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注塑成型:模具设计

钢的选择                               

GLS TPEs一般是非研磨性和腐蚀性的. 工具钢的选择取决于要生产零件的数量和质量. 对于大批量生产,高质量模具的初始费用是一项合理的投资.

有各种各样的工具钢可用于注塑模具的建造. 下表列出了常用工具钢的性能和它们所使用的典型模具部件. 软金属, 如铝和铍铜, 可以用于原型零件或短生产运行多达10,000个零件.

一些零件的设计可能受益于使用高导热材料,如铍铜. 这种材料比钢更不耐用,如果在分型线上使用,可能比钢更快地滚刀或磨损. 铍铜可用于镶件, 幻灯片或核心,以增加传热速率和减少循环时间. 在有长抽芯的情况下,喷泉式的起泡器可能是有益的.

钢类型

钢性能

模具组件

P-20

预硬化,机器良好,高碳,通用钢. 
劣势: 如果储存不当会生锈吗.

模具底座、顶出板和一些型腔(如镀镍或镀铬以防止生锈).

H-13

良好的通用工具钢. 可以抛光或热处理吗. 更好的耐蚀性.

型腔板和型心板.

S-7

良好的高硬度,提高了韧性,是通用工具钢. 机器性能好,抗冲击,抛光性能好.
劣势: 更高的成本.

型腔板、芯板、层压板及薄壁型材.

A-2

良好的高韧性工具钢. 热处理和抛光良好.

顶针,顶针套筒和顶针叶片.

D-2

非常坚硬,耐磨性高,钒含量高,稍脆.
劣势: 困难的机.

闸板、导板防止磨损,闸板防止磨损.

420 SS

韧性耐腐蚀材料. 热处理和抛光良好. 
劣势: 高成本.

型腔块、顶针、套筒等.

 

模具表面处理    

  • 在一般情况下, 电火花加工表面将产生良好的纹理,并可能改善在零件弹出过程中从刀具释放. 哑光或纹理表面也可以帮助隐藏任何流痕或其他表面缺陷.
  • 如果需要类似于热固性橡胶的哑光处理, 应该使用较粗糙的模具纹理(或Versalloy TPV合金), 自然产生亚光表面).
  • 蒸汽珩磨, 喷砂或喷珠和化学蚀刻被用来产生具有不同程度光泽和外观的纹理表面.
  • 为了产生光滑的表面,需要一个抛光的模具和一个未填充级应该使用.
  • 一个高度抛光的工具和透明的材料需要产生一个良好的清晰度.
  • 帮助释放, 在经过喷砂或电火花处理后,可以在型腔或型心表面涂上一层释放涂层,如PTFE浸渍镍.

浇口和浇口拉拔器设计 

浇口应该有足够的通风,从1°到3°,以最大限度地减少阻力和浇口粘连. 较长的浇口可能需要更大的锥度(3°- 5°),如图1所示. 通常,浇口直径应该略大于喷嘴直径. 电火花完成是可接受的大多数GLS TPE配方. 永久性表面润滑剂处理也已成功应用.

浇口拉拔器的设计因材料的硬度不同而不同. 各种可能的浇口设计如图1至图5所示.

不同TPE硬度值的典型浇口设计如下表所示:

典型TPE硬度范围

最常见的浇口拉拔器类型

Figure

> 50 Shore A

锥形、针形

1 2和4

40 - 70海岸

削弱

3

有些人支持一个

松树

5

 

热浇口套管和加长喷嘴可与GLS TPEs一起使用. 在很多模具, 浇口是模具中最厚的壁段,它将控制最小的冷却时间. 热泉的使用, 这可以看作是机器喷嘴的延伸, 有时可以减少循环时间. 也可以使用加长机喷嘴来减少浇口的长度和尺寸. 当使用热喷口时, 机器喷嘴尖端应该是自由流动的喷嘴,而不是反向喷嘴.

图1 图2 

图3 

图4 

图5

*使用0.0625"厚x 0.375"宽通道400°F.

对于螺旋流动信息的具体等级或螺旋流动测试程序的额外细节, 请参考TPE提示#7.

常规流道设计    

平衡的流道结构是实现腔与腔之间均匀零件质量的关键. 在平衡流道系统中,熔体以相等的时间和压力流入每个腔体. 流道平衡可以用计算机模流分析程序进行设计,并通过进行短镜头研究进行验证.

不平衡流道可能导致不一致的零件重量和尺寸变化. 最靠近浇口的空腔可能超载,并可能发生冲水. 由于过度包装,零件也可能产生高模内应力,从而导致翘曲. 平衡流道系统的例子如下图所示:

图6 图7

图8显示了不同的流道截面及其相关的效率. 全轮跑步者对气流和表面积的阻力最小, 让材料保持更长时间的熔化. 第二有效的流道截面是改进型梯形. 这个跑步者的几何形状最接近于模拟一个完整的圆形跑步者, 但只需要在一个板上加工. 图9显示了典型的球刀尺寸和相应的改进梯形流道尺寸. 图10说明了典型的流道尺寸.

图8 

图9 

图10

跑步者饲养员                               

流道保持器或吸料销提供折边以保持流道在所需的板材上,但不应限制物料通过流道. 图8和图9显示了跑步者和吸盘针的典型位置. 图11展示了一个跑步员的设计示例.

图11

闸门设计与选址         

大多数传统的门控类型都适用于加工GLS TPEs. 浇口的类型和位置,相对于零件,可能会影响以下几点:

  • 部分包装
  • 门的清除或痕迹
  • 部分化妆品外观
  • 零件尺寸,包括翘曲.

标签/边缘盖茨

片形或边形浇口(图12)最常用的是传统的浇口和冷流道系统. 边缘浇口的优点是易于制造、修改和维护.

  • 浇口深度(D)应为浇口壁厚的15% - 30%. 通常的做法是启动“钢安全”.
  • 一个好的入口宽度起始点应该是1.0 - 1.5倍的闸门深度.
  • 栅极地应等于或略长于栅极深度.

图12图13

海底/隧道闸门

潜艇或隧道闸门是自排气的. 在零件顶出时,工具钢将零件与转轮分开. 图13是一个典型的水下门的设计. 腰果型闸板摩擦系数高,伸长率高,不宜用于中软硬度TPEs.

扇门

扇形闸门是制表闸门的流线型变体(图14). 扇门使物料更均匀地进入腔内, 因此,它通常用于要求高度平整度和没有流线的部件. 它还最大限度地减少了闸门皱褶或零件翘曲的可能性.

图14

浇口或直接浇口

浇口或直接浇口常用于原型零件,因为它价格便宜. 这种类型的门控不推荐用于GLS苯乙烯型TPEs,因为它们有很高的延伸率. 此外,浇口需要修整,因此零件的外观质量通常较差. 如果选择浇口浇注, 应注意保持浇口的长度和直径尽可能短和小.

隔膜门

隔膜门是用来保持圆形零件的同心度. 它甚至允许流动进入腔和最大限度地减少潜在的编织线. 由于各向异性收缩,使用中心或隔膜门控的扁圆零件可能不铺设平. 环状门也可用于圆形部分的外部.

门的类型

优势

缺点

边缘/标签/扇形浇口

  • 适用于平面零件
  • 很容易修改
  • 模后浇口/流道的去除是困难的
  • 可怜的门遗迹

潜入式浇口

  • 门自动删除
  • 最小的门遗迹
  • 更难加工

隔膜门

  • 同心
  • 适用于圆形零件
  • 没有编织线
  • 除Post-molding门

销门(3-plate)

  • 门自动删除
  • 最小的门遗迹
  • 局部冷却
  • 需要浮子板
  • 更多的废
  • 工具成本较高

阀门闸板(热流道系统)

  • 最小的门遗迹
  • 积极的关闭
  • 最小化后包
  • 工具成本较高
  • 更高的维护
  • 仅适用于热流道系统

 

门的位置

苯乙烯型TPEs是各向异性的, 因此,它们在流动方向和横流方向具有不同的物理性质. 取决于产品的预期用途, 这些属性差异可能对最后一部分的性能至关重要. 作为一个结果, 苯乙烯TPE的各向异性性质需要考虑时,确定浇口位置的部分.

物质流量可以用肉眼或使用流量分析程序来估计. 对于高收缩率等级, 这部分可能会在靠近门的地方收缩, 如果在浇口处有很高的模内应力,那会导致“浇口皱缩”. 如果薄壁件存在填充问题, 增加流道或壁厚的微小变化都可以改变流量. 在某些情况下,可能需要添加第二个栅极以适当地填充零件.

建议门位置:

  • 在最大的横截面,允许部分包装和减少空隙和下沉.
  • 尽量减少流动路径上的障碍物(围绕磁芯或引脚流动).
  • 尽量减少喷射.
  • 浇口周围的残余应力不会影响零件的功能或美观.
  • 减少美容部位的流斑.
  • 以减少潜在的针织线.
  • 方便手动或自动脱线.
  • 使流道长度最小.

模具排气                               

模具排气对成品的质量和一致性至关重要. 需要进行通风以使空气进入浇口, 流道和型腔在熔体流入型腔时离开刀具. 不充分的排气可能导致短射、表面外观不良或焊缝薄弱. 通过流量模拟软件可以预测零件设计中潜在的气陷. 一旦该工具已经建成,短镜头研究可以用来寻找关键的通风区域.

  • 通风口应该放置在最后的地方填补和在区域焊缝发生.
  • GLS TPEs的典型通风口尺寸为0.0005" - 0.0010" (0.012 mm - 0.025毫米)与一个0.040" - 0.060“(10毫米- 15毫米)土地.
  • 过了陆地,通风口深度应该增加到0.005" - 0.010" (0.12 mm - 0.25mm),为空气从工具出口提供一个清晰的通道(图15).
  • 在分型线以下的区域通风可以通过允许顶针为0来完成,001两侧松脱(图16).
  • 肋骨或口袋的排气可以通过排出顶针来实现, 或者使用多孔模具钢.
  • 顶针通风口是自清洁的,但应该每天擦拭一次以清除积聚物. 当多孔塞通风口堵塞时,需要更换或拆卸并清洗.

图15 图16

一部分抛射                               

在较长的拉伸区域,零件弹出比较困难. 顶针应该位于转弯处和不影响美观的部位. 顶针叶片、顶针套筒和脱模环可用于零件的顶出.

使用最大直径的销钉,尽可能减少销钉穿过痕迹. 更大的引脚也允许弹射温暖的部分,这可以减少周期时间. 使用一个3°- 5°每边在所有长拉伸区域.

空气喷射和提升器的使用可以帮助剥去大的底边,提供材料有变形的空间时,空气被应用. 模具表面纹理和特殊的模具表面处理也可以帮助把零件从“A”一半. 推进型芯通常用于剥离较大的内部凹口.

模具冷却                               

  • 模具应该有足够的冷却来优化循环时间.
  • 模具材料的使用具有较高的传热性能, 比如铍和铜, 可以用来冷却幻灯片或插入.
  • 市售的喷泉型起泡器也可以帮助冷却长芯.
  • 建议可移动侧和固定侧分别设置冷却器. 这允许处理器使用差速冷却来帮助保持在移动(“B”)板上的部件.
  • 应避免将冷却线从A板连接到B板.

热流道系统   

表5总结了热流道系统、冷流道和热流道之间的差异. GLS TPEs具有相当的热稳定性,目前已成功地用于热流道工具中.

热流道系统的选型受产品设计和生产要求的影响. 有许多热流道组件和工具制造商可用. 如果可能的话,使用具有苯乙烯TPEs经验的系统或部件供应商. 如果SBS TPEs在高温下保持太长时间,就会发生交联(形成凝胶), 因此,对于这些材料,不推荐使用热流道工具.

下表总结了对热流道系统的比较评估:

系统类型

优势

缺点

冷流道

  • 工具成本低
  • 很容易修改
  • 启用机器人技术
  • 通常控制着周期时间
  • 潜在的冷鼻涕虫
  • 潜在的浇口粘连
  • 废(尽管regrindable)

热喷嘴或加长喷嘴

  • 更快的周期
  • 最大限度地减少废
  • 易于维护
  • 更好的温度控制
  • 工具成本较高
  • SBS TPEs的潜热降解

热流道

  • 没有运动员废
  • 更快的周期时间
  • 精确的温度控制
  • 工具成本最高
  • 清除
  • 材料降解
  • 维护

 

管汇设计                               

  • 外部加热系统是最好的.
  • 内部加热歧管不适合TPEs. 这些系统通常有热点和滞流区,导致部分凝固的材料粘在较冷的管汇壁上.
  • 为了获得最大的灵活性,设计应该是自然或几何平衡的. 流变平衡是可能的,但只适用于特定的品位或流变曲线.
  • 所有通道应高度抛光圆形截面与温和弯曲,以减少停滞的可能性.
  • 以保持高剪切, 尽量减少停留时间,促进流动, 这些通道的直径应为0.250" to 0.375".
  • 建议对热流道进行个性化区域控制,以便操作人员稍微调整平衡,使各部件更加均匀.

热流道浇口设计      

阀盖茨

对于表面质量至关重要的高产量零件,阀门闸板提供了最佳的解决方案, 例如医疗和化妆品. 由于阀门闸板只在零件上留下一个轻微的环,因此闸板残留物被减到最小.

进一步的改进可以通过将阀门定位在零件表面以下的凹陷处或将闸板隐藏在零件细节处来实现. 带阀门的热流道系统示例如下:

图20

图片由模具大师有限公司提供,Dura是模具大师有限公司的注册商标

阀门闸板的闸板直径应该大约为0.030" to 0.125",取决于零件的尺寸和厚度.

在阀门关闭和保持压力释放之前,阀门闸板不要求部件中的材料冻结. 因此, 下一个循环的螺杆回收可以提前开始,减少总循环时间.

闸阀元件需要与模具板绝缘,以保持适当的温度控制. 由于一些GLS等级粘度低, 阀门闸板必须保持严密,以防止泄漏或毛发闪烁.

热喷嘴盖茨

热尖门适用于GLS TPEs, 但它们会留下一些栅极痕迹(可能高达50% - 75%的栅极直径). 通过在零件表面下方稍微凹入浇口,可以减少残留. 热尖的地面长度应小于门的直径.

热尖部的部件应该与模具板和型腔适当绝缘. 为了实现这一点, 浇口的浇口长度可能需要加长,浇口的一部分应该是浇口的一部分.

尖端的所有通道都应该高度抛光和流线型,以减少停滞和退化区域. 设计的效率可以通过记录在生产零件时完全改变颜色所花费的时间来验证. 这表明是否有任何残余死区物质继续进入熔体流.

用于热端浇口系统, 应该有一个足够长的延迟,以使部分完全建立之前咀嚼为下一个周期开始. 如果没有延迟,零件可能会过度包装. 这对于低硬度、高流动性的材料尤其重要. 减少带大闸门的厚壁零件的过度包装, 在咀嚼时使用最小的背压.

因为TPEs在熔融状态下是轻微可压缩的, 较大的流道体积会导致模具打开后热喷嘴口流口水. 为了防止口水, 浇道系统应尽量减少,并在模具打开前对熔体进行减压.