塑料成型及模具设计-35.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,第三章注射成型模具设计,问题：,无流道浇注系统的优点？绝热流道有哪些形式？点浇口热流道模具的浇口形式有哪些？,目的与要求：,重点与难点：,1.掌握塑件分型面选择原则;2.了解和掌握凸凹模的结构形式以及螺纹型芯/环的安装形式;3.了解模具的一般排气方式.,难点：螺纹型芯的各种安装形式重点：凸凹模的结构及组合方式,一、概述,定义：,直接构成模具型腔的所有零件都称为成型零件；,型腔设计步骤和主要内容：,确定型腔的总体结构：分型面位置、进浇位置、排气位置、脱模方式等；从制造角度决定型腔是否采用组合式；计算成型零件上对应的成型尺寸；据成型时塑件压力，对成型零件进行刚度和强度校核，决定其壁厚等尺寸；,二、型腔分型面位置和形状的设计,分型面的数量、位置、形状等,模具上用以取出塑件和浇注系统凝料的可分离的接触表面称为分型面，也叫合模面。,分型面,二、型腔分型面位置和形状的设计,1.塑件在型腔中放置方位的确定,尽量避免与开模方向相垂直或倾斜的侧向分型和抽芯,二、型腔分型面位置和形状的设计,2.分型面形状决定,一般分型面与注塑机开模方向相互垂直；,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于塑件脱模,分型面要取在塑件的最大截面处,分型面选择原则：,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,分型面的选择要满足塑件表面质量的要求,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,分型面的位置要有利于模具的排气,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,尽量减少塑件在分型面上的投影面积,动画,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,要满足塑件的精度要求，比如同心度、同轴度、平行度等等,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,分型面、哪个更能保证双联齿轮的同轴度要求？,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,分型面的选择也要有利于保证塑件的尺寸精度,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,分型面的选择要满足塑件的使用要求,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,有利于保证塑件质量,分型面选择原则：,要考虑飞边在塑件上的位置以及有无飞边,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,分型面的选择要有利于简化模具结构,分型面选择原则：,使塑件尽量留在动模一侧,动画1,动画3,动画2,动画4,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,分型面的选择要有利于简化模具结构,分型面选择原则：,尽可能的避免侧向分型或者抽芯,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,分型面的选择要有利于简化模具结构,分型面选择原则：,尽可能的避免侧向分型或者抽芯,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,分型面的选择要有利于简化模具结构,分型面选择原则：,尽量地把侧向分型抽芯机构留在动模一侧,动画,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,分型面的选择要有利于简化模具结构,分型面选择原则：,塑件不止有一个抽芯的时候，在选择分型面时要使较大的型芯与开模方向一致,动画,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,要有利于模具成型零件的加工,分型面选择原则：,斜分型面的型腔部分比平直分型面的型腔更容易加工,二、型腔分型面位置和形状的设计,3.分型面位置的选择,实例：灯罩模具设计,二、型腔分型面位置和形状的设计,分型面的选择：,该塑件为灯座，外形要求美观，无斑点和熔接痕，表面质量要求较高。在选择分型面时，根据分型面的选择原则，考虑不影响塑件的外观质量以及成型后能顺利取出塑件，有两种分型面的选择方案。其一，选塑件小端底平面作为分型面，如图1。选择这种方案，侧面抽芯机构设在定模部分，模具结构需用瓣合式，这样在塑件表面会留有熔接痕，同时增加了模具结构的复杂程度。其二，选塑件大端底平面作为分型面，如图2。采用这种方案，侧面抽芯机构设在动模部分，模具结构也较为简单。所以，选塑件大端底平面作为分型面较为合适。,图1,图2,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,动画,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,成型零件：是与塑料直接接触、构成型腔的零件，包括凹模、凸模、型芯、螺纹型芯、型环等等。,型腔：指合模时用来填充塑料、成型塑件的空间。,凹模：成型塑件外表面的零件。,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,凹模的结构形式,凹模的技术要求,凹模的装配,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,凹模的结构随着塑件形状、成型需求、模具加工装配等工艺要求而变化，有以下几种形式：,整体式凹模,整体嵌入式凹模,局部镶嵌式凹模,大面积相拼凹模,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,整体式凹模,大型模具不易采用整体式结构：不便于加工，维修困难切削量太大，浪费钢材大件不易热处理（淬不透）搬运不便模具生产周期长，成本高,凹模由整块材料构成结构特点：牢固、不易变形、塑件质量好。适用范围：形状简单或形状复杂但凹模可用电火花和数控加工的中小型塑件。,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,整体嵌入式凹模,凹模由整块金属材料加工成并镶入模套中结构特点：型腔尺寸小，凹模镶件外形多为旋转体，更换方便。适用范围：塑件尺寸较小的多型腔模具,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,装配情况,配合：,防转,凹模从上表面嵌入固定板,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,局部镶嵌式凹模,将凹模中易磨损的部位做成镶件嵌入模体中结构特点：易磨损镶件部分易加工易更换,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,大面积镶拼凹模,凹模由许多拼块镶制组合而成组合目的：满足大型塑件凸凹形状的需求，便于机加、维修、抛光、研磨、热处理以及节约贵重模具钢材。适用范围：广泛应用于大型塑件上根据镶拼方式的不同可分为：,底部镶拼结构,四壁镶拼结构,瓣合式凹模,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,底部相拼结构,凹模做成通孔形式再镶上底部结构特点：强度刚度较差，底部易造成飞边（注意结构设计，防止飞边产生）。,适用范围：形状复杂或较大的型腔,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,底部相拼结构,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,四壁相拼结构,凹模四壁和底部都做成拼块，分别加工研磨后压入模套中，侧壁间用锁扣连接。,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,四壁相拼结构,优点：便于加工、利于淬透、减少热处理变形、节省模具钢材。适用范围：形状复杂或大型凹模。,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,瓣合式凹模,凹模由两瓣或多瓣组合而成，成型时瓣合，开模时瓣开。,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,结构特点：两瓣对拼镶块+定位销+模套（哈夫模half）适用范围：侧壁带凸凹形状的塑件。按瓣的组合形式分为：圆锥形组合式凹模矩形组合式凹模,瓣合式凹模,动画,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,凹模的技术要求,凹模材料：T8，T10A，CrWMn，9Mn2V，20钢，40Cr凹模热处理：HRC4050表面粗糙度：型腔表面：Ra0.2Ra0.1m配合面：Ra0.8m凹模表面处理：表面镀铬、抛光凹模加工：模套与模块锥面配合严密处配制加工,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,凹模的装配,三、成型零件结构设计,1.凹模结构设计,凹模的装配,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,注射模中称型芯（Core）压缩模中称凸模（Punch）,Core的结构形式,Core的技术要求,Core的装配,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,型芯（凸模）：又叫阳模，成型塑件的内表面。型芯：成型塑件中较大的主要内型的成型零件成型杆：成型塑件上较小孔的成型零件,整体式型芯,组合式型芯,小型芯（成型杆）,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,整个型芯和模板为一个整体适用范围：形状简单的型芯,整体式型芯,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,组合式型芯,型芯采用拼块组合适用范围：塑件内型较复杂的情况优缺点：节约贵重金属，减少加工量，拼接处必须牢靠严密,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,组合式型芯,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,组合式型芯型芯采用拼块组合,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯（成型杆）,成型杆的形状有圆形、矩形、锥形等等，成型杆的形式和装配固定方法直接影响着塑件的内型及精度。,通孔的成型：深孔成型：复杂孔成型：型芯的固定方法：非圆型芯的固定：多个近距离型芯的固定：,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯通孔的成型,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯深孔的成型,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯型芯的固定方法,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯型芯的固定方法,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯非圆及近距离型芯固定,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,小型芯型芯台阶固定的形式,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,型芯的技术要求,型芯材料：T7A、T8、T10A、Cr12型芯热处理：HRC4550表面粗糙度：型芯表面：Ra0.10.025m配合面：Ra0.8m型芯表面处理：表面镀铬、抛光型芯加工：同轴度高的地方配制加工,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,合理尺寸标注,装配方式,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,三、成型零件结构设计,3.螺纹型芯型环的结构设计,螺纹型芯型环用来成型塑件上的螺纹或固定塑件上带螺纹的嵌件，可以自动也可以手动卸除。,自动一,手动一,手动二,手动三,螺纹型芯,螺纹型环,螺纹成型件技术要求,自动二,三、成型零件结构设计,.螺纹型芯结构设计,按用途分两类：直接成型塑件上的螺孔的型芯（考虑收缩）固定塑件上的螺母嵌件的型芯（不考虑收缩）安装连接形式：,3.螺纹型芯型环的结构设计,立式下模或卧式定模,三、成型零件结构设计,3.螺纹型芯型环的结构设计,固定形式：,.螺纹型芯结构设计,三、成型零件结构设计,3.螺纹型芯型环的结构设计,安装形式：,.螺纹型芯结构设计,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,.螺纹型环结构设计,类型：整体式螺纹型环和组合式,螺纹型环在模具闭合前装在型腔内，成型后随制件一起脱下，在模外卸下；,间隙配合，高度为310mm，其余倒成35，下面加工成台阶平面，以便用扳手拧下，高度为H/2。,三、成型零件结构设计,2.型芯（Core）的结构设计,.螺纹型环结构设计,组合式，适用于精度要求不高的粗牙螺纹的成型。两半之间用小导柱定位，外表面被锥面锁紧；卸螺纹快而省力，但会在接缝处留下难以修除的溢边痕迹。,三、成型零件结构设计,螺纹成型零件技术要求,材料：T8A、T10A、Cr12凹模热处理：HRC4045表面粗糙度：成型表面：Ra0.2Ra0.1m配合面：Ra0.8Ra0.4m表面处理：表面镀铬、抛光,3.螺纹型芯型环的结构设计,四、排气方式及排气槽的设计,排气不良所产生的问题,銀條,四、排气方式及排气槽的设计,1.利用模具分型面和配合间隙自然排气排气间隙以不产生溢料为限，通常为0.030.05mm；适用于小型塑件。,四、排气方式及排气槽的设计,2.排气槽排气,适用于较大塑件、高速注塑或成型过程中有大量气体产生情况。,四、排气方式及排气槽的设计,排气槽位置设计的原则：,排气槽不应朝机器操作侧开设，以防因溢料发生工伤事故；排起槽应尽量开设在塑料熔体最后才能填充的模腔部位，如流道或冷料井的终端；排气槽最好开设在分型面上，这样可以使排气槽处溢出的塑料飞边随塑件一起脱模；为了便于模具加工以及清模方便，排气槽应尽量开在凹模一侧；,四、排气方式及排气槽的设计,2.排气槽排气,一般在型腔周边的分型面上开排气槽，槽深0.010.03mm,宽约510mm;,矩形型腔排气槽的开设,四、排气方式及排气槽的设计,2.排气槽排气,深腔壳形件的圆周排气槽,多型腔模具排气槽,四、排气方式及排气槽的设计,3.烧结金属块排气,不易太薄,通气孔直径D不宜太大；同时易在塑件上留下印痕；,四、排气方式及排气槽的设计,4.负压及真空排气,原理：冷却水道负压，推杆通过冷却水道与型腔相通；优点：可解决推杆与水道布置干涉问题，以及由于顶杆排气畅通。,四、排气方式及排气槽的设计,4.负压及真空排气,浇口开设在塑件边缘圆周上，气体聚集在其顶部，通过多孔金属排气；多孔金属由后面水冷却，可保持温度低，而不致被塑料熔体渗入堵塞；,四、排气方式及排气槽的设计,5.顶针排气,顶部视图,侧视图,0.04mm,可以用铣床、磨床加工顶针孔+0.01mm,五、型腔成型尺寸设计,1.塑件精度及其影响因素,模具的成型尺寸：,型腔上直接用来成型塑件部位的尺寸，如型腔和型芯的径向尺寸，型腔和型芯的深度或高度、中心尺寸等；,平均误差按或然率计算：,=m+s+ss+w+q,工程塑料模塑塑料件尺寸公差标准GB/T14486-1993,五、型腔成型尺寸设计,1.塑件精度及其影响因素,成型零件制造误差影响(对小塑件影响较大）,在0500mm间：,z=ai=a(0.45D1/3+0.001D)D被加工零件尺寸；z成型零件制造公差值；i公差单位；a精度等级，对模具制造最常用精度等级。,z1/3,组合式型腔？,五、型腔成型尺寸设计,1.塑件精度及其影响因素,成型收缩率波动影响（对大塑件影响较大）,塑件成型收缩率：,s=(LM-LS)/LMS塑件成型收缩率；LM模具成型尺寸，mm；LS塑件对应尺寸，mm；,s=(smax-smin)LMsma、smin塑件最大与最小收缩率；,五、型腔成型尺寸设计,1.塑件精度及其影响因素,型腔成型零件磨损量的影响（小塑件影响较大）,塑料在型腔中流动；塑件脱模时与型腔壁的摩擦（主要平行开模方向）；模具的重新抛光；,原因,还与脱模方向、塑件批量、品种以及模具材料的材质和热处理有关；,最大磨损量可取塑件总误差的1/6,五、型腔成型尺寸设计,1.塑件精度及其影响因素,大尺寸塑件，收缩率波动对塑件影响较大，应着重稳定工艺条件，选用收缩率波动小的塑料；小尺寸塑件，成型零件的制造误差和表面的磨损值影响大；平均值方法：是对s和w所做的统计规律呈正态分布，取平均值的概率最大，并假设塑件的成型收缩率和成型零部件的工作尺寸制造偏差及其磨损量分别为其平均值；,五、型腔成型尺寸设计,2.按平均收缩率计算成型尺寸,型腔径向尺寸计算,塑件名义尺寸及其公差分布,模具名义尺寸及其公差分布,LMCP=LM+m/2+w/2,LPCP=LP-/2,一般规定,五、型腔成型尺寸设计,型腔径向尺寸计算,LMCP=LPCP+SCPLMCP=LPCP+SCPLPCP+2SCPLPCP,型腔平均尺寸：,型腔名义尺寸：,LM=LMCP-m/2-w/2,修模考虑,LM=(LMCP-m/2-w/2-r)+m,表351,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,型芯径向尺寸计算,型芯径向平均尺寸：,LMCP=LM-m/2-w/2,塑件上孔的名义尺寸：,LPCP=LP+/2,2.按平均收缩率计算成型尺寸,一般规定,五、型腔成型尺寸设计,型芯径向尺寸计算,型芯的名义尺寸为：,LM=(LMCP+m/2+w/2+r)-m,注塑模具当磨损量很小，修模余量也很小时：,令：w/2+rm/2,则：LM=(LMCP+m)-m,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,型腔深度尺寸计算,塑件高平均尺寸：,HPCP=HP-/2,型腔深度平均尺寸：,HMCP=HM+m/2,2.按平均收缩率计算成型尺寸,w/2呢?,五、型腔成型尺寸设计,型腔深度：,HM=HMCP-m/2r+m,取r=m/2:,当型腔修浅时：HM=HMCP+m,当型腔修深时：HM=HMCP-m+m,型腔深度尺寸计算,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,型芯高度尺寸的计算,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,型芯高度尺寸的计算,型腔高度的计算公式：,HM=HMCP+m/2r-m,型芯易修长时取负余量：,HM=HMCP-m,型芯易修短时取正余量：,HM=HMCP+m-m,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,型芯间或成型孔间中心距尺寸计算,模具上中心距尺寸计算：,LM=LS+SCP+2scpLpm/2,注意：收缩率的波动,2.按平均收缩率计算成型尺寸,五、型腔成型尺寸设计,2.按平均收缩率计算成型尺寸,特点：,计算工作比较简单；但计算公式建立在假设基础上，容易使计算结果与实际需要的工作尺寸间出现较大的误差；当塑件尺寸精度要求较高或尺寸较大时，误差可能比较显著；最好采用公差带方法；,五、型腔成型尺寸设计,2.按平均收缩率计算成型尺寸,举例：,五、型腔成型尺寸设计,2.按平均收缩率计算成型尺寸,例题：,零件图如下图所示材料：ABS试确定凹模径向尺寸与深度、型芯直径和高度、孔心距、小型芯直径。,确定塑件的收缩率查附录，ABS的收缩率为0.4%0.7%，取平均收缩率Scp=0.6。,1.分析塑件尺寸公差,确定塑件尺寸公差，对塑件尺寸进行合理标注。300.14、45+0.36、18+0.2均为MT3级，对ABS而言属一般精度；500.32、0.14、210.22属MT5级。故模塑容易达到塑件的尺寸精度要求，取：z=/4。,2.成型零件的尺寸计算,型腔尺寸计算（50.32-0.6421.22-0.44）LM=+0.64/3=50+0.21HM=+0.44/3=21+0.15大型芯尺寸计算(45+0.3618+0.2)lM=-0.36/3=45.5-0.12hM=-0.2/3=18.2-0.07小型芯尺寸计算(7.86+0.28hM)lM=-0.28/3=8-0.09中心距尺寸计算(300.14)CM=()=30.20.01(孔间距公差查表),3.工作尺寸的标注,五、型腔成型尺寸设计,3.按极限尺寸计算成型尺寸,课外自学,五、型腔成型尺寸设计,4.模具成型尺寸的近似计算法,不考虑磨损值；不考虑修模余量；,近似：,仅考虑平均收缩率scp，模具的平均值与塑件对应尺寸平均值关系：,LMCP=LPCP+SCPLPCP+2SCPLPCP,当塑件尺寸500mm,收缩率H,分型面处的最大挠度按自由膨胀计算；,型腔深度H，在高度H1处内半径增长值：,1maxH1/H,六、塑料模具的力学设计,1.锁模时接触压应力的校核计算,整体式圆形型腔侧壁厚和底板厚的计算,底板厚度计算,按刚度条件：,按强度条件：,式3551,式3552,六、塑料模具的力学设计,1.锁模时接触压应力的校核计算,组合式矩形型腔侧壁和底板厚度