模具设计制作方案

模具設計製作

組員：王明偉、王建中、莊世懷

德霖技術學院機械工程系日四技0941

指導老師：張惠欽老師

摘要

模具是近代工業產品大量生產所倚藉的一項重要工業與技術。模具製造的精密程度和技術層次，對於生產成品的品質，生產原料的有效利用，以及生產力的提高等方面，均有絕對性的影響。而模具業又以塑膠模為最大宗。與我們生活息息相關之家電產品，資訊產品及汽機車零件中，大部分皆為塑膠製品。

因此本計劃乃以一個塑膠產品為範例，逐步探討及說明整個塑膠模具的設計流程，同時並輔以虛擬實境的展現方式，來加強對初學者之學習效果。

一．模具的定義

模具必須具有堅固的“複製空間”結構體。在操作中，他呈密閉空間以確保熱熔樹脂在射出壓力及速度下，充填並擠壓模穴時，不發生脹裂或溢料。此外還需在適當地方具有氣孔，以便在射出充填的短時間內，能讓熔融樹脂快速取代這個複製空間。

在成形循環未了，熱熔樹脂已固化時，可以在分模線處打開，在平行開模方向上，沒有任何嵌口(underercut)的情況下，將成品頂出來。為了達到上述目的，則必須具備下列條件：1.在靜態部份

(1)必須有“複製空間”結構體，例如模座及

心型。

(2)射出成形機之鎖模裝置：動態模固定板。

(3)頂出成品的裝置：頂出前後板、頂出銷、

頂出套筒。

(4)導引熱熔樹脂的通路：澆口、流道、注口

襯道。

(5)固化機構：熱塑性樹脂採用冷卻管道(系

統)。

熱固性樹脂採用電熱加熱棒。

2.在動態部份

(1)在射出成形機鎖模壓力下，模具剛才須有足夠的抗壓縮強度，才不會發生塑性變形或被壓碎的情況。

(2)在射出成形機射出壓力下，模具鋼材在強行變形範圍內的變形量須比樹脂的收縮量小。成品被頂出時，不會發生嵌口和表面刮傷的情形。

(3)在頂出壓力下，頂出銷截面積對頂出銷長度比不可過大，以防頂出銷彎曲，可採用階段式頂出銷。頂出銷與成品接觸的面積應盡量大，以防成品有頂空的情形。

(4)特殊結構體需堅固，動作行程需確實，以防裝壞模具本體、滑塊、側蕊、壓板及旋退裝置。

二、模具的功能

1.複製的功能

將熱熔樹脂填滿由模腔及模蕊所構成的密閉空間，藉熱交換作用，使其固化(或硬化)被“複製”出來。當然，一方面複製成品形狀(加入收縮率)，另一方面是複製表面之咬花花紋。

2.熱交換功能

(1)熱塑性塑膠：將熱熔樹脂所帶入的熱量，

利用油冷、水冷或空冷方式，間接自模蕊、模座及其他模板處將熱量帶走，使其固

化。油或水皆係經冷卻循環管道流通這其

中牽涉到冷卻速度及冷卻能力。

(2)熱固性塑膠：將熱熔局部架橋樹脂射入模

穴空間後，利用電熱方式間接傳給模穴中

樹脂，使其發生架橋硬化，他牽涉到硬化

速度、硬化能力(在模具中)及硬化程度(在

模具外)。

三、模具的製作流程圖

四、基本理論

1.決定模具強度

在模具設計時應該考慮的：

(1)對於成形機的鎖模力需具有足夠壓

縮強度。因此ＰＬ面必須設定出足夠

的耐壓面積。

(2)對於溶融樹酯的射出壓力需具有足

夠的壓縮、抗拉、彎曲強度，不會產

生龜裂、彎曲而使模具模具無法打開

或產生毛邊或動作不良等。

(3)依據製品形狀來考慮模具材質，利用

嵌入模心的構造，使部分材質更高級

化，並使其易於更換。

(4)冷卻孔、導梢孔、頂出梢孔、嵌件及

滑塊機構等強度上易造成應力集

中，導致龜裂現象也要一倂考慮。

強度：強度是指破損或破壞發生的界限，破損或破壞是材料的某一部份或全體引起分離。

S點：降伏點M點：最大荷重Z點：破斷剛性：任何物體上施加力量會產生變形，這種變形大小程度稱為剛性。

λ

λ

σ

A

W

a

w

E

=

=

∈

=

/

/

E：彈性係數σ：垂直應力

∈：縱向變形w：負荷

a：斷面積λ：彎曲量

：原尺寸

2.強度計算

模具強度計算，因為模具內有橫澆道、進澆口、肉厚和不同的形狀等等，難以計算，實際資料又很少，在設計時需要注意模穴內的R部及承受拉應力與彎曲應力部分，還有應力集中、龜裂破損，都應加入安全率使強度更寬裕。(1)鎖模、射出壓縮強度

對於公模和母模的分模面而言，最好僅考慮鎖模力，對於組立板、模板、支柱等而言，需加入射出壓力考慮計算。

)

/

(2

cm

kg

a

p

=

σ

S

●

●

M

Z

伸長率

荷

重

a 承受面積、σ壓縮應力、P 壓縮力

(2) 壓縮強度計算

頂出銷棒狀的長度對於斷面而言，非常長

的時候，軸壓縮負荷超越某界限值，承受壓縮使棒開始彎曲，所以才用不同壓縮計算。

2

L I E ‧‧‧π

n p b =

n ：端末條件造成的係數(n=2.046) E ：楊氏係數，鋼的場合=2.1X106

kg/cm 2

π：3.14

I ：長柱的最小斷面二次矩 L:：長柱的長度

(3) 剪斷力與銷的強度

安裝於模具的銷，由於射出壓照成剪斷應

力而破損。

‧‧T S

E =

τ F ：剪斷力 S ：斷面一次矩

T ：求剪斷應力點的肉厚 I ：斷面二次矩 3. 決定模穴數

必須考慮所用型機之規格及最經濟的產

量，而後決定模穴數。ㄧ般情形，成形品量少，或精度高，或形狀大之場合，使用ㄧ個模穴或2~4個模穴之型模。反之，生產量多之場合，尺寸精度不高，需要較低成本之場合，使用多數模穴及成組模穴之型模。

4. 決定分模線及流道、澆口

由此決定型模之基本構造，成形品毛邊及

熔接線之位置，從而決定成形品之外觀及製造工時。

直接進澆口：豎橫口直接與模具的模穴連接，因此模具構造簡單，一般用於單模穴模具。 側邊近澆口：由小型、中形物的形狀產品大部分使用多模穴。成行品在側面設置進澆口。

5. 處理嵌口部分及決定頂出方法

成形品有崁口部份時，先行決定使用何種

退出方法，於成形完成後，在型模取出。例如使用分模型模，滑塊，螺紋旋出等模具構造。頂出機構，ㄧ般採用頂出銷及頂出套筒等構造。但如成形品上，不得有頂出壓痕(pin mark)或箱形、杯類型狀物體，使用刮料板方式。或者成形品為聚乙烯樹脂者，以空氣吹出法亦被接受。

6. 模穴及心型材料及其加工方法之決定

基於模具材料之硬度及加工法，決定採用

壓入法、崁入法等。等此等場合，必須考慮嵌入線及嵌入位置或嵌入方向。

7. 溫度控制方法之決定

射出成形後，為使成形品能冷卻至常溫尺

寸，模具溫度必須加以控制，為此目的，可用水、油、空氣等通入模具，以達到冷卻模具的目的。

五．模具設計

首先，在可塑化工程融解的樹脂材料在射出工程中被射出充填至模具，然後以模具內的形狀來決定產品的外型。（摘自： ）

當一個設計者拿到成品或者是概念圖之後，首先必須將成物件在腦海中有一個概略的藍圖。

此藍圖是需要由實務經驗的累積才能快速的建構，例如模仁外型，模穴數量等，模仁的外型太小容易讓塑膠在射出的時候因為壓力過大而溢滲出去，太大則是浪費成本。

模仁的材質跟模座比起來是屬於較高級的材質(模仁通常是 NAK80 模座通常是 S45C )

而模穴數量則是決定生產的速度，不過在有限的機器支援條件之下設計者必須設計出恰好的穴數，否則設計過多的模穴也只是射不飽，白白的浪費加工成本與時間，設計過少的模穴會讓生產能力下降導致產能不足，設計者於腦中