模具结构与技术一.塑料模具的初步认识1.模架（模架）2.模具7大系统二模具质量等级分类1.一级质量模具*CYCLES：必须能有一百万或以上的啤次。*一级模具的要求如下：（1）、详细的模具设计（连电脑图和物料）；（2）、模架硬度最少要有HB280；（3）、模仁,入子必需最少淬硬HRC50,所有滑块及配件等亦必要淬硬;；（4）、要加中托司(EGP)；（5）、滑块必定要有耐磨片；（6）、建议将全部冷却水道做镀镍（ELECTROLESS NICKELPLATING）（7）、分模面必要加定位锁。2、 二级质量模具二级质量模具*CYCLES：要求大约50万啤次。*此乃二级和高级质量的模具，必须用好的物料及配件，并于模具的公差亦有一定的标准（尺寸精度）。* 此模亦要求有顶好的质量*二级模具的要求如下：a、建议做详细的模具设计；b、模架硬度最少要有HB280；c、模仁、入子必需最少淬硬HRC48，所有滑块及配件等亦必要求热处理；d、分模线必要加定位锁；e、以下之要求会于个别要求及在报价时而定立：（a）、要加中托司(EGP)；（b）、滑块加耐磨片； （c）、型腔电镀。3. 3. 三级质量模具三级质量模具*CYCLES：要求大约25万啤次。此乃一般的模具要求，生产亦为中生产模具。*三级模具的要求如下：（1）、建议做模具设计；（2）、模架硬度最少要有HB165；（3）、模仁、入子必需最少为HB280； （4）、除以上3点基本要求外，其它均视作选择性的额 外要求。4. 4. 四级质量模具四级质量模具*CYCLES：要求大约1万啤次。此乃低生产模具，一般而言没有什么特别要求，但模具质量仍需好及客户接受。*四级模具的要求如下：（1）、建议做模具设计；（2）、模架可能是一般的铜材或铝；（3）、入子可用铝或用客户同意下的钢材； （4）、除以上3点基本要求外，其它均视作选择性的额外要求。三三 塑塑 胶胶 模模 具具 常常 用用 钢钢 材材1. 王牌钢王牌钢（中炭钢或45号钢）美国标准编号：AISI10501055日本标准编号：S50CS55C德国标准编号：1.1730硬度：HB170HB220特性：价格便宜,加工容易用途：在模具上用作模架,顶柱，及一些不重要的零件上,市场上一般标准模架是采用此种钢材; 2. P20预硬塑胶模具钢预硬塑胶模具钢美国、日本、新加坡、香港、中国标准编号：AISIP20，德国及有些欧洲国家编号：DIN：1.2311、1.2378、1.2312硬度：HRC280400特性：1.此种钢是预硬钢，一般不适宜热处理，但是可以 氮化处理， 2.硬度比中炭钢高，变形也比中炭钢稳定 3.由于已作预硬处理，机械切削也不太困难，用途：很合适做一些中下价模具的镶件，有些生产大批量的 模具模架也采用此钢材常规品牌：瑞典：718S（330340HRC）,718H（340380HRC）日本：NAK80（400HRC+20）,NAK55（400HRC+20）德国：GS-711（硬度340360HRC）GS738（硬度320350HRC）GS808VAR（硬度380420HRC）GS318（硬度290330HRC）GS（硬度290330HRC）注意：1.NAK80做母模镶件，2.NAK55做公模镶件，但不能直接做EDM纹（含硫）；3.GS312含硫不能做EDM纹，在欧洲做模架较为普遍，公模3. H13热作钢热作钢美国、中国、香港、新加坡、标准编号：AISIH13，DIN：（欧洲）1.2344日本：SKD61硬度：HB185HB230须热处理。特性：1.用在塑胶模具上的硬度一般是480520HRC，也可氮化处理2.由于须要热处理，加工较为困难，故在模具的价格上比较贵一些3.若是须要热处理到40HRC以上的硬度，模具一般用机械加工比较困难，所以在热处理之前一定要先做工件的粗加工4.运水孔，螺钉孔，及攻牙必须做好才进行热处理，否则要退火重做，那么是费时失事的常规品牌：一胜百（ASSAB）：8407；德胜（THYSSEN）：GS344ESR或GS344EFS。（一般用在定件的是GS344ESR，用在动件的是GS344EFS）；日本大同制钢：DAIDOSTEELHI5. 420 （不锈钢）不锈钢）AISI：420STAVAXDIN：1.2083硬度：HB180240，特性：1.须要热处理，应用硬度480520HRC，2.不适合氮化热处理（锐角的地方会龟裂），3.耐腐蚀及抛光的效果良好，一般用于透明胶件及有腐蚀性的胶料，例如：PVC及防火料等等常规品牌：一胜百（ASSAB）：S-136ESR德胜：GS083-ESR、GS083GS083VAR；6. 420 预硬不锈钢预硬不锈钢DIN：1.2316AISI：420STAVAX硬度：HB265380，特性：1.不适用于透明胶件，因为抛光到高光洁度时，由于硬度不够很容易有坑纹，同时在啤塑也很易有花痕，要经常再抛光，2.硬度不高，机械切削较易，3.耐腐蚀，常用于具腐蚀性的胶料。常规品牌：一胜百(ASSAB）：S-136H（HB290330）德胜钢厂(THYSSEN）：GS316（HB265310）GS316ESR（3034HRC）GS083M（HB290340）GS128H（3842HRC）日本大同（DAIDO）：PAK90（HB300330）10.油钢油钢AISI01，DIN1.2510&AISI02，DIN1.2842 硬度：HB220230特性：要热处理，应用硬度580600HRC用途：一般作为滑块的硬片，压紧块，垃圾钉等常规品牌：一胜百（ASSAB）：DF2，德胜（THYSSEN）：GS-510及GS-842，龙记（LKM）：2510。11.Be Cu 铍铜铍铜用途：此材料一般用在塑胶模具难于做冷却的位置上特性：散热效果好常规品牌：MOLDMAX30，硬度为：260320HRCMOLDMAX40，硬度为：360420HRC德胜（B2）出厂硬度为350HRC。型模之熱處理及表面處理型模之熱處理及表面處理退火淬火回火氮化电镀，镀着對鋼料施行适合正确之熱處理能使硬度,強度,韌性等机械性能提高.再者,施行電鍍作表面處理,型模表面精度提高,表面光洁,使脫模良好,成形品外觀成為光洁,能使成形性向上.因之,型模壽命增長,品質向上必選用适當之材料等外,對於熱處理及表面處理方法之選定亦极重要.以下對型模普通施行之熱處理及表面處理方法作概要之說明.退火退火 * 為使鋼質軟化,調整結晶組織,再者消除內部應力,加熱至适當溫度后徐徐冷卻之操作(圖2),但由於目的及材料之不同,退火溫度及操作亦各各相异. * 此應型模加工時极普遍施行之事項,此有將應力去除,材料軟化,切削性提高之目的.有下述之事項.(1) 消除應力退火 為使將加工所生之內部應力消除,施行熱處理,特別對有淬火必要之型模場合,大多在粗切削及中切削作業間施行. 不施行退火消除加工內部應力,淬火時麻田散鐵變態所生之應力大,成為淬火開裂,撓曲等原因.(2) 球狀化退火 為使改善加工性,退火后韌性增加,防止淬火開裂,有必要將鋼之碳化物球狀化.為此目的對工作施行加熱,然后冷卻之操作. 淬火淬火淬火為使鋼之硬度增加,加至适當溫度,在适當之冷卻劑中急冷之操作(圖3),但有种种不同之方法,最普通施行之方法如下所述.(1) 普通淬火* 將鋼加熱至A,及A1變態點以上之适當溫度,然后在水或油中急冷由此在气冷中得麻田散鐵組織之方法.* 普通淬火之際,加熱必需注意之點為過熱及氧化脫碳之防止.型模部份為肉厚非常不均一之制品之場合,將有不均一之加熱,由於各部之溫度差發生熱膨脹差,致影響變態點,引起變態差,成為應力,淬火開裂之原因.* 氧化,脫碳之防止方法為使用能調整气氛之加熱爐及鹽浴爐,但如無法獲得之場合,則可在被覆以淬火用鹽粉之件制箱中加熱.* 為防止熱處理變形,使用淬火溫度低之鋼料,選用自硬性大,有气冷程度淬火之鋼料等,為有效之措施. (2) 麻淬火(Marquenching) 加熱至被處理材料之淬火溫度后,投入於溫度為Ms點(冷卻時由活斯田鐵轉為麻田散之開始溫度)之熱鹽槽中,使鋼材之溫度成為均一后,取出气冷緩慢引起麻田散鐵變態,形成硬化(圖5),气冷后施行回火處理.此法不致發生淬火開裂,淬火應力.回火回火鋼材於淬火狀態中,有非常硬脆,成為不安定狀態.回火將淬火所生之內部應用除去形成安定狀態外,為使能賦与适合各种用途之硬度及韌性,加熱至A1變態點以下之适當溫度后,再行冷卻之操作.依照回火之目的,分為低溫回火及高溫回火兩种.淬火硬度需要相當高之場合,使用高碳鋼,施行溫度在200左右之低溫回火,其目的系將由於淬火所生之應力消除;构造用鋼之場合,回火之目的,系將其組織轉化為有高韌性之糙斑鐵,施行溫度在500600之高溫退火.高合金鋼及高速鋼施行一次回火,回火效果不能充份之場合,得施行23次之返复回火.此外,為使提高机械性能之場合,亦得施行23回之返复回火.圖7示含碳量為0.45%之碳素鋼,不同回火溫度時机械性能之變化.氮化氮化 氮化亦為使鋼件表面硬化之方法,在氨气或含氮之适當媒劑 中加熱,使形成局部含氮量增加之操作. 氮化層非常硬,有特殊卓越之耐磨耗性,耐蝕性亦較良好.因之對型模,特別為摩擦部分有非常效果. 氮化有諸多方法,普通施行者有下列方法. (1) 气体氮化法 被處理件裝於氮化箱內,置入於爐中,通入氨气,溫度為500550左右,氮化時間為50100小時.此种方法為低溫處理,使熱處理變形接近於無,氮化層非常硬,大至在Hv10001200左右.氮化層厚度標准,使用氮化鋼之場合,50小時為0.5mm,100小時為0.7mm.使用材料希望為含鋁之氮化鋼.(2)低溫鹽槽氮化方法(軟氮化法)此种方法施行於氯化鉀(KCN)等熔解鹽槽中,處理溫度為約550.在熔解鹽槽施行氮化与滲碳處理方法相同,但以氮化為主之處理溫度較低. 氮化時間較气体氮化法為极短,12小時.此种方法所得之表面層硬度,低碳鋼,中碳鋼場合約為Hv570680左右,較气体氮化法為低,耐磨耗性,韌性等卓越,燒接及燒合等防止有特殊效果.再者,熱處理應力极為微小.使用材料以不含氮化生成元素之普通鋼為佳.電電 鍍鍍電鍍為在型模表面被覆其他金屬,增加表面光澤,提高表面硬度,增強耐蝕性等之表面處理方法,對型模作下列處理.(1)鍍硬鉻此為對型模廣泛施行之處理.此電鍍法將型模浸入於以無水鉻酸為主体之電解液中,通以電流,鉻析出電著於型模表面.普通鍍層厚約為0.0050.05mm,施行於型模場合,以0.010.02mm左右最為适當.在型模表面施行電鍍硬鉻之場合,得提高增進下列各項特征.1)脫模良好.鍍鉻面光滑如鏡,脫模非常卓越.2)鍍層面硬,耐磨耗性佳,不易刮傷.鍍層面硬度約為Hv9001000左右.3)形成良好之耐蝕性.鉻面除對鹽酸,稀硫酸等一部份化學品有作用外,對其他藥品安定.4)有良好光澤.鉻面具有精美之光澤,能反映於成形品上,能提高成形品之商業价值.(2)無電解鍍鎳此法不經電解作用,以化學方法施行鍍著(例如無電解鍍著法).鍍著經由附著於被處理材上之触媒劑傷鎳被還原,行成表面鍍著層.此种鍍著之特性為.1)不致發生電鍍之鍍層厚度差,為較為均勻鍍著法.2)表面不生針孔,光滑而硬.經由熱處理硬度更能上升.鍍層硬度偶而可達Hv500左右,施行熱處理者可上升至Hv800900左右.3)密著性良好,不易剝离.4)耐蝕性良好.鍍著面之化學耐蝕性几与純鎳相匹.模具设计合理化RationalizationofMoldDesign模具設計合理化的目的一副模具的好壞，有三個主要關鍵：模具設計、加工技術、以及鉗工組立。隨著機台加工精度的提昇，現今模具廠的加工技術都有水準之上。模具的好壞，設計人員與鉗工的功力變成了決定因素。在模具尚未加工前，如果能在設計圖上按照順序檢查出可能的問題，並且加以解決，模具的問題自然減少。模具設計圖 模具設計圖是一副模具的基本資料。如果有標準的檢查表，就能夠從模具設計圖面上找出可能的問題。 對於非模具專業人員，一份組立圖往往看的頭昏腦脹。其實，如果瞭解模具設計人員的想法，並且依照上述檢查點檢視圖面，模具圖的檢查工作其實是非常容易的。塑膠模具設計順序分模面設計Parting Plane Design 澆注系統設計Filling System Design冷卻系統設計Cooling System Design排氣系統設計Venting System Design脫模機構設計Ejecting System Design分模面 為了將成品及凝固的流道從模穴中取出，模穴必須能夠分成兩個或者是數個主要的部分。這些可以分離部分的接觸表面，通稱為分模面。分模面的位置判斷 分模面位置放置不當，有時候造成的成型問題，會完全無法解決。 通常分模面判斷會出現問題者，多半是產品上有兩個以上的開模方向；一般設計者在進行設計時，多半會將行程較短側以滑塊設計。 然而，滑塊機構合模時能夠提供的鎖模力較小，若該方向之產品投影面積較大，很容易會發生問題。原子筆筆筒設計一設計二USB 隨身碟下蓋充填模式下蓋模仁3D組立上蓋充填模式母模滑塊上蓋模仁3D 組立分模面定位 在成型過程中，模板的定位主要是靠四支導柱的定位。但是當模座較大時，導柱的公差也會隨之增大，定位的效果也會較差。為了幫助定位效果，在模座的四周可以安裝導柱輔助器，協助模具公母模板的開閉時的定位。或者是利用分模面定位的設計，讓模具閉合的效果提高。導柱輔助器（分型面管位块）的安裝日光燈燈罩成型材料: PMMA成型機噸數: 400 噸 (一模一穴)問題: 成型不穩定, 壁厚不均勻CAE 分析原有的拆模方式修改後的拆模方式卡車車門閂CAE 分析公母模仁側視圖公模仁圖把手公母模仁側視圖公模仁3D圖分模面的定位分模面是否有尖角 模具的分模面設計如果有尖角，在成型過程中，該尖角位置因為應力集中的影響，比較容易崩壞。 進行3D模仁設計時，必須注意分模面上是否有尖角出現；因為如果分模面上出現尖角，模具的壽命可能會縮短；可以與產品設計人員討論，檢查是否可以修改產品造型。滑雪靴的分模面修改滑雪靴上壓板Shoes High_back產品造型公模仁分模面設計檢查點 分模面的位置決定 分模面定位 分模面尖角澆注系統的合理化 澆注系統是指模具中，從射出機噴嘴起，到模穴入口為止的塑料熔體的流通管道，或者是在這個通道內冷凝的固體塑料。 澆注系統分為普通流道系統（冷流道）以及熱澆道系統兩大類，普通流道系統包括了流道（由主流道、分流道，以及冷料井組成）和澆口。 澆注系統的合理化，首重模穴配置與澆口設計澆注系統澆注系統設計重點 模穴配置盡量採用平衡配置，模穴與澆口的位置力求平衡，以防止模具承受偏載，而產生溢料現象。 流道末端必須設計冷料井，防止冷料隨著流道系統進入模穴。 結合線的位置，主要是由澆注系統的設計決定，在產品上額外加上肉厚設計，可以在不調整澆口位置的條件下，改變結合線的位置。隨身碟飾板模穴配置模穴充填平衡液晶電視前框LCD TV Bezel冷料井設計公模仁配置冷料井的設計利用額外的肉厚設計調整結合線位置 許多產品的進澆位置，其實都受限制了。然而，結合線的位置卻因為澆口位置的限制，而固定住了。 利用額外的肉厚設計，可以在固定的澆口位置下，改變結合線的位置。增加局部肉厚，改變結合線位置增加局部肉厚，改變結合線位置澆口設計的合理化 澆口的主要作用有二：模穴填滿後，塑料會在澆口處先凝固，防止倒流多模穴模具，澆口可用來平衡進料；對於多澆口單模穴的模具，澆口可控制結合線位置。 最常出現的澆口設計錯誤，就是造成產品有噴流痕（Jetting）。噴流Jetting噴流噴流(Jetting)的定義: 自一受限區域(例如噴嘴或是澆口)，到一較厚和開闊的區域，形成的彎曲摺疊似蛇的流痕。使用重疊澆口以避免噴流正確的澆口位置以避免噴流澆口設計對噴流的解決方法澆口至型腔，斷面積應逐漸變化，如突片(tab)澆口或是扇形(fan)澆口，塑流得以平穩過渡，噴流得以避免。最簡單的方法，就是在設計前用CAE 軟體分析，檢查塑料通過澆口時的剪切率（shear rate）是否超過材料商建議值，就可以事先預防。使用凸片澆口以避免噴流使用適當的澆口形狀以避免噴流電話透明上蓋模仁配置與凸片澆口背光板矩形邊緣澆口設計扇形澆口設計重疊式澆口設計凸片澆口設計針點澆口設計潛伏式澆口設計澆注系統設計檢查點 充填模式是否平衡（可配合CAE 軟體進行充填分析，檢視模穴充填狀況） 結合線位置是否恰當，有無可能利用改變澆口位置，或者是增加局部肉厚，以避免結合線出現在重要外觀面上（可配合CAE 緩體進行分析預測結合線位置） 澆口形式是否恰當（避免Jetting 的發生）热热 流流 道道熱澆道系統的安裝使用熱澆道組裝的重要尺寸(1)熱澆道組裝的重要尺寸(2)Installation(安裝1)安裝中心定位銷,墊圈與定向銷並檢查安裝後高度不可高於圖面尺寸,Installation(安裝2)安裝灌嘴並檢查安裝後的高度將電源線依序標示號碼Installation(安裝3)安裝止漏環於灌嘴上面Installation(安裝4)安裝分流板於灌嘴上方,並檢查是否貼緊灌嘴將電源線標示號碼Installation(安裝5)用扭力鈑手固定分流板Installation(安裝6)檢查分流板安裝後高度需高於熱流道板+0.10mm熱澆道的安裝 (7)檢查厚度並將模板組合起來熱澆道的安裝 (8)調整模板並用二根的定位銷來固定熱澆道的安裝 (9)鎖上結合模板的螺絲熱澆道的安裝 (10)置入定位環並用M8螺絲鎖上鎖上接線盒安裝線路的規則安裝線路的規則(1)在接線的時候要確保加熱器和感溫線對應,所以要將加熱器與感溫線的接頭先做編號視圖方向是從成型機灌嘴試圖先將灌嘴編號, 在模子中央的灌嘴編為1號安裝線路的規則(2)先將灌嘴編號,再將分流板編號接線順序：從右上方(X軸:+，Y軸:+)循逆時針方向依序接線，分流板的接線方法也相同在接線盒上的接線方式(1)在接線盒上的接線方式(2)安裝銘牌於模具側邊熱澆道系統的運作(1)在模具安裝在成型機以前，請檢查熱澆道的接線方式與接頭是否與溫控器的接線方式與接頭相符合，所有接線是否完備前置檢查將模具安裝在機台上，並且連接所有冷卻迴路、油壓迴路、與空氣迴路。確實連結熱澆道系統的插頭打開控制器主電源，接著逐一開啟各控制面板，並且啟動除濕功能，觀察各控制面板的溫度變化.。熱澆道系統的運作(2)啟動初期應注意事項檢查所有電氣接頭有無鬆脫的現象，或發生漏電，漏氣等現象，如有發生，立即修護。開啟所有冷卻迴路，使模具保持在恒溫，尤其是使用對熱有高敏感度的材料，更應注意。用最大背壓，將塑料擠進熱澆道系統，當製料出現在進澆點時即可。打開溫度控制器。待溫度上昇至設定溫度時，將螺桿後退至充夠的計量處，即可成型。前20模，需特別注意，射出量是否等於成品的重量，如發現成品的重量不足時，應立即查明原因。熱澆道系統的保養保養是模具延長壽命的重要工作如塑料對熱敏感度高或具有腐蝕性，在每次停機時，應使用PP將駐留的材料清除。清險所有水氣、霧氣、油漬等雜物，以防止模具生銹。將模具保存在乾燥通風之處。如果模具的保存時間太長，濕氣可能侵蝕加熱器，使用前，務必除濕。如果使用閥澆道系統，需每季做12次的保養，以防止碳化腐蝕或因空氣不潔而造成活動的不順暢。熱澆道系統面臨的挑戰熱澆道提供一個塑料自機台灌嘴到澆口的通道，除了精準的加工精度以外，所面臨的挑戰有：同時滿足各種不同溫度的要求抗高壓的強度耐磨耗熱澆道系統的麻煩通常麻煩來自於：加熱器損壞濕氣、品質瑕疵、不良的把持。漏料不良的加工精度、不當的安裝與操作。相對活動不順暢零件磨損、空氣太髒。冷卻系統的合理化模具的溫度會直接影響到塑膠產品的品質與生產效率，所以模具上需要添加溫度調節系統，以達到理想的溫度要求。一般成型的塑料溫度，大約在200左右，而塑膠件固化後，要從模具中取出的溫度，大約在60 左右。熱塑性塑膠在成型後，必須對模具有效的冷卻，使融熔塑料的熱量必須很快的傳給模具，以便使塑料冷卻後可迅速脫模。牛頓冷卻定律縮短冷卻時間的方法一縮短冷卻時間的方法二縮短冷卻時間的方法三冷卻水流速與水管直徑的關係典型的冷卻系統冷卻孔直徑、深度和節距建議值冷卻水路設計重點水路與模穴的外型盡量吻合2D 組立圖大型滑塊2D 組立圖澆口附近加強冷卻側澆口澆口附近加強冷卻薄膜澆口澆口附近加強冷卻多澆口水路入口與出口的溫差盡量降低冷卻設計檢查點