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注射成型:模具设计

钢的选择                               

GLS TPEs通常是非磨蚀性和非腐蚀性的. 工具钢的选择取决于要生产的零件的数量和质量. 对于大批量生产,优质工装的初始费用是一项合理的投资.

各种各样的工具钢可用于注塑模具施工. 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, 可用于原型零件或短生产运行多达10,000个零件.

一些零件设计可能受益于使用高导热材料,如铍铜. 这种材料不如钢耐用,如果在分型线上使用,可能比钢更容易滚刀或磨损. 铍铜可用于镶件, 滑梯或铁芯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,机械性能好,高碳,通用钢. 
劣势: 如果储存不当会生锈吗.

模具底座,顶出板和一些空腔(如果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.

腔板和芯板.

S-7

硬度高,提高韧性,通用工具钢. 机械性能好,耐冲击,抛光效果好.
劣势: 更高的成本.

腔板,芯板和层合板,以及薄壁型材.

A-2

优质高韧性工具钢. 热处理和抛光效果好.

弹射针,弹射套和弹射刀片.

D-2

硬度高,耐磨性能好,含钒量高,有些脆.
劣势: 困难的机.

闸板、基板防止磨损,闸板防止磨损.

420 SS

坚韧耐腐蚀材料. 热处理和抛光效果好. 
劣势: 高成本.

空腔块、引脚、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,并可改善零件弹射过程中从工具中释放出来的情况. 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.
  • 如果需要类似热固性橡胶的哑光处理, 应该使用粗糙的模具纹理(或Versalloy TPV合金), 自然会产生哑光表面).
  • 蒸汽珩磨, 喷砂或喷珠和化学蚀刻被用来生产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的等级.
  • 需要高度抛光的工具和透明的材料来生产具有良好清晰度的零件.
  • 来帮助释放, 所述腔体或芯体在经过喷砂或电火花处理后,可涂上诸如PTFE浸渍镍的释放涂层.

浇道和浇道拉式设计 

浇道应该有足够的吃水,从1°到3°,以减少阻力和浇道卡住. 较长的浇口可能需要更多的锥度(3°- 5°),如图1所示. 通常情况下,浇口直径应略大于喷嘴直径. 对于大多数GLS TPE配方,电火花加工是可以接受的. 永久表面润滑剂处理也已成功应用.

浇口拉器的设计因材料的硬度而异. 不同的浇口设计如图1 - 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

最常见的浇道拉型

Figure

> 50 Shore A

锥形、针形

1 2 4

40 - 70海岸

削弱

3

有些人支持一个

松树

5

 

热浇口衬套和加长喷嘴可与GLS TPEs一起使用. 在很多模具, 浇口是模具中最厚的壁段,它将控制最小冷却时间. 热浇口的使用, 哪些可以看作是机器喷嘴的延伸, 有时可以减少循环时间. 加长的机器喷嘴也可用于减少浇口长度和尺寸. 当使用热浇口时, 机器喷嘴应该是自由流动喷嘴,而不是反向喷嘴.

图1 图2 

图3 

图4 

图5

*使用0.0625”厚x 0.在400°F的375"宽通道.

有关特定等级的螺旋流信息或有关螺旋流测试程序的附加详细信息, 请参考TPE建议#7.

常规流道设计    

平衡的流道结构对于实现型腔之间均匀的零件质量至关重要. 在平衡转道系统中,熔体以相同的时间和压力流入每个腔体. 流道平衡可以通过计算机模流分析程序设计,并通过短射研究进行验证.

不平衡的流道可能导致零件重量不一致和尺寸变化. 最靠近浇口的空腔可能过度填充,可能发生闪光. 由于过度包装,零件也可能产生很高的模压应力,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. 全轮跑步机对流动和表面积的阻力最小, 让材料保持更长的熔化时间. 第二高效的流道截面是改良的梯形. 这种流道几何最接近于模拟全圆流道, 但只需要在一块板上加工. 图9显示了典型的球形切割机尺寸和相应的修正梯形流道尺寸. 图10说明了典型的流道尺寸.

图8 

图9 

图10

跑步者饲养员                               

流道保持器或吸盘销提供底口,使流道保持在所需的板上,但不应限制通过流道的物料流动. 图8和图9显示了流道保持器和吸盘销的典型位置. 图11说明了一个运行器保持器的示例设计.

图11

门的设计和位置         

大多数传统的门控类型适用于处理GLS TPEs. 浇口的类型和位置,相对于零件,可能会影响以下:

  • 部分包装
  • 门的拆除或残留
  • 部分化妆品外观
  • 零件尺寸,包括翘曲.

标签/边缘盖茨

卡板或边缘浇口(图12)最常使用的是传统的浇口和冷流道系统. 边缘门的优点是易于制造、修改和维护.

  • 闸门深度(D)应为闸门入口壁厚的15% - 30%. 常用做法是启动“钢保险柜”.
  • 栅极宽度的起点应该是1.0 - 1.5倍的门深度.
  • 门的长度应该等于或略长于门的深度.

图12图13

海底/隧道闸门

潜艇或隧道闸门是自动关闭的. 在零件弹出过程中,工具钢将零件和流道分开. 图13显示了潜艇门的典型设计. 腰果型潜水门不应用于中至软硬度的TPEs,因为它们的高摩擦系数和高伸长率.

扇门

风扇浇口是卡片浇口的流线型变体(图14). 扇门将物料更均匀地分配到腔内, 因此,它通常用于要求高度平整度和没有流线的零件. 它还将浇口皱折或零件翘曲的可能性降到最低.

图14

浇口或直接浇口

浇口或直接浇口常用于原型零件,因为它便宜. 这种类型的门控不推荐用于GLS苯乙烯TPEs,因为它们的高伸长率. 此外,浇口还需要修整,因此零件的外观质量通常较差. 如果选择浇口门控, 应注意保持浇道长度和直径尽可能短和小.

隔膜门

膜片门用于保持圆件的同心度. 它允许均匀地流入腔体,并最大限度地减少潜在的针织线. 由于各向异性收缩,使用中心门控或膜片门控的扁平圆件可能不能铺平. 环形门也可以用在圆形部分的外面.

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/浇道很难去除
  • 可怜的门遗迹

潜入式浇口

  • 门自动删除
  • 最小的门遗迹
  • 更难以加工

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(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TPEs是各向异性的, 因此,它们在流动方向和横流方向上具有不同的物理性质. 这取决于产品的预期用途, 这些性能差异可能对最终部件的性能至关重要. 作为一个结果, 在确定零件上的栅极位置时,需要考虑苯乙烯TPE的各向异性特性.

物质流动可以用肉眼或使用流动分析程序来估计. 对于更高的收缩等级, 这部分可能在门附近收缩, 如果在闸门处有很高的压入应力,是什么引起闸门皱折. 如果薄壁零件存在填充问题, 增加流道或轻微改变壁厚都可以改变流量. 在某些情况下,可能需要添加第二个浇口来适当地填充部件.

建议门位置:

  • 在最重的截面上,允许零件填充,尽量减少空隙和下沉.
  • 尽量减少流道中的阻塞(绕芯或引脚流动).
  • 尽量减少喷射.
  • 在浇口周围的残余应力不会影响零件的功能或美观.
  • 尽量减少化妆品部位的流痕.
  • 尽量减少潜在的编织线.
  • 易于手动或自动脱料.
  • 使流道长度最小化.

模具排气                               

模具排气对成品的质量和一致性至关重要. 需要通风以使空气进入浇口, 当熔体流入型腔时,流道和型腔离开工具. 不充分的通风可能导致短射,不良的表面外观,或薄弱的焊缝. 利用流动模拟软件可以预测零件设计中可能存在的气阱. 一旦工具建成,就可以通过短镜头研究来发现关键的排气区.

  • 通风口应放置在最后填充的地方和焊缝发生的区域.
  • 典型的GLS TPEs排气口尺寸为0.0005" - 0.0010" (0.012 mm - 0.025毫米)与0.040" - 0.060”(10毫米- 15毫米)土地.
  • 过去的土地,通风口深度应增加到0.005" - 0.010" (0.12 mm - 0.25mm),为空气从工具中流出提供一个畅通的通道(图15).
  • 分型线以下区域的排气可以通过允许引脚为0来完成,001每边松动(图16).
  • 肋部或口袋的排气可以通过向下的引针来实现, 或配合多孔模具钢使用.
  • 喷射器销的通风口是自清洁的,但他们应该每天擦拭一次,以清除积聚. 多孔塞通风口在堵塞时需要更换或拆卸并清洗.

图15 图16

一部分抛射                               

在长拉伸区域,零件弹射更加困难. 引脚应该位于流道过渡和部分的区域,它们不会影响美观. 零件弹射可使用弹射叶片、弹射套筒和脱模环.

尽量使用最大直径的销钉,以减少销钉推穿痕迹. 更大的引脚也允许弹出温暖的部分,这可以减少循环时间. 在所有长拉伸区域使用3°- 5°牵伸.

当空气被施加时,如果材料有足够的变形空间,空气弹射和使用锥可以帮助剥离大的下切. 模具表面的纹理和特殊的模具表面处理也可以帮助拉零件从“A”一半. 当试图剥离较大的内部底岩时,通常使用推进岩心.

模具冷却                               

  • 模具应该有足够的冷却,以优化循环时间.
  • 采用传热性高的模具材料, 如铍铜, 可以用来冷却幻灯片或插入物吗.
  • 市面上可以买到的喷泉式起泡器也可以帮助冷却长岩心.
  • 建议移动和固定侧分开的冷却器. 这允许处理器使用差动冷却来帮助保留可移动(“B”)板上的部件.
  • 应避免从A板连接到B板的冷却管路.

热流道系统   

表5总结了热流道系统、冷流道和热浇道之间的区别. GLS TPEs具有相当的热稳定性,目前已成功应用于热流道工具中.

选择特定类型的热流道系统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,使用在苯乙烯TPEs方面有经验的系统或部件供应商. SBS TPEs如果在高温下放置太长时间,就会产生交联(形成凝胶), 因此,不建议对这些材料使用热流道工具.

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
  • 允许使用机器人技术
  • 通常管理周期时间
  • 潜在的冷鼻涕虫
  • 潜在的浇口卡住
  • 废(尽管regrindable)

热浇道或加长喷嘴

  • 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的潜在热降解

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.
  • 内部加热的管汇不适合TPEs. 这些系统通常具有热点和滞止区,导致部分凝固的材料附着在较冷的管汇壁上.
  • 为了获得最大的灵活性,设计应该是自然的或几何平衡. 流变平衡是可能的,但只适用于特定的等级或流变曲线.
  • 所有通道都应该是高度抛光的圆形截面,有轻微的弯曲,以减少停滞区的可能性.
  • 以保持高剪切, 减少停留时间,促进流动, 通道的直径应为0.250" to 0.375".
  • 建议对热流道进行个性化的区域控制,允许操作员轻微调整平衡,使部件更加均匀.

热流道门设计      

阀盖茨

闸阀为表面质量非常关键的高产量零件提供了最佳解决方案, 比如医疗和化妆品. 由于阀门闸板只在零件上留下轻微的环,闸板残留被最小化.

为了美观的产品,可以通过将阀门置于零件表面下方或将闸板隐藏在零件细节中来获得进一步的改进. 下面是一个带闸阀的热流道系统的例子:

图20

图片由Mold-Masters Limited提供,Dura是Mold-Masters Limited的注册商标

闸板的闸板直径应该近似为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,闸阀不要求部件中的材料冻结. 因此, 下一个循环的螺旋回收可以提前开始,总循环时间可以减少.

阀门闸板元件需要与模具绝缘,以保持适当的温度控制. 由于某些GLS等级的粘度较低, 为了防止泄漏或闪光,需要适当地维护阀门门的紧密性.

热喷嘴盖茨

热端门适用于GLS TPEs, 但它们会留下一些门的痕迹(可能高达门直径的50%到75%). 通过在零件表面以下稍微凹入浇口,可以使残留最小化. 热尖端的地面长度应小于浇口的直径.

热头的元件应与模板和型腔适当绝缘. 为了达到这个目的, 门的土地长度可能需要加长,一部分土地应该是空腔的一部分.

尖端内的所有通道都应高度抛光和流线型,以减少停滞和退化区. 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留的死区材料继续进入熔体流.

对于热端浇口系统, 在开始下一个循环的咀嚼之前,应该有一个足够长的延迟,让这个部位完全建立起来. 如果没有延误,这些零件可能会过载. 这对于低硬度、高流量的材料尤为重要. 减少带大浇口的厚壁零件的过度包装, 咀嚼时尽量减少背部压力.

由于TPEs在熔融状态下具有轻微的可压缩性, 较大的流道体积会导致模具打开后热端浇口流口水. 为了防止口水, 流道系统应最小化,并在模具打开前将熔体减压.