注射模塑：模具设计

模具钢选择

        吉力士苯乙烯系列TPE通常是非磨损性和非腐蚀性的。模具钢的选择将取决于拟生产工件的数量和质量。对于大量生产，在高质量模具上所化的初始费用是一种合理的投资。

        一系列品种繁多的模具钢都可用于制造注塑模具。下表列出了常用模具钢的性能以及可用其制造的典型模具部件。软金属例如铝和铍铜，可用于制造原型工件模具或少于10,000个工件的短期生产模具。

        使用导热性较高的材料例如铍铜，也许有利于某些工件的设计。这种材料不如钢材耐用，如果用于分模面，可能比钢材磨损得快。铍铜可用于制造嵌件、滑块或模芯，以提高传热速率和缩短循环周期。在脱模方向模芯较长的情况下，也许设一个喷泉型鼓泡器是有益的。

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模具表面处理

• 一般而言，经放电加工处理(EDM)的表面具有很好的纹理，在脱模时有助于工件脱模。无光泽或带纹理的表面还有助于掩饰可能的流线痕迹或其它的表面缺陷。
• 如果需要产生类似于热固性橡胶的哑光表面，应采用纹理较粗的模具（或能自然产生哑光表面的吉力士Versalloy TPV合金）。
• 蒸气喷射、喷砂或喷丸以及化学浸蚀等方法也可用来产生具有不同光泽和外观的表面。
• 为了产生有光泽的表面，应采用经抛光的模具和无填充剂的品种。
• 为了生产透明度高的工件，需要采用经高度抛光的模具和透明的材料。
• 为了便于脱模，可在模腔或型芯表面涂一层脱模剂，例如，在其经过喷沙处理或放电加工(EDM)处理之后，再镀上一层PTFE（聚四氟乙烯）浸渍的镍。

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浇道和浇道拉杆的设计

        浇道应有1˚－3˚ 的足够锥度，以尽量减少阻力和浇道粘附现象。较长的浇道可能需要较大的锥度(3˚－5˚)，如图1所示。通常，浇道的直径应比注射喷嘴的直径稍大些。对于大多数苯乙烯系列TPE材料，经放电加工处理的表面是可接受的。永久性表面润滑处理也已被成功地采用。

        浇道拉杆的设计随材料硬度而异。各种各样可能的浇道设计如图1－5所示。

        用于各种硬度TPE的典型浇道结构如下表所示：

        热浇道衬套和加长型注射喷嘴可用于吉力士复合材料。在许多模具中，浇道是模具中壁最厚的部分，它将决定所需的最短冷却时间。若采用可视为机器注射喷嘴延长部分的热浇道，则有时能缩短周期。也可以采用加长型机器注射喷嘴以减小浇道的长度和直径。当采用热浇道时，机器注射喷嘴的端部应该是一个可让物料自由流动的喷嘴，而不只是一个倒尖。

* 螺旋式流动试验是采用0.0625英寸厚 x 0.375英寸宽的通道于400 ˚F温度下进行的。

        关于某一具体品种的螺旋型流动性资料或关于螺旋型流动试验步骤的进一步细节，请参阅TPE要点#7。

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传统型流道的设计

        为了达到各模腔内工件质量的一致性，流道布局的均衡是很关键的。在均衡的流道系统中，熔融物料以同样的时间与压力流入各模腔。流道的均衡可采用计算机模具流体分析程序来设计，并通过欠料注塑研究来验证。

        不均衡的流道系统可能会导致工件重量不一致及尺寸变化。最接近浇道的模腔也许会充填过量并可能发生溢料。由于充填过量，工件内也许还会产生较高的导致翘曲的模塑残余应力。以下各图中显示了均衡的流道系统的例子：

        图8显示了不同的流道横截面及相应的效率。全圆形流道的流体阻力和表面积最小，使物料能较长久地保持熔融状态。其次最有效的流道横截面就是变形梯形。这种流道的几何形状最接近于全圆形流道，但它只需在一块模板上进行机械加工。图9显示了典型的球面刀具尺寸和对应的变形梯形流道的尺寸。图10显示了典型的流道尺寸。

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流道锁定销

        流道锁定销或吸盘销具有凹进部位，可将流道固定在指定的模板上，但不应限制流经流道的物料。图8和图9显示了流道锁定销和吸盘销的典型位置。图11显示了流道锁定销结构的例子。

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浇口结构和位置

        大多数传统型浇口均适合于吉力士苯乙烯系列TPE复合材料的加工。浇口的类型及其与工件的相对位置可能会影响以下各种情况：

• 工件的充填
• 浇口的清除或残痕
• 工件的外形美观
• 工件尺寸，包括翘曲

侧翼浇口/边缘浇口

        翼浇口或边缘浇口（图12）最经常是与传统的浇道和冷流道系统联合使用。边缘浇口的优点是容易制造、改造和维修。

• 浇口深度(D)应是浇口入口处壁厚的15%－30%。通常的做法是从最保险的起点开始。
• 选择浇口宽度的一个好起点应该是浇口深度的1.0－1.5倍。
• 浇口长度应与浇口深度相等或比它稍长些。

下潜式浇口/隧道式浇口

        下潜式浇口或隧道式浇口是自行脱除的。在工件脱模期间，模具钢将工件和流道分开。图13显示了一种典型的下潜式浇口设计。对于较软和中等硬度的复合材料，不应采用腰果形下潜式浇口，因为这些复合材料的摩擦系数和伸长率都很高。

扇形浇口

        扇形浇口是侧翼浇口(图14)的流线型变体。扇形浇口能使物料更均匀地注入模腔，因此它通常用于平面度要求很高和不能有流线痕的工件。它还使产生浇口皱纹或工件翘曲的可能性减到最低限度。

浇道或直接浇口

        浇道或直接浇口经常用于原型工件，因为其价格低廉。不推荐将这种类型的浇口用于吉力士苯乙烯系列复合材料，因为这些复合材料的伸长率高。此外，这种浇道将需要修整，因此工件的外观质量通常较差。如果选择浇道型浇口，应注意尽量减小浇道的长度和直径。

隔膜型浇口

        隔膜型浇口用于保持圆形工件的同心度。它能使物料均匀地流入模腔并能使产生焊缝线的可能减到最低限度。由于各向异性收缩现象，采用中心浇口或隔膜型浇口的扁圆形工件也许不能保持平整。在环形工件的外围也可采用环形浇口。

浇口位置

        苯乙烯系列TPE复合材料是各向异性的，因此它们在流动方向和流动交叉方向具有不同的物理性能。取决于产品的预定用途，这种性能上的差别对于最终工件的性能表现可能具有关键的影响。因此，在决定工件的浇口位置时，需要考虑到苯乙烯系列TPE各向异性的特性。

        物料的流动状况可以用眼睛或通过采用流动分析程序来估计。对于收缩率较高的品种，如果在浇口处存在很高的模塑残余应力，则工件可能会在浇口附近收缩，从而产生“浇口皱纹”。如果在薄壁工件中存在充填方面的问题，则增设流动通道或稍微改变壁厚将能够改变流动状态。在某些情况下，也许有必要增设第二个浇口以便圆满地充填工件。s.

建议的浇口位置：

• 在横截面最大处，便于工件充填并尽量减少空隙和塌陷。
• 尽量减少流动路径上的障碍（围绕模芯或销杆流动）。
• 尽量减少螺旋形流纹。
• 浇口周围的模塑残余应力不会影响工件性能或美观的位置。
• 尽量减少装饰性部位的流线痕迹。
• 尽量减少产生焊缝线的可能。
• 易于手动或自动脱除浇口。
• 尽量减少流动路径的长度。

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模具排气

        模具排气对于最终工件的质量和一致性具有关键的影响。为了在熔体流入模腔时浇道、流道和模腔内的空气能逸出模具，需要进行排气。排气不足可能会导致欠料注塑、粗劣的表面外观，或微弱的焊缝线。工件结构中产生困气现象的可能性，可通过流动模拟软件来预测。一旦模具制成，可进行欠料注塑研究来发现关键的排气部位。

• 排气孔应该位于最后充填的部位和将出现焊缝线的那些部位。
• 对于吉力士复合材料，典型的排气孔尺寸为0.0005英寸－0.0010英寸（0.012毫米－0.025毫米），台肩长度为0.040英寸－0.060英寸（10毫米－15毫米）。
• 在该台肩之后，排气孔深度应增加至0.005英寸－0.010英寸（0.12毫米－0.25毫米），为空气逸出模具提供畅通的通道（图15）。
• 分模线以下各部位的排气可通过让脱模器顶杆每侧都留出0.001英寸空隙的方式来实现（图16）。
• 加强肋或气窝的排气可沿着脱模器顶杆或以采用可渗透型模具钢的方式来实现。
• 脱模器顶杆的排气孔是自净式的，但仍应每天擦拭一遍以清除累积物。当多孔的插头式排气孔堵塞时，需要进行更换或在拆除后进行清理。

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工件脱模

        脱模方向尺寸较长的工件脱模是较难的。脱模器顶杆应设在流道的转折处和不影响工件美观的那些部位。脱模刮板、脱模套筒和脱模圆环都可用于工件的脱模。

        应采用直径尽可能粗的顶杆，以尽量减少顶杆推动后留下的痕迹。较粗的顶杆还可以用于温度较高的工件脱模，从而能缩短循环周期。所有在脱模方向较长的部位，每侧均应设有3˚－5˚的锥度。

        使用空气和锥阀将有助于较大凹凸部位的脱模，只要在施加空气时还有空间让该材料发生变形。模具的表面纹理和特殊表面处理，也有助于将工件从A半模中拉出。当试图脱除（剥离）较大的凹凸部位时，经常使用推进型芯

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模具冷却

• 应任模具充分冷却以优化循环周期。
• 采用传热系数高的模具材料例如铍铜，将有助于冷却滑块或嵌件。
• 市场上供应的喷泉型鼓泡器也有助于较长模芯的冷却。
• 建议为动模和定模分别配置各自的冷却器。这就使得处理器可利用不同的冷量将工件保持在动模(B)内。
• 应避免将A模板和B模板的冷却管线连接。

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热流道系统

        表5总结了热流道系统、冷流道和热浇道之间的区别。吉力士SEBS复合材料的热稳定性是相当好的，目前已成功地用于热流道模具。

        热流道系统具体类型的选择受到产品设计和生产要求的影响。有着许多热流道部件和模具的制造商可供选择。若有可能，应选用对苯乙烯系列TPE有经验的系统或部件供应商。SBS复合材料如果在高温下停留时间太长则将发生交联（形成凝胶），因此，对于这些材料，不推荐采用热流道模具。

       下表总结了关于热流道系统的比较性评价：

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歧管设计

• 外部加热的歧管系统为最佳。
• 内部加热的歧管不适合于TPE。这些系统通常具有过热点和滞流区，后者将导致部分硬化的物料粘附在冷却器歧管壁上。
• 为了达到最大的灵活性，其结构应达到自然均衡或几何均衡。流变学上的均衡是可能的，但只是针对于某一特定的品种或流变性曲线。
• 所有通道均应高度抛光，具有圆形横截面与缓和的弯曲部分，以尽量降低形成滞流区的可能性。
• 为了保持较高的剪切力、尽量缩短停留时间并促进流动，通道的直径应为0.250英寸－0.375英寸。
• 推荐对热流道采取分区控制，使操作人员能对均衡状态略加调整，从而使制成的工件更加一致。

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热流道浇口设计

阀式浇口

        对于那些表面质量很关键的工件，例如医疗用品和化妆用品，阀式浇口为它们的大量生产提供了最佳的解决办法。由于阀式浇口在工件上只留下一个细小的环状痕迹，使浇口残痕减小到了最低限度。

        对于装饰性产品，若将阀门设置在工件表面之下或将浇口隐藏在工件的某些部分，则可获得进一步改善。下图显示了一个设有阀式浇口的热流道系统例子：

        取决于工件的大小和厚度，阀式浇口的直径应为约0.030英寸－0.125英寸。

        阀式浇口并不要求工件材料在阀式浇口关闭和保压压力释放之前就硬化。因此，下一循环的螺杆退缩可以较早地开始，总的循环时间也可缩短。

        阀式浇口的元件应与模板绝缘，以维持恰当的温度控制。由于吉力士某些品种的粘度较低，必需妥善地保持阀式浇口的紧密状态以防泄漏或细微的溢料。

热尖式浇口

        热尖式浇口适用于SBC复合材料，但它们将留下某些浇口残痕（其高度可达浇口直径的50%－75%）。如果使浇口略低于工件表面，则可将残痕减小到最低限度。热尖的长度应小于浇口直径。

        热尖式浇口的元件应与模板和模腔完全绝缘。为了达到这一点，浇口长度也许需要加长，而且浇口长度的一部分应是模腔的一部分。

        热尖内所有通道均应高度抛光并制成流线型，以尽量减少滞流区和降解区。通过记录生产中工件颜色发生彻底变化所需的时间，可以验证该设计的效率。这能显示是否还有任何残余的死角物料在继续进入熔体流。

        对于热尖式浇口系统，应该有足够长的延迟时间使工件在下一周期的塑炼开始之前就完全硬化。如果没有延迟时间，工件也许会充填过度。这一点对于硬度低、流动指数高的材料显得特别重要。为了减少浇口大、壁厚的工件充填过度的现象，在塑炼期间应采用最低的背压。

        由于TPE复合材料在熔融状态下略具有可压缩性，所以容量较大的流道可能会使热尖式浇口在开模后发生滴料现象。为了防止滴料现象，流道系统应尽量缩小，而且在开模之前应先让熔体减压。

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