高光无痕模具设计要点.docx

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高光无痕模具设计要点

高光无痕模具设计要点

一、原理：

1、模具成型对温度要求较高（一般为80°～130°左右）,在注塑转入保压后改用冷却水,使模具降温至60°～70°度。

在较高的模温下保压成型有利于消除熔接痕、流痕、产品内应力等缺陷。

因此模具在工作时需进行加热处理，为了防止热量损失，通常都会在定模侧加树脂隔热板。

　2、模腔表面极度光亮（一般为镜面2级或更高）。

高光模具生产出的产品可以直接用于装机，无需做任何表面处理。

因此它对模具钢材及塑胶材料的要求都很高。

3、热流道系统的热咀较多。

每个热咀必须带封针且有独立的气道，通过电磁阀及时间继电器等进行单独控制，实现分时进胶，从而达到控制甚至消除熔接痕的目的。

4、模具加热的方式通常有水蒸汽加热（见图１）和加热棒加热（见图２）两种。

水蒸汽加热方式是通过特定的模温机在注塑过程中通过模具通蒸汽，从而使模具快速升温；在注塑完后改通常温水（或者冰水）使模具快速降温。

加热棒加热方式是在注塑过程中通过在内模料里面加加热棒使模具快速升温；在注塑完成后通过内模料里面的运水（常温水或者冰水）或者叠层模料底部的铝材（铝材里面通运水）使模具温度快速降温。

（图１）

　　　　　　　　（图2）

二、模具材料

（一）产品表面普通要求的模具材料可用NK80（日本大同）；

（二）高光要求的产品选用S136H（瑞典）、CEANA1（日立）；

（三）NK80可不用淬火处理；S136应在粗加工后淬火至52度；CEANA1号本身具备42度也不需要淬火处理（建议用此材料，因不影响后续加工或改动）；

（四）德国葛利兹品牌中也有不错的选择：

CPM40\GEST80

三、模具水道设计

（一）水道采用5mm-6mm大小的孔；水嘴用1\8或3\8的牙（模具侧），另一侧用3\4英制螺纹；管件材料用不锈钢管；

（二）水道一侧离产品面最近不低于5mm-6mm；水道平行产品面且均匀排布（原则中心距15mm分布，）；热电偶应设计在两水道中间，深度在50mm左右；且每套模具的PT100是一配一的，保持它的精确度，埋在模具模仁内，与热流道的热电偶一样，用线连接到模具外侧，转接插座，PT100要有对应的插头与其对接。

（三）模具水道接头必须设计在模具上下侧或后侧；操作侧不允许有水道出口或水管排布，以烫伤及人员。

（四）模具进出水嘴处采用分流板设计，水热模温控制系统只有一进一出的管道，以减少过多的水管连接，减少热能不必要的损耗；且达到安全与节能的目的。

且波纹管外表面用隔热胶带缠绕，起到保温与安全的作用。

（五）堵头为确保不漏气漏水，需要先用铜堵然后再用锥度喉牙加耐高温胶密封；高光模具对冷却水道的排布比较讲究，好的水道排布不仅可以大大提高注塑效率，而且在改善产品质量方面也起到重要作用。

高光模具的水道不仅要均匀而且必须要充分，这样通过模温机就可以很容易达到所要求的温度；同时，采用加长水管直接将模芯运水引出而不采用密封圈，这样可防止模具长期在高温下作业，致使密封圈老化，也可降低许多模具的维修成本。

值得一提的是，高光模具的运水管必须采用能耐高温250度、高压16公斤/兆帕的油管，以防高温高压下水管爆裂。

对于圆型产品采用环型运水；对于长条型产品采用平行运水；对于高度落差大的产品采用水井形式；对于异形产品采用与产品外型一至的三维运水。

四、模具隔热系统

（一）模具定模镶芯或动模镶芯四面要做掏空处理：

模框与镶芯要有一定的间隙（视模具材料的热膨胀系数，单面1mm），防止模框膨胀，以减少模芯于模框的接触面，有效使用热能；模芯于模框的锁定采用斜契方式或其它类似方式，前端采用隔热效果明显的粉尘树脂或其它材料。

（二）模框与镶芯的详细结构见附图１和附图２；模框的冷却水非常重要，为防止模仁中的热能传至模框，要在靠近导柱位置，上下排布一圈运水。

（三）导套运动部位尽可能采用石墨材料或者把导柱前端做避空处理，配合处只要保证25mm长度就足够了；

五、模具浇口设计

模具浇口设计要尽可能地减少熔接线，并有利于排气及减少剪切。

对采用水加热模温机的模具，浇口尺寸要开得比较大，并且尽量采用大胶口进胶或采用热流道进胶。

在不影响产品机能及成型效率下,浇口应尽量缩短其长度、深度，尽可能加大宽度。

若浇口过小,则易造成充填不足（短射）、收缩凹陷、熔接线等外观上的缺陷,且成型收缩会增大。

若浇口过大,则浇口周围产生过剩的残余应力,导致产品变形或破裂,且浇口的去除加工困难等。

最好选用一个浇口﹐除非流动比超过实际的极限。

树脂的流动长度曲线图﹐将会提供在某一确定的成型条件下材料的流动长度。

多个浇口经常会产生缝合线与融合线。

除了长的﹑窄的成品﹐采用单浇口将会确保更一致的材料﹑温度﹑保压分布﹐以及更好的配向的效果。

对胶口的冷料要做充分的排除考虑，并扩大主流道与分流道的截面积。

六、模具排气：

尽可能的在产品周围相隔10mm为一段，均匀分布开排气槽，深度为0.02mm；产品中间碰传面也需要排气设计；高光模具一定要在T1后应按样板上产生熔接线和鼓气的位置加排气。

七、模具的分型面配合：

因为高光模具的温度高低有很大的落差，所以碰面配合要求较高，同时要减少碰穿面的面积，分型面四周有10mm配合就够了，其他尽可能做避空处理。

八、加热棒高光模设计

（一）在进胶口处上下侧要有电热棒，运水孔一般为∅6；两运水孔中心距离为15mm-20mm；加热棒壁离产品表面距离为5mm，两加热棒之间的中心距离为20mm；运水壁于加热棒壁距离为6-8mm。

（二）内模腔运水可以用耐高温密封圈密封或者采用硬密封方式；

（三）加热棒直径为∅4.92，模具设计时∅5，装配加热棒前先用∅5的顶针磨刃口把加热棒孔的毛刺去掉；

（四）模具进出水嘴处采用与水蒸气加热模具一样的分流板设计，因为电热模温控制系统只有一进一出的水路管道。

九、高光对产品的要求

高光模具对产品结构要求很严格，越光亮的产品对光的折射效果越敏感，表面稍有缺陷很快就会被发现，因此如何解决缩水问题是高光产品的首要问题。

一般的产品筋位厚度不超过主体胶位厚度的0.6倍便不会缩水，或者说缩水较小不易被发现，可忽略不计。

但对高光产品而言，这样的要求远远不够，还需将产品筋位的厚度减小到不超过主体胶位厚度的1倍，对于螺丝柱位还必须做火山口式斜顶结构。

最关键的是产品的脱模斜度要拔到3度以上，因为是镜面产品，容易吸附力，对出模有影响。

十、高光模对塑胶材料的选择

目前常用高光塑胶材料一般是ABS+PMMA和ABS+PC。

作为常用的两种机壳材料，尽管ABS+PC的成本会大一些，但成型出的产品在耐冲击性、表面光泽度以及硬度方面都比HIPS好，所以在生产高光产品时，通常选用的是高光ABS材料。

ABS属于无定形聚合物，无明显熔点。

由于其牌号品级繁多，在注塑过程中应按品级的不同制订合适的工艺参数，一般在160℃以上，270℃以下即可成型。

在成型过程中、ABS热稳定性较好，可供选择的范围较大，不易出现降解或分解。

且ABS的熔体粘度适中，其流动性比聚本乙烯（PS）、聚碳酸酯等要好，而且熔体的冷却固化速度比较快，一般在5～15秒内即可冷固。

ABS的流动性与注射温度和注射压力都有关系，其中注射压力稍敏感些。

为此，在成型过程中可从注射压力入手，以降低其熔体粘度，提高充模性能。

ABS因组分的不同，吸水及粘附水的性能各异,其表面粘附水及吸水率在0.2%～0.5%，有时可达0.3%～0.8%之间,为了得到较为理想的制品,在成型前作干燥处理,使含水量降至0.1%以下。

否则制件表面将会出现气泡、银丝等瑕疵。

通常塑胶材料需要加1%金属粉提高高光金属效果。

十一、模具的抛光与保养

　在塑料模具加工中所说的抛光与其它行业中所要求的表面抛光有很大的不同，严格来说，模具的抛光应该称为镜面加工。

它不仅对抛光本身有很高的要求并且对表面平整度、光滑度以及几何精确度也有很高的标准。

表面抛光一般只要求获得光亮的表面即可。

　　镜面加工的标准分为四级：

AO=Ra0.008μm，A1=Ra0.016μm，A3=Ra0.032μm，A4=Ra0.063μm，由于电解抛光、流体抛光等方法很难精确控制零件的几何精确度，而化学抛光、超声波抛光、磁研磨抛光等方法的表面质量又达不到要求，所以精密模具的镜面加工还是以手工抛光为主。

（一）　手工抛光基本程序　要想获得高质量的抛光效果，最重要的是要具备有高质量的油石、砂纸和钻石研磨膏等抛光工具和辅助品。

最重要的还有抛光的工作环境，要求是无尘车间。

而抛光程序的选择取决于前期加工后的表面状况，如机械加工、电火花加工，磨加工等等。

　　手工抛光的一般过程如下：

（1）手工油石研磨，条状油石加煤油作为润滑剂或冷却剂。

一般的使用顺序为#180~#240~#320~#400~#600~#800~#1000。

许多模具制造商为了节约时间而选择从#400开始。

（2）半精抛半精抛主要使用砂纸和煤油。

砂纸的号数依次为：

#400~#600~#800~#1000~#1200~#1500。

实际上#1500砂纸只用适于淬硬的模具钢（52HRC以上），而不适用于预硬钢，因为这样可能会导致预硬钢件表面烧伤。

（3）精抛　精抛主要使用钻石研磨膏。

若用抛光布轮混合钻石研磨粉或研磨膏进行研磨的话，则通常的研磨顺序是9μm（#1800）~6μm（#3000）~3μm（#8000）。

9μm的钻石研磨膏和抛光布轮可用来去除#1200和#1500号砂纸留下的发状磨痕。

接着用粘毡和钻石研磨膏进行抛光，顺序为1μm（#14000）~1/2μm（#60000）~1/4μm（#100000）。

　精度要求在1μm以上（包括1μm）的抛光工艺在模具加工车间中一个清洁的抛光室内即可进行。

若进行更加精密的抛光则必需一个绝对洁净的空间。

灰尘、烟雾，头皮屑和口水沫都有可能报废数个小时工作后得到的高精密抛光表面。

（二）手工抛光中要注意的问题　用砂纸抛光应注意以下几点：

（1）用砂纸抛光需要利用软的木棒或竹棒。

在抛光圆面或球面时，使用软木棒可更好的配合圆面和球面的弧度。

而较硬的木条像樱桃木，则更适用于平整表面的抛光。

修整木条的末端使其能与钢件表面形状保持吻合，这样可以避免木条（或竹条）的锐角接触钢件表面而造成较深的划痕。

（2）当换用不同型号的砂纸时，抛光方向应变换45°~90°，样前一种型号砂纸抛光后留下的条纹阴影即可分辨出来。

在换不同型号砂纸之前，必须用100％纯棉花沾取酒精之类的清洁液对抛光表面进行仔细的擦拭，因为一颗很小的沙砾留在表面都会毁坏接下去的整个抛光工作。

从砂纸抛光换成钻石研磨膏抛光时，这个清洁过程同样重要。

在抛光继续进行之前，所有颗粒和煤油都必须被完全清洁干净。

（3）为了避免擦伤和烧伤工件表面，在用#1200和#1500砂纸进行抛光时必须特别小心。

因而有必要加载一个轻载荷以及采用两步抛光法对表面进行抛光。

用每一种型号的砂纸进行抛光时都应沿两个不同方向进行两次抛光，两个方向之间每次转动45°~90°。

（三）钻石研磨抛光应注意以下几点：

（1）这种抛光必须尽量在较轻的压力下进行特别是抛光预硬钢件和用细研磨膏抛光时。

在用#8000研磨膏抛光时，常用载荷为100~200g/cm2，但要保持此载荷的精准度很难做到。

为了更容易做到这一点，可以在木条上做一个薄且窄的手柄，比如加一铜片；或者在竹条上切去一部分而使其更加柔软。

这样可以帮助控制抛光压力，以确保模具表面压力不会过高。

（2）当使用钻石研磨抛光时，不仅是工作表面要求洁净，工作者的双手也必须仔细清洁。

（3）每次抛光时间不应过长，时间越短，效果越好。

如果抛光过程进行得过长将会造成"橘皮"和"点蚀"。

（4）为获得高质量的抛光效果，容易发热的抛光方法和工具都应避免。

比如：

抛光轮抛光，抛光轮产生的热量会很容易造成"橘皮"。

（5）当抛光过程停止时，保证工件表面洁净和仔细去除所有研磨剂和润滑剂非常重要，随后应在表面喷淋一层模具防锈涂层。

（四）影响模具抛光质量的因素

　由于手工抛光主要还是靠人工完成，所以抛光技术目前还是影响抛光质量的主要原因。

除此之外，还与模具材料、抛光前的表面状况、热处理工艺等有关。

优质的钢材是获得良好抛光质量的前提条件，如果钢材表面硬度不均或特性上有差异，往往会产生抛光困难。

钢材中的各种夹杂物和气孔都不利于抛光。

（五）不同硬度对抛光工艺的影响　

硬度增高使研磨的困难增大，但抛光后的粗糙度减小。

由于硬度的增高，要达到较低的粗糙度所需的抛光时间相应增长。

同时硬度增高，抛光过度的可能性相应减少。

（六）工件表面状况对抛光工艺的影响

　钢材在切削机械加工的破碎过程中，表层会因热量、内应力或其它因素而损坏，切削参数不当会影响抛光效果，所以要求用高速CNC精加工，加工切削量控制在0.05mm～0.07mm。

电火花加工后的表面比普通机械加工或热处理后的表面更难研磨，因此电火花加工结束前应采用精规准电火花修整，否则表面会形成硬化薄层。

如果电火花精修规准选择不当，热影响层的深度最大可达0.4mm。

硬化薄层的硬度比基体硬度高，必须去除。

因此最好增加一道粗磨加工，彻底清除损坏表面层，构成一片平均粗糙的金属面，为抛光加工提供一个良好基础。

十二、高光模具的保养

一、模具工件表面平时必须有高等级的防锈剂或用保鲜膜封贴，以防止与空气直接接触，导致生锈；

二、禁止任何杂物或手直接与型腔面接触；

三、清洗镜面工件，应采用高密度的纸巾喷上清洗剂由上至下轻轻擦洗，且不能来回擦洗；不可用医用药棉和布条；不可用气枪直接在工件上吹，因为气管内的杂物水气都会导致工作表面损坏。

四、每次模具生产后或试模后，必须用气枪把模具水道内的冷却水吹净，防止模仁内积水生锈，影响模具寿命。

周云峰

2009.07.15