塑料成型及模具设计-33.ppt

塑料成型及模具设计,中国矿业大学材料科学与工程学院2008年8月,问题：,1.注射机最大注射量和锁模力的校核方法。2.模具与注射机安装部分相关尺寸和开模行程是如何校核的?,目的与要求：,重点与难点：,1.掌握浇注系统设计原则，组成、作用。2.主流道的作用、设计要点。3.分流道的作用、类型，设计要点。,难点：浇注系统尺寸分析重点：浇注系统各部分尺寸、设计,高性能模具,一副高性能模具必须具备下列三个高性能系统的配合：高性能充填系统高性能保压系统高性能冷卻系统,塑料模具的浇注系统,3.3注塑模普通浇注系统设计,3.3注塑模普通浇注系统设计,一、概述,浇注系统：指由注射机喷嘴中喷出的塑料进入型腔的流动通道。作用：使塑料熔体平稳有序地填充型腔，并在填充和凝固过程中把注射压力充分传递到各个部分，以获得组织紧密的塑件。分类：普通浇注系统：冷流道无流道凝料浇注系统：热流道、绝热流道,3.3注塑模普通浇注系统设计,一、概述,浇注系统组成及各部分作用,主浇道,分浇道,浇口,流道系统的设计是否适当，直接影响成形品的外观、物性、尺寸精度和成形周期。,冷料井,3.3注塑模普通浇注系统设计,一、概述,浇注系统组成及各部分作用,定模结构,动模结构,3.3注塑模普通浇注系统设计,二、塑料熔体在浇注系统和型腔内的流动分析,P49自学同时结合第一章所讲的内容,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,作用：是连接注射机喷嘴和模具的桥梁，是熔料进入型腔最先经过的部位。,设计要点:,截面形状、锥度、孔径、长度、球面R、圆角r,主流道及其衬套,动画三,动画一,动画二,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,主流道及其衬套,主浇道穿过两块模板时应呈阶梯状，或采用浇口套,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,主流道及其衬套,典型的主流道衬套示例,定模板上的浇口套及定位环,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,主流道及其衬套,主流道衬套与定位环分开设计并高出定模表面510mm；,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,主流道及其衬套,浇口套常采用标准件，材料取45钢，装配后的加工。,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,作用：贮存冷料，拉出凝料。,位置和形状：主流道末端，直径略大于主流道。,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,1.带钩形拉料杆的冷料穴,动画,拉料杆固定在推出板上，随制件一起推出；取件时向拉料钩的侧向稍许移动即可脱模；,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,1.带钩形拉料杆的冷料穴,倒锥形冷料井,圆环槽冷料井,适用于成型弹性较好的塑料；无需横向移动；,拉料杆固定在推出板上，随制件一起推出,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,1.带钩形拉料杆的冷料穴,脱模时无法左右移动，故不宜采用Z形拉料杆,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,2.带球形头拉料杆的冷料穴,适合于推件板脱模,拉料杆固定在动模型芯固定板上；推件板推塑件时，主流道凝料从拉料杆球头上强制脱出；,动画,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,2.带球形头拉料杆的冷料穴,适合于推件板脱模,菌形头拉料杆,锥形头拉料杆,可靠性差一些,动画,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,3.无拉料杆冷料井,思考：分流道为什么设计成S型？,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,3.无拉料杆冷料井,倒锥形冷料井加工在两瓣合模块的分型面上；,3.3注塑模普通浇注系统设计,三、主流道和冷料井的设计,冷料井类型和结构,4.主流道套衬装弹簧的形式,动画,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,1.多腔模中型腔和分流道的布置,尽量保证各型腔同时充满，并均衡地填料；各型腔之间距离恰当，有足够空间排布冷却水道、螺钉等，并有足够截面积承受注塑压力；满足以上条件下尽量缩短流道长度、降低浇注系统凝料重量；型腔和浇注系统投影面积重心；,流道设计原则,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,1.多腔模中型腔和分流道的布置,流道的布置,自然平衡人工平衡,不平衡,自然平衡,人工平衡,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,1.多腔模中型腔和分流道的布置,平衡式：,从主流道到各型腔的分流道和浇口其长度、形状、断面尺寸都是对应相等的,适宜生产高精度塑件。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,1.多腔模中型腔和分流道的布置,非平衡式：,特点：,流道总长度较短，减少回头料的重量；适用于型腔数较多以及性能和精度要求不高的塑件；,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,1.多腔模中型腔和分流道的布置,非平衡式：,措施：,浇口设计成不同尺寸；不完全注塑法通过反复试模和注塑；,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,2.按允许流动阻力优化分流道尺寸,根据塑件大小和塑料品级设定充模时间和最小的流道尺寸；,总压力损失：,流道总体积：,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,选择的原则：,易于加工；流动阻力和热量损失都最小（比表面积最小）,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,圆形截面,优点：热量散失小，阻力也小，浇口开在中心线上，延长冻结时间。,缺点：增加制作费用及成本，稍不注意会造成流道交错而影响流动效率。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,六角形截面,其比表面积略大于圆形流道，也是理想的浇道，但是制造不易，通常用于小断面的流道。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,梯形截面,面积比圆形流道多出39%，更加浪费，但是与圆形流道相比的唯一优点是制造简便（仅在一个模板上），最为常用。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,又称改良式梯形流道，結合圆形与梯型的优点改良而成，面积仅比圆形流道多出14%，常采用。,U形截面,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,矩形截面,流道效率与圆形相当，但面积却比圆形流道多出27%，增加了射出废料，而且会造成顶出力量增加的现象，不常采用。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,3.分流道截面形状设计,分流道表面粗糙度：,有的不抛光，使流道壁处冻结的冷皮贴在壁上，不易进入型腔；,另一些为避免表面瑕疵，需仔细抛光，甚至镀铬；,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道截面设计要点,制品的体积和壁厚，分流道的截面厚度要大于制品的壁厚。成型树脂的流动性，对于含有玻璃纤维等流动性较差的树脂,流道截面要大一些。流道方向改变的拐角处,应适当设置冷料穴。使塑件和浇道在分型面上的投影面积的几何中心与锁模力的中心重合。,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道截面设计要点,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道的设计要点,保证熔体迅速而均匀地充满型腔分流道的尺寸尽可能短，容易尽可能小要便于加工及刀具的选择每一节流道要比下一节流道大1020（Dd1020）,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道的尺寸设计,流道的直径过大：不仅浪费材料,而且冷却时间增长,成型周期也随之增长,造成成本上的浪费。流道的直径过小：材料的流动阻力大,易造成充填不足,或者必须增加射出压力才能充填。因此流道直径应适合产品的重量或投影面积。,表331,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道的尺寸设计,D=产品最壁+1.5mmB=1.25D,3.3注塑模普通浇注系统设计,四、分流道系统设计,分流道的尺寸设计,流道长度宜短,因为长的流道不但会造成压力损失,不利于生产性,同時也浪费材料；但过短,产品的残余应力增大,并且容易产生毛边。流道长度可以按如下经验公式计算:,D=,D分流道直徑mmW产品质量gL流道長度mm,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,浇口：,连接分流道和型腔的桥梁,是浇注系统中最薄弱最关键的环节。,浇口的位置、数量、形状、尺寸等是否适宜直接影响到产品外观、尺寸精度、物理性能和成型效率。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,浇口作用：,熔料经狭小浇口增速、增温，利于填充型腔。注射保压补缩后浇口处首先凝固封闭型腔，减小塑件的变形和破裂。狭小浇口便于浇道凝料与塑件分离，修整方便。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,浇口过大：浇口周围产生过剩的残余应力,导致产品变形或破裂,且浇口的去除加工困难等。,浇口过小：易造成充填不足(短射)、收缩凹陷、熔接痕等外观上的缺陷,且成型收缩会增大。,浇口尺寸设计,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,浇口尺寸设计,断面尺寸约为分流道断面积的39；浇口长度约为0.52.5mm;,牛顿流体：,浇口处流动阻力损失增大；,假塑性流体：,流动阻力的损失与表观粘度的降低相抵消；,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,小浇口尺寸优点：,增加物料通过的流速；使部分塑料熔体的温度上升，增加流动性；冻结快，可以控制并缩短补料时间；降低模塑周期；多型腔中，易平衡各型腔的进料速度；便于制件修模。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,采用较大浇口场合：,成型大型塑件（多浇口除外）；成型厚壁和特厚制品；接近牛顿型的高粘度的塑料熔体；热敏性塑料。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,直接浇口,直接浇口广泛应用于单型腔模具特点：注塑压力和热量损失最小,固化时间长，去除浇道后将在成型品表面留下痕迹。,动画,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,边缘浇口,典型的浇口尺寸为：,一般开设在分型面上，便于机械加工，易保证精度，可以调整充模时的剪切速率和浇口封闭时间，浇口去除方便；但压力损失大、壳形件排气不便、易产生熔接痕。,2.浇口的类型及特点,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,边缘浇口,2.浇口的类型及特点,矩形浇口尺寸经验计算公式：,深度：h=k-制品厚度；k-材料系数；,宽度：w=kA1/2/30A凹模边型腔表面积，即塑件外表面积，mm2;,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,边缘浇口,2.浇口的类型及特点,分流道与浇口连接处的形状：,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,扇形浇口,适合成型宽度较大的薄片状塑件，使物料在横向得到均匀分布，降低制品的内应力和空气的卷入，但去除浇口的后加工量大。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,扇形浇口,典型的浇口尺寸为：深0.251.6mm,宽度6mm所在边型腔宽度的1/4；横断面积大小.,浇口由鱼尾形过渡部分和浇口台阶组成。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,平缝浇口,适合于大面积的扁平制件，降低内应力，减少因取向而翘曲变形，但后续加工量大，成本高。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,平缝浇口,典型的浇口尺寸：深为0.250.65mm,长0.81.2mm，宽为所在边型腔宽的1/4全宽，浇口台阶长为11.5mm.,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,圆盘浇口,圆盘浇口是沿塑件内圆周进料，经常用于成型內侧有开口的圆柱体或圆形制品。此类型浇口适用同心且尺寸的要求严格及不容许有熔接痕生成的塑料制品。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,圆盘浇口,典型的浇口尺寸：,厚0.251.6mm,长0.751mm.,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,环状浇口,熔料自由地沿着环状浇口中心部分流动然后熔料向下流动充填模具。,环状浇口沿外圆周进料；,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,典型的浇口厚度是0.25至1.6mm。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,轮幅浇口,轮幅浇口又称为四点浇口或是十字浇口。此种浇口适用于管状塑料制品，且浇口容易去除和节省材料，但制件上带有几条拼合缝。缺点：可能会产生熔接痕而且不可能制造出完善的真圆。典型的浇口厚度是0.8至1.8mm宽度为1.6至6.4mm。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,爪浇口,轮辐浇口的一种变异形式，仅分流道与浇口不在一个平面内。,适用于管状制件，尤其是适于内孔较小的管状制件和同心度要求高的制件。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,点状浇口,是一种尺寸很小的浇口。适合于多型腔、三板两开式模具，开模时点浇口自动脱落。,利用推板切断点浇口凝料,可降低熔体表观粘度，塑件上残留痕迹小；但浇口小压力损失大，需要较高的注射压力。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,点状浇口,适用于表观粘度对剪切速率敏感塑料熔体和粘度较低的熔体。,典型的浇口尺寸：直径0.42mm，台阶长0.50.8mm。,经验公式p64,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,点浇口的形式及其改善,点状浇口,弧度R增加截面积，减少冷却速度，有利于补料,点浇口低于塑件表面，倒角R2减少熔体流动阻力,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,点状浇口,多点浇口可缩短流程、加快进料速度，降低流动阻力，减少翘曲变形,薄壁塑件，将浇口对面的壁厚增加并呈圆弧过渡，减少局部应力,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,潜伏式浇口,浇口开在型芯一侧不影响塑件外观，开模时浇口自动切断（两板式模具）。,潜伏式浇口模具,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,潜伏式浇口,潜伏式浇口一般开在分型面下方，沿斜向进入型腔，分型时自动切断；,浇口由锥体形成，加工方便,浇口为截头圆锥的一角与型壁相贯通形成，有利补料,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,潜伏式浇口,动画,经二次流道进入型腔，塑件外观好,圆弧形弯曲的潜伏式浇口，可在扁平塑件的内侧进料，效果好，但加工困难,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,潜伏式浇口,护耳式浇口,通常应用于平板状且薄的成型品以降低型腔內的剪应力。,浇口周围产生的高剪切应力使熔体冲击在凸出块上，而凸片将在射出成型后去除。凸片浇口广泛应用于PCSAN和ABS等树脂的成型，特别适用于成型要求高的透明制品。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,2.浇口的类型及特点,护耳式浇口,典型的浇口尺寸：凸出块长1520mm，宽L/2，厚为型腔断面厚度的7/8，浇口宽1.63.2mm，深度与凸出块相同，台阶长1mm。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,重叠浇口,典型的浇口尺寸为：厚度0.4至6.4mm宽度为1.6至12.7mm。,重叠浇口与侧浇口类似浇口与成品侧壁或成品表面有重叠。,2.浇口的类型及特点,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置与制品翘曲变形关系,在成型过程中由于分子的取向造成各项收缩率不一致，引起制品内应力和翘曲变形；,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置与制品翘曲变形关系,改进措施：,将中心浇口改为多点浇口；,改变浇口位置，从中心浇改为一侧浇；,从一端两点进浇；,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置与分子取向关系,分子取向使垂直于流向和平行于流向的塑件强度有差异，但同时也可此现象来改善制品的某些性能。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,注塑成型时的喷射现象与浇口位置和尺寸的关系,防止办法：加大浇口尺寸或采用冲击型浇口，或护耳浇口。,噴流痕,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,当塑件壁厚相差较大时，浇口应开在截面最厚处；,不推荐,推荐,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,浇口的位置应该有利于包风的排除，否则会造成短射烧焦或在浇口处产生高的压力。,措施：型腔最后充满处设置排气槽，或利用顶杆配合间隙、活动型芯安装间隙来排气。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,浇口位置和壁厚对塑件质量影响,如圆周壁厚大于顶部：,1）在塑件顶部设置顶出杆；2）在空气汇集处镶上多孔的烧结金属块。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,左图也易在制件顶部两端形成气囊，但如果在顶部开设一条纵向长筋，将有助于物料的分配和气体排除。,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,流动比：,由流动通道的最大流动长度与流动通道厚度之比；,流动比Li/iLi流路各段长度，mmi流路各段厚度，mm,3.3注塑模普通浇注系统设计,五、浇口设计,3.浇口位置设计,浇口位置应有利于充模流动、排气和补料,流动比L1/1+L2/2+L3/3,流动比L1/1+L2/2+L3/