8.3  BMC注射成型模具的設計要點
    總的來說，由于BMC模塑料具有良好的注射成型性能，因此許多用于其他物料的注射成型模具設計原理（如制品的設計、模具的結構設計、成型零件的尺寸計算以及模具的剛度、強度等的計算，模具的加熱及控溫等）基本上都適用于共注射成型模具的設計。然而由于BMC是一種含有高填料（主要是玻璃纖維）、低收縮率、流動性好，可以實現低壓注射，固化速度快的熱固性復合塑料，而且所成型的大都是要求高密精度、高質量的制品，因此其除在注射成型工藝上有特殊的要求外，在模具的設計上也有其自身的特點和要求。
8.3.1  BMC注射成型模具的結構特點及要求
    (1) BMC注射成型模具的結構   BMC注射成型模具的結構如圖8-5示。從圖8-5中可以看出，BMC模塑料的注射成型模具從總體結構上與普通的熱塑性、熱固性塑料的注射成型模具沒有多大區別。它也是由動、定模板，澆注系統，模具開、合導向機構，脫模機構，加熱裝置等所組成。如圖所示，為了減少流道凝料，則特地在模具上挖出一個凹坑以使注射噴嘴能伸進注射。

    (2) BMC注射模具的基本要求   總的來說，對BMC注射模具設計、制造的基本要求與一般塑料注射成型模具是相同的。然而，這里要強調的是，由于BMC注射模具是熱固性的，因此其先必須遵循熱固型注射模具的基本要求；又由于用BMC模塑料所成型的大都屬于高精度、高質量的制品，因此，又要求其能符合和滿足高精度模具的設計、制造標準。關于熱固性模塑件的成型及設計要求與高精度成型制件與模具設計、制造之間的關系等問題，在本書的5.5和5.5.4中已有介紹和討論，在此不再重復。
    顯然，要獲得高精度的BMC成型制件就必須有高精度的模具設計和制造。作為精密注射成型模具，應具有合理的模具結構及均衡的流道系統設計；應合理地確定模具的尺寸及公差，并有精密的制造技術以予保證；要將制品的成型收縮誤差減到??；應有防止飛邊產生的方法；防止制品成型變形和脫模變形的措施；模具必須保持有良好的精度，動定模應始終保待有良好的對中性；各零部件應有足夠的強度和剛度；成型零部件及導向部件的表面應有良好的耐磨性；模具還應有均勻的模溫及精確的檢測手段等等。關于上述問題的一些較為詳細的內容，在下面會有所介紹。
8.3.2   BMC注射成型模具模腔數的計算和優化選擇
    注射時為保證有足夠大的鎖模力，防止出現飛邊和影響到制品的壁厚，應確定注射模的型腔數。可用式(8-1）計算：           
              方程式
式中  n――由鎖模力決定的型腔數；
      A――每個制件在分型面上的投影面積，mm2；
      F――注射機的鎖模力．N；
      Pc――型腔內BMC物料的壓力．MPa,一般為10-20MPa;
      A＇――流道和澆口在分型面上的投影面積，mm2，[-page-]
8.3.3   分型面設計
    在設計分型面時，為增大鎖模力以減薄甚至避免飛邊，應減小分型面的實際接觸面積，一般在型腔周圍的10-20mm之外部分應削去0.5-lmm。但過大的鎖模力可能會使型腔塌陷，因此一般認為，分型面上所作用的單位鎖模壓力在40-70MPa為宜，流動性好的物料應取其大值進行驗算。
    分型面的硬度應在HRC40以上，以防止飛邊、碎屑過快的損傷分型面。如對分型面采用鍍鉻處理，也可減小飛邊的黏附力。在分型面上不應存在任何孔和凹坑，否則會使飛邊的清理困難。應將模板上的螺孔等設計成盲孔，若有通孔，也應將其鑲填磨平。                                                                                                  
8.3.5.2  澆口的設計
    (1) BMC注射模常用澆口的設計   由于BMC有很好的流動性，一般的澆口型式甚至是點澆口和較薄的扇形澆口都可以采用，圖8-12所示為BMC注射模常用的澆口。但是在考慮到其能否順利充模，能否保證制品的強度（包括對玻璃纖維的破壞、取向以及制品的熔接線等）時，則對所選用的澆口形式、尺寸和開設的位置等都要特別的加以注意。

    可以用降低澆口的阻力即增大澆口的尺寸來降低玻璃纖維的破壞。如在設計BMC的注射模具時，其澆口的尺寸可比普通熱塑性塑料注射模的大2-5倍。就是采用很薄的扇形澆口時，其澆口的厚度（高度）也不能小于0.05mm；流道的直徑則可增加到1.5-3倍。至于熔接線和纖維取向所引起的強度下降問題，則主要應從澆口形式的選擇和位置的設置來解決。[-page-] 
    (2）澆口與玻璃纖維取向及制品強度問題    BMC物料在注射充模特別是經過澆口進入型腔時，往往都是從一點（指澆口）出發，在流經型腔時，玻璃纖維會出現很強的取向作用。流過的路徑越長，則其取向越明顯。對于成型薄而扁平的制品時，如果采用小寬度的側澆口，如圖8-13的（a），則其取向就十分明顯。如采用圖8-13的(b）所示的又寬又薄的側澆口（又稱平縫形澆口），則其玻璃纖維取向就沒那么明顯。

    由于采用不同的澆口會產生不同的取向結果，這使制品在各個方向上的性能也受到影響。圖8-14所示為在成型上述（扁平）盤狀制品時采用小寬度的側澆口（又稱耳柄式澆口――tab gate)和采用又寬又薄的平縫形澆口（又稱飛邊式澆口――flash gate)時對制品的同、異向性的影響。試樣是分別從圖8-14中（a), (b），與（澆口）料流平行和與料流垂直的方向取來的。從圖8-14的(a)中可以看出，采用“耳柄式”澆口時，其制品在兩個方向上的強度變化都較大；而從圖8-14的(b)中則可以看出，采用平縫式澆口（溢邊式澆口）時，制品的強度雖然有變化，但變化小一些。之所以會有這樣明顯的不同，這是因為在采用耳柄式澆口時玻璃纖維的取向較為明顯。

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8.3.8  模具的排氣
    雖然BMC在充模固化時不像其他熱固性酚醛塑料那樣會放出低分子物質，但在充模時與其他注射模一樣，模腔中原有的氣體〔包括BMC團狀料中含有的少量氣休）若不能順利排出，則會在制品上形成氣孔（泡）、熔接縫和充不滿模腔等缺陷。另外由干BMC有良好的流動性，在充模時易將空氣帶入模腔〔特別是在高速充模時）。作為精密模具，型腔可動件的配合間隙比較小，要利用這些部位來排除模腔中的氣體會比其他模具的困難。其實由于BMC有良好的流動性并含有大量的玻璃纖維，如這些可動件的配合間隙大，當含有玻璃纖維的物料進入這些間隙時，則會嚴重影響到模具的開合。因此，BMC注射模的排氣問題要特別加以注意。
    與壓鑄成型模具的排氣一樣，BMC注射模具常用的排氣方法也是在模具的分型面上設置排氣槽，以便讓型腔中的氣體通過排氣槽向外排出。使用此排氣方法時，先要根據澆口的開設位置、制品的形狀、壁厚、料流末端的方向和位置來選擇開設排氣槽的位置。開設在分型面上的排氣槽，其槽深一般為0.05-0.1mm，長度為1.0～1.5mm，寬度為3-8mm，排氣槽相互之間的間隔至少25mm。還要防止進入排氣槽的物料過早固化。如圖8-18所示。別外在有可能會形成熔接線和有凸臺的地方（此處易積存氣體）也要開設排氣槽。也有在型芯柱上開設排氣隙，如圖8-19的（a）所示。其方法是在型芯柱的外圓上磨出3-4個深0.05-0.075mm的平面，然后經型芯中心的引氣孔導出氣體。在大多數場合，頂桿上也可用此法磨痕應沿著軸線的方向，排氣面的端角上要磨出0.12mm左右的倒角。這樣在有飛邊形成時會粘連在制件上。

    后一種有效而可靠方法是利用具有許多微孔的燒結塊徘氣，其結構及裝設位置如圖8-19的(b)所示。

    為使排氣更有保證，也有采用模腔抽真空的排氣方式，如圖8-20所示。為使模腔能形成真空，除要設置抽真空裝置外，模具上應開設有抽真空用的孔道，還要考慮在模具配合面上的密封問題。抽真空孔可設置在模具的配合面上，也可設置在充模時氣體易積存的地方。抽真空孔可用深度為0.01-0.02mm的溝槽與型腔連接。[-page-]
8.3.9    嵌件及其安裝
    在5.5.2中對嵌件的選材、設計等已有較詳細的介紹，在此，主要只介紹其安裝的有關問題。
    作為流動性良好又是熱固性的BMC模塑料，其制品中若要安放嵌件，先也是要防止物料“鉆料”的問題，其次是要求安放快速。因此通常都是在模外先將嵌件裝在嵌件桿或嵌件套上，然后再整體裝人模腔中。
    圖8-21所示是安放嵌件時防止鉆料的一種方法。從圖8-21（a）中可以看出，其先是采用臺肩式嵌件桿。該臺肩也有制成如圖8-21 (b)所示的錐面并與圓柱組合的結構。金屬嵌件旋人嵌件桿后再置于模腔內，還要防止嵌桿與嵌件接觸端面間被鉆料。其二是要提高嵌件桿與模具上插孔的配合精度，它們之間的單邊間隙在0.01 -0.02mm之間。制作時，應先加工孔，然后配磨和配研成型桿，再經鍍鉻拋光，并保證多個嵌件桿的可互換性。

8.3.10  模具加熱及沮度的測量
    在注射充模時，BMC物料經過機筒、噴嘴和流道進人型腔。由于會受到強烈的剪切、摩擦及熱交換，其溫度會升高，而相當于受到“預熱”作用的物料在進人模腔后會獲得較快的固化速度。因此BMC注射成型的固化時間不像壓制成型那樣主要是取決于制品的厚度。但是模具的加熱方式和控制也是十分重要的。因加熱方式和模溫的均勻性都會影響到固化速率的一致性．而溫度的均勻性和控制精度又會影響到制品的尺寸精度和開合模的靈活性。
    模具可選用電、蒸汽或油加熱，也可采用高頻加熱。電加熱會使模具出現局部升溫的缺點，因此要仔細考慮加熱器的選擇及配置，對較大的模具要采用分區（段）控溫口蒸汽、油加熱雖然能保持溫度的均勻性，但會增加模具密封等復雜性。如從既節能而加熱溫度又均勻的角度出發，則采用高頻加熱的方式會比較合適。
    動模和定模應分別設置測溫熱電偶，以自動控制模具的溫度。
    與壓制模一樣，模具電熱板等加熱裝置也必須與注射機的鎖模板很好地隔熱，以免機臺過熱而影響到整機的性能及正常運作。有關模具加熱等問題可參看6.3。[-page-]
8.3.11  BMC注射成型模具設計實例
    圖8-22所示是用BMC模塑料注射成型所謂塑封電機定子的模具結構實例，其是使用立式排列的注射成型機成型的。所謂電機定子的塑封就是把定子的鐵芯、繞組和引線等用BMC物料經過注射而塑封在一起，形成一個整體。塑封后的定子具有良好的絕緣性、機械加固性。與鐵殼電機相比，具有體積小，質量輕，振動小，噪聲低，整體性好．機械強度高，并可防潮、防腐，生產效率高等特點，已廣泛應用于電子、家電等行業。
8.3.12  關于注射―壓縮成型的原理
    BMC在注射成型的充模過程中存在的主要問題，是如何克服玻璃纖維的破壞和取向，克服熔接線和減少流道廢料，以保證其制品強度并降低成本。為此，可采用“注射壓縮成型”工藝和與之相應的模具設計。采用這種成型方法，BMC物料的計量和處理精確、簡便，而又可以消除注射充模時在制品上出現的熔接線，并可干擾玻璃纖維的取向，從而提高制品的強度和質量。
    注射壓縮成型實際上是一種綜合注射和壓制兩種成型工藝優點的生產技術。其成型過程如圖8-23所示。成型時先將BMC物料注人到稍微張開、為接著需要進行壓縮而預留有壓縮量的閉合模腔中；待模腔充滿后，再相當于用壓制的方法，在高壓下合緊模具進行壓縮，使物料在高壓下加熱、固化和定型。此成型方法可同時兼有壓制和注射兩種成型工藝的優點?？煽朔捎诶w維的取向和由于熔接線等帶來的制品強度下降等問題。普通的熱固性注射機經過一定的改造后，便可進行注射一壓縮成型。           

由于注射充模階段是在分型面不合攏的條件下進行，故可采用很低的注射壓力，從而能大幅度減小BMC物料對機筒、螺桿和塑系統的磨損。另外，由于是在分型面不合攏的條件下進行充模，因此對充模時的排氣很有利，可以簡化塑模的排氣結構。圖8-24為注射-壓縮成型模具的的結構圖。