在注塑周期的注射和保压阶段,模板受到锁模力和塑料注射压力的作用而产生应力,主要承受压缩应力和弯曲应力。模板强度须抵抗这些力,以支撑型腔和型芯。如果设计人员须计算预计的挠度和应力以确定模板是否能抵抗这些力,为了进行这些计算,必须进行一些关于模具受力的假设,如锁模吨位和注射压力。也可以用CAE软件来估算注射压力,型腔内的压力取决于许多因素,如流道系统内的流动阻力、塑料粘度、熔体温度、冷却温度、注射速度、浇口尺寸等。以下是一些关于挠度和应力的基本计算,可用于帮助我们选择合适的板厚和设计,然而,一般来说,在机器闭合高度的范围内,模板应尽可能做得厚一些。
模板的挠度
模具设计人员熟悉材料强度的基础知识,以确保模板能够承受注塑过程中的力,关于模板尺寸的一些重要考虑因素和指导原则如下:
1. 模板在载荷下都会产生挠度,但挠度必须足够小(<0.05mm),以免影响模具的定位或导致型芯偏移。
2. 如果计算出的板挠度超过可接受的量,最好增加板的厚度,而不是添加一个板。
3. 只有弹性模量(E)会影响挠度,钢的硬度对挠度没有影响。如果一块板在载荷下的挠度低于其屈服强度,在去除载荷后它将恢复到原来的形状。因为较硬的钢的屈服强度高于较软的钢,相同的载荷会使较软的钢产生永久挠度,而较硬的钢在相同的载荷下,在去除载荷后会恢复到原来的形状。
所有钢的弹性模量E大致相同,在±5%范围内,碳化钨除外,其刚度可能是工具钢的两倍。每个材料规格表中都给出了确切的数值。钢的弹性模量E约为200-210 MPa。
4. 为防止周期性载荷导致的失效,板中的最大允许应力不得超过板材料在其工作温度下的疲劳强度。
5. 计算在多个位置支撑的板的精确挠度是非常困难的,出于实际目的,通常不需要这样做。为了确保模具足够坚固,可以基于最坏情况做出两个假设:
a) 假设单点加载(在型腔中心),而不是将载荷分布在一个区域上
b) 假设该板是一个简单的梁,仅在两端自由支撑。
有了这两个假设,估计的挠度比用其他更精确的方法得出的挠度要严重得多,并为防止过度挠度提供了额外的安全性。
6. 将板切割成所需的形状(例如,用于顶出框或热流道板)比使用矩形块并添加支柱来创建所需的框形更强。虽然可能需要去除大量材料,但从长远来看,成本更低,而且与有许多通过螺钉固定在一起的松散零件(支柱等)相比,模具更容易组装。这并不意味着不能使用支撑支柱,是“挖空”一块板,还是提供一个简单的框架(带有平行垫和/或大切口)以及支撑支柱,最终取决于模具设计,并需要生产部门的参与。与由许多零件组装而成的板相比,实心但“挖空”的板的另一个优点是,在没有许多螺孔的情况下,冷却通道和空气通道更容易定位。