第六章 模具设计.doc

第六章 模具设计 6-1 流道系统 　　流道系统(runner systems)将熔胶从竖浇道引导到模穴内，要推动熔胶流过流道系统就需要额外的压力。当熔胶流经流道系统时，产生的剪切热（摩擦热）使熔胶温度升高，有助于熔胶的流动。 　　虽然适当的流道尺寸对于一个塑件和模具设计有许多好处，但因为其基本原理尚未广泛深入了解，所以流道尺寸设计问题经常被忽略。一般认为，大尺寸流道可以使用较低压力推进熔胶流动，但是却需要较长的冷却时间，会产生较多的废料，也需要较高的锁模力。反之，适当的小尺寸流道在使用原料和消耗能源等方面可以达到最高效率。流道尺寸的缩减极限在于射出成形机的射出压力规格。 　　模流分析的流道平衡功能可以找出最佳化的流道尺寸，提供良好的流道系统，以合理的压力降充填平衡的流道和模穴。设计良好的流道系统有下列好处： ( 可以决定最佳的模穴数目 ( 确定熔胶可以填饱模穴 ( 可以达成多模穴系统之平衡充填 ( 可以达成多浇口之模穴的平衡充填 ( 可以使废料最少化 ( 使塑件顶出较容易 ( 达成能源使用效率最佳化 ( 可控制充填时间／保压时间／成形周期时间 6-1-1 模穴数目之决定 　　模穴数目的多寡取决于可应用的生产时间、射出机射出量的大小、所需之塑件品质、射出机塑化能力、塑件形状与尺寸，以及模具成本等因素。以下三组简单的公式可以协助决定模穴数目，应选取三组公式所获得之最小值作为设计模穴数目。 产品数量　 　　假如塑件尺寸公差的要求不甚严格，而且需要大量的成品，则选择多模穴较恰当。模穴数目取决于供应一定量塑件所需的时间（tm）、每批次的塑件数量（L）、生产一模塑件所需的时间（tc）、和淘汰因子（K），其中， K = 1/（1 - 不良率） 　　模穴数 = L × K × tc / tm 射出量能 射出机的射出量能也是决定模穴数目的一个重要因素，取射出量能的80﹪为射出重量(S)，再除以塑件重量（W），即可计算出模穴数目。 　　 模穴数目 =S / W (3) 塑化能力 　　射出机的塑化能力是影响模穴数目的另一个重要因素。将射出机的塑化能力（P）除以每分钟估计的射出次数(X)和塑件重量(W)，即可计算出模穴数目。 　　模穴数目 = P / ( X × W)　 6-1-2 流道配置 　　多模穴系统的基本流道配置方式如图6-1，包括： ( 标准流道系统（standard，或鱼骨形Herringbone） ( H形流道系统（H-bridge，或分枝形branching） ( 辐射流道系统（radial，或星形star） 　　H形和幅射流道系统提供自然平衡，亦即从竖浇道到所有的模穴都有相同的流动距离和流道尺寸，所以各模穴都有相同的充填条件。至于鱼骨形流道系统，虽然不是自然平衡，却比自然平衡系统可以在相同的模具内塞进更多模穴，造成最小的流道体和最低的模具加工成本。除了采用自然平衡的流道系统之外，不平衡的流道系统也可用人工改变流道直径与长度，或是在各个子流道加装流量调节螺丝，以调整获得平衡的系统。模流分析软件的流道平衡分析可以自动化完成流道平衡。 6-1-3 竖浇道尺寸之决定 　　竖浇道尺寸主要决定于塑件尺寸，特别是塑件的肉厚。竖浇道的设计必须能够方便可靠地让塑件脱模，于射出成形时，竖浇道不可以比塑件其它部分的截面更早凝固，如此才能够有效 图6-1 基本的流道系统之配置 图 6-2是建议的竖浇道设计规范。不具有锐角的系统有助于塑料的流动，所以，应该将竖浇道根部设计成半径 r2的圆角。其它的设计规格如下列： Dco ≧ tmax + 1.5 (mm) Ds ≧ Dn + 1.0 (mm) α ≧ 1° ~ 2° tan(α) = (Dco – D) / 2L 图6-2 竖浇道根部的圆角可以改善熔胶的流动 流道截面之设计 　　常见的流道截面如图 6-3，包括： ( 圆形流道 ( 梯形流道 ( 改良梯形流道（圆形与梯形之组合） ( 半圆形流道 ( 长方形流道 通常建议采用前三种流道截面设计。就最大的体积与表面积比值而言，圆形流道最佳，也具有最小的压力降和热损失，然而，却必须在两侧模板都进行加工，模具加工成本通常较高昂，而且合模时两侧的半圆也必须对齐。相对地，梯形流道只在母模侧加工，其效能也很好，梯形流道通常应用于三板模，因为三板模如果采用圆形流道时，可能无法顺利脱模，而且模具可能在分模线造成圆形流道与模板滑动件之间的干涉。 图6-3 常用的流道截面形状 　　对于不同形状的流道，可以使用做为流动阻力指标的水力直径(hydraulic diameter)进行比较。水力直径愈大，流动阻力愈低。水力直径定义为： 其中， Dh = 水力直径 A = 截面面积 P = 周长 　　图