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注塑成型:模具设计

钢材选择

GLS苯乙烯TPE通常是非磨蚀性和非腐蚀性的。 工具钢的选择将取决于要生产的零件的数量和质量。 对于大批量生产,优质工具的初期支出是一笔合理的投资。

各种各样的工具钢可用于注塑模具的构造。 下表列出了常用工具钢的性能以及使用它们的典型模具组件。 诸如铝和铍铜之类的软金属可用于原型零件,或短时间生产多达10,000个零件。

一些零件设计可能会受益于使用更高导热率的材料,例如铍铜。 这种材料不如钢耐用,如果在分型线上使用,则滚刀或磨损速度可能比钢快。 铍铜可以用于嵌件,滑块或型芯,以提高传热速率并减少循环时间。 在拉芯较长的情况下,喷泉式起泡器可能是有益的。

钢种

钢性能

模具零件

P-20

预硬化,机加工良好的高碳通用钢。
缺点:如果存放不当,可能会生锈。

模制底座,顶板和一些型腔(如果镀了镍或铬以防止生锈)。

H-13

良好的通用工具钢。 可以抛光或热处理。 更好的耐腐蚀性。

腔板和芯板。

7号

良好的高硬度,提高的韧性,通用工具钢。 机加工良好,抗冲击,抛光效果好。
缺点:成本较高。

型腔板,型芯板和层压板以及薄壁部分。

A2

良好的高韧性工具钢。 进行热处理和抛光。

顶针,顶针套筒和顶针叶片。

D-2

非常坚硬,高磨损特性,高钒含量,有点脆。
缺点:难以加工。

闸板,三角板可防止磨损,闸板可防止磨损。

420不锈钢

坚韧的耐腐蚀材料。 进行热处理和抛光。
缺点:成本高。

腔体,顶针,套筒等

模具表面处理

  • 通常,EDM表面会产生良好的纹理,并可以在零件顶出过程中改善从工具的脱模性。 磨砂或纹理表面也可以帮助隐藏任何流痕或其他表面缺陷。
  • 如果需要与热固性橡胶相似的无光表面处理,则应使用较粗糙的模具质地(或自然产生无光表面的GLS Versalloy TPV合金)。
  • 使用蒸气珩磨,喷砂或喷砂和化学蚀刻来产生具有不同光泽度和外观的纹理表面。
  • 为了产生光滑的表面,需要使用抛光的模具,并且应使用未填充的等级。
  • 需要高度抛光的工具和透明的材料才能生产出具有良好清晰度的零件。
  • 为了帮助脱模,在对腔室或型芯进行喷砂或EDM处理后,可以用脱模涂层(例如PTFE浸渍的镍)进行涂层。

浇道和浇道拉拔器设计

浇道应有足够的吃水深度,从1°到3°,以最大程度地减少阻力和浇道粘连。 如图1所示,较长的注口可能需要更多的锥度(3°-5°)。通常,注口直径应略大于喷嘴直径。 大多数苯乙烯TPE材料都可以接受EDM加工。 永久性表面润滑剂处理也已成功使用。

浇道拉拔器的设计随材料的硬度而变化。 可能的浇道设计如图1至5所示。

下表显示了各种TPE硬度值的典型浇道设计:

典型的TPE硬度范围

最常见的注料拉马类型

数字

> 50邵氏A

锥形,销,Z型

一二三

40-70邵氏A

底切

3

5-40邵氏A

松树

5

热浇口衬套和加长的喷嘴可与GLS TPE一起使用。 在许多模具中,浇口是模具中最厚的壁部分,它将控制最短的冷却时间。 使用热流道(可以看作是机器喷嘴的延伸部分)有时可以减少周期时间。 加长的机器喷嘴也可用于减少浇道长度和尺寸。 当使用热浇口时,机器喷嘴头应为自由流动的喷嘴,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”宽的通道在400°F进行的螺旋流测试。

有关特定等级的螺旋流信息或关于螺旋流测试程序的其他详细信息,请参考TPE提示#7。

常规转轮设计

平衡的流道配置对于实现模腔之间一致的零件质量至关重要。 在平衡流道系统中,熔体在相同的时间和压力下流入每个型腔。 可以通过使用计算机模具流动分析程序来设计流道秤,并可以通过进行短时试验来验证流道秤。

流道不平衡可能会导致零件重量和尺寸变化不一致。 最靠近浇口的腔可能被过度包装,并且可能发生飞边。 由于过度包装,零件还可能产生较高的模压应力,从而导致翘曲。 下图显示了平衡流道系统的示例:

图6图7

图8显示了不同的流道横截面及其相关的效率。 全圆流道对流动和表面积的阻力最小,从而使材料能够保持更长的熔融时间。 第二个最有效的流道横截面是改进的梯形。 该流道几何形状最接近地模拟了一个完整的圆形流道,但只需要在一个板上加工即可。 图9显示了典型的滚珠切刀尺寸和相应的梯形流道尺寸。 图10说明了典型的流道尺寸。

图8

图9

图10

跑步者守护者

流道保持器或抽油杆提供了底切,以将流道保持在所需的板上,但不应限制物料流过流道。 图8和9显示了流道保持器和抽油杆的典型位置。 图11示出了跑步者保持器的示例设计。

图11

闸门设计与位置

大多数传统的浇口类型均适用于处理GLS苯乙烯TPE。 浇口的类型和相对于零件的位置可能会影响以下内容:

  • 零件包装
  • 卸门或痕迹
  • 零件外观
  • 零件尺寸,包括翘曲。

标签/边缘门

凸片或边缘浇口(图12)最通常利用常规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)应为浇口入口处壁厚的15%-30%。 常见的做法是开始“钢安全”。
  • 浇口宽度的一个好的起点应该是浇口深度的1.0-1.5倍。
  • 浇口焊盘应等于或稍长于浇口深度。

图12图13

潜水艇/隧道闸

海底或隧道闸门是自降落的。 在零件弹出过程中,工具钢将零件和流道分开。 图13显示了潜艇闸门的典型设计。 腰果型海底闸门因其高摩擦系数和高伸长率而不能用于中等至软硬度的TPE。

扇门

扇形浇口是舌形浇口的简化形式(图14)。 扇形浇口将材料更均匀地分配到型腔中,因此通常用于要求高度平整度和不存在流线的零件中。 它还最大程度地减少了门褶皱或零件翘曲的可能性。

图14

浇口或直接浇口

直浇道或直接浇口通常用于原型零件,因为它价格便宜。 不建议将这种浇口用于GLS苯乙烯TPE,因为它们的伸长率高。 另外,需要修整浇口,因此零件的外观质量通常很差。 如果选择浇道浇口,则应注意使浇道长度和直径都尽可能短。

隔膜门

隔膜门用于保持圆形零件的同心度。 它允许均匀地流入型腔并最大程度地减少编织线的可能性。 由于各向异性收缩,使用中心或隔膜浇口的扁平圆形零件可能无法平放。 环形浇口也可用于圆形部件的外部。

门型

优点

坏处

边缘/标签/风扇门

  • 适用于扁平零件
  • 容易修改
  • 模后浇口/流道的拆卸很困难
  • 门痕迹差

潜门

  • 自动移门
  • 最小的门痕
  • 更难加工

隔膜门

  • 同心度
  • 适用于圆形零件
  • 无编织线
  • 废料
  • 成型后浇口移除

针式浇口(3板)

  • 自动移门
  • 最小的门痕
  • 局部冷却
  • 需要浮板
  • 废料更多
  • 较高的工具成本

气门浇口(热流道系统)

  • 最小的门痕
  • 正切断
  • 最小化后包装
  • 较高的工具成本
  • 更高的维护
  • 仅用于热流道系统

登机口位置

苯乙烯系TPE是各向异性的,因此它们在流动方向和交叉流动方向上具有不同的物理特性。 根据产品的预期用途,这些属性差异可能对最终零件的性能至关重要。 因此,在确定零件上的浇口位置时,必须考虑到苯乙烯TPE的各向异性。

可以通过肉眼或使用流量分析程序来估计物料流量。 对于较高的收缩率,零件可能会在浇口附近收缩,如果浇口处的模压应力较高,则会导致“浇口皱褶”。 如果薄壁零件中存在填充问题,则增加流动通道或壁厚的微小变化都会改变流动。 在某些情况下,可能需要添加第二个浇口以正确填充零件。

建议的登机口位置:

  • 在最重的横截面上,以允许零件装箱并最大程度地减少空隙和下沉。
  • 为了最大程度地减少流动路径中的障碍物(在芯子或引脚周围流动)。
  • 尽量减少喷射。
  • 浇口周围应力中残留的残余物不会影响零件功能或美观。
  • 尽量减少化妆品区域的流痕。
  • 尽量减少潜在的编织线。
  • 为了方便手动或自动脱胶。
  • 为了最小化流路长度。

模具排气

模具排气对于成品的质量和一致性至关重要。 当熔体流入型腔时,需要排气以使浇道,流道和型腔中的空气离开工具。 通风不良可能会导致短路,表面外观差或熔接线弱。 零件设计中可能存在的气阱可以通过流动模拟软件进行预测。 一旦建立了该工具,就可以使用短时研究来查找关键的通风区域。

  • 通风孔应放置在最后一个要填充的地方,并应放置在发生焊接线的区域。
  • GLS TPE的典型通风口尺寸为0.0005英寸-0.0010英寸(0.012毫米-0.025毫米),焊盘为0.040英寸-0.060英寸(10毫米-15毫米)。
  • 经过地面后,通风口深度应增加到0.005“-0.010”(0.12 mm-0.25 mm),以为空气离开工具提供清晰的通道(图15)。
  • 在分型线下方的区域中排气,可以通过使顶针的每一侧松开0,001来实现(图16)。
  • 可以通过排出顶针或使用多孔模具钢来实现肋骨或袋的排气。
  • 弹出销孔是自动清洁的,但应每天擦拭一次以清除堆积物。 堵塞的多孔排气孔需要更换或拆除和清洁。

图15图16

零件弹出

在长拉深区域,零件顶出更困难。 顶针应位于流道过渡处以及不影响美观的零件区域。 顶出叶片,顶出套筒和脱模环可用于零件顶出。

尽可能使用最大直径的销钉,以最大程度地减少销钉穿入标记。 较大的销钉还可以弹出较热的零件,从而可以减少循环时间。 在所有较长的拉拔区域上,每侧使用3°-5°拔模量。

空气喷射和使用提升阀可以帮助去除较大的底切,前提是该材料在施加空气时有变形的空间。 模具表面纹理化和特殊的模具表面处理也可以帮助将零件从“ A”部分拉出。 当试图剥离较大的内部底切时,通常使用进给型芯。

模具冷却

  • 模具应有足够的冷却以优化循环时间。
  • 使用高传热的模具材料,例如铍铜,可用于冷却滑块或嵌件。
  • 市售的喷泉式起泡器也可能有助于冷却长芯。
  • 建议将可移动侧和固定侧的冷却器分开。 这允许处理器使用差异冷却来帮助将零件固定在可移动(“ B”)板上。
  • 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,冷流道和热浇口之间的差异。GLS SEBS TPE具有很高的热稳定性,已成功用于当今的热流道工具中。

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。 如果可能,请利用在苯乙烯TPE方面具有经验的系统或组件供应商。 如果将SBS TPE在高温下放置太长时间,它们会发生交联(形成凝胶),因此不建议将热流道工具用于这些材料。

下表汇总了对热流道系统的比较评估:

系统类型

优点

坏处

冷流道

  • 降低工具成本
  • 轻松修改
  • 启用机器人技术
  • 通常控制周期时间
  • 冷cold的潜力
  • 浇口粘着的可能性
  • 废料(尽管可磨碎)

热浇口或加长喷嘴

  • 更快的周期
  • 减少废料
  • 易于维护
  • 更好的温度控制
  • 较高的工具成本
  • SBS TPE的潜在热降解

热流道

  • 无流道废料
  • 循环时间更快
  • 精确的温度控制
  • 最高的工具成本
  • 吹扫
  • 材料降解
  • 保养

歧管设计

  • 外部加热系统最好。
  • 内部加热的歧管不适用于TPE。 这些系统通常具有热点和停滞区域,这些区域会导致部分固化的材料粘在较冷的歧管壁上。
  • 为了获得最大的灵活性,设计应自然平衡或几何平衡。 流变平衡是可能的,但仅适用于特定的坡度或流变曲线。
  • 所有通道应为高度抛光的圆形横截面,并带有柔和的弯曲,以最大程度地减少停滞区的可能性。
  • 为了维持高剪切力,最小化停留时间并促进流动,通道的直径应为0.250“至0.375”。
  • 建议对热流道进行个性化的区域控制,以使操作员可以稍微调整平衡,以使零件更均匀。

热流道门设计

阀门浇口

阀门浇口为对表面质量至关重要的高产量零件(例如医疗和化妆品)提供了最佳解决方案。 由于阀门浇口仅在零件上留下很小的环,因此最大限度地减少了浇口痕迹。

通过将凹入的阀放置在零件表面下方或将浇口隐藏在零件细节中以得到美观的产品,可以获得进一步的改进。 带有阀门浇口的热流道系统示例如下所示:

图20

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

阀门浇口的浇口直径应大约为0.030“至0.125”,这取决于零件的尺寸和厚度。

阀门浇口不需要零件在关闭阀门并释放保压压力之前就冻结。 因此,下一循环的螺杆恢复可以更早开始,并且总循环时间可以减少。

阀门浇口元件需要与模板绝缘,以保持适当的温度控制。 由于某些GLS牌号的粘度低,因此需要正确维护紧的阀门浇口,以防止泄漏或毛发泛滥。

热尖门

热尖浇口适用于SBC TPE,但它们会留下一些浇口痕迹(可能高达浇口直径的50%至75%)。 可以通过将浇口略微凹入零件表面以下来最小化Vestige。 热尖的刃带长度应小于浇口的直径。

热尖的元件应与模板和型腔正确绝缘。 为了实现这一点,可能需要延长浇口的焊盘长度,并且一部分焊盘应成为空腔的一部分。

尖端内的所有通道均应进行高度抛光和流线化处理,以最大程度地减少停滞和降解区域。 可以通过记录生产零件时进行完全的颜色更改所需的时间来验证设计的效率。 这表明是否有任何残留的死区材料继续进入熔体流。

对于热尖浇口系统,在下一个周期开始咀嚼之前,应有足够长的延时使零件完全安装。 毫不拖延地,零件可能会变得包装过度。 这对于低硬度,高流量的材料尤为重要。 为减少带有大浇口的厚壁零件的包装过多,在咀嚼时应使用最小的背压。

由于TPE在熔融状态下可压缩,因此较大的流道体积会在打开模具后导致热浇口浇口流口水。 为防止流口水,应在模具打开前将流道系统减至最少,并对熔体进行减压。