控制模具溫度之變化,而這些參數之設計可藉由電腦輔助,使溫度控制理論解析變得容易許多。
(1) 模具內熔融材料傳至模具之熱量計算 大體而言,熔融材料的熱量約有5%因輻射或對流而喪失於空氣中,而95%傳導於模具中,設此熱量為Q,則 Q = S × G ×【Cp × ( T1 - T2 ) + L】 ( kCal / hr ) S:每小時的射出次數 G:每次射出材料的重量 Cp:材料的比熱 T1:材料的溫度
T2:取出時的成形品溫度,即模具溫度
L:熔解潛熱,即材料相變化所產生的熱量
(2) 模具傳至冷卻水的熱量計算
此處控制重點包括水流量大小、入水溫度、出水溫度,而為了考慮水的循環再利用,則頇選用熱交換器以降低入水溫度。另一方面若入水溫度與出水溫度相差太大時,則意味冷卻水奪走模具中的熱量過多,此將不利於模具的溫度分佈,亦即影響成形品的品質,此時可增快流速或增高注入壓力,或者增加流量。
模具每小時傳至冷卻水的熱量W計算如下: W = Q / K ( T3 - T4 ) K:水的熱傳導效率 T3:出水溫度 T4:入水溫度
2-4-3.冷卻管路的分佈實列 欲得較佳之成形品質及提高成形效率,需對成形空間、模具形狀進行適度地溫度控制,因此冷卻管路的安排就變得格外的重要,以下圖(a)及(b)舉例說明:
圖(a)大管路通以59.83℃,圖(b)小管路通以45℃的水,分別求得等溫曲線圖如圖(c)及(d)所示。由圖可知,圖(c)之模具表面的溫度變化較小,因此成形之尺寸精度較佳且殘留應力小,變形情況亦較低。
一般對冷卻系統的設置需考慮下列原則:
(1) 冷卻管的口徑、間隔以及至成形空間表面的距離需適當規劃。大致上,若冷卻管口徑為1,則管與管間格之最大值為5,而管與成形空間表面距離為3。肉厚較薄處,則必頇縮短這些值。
(2) 為儘可能保持模具溫度之均勻分佈,冷卻水應從溫度較高處流入。注道及澆口處之溫度均較高。另外在溫度較低的外側部份,則以循環熱交換的溫水來提高模溫。
(3) 成形材料若具有較大之收縮性,則冷卻管路不宜沿收縮方向設置,以防止變形。
(4) 冷卻管路應儘量沿成形空間的輪廓來設計,以保持模溫均勻分佈。 (5) 冷卻管路儘可能使用貫穿孔方式,以利日後清理。
3.塑膠模具設計流程及管制重點 在進行模具設計前,必頇先做好事前檢討之準備工作(所需之成形機型式、射出材料特性、成形技術、〃〃〃〃),然後再以和客戶洽商的結果及既有之模具設計規範為基礎進行模具設計,最後再依加工上必要的尺寸、加工程度、模具構造、〃〃〃列一檢查表以做為模具設計管制之依據。
3-1.模具設計前之檢討事項 模具設計前之檢討事項共可歸納成以下五大項:
(1) 射出成形機形式之檢討:模具設計因射出成形機的種類而異,因此頇熟知射出成形機之形式及成形能力。 -成形機之形式:
◎依合模裝置的構造區分:直壓式、肘節式、立式、臥式等。
◎ 依射出裝置區分:螺桿式、柱塞式等。
-成形能力:必頇考慮成形機之射出量、合模能力、材料之標準射出壓力、頂出桿孔位是否適當、噴嘴與注道的配合關係、定位環尺寸等。
(2) 成形材料性質之檢討:無論在模具設計或製作時,都必頇事先了解所選用成形材料之特性,及其是否可滿足成形品之要求,除非不得已,很難在模具設後再變更所選用之材料。
(3) 模具構造類型之檢討:可依使用的目的來加以選用所需之模具形式,設計上檢討的項目可歸納如下:
-依成形品必要數量,決定最經濟的模窩數及配置方式。 -決定分模面及滑動裝置形式。
-從模具材料與強度計算決定模具的外側尺寸。 -決定注道、流道、澆口的形式及配置。 -決定頂出方式。
-決定冷卻管路之尺寸、配置、冷卻及加熱方式。
-決定特殊加工法的使用與否,例如局部電鑄、表面處理、〃〃〃。 (4) 成形品形狀之檢討:
-將澆口或頂出銷的位置設置在不影響成形品外觀之處。
-在強度及外觀上檢討材料融合線可能發生的位置及所帶來的影響。 -成形品的尺寸SPEC在加工上及成形技術上是否能達成所要求之尺寸。 -脫模角度可否在容許的範圍內取最大值。 -頂出時,成形品有無局部受力過大之現象。 -決定模具表面之研磨加工程度。
(5) 成形技術之檢討:為將成形週期縮至最短且又不影響成形品的品質,模具設計時,亦頇將成形技術列入重要的考慮要素中,包含項目如下: -預估單位時間內的成形次數。
-流動性不佳的材料,需注意流道、澆口之設計。
-考慮成形品的頂出與取出方式,儘可能使成形品能自動落下。 -為防止成形品變形,可考慮使用治具矯正。
-模具構造上的設計,儘可能掩蓋成形品的變形、流痕、收縮等可預知的不良現象。
3-2.模具設計的程序 完成上述的檢討準備工作後,再以和客戶洽商的結果及既有之模具設計規範為基礎進行模具設計,具體的設計程序如下:
(1) 決定一次射出的成形數及模穴配置:在成形品產量少、成形品大及精度要求高的場合,通常使用單模穴。而若採用多模穴時,則必頇設計良好的流道配置及澆口平衡,才不致影響各模穴的成形結果,即獲一較平均且可接受之成形品質。
(2) 決定分模線及流道、澆口:先依成形品外觀設計之要求而決定分模線位置,接著選用最適合的澆口形式,再由成形品的大小來決定流道的尺寸。決定了分模線、流道、澆口後,則模具的基本構造已形成,再就可能發生毛邊的位置或外觀上的問題,決定後加工的方式進行外觀上修整。 (3) 死角(undercut)的處理與頂出方法的決定:成形品若有死角時,則必頇考慮以何種方式將成形品頂出,但為避免頂出後所造成的頂出銷殘留痕跡,可採用剝料板、套筒、空氣頂出或並用之。 (4) 模具材料及加工法的決定:
-模具材料之選擇:適當與否,對模具壽命、加工性、精度等有重大的影響,一般可以下列所述當作模具材料選定之依據:
◎ 材料取得容易。 ◎ 機械加工性佳。
◎ 耐磨耗性大,耐蝕性良好,耐熱性佳。
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