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注塑:模型设计

钢材选择                                

GLS苯乙烯热塑性弹性体通常不具有磨损性和腐蚀性。选择工具用钢材取决于所生产零件的数量和质量。为了实现大量生产,稳妥的投资就是优质工装的初始费用。

可以采用各种钢制工具进行注塑模具制造。下表列出了常见的工具用钢的性能,以及使用他们生产的典型注塑零件。可以使用软金属,如铝和铍铜等生产原型零件或高达10,000个零件的批量生产。

某些零件可以采用较高导热性的材料,如铍铜等进行设计。这种材料没有钢采用,并且如果用于分型线中,可能会滚铣,并且磨损的更快。铍铜可以用于衬垫、滑动装置或芯材,增大传热率,并减少循环时间。如果有长的抽芯,可以使用喷流式起泡器。

钢类型

钢性能

模具部件

P-20

预硬化、机加工良好、高碳、通用钢 
不足: 如果储存不当,可能生锈。

模胚、注塑板以及某些凹模(如果镀镍或铬防锈)

H-13

良好的通用工具钢。可以抛光或进行热处理。更好的耐腐蚀性。

凹模与凸模

S-7

良好的高硬度、柔韧度改善通用工具钢。机加工良好、耐冲击、抛光良好。
不足: 成本较高。

凹模、凸模和层板,以及薄壁型材。

A-2

良好的高韧度工具钢。热处理、并且抛光良好。

起模杆、推管和顶片

D-2

非常硬、高耐磨特征、高钒含量、有些脆
不足: 难以机加工。

闸门墩、防止擦伤的镶条板、防止磨损的闸门墩。

420 SS

耐腐蚀的材料。热处理、并且抛光良好。 
不足: 成本高。

阴模、起模杆、套筒等。

 

模具表面处理   

  • 一般情况下,EDM表面具有良好的质感,并且在零件注塑期间,可以防止脱落出工具。无光或网纹表面也有助于隐藏流痕或其他表面缺陷。
  • 如果要求与热固性橡胶相类似的无光表面,则应使用较粗糙的纹理(或通常具有无光表面的GLS Versalloy TPV合金)。
  • 也可使用气流珩磨、砂光或珠光处理以及化学侵蚀产生具有各种光亮度的纹理表面。
  • 为了形成一个光亮的饰面,要求使用光亮的磨具,并且应使用无填充等级。
  • 为了保证零件具有良好的透明性,需要使用高度光亮的工具和透明材料。
  • 为了帮助脱模,凹模或凸模在喷砂或形成EDM饰面后,应涂上脱模剂,如PTFE浸渍镍等。

注入口与注入口拉具设计 

注入口应具有足够的斜度,在1°至3°之间,以便尽量减少拖动和注入口粘住。较长的注入口可能可能要求锥度更大(3°-5°),如图1所示。通常情况下,注入口的直径应略大约喷嘴直径。对于大多数的苯乙烯TPE材料,可以接受EDM饰面。同时永久性表面润滑剂处理也已经成功使用。

注入口拉具的设计根据材料的硬度不同而不同。不同的注入口设计如图1至图5所示。

各种TPE硬度值的典型注入口设计如下表所示。

典型的TPE硬度范围

最常见的注入口拉具类型

> 50 肖氏A

锥形、针状、Z型

1、 2  和4

40-70 肖氏A

底切

3

5-40肖氏A

松树

5

 

热注入口衬垫和加长喷嘴可以同GLS TPE一起使用。在许多模型中,注入口为模具的最厚壁部分,控制最低的冷却时间。采用被视为是机器喷嘴扩展的热注入口有时候可以减少循环时间。加长机器喷嘴也可以用于减少注入口的长度和尺寸。当采用热注入口时,机器喷嘴尖应采用自由流量喷嘴,而非反向尖口。

图1 图2 

图3 

图4 

图5

*采用0.0625"厚*0.375" 宽流道在400°F.的温度下进行的螺旋流试验。

对已有关具体等级的流向信息或有关螺旋流量试验程序的其他详情,请参见TPE第7点。

传统流道设计   

平衡的流道配置对于实现各凹模零件的统一质量至关重要。在平衡的流道系统中,熔化物按照相等的时间和压力流入每个凹模中。可以通过计算机模具流量分析程序来设计流道平衡,并且通过欠注研究进行验证。

流道不平衡可能导致零件重量不统一和尺寸变化。最靠近注入口的凹模可能包衬过多,并且可能出现溢出。由于包衬过多,零件还有可能会产生较高的成型压力,导致 翘曲。平衡流道系统的事例如下图所示:

图6 图7

图8显示了不同的流道截面积以及它们相关的效率。全圆形的流道的流体阻力和表面积最小,使得材料可以更长时间地熔化。第二个最有效的流道横截面积为修正后的梯形。该流道的几何尺寸最严密地模拟了全圆形流道,但只要求只在一个板中进行机加工。图9显示了典型的球形铣刀尺寸,以及相对应的修正后梯形流道尺寸。图10图示说明了典型的流道尺寸。

图8 

图9 

图10

流道定位件                               

流道定位件或吸针具有底切,使得流道位于所需的板上,但不应通过流道限制材料的流动。图8和图9显示了流道定位件和吸针的典型位置。图11图示说明了流道定位件设计的例子。

图11

浇口设计与位置         

大多数传统的浇口类型都适合于加工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方面:

  • 零件保证
  • 浇口拆除或痕迹
  • 零件美观
  • 零件尺寸,包括翘曲

搭接/边缘浇口

搭接或边缘浇口(图12)最通常是使用传统的注入口和冷流道系统。边缘浇口的好处在于便于安装、修正和维护。

  • 浇口深度(D)应为浇口入口壁厚的15%-30%。通常的做法是启动“保险箱”。
  • 浇口宽度的一个良好起始点应为浇口深度的1.0-1.5倍。
  • 浇口面应等于或略长于浇口深度。

图12图13

潜入式/隧道式浇口

潜入式或隧道式浇口为自动清除浇口。在零件注塑期间,工具钢将零件与流道分离。图13显示了潜入式浇口的典型设计。香蕉形潜入式浇口不应用于中到软硬度的TPE,因为它们具有高摩擦系数和高伸长率。

扇形浇口

扇形浇口为搭接浇口的流线型变体(图14)。扇形浇口将材料更加均应地分配至凹模中,因此通常用于要求高平整度和无流线的零件中。同时,尽量减少了浇口折叠或零件翘曲的可能性。

图14

注入口或直接浇口

注入口或直接浇口通常用于原型零件,因为其价格便宜。对于GLS苯乙烯TPE,建议不适用这种类型的浇口,因为GLS苯乙烯TPE具有高伸长率。此外,注入口需要修整,因此零件的表面质量通常差。如果选择注入口浇口,则应注意尽可能保持注入口长度和直径短小。

隔膜浇口

隔膜浇口用于保持圆形零件的同心度。它可以使得进入凹模中的流体均匀,并尽量减少潜在的结合线。由于各向异性收缩性的原因,采用中心或隔膜浇口的扁圆形零件可能并不平整。也可以在圆形零件的外侧使用环形浇口。

浇口类型

好处

不足

侧缘/搭接/扇形浇口

  • 适合于扁平零件
  • 便于修正
  • 成型后难以移除浇口/流道
  • 浇口痕差

嵌入式浇口

  • 浇口自动拆除
  • 浇口痕最少
  • 更难以机加工

隔膜浇口

  • 同心度
  • 适合于圆形零件
  • 无结合线
  • 报废
  • 浇口成型后拆卸

针尖浇口(3板)

  • 浇口自动拆除
  • 浇口痕最少
  • 局部冷却
  • 要求使用浮板
  • 更多报废
  • 工具成本高

阀门浇口(热流道系统)

  • 浇口痕最少
  • 有效关闭
  • 尽量减少后填充
  • 工具成本高
  • 较高的维护
  • 仅适合于流道系统

 

浇口位置

苯乙烯TPE具有各向异性,因此在流向与交叉流向方面具有不同的物理性质。根据产品的预期用途,这些性能差异可能对最终零件的性能至关重要。因此,在确定零件上浇口的位置时,需要考虑苯乙烯PTE的各向异性。

材料流可以通过肉眼或使用流量分析程序进行估计。对于较高的收缩等级,零件可能在浇口附近收缩,如果浇口处的成型压力较高,会导致“浇口折叠”。如果在薄壁零件中出现填充问题,增加流道或略微改变壁厚可以变更流量。在某些情况下,可能需要另外添加一个浇口,以便适当地填充零件。

建议浇口位置

  • 在最重的横截面处,允许零件包装,并尽量减少孔洞和沉降。
  • 尽量减少流程中的障碍(在芯处或针脚周围流动)
  • 尽量减少喷射
  • 浇口周围残余的成型压力不会影响零件的功能性或美观
  • 尽量减少美观区域的流痕
  • 尽量减少潜在的结合线
  • 允许手动或自动清除浇口
  • 尽量减少流程长度

模具排气                               

模具排气对于成品零件的质量和统一性直观重要。排气要求当熔融物流入凹模中时,允许注入口、流道和凹模中的空气离开工具。通气不当可能导致充填不足、表面外观差或焊接纹弱。在零件设计中,可以通过流量模拟软件预测潜在的气泡。一旦工具制成,就可以使用欠注研究找到关键的通气区域。

  • 通气孔应最后填充,并且位于出现焊接线的区域。
  • GLS TPE典型的通气孔尺寸为 0.0005" - 0.0010" (0.012 mm - 0.025 mm),刃带为 0.040" - 0.060" (10 mm - 15 mm)。
  • 穿过刃带后,通气孔深度应增加值0.005" - 0.010" (0.12 mm - 0.25 mm) ,以便有刀具中存在的空气畅通(图15)。
  • 分型线以下区域的通气可以通过让起模杆在每侧松0.001的方式进行(图16)。
  • 肋板或容器的通气可以通过排出起模杆中的空气,或使用多孔模具钢的方式来实现。
  • 起模杆为自我清洁,但应每天擦除一次,以便去除堆积物。多孔通气塞在被堵住时,应更换或拆卸,并清洁。

图15 图16

零件注塑                               

在长拉伸区域,零件注塑更加困难。起模杆应位于流道的过渡处,以及不会影响美观的零件区域。顶片、推管和顶环可以用于零件注塑。

采用最大直径的销钉可以尽量减少销钉通过标记。较大的销钉也可以注塑加热器零件,减少循环时间。在所有的拉伸区域,每侧采用3° - 5°的斜度。

空气喷射和采用提升阀有助于去除大的凹陷,使得在使用空气时,材料有空间变形。模具表面纹理处理以及特殊的模具表面处理也有有助于将零件从“A”半拉开。在试图去除大的内部凹陷时,通常采用推进芯板。

模具冷却                               

  • 模具应适当冷却,以便优化循环时间。
  • 可以采用具有高传热率的模具材料,如铍铜等冷却滑面或衬垫。
  • 商业上可用的喷流式起泡器也可以帮助冷却长芯。
  • 建议采用单独的冷却器冷却可移动和静止侧。这样可以使得处理器使用差异化冷却,有助于在可移动(“B”)板上保持零件。
  • 应避免将冷却线从A板连接至B板。

热流道系统  

热流道系统、冷流道以及热注入口之间的差异如表5所示。GLS SEBS TPE具有相当的热稳定性,并且如今成功用于各种热流道刀具中。

选择具体的热流道系统类型受产品设计和生产要求的影响。有许多的热流道部件和刀具制造商。如果可能,请使用在苯乙烯TPE方面具有经验的系统或部件供应商。SBS TPE如果长期保持在高温下,可能会产生交联(形成凝胶),因此对于这些材料,不建议使用热流道刀具。

热流道系统的比较评估总结如下表所述:

系统类型

好处

不足

冷流道

  • 刀具成本较低
  • 便于改动
  • 可以使用机器人
  • 通常可以管理循环时间
  • 可以用于注塑冷料
  • 可能粘住注入口
  • 报废(通过再次研磨产生)

热注入口或可扩展的喷嘴

  • 循环更快
  • 尽量减少报废
  • 便于维护
  • 更好的温度控制
  • 工具成本高
  • SBE TPE可以热降解

热流道

  • 无流道报废
  • 循环时间更快
  • 精确的温度控制
  • 刀具成本最高
  • 清洗
  • 材料降解
  • 维护

 

歧管设计                               

  • 外部加热系统最佳
  • 内部加热歧管不适合于TPE。这些系统通常有热斑点和滞止区,会导致部分固化材料粘着在冷却器的歧管壁上。
  • 为了实现最佳的挠度,设计应自然或在几何学上平衡。可以实现流变学平衡,但经针对特定的等级或流变学曲线。
  • 所有的通道均应为高度抛光的圆形横截面,轻度弯曲,以便尽量减少滞止区的可能性。
  • 为了保持高剪切力、尽量减少停留时间和促进流动,通道直径应为0.250" 至0.375"。
  • 对于热流道,建议进行个别化的区域控制,以便使得操作员能够略微调整平衡,使得零件更加统一。

热流道浇口设计    

阀门浇口

阀门浇口为质量至关重要的生产零件,如医疗产品和化妆品等提供了最佳的解决方案。由于阀门浇口在零件上只留下了一个轻微的环形,因此尽量减少了浇口痕迹。

可以通过定位位于零件表面下嵌入的阀门,或在零件详细处隐藏浇口,实现进一步的改善,以便保持产品美观。带阀门浇口的热流道系统事例如下所示:

图20

图片由Mold-Masters有限公司提供,Dura为Mold-Masters有限公司的注册商标。

根据零件的尺寸和厚度,阀门浇口的直径应为大约0.030"至0.125"。

浇口直径要求材料中的零件在阀门关闭和释放保持压力之前不要冻结。因此,可以尽早地开始下一循环的螺钉回收,并且可以减少总的循环时间。

阀门浇口元件需要同模板隔开,以便保持适当的温度控制。由于偶写GLS等级的低稠度,因此要求使用经过适当维护的紧阀门浇口,以防止泄露。

热喷嘴浇口

热喷嘴浇口适合于SBC TPE,但会留下一些浇口痕迹(可能高达浇口直径的50%至75%)。可以轻轻凹进零件表面下的浇口来尽量减少痕迹。热喷嘴的表面长度应低于浇口的直径。

热浇口元件应同模板和凹模适当隔开。为此,及碍口表面的长度需要加长,并且表面部分应为凹模的一部分。

喷嘴内的所有通道均应抛光并采用流线型设计,以尽量减少滞止和降解区。可以通过记录生产零件时完成色彩变化所需的时间来验证设计的有效性。证明是否存在任何进入熔融流的盲区材料。

对于热喷嘴浇口来说,应有足够长的延时,以便零件在开始粉碎进入下一循环之前完全凝固。如果没有延时,零件可能会过度包装。这对于低硬度、高流量的材料来说尤为重要。为了减少大浇口后壁零件的过度包装,请在粉碎期间使用最低的背压。

由于TPE在熔融状态下略微可以压缩,因此在模具打开后,大流道体积可能导致热喷嘴浇口流出液体。为了防止流出,应尽量减少流道系统,并且在模具打开之前对熔融物解压。

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