浅谈模具的设计与试模

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摘 要:塑料制品的质量在很大程度上决定于模具的质量,因此,模具的设计和优化是非常重要的。探求模具的设计与试模,以保证模具的制造质量符合制品生产的要求。

关键词:模具;设计;试模

一、模具的设计

模具的设计应考虑以下因素

(一)制品的原料

设计塑料注射模具首先要对塑料有一定的了解,塑料的主要成分是聚合物。聚合物的分子一般呈链状结构,线型分子链和支链型分子认为是热塑性塑料,可反复加热冷却加工;而经过加热多个分子发生交联反应,连结成网状的体型分子结构的塑料通常是一此次性的,不能重复注射加工,也就是所说的热固性塑料。既然是链状结构,那塑料的在加工时收缩的方向也是跟聚合物的分子链在应力作用下取向性及冷却收缩有关,在流动方向上的收缩要比其垂直方向上的收缩多。

(二)制品的形状及工艺

产品收缩也同制品的形状、浇口、热胀冷缩、温度、保压时间及内应力等因素有关。通常书上提供的收缩率范围较广,在实际应用中所考虑的是产品的壁厚、结构及确定注塑时温度压力的大小和取向性。一般产品如果没有芯子支撑,收缩相应要大些。塑料注塑模具基本分为静模和动模。在注塑机的注射头一边的带浇口套的为静模,静模一般有浇口套、靠板、模板组成,简单模具(特别是静模没有芯子的模具)也可以不使用靠板,直接用厚一点的模板就可以了。浇口套一般为标准件,除非特殊原因,不建议取消。浇口套的使用有利于安装模具、更换方便,不用自己抛光。有些特殊模具浇口套可用钻出来或用锥度线割割成。部分模具必须静模脱模时,还得加上静模脱模机构。动模的结构一般为动模板、动模靠板、脱模机构以及模脚和装机固定板。脱模机构中除了脱料杆,还有回位杆,部分模具还要增加弹簧以实现例如自动脱模等功能。还有导柱、冷却水孔、流道等也是不可少的模具的基本结构。当然,斜导模具还有斜导盒、斜导柱等。

(三)模具的寿命

现在的模具基本上要进行热处理,加高模具的硬度,提高模具使用寿命。在热处理前,先对模板进行初步加工:钻好导柱孔、回位孔(动模)、型腔孔、螺丝孔、浇口套孔(静模)、拉料孔(动模)、冷却水孔等,铣好流道、型腔,有些模具还应铣好斜导盒等。现在的普通精密模具的模板一般用Cr12、Cr12Mov和一些专业模具钢,Cr12等硬度不能太高,在HRC60度时经常开裂,模板的常用硬度一般为HRC55度左右。芯子的硬度可在HRC58以上。如果材料为3Cr2W8v,制造后再氮化处理表面硬度,硬度应为HRC58以上,氮化层应越厚越好。浇口直接关系到塑件的美观,浇口设计不好的话,容易产生缺陷。在没有任何阻挡的情况下很容易产生蛇型流。对于要求高的产品,还应设计溢流和排气。溢流处可以用顶杆,不要在模板上留有溢流飞边,才不至于影响模具寿命。

二、试模

模具设计不当往往会造成最终产品出现这样或那样的缺陷。所以,在对模具进行修改之前,通常要先进行试模和评估,优化模具设计和工艺参数,这样才能避免不必要的误差,达到事半功倍的效果,同时满足批量生产的高质量要求。

(一)设置料桶的温度

初始的料桶温度设置必须依据材料供应商的推荐,并使用探测器测量熔体的实际温度。因为我们所设定的料桶温度往往由于环境、温度传感器的型号和位置深度不同等原因,并不能保证与熔体温度100%的一致。有时由于油污的存在或其他原因,熔体的实际温度和料桶的设置温度差别很大。

(二)设置模具的温度

初始的模具温度设置也必须根据材料供应商提供的推荐值。需要注意的是,我们所说的模具温度指的是模腔表面的温度,而不是模温控制器上显示的温度。很多时候,由于环境以及模温控制器的功率选择不当等原因,模温控制器上显示的温度与模腔表面的温度并不一致。因此,在正式试模之前,必须对模腔表面的温度进行测量和记录。同时,还应当对模具型腔内的不同位置进行测量,查看各点的温度是否平衡,并记录相应的结果,以为后续的模具优化提供参考数据。

(三)根据经验,初步设定塑化量、注射压力的限定值、注射速度、冷却时间以及螺杆转速等参数,并对其进行适当的优化。

(四)进行填充试验,找出转换点

转换点是指从注射阶段到保压阶段的切换点,它可以是螺杆位置、填充时间和填充压力等。这是注塑过程中最重要和最基本的参数之一。在实际的填充试验中,需要遵循以下几点:

1.试验时的保压压力和保压时间通常设定为零;

2.产品一般填充至90%~98%,具体情况取决于壁厚和模具的结构设计;

3.由于注射速度会影响转压点的位置,因此,在每次改变注射速度的同时,必须重新确认转压点。

通过填充试验,可以看到材料在模腔里的流动路径,从而判断出模具在哪些地方容易困气,或者哪些地方需要改善排气等。

(五)找出注射压力的限定值

在此过程中,应当注意注射压力与注射速度的关系。对于液压系统,压力和速度是相互关联的。因此,无法同时设定这两个参数,使其同时满足所需的条件。

在屏幕上设定的注射压力是实际注射压力的限定值,因此,应当将注射压力的限定值设定为始终大于实际的注射压力。如果注射压力限定过低,使得实际注射压力接近或超过注射压力的限定值,那么,实际的注射速度就会因为受到动力限制而自动下降,从而影响注射时间和成型周期。

(六)找出优化的注射速度

这里所指的注射速度,是同时满足使填充时间尽量短,同时填充压力尽量小的注射速度。在这一过程中,需要注意以下几点:

1.大部分产品的表面缺陷,特别是浇口附近的缺陷,都是由于注射速度引起的。

2.多级注射只在一次注射不能满足工艺需求的情况下才使用,特别是在试模阶段。

3.在模具完好、转压点设定正确,且注射速度足够的情况下,注射速度的快慢与飞边的产生没有直接关系。

(七)优化保压时间

保压时间也即是浇口的冷凝时间。一般,可以通过称重的方式确定浇口的冷凝时间,从而得到不同的保压时间,而最优化的保压时间则是使产品模重达到最大时的时间。

(八)优化其他参数,如保压压力和锁模力

最后,需要强调的是,试模的目的和重点在于优化模具和工艺,以满足批量生产的要求,而不仅仅是试验出好的产品试样。

(作者 身份证号:332621196810263495)