模具設計製作組員：王明偉、王建中、莊世懷德霖技術學院機械工程系日四技0941指導老師：張惠欽老師摘要模具是近代工業產品大量生產所倚藉的一項重要工業與技術。

模具製造的精密程度和技術層次，對於生產成品的品質，生產原料的有效利用，以及生產力的提高等方面，均有絕對性的影響。

而模具業又以塑膠模為最大宗。

與我們生活息息相關之家電產品，資訊產品及汽機車零件中，大部分皆為塑膠製品。

因此本計劃乃以一個塑膠產品為範例，逐步探討及說明整個塑膠模具的設計流程，同時並輔以虛擬實境的展現方式，來加強對初學者之學習效果。

一．模具的定義模具必須具有堅固的“複製空間”結構體。

在操作中，他呈密閉空間以確保熱熔樹脂在射出壓力及速度下，充填並擠壓模穴時，不發生脹裂或溢料。

此外還需在適當地方具有氣孔，以便在射出充填的短時間內，能讓熔融樹脂快速取代這個複製空間。

在成形循環未了，熱熔樹脂已固化時，可以在分模線處打開，在平行開模方向上，沒有任何嵌口(underercut)的情況下，將成品頂出來。

為了達到上述目的，則必須具備下列條件：1.在靜態部份(1)必須有“複製空間”結構體，例如模座及心型。

(2)射出成形機之鎖模裝置：動態模固定板。

(3)頂出成品的裝置：頂出前後板、頂出銷、頂出套筒。

(4)導引熱熔樹脂的通路：澆口、流道、注口襯道。

(5)固化機構：熱塑性樹脂採用冷卻管道(系統)。

熱固性樹脂採用電熱加熱棒。

2.在動態部份(1)在射出成形機鎖模壓力下，模具剛才須有足夠的抗壓縮強度，才不會發生塑性變形或被壓碎的情況。

(2)在射出成形機射出壓力下，模具鋼材在強行變形範圍內的變形量須比樹脂的收縮量小。

成品被頂出時，不會發生嵌口和表面刮傷的情形。

(3)在頂出壓力下，頂出銷截面積對頂出銷長度比不可過大，以防頂出銷彎曲，可採用階段式頂出銷。

頂出銷與成品接觸的面積應盡量大，以防成品有頂空的情形。

(4)特殊結構體需堅固，動作行程需確實，以防裝壞模具本體、滑塊、側蕊、壓板及旋退裝置。

二、模具的功能1.複製的功能將熱熔樹脂填滿由模腔及模蕊所構成的密閉空間，藉熱交換作用，使其固化(或硬化)被“複製”出來。

當然，一方面複製成品形狀(加入收縮率)，另一方面是複製表面之咬花花紋。

2.熱交換功能(1)熱塑性塑膠：將熱熔樹脂所帶入的熱量，利用油冷、水冷或空冷方式，間接自模蕊、模座及其他模板處將熱量帶走，使其固化。

油或水皆係經冷卻循環管道流通這其中牽涉到冷卻速度及冷卻能力。

(2)熱固性塑膠：將熱熔局部架橋樹脂射入模穴空間後，利用電熱方式間接傳給模穴中樹脂，使其發生架橋硬化，他牽涉到硬化速度、硬化能力(在模具中)及硬化程度(在模具外)。

三、模具的製作流程圖四、基本理論1.決定模具強度在模具設計時應該考慮的：(1)對於成形機的鎖模力需具有足夠壓縮強度。

因此ＰＬ面必須設定出足夠的耐壓面積。

(2)對於溶融樹酯的射出壓力需具有足夠的壓縮、抗拉、彎曲強度，不會產生龜裂、彎曲而使模具模具無法打開或產生毛邊或動作不良等。

(3)依據製品形狀來考慮模具材質，利用嵌入模心的構造，使部分材質更高級化，並使其易於更換。

(4)冷卻孔、導梢孔、頂出梢孔、嵌件及滑塊機構等強度上易造成應力集中，導致龜裂現象也要一倂考慮。

強度：強度是指破損或破壞發生的界限，破損或破壞是材料的某一部份或全體引起分離。

S點：降伏點M點：最大荷重Z點：破斷剛性：任何物體上施加力量會產生變形，這種變形大小程度稱為剛性。

λλσAWawE==∈=//E：彈性係數σ：垂直應力∈：縱向變形w：負荷a：斷面積λ：彎曲量：原尺寸2.強度計算模具強度計算，因為模具內有橫澆道、進澆口、肉厚和不同的形狀等等，難以計算，實際資料又很少，在設計時需要注意模穴內的R部及承受拉應力與彎曲應力部分，還有應力集中、龜裂破損，都應加入安全率使強度更寬裕。

(1)鎖模、射出壓縮強度對於公模和母模的分模面而言，最好僅考慮鎖模力，對於組立板、模板、支柱等而言，需加入射出壓力考慮計算。

)/(2cmkgap=σS●●MZ伸長率荷重a 承受面積、σ壓縮應力、P 壓縮力(2) 壓縮強度計算頂出銷棒狀的長度對於斷面而言，非常長的時候，軸壓縮負荷超越某界限值，承受壓縮使棒開始彎曲，所以才用不同壓縮計算。

2L I E ‧‧‧πn p b =n ：端末條件造成的係數(n=2.046) E ：楊氏係數，鋼的場合=2.1X106kg/cm 2π：3.14I ：長柱的最小斷面二次矩 L:：長柱的長度(3) 剪斷力與銷的強度安裝於模具的銷，由於射出壓照成剪斷應力而破損。

‧‧T SE =τ F ：剪斷力 S ：斷面一次矩T ：求剪斷應力點的肉厚 I ：斷面二次矩 3. 決定模穴數必須考慮所用型機之規格及最經濟的產量，而後決定模穴數。

ㄧ般情形，成形品量少，或精度高，或形狀大之場合，使用ㄧ個模穴或2~4個模穴之型模。

反之，生產量多之場合，尺寸精度不高，需要較低成本之場合，使用多數模穴及成組模穴之型模。

4. 決定分模線及流道、澆口由此決定型模之基本構造，成形品毛邊及熔接線之位置，從而決定成形品之外觀及製造工時。

直接進澆口：豎橫口直接與模具的模穴連接，因此模具構造簡單，一般用於單模穴模具。

側邊近澆口：由小型、中形物的形狀產品大部分使用多模穴。

成行品在側面設置進澆口。

5. 處理嵌口部分及決定頂出方法成形品有崁口部份時，先行決定使用何種退出方法，於成形完成後，在型模取出。

例如使用分模型模，滑塊，螺紋旋出等模具構造。

頂出機構，ㄧ般採用頂出銷及頂出套筒等構造。

但如成形品上，不得有頂出壓痕(pin mark)或箱形、杯類型狀物體，使用刮料板方式。

或者成形品為聚乙烯樹脂者，以空氣吹出法亦被接受。

6. 模穴及心型材料及其加工方法之決定基於模具材料之硬度及加工法，決定採用壓入法、崁入法等。

等此等場合，必須考慮嵌入線及嵌入位置或嵌入方向。

7. 溫度控制方法之決定射出成形後，為使成形品能冷卻至常溫尺寸，模具溫度必須加以控制，為此目的，可用水、油、空氣等通入模具，以達到冷卻模具的目的。

五．模具設計首先，在可塑化工程融解的樹脂材料在射出工程中被射出充填至模具，然後以模具內的形狀來決定產品的外型。

（摘自： ）當一個設計者拿到成品或者是概念圖之後，首先必須將成物件在腦海中有一個概略的藍圖。

此藍圖是需要由實務經驗的累積才能快速的建構，例如模仁外型，模穴數量等，模仁的外型太小容易讓塑膠在射出的時候因為壓力過大而溢滲出去，太大則是浪費成本。

模仁的材質跟模座比起來是屬於較高級的材質(模仁通常是 NAK80 模座通常是 S45C )而模穴數量則是決定生產的速度，不過在有限的機器支援條件之下設計者必須設計出恰好的穴數，否則設計過多的模穴也只是射不飽，白白的浪費加工成本與時間，設計過少的模穴會讓生產能力下降導致產能不足，設計者於腦中建構完成之後會依照其難易度來決定繪製2D 或者是3D 模具圖。

繪畫的過程中必須考慮到頂針與導柱的空間，若是空間過度壓縮容易讓模具在射出過程中因為壓力過大而損壞，反之：空間過大則是浪費不必要的成本支出，設計人員的設計重點就是時間要快，材料要省。

以這次的專題為例：三塊板的成品外型較為簡易，設計者之所以選擇三塊板樣式，以進行自動斷料主要是為了減少人力成本與工作時間的浪費，而且成品的表面本身是光學級，所以必須不能有指紋的存在。

更多请参考： 所以設計打中板來自動脫料，以確保模仁不會受損及成品表面的乾淨，本次繪圖過程中基本上是不需要進行3D 繪圖，只需要使用2D 的繪圖軟體便可以完成模具的設計，3D 繪圖雖然可以一目了然，但是在繪畫時間上卻比2D 繪圖比起來更花費時間。

雖然一般設計人員手上都會自備有空白的2D ，3D 模座圖，但是由於繪畫3D 的軟體需要經過程式本身的層層校對，對於比較簡單的模具來說是浪費時間，而設計人員最需要的就是時間。

現場加工人員也具有一定程度的辨圖能力，所以不需要使用到3D 軟體，除非是在有意外的組裝或者是加工狀況時才會使用3D 軟體繪圖來進行模擬組裝或檢視干涉問題。

兩塊板以下是設計時需要參考的圖表 1.大水口構造圖2.小水口構造圖3.模板的精度4.模板加工標準5.標準零件規格6.模板尺寸和參考價格7.鎖模力與射出關係(參考值)六．平面設計圖利用AutoCAD繪製平面設計圖，在設計的時候要參考標準模板的樣式，依照工件的大小來決定模版規格，採用標準模板可以節省成本和時間，是在CAD設計階段一開始最重要的程序。

首先會先設計產品，利用AutoCAD 可以輕易把產品的外型和尺寸繪製出來。

接著利用最大直徑和高度，來計算母模仁和公模仁大小深度，最大直徑是44.50、最高高度是8.08，利用下列公式來計算收縮率()δφφ+=1dDDφ= 模穴大小dφ= 設計尺寸δ= 收縮率產品材料為A.B.S塑膠收縮率為0.004~0.009(通常取0.005)=Dφ44.0(1+0.005)=Dφ44.22即可算出母模穴外徑收縮量，再利用公式算出高度收縮率。

=Dφ9.55七．立體裝配利用Pro/ENGINEER繪製立體圖，在設計階段完成後，如果需要更近ㄧ步檢查設計的模具，是否有問題，可以利用Pro/ENGINEER來繪製零件和組立。

開啟PRO’E 3.0 選擇零件-實體繪製成品選擇公制範本圖5-2 圖5-1利用”旋轉”指令畫出成品之外型。

完成繪製之後打勾，給定360度旋轉。

成品圖選擇”製造”-“模穴”繪製模具模穴。

（一樣是選擇公制樣本）在組裝的子目錄下選擇參照模型。

開啟剛剛完成的成品檔案。

此時會自動匯入至視窗中。

選擇根據參照合併，按下確定。

接下來建立手動元件。

在”建立”的子目錄下面選擇”手動”。

選擇”零件”-“實體”並且打上名稱。

選擇建立特徵。

選擇輪廓繪製方式，本次成品以旋轉實體為主，之後點選完成。

繪製出理想的公母模外型。

公母模輪廓完成圖。

輪廓外型圖。

設定分模線。

利用剛剛的分模線製做出分模面。

選擇”特徵”。

點選剛剛的分模線。

確定方向之後按下確定。

完成。

利用分模面分割公母模輪廓。

選擇兩個體積塊（公母模），並包含所有工件。

按下確定。

確定公模外型＆命名。

確定母模外型＆命名。

將體積塊轉換誠實體物件。

選擇剛剛兩個公母模體積塊。

體積塊實體化完成圖。

鑄模，將成品加入實體化之體積塊之中。

建立。

母模、成品、公模之爆炸圖。

EMX程式左側工具列為EMX工具列，選擇新模具。

開啟新專案，主要單位為公制（mm）。

設定模具數值。

（DB大水口參考圖8-4）載入大水口DB-Type。

先變更模具大小，由於S版在設計上是在分模面的左側所以刪除S版。

確定刪除。

並且將舊S版上的元件一併刪除。

建立一個新的S版於左側，並且修改各板之板厚。

（參照10-4）設定頂出版差銷尺寸。

（參考圖10-4）預覽圖。

於剛剛新增的S版上面增加一導軸襯。