注塑模具设计

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 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 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！235mm132mm70mm0.6tＬGate165mm235mm132mmＬGate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TypicalButtWeldTensileStrengthRetentionValues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°→NGNGOK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 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 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 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 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,平面度略为改善;堵掉浇口2后,平面度OK,中央熔接痕消除。　可以导致单一方向流的浇口设计，较能产出平直的产品。迟滞痕HesitationMark迟滞痕(hesitationmark)的定义:当熔胶流到壁厚厚薄变化大的区域，进入薄壁区的前沿会慢下来，甚至停滞不动，直到厚壁区充填满为止，在这段时间，慢或停下来的前沿会形成一痕迹，谓之迟滞痕，既影响外观，也是应力集中处。浇口设计(减少滞流效应)GateDesigntoAvoidHesitation浇口gate薄thin厚thick差的设计Poor好的设计Good薄thin厚thick浇口gate0.94秒时，迟滞现象在1.2mm厚凸片处发生公称厚度3.2mm帮浦零件(Part,Pump)塑料(Polymer):聚甲醛POM迟滞现象减轻帮浦零件(Part,Pump)塑料(Polymer):聚甲醛POM浇口要置于距离可能发生迟滞处最远处。浇口设计(避免缩痕和缩孔)GateDesigntoAvoidSinkMark&Void浇口gate浇口gate差的Poor好的Good百叶窗零件,PC,浙江省瑞安市,缩孔,2004.3.7.max.thick.:6gate:1t缩孔Void百叶窗零件,PC,浙江省瑞安市,缩孔,2004.3.7.max.thick.:6缩孔Void浇口要置于厚壁处。喷流痕JettingMarkJettingstartingatthegate,spreadingovertheentiremoldedpart使用冲击型浇口以避免喷流AvoidJettingbyUsingImpingementGate差的Poor好的Good差的Poor好的Good使用冲击型浇口以避免喷流AvoidJettingbyUsingImpingementGate使用凸片浇口以避免喷流AvoidJettingbyUsingTabGate使用适当的浇口形状以避免喷流AvoidJettingbyProfilingGateProperly差的Poor好的Good帮浦零件(part,pump)塑料(polymer):聚甲醛POM(n=0.7)浇口厚度(gatethickness)：1.2mm型腔厚(cavitythickness)：3.2mm问题(problem)：喷流(jetting)矩形边缘浇口设计RectangularEdgeGateDesignL=0.5~0.75mmh=浇口厚度gatethickness(mm)t=产品壁厚wallthickness(mm)W=浇口宽度gatewidth(mm)A=型腔 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 面积surfaceareaofcavity(mm2)n=材料常数materialconstant0.5forTPU0.6forPE,PS0.7forPOM(聚缩醛),PP0.75forABS,SAN,SBC(K-RESIN)0.8forCA(醋酸纤维素),PA,PBT,PC,PMMA0.9forPPO,PVC,+GFh=ntWtLh当W<2h,W取2hWhenW<2h,useW=2h.电视机后壳支架孔盖,ABS,广东省,喷流痕,2005.8.19.电视机后壳支架孔盖上的喷流痕电视机后壳支架孔盖,ABS,广东省,喷流痕,2005.8.19.电视机后壳支架孔盖上的喷流痕浇口厚度应大于(2.65x0.75=)2mm1.13tx5w浇口加在2.65t厚壁上。扇形浇口设计FanGateDesignL=1.3mmW=w=浇口宽度gatewidth(mm)A=型腔表面积surfaceareaofcavity(mm2)n=材料常数materialconstant0.5forTPU0.6forPE,PS0.7forPOM,PP0.75forABS,SAN,SBC(K-RESIN)0.8forCA,PA,PC,PBT,PMMA0.9forPPO,PVC,+GF浇口厚度gatethickness(mm)h1=nt;h2=wh1/Dt=产品壁厚wallthickness(mm)当W<2h,W取2hWhenW<2h,useW=2h.当d1.5)浇口井Dimple潜伏式浇口设计SubgateDesignh=浇口厚度gatethickness(mm)=ntW=t=产品壁厚wallthickness(mm)W=浇口宽度gatewidth(mm)A=型腔表面积surfaceareaofcavity(mm2)n=材料常数materialconstant0.5forTPU0.6forPE,PS0.7forPOM,PP0.75forABS,SAN,SBC(K-RESIN)0.8forCA,PA,PBT,PC,PMMA0.9forPPO,PVC,+GF30~15º~25º当W<2h,W取2hWhenW<2h,useW=2h.开关装饰框,ABS,要电镀,浙江省温州市,冷料痕,2008.5.27.开关装饰框,ABS,要电镀,浙江省温州市,冷料痕,2008.5.27.流道设计RunnerDesign徐昌煜CharlesHsu水力直径HydraulicDiameterWhereDHisthehydraulicdiameter水力直径Aisthecross-sectionalareaoftheflow流路断面积Pisthewettedperimeter湿周长断面形状DH=D0.9523D0.9116D0.8862DDPLSPLH10oR=H/2PLSSPL断面形状DH=0.8771D0.8642D0.8356D0.7090D10oHHPLDR=D/2PLS2SPLS4SPL流道尺寸设计(1)RunnerSizing(1)D:流道直径(mm)runnerdiameterinmmW:下游塑料重量(g)downstreamplasticweightL:流道长度(mm)runnerlengthinmmNote:Theabove-mentionedempiricalformulaissuggestedasaguidetothesizeoftherunnerorbranchrunnerformouldingsweightingupto200g,andwithwallsectionslessthan3mm.FortherigidPVCsandtheacrylics,increasethecalculateddiameterby25%.流道尺寸设计(2)RunnerSizing(2)流道尺寸设计(3)RunnerSizing(3)2mm(partthickness)x1.5(2.25ifamorphous)=3.00mm>2.38mm,所以D1取3.00mm钨钢球刀(mm)(2刃)半径柄径刃长全长R0.54250R0.754350R14450R1.254550R1.54650R24850R2.561050R361250R481660R5102075R6122475可选半径是1.5mm的钨钢球刀。流道尺寸设计(4)RunnerSizing(4)球刀选择算出的D2是4.33mm，可供选择的钨钢球刀(2刃)半径有2mm和2.5mm，其直径分别为4mm和5mm。可选半径是2.5mm的钨钢球刀。钨钢球刀(mm)(2刃)半径柄径刃长全长R0.54250R0.754350R14450R1.254550R1.54650R24850R2.561050R361250R481660R5102075R6122475可选半径是2.5mm的钨钢球刀。W(g)D’(mm)PS,ABS,SAN,CABCAB：CelluloseacetatebutyrateW:重量weightS:产品厚度thicknessD':参考直径referencediameterW(g)D’(mm)W:重量weightS:产品厚度thicknessD':参考直径referencediameterPE,PP,PA,PC,POML:流道长度lengthofrunnerfL:修正系数correctionfactorD':参考直径referencediameterD：流道直径diameterofrunnerD=D’xfL“HowtoMakeInjectionMolds”,Menges/MohrenØ6Ø5Ø30.5t浇口加在0.8t产品上电源键,阻燃PC/ABS,XK公司,江苏省常州市,2009.2.10.产品重量2x0.1g,料柄重1g,射料量1.2g,射胶量15g,注射时间4秒,冷却时间8秒,周期时间20秒,注射机20吨新加若使用半热半冷流道(单一热嘴通往二浇口之间冷流道段的中点,该流道段直径可为0.8x2.25=1.8,热嘴出口的冷料井以Ø2计)，最大冷流道直径从Ø6降至Ø2，理论上冷却时间可减少：1-(22/62)=89%周期时间可减少：89%x0.8=71%用料可以减少将近：1/1.2=83%2d次分流道secondaryrunnerd分流道primaryrunner浇口gate型腔cavity冷料井设计ColdSlugWellDesign冷料井设计ColdSlugWellDesignDave:主流道平均直径(mm)AveragediameterofsprueinmmW:下游塑料重量(g)DownstreamplasticweightingL:主流道长度(mm)Spruelengthinmm,愈短愈好theshorterthebetter主流道衬套尺寸SprueBushingSizing喷嘴球头和主流道衬套承窝半径RadiusofNozzleHeadandofSprueBushSocket排气系统设计VentingSystemDesign徐昌煜CharlesHsu深度(depth):1.0.075mm易流塑料(easy-flowmat.)2.0.125mm难流塑料(stiffer-flowmat.)3.深度深到流道末端见飞边为准(deepenoughtofeelflashatrunnerend)宽度(width):和流道同宽(aswideasrunnerdia.)排气唇部(ventlip):1.5mmA1抛光(finish)(SPIFinishDesignations：A-1Grade#3DiamondBuff)排气沟通大气(ventchanneltoatmosphere):1mm深(deep)流道排气RunnerVent流道排气RunnerVent深度(depth):参照厂商建议(refertomanufacturer’srecommendation)宽度(width):5mm/25mmor全周长(wholeperimeter)长度(length):1mmor1.5mmA1抛光(finish)(SPIFinishDesignations：A-1Grade#3DiamondBuff)排气沟通大气(ventchanneltoatmosphere):1mm深(deep)分型面排气PartingLineVentInjectionVentVENTINGGUIDELINESFORFULLYOPTIMIZEDMOLDSPOLYMERDEPTHOFVENT(mm)EASYFLOWSTIFFFLOWGLASSFILLEDABS,SAN,HIPS0.05080.0762Acetal0.01270.0381Acrylic0.05080.0762Cellulose/Acetate/Butyrate0.02540.0381Nylon6/60.0127—Nylon6/6–13%Glass0.01270.0381Polyallomers0.01270.0254Polycarbonate0.03810.0762Polyethylene0.02540.0508Polypropylene0.02540.0508PolyphenyleneOxide0.02540.0762PolyphenyleneSulfide0.0127—Polysulfone0.0254—CrystalPolystyrene0.02540.0508Polyvinylchloride(Rigid)0.02540.0762Polyvinylchloride(Plasticized)Styrene-butadienecopolymer(SBC)(K-Resin)0.02540.03~0.080.0508TPE0.025DVD机面框DVDPlayerFrontCabinet熔接痕DVD机前框,ABS,浙江省宁波市,熔接痕、变形,2001.6.23.注射时间:9秒周期时间:54秒自来水冷却,无排气W.L.DVD机面框DVDPlayerFrontCabinetDVD机前框,ABS,浙江省宁波市,熔接痕、变形,2001.6.23.熔接痕DVD机面框DVDPlayerFrontCabinetDVD机前框,ABS,浙江省宁波市,熔接痕,变形,2001.6.23.原始设计OriginalDesign改善设计RevisedDesign2.5ID50Long5.0ID30LongDVD机面框DVDPlayerFrontCabinet等离子电视机前框的熔接痕、流痕、黄化产品：等离子电视机前框材料：PC模具：半热半冷流道系统简述：为了淡化熔接痕与流痕(flowmark)，日本顾问采取高模温对策，然则无效。问题：熔接痕、流痕、黄化42”等离子电视机前框,PC(GELEXANHF1110),深圳市,熔接痕、流痕、黄化,2004.6.2.等离子电视机前框的熔接痕、流痕、黄化进胶处产品为4.0t,浇口2.5t太薄,应改为>3.2t→3.5t,另外浇口太长,应改为0.75mm。Product:42”TVBezel(weight:1,700g);Machine(Mitsubishi):1,300Ton;ShotWeight(PS)6240g(1,700/6,240=27.2%)(ShottoCylinderSizeof40–60%isrecommendedbyGE.)等离子电视机前框的熔接痕、流痕、黄化42”等离子电视机前框,PC(GELEXANHF1110),深圳市,熔接痕、流痕、黄化,2004.6.2.K公司的评语2005年3月xxx透明面框是我们公司第一次做的大型透明件，这在国内尚无先例，最初在试产过程始终无法解决的问题是熔接痕过重，产品变黄，无法提供合格产品，徐昌煜提出了两点建议，一是用小规格的螺杆，减少料在炮筒中的加热时间，改善注塑材料降解问题。二是加强模具的排气，实施低压高速的注塑模式，提高料流前端的温度，以达到淡化熔接痕的目的。按照徐昌煜的建议，我们对模具的排气系统进行了本质上的变更，更改了注塑工艺，终于生产出了客户能够接受的产品。通过这一事件的处理，使我们对模具的排气系统的认识有了本质的改变，制定了排气系统设计标准，将排气这一曾经被我们忽略的事情纳入设计必须考虑的因素之内，将上述经验推广到相关的模具结构设计中去，使得我们模具的注塑工艺性能有较大改进。等离子电视机前框的熔接痕产品设计:模具设计:排气合理化制程设计:缩短注射时间30”LCDTVRearHousing此ABS后壳模具排气口的深度增加到0.08mm,注射时间可缩短到接近优化者,充填满时,熔胶温度和压力分布均匀,后壳平坦。2003年于广东省东莞市PerimeterVent安全针筒推杆的脆裂与短射制品：安全针筒推杆材料：SAN模具：16型腔模简述：高料温时推杆脆裂、低料温时短射。问题：脆裂与短射安全针筒,SAN,台北市,2005年安全针筒推杆的脆裂与短射安全针筒推杆底座法蓝安全针筒推杆的脆裂与短射16型腔安全针筒推杆模,SAN,台湾省台中县,高料温脆裂、低料温短射,2005.11.1.16型腔安全针筒推杆模,SAN,台湾省台中县,高料温脆裂、低料温短射,2005.11.1.排气口切推杆法蓝型腔边缘而过,排气不足安全针筒推杆的脆裂与短射PL安全针筒推杆底座法蓝排气沟,0.02深x5宽低效排气LowEfficientVent塑料：SANPL安全针筒推杆底座法蓝全周长排气口,0.05深x1.5长排气沟,1深x5宽,通至模外推杆材料：SAN高效排气HighEfficientVent制品设计:模具设计:单点排气改成全周长排气制程设计:安全针筒推杆的脆裂与短射深度(depth):参照厂商建议(refertomanufacturer’srecommendation)宽度(width):全周长(wholeperimeter)长度(length):1.5mm排气沟(ventgroove):1mm深(deep)顶出销或型芯销排气EjectororCorePinVent顶出销或型芯销排气EjectororCorePinVentDVD机面框按键,ABS,浙江省宁波市,2001.6.23.排气不足，熔接痕明显熔接痕插座上盖,ABS,广东省深圳市,熔接痕,周期时间45秒,2004.5.13.抽真空排气加装抽真空系统，在充填前和充填时进行抽气，是一有效方法。对于某些皮纹装饰产品而言，这可能是唯一的排气良方。