具是赋予成品固定的几何形状﹐用以重复大量生产成品的工具。
除了产品外形、肉厚设计﹐还需要考虑浇口位置﹐流道排列﹐冷却管路配置﹐滑块、顶针、机构等。
模具设计准则
传统上在模具设计﹐首先考虑的是机构因素﹐安排分模面、轴向位置、滑块顶针、浇口位置、流道排列等﹐最后才想到塑料应如何充填。
但通常模具设计者本身并不具备成型的概念﹐不了解究竟多少压力差才能填满整组模穴﹔为了确保成型性﹐一般均采取较谨慎保守的方式-加大流道面积﹐加多浇口数目等﹔当有了成型问题﹐塑料跑不到的地方再多开一个浇口...这个现象今天在台湾依然普遍。
要得到良好成品,需要了解模具内部的流动行为: 塑料在高温下熔融成液态﹐射出机台赋予一股压力﹐热熔体会因压力差由高压往低压方向流动。模壁两侧速度较中央为慢﹐是因受到反方向的摩擦力所致。
事实上﹐在射出充填阶段﹐仍然可以细分成两部份:
1. 流动:塑料由喷嘴流出﹐经主浇道至流道、浇口而注入模穴﹐由流动起始至刚充满模穴的瞬间﹐视为流动阶段。
2. 保压:当完全填满整个模穴后﹐由于塑料熔体具有可压缩性﹐来自于射座螺杆的压力持续增加时﹐此压力升高可以多填入额外约15%的物料。之后﹐由于冷却造成体积收缩﹐保压后段更随时填入新塑料以补偿收缩减少的体积﹐正常情况下可填入约25%的额外体积﹐这约等于熔融热塑料与冷固态塑料的体积变化。
模具设计正确观念
传统进行一项塑料制品生产前﹐造形设计人员首先描绘出抽象的外形﹐以手工捏制出黏土模型﹐决定了尺寸后﹐再交由模具设计人员进行成品图与模具图绘制﹐完成后再去加工模具。
接下来﹐也许三个月后试模﹐试模结果经常是发现成型问题﹐需要反复修模﹐修的不好还需补模﹐等试好一个产品时﹐有时模具已是千疮百孔﹔而中间过程所浪费的人力与时间更是难以估计！而我们的希望是一次试模就能够得到良好的产品。
为什么需要试模? --因为没有人能准确预测塑料在模具内部的成型情况﹐而这一部份因素却决定了产品质量。当得到的产品不是原先所预期而有缺陷时﹐只能加以修改﹐以求得较好的产品。
我们能控制的是射出机台上的操作参数﹐如温度、射速、压力、时间等﹔当完成射出程序后﹐得到的成品﹐我们期望是个良好的产品’’表面美观﹐没有成型缺陷﹐尺寸安定﹐没有凹陷变形等。但在模具内部看不到的黑盒子内﹐到底发生了什么?中间过程这一部份是我们不了解的﹐为什么有的产品质量良好﹐有的却不良率很高呢?
为达到最佳设计﹐设计人员应该先了解模具内部的成型情形﹐在模具设计前就先把相关因素考虑进来﹐才能获致良好成品﹔而CAE正是解读模具内部成型所有信息的有效工具。
冷却分析
流动分析﹐可以帮助我们了解塑料在模穴内部的成型情况﹐用以找出适当成型条件及生产良好产品﹔冷却分析﹐则在于设计有效冷却管路与控制冷却条件﹐缩短成型周期。对大部份产品﹐冷却时间约占了七成﹐若能缩减这一部份时间损耗﹐对生产力来说是大幅提升。[--page--]
进行有效冷却设计之前﹐应该先了解相关观念: 模具可以视为一个热交换系统﹐热量来源是熔融热塑料所带进来的热量﹐再以几种方式散失﹐而让成品冷却固化。
冷却机构主要为:
1. 金属模板热传导。
2. 对流及非常小部份的辐射散到大气中。
