塑料成型模具设计.ppt

塑料成型模具设计,第一章绪论1、教学目的与要求（1）了解模具的分类，模具的使用设备、模具的特点（2）了解模具的发展趋势；,第一章绪论,一、模具：,成型制品的工具。,二、模具的分类,金属模具：汽车外壳、金属饭盒、纪念币塑料模具：家电产品的塑料外壳等橡胶模具：轮胎、橡胶密封圈等玻璃模具：玻璃瓶石膏模具：石膏像等木模型：用于铸造翻砂的模型,第一章绪论,三、塑料的特点1、易于成型，设计的自由度高；2、塑料品种多；透明、不透明、软的、硬的；3、比其他材料轻；4、导热性低；5、耐水性优，不生锈；耐化学药品，不腐蚀；6、加工性能好，能耗低；7、容易与其他材料复合、粘接；8、易燃烧，膨胀系数大，尺寸稳定性差；9、表面硬度低，易划伤。,第一章绪论,四、塑料模具的分类1、塑料注射模具（1）模具,（2）设备,1、塑料注射模具,1、塑料注射模具,（3）特点可以生产形状复杂、强度高的制品；制件均匀、尺寸精密；可以多型腔生产；制品可带有嵌件；自动化程度高；对塑料的适应性强（热塑性塑料、热固性塑料均可使用注射生产）。,1、塑料注射模具,（4）基本动作过程1、注射装置前进,（4）基本动作过程,2、注射,（4）基本动作过程,3、保压,（4）基本动作过程,4、预塑冷却,（4）基本动作过程,5、开模顶出关门合模注射。,（5）开模过程,四、塑料模具的分类,2、挤出模具（1）模具,2、挤出模具,（2）设备,2、挤出模具,（3）特点连续生产，生产效率高，可以制造尺寸长的制品；可以生产断面不同的产品；和其他设备组合，可以完成不同工艺过程的综合加工。如挤出机和压延机配合生产薄膜；挤出机机头和造粒机配合可以造粒；占地面积小，生产环境清洁。,四、塑料模具的分类,3、中空吹塑模具（1）模具,3、中空吹塑模具,（2）设备中空吹塑按吹塑工艺可分为挤出吹塑和注射吹塑。主机：挤出机、注射机；辅机：模具、合模架、锁模装置等。,3、中空吹塑模具,（3）特点挤出吹塑：强度低，尺寸精度差；壁厚不均；浪费原料。注射吹塑：制品质量高；工艺复杂，模具费用高。,3、中空吹塑模具,挤出吹塑成型,3、中空吹塑模具,注射吹塑成型,四、塑料模具的分类,4、真空或压缩空气成型模具（1）模具,4、真空或压缩空气成型模具,4、真空或压缩空气成型模具,（2）特点模具受力小，可以采用非金属材料；制品强度低；成型简单。,四、塑料模具的分类,5、压铸（注）成型模具（1）模具,5、压铸（注）成型模具,5、压铸（注）成型模具,（2）设备,5、压铸（注）成型模具,（3）特点主要用于热固性塑料。成型效率高，仅次于注射成型；制品质量好；浇注系统不能回收，原材料消耗多；制品会产生明显的填料定向，引起制品变形；制品收缩率大；模具结构复杂。,四、塑料模具的分类,6、压制模具（1）模具,6、压制模具,（2）设备塑料压制成型机,6、压制模具,3、特点压制工艺成熟，可靠；模具比较简单；适合流动性差的塑料，比较容易成型大型制品；制件收缩率小，变形小，各向性能均匀；生产效率低；制品易产生填充不足或填充过大现象，影响制品高度尺寸的准确；制品有嵌件时易变形；制品有深孔、侧孔、形状复杂时，难成型。,第一章绪论,五、塑料模具的发展趋势,1、CAD/CAM/CAE,2、理论研究3、大型化、小型化、高精度、形状复杂4、革新模具制造工艺5、高效率、自动化6、标准化,第三章塑料注射模具,第一节概述教学目的与要求了解塑料注射模具的分类及各自的结构特点。重点掌握普通模具的结构。,1、塑料模具的分类模具,普通模具,特种模具,二板式模具,三板式模具,带嵌件模具,侧向分型模具,自动卸螺纹模具,定模顶出模具,无流道模具,第一节概述,第三章塑料注射模具,第三节浇注系统设计1、教学目的与要求目的：学习塑料注射模具的浇注系统。要求：（1）掌握浇注系统的组成及各组成的设计要求。（2）掌握浇口的开设对制品性能的影响。（3）掌握主要部件的英文单词。,第三节浇注系统设计,一、概述1、什么是浇注系统？,从注射机的喷嘴开始至型腔为止的通道。,2、浇注系统的分类：普通浇注系统和无流道浇注系统。,二、普通浇注系统（一）组成：主流道、分流道、浇口、冷料井,第三节浇注系统设计,第三节浇注系统设计,（二）普通浇注系统的设计一、主流道（sprue）的设计主流道的定义：从注射机的喷嘴开始至分流道为止的通道。,1、浇口套（主流道衬套spruebushing）,设计浇口套的原因：材料、机械加工方面、模具结构方面,一、主流道（sprue）的设计,结构及要求结构：,要求：（1）圆弧Rm与注射机喷嘴圆弧Rj相匹配，Rm=Rj+12mm；（2）主流道小端直径dmdm=dj+12mm；（3）主流道锥角：24；,一、主流道（sprue）的设计,结构及要求,一、主流道（sprue）的设计,（4）主流道大端尺寸D,其中：D:大端直径，cm；Q:流经该流道的熔体的体积流率，cm3/s；：熔体在该流道的剪切速率，1/s；主流道：5x103。,一、主流道（sprue）的设计,（5）配合尺寸与精度与型腔板配合，取过渡配合或过盈配合，H7/k6、H7/m6、H7/n6；与定位环配合，取间隙配合，H7/f6；（6）粗糙度要求流道部分Ra=0.8；配合部分Ra=1.6；其余Ra=12.5。（7）材料T8、T10、45#，HRC=4550。,一、主流道（sprue）的设计,2、定位环（locatingring）,2、定位环（locatingring）,作用：定位（使模具中心与注射机中心一致）；压紧浇口套；有时还起支撑模具作用。,2、定位环（locatingring）,结构：,2、定位环（locatingring）,要求：（1）外径与注射机定位孔尺寸一致；（2）与浇口套相配合；（3）材料：45#（4）紧固螺钉：数量23；规格：M6、M8。,第三节浇注系统设计,冷料井的作用：注射时储存注射料流前端的冷料；开模时拉出主流道的凝料。,二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计,二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计,二、冷料井与拉料杆（spruepuller）的设计,结构：,Z形头拉料杆,第三节浇注系统设计,分流道：把主流道的熔料引入各个型腔的通道。,1、分流道的形状,从压力传递的角度：压力损失小，即流道的截面积最大；从热传导的角度：热量损失小，即流道的截面周长及料道长度短。,三、分流道（runner）的设计,1、分流道的形状,判断分流道形状优劣的标准：流道的比表面积。流道的比表面积=流道的表面积/流道的体积流道的比面积越小越好。,以流道的断面积相等为条件，圆形流道的比表面积最小，矩形也比较小。,因此流道的形状常采用圆形、半圆形、梯形和U形。,三、分流道（runner）的设计,2、分流道的尺寸,圆形浇口直径：,矩形浇口深度：,Q：流经分流道的熔体的体积流率，cm3/s；:剪切速率，1/s，5x102103。,影响分流道尺寸的因素：制品的体积与壁厚；主流道到型腔的距离。,三、分流道（runner）的设计,W:h=3:25:4W为浇口宽度中值尺寸。,常用塑料分流道直径推荐值,三、分流道（runner）的设计,常用塑料分流道直径推荐值,三、分流道（runner）的设计,3、分流道布置（型腔数目的确定）,平衡式和非平衡式。,（1）型腔数目确定的方法以塑件尺寸精度为依据精密技术级（SJ1372-78的1、2级）塑件，一模一腔,技术级（SJ1372-78的3、4级）塑件，最多一模四腔,一般精度级、低精度级视其体积大小和制件的结构而定。,（1）型腔数目确定的方法,经济指标经济指标包括直接费用和间接费用。,直接费用：塑料原料费用-材料的利用率，多腔模冷流道的损耗；模具费用；机加工费用。,间接费用：模具维护、保养费用等。,（1）型腔数目确定的方法,确定型腔数目的技术条件注射机的锁模力；注射机的塑化能力；注射机的模板面积；注射机的充模时间-注射机能提供的最大体积流率。充模时的流变条件：指温度、压力、速度的可调节范围及应变能力以及有无闭环反馈等。,三、分流道（runner）的设计,（2）型腔数目的计算主要考虑：订货批量、质量要求、交货期、注射机技术条件等。,由交货期决定型腔数目,（2）型腔数目的计算,由注射机的最大注射量确定成型注射量一般为注射机最大注射量的80%。,Gmax:注射机的最大注射量（质量或体积）；G主流道：主流道的质量或体积；G分流道：一个分流道的质量或体积；G浇口：一个浇口的质量或体积。,（2）型腔数目的计算,由注射机的锁模力确定,P:注射机的锁模力，N；M制品：一个制品在分型面上的投影面积，mm2；M分流道、浇口：一个分流道、浇口在分型面上的投影面积，mm2；p：型腔内的压力，N/mm2。,（2）型腔数目的计算,由成型件的精度要求确定根据经验，每增加1个型腔成型件的尺寸精度要降低4%左右。,x:成型件的尺寸公差，mm；l:成型件的基本尺寸，（以尺寸公差小的尺寸为准），mm；s:单腔模具加工时，成型件的尺寸对基本尺寸的百分比。,（2）型腔数目的计算,在单腔模具加工时，聚甲醛的尺寸公差为基本尺寸的0.4%，尼龙为0.6%，聚碳酸酯、聚氯乙烯、聚苯乙烯、AS、ABS等非结晶性塑料为0.1%。,三、分流道（runner）的设计,（3）型腔的配置型式,型腔的配置型式粗略分为直线、H形、圆形排列。,（3）型腔的配置型式,从流道长度看：直线排列最短；圆形排列最长；从流道平衡看：圆形排列及四腔的H形排列好。,第三节浇注系统设计,四、浇口（gate）的设计（一）、分析对浇口的要求：减少流动阻力、减少压力损失、充模快。,在一定的剪切速率范围内，剪应力与剪切速率的关系：,四、浇口（gate）的设计,n=1时，牛顿液体，：称为牛顿粘度；,n1时，非牛顿液体，a：称为表观粘度；,在一定的流动长度L内，由与du/dy流变学公式：,对圆形流道，流道内的流量Q，QR4/K，pL/R4；对矩形流道，流道内的流量Q，Qwh3/K，（w宽度）pL/wh3。,四、浇口（gate）的设计,结论：1、对牛顿液体，流量（流动速率）Q随流道尺寸的增加而增大；,du/dy,另一方面，Q,2、对非牛顿液体，Q一方面随流道尺寸的增大而增大，,a,Q,所以对非牛顿液体而言，在一定的剪切速率范围内，增加浇口的尺寸不能明显提高Q。,QR4/K,Qwh3/K,四、浇口（gate）的设计,（二）浇口的类型大尺寸浇口和小尺寸浇口,1、大浇口：对属于牛顿液体的塑料熔体；对高粘度、剪切速率对表观粘度影响小的塑料熔体；壁厚及大型制品。,2、小浇口：在一定剪切速率范围内的非牛顿液体的塑料熔体，薄壁制品。,2、小浇口,小浇口的优点：（1）小浇口可以增加物料通过时的流速，同时浇口两端有较大的压力差，这样可以明显降低某些非牛顿塑料熔体的表观粘度，使充模容易。（2）小浇口处有较大的摩擦阻力，塑料熔体通过时，一部分能量转成摩擦热，使塑料熔体的温度明显升高。温度上升会降低表观粘度，增加流动性。（3）小浇口可以控制并缩短补料时间，从而降低制品的内应力。（4）小浇口固化快，降低了模塑周期。（5）多型腔模中小浇口可以平衡各型腔的进料速度。（6）便于修整。,四、浇口（gate）的设计,（三）浇口型式1、针点浇口（pinpointgate）（1）结构,（2）特点相比较而言，浇口的位置不受限制；对多型腔模具，能取得浇口的平衡；开模时，能自动切断料把，制品表面光滑；对投影面积大又易变形的制品，点浇口可以防止变形；热流道模具大都采用点浇口。,1、针点浇口（pinpointgate）,（3）计算公式其中：D:浇口直径，cm；Q:流经浇口的熔体的体积流率，cm3/s；：熔体在浇口的剪切速率，1/s；聚烯烃类：1055x105；尼龙类：4x104；苯乙烯类：5x1045x105。,1、针点浇口（pinpointgate）,（4）常用尺寸d:0.52.6mm;l:10.2mm。,四、浇口（gate）的设计,2、潜伏式浇口（tunnelgate、jumpgate）（1）结构,四、浇口（gate）的设计,（2）特点不影响制品的美观；顶出时，能自动切断浇口；对过于坚韧的塑料，适应性差。,2、潜伏式浇口,（3）常用尺寸：3045：520,四、浇口（gate）的设计,3、边缘浇口（侧浇口）（tabgate）（1）结构,（2）特点断面形状简单；浇口尺寸可达到精确加工，尺寸修改容易；适应性强，一般塑料均可采用。,3、边缘浇口,（3）计算公式h:浇口的深度；mm；t:制品的壁厚，n:塑料系数，A:制品的表面积，mm2。,3、边缘浇口,n:塑料系数:PEPS:n=0.6POMPCPP:n=0.7PAPMMA:n=0.8PVC:n=0.9,(4)常用尺寸w:1.55;h:0.52(1/32/3)t;l:10.2mm。,四、浇口（gate）的设计,4、扇形浇口（fangate）（1）结构,（2）特点：成型宽度较大的制品；易于型腔气体的排出；制品内应力小；浇口去处较困难。,4、扇形浇口（fangate）,（3）常用尺寸h1,l1同边缘浇口；w:制品宽度的1/4左右；：010；h2:2/3d;,四、浇口（gate）的设计,5、平缝式浇口（filmgate）（1）结构,（2）特点基本与扇形浇口一致。,（3）常用尺寸浇口深度与宽度与侧浇口一致；宽度：1/4LL。,6、圆环形浇口（diaphragmgate）（1）结构,四、浇口（gate）的设计,（2）特点成型圆环形制品，进料均匀，易排气；无熔接痕；浇口去除困难。,（3）常用尺寸同侧浇口。,6、圆环形浇口,四、浇口（gate）的设计,7、轮辐式浇口（spokegate）（1）结构,（2）特点圆环形浇口的改进；浇口去除容易；制品中有熔接痕，制品强度降低。,7、轮辐式浇口（spokegate）,轮辐式浇口的另一种型式。,（3）常用尺寸同侧浇口。,四、浇口（gate）的设计,8、直浇口（1）结构,（2）特点流动阻力小，适于大型深制品；注射压力直接作用在制品上，易产生残余应力；浇口尺寸大，补料时间长；成型薄而平制品时易变形，浇口去除困难。,8、直浇口,（3）常用尺寸L30d=6,第三节浇注系统设计,五、浇口的开设对制品性能的影响1、保证制品的质量（1）熔料充满型腔；（2）保证制品质量，避免产生喷射、困气、表面银丝等现象。,避免喷射、表面银丝等现象:加大浇口的尺寸；采用冲击性浇口。,五、浇