模具設計

Mold design

模具基本介紹
壓鑄生產流程
二次加工
品檢與組裝

公模組立

母模組立

模具大致上分為以下結構:

  • 1.成型相關系統:
               在公模和母模合攏後,會構成一個鑄件形狀的空腔,稱為型腔,按照產品的結構設計不同,型腔可以全部設計在公模或者母模內,或者公模母模各佔一部份,具體的結構設計須考慮到拔模難易度,金屬熔液流道設計,合模線設定位置以及後續產品量測等方面。
  • 2.模架:
               包含各種模板,模座,模架等結構零件,這些零件的作用為將模具各部分按照要求的相互位置裝配和固定,並確保模具可以安裝到壓鑄機上。
  • 3.導向零件系統:
               導向零件的作用是引導公模母模的合攏和分離,並保證模具的精度符合客戶要求。
  • 4.頂出機構系統:
               此機構的作用為將產品從模具推出,包含了頂出和復位零件,對於重要和易損處(澆道 澆口)的推桿,應採取與成形零件相同的材料來製造。
  • 5.澆注系統:
               此系統是指型腔與噴嘴相連的通道,該通道會引導金屬熔液按照設計好的方向進入型腔,並且該通道的設計決定了金屬液進入成型階段的速度和壓力,通常該通道由直澆道,橫澆道和內澆道組合而成。
  • 6.排溢系統:
               泛指排氣槽和溢流槽系統,排氣槽作用是排除噴嘴,流道和型腔中的氣體,溢流槽通常放在金屬流道的終點,作為溢料的出口,同時兼具調節模具溫度的功能。
  • 7.抽芯系統:
               該系統出現在型芯抽出方向和合模線方向不一樣的時候(例如產品的側孔),作用為方便將鑄件從模具取出。
  • 8.冷卻-加熱裝置:
               作用為確保模具的溫度分布符合工藝要求,此裝置同時可確保模具壽命可以有效的延長。
  • 9.其他額外零件:
               泛指將各結構單元連接固定的螺栓以及定位用零件等,或是適用於特殊產品的零件。

模具設計是由客戶提供圖紙,由富甲工業的模具部就圖紙來開發模具,而壓鑄件的模具設計時需要考慮下列因素

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儘量減少壓鑄件重量

設計壓鑄件時,應注意儘量減少其體積,以達到減輕重量及製造成本目的。壓鑄件越重,在壓鑄過程中便需越多時間填充模穴,同時壓鑄件在彈出前冷卻所需時間也越久。

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用”肋”為壓鑄件補強

設計時可用”肋”為薄壁補強。 肋須選擇適合地方,以便於頂針頂出及金屬之流動。

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壓鑄件的冷縮

所有合金在壓鑄過程由高溫到室溫冷卻之間,必會收縮。收縮也讓壓鑄件容易與模具分離,但也有可能與模具突出部份卡住。設計上可用拔模斜度來減少收縮。

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Draft(拔模斜度)在壓鑄的應用

拔模斜度為模具內壁的輕微斜面,用以助壓鑄件脫離模具。 具拔模斜度之表面通常特別光滑。

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壓鑄件剖面的一致性

壓鑄件剖面積越一致,越有利於金屬材料流動。剖面積的劇變會造成合金流動時之波動,從而產生孔隙。此外,剖面積的落差也會導致不均勻的收縮

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壓鑄件內圓角和隅角

壓鑄件設計除應避免銳角及剖面積的劇變之外,內部角落須有隅角,而對外角落則儘可能應有內圓角的設計。 兩者都可增強壓鑄件之強度及填充性。

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壓鑄件之光滑度

壓鑄件之表面光滑度取決於模具之表面光滑度。模具的光滑度越高,壓鑄件的光滑度亦同。對壓鑄廠而言, 製作霧面般的表面效果非常容易。諸如突出之商標與印記也一樣簡單。

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壓鑄件之合模線及頂針分布

合模線為模具兩半接合處,其表面效果是壓鑄生產成功與否之關鍵因素。應盡可能設計得越直與越平越好。 頂針為用來將壓鑄件推離模具的鋼柱。好的模具廠會將頂針留下的痕跡減 至最低。壓鑄件之設計師可建議頂針的適當位置。

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壓鑄件的識別標誌

壓鑄件原設計師應提供可放置各種標誌(如:公司商標, 產品序號, 等) 的地方。通常壓鑄件工程人員才能據此決定最終這些標誌的放置地點。壓鑄廠通常也會標上模具穴號及鑄造日期以供追蹤之用。此類標誌通常易於浮出而不是陷入鑄件模具表面。

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壓鑄件之滑塊

壓鑄件原設計師應儘可能避免設計與合模線平行的穴位。滑塊會大幅增加製造成本,故產品設計人員應全力與壓鑄人員配合避免。

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壓鑄件功能合併

設計師可將多種功能之零件合併設計在一個壓鑄件上,以減少處理、儲藏及裝配之費用。

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多穴位模具

多穴位模具有可能減少單件價格,但需以下條件配合:
@額外穴位不應導致需改用更大噸位的壓鑄機,因為壓鑄機噸位愈大,開機費用即愈高。
@額外穴位帶來的工件複雜度不可大幅減少壓鑄件生產良率

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若有需要幾個類似之零件,可考慮用同一模具但不同加工與處理,如此可節省開模費用

熱室壓鑄流程

1.模具閉合,活塞升起,開啟注入口讓熔融金屬灌入汽缸中
2.之後,柱塞將柱入口密封,將金屬湯推入模穴,在此,熔融金屬保持在壓力下直到固化
3.模具打開。鑄件會留在模具的一邊 ,剩餘的熔融金屬經過噴嘴與鵝頸管流回。
4.頂出銷將鑄件從模具的頂出邊頂出。當柱塞打開注入口時,熔融金屬流經進口回填鵝頸管。

冷室壓鑄流程

1. 模具閉合,熔融金屬杓入冷室的壓鑄儲筒
2. 柱塞將熔融金屬壓入模穴,在此熔融金屬保持在壓力下直到固化
3. 模具打開,柱塞前進,確保鑄件留在頂出邊
4. 頂出銷將鑄件從模具的頂出邊頂出,柱塞復歸原來位置

當模具設計完畢後,需要試驗模具生產出來的產品是否符合要求,經過設計好的模具所生產出來的樣品,會經過各種嚴格的檢驗,包含產品本身構造檢查,產品材質狀況,尺寸量測,環境抗性測試:

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構造檢查

第一批樣品出來後,工作人員會開始檢查該產品是否大致上達到客戶要求的形狀,表面是否有起泡,拉傷等缺陷,若有缺陷發生則會探查原因並修正模具,並對模具做調整

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材質狀況

樣品出來之後會送至品保部門,使用量測顯微鏡觀察其材質金相晶粒狀況,金屬在加熱至熔湯狀態進入模具後成型冷卻,會有兩個問題,一是冷卻的速率梯度會造成晶粒的變化進而影響該產品的強度,二是製造過程使產品產生肉眼不可見的缺陷,若有上述情況發生,則需要修改壓鑄過程中冷卻速率的梯度,以及尋找其他入料的方向順序。

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尺寸量測

尺寸量測是試模最重要的環節,壓鑄產品多半都會用於精密儀器的元件當中,因此對尺寸的要求都會精確到小數點後第三~第四位,因為若誤差過大,會造成元件無法與客人的其他元件組合成功,因此我們會運用各種方法,提供各種解決方式讓尺寸達到標準