塑胶模具排气槽的设计探讨
塑模排氣槽的設計探討
摘 要:
注塑模先閉模後進料,從某種意義而言,它也是一種置換裝置。即塑膠融體注入模腔內的同時,必須置換出型腔內的空氣以及從物料中逸出的揮發性氣體,才能使充模順利進行。如果某一局部排氣不良,則該局部的氣體就會被壓縮升溫,導致融體分解變色;如果滯留在型腔內的氣體過多,還會形成空洞和填充不足等缺陷。
事實上,我們在模具設計時,對排氣設計沒有引起足夠的重視,同時也沒有形成一個良好一致的設計理念。大家通常認為,由於產品小,隻需在模仁分割時件數多一些,就起到了排氣的作用,因而不必開專門的排氣槽。這種做法沒有詳細考量塑膠融體在型腔內的流動情況。因為融體在模腔內流動時,由於受到模仁的阻擋,各個通道的阻力不一致,塑膠融體最易充滿的是阻力小的空間,最後充滿的地方往往是產品最薄弱處,這些地方的排氣恰恰是模仁分割不能解決的,如果沒有適當的排氣槽,就會造成封閉的氣囊,形成包風,燒焦等不良狀況。 基於上述,本文主要從以下幾個方面來討論排氣的設計:
1. 排氣不良的危害性。
2. 生產中常見排氣不良分析,並在此基礎上歸納出開排氣的方法。
3. 排氣的理論分析與計算;目的在於提供一個設計參考的量的計算方法。
4. 排氣槽的做法。
關鍵詞: 排氣槽 排氣槽截面積 排氣槽寬度 多變指數
一 排氣不良的危害性
根據生產過程中反應,排氣和排氣間隙不良通常產生下述不良狀況:
1) 增加塑膠融體充模的阻力, 使型腔不能充滿,塑件輪廓不清。
2) 產品上呈現明顯可見的流動痕和融合線,使產品的力學性能降低,表
現在強度不足,容易開裂,折斷等方面。
3) 滯留氣體使產品表面產生銀紋,氣孔,剝層等表面質量缺陷。
4) 型腔內氣體受到壓縮後產生局部高溫,使塑膠融體分解變色,甚至老
化,燒焦。
5) 降低了充模速度,增加了成型周期。
二 常見排氣不良狀況分析
在新模量試過程中,經常會遇到排氣不良造成產品包風,燒焦,不飽模等
不良狀況,嚴重的情況還會造成停機修模,或者重新設計圖面。以下就是幾個比較典型的列子:
(1) 未考慮排氣造成產品不飽模,或拉斷的情況:
圖示產品為一HOUSING ,在試模中發現箭
頭所指處幾乎每做一模都填充不足,形成不飽
模狀態;通過加大注射壓力與注射速度後,雖
能填飽,但頂出時又將該處拉斷。經分析原因
(2) 考慮了排氣,但因不合理造成產品包風,燒焦的情況:
(3) 產品上有加強筋的地方,對應的模仁處往往為放電凹坑,通常排氣不
良,容易形成填充不足,包風的狀況:
(產 品)
圖示產品為一HOUSING ,箭頭指示處為加強筋,由於受到外圓弧的限制,模仁單獨拆出比較困難;因而與外圓弧件拆在一起,這樣就形成了一放電凹坑,使得注射時該處形成積熱,高壓區,從而導致填充不足。改善方法是沿著徑向拆出一件與凹坑等寬的模仁,鑲掛在外圓弧件上,利
用其配合間隙進行排氣。
(模 仁)
(4) 細長產品遠澆口的地方,由於沒有考慮開排氣, 造成填充不足·不飽
模的狀況:
圖示產品為一AGP HOUSING,該產品的特點是PIN 多,體長;塑膠融體在型腔的流程相對較長;如果在遠澆口的地方未考慮排氣,就會因此導致填充不足·不飽模的狀況。通常的做法是在遠澆口的地方加開溢料井進行補縮,排氣;但若受模仁的約束,不能做溢料井,就得開專門的排氣槽。
(5) 產品結構倒角多,而倒角處通常為放電加工,這樣也會造成排氣不良,造成產品缺陷。如下圖所示:
圖示產品結構上倒角多,在模仁分
割時由於受到倒角結構的限制,為了
保証倒角的光整性;一般將倒角拆成
三 排氣槽位置選擇的一般原則
(1) 產品的薄壁處;這裡通常為塑膠融體最後填充區域。
(2) 流程的最終點;PIN 多,體長的產品尤其要考慮這一點。
(3) 兩股料流的匯合處。
(4) 型腔中容易滯留氣體的部位。
(5) 型腔中盲孔的底部; 如:POST 處,倒角處。
(6) 產品的結構限制了澆口的布置,而澆口的布置又正好不利於排氣,這
時需要綜合考量排氣的位置。 根據典型不良狀況分析,排氣槽位置的選擇,主要考慮以下幾個方面:
四 排氣的理論分析與計算
(一) 理論分析
事實上,我們在塑模設計時,對排氣的認識和理解缺乏理論的探討,導
致設計時很大程度上忽略了排氣面積不足對產品的影響,給生產埋下了隱患。所以有必要從理論上分析排氣的做法,以形成對設計的良好指導。
(1)理論分析
模具型腔內的氣體必須能夠排除,這樣注入型腔的塑膠才可能充
滿整個空間。任何一種氣體都遵守下面的規律:
P*V=n*R*T -----(1)
式中: P-----氣體壓強(Pa )
V-----氣體體積(m 2)
n-----氣體摩爾數(ml )
R----氣體摩爾常數(N*m/ml*K)
T----氣體溫度(K )
通常取一摩爾理想氣體在00C ,標準大氣壓時來計算氣體摩爾常數
R (一摩爾氣體在標準狀況時體積為22.4升);由(1)式變換得:
R=P0*V0/n*T0=1.013*105*22.4*10-3/1.0*273.15
= 8.31(N*m/ml*K)
根據V .V .sushkov 實驗,型腔內的氣體,可以引用以下的氣體計算
公式:
Vmax=1.15*S*P0*(R*T1) -1/2 -----(2)
式中: Vmax----氣體排除的最大質量速度(kg/s)
S--------排氣槽截面積( m2)
P 0-------型腔內氣體的初始壓力(1.013*105Pa )
R-------摩爾氣體常數(前面已介紹)
T 1------型腔內氣體最終溫度(K )
如果以G0表示型腔內氣體的重量(kg ),以t 表示氣體的排除時
間(排出時間即為塑模的充模時間);因此:
t=G 0/Vmax ------(3)
代入氣體摩爾常數,由(2),(3)式合並得:
S = G0*(R*T1) 1/2/1.15*P0*t
=G0*(8.31)1/2*(T1) 1/2/1.15*P0*t
= G0*2.883*(T1) 0.5/ 1.15*P0*t
=2.5* G0*(T1) 0.5/ P0*t -------(4)
式中: S--------排氣槽截面積( m2)
G 0------型腔內氣體的質量(kg )
T 1------型腔內氣體最終溫度(K )
P 0-----型腔內氣體的初始壓力(1.013*105Pa )
t-----氣體的排除時間(即充模時間s)
(2) 根據V .V .sushkov 實驗, 當未開排氣槽時, 通常型腔內流程終端的空氣
壓力為20Mpa ;如果型腔內融體的靜壓力小於20Mpa, 則不可能充滿型腔. 未充滿型腔的空間通常為百分之一(1/100),並以此來計算型腔內氣體的最終溫度T 1; 考慮到環境溫度,模具冷卻系統的作用,型腔內氣體溫度是多變的;為了獲得一個相對合理,穩定的氣體最終溫度,引入多變指數n, 目的在於對氣體最終溫度進行補償和修正。公式(引用V.V.sushkov 模具排氣實驗公式,可參考>第二冊相關章節) 如下:
n=Lg(P1/ P0)/Lg(V1/V0)
=Lg(20/0.1)/Lg(100/1.0)=1.15
則型腔內氣體最終溫度:
T 1=T0*( P 1/ P0) (1.15-1.0)/1.15= T0*( P 1/ P0) 0.13 -----(5)
式中: P 0-----型腔內氣體的初始壓力(0.1Mpa )
T0---模具內氣體的初始溫度;T0=20+273=293K P 1----型腔內氣體的最終壓力(20Mpa )
(3) 綜上所述。計算公式如下:
S =2.5* G0*(T1) 0.5/ P0*t ----(6)
T 1 = T0*( P 1/ P0) 0.13 -----(7)
。 (二) 常用塑膠排氣槽深度參考表
1. 排氣孔的截面尺寸,以有利於排氣但又不產生毛邊為原則. 這
就要求針對不同的塑膠, 不同形狀的產品, 計算出一個所需的當量總截面積. 然後根據排氣原則確定產品哪些地方需要排氣, 再合理分配這些排氣槽面積. 以下是常用塑膠排氣槽深度參考表:
充填不良, 成品外觀接合線, 燒焦等
不良現象都與排氣不良有關, 除了
應做好排氣設置外, 其次要依成型
材料操作規定, 減少氣體的產生.
2. 對於結構復雜, 薄壁, 細長的產品; 可以借助模流分析, 找出容易積
熱的地方, 再利用上述公式計算出當量總截面積, 結合不同塑膠
的排氣槽深度, 合理分配這些面積, 從而起到良好排氣.
(
通常被壓縮氣體最終排氣壓力取P=20MPa,則由(7)式得: T 1 = T0*( P 1/ P0) 0.13
=293*(20/0.1)0.13 =583(K)
3 型腔內氣體密度通常按氮氣密度計算;q=1.16kg/m
模內氣體質量:
G0=Vc*q=25.5*10-6 *1.16=29.58*10-6 kg
由公式(6)得:
Smin =2.5* G*(T) 0.5/ P*t 五 氣槽的做法
結合我們的設計, 排氣槽的做法可以歸納為以下幾個方面; 但是, 對於 方形, 圓形POST, 細深凹坑等排氣不良, 需要尋求不同於常規的方法來解決.
1. 利用分型面排氣
2. 利用頂針排氣
這是設計中最常用的方法. 主要利用頂針與孔的配合間隙排氣.
排氣槽總寬度 W=2*3.14D
3. 利用模仁分割排氣
以下是是一個典型的列子:
4. 方形, 圓形POST 的排氣
排氣槽總寬度W=L
a. 以post 外形尺寸為界, 將其拆成pin 與主體模仁配合, 利用配合間隙
排氣.
排氣槽總寬度W=2*(L1+ L2)
b. 以post 倒角後部尺寸為界, 將其拆成pin 與主體模仁配合, 利用配合
間隙排氣
.
排氣槽總寬度W=2*(L1+ L2)
c. 二者的共同缺陷是:新模排氣尚可, 但生產一段時間後, 配合間隙容易被異物堵死, 而起不到排氣作用; 同時對於頭部為圓形, 半球形的post 使用受到限制.
d. 以上缺陷可以利用下述方法解決:
方法一: 在以POST 外形尺寸為界的PIN 上,四周開排氣槽,並使上下面高低差為0.01~0.02,防止異物堵死,排氣效果相對好些.
排氣槽總寬度=4*L
方法二: 將POST 按圖示方法拆成兩部分,並在鑲件上開排氣槽,使中
間與兩邊面高低差為0.01~0.02;這樣排氣效果良好. 可以解決頭部為半球形post 的成型不良問題. 該方法容易使post 錯位,設計時公差控制較嚴格.
排氣槽總寬度=4*L
5. 利用成型機台排氣; 如FANUC 機可以實現二次合模, 進行排氣.
總之, 隻要我們理論聯系實際, 大膽嘗試, 勇於創新; 對於生產中的問題,
設計中的難點, 總會找到解決問題的方法.
主要參考文獻
一 > 第二冊 機械工業出版社
二 > 機械工業出版