8.3  BMC注射成型模具的设计要点
    总的来说，由于BMC模塑料具有良好的注射成型性能，因此许多用于其他物料的注射成型模具设计原理（如制品的设计、模具的结构设计、成型零件的尺寸计算以及模具的刚度、强度等的计算，模具的加热及控温等）基本上都适用于共注射成型模具的设计。然而由于BMC是一种含有高填料（主要是玻璃纤维）、低收缩率、流动性好，可以实现低压注射，固化速度快的热固性复合塑料，而且所成型的大都是要求高密精度、高质量的制品，因此其除在注射成型工艺上有特殊的要求外，在模具的设计上也有其自身的特点和要求。
8.3.1  BMC注射成型模具的结构特点及要求
    (1) BMC注射成型模具的结构   BMC注射成型模具的结构如图8-5示。从图8-5中可以看出，BMC模塑料的注射成型模具从总体结构上与普通的热塑性、热固性塑料的注射成型模具没有多大区别。它也是由动、定模板，浇注系统，模具开、合导向机构，脱模机构，加热装置等所组成。如图所示，为了减少流道凝料，则特地在模具上挖出一个凹坑以使注射喷嘴能伸进注射。

    (2) BMC注射模具的基本要求   总的来说，对BMC注射模具设计、制造的基本要求与一般塑料注射成型模具是相同的。然而，这里要强调的是，由于BMC注射模具是热固性的，因此其先必须遵循热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属于高精度、高质量的制品，因此，又要求其能符合和满足高精度模具的设计、制造标准。关于热固性模塑件的成型及设计要求与高精度成型制件与模具设计、制造之间的关系等问题，在本书的5.5和5.5.4中已有介绍和讨论，在此不再重复。
    显然，要获得高精度的BMC成型制件就必须有高精度的模具设计和制造。作为精密注射成型模具，应具有合理的模具结构及均衡的流道系统设计；应合理地确定模具的尺寸及公差，并有精密的制造技术以予保证；要将制品的成型收缩误差减到小；应有防止飞边产生的方法；防止制品成型变形和脱模变形的措施；模具必须保持有良好的精度，动定模应始终保待有良好的对中性；各零部件应有足够的强度和刚度；成型零部件及导向部件的表面应有良好的耐磨性；模具还应有均匀的模温及精确的检测手段等等。关于上述问题的一些较为详细的内容，在下面会有所介绍。
8.3.2   BMC注射成型模具模腔数的计算和优化选择
    注射时为保证有足够大的锁模力，防止出现飞边和影响到制品的壁厚，应确定注射模的型腔数。可用式(8-1）计算：           
              方程式
式中  n――由锁模力决定的型腔数；
      A――每个制件在分型面上的投影面积，mm2；
      F――注射机的锁模力．N；
      Pc――型腔内BMC物料的压力．MPa,一般为10-20MPa;
      A＇――流道和浇口在分型面上的投影面积，mm2，[-page-]
8.3.3   分型面设计
    在设计分型面时，为增大锁模力以减薄甚至避免飞边，应减小分型面的实际接触面积，一般在型腔周围的10-20mm之外部分应削去0.5-lmm。但过大的锁模力可能会使型腔塌陷，因此一般认为，分型面上所作用的单位锁模压力在40-70MPa为宜，流动性好的物料应取其大值进行验算。
    分型面的硬度应在HRC40以上，以防止飞边、碎屑过快的损伤分型面。如对分型面采用镀铬处理，也可减小飞边的黏附力。在分型面上不应存在任何孔和凹坑，否则会使飞边的清理困难。应将模板上的螺孔等设计成盲孔，若有通孔，也应将其镶填磨平。                                                                                                  
8.3.5.2  浇口的设计
    (1) BMC注射模常用浇口的设计   由于BMC有很好的流动性，一般的浇口型式甚至是点浇口和较薄的扇形浇口都可以采用，图8-12所示为BMC注射模常用的浇口。但是在考虑到其能否顺利充模，能否保证制品的强度（包括对玻璃纤维的破坏、取向以及制品的熔接线等）时，则对所选用的浇口形式、尺寸和开设的位置等都要特别的加以注意。

    可以用降低浇口的阻力即增大浇口的尺寸来降低玻璃纤维的破坏。如在设计BMC的注射模具时，其浇口的尺寸可比普通热塑性塑料注射模的大2-5倍。就是采用很薄的扇形浇口时，其浇口的厚度（高度）也不能小于0.05mm；流道的直径则可增加到1.5-3倍。至于熔接线和纤维取向所引起的强度下降问题，则主要应从浇口形式的选择和位置的设置来解决。[-page-] 
    (2）浇口与玻璃纤维取向及制品强度问题    BMC物料在注射充模特别是经过浇口进入型腔时，往往都是从一点（指浇口）出发，在流经型腔时，玻璃纤维会出现很强的取向作用。流过的路径越长，则其取向越明显。对于成型薄而扁平的制品时，如果采用小宽度的侧浇口，如图8-13的（a），则其取向就十分明显。如采用图8-13的(b）所示的又宽又薄的侧浇口（又称平缝形浇口），则其玻璃纤维取向就没那么明显。

    由于采用不同的浇口会产生不同的取向结果，这使制品在各个方向上的性能也受到影响。图8-14所示为在成型上述（扁平）盘状制品时采用小宽度的侧浇口（又称耳柄式浇口――tab gate)和采用又宽又薄的平缝形浇口（又称飞边式浇口――flash gate)时对制品的同、异向性的影响。试样是分别从图8-14中（a), (b），与（浇口）料流平行和与料流垂直的方向取来的。从图8-14的(a)中可以看出，采用“耳柄式”浇口时，其制品在两个方向上的强度变化都较大；而从图8-14的(b)中则可以看出，采用平缝式浇口（溢边式浇口）时，制品的强度虽然有变化，但变化小一些。之所以会有这样明显的不同，这是因为在采用耳柄式浇口时玻璃纤维的取向较为明显。

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8.3.8  模具的排气
    虽然BMC在充模固化时不像其他热固性酚醛塑料那样会放出低分子物质，但在充模时与其他注射模一样，模腔中原有的气体〔包括BMC团状料中含有的少量气休）若不能顺利排出，则会在制品上形成气孔（泡）、熔接缝和充不满模腔等缺陷。另外由干BMC有良好的流动性，在充模时易将空气带入模腔〔特别是在高速充模时）。作为精密模具，型腔可动件的配合间隙比较小，要利用这些部位来排除模腔中的气体会比其他模具的困难。其实由于BMC有良好的流动性并含有大量的玻璃纤维，如这些可动件的配合间隙大，当含有玻璃纤维的物料进入这些间隙时，则会严重影响到模具的开合。因此，BMC注射模的排气问题要特别加以注意。
    与压铸成型模具的排气一样，BMC注射模具常用的排气方法也是在模具的分型面上设置排气槽，以便让型腔中的气体通过排气槽向外排出。使用此排气方法时，先要根据浇口的开设位置、制品的形状、壁厚、料流末端的方向和位置来选择开设排气槽的位置。开设在分型面上的排气槽，其槽深一般为0.05-0.1mm，长度为1.0～1.5mm，宽度为3-8mm，排气槽相互之间的间隔至少25mm。还要防止进入排气槽的物料过早固化。如图8-18所示。别外在有可能会形成熔接线和有凸台的地方（此处易积存气体）也要开设排气槽。也有在型芯柱上开设排气隙，如图8-19的（a）所示。其方法是在型芯柱的外圆上磨出3-4个深0.05-0.075mm的平面，然后经型芯中心的引气孔导出气体。在大多数场合，顶杆上也可用此法磨痕应沿着轴线的方向，排气面的端角上要磨出0.12mm左右的倒角。这样在有飞边形成时会粘连在制件上。

    后一种有效而可靠方法是利用具有许多微孔的烧结块徘气，其结构及装设位置如图8-19的(b)所示。

    为使排气更有保证，也有采用模腔抽真空的排气方式，如图8-20所示。为使模腔能形成真空，除要设置抽真空装置外，模具上应开设有抽真空用的孔道，还要考虑在模具配合面上的密封问题。抽真空孔可设置在模具的配合面上，也可设置在充模时气体易积存的地方。抽真空孔可用深度为0.01-0.02mm的沟槽与型腔连接。[-page-]
8.3.9    嵌件及其安装
    在5.5.2中对嵌件的选材、设计等已有较详细的介绍，在此，主要只介绍其安装的有关问题。
    作为流动性良好又是热固性的BMC模塑料，其制品中若要安放嵌件，先也是要防止物料“钻料”的问题，其次是要求安放快速。因此通常都是在模外先将嵌件装在嵌件杆或嵌件套上，然后再整体装人模腔中。
    图8-21所示是安放嵌件时防止钻料的一种方法。从图8-21（a）中可以看出，其先是采用台肩式嵌件杆。该台肩也有制成如图8-21 (b)所示的锥面并与圆柱组合的结构。金属嵌件旋人嵌件杆后再置于模腔内，还要防止嵌杆与嵌件接触端面间被钻料。其二是要提高嵌件杆与模具上插孔的配合精度，它们之间的单边间隙在0.01 -0.02mm之间。制作时，应先加工孔，然后配磨和配研成型杆，再经镀铬抛光，并保证多个嵌件杆的可互换性。

8.3.10  模具加热及沮度的测量
    在注射充模时，BMC物料经过机筒、喷嘴和流道进人型腔。由于会受到强烈的剪切、摩擦及热交换，其温度会升高，而相当于受到“预热”作用的物料在进人模腔后会获得较快的固化速度。因此BMC注射成型的固化时间不像压制成型那样主要是取决于制品的厚度。但是模具的加热方式和控制也是十分重要的。因加热方式和模温的均匀性都会影响到固化速率的一致性．而温度的均匀性和控制精度又会影响到制品的尺寸精度和开合模的灵活性。
    模具可选用电、蒸汽或油加热，也可采用高频加热。电加热会使模具出现局部升温的缺点，因此要仔细考虑加热器的选择及配置，对较大的模具要采用分区（段）控温口蒸汽、油加热虽然能保持温度的均匀性，但会增加模具密封等复杂性。如从既节能而加热温度又均匀的角度出发，则采用高频加热的方式会比较合适。
    动模和定模应分别设置测温热电偶，以自动控制模具的温度。
    与压制模一样，模具电热板等加热装置也必须与注射机的锁模板很好地隔热，以免机台过热而影响到整机的性能及正常运作。有关模具加热等问题可参看6.3。[-page-]
8.3.11  BMC注射成型模具设计实例
    图8-22所示是用BMC模塑料注射成型所谓塑封电机定子的模具结构实例，其是使用立式排列的注射成型机成型的。所谓电机定子的塑封就是把定子的铁芯、绕组和引线等用BMC物料经过注射而塑封在一起，形成一个整体。塑封后的定子具有良好的绝缘性、机械加固性。与铁壳电机相比，具有体积小，质量轻，振动小，噪声低，整体性好．机械强度高，并可防潮、防腐，生产效率高等特点，已广泛应用于电子、家电等行业。
8.3.12  关于注射―压缩成型的原理
    BMC在注射成型的充模过程中存在的主要问题，是如何克服玻璃纤维的破坏和取向，克服熔接线和减少流道废料，以保证其制品强度并降低成本。为此，可采用“注射压缩成型”工艺和与之相应的模具设计。采用这种成型方法，BMC物料的计量和处理精确、简便，而又可以消除注射充模时在制品上出现的熔接线，并可干扰玻璃纤维的取向，从而提高制品的强度和质量。
    注射压缩成型实际上是一种综合注射和压制两种成型工艺优点的生产技术。其成型过程如图8-23所示。成型时先将BMC物料注人到稍微张开、为接着需要进行压缩而预留有压缩量的闭合模腔中；待模腔充满后，再相当于用压制的方法，在高压下合紧模具进行压缩，使物料在高压下加热、固化和定型。此成型方法可同时兼有压制和注射两种成型工艺的优点。可克服由于纤维的取向和由于熔接线等带来的制品强度下降等问题。普通的热固性注射机经过一定的改造后，便可进行注射一压缩成型。           

由于注射充模阶段是在分型面不合拢的条件下进行，故可采用很低的注射压力，从而能大幅度减小BMC物料对机筒、螺杆和塑系统的磨损。另外，由于是在分型面不合拢的条件下进行充模，因此对充模时的排气很有利，可以简化塑模的排气结构。图8-24为注射-压缩成型模具的的结构图。