塑料成型及模具设计-39.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2006年8月,问题：,目的与要求：,重点与难点：,1.2.3.,难点：重点：,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,塑件熔体温度为200300，取出温度为6080；,冷却介质：,水模温90,冷冻水模温100,动画,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,1.模具温度设计的原则,结晶型塑料模温的决定,Tg室温模温决定塑件结晶度,塑件的性能,柔软的韧性好的塑件,刚性、硬度和耐磨性好的塑件,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,1.模具温度设计的原则,模温内应力和翘曲变形,力求塑件各部分温度一致；模温适当；,模温与制品外观质量,过高易出现橘皮效应，塑件轮廓不清晰过低易出现粘模，塑件透明度降低；,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,2.冷却效率对生产效率的影响及提高的办法,提高模板对冷却介质的传热系数,提高冷却介质在模具内的流速或湍流；,雷诺系数：,Re=vd/,Re4000为湍流，一般为600010000；,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,2.冷却效率对生产效率的影响及提高的办法,降低冷却介质温度增加传热推动力,一般适应于非结晶型塑料或尺寸和性能要求不高的结晶型塑件；采用低温水，但不能低于露点温度以下；,增大冷却传热面积,开设尽可能大和数量多的冷却水道；率先考虑冷却水道的布置；,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,3.冷却系统设计原则,冷却水通道的设置,动定模和型腔的四周应均匀布置冷却水道；,不均匀冷却与制品翘曲变形,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,3.冷却系统设计原则,冷却水孔的设置,冷却水孔间距越小，直径越大则对塑件冷去越均匀；,管壁间距5d。水管壁距型腔表面3倍管径d,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,3.冷却系统设计原则,水孔与相邻型腔表面距离相等,冷却水管与型腔等距及不等距排列,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,3.冷却系统设计原则,采用并流流向，加强浇口处的冷却,冷却回路入口设在浇口附近，出口在流动末端,3.9注塑模温度调节系统,一、概述,4.降低入水与出水温差,采用并流流向，加强浇口处的冷却,普通模具出入水温差在5以内，精密模具2,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,1.制品所需冷却时间的计算,一维传热模型：,塑件长度L/S10；热量仅沿塑件的壁厚方向传递；充模完成的瞬间型腔内各点熔体的温度为注塑料温，制品内外温度降到模温，并维持恒定不变；热量不断从内部向表面传递；,冷却时间t表达式：,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,1.制品所需冷却时间的计算,冷却时间t与成型周期T关系：t=0.75T,每秒钟注塑次数：,N=1/T=1/t0.75,单位时间注入量：,m=Nm,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,2.冷却介质一边所需传热面积的设计计算,冷却介质用量的计算,塑件在固化时每秒钟释放热量：,Q1=mq=Nmq,q-单位质量塑料熔体在成型过程中放出的热量,q=c2(c-)+,冷却水单位时间带走热量：,Q2=Q1-QC-QR-QL,Q2Q1,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,2.冷却介质一边所需传热面积的设计计算,冷却介质用量的计算,Q2=Q0+Qi,Q0凹模带走的热量；i凸模带走的热量；,模具凹模和凸模每秒钟带走的热量：,0=Q0/1c1(5-5)i,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,2.冷却介质一边所需传热面积的设计计算,模板的热传导阻力与型腔内壁温度3m的确定,从制品经模板到冷却介质温度变化:,由型腔壁向冷却水管壁的传热:,型腔壁平均温度3m对塑件质量影响:,模壁温度应低于塑料的热变形温度1020,同时应远高于冷却水温度.,常见热塑性塑料建议模温:表3-9-4,3.9注塑模温度调节系统,二、模具冷却系统设计计算,2.冷却介质一边所需传热面积的设计计算,冷却水孔壁与冷却水界面的传热模系数计算,冷却介质边传热面和A4的确定,3.冷却水管总长度计算及流动状态、流动阻力的校核,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,1.型芯凸模冷却水路结构,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,1.型芯凸模冷却水路结构,高而细的型芯：喷流式,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,1.型芯凸模冷却水路结构,高而粗的型芯,深腔大型件,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,1.型芯凸模冷却水路结构,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,1.型芯凸模冷却水路结构,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,2.凹模冷却水路结构形式,对于浅凹模，在模板内钻单层冷却水孔，孔与孔间用软管连接或采用内部钻孔的办法互相沟通，构成回路；,围绕型腔的冷却水道,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,2.凹模冷却水路结构形式,模板上对称布置的冷却水道,用于冷却一模两件扁平制品凹模,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,2.凹模冷却水路结构形式,一模多腔冷却水路布置；对于深型腔可采用多层水道,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,2.凹模冷却水路结构形式,嵌入式型腔，在型腔嵌件周围开环形槽,3.9注塑模温度调节系统,三、常见冷却水路结构形式,2.凹模冷却水路结构形式,3.9注塑模温度调节系统,四、模具冷却新技术,.负压水路和逻辑密封冷却装置,负压冷却水系统：相对压力1atm.，利用容积泵来抽吸冷却水使冷却系统中形成负压，即使不加密封，也不漏水。,在开模状态时动定模都同时进行吸水,3.9注塑模温度调节系统,四、模具冷却新技术,.负压水路和逻辑密封冷却装置,闭模时，型芯和凹模间形成冷却回路；,开模前瞬间，容积泵开始吸水,3.9注塑模温度调节系统,四、模具冷却新技术,.热管冷却装置,热管安放在型芯中冷却，也可将热管插入推杆或拉料杆内，兼起冷却的作用。,热管用于注塑模冷却至少可缩短成型周期30%以上，并能使模温恒定；,用热管冷却型芯,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,工艺过程,熔体注射型腔部分注满或全部注满注入高压气体(常用N2)气体推动熔体完成充模、补缩塑件固化排出气体脱模;,气辅注塑循环周期图,1:循环开始;1-2:注入树脂;2-3:延时;3-4:注入气体;4-5:气体保压;5-6:气体泄压;6-1:启模阶段.,动画,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,分类,短射：适用于厚壁的充模阻力不大的塑件，特别是手把之类的棒状制品，可节省大量原材料；,动画,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,分类,满射：能补缩塑料的收缩，且靠气体压力进行保压效果更好，适于薄壁充模阻力较大塑件；,动画,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,1.气辅注塑技术的优点,厚壁塑件表面凹陷，可消除；气体保压的压力梯度小，效果好，降低内应力，减少翘曲变形；塑件尺寸精度、形位精度高；节约原料，最高可达50%；减少冷却时间，缩短生产周期，提高生产效率；短射气辅成型，可使注塑压力降低；,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,1.气辅注塑技术的优点,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,1.气辅注塑技术的优点,气辅成型制品的特点：制品壁厚可相差悬殊，把普通注塑由多个零件组装的制品，设计成一体;加强筋作为气体通道，制品刚性好，浇口数目减少。设计的要点：根据塑件的形状确定熔体进浇位置、气体入口位置、气道位置。早期的气辅成型，气体入口与浇口在一起，现在，利用气针，可在任何时间、在塑件任何部位进气。,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,2.气辅注塑适用制品范围,特厚的棒状制品,短射成型汽车握把,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,2.气辅注塑适用制品范围,Cinpres公司进气阀,特厚的棒状制品,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,2.气辅注塑适用制品范围,大型板状有加强筋的制品,一方面可降低锁模力，另一制品内应力小；,通过加强筋传递保压压力,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,2.气辅注塑适用制品范围,大型板状有加强筋的制品,两侧带加强筋气路传递保压压力,气辅注塑成型电视机前框,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,一、概述,2.气辅注塑适用制品范围,大型的、厚薄不均的复杂塑件,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,1.气道壁厚和塑件壁厚,塑料的气道部分和实心部分的壁厚应相差悬殊；,塑件的壁厚除了棒状手把类制品外，对于非气体通道的平板区而言不宜大于3.5mm；,2.塑件上的加强筋,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,3.气体注入位置设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,3.气体注入位置设计,气体进入二个或多个支气道，气针位置很重要，若各支气道流动不平衡，气体流动距离不同，因此气针位置应使熔体流动平衡；,二、气辅成型制品和模具设计原则,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,4.气泡扩展方向以及塑料熔体和气体注入位置,二、气辅成型制品和模具设计原则,塑料扩展方向与塑料熔体流动方向应相同；,塑料熔体和气体的注入口最好设在塑件壁厚的地方，厚壁处不宜作为流动的末端；,5.气道部分塑件外形设计,气道纵向流动路径和壁厚,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,5.气道部分塑件外形设计,气道断面尺寸和壁厚,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,6.气体通道长度的控制,短射：,气道长度取决于注入气体前塑料熔体充满型腔的百分率和延迟时间，以及塑料的进一步收缩；,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,6.气体通道长度的控制,短射：,3.10气体辅助注塑成型制品设计和模具设计,二、气辅成型制品和模具设计原则,6.气体通道长度的控制,控制气体穿透长度方法：,过溢出法或特