1 引言
隨著電子、電信、醫(yī)療、汽車(chē)等行業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)塑件的精度、性能要求也越來(lái)越高、精密注射成型要求塑件不僅具有較高的尺寸精度、較低的翹曲變形，而且還要有優(yōu)異的光學(xué)性能。注射成型是最重要的塑料成型方法之一，如何提高注射成型技術(shù)水平，生產(chǎn)出高精度的塑件，創(chuàng)造高附加值的產(chǎn)品，模具設(shè)計(jì)是重要環(huán)節(jié)。在精密注射成型模設(shè)計(jì)中，除了應(yīng)考慮一般模具設(shè)計(jì)事項(xiàng)外，還要特別考慮如下事項(xiàng)。
2 適當(dāng)?shù)哪＞叱叽缇?br> 2.1 塑件尺寸精度與模具尺寸精度的關(guān)聯(lián)
根據(jù)塑件圖考慮模具設(shè)計(jì)、模具制作和塑件成型過(guò)程。首先從塑件圖面尺寸求得模具圖面尺寸，然后按模具圖面尺寸制作模具，得到模具實(shí)際尺寸，再由模具得到成型塑件。但問(wèn)題是如何保證塑件實(shí)際尺寸在圖面所要求尺寸公差內(nèi)。
2.2適當(dāng)?shù)氖湛s率
即使同一樹(shù)脂收縮率也會(huì)因成型條件不同而不同，精密成型要求收縮率變化小，預(yù)計(jì)收縮率和實(shí)際收縮率盡可能無(wú)差異。當(dāng)前收縮率的確定主要是通過(guò)整理以往類(lèi)似塑件的實(shí)際收縮率來(lái)推定，也有用實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｇ髮?shí)際收縮率，再經(jīng)修正，設(shè)計(jì)制作生產(chǎn)模。但完全恰當(dāng)?shù)赝贫ㄊ湛s率幾乎是不可能的，不可避免地要在試模后修正模具。為便于模具修正，在設(shè)計(jì)模具凹部尺寸時(shí)應(yīng)將收縮率取小值，設(shè)計(jì)凸部尺寸時(shí)將收縮率取小值，設(shè)計(jì)凸部尺寸時(shí)將收縮率取大值。
3 防止產(chǎn)生收縮率波動(dòng)
精密注射成型必須以確定的尺寸作為制怍模具的前提。然而，即使模具尺寸一定，塑件實(shí)際尺寸也會(huì)因?qū)嶋H收縮率不同而不同，所以在精密注射成型中，收縮率控制十分重要。
3.1 影響收縮率的主要因素
模具尺寸可由塑件尺寸加上收縮率求得，所以在模具設(shè)計(jì)時(shí)需考慮影響收縮率的主要因素。影響收縮率的主要因素有:①注射壓力；②樹(shù)脂溫度；③模具溫度；④澆口截面積；⑤注射時(shí)間；⑥冷卻時(shí)間；⑦塑件壁厚；⑧增強(qiáng)材料含量；⑨定向性；⑩注射速度。但塑件成型后仍然存在收縮，影響成型后收縮的主要因素有內(nèi)部應(yīng)力、結(jié)晶度、溫度、濕度等。
(1)注射壓力的影響。注射壓力對(duì)收縮率影響很大，注射壓力大，收縮率小，塑件實(shí)際尺寸較大。在單個(gè)模腔內(nèi)，注射壓力內(nèi)因塑件形狀不同而不同，在多模腔內(nèi)，各模腔內(nèi)注射壓力存在差異，結(jié)果各模腔的收縮率也不相同。
(2)模具溫度。無(wú)論是非結(jié)晶樹(shù)脂還是結(jié)晶樹(shù)脂，模具溫度高，收縮率大。精密成型必須將模具溫度維持在特定溫度，因此在模具設(shè)計(jì)時(shí)，必須注意冷卻回路設(shè)計(jì)。
(3)澆口截面積。改變澆口截面積會(huì)使收縮率發(fā)生變化，收縮率隨澆口尺寸變大而變小，這與樹(shù)脂的流動(dòng)性有關(guān)。
(4)塑件壁厚。對(duì)于非結(jié)晶樹(shù)脂，壁厚大，收縮率大，對(duì)于結(jié)晶樹(shù)脂，則必須避免壁厚發(fā)生較大變化。多模腔時(shí)，如果模腔壁厚有差異，收縮率也將產(chǎn)生差異。
(5)增強(qiáng)材料含量。用玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂時(shí)，玻璃纖維含量越多，收縮率越小，流動(dòng)方向的收縮率比橫向收縮率小。為了防止扭曲、翹曲，還必須考慮澆口形狀、位置和數(shù)量的影響。
(6)定向性。所有樹(shù)脂都存在定向性，結(jié)晶樹(shù)脂的定向性特別大，并因壁厚和成型條件不同而有差異。
3.2 采取措施
(1)保證流道，澆口平衡。單模腔多澆口以及多模腔中進(jìn)行充模時(shí)，澆口要平衡。由于樹(shù)脂流動(dòng)與流道中的流動(dòng)阻力有關(guān)，在取澆口平衡前最好先取流道平衡。
(2)模腔排列方式。為了使成型條件設(shè)定容易，要注意模腔排列方式。由于熔融樹(shù)脂將熱量帶入模具，在一般模腔排列情況下，模具溫度分布以澆口為中心的同心圓狀，在選擇模腔排列方式時(shí)，既要取流道平衡，又要取以澆口為中心的同心圓狀排列。
(3)冷卻回路設(shè)計(jì)。模具溫度對(duì)收縮率影響很大，同時(shí)冷卻時(shí)間不同也會(huì)帶來(lái)溫度變化。從熱交換效率來(lái)看，冷卻液的流動(dòng)應(yīng)為素流，冷卻回路最好設(shè)計(jì)為串聯(lián)的折流板式。冷卻時(shí)型腔與型芯處熱量是不同的，熱阻力也因回路構(gòu)造不同而異，入口水溫在模腔與型芯處具有較大差異，因此，精密成型模的冷卻回路應(yīng)采用型腔與型芯分別設(shè)計(jì)，并分別用溫控機(jī)進(jìn)行溫度控制。
4 防止產(chǎn)生成型變形
成型變形產(chǎn)生的原因是收縮不均勻，有內(nèi)應(yīng)力，防止產(chǎn)生成型變形的措施有：
(1)選擇合適的澆口數(shù)量。例如在設(shè)計(jì)中心有孔的圓筒形注射模時(shí)，必須在中心設(shè)置澆口。然而在樹(shù)脂的流動(dòng)方向與垂直方向收縮率存在較大差異，有產(chǎn)生橢圓的缺點(diǎn)。當(dāng)中心孔有高精度圓度要求時(shí)，模具需設(shè)計(jì)成3個(gè)或6個(gè)澆口，還要注意各澆口的平衡。在使用側(cè)澆口時(shí)，3個(gè)澆口將使圓筒狀塑件內(nèi)徑增大，當(dāng)外表面不允許有澆口痕跡時(shí)，使用內(nèi)側(cè)多點(diǎn)分澆口可以達(dá)到要求。
(2)澆口形狀和位置。根據(jù)塑件形狀選用合適的澆口，如同一環(huán)形塑件，采用側(cè)澆口、點(diǎn)澆口、輪輻澆口和薄膜澆口成型后變形程度不同，其中薄膜澆口的特點(diǎn)是可看作長(zhǎng)的矩形邊緣澆口，通�？缭侥Ｇ坏恼麄�(gè)整度，提供較大的流動(dòng)面積，充填時(shí)間快且充填均勻，翹曲變形小，特別適用于翹曲變形量大的塑料成型。
5 防止脫模產(chǎn)生變形
精密塑件尺寸一般較小，塑件壁厚較薄，有的還有許多薄筋。模具設(shè)計(jì)必須考慮在塑件不變形的情況下脫模。對(duì)于收縮率較小的樹(shù)脂，當(dāng)成型壓力高時(shí)，需注意塑件易留在模腔內(nèi)。用收縮率小的樹(shù)脂成型齒輪時(shí)，齒輪部分模腔最好設(shè)計(jì)在頂出一側(cè)的模板上。在用推桿時(shí)，需注意無(wú)變形的推桿數(shù)和頂壓位置。帶孔齒輪有型芯時(shí)，為了平行頂出，需設(shè)置頂出側(cè)模板。對(duì)于角狀塑件，可以使用沖孔模板頂出、用這種模板頂出可以防止產(chǎn)生變形。
一般精密塑件拔模斜度較小，為了減小脫模力，需鏡面加工，研磨方向必須為拔模方向，按拔模方向設(shè)計(jì)出容易研磨的分塊型芯。
6模具制造誤差
6.1 按要求的加工方式確定適當(dāng)?shù)牧慵Y(jié)構(gòu)
為了獲得所要精度的塑件尺寸，必須要有相應(yīng)的模具尺寸，而保證模具尺寸需要有極高精度的機(jī)械加工。為了維持模具精度，耐磨性要高，為此需要淬火。用磨床及電火花加工機(jī)床加工淬火材料的精度可達(dá)0.01mm以內(nèi)。由于用平面磨床無(wú)法加工封閉槽形，可選用"]"_形加工，但因“]”形強(qiáng)度差，需采用圖1
所示的增強(qiáng)措施。用電火花機(jī)床加工時(shí)，必須注意電極端的磨損變大。加工圖2
所示的齒輪，用鋁絲電火花加工機(jī)床加工時(shí)，應(yīng)盡可能設(shè)計(jì)能夠貫通加工的結(jié)構(gòu)。從防止磨削變形和縮短加工時(shí)間方面來(lái)看，要選定淬火變形小的鋼材，而且要設(shè)計(jì)為淬火變形小的形狀。形狀復(fù)雜時(shí)，淬火冷卻不易均勻，易產(chǎn)生淬火變形。6.2 分割式模具
為了將淬火零件加工成較高精度，要使用磨床。因此，需采用鑲件組成分割式模具，有如下特征：
(1)因?yàn)榭蛇x擇適當(dāng)材料，所以能夠100％使用適當(dāng)硬度等模具材料的性能。(2)能夠利用耐蝕性和耐磨性高的模具材料。
(3)能夠分別熱處理，容易設(shè)定熱處理?xiàng)l件。
(4)能夠使用鏡面加工性良好的模具材料，鏡面加工操作容易，能夠提高光潔度。
(5)容易按拔模方向研磨，有利于采用拔模斜度小的模具。
(6)由于硬化．可延長(zhǎng)模具精度保持時(shí)間，模具壽命長(zhǎng)。
(7)容易在任意位置設(shè)排氣槽，所以充模容易。
(8)磨削加工容易。
(9)能夠提高模具零件精度，可提高塑件精度。
(10)可在較小的公差內(nèi)制作備用模腔和型芯。部件互換性高，容易維修。
(11)以磨削加工為主體，加工效率高。
(12)零件數(shù)多，需要極大提高各零件加工精度。
(13)局限于特定的加工方法。
(14)難以采用完全淬火。
6.3分割式模具設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)
模具尺寸的精度和各零件的精度必須由塑件尺寸精度決定。分割數(shù)越多，累積誤差越大，越要提高各零件的加工精度，所以分割數(shù)越少越好，一般禁止在塑件表面設(shè)分型線，不僅外觀上不美觀，而且在使用上也會(huì)造成缺陷。若在產(chǎn)生應(yīng)力處有分型線，往往因應(yīng)力集中而容易破損。磨削加工容易得到均勻的尺寸，所以應(yīng)分割成可用研磨劑加工的形狀。易損部分應(yīng)分割成易更換的。并考慮選用高耐磨性合金。此外，要考慮組裝和拆卸，必須用能夠容易、正確地復(fù)原精度的結(jié)構(gòu)，組裝模腔和型芯的各零件，如果分別裝在基座上，則模腔與型芯必須同心。在使用安裝銷(xiāo)釘時(shí)，必須正確研磨銷(xiāo)孔。為確�；瑝K件的定位，需要防止模具精度的波動(dòng)。為了維持滑塊件的精度，滑塊件都應(yīng)淬火研磨。側(cè)型芯滑動(dòng)部分的配合應(yīng)有定位退拔部分，如圖3所示，側(cè)型芯尺寸大時(shí)，中間部分可以設(shè)狹小的導(dǎo)槽。
7 模具精度的保持
7.1 確保模腔與型芯同心
為了正確地合模，必須把兩模板設(shè)計(jì)成能正確定位的結(jié)構(gòu)．如圖4—6所示。
7.2 防止模具變形
為了避免因注射壓力作用于模腔而產(chǎn)生模具變形，模具強(qiáng)度就要足夠大。在型芯板中間常加支柱，材料選用高強(qiáng)度鋼，并且將容易受彎曲的銷(xiāo)設(shè)計(jì)在澆口附近，還要減小作用于銷(xiāo)的樹(shù)脂流動(dòng)壓力。
7.3 預(yù)防時(shí)效變化
模具需要淬火回火處理時(shí)，如果有殘留奧氏體，將產(chǎn)生時(shí)效變化，導(dǎo)致模具尺寸精度變化。所以要在能使殘留奧氏體分解的溫度回火，并且需要用深冷處理。
考慮模具使用時(shí)的磨損，需提高硬度，使用淬、回火變形小的材料。磨削與切削加工相比，磨削加工效率低，為了縮短加工時(shí)間，盡量減少磨削加工。
作者：中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng) 來(lái)源：中國(guó)塑料機(jī)械網(wǎng)信息中心
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