注塑模具

注塑模具是一種生產塑膠製品的工具；也是賦予塑膠製品完整結構和精確尺寸的工具。因為主要的生產方法為將高溫熔化之塑膠透過高壓及機械帶動注入射出至模具中，故又稱之塑膠射出模具。分類.注塑模具依成型特性區分為熱固性塑膠模具、熱塑性塑膠模具兩種；依成型工藝區分為傳塑模、吹塑模、鑄塑模、熱成型模、熱壓模、射出模等，其中熱壓模以溢料方式又可分為溢式、半溢式、不溢式三種，射出模以澆注系統又可分為冷流道模、熱流道模兩種；以按裝卸方式可分為移動式、固定式兩種。材質.模具的材質直接影響冷卻效果，常用的模具材料有P20鋼、H13鋼、P6鋼、S7鋼、鈹銅合金、鋁、420不銹鋼、414不銹鋼 。其選用原則為：常用模具零件及標準零件.定位環.射出機噴嘴，藉由定位環與中心料道對齊，以防止塑膠在注射過程中滲漏。注道襯套.這將有2°至4°，從注塑成型機的噴嘴錐形。該材料進入透過澆道套的模具中，通常是由碳鋼材料和表面硬化的。固定板 (Clamping Plate).上固定板用以在射出成形機固定安裝的模具外部結構側模板.母模板Core Plate間隔塊.母模將固定板與母模隔開，為了防止熱板熱能被母模吸走公模將固定板與母模隔開，中間為各種頂出機構及回位機構頂出板.上、下頂出板通常位於模具可動側，用以固定、做動頂出機構頂出板導銷.用途為導引頂出板頂出作動用，通常會在頂出板上加裝導套。頂出銷.用以頂出的小型支柱狀頂出機構頂出套筒.頂出套筒由端面全面頂出，外觀不會有頂出痕跡出現。回位銷.為了確保頂出機構在下一次射出關模前必須回復原位，讓頂出機構回復的方式通常為回位彈簧或回位銷。回位彈簧：與射出機臺頂出動作同步進行，所以是最好的頂出回位方式。回位銷：在回位彈簧無法確定動作時，利用母模將回位機構頂回，為了確定頂出機構正常回位的保險裝置。回位銷彈簧.用於將頂出機構回復原位，為最常使用的回位方式。回位彈簧最常使用零件小至鋼線彈簧大至氮氣彈簧。導向零件.模具上通常還設計有導向零件，以確保動、定摸合模時準確對中。常見的導向零件是由導銷和導套組成。斜角銷.用以在開關模具時候帶動滑塊(Slide)運動的機構日期章.許多產品會設計用以表示生產時間的圖示，在模具上就是刻印日期網格或安裝相應的日期章，使其在成形時直接反應在成品上加工方法.模具製造使用兩種主要方法：放電加工、機械加工，歷來的方法在其使用傳統形式製造模具。隨著科技的發展，CNC加工成為主要方式，使更多的複雜的模具與模具的細節，比傳統方法在較短的時間更精確製造。常見加工方法如下：模穴.在模具內所留下與成形品一樣形狀之空間，以便容納熔融的塑膠，經過保壓與冷卻後成形為產品，此空間亦稱為模腔穴。通常較小之成品，為了經濟與效率考量，會設計為「多穴模具」，例如一個模具具備數個相同或相似膜腔，用以快速生產。脫模錐度.通常標準的脫模錐度，1 度至 2 度之內。深度在 50 至 100 毫米者大約在 1.5 度左右，100 毫米者大約在 1 度左右，肋骨則是不得小於0.5 度厚度不得小於 1 毫米，以利模具製作及增加模具的壽命。遇到有咬花需求，建議脫模角度必須比一般情形再大一些，其所賦予的脫模角度，最好可以有 2 度以上，但是脫模角度不要大於 5 度為準。如遇到不允許具備脫模錐度的成品，則要以倒鈎方式處理，但是價格必然昂貴，應盡量避免。格子狀.格子與格子間距至少要大於 3 毫米太小無法脫模。強度計算.成型作業中，由於模具的變形，自然導致成型品的形狀及尺寸精度有所變化，為防止模具因加壓而變形破損，必須針對模穴的承受框構造及承板的強度，來計算其射出壓力。⑴ 方形模穴底部無框形構造formula_1，formula_2⑵ 方形模穴底部為一體的框型構造formula_3，formula_4C值乃取決於 1/a 的常數方形模穴的底部成為一體時的常數 C⑶ 圓形模穴的框形構造formula_5，formula_6⑷ 承板formula_7，formula_8為求防止毛邊的產生，最好將最大翹曲量控制在0.1 毫米以下。防止模板厚度增加而加裝支援塊時，長度越短越好。樣式.基本樣式.二板模.二板模是最常用的模具型別，具有成本低、結構簡單及成型週期短的優點。三板模.三板模的流道系統位於中環板上，開模時撥料板頂出流道及襯套內的廢料，在三板模中流道與成品將分開頂出。熱澆道、模.射出模具可分為「熱澆道模具」及「冷澆道模具」兩大類，熱流道保持聚合物在熔融狀態可以不斷繼續射出。清角、伏陷物、倒扣位、凹陷.在設計任何塑膠成型品，所要考慮是如何自模具中完整脫離，成形品側面有凸出或凹入對模具內成形品的頂出方向產生干涉作用，此干涉部份稱之為清角。例如孔、文字等。當製品的側面帶有孔或凹槽(伏陷物)時，除極少數製品(伏陷物深度淺，塑膠較軟）可進行強制脫模外，在模具中都密考慮設定側向分型(瓣合模)或側向抽芯機構(可動式例型芯)。常用的抽芯機構為斜導柱分型抽芯、彈簧分型抽芯、彎銷分型抽芯、齒輪齒條抽芯等；抽芯可藉助於手動、機動、液動或氣動等方式來實現。型腔.是構成塑膠製品幾何形狀的部分。具體說，構成製品外形部分叫凹模(又稱陰模、母模仁)，構成製品內部形狀(加孔、槽等)稱型芯或凸模(陽模、公模仁)。總之，構成型腔的元件件統稱為成型零件。型腔的設計首先要根據塑膠的效能、製品的幾何形狀、尺寸公差，使用要求等來確定腔型的總體結構。其次是選擇分型面、確定澆口和排氣孔的位置，脫模方式等，然後按製品尺寸進行各種零件的設計及各個零件間的組合方式。另外，還應對成型零件進行正確的選材及強度、剛度的校核，同時還要考慮加工裝置的操作要求。澆道、澆口的設計.適當的模具設計乃為製造成功的塑膠製品的先決條件，直接影響成本。澆道.澆道的功用是導引熔融的塑膠，從射出機的射嘴射入模具型腔中，對於成品有莫大影響。澆道有分主澆道、次澆道。按照是否加熱可分為熱流道和冷流道。澆道需要設定 1.5 度的斜度，斜度越大塑膠越容易脫離澆道，但斜度越大冷卻時間就越長。噴嘴須比澆道小 0.5 公釐，以方便塑膠脫離澆道。指連線噴嘴到分流道之間的一段流道，與澆口處於軸心線上，可以直接開設在模具上，但常常加工成主流道襯套再緊配合於模板上。為便於取出流道贅物，主流道形狀呈圓錐形．錐度為 2 至 6度。，其進口端直徑應比噴嘴孔徑大 0.5 至 1 毫米，便於對中和減小流動阻力；進口端與噴嘴頭接觸處開成球面；為使噴嘴頭能緊密地與主流道配合，主流道進口球面的半徑應咯大於噴嘴頭半徑。主流道出口端設有冷料阱，為捕集噴嘴端部兩次注射間產生的冷料．防止堵塞分流道及澆口；冷料阱的直徑約為 8 至 10 毫米，深約 6 毫米。為了順利地脫模，其底部常設計有脫模杆，脫模杆的頂部呈曲折鉤形或設下陷溝槽，以便脫模時，能順利地拖出主流道贅物。為減少贅物回頭量，主流道長度應儘量短。流道.是主流道和澆口之間的過渡部分；為滿足熔體以等速充滿各型腔，分流道在模具上的排列應成對稱和等距離分佈；並要求其形狀使熔體流動時壓力損失最小，能快速充模。故常做成圓形、半圓形、梯形、矩形和橢圓形，但以半圓形和矩形、梯形較易加工。在保證製品質量和正常的工藝條件下，分流道的截面應儘量小，長度儘可能短。斷面配置.當熔融的材料必須以相同的流動狀態，幾乎同時達到達多數模穴中時，其原則如下：澆口.澆口雖然與成品成形性及內部應力有相對的影響，但實際上還是要依據成品形狀來決定，必須使用哪種形式的的澆口。冷料井.又稱，冷料穴、滯料部，其目的防止冷卻的塑膠料即稱之為冷料渣，如此成品品質較為均勻。頂出機構.頂出機構良好設計不僅不損壞成品，節省相當人力、成本。所須考慮之因素有3種：頂出機構共有4種：頂出梢有各種形狀，圓形的梢與梢孔加工容易，和脫料板比較的話，滑動阻力小，而且在成形品的各部的任何位置均可設定。頂針的形狀共有4種：脫模裝置.在開模過程中，為了將製品能迅速和順利的自型腔中脫出，常在模具中設定脫模裝置，主要有以機械方式和液壓方式頂出脫模的兩種形式。前者是透過固定在機架上的頂出杆來完成，頂出杆的長度可調；開模時，當移動控板後，頂出杆穿過移動模板上的孔口，觸及模具上的脫模板而頂出製品。後者是籍助於油缸液壓力實現頂出，頂出力和速度可調。二者各有優劣，可根據加工裝置、製品尺寸來選用。豎澆口固定銷、拉出機構.為了確保成品與料頭能一同留在公模(也稱：後模)上，使用三種常見的拉出機構：通氣孔、排氣孔、排氣槽.若有正確的排氣措施，容易填充塑膠，可減低塑膠溫度及射出壓力，提高填充速度生產量提高，減少瑕疵品產生，選擇模具排氣點，最好的位置在塑膠最後到達的地方和產品容易氣燒的地方開排氣，不過排氣孔過大容易發生毛邊，或是使用真空泵浦，強制排氣。模穴內若殘留空氣，會造成材料充填不足，其裝置設定原則：可以透過做鑲件或鑲排氣鋼等方式在困氣的位置，透過鑲件的間隙或排氣鋼疏鬆的氣孔將型腔內的氣體引出模具進行排氣。當塑膠熔體注入型腔時，在料流的盡頭常積有氣體(空氣、蒸汽或其它氣體等)，如不及時排出，會使成型製品上出現氣孔、表面凹痕等，甚至會引起製品區域性燒焦、顏色發暗等；因此，模具中應開設誹氣孔，排氣孔一般設在型腔內料流的盡頭，或沒在模具的分型面上；亦可利用頂出杆與頂出孔的配合間隙、脫模板與型芯的配合間隙排氣。通常，排氣孔的深約 0.025 ～ 0.1 毫米，寬約 1.5～6 毫米。模溫控制.塑膠熔體注射入型腔後，根據不同塑膠和製品的要求．往往要求模具具有不同溫度，因為模溫對製品的冷卻速度影響很大，從而對製品中的內應力、結晶與取向作用帶來影響；所以必須控制模溫，以便控制冷卻速度。熱的傳遞方式有輻射、對流和傳導三種，在模具中塑膠帶入模具所產生的熱量藉由傳導被模具吸收熱量佔 95 %，由輻射、對流散發到空氣中約有 5 %，在射出加工過程中，溫度的變化是最重要的影響因素，更對於成品的品質有極大影響，間接影響生產效率。模具溫度控制方式，是在冷卻管道中流動的液體冷卻模具，由於水相當廉價，所以水是作為初級冷卻劑來冷卻模具，水可以透過引導模具縮短快速冷卻時間。通常較冷模具更有效，因為這樣可以有更快的生產週期時間。但是，這不一定是正確的，因為部分材料太冷反而有反效果。模具在不好散熱的部位也可以透過導熱性良好的鈹銅材料將熱量快速傳遞到流經其的冷卻水上帶走，從而達到冷卻的效果。也有熔融溫度高的塑膠需要模具進行加熱注塑，例如使用電阻絲加熱棒鑲嵌在模胚板中加熱模具。模具冷卻所使用之液體，水及油2類；通常常見的為水、冰水、水加防凍劑3種。反之當需要提高模具溫度時，則是使用熱水、蒸氣或電熱線，來加熱模具。θ：溫度ρ：冷卻媒體比重Cp：冷卻媒體比熱h：樹脂傳熱係數formula_9 ：冷卻媒體的運動黏性係數Pr：普蘭特爾數接頭連線的位置.冷卻水接頭連線的位置應設定在不會妨礙模具固定在射出機壓板上的地方。在可能的狀況下，所有的出入口均應設在模具底部，若把冷卻水孔設計在側邊則可能妨礙工作；同樣把冷卻水孔設計在上面如發生溢漏，則有可能冷卻水進入到模具內部塑膠成型位置。流量.流體進入模具溫度與從模具流出來溫度溫差太大時，不利於模具的溫度分佈，流體奪走模具內塑膠的熱量而升溫，升溫過高時，代表流體進入模具不足。溫差大也說明冷卻水路的設計不理想。也可以透過測水路入口與出口的壓力差得到冷卻水路在模具中的壓力損失，判斷水路設計是否合理。模溫機.模溫機由水箱、加熱或冷卻系統、動力傳輸系統、液位元控制系統、溫度感測器等零件組成。水垢.配管內的流水所含有的有機物或無機物，容易成為水垢結晶的核心 因為水垢的附著、淤積，造成流速降低容易引起配管堵塞。也會影響模具冷卻效果造成能源浪費、縮短配管壽命等，清洗配管、更換新管，都會使成本增加。整修.保養.模具經試驗或生產塑膠成品後，若暫不使用，則應該完全擦除模具內塑膠成品渣滓、灰塵、油汙等，塗上防銹油或防銹劑，放到適當場所放置。保管.保管場所要選擇有擱架、無塵、通風良好的場所，溼度保持在 70 % 以下否則會有急速生鏽的問題。要有模具保管紀錄，可供今後修善、新製...等，參考。