精度的塑料制品，創(chuàng)造附加值高的產(chǎn)品，模具的設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)。
在精密注射成型設(shè)計(jì)中，除了應(yīng)考慮一般模具設(shè)計(jì)事項(xiàng)外，還要特別考慮如下事項(xiàng):1)為了得到所要尺寸公差的制品，要考慮適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绻睢?)要考慮防止產(chǎn)生成型收縮率波動(dòng)。3)要考慮防止產(chǎn)生成型變形.4)要考慮防止產(chǎn)生脫模變形。5)要使模具制作誤差最小.6)要考慮防止模具精度波動(dòng).7)要考慮維持模具精度.
1、適當(dāng)?shù)哪＞叱叽绾凸?/p>
1.1制品尺寸精度與模具尺寸精度的關(guān)連
繪出制品圖，考慮模具設(shè)計(jì)、模具制作和成型過程。
首先可從制品圖面尺寸求模具圖面尺寸。按此模具圖畫尺寸制作模具，得到模具的實(shí)際尺寸。用此模具可得到成型的制品，得到制品實(shí)際尺寸。間題是此實(shí)際尺寸如何在圖面所要尺寸公差內(nèi)。
1.2適當(dāng)?shù)氖湛s率
如上所述，即使在用同一顏料的同一樹脂中，收縮率也因成型條件不同而異。在精密成型中，收縮率變化程度要小，預(yù)計(jì)收縮率和實(shí)際收縮半要盡可能無差異。主要是采用整理以往的類似制品的實(shí)際收縮率來推定收縮率，也有用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｇ髮?shí)際收縮率，再經(jīng)修正、設(shè)計(jì)制作生產(chǎn)模的情形.
但完全恰當(dāng)推定收縮率幾乎是不可能的，不可避免地要在試成型后修正模具。修正結(jié)果，凹部將增大尺寸，凸部將縮小尺寸。因此，對(duì)凹部尺寸，將收縮率設(shè)在小值，對(duì)于凸部尺寸將收縮率設(shè)在大值。齒輪外徑尺寸變大時(shí)不能嚙合，變小時(shí)僅齒隙變大，所以要將收縮率設(shè)在小值。
2、防止產(chǎn)生成型收縮率波動(dòng)
精密注射成型，必須以確實(shí)可按所要尺寸制作模具為前提。然而，即使模具尺寸一定，制品實(shí)際尺寸也因?qū)嶋H收縮不同而異.所以在精密注射成型中，收縮率的控制是十分重要的.模具設(shè)計(jì)的合適與否支配收縮率，還因樹脂批次不同而異，若改變顏料，收縮率也產(chǎn)生差異。因成型機(jī)不同，成型條件的設(shè)定、再現(xiàn)性以及各成型周期的動(dòng)作有波動(dòng)，對(duì)實(shí)際收縮率產(chǎn)生波動(dòng)等，因而收縮的控制是困難的.
2.1影響收縮率的主要因素
模具尺寸可由制品尺寸加上收縮率求得，所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)，需要考慮收縮率的主要因家.影響成型收縮率的主要因素有(1)樹脂壓力，(2)樹脂溫度，(3)模具溫度，(4)澆口截面積，(5)注射時(shí)間，(6)冷卻時(shí)間，(7)制品壁厚，(8)增強(qiáng)材料含盆，(9)定向性，(10)注射速度。這些影響因樹脂和成型條件等項(xiàng)目的變化不同而異。
(1)樹脂壓力
樹脂壓力對(duì)收縮率影響很大，樹脂壓力若大，收縮率變小，制品尺寸則大。即使在同一模腔內(nèi)，樹脂壓力也因制品形狀不同而異，因此產(chǎn)生收縮率差異。在多腔模的場(chǎng)合，各模腔內(nèi)樹脂壓力容易產(chǎn)生差異，結(jié)果各模腔的收縮率也不相同。
(2)模具溫度
無論是非結(jié)晶性樹脂或是結(jié)晶性樹脂，模具溫度若高，收縮率則變大.精密成型要將模具溫度維持在特定溫度。在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意冷卻回路設(shè)計(jì)。
(3)澆口截面積
一般說來，改變澆口截面積時(shí)，收縮率也變化.收縮率隨著澆口尺寸變大而變小，這與樹脂的流動(dòng)性有關(guān)。
(4)制品壁厚度
制品壁厚度也影響收率.對(duì)于非結(jié)晶性樹脂，因樹脂對(duì)壁厚的收縮率影響傾向不同，壁厚大，收縮率也大，反之，收縮率變小。而對(duì)于結(jié)晶性樹脂，必須避免壁厚變化特別大。在多腔模的情形，如果模腔壁厚有差異，收縮率也將產(chǎn)生差異.
(5)增強(qiáng)材料含量
用玻瑞纖維增強(qiáng)樹脂時(shí)，加玻纖量愈多，收縮率則愈小，流動(dòng)方向的收縮率比橫向收縮率小，根據(jù)樹脂其差較大，為了防止扭曲飛翹曲，必須考慮澆口形狀飛僥口位置和澆口數(shù).
(6)定向性
定向性雖有較大差異，然而對(duì)所有樹脂都存在定向性。結(jié)晶性樹脂的定向性特別大，由于壁厚和成型條件而有差異。
此外，還有產(chǎn)生成型后收縮。影響成型后收縮的主要因素有①內(nèi)部應(yīng)力緩和，②結(jié)晶，③溫度，④濕度.
2.2可采取的措施
(1)流道，澆口平衡
如上所述，收縮率因樹脂壓力變化。在單腔模多點(diǎn)澆口以及多腔模的情形，要同樣進(jìn)行充模，就要進(jìn)行澆口平衡。樹脂流動(dòng)與在流道中的流動(dòng)阻力有關(guān)，所以在取澆口平衡前最好取流道平衡。
(2)模腔排列
為了使成型條件的設(shè)定容易，所以需要注意模腔排列。由于熔融樹脂將熱帶入模具，在一般模腔排列的情況下，模具溫度分布呈以澆口為中心的同心圓狀。所以在選擇多腔模的模腔排列時(shí)，既要易取流道平衡，又要取以澆口為中心的同心回狀排列.
(3)精密注射成型的冷卻回路設(shè)計(jì)
如上所述，模具溫度對(duì)收縮率影響很大，同時(shí)，因時(shí)間不同溫度變化，多腔模各模腔的溫度差也難以避免，所以需要注意冷卻回路設(shè)計(jì)。
從熱交換效率來看，冷卻液的流動(dòng)應(yīng)為紊流，冷卻回路最好設(shè)為串聯(lián)的折流板式。
在回路設(shè)計(jì)中，型腔與型芯應(yīng)帶出的熱量也不同，熱阻力也因回路構(gòu)造不同而異，入口水溫在模腔與型芯產(chǎn)生較大差異.因此，精密成型模具的冷卻回路為型腔與型芯分別設(shè)計(jì)，用分別的溫調(diào)機(jī)進(jìn)行溫度控制。
3、防止產(chǎn)生成型變形
成型變形產(chǎn)生的原因是在不均勻的收縮下有內(nèi)應(yīng)力，所以需要防止不均勻地收縮。
(1)澆口數(shù)
在齒輪中心有孔的圓形制品的情形，必須在中心設(shè)澆口.然而在樹脂的流動(dòng)方向與垂直方向收縮率有較大差異時(shí)，卻有產(chǎn)生橢圓的缺點(diǎn)，在需要更高精度的圓度時(shí)，需要設(shè)成3點(diǎn)或6點(diǎn)澆口。但需要充分注意各澆口的平衡。
在使用側(cè)澆口時(shí)，3點(diǎn)澆口將使圓筒狀制品內(nèi)徑增大，在外表和端面不允許澆口痕跡的情形少使用內(nèi)側(cè)多點(diǎn)勻分澆口，可以得到良好結(jié)果。
(2)澆口形狀和位置
需要根據(jù)制品形狀選用適當(dāng)形狀的澆口。圖置表示澆口形狀和位置對(duì)變形的影響。
4、防止脫模產(chǎn)生變形
精密制品一般較小，制品壁厚較薄，有的還有許多薄筋。棋具設(shè)計(jì)必須考慮使制品不變形，而且可適當(dāng)脫棋.
對(duì)于收縮率較小的樹脂，當(dāng)成型壓力高的情形，需要注意制品易留在模腔內(nèi).用收縮率小的樹脂成型齒輪時(shí)，齒輪部分模腔最好設(shè)計(jì)在頂出一側(cè)的模板上。
在用頂銷時(shí)，濡要注意無變形的頂銷數(shù)和頂壓位置。帶孔齒輪需要芯銷，這時(shí)為了有助于在頂出時(shí)平行頂出，而需要設(shè)置頂出側(cè)模板上。
對(duì)于角狀制品，可以使用沖孔模板頂出，用這種模板頂出可以防止產(chǎn)生變形。
一般精密制品拔模斜度較小。為了減小脫模力，而需要鏡面加工，研磨方向必須為拔模方向。要按拔模方向設(shè)容易研磨的分塊型芯。
5.最小的模具制作誤差
5.1按所要加工方式的適當(dāng)?shù)哪＞邩?gòu)造
為了得到所要精度的制品尺寸，必須有相應(yīng)的模具尺寸，而模具需要有極高精度的加工，又受精加工機(jī)械限制.
為了維持模具精度，需要耐磨性高，為此需要采用淬火.用磨床及電火花加工機(jī)床加工淬火模具的精度可達(dá)0.01毫米以內(nèi)。
由于用平面磨床無法加工封閉槽形，可選用】形，但因】形強(qiáng)度差，需要采用如圖2的增強(qiáng)措施。
用電火花加工機(jī)床彤模加工時(shí)，必須注意電極端的磨損變大。加工圖3的齒輪用模腔以及用鋼絲電火花加工機(jī)床加工時(shí)，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)能夠貫通加工的構(gòu)造。
從防止磨削變形和縮短加工時(shí)間方面來看，要選定淬火變形少的鋼材，而且要設(shè)計(jì)為淬火變形少的形狀。形狀復(fù)雜時(shí)，悴火冷卻不易均勻，易產(chǎn)生淬火變形。
5.2總分割式模具
為了將淬火零件加工成較高精度，要使用磨床。因此，需要采用鑲件組成分割式模具。這種模具有如下特征:
(1)因?yàn)榭蛇x擇適當(dāng)材料，所以能夠使用適當(dāng)硬度模具材料。
(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，所以容易設(shè)定熱處理?xiàng)l件。
(4)能夠使用鏡面加工性良好的模具材料，鏡面加工操作也容易，所以能夠提高鏡面度。
(5)因?yàn)槿菀装窗文７较蜓心ィ杂欣诓捎冒文Ｐ倍刃〉哪＞摺?/p>
(6)由于硬化，可延長模具精度保持時(shí)間，模具壽命長。
(7)容易設(shè)在任意位置排氣，所以充模容易.
(8)磨削加工容易.
(9)能夠提高模具零件精度，所以可能提高制品精度。
(10)可在較小的公差內(nèi)制作備模腔和型芯，所以部件互換性高，容易維修。
(11)因?yàn)橐阅ハ骷庸橹黧w，所以加工效率高。
(12)零件數(shù)多，需要極大提高各零件加工精度.
(13)局限于特定加工方法
(14)采用完全淬火
5.3總分割式模具設(shè)計(jì)方面的注意點(diǎn)
關(guān)系精度和各部件所要精度必須從所要制品精度逆運(yùn)算決定。
因?yàn)榉指顢?shù)愈多，積象誤差愈大，愈要提高加工精度，所以分割數(shù)僻要定在最小限度。
一般禁止在制品表面設(shè)分型線，不僅外觀上嫌棄，而且在功能上也將成為障礙。若在產(chǎn)生應(yīng)力處有分型線時(shí)，也往往因應(yīng)力集中而引起破損。
因?yàn)槟ハ骷庸と菀椎玫骄鶆虻某叽缌慵�，所以�?yīng)分割成可用研磨劑加工的形狀。
易損易壞部分應(yīng)分割成易更換的，并且考慮選用高耐磨性合金。
此外，要考慮組裝和拆卸容易。必須用能夠容易、正確地復(fù)原精度的機(jī)構(gòu)，組裝模腔和型芯的各部件，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?shù)那樾�，必須正確研磨銷孔。
6、防止模具精度的誤差
確保滑動(dòng)件各周期的定位，需要防止模具精度的波動(dòng)。為了維持滑動(dòng)件的精度，滑動(dòng)件都應(yīng)悴火研磨.側(cè)芯滑動(dòng)部分的配合應(yīng)有定位退拔部分，如圖4所示，在側(cè)芯尺寸大時(shí)，中間部分可以設(shè)狹小的導(dǎo)槽。
7、模具精度的維持
7.1確保模腔與模芯的中心一致
為了經(jīng)常正確地合模，的構(gòu)造.圖5-7表示其例必須設(shè)計(jì)成兩模板可確實(shí)正確定位
7.2 防止模具變形
為了避免因樹脂壓力作用于模腔而產(chǎn)生的模具變形，棋具強(qiáng)度就要足夠大。在型芯板中間常加支柱，銷的材料也選用高強(qiáng)度鋼，并且將容易受彎曲的銷設(shè)在接近澆口，還要降低作用于銷的樹脂流動(dòng)壓力。
7.3預(yù)防時(shí)效變化
模具藉要淬火回火處理時(shí)，如果有殘余奧氏體，將產(chǎn)生時(shí)效變化，導(dǎo)致模具尺寸精度變化，所以再使殘余奧氏體分解的溫度回火，并且孺要用冷處理。
為了防止因磨損的變化，需要提高硬度，還應(yīng)考慮使用因淬回火尺寸變化極小的鋼種.磨削與刀具切削加工相比，因?yàn)榧庸ば什�，所以為了縮短加工時(shí)間，需要盡量減少磨量。既要設(shè)成縮小淬火變形的零件形狀，又應(yīng)選定可縮小變形的材質(zhì)。
