高精度及优维护性模具设计的注意事项.docx

1、高精度及优维护性模具设计的注意事项高精度及優維護性模具設計的注意事項 現在，塑膠零件因為素材開發的進步及近年的技術開發，利用領域急速擴大，從傳統的金屬轉換成塑膠的素材轉變，變化成活用形狀自由度的增大及輕量等塑膠特性的複合化，以及高精度化所產生的高機能化。因此，製作高機能零件的模具，必須維持更高的精度才可以。 所以這裡將針對維持安定的高精度及具優維護性(免維護性及易維護性)之模具設計上的注意事項，從本公司的經驗及實例來進行匯整。 【標準化的步驟】 進行高精度模具機能的價值分析時，即使是一品一樣的模具世界，在設計階段中也可以整理出必要部份(機能上必須設計)及不必要部份(亦即可以標準化)。即使模具的

2、大小及形狀不同，不論模具設計者是誰，模具各部份必須是以同樣的概念來構成。 本公司針對低成本、高品位、長壽命設定的具體模具設計基準(標準)在後面將加以陳述，這裡將針對代表模具本身標準化的盒式(cassette)模具之維護性，以本公司所開發之單元(unit)式系統(system)模具(CASKET SYSTEM)為例進行說明。 將模具標準化，對模具設計、及加工和測定等模具製作上的許多工程中，都能發揮很大的效果。問題在於，標準化應進行到那種程度，太過簡化時，就會造成浪費，太過複雜時，則作業上又會十分麻煩。在模具的標準化中，最重要的一件事，就是明定標準化的目的。 相片1就是CASKET SYSTEM。

3、托座外殼(holder)具有兩個基準面，是型蕊(unit core)的基準面，從對面以彈簧(spring)來押附，再以專用夾鉗(clamp)來固定。所以，型蕊的模具溫度，可以對應從低溫到高溫的所有溫度領域。況且，和型蕊相接的面都被陶瓷(ceramic)隔熱板圍住，可提高溫度效率(圖1)。 【相片一】CASKET SYSTEM 圖1： 托座外殼概略圖 斜線部份是裝置型蕊時的基準面 圖2是型蕊的概略圖。圖3則是對型蕊加工用的專用冶具。將此專用冶具裝置於機械加工中心(machining center)的角鐵(angle iron)上，立即就可以將工作物(work)設定。如前面所述，型蕊的2個基準面是

4、製品部的加工、固定側及可動側的對合、裝置到托座外殼及成形作業中所有工程的基準，也可稱其為型蕊的命。此加工冶具 可決定基準面的對面側位置，可以在基準面加工的同時，進行導梢(guide pin)或其他加工。因為，不會有階段轉換時的裝置誤差。而在加工後的零件測定上，也使用同樣的專用冶具，可立即測量至基準面的尺寸。這些加工及 測定都全部程式(program)化，完全排除技能領域，是不會發生失誤或尺寸不良的環境。工作機械的精度可以完全表現出來。 圖2 型蕊概略圖(HZ150) 圖3 型蕊加工用冶具 型蕊的零件完成後，依作業手冊進行組合。在此，作業者可以在檢查表(check sheet)記載，徹底確認品質

5、。 其次，就是托座外殼的維護，在成形作業中，萬一發生問題而使陶瓷隔熱板破損時，應進行更換，而基準面所使用的陶瓷精度特別嚴格，但陶瓷的尺寸上，在目前要從成本面來要求精度的提高是非常困難的。所以，如圖4所示，利用調整板以組合狀態來滿足要求精度。因而，使用者方面也很簡單就可以更換。 圖4 基準面上之斷面板的尺寸精度 【製品設計的步驟】 本公司以企業內模具部門的角色，也從製品設計的面來針對提高模具維護性、長壽命化、保持精度來進行改善。而其具體內容，可以分成下列三點。 第一、就是在成形材料方面，選擇成形時氣體(gas)發生量較少且流動性較佳的樹脂等級。並藉此來減少維護，並以對模具降低負荷之成形，求取長壽

6、命化。而在玻璃纖維等強化材料方面，也在製品設計的容許範圍內，使用含有率較低的樹脂等級，以便減少因為模具磨損導致的精度降低及破損 第二、為了要活用一般市面上販賣之模具標準零件，也會變更製品形狀，使製品的輪轂(boss)直徑及肋部(rib) 形狀和其規格尺寸一致。如此，磨耗及破損的零件可以較容易取得及更換。效果上，不論是國內或海外，都可以迅速處理，對推動海外生產上，也有很大的貢獻。 第三、對製品形狀重新檢討，設法使模具構成更為簡單。例如，使分模線(parting line)儘可能為單純平面，或設法使滑蕊(slidecore)的必要形狀可以固定側蕊(core)及可動側蕊來構成等，必要時，也會進行外觀

7、的設計變更。利用這些變更，使模具更為簡單，不但可以提高維護性，也可減少模具破損等問題。 以往，這些措施都是在製品化的量產階段進行，近年來則在手製(hand-made)階段就開始考慮製品設計，在製品化的早期階段就發現並解決問題，使製品化的時程縮短，迅速進入順暢的量產階段。實施了採用所謂3次元CAD/CAM的同步工程(concurrent engineering)，並發揮其效果。 【免維護(maintains free)】 在考慮模具維護性之前，應儘可能以不要維護的模具為目標。以下將針對本公司如何進行維護次數較少且可長期進行成形之模具製作加以說明。 1. 氣體對策 塑膠射出成形模具在量產時可能發生

8、的問題，以因為氣體而產生毛邊、表面霧化不良、模具刮痕等原因為最多。即使以最新設備在製造高精度模具，若氣體對策不周全，不但無法維持精度，同時也會是一個經常需要修理及改造的模具，而成為令生產現場頭痛的元凶。因為塑膠成形中必須對樹脂進行高溫加熱，故一定要考慮到氣體發生的情形。但在模具設計階段是以形狀製作為先決條件，所以要考慮到量產時的事情並事先設置有效率的通氣孔(air vent)，是很困難的。 所以本公司在確認成形的第一階段，就在製品的外周整個部份挖掘溝槽，使其產生排氣效果。雖然不是通氣孔，但這樣已具有相當不錯的效果。而在確認製品的狀態後，在第二階段就局部設置通氣孔(圖5)。 圖5製品部外圍的排氣

9、溝 若沒有到目前為止的經驗資料，可事先以流動解析來預測樹脂的最終端，然後再套用至該零件上。 因製品形狀或樹脂的不同，有時必須採用以真空邦浦(pump)進行真空成形或減壓成形等強制排氣方法，而非前面所提的自然排氣方法。因為自然排氣和制氣排氣的模具製造方法完全不同，在模具的企劃階段就明確決定方向是非常重要的。 除了通氣孔這種方法以外，也有以具有通氣性之陶瓷及金屬的複合材料做為模具的材料。即使這類方法，最後仍會殘存氣體，所以必須定期進行洗淨。此時，只要將容易積存氣體的部份填滿，並可以從分模面脫離，則效率就會很好。 2. 刮痕對策 除了前面的氣體問題之外，就是刮痕的問題最多。製品本身可能也會有刮痕的情

10、形，但大部份是發生模具內的摺動部分及模具相接合的部份。 模具設計時，要從選擇模具材質就開始考慮。模具間的接合面若是同一材料及同一硬度，就容易造成刮痕。最好能改變材料或處理方法，使其產生硬度差。若考慮刮痕最壞的情形，可以降低較易加工部份之硬度，並使其可以更換。 模具的接合面，本來就會有斜度使其在尺寸公差內差生多餘部份，在組合模具時再花時間來接合。所以，容易形成較多的刮痕及毛邊。 而改善的方法正好和以往的方式相反，在模具的接合面上預留間隙(clearance)。樹脂不同，如PPS在10 m時仍會有毛邊產生，但通常在2030m時，就不會產生毛邊了。但，如圖6滑動(slide)部的滑動導軌(slide

11、 guide)間隙也會較大，就有產生無法決定位置等種種問題之危險。所以，最好能另外設置導軌。 摺動面都通是使用淬火材料，但有時也會再施行氮化處理。在氮化處理以外，也會使用陶瓷被覆(ceramic coat)。此時，依機能來選擇使用被覆(coating)材料是非常重要的。 3. 其他 (1) 流道板的改善 3板模具的流道部份直接雕刻在模具基座(base)材料的情形較多。但在進行含有玻璃纖維的強化材料的成形時，會將流道部份分離，而使用淬火材料。 (2) 流道閥門(runner lock)部份的改善 流道拉梢(runner lock pin)的凹割(under cut)形狀，必須依照使用的樹脂來選擇

12、。若選擇不正確，閥門會脫落或削切樹脂，而挾住的削屑就會傷害到模具。圖7是本公司在流道閥門上的改善。 圖6 滑動蕊刮痕對策實例 圖7 流道閥門部份改善實例 (3) 潛入式澆口(submarine gate)的改善 潛入式澆口通常是圖8的構造，但會隨著單工程工作(shot)數的增加而使澆口部份的切斷惡化。而圖的部份就會留在模具內，產生澆口阻塞、成形不良、或突起，而導致梢的破損。所以將其改成圖9的形狀。這個方法不但可以使澆口的切斷良好，也不會殘留廢料，可以有效延長模具的壽命。 圖8 潛入式澆口過去實例 圖9 潛入式澆口改善實例 【易維護的設計】 為了使模具的維護較為容易，模具設計必須是簡單就能進行安

13、全而確實的作業，而且不論是誰在作業都能達到相同的精度。其具體內容如下。 (1) 在塑膠模座(mold base)的各板上設置環首螺栓(eye bolt)用的螺攻(tap)，使模具加工組立時的移動搬運較為容易。 (2) 為了防止心型(core)溫調等使用之O滑環(link)在組立時脫落或斷裂，要考慮心型(core)的形狀及組立步驟，而設計成容易裝設的配置。 (3) 滑動區塊(slide block)及鎖定區塊(locking block)的接觸面，應在滑動區塊側設置調整板，使以平面研削進行的調整更為容易。 (4) 中、大型模具置入基套(base pocket)時，應將心型(core)吊起，在分模

14、面進行環首螺栓用螺攻的加工。 (5) 若配合製品形狀而必須在模具進行深溝加工時，為了使通氣孔及模具加工較為容易，應將心型(core)分割。 其次，在心型的低面使用底板(under plate)，將分割的心型(core)組成一體，使其容易裝入基套。底板在組立模具時，也可防止心型梢及填充物的脫落(圖10)。 圖10 分割心型一體組立 (6) 鎖緊心型(core)用的螺栓，應儘量配置較大尺寸且數量 較少。至少在分模面上，也要徹底遵守通氣孔加工的設計指示。 (7) 為了不使心型(core)及基座的邊緣(edge)部份受損，應在圖面上詳細註明倒角的指示。 (8) 澆口部份等容易磨耗的部份，應設計為可套用，方便更換。 模具的維護和零件的精度維持以及機能維持具有無法切斷的關係。本次所介紹的事例，只是其中的一小部份而已，對置身於塑膠加工世界中的我們而言，模具的免維修化永遠是我們的目標。今後，我們仍會針對我們的基本概念高精度模具的機能進行價值分析，我們希望實現傳統觀念無法實現的夢想。 雖然有點自傲，但本公司將以提供技術服務方式，針對類似問題的解決，展開顧問事業，若能得到回報，定當竭立協助。