模具设计思考流程总结.doc

模具设计思考流程总结 模具是赋予成品固定的几何形状﹐用以重复大量生产成品的工具。 除了产品外形、肉厚设计﹐还需要考虑浇口位置﹐流道排列﹐冷却管路配置﹐滑块、顶针、 机构等。 模具设计思考流程 　 　 　 模具设计准则 传统上在模具设计﹐首先考虑的是机构因素﹐安排分模面、轴向位置、滑块顶针、浇口位置、流道排列等﹐最后才想到塑料应如何充填。 但通常模具设计者本身并不具备成型的概念﹐不了解究竟多少压力差才能填满整组模穴﹔为了确保成型性﹐一般均采取较谨慎保守的方式-加大流道面积﹐加多浇口数目等﹔当有了成型问题﹐塑料跑不到的地方再多开一个浇口...这个现象今天在台湾依然普遍。 要得到良好成品,需要了解模具内部的流动行为: 塑料在高温下熔融成液态﹐射出机台赋予一股压力﹐热熔体会因压力差由高压往低压方向流动。模壁两侧速度较中央为慢﹐是因受到反方向的摩擦力所致。 事实上﹐在射出充填阶段﹐仍然可以细分成两部份: 流动:塑料由喷嘴流出﹐经主浇道至流道、浇口而注入模穴﹐由流动起始至刚充满模穴的瞬间﹐视为流动阶段。 保压:当完全填满整个模穴后﹐由于塑料熔体具有可压缩性﹐来自于射座螺杆的压力持续增加时﹐此压力升高可以多填入额外约15%的物料。之后﹐由于冷却造成体积收缩﹐保压后段更随时填入新塑料以补偿收缩减少的体积﹐正常情况下可填入约25%的额外体积﹐这约等于熔融热塑料与冷固态塑料的体积变化。 　 模具设计正确观念 　 　 传统进行一项塑料制品生产前﹐造形设计人员首先描绘出抽象的外形﹐以手工捏制出黏土模型﹐决定了尺寸后﹐再交由模具设计人员进行成品图与模具图绘制﹐完成后再去加工模具。 　 接下来﹐也许三个月后试模﹐试模结果经常是发现成型问题﹐需要反复修模﹐修的不好还需补模﹐等试好一个产品时﹐有时模具已是千疮百孔﹔而中间过程所浪费的人力与时间更是难以估计！而我们的希望是一次试模就能够得到良好的产品。 　 为什么需要试模? --因为没有人能准确预测塑料在模具内部的成型情况﹐而这一部份因素却决定了产品质量。当得到的产品不是原先所预期而有缺陷时﹐只能加以修改﹐以求得较好的产品。 　 我们能控制的是射出机台上的操作参数﹐如温度、射速、压力、时间等﹔当完成射出程序后﹐得到的成品﹐我们期望是个良好的产品表面美观﹐没有成型缺陷﹐尺寸安定﹐没有凹陷变形等。但在模具内部看不到的黑盒子内﹐到底发生了什么?中间过程这一部份是我们不了解的﹐为什么有的产品质量良好﹐有的却不良率很高呢? 　 为达到最佳设计﹐设计人员应该先了解模具内部的成型情形﹐在模具设计前就先把相关因素考虑进来﹐才能获致良好成品﹔而CAE正是解读模具内部成型所有信息的有效工具。 　 冷却分析 流动分析﹐可以帮助我们了解塑料在模穴内部的成型情况﹐用以找出适当成型条件及生产良好产品﹔冷却分析﹐则在于设计有效冷却管路与控制冷却条件﹐缩短成型周期。对大部份产品﹐冷却时间约占了七成﹐若能缩减这一部份时间损耗﹐对生产力来说是大幅提升。 进行有效冷却设计之前﹐应该先了解相关观念: 模具可以视为一个热交换系统﹐热量来源是熔融热塑料所带进来的热量﹐再以几种方式散失﹐而让成品冷却固化。 冷却机构主要为: 1. 金属模板热传导。 2. 对流及非常小部份的辐射散到大气中。 ? 冷却水在管路中的流动形态可以分为层流与乱流﹐乱流才能有效带走热量﹐因此冷却液流率需控制在乱流范围内。下图是层流与乱流时﹐管内液体与金属模壁间的温度梯度﹔由左图可以了解﹐层流时模壁温度较高﹐是效率差的设计方式。 ? 冷却速率快慢﹐则影响到内部的分子配向性与结晶性。均匀的冷却﹐能产生均匀的收缩﹐是最理想的设计方式。但由于几何上的非对称﹐产品内外容易形成不同热集中区﹐该区是最慢才冷却的﹐也因此造成了收缩较大﹐成品翘曲。 ? ? 每一条冷却水路所涵盖的有效区域则应加以考虑﹐例如下图左﹐对同一个平面﹐两个大管径产生的效果﹐并不会比图右开五个小管来得均匀。 ? 同样的﹐相同管径﹐但也要考虑热量集中程度﹐而需有位置上的调整﹐下图T型对象﹐两面相交处是热集中点﹐因此肋部背后是较多热量的位置﹐此处水路应靠近些﹔而内部两个角落处﹐则适合加开两个小管﹐才能有效达到均匀冷却。 ? 水流的安排﹐则有串联与并联两种基本型式。但因为并联方式管中流量被分散﹐效率会降低﹐一般均采用串联式。 ? 对某些长深区域﹐水管能加工区域有限﹐则采用导管或挡板方式(bubbler buffle)﹐增加接触面积﹐以提高冷却效率。 ? ? 必威体育精装版的冷却模块﹐则更考虑了详细的各部机构﹐例如分模面﹐镶入件(insert)﹐模座大小等。 应用冷却分析前﹐一些基本的物理名词应当先行了解: ? 热量:使一公克的水升高温度1℃所需的热量为1卡(Cal)。 使一公斤的水升高摄氏1℃所需的热量为1千卡